Flachdach aus Holz trifft auf PV-Anlage − Eine bauphysikalische Herausforderung

Vor­wiegend im Wohn­bau wur­den über viele Jahrzehnte Flachdäch­er als Holzbalk­endecke aus­ge­führt – oft­mals noch ohne Flächendäm­mung oben auf der Holzbalk­endecke. Diese Flachdäch­er funk­tion­ieren, solange die Randbe­din­gun­gen stim­men: geringe Feuchte­be­las­tung, funk­tion­ierende Abdich­tung (meist dun­kle Bitu­menab­dich­tung außen, Dampf­bremse innen) und keine unkon­trol­lierten Luft­strö­mungen.

Nun soll Pho­to­voltaik auf dem Dach instal­liert wer­den. Das klingt zunächst nach einem ein­fachen “Zusatzbauteil”: Unterkon­struk­tion, Mod­ule drauf, fer­tig. Bau­physikalisch steckt dort jedoch mehr Verän­derung hin­ter. Denn eine PV-Anlage verän­dert nicht nur die sta­tis­che Belas­tung und den Wasser­abfluss ober­halb der Dachab­dich­tung. Bei Holz-Flachdäch­ern ist auch der Fak­tor Rück­trock­nung zu beacht­en, wenn Raum­feuchte durch Dif­fu­sion oder Kon­vek­tion in die Trag­w­erk­sebene gelangt.

Dieser Artikel gibt einen ersten Überblick, welche bau­physikalis­chen Risiken auf Holz-Flachdäch­ern typ­is­cher­weise lauern – und wann man ein Holz-Flach­dach vor der Instal­la­tion ein­er PV-Anlage feucht­eschutztech­nisch prüfen sollte.

Typischer Aufbau: Warum Bestands-Holzflachdächer “anders ticken”

Aus Holz gebaute Flachdäch­er kön­nen unter­schiedlich kon­stru­iert wer­den:

• Sicht­bare Holzbalken­lage mit Auf­dachdäm­mung (z. B. Hal­lendäch­er)
• Gedämmter Holzbalken­lage ohne Auf­dachdäm­mung (Dicht-Dicht Prinzip)
• Gedämmte Holzbalk­endecke, hin­ter­lüftet (Kalt­dach)
• Gedämmte Holzbalken­lage mit Auf­dachdäm­mung (Neubau, mod­ernisiertes Flach­dach)

Die jew­eili­gen Flach­dachauf­baut­en haben alle Vor- und Nachteile. Sie wer­den bei unter­schiedlichen Gebäude­typen einge­set­zt und sind mal mehr und mal weniger kosten­in­ten­siv. Flachdäch­er als Kalt­dach wer­den aus Kosten­grün­den heutzu­tage weniger umge­set­zt, da ver­gle­ich­sweise große Lüf­tungsöff­nun­gen und Auf­bauhöhen erforder­lich sind. Es dominieren Flachdäch­er mit Auf­dachdäm­mung. Eine bau­physikalisch gute Lösung, wobei die Auf­dachdäm­mung bei PV-Instal­la­tion und Flach­dach aus­re­ichend druck­fest sein sollte. Dies gilt für die auch für die Flach­dachab­dich­tung. Mögliche “Pfützen” wür­den unter anderem zu einem Tem­per­aturge­fälle im Dach führen, welch­es Span­nun­gen verur­sachen und infolgedessen Mate­ri­alver­sagen entste­hen kann (Riss­bil­dung, spröde Nähte). Sta­tisch rel­e­vante Holzw­erk­stoff­plat­te, Trapezbleche und Holzbalken soll­ten sta­tisch darüber hin­aus aus­re­ichend stark bemessen sein.

Ein oft ver­nach­läs­sigtes The­ma ist das Rück­trock­nungsver­hal­ten bei Flachdäch­ern. Durch Dampfd­if­fu­sion gelangt Luft­feuchtigkeit in die Trag­w­erk­sebene und ist dort – je nach Flach­dachauf­bau − nach oben hin eingeschlossen. Die Feuchte kann nicht aus­re­ichend an die Außen­luft (oder Raum­luft und dann über Fen­ster an die Außen­luft) abgegeben wer­den. Zumin­d­est nicht kurzfristig. Im Som­mer, wenn es wärmer wird, erhitzen Flachdäch­er. Die war­men Tem­per­a­turen draußen und die kalten Tem­per­a­turen innen führen dazu, dass ein Druck­ge­fälle entste­ht und Luft inklu­sive der enthal­te­nen Luft­feuchte den Weg von außen nach innen suchen. Ein oft ver­nach­läs­sigtes The­ma. Warme Luft trans­portiert Feuchtigkeit aus dem Bauteil wieder zurück zur Raum­luft und von dort nach draußen. Dämm­stoffe, als auch Holz geben Ihre Feuchtigkeit ab; sie trock­nen im Som­mer (Rück­trock­nung genan­nt). Die soge­nan­nte Rück­trock­nung ist wichtig, wenn teils durch­feuchtete Bauteile zur kalten Jahreszeit hin wieder ihre Dämmwirkung zeigen und neue Feuchtigkeit aufnehmen kön­nen. Die Rück­trock­ung ist eine Art Feuchtigkeit­sreg­ulierung bei bes­timmten Flach­dachfor­men wie dem Dicht-Dicht Däch­ern.

