Die warme Haustür. Wärmeschutz. Analyse der Schwachstellen führt zu praktischen Lösungen

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1 Die warme Haustür Analyse der Schwachstellen führt zu praktischen Lösungen Auswirkungen von Wärmebrücken sind in verschiedenen Artikeln der dnq bereits vorgestellt und diskutiert worden. Bekannt ist, dass im Bereich von Wärmebrücken zusätzliche Wärmeverluste auftreten und die raumseitigen Oberflächentemperaturen der Bauteile in der Regel deutlich abgesenkt werden. Unterschreitet die Oberflächentemperatur die Taupunkttemperatur der Luft, so fällt Tauwasser aus und kann bei länger andauernder Befeuchtung zu Schäden führen. An der Technischen Universität Hamburg-Harburg wurde eine Forschungsarbeit durchgeführt, die sich mit dem Wärmeschutz von Außentürsystemen beschäftigt, da bei ihnen im Gegensatz zu Fenstern bisher eine systematische Untersuchung der thermischen Leistungsfähigkeit und der Beeinträchtigung durch Wärmebrücken fehlt. Wärmeschutz Autoren: H.-J. Holle, Britta Schacht, Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Angewandte Bautechnik Es werden im Folgenden die wichtigsten Ergebnisse aus der Forschungsarbeit vorgestellt. Bewertungskriterien: Temperaturfaktor und Wärmebrücken- Koeffizient Zur Vermeidung von Schimmelpilzbildung stellt die Neufassung der DIN : neue Anforderungen an den Mindestwärmeschutz. Diese werden über den sog. Temperaturfaktor (f Rsi ) definiert. Dieser beschreibt den Temperaturabfall von der Innenoberfläche bis zur Außenluft im Verhältnis zum gesamten Temperaturunterschied zwischen innen außen. Der Temperaturfaktor muss an der ungünstigsten Stelle der Innenoberflächen der Außenbauteile mindestens f 0,70 betragen. Bezogen auf die Klimarandbedingungen der Norm (innen: 20 C, außen: - 5 C) heißt das, dass innere Oberfläche nicht kälter als 12,6 C werden darf, wenn Schimmel sicher verhindert werden soll. Für Rahmenflächen bei Fenstern und Türen genügt es, wenn der Temperaturfaktor den Wert von 0,60 (entspricht 10 C) erreicht (DIN EN ISO 13788). Das Schimmelrisiko ist hier geringer, da diese Oberflächen abwischbar und leicht zu reinigen sind. Die Wärmebrücken- Verluste werden bei Fenstern und Türen wie bei anderen Bauteilen über lineare Wärmebrücken- Koeffizienten (Ψ-Werte) beschrieben. Ihr Einfluss auf den resultierenden U-Wert des gesamten Bauelements ergibt sich aus dessen Fläche und aus der Multiplikation der Ψ-Werte mit ihrer jeweiligen längenmäßigen Ausdehnung. In die vorliegende Untersuchung wurden überdies punktuelle Wärmebrücken (χ-werte), z.b. bei den Wandverankerungen, einbezogen. Wärmebrücken durch Aussteifung der Türblätter Zur Aussteifung von Türen werden in der Regel Metallprofile oder aber auch flächig eingeleimte Aluminiumschichten verwendet. Die Profile können Abb. 1: Empfehlungen für eine optimale thermische Trennung an der Haustürschwelle unterschiedlich ausgebildet sein: Üblich ist die Verwendung von Flacheisen, von U-, Doppel-T- oder Rechteckrohrprofilen. Wichtig ist, dass die Profile kraftschlüssig mit den Deckplatten und dem Rahmen verbunden sind. Mit dünnen Aluminiumschichten, die in die beiden Decklagen schubfest eingeklebt sind, ist ebenfalls eine Aussteifung möglich. Durch diese Maßnahme entsteht gleichzeitig eine Dampfsperrwirkung, die die Feuchteaufnahme des Türblattes herabsetzt und so die hygrothermischen Verformungen reduziert. Einige Möglichkeiten der Aussteifung sind in Abbildung 2 dargestellt. Wird bei den Querschnitten (a) und (b) ein Rechteckrohrprofil zur Aussteifung verwendet, 6/

