EINLEITUNG Prof. H. Werner / Prof. A. Holm Nachdruck nicht erlaubt BAUPHYSIK. Socrates (469 BC 399 BC)

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1 BAUPHYSIK Andreas H. Holm Hochschule München Fraunhofer-Institut für Bauphysik - Holzkirchen Tel.: / oder holm@ibp.fraunhofer.de EINLEITUNG Socrates (469 BC 399 BC) Quelle: Solpower 1

2 Tessin source: Sol Power Sophia & Stephan Behling 4 Polynesien source: Sol Power Sophia & Stephan Behling 5 Nordafrika source: Sol Power Sophia & Stephan Behling 6 2

3 Klimaangepasstes Bauen Prinzip des Bauens: Sh Schadensfreies Bauen nur bei Berücksichtigung der Klimaabhängigkeit! Klimaangepasstes Bauen Anchorage Abu Dhabi Prinzip der Bauphysik: Moscow Erst klimagerecht planen und bauen, dann planungsgerecht Shanghai klimatisieren! Einleitung Mensch hat keinen Schutzmechanismus gegen Klimaeinflüsse Räume, Wohnungen und Städte (dichte Bebauung) Höhere Ansprüche an Behaglichkeit Künstliches Innenklima Anforderungen an Wärmeschutz, Schallschutz, Feuchteschutz,... Hohe Bau- und Betriebskosten 3

4 Schutzfunktionen Bauteile haben Schutzfunktionen: Primär- und Sekundärfunktionen Beispiel: Mit einer Wärmedämmschicht wird der erforderliche Wärmeschutz für den Raum erreicht. Gleichzeitig werden die innerhalb der Dämmung liegenden Schichten vor großen Temperaturänderungen geschützt. Daher: Sondern: Bauphysik ist nicht nur Bautenschutz Aktives Management erwünschter Einwirkungen Aufgabe der Bauphysik: Schutzmaßnahmen müssen physikalisch wirksam und ökonomisch verträglich sein Anforderungen sind zum Teil durch Normen geregelt; sie sind bauaufsichtlich eingeführt und müssen angewandt werden. Gebäudeplanung kann nur sinnvoll durchgeführt werden, wenn der Planende bauphysikalischen Sachverstand besitzt. Folgende Kriterien müssen berücksichtigt werden: thermische Beanspruchung durch Sonneneinstrahlung und Außenluft Feuchtebeanspruchung infolge Regen, Schnee, Baustofffeuchte aufsteigende Feuchte oder Feuchteproduktion im Gebäudeinneren schalltechnische Qualität von Gebäuden und Bauteilen, Schwingungsbeanspruchung von Baukörpern und Lärmabwehr Brandsicherheit von Bauwerken ausreichende tageslichttechnische Versorgung der bewohnten Räume Umwelteinflüsse und deren Wechselwirkung mit Bauten Bei Missachtung: Bauschäden und/oder mangelnde Behaglichkeit 4

5 Bauschadensstatistik Jährliche Verluste durch Bauschäden in Deutschland Ca. 7 Mrd. Definition der Bauphysik Übertragungsphänomene der Wärme (auch bei höheren Temperaturen im Brandfall), der Feuchte, des Schalls und des Lichtes im Inneren eines Bauwerks, innerhalb der Bauteile selbst, in einem Raum und in der Umgebung eines Bauwerks. Bauphysik im Überblick B a u p h y s i k Umgebung / Stadt Gebäude / Räume / Verkehrsmittel Bauteile / Werkstoffe / Oberflächen Wärme / Energie Feuchte Hygrothermik Brand Licht Akustik Physiologie/ Stadtbauphysik Psychologie Hygiene/ Klima/Umwelt Baubiologie 5

6 Bauphysik im Überblick B a u p h y s i k Einführung Wärme / Energie Wintersemester Feuchte Akustik WÄRMESCHUTZ Verschiedene Zielgrößen für ein Gebäude Grundanforderung Schutz und Behaglichkeit Technik erzeugt Investitionskosten & verbraucht Energie Energieverbrauch hat Auswirkungen auf die Umwelt Ziel Nachhaltige Gebäude 6

7 Freistehendes Einfamilienhaus (Baujahr 1984) Mögliche Energieeinsparung im Bestand Einfamilienhäuser Typische energetische Verbesserungsmaßnahmen 7

8 Einsparpotential Wohngebäude Erreichbarer Effekt Fünf Gründe für den Wärmeschutz: Energieeinsparung und Umweltschutz Sicherung der thermischen Behaglichkeit Sicherung hygienischer Wohnverhältnisse Vermeidung von Bauschäden Verringerung der thermischen Beanspruchung der Bauteile 8

9 Gesteigerter Komfort Gesteigerter Komfort FEUCHTESCHUTZ 9

10 Feuchtewirkungen Optische Beeinträchtigung - Verschmutzung - Algen und Pilze Achtgeschossiger Wohnbau nach einer Sanierung. Algenwuchs, teils flächig, teils in charakteristischen vertikalen Streifen Feuchtewirkungen Bauteilschädigung durch hohe Feuchte - Frost - Fäulnis Holzfäule durch zu dichten fehlende Dampfbremse Ref.: A. Karagiozis 29 Feuchtewirkungen Hygienische Aspekte - Behaglichkeit - Raumluftqualität Schimmelpilzbildung durch hohe Oberflächenfeuchte 10

11 Feuchte-Management Feuchte spielt bei fast allen Bauschäden eine entscheidende Rolle ABER: Feuchte muss man nicht diskriminieren!!! Es kommt nur auf ein vernünftiges Feuchte-Management an. Feuchtewirkungen Bauteilschädigung durch hohe Feuchte - Frost Frostschaden an Westfassade nach Aufbringen einer Innendämmung aus Schaumglas Ref.: Hartwig M. Künzel AKUSTIK 11

