Wärmebrücken; baupraktische ziegeltypische Nachweise

Transkript

1 Wärmebrücken; baupraktische ziegeltypische Nachweise Prof. Dr.-Ing. Heinrich Metzemacher, Fachhochschule Köln 1 Einleitung und Allgemeines Die Energieeinsparverordnung (EnEV) /1/ ist im Februar 2002 in Kraft getreten und wird seitdem in der Praxis angewandt. Sie ist mit ihren nachgeschalteten Normen und den laufend veröffentlichten Auslegungen ein komplexes Regelwerk und auch für den Fachmann kaum zu überblicken. Aus einer Vielzahl von Optionen, die die DIN /3/ zur Berechnung des Heizwärmebedarfs anbietet, kristallisieren sich inzwischen diejenigen heraus, die in einem ausgewogenen Verhältnis von Aufwand und Nutzen stehen. Dazu gehören insbesondere die Wärmebrücken. Die EnEV berücksichtigt erstmals den Einfluss von Wärmebrücken bei der Berechnung der Wärmeverluste. Begründet wird dies mit dem signifikanten Einfluss der Wärmebrücken auf die Wärmeverluste von gut gedämmten Gebäuden. Für die Berechnung der Wärmebrückenverluste bietet die EnEV verschiedene Verfahren an. Für die Planung und Ausführung von Wärmebrücken gibt es einfache und intelligente Lösungen. Die einfachen Lösungen sind tauglich, jedoch gegenüber den intelligenten Lösungen ungünstiger und insbesondere kostenträchtig. Beim rechnerischen Nachweis werden zudem die einfachen Lösungen mit einem Malus, d. h. mit einem Sicherheitszuschlag versehen. 2 Wärmebrücken 2.1 Definition Unter einer Wärmebrücke versteht man im allgemeinen den Teil der Gebäudehülle, an dem ein verstärkter Wärmeabfluss stattfindet. In der Regel handelt es sich dabei um einen Bauteilanschluss oder eine Ecksituation In der Norm, die die Berechnung von Wärmebrücken regelt, der DIN EN ISO /3/ werden Wärmebrücken als der Teil der Gebäudehülle bezeichnet, an der der ansonsten normal zur Bauteiloberfläche auftretende Wärmestrom deutlich verändert wird durch: a. eine volle oder teilweise Durchdringung der Gebäudehülle durch Baustoffe mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (Bild 1) und/oder b. einen Wechsel der Dicke der Bauteile und/oder c. eine unterschiedlich große Differenz zwischen Innen- und Außenoberfläche, wie sie bei Wand-, Fußböden- und Deckenanschlüssen und Ecken (Bild 2) auftritt. 353

2 Bild 1: Materialbedingte Wärmebrücke: Verlauf der Wärmeströme und Temperaturen in einem Bauteil, bestehend aus zwei Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit Bild 3: Materialbedingte und geometrische Wärmebrücke: Kellerdecke - monolithisches Mauerwerk; unbeheizter Keller; Verlauf der Wärmeströme und Temperaturen in einer Außenecke eines Bauteils 2.2 Berechnung der Wärmebrückenverluste Allgemeines Der technische Kennwert, mit dem die Wärmebrücke beschrieben wird, ist der Wärmebrückenverlustkoeffizient. In Abhängigkeit von der Wärmebrückengeometrie wird für linienförmige Wärmebrücken, wie z. B. die Fensterleibung, ein längenbezogener Wärmebrückenverlustkoeffizient Ψ in W/(m K) (im folgenden: Ψ-Wert) und für punktuelle Wärmebrücken, wie z. B. die massive Verankerung einer hinterlüfteten Natursteinfassade, ein punktbezogener Wärmebrückenverlustkoeffizient c in W/K angegeben. Dreidimensionale Wärmebrücken, z. B. an Gebäudeecken, werden im Rahmen der EnEV nicht berücksichtigt. Bei einschaligem Mauerwerk entstehen im Regelfall keine punktuellen Wärmebrücken, so dass im folgenden ausschließlich lineare Ψ-Werte angegeben werden. Bild 2: Geometrische Wärmebrücke: Verlauf der Wärmeströme und Temperaturen in einer Außenecke eines Bauteils Mit Bezug auf die oben angegebene Definition bezeichnet man Teile der Gebäudehülle mit Durchdringungen oder einem Wechsel des Baustoffs als stoffliche Wärmebrücke (z. B. der Fenstersturz). Ein Wechsel der Bauteildicke wirkt sich ähnlich wie ein Wechsel der Wärmeleitfähigkeit des Baustoffs aus und zählt damit zu den stofflichen Wärmebrücken. Abschnitte