Bauphysik. von Walter Bläsi. 1. Auflage. Europa Lehrmittel Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

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1 Bauphysik von Walter Bläsi 1. Auflage Europa Lehrmittel 2011 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

2 Bibliothek des technischen Wissens Bauphysik Walter Bläsi 8. Auflage VERLAG EUROPA-Lehrmittel Nourney Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße Haan-Gruiten Europa-Nr.: 42616

3 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 Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind. ISBN Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden by Verlag Europa Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, Haan-Gruiten Umschlaggestaltung: Michael M. Kappenstein, Frankfurt a.m./grafik & Sound, Köln Satz und Druck: Tutte Druckerei GmbH, Salzweg/Passau

4 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 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, an Studenten 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 20/2011 Walter Bläsi 3

5 Inhaltsverzeichnis 1 Wärmeschutz Grundlagen des Wärmeschutzes Gründe für den Wärmeschutz Wärmequellen Geothermie Einflussgrößen des Wärmeschutzes Wärmeübertragung Physikalische Grundlagen Grundbegriffe im Wärmeschutz Behaglichkeitsgefühl ineinem Raum Einflussmöglichkeiten zur Energie-Einsparung Nachweis des Wärmeschutzes Wärmeschutz-Nachweis nach DIN Mittlerer U-Wert/R-Wert Gesamtenergiedurchlassgrad Nachweis nach der Energie-Einspar-Verordnung Die Energie-Einspar-Verordnung in Beziehung zu den nationalen Normen Geltungsbereich der Energie-Einspar-Verordnung Berechnungsgrundlagen nach der Energie-Einspar-Verordnung Begriffserläuterungen der EnEV Gebäudemaße und ihre Verwendung in der EnEV Vonder Endenergie zur Primärenergie Interne Wärmegewinne Solare Wärmegewinne Luftdichtheit/Luftdichtheitsprüfung Lüftungswärmeverluste Wärmespeicherung Nachweisverfahren nach der Energie-Einspar-Verordnung (EnEV 2009) Monatsbilanz-Verfahren (MB-V) Bauteil-Verfahren (BT-V) Sanierung von Gebäuden im Bestand (Altbausanierung) Ermittlung des Jahres- Primärenergiebedarfs Maximalwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten U nach der EnEV Nachweisverfahren bei bestehenden Gebäuden Stoffkennwerte Berechnungsbeispiele zum Wärmeschutz Beispiel 1: Außenwand mit beidseitigem Putz Beispiel 2: Wand mit Außendämmung Beispiel 3: Wand mit Innendämmung Beispiel 4: Zweischalige Wand mit Kerndämmung Beispiel 5: Zweischaliges Mauerwerk mit Außendämmung und hinterlüfteter Vorsatzschale Beispiel 6: Zweischalige Wand mit Fassadenplatte Beispiel 7: Wand mit Nische Beispiel 8: Rolladenkasten Beispiel 9: Decke mit Fußbodenheizung Beispiel : Bestandsgebäude: Nachweis nach der EnEV eines nicht unterkellerten Hauses mit Flachdach Beispiel 11: EnEV-Nachweis (BT-V) eines Bestandsgebäudes mit bisher nicht ausgebautem KG und DG Beispiel 12: Sanierung eines Wohngebäudes mit ausgebautem DG und nicht ausgebautem KG Beispiel 13: Bestandsgebäude: Nachweis nach einem Referenzgebäude Energiebilanz Sommerlicher Wärmeschutz Fenster im sommerlichen Wärmeschutz und Wärmedämmverglasung Vergleich sommerlicher und winterlicher Wärmeschutz einzelner Baustoffe Nachweisverfahren bei zu errichtenden Gebäuden Heizanlagen-Systeme Referenzwerte der Strahlungsintensitäten und der Außentemperaturen für das Referenzklima Deutschland Ausgewählte Referenzorte für Strahlungsintensitäten Neu zu errichtende Wohngebäude

