Projekt 33432/01

Nürnberg, Zeppelintribüne: Entwicklung eines minimalinvasiven Messsystems zur kontinuierlichen Überwachung anthropogen induzierter Feuchteschäden im Mauerwerk

Projektträger

Stadt Nürnberg Hochbauamt Kommunales Energiemanagement
Marientorgraben 11
90402 Nürnberg
Telefon: 0911/231-1981

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Zeppelintribüne in Nürnberg mit Bauzeit 1933 bis 1939, weist erhebliche bauliche Mängel auf. An den
Fassaden, den Stufen sowie im Inneren der Tribüne sind massive Schäden zu verzeichnen. Die Stadt
Nürnberg hat sich zum Ziel gesetzt, für dieses denkmalgeschützte Bauwerk eine sichere Begehbarkeit
sicherzustellen, um diesen historisch-politischen Lernort für künftige Generationen zu bewahren. Bereits
2014 wurde vom städtischen Hochbauamt ein Klimamonitoring installiert, um ein Klimakonzept zu entwickeln,
welches die sehr hohen relativen Raumluftfeuchten, die einen schädigenden Einfluss auf die historische
Bausubstanz haben, zu reduzieren. Das minimalinvasive bauklimatische Konzept sah eine kontrolliert
gesteuerte Lüftung vor, um so Trocknungsprozesse in der Bausubstanz zu induzieren und die Feuchtelasten
im Mauerwerk mittel- bis langfristig auf ein geringeres und die Bausubstanz nicht weiter gefährdendes
Feuchteniveau zu führen. Um diesen Trocknungsprozess auch im Bauwerkskörper, der bis zu
2,0 m mächtig ist, nachzuweisen, wurde ein System gesucht, dass entsprechender dem denkmalpflegerischen
Gedanken, den Eingriff in die historische Bausubstanz auf ein Minimum begrenzt. Auf Basis der
Time Domain Reflectometry (TDR) sollten Feuchtesonden entwickelt und erprobt werden, mit denen auf
zerstörungsarme Weise die Feuchteverhältnisse im komplexen Mauerwerkskörper erfasst und ein entsprechender
Bewertungsalgorithmus entwickelt werden kann. Die Aufgabe der Firmen TRUEBNER GmbH
und TTI GmbH – TGZ MOCult war die Entwicklung einer praxistauglichen und weitgehend zerstörungsfreien
Messmethode zur Bestimmung der Materialfeuchte im Mauerwerk. Dabei sollte ein hochfrequentes
Verfahren zur Anwendung kommen, das sich durch hohe Messempfindlichkeit auszeichnet. Neben dem
Elektrodenentwurf für die Sonde waren elektronische Schaltungen zu entwickeln, sowohl für die Messung
als auch für die Schnittstelle zur Datenerfassung. Darüber hinaus musste eine geeignete mechanische
Konstruktion und Einbautechnik für die Sonden konzipiert und in die Praxis umgesetzt werden. Des Weiteren
sollten Laboruntersuchungen an am Bauwerk entnommenem Probenmaterial und die Detektion des
vorliegenden Feuchteniveaus erfolgen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDezember 2016: Ortstermin mit allen Projektbeteiligten. Übergabe Pläne, bisherige Untersuchungsergebnisse,
Raumklimamessdaten an die Projektpartner.
Februar 2017: Festlegungen der Bereiche für eine Bohrkernentnahme und der Messstellen für TDRSonden:
drei Messstellen im sanierten Bereich, eine Messstelle für vergleichende Messungen im nicht
sanierten Bereich. Absprachen zur Datenübertragung und Verkabelung.
Juni 2017: Anderes TDR-Messsystem muss entwickelt werden, als ursprünglich angedacht. Festlegung
Position, Durchmesser und Tiefe der Bohrlöcher. Einbau der Messsonden. Entnahme von Bohrkernen zur
Gewinnung von Material zur Bestimmung der feuchte- und wärmetechnischen Kenngrößen.
September 2017: Entwicklungs- und Programmierungsarbeiten, Abstimmungen zu technischen Details
der Programmierung, Schnittstellen, Messdatenübertragung, Arbeiten im zur Datenerfassung und –übertragung.
Regelmäßige Auswertungen zum Entfeuchtungskonzeptes.
Dezember 2017: Auswertung der Messwerte der Raumklimadaten, Abstimmung zur Aufbereitung und Darstellung
der Messdaten der Materialfeuchtemesssonden (Darstellung Tiefe/Zeit, Materialfeuchtewerte je
Bohrloch). Programmierarbeiten, Datenübertragungen und Anpassung Schnittstellen, Logger, Software
zur Datenintegration in Systeme im Hochbauamt. Regelmäßiges Auswerten Entfeuchtungskonzept.
Januar 2018: Entwicklung von Untersuchungsmethoden zur Materialfeuchtebestimmung als Eichkurven
für die TDR-Sonden. Abstimmung der Messwerte mit Materiafeuchtewerten.
Juni 2018: Programmierarbeiten, Datenübertragungen. Regelmäßiges Prüfen und Auswerten des Entfeuchtungskonzeptes.
Juni 2019: Varianten zur Darstellung der Materialfeuchte-Messdaten. Aufgrund der vorhandenen geringen
Feuchtspeicherkapazität von Beton und Ziegel erfolgt die Entwicklung neuer labortechnischen Untersuchungsmethoden
zur Erfassung des Feuchtegehalts im Probenmaterial und Auswertealgorithmus.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Vorstellung des Projekts und der Ergebnisse erfolgt in einschlägigen Fachzeitschriften und bei Fachtagungen,
zum Beispiel in der Fachzeitschrift „Schützen und Erhalten“ des Bundesverbandes für Feuchte
und Altbausanierung und im Rahmen der „Hanseatische Sanierungstage“.


