Gebäudehülle Spenglerei

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1 HK-Gebäudetechnik 12/17 71 Hochleistungs-Wärmedämmung (HLWD) in der Baupraxis «Die Physik können wir nicht ändern wir müssen richtig mit ihr umgehen» Resultate aus der Materialforschung ermöglichen die laufende Verbesserung von Dämmstoffen. Eine Innovationsgruppe des Vereins energie-cluster befasst sich vertieft mit Hochleistungs-Wärmedämmungen. Die IG HLWD versteht sich als Treiber für den Technologietransfer, initiiert neue Forschungsprojekte und arbeitet am Aufbau einer Analyse des Schweizer Markts zu Hochleistungs-Wärmedämmungen. Beim Weiterbildungskurs am 25. Oktober 2017 in Olten stand neben der Vermittlung von theoretischen Grundlagen vor allem die Anwendung dieser Dämmstoffe in der Baupraxis im Vordergrund. Daniela Hochradl «Sicherheit und Multifunktionalität: Dies sind Stichworte, die für Gebäudefassaden in der Zukunft prägend sein werden.» André Schreyer Gregor Steinke vom Institut für Energie am Bau der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) gab eine Übersicht über den Einsatz der verschiedenen auf dem Markt verfügbaren Wärmedämmstoffe. Als Kriterien für die Auswahl des Dämmstoffs nannte er unter anderem Brandschutz, Druckfestigkeit, Feuchte-, Schall-, Wärmeschutz, Gestaltung, Ökologie und Kosten. Die stärksten Argumente für Wärmedämmungsmassnahmen liefern die Vermeidung von Schimmelpilzbildung und damit gesundheitlichem Risiko und die verbesserte Behaglichkeit. Bei gut gedämmten Aussenwänden kann die Raumtemperatur aufgrund der höheren Bauteiltemperatur bei gleichem Behaglichkeitsempfinden abgesenkt werden. Energiekosteneinsparung sowie eine grössere Unabhängigkeit von Energiepreisschwankungen und -importen, eine schlanke Gebäudetechnik mit tiefen Vorlauftemperaturen und Umweltschutz sind weitere Argumente für gut gedämmte Gebäudehüllen, und sie stärken zudem die lokale Schweizer Wirtschaft. Gegen dicke Dämmstärken sprechen vor allem die verschlechterte Gestaltbarkeit, konstruktive Probleme sowie der Nutzflächenverbrauch durch die Dämmung. Hochleistungs-Wärmedämmungen (HLWD) bieten die Chance, Gebäude oder bestimmte Bauteile energetisch zu verbessern, wo dies mit herkömmlichen Dämmstoffen nicht oder kaum möglich ist. Was sind Hochleistungs- Wärmedämmstoffe? Der Physiker Jannis Wernery von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa lieferte einen spannenden Einstieg in die Welt der hochdämmenden Materialien. Dem Ausdruck Hochleistungs-Wärmedämmstoffe (HLWD) können verschiedene Definitionen zugrunde gelegt werden. Eine physikalische Definition lautet: Hochleistungs-Wärmedämmstoffe dämmen «besser als stehende Luft». Der energie-cluster definiert HLWD als «besser im Vergleich zu Standardmaterialien». In der Forschung wird die exakte Definition von 20 mw/(m K) als oberer Grenzwert für die Wärmeleitfähigkeit eines Bauteils verwendet. Welcher Hochleistungsdämmstoff für welche Bauaufgabe? Antworten dazu gibts im HLWD-Tageskurs, der von energie-cluster.ch jährlich organisiert wird. Physik formelfrei erklärt Der Wärmetransport beruht auf drei Mechanismen: Wärme kann von Atom zu Atom bzw. von Molekül zu Molekül (Wärmeleitung), von elektromagnetischen Wellen (Wärmestrahlung) und via Massetransport (Konvektion) übertragen werden. Um eine möglichst gute

2 72 HK-Gebäudetechnik 12/17 Gebäudehülle Spenglerei Dämmwirkung zu erzielen, müssen diese Mechanismen so weit wie möglich reduziert werden. Dafür gibt es unterschiedliche Möglichkeiten: Ein Weg ist es, die Dichte zu reduzieren, indem weniger Feststoff verwendet wird. Die Übertragung der Strahlungswärme kann beispielsweise durch die Erhöhung der Opazität (= Trübung) unterdrückt werden. Konvektion kann durch die Einschränkung der Beweglichkeit des Gases im Dämmstoff (meist Luft) reduziert werden, z. B. durch die Verwendung mehrerer Lagen wie bei der 3-fach-Verglasung oder durch kleine Poren wie beispielsweise in Mineralwolle oder EPS. Um die Wärmeleitung im Gas zu reduzieren, kann statt Luft ein weniger gut leitendes Gas verwendet werden. Alternativ kann der Energieaustausch zwischen Gasmolekülen durch die Ausbildung extrem kleiner Poren stark verringert werden wie dies bei Aerogelen passiert. Am besten lässt sich die Wärmeleitung im Gas verhindern, indem ein Vakuum erzeugt wird. Materialien, die den Wärmetransport so gut wie möglich verhindern Bei dämmenden Materialien wird zwischen organischen und anorganischen Dämmstoffen unterschieden. Organische Dämmstoffe können entweder aus natürlichen Rohstoffen (wie Holzfaser, Zellulose, Schafwolle usw.) oder aus synthetischen Rohstoffen bestehen. Synthetische Dämmstoffe sind Kunststoffe auf Erdölbasis (wie Expandiertes oder Extrudiertes Polystyrol = EPS oder XPS, Polyurethan-Kunststoffschäume = PUR/ PIR). Dämmungen aus PUR/PIR-Hartschaum werden aufgrund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit bereits als Hochleistungsdämmstoffe bezeichnet. Da sie zur Familie der Duroplaste gehören, schmelzen sie auch bei hohen Temperaturen nicht und bleiben form- und dimensionsstabil. Sie sind druckfest, Das physikalische Verständnis der Wärmeübertragung ermöglicht es, den verschiedenen Effekten durch die Verwendung geeigneter Materialien entgegenzusteuern und den unerwünschten Transport der Wärme vom Innenraum nach aussen weitgehend zu vermeiden. (Grafik: Referat Jannis Wernery) Die Hauptreferenten waren Marco Ragonesi, Beat Nussbaumer und Jannis Wernery. (Foto: energie-cluster) dauerhaft, wasserabweisend und gegenüber fast allen Bauchemikalien beständig. Das organische Material wird mit einem luftdichten Material (z. B. Alu) kaschiert. Im Vergleich zu einer herkömmlichen EPS-Dämmung lassen sich mit diesem Material bei gleicher Dämmleistung 4 5 cm Dämmdicke einsparen (vgl. Grafik mit Kurvenschar). Anorganische Dämmstoffe (Glaswolle, Steinwolle, Schaumglas, Mineralschaum, Kalziumsilikat, VIP, Aerogele) haben den Vorteil, dass sie nicht brennbar sind. Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) bestehen aus einem Kern aus pyrogener Kieselsäure und einer metallisierten Plastikhülle. Es kann kein Wasser eindringen und die Wärmeleitung wird durch das erzeugte Vakuum fast komplett unterdrückt. Da keine Hülle perfekt ist, verschlechtert sich die Performance mit dem Alter des Dämmmaterials. Beschädigungen können zu einem «Ausfall» führen. In diesem Fall ergibt sich bei einer Dämmstärke von 6 cm ein U-Wert von 0.3 statt 0.11 W/(m 2 K) (vgl. Grafik mit Kurvenschar, rote Kurven). Aerogele sind hochporöse Festkörper, bestehend aus Siliziumdioxid, mit Poren im Nanometerbereich. Die freie Weglänge für Moleküle beträgt 70 Nanometer (der millionste Teil eines Meters), wodurch die Wärmeleitung im Gas stark unterdrückt wird. Das Material wird mit einer hydrophoben (= wasserabweisenden) Schicht überzogen. Aerogel-Produkte sind beispielsweise Dämmputze mit Aerogel-Granulat, welche sich gut für die Sanierung von historischen Objekten eignen. Weitere Produkte auf dem Markt sind Platten, Matten, die oft in einer Stärke von 2 4 cm als Aussenwärmedämmung verwendet werden, oder Granulat, das in ein Zweischalenmauerwerk eingeblasen werden kann. Aerogel-Granulat kann auch in transparente Behälter eingefüllt werden, um durchscheinende