der Gebäudehülle mit unterschiedlich großen Innen- und Außenoberflächen werden als geometrische Wärmebrücken (z. B. die Innen- oder Außenecke) bezeichnet. Häufig an zu treffen ist auch die Mischung von stofflicher und geometrischer Wärmebrücke, wenn z. B. an einem Wand-Decken-Knoten die Stahlbetondecke in die Außenwand geführt wird und die Innenoberfläche um die Dicke der Geschossdecke kleiner als die Außenoberfläche ist (Bild 3) Der Ψ-Wert Die linearen Wärmebrückenverlustkoeffizienten (Ψ-Werte) werden nach DIN EN ISO /3, 4/ ermittelt, wobei die Wärmeübergangswiderstände nach DIN EN ISO 6946 /5/ angesetzt werden. Für angrenzende unbeheizte Räume können die Temperatur-Korrekturfaktoren nach dem vereinfachten Verfahren der EnEV /1/ angesetzt werden. Zur Analyse von Wärmebrücken im Einflussbereich erdberührter Bauteile ist zusätzlich die DIN EN ISO /6/ heranzuziehen. Abweichende Randbedingungen, z. B. im Manuskript zu Beiblatt 2 zu DIN 4108 /7/, führen zu abweichenden Ψ-Werten, die nicht zur Berechnung der Wärmebrückenverluste verwendet werden dürfen. Grundsätzlich können die linearen Ψ-Werte mit Bezug auf die Innen- und die Außenoberfläche bzw. -maße angegeben werden. Ist die Innenoberfläche kleiner als die Außenoberfläche, z. B. an einer Außenecke oder einem Wand-Decken-Knoten, dann ist der außenmaßbezogene Ψ-Wert kleiner als die Summe der innenmaßbezogenen Ψ-Wert (siehe Bild 4). 355

3 3 Wärmebrücken in der EnEV Bild 4: Außenwand monolithisches Mauerwerk; Ψ-Werte mit bezug auf die Außen- (Ψ e ) und Innenmaße (Ψ i ) Ψ e < Ψ i,o + Ψ i,u 0,09 W/(m K) < 0,03 W/(m K) + 0,14 W/(m K) Bei einbindenden Bauteilen sind die innenmaßbezogenen Ψ-Werte zu beiden Seiten gleich, wenn das Innenbauteil symmetrisch ist (z. B. eine Innenwand). Nicht symmetrische einbindende Bauteile, z. B. eine Geschossdecke mit schwimmendem Estrich auf der Oberseite, verursachen asymmetrische Wärmeströme, so dass die innenmaßbezogenen Ψ-Werte oberhalb und unterhalb der Decke unterschiedlich groß sind (siehe Bild 4). Die Berechnung der Wärmeverluste erfolgt im Nachweis für die EnEV in aller Regel mit Bezug auf die Außenmaße, so dass im folgenden ausschließlich außenmaßbezogene Ψ-Wert angegeben werden. Im Bereich von Wärmebrücken ändert sich, wie in der Definition in Abschnitt 2.1 angegeben, der im angrenzenden Bauteil normal zur Oberfläche verlaufende Wärmestrom (siehe Bilder 1 is 4). Häufig nimmt der Wärmestrom in der Wärmebrücke zu, d. h. der Wärmeverlust wird größer (z. B. der Fenstersturz; Ψ > 0,00 W/(m K)). In diesen Bauteilabschnitten ist der Wärmeverlust größer als in den angrenzenden Bauteilen. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen der Wärmestrom im Bereich der Wärmebrücke abnimmt, d. h. der Ψ-Wert wird negativ (z. B. der gut gedämmte Ortgang, Ψ < 0,00 W/(m K)). In diesen Bauteilabschnitten ist der Wärmeverlust geringer als in den angrenzenden Bauteilen. 2.3 Bedeutung der Wärmebrückenverluste Der Wärmeverlust über Wärmebrücken nimmt mit besserem Dämmstandard der Gebäudehülle im Vergleich zu den gesamten Transmissionswärmeverlusten HT zu (siehe dazu Bild 13). Die Zunahme wird von Hegner und Vogler /8/ mit bis zu 20 % angegeben. Horschler und Pohl /9/ geben das Einsparpotential bei genauer Planung der Wärmebrücken mit ca , Euro für ein Einfamilienhaus an. In einer Auswertung an mehr als 100 Ein-, Zwei- und Mehrfamilienhäuser /10/ wurden die pauschalen Zuschläge von 0,10 und 0,05 im wesentlichen bestätigt und gleichzeitig ein hohes Einsparungspotential bei der genauen Berechnung der Wärmebrückenverluste ermittelt Allgemeines Die Energieeinsparverordnung vom Februar 2002 /1/, bzw. die DIN /2/, gibt drei Verfahren zur Berücksichtigung von Wärmebrücken bei der Ermittlung der Transmissionswärmeverlusten an: ohne Nachweis der Wärmebrücken: Wärmebrückenzuschlag UWB = 0,10 W/(m 2 K) mit Wärmebrücken nach Beiblatt 2 zu DIN 4108 /7/: Wärmebrückenzuschlag UWB = 0,05 W/(m 2 K) genaue Berechnung der Wärmebrückenverluste mit Hilfe der Ψ-Werte. Der Verordnungsgeber verfolgt hiermit die Absicht, über ein abgestuftes Verfahren nicht nur die Wärmebrückenwirkung zu erfassen, sondern darüber hinaus noch Anreize für die Optimierung von Planung und Ausführung zu geben /8/. Eine Mischung der Verfahren zur Berechnung der spezifischen Wärmebrückenverluste ist nicht zulässig: Kann nur eine Wärmebrücke an einem Gebäude nicht gleichwertig zu Beiblatt 2 der DIN 4108 /7/ konstruiert werden, dann darf der reduzierte Wärmebrückenzuschlag von 0,05 W/(m 2 K) nicht angesetzt werden. Entweder man wendet dann den pauschalen Wärmebrückenzuschlag von U WB = 0,10 W/(m 2 K) an oder man verwendet das genaue Verfahren nach Abschnitt 3.3. Bei allem Verfahren ist zusätzlich immer der Mindestwärmeschutz nach DIN /11/ zu berücksichtigen, d. h. die Bauteile müssen dem Mindestdämmstandard der DIN entsprechen. Darüber hinaus sind die Anforderungen der DIN an den hygienischen Wärmeschutz zur Vermeidung von Schimmelbildung zu beachten. Grundsätzlich sind daher nach /8/ die folgenden Konstruktionen ohne zusätzliche Dämmung nicht mehr zulässig: auskragende, durchgehende Stahlbetonplatten (Balkone), Attiken, freistehende Pfeiler und Stützen und Wände aus Baustoffen mit einer Wärmeleitfähigkeit > 0,50 W/(m K), die im ungedämmten Bereich ins Freie ragen (z. B. Brandwände). 3.2 Pauschales Verfahren ohne WB-Optimierung Zunächst besteht die Möglichkeit, die Wärmebrückenverluste mit einem pauschalen Zuschlag zu berücksichtigen. Dabei wird der spezifische Wärmebrückenverlust H WB berechnet, indem die Fläche der gesamten wärmeübertragenden Hülle des Gebäudes mit dem Zuschlagsfaktor 0,10 W/(m 2 K) multipliziert wird. Dieses Verfahren entspricht einem Zuschlag auf alle U-Werte der Außenbauteile in Höhe von mindestens 0,10 W/ (m 2 K). Der Faktor wird daher als auch Wärmebrückenzuschlag U WB bezeichnet. Die spezifischen Transmissionswärmeverluste werden damit nach DIN V /2/ wie folgt berechnet: H T = Σ(F x,i U i A i ) + H WB mit H WB = U WB ΣA i H T : spezifischer Transmissionswärmeverlust in W/K F x : bauteilspezifischer Temperatur-Korrekturfaktor U: Wärmedurchgangskoeffizient A: Fläche 357

4 Der Zuschlag von 0,10 W/(m 2 K) entspricht etwa einem Aufschlag von 20 % auf die spezifischen Transmissionswärmeverluste. In Anbetracht der Anstrengungen und des Aufwandes der anderorts unternommen wird, um die Transmissionswärmeverluste zu senken ist dies ein sehr großer Aufschlag. Das einfache pauschale Verfahren sollte daher grundsätzlich nicht bzw. nur nach vorheriger Prüfung der alternativen Verfahren (siehe Abschnitte 3.3 und 3.4) angewandt werden. 3.3 Pauschales Verfahren mit WB-Optimierung Die zweite Möglichkeit zur Ermittlung der Wärmebrückenverluste besteht darin, die Wärmebrücken nach den Planungsbeispielen in Beiblatt 2 zu DIN 4108 /7/ zu planen und auszuführen. Der Wärmebrückenzuschlag wird damit auf die Hälfte reduziert: U WB = 0,05 W/(m 2 K); die spezifischen Wärmebrückenverluste machen nur noch rund 10 % der gesamten spezifischen Transmissionswärmeverluste eines Gebäudes aus. Analog zu dem pauschalen Verfahren ohne Optimierung der Wärmebrücken kann der Zuschlag gleichgesetzt werden mit einer Erhöhung der U-Werte um mindestens 0,05 W/(m 2 K). Zur Bewertung dieses Zuschlags sollte auf den wärmetechnischen Standard des Gebäudes Bezug genommen werden: Wenn schon beim Mauerwerk, bei den Fenstern und beim Dach hohe Anforderungen an den U-Wert gestellt und hochwertige und teuere Baustoffe verwendet werden, dann sollten diese Anstrengungen durch den pauschalen Wärmebrückenzuschlag nicht entwertet werden. Wird der EnEV-Nachweis nach dem vereinfachten Verfahren geführt, dann sind die Planungsbeispiele in Beiblatt 2 zu DIN 4108 verbindlich, d. h. sie müssen bei allen Wärmebrücken angewandt werden. Die Planungsbeispiele selbst können in der Praxis spätestens bei der Ausführung zu Problemen führen. So sind nicht alle Planungsbeispiele aus Bleiblatt 2 ohne Mehraufwand aus zu führen. Bild 5 zeigt dazu beispielhaft den Kellerdeckenanschluss an monolithisches und an kerngedämmtes Mauerwerk mit der Dämmung vor der obersten Steinlage unter der Kellerdecke. Bild 5: Planungsbeispiele aus Beiblatt 2 zu DIN 4108 /7/: Kellerdecke monolithisches Mauerwerk/-kerngedämmtes Mauerwerk Alternative Konstruktionen sind zulässig, wenn deren Gleichwertigkeit zu Beiblatt 2 nachgewiesen wird. Eine Wärmebrücke ist nach Beiblatt 2 /7/ gleichwertig, wenn: das konstruktive Grundprinzip sowie die Bauteilabmessungen, Schichtdicken und Baustoffeigenschaften mindestens gleichwertig sind oder bei Materialschichten mit abweichender Wärmeleitfähigkeit der Wärmedurchlasswiderstand in dem Schnitt gleich oder größer als in dem entsprechende Schnitt in dem Planungsbeispiel ist. Weiterhin kann die Gleichwertigkeit durch den Vergleich der Ψ-Werte der geplanten Wärmebrücke mit dem der entsprechenden Konstruktion nach Beiblatt 2 nachgewiesen werden. Die Ψ-Werte werden dabei nach DIN EN ISO /4/ berechnet oder aus Veröffentlichungen, Herstellerangaben oder sonstigen Katalogen entnommen. Dabei ist zu beachten, dass die Randbedingungen und Wärmeleitfähigkeiten nach Beiblatt 2 /7/ angesetzt werden. Eine besondere Bedeutung erhalten dabei die Wärmeleitfähigkeiten und die Dicken der Bauteilschichten, in diesem Fall des monolithischen Mauerwerks: Nach Beiblatt 2 sind nur Wärmeleitfähigkeiten λ 0,21 W/(m K) zulässig; die in Beiblatt 2 angegeben Ψ- Werte basieren auf λ = 0,09 W/(m K) und der Mauerwerksdicke 365 mm und 375 mm. Wie in Abschnitt ausgeführt, nimmt der Ψ-Wert meist mit abnehmendem λ- bzw. U-Wert der Außenwand zu (siehe Bilder 8 bis 11). Für die Beurteilung der Gleichwertigkeit sind also nicht nur das Konstruktionsprinzip, sondern auch die Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe und die Schichtdicken relevant. Nach DIN V /2/ müssen grundsätzlich alle Wärmebrücken in der wärmeübertragenden Gebäudehülle planerisch erfasst werden. Insbesondere sind dies: Gebäudekanten, Fenster- und Türleibungen (umlaufend), Wand- und Deckeneinbindungen und Deckenauflager sowie thermisch entkoppelte Balkonplatten. Bestimmte Wärmebrücken liefern nach neuen Erkenntnissen bei üblicher Planung nur einen geringen Beitrag zu den spezifischen Transmissionswärmeverlusten. Sie dürfen daher im Rahmen einer Bagatellregelung im Manuskript zu Beiblatt 2 /7/ vernachlässigt werden: Anschluss Außenwand Außenwand (Außen-, Innenecke), Anschluss der Innenwand an eine durchgehende Außenwand oder untere Bodenplatte, Kellerdecke und obere Außenbauteile (Dach, oberste Geschossdecke), die nicht durchstoßen werden, bzw. mit einer umlaufende Dämmschicht mit der Dicke 100 mm und mit einer Wärmeleitfähigkeit 0,04 W/(m K), Anschluss von Geschossdecken zwischen beheizten Räumen an die Außenwand mit einer umlaufende Dämmschicht mit der Dicke 100 mm und mit einer Wärmeleitfähigkeit 0,04 W/(m K) und einzeln auftretende Türanschlüsse von Wohngebäuden in der wärmetauschenden Hüllfläche (Haus-, Kellertür; Tür zum Keller und zum ungeheizten Dach). 3.4 Genaue Berechnung der Wärmebrückenverluste Zusammen mit einer umfassenden Planung des Gebäudes nach dem Monatsbilanzverfahren der EnEV /1/ können die Wärmebrückenverluste genau ermittelt werden. Dazu müssen die Längenmaße und die Ψ-Werte der Wärmebrücken bekannt sein. Die Wär

5 mebrückendetails können dazu unter den Aspekten Wärmeschutz und Wirtschaftlichkeit optimiert werden. Der spezifischen Wärmebrückenverlust H WB ist gleich dem Produkt aus der Wärmebrückenlänge l und dem linearen Wärmebrückenverlustkoeffizient Ψ: H WB = Σ(l i Ψ i ) Dieses Verfahren erfordert einen etwas höheren Aufwand gegenüber der pauschalen Ermittlung der Wärmebrückenverluste, da die Längenmaße der Wärmebrücken aus den Bauplänen ermittelt werden müssen. Der Berechnungsaufwand ist jedoch gering, verglichen mit den Einsparungen (s. Abschnitt 2.3). Mit Bezug auf den üblichen Planungsablauf sollte der Architekt die Konstruktionsprinzipien der Wärmebrückendetails bereits in der Planung umsetzen, damit der Tragwerksplaner anschließend den EnEV-Nachweis ohne aufwändige Rückfragen und Planungsänderungen durchführen kann. Die Längenmaße der Wärmebrücken beziehen sich auf die Systemgrenzen des Gebäudes; bei Wandöffnungen werden die lichten Rohbaumaße angesetzt. Bei Fenstern ist beispielsweise das lichte Rohbaumaß der Wandöffnung maßgeblich (Bild 6). Bild 6: Lichtes Rohbaumaß bei Fensteröffnungen (aus /3/) Die Ψ-Werte können in der Regel Katalogen und Herstellerangaben entnommen werden. Sie können auch nach DIN EN ISO /4/ berechnet werden. Zur Berechnung der Ψ-Werte werden die Wärmeleitfähigkeiten der Baustoffe als isotrop, d. h. in allen drei Raumachsen gleich, angesetzt. Auf die exaktere Erfassung der richtungsabhängigen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. bei Hochlochziegeln, wurde wegen des geringen Einflusses auf den Ψ-Wert und des deutlich höheren Berechnungsaufwandes verzichtet. In dem EnEV-Programm der Ziegelindustrie /12/ ist die genaue Berechnung der Wärmebrückenverluste als Option eingebettet. Per Mausklick wird das gewünschte Wärmebrückendetail ausgewählt; anschließend muss nur noch die entsprechende Länge eingegeben werden. Mit diesem Verfahren stehen zahlreiche Möglichkeiten zur Optimierung, insbesondere unter zusätzlicher Berücksichtigung der Kosten und der Baupraxis zur Verfügung. Die spezifischen Wärmebrückenverluste können damit deutlich reduziert werden. Für einen Vergleich wurde in /8/ der spezifische Wärmebrückenverlust in einen Wärmebrückenzuschlag umgerechnet. Angewendet auf ein Einfamilienhaus ergaben sich damit folgende Wärmebrückenzuschläge: pauschaler Zuschlag ohne Optimierung: U WB = 0,10 W/(m 2 K) pauschaler Zuschlag; Wärmebrücken nach Beiblatt 2: U WB = 0,05 W/(m 2 K) genaue Wärmebrückenplanung: U WB = 0,01 W/(m 2 K) Durch die genaue Wärmebrückenplanung wird gegenüber der Planung nach Beiblatt 2 der Jahres-Primärenergieverlust um 7,3 % reduziert; dieser Gewinn kann verwendet werden, um an anderer Stelle eine wirtschaftliche Entlastung vorzunehmen, nach /8/ z. B. durch den Austausch des Brennwertkessels gegen einen kostengünstigeren Niedertemperaturkessel. 4 Baupraktische ziegeltypische Wärmebrücken Monolithisches Mauerwerk und speziell Ziegelmauerwerk ist eine moderne Bauweise mit langer Tradition. Erhöhte Anforderungen, insbesondere an den Wärmeschutz, haben in den letzten Jahren nicht nur zu neuen Mauersteinen mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit geführt. Auch die Bauteilanschlüsse mussten an den besseren Wärmeschutz der Wände angepasst werden. Daher wurden Bauteilanschlüsse, die gleichzeitig auch Wärmebrücken sind, unter dem Aspekt des Wärmeschutzes optimiert. Diese Wärmebrückendetails sind für Ziegelmauerwerk in dem Softwarepaket der Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel zum EnEV-Nachweis enthalten /12/. Das wärmetechnisch günstige Verhalten von wärmedämmendem monolithischen Mauerwerk wird nachfolgend an zwei Beispielen deutlich gemacht: Allgemein kann festgestellt werden, dass über unbeheizten Kellern mit Außenwänden aus Ziegelmauerwerk die linearen Ψ-Werte geringer ausfallen als bei schwerem, ungedämmten Kellermauerwerk. Auch die ziegeltypische Bauweise, Geschossdecken außen mit einem Dämmstoffstreifen und mit Abmauerung zu versehen, wirkt sich günstig auf den Ψ-Wert aus. Gegenüber der außenseitigen Dämmung ist die Dämmung mit Abmauerung günstiger, da die Dämmebene in das Mauerwerk hinein rückt. Ungünstig verhält sich monolithisches Mauerwerk in der Regel bei außengedämmten Einbauten, wie Geschossdecken, Fenster- oder Türstürzen usw.. Sobald die Außendämmung nur in Höhe der Einbauten mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingebaut ist, wird diese Dämmung seitlich umströmt. 