6 Beispiel 1: Gebäude mit ausgebautem KG und DG für die Referenzstandorte Freiburg und Hof Beispiel 2: Freistehendes zu errichtendes Zweifamilienhaus mit beheiztem KG und DG für den Referenzstandort Potsdam Längenänderung von Bauteilen infolge von Temperatureinflüssen Berechnungsbeispiele von Flachdächern Beispiel 1: Längenänderung eines Flachdaches mit Außendämmung Beispiel 2: Längenänderung eines Flachdaches mit Innendämmung Beispiel 3: Längenänderung eines Flachdaches ohne Dämmung Arten von Flachdächern Berechnungsbeispiele verschiedener Bauteile Beispiel 1: intensiv begrüntes Flachdach Beispiel 2: Stützmauer Beispiel 3: Estrich Beispiel 4: Heizestrich Feuchte Feuchteschutz Arten der Feuchte Aggregatzustände Arten der Wässer Kreislauf des Wassers Wasser in seiner Bedeutung Kapillarität Sperrung Sperrung gegen Wasser Sperrung gegen nichtdrückendes Wasser Sperrung gegen drückendes Wasser (Grundwasser) Fugen Fugenbänder Sperrung gegen Wasserdampf Luftfeuchte Absolute Luftfeuchte Relative Luftfeuchte Tauwasserbildung Taupunkttemperatur Dampfbremse Dampfsperre Wasserdampf-Diffusionswiderstandsfaktor (q-wert) Vergleich: Wärmeschutz Feuchteschutz Erklärung des Wärmestromprinzips Erklärung des Prinzips der Sperrung gegen Feuchte Dampfdruck Feuchteschutz infolge Wasserdampfdiffusion Bedingungen im Feuchteschutz nach DIN Vermeidung von Tauwasser an der Bauteiloberfläche Vermeidung von Tauwasser im Innern von Bauteilen Randbedingungen nach DIN Glaser-Diagramm Tauperiode Erklärung des Diagrammaufbaues Verdunstungsperiode Maßnahmen zur Tauwasservermeidung Mögliche Fälle der Tauwassersituation nach dem Glaser- Diagramm Kein Tauwasserausfall Tauwasserausfall in einer Ebene Tauwasserausfall inzwei Ebenen Tauwasserausfall ineinem Bereich Feuchtetechnische Untersuchung verschiedener Konstruktionen Beispiel 1: Betonwand mit innenliegender Dämmung und beidseitigem Putz Beispiel 2: Betonwand mit außenliegender Dämmung und beidseitigem Putz Beispiel 3: Wärmedämmung innen und außen (Manteldämmung, Mantelbauweise) Beispiel 4: Wärmedämmung dazwischenliegend Kerndämmung) Beispiel 5: Betonwand, beidseits verputzt, ohne Wärmedämmung Beispiel 6: Betonwand mit Manteldämmung unterschiedlicher Dicke Beispiel 7: Betonwand mit Manteldämmung unterschiedlicher Dicke (dickere Dämmschicht innen) Beispiel 8: Kellerwand mit Kunstharzputz Beispiel 9: Kellermauerwerk aus Sandstein mit Kunstharzputz

7 Beispiel : Wand aus porosierten Leichthochlochziegeln mit Leichtmörtel LM Beispiel 11: Wand aus Porenbeton-Plansteinen in Dünnbett...2 Beispiel 12: Zweischaliges Mauerwerk ohne Hinterlüftung mit Kerndämmung Beispiel 13: Zweischaliges Mauerwerk aus Kalksandsteinen mit Dämmung und hinterlüfteter Bekleidung Beispiel 14: Zweischaliges Mauerwerk aus Kalksandsteinen mit Dämmung und hinterlüfteter Vorsatzschale Beispiel 15: Wand aus Porenbeton- Plansteinen; Innendämmung aus EPS Beispiel 16: Aufbau wie nach Beispiel 15, jedoch mit einer größeren Dämmschichtdicke Beispiel 17: Wand aus Porenbeton- Plansteinen Dämmung: Mineralwolle Beispiel 18, 19, 20: Wände aus Hochlochziegeln mit 8cmInnendämmung, gleichem l-wert aus MW, EPS, XPS Beispiel 21: Außenwand in Leichtbauweise; Dämmung MW Beispiel 22: Außenwand in Leichtbauweise Konstruktion wie Beispiel 21, jedoch mit Dämmung PS-Hartschaum WLGr Energetische Schwachstellen und ihre Folgen Wärmebrückenarten Wärmebrücken; Berechnungsbeispiele Einzelnachweis von Wärmebrücken nach DIN 48 Bbl Schimmelpilzbildung Aufgaben zur Vermeidung von Schimmelpilzbildung Außenwände unter verschiedener feuchtetechnischer Betrachtung Algenbildung auf Außenwänden mit Wärme-Dämm-Verbund- Systemen (WDVS) Schlagregen Kapillaraktive Dämmstoffe Feuchte adaptive Dampfbremse Das Dach, das besondere Bauteil Schall Schallschutz Bedeutung des Schallschutzes Schall Frequenz Amplitude Schallbezeichnungen Grundbegriffe Hörschwelle Schmerzgrenze Zusammenhang Phon Dezibel Lautstärkeskala Schallarten Akustik Nachhallzeit T Grenzfrequenz Wege des Schalles Schallabsorption Schallabsorptionsgrad verschiedener Verkleidungen Schallabsorber Schallreflektoren Schalldämmung von Bauteilen Luftschalldämmung Rechnerische Methode zur Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes Grafische Methode zur Ermittlung des Schalldämmmaßes Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes bei Oktavbreiten Grafische Methode zur Ermittlung des Schalldämmmaßes Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes vor Erstellung des Bauwerkes Grafische Methode Rechnerische Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes Einschalige Wände ohne Öffnungen, wie Türen und Fenster Einschalige Wände mit Öffnungen, wie Türen und Fenster Grafische Methode zur Ermittlung des Gesamtschalldämmmaßes zusammengesetzter Bauteile Rechnerische Methode zur Bestimmung des Gesamtschalldämmmaßes R ges Kurzform zur Berechnung des Schalldämmmaßes zusammengesetzter Bauteile Gesamtschalldämm-Maß mit zwei verschiedenen Öffnungen Korrekturwerte des bewerteten Schalldämmmaßes für flankierende Bauteile Zweischalige Bauteile Resonanzfrequenz f R...287

8 Resonanzfrequenz f R zweischaliger Bauteile mit lose eingelegter, weichfedernder Dämmschicht VollflächigeVerbindung der Dämmschicht mit beiden Schalen Rechnerische Ermittlung des Schalldämmmaßes zweischaliger Bauteile Wandkonstruktionen mit zwei biegeweichen Schalen Luftschall-Verbesserungsmaß von Vorsatzschalen Trittschall Ermittlung des Norm- Trittschallpegels Deckenaufbauten Vorherbestimmung des bewerteten Norm-Trittschallpegels L n,w,r Korrekturfaktor für die Flankenübertragungen im Trittschall Trittschall-Minderung DL von Estrichplatten Estrich Estricharten Schallbrücken Berechnung von Decken Unterkonstruktion von Massivdecken Holzbalkendecken Äquivalentes bewertetes Trittschalldämmmaß L n, W, eq und Luftschalldämmmaß R W von Holzbalkendecken Fenster Verglasung im Schallschutz Türen Treppen Installationsgeräusche Trinkwasserleitungen Abwasserleitungen Sanitärgegenstände Heizungs- und klimatechnische Anlagen Mindestanforderungen an den Schallschutz nach DIN Ermittlung des Gesamtschallpegels Mehrere gleiche Schallquellen Mehrere verschiedene Schallquellen Schallschutz im Städtebau Lärmarten Arten der Schallquellen Lärmschutzwände Entfernung von der Schallquelle Brandschutz Brand Brandsicherheit Baustoffklassen Nichtbrennbare Baustoffe Brennbare Baustoffe Einzelbaustoffe Bauteile Brandverhalten von Bauteilen Feuerwiderstandsklassen Sonderbauteile Brandwände Feuerschutzabschlüsse Verglasungen Lüftungsleitungen, Rohrleitungen Treppen Treppenraum Flure Brandabschnitte Ausgesuchte Beispiele von Bauteilen und ihre Feuerwiderstandsklassen nach DIN 42 Teil Brandschutzklassen nach Euro-Norm Klassifizierung des Brandverhaltens von Baustoffen: Vergleich DIN EN und DIN Kennwerte von Baustoffen und Bauteilen in den verschiedenen Bereichen der Bauphysik Bauchemie Aufgabe der Bauchemie Gase Schadensfaktor Gase Säuren Laugen ph-wert Salze Kreislauf des Kalkes Korrosion Elektrochemische Spannungsreihe nach Galvani Nicht-Eisenmetalle (NE-Metalle) Schadensfaktor Wasser Wasser als Lösungsmittel Wasser als Partner von chemischen Reaktionen Wasser als Transportmittel Wasser als Sprengfaktor Wasser als Beeinträchtigungsfaktor Wasser als Förderfaktor Säuren als Schadensursache Herkunft der Säuren Schadensfaktor Laugen Herkunft der Laugen Schadensfaktor Salze Schadensfaktor Organismen Regeln zur Vermeidung von Bauschäden Sachwortverzeichnis

