Bauphysik. Schöck Isokorb Grundlagen. Stahlbeton/Stahlbeton. Bauphysik. TI Schöck Isokorb /CH-DE/2018.1/September

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1 Bauphysik Schöck Isokorb Grundlagen Stahlbeton/Stahlbeton Bauphysik 1

2 Kennwerte Die minimale Oberflächentemperatur θ si,min und der Temperaturfaktor f Rsi Die minimale Oberflächentemperatur θ si,min ist die im Bereich einer Wärmebrücke auftretende niedrigste Oberflächentemperatur. Dieser Wert ist entscheidend dafür, ob an einer Wärmebrücke Tauwasser ausfällt oder sich Schimmel bildet. Die minimale Oberflächentemperatur ist also ein Kennwert für die feuchtetechnischen Auswirkungen einer Wärmebrücke. Alternativ zur minimalen Oberflächentemperatur wird als feuchtetechnischer Kennwert auch der Temperaturfaktor f Rsi verwendet. Der Temperaturfaktor f Rsi ist die Temperaturdifferenz zwischen innen und aussen (θ i - θ e ) bezogen auf die Temperaturdifferenz zwischen minimaler Oberflächentemperatur und Aussenlufttemperatur (θ si,min - θ e ): = θ si,min θ e f Rsi θ i θ e Der f Rsi -Wert ist ein relativer Wert und hat somit den Vorteil, dass dieser nur von der Konstruktion der Wärmebrücke, und nicht wie θ si,min von den angesetzten Aussen- und Innenlufttemperaturen abhängt. Die Wärmedurchgangskoeffizienten ψ und χ Der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient ψ ( ψ-wert ) kennzeichnet den pro lfm. zusätzlich auftretenden Wärmeverlust einer linienförmigen Wärmebrücke. Der punktbezogene Wärmedurchgangskoeffizient χ ( χ-wert ) kennzeichnet entsprechend den zusätzlichen Wärmeverlust über eine punktförmige Wärmebrücke. Wärmetechnische Kennwerte von Wärmebrücken Die wärmetechnischen Auswirkungen von Wärmebrücken werden mit folgenden Kennwerten erfasst: Wärmetechnische Auswirkung Schimmelpilzbildung Tauwasserausfall Wärmeverlust Qualitative Darstellung Isothermen mit Temperaturskalierung Wärmestromlinien Kennwerte Quantitative Einzahlangabe Minimale Oberflächentemperatur θ min Temperaturfaktor f Rsi ψ-wert χ-wert 2

3 Anforderungen Anforderungen an die relative Luftfeuchtigkeit und den Temperaturfaktor f Rsi Die SIA 180:2014 schlägt für die Sicherstellung der Vermeidung von Oberflächenkondensat und Schimmelpilzbefall an Oberflächen einen vereinfachten Nachweis vor. Bei diesem vereinfachten Nachweis werden alle Anforderungen in Bezug auf den Feuchteschutz erfüllt, sofern die folgenden drei Bedingungen eingehalten werden. Die maximal zulässige Raumluftfeuchte darf einen Grenzwert nicht überschreiten. Dieser Grenzwert hängt von der Aussenlufttemperatur ab. Der maximale U-Wert flächiger Bauteile darf nicht überschritten werden. Der f Rsi -Wert für konstruktive Wärmebrücken bei Bauteilen, ausgenommen Fenster und Türen, muss grösser oder gleich einem Grenzwert sein. Dieser Grenzwert hängt vom jeweiligen Standort ab. Bedingung 1: die maximal zulässige Raumluftfeuchte ϕ i,max Die folgenden Werte dürfen für eine Raumlufttemperatur von 20 C nicht überschritten werden. Aussenlufttemperatur [ C] ϕ i,max [%] Taupunkt θ i,d,max [ C] 16 14,1 12,2 10,3 8,6 6,8 5,1 3,5 1,9 Maximal zulässiges Tagesmittel der Raumluftfeuchte ϕ i,max und zugehöriger Taupunkt für eine Raumlufttemperatur von 20 C nach SIA 180:2014 Bedingung 2: der maximale U-Wert flächiger Bauteile Der Wärmedurchgangskoeffizient flächiger Bauteile der thermischen Gebäudehülle darf folgende Werte nicht überschreiten. Mit der Einhaltung dieser Bedingung sind unter normalen Nutzungsbedingungen die Anforderungen an Behaglichkeit erfüllt. Bauteil Gegen Aussenklima oder im Erdreich bis 2 m U max in W/(m² K) Gegen unbeheizte Räume Dach 0,4 1) 0,5 0,6 Wand 0,4 3) 0,6 0,6 Fenster, Fenstertüren, Türen 2,4 3) 2,4 - Boden 0,3 4) 0,6 0,6 Maximal zulässige Wärmedurchgangskoeffizienten U max nach SIA 180:2014 Gegen mehr als 2 m im Erdreich 2) 5 Hinweise zur Tabelle 1) Unter Vorbehalt von Ziffer ) Höhere Werte sind zulässig, wenn mittels Berechnung der Wärmeströme und Oberflächentemperaturen nach Norm SN EN ISO belegt wird, dass die Behaglichkeit gesichert ist und keine Gefahr von Oberflächenkondensation und Schimmelbildung besteht. 3) Unter Vorbehalt von Ziffer ) 0,4 bei Boden auf Erdreich Bedingung 3: der Temperaturfaktor f Rsi Für konstruktive Wärmebrücken, ausgenommen Fenster und Türen, muss der Oberflächentemperaturfaktor f Rsi grösser oder gleich einem Grenzwert sein. Dieser Grenzwert hängt von der Meereshöhe und somit vom jeweiligen Standort ab. Es wird sowohl die tiefste Aussentemperatur als auch der monatliche Mittelwert der Aussenlufttemperatur berücksichtigt. Der Nachweis wird für die Kondensationsfreiheit und die Schimmelpilzfreiheit getrennt geführt. Die Grenzwerte sind in Anhang F der SIA 180:2014 zu finden. 3

