Wolfgang M.Willems Kai Schild Simone Dinter Diana Stricker. Formeln und Tabellen Bauphysik

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1 Wolfgang M.Willems Kai Schild Simone Dinter Diana Stricker Formeln und Tabellen Bauphysik

2 Aus dem Programm Bauwesen Sichtbeton Planung von J. Schulz Architektur der Bauschäden von J. Schulz Vieweg Handbuch Bauphysik Teil 1 von W. M.Willems, K. Schild und S. Dinter Vieweg Handbuch Bauphysik Teil 2 von W. M.Willems, K. Schild und S. Dinter Bausanierung von M. Stahr (Hrsg.) Formeln und Tabellen Bauphysik von W. M.Willems, K. Schild, S. Dinter und D. Stricker Estriche von H. Timm Bauentwurfslehre von E. Neufert Hinzunehmende Unregelmäßigkeiten von R. Oswald und R. Abel vieweg

3 Wolfgang M.Willems Kai Schild Simone Dinter Diana Stricker Formeln und Tabellen Bauphysik Wärmeschutz Feuchteschutz Klima Akustik Brandschutz Mit 117 Abbildungen und 218 Tabellen

4 Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. 1. Auflage Juni 2007 Alle Rechte vorbehalten Friedr.Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007 Lektorat: Karina Danulat /Annette Prenzer Der Vieweg Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, Druck und buchbinderische Verarbeitung: Wilhelm & Adam, Heusenstamm Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN

5 Vorwort Wer die Entwicklung der Bauphