Dachüberlegungen für nördliche Klimazonen

Von Ronald L. Goodman Bei jeder wichtigen Entscheidung im Leben ist es notwendig, die mit den getroffenen Entscheidungen verbundenen Kompromisse zu verstehen. Gleiches gilt für die Auswahl einer Dacheindeckung. Ein gemeinsames Thema ist Nachhaltigkeit und die Verwendung „umweltfreundlicher“ Baumethoden und -materialien. Allerdings kann es zu Problemen kommen, wenn Materialien ausschließlich aufgrund der wahrgenommenen Energie- oder Umweltvorteile ausgewählt und gekauft werden.

Bei der Spezifikation einer Dacheindeckung müssen die Geografie, Nutzung und der Inhalt eines Gebäudes berücksichtigt werden. Einfach ausgedrückt: Es gibt kein Dachsystem, das in jeder Situation und an jedem Standort das gleiche Maß an Leistung und Energieeinsparungen bietet.

Dachsysteme aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) eignen sich häufig für kanadische Dachprojekte. Das synthetische Kautschukmaterial wurde vor mehr als 50 Jahren auf dem Markt für gewerbliche Dächer eingeführt und wird häufig in Dächern mit geringer Neigung sowohl bei Neubauten als auch bei Neudachanwendungen eingesetzt. Diese Membran ist sowohl in Schwarz als auch in Weiß erhältlich und wird in verschiedenen Breiten und Stärken verkauft. Verstärktes EPDM verfügt über ein verstärkendes Gelege zwischen zwei Lagen EPDM-Membran, während unverstärkte Produkte diese Komponente nicht enthalten.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, ein EPDM-Membrandach zu installieren. Die gebräuchlichsten davon sind:

EPDM bietet eine Vielzahl von Vorteilen, darunter Witterungsbeständigkeit, Hagelbeständigkeit, reduziertes Kondensationspotenzial, Sicherheit, Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit.

Witterungsbeständigkeit Xenon-Lichtbogentests sind der Industriestandard zum Vergleich, wie lange ein bestimmtes Dachmaterial der Bildung von Rissen oder Haarrissen durch ultraviolette (UV) Einwirkung standhält. Vergleichende ASTM-Bewitterungstestdaten verschiedener 1,5 mm (60 mil) Membranen zeigen deutlich, dass unverstärktes schwarzes EPDM den härtesten UV-Einwirkungen standhalten kann und weit über den Mindeststandard der Branche hinausgeht. Die Energiemenge, der Membranen ausgesetzt waren, ohne dass Risse auftraten, betrug:

Es ist auch wichtig zu verstehen, dass die Menge an witterungsbeständigem Material nicht bei allen 1,5-mm-Einschichtmembranen gleich ist. Die meisten weißen thermoplastischen Membranen sind innen verstärkt und die Dicke über dem Verstärkungsgelege liegt typischerweise im Bereich von 0,5 bis 0,6 mm (20 bis 25 mil). EPDM-Membranen, die in ballastierten und verklebten Systemen verwendet werden, benötigen kein internes Verstärkungsgelege; Dadurch verhindert eine 1,5 mm dicke Witterungsmembran Leckagen.

Sobald das Gelege auf einer verstärkten Membran freiliegt, ist es schwierig, kleine Reparaturen durchzuführen, während das unverstärkte EPDM weit über seine geschätzte Lebensdauer hinaus reparierbar bleibt. Kürzlich durchgeführte Tests einer 30 Jahre alten EPDM-Membran haben gezeigt, dass sie ihre physikalischen Eigenschaften wie Zug- und Reißfestigkeit beibehält oder in einigen Fällen sogar steigert.1

Hagelwiderstand Die Häufigkeit und Schwere von Hagelstürmen in Kanada hat in den letzten Jahren zugenommen.2 Im August 2012 wurde Calgary von einer Flut gewaltiger Stürme heimgesucht, die Hagel in der Größe von Vierteldollar- und Golfbällen abwarfen. Der durch diese Stürme verursachte Schaden war so groß, dass der Dollarwert der Versicherungsansprüche im gesamten Jahr etwa die Hälfte aller Schadensfälle im ganzen Land ausmachte. Und diese Stürme verblassen im Vergleich zu dem Sturm, der 2010 dieselbe Region heimgesucht hat.

Da sich die Unwetterbedingungen in Nordamerika scheinbar verändern, kann ein EPDM-Dachsystem aufgrund seiner Haltbarkeit und Durchstoßfestigkeit in einer Vielzahl von geografischen Gebieten eine geeignete Wahl sein. Die meisten Produkte auf Asphaltbasis und Membranen auf weißer Kunststoffbasis werden mit zunehmendem Alter spröder und daher anfälliger für schwere Schäden durch Hagelschlag. Das Gleiche gilt nicht für EPDM. In einem Bericht der Dachberater Jim Koontz und Tom Hutchinson aus dem Jahr 2009 heißt es:

Die Ergebnisse dieser Forschung zeigen deutlich, dass unverstärktes EPDM … ein hohes Maß an Hagelbeständigkeit bietet … feld- und hitzegealterte EPDM-Membran … den Großteil ihrer Schlagfestigkeit behält, wenn sie altert.3

Ein weiterer Veteran der Hagelforschung in der Dachdeckerbranche, Ric Vitiello von Benchmark Services, hat seine Ergebnisse in einem 15-seitigen Bericht dokumentiert, der 2007 für die EPDM Roofing Association (ERA) erstellt wurde.4 Er kommentierte: „Basierend auf Feld- und Testdaten ist dies der Fall.“ „Clear EPDM übertrifft andere Dachsysteme“, und fügt hinzu: „EPDM-Systeme sind viel hagelresistenter, auch ohne spezielle Behandlung.“

Ballastierte EPDM-Dächer eignen sich besonders gut für Hagelstürme, da das Ballastmaterial auf der Membran dazu dient, die Eisbälle beim Aufprall zu zerbrechen. Da die Komponenten eines ballastierten Systems mit Flusssteinen oder Pflastersteinen beschwert und an Ort und Stelle gehalten werden, bieten sie zusätzlichen Hagelschutz, da das Ballastmaterial die darunter liegende Membran schützt.

In einer unabhängigen Studie von Jim D. Koontz & Associates wurden neue, hitzegealterte und feldgealterte EPDM-Proben starken Stößen durch Hagelkörner unterschiedlicher Größe mit einem Durchmesser von 38 bis 76 mm (1,5 bis 3 Zoll) ausgesetzt.5 Ungeachtet der Alterung erfüllten fast 95 Prozent der EPDM-Proben die ASTM-Standards für die Hagelbeständigkeit. Die Ergebnisse waren überwältigend positiv und zeigten die Nützlichkeit des Materials in hagelgefährdeten Gebieten oder für Dächer, die übermäßigem Verkehr ausgesetzt sind.

Reflexion und Verdichtung In wärmeren Klimazonen, in denen der Großteil des Energieverbrauchs einer Anlage auf die Klimaanlage zurückzuführen ist, können reflektierende „kühle“ Dächer die Energiekosten senken, den Verbrauch natürlicher Ressourcen verringern und die Belastung des Stromnetzes verringern. In den Vereinigten Staaten sind Kühldächer in den Zonen 1, 2 und 3 der American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) aufgrund der möglichen Energieeinsparungen tatsächlich vorgeschrieben. Allerdings kann die Installation eines reflektierenden Daches in einem kälteren Klima negative Folgen haben.

Reflektierende Dächer sind im Sommer kühl und werden im Winter deutlich kälter. Dies hat zur Folge, dass diese Membranen den Taupunkt deutlich länger unterschreiten und bleiben als dunkler gefärbte Membranen. Dies kann insbesondere in Räumen mit hoher relativer Luftfeuchtigkeit (RH) zu Problemen mit der Kondensation führen. Dunkle Dächer können die Wahrscheinlichkeit von Kondensationsproblemen verringern, insbesondere in Regionen mit kaltem Klima.

Kondenswasser in der Dacheindeckung führt langsam und geräuschlos zur Erosion der Komponenten, was schließlich zu einem vorzeitigen Ausfall führt. In einer umfassenden Studie mit dem Titel „Condensation Risk of Mechanically Fastened Roof Systems in Cold Climates“, durchgeführt von Manfred Kehrer vom US Oak Ridge National Laboratory (ORNL) und Simon Pallin von der Universität Schweden, wurde festgestellt: „Ein kühles Dach wird …“ unter der Oberflächenmembran etwa doppelt so viel Feuchtigkeit ansammeln wie auf einer schwarzen Oberfläche.“6

Die kanadische Anforderung, eine Luftsperre zu installieren, verringert das Potenzial kondensationsbedingter Probleme. Wenn jedoch die Luftbarriere während der Lebensdauer des Dachsystems beeinträchtigt wird (durch das Hinzufügen von Randsteinen oder Rohrentlüftungen oder durch Ausdehnungs- und Kontraktionskräfte, die zu einer Beeinträchtigung der Luftdichtungen führen), erhöht sich die Wahrscheinlichkeit von Kondensationsproblemen erheblich. Bei der Bildung von Kondenswasser haften in der Regel Bauherren, Architekten und/oder Planer für kondenswasserbedingte Schäden.

Sicherheitsprobleme In Gewerbegebäuden ist es nicht ungewöhnlich, dass sich HVAC-Geräte auf dem Dach befinden. Daher müssen Wartungsarbeiter bei jedem Wetter das Dach aufsuchen, um die Geräte zu warten. Auf weißen Membranen bilden sich leichter Reif, Tau und Eis und sind schwer zu erkennen, wodurch die Gefahr von Rutsch- und Sturzgefahr besteht.

Weiße Membranen können bei Nässe rutschig sein, was besonders auf geneigten Dächern ohne Brüstungswand eine große Gefahr darstellen kann. Sobald schwarze Membranen der Sonne ausgesetzt sind, beginnen sie, Schnee und Eis zu schmelzen und tragen dazu bei, dass die Dachoberfläche schneller trocknet, was sie für das Wartungspersonal sicherer macht. Weiße Dächer sind außerdem anfälliger für Schnee- und Eisansammlungen. Auf geneigten Dächern kann es zu Lawinenrutschen kommen, die auf niedrigere Dächer, Grünanlagen und alles andere in der Nähe des Gebäudes stürzen können. Im Fall eines 20.067 m2 (216.000 sf) großen Lagerhauses in St. Louis, Missouri reichten Schnee- und Eisschichtbewegungen aus, um Gasleitungen zu lösen, die über ein weißes Dach führten.

Energieeffizienz und UmweltauswirkungenVor der Auswahl eines Dachprodukts auf der Grundlage der erwarteten Energieeinsparungen können Planer die erwarteten berechneten Ergebnisse untersuchen, die im Roof Savings Calculator des US-Energieministeriums (DOE) zu finden sind.7 Der Roof Savings Calculator enthält zwar keine Daten für laufende kanadische Städte Die Berechnungen für Städte im Norden der USA wie Seattle, Washington, Billings, Montana, Minneapolis, Minnesota, Detroit, Michigan, Buffalo, NY und Burlington, Vt. zeigen, dass eine weiße Dachfarbe den Gebäudeeigentümer erhebliche Kosten verursachen wird Geld aufgrund der mit weißen Dächern verbundenen Heizkosten (oder negativen Auswirkungen auf die Energiekosten) (Abbildung 1).

Eines der wichtigsten Designanliegen kanadischer Architekten ist die Frage, wie man Gebäude auch in langen, kalten Wintern warm und komfortabel hält. Ein kühles Dach erschwert diese Aufgabe per Definition.

