Leseprobe - Europa-Lehrmittel

fs.fachbuch.at

Leseprobe - Europa-Lehrmittel

Bauphysik

Walter Bläsi

8. Auflage

VERLAG EUROPA-Lehrmittel ·Nourney Vollmer GmbH &Co. KG

Düsselberger Straße 23 ·42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 42616

Bibliothek des technischen Wissens


Autor:

Bläsi, Walter Studiendirektor i.R. Neuried

Bildentwürfe: Der Autor

Bildbearbeitung:

Zeichenbüro des Verlages Europa-Lehrmittel, Ostfildern

DTP-Studio Wiegand, Hamburg

Das vorliegende Buch wurde auf der Grundlage der neuen amtlichen

Rechtschreibregeln erstellt.

8. Auflage 2011

Druck 5 4 3 2 1

Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, dasie bis auf die Behebung

von Druckfehlern untereinander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-4268-2

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb

der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

©2011 by Verlag Europa Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH &Co. KG, 42781 Haan-Gruiten

http://www.europa-lehrmittel.de

Umschlaggestaltung: Michael M. Kappenstein, 60385 Frankfurt a.M./Grafik &Sound, 50679 Köln

Satz und Druck: Tutte Druckerei GmbH, 94121 Salzweg/Passau


Vorwort

Mit Beginn der Ölkrise 1973 wurde allen Betroffenen klar, dass die Verschwendung fossiler Brennstoffe

nicht mehr so weiter gehen kann wie bisher. Schonender Abbau der Brennstoffvorräte und Verringerung

der CO 2-Emissionen waren die zentralen Anliegen der Politik. Die Folge war der Erlass auf der

Grundlage des Energieeinsparungsgesetzes, kurz Energie-Einspar-Verordnung genannt, deren letzte

Novellierung ab dem 1.2.2002 gültig ist.

Die verschärften Anforderungen an den Wärmeschutz blieben allerdings nicht immer ohne Folgen im

Feuchteschutz. Sehr dichte Fenster, nicht fachgerecht ausgeführte Wärmedämmmaßnahmen hinterließen

plötzlich Feuchteschäden, wo es vorher noch keine Probleme gab. Die Folge war, dass nach dem

Wärmeschutz nun auch dem Feuchteschutz mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden musste als bisher.

Die geforderte Luftdichtheitsprüfung (Blower Door) wird weitere Anforderungen an den Feuchteschutz

stellen, was sowohl die Bausubstanz als auch das Nutzerverhalten betrifft.

Dem Problem der Schimmelpilzbildung in den Raumecken wurde, bedingt durch die immer dichter werdende

Gebäudehülle, besondere Aufmerksamkeit geschenkt, ebenfalls den Ursachen der Algenbildung,

besonders auf der Außenseite von hoch gedämmten Wänden mit Wärmedämm-Verbund-Systemen

(WDVS).

Das erhöhte Verkehrsaufkommen, die dichtere Bebauung, die erhöhte Lärmbelästigung durch die Hausbewohner

durch Radio, Fernsehen, Lautsprecheranlagen rückten in den letzten Jahren auch den Schallschutz

mehr und mehr ins Bewusstsein der Planer und Bauherren.

Anfänglich die Domäne weniger Spezialisten wurden nun diese drei Bereiche, Wärmeschutz, Feuchteschutz,

Schallschutz, die als Kerndisziplinen der Bauphysik gelten und auch in einem Zusammenhang

stehen, immer mehr zur täglichen Anforderung der Planer und Ausführenden in der Bauwirtschaft.

Dem Brandschutz, als dem vierten Bereich der Bauphysik, ist neben den drei o.g. Bereichen auch eine

kurze Betrachtung in diesem Buch gewidmet.

Da Kenntnisse der Bauphysik die Grundvoraussetzung für die Bausanierung sind, durfte auch ein kleiner

Abriss der Bauchemie nicht fehlen. Nur wer über solide Kenntnisse der Bauphysik und Bauchemie verfügt,

ist in der Lage, Bausanierung erfolgreich zu betreiben.

So wendet sich dieses Buch an all diejenigen, die sich mit den Disziplinen der Bauphysik und der Bauchemie

vertraut machen wollen, die nicht nur an theoretischen Abhandlungen interessiert sind, sondern

verschiedene Konstruktionen unter bauphysikalischen Aspekten untersuchen und berechnen möchten.

Komplett durchgerechnete Beispiele von problemlosen und problemhaften Fällen sollen dem Benutzer

den Einstieg erleichtern.

Gedacht ist an den Benutzerkreis der Meister und Techniker, Gebäudeenergieberater, anStudenten der

Fachhochschulen, Technischen Hochschulen, Technischen Universitäten, an Lehrer der Berufsschulen,

Architekten, Ingenieure, Ausbilder in Betrieben und nicht zuletzt an Institutionen, die Weiterbildungsseminare

veranstalten.

In die vorliegende 8. Auflage wurden die neuesten Normen auf europäischer Ebene, aber auch auf

nationaler Ebene, sowie die Vorschriften der aktuellen Energie-Einspar-Verordnung aufgenommen.

Den Eigenschaften von kapillar aktiven Dämmstoffen wurde besondere Aufmerksamkeit geschenkt,

besonders für ihre Verwendung als Innendämmung.

Verglasungen mit ihrer Leistungsfähigkeit im Wärmeschutz als Wärmedämmverglasung oder Sonnenschutzverglasung,

im Schallschutz und Brandschutz wurden ebenfalls in diese Auflage aufgenommen.

Neuried-Ichenheim, im Winter 2010/2011 Walter Bläsi

3


4

1 Wärmeschutz ............ 9

1.1 Grundlagen des Wärmeschutzes . 9

1.1.1 Gründe für den Wärmeschutz .... 9

1.1.2 Wärmequellen ................ 9

1.1.3 Geothermie ................... 10

1.1.4 Einflussgrößen des Wärmeschutzes 12

1.1.5 Wärmeübertragung ............ 13

1.2 Physikalische Grundlagen ....... 14

1.2.1 Grundbegriffe im Wärmeschutz .. 14

1.2.2 Behaglichkeitsgefühl ineinem

Raum ........................ 17

1.2.3 Einflussmöglichkeiten zur

Energie-Einsparung ............ 19

1.3 Nachweis des Wärmeschutzes ... 20

1.3.1 Wärmeschutz-Nachweis nach

DIN 4108 ..................... 20

1.3.2 Mittlerer U-Wert/R-Wert ......... 23

1.3.3 Gesamtenergiedurchlassgrad .... 26

1.4 Nachweis nach der

Energie-Einspar-Verordnung ..... 27

1.4.1 Die Energie-Einspar-Verordnung

in Beziehung zu den nationalen

Normen ...................... 27

1.4.2 Geltungsbereich der

Energie-Einspar-Verordnung ..... 28

1.4.3 Berechnungsgrundlagen nach

der Energie-Einspar-Verordnung .. 29

1.4.4 Begriffserläuterungen der EnEV .. 30

1.4.5 Gebäudemaße und ihre

Verwendung in der EnEV ........ 34

1.4.6 Vonder Endenergie zur

Primärenergie ................. 35

1.4.7 Interne Wärmegewinne ......... 36

1.4.8 Solare Wärmegewinne ......... 37

1.4.9 Luftdichtheit/Luftdichtheitsprüfung

...................... 38

1.4.10 Lüftungswärmeverluste ......... 39

1.4.11 Wärmespeicherung ............ 40

1.5 Nachweisverfahren nach der

Energie-Einspar-Verordnung

(EnEV 2009) ................... 41

1.5.1 Monatsbilanz-Verfahren (MB-V)

Bauteil-Verfahren (BT-V) ........ 41

1.5.2 Sanierung von Gebäuden im

Bestand (Altbausanierung) ...... 43

1.5.3 Ermittlung des Jahres-

Primärenergiebedarfs .......... 44

1.5.4 Maximalwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten

U nach der

EnEV ........................ 46

1.5.5 Nachweisverfahren bei

bestehenden Gebäuden ......... 48

1.6 Stoffkennwerte ............... 49

1.7 Berechnungsbeispiele zum

Wärmeschutz ................. 53

1.7.1 Beispiel 1: Außenwand mit

beidseitigem Putz ..... 53

Inhaltsverzeichnis

Beispiel 2: Wand mit

Außendämmung .... 54

Beispiel 3: Wand mit

Innendämmung ..... 55

Beispiel 4: Zweischalige Wand

mit Kerndämmung ... 56

Beispiel 5: Zweischaliges

Mauerwerk

mit Außendämmung

und hinterlüfteter

Vorsatzschale ....... 57

Beispiel 6: Zweischalige Wand

mit Fassadenplatte ... 58

Beispiel 7: Wand mit Nische .... 59

Beispiel 8: Rolladenkasten ...... 60

Beispiel 9: Decke mit Fußbodenheizung

............ 60

Beispiel 10: Bestandsgebäude:

Nachweis nach der

EnEV eines nicht

unterkellerten Hauses

mit Flachdach ....... 61

Beispiel 11: EnEV-Nachweis (BT-V)

eines Bestandsgebäudes

mit bisher

nicht ausgebautem

KG und DG ......... 64

Beispiel 12: Sanierung eines

Wohngebäudes mit

ausgebautem DG und

nicht ausgebautem

KG ................ 76

Beispiel 13: Bestandsgebäude:

Nachweis nach einem

Referenzgebäude .... 86

1.8 Energiebilanz ................. 91

1.9 Sommerlicher Wärmeschutz .... 92

1.9.1 Fenster im sommerlichen

Wärmeschutz und

Wärmedämmverglasung ........ 96

1.9.2 Vergleich sommerlicher und

winterlicher Wärmeschutz

einzelner Baustoffe ............. 99

1.10 Nachweisverfahren bei zu

errichtenden Gebäuden .........100

1.11 Heizanlagen-Systeme ..........103

1.12 Referenzwerte der Strahlungsintensitäten

und der

Außentemperaturen für das

Referenzklima Deutschland ......115

1.12.1 Ausgewählte Referenzorte für

Strahlungsintensitäten ..........119

1.13 Neu zu errichtende

Wohngebäude ................125


Beispiel 1: Gebäude mit ausgebautem

KG und DG für

die Referenzstandorte

Freiburg und Hof .....125

Beispiel 2: Freistehendes zu errichtendes

Zweifamilienhaus

mit beheiztem KG und

DG für den Referenzstandort

Potsdam .....136

1.14 Längenänderung von Bauteilen

infolge von Temperatureinflüssen 143

1.14.1 Berechnungsbeispiele von

Flachdächern .................145

Beispiel 1: Längenänderung eines

Flachdaches mit

Außendämmung .....145

Beispiel 2: Längenänderung

eines Flachdaches

mit Innendämmung ...146

Beispiel 3: Längenänderung

eines Flachdaches

ohne Dämmung ......147

1.14.2 Arten von Flachdächern .........148

1.14.3 Berechnungsbeispiele

verschiedener Bauteile .........151

Beispiel 1: intensiv begrüntes

Flachdach ...........151

Beispiel 2: Stützmauer ..........152

Beispiel 3: Estrich ..............152

Beispiel 4: Heizestrich ..........152

2 Feuchte –Feuchteschutz ...153

2.1 Arten der Feuchte .............153

2.2 Aggregatzustände .............154

2.3 Arten der Wässer ..............155

2.4 Kreislauf des Wassers ..........155

2.5 Wasser in seiner Bedeutung .....156

2.6 Kapillarität ...................156

2.7 Sperrung .....................158

2.7.1 Sperrung gegen Wasser ........158

2.7.1.1 Sperrung gegen

nichtdrückendes Wasser ........159

2.7.1.2 Sperrung gegen drückendes

Wasser (Grundwasser) ..........159

2.7.1.3 Fugen –Fugenbänder ..........160

2.7.2 Sperrung gegen Wasserdampf ...162

2.8 Luftfeuchte ...................163

2.8.1 Absolute Luftfeuchte . ..........163

2.8.2 Relative Luftfeuchte ............163

2.9 Tauwasserbildung –Taupunkttemperatur

...................163

2.10 Dampfbremse –Dampfsperre 167

2.10.1 Wasserdampf-Diffusionswiderstandsfaktor

(q-Wert) ......167

2.11 Vergleich: Wärmeschutz –

Feuchteschutz ................168

2.12 Erklärung des Wärmestromprinzips

.................169

2.13 Erklärung des Prinzips der

Sperrung gegen Feuchte ........169

2.14 Dampfdruck ..................170

2.15 Feuchteschutz infolge

Wasserdampfdiffusion ..........171

2.15.1 Bedingungen im Feuchteschutz

nach DIN 4108 .................171

2.15.2 Vermeidung von Tauwasser

an der Bauteiloberfläche ........171

2.15.3 Vermeidung von Tauwasser

im Innern von Bauteilen .........172

2.15.4 Randbedingungen nach

DIN 4108 .....................172

2.16 Glaser-Diagramm ..............173

2.16.1 Tauperiode ...................173

2.16.2 Erklärung des Diagrammaufbaues

.....................174

2.16.3 Verdunstungsperiode ...........175

2.17 Maßnahmen zur Tauwasservermeidung

...................177

2.18 Mögliche Fälle der Tauwassersituation

nach dem Glaser-

Diagramm ....................178

2.18.1 Kein Tauwasserausfall ..........178

2.18.2 Tauwasserausfall in einer Ebene ..178

2.18.3 Tauwasserausfall inzwei

Ebenen .......................178

2.18.4 Tauwasserausfall ineinem

Bereich .......................179

2.19 Feuchtetechnische Untersuchung

verschiedener Konstruktionen ...179

Beispiel 1: Betonwand mit

innenliegender

Dämmung und

beidseitigem Putz ....179

Beispiel 2: Betonwand mit

außenliegender

Dämmung und

beidseitigem Putz ....185

Beispiel 3: Wärmedämmung

innen und außen

(Manteldämmung,

Mantelbauweise) ....186

Beispiel 4: Wärmedämmung

dazwischenliegend

⇒ Kerndämmung) ...192

Beispiel 5: Betonwand, beidseits

verputzt, ohne

Wärmedämmung ....198

Beispiel 6: Betonwand mit Manteldämmungunterschiedlicher

Dicke ....203

Beispiel 7: Betonwand mit

Manteldämmung

unterschiedlicher

Dicke (dickere Dämmschicht

innen) .......203

Beispiel 8: Kellerwand mit

Kunstharzputz .......206

Beispiel 9: Kellermauerwerk

aus Sandstein mit

Kunstharzputz .......207

5


Beispiel 10: Wand aus porosierten

Leichthochlochziegeln

mit Leichtmörtel

LM 36 .......209

Beispiel 11: Wand aus Porenbeton-Plansteinen

in Dünnbett .........210

Beispiel 12: Zweischaliges

Mauerwerk ohne

Hinterlüftung mit

Kerndämmung ......212

Beispiel 13: Zweischaliges Mauerwerk

aus Kalksandsteinen

mit Dämmung

und hinterlüfteter

Bekleidung .........212

Beispiel 14: Zweischaliges Mauerwerk

aus Kalksandsteinen

mit Dämmung

und hinterlüfteter

Vorsatzschale .......213

Beispiel 15: Wand aus Porenbeton-

Plansteinen; Innendämmung

aus EPS ...214

Beispiel 16: Aufbau wie nach

Beispiel 15, jedoch

mit einer größeren

Dämmschichtdicke ...215

Beispiel 17: Wand aus Porenbeton-

Plansteinen Dämmung:

Mineralwolle ........217

Beispiel 18, 19, 20: Wände aus

Hochlochziegeln mit

8cmInnendämmung,

gleichem l-Wert aus

MW, EPS, XPS ......219

Beispiel 21: Außenwand in

Leichtbauweise;