9 8 Körperschallschutz Bauphysik Wärmeschutz Schallschutz nach DIN 48 nach der Energie- Einspar- Verordnung Referenzgebäude MB-Ver fahren winterlicher Wärmeschutz sommerlicher Wärmeschutz Feuchteschutz Tauwasserschutz Grundwasserschutz Regenschutz Luftschallschutz Trittschallschutz Brandverhalten von Baustoffen Brandverhalten von Bauteilen Brandschutz an der Oberfläche von Bauteilen im Innern von Bauteilen Bauteil- Verfahren

10 1 Wärmeschutz 1.1 Grundlagen des Wärmeschutzes 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% < 40% trockene Schleimhäute >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. +H S+O 2 SO 2 O 2 H 2 SO 3 schweflige Säure Luftbewegung: maximal 0,2 m/s +H S+O 3 SO 2 O 3 H 2 SO 4 Schwefelsäure > 0,2 m/s Zugerscheinung +H C+O Tätigkeit des Menschen: sitzend gehend 2 CO 2 O 2 H 2 CO 3 Kohlensäure +H N+O 2 NO 2 O 2 H 2 NO 3 Salpetersäure Zur Energieversorgung stehen mehrere Wärmequellen zur Verfügung: Wärmequellen Wärmequellen natürliche künstliche 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 0 mvorgetrieben werden, um so Wärme dem Erdreich zu entziehen Geo-Thermie heiße Quellen. 5. Boden: Anbau von Pflanzen zur Treibstoffgewinnung, z.b. Rapsöl, Bio-Diesel 6. Wind: Windkraftwerke: Stromerzeugung 1. Mechanische: Reibung 2. Chemische: Kohle Öl, Gas 3. Elektrische: Strom 4. Atomare: Kernkraft Celsius +0 C 0 C -273,16 C Temperaturskalen Siedepunkt des Wassers Gefrierpunkt des Wassers Schmelzpunkt des Eises absoluter Nullpunkt Kelvin 373,16K 273,16K 0K 9

11 1.1.3 Geothermie Geothermie (GT) Oberflächennahe Geothermie Tiefen- Geothermie Erdwärme-Kollektoren Erdwärme-Sonden Grundwasser- Energieträger Erde-Wasser- Wärmepumpen Sole-Wasser- Wärmepumpen 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. Bild 1: Aufbau der Erde Erdwärmekollektoren Schon in geringer Tiefe von ca. 2 m bietet 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. Bild 2: Erde-Wasser-Wärmepumpen Erdwärmesonden Als Energieträger, d.h. Energielieferant steht auch hier das Erdreich zur Verfügung. Es werden je nach 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 0 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. Bild 3: Sole-Wasser-Wärmepumpen

12 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 in der 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)je0 mtiefe zu. 1,5 m 0 Die oberflächennahe Geothermie 2 5 C C 15 C 20 C 1 oberflächennaher Bereich Erdwärmespeicher direkte Sonneneinstrahlung und Niederschlag geothermischer Wärmefluss 5m m 15 m 30 m 400 m 4 3 konstant C oberflächennahe Geothermie +3K/0m 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: 11

13 1.1.4 Einflussgrößen des Wärmeschutzes Einflussgrößen des Wärmeschutzes 1. Sonnenschutzvorrichtungen wie Markisen, 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 am wirksamsten). 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 Sommerlicher Wärmeschutz Dunkle Oberflächen absorbieren die Wärmestrahlen 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 der Luftdichtheit von Bauteilen und deren Anschlüssen 9. Luftaustausch durch Öffnen von Fenstern und Außentüren Winterlicher Wärmeschutz Luftaustausch mit mechanisch betriebenen Lüftungsanlagen mit oder ohne Wärmerückgewinnung. 12