3 HK-Gebäudetechnik 12/17 73 Atmen Sie bessere Luft mit Abluft! LÜFTER Info Ohnsorg Söhne AG Knonauerstrasse 5 Postfach Steinhausen Tel Fax info@ohnsorg-soehne-ag.ch Schweizer Qualitätsprodukt Elemente (z. B. für Lampen oder für Dachfenster) herzustellen. Durch den Einsatz von HLWD lässt sich die Dicke der Wärmedämmung bei gleichem U-Wert reduzieren. Lesebeispiel: Um einen U-Wert von 0.15 W/(m 2 K) zu erreichen, benötigt man mit einer herkömmlichem Polystyrol-Dämmung (EPS = violette Linie) eine Dicke von über 22 cm. Mit dem Hochleistungsdämmstoff PUR mit Alu-Kaschierung (= grüne Linie) sind für diesen U-Wert nur 15 cm nötig, und mit Vakuum-Isolations-Paneelen (VIP) sind im Idealfall nur 4 5 cm nötig. (Grafik: Referat Marco Ragonesi) Gesundheit alles Nano oder was? Von der Nanostruktur der Aerogel-Produkte können einzelne Teilchen abbrechen, was die Frage nach der gesundheitlichen Verträglichkeit aufwirft. Bei sehr faserigen Materialien besteht grosses Risiko (Beispiel: Asbest). Durch das kleine Länge-Dicke-Verhältnis wird der Einsatz von Aerogelen als unproblematisch eingestuft. Es ist jedoch eine indi-

4 74 HK-Gebäudetechnik 12/17 Gebäudehülle Spenglerei Dämmstärke (cm) und heutige Materialkosten-Bereiche der Wärmedämmung für U-Wert 0.15 W/(m 2 K) und eine Fläche von 1 m 2. In diesen Kosten nicht eingerechnet ist der Flächen-/Raumgewinn als Vorteil der Hochleistungs-Wärmedämmstoffe HLWD. (Grafik: Referat Beat Nussbaumer, energie-cluster.ch, Kurs HLWD) viduelle, produktspezifische Überprüfung der Verträglichkeit nötig, die mittels Gutachten ausgewiesen wird. Hochleistungs-Wärmedämmung als Problemlöser Die Hochleistungs-Wärmedämmung wird aufgrund der hohen Kosten vor allem in Spezialfällen als «Problemlöser» eingesetzt. Überall dort, wo Platzmangel besteht, können HLWD punkten. Sehr dünne Dämmschichten ermöglichen beispielsweise einen schwellenlosen Terrassenausgang, bringen konstruktive Vereinfachung (geringerer Dachüberstand) und erzielen einen Nutzflächengewinn bei Innendämmungen oder kleinen Fensterflächen bei Dachlukarnen. Bei den Hochleistungs- Dämmprodukten ist auf dem Bau ein «Das Potenzial von Hochleistungs-Wärmedämmungen liegt vor allem dort, wo Platz knapp ist: in verdichteten Gebieten und bei architektonischen Details.» Jannis Wernery anderer Umgang als mit konventionellen Dämmstoffen gefordert. Vor allem für den Einsatz von VIP müssen die Konstruktionen mit entsprechendem Know-how auf Planer und Anwenderseite konzipiert sein. Die Vorfabrikation gewisser Bauteile ist vorteilhaft. Auch der Bauphysiker Marco Ragonesi sieht die Einsatzgebiete von HLWD im Bereich der Speziallösungen und Bauteilanschlüsse. Er empfiehlt, keine unüberlegten Risiken einzugehen und darauf zu achten, dass VIP auch ersetzt werden können. Die fachgerechte Verwendung dieser Dämmstoffe als Aussendämmung sei «unproblematisch». Vorsicht sei insbesondere bei Innendämmungen Schweizer Qualitätsprodukt Die Effizienz auf Ihrem Dach. mit bauaufsichtlichem Prüfzeugnis Ohnsorg Söhne AG Tel

5 geboten, da die Tragstruktur ausgekühlt wird. Bei der Sanierung von denkmalgeschützten, historischen Gebäuden stellen Hochleistungs-Dämmprodukte oft die einzige Möglichkeit dar, den Wärmeschutz der Fassade zu verbessern. Mit Aerogel-Produkten ist es möglich, den Charakter des Gebäudes zu erhalten und trotzdem den Wärmedurchgang entscheidend zu verringern. Vollflächig für Fassaden wird Aerogel derzeit am häufigsten mit einer Stärke von 3 5 cm eingesetzt. Wirtschaftlichkeit und Zusatznutzen Beat Nussbaumer, Gebäudetechnik-Ingenieur bei der Dr. Eicher+Pauli AG und Technologievermittler beim energie-cluster, präsentierte die Wirtschaftlichkeit von Hochleistungs-Wärmedämmungen