Was passiert bauphysikalisch bei Installation einer Photovoltaikanlage auf dem Flachdach?

Die anfäl­lig­sten Flach­dach-Bauart für Flachdäch­er sind bau­physikalisch betra­chtet gedämmte Flachdäch­er mit Zwis­chendäm­mung und ohne Auf­dachdäm­mung (Dicht-Dicht Prinzip), sowie alte Kalt­däch­er (gedämmte Holzbalk­endecke, außen­seit­ig hin­ter­lüftet). Bei bei­den Flach­dach-Kon­struk­tio­nen weiß man oft nicht, ob die Luft­dichtheit innen­seit­ig wirk­lich gut funk­tion­iert und ob Feuchte, die sich in der Kon­struk­tion befind­et, über die Jahre aus­re­ichend rück­trock­nen kann.

Wird nun eine PV-Anlage instal­liert, entste­ht eine Ver­schat­tung auf dem Flach­dach. Die Pho­to­voltaikan­lage entzieht ober­flächig dem Flach­dach die Son­nen­wärme. Jene Wärme, die notwendig ist, um die Rück­trock­nung in den Som­mer­monat­en zu ermöglichen. Die Tem­per­a­turen im Flach­dachauf­bau sinken, die zirkulierende Luft als auch die Bauteile inner­halb des Flach­dachs sind küh­ler, sodass die im Bauteil enthal­tene Feuchtigkeit nicht mehr oder nur langsam wieder an die Raum­luft zurück­gegeben wird. Mehr noch: Zusät­zlich­er Wasser­dampf kön­nte weit­er von unten nach oben dif­fundieren und vom gas­för­mi­gen Zus­tand in einen wasser­för­mi­gen Zus­tand überge­hen (Tauwass­er an beson­ders kalten Stellen). Alte Schwach­stellen wer­den durch die PV-Anlage sicht­bar, die vorher nur latent vorhan­den waren.

Zusatz-Risikofaktor: Konvektion durch Luftleckagen

Ein gewöhn­lich­er Teil der Bauteil­feuchte entste­ht durch Dif­fu­sion – Wasser­dampf, welch­er durch ein Druck­ge­fälle von A nach B wan­dert. Ein weit­eres Risiko sind Kon­vek­tion­sef­fek­te. Warme, feuchte Innen­luft strömt durch kleine Leck­a­gen in den Dachauf­bau und kon­den­siert dort an kalten Bauteilschicht­en (z. B. unter­halb ein­er PV-Anlage). Kon­vek­tion meint den Trans­port von Feuchtigkeit über die Luft. Die Luft, welche wir ein- und ausat­men, enthält Luft­feuchte, die durch eine fehlende Luft­dichtheit­sebene (z. B. eine Folie) in die Trag­w­erk­sebene eines Flach­daches gelangt. Bei Holzflachdäch­ern kön­nen Leck­a­gen jahrzehn­te­lang unent­deckt bleiben, solang die Rück­trock­nung aus­re­ichend gut funk­tion­iert. Die PV-Anlage verur­sacht die Leck­age nicht direkt – sie verän­dert lediglich die Randbe­din­gun­gen.

Flachdach aus Beton auch gefährdet?

Flachdäch­er aus Beton und Stahlbe­ton sind ins­ge­samt weniger schaden­san­fäl­lig, sofern die Dampf­bremsab­dich­tung auf der Stahlbe­ton­decke ord­nungs­gemäß aus­ge­führt wurde und das Flach­dach außen­seit­ig gedämmt ist. Spezialfälle stellen Wöhrmann-Däch­er (WU-Beton mit EPS-Innendäm­mung) dar. Sie sind per se eine bau­physikalisch ungün­stige Kon­struk­tion. Eine PV-Anlage würde eher keine zusät­zliche Schä­den begrün­den. Das baual­ter­styp­is­che Wöhrmann-Dach erfüllt per se die Min­destanforderun­gen des Wärmeschutzes nicht, weshalb eine Flach­dachmod­ernisierung (Auf­dachdäm­mung) vor Instal­la­tion ein­er PV-Anlage empfehlenswert ist.