Dämmung MW ......220

Beispiel 22: Außenwand in Leichtbauweise

Konstruktion

wie Beispiel 21, jedoch

mit Dämmung PS-Hartschaum

WLGr040 ....222

2.20 Energetische Schwachstellen

und ihre Folgen ...............224

2.20.1 Wärmebrückenarten ...........224

2.20.2 Wärmebrücken; Berechnungsbeispiele

.....................225

2.20.3 Einzelnachweis von Wärmebrücken

nach DIN 4108 Bbl. 2 . ...229

2.21 Schimmelpilzbildung ...........232

2.21.1 Aufgaben zur Vermeidung

von Schimmelpilzbildung .......235

2.21.2 Außenwände unter verschiedener

feuchtetechnischer Betrachtung ..243

2.21.3 Algenbildung auf Außenwänden

mit Wärme-Dämm-Verbund-

Systemen (WDVS) .............245

2.22 Schlagregen ..................248

2.23 Kapillaraktive Dämmstoffe ......249

2.24 Feuchte adaptive Dampfbremse ..251

2.25 Das Dach, das besondere Bauteil .252

6

3 Schall –Schallschutz ........253

3.1 Bedeutung des Schallschutzes ...253

3.2 Schall ........................254

3.2.1 Frequenz .....................255

3.2.2 Amplitude ....................255

3.2.3 Schallbezeichnungen ...........255

3.3 Grundbegriffe .................256

3.4 Hörschwelle –Schmerzgrenze ...260

3.5 Zusammenhang Phon –Dezibel ..261

3.6 Lautstärkeskala ...............262

3.7 Schallarten ...................263

3.8 Akustik ......................264

3.8.1 Nachhallzeit T .................264

3.8.2 Grenzfrequenz ................266

3.9 Wege des Schalles .............267

3.9.1 Schallabsorption ..............267

3.9.2 Schallabsorptionsgrad

verschiedener Verkleidungen ....268

3.9.3 Schallabsorber ................269

3.9.4 Schallreflektoren ..............270

3.10 Schalldämmung von Bauteilen ...271

3.10.1 Luftschalldämmung ............271

3.10.2 Rechnerische Methode zur

Ermittlung des bewerteten

Schalldämmmaßes .............273

3.10.3 Grafische Methode zur Ermittlung

des Schalldämmmaßes .....273

3.10.4 Ermittlung des bewerteten

Schalldämmmaßes bei

Oktavbreiten ..................274

3.10.5 Grafische Methode zur Ermittlung

des Schalldämmmaßes .....274

3.11 Ermittlung des bewerteten

Schalldämmmaßes vor

Erstellung des Bauwerkes .......275

3.11.1 Grafische Methode .............275

3.11.2 Rechnerische Ermittlung des

bewerteten Schalldämmmaßes ..277

3.11.2.1 Einschalige Wände ohne Öffnungen,

wie Türen und Fenster ..277

3.11.2.2 Einschalige Wände mit Öffnungen,

wie Türen und Fenster 279

3.11.2.3 Grafische Methode zur Ermittlung

des Gesamtschalldämmmaßes

zusammengesetzter Bauteile .....279

3.11.2.4 Rechnerische Methode zur

Bestimmung des Gesamtschalldämmmaßes

R ges .........280

3.11.2.5 Kurzform zur Berechnung des

Schalldämmmaßes zusammengesetzter

Bauteile ..............281

3.11.2.6 Gesamtschalldämm-Maß mit

zwei verschiedenen Öffnungen ...282

3.11.2.7 Korrekturwerte des bewerteten

Schalldämmmaßes für

flankierende Bauteile ...........284

3.12 Zweischalige Bauteile ..........286

3.12.1 Resonanzfrequenz f R ...........287


3.12.2 Resonanzfrequenz f R zweischaliger

Bauteile mit lose eingelegter,

weichfedernder Dämmschicht ...288

3.12.3 Vollflächige Verbindung der

Dämmschicht mit beiden Schalen 289

3.12.4 Rechnerische Ermittlung

des Schalldämmmaßes

zweischaliger Bauteile ..........292

3.12.5 Wandkonstruktionen mit zwei

biegeweichen Schalen ..........294

3.12.6 Luftschall-Verbesserungsmaß

von Vorsatzschalen .............295

3.13 Trittschall ....................297

3.13.1 Ermittlung des Norm-

Trittschallpegels ...............297

3.13.2 Deckenaufbauten ..............299

3.13.3 Vorherbestimmung des bewerteten

Norm-Trittschallpegels L’ n,W,R .299

3.13.4 Korrekturfaktor für die Flankenübertragungen

im Trittschall .....300

3.13.5 Trittschall-Minderung DL von

Estrichplatten .................301

3.14 Estrich .......................303

3.14.1 Estricharten ...................303

3.14.2 Schallbrücken .................305

3.15 Berechnung von Decken ........306

3.15.1 Unterkonstruktion von

Massivdecken .................306

3.15.2 Holzbalkendecken ..............307

3.15.3 Äquivalentes bewertetes

Trittschalldämmmaß L’ n, W, eq

und Luftschalldämmmaß R’ W

von Holzbalkendecken ..........308

3.16 Fenster ......................310

3.16.1 Verglasung im Schallschutz ......312

3.17 Türen ........................314

3.18 Treppen ......................315

3.19 Installationsgeräusche ..........317

3.19.1 Trinkwasserleitungen ...........317

3.19.2 Abwasserleitungen ............317

3.19.3 Sanitärgegenstände ............317

3.19.4 Heizungs- und klimatechnische

Anlagen ......................317

3.19.5 Mindestanforderungen an den

Schallschutz nach DIN 4109 ......318

3.20 Ermittlung des Gesamtschallpegels

..................323

3.20.1 Mehrere gleiche Schallquellen ...323

3.20.2 Mehrere verschiedene

Schallquellen .................324

3.21 Schallschutz im Städtebau ......325

3.21.1 Lärmarten ....................325

3.21.2 Arten der Schallquellen .........325

3.21.3 Lärmschutzwände .............327

3.22 Entfernung von der Schallquelle .333

4 Brandschutz ..................335

4.1 Brand –Brandsicherheit ........335

4.2 Baustoffklassen ...............335

4.2.1 Nichtbrennbare Baustoffe .......335

4.2.2 Brennbare Baustoffe ...........336

4.3 Einzelbaustoffe ................336

4.4 Bauteile ......................338

4.5 Brandverhalten von Bauteilen ...338

4.5.1 Feuerwiderstandsklassen .......339

4.6 Sonderbauteile ................343

4.6.1 Brandwände ..................343

4.6.2 Feuerschutzabschlüsse .........343

4.6.3 Verglasungen .................343

4.6.4 Lüftungsleitungen, Rohrleitungen 345

4.6.5 Treppen ......................345

4.6.6 Treppenraum .................345

4.6.7 Flure .........................345

4.6.8 Brandabschnitte ...............345

4.7 Ausgesuchte Beispiele von Bauteilen

und ihre Feuerwiderstandsklassen

nach DIN 4102 Teil 4 .....346

4.8 Brandschutzklassen nach

Euro-Norm ...................351

4.9 Klassifizierung des Brandverhaltens

von Baustoffen: Vergleich

DIN EN 13 501 und DIN 4102 .....353

4.10 Kennwerte von Baustoffen und

Bauteilen in den verschiedenen

Bereichen der Bauphysik ........354

5 Bauchemie ....................355

5.1 Aufgabe der Bauchemie ........355

5.2 Gase .........................356

5.2.1 Schadensfaktor Gase ...........356

5.3 Säuren .......................356

5.4 Laugen .......................357

5.5 pH-Wert ......................358

5.6 Salze ........................358

5.7 Kreislauf des Kalkes ............360

5.8 Korrosion ....................361

5.8.1 Elektrochemische Spannungsreihe

nach Galvani .............362

5.9 Nicht-Eisenmetalle (NE-Metalle) .363

5.10 Schadensfaktor Wasser .........363

5.10.1 Wasser als Lösungsmittel .......363

5.10.2 Wasser als Partner von

chemischen Reaktionen .........364

5.10.3 Wasser als Transportmittel ......364

5.10.4 Wasser als Sprengfaktor ........364

5.10.5 Wasser als Beeinträchtigungsfaktor

........................364

5.10.6 Wasser als Förderfaktor .........365

5.11 Säuren als Schadensursache ....365

5.11.1 Herkunft der Säuren ............365

5.12 Schadensfaktor Laugen .........366

5.12.1 Herkunft der Laugen ...........367

5.13 Schadensfaktor Salze ..........368

5.14 Schadensfaktor Organismen ....370

5.15 Regeln zur Vermeidung von

Bauschäden ...................370

Sachwortverzeichnis ...................373

7


8

Körper-

schall-

schutz

Bauphysik

Wärmeschutz Schallschutz

nach

DIN

4108

nach

der

Energie-

Einspar-

Verord-

nung

Referenz-

gebäude

MB-Ver

fahren

winter-

licher

Wärme-

schutz

sommer-

licher

Wärme-

schutz

Feuchteschutz

Tau-

wasser-

schutz

Grund-

wasser-

schutz

Regen-

schutz

Luft-

schall-

schutz

Tritt-

schall-

schutz

Brand-

verhalten

von Bau-

stoffen

Brand-

verhalten

von

Bauteilen

Brandschutz

an der

Ober-

fläche

von Bau-

teilen

im

Innern

von Bau-

teilen

Bauteil-

Verfah-

ren


1 Wärmeschutz

1.1 Grundlagen des Wärmeschutzes

1.1.1 Gründe für den Wärmeschutz

1. Aus Gründen des menschlichen Wohlbefindens

Gebäude sollen nicht nur der Behausung dienen,

sondern auch unserem Wohlbefinden und

unserer Gesunderhaltung.

Das Behaglichkeitsgefühl in einem Raum hängt

ab von der:

Raumtemperatur: optimal 20 °C –22°C

Oberflächentemperatur der raumumschließenden

Wände: mindestens 16 °C –18°C,

sonst herrscht das Gefühl von Zug.

Wärmespeicherung der raumumschließenden

Wände.