5 Berechnungsbeispiel 5.1 Allgemeines Im folgenden wird an einem Beispiel die genaue Berechnung der spezifischen Transmissionswärmeverluste über Wärmebrücken HWB für verschiedene Außenwände vorgestellt. Die Ergebnisse werden mit den pauschal ermittelten HWB-Werten verglichen. Die Beispielrechnung wird an der Einfamilien-Doppelhaushälfte aus dem Projekt Celle der Ziegelindustrie durchgeführt (Bild 7)

6 Bild 8a: Außenwandecke monolithisch /12/ Bild 7: Musterhaus Celle (Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel) Das Musterhaus und auch der Nachweis nach der EnEV 2002 sind in /13/ umfassend dokumentiert. Hier soll ausschließlich auf die Ermittlung der spezifischen Transmissionswärmeverluste über Wärmebrücken HWB eingegangen werden. 5.2 Wärmebrückendetails In /13/ wird die genaue Berechnung der HWB-Werte vorgestellt, wobei die Längenmaße und die Ψe-Werte der jeweiligen Wärmebrücken angegeben werden. Die Längenmaße wurden mit Bezug auf die Außenmaße den Bauplänen entnommen. Die linearen Wärmebrückenverlustkoeffizienten mit Bezug auf die Außenmaße Ψe sind dem Wärmbrückenkatalog in /12/ entnommen. Beispielhaft werden im folgenden einige der wichtigsten Details dokumentiert: 1. Außenwandecke monolithische Außenwand und zweischaliges Mauerwerk (Bild 8) 2. Fensterleibung monolithische Außenwand und zweischaliges Mauerwerk (Bild 9) 3. Fenstersturz monolithische Außenwand und zweischaliges Mauerwerk (Bild 10) 4. Bodenplatte monolithische Außenwand und zweischaliges Mauerwerk (Bild 11) Die Bauart der Außenwand, monolithisch, zweischalig oder mit WDVS hat grundsätzlich keinen Einfluss auf das Verfahren zur Ermittlung des Wärmebrückenzuschlags. Konstruktionsbedingt ergeben sich jedoch unterschiedliche Ψ-Werte bei den einzelnen Wärmebrücken. Gegenüber dem Katalog in Beiblatt 2 zur DIN 4108 haben die von der Industrie vorgeschlagenen Details den Vorteil, dass sie mit den zur Verfügung stehenden Bauprodukten vorzugsweise her zu stellen sind. Außerdem sind die Konstruktionen, z. B. der Wand- Decken-Knoten mit Abmauerziegel, schon seit Jahrzehnten auf der Baustelle etabliert, so dass bei der Bauausführung keine Komplikationen zu erwarten sind. Bild 8b: Außenwandecke zweischalig /12/ Bild 9a: Fensterleibung monolithisch /12/

7 Bild 9b: Fensterleibung zweischalig /12/ Bild 11a: Sockel-Bodenplatte monolithisch /12/ Bild 10a: Fenstersturz monolithisch /12/ Bild 11b: Sockel-Bodenplatte zweischalig /12/ Bild 10b: Fenstersturz zweischalig /12/ Auswertung Mit dem Ziel, die genaue Ermittlung der spezifischen Transmissionswärmeverluste über Wärmebrücken H WB vorzustellen und den Einfluss des Dämmstandards aufzuzeigen wurden für monolithisches Mauerwerk mit drei unterschiedlichen Wanddicken die Wärmebrückenzuschläge berechnet: 1. d: 300 mm, λ = 0,12 W/(m K), beidseitig verputzt; U = 0,36 W/(m 2 K) 2. d: 365 mm, λ = 0,12 W/(m K), beidseitig verputzt; U = 0,30 W/(m 2 K) 3. d: 425 mm, λ = 0,12 W/(m K), beidseitig verputzt; U = 0,24 W/(m 2 K). (d: Mauerwerksdicke; λ: Wärmeleitfähigkeit des Mauerwerks) Verfahrensbedingt sind die linearen Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ von den U- Werten der Bauteile abhängig, so dass die Wärmebrückenverluste für die drei Wanddicken unterschiedlich ausfallen. 365

