Dampfbefeuchtung in Holzbau-Sporthalle

Die Stadt Vaihingen Enz (Baden-Württemberg) eröffnete im Jahr 2022 eine moderne, klimafreundliche Sporthalle in Holzbauweise, die „Kaltensteinhalle“. Insgesamt 950 m³ Holz wurden für die Halle verbaut. Das entspricht rund 950 t CO₂. Am markantesten ist das filigrane Holztragwerk des Dachs. Brettschichtholz-Träger überspannen drei große Sportfelder und Nebenräume – insgesamt 3.400 m². Diese tragen über mehr als 30 m frei und kragen fast 4 m über den Eingangsbereich. Reihen von Oberlichtern leuchten das Holz in dem schmalen Raum zwischen den Rippen blendfrei aus. Das Holzdach tragen Holzstützen. Auch das Foyer und die anschließenden Räume sind mit Holzelementen gestaltet. Die Außenhülle bilden Holzrahmenbauwände, Brettsperrholz die Innenwände. Nur die erdberührenden und statisch wichtige Bauteile sind aus Stahlbeton. An ausgesuchten Stellen kann man an Holzwänden vorbei von innen durch die gelochte Metallfassade in die helle Umgebung blicken. Zur Straße sind die Außenwände großzügig verglast. Im Wechselspiel mit einer flächigen Fassade aus gelochtem und schwarzbraun eloxiertem Aluminium entsteht ein Kontrast zwischen Transparenz und Geschlossenheit. Ausgezeichnet wurde die Halle 2023 mit dem Architekturpreis des Bundeslandes Baden-Württemberg, dem Hugo Häring Preis des Bundes Deutscher Architekten BW. Erhalten hatte sie da schon den Holzbaupreis Baden-Württemberg 2022 und den Vorarlberger Holzbaupreis 2021.

Spannung im Holz

Die unlackiert Oberfläche der Holzstützen fasst sich samtig an und gleicht mit dem modernen Dachtragwerk das Raumklima aus, denn unlackiertes Holz nimmt Feuchtigkeit aus der Luft auf und gibt sie wieder ab. Dabei verändert das Naturmaterial auch sein Volumen – es quillt und schrumpft. Scharfkantige Hölzer quellen und schrumpfen bei Schwankungen der Luftfeuchte außen deutlich stärker als innen. Alte Holzbalken sind deshalb immer mehr oder weniger eingerissen.

Durch einen Wasserschaden zum Ende der Bauzeit der Kaltensteinhalle war die Luftfeuchtigkeit einige Tage sehr hoch. Daraufhin wurde technisch getrocknet, sodass die Luftfeuchtigkeit für mehrere Wochen äußerst niedrig war. Infolgedessen kam es zu Spannungen in den Holzrippen des Dachs. Sie zeigten erste kleine Spannungsrisse, auf die sofort reagiert werden musste, bevor diese statisch relevant wurden.

Freies und zellgebundenes Wasser

Holz reagiert auf Änderungen der Temperatur und der relativen Luftfeuchte, denn seine Zellwände und Kapillaren können verhältnismäßig viel Wasser aufnehmen oder abgeben. Bei Änderungen der sogenannten Holzfeuchte schwindet oder quillt das Holz. Bei den meisten Holzarten ist ab 30 % Holzfeuchte der Fasersättigungspunkt erreicht, also das Stadium, bei dem die Zellwände des Holzes noch mit Wasser gefüllt sind, nicht aber die Hohlräume im Material selbst. Bei höheren Holzfeuchtewerten wird Wasser neben den Zellwänden auch in den Hohlräumen gebunden, was aber kaum Auswirkungen auf die mechanische Belastbarkeit des Baustoffs hat. Unterhalb des Fasersättigungspunktes hingegen ergeben sich je nach Holzart unterschiedliche Druck- und Biegefestigkeiten. Zudem haben Änderungen der Holzfeuchte unterhalb des Fasersättigungspunkts Einfluss auf das Volumen des Holzkörpers (Quellen bzw. Schwinden), und diese Volumenänderung ist in radialer, tangentialer und Längsrichtung unterschiedlich stark. Dazu kommt, dass sich die Holzfeuchte bei Änderungen der Temperatur und relativen Feuchte nicht im gesamten Querschnitt gleichermaßen ändert. Vielmehr wirken sich geänderte Umgebungsbedingungen z. B. auf den Außenbereich eines Trägers deutlich schneller aus als auf dessen Kern. Dies birgt die Gefahr, dass insbesondere eine schnelle Trocknung zu Rissen führt, die für die Statik relevant sein könnten.

Aktive Regulierung der Luftfeuchte

Da bei der Planung der RLT-Anlage ursprünglich keine Strecke für eine Befeuchtung vorgesehen gewesen, musste vor Ort eine Lösung gefunden werden, um die Befeuchtung nachträglich und ohne größere Umbauten nachzurüsten. Hier bot sich der Einsatz eines Dampfluftbefeuchters an, der isotherm arbeitet, die Luft nicht abkühlt und die Luftgeschwindigkeit nicht limitiert, sodass auch weiterhin ein Betrieb mit einer Luftgeschwindigkeit vom 6 m/s möglich ist.

Für den Einbau wurde ein neues Kanalstück mit einem Ablauf eingesetzt. Der Dampferzeuger sowie zwei kurze Dampfverteilrohre, die den Dampf in den Kanal einleiten, ließen sich dort einfach montieren und die zwei Dampflanzen reduzieren die Befeuchtungsstrecke. Die Befeuchtung ist mit mehreren Absicherungen geregelt und wird von einem integrierter PI-Regler autark gesteuert. Sie liefert somit bedarfsgesteuert die notwendige Raumluftfeuchte, damit das Holz nicht weiter reißt und die Nutzung der Sporthalle ohne Einschränkungen funktionieren kann.