4 Anforderungen Anforderungen an den Wärmeverlust Bei allen Neubauten und Umbauten ist für alle flächigen Bauteile ein energetischer Nachweis der thermischen Gebäudehülle zu erbringen. Der Nachweis des es eines Gebäudes kann mittels Einzelanforderungen oder über die Systemanforderungen durchgeführt werden. Der Nachweis der Einzelanforderungen ist einfacher, da die Berechnung des Heizwärmebedarfs nicht notwendig ist. Die Einzelanforderungen sind so festgelegt, dass damit in den meisten Fällen auch die Systemanforderungen erfüllt werden. 1. Wärmebrückennachweis - Einzelbauteil Der Nachweis der Wärmbrücken ist beim Einzelbauteilnachweis nicht zwingend vorgeschrieben (siehe Konferenz kant. Energiefachstellen; Vollzugshilfe EN-2), mit dem Nachweis reduzieren sich jedoch die energetischen Anforderungen, wie das Beispiel unten zeigt. Wandaufbau ohne Wärmebrücken-Nachweis Wandaufbau mit Wärmebrücken-Nachweis Abb. 1: Beispielhafter Wandaufbau für Einzelbauteilnachweis ohne Wärmebrücken-Nachweis Abb. 2: Beispielhafter Wandaufbau für Einzelbauteilnachweis mit Wärmebrücken-Nachweis Anforderungen durch Einzelbauteilnachweis Ohne Wärmebrücken-Nachweis Mit Wärmebrücken-Nachweis U-Wert 0,17 W/(m² K) 0,20 W/(m² K) Dämmdicke 190 mm 150 mm 5 Annahme λ Dämmung = 0,036 W/(m K) Im Beispiel ist zu sehen, dass die Anforderungen an den U-Wert beim Einzelbauteilnachweis variieren, je nachdem ob ein Wärmebrücken-Nachweis durchgeführt wird. Dies zeigt, dass, wenn die Wärmebrücken berücksichtigt werden, eine deutlich geringere Dämmdicke für die Aussendämmung erforderlich ist. 4