Barackenklima: schnell heiß, schnell kalt

Fußbodentemperatur: optimal 22 °C –24°C

Relativen Luftfeuchte in einem Raum:

normal 50 %–60%

60%⇒Treibhausklima

2. Aus baukonstruktiven Gründen

Spannungen infolge Temperatureinflüssen führen

zu Bauschäden (Sommer ⇒ Ausdehnung;

Winter ⇒ Schrumpfung). Folgeschäden durch

Feuchteeinwirkung müssen vermieden werden.

3. Aus Energie-Einspargründen

Die Ansprüche der Menschen steigen, ihr Lebensstandard

wächst, die Rohstoffe stellen absolut

knappe Güter dar, d.h. sind nicht reproduzierbar,

ihr Vorrat ist begrenzt. Der

Energieverbrauch für Heizung und Kühlung

muss so gering wie möglich gehalten werden.

4. Aus umweltschonenden Gründen

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu Heizzwecken

und als Treibstoff verstärkt die Umweltbelastung

durch Bildung von schädlichen

Gasen und Säuren.



Luftbewegung: maximal 0,2 m/s

>0,2 m/s ⇒ Zugerscheinung

Tätigkeit des Menschen: sitzend –gehend

S+O2 ⇒SO2 S+O3 ⇒SO3 C+O2 ⇒CO2 N+O2 ⇒NO2 +H2O +H2O +H2O +H2O H2SO3 schweflige Säure

H2SO4 Schwefelsäure

H2CO3 Kohlensäure

H2NO3 Salpetersäure

Zur Energieversorgung stehen mehrere Wärmequellen zur Verfügung:

1.1.2 Wärmequellen

natürliche

Wärmequellen

1. Sonne: Solarenergie (Solar-Thermie)

Sonnenkollektoren: Wasser wird im Kollektor erwärmt und gibt die

Wärme an das Brauchwasser ab(thermische Solaranlage).

Solarzellen: Siliciumzellen wandeln auf fotovoltaische Weise Sonnenenergie

in elektrischen Strom um (Fotovoltaik).

2. Wasser: Wärmepumpe: Wasser –Wasser

Die Wärmeenergie wird dem Grundwasser, Fluss- oder Seewasser entzogen

und zur Erwärmung des Brauchwassers benutzt.

Oder: Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser

3. Luft: Wärmepumpe: Luft –Wasser

Außenluft wird angesaugt, dem Wärmetauscher zugeführt und so

Wärmeenergie zur Brauchwassererwärmung entzogen.

Oder Wärmerückgewinnung aus der Abluft von Räumen bei Klimaanlagen.

4. Erde: Wärmepumpe: Sole –Wasser

Der Erde wird Wärmeenergie entzogen, indem Sonden ins Erdreich

bis zu 60 oder 100 mvorgetrieben werden, um so Wärme

dem Erdreich zuentziehen ⇒ Geo-Thermie ⇒ heiße Quellen.

5. Boden: Anbau von Pflanzen zur Treibstoffgewinnung, z.B. Rapsöl, Bio-Diesel

6. Wind: Windkraftwerke: Stromerzeugung

+100 °C

0°C

-273,16 °C

künstliche

1. Mechanische: Reibung

2. Chemische: Kohle

Öl, Gas

3. Elektrische: Strom

4. Atomare: Kernkraft

Temperaturskalen

°Celsius Kelvin

Siedepunkt

des Wassers

Gefrierpunkt

des Wassers

Schmelzpunkt

des Eises

absoluter

Nullpunkt

373,16K

273,16K

0K

9


1.1.3 Geothermie

10

Oberflächennahe

Geothermie

Erdwärme-Kollektoren

Erde-Wasser-

Wärmepumpen

Bild 1: Aufbau der Erde

Erdwärmekollektoren

Bild 2: Erde-Wasser-Wärmepumpen

Erdwärmesonden

Bild 3: Sole-Wasser-Wärmepumpen

Geothermie (GT)

Erdwärme-Sonden

Sole-Wasser-

Wärmepumpen

Tiefen-

Geothermie

Grundwasser-

Energieträger

Wasser-Wasser-

Wärmepumpen

Geo-Thermie (griech. geo =Erde)

thermie =betrifft Wärme

bezeichnet Wärmeenergie, die in der Erde schlummert,

manchmal auch eruptiv sichtbar zu Tage tritt.

Die Erde besitzt ein großes Energiepotenzial. Dies zu nutzen hat sich

die Geothermie zur Aufgabe gemacht.

Schon in geringer Tiefe von ca. 2mbietet sich die Möglichkeit, durch

Verlegung von Kollektoren (Rohre aus Polyethylen PE), verlegt wie bei

Fußbodenheizungen, Wärmeenergie dem Erdreich zu entziehen. Es

sind große Flächen erforderlich, was bei heutigen Grundstücksgrößen

diese Art der Nutzung nicht ermöglicht. Außerdem zeigt Bild 2, dass

die Ergiebigkeit der Erdwärmenutzung jahreszeitlichen Schwankungen

unterliegt. Um auch die in die Erde eingespeicherte Wärmeenergie

durch Sonneneinstrahlung zu nutzen, dürfen solche Kollektorflächen

nicht bebaut werden.

Als Energieträger, d.h. Energielieferant steht auch hier das Erdreich zur

Verfügung. Es werden jenach Wärmebedarf mehrere Erdwärmesonden

sternförmig schräg nach außen gebohrt, um eine stärker punktuelle

Auskühlung des Erdreiches zu vermeiden. Die bergrechtliche Grenze

liegt bei einer Tiefe von 100 m.

Um das Bohrloch herum muss, um vollständigen Kontakt mit dem

Erdreich zu erhalten, eine vollflächige Verfüllung erfolgen. Nur mit

komplettem Erdkontakt ist eine optimale Wärmeübertragung an die

Sonde gewährleistet. Erdwärmesonden sind durch die Bohrungen

teurer als Erdwärmekollektoren, jedoch verfügen die Sonden das ganze

Jahr über einen Temperaturbereich von ca. 12 °C, während dies bei

Erdwärmekollektoren –jahreszeitlich bedingt –nur zwischen +5 °C und

+15 °Cder Fall ist.


Grundwasser-Energieträger

Eine weitere –vielleicht die häufigste –

Möglichkeit der oberflächennahen

Geothermie (GT) besteht in der im

Grundwasser gespeicherten Energie.

Grundwasser bietet das ganze Jahr

über eine relativ gleichbleibende Temperatur,

dass aber inder Wärmepumpe

auf ein höheres Niveau gebracht

werden muss, um für Heizzwecke verfügbar

sein zu können.

Es ist bei solchen Anlagen ein Förderbrunnen

(Saugbrunnen) und Schluckbrunnen

erforderlich. Förderbrunnen

und Schluckbrunnen sollten nicht zu

nah beieinander liegen, um eine Vermengung

des um ca. 4°Cabgekühlten

Wassers mit dem Wasser aus dem

Förderbrunnenbereich zu vermeiden.

Nicht jedes Bau-Grundstück bietet die

Möglichkeit, einen Förder- und

Schluckbrunnen zu bauen. Hier bietet

sich die Sole-Wasser-Wärmepumpe

als gute Alternative der Geothermie

an. Sowohl die Wasser-Wasser-Wärmepumpe

(WWP) als auch die Sole-

Wasser-Wärmepumpe (SWP) können

als reversible Wärmepumpen betrieben

werden, d.h. solche Wärmepumpen

führen im Sommer durch ihre

Kühlfunktion die entzogene Wärmeenergie

dem Erdreich oder Grundwasser

zu, um im Winter wieder darüber

verfügen zu können.

Tiefen-Geothermie

Während bei der oberflächennahen Geothermie die Wärmepumpe

dazu dient, das Medium auf eine höhere Temperatur zu bringen, ist

bei der Tiefen-Geothermie das in großen Tiefen gelagerte Thermalwasser

schon so heiß, dass es für Heizzwecke in größeren Wärmenetzen

oder zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Über eine Förderbohrung

wird das Thermalwasser seiner Nutzung (Wärmeenergie

Entzug) zugeführt und anschließend das abgekühlte Wasser über die

Injektionsbohrung der Lagerstätte wieder zugeführt.

Man unterscheidet:

1. Hydrothermale Systeme

Hier handelt essich um in großer Tiefe (200 mbis 5000 m) gelagerte

heiße Quellen mit Temperaturen von 130 °C bis 160 °C.

Wesentliche Punkte für die Erschließung ist die Temperatur sowie die

Ergiebigkeit.

2. Petothermale Systeme

Bei diesem System wird Gestein, vorwiegend Tiefengestein, Wärmeenergie

entzogen. Je dichter das Gestein ist, desto mehr Energie kann

dies speichern und um so schneller erfolgt der Zufluss von Wärmeenergie

aus dem Umkreis der Entnahmestelle.