2 Wärmeschutz Abb. 2: Wärmebrückenwirkung der stählernen Aussteifungen Abb. 3: Einfluss der Beschläge auf den U-Wert bei (b) mit einer wärmedämmenden Aufdopplung außen überdämmt. Rechts neben den Schnittzeichnungen ist der Isothermenverlauf im Bereich des Aussteifungsprofils dargestellt: Deutlich wird die Wärmebrücke als gravierende Störung im Isothermenverlauf. Die wärmetechnische Verbesserung durch die Aufdopplung fällt sehr deutlich aus: der Wärmebrückenkoeffizient wird um rund 65 % reduziert und der Temperaturfaktor f über die Anforderungsgrenze von 0,6 angehoben. Werden statt des Rechteckprofils ins Holz eingeleimte Flacheisen verwendet (c), z. B. von Variotec, ist die Wärmebrückenwirkung mit Ψ = 0,008 W/(mK) sehr gering. Die Oberflächentemperaturen sind unproblematisch, so dass Feuchte- oder Schimmelprobleme ausgeschlossen werden können. Der Einsatz von zwei dünnen Aluminiumschichten (je 0,4 mm), die in die Deckschichten geklebt sind (d), führt zu einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung an der Oberfläche mit sehr hohem Temperaturfaktor und keiner Wärmebrückenwirkung (Ψ = 0). Beschläge: Einbruchschutz contra Wärmeschutz? Die Elemente des Beschlags dienen der Funktionsfähigkeit der Tür sowie der Einbruchhemmung. Für die Untersuchung der thermischen Auswirkung von Beschlägen auf die thermische Leistungsfähigkeit von Türen werden in dieser Arbeit drei Klassen der Einbruchhemmung unterschieden, die den Merkmalen der Widerstandsklassen 1 bis 3 nach europäischer Normung entsprechen [DIN V ENV 1627]. (vgl. condetti-teil in diesem Heft) Um eine Einschätzung über die gesamte Wärmebrückenwirkung einer Klasse der Einbruchhemmung zu bekommen, ist in Abb. 3 der Wärmebrückeneinfluss in Form von ΔU D angegeben worden. Die Größe ΔU D bezeichnet den Aufschlag auf den U D -Wert der Tür. Befestigungselemente für den Baukörperanschluss Im Hinblick auf Formänderungen des Baukörpers und der Türelemente müssen die Befestigungselemente in Richtung der Türebene verschiebbar oder federnd ausgebildet sein. Eine Übersicht über Befestigungselemente für Außentüren ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Befestigung des Rahmens in einer anschlaglosen Laibung kann mit Rahmendübeln oder Flachmetallankern erfolgen. Einen thermisch getrennten Flachmetallanker ( Therminator ) gibt es von Fuchs Metalltechnik (A-Ybbsitz). Der Türrahmen kann auch in gesonderte und vorher montierte Montagerahmen oder -zargen (aus Holz, Holzwerkstoffen, Metall o. ä.) eingesetzt werden. In einer Voruntersuchung wurde festgestellt, dass die Wärmebrückenwirkung der Befestigungsmittel bei einer Variation der Einbaulage in der Laibung (außen, mittig, raumseitig) nahezu unverändert bleibt. In Abbildung 4 ist der Fall der mittigen Einbaulage dargestellt. Angegeben ist die Auswirkung des Befestigungsmittels auf den Temperaturfaktor in der Laibung als Δf sowie die punkt- oder linienbezogenen Wärmebrückenkoeffizienten χ und Ψ. Die punktbezogenen Wärmebrückenkoeffizienten χ wurden mit einer dreidimensionalen Berechnung ermittelt. Montageschrauben: Die beste Wahl Zu erkennen ist, dass bei den Rahmendübeln und -schrauben keine Wärmebrückenwirkung auftritt, da diese Befestigungsmittel parallel zu den Isothermen liegen. Die thermische Beeinträchtigung durch Flachmetallanker und Pro- 42 6/2002

3 filstahlanker ist auch ohne thermische Trennung sehr gering. Die Auswirkung dieser beiden Befestigungsmittel ist nur deshalb ungleich, weil sie mit unterschiedlicher Breite an den Rahmen anschließen: Wegen der am Profilende angeordneten Schraube zur Rahmenbefestigung geht bei dem Profilanker das Metall nur bis ca. zur Mitte des Rahmenprofils. Die Flachmetallanker dagegen werden üblicherweise so angeordnet, dass das Metall über die gesamte Rahmendicke verläuft und damit eine größere Wärmebrücke bewirkt. Würde auch hier das Metall nur bis zur Mitte der Rahmendicke verlaufen wie beim Profilanker, fiele die Wärmebrückenwirkung und die Senkung der Oberflächentemperaturen entsprechend aus. Die Einbauzarge aus Aluminium bildet eine auffallende Wärmebrücke und senkt die Oberflächentemperaturen in der Laibung mit Δf = -0,11 erheblich. Ist die Montagezarge oder der Montagerahmen aus Holz bzw. Purenit, so ist die Beeinträchtigung des Temperaturfaktors gering. Die Wärmebrückenwirkung ist bei ihnen aber etwas höher als bei den punktuellen Befestigungen, da die Dämmschicht auf der gesamten Länge des Anschlusses ersetzt wird. Die Türschwelle der kritischste Bereich Im Gegensatz zum seitlichen Baukörperanschluss an das Wandsystem stellt sich die Anschlussgeometrie im Schwellenbereich komplexer dar, da sich hier mindestens vier Wärmebrückenursachen überlagern: Abknickung der Gebäudehülle von der Bodenplatte oder Kellerdecke zum Wandsystem bzw. zur Tür: geometrisch bedingte Reduzierung der Dämmschichtdicke zwischen Bodenplatte und Tür: geometrisch bedingte Unterbrechung der Dämmschicht durch das Schwellenprofil: Materialbedingte Unterbrechung der Dämmschicht durch die Dichtprofile: Materialbedingte und geometrisch bedingte Die Bereiche können nicht getrennt betrachtet werden, da einzelne Wärmebrückenverluste nicht addiert werden können, um die gesamte Wärmebrückenwirkung an einer Stelle zu ermitteln. Durch Variation einzelner Parameter bei der Ermittlung der Kennwerte kann allerdings der Einfluss einzelner Wärmebrückenursachen erkannt werden. Untersuchte Varianten an der Schwelle Für die numerische Berechnung wurden folgende Parameter variiert: Material der Türschwelle bzw. Ausführung des Türschwellenprofils Breite des Dämmstreifens zwischen Außenbereich und Innenboden Anzahl der Dichtebenen an der Schwelle. Es wurden die folgenden Türschwellen untersucht: Holzschwelle Holzschwelle im Sandwichaufbau Metallprofil mit Kunststoffüberzug Aluminiumprofil ohne thermische Trennung Aluminiumprofil mit 10 mm thermischer Trennung Aluminiumprofil mit 20 mm thermischer Trennung. Aluminiumschwellen mit 20 mm thermischer Trennung sind bisher auf dem Markt nicht zu finden, wurden aber trotzdem untersucht, da im Rahmenbe-

4 Wärmeschutz Weiterhin wurde die Anzahl der Dichtebenen im Türschwellenbereich variiert. Bei zwei Dichtebenen wurde zwischen den Dichtungen ein Abstand von 25 mm angenommen. Es wurden folgende Wärmedurchgangskoeffizienten der Bodenplatte und der Tür angenommen: U Boden = 0,30 W/(m 2 K) und U D = 1,44 W/(m 2 K). Abb. 4: Wärmebrücken durch Einbausituation reich diese Breite möglich ist und sie eine weitere Verbesserung der Kennwerte bewirkt. Außer dem Material der Türschwelle wurde die Breite der Dämmung unter dem Schwellenprofil variiert: 10 mm, 60 mm und 100 mm. Eine Breite von 10 mm ist bei Metallwinkelschienen die maximal mögliche Dämmstoffbreite. Die 60 mm entsprechen der empfohlenen Dämmschichtbreite aus DIN 4108, Beiblatt 2, die um die gesamte Gebäudehülle laufen soll, um u.a. in den Anschlussbereichen ausreichend hohe Temperaturfaktoren zu erhalten. Die Breite von 100 mm wurde als obere Grenze gewählt, da eine Voruntersuchung zeigte, dass bei Breiten über 100 mm keine wesentliche energetische Verbesserung mehr möglich ist. Ergebnis: Deutliche Vorteile für die Holzschwelle