8 Tabelle 1: Wärmebrückenzuschlag für drei Mauerwerksdicken Wärmebrücke monolithisches Ziegelmauerwerk (d / l) (425 / 0,12) (365 / 0,12) (300 / 0,12) U = 0,24 W/(m 2 K) U = 0,30 W/(m 2 K) U = 0,36 W/(m 2 K) Bezeichnung Länge Ψe H WB Ψe H WB Ψe H WB m W/(m K) W/K W/(m K) W/K W/(m K) W/K Außenwand Außenecke 7,93 0,180 1,43 0,182 1,44 0,184 1,46 Außenwand Innenecke 1,00 0,071 0,07 0,074 0,07 0,077 0,08 Fensterleibung 45,72 0,082 3,75 0,047 2,15 0,048 2,19 Fenstersturz 1 3,16 0,069 0,22 0,066 0,21 0,051 0,16 Fenstersturz 2 10,05 0,137 1,38 0,131 1,32 0,097 0,97 Fensterbrüstung 5,55 0,005 0,03 0,000 0,00 0,004 0,02 Fenster-, Haustür EG-Schwelle 7,65 0,092 0,70 0,090 0,69 0,080 0,61 Fenstertür-EG- Sturz OG-Schwelle 4,04 0,106 0,43 0,096 0,39 0,066 0,27 Hauptdach Ortgang 17,40 0,091 1,58 0,099 1,72 0,105 1,83 Hauptdach Traufe 16,31 0,003 0,05 0,144 2,35 0,165 2,69 Gaube Ortgang 4,20 0,166 0,70 0,099 0,42 0,110 0,46 Gaube Traufe 7,60 0,076 0,58 0,144 1,09 0,170 1,29 Haustrennwand Dach 10,80 0,083 0,90 0,053 0,57 0,043 0,46 Geschossdecke 14,75 0,058 0,86 0,050 0,74 0,047 0,69 Bodenplatte Außenwand 24,32 0,053 1,29 0,060 1,46 0,077 1,87 Bodenplatte Haustrennwand 8,66 0,248 2,15 0,210 1,82 0,200 1,73 Summe H WB 6,34 0,53 2,45 Bild 12: Genaue Berechnung der Wärmebrückenverluste H WB bei unterschiedlichen Mauerwerksdicken am Beispiel einer Doppelhaushälfte aus /13/ Damit der Nutzen der genauen Ermittlung des Wärmebrückenzuschlags H WB deutlich wird, wurden in einem weiteren Schritt die gesamten Transmissionswärmeverluste (nach dem vereinfachten Nachweisverfahren) des Gebäudes ermittelt. In Bild 13 sind die spezifischen Transmissionswärmeverluste des Gebäudes für drei unterschiedliche Außenwände dargestellt, wobei der H WB -Wert jeweils pauschal mit den Werten 0,10 A, 0,05 A und genau aus Tabelle 1 ermittelt wurde. H WB = 0,10 A H WB = 0,05 A H WB = Σ(li Ψi) Die Auswertung zeigt, dass der Wärmebrückenzuschlag bei der genauen Ermittlung des H WB -Wertes mit zunehmendem Dämmstandard der Außenwand ansteigt (siehe Bild 12): die Ψ e -Werte nehmen mit zunehmendem Dämmstandard in den meisten Fällen zu. Bild 13: Spezifischer Transmissionswärmeverlust für drei Ziegel-Außenwände mit Variation der Wärmebrückenzuschläge HWB

9 Die Gegenüberstellung der spezifischen Transmissionswärmeverluste H T einschließlich der Wärmebrückenverluste H WB, ermittelt nach verschiedenen Verfahren, zeigt für unterschiedliche Dämmstandards erwartungsgemäß, dass die spezifischen Transmissionswärmeverluste H T mit sinkendem U-Wert des Mauerwerks abnehmen (Bild 13). Bei gleicher Wandqualität sinkt der H T -Wert mit der genaueren Ermittlung der spezifischen Wärmebrückenverluste HWB. Wichtig ist jedoch der Quervergleich: mit der Wanddicke 365 mm erhält man bei genauer Berechnung der Wärmebrükkenverluste geringere H T -Werte (111 W/K) als bei der Wanddicke 425 und pauschaler Berücksichtigung (117 W/K) gleiches gilt für die 300 mm dicke Außenwand: der H T -Wert bei genauer Berechnung liegt mit 135 W/K unter dem H T -Wert der 365 mm dicken Außenwand mit pauschaler Berücksichtigung der Wärmebrücken (147 W/K). In dieser Beispielrechnung wurde der Gewinn durch die genauere Berechnung der Wärmebrückenverluste bei verschiedenen Dämmstandards der Außenwand gegenüber gestellt. Weitere Gegenüberstellungen, z. B. mit Fenstern, Böden, Decken usw. mit geringeren U-Werten führen grundsätzlich zu vergleichbaren Ergebnissen. Diese Auswertung an einem konkreten Objekt zeigt, dass mit der genauen Berechnung der Wärmebrückenverluste der Aufwand zur Dämmung an anderer Stelle eingespart werden kann, ohne dass Nachteile für den Jahres-Primärenergiebedarf entstehen. 