Fazit

Das minimalinvasive bauklimatische Entfeuchtungskonzept, welches mit relativ einzubauenden Technik
die Entfeuchtung der Raumluft und in Folge der Baumasse bewerkstelligen sollte, funktioniert sehr gut.
Abtrocknungserfolge sind sichtbar und mit den Vergleichsmessungen im unsanierten Bereichen nachweisbar.
Notwendig ist genauen Positionierung von Zu- und Ablauft sowie unterstützender Ventilatoren im Innenbereich
und ein Regelkonzept, um den Transportweg Luft zur gezielten Entfeuchtung zu benutzen.
Für die Materialfeuchtemessungen und –bewertung sind die Entwicklung der Messtechnik, die Einbautechnik
und die Anbindung an die Datenerfassung erfolgreich verlaufen. Die Messempfindlichkeit konnte
durch eine optimierte Hochfrequenzschaltung auf eine gute Dynamik bei einer gleichzeitigen sehr kleinen
Schwankungsbreite eingestellt werden. Bei der mechanischen Konstruktion konnte sowohl eine Lösung
für große als auch kleine Bohrdurchmesser mit der dazugehörigen Einbringtechnik entwickelt werden. Bei
einem großen Bohrdurchmesser (50 mm) konnte durch einen geschlitzten Rohrkörper mit Verklemmung
ein guter Anpressdruck für die Elektroden an die Bohrlochwand erreicht werden. Für kleine Bohrdurchmesser
(20 mm) wurde eine alternative Lösung mit einem Klemmstab entwickelt. Für jede Variante wurde
eine entsprechend angepasste Messelektronik entworfen. Es besteht sowohl die Möglichkeit mit segmentierten
oder mit kontinuierlichen Sondenelektroden zu arbeiten. Für die höchste Messauflösung bewährte
sich dabei die segmentierte Ausführung besonders gut. Bei der Anbindung an die Datenerfassung wurde
der Industriestandard Modbus favorisiert. Eine eigens dafür entwickelte Mikrocontrollersoftware implementiert
dieses Übertragungsprotokoll und ist mit der Datenerfassung der Stadt Nürnberg kompatibel.
Es war während der Projektlaufzeit nicht möglich, den aufgezeichneten Digit-Werten einen eindeutigen
Feuchtegehalt der Materialien zuzuweisen. Hierzu musste nach ersten Versuchen eine neue Messmethode
entwickelt werden, die die Bestimmung des Feuchtegehaltes bei gleichzeitiger Messung am Probekörper
in sehr kleinen Feuchterastern erlaubt. Diese Versuche wurden zum Ende der Projektlaufzeit begonnen,
jedoch benötigen Versuche dieser Art mindestens 12 Monate Zeit, da nur eine begrenzte Anzahl
von TDR-Sonden labortechnisch zur Verfügung steht. Dennoch konnte festgestellt werden, ob es zu einer
Auffeuchtung oder Trocknung im Bauwerkskörper gekommen ist bzw. kommt.

Übersicht

Fördersumme

123.950,00 €

Förderzeitraum

05.10.2016 - 05.01.2020

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Kulturgüter
Umweltforschung
Umwelttechnik