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Vom Schutzhaus lernen
Das Beispiel der Boè-Hütte zeigt, wie Simulationen bei der Sanierung historischer Gebäude helfen können
Aufwachen im Schutzhaus bei Sonnenaufgang: Ein kurzer Blick durch das kleine Holzfenster, auf den im Morgenlicht leuchtenden Gipfel, den man gleich besteigen will, eine letzte Kontrolle des Rucksacks, Kaffeeduft aus der Küche. Spätestens beim Betreten des Badezimmers jedoch ist es vorbei mit dem romantischen Idyll: Die Bodenfliesen sind so feucht, als wären sie gerade erst gewischt worden, und auch die Wände fühlen sich nass an. Nirgendwo ein trockener Fleck, um etwas abzulegen. Und so bleibt es den ganzen Tag über – feucht und nie wirklich warm…
Wer regelmäßig auf Berghütten unterwegs ist, kennt diese Erfahrung – bis vor einigen Jahren war sie der Normalfall.
„Viele Schutzhütten in den Alpen wurden vor mehr als hundert Jahren errichtet. Sie wurden so gebaut, dass sie Wind und Wetter trotzen und unter extremen Bedingungen möglichst lange bestehen würden“, erklärt der Ingenieur und Forscher Simone Panico. „Komfort, wie wir ihn heute verstehen, war sicherlich keine Priorität.“
Aber die Zeiten haben sich geändert.
Heute geht es bei der Sanierung einer Schutzhütte zum einen darum, die Gebäudestruktur zu stärken und so ihre Lebensdauer weiter zu verlängern, zum anderen ist das Ziel, die Energieeffizienz zu verbessern, auch damit es im Inneren angenehmer ist. Feuchtigkeit gilt nicht länger als unvermeidbares Übel, das man in Kauf nimmt, um vor Wind und Wetter geschützt zu sein – zumal sie auch die Bausubstanz schädigen kann.
Nicht umsonst spricht man von Retrofit, also der Modernisierung eines Gebäudes durch den Einsatz neuer Technologien, etwa innovativer Dämmstoffe.
„Komfort, wie wir ihn heute verstehen, war keine Priorität, als die Schutzhütten gebaut wurden.“
Simone Panico, Forschungsingenieur und Experte für die energetische Sanierung historischer Gebäude
Im Vergleich zu einem Gebäude im Tal sind bei einer Berghütte deutlich mehr Faktoren zu berücksichtigen. Die Wetterbedingungen sind extrem: intensive Sonneneinstrahlung im Sommer, Schnee, der im Winter Teile des Gebäudes wochenlang bedecken kann, starker Regen und Wind. Zudem sind die Hütten oft nur wenige Monate im Jahr bewohnt, die Innenräume werden also nicht durchgehend beheizt. Das sind die konkreten Probleme, vor denen Planungsbüros stehen, wenn es darum geht, geeignete Materialien und bauliche Lösungen zu finden.
„In unserer Forschungsgruppe sind wir überzeugt, dass Simulationen ein vielversprechendes Instrument darstellen. Auch Fachleute aus der Branche betrachten sie mit zunehmendem Interesse und großen Erwartungen“, erklärt Marco Larcher, Physiker und Leiter des Hygrothermal Testing Lab.
Die Sanierung der Boè-Hütte bot Larcher, Panico und ihren Kollegen die Möglichkeit zu zeigen, dass gut durchgeführte Simulationen auch unter extremen Bedingungen funktionieren.
Boè-Hütte: Wie ein Simulationsmodell im Hochgebirge entwickelt und kalibriert wird
Die Boè-Hütte wurde Ende des 19. Jahrhunderts vom Deutschen und Österreichischen Alpenverein (DuÖAV) errichtet und zählt zu den ersten Schutzhütten in den Dolomiten. Sie liegt mitten in der Sellagruppe und ist vergleichsweise leicht erreichbar – besonders, wenn man mit der Seilbahn auf den Sass Pordoi hinauf fährt. Das sollte jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass es sich um eine hochalpine Schutzhütte auf 2.871 Metern Höhe handelt. Die Bauweise trägt diesen Bedingungen Rechnung: Die massiven Mauern aus Dolomitgestein und Mörtel sind fast 60 Zentimeter dick.