Stahlhallendach mit Aufdachdämmung und PV – ein Problem?

Stahlhal­lendäch­er mit ein­er flächig ver­legten Auf­dachdäm­mung stellen bau­physikalisch − fachgerechte Aus­führung voraus­ge­set­zt − weniger ein Prob­lem dar. Bei solchen Hal­lenkon­struk­tio­nen ist eher die Ver­ar­beitung und Lebens­dauer von Abdich­tungs­bah­nen ober­halb der Däm­mebene ein baukon­struk­tives Risiko dar. Starkes Aus­dehnungsver­hal­ten verur­sacht durch Tem­per­aturschwankun­gen und/oder PV-Instal­la­tio­nen (Druck­stellen, Beschädi­gun­gen während der Mon­tage, hohe Tem­per­aturge­fälle) kön­nen Beschädi­gun­gen an der außen­seit­i­gen Dachfolie verur­sachen. Daher sind all­ge­mein Flachdäch­er regelmäßig zu prüfen und zu warten.

All­ge­mein soll­ten bal­lastierte Sys­teme und Last­plat­ten eine Schut­zlage erfordern. Wenn Unterkon­struk­tion, Mat­ten oder Plat­ten auf dem Dach arbeit­en (Tem­per­atur­dehnung, Wind­be­we­gung, Vibra­tion), kann es zu Scheuer­stellen in der Abdich­tung kom­men. Bei Auf­dachdäm­mung kann eine kleine Undichtigkeit schnell zu größeren Schä­den in der Däm­mebene führen. Bei einem Holz-Flach­dach kön­nen gegenüber Stahlkon­struk­tio­nen noch eher trag­w­erks­seit­ige Schä­den entste­hen.

Fazit: Wann sollte ein Flachdach bauphysikalisch geprüft werden?

Grund­sät­zlich kann man sich gut merken, dass Holz-Flach­dachkon­struk­tio­nen eine ver­gle­ich­sweise fehler­an­fäl­lige Kon­struk­tion darstellen. Sie sind stark abhängig von äußeren Randbe­din­gun­gen. Eine zusät­zliche Instal­la­tion ein­er PV-Anlage stellt ein weit­eres Risiko dar, dass nach­haltige Schä­den der Trag­w­erk­sebene entste­hen kön­nen.

Während im Neubau die Risiken gut kon­trol­lier­bar und ver­mei­d­bar sind, ist der Umgang mit den Gebäudebe­stand deut­lich schwieriger. Sig­nifikante Unter­schiede beim bau­physikalis­chen Risiko entste­hen durch die Art der Flach­dachkon­struk­tion und dem Dachauf­bau. Ger­ade im Hal­len­bau wer­den im Regelfall Auf­dachdäm­mungen – auch bei Holz-Flachdäch­ern und Pult­däch­ern ver­baut. Eine Pho­to­voltaikan­lage würde hier nur ein begren­ztes tech­nis­ches Risiko darstellen. Im Büro- und Woh­nungs­bau der 60er und 70er Jahre kann dies schon anders ausse­hen.

Bis­lang unsicht­bare Leckar­gen und Aus­führungs­fehler kön­nen durch Schä­den mit der Zeit sicht­bar wer­den. Eine bau­physikalis­che Über­prü­fung wird vor Instal­la­tion ein­er PV-Anlage drin­gend emp­fohlen. Infolgedessen wer­den häu­fig zusät­zliche Auf­dachdäm­mungen und neue Abdich­tungsebe­nen ver­baut.

Bei einem PV-Pro­jekt soll­ten sich Pro­jek­tier­er nicht allein auf die ertra­gre­iche Stromerzeu­gung konzen­tri­eren. Die Kosten ein­er Dachsanierung infolge eines Dachschadens wür­den mit hoher Wahrschein­lichkeit so hoch aus­fall­en, dass die Ren­diteziele auf lange Dauer nicht erre­icht wer­den kön­nen. Wenn die Abdich­tung in weni­gen Jahren ohne­hin erneuert wer­den muss, ist die Instal­la­tion “auf Altbe­stand” oft ein strate­gis­ch­er Fehler. Wichtig ist es daher, den Dachauf­bau bau­physikalisch zu ver­ste­hen und einord­nen zu kön­nen.

Zusammenfassung