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Das Umkehrdach – eine dauerhafte Lösung für das Flachdach

Dr. Holger Merkel*)

1. Problemstellung

Die Dachabdichtung ist eine der wichtigsten Komponenten eines Flachdaches. Sie schützt das Gebäude vor Niederschlägen. Die Dachabdichtung ist aber gleichzeitig auch eine der empfindlichsten Schichten im gesamten Dachaufbau. Empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen aber auch gegenüber wechselnden thermischen Beanspruchungen.

Die Problemstellung besteht darin, die Dachabdichtung vor schädlichen Einflüssen zu schützen und gleichzeitig ein hohes Wärmeschutzniveau sicherzustellen. Die Lösung dieses Problems ist das Umkehrdach mit einer Wärmedämmung aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaum (XPS).
Das Umkehrdach ist ein einschaliges, nicht belüftetes Flachdach oder flachgeneigtes Dach. Im Unterschied zum konventionellen Warmdach liegt die Wärmedämmung auf der Außenseite der Dachabdichtung.

Temp Verlauf

2. Die Vorteile des Umkehrdaches

  • Kombinierte Wärmedämm- und Schutzfunktion.
  • Die Dachabdichtung im Umkehrdach wird durch die Wärmedämmung vor großen Temperaturänderungen, vor UV-Strahlung und vor mechanischen Beanspruchungen während der Bau- und Nutzungsphase geschützt.
  • Die Wärmedämmplatten können wetterunabhängig auch bei nassem Wetter verlegt werden. Durch den diffusionsoffenen Aufbau des Umkehrdaches kann Feuchtigkeit nicht dauerhaft eingeschlossen werden.
  • Die lose Verlegung der XPS-Wärmedämmplatten ermöglicht wenn nötig einfache Reparaturarbeiten. Die XPS-Wärmedämmplatten können auch nach einem Umbau oder Rückbau des Daches wiederverwendet werden.
  • Die Langlebigkeit der Umkehrdachkonstruktion mit extrudiertem Polystyrol-Hartschaum (XPS) ist weltweit seit vielen Jahren nachgewiesen.

3. Anforderungen an den Wärmedämmstoff

Im Umkehrdach sind Wärmedämmstoffe unterschiedlichen ständigen oder wechselnden Belastungen ausgesetzt. Deshalb müssen sie grundsätzlich folgende Eigenschaften haben:

  • Geringe Wärmeleitfähigkeit
  • Feuchtigkeitsunempfindlichkeit,
  • Frost-Tau-Wechselbeständigkeit,
  • geschlossene, homogene Schaumstruktur,
  • hohe mechanische Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit,
  • Verrottungsfestigkeit,
  • Wurzelfestigkeit (Gründach).

3.1. Wärmeleitfähigkeit

Wärmedämmstoffe aus XPS weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Das wird durch die Mikrostruktur des Schaumes und die wärmedämmende Wirkung der in den Schaumstoffzellen eingeschlossenen Luft bewirkt.
Die Wärmeleitfähigkeit von werksmäßig hergestellten XPS-Wärmedämmstoffen wird nach der Europäischen Produktnorm EN 13164 deklariert. Der Hersteller gibt auf der Grundlage eines statistischen Verfahrens den Wärmeleitfähigkeitswert λD in Stufen von 1mW/(mK) an. Das Verfahren ist detailliert in der Norm beschrieben.

3.2.  Anforderungen an die Feuchtigkeitseigenschaften

Wärmedämmstoffe sind in einem Umkehrdach vor allem wechselnden Feuchtebelastungen

  • durch Diffusionsvorgänge
  • durch Frost-Tauwechsel

ausgesetzt.

Die Forderung nach Unempfindlichkeit des Wärmedämmstoffes gegenüber Feuchtigkeit bedeutet, dass die Schaumstruktur unter den gegebenen Belastungen langfristig nicht verändert wird und die Eigenschaften erhalten bleiben. Die Wärmedämmwirkung muss durch eine Begrenzung der Wasseraufnahme sichergestellt sein (Tabelle 1).

 Eigenschaften der Wasseraufnahme   Dicke [mm]   Grenzwert [Vol-%]   EN code
(EN 13164)
 
 durch Diffusion  50 = 3.0  WD(V)3
 durch Diffusion  100 = 1.5  WD(V)3
 durch Diffusion  200 = 0.5  WD(V)3
 nach Frost-Tauwechsel  40-200 = 1.0  FT2
 bei langzeitigem Eintauchen  40-200 = 0.7  WL(T)0,7


Tabelle 1:  Anforderungen an die Wasseraufnahme von XPS-Wärmedämmstoffen nach EN 13164 [1]