anhand von untersuchten Praxisbeispielen. In Fällen, in denen zum Beispiel die Maximierung der Wohnfläche im Vordergrund steht, und bei begrenzten Platzverhältnissen führt der Einsatz von Hochleistungs-Dämmstoffen zu einer optimierten Raumausnutzung. Mehrkosten für eine effizientere Wärmedämmung und die dadurch erzielten Einsparungen müssen für den jeweiligen Fall beurteilt und gegenübergestellt werden. Grundsätzlich gilt: Der Nutzen von Hochleistungs- Wärmedämmungen muss monetarisiert werden, um wirtschaftliche Gesamtbetrachtungen durchführen und dem Bauherrn optimale Lösungen anbieten zu können. Lambda-Wert : Wärmeleitfähigkeit [W/(m K)] U-Wert: Wärmedurchgangskoeffizient [W/(m 2 K)] Bei gleicher Bauteilstärke dämmen Materialien mit tieferer Wärmeleitfähigkeit (Lambda-Wert ) besser. Einheit: W/(m K): Diese gibt den Wärmetransport durch einen Baustoff an, pro Kelvin Temperaturdifferenz zwischen warmer Seite und kalter Seite. Hochleistungs-Wärmedämmstoffe (HLWD) haben je nach Definition eine Wärmeleitfähigkeit Lambda unter bis W/(m K) bzw. unter 20 bis 30 mw/(m K) (Milliwatt/(m K)). Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) gibt den Wärmestrom durch ein Bauteil mit einer gewissen Dicke an, pro m 2 Fläche und pro Kelvin Temperaturdifferenz zwischen warmer und kalter Seite. Einheit: W/(m² K). So lassen sich am U-Wert auch die Dämmeigenschaften eines Bauteils ablesen. Einfach erklärt: Je höher der U-Wert eines Bauteils mit einer gewissen Dicke, umso schlechter ist die Dämmwirkung; je niedriger der U-Wert, umso besser die Dämmwirkung. Typische U-Werte: 25 cm Beton ohne Dämmung: U-Wert = 2.5 W/(m 2 K) 35 cm Doppelschalen-Mauerwerk mit 8 cm Dämmung: U-Wert = 0.3 W/(m 2 K) Kompaktfassade mit cm EPS- Dämmung: U-Wert = 0.15 W/(m 2 K) «Ein U-Wert von unter 0.1 W/(m 2 K) kann kein Ziel sein, ausser wir haben die Frechheit, die Heizwärme weiterhin mit fossilen Energieträgern zu decken.» Marco Ragonesi, Bauphysiker Hohe Performance beim Schutz vor Feuchte und Hitze Das Produkt Liquid Pore ist eine Mineraldämmplatte, welche laut Erfinder und Hersteller viele Vorteile vereint. Die Hochleisungseigenschaften dieses nicht brennbaren, diffusionsoffenen Dämmstoffs liegen nicht wie bei den anderen vorgestellten Materialen in der extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeit, sondern in der verbesserten Performance im Feuchte- und Hitzeschutz sowie in der klimaschonenden Herstellungsweise. Die Eigenschaft der Wärmespeicherung wird nicht nur im Winter genutzt, sondern bietet im Sommer einen Puffer, der die sommerlichen Wärmemengen einlagert und diese erst nach und nach an den Wohnraum abgibt. Aktuelle Trends und Marktentwicklung André Schreyer vom Verband Gebäudehülle Schweiz stellte aktuelle Trends und Innovationen vor. Das prägende Stichwort «Fassade als Kraftwerk» entstand durch die Möglichkeit, Photovoltaik-Module vollflächig als Bekleidung für hinterlüftete Fassaden oder an Balkonen einzusetzen. Hinterlüftete Fassadensysteme haben in der Schweiz einen Marktanteil von ca %. Bezüglich optimalem Wärmeschutz und Dämmstoffen ist bei diesen Konstruktionen vor allem auf wärmebrückenoptimierte Unterkonstruktionssysteme zu achten: z. B. Wärmedämmkonsolen, bei denen das durchdringende Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Der Marktanteil dieser thermisch entkoppelten Befestigungssysteme liegt laut dem Schweizerischen Fachverband für hinterlüftete Fassaden (SFHF) bereits bei %. Weitere Informationen: Wissenstransfer Innovationsgruppen IG HLWD Deklaration Wärmedämmungen Liquid Pore Mineraldämmplatten: Berechnungstool des Schweizerischen Fachverbands für hinterlüftete Fassaden: