Dachphysik

Als Gebäudehülle ist das Dach einer Reihe von Faktoren ausgesetzt, die eng mit den Prozessen zusammenhängen, die sowohl außerhalb als auch innerhalb des Gebäudes stattfinden. Diese Faktoren umfassen insbesondere:

• Niederschlag;
• Wind;
• Sonnenstrahlung;
• Temperaturschwankungen;
• in der Innenluft des Gebäudes enthaltener Wasserdampf;
• chemisch aggressive Substanzen in der Luft;
• lebenswichtige Aktivität von Insekten und Mikroorganismen;
• mechanische Belastungen.

Niederschlag

Die Funktion des Schutzes des Gebäudes vor atmosphärischen Niederschlägen ist dem obersten Element des Daches zugeordnet – dem Dach. Um Regenwasser abzulassen, ist die Dachfläche geneigt. Die Aufgabe des Daches ist es, kein Wasser in die darunter liegenden Schichten zu lassen.

Weiche Dachmaterialien, die auf der Dachoberfläche einen durchgehend versiegelten Teppich bilden (Rollen- und Mastixmaterialien, Polymermembranen), leisten bei dieser Aufgabe gute Arbeit. Bei Verwendung anderer Materialien können atmosphärische Niederschläge mit kleinen Dachschrägen, insbesondere bei widrigen Wetterbedingungen (Regen oder Schnee, begleitet von starken Winden), unter die Dacheindeckung eindringen. In solchen Fällen ist unter dem Dach eine zusätzliche Abdichtungsschicht angeordnet, die die zweite Schutzlinie gegen atmosphärischen Niederschlag darstellt..

Eine wichtige Aufgabe ist die Organisation des Entwässerungssystems – intern oder extern.

Schnee belastet das Dach zusätzlich statisch (Schneelast). Es kann sehr groß sein und muss daher bei der Berechnung der Gesamtlast der Dachkonstruktion berücksichtigt werden. Diese Belastung hängt von der Dachneigung ab. In schneebedeckten Gebieten wird die Neigung normalerweise stärker gemacht, damit der Schnee nicht auf dem Dach verweilt. Gleichzeitig ist es ratsam, auf Schrägdächern Schneerückhalteelemente zu installieren, die nicht zulassen, dass Schnee wie eine Lawine fällt, wodurch die Gesundheit der Passanten gefährdet wird, die Fassade des Gebäudes häufig deformiert und das externe Entwässerungssystem deaktiviert wird.

Abb. 1

Eines der Hauptprobleme in schneebedeckten Gebieten ist die Bildung von Eis und Eiszapfen auf den Dächern. Eis wird oft zu einer Barriere, die verhindert, dass Wasser in die Rinne, den Wassertrichter oder einfach nach unten fließt. Bei Verwendung von nicht hermetischen Dächern (Metalldächer, alle Arten von Ziegeln) kann Wasser durch das Dach eindringen und Undichtigkeiten bilden. Der Mechanismus der Vereisungsbildung und Möglichkeiten zur Bekämpfung dieses Phänomens werden im Abschnitt Vereisungsschutzsysteme für Dächer ausführlich erörtert.

Wind

Windströme, die unterwegs auf ein Hindernis in Form eines Gebäudes stoßen, umgehen es, wodurch sich um das Gebäude herum Bereiche mit positivem und negativem Druck bilden (Abb. 2)..

Abb. 2

Die Größe des resultierenden Unterdrucks, der eine Reißwirkung auf das Dach ausübt, hängt von vielen Faktoren ab. Am ungünstigsten ist in dieser Hinsicht der Wind, der in einem Winkel von 45 auf das Gebäude weht⁰. Der Dachplan des Gebäudes, der die Verteilung des Unterdrucks bei einer Windrichtung von 450 zeigt, ist in Abb. 1 dargestellt. 3.

Abb. 3

Die Aufreißkraft des Windes kann ausreichen, um das Dach zu beschädigen (Blasenbildung, Abreißen eines Teils der Abdeckungen usw.). Sie steigt insbesondere dann an, wenn der Druck im Inneren des Gebäudes (unter der Dachbasis) aufgrund des Eindringens von Luft durch offene Türen und Fenster von der Leeseite oder durch Risse in der Struktur zunimmt. In diesem Fall wird die Reißkraft des Windes durch zwei Komponenten bestimmt: sowohl den Unterdruck über dem Dach als auch den Überdruck im Gebäude. Um das Risiko einer Beschädigung des Daches auszuschließen, wird die Basis so fest wie möglich gemacht (Abb. 4). Oft erfolgt eine zusätzliche mechanische Befestigung des Dachmaterials an der Basis..

Abb. 4

Brüstungen werden verwendet, um den Unterdruck zu reduzieren. Es ist jedoch zu beachten, dass sie den Unterdruck nicht nur verringern, sondern auch erhöhen können. Wenn die Brüstungen zu niedrig sind, kann der Unterdruck sogar höher sein als ohne..

Sonnenstrahlung

Unterschiedliche Dachmaterialien haben unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Sonneneinstrahlung. So hat beispielsweise die Sonnenstrahlung praktisch keine Auswirkungen auf Keramik- und Zementsandziegel sowie auf Metalldächer ohne Polymerbeschichtung..

Materialien auf Bitumenbasis sind sehr empfindlich gegenüber Sonnenstrahlung: Die Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung beschleunigt den Alterungsprozess. Daher haben sie in der Regel eine obere Schutzschicht aus Mineralverband. Um moderne Materialien vor Alterung zu schützen, werden spezielle Additive (Modifikatoren) in die Bitumenzusammensetzung eingeführt.

Eine Reihe von Materialien verlieren unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung mit der Zeit ihre ursprüngliche Farbe (Fade). Metalldächer mit einigen Arten von Polymerbeschichtungen reagieren besonders empfindlich auf diese Strahlung..

Die in das Dach eintretende Sonnenstrahlungsenergie wird teilweise von den Dachmaterialien absorbiert. Gleichzeitig können die oberen Dachschichten erheblich erwärmt werden (manchmal bis zu 100 ° C), was sich auch auf deren Verhalten auswirkt. So erweichen beispielsweise Materialien auf Bitumenbasis bei ausreichend hohen Temperaturen und können in einigen Fällen von geneigten Dachflächen abrutschen. Wärmeempfindliche und metallische Dachmaterialien mit einigen Arten von Beschichtungen. Daher sollten Sie bei der Auswahl eines Dachmaterials für den Einsatz in südlichen Regionen darauf achten, dass es eine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweist..

Temperaturschwankungen

Als Gebäudehülle arbeitet das Dach in einem ziemlich strengen Temperaturbereich und erfährt sowohl räumliche als auch zeitliche Temperaturschwankungen. In der Regel hat die Unterseite (Decke) eine Temperatur nahe der des Raumes. Gleichzeitig variiert die Temperatur der Außenfläche in einem ziemlich weiten Bereich – von sehr signifikanten negativen Werten (in einer winterlichen, frostigen Nacht) bis zu Werten nahe 100 ° C (in einem Sommer, einem sonnigen Tag). Gleichzeitig kann die Temperatur der Außenfläche des Daches aufgrund der ungleichen Sonnenbeleuchtung seiner verschiedenen Teile heterogen sein.

Wie Sie wissen, unterliegen alle Materialien dem einen oder anderen Grad thermischer Dehnung und Kompression. Um Verformung und Zerstörung zu vermeiden, ist es daher sehr wichtig, dass die in einer einzigen Struktur arbeitenden Materialien ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Um die Beständigkeit des Daches gegenüber thermischen Belastungen zu erhöhen, werden auch eine Reihe technischer Lösungen verwendet. Insbesondere bei Flachdächern werden spezielle Verformungsknoten verlegt, um die Wirkung horizontaler Bewegungen und übermäßiger innerer Spannungen zu begrenzen.

Eine ernsthafte Gefahr für fast alle Dachmaterialien (außer Metallbeschichtungen) besteht in häufigen, manchmal täglichen Temperaturabfällen von plus auf minus. Dies tritt in der Regel in Gebieten mit milden und feuchten Wintern auf. In solchen Klimazonen ist es daher notwendig, ein so wichtiges Merkmal für Dachmaterialien wie die Wasseraufnahme genau zu beachten. Bei hoher Wasseraufnahme dringt Feuchtigkeit bei positiven Temperaturen in die Poren des Materials ein und sammelt sich dort an. Bei negativen Temperaturen gefriert sie und verformt beim Ausdehnen die Struktur des Materials. Das Ergebnis ist eine fortschreitende Zerstörung des Materials, die zur Bildung von Rissen führt.

Das Dach sollte nicht nur gegen erhebliche Temperaturschwankungen beständig sein, sondern auch das Innere des Gebäudes zuverlässig vor diesen schützen und es im Winter vor Kälte und im Sommer vor Hitze schützen. Die Rolle der Wärmedämmung in der Dachkonstruktion gehört zur Wärmedämmschicht. Damit das Wärmedämmstoff seine Funktion erfüllen kann, muss es so trocken wie möglich sein. Bei einer Erhöhung der Luftfeuchtigkeit um nur 5% halbiert sich das Wärmedämmvermögen des Materials nahezu.

Wasserdampf

Durch menschliche Aktivitäten (Kochen, Waschen, Baden, Waschen von Böden usw.) wird im Inneren des Gebäudes ständig Wasserdampf erzeugt. Die Luftfeuchtigkeit ist besonders hoch in neu gebauten oder renovierten Gebäuden. Während der Diffusion und der konvektiven Übertragung steigt Wasserdampf auf und kondensiert bei einer Abkühlung auf eine Temperatur unter dem Taupunkt im Raum unter dem Dach (Abb. 5). Die Menge der erzeugten Feuchtigkeit ist umso höher, je größer der Temperaturunterschied außerhalb und innerhalb des Gebäudes ist. Daher sammelt sich im Winter Feuchtigkeit unter dem Dach sehr intensiv an.

Abb. 5

Feuchtigkeit beeinträchtigt sowohl Holz- als auch Metalldachkonstruktionen. Mit einem Überschuss beginnt es in den Innenraum zu fließen und bildet Lecks an der Decke. Die unangenehmsten Folgen sind die Ansammlung von Feuchtigkeit im wärmeisolierenden Material, die, wie bereits erwähnt, seine wärmeisolierenden Eigenschaften stark verringert..

Eine wesentliche Barriere für das Eindringen von Dampf in den Unterdachraum ist eine spezielle Folie mit geringer Dampfdurchlässigkeit, die direkt unter der Wärmedämmung in der Dachkonstruktion angeordnet ist. Kein Dampfsperrmaterial kann jedoch den Dampfstrom aus dem Inneren des Gebäudes in den Raum unter dem Dach vollständig ausschließen. Damit das Dach von Jahr zu Jahr nicht seine Wärmeisolationsfähigkeit verliert, muss die gesamte im Winter im Wärmeisoliermaterial angesammelte Feuchtigkeit im Sommer nach draußen gehen..

Diese Aufgabe wird durch konstruktive Maßnahmen gelöst. Insbesondere für Flachdächer wird empfohlen, Dachmaterialien nicht durchgehend, sondern teilweise auf die Basis zu kleben.

In Schrägdächern sind spezielle Lüftungsspalte angeordnet (Abb. 6). In der Regel gibt es zwei davon – die obere und die untere Lücke. Durch den oberen Spalt (zwischen Dach und Abdichtung) wird die unter dem Dach eingeschlossene Luftfeuchtigkeit entfernt. Dank der Belüftung werden Holzkonstruktionen (Gegengitter und Drehen) ständig belüftet, was ihre Haltbarkeit gewährleistet. Durch den unteren Lüftungsspalt wird Feuchtigkeit entfernt, die von innen in die Isolierung eindringt. Eine hochwertige Anordnung der Dampfsperre von der Innenseite und das Vorhandensein eines ausreichend unteren Lüftungsspaltes schließen Staunässe der Dachkonstruktion aus.

Abb. 6

Beachten Sie, dass bei Verwendung von atmungsaktiven Membranen als wasserdichte Materialien kein geringerer Belüftungsspalt erforderlich ist..

Um eine gute Luftzirkulation zu gewährleisten, bieten viele Unternehmen, die Dachmaterialien für Schrägdächer herstellen, in der Regel eine Reihe von Lüftungselementen als zusätzliche Elemente an: Überhangbelüfter, Firstbelüfter, Lüftungsgitter und für Ziegeldächer – spezielle Lüftungsziegel.

Der zuverlässigste Schutz gegen Wasserdampf ist insbesondere bei Dächern über Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit erforderlich: Schwimmbäder, Museen, Computerräume, Krankenhäuser, einige Industrieräume usw. Besonderes Augenmerk muss auf den Dampfschutz gelegt werden, wenn in Gebieten mit extrem kaltem Klima auch bei normaler Luftfeuchtigkeit in Innenräumen gebaut wird. Bei der Analyse der Umgebungsbedingungen sowie der Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen innerhalb des Betriebsgeländes kann man Annahmen über die Möglichkeit der Kondensation von Feuchtigkeit und deren Ansammlung treffen und mit verschiedenen Kombinationen von Dachkomponenten versuchen, diese Phänomene zu verhindern.

Chemisch aggressive Substanzen in der Luft

In der Regel gibt es in Großstädten oder in der Nähe von Großunternehmen in der Atmosphäre eine relativ hohe Konzentration chemisch aggressiver Substanzen, beispielsweise Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid. Daher ist es für alle Strukturelemente von Dächern und insbesondere für Dächer in solchen Bereichen erforderlich, Materialien zu verwenden, die gegen in der Luft vorhandene Chemikalien beständig sind..

Lebenswichtige Aktivität von Insekten und Mikroorganismen

Verschiedene Insekten und Mikroorganismen können die Dachkonstruktion erheblich beschädigen, insbesondere Holzelemente. Hohe Luftfeuchtigkeit ist eine besonders günstige Umgebung für ihr Leben. Zum Schutz von Holzkonstruktionen werden spezielle Imprägnierungen verwendet, die das Material vor Mikroorganismen schützen.

Mechanische Belastungen

Die Dachkonstruktion muss sowohl konstanten (statischen) mechanischen Belastungen durch Füll- und Installationselemente als auch vorübergehendem Schnee durch Bewegungen von Personen und Geräten usw. standhalten. Belastungen, die mit möglichen Bewegungen zwischen Dach und Gebäudeknoten verbunden sind, sind ebenfalls vorübergehend..

Damit das Dach seine Funktionen zuverlässig erfüllen und verschiedenen Einflüssen (siehe oben) standhalten kann, ist Folgendes erforderlich: Erstens reicht es aus, das Lagerteil korrekt zu berechnen. zweitens finden Sie die beste Designoption; und schließlich drittens, um die optimale Kombination von Baumaterialien sicherzustellen.

Aus allem, was gesagt wurde, folgt, dass die folgenden Hauptschichten in der Dachkonstruktion vorhanden sein können (Fig. 7):

Abb. 7

• Dachmaterial, auf das bei Bedarf eine zusätzliche Schicht aufgetragen wird (Verband, Ballast usw.);
• Abdichtungsschicht (auf schrägen Dächern) – isoliert zusätzlich die inneren Dachschichten vor dem Eindringen von Luftfeuchtigkeit;
• Wärmedämmung – sorgt für eine ziemlich stabile Lufttemperatur in den Räumlichkeiten;
• Dampfsperre – verhindert, dass Wasserdampf aus dem Inneren des Gebäudes in die Dachkonstruktion eindringt;
• Base.

Die Dachkonstruktion muss mit Maßnahmen zur freien Luftzirkulation (Belüftung) versehen sein..

Der Bedarf an bestimmten Schichten und deren Lage hängt von der Art des Gebäudes und den Auswirkungen ab, denen es ausgesetzt sein wird. Bei der Auswahl müssen auch die technischen Eigenschaften der verwendeten Materialien berücksichtigt werden: Wärmeausdehnungs- und Kompressionskoeffizienten; ultimative Zug-, Druck- und Scherfestigkeit; Eigenschaften der Dampfdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsaufnahme; Alterungseigenschaften, inkl. erhöhte Zerbrechlichkeit und Verlust des Wärmewiderstands; Elastizität; Feuer Beständigkeit. Die Bedeutung aller oben genannten technischen Merkmale wird von jedem Einzelfall bestimmt.