In Deutschland sind aufgrund der geologischen Struktur ca. 90 %mit

diesem System erschließbar.

Die Temperatur nimmt um ca. 3°C(3K)je100 mTiefe zu.

direkte Sonneneinstrahlung

und Niederschlag

geothermischer

Wärmefluss

1,5 m

5m

10 m

15 m

30 m

400 m

0

Die oberflächennahe Geothermie

2

5°C 10°C

4

15 °C 20 °C

3

1

konstant 10 °C

oberflächennahe

Geothermie

+3K/100m

oberflächennaher

Bereich

Erdwärmespeicher

1 Herbst

2 Winter

3 Sommer

4 Frühling

Beginn der

neutralen Zone

Ende der

neutralen Zone

Beginn der

Tiefengeothermie

Bild 1: Wasser-Wasser-Wärmepumpen Bild 2: Temperaturverlauf im Erdreich Quelle: www.solarpraxis.de

11


1.1.4 Einflussgrößen des Wärmeschutzes

1. Sonnenschutzvorrichtungen wie

Markisen,

12

Sonnenschutzdächer,

Jalousien (außenliegende sind am wirksamsten)

2. Wärmespeicherung der raumumschließenden Bauteile,

wie

Wände,

Decken (Böden)

Ihre Auswirkung zeigt sich in einem günstigen Temperatur-Amplituden-Verhältnis

(TAV)

3. Anordnung der einzelnen Schichten bei mehrschichtigen

Bauteilen ⇒ Entfeuchtung der Bauteile

während der Sommermonate (Verdunstungsperiode),

Wärmespeicherfähigkeit.

4. Gesamtenergiedurchlassgrad der Fenster und sonstigen

transparenten Bauteile wie

Außentüren,

Wintergärten,

transparente Wärmedämmung,

metallbedampfte Scheiben (Außenscheibe)

5. Fensterflächenanteil bzw. Flächenanteil sonstiger

transparenter Bauteile in Bezug auf die gesamte

Baukörperaußenfläche.

6. Geografischer Standort des Gebäudes:

Breitengrad,

Höhe über dem Meeresspiegel,

Bewölkungsverhältnisse

7. Orientierung der Fenster bzw. sonstigen transparenten

Bauteile bezüglich der Himmelsrichtung.

Unterschiedliche Sonnenschutzvorrichtungen je

nach Himmelsrichtung.

8. Lüftungsmöglichkeiten:

Zwangslüftung mittels Lüftungsanlagen,

natürliche Lüftung durch Öffnen der Fenster besonders

während der Nacht oder frühen Morgenstunden

(über Eck –diagonal –amwirksamsten).

Stoßlüftung ist besonders im Winter energetisch

besser als Dauerlüftung, da nur das Luftvolumen

ausgetauscht wird und die gespeicherte

Wärmeenergie in den Wänden bleiben kann.

9. Äußere Oberflächenfarbe der Außenwände

Helle Oberflächen reflektieren die Wärmestrahlen

Dunkle Oberflächen absorbieren die Wärmestrahlen

Einflussgrößen des Wärmeschutzes

Sommerlicher Wärmeschutz Winterlicher Wärmeschutz

1. Wärmedämmung der raumumschließenden Außenbauteile,

wie

Wände,

Decken,

Fenster,

Außentüren.

2. Wärmespeicherfähigkeit der raumumschließenden

Bauteile, wie

Innenwände,

Decken (Böden)

Für das Wohlbefinden des Menschen in Wandnähe

sowie zur Tauwasservermeidung ist eine Wärmespeicherung

unerlässlich.

3. Anordnung der einzelnen Schichten bei mehrschichtigen

Bauteilen. Richtige Reihenfolge der

Schichten von innen nach außen ist besonders

wichtig ⇒ Tauwasserbildung

4. Gesamtenergiedurchlassgrad der Fenster und sonstigen

transparenten Bauteile, wie

Außentüren,

Wintergärten,

transparente Wärmedämmung,

metallbedampfte Scheiben (Innenscheibe)

5. Fensterflächenanteil bzw. Flächenanteil sonstiger

transparenter Bauteile in Bezug auf die gesamte

Baukörperaußenfläche (Fenster sind oft Schwachpunkte)

6. Geografischer Standort des Gebäudes:

Breitengrad,

Höhe über dem Meeresspiegel,

Bewölkungsverhältnisse,

Nebelhäufigkeit

7. Orientierung der Fenster bzw. sonstigen transparenten

Bauteile bezüglich der Himmelsrichtung. Die

solaren Wärmegewinne sind je nach der Himmelsrichtung

verschieden s. S. 115.

8. der Luftdichtheit von Bauteilen und deren Anschlüssen

9. Luftaustausch durch

Öffnen von Fenstern und Außentüren

Luftaustausch mit mechanisch betriebenen Lüftungsanlagen

mit oder ohne Wärmerückgewinnung.


1.1.5 Wärmeübertragung

Der Grund dafür, dass in einem Raum etwa gleiche Temperaturen herrschen, unabhängig vom Sitz der

Wärmequelle, bzw. dass die Temperatur in einem Raum nach Wegfall der Heizung unterschiedlich abfällt,

liegt in verschiedenen Möglichkeiten der Wärmeübertragung.

Wärmeleitung

Übertragung der

Wärme von Molekül

zu Molekül bei

festen Stoffen in

Richtung des Temperaturgefälles

Bild 1

Der Nagel wird heiß

Bild 2

Das Holz erwärmt

sich nicht

Bild 3

Cu Al

Fe

Die Streichhölzer

entflammen auf

den verschiedenen

Metallen zu unterschiedlichen

Zeiten

Die Wärmeleitfähigkeit

wird durch den

Bemessungswert

der Wärmeleitfähigkeit

l ausgedrückt.

Je kleiner der

Wert von l ist,

desto besser ist

die Wärmedämmung

Wärmeströmung

Wärmekonvektion

=Wärmemitführung

Wärmeströmung:

Bei Flüssigkeiten

Wasser

Bild 4

Das Wasser kreist im Rohr,

und dehnt sich aus.

Prinzip: Warmwasserheizung

Wärmekonvektion:

Bei Luft (Gasen)

Bild 5

Die Luft zirkuliert vom und zum

Heizkörper

Arten der Wärmeübertragung

Während bei der Wärmeleitung

die Moleküle an ihrem Ort bleiben,

wird bei der Wärmeströmung

oder Konvektion die Wärme

dadurch übertragen, dass

die Masseteilchen, anwelche

die Wärmeenergie gebunden ist,

ihre Lage verändern.

Die Konvektion läuft folgendermaßen

ab:

Die Luft dehnt sich um den Heizkörper

bei Erwärmung aus. Dadurch

verringert sich das Gewicht

pro Volumeneinheit, das

spezifische Gewicht wird geringer.

Die spezifisch leichtere Luft

steigt nach oben, kühlt sich ab,

wird dadurch wieder schwerer

und fällt nach unten. So entsteht

ein Kreislauf, bis der ganze

Raum annähernd die gleiche

Temperatur aufweist.

Wärmeenergie in Form von Wärmestrahlung kann

sowohl durch luftgefüllte, als auch durch luftleere

Räume übertragen werden. Wärmestrahlen haben

verschiedene Wellenlängen und sind nicht an Materie

gebunden. Sie können daher ohne Verlust luftleere

Räume durchdringen (Weltall). Auf einen Körper

auftreffende Wärmestrahlen werden teils absorbiert

und teils reflektiert. Den Absorptionseffekt

macht man sich bei Sonnenkollektoren zunutze, indem

man die Kollektoroberfläche schwarz gestaltet.

Reflexion ist dann gefragt, wenn Strahlungswärme

im Raum gehalten werden soll, so z.B. bei:

beschichtetem Wärmedämmglas:

innen außen

Bild 6

beschichtetem Sonnenschutzglas:

innen

Bild 7

Aluminiumfolien:

hinter Heizkörpern

Bild 8

Beschichtung innen:

Wärme soll im Raum

gehalten werden

Beschichtung außen:

Wärme soll vom Raum

abgehalten werden

Wärme soll in den Raum zurückgeworfen werden

Fußbodenheizung:

Bild 9

Wärmestrahlung

außen

evtl. warme Kante

Heizfläche gibt Wärmestrahlung

in den Raum

13


1.2 Physikalische Grundlagen

1.2.1 Grundbegriffe imWärmeschutz

1. Wärmemenge Q: Einheit Ws

Unter der Wärmemenge Q (Ws) versteht man jene Energiemenge,

die durch den Wärmestrom ·

Q (W) in 1Sekunde (1 s) von

einem Körper abgegeben oder aufgenommen wird.