Im Jahr 2020 wandte sich das Unternehmen Fanti Legnami im Zuge der Sanierungsarbeiten an Larcher: „Wir benötigen Ihre wissenschaftliche Beratung für die Innendämmung.“
Tatsächlich besteht bei Innendämmungen das Risiko von Kondenswasser und Feuchtigkeit, die Wände und Balken beschädigen können. Gleichzeitig ist eine Innendämmung oft die einzige Möglichkeit, die Fassaden historischer Gebäude zu erhalten.
Der erste Schritt bestand darin, alle verfügbaren Daten zu Klima und Baumaterialien zusammenzutragen und daraus eine Simulation zu entwickeln. Sie sollte den Planern ermöglichen, das hygrothermische Verhalten der Wände vorherzusagen – also nachzuvollziehen, wie sich Temperatur und Feuchtigkeit innerhalb des Mauerwerks verhalten.
Doch der eigentlich interessante Teil kam danach.
Während der Renovierungsarbeiten installierten die Forschenden Sensoren in verschiedenen Schichten einer Wand – im Inneren, an der Außenoberfläche sowie zwischen dem Natursteinmauerwerk und der Dämmschicht. Mithilfe solarbetriebener Batterien erfassten sie über einen Zeitraum von fünf Jahren Messdaten wie Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Einen Teil dieser Daten nutzten sie anschließend zur Kalibrierung der Simulation. Mit anderen Worten: Die realen Messwerte dienten dazu, das Modell zu justieren, sodass die Simulationsergebnisse die realen Verhältnisse so genau wie möglich widerspiegeln.
„Besonders interessiert hat uns die relative Feuchte unter der Dämmung, denn an der Grenzfläche zwischen Mauerwerk und Dämmung erwarten wir die stärkste Feuchtigkeitsansammlung“, erklärt Panico. „Die im Planungsstadium entwickelte Simulation war zwar gut, in der Anfangsphase aber etwas zu optimistisch. Sie prognostizierte eine geringere Feuchtigkeit als die später gemessenen Werte, weil wir unterschätzt hatten, wie viel länger die Trocknungszeiten unter den gegebenen Bedingungen sind.“
Die Forscher kalibrierten das Modell Schritt für Schritt. Und mit jedem Schritt stimmten die Grafiken, die die Entwicklung der verschiedenen Parameter zeigten, besser überein.
Die Grafiken unten zeigen die verschiedenen Phasen der Kalibrierung der relativen Luftfeuchtigkeit im Wandinneren, zwischen dem Mauerwerk und der Innenverkleidung. In Dunkelblau sind die Werte der Simulation und in Hellblau die Messwerte aus dem Monitoring dargestellt.
In der Simulation wurden die Materialkennwerte angepasst, unter anderem auf Grundlage von Untersuchungen im Hygrothermal Testing Lab. Die simulierten und die gemessenen Werte stimmen nun nahezu vollständig überein.
Real indoor and outdoor climate data were incorporated into the simulation. The simulated results begin to align with the measured values.
The material properties used in the simulation were updated, drawing in part on tests carried out in the Hygrothermal Testing Lab. The simulated and measured results are now almost completely aligned.
„Wir können kein schlüsselfertiges Modell anbieten, aber man muss sich nicht mehr allein auf die persönlichen Einschätzungen verlassen.“
Marco Larcher, Physiker, Experte für energetische Sanierung historischer Gebäude
Lässt sich das Simulationsmodell auf andere Fälle übertragen?
„Wir müssen vorsichtig sein, insbesondere wenn wir es mit historischen Gebäuden zu tun haben: Eine fundierte Beratung muss stets die Besonderheiten des jeweiligen Falls berücksichtigen. An der Boè-Hütte haben wir jedoch festgestellt, dass eine Simulation funktioniert – und zwar auch unter extremen Bedingungen wie denen einer hochalpinen Schutzhütte. Das ist eine hervorragende Nachricht“, freut sich Larcher.
Die Daten wurden in einem Data Paper veröffentlicht, also einem wissenschaftlichen Fachartikel, der sämtliche verfügbaren Datensätze zugänglich macht und es damit erleichtert, sie auszutauschen und neue Erkenntnisse zu gewinnen.
Kürzlich wurde das Team bei der Sanierung der Pedrotti-Hütte in den Brenta-Dolomiten um wissenschaftliche Beratung gebeten. Larcher resümiert: „Wir können unser Modell nicht schlüsselfertig anbieten. Wenn ich heute jedoch Annahmen zum Innenklima dieser Hütte treffen muss, kann ich von einer soliden Grundlage gemessener Daten ausgehen und muss mich nicht mehr allein auf meine persönlichen Einschätzungen verlassen.“
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