14 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. Arten 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 Während bei der Wärmeleitung die Moleküle an ihrem Ort bleiben, wird bei der Wärmeströmung oder Konvektion die Wärme dadurch übertragen, dass die Masseteilchen, an welche 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 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 außen evtl. warme Kante Heizfläche gibt Wärmestrahlung in den Raum 13

15 1.2 Physikalische Grundlagen 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. Wärmemenge: 1J=1Ws=1Nm Wärmestrom: 1 J/s = 1 W = 1 Nm/s 2. Wärmeleitfähigkeit λ 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) z.b. 9}C 282K 1,00 1,00 1,00 8}C 281K Je größer l, desto größer ist die Wärmeleitung. Je kleiner l, desto besser ist die Wärmedämmung. Bild 1 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. Durchfeuchtung verschlechtert die Wärmedämmfähigkeit. Bild 2 Reagenzglas keine Folie Temperatur im Reagenzglas gleich der imtrog Thermometer Folie Temperatur im Reagenzglas geringer als imtrog 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. Um vergleichbare Werte zu bekommen, schreibt die DIN 48 vor, dass die Festlegung der Wärmeleitfähigkeit bei + 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 1 Kelvin (1 K 1 C) beträgt. Einheit: l/d =W/m K/m =W/(m 2 K) 14 1,00 z.b. 12}C 11}C d Bild 3 1,00

16 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 1 K beträgt. 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 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: Außenseite: h i h K + h S 4+4 h i =8W/(m 2 K) h e h K + h S =13+ 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) 1 U = R + h i h e 7. Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert) Mit Wärmedurchgang wird der gesamte Wärmeenergietransport von einem Luftraum durch ein Bauteil hindurch und wieder zum angrenzenden Luftraum verstanden. Im Wärmedurchgangskoeffizient 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 1 Kelvin (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. U =Unit of heat-transfer U in W/m 2 K R= resistance = Widerstand Indice: d 1 R si d 2 R R T Bild 1: Temperaturverlauf 1 U = R si + R + R se i = interior, intern (innen) e = exterior, extern (außen) s=surface (Oberfläche) 1 d 3 d 2 d 1 1 d 3 R se 1 hi 2 3 he 1 1 hi he R RT 15

17 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. 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 16 b = l R r c je größer seine spezifische Wärmekapazität c ist je größer die Temperaturdifferenz ist. l in W/mK r in kg/m 3 c in J/kgK 1 1 R T = + R + h i h e 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 Stahl Beton Leichtbeton Zementestrich Kalkputz Kalksandstein Mauerziegel Leichthochlochziegel 00 5 Hohlblocksteine Porenbeton Kork Schaumkunststoffe Mineralfasern Holz Holzwerkstoffe Luft Wasser Z.B.: Beton b = Z.B.: Holz 2, , b = 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: Außenbauteile hohe Wärmedämmung Innenbauteile Dämmwert der Konstruktion große Wärmespeicherfähigkeit große Luftschalldämmung

18 Die speicherbare Wärmeenergiemenge errechnet sich zu: Einheit: J/m 2 Nach DIN 48 dürfen für die Wärmespeicherfähigkeit max. cm Bauteildicke eingerechnet werden. Die 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 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, m 00 J/kgK 3K Q= J/m 2 Q =0, 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 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 zu entziehen, 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 3 Stunden 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, C C C ,65 zu kalt C ,8 13,6 15 zu warm behaglich Raumtemperatur behaglich 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 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 2 außen 12,1 12,8 13,

19 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. rel. Raumluftfeuchte ƒ 0 % unbehaglich: zu feucht behaglich noch behaglich unbehaglich: zu trocken C 28 Raumlufttemperatur Bild 1: Relative Luftfeuchte und Behaglichkeit Temperatur-Amplituden-Verhältnis TAV Der Temperaturverlauf der Außenluft ist während einer Tages- und Nachtphase nicht konstant. Diese Außentemperaturschwankung hat Auswirkungen auf den Temperaturverlauf im Bauteil 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. innen außen }C }C Amplitude 2 h 14 ƒ 24h 24h Phasenverschiebung Bild 2: Temperatur-Amplituden-Verhältnis h innen außen innen außen C C C C 2+f 2 2+f 2 14+f h 14 h 14+f h 14 h f 24h 24h f 24h 24h Bild 3: Innendämmung Der Putz stellt die einzige Wärmespeichermasse dar. relativ hohe Raumtemperatur geringe Amplitudendämpfung geringe Phasenverschiebung, z.b. 3 h, d.h., die maximale Raumtemperatur wird nur mit einer geringen Zeitverschiebung von 3 Stunden zur Außentemperatur erreicht. 18 Bild 4: Außendämmung Putz und Mauerwerk dienen als Wärmespeicher die Raumtemperatur ist wesentlich niedriger als die Außentemperatur große Amplitudendämpfung große Phasenverschiebung, z.b. 8 h, d.h., die maximale Raumtemperatur verschiebt sich um 8 h gegenüber der Außenlufttemperatur

20 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. %, 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. Luftqualität, besonders CO 2 -Gehalt Luftbewegung Art dertätigkeit Belichtung Raumluftfeuchte Beleuchtung denwände Behaglichkeitsgefühl Kleidung der Person Schallschutz Oberflächentemp. der raumumschließen- Wärmespeicherung der raumumschließenden Bauteile rel. Raumlufttemperatur (Strömungsgeschwind.) Fußbodentemperatur Bild 1: Abhängigkeit der Behaglichkeit Einflussmöglichkeiten zur Energie-Einsparung 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 Rücksprüngeder Wände) Erker Reihenmittelhaus, Reihenendhaus, Einzelhaus Grundrissgestaltung: thermische Zonierung beheizte Räume neben beheizten unbeheizte Räume neben unbeheizten unbeheizte RäumeimNorden 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 19

21 1.3 Nachweis des Wärmeschutzes Wärmeschutz-Nachweis nach DIN 48 Grundlage des Nachweises nach DIN sind die Tabellen Seite 18 bis 22. Die Forderung nach DIN 48 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 Wärme- übergangs- widerstände Wärmeübergangszahlen 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 23 1,2) 0, 0,043 1,2) abwärts ,2) 0,167 0,043 1,2) horizontal ,2) 0,125 0,043 1,2) Hinterlüftung ,125 0,083 Im Feuchteschutz normal ,2) 0,167 0,043 1,2) bei geschlossener Möblierung vor der Außenwand ,2) 0,20 0,043 1,2) Um Schimmelpilz zu vermeiden bei beheizten Räumen ,2) 0,25 0,043 1,2) bei unbeheizten Räumen ,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 Dach >60} Richtung des Wärmestromes 30} Tabelle 3: Temperaturrandbedingungen zur Wärmebrückenberechnung nach DIN ISO 211 Gebäudeteil bzw. Umgebung Temperatur C Keller Erdreich Unbeheizte Pufferzone Unbeheizter Dachraum 5 Wärmeübergangszahlen h i bzw. h e in Abhängigkeit von der Richtung des Wärmestromes Tabelle 2: Wärmedämmung von Wärmeverteilungsund Warmwasserleitungen sowie Armaturen Arten der Leitungen, bzw. Armaturen Mindestdicke der Dämmschicht 1) 1 Innendurchmesser d ^ 22 mm 20 mm 2 Innendurchmesser 22 mm < d^35 mm 30 mm 3 Innendurchmesser 35 mm < d^0 mm gleich dem Innendurchmesser 4 Innendurchmesser d > 0 mm 0 mm 5 Leitungen und Armaturen nach den die Hälfte Zeilen 1bis 4 der Anforde- inwand- und Deckendurchbrüchen rungen der imkreuzungsbereich von Leitungen Zeilen 1bis 4 anleitungsverbindungsstellen bei zentralen Leitungsnetzverteilern 6 Leitungen von Zentralheizungen nach die Hälfte den Zeilen 1bis 4, die nach dem der Anforde- 31. Januar 2002 in Bauteilen zwischen rungen der beheizten Räumen verschiedener Zeilen 1bis 4 Nutzer verlegt werden 7 Leitungen im Fußboden (Bodenheizungen) Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen sowie Klimakältesysteme Thermische Hülle Bild 1: Richtung des Wärmestromes Zeile mm 6 mm 1) bezogen auf eine Wärmeleitfähigkeitsgruppe von hinterlüftete Fassade Anm.: Wenn die Dämmung bis zum Fußpunkt des Daches heruntergezogen wird, kann die Abseitenwand und der zugehörige Deckenbereich unberücksichtigt bleiben (s.s. 79).