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Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauern

Da hat der Bauwillige nun sein Traumobjekt gefunden: Ein altes, wenn auch vom Zahn der Zeit angenagtes Fachwerkhaus. Und nun steht er vor der Frage, ob er dieses möglicherweise einige hundert Jahre alte Haus materialgetreu restaurieren soll - so, wie es mit Fachwerkhäusern in den Freilichtmuseen geschieht - oder ob es nicht neuzeitliche Alternativen gibt, die ihm einen höheren Wärmeschutz und eine leichtere Verarbeitung bieten. Dipl. Ing. Georg Flassenberg hat sich dieses Themas angenommen. Wir bringen den Beitrag in einer für das Internet leicht bearbeiteten Fassung.


Neben der Wiederherstellung des äußeren Erscheinungsbildes geht es dem Käufer alter Fachwerksubstanz um eine zeitgemäße Raumaufteilung und Nutzung. Von großer Bedeutung ist der Außenwandaufbau, der den bauphysikalischen Anforderungen genügen soll, die auch an Neubauten gestellt werden.

Für die Ausmauerung alter und neuer Gefache haben sich Steine aus Porenbeton bewährt, einem massiven Wandbaustoff, der sich ähnlich wie Holz bearbeiten und damit den Gefachformen leicht anpassen lässt. Darüber hinaus besitzt Porenbeton ausgezeichnete Wärmedämmeigenschaften, die dem Holz vergleichbar sind.

Welche Grundsätze beim Ausmauern von Holzgefachen mit Porenbeton zu beachten sind, soll dieser Beitrag aufzeigen. Die dargestellten Ausfachungsvarianten erfüllen alle Anforderungen des Wärme- und Feuchteschutzes für die Renovierung oder den Neubau von Fachwerkbauten.

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauernMit Porenbeton ausgemauertes Fachwerkhaus

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauernHäufig weichen die Gefache aus statischen oder archi­tek­ton­ischen Gründen von der Rechteckform ab. Für die Ausmauerung mit Porenbeton ist dies kein Problem, da die Steine paßgerecht zu­ge­schnit­ten werden können.

Standsicherheit und Verformungen des Fachwerks

Da die Stäbe des Fachwerks - nicht die Ausfachungen - die Standsicherheit des Gebäudes gewährleisten, muss die hölzerne Tragkonstruktion vor der Ausmauerung fachmännisch auf ihre Standsicherheit überprüft werden. Hierbei ist ein Zimmermeister oder ein Bauingenieur hinzuzuziehen. Neben der Beurteilung der Tragfähigkeit einzelner Holzteile, die durch Fäulnis, Schwamm oder tierische Schädlinge beeinträchtigt sein können und dann ausgewechselt werden müssen, ist der kraftschlüssigen Verbindung der Fachwerkknoten besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Die Verbindungspunkte müssen ohne Spiel und die Anschlüsse druckfest sein (zugfeste Verbindungen sind selten), um spätere Verformungen durch Bewegungen so gering wie möglich zu halten und die Ausfachungen nicht durch Systemkräfte zu belasten.

Schwind- und Quellvorgänge, denen das Holzfachwerk auch noch nach Jahrhunderten unterworfen ist, können minimiert werden, wenn darauf geachtet wird, dass die Feuchtigkeit des Holzes vor der Ausmauerung annähernd der Ausgleichsfeuchte entspricht. Dies gilt insbesondere für neu eingebaute frische Hölzer.

Holzfeuchte und Regenbeanspruchung

Zur Beurteilung der Feuchte des Fachwerkholzes wurden in den letzten Jahren Untersuchungen an Fachwerkelementen - u. a. Ausfachungen aus Porenbeton - des Fachwerkversuchshauses auf dem Gelände des Fraunhofer-Institutes für Bauphysik in Holzkirchen durchgeführt. Dabei konnten die nachfolgenden Grundsätze herausgearbeitet werden.

Zur Beurteilung der Schlagregenbeanspruchung sind in DIN 4108 Teil 3 drei Beanspruchungsgruppen definiert, die im Einzelfall unter Berücksichtigung der regionalen klimatischen Bedingungen, der örtlichen Lage und der Gebäudeart festzulegen sind.

Sichtfachwerk darf nur einer geringen Schlagregenbeanspruchung ausgesetzt werden, d. h. Beanspruchungsgruppe I mit Jahresniederschlagsmengen unter 600 mm oder geschützte Lagen in Beanspruchungsgruppe II. Andererseits können aber auch Gebäude im Bereich der Beanspruchungsgruppe I in exponierten Lagen einer stärkeren Schlagregenbeanspruchung - entsprechend Gruppe II - unterworfen sein. Es gibt somit eine große Bandbreite von Entscheidungsmöglichkeiten.

Bei mittlerer und starker Regenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppen II und III nach DIN 4108-3) muss das Fachwerk durch eine Bekleidung oder durch eine das Fachwerk überdeckende Putzschicht zusätzlich geschützt werden.

Wegen der sensiblen Reaktion auf die Regenbeanspruchung ist es zweckmäßig, den Regenschutz für Fachwerkhäuser getrennt für die einzelnen Fassaden festzulegen und eine weitere Beanspruchungsgruppe (Untergruppe) entsprechend Tab. 1 zu definieren (wobei "g" für geschützt steht).

Tabelle1: Zuordnung von Regenschutzmaßnahmen und Regenbeanspruchung bei Fachwerkfassaden nach [1]

Beanspruchungsgruppe Regenbeanspruchung Anforderungen Oberfläche/Ausfachung;
I (g) Fachwerkfassaden in geschützter Lage. Wetterabgewandte oder durch benachbarte Bebauung geschützer Fassaden Keine Anforderungen an Außenputze und Anstriche. Keine Einschränkung in der Wahl der Ausfachungsstoffe.
I Fachwerkfassaden bei geringer Regenbeanspruchung nach DIN 4108-3. Gering wasserabweisende oder wasserhemmende Außenputze, Außenanstriche sd > 0,1 m. Dampfdurchlässige Ausfachungs- und Dämmstoffe (µ >10).
II, III Fachwerkfassaden bei mittlerer und starker Regenbeanspruchung nach DIN 4108-3. Regenschutz durch Bekleidung oder Putzsysteme mit Entkopplungsschicht zwischen Fachwerk und Oberputz (z.B. Dämmputzschicht zur Aufnahme der Bewegung aus dem Fachwerk). Ausfachung wie bei I (g).

Holzschutz und der richtige Anstrich

Zu unterscheiden ist zwischen dem konstruktiven und dem bekämpfenden oder vorbeugenden Holzschutz.

Zum konstruktiven Holzschutz gehört die Anordnung einer horizontalen Feuchtigkeitssperre zwischen Fachwerk und Unterkonstruktion. Sockelaufkantungen aus Mörtel vor Schwellen sollten nicht ausgeführt werden. Sockelmauerwerk oder aufgebrachter Glattputz sind unterhalb der Schwelle nach außen abzuschrägen, damit das Regenwasser ablaufen kann. Vermieden werden sollte möglichst das allseitige "Einmauern" von Holz, da sonst Feuchtigkeit nicht schnell genug oder gar nicht verdunsten kann.

Durch die anfänglich erhöhte Baufeuchte des Porenbetons kann es nicht zu Holzschädigungen kommen, da diese über die unmittelbar mit dem Holz bzw. dem Porenbeton in Kontakt stehende Mörtelschicht als "arbeitende Fuge" rasch abtrocknen kann.

Der bekämpfende oder vorbeugende Holzschutz zielt auf die Vermeidung von Schädlingsbefall. Dazu sind alle Holzflächen - besonders jene, die später von Mauerwerk verdeckt sind - mit einem Holzschutz nach DIN 68800 zu versehen. Holzanstriche dienen aber auch der Ästhetik und optischen Gestaltung. Sie sollten aber nicht zu dicht sein, um der über Fehlstellen eindringenden Feuchte eine ausreichende Trocknung zu ermöglichen. Diese Forderung kann bei Anstrichen mit einer diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke von sd < 0,5 m als erfüllt betrachtet werden.

Die Ursache der Holzschädigungen geht im wesentlichen von Holzverbindungen wie Verzapfungen und Verschraubungen aus. Immer wenn die Wasseraufnahme (z.B. in Faserrichtung) größer ist als die Wasserabgabe (z.B. quer zur Faser), kann dies zu Feuchteanreicherungen und Holzschädigungen führen. Bei der Renovierung oder Erneuerung von Fachwerkkonstruktionen ist es daher zweckmäßig, die Wasseraufnahme von Hirnholzflächen - insbesondere im Zusammenhang mit Verzapfungen - durch Imprägnierung oder Versiegelung zu reduzieren.

Erhöhter Wärmeschutz durch Porenbeton

Betrachtet man zunächst ohne Berücksichtigung der Wärmeschutzverordnung den Dämmwert des Holzfachwerks bei den üblichen Holzdicken, so sollte der Wärmedämmwert der Ausfachung einen vergleichbaren Wärmedurchlaßwiderstand von ca. 1/L = 1,0 m2K/W aufweisen. Wie aus Tab. 2 ersichtlich, kann der entsprechende k-Wert von 0,85 W/m2K mit Porenbeton bestens erreicht werden (k-Werte von 0,52 - 1,2 W/m2K für Porenbeton bei einer Gesamtdicke von 16 cm inklusive Außen- und Innenputz). Dies hat zur Folge, dass sich bei Beheizung im Winter eine gleichmäßige Temperatur an den Außenwandoberflächen einstellt. Dadurch lässt sich ein Abzeichnen des Fachwerks auf der Raumseite im Laufe der Zeit infolge unterschiedlicher Verschmutzung vermeiden. Des weiteren ist eine erhöhte Sicherheit zur Vermeidung von Oberflächentauwasser gegeben und die Schädigungsmöglichkeit des Holzes entsprechend reduziert.

Da Fachwerkhölzer in der Regel nicht dicker als 17 cm sind, werden mit einer innen und außen bündigen Ausmauerung die Anforderungen der Wärmeschutzverordnung nicht erfüllt, es sei denn, es handelt sich um Gebäude, die unter die Ausnahmeregelungen der Wärmeschutzverordnung fallen. Als Lösung bietet sich an, die Fachwerk-Außenwand noch mit einer zusätzlichen Innendämmung zu versehen. Damit können die in Abb. 5 dargestellten k-Werte erreicht werden.

Tabelle 2: Rechenwerte der Wärmeleitfähigkeit von Porenbeton und anderen Ausfachungsmaterialien sowie Holz bei einer Gesamtdicke von 16 cm, davon 1,5 cm Außenputz und 1 cm Innenputz.

Material Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit (W/mK) k-Wert (W/m²K) Anforderung an den Wärmeschutz nach DIN 4108-2
Lehm
Strohlehm
Leichtlehm
0,90
0,70
0,45
2,9
2,6
2,0
Wärmeschutz nicht erfüllbar
Porenbeton 0,11 - 0,27 0,61 - 1,2 Wärmeschutz erfüllbar
Fichte / Eiche 0,13 / 0,2 0,7 / 1,0 Wärmeschutz erfüllbar

Feuchteschutz und Feuchtegehalt

Zum Vergleich der Feuchteverhältnisse bei unterschiedlichen Baustoffen ist die Angabe in Volumenprozent anschaulich und sinnvoll. Dagegen ist zur Beurteilung der Feuchteverhältnisse einer Baustoffart - z.B. Porenbeton unterschiedlicher Rohdichte - der massebezogene Feuchtegehalt um physikalisch zutreffender und richtiger als der volumenbezogene Feuchtegehalt uv . Bei der Beurteilung der Feuchteverhältnisse spielt die Angabe des praktischen Feuchtegehaltes eine entscheidende Rolle. Unter diesem versteht man den Feuchtegehalt, der bei der Untersuchung genügend ausgetrockneter Bauten, die zum dauernden Aufenthalt von Menschen dienen, in 90 % aller Fälle nicht überschritten wird. Aufbauend auf älteren Untersuchungsergebnissen haben neuere Untersuchungen und statistische Auswertungen von Fremdüberwachungswerten ergeben, dass der sich in Porenbetonbauteilen einstellende praktische Feuchtegehalt mit um= 4,0 M.-% angegeben werden kann [6]. Im Vergleich dazu liegt der praktische Feuchtegehalt von Holz bei ca. 15 M.-%.

Tabelle 3: Richtwerte der Wasserdampfdiffusionswiderstände von Porenbeton und Holz nach DIN 4108-4.

Material Wasserdampfdiffusions-widerstandszahlen µ (-)
Porenbeton 5-10
Fichte / Eiche 40

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauern

Ausmauerung der Gefache

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauern

Die Gefache weichen häufig aus statischen oder architektonischen Gründen von der Rechteckform ab. Oft sind sie auch durch Setzungen oder Belastungen verformt. Fachwerkhölzer sind darüber hinaus - im Gegensatz beispielsweise zu Fenstern und Türen - nicht maßhaltige Bauteile. Das gesamte Fachwerkgefüge ist ständigen Schwind- und Quellvorgängen und den dadurch hervorgerufenen Verformungen unterworfen.

Für die Ausmauerung der Gefache sind die maßgenauen Plansteine am besten geeignet. Die Anschlußfugen zwischen Mauerwerk und Holz sind mit Wärmedämm-Mörtel in 10-12 mm Dicke auszufüllen, damit Toleranzen und Verformungen ausgeglichen werden können.

Wie schon ausgeführt, können mit einer außen und innen bündigen Ausmauerung die Anforderungen der Wärmeschutzverordnung nicht erfüllt werden. Als einfachste Lösung bietet sich in diesem Falle an, die Ausfachung nach innen zu verstärken und hinter den Hölzern herumzuführen. Alternativ können auch mehrschichtige Aufbauten mit zusätzlicher innerer Wärmedämmung angeordnet werden. Bei über das Fachwerk geführter Innendämmung muss der innenseitige Aufbau über dem Holz einen sd-Wert von 0,5 - 2,0 m aufweisen [1], ggf. sind eine Dampfbremse, ein dichter Putz oder Anstrich vorzusehen. Als Dampfbremse empfiehlt sich eine "feuchte-adaptive Dampfbremse" mit variablem sd-Wert, der im Winter größer und im Sommer kleiner ist [4].

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauern

Ausführungsvarianten von Fachwerk-Außenwänden mit Porenbeton (PP2-0,4, l R=0,11 W/mK) ohne und mit zusätzlicher innerer Wärmedämmung. Die drei Konstruktionen mit Innendämmung erfüllen die Anforderungen der Wärmeschutzverordnung

Außen ist das Mauerwerk immer um das Maß der Putzdicke hinter das Holz zurückzusetzen. Der Anschluß an das Holz wird umlaufend durch eine Dreikantleiste gesichert, die mit korrosionsgeschützten Nägeln zu befestigen ist. Bei den unvermeidbaren Rissen zwischen Ausfachung und Holz verbessern die Leisten die Winddichtigkeit der Außenwände. Da sich Porenbeton ähnlich wie Holz bearbeiten lässt, kann die in den Steinen erforderliche Nut leicht ausgesägt werden.

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauernAusmauerung von Holzfachwerken mit Porenbeton, das mit einer Schablone exakt auf das richtige Maß zugeschnitten wurde.

Fachwerkgefache mit Porenbeton ausmauernDas Anpassen von Poren­beton an vorhandene Fach­werk­strukturen geschieht mit einfachen Mitteln, aber mit großer Genauigkeit

Außenputze für Fachwerk-Ausfachungen

Anders als bei verputztem, rissefreiem Mauerwerk, bei dem sich die Vorgänge der Wasseraufnahme und der Trocknung hauptsächlich im äußeren Wandbereich abspielen, kommt es bei Fachwerkwänden auch auf die Trocknungsmöglichkeit zum Raum an. Über die Schwindfugen kann nämlich Regenfeuchte weiter nach innen eindringen und soll deshalb auch zu einem Teil nach innen abgegeben werden können. Hierzu ist eine Dampfsperre auf der Raumseite hinderlich. Auch Dämmschichten mit geringer Wasserdampfdurchlässigkeit sind für den Trocknungsvorgang von Nachteil. Günstig wirken sich kapillar-poröse Stoffe aus mit Diffusionswiderständen die etwa vergleichbar sind denen von Mauerwerk (maximaler Richtwert nach DIN 4108 Teil 4 m £ 10).

Die naheliegende und immer wieder erwogene Möglichkeit, die Schwindfugen zwischen Holz und Ausmauerung abzudichten, ist nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen nicht praktikabel. Zum Teil würde ein Austrocknen der eingedrungenen Feuchtigkeit behindert und langfristig zu Schäden am Holz führen. Selbst wenn man die Anschlüsse zwischen Gefach und Ausfachung sorgfältig abdichtet, bleiben die "arbeitenden Fugen", deren Abdichtung langfristig nicht möglich ist. Sie bedürfen einer ständigen Kontrolle und zeitweiligen Nachbesserung, was bei der Vielzahl von Fachwerkfugen kaum realisiert werden kann.

Daraus wird ersichtlich, dass Sichtfachwerk nur einer geringen Schlagregenbeanspruchung ausgesetzt werden darf. Bei höheren Schlagregenbeanspruchungen muss das Fachwerk durch eine Bekleidung (z.B. Verschindelung durch Holz- oder Schieferplatten) oder durch eine das Fachwerk überdeckende Putzschicht zusätzlich geschützt werden.

Ein Außenputz mit hoher Wasseraufnahmefähigkeit kann die Regenbelastung der Schwindfugen zwischen Holz und Ausmauerung reduzieren. Dies haben Untersuchungen im Fraunhofer-Institut für Bauphysik Holzkirchen ergeben. Hinsichtlich des Regenschutzes für die Ausfachung und zur Vermeidung von Frostschäden ist aber eine geringe Wasseraufnahme des Putzes vorteilhaft. Nicht erstrebenswert sind stark wasserabweisende Putze, da diese auch den Kapillartransport nach außen (Trocknung) weitgehend unterbinden.

Außenputze für Fachwerk-Ausfachungen sollen daher weder stark wasseraufnahmefähig noch stark wasserabweisend sein. Zweckmäßig sind leicht wasserabweisende bis wasserhemmende Außenputze, also Putze mit Wasseraufnahmekoeffizienten w zwischen 0,3 und 2 kg/m2h0,5 . Putzanstriche sollen sehr wasserdampfdurchlässig sein; sd-Wert £ 0,1 m . Die Putzdicke soll mindestens 15 mm betragen. Speziell auf den Porenbeton abgestimmte und entwickelte Putze genügen ebenfalls den vorgenanten Anforderungen.

Bei außenseitig gefasten Steinkanten (mit Fasenhobel oder Schleifbrett) wird der Putzquerschnitt im Anschlußbereich vergrößert und dadurch die Rißgefahr im Putz verringert. Die verbreiterte Anschlußfläche des Putzes zum Holz bringt zudem mehr Sicherheit gegen eindringendes Regenwasser.

Wichtig ist, dass Außenputz und Fachwerkoberfläche - zumindest im Anschlußbereich - in einer Ebene liegen. So kann das Regenwasser schnell abgeführt werden. Springt die Ausfachung dennoch vor, sind die Randbereiche bündig abzuschrägen. Die Mindestneigung soll 30° betragen. Keinesfalls darf der Putz über das Holz geführt werden.

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