Eine andere Theorie besagt, dass die Verwendung weißer Dächer die Temperatur in Städten senken und damit die globale Erwärmung verringern wird. Während sich weiße Dächer normalerweise kühler anfühlen als schwarze Dächer, lenken sie lediglich die Energie der Sonne um. Wie es die Gesetze der Thermodynamik vorschreiben, verschwindet die Energie nicht einfach. Eine aktuelle Studie von Mark Z. Jacobson und John E. Ten Hoeve vom Department of Civil & Environmental Engineering der Stanford University erörtert dieses Phänomen und kommt zu dem Schluss, dass der Nettoeffekt weißer Dächer möglicherweise zu einem Anstieg der globalen Temperaturen führt.8

Die Studie aus dem Jahr 2011 mit dem Titel „Auswirkungen städtischer Oberflächen und weißer Dächer auf das globale und regionale Klima“ ist viel umfassender als frühere Untersuchungen und nutzt die neuesten Fortschritte in der atmosphärischen Computermodellierung. Die Untersuchungen von Jacobson und Ten Hoeve deuten darauf hin, dass weiße „kühle“ Dächer die Erdtemperatur tatsächlich erhöhen, statt sie zu senken.

Weiße Dachmembranen verfügen über ein hohes Reflexionsvermögen, wodurch Sonnenlicht und Wärme nach oben in die Atmosphäre reflektiert werden. Dort vermischt sich die Hitze mit schwarzen und braunen Rußpartikeln, die vermutlich zur globalen Erwärmung beitragen. Darüber hinaus führt die Heizbelastung von Gebäuden mit weißen Dächern in nördlichen Klimazonen, wie sie beispielsweise in Kanada zu finden sind, zu höheren Heizkosten und einem höheren Energieverbrauch. Je mehr natürliche Ressourcen zur Energieerzeugung genutzt werden, desto mehr Kohlendioxid (CO2) wird in die Atmosphäre abgegeben. Die Reflexion von Sonnenlicht und Wärme zurück in die Atmosphäre sowie steigende CO2-Emissionen tragen nicht zur Bekämpfung der globalen Erwärmung bei.

Abschluss Natürlich gibt es Einrichtungen, die gekühlt werden müssen, wie z. B. Eishockey- und Tiefkühlanlagen, bei denen ein Kühldach auch bei kaltem Klima sinnvoll sein kann. Wenn man jedoch die Kompromisse in Bezug auf Witterungsbeständigkeit, Sicherheit, Kondensationsrisiko, Energieeffizienz und Umweltauswirkungen genau kennt, scheint es, dass dunklere Dacheindeckungen für nördliche Klimazonen eine geeignetere Wahl wären.

Anmerkungen 1 Weitere Informationen finden Sie unter www.epdmroofs.org/attachments/2010_epdmaproventperformerepdm.pdf und www.epdmroofs.org/epdm-todays-choice/long-term-performance. (zurück nach oben)2 Besuchen Sie ec.gc.ca/meteo-weather/default.asp?lang=En&n=7E041C81-1. (zurück nach oben)3 Weitere Informationen finden Sie unter www.rci-online.org/interface/2009CTS-Proceedings-koontz-hutchinson.pdf. Hutchinson hat auch für Construction Canada über Steinwolleisolierung und Dächer geschrieben. Der Artikel „High Fiber Diet“ erschien in der Märzausgabe 2011. (zurück nach oben)4 Besuchen Sie www.epdmroofs.org/attachments/2007_04_comparativeperformanceofepdmrubberroofingmembraneasprotection-with%20editorial%20notes%20added%20in%20text.pdf. (zurück nach oben)5 Besuchen Sie www.rci-online.org/interface/2009CTS-Proceedings-koontz-hutchinson.pdf. (zurück nach oben)6 Besuchen Sie www.rci-online.org/interface/2013-CTS-kehrer-pallin.pdf. (zurück nach oben)7 Besuchen Sie web.ornl.gov/sci/roofs+walls/facts/CoolCalcEnergy.htm. (zurück nach oben)8 Besuchen Sie www.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/Others/HeatIsland+WhiteRfs0911.pdf. (Zurück nach oben)

Ronald L. Goodman ist Marketingmanager für EPDM und FleeceBACK Systems bei Carlisle SynTec Systems. Seit mehr als 30 Jahren ist er im Unternehmen tätig und maßgeblich an der Entwicklung von Produkten beteiligt, die von druckempfindlichen Zubehörteilen und Pfettenbefestigungen bis hin zu Luftbarrieren und Isolierklebstoffen reichen. Er kann per E-Mail unter [email protected] erreicht werden.