Einfluss von Wärmebrückenwirkungen bei VIP ... - VIP-Bau

VIP – Bau E 21. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 2003In den folgenden Berechnungen sollen die o. g. Kriterien am Beispiel einerBefestigungslösung aus bekannten Pfosten-Riegel-Systemen untersucht werden.2 Bauliche Situation am Gebäude der KindertagesstätteBei dem Gebäude der Kindertagesstätte „Plappersnut“ in Wismar handelt es sich umein zweigeschossiges Gebäude in Plattenbauweise. Die Länge der für den Einbauvon Vakuumdämmung vorgesehene Nordfassade beträgt ca. 53 Meter. Deren Höheca. 7 Meter.Die Nordfassade ist durch zwei über die gesamte Länge der Fassade verlaufendenFensterreihen sowie durch eine große Fensterfläche im Bereich des Treppenhausesgegliedert.Als Platten wurden nach jetzigem Kenntnisstand ausschließlich Einschichtenplattenaus gefügedichtem Leichtbeton mit porigen Zuschlägen verwendet. Die Plattendickeeinschließlich Putz auf der Innenseite und Wetterschutzschicht auf der Außenseitebeträgt ca. 29 cm.3 Wahl des VIP-Systems und Untersuchung derWärmebrücken3.1 Vorbetrachtungen- Allgemein:Die verwendete Vakuumdämmung soll wie einer Vorhangfassade durch horizontaleund vertikale Befestigungsprofile an die bestehende Außenwand befestigt werden.Dieses System sichert im Versagensfall einer Platte deren schnellen Ersatz, ohnebenachbarte Vakuumplatten zu beschädigen.Der Einfluss von Wärmebrücken in derartigen Systemen soll wie folgt abgeschätztwerden:Dies Wärmebrückenberechnungen dienen der Bestimmung des WärmedurchgangskoeffizientenU [W/m²K] einer vorhandenen Außenwand nach dem Anbringen einerVakuumdämmung auf der Außenseite.Hierbei soll durch Variation der Größe der Vakuumdämmplatte sowie der Art derBefestigung an der vorhandenen Wand der Einfluss von Wärmebrücken in derVakuumdämmebene ermittelt werden.Wärmebrückenberechnungen über Anschlussdetails mit an Gebäudeecken,Fensteranschlüssen usw. dienen nicht zur Ermittlung des Wärmedurchgangs-Koeffizienten U der Außenwand und werden im Rahmen dieses Vortrages nichtberücksichtigt.

VIP – Bau E 31. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 2003- Vorhandene AußenwandOhne Beachtung der inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstände wird derWärmedurchlasswiderstand der vorhanden Außenwand R = 0,25 m² K/W angesetzt.- VakuumdämmplatteUm einen schlanken Aufbau der zusätzlichen Außendämmung zu gewährleisten, solleine Vakuumisolationspaneele mit Folienumhüllung mit einer Dicke von nicht mehrals 20 mm eingesetzt werden.Zum Schutz der Vakuumisolationspaneele wird diese beidseitig mit einer Holzwerkstoffplatte(je Seite 10 mm Holzwerkstoffplatte und 5 mm PU-Kleber) verklebt und anderen Stirnseite ein Dämmstreifen verlegt.Der Wärmedurchlasswiderstand des zusammengesetzten Elementes wird mit R =4,46 m² K/W (U = 0,22 W/m²K) angesetzt.Die Abmessungen der Platten werden auf der Grundlage möglicher Liefermaße vonHerstellern sowie den örtlichen Begebenheiten wie folgt festgelegt:a) 1,40 m x 1,00 mb) 0,70 m x 1,00 m- Aufbau und Befestigung der zusätzlichen Außendämmung aus VakuumpaneelenDie Befestigung der Vakuumpaneelen an die bestehende Außenwand soll invertikaler als auch in horizontaler Richtung durch ein fachhandelsüblichesBefestigungsprofil erfolgen.Durch zur Außenseite liegenden Dichtprofilen mit Anpressleisten soll dieKonstruktion gehalten und der Feuchteschutz sichergestellt werden.Ursprüngliche Außenwand50außen50Bild 1: Aufbau der Vakuumisolationspaneele und Anschluss über ein Befestigungsprofil an diebestehende Außenwand

VIP – Bau E 41. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 20033.2 WärmebrückenberechnungFall 1: System wie in Bild 1 dargestellt.Besonderheiten: Befestigungsprofil und Schraubenaufnahme in Aluminium(Standardfall)Berechnung:Ergebnisse:Nr.Bezeichnung1 Linearer WärmebrückenverlustkoeffizientΨ [W/mK]2 Mittl. Wärmedurchgangskoeffizient inVakuumdämmebene U [W/m²K]3 Äquivalente Schichtdicke [cm] zu Zeile 2mit herkömmlichen WDVS (WLG 040)4 Wärmedurchgangskoeffizient dergesamten Außenwand U [W/m²K]Abmessungen derVakuumpaneele [m]1,00 x 1,40 0,70 x 1,000,622 0,6221,28 1,733,20 2,301,03 1,21Auswertung:- Der Einsatz einer herkömmlichen horizontalen und vertikalen Befestigung(Materialien aus einem Stützen-Riegel-System) reduzieren den Dämmeffektder Vakuumpaneele auf ein konventionelles System- Auflagerprofil und Schraubenaufnahme aus Aluminium ragen bis über dieVakuumdämmebene nach außen und verursachen durch ihre extrem hoheWärmeleitfähigkeit einen thermischen „Kurzschluss“