Bei den thermischen Kennwerten (Abb. 5) ist deutlich zu erkennen, dass die Temperaturfaktoren im Schwellenbereich insgesamt sehr niedrig und die Wärmebrückenverluste sehr hoch sind. Bei der minimalen thermischen Trennung von 10 mm, die bei der Mehrzahl der Gebäude im Bestand noch unterschritten wird, kommt es sehr häufig zu Tauwasserausfall und im Winter zu Vereisungen. Schäden in der Bausubstanz können die Folge sein. Das Einfügen eines breiteren Dämmstreifens unter der Türschwelle als einzige Maßnahme führt nicht zu deutlich günstigeren Kennwerten. Erst mit einer zweiten Dichtebene an der Türschwelle ist eine Anhebung der f-werte und eine Reduzierung der Wärmebrückenverluste möglich. Bei den Holzschwellen liegt keine gravierende Unterbrechung der thermischen Trennung vor, so dass bei steigender Dämmbreite ein sinkender Wärmebrückenkoeffizient und steigende Oberflächentemperaturen festzustellen sind. Läuft im Holzbau das Schwellenholz unter der Eingangstür durch, so wird die Breite der auf der Bodenplatte Dämmung an dieser Stelle etwas reduziert. Dies verschlechert den Ψ-Wert nur um ca. 0,01 W/(m K). 44 6/2002

5 Abb. 5: Ψ- und f-werte an der Schwelle Wärmeschutz Bei breiteren Türen sind je nach Türschwellenprofil eine oder mehrere Laschen zur Unterstützung erforderlich. Der punktförmige Wärmebrückenkoeffizient durch diese Maßnahme beträgt χ = 0,007 W/K. Auch durch Auflage auf einen statisch belastbaren Dämmblock kann eine Unterstützung der Türschwelle geschehen. In dem Fall kommt es zu keiner In Abbildung 1 werden Empfehlungen für die Ausbildung des Schwellenbereiches angegeben. Die thermische Leistungsfähigkeit des Schwellenholzes oder -profiles bestimmt den Transmissionswärmeverlust erheblich. Mit der Breite des Schwellenprofils wird die maximale Breite der Dämmung unterhalb der Schwelle festgelegt. Mit mindestens 60 mm breiten Schwellen kann der Temperaturfaktor über den Anforderungswert von 0,6 gehoben werden, sofern bei Metallschwellen eine ausreichende thermische Trennung vorliegt. Resümee: Es gibt noch Entwicklungsbedarf In der Forschungsarbeit wurde deutlich, dass die Oberflächentemperaturen bei marktüblichen Außentürsystemen oft unter den Anforderungswerten liegen. Die Berücksichtigung aller thermisch relevanten Türkomponenten ist bei der Gebäudeplanung daher unverzichtbar die Wärmeverluste über Außentüren können bis zu 5 % der gesamten Wärmeverluste eines Niedrig-Energie- Hauses ausmachen. Insbesondere ungünstige Einbausituationen im Schwellenbereich können die Wärmeverluste einer Haustür gegenüber den Prospektangaben (eindimensionaler U D -Wert) leicht um 50 % und mehr erhöhen. Weitere Informationen aus der Forschungsarbeit zum Optimierungspotential aller Außentürkomponenten (incl. ausführlicher Marktrecherche) können folgender Dissertation entnommen werden: Schacht, B.: Zur thermischen Optimierung von Außentürsystemen. Dissertation an der Universität Hamburg, Herunterladen unter: disse/721/dissertation.pdf INSULATION Das äußerst erfolgreiche Kingspan Bausystem sucht einen Partner! Können Sie Structural Insulated Panels (SIPs) verarbeiten? Haben Sie zugelassene Architekten und Bauzeichner, die mit SIPs arbeiten wollen? Dann nutzen Sie diese ausgezeichnete Gelegenheit zur erfolgreichen Weiterentwicklung Ihres Unternehmens! Anzeige Wenden Sie sich bitte an: Kingspan TEK GmbH Gilbert McCarthy Beusterstraße 1a Klosterfelde Tel.: / Fax: / E: info.de@tekhaus.kingspan.com Kingspan und das Löwen-Logo sind registrierte Warenzeichen der Kingspan Gruppe TEKHaus ist ein Warenzeichen der Kingspan Gruppe 6/