12 Warum Akustik Bei welchen Gebäuden und Bauwerken sind Schallschutzanforderungen zu beachten? Welche Anforderungen an den Schallschutz muss der Architekt in meiner Planung berücksichtigen? Was ist Schall und wie entsteht Schall? Was ist Bauakustik und was ist Raumakustik? Was ist Schalldämmung? Was ist Luftschall? Was ist Körperschall? Was ist Trittschall? Akustik im Bau Warum Akustik Was ist Schallabsorption? Was ist eine Frequenz, welche Bedeutung hat sie für die Bauakustik? Was ist eine Resonanzfrequenz? Wie bewertet man Bauteile im Hinblick auf ihre schalldämmenden Eigenschaften? Wie verhalten sich einschalige Bauteile und zweischalige Bauteile im Hinblick auf ihre Schalldämmung? Was sind Schallübertragungswege und was ist Schall-Längsleitung? Wie bestimme ich die Schalldämmeigenschaften eines Bauteiles? Was ist Bauakustik und was ist Raumakustik? 12

13 GRUNDLAGEN KALT WARM Wärmeübertragung bedeutet Wärmetransport Wärme fließt immer von warm nach kalt Wärmetransportarten Konvektion Leitung Strahlung Teilchentransport Gasen Erzwungene Konvektion Freie Konvektion h c Kein Stofftransport Stationär Gasen Instationär c Elektromagnetische Wellen überall auch im Vakuum langwellig Emission h r Absorption kurzwellig Reflexion Flüssigkeiten Festkörper Flüssigkeiten Transmission 13

14 Wärmeleitung in der Natur Dämmwirkung von Baustoffen GESCHICHTE DER BAUPHYSIK 14

15 Geschichte der Bauphysik Früher dienten Wohnungen dem Schutz vor: Niederschlag Kälte und Hitze oder Wind Tiere und Feinde Über Jahrhunderte hinweg die einzigen Forschungsthemen: Standsicherheit / Festigkeit z.b.: Wandstärke Bauphysik war damals nicht notwendig Geschichte der Bauphysik 50er Jahre: Regenschutz Mindestwärmeschutz 1952: 1. Version der Wärmeschutznorm DIN 4108 Wärmespeicherung, da intermittierend und nicht in allen Räumen geheizt wurden Massivbau (besondere Dämmschichten für Außenwände nicht üblich) Geschichte der Bauphysik 50er Jahre: Regenschutz Mindestwärmeschutz 1952: 1. Version der Wärmeschutznorm DIN 4108 Wärmespeicherung, da intermittierend und nicht in allen Räumen geheizt wurden Massivbau (besondere Dämmschichten für Außenwände nicht üblich) 15

16 Geschichte der Bauphysik 60er Jahre: Probleme der Wasserdampfdiffusion (Leichtbau, Flachdach) Einfluss verschiedener Heizsysteme (Einzelofenheizung, Zentralheizung) Temperaturregelung im Raum durch Lüften Thermostate nahezu unbekannt wenig Schimmelpilzprobleme (oft zu trockene Luft) Begriff Bauphysik zum ersten Mal benutzt. Geschichte der Bauphysik 70er Jahre: Energiekrise mit starken Energiepreiserhöhungen erhöhter Wärmeschutz und dichte Fenster Thermostatventile zur Regelung der Raumtemperatur Schimmelpilzprobleme, da Luftwechsel geringer Geschichte der Bauphysik 70er Jahre: Energiekrise mit starken Energiepreiserhöhungen erhöhter Wärmeschutz und dichte Fenster Thermostatventile zur Regelung der Raumtemperatur Schimmelpilzprobleme, da Luftwechsel geringer 16

17 Geschichte der Bauphysik 80er Jahre: Zunehmender Wärmeschutz große Glasflächen sommerlicher Wärmeschutz und Kühlung alternative Energien werden zunehmend genutzt mit zunehmender Urbanisierung wird der Schallschutz immer wichtiger Geschichte der Bauphysik 90er Jahre: Gesundheitsverträglichkeit von Bauprodukten, z.b. Asbest-, Formaldehyd- und KMF-Diskussion Ökobilanzen von Bauprodukten werden diskutiert EU-Öffnung der Märkte führt zur EU-Bauproduktenrichtlinie Geschichte der Bauphysik jetzt: Mikrobielle Belastung, vor allem außen Geruchsprobleme Energieeinsparung im Industriebau Bauen in anderen Klimazonen Bauphysik im Flugzeugbau bzw. in der KFZ-Branche Nachhaltigkeit 17

18 ZUSAMMENFASSUNG Gegenstand der Bauphysik Die Bauphysik ist eine Anwendung der Physik auf Bauwerke und Gebäude Wärme Wärmeschutz der Gebäude aus den Gründen der Wohnhygiene, der Behaglichkeit und der Energieeinsparung sowie zur Vermeidung thermischer Schäden und Verformungen. Feuchte Feuchtigkeitsschutz der Baustoffe und deren baukonstruktiver Funktion gegen g gefährdende Angriffe der Wasserdampfdiffusion mit Tauwasserbildung, des Schlagregens, der Erdfeuchte und durch drückendes und druckloses Wasser. Schall Schallschutz der Wohn- und Arbeitsbereiche gegen Verkehrslärm, Nachbarschafts-, Luft- und Trittschall, gegen Anlagen- und Installationsgeräusche sowie der raumakustischen Gestaltung für eine - je nach Anforderung - optimale Hörbarkeit. Optimales Planugsteam 18