VIP – Bau E 51. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 2003Fall 2: System wie in Bild 1 dargestellt mit folgender Optimierung:- Befestigungsprofil und Schraubenaufnahme aus Edelstahl,- Auflagerleiste für Vakuumisolationspaneel aus PVCBerechnung:Ergebnisse:Nr.Bezeichnung1 Linearer WärmebrückenverlustkoeffizientΨ [W/mK]2 Mittl. Wärmedurchgangskoeffizient inVakuumdämmebene U [W/m²K]3 Äquivalente Schichtdicke [cm] zu Zeile 2mit herkömmlichen WDVS (WLG 040)4 Wärmedurchgangskoeffizient dergesamten Außenwand U [W/m²K]Abmessungen derVakuumpaneele [m]1,00 x 1,40 0,70 x 1,000,196 0,1960,55 0,697,30 5,800,48 0,58Auswertung:- Die Verwendung von Edelstahl für die Schraubenaufnahme und von PVC fürdas Auflager des Vakuumisolationspaneeles verringert denWärmebrückenverlust-koeffizient um den Faktor 3- Die bis in die Ebene der Vakuumdämmung hineinreichende Schraubenaufnahmeführt aber noch zu einer erheblichen Auslenkung der Isothermen.

VIP – Bau E 61. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 2003Fall 3: System wie in Bild 1 dargestellt mit folgender Optimierung:- Die Schraubenaufnahme besteht aus Edelstahl und endet vor der Ebeneder Vakuumdämmung- Aus Gründen der Stabilisierung ist das PVC-Auflager der Vakuumpaneelebis an das Befestigungsprofil herangeführt und dort angeschlossen- Vorhandene Hohlräume sind überwiegend mit Wärmedämmung (WLG040) ausgefülltBerechnung:Ergebnisse:Nr.Bezeichnung1 Linearer WärmebrückenverlustkoeffizientΨ [W/mK]2 Mittl. Wärmedurchgangskoeffizient inVakuumdämmebene U [W/m²K]3 Äquivalente Schichtdicke [cm] zu Zeile 2mit herkömmlichen WDVS (WLG 040)4 Wärmedurchgangskoeffizient dergesamten Außenwand U [W/m²K]Abmessungen derVakuumpaneele [m]1,00 x 1,40 0,70 x 1,000,044 0,0440,29 0,3313,80 12,100,27 0,30Auswertung:- Die Optimierung der Wärmebrücken entsprechend des Falles 3 verringert denWärmebrückenverlustkoeffizient um den Faktor 14 gegenüber Fall 1- Weitere Optimierungen noch durch Verringerung des stirnseitigenSchutzstreifens in der Vakuumdämmebene, durch den Austausch desMaterials für die Auflage der Vakuumdämmung usw. möglich

VIP – Bau E 71. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 2003Fall 4: System wie Fall 3 mit Verschraubung der Deckleiste außerhalb derVakuumdämmebeneBei steigender Wärmedämmung auf der Außenseite steigt ebenso der Einfluss vonpunktuellen Wärmebrücken. Im vorliegenden Fall besteht die Gefahr, dass diekontinuierliche Verschraubung der Deckleiste auf der Außenseite enormen Einflussauf den Wärmeverlust der Vakuumisolationspaneele hat, sofern diese bis in dieVakuumdämmebene hineinreicht.Berechnung:Auswertung:- Verschraubung der Deckleiste außerhalb der Vakuumdämmebene führt zueiner geringen Auslenkung der Isothermen- Exakter Nachweis des Wärmeverlustes in diesem Fall nur durch eine 3D-Wärmebrückenberechnung- Einfluss von punktförmigen Wärmebrücken siehe auch in [1] Seiten 18 und 19

VIP – Bau E 81. Fachtagung, Rostock-Warnemünde10.-11. Juli 20034 ZusammenfassungBeim Einsatz der neuartigen Vakuumdämmtechnik liegt es zunächst auf der Handam Markt verfügbare, herkömmliche Befestigungssysteme einzusetzen.Ohne wärmetechnische Optimierung dieser Systeme besteht jedoch die Gefahr,dass die hervorragenden Dämmeigenschaften der Vakuumdämmung auf das Niveaueines konventionellen Wärmedämmverbundsystems gleicher Dicke reduziert werden.Mit relativ einfachen Mitteln besteht die Möglichkeit die vorhandenen Befestigungs-Systeme thermisch wesentlich zu verbessern, wobei innerhalb dieses Vortragesnoch nicht alle Möglichkeiten ausgelotet wurden.Solange keine ausreichenden Erfahrungen zum „Handling“ von Vakuumisolationspaneelenauf der Baustelle sowie über die Langzeitbeständigkeit der Paneelevorhanden sind, ist es aus Sicht des Verfassers ratsam, die Befestigung sozugestalten, dass eventuell beschädigte Paneele leicht gewechselt werden können.5 Literaturverzeichnis[1] G.-W. Mainka / H. Paschen: Wärmebrückenkatalog, B.G. Teubner Stuttgart 1986[2] DIN EN 832, Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Berechnung desHeizenergiebedarfs – Wohngebäude, 2003-06[3] DIN V 4108-6, Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs,2003-06[4] DIN EN 13947, Wärmetechnisches Verhalten von Vorhangfassaden –Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, 2001-01[5] DIN EN ISO 10211-2, Wärmebrücken im Hochbau – Berechnung derWärmeströme und Oberflächentemperaturen – Linienförmige Wärmebrücken,2001-06[6] G.-W. Mainka: Wärmebrückenwirkung der Befestigung von vorgehängtenhinterlüfteten Fassaden (VHF) – Einfluss der Halterungs-Einzelteile, Festschriftzum 60. Geburtstag von Karl Gertis, Fraunhofer IRB, 1998