2. Wärmeleitfähigkeit λλ

2. l =kleines griechisches l; gesprochen Lambda

Der Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit gibt die Wärmemenge in

Ws an, die im Beharrungszustand (= bei Dauerbeheizung) in

1Sekunde durch 1m 2 einer 1m dicken Schicht eines Stoffes

hindurchgeht, wenn die Temperaturdifferenz beider Bauteiloberflächen

1Kelvin (1 K 1°C) beträgt.

Einheit: W·s·m/s ·m 2 ·K=W/(mK)

Je größer l, desto größer ist die Wärmeleitung.

Je kleiner l, desto besser ist die Wärmedämmung.

Die Wärmeleitfähigkeit ist abhängig von

Der Rohdichte des Stoffes

Luft hat sehr gute Dämmeigenschaften (l =0,025 W/mK).

Stoffe mit geringer Rohdichte besitzen in der Regel viele Luftporen,

die ihre Wärmedämmeigenschaften verbessern.

Art, Größe und Verteilung der Poren

Art: Runde, kugelförmige Poren sind besser als längliche.

Größe: Viele kleine Poren sind besser als wenig große.

Verteilung: Gleichmäßige Verteilung ist besser als Porenhäufung.

Feuchtegehalt des Stoffes

Er ist abhängig von der:

– Struktur des Stoffes (Poren, Aufbau)

– Lage in der Konstruktion (Luftzufuhr)

– klimatischen Beanspruchung (innen –außen)

– Werden Luftporen (l =0,025 W/mK) mit Wasser

(l = 0,64 W/mK) ausgefüllt, verschlechtert sich die

Wärmedämmfähigkeit, siehe nasse Kleider.

Temperatur des Stoffes

Die Moleküle warmer Stoffe sind beweglicher, als die Moleküle kalter Stoffe. Dies hat zur Folge:

Je niedriger die Stofftemperatur ist, desto schlechter ist die Wärmeleitfähigkeit. Umvergleichbare

Werte zu bekommen, schreibt die DIN 4108 vor, dass die Festlegung der Wärmeleitfähigkeit bei +10 °C

zu erfolgen hat.

3. Wärmedurchlasskoeffizient :

( =großes griechisches Lambda)

Die Wärmedurchlasszahl gibt an, welche Wärmemenge (W ·s)

im Beharrungszustand in einer Sekunde (1 s) durch 1m 2 eines

Bauteils mit der Schichtdicke d (in m) durchgelassen wird,

wenn die Temperaturdifferenz beider Bauteiloberflächen 1Kelvin

(1 K 1°C) beträgt.

Einheit: l/d =W/m ·K/m =W/(m 2 K)

14

Durchfeuchtung verschlechtert die Wärmedämmfähigkeit.

Wärmemenge: 1J=1Ws=1Nm

Wärmestrom: 1J/s =1W=1Nm/s

z.B.

9}C

282K

Bild 1

Bild 2

Bild 3

1,00

Reagenzglas

keine

Folie

Temperatur

im Reagenzglas

gleich

der imTrog

1,00

1,00

z.B.

12}C 11}C

d

1,00

1,00

8}C

281K

Thermometer

Folie

Temperatur

im Reagenzglas

geringer

als imTrog


4. Wärmedurchlasswiderstand R

Einheit: R [m 2 K/W]

Für die Beurteilung eines Bauteils in energetischer

Hinsicht ist nicht maßgebend, wie viel Wärmeenergie

es hindurchlässt, sondern wie groß sein

Widerstand ist, Wärme hindurchzulassen.

Je größer der Wärmedurchlasswiderstand eines

Bauteils ist, desto besser ist seine Dämmwirkung.

Besteht eine Konstruktion aus mehreren Schichten,

so können die Wärmedurchlasswiderstände

der einzelnen Schichten addiert werden.

5. Wärmeübergangskoeffizient h

Der Wärmeübergangskoeffizient h drückt die Wärmemenge

(in Ws) aus, die pro Sekunde (s) zwischen

1m 2 der Oberfläche eines festen Stoffes

und der ihn berührenden Luft ausgetauscht wird,

wenn der Temperaturunterschied zwischen Luft

und Stoffoberfläche 1Kbeträgt.

Während in einem Bauteil selbst die Wärme durch

Wärmeleitung übertragen wird, erfolgt die Wärmeübertragung

an den Bauteiloberflächen durch Strahlung

h S und Konvektion h K (Wärmemitführung).

Hinweis: Im Winter ist eine Außenwand innen

kühler als die Raumluft, während die Wandoberfläche

außen wärmer ist als die Außenluft.

6. Wärmeübergangswiderstand R S

Einheit: 1/W/m 2 K=m 2 K/W

7. Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert)

Mit Wärmedurchgang wird der gesamte Wärmeenergietransport

von einem Luftraum durch

ein Bauteil hindurch und wieder zum angrenzenden

Luftraum verstanden. ImWärmedurchgangskoeffizient

U sind neben dem Wärmedurchlasswiderstand

R noch die Wärmeübergangswiderstände

1/h i und 1/h e enthalten. Der Wärmedurchgangskoeffizient

U (U-Wert) stellt die wichtigste

bauphysikalische Größe im Wärmeschutz dar.

Unter dem Wärmedurchgangskoeffizient U versteht

man die Wärmeenergiemenge, die pro Sekunde

(s) durch 1m 2 einer Stoffschicht mit der Dicke

d (in m) im Dauerzustand der Beheizung

hindurchgeht, wenn der Temperaturunterschied

von Raumluft zur Außenluft 1Kelvin (K) beträgt.

Der U-Wert ist unter stationären, d.h. Laborbedingungen

definiert und nicht unter instationären

Bedingungen.

Bei Fenstern und Verglasungen wird stets der

U-Wert angegeben.

1

h

Schichtdicke der einzelnen Schichten

R = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

jeweiliger Wärmeleitfähigkeitswert

d 1 d 2 d 3 d n

R = ––– + –––– + –––– ... +––––

l 1 l 2 l 3 l n

Schichtdicke d in m

Bei Wänden gilt etwa:

Innenseite: h i ≈ h K + h S

≈ 4+4

h i =8W/(m 2 K)

Außenseite: h e ≈ h K + h S

=13+10

h e=23W/(m 2 K)

Einheit: W·s/s ·m 2 ·K=W/(m 2 K)

h=heat engl. Wärme

Der Wärmeübergangskoeffizient ist abhängig von:

der Lufttemperatur

der Luftbewegung

der Oberflächenbeschaffenheit der Wände

(glatt –rau)

der Lage der Bauteile (waagrecht –senkrecht)

der Richtung des Wärmestroms

der konstruktiven Ausgestaltung des Bauteils

(einschalig –zweischalig)

U =Unit of heat-transfer U in W/m 2 ·K

R=resistance =Widerstand

Indice: i = interior, intern (innen)

e=exterior, extern (außen)

s=surface (Oberfläche)

d1

Rsi

d2

R

RT

Bild 1: Temperaturverlauf

1

U = –––––––––––––––––

1 1

–– + R + ––

hi he 1

U = –––––––––––––

R si + R + R se

1

d 3 d 2 d 1

hi

¬ 1

¬ 2

¬ 3

he

1

d3

Rse

1

1

hi

R

he

RT

15


8. Wärmedurchgangswiderstand R T

Mit dieser Formel wird in der Regel der U-Wert

berechnet (R T → 1/x-Taste → U-Wert). Für die Ermittlung

des Temperaturverlaufes in einem Bauteil

benützt man ebenfalls diese Formel.

9. Spezifische Wärmekapazität c

Man versteht darunter die Wärmemenge, die erforderlich

ist, um die Temperatur der Masse von

1kgeines Stoffes um 1Kelvin (1 K) zu erhöhen.

Einheit: W·s/kg ·K=J/kgK

10. Wärmeeindringkoeffizient b

Der Wärmeeindringkoeffizient gibt Auskunft darüber,

welche Wärmemenge (Ws) pro m 2 und Kund

s 0,5 in einen Stoff eindringen kann.

Einheit: J/m 2 Ks 0,5 =Ws/m 2 Ks 0,5

Großer Wärmeeindringkoeffizient:

Viel Wärme dringt in einer Zeiteinheit in den Stoff

ein und nur wenig steht zur Erwärmung der

Raumluft zur Verfügung.

Folge: Der Raum erwärmt sich nur langsam.

Kleiner Wärmeeindringkoeffizient:

Wenig Wärme dringt in einer bestimmten Zeiteinheit

in den Stoff ein; dafür steht mehr Wärmeenergie

zur Erwärmung der Raumluft zur Verfügung.

Für die Fußwärme bei Böden, bzw. das

Aufheizen von Wänden, ist der Wärmeeindringkoeffizient

von entscheidender Bedeutung.

Beton fühlt sich bei gleicher Raumtemperatur kühler

an als Holz, weil Beton dem Körper mehr Wärme

entzieht als Holz. Bei Böden ist dieser

Effekt wegen des Körperkontaktes besonders

spürbar.

11. Wärmespeicherfähigkeit Q

Wärmespeicherfähigkeit spielt sowohl für den

sommerlichen, als auch für den winterlichen Wärmeschutz

eine große Rolle.

Sommer: Die raumumschließenden Bauteile nehmen

tagsüber einen Teil der Wärmeenergie auf

und geben sie in den Abend- und Nachtstunden

an die sich abkühlende Raumluft ab. Dadurch

wird das sogenannte Barackenklima vermieden.

Die Wärmespeicherfähigkeit ist umso größer:

je größer die flächenbezogene Masse (kg/m 2 )

eines Bauteils ist

je größer seine spezifische Wärmekapazität c ist

je größer die Temperaturdifferenz ist.

16

b = lR · r · c

l in W/mK

r in kg/m 3

c in J/kgK

1 1

RT= –– + R + ––

hi he R T =R si +R+R se

1 d 1 d 2 d 3 d n 1

R T = –– + ––– + ––– + ––– + ... ––– + ––

h i l 1 l 2 l 3 l n h e

Einheit: m 2 K/W

Tabelle 1: Rechenwerte der spezifischen

Wärmekapazität c und des

Wärmeeindringkoeffizienten b

c in b in

J/kgK J/m 2 Ks 0,5

Aluminium 800 20 785

Stahl 400 13 735

Beton 1000 2245

Leichtbeton 1000 930

Zementestrich 1000 1670

Kalkputz 1000 1250

Kalksandstein 1000 990

Mauerziegel 1000 900

Leichthochlochziegel 1000 510

Hohlblocksteine 1000 380

Porenbeton 1000 340

Kork 1700 160

Schaumkunststoffe 1500 35

Mineralfasern 1000 30

Holz 2100 400

Holzwerkstoffe 2100 400

Luft 1000 14

Wasser 4200 1630

Z.B.: Beton Z.B.: Holz

b = 2,1 ·2400 ·1000 b =

0,13 ·600 ·2100

b =2245 J/m 2 Ks 0,5 b =405 J/m 2 Ks 0,5

Winter: Die raumumschließenden Bauteile nehmen

während der Heizzeit Wärme auf und können

diese bei Wegfall der Heizung an die Raumluft abgeben.

Weiter wird durch die Wärmespeicherung

erreicht, dass es in Wandnähe keine Zugerscheinungen

gibt und die Wand Wärme abstrahlen

kann. Dadurch wird das Wohlbefinden in Wandnähe

gesteigert.

Grundsatzforderung:

14 4424443

Dämmwert der Konstruktion

Außenbauteile ⇒ hohe Wärmedämmung

Innenbauteile ⇒ große Wärmespeicherfähigkeit

⇒ große Luftschalldämmung


Die speicherbare Wärmeenergiemenge errechnet sich zu:

Einheit: J/m 2

Nach DIN 4108 dürfen für die Wärmespeicherfähigkeit

max. 10 cm Bauteildicke eingerechnet werden.

Die 10 cm-Regel berücksichtigt die Tatsache, dass auch

bei Außendämmung nicht die in der ganzen Wanddicke

gespeicherte Wärme während eines Tages-/Nachtzyklus

aus der Wand in den Raum entweichen kann, sondern

nur die Wärmeenergiemenge, die sich in den ersten

10 cm von der warmen Raumseite eingelagert hat.

Beispiel:

Eine 24 cm dicke Wand aus Leichthochlochziegel mit

r =1200 kg/m 3 hat eine mittlere Temperatur von 14 °C.

Die Wandoberflächentemperatur beträgt 17 °C.

Q = m’ ·c·

Q=1200 kg/m 3 ·0,10 m·1000 J/kgK ·3K

Q=360 000 J/m 2

Q =0,10 kWh/m 2

Q = m’ ·c·

m’=d·r

m’ inkg/m 2

c in J/kgK

in °C oder K

r in kg/m 3

d in m

1.2.2 Behaglichkeitsgefühl in einem Raum

Es ist abhängig von:

Wandoberflächentemperatur

Ob man sich in einem Raum behaglich fühlt, hängt neben

den bereits auf S. •• erwähnten Faktoren auch von

der Wärmestrahlung der Bauteiloberflächen des Raumes

ab. Behaglich fühlen wir uns bezüglich der Temperatur

dann, wenn die raumseitige Oberflächentemperatur einer

Wand im Winter nicht mehr als 3°Cunter und im Sommer

nicht mehr als 3°C über der Raumlufttemperatur

liegt. Die Wandoberflächentemperatur ist von deren

Dämmwert (R) abhängig.

Fußbodentemperatur

Für den Fußboden gelten, bedingt durch den Körperkontakt

über die Füße, andere Werte. Um dem Körper nicht

zu viel Wärme zuentziehen, sollte die Oberflächentemperatur

des Fußbodens 15 °C bis 20 °C nicht unterschreiten.

Hierbei spielt die Aufenthaltsdauer eine wesentliche Rolle.

Nach dem Diagramm empfindet man eine Fußbodentemperatur

von 15 °C bis etwa 3Stunden Aufenthaltsdauer

noch behaglich, danach als kühl und nach ca. 3,8 Stunden

als kalt.

Wärmespeicherfähigkeit der Wände

Die Wärmespeicherfähigkeit spielt sowohl im winterlichen,

als auch im sommerlichen Wärmeschutz eine große

Rolle. Da die Speicherfähigkeit sehr stark von der Rohdichte

abhängt, ist das Speichervermögen schwerer

Wände besser als das leichter Konstruktionen. Im Winter

kühlen Räume mit großem Speichervermögen bei Wegfall

oder Absenkung der Heizung nicht so schnell aus, im

Sommer kann die überschüssige Energie tagsüber gespeichert

werden, um sie in den kühleren Nachtstunden

wieder an die Raumluft abgeben zu können.

Oberflächentemperatur der Wand

Bild 1: Raumbehaglichkeitskurve

Fußbodentemperatur

Bild 2: Fußbodenbehaglichkeitskurve

innen

20 °C

15,9

15,2

–9,7

10

10 12 14 16 18 20 22 24 26 °C 30

20

°C

15

10

30

°C

26

24

22

20

18

16

14

12

5

1

–11,65

zu kalt

°C

20

15

10

5

0

–5

–10

–12,8

–13,6

–15

zu warm

behaglich

Raumtemperatur

behaglich

0

0 1 2 3 h 4

Aufenthaltsdauer

15,9

15,2

kühl

1 Wärmedämmschicht innen

kleines Wärmespeichervermögen

2 Wärmedämmschicht außen

großes Wärmespeichervermögen

Bild 3: Wärmespeicherfähigkeit

kalt

eisig

Wärmespeicherwirksam sind nach

DIN EN 13 786 nur die vor der Dämmung zur

Raumseite liegenden Schichten

Für die Wärmespeicherfähigkeit dürfen nur

Baustoffe mit einem l-Wert 6 0,1 W/m ·K

eingerechnet werden

10

2

außen

12,1

–12,8

–13,6

–15

17


Relative Luftfeuchte

Die Abbildung zeigt, dass wir uns unwohl fühlen, wenn

die Raumlufttemperatur unter ca. 17 °C fällt, bzw. wenn

sie über etwa 26 °C steigt, unabhängig von der relativen

Luftfeuchte. Weiter ist zu ersehen, dass wir mit steigenden

Raumlufttemperaturen immer geringere Werte der

relativen Luftfeuchte als behaglich akzeptieren.

Luftbewegung

Luftbewegung kann durch undichte Stellen in der Gebäudehülle

(Dachfläche, Fensterfugen, Rolladenkästen) entstehen,

jedoch auch durch Konvektion im Innern eines

Gebäudes. Weisen innere Wandoberflächen nur geringe

Temperaturen auf, so kommt es durch den großen Temperaturunterschied

zwischen Raumluft und der Wandoberfläche

zur Konvektion in Wandnähe, die als Zugerscheinung

empfunden wird.

Temperatur-Amplituden-Verhältnis TAV

Der Temperaturverlauf der Außenluft ist während einer

Tages- und Nachtphase nicht konstant. Diese Außentemperaturschwankung

hat Auswirkungen auf den Temperaturverlauf

imBauteil selbst und im Innern des Gebäudes

während einer Tag-Nacht-Phase. Das TAV eines Bauteils

ist dann als gut zu bezeichnen, wenn die Raumtemperaturschwankung

geringer ist als die der Außenluft und

wenn die Wärmeenergiewelle zeitverschoben innen ankommt.

Das ist dann möglich, wenn die raumumschließenden

Bauteile über ein gutes Wärmespeichervermögen

verfügen. Die Abbildung zeigt, dass die Höchstwerte

(Amplitude) der Außenlufttemperatur im Rauminnern

nicht erreicht werden und die Energiewelle mit einer

Zeitverschiebung im Rauminnern ankommt.

Dem TAV kommt besonders während der Sommermonate

eine Bedeutung zu.

°C

18

f

14+f

24h

2+f

innen

h

Bild 3: Innendämmung

außen

°C

24h

•Der Putz stellt die einzige Wärmespeichermasse dar.

⇒ relativ hohe Raumtemperatur ⇒ geringe Amplitudendämpfung

⇒ geringe Phasenverschiebung, z.B. 3h,d.h.,

die maximale Raumtemperatur wird nur mit einer geringen

Zeitverschiebung von 3Stunden zur Außentemperatur erreicht.

14

2

h

°C

f

rel. Raumluftfeuchte ƒ

Bild 1: Relative Luftfeuchte und Behaglichkeit

}C

Bild 2: Temperatur-Amplituden-Verhältnis

14+f

100

%

80

70

60

50

40

30

20

10

ƒ

24h

innen

2+f

Bild 4: Außendämmung

h

unbehaglich: zu feucht

behaglich

noch

behaglich

unbehaglich: zu trocken

0

12 14 16 18 20 22 24 °C 28

Raumlufttemperatur

innen

24h

Phasenverschiebung

außen

°C

•Putz und Mauerwerk dienen als Wärmespeicher

14

24h

⇒ die Raumtemperatur ist wesentlich niedriger als die Außentemperatur

⇒ große Amplitudendämpfung

⇒ große Phasenverschiebung, z.B. 8h,d.h.,

die maximale Raumtemperatur verschiebt sich um 8hgegenüber

der Außenlufttemperatur

h

}C

außen

14

24h

Amplitude

2

2

h

h


Luftqualität

Für die Luftqualität in einem Raum ist vor allem der Kohlendioxidgehalt

(CO 2-Gehalt) der Raumluft maßgebend.

Hohe CO 2-Belastungen verursachen Kopfschmerzen,

Schwindelgefühle, Erregung, Anstieg des Blutdruckes.

Sehr hohe CO 2-Konzentrationen von ca. 10 %, wie sie in

Gärkellern auftreten können, führen zum Erstickungstod.

Der Mensch atmet pro Stunde ca. 500 lLuft mit einem

CO 2-Gehalt von ca. 0,03 Vol-% ein (Inspirationsluft) und

mit einem CO 2-Gehalt von 4%aus (Expirationsluft). Dabei

verbraucht er pro Stunde etwa 33 lO 2 und erzeugt

ca. 25 lCO 2.

Der CO 2-Gehalt sollte in hygienisch einwandfreien Wohnund

Arbeitsräumen 0,1 Vol-% nicht überschreiten. Um

diesen Wert in einem Raum halten zu können, sind pro

Person und Stunde ca. 30 m 3 Außenluft erforderlich, deren

CO 2-Anteil ca. 0,03 Vol-% beträgt.

1.2.3 Einflussmöglichkeiten zur Energie-Einsparung

Luftqualität,

besonders

CO 2-Gehalt

Luftbewegung

(Strömungs-

geschwind.)

Art derTätigkeit

Belichtung

Bild 1: Abhängigkeit der Behaglichkeit

• Baugrundstück: –Verschattung durch Bäume oder angrenzende Bebauung

–Windhäufigkeit, Windstärken

–Nebelhäufigkeit

• Gebäudeorientierung: –Ausrichtung der Hauptdachfläche nach Süden

–Wintergärten

–Solargewinne durch thermische Solaranlagen

Photovoltaikanlagen

transparente Wärmedämmung

• Kompaktheit: – A /V e-Verhältnis möglichst gering

• Hausform: – stark gegliederte Fassade oder gerade verlaufende Außenwände

(Vor- und Rücksprünge der Wände)

–Erker

–Reihenmittelhaus, Reihenendhaus, Einzelhaus

• Grundrissgestaltung: –thermische Zonierung

–beheizte Räume neben beheizten

–unbeheizte Räume neben unbeheizten

–unbeheizte Räume imNorden

–übermäßig hohe Räume mit Fußbodenheizung

• Wärmedämmung: –Einfluss auf den Transmissionswärmeverlust

–Vermeidung von Feuchteschäden

–Außendämmung vor Innendämmung

• Heizanlage: –Standardkessel –Niedertemperaturkessel –Brennwertkessel

–Einsatz von regenerativen Energien wie: Sonnenenergie, Biomasse,

Wasserkraft, Windenergie,

Umgebungswärme, Geothermie,

Gezeitenenergie

• Solaranlagen: –aktive Solaranlagen: Flach- und Röhrenkollektoren

–passive Solaranlagen: Wintergärten, transparente Wärmedämmung,

–Fenster

• Anlagenaufwandszahl: Kehrwert des Nutzungsgrades einer Anlage

• Anlagetechnik: – Lüftungstechnik

–Klimatechnik

–Armaturen (Wasser sparend)

• Wärmebrücken: –Heizkörpernischen, Rollladenkästen, Balkone, Loggien, Anschlüsse

• Luftdichtheit: –Durchdringungen, Anschlüsse, Fugen

• Thermostate: –Feinregulierbarkeit

• Ventile: –Sparsamkeit imWasserverbrauch

• Haushaltsgeräte: –Einsatz Energie sparender Haushaltsgeräte (Kühlschränke, Gefrierschränke)

• Beleuchtung: – Energiespar-Leuchtmittel

feuchte

Beleuchtung

rel. Raumluft-

Raumluft-

Behaglichkeitsgefühl

Kleidung der

Person

temperatur

Schallschutz

Oberflächentemp.

denWände

der raumumschließen-

Wärmespeicherung

der raumumschließen-

den Bauteile

Fußboden-

temperatur

19


1.3 Nachweis des Wärmeschutzes

1.3.1 Wärmeschutz-Nachweis nach DIN 4108

Grundlage des Nachweises nach DIN sind die Tabellen

Seite 18 bis 22. Die Forderung nach DIN 4108 gilt

dann als erfüllt, wenn für die einzelnen Bauteile die

Werte des Wärmedurchlasswiderstandes R nicht

unterschritten werden.

Tabelle 1: Rechenwerte der Wärmeübergangszahlen,

bzw. Wärmeübergangswiderstände

nach DIN EN 6946 sowie DIN 4108-2

20

Wärme- Wärmeübergangs-übergangszahlen

widerstände

h i h e R si R se

W/m 2 K W/m 2 K m 2 K/W m 2 K/W

Im Wärmeschutz

Richtung des

Wärmestromes

aufwärts 10 23 1,2) 0,10 0,043 1,2)

abwärts 6 23 1,2) 0,167 0,043 1,2)

horizontal 8 23 1,2) 0,125 0,043 1,2)

Hinterlüftung 8 12 0,125 0,083

Im

Feuchteschutz

normal 6 23 1,2) 0,167 0,043 1,2)

bei

geschlossener

Möblierung vor

der Außenwand 5 23 1,2) 0,20 0,043 1,2)

Um

Schimmelpilz

zu vermeiden

bei beheizten

Räumen 4 23 1,2) 0,25 0,043 1,2)

bei unbeheizten

Räumen 6 23 1,2) 0,167 0,043 1,2)

1) Bei innenliegenden Bauteilen gelten zu beiden Seiten die

R si-Werte. Beheizter Raum an unbeheizten Raum.

2) Bei der Angrenzung an feste Stoffe (Erdreich u.a.) wird

h e = 6 bzw. R se =0

•Die Werte unter ,,horizontal“ gelten für Richtungen des

Wärmestromes von ±30° zur Horizontalen, bzw. bei einer

geneigten Bauteilfläche (Dach) von a 6 60°.

Dach

>60}

Richtung des

Wärmestromes

30}

Tabelle 3: Temperaturrandbedingungen zur

Wärmebrückenberechnung nach

DIN ISO 10 211

Gebäudeteil bzw. Umgebung Temperatur

°C

Keller 10

Erdreich 10

Unbeheizte Pufferzone 10

Unbeheizter Dachraum –5

Wärmeübergangszahlen h i bzw. h e in Abhängigkeit

von der Richtung des Wärmestromes.

23

23

8

8

23

8

8

10

Tabelle 2: Wärmedämmung von Wärmeverteilungsund

Warmwasserleitungen sowie Armaturen

Arten der Leitungen, Mindestdicke

bzw. Armaturen der Dämmschicht

1)

1 Innendurchmesser d ^ 22 mm 20 mm

2 Innendurchmesser 22mm

Weitere Magazine dieses Users