5 Anforderungen Für Wärmebrücken an Balkonen in Neubauten und neubauähnliche Umbauten sind die Grenzwerte Ψ li und χ li einzuhalten und die Zielwerte Ψ ta und χ ta anzustreben: Längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient Ψ Grenzwert Ψ li in W/(m K) Zielwert Ψ ta in W/(m K) Typ 1: Auskragungen in Form von Platten oder Riegeln 0,30 0,15 Typ 2: Unterbrechung der Wärmedämmschicht durch Wände oder Decken 0,20 0,10 Typ 3: Unterbrechung der Wärmedämmschicht an horizontalen oder vertikalen Gebäudekanten 0,20 0,10 Typ 5: Fensteranschlag 0,10 0,05 Punktbezogener Wärmedurchgangskoeffizient χ Grenzwert χ li in W/K Zielwert χ ta in W/K Typ 6: punktuelle Durchdringungen der Wärmedämmung 0,30 0,15 Ψ- und χ-werte gemäss SIA 380/1 Für die Wärmebrückenbetrachtung bei Neubauten ist zu berücksichtigen, dass sich die Ψ- und χ-werte mit höheren U-Werten der angrenzenden flächigen Bauteilen ändern. Damit Konstruktionen, die einen besseren U-Wert aufweisen, nicht benachteiligt werden, können bei der Berechnung der Ψ- und χ-werte die Grenzwerte für flächige Bauteile gemäss Tabelle 2 aus SIA 380/1 angesetzt werden. Der Wärmebrückennachweis für die Grenzwerte entfällt, wenn für flächige opake Bauteile die verschärften Grenzwerte der Tabelle 2b zu SIA 380/1 eingehalten sind. Danach muss für eine flächige Aussenwand U = 0,17 W/(m² K) eingehalten werden. Tritt eine Wärmebrücke innerhalb eines Bauteils wiederholt oder kontinuierlich auf, wie dies beispielsweise beim Anschluss einer Attika der Fall ist, muss diese beim U-Wert des entsprechenden Bauteils berücksichtigt werden. Bei Umbauten und Umnutzungen verlangt die Norm SIA 380/1 Ziffer lediglich, dass Wärmebrücken, deren flankierende Bauelemente von einem Umbau betroffen sind, soweit technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar, saniert werden sollen. 2. Wärmebrückennachweis - Systemnachweis Anstelle der Einzelanforderungen können auch die Systemanforderungen nachgewiesen werden. Damit wird Planungsspielraum für wirtschaftliche Lösungen gewonnen. Beim Nachweis der Systemanforderungen müssen Wärmebrücken separat erfasst und berücksichtigt werden. Diese werden für die Auslegungen bzgl. des Gesamtenergiehaushaltes für den Heiz- und Warmwasserbedarf entsprechend berücksichtigt. Q IB = [(Θ i + Θ i ) Θ e ] t c (Σψ j l j + Σχ k ) A E 10 6 in MJ m² Q IB ist der Transmissionswärmeverlust an der Wärmebrücke Balkon Θ i ist die Raumtemperatur Θ i ist der Regelzuschlag für die Raumtemperatur Θ e ist die Aussentemperatur t c ist die Länge der Berechnungsperiode in Tagen Σψ j - l j stellt den Wärmeverlust über linienförmige Wärmebrücken von Balkonen dar mit ψ i als aussenmassbezogener, längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient der linienförmigen Wärmebrücke l j. Σχ k stellt den Wärmeverlust über die punktförmige Wärmebrücke am Balkon dar mit χ k als punktförmiger Wärmedurchgangskoeffizient der punktförmigen Wärmebrücke am Balkon sind die Anzahl der Sekunden pro Tag A E ist die Energiebezugsfläche. 5

6 Kennwerte Die äquivalente Wärmeleitfähigkeit λ eq Die äquivalente Wärmeleitfähigkeit λ eq ist die Gesamtwärmeleitfähigkeit aller Komponenten des Schöck Isokorb und ist bei gleicher Dämmkörperdicke ein Maß für die Wärmedämmwirkung des Anschlusses. Je kleiner λ eq, desto hochwertiger ist die Wärmedämmung des Balkonanschlusses. Die λ eq -Werte werden durch detaillierte Wärmebrückenberechnungen ermittelt und da jedes Produkt eine individuelle Geometrie und Bestückung hat, ergibt sich für jeden Schöck Isokorb ein individueller Wert. Zum Vergleich von tragenden Wärmedämmelementen unterschiedlicher Dämmkörperdicken wird statt λ eq der äquivalente Wärmedurchlasswiderstand R eq verwendet, der neben der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit λ eq zusätzlich noch die Dämmkörperdicke des Elementes berücksichtigt. Je größer R eq, desto besser die Wärmedämmwirkung. R eq errechnet sich aus der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit λ eq und der Dämmkörperdicke d wie folgt: R eq = d λ eq Die Detaillierte Wärmebrückenberechnung Soll ein detaillierter Wärmebrückennachweis zur Ermittlung von ψ- oder f Rsi -Werten geführt werden, kann für die Modellierung des Anschlussdetails der λ eq -Wert verwendet werden. Dafür wir ein homogenes Rechteck mit den Abmessungen des Dämmkörpers des Schöck Isokorb an dessen Position im Modell gesetzt und die äquivalente Wärmeleitfähigkeit λ eq zugewiesen, siehe Abbildung. So können einfach bauphysikalische Kennwerte einer Konstruktion errechnet werden. Abb. 3: Darstellung einer Schnittzeichnung mit detailliertem Schöck Isokorb Modell Abb. 4: Darstellung einer Schnittzeichnung mit vereinfachtem Ersatzdämmkörper Die Berechnungsmethodik zur Ermittlung von λ eq wurde auf Grundlage des Europäischen Bewertungsdokuments (European Assessment Document EAD) für tragende Wärmedämmelemente und darauf aufbauend für den Schöck Isokorb in der Europäischen Technischen Bewertung (European Technical Assessment ETA) validiert. Mit marktüblicher Wärmebrücken-Software kann mithilfe der thermischen Randbedingungen nach SN EN ISO 6946 eine Berechnung erfolgen. Damit können neben den Wärmeverlusten der Wärmebrücke (ψ-wert) auch die Oberflächentemperaturen θ si und damit auch der Temperaturfaktor f Rsi berechnet werden. Die einzelnen λ eq -Werte finden Sie in Bauphysikalische Kennwerte online unter: 6