6 Zusammenfassung und Fazit Die Energieeinsparverordnung ist inzwischen seit zwei Jahren verbindlich und hat sich in der Praxis etabliert. Nachdem die ersten Erfahrungen gesammelt wurden, wird klar, an welchen Stellen erläutert und nachgebessert werden muss. Wenn auch zur Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarfs die Normen eine Vielzahl von Optionen anbieten, so kristallisieren sich für die weitaus meisten Projekte doch Standardverfahren heraus mit einem ausgewogenen Verhältnis von Aufwand und Nutzen. In diesem Zusammenhang wird hier auf die genaue Berechnung der Wärmeverluste über Wärmebrücken hingewiesen. An einem Beispiel wird gezeigt, dass die pauschalen Verfahren für den Planer unkompliziert sind, jedoch den Nachteil haben, U-Werte der Bauteile rechnerisch zu verschlechtern. Es ist unsinnig, einerseits die U-Werte der Bauteile mit großem Aufwand zu optimieren und andererseits den damit erzielten Gewinn wieder mit der pauschalen Berechnung der Wärmebrückenverluste zu verschenken. Auch können bei der praktischen Umsetzung der Prinzipskizzen für Wärmebrücken nach Beiblatt 2 erhebliche Probleme auf der Baustelle entstehen. Die genaue Berechnung der spezifischen Transmissionswärmeverluste über Wärmebrücken führt dagegen in aller Regel zu niedrigeren Wärmeverlusten und zu baustellengerechteren Konstruktionen. Diese Vorteile sind allerdings mit einem höheren Aufwand beim Nachweis verbunden. Die Längenmaße der Wärmebrücken müssen aus den Bauplänen ermittelt werden; die Ψ-Werte sind Katalogen oder, wie in dem EnEV-Programm der Ziegelindustrie, einer eingefügten Datei zu entnehmen. Der Aufwand wird geringer, wenn immer mit dem gleichen Material für die Außenwand bzw. mit der gleichen Außenwandkonstruktion geplant wird /14/. Die optimierten Anschlussdetails sind dann bereits bekannt und werden zum Standard in Planung und Ausführung. Auch der Planer, der den EnEV-Nachweis selbst nicht führt, ist von dem Thema Wärmebrücken betroffen. Will er nicht den hohen Pauschalzuschlag riskieren, dann muss er bereits in der Planungsphase mit den optimierten Wärmebrückendetails an Bauteilanschlüssen planen. Da dies sowohl für den reduzierten Wärmebrückenzuschlag mit Details nach den Konstruktionsprinzipien von Beiblatt 2 als auch für das genaue Verfahren gilt, ist letzteres vor zu ziehen. Literatur /1/ Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden Energieeinsparverordnung EnEV) vom , BGBi. 1, S. 3085,2001. /2/ DIN V : : Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden; Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs mit Änderung A1: /3/ DIN EN ISO : : Wärmebrücken im Hochbau; Wärmeströme und Oberflächentemperaturen; Teil 1: Allgemeine Berechnungsverfahren. /4/ DIN EN ISO : : Wärmebrücken im Hochbau; Berechnung der Wärmeströme und Oberflächentemperaturen; linienförmige Wärmebrücken. /5/ DIN EN ISO 6946: : Bauteile; Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient; Berechnungsverfahren. /6/ DIN EN ISO 13370: : Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden; Wärmeübertragung über das Erdreich; Berechnungsverfahren. /7/ Beiblatt 2 zu DIN 4108: Manuskript : Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden; Wärmebrücken, Planungs- und Ausführungsbeispiele /8/ Hegner, H.-D., Vogler, I.: Energieeinsparverordnung EnEV für die Praxis kommentiert. Verlag Ernst & Sohn, Berlin, 2002 /9/ Horschler, S., Pohl, W.-H.: Energieeinsparverordnung; Möglichkeiten, den Energiebedarf von Gebäuden wirtschaftlich zu senken. In: Wienerberger Baukalender, Bauwerkverlag, Berlin, 2002, S /10/ Bremer, Ch.: Überprüfung der Gleichwertigkeit von Wärmebrücken in Mauerwerks-Konstruktionen mit Beiblatt 2 zu DIN Diplomarbeit der Fachhochschule Köln, Fachbereich Bauingenieurwesen, Fachgebiet Bauphysik, /11/ DIN : : Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden; Mindestanforderungen an den Wärmeschutz /12/ Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs nach DIN und nach EnEV; EnEV PC-Programm: Hrsg.: Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel, Bonn. /13/ EnEV Energieeinsparverordnung: Hrsg.: Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel, Bonn, /14/ Wileczich, N.: Die neue Energieeinsparverordnung Praxiserfahrungen bei der Planung, dem Nachweis und der Beratung von Einfamilienhausprojekten. WKSB, Heft 49, ztv Zeittechnik-Verlag, Dezember