Vergleicht man diese Anforderungen mit den Ergebnissen von Langzeituntersuchungen in der Praxis, wie sie in Tabelle 2 zusammengestellt sind, so zeigt sich, dass die Feuchtigkeitsaufnahme von XPS-Wärmedämmplatten gering bleibt. Die langzeitige Wasseraufnahme des Wärmedämmstoffes ist unkritisch und beeinträchtigt nicht den Wärmeschutz der Konstruktion. Die vernachlässigbar geringe Feuchtigkeitsaufnahme ist vor allem auf die geschlossenzellige Struktur von XPS zurückzuführen

 Dach  11)  21) 31) 41) 51) 62) 72) 82) 92) 102) 112) 122) 132) 142)
 Dicke [mm]   50 60 50 50 60 60 60 60 60 60 50 80 60 50
 Einbauzeit in Jahren                             
 5    0.07      0.21                  
 6  0.76                          
 9                            0.07
 10      0.36                    0.04  
 11                        0.07    
 12        0.92            0.07  2.4      
 13          0.13        0.22          
 14                0.47            
 15              0.02              
 16            0.65                
 17    0.2                        
 18  0.33                          
 22      0.08                      
 24        0.2                    

 Tabelle 2: Praktischer Feuchtegehalt von ROOFMATE™  XPS-Dämmplatten von Umkehrdächern mit Kiesauflast (1) [2]; 2) [3])

3.3. Anforderungen an die Druckfestigkeit

Wärmedämmstoffe für Umkehrdächer müssen druckfest sein. Die Mindestanforderung beträgt 300 kPa. Dieser Wert wurde in Europa beispielsweise in der deutschen Anwendungsnorm DIN 4108-10 [4] festgelegt.
Damit ist die Dauerhaftigkeit des Wärmedämmstoffes unter den Belastungen in der Bau- und Nutzungsphase sichergestellt. Die spezielle Nutzung von Umkehrdächern kann aber auch höhere Druckfestigkeiten erfordern. Darüberhinaus sind sogar auf ungenutzten Dächern häufig höhere Lasten durch Anlagen der Haustechnik, wie z. B. Lüftungsanlagen, vorhanden. Dies muss bei der Wahl des Wärmedämmstoffes berücksichtigt werden.

Wärmedämmstoffe aus XPS weisen ein zäh-elastisches Verhalten auf. Durch die homogene Schaumstruktur können auch Zug- und Biegebeanspruchungen problemlos aufgenommen werden.

Eine spezielle Anwendung des Umkehrdaches sind Dächer die mit Personenkraftwagen und Kleintransportern befahren werden können. Für diese Dachkonstruktionen beträgt die Mindestanforderung an die Druckfestigkeit des Wärmedämmstoffes 500 kPa. Die von XPS-Wärmedämmstoffen aufnehmbaren langzeitigen Lasten , die sowohl statisch als auch dynamisch sein können, müssen durch Kriechversuche nach EN 1606 [5] nachgewiesen werden.

Es hat sich für Wärmedämmstoffe weitgehend durchgesetzt, die Langzeitdruckfestigkeit anzugeben, die extrapoliert auf 50 Jahre eine Stauchung des Dämmstoffes von 2% der ursprünglichen Dicke bewirkt. 
Dieser Wert bildet die Grundlage für die Festlegung von maximalen Druckbelastungen für Konstruktionen bei denen der Dämmstoff eine langzeitig lastabtragende Funktion zu erfüllen hat. Er ist auch ein generelles Kriterium für die Dauerhaftigkeit eines Wärmedämmstoffes gegenüber mechanischen Beanspruchungen [6]. Der Hersteller hat die Langzeitdruckfestigkeit in der Codierung der Europäischen Produktnorm anzugeben,zum Beispiel CC(2/1,5/50)180. Das bedeutet, dass der Wärmedämmstoff unter einer dauernden Belastung von 180kPa (0,18 N/mm²) nach 50 Jahren um weniger als 2% seiner Anfangsdicke verformt wird. Die Kriechverformung ist dabei kleiner als 1,5 %.  

3.4 Verrottungsfestigkeit

Die Verrottungsfestigkeit von XPS-Wärmedämmstoffen ist durch die langjährigen Erfahrungen in erdberührten Anwendungen, wie der Perimeterdämmung, des Frostschutzes im Strassen- und Eisenbahnbau sowie Gründächern zweifeslfrei nachgewiesen. Durch die geschlossene hohlraumfreie Schaumstruktur können keine Wurzeln oder Mikroorganismen in den XPS-Wärmedämmstoff eindringen.   

4. Konstruktion von Umkehrdächern

Die Konstruktion von Umkehrdächern erfordert die Beachtung einiger grundlegender bauphysikalischer und bautechnischer Grundsätze. Nur so können dauerhafte Konstruktionen geplant und gebaut werden.

4.1. Umkehrdächer mit Kiesschicht

Umkehrdächer mit einer Kiesschicht oberhalb der XPS-Wärmedämmplatten sind die traditionelle Form des Umkehrdaches.

