Studentische Arbeiten

Dauerhaftigkeit von Flachdachkonstruktionen – Untersuchung typischer Ausführungsfehler und deren Einfluss auf den konvektiven Feuchtetransport

Hintergrund und Problemstellung

Durch die vermehrte Installation von PV-Anlagen und die „Solardachpflicht“ im Neubau von Nichtwohngebäuden ab dem Jahr 2027 gerät das Lastverhalten nicht genutzter Flachdächer in den Fokus der Tragwerksplaner. Durch die PV-Anlagen entstehen zusätzliche statische und dynamische Lasten, die im Design von Flachdächern zu berücksichtigen sind. Parameter für die Beschreibung dieser neuen Anforderungen müssen bestimmt und in die Normung neuer Bauteilfunktionen einfließen. 

Wissenschaftliche Publikationen zeigen zur Druckfestigkeit der Mineralwolldämmung von Flachdächern häufig einen Rückgang der Druckfestigkeit infolge Wasseraufnahme. Als häufige Ursache der Wasseraufnahme wird Konvektion infolge von Undichtheiten der thermischen Gebäudehülle gesehen. Gebäude in Stahltrapezblech-Bauweise, deren Dächer nach Jahrzehnten Standzeit geöffnet wurden, zeigen bei intakter Luftdichtheitsebene und äußerer Abdichtung in der Regel keine Schädigung der Dämmschicht, die gemessene Druckfestigkeit der Dämmschicht liegt auf einem Niveau, welches für die Begehbarkeit zu Wartungszwecken und die Aufnahme von PV-Anlagen ausreichend sind.

Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Masterarbeit ist in der ersten Phase die Recherche und Dokumentation von typischen Ausführungsfehlern bei der Herstellung der Abdichtung von Flachdächern. In einer zweiten Phase sollen Ausführungsfehler im Real Scale Laborversuch nachgebildet und hinsichtlich ihres Konvektionsverhaltens erfasst und bewertet werden. 

Zielsetzung der Masterarbeit

Ziel der Masterarbeit ist es, typische Ausführungsfehler bei der Herstellung von Flachdachkonstruktionen systematisch zu erfassen und deren Einfluss auf den konvektiven Luft- und Feuchtetransport experimentell zu untersuchen.

Hierzu sollen zunächst relevante Schadensmechanismen und häufig auftretende Ausführungsfehler anhand wissenschaftlicher Veröffentlichungen, technischer Regelwerke und dokumentierter Schadensfälle recherchiert und bewertet werden.

Auf Grundlage dieser Untersuchungen sollen ausgewählte Ausführungsfehler an einem realmaßstäblichen Flachdachversuchsaufbau im Labor gezielt nachgebildet werden. Durch geeignete Messverfahren ist das Strömungs- und Konvektionsverhalten der untersuchten Fehlstellen zu erfassen und quantitativ zu bewerten.

Die Untersuchung soll dazu beitragen, kritische Ausführungsdetails zu identifizieren und Anforderungen an dauerhaft funktionsfähige Flachdachkonstruktionen abzuleiten.

Arbeitsaufgaben

1. Literaturrecherche und Analyse des Standes der Technik

• Recherche wissenschaftlicher Veröffentlichungen zu Feuchteaufnahme, Feuchtetransport und Dauerhaftigkeit von Flachdachkonstruktionen.
• Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Feuchtegehalt und mechanischen Eigenschaften von Wärmedämmstoffen, insbesondere der Druckfestigkeit.
• Analyse relevanter technischer Regelwerke zur Luftdichtheit und Abdichtung von Flachdächern.
• Recherche und systematische Dokumentation typischer Planungs- und Ausführungsfehler.
• Bewertung der Schadensmechanismen durch Luftströmungen und konvektiven Feuchtetransport.

2. Auswahl und Bewertung relevanter Ausführungsfehler

• Klassifizierung typischer Fehlstellen an Luftdichtheits- und Abdichtungsebenen.
• Identifikation besonders kritischer Anschlussdetails, Durchdringungen und Bauteilübergänge.
• Auswahl repräsentativer Ausführungsfehler für die experimentellen Untersuchungen.
• Entwicklung eines Untersuchungskonzeptes unter Einbeziehung der externen fachlichen Expertise der am Projekt mitwirkenden Fachleute.

3. Experimentelle Untersuchungen an einem realmaßstäblichen Versuchsaufbau

• Entwicklung eines geeigneten Messkonzeptes zur Erfassung von Luftströmungen und gegebenenfalls konvektivem Feuchtetransport.
• Dokumentation der Messung ausgewählter Fehlstellen an einem realmaßstäblichen Flachdachaufbau im Labor.
• Untersuchung des Einflusses von Art, Lage und Ausprägung der Fehlstellen auf das Strömungsverhalten.

4. Auswertung und wissenschaftliche Bewertung

• Quantitative Auswertung der experimentell ermittelten Messdaten.
• Vergleich des Strömungsverhaltens der verschiedenen Fehlstellen. 
• Bewertung der untersuchten Ausführungsfehler hinsichtlich ihres Potenzials für konvektiven Feuchtetransport.
• Diskussion der Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Flachdachkonstruktionen.
• Ableitung von Empfehlungen zur Vermeidung kritischer Ausführungsfehler sowie zur messtechnischen Überprüfung der Luftdichtheit. 

Erwartete Ergebnisse

Im Rahmen der Masterarbeit soll eine systematische Übersicht relevanter Ausführungsfehler an Flachdachkonstruktionen erarbeitet werden. Die experimentellen Untersuchungen sollen quantitative Erkenntnisse über das Luftströmungsverhalten ausgewählter Fehlstellen liefern und deren Bedeutung für einen möglichen konvektiven Feuchtetransport aufzeigen.

Die Ergebnisse sollen eine Grundlage für die Bewertung der Dauerhaftigkeit von Flachdachkonstruktionen und die Weiterentwicklung geeigneter Ausführungs- und Prüfverfahren bilden.

Eine Veröffentlichung ausgewählter Ergebnisse in einer einschlägigen wissenschaftlichen Fachzeitschrift in Koautorenschaft ist vorgesehen.

Ansprechpartner: 

Prof. Dr.-Ing. Peggy Freudenberg; peggy.freudenberg[at]uni-kassel[dot]de

Dipl.-Ing. Rolf Gross; rolf.gross[at]uni-kassel[dot]de