Der Schichtenaufbau dieser Konstruktion besteht aus

  • der tragenden Konstruktion
  • der Dachabdichtung
  • der Wärmedämmschicht aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS)
  • dem diffusionsoffenen Vlies
  • der Kiesschicht

 4.1.1  Anforderungen an die Baustoffschichten

  • Tragende Konstruktion

In der Regel besteht die tragende Konstruktion des Umkehrdaches aus Beton. Die Betondecke kann mit einem Gefälle hergestellt werden oder es wird nachträglich eine Gefälleschicht auf die tragende Decke aufgebracht.
 Umkehrdächer können auch auf leichten Unterkonstruktionen mit einem Flächengewicht von < 250kg/m² ausgeführt werden, wenn der R-Wert der Unterkonstruktion mindestens 0,15 m²K/W beträgt.

  • Dachabdichtung und Dachentwässerung

Die Dachabdichtung ist nach den geltenden Vorschriften und Regeln auszuführen. Dabei sind auch die Hinweise der Hersteller von Dachabdichtungsstoffen zu beachten. Eine Dampfsperre ist im Umkehrdach nicht notwendig, da es sich um ein diffusionsoffenes System handelt und die dampfbremsende Dachadichtung auf der bauphysikalisch richtigen Seite der Wärmedämmschicht liegt.

Die Dachentwässerung ist so zu legen, dass ein langfristiges Überstauen der Dämmplatten ausgeschlossen wird. Dafür ist gegebenenfalls die Dachabdichtung im Gefälle zu verlegen. Wird kein Gefälle hergestellt müssen die Dachabläufe an den Stellen der zu erwartenden maximalen Durchbiegung der Deckenkonstruktion angeordnet werde.

  • Wärmedämmschicht

Die Wärmedämmplatten sind immer dicht gestoßen und im Verband zu verlegen. Sie müssen eine umlaufende Kantenprofilierung (Stufenfalz) haben, um Wärmebrücken zwischen den Platten zu vermeiden. Die Verlegung der Wärmedämmplatten ist einfach und kann mit den bauüblichen Werkzeugen ausgeführt werden. Geschnittene Platten sind sorgfältig einzupassen.

  • Vlies und Kiesschüttung

Oberhalb der Wärmedämmplatten wird ein reißfestes und diffusionsoffenes Vlies verlegt. Es verhindert, dass Feinanteile aus der Kiesschicht in großem Maße zwischen und unter die Dämmplatten gelangen können. Zusätzlich dient es der Lagestabilisierung der Dämmplatten. Das Vlies sollte leicht sein und möglichst keine Feuchtigkeit speichern können. Kunststofffolien aus Polyethylen sind aufgrund ihrer diffusionsdichten Eigenschaften nicht zulässig.
 
Das Vlies wird durch eine Kiesschicht aus gewaschenem Kies der Körnung 16mm/32mm abgedeckt. Die Kiesschicht muss mindestens eine Dicke von 5cm haben, um einerseits die notwendige Auflast zu sichern und andererseits die Anforderungen des Brandschutzes zu erfüllen. In den neuen Europäischen Regelwerken wird eine derartige Kiesschicht als ausreichend brandsicher eingestuft. In den Eck- und Randbereichen eines Daches ist die Kiesschicht durch geeignete Maßnahmen vor dem Verwehen zu sichern.

4.2 Umkehrdächer mit speziellen Nutzungsformen

Aufgrund der Kombination aus Schutz- und Wärmedämmfunktion sind Umkehrdächer mit XPS auch für Gründächer und befahrbare Dächer besonders geeignet. Die Planung und Ausführung dieser Konstruktionsformen stellt besondere Anforderungen die jedoch einem speziellen technischen Artikel vorbehalten bleiben muss.

5. Zusammenfassung

Umkehrdächer mit XPS-Wärmedämmstoffen kombinieren den Wärmeschutz mit dem Schutz der Dachabdichtung und ermöglichen damit dauerhafte Flachdachkonstruktionen. Durch langjährige praktische Erfahrungen können Wärmedämmschichten aus XPS im Umkehrdach bauphysikalisch richtig dimensioniert und eingebaut werden. Dabei sind die in diesem Artikel genannten Grundsätze zu beachten.

6. Literatur

[1] EN 13164:  Thermal insulation products for buildings - Factory made products of extruded polystyrene foam (XPS), 2001

[2] Winkler,U. ; Haller,B.:  Umkehrdächer: Praktisches Langzeitverhalten am Bau, Bauphysikalisches Institut AG, Bern 1997, Schweiz

[3] Goetze, H.: Baupraktische Beurteilung des langfristigen Materialverhaltens von extrudiertem Polystyrol-Hartschaum Frankfurt/M 1987, Deutschland

[4] DIN 4108-10: Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden - Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe. Beuth-Verlag 2004, Berlin 2004

[5] EN 1606: Thermal insulating products for building applications - Determination of  compressive creep; 1996

[6] Merkel, H.: Determination of Long-Term mechanical Properties for Thermal Insulation under Foundations. BUILDINGS IX, International Conference, Clearwater, Florida 2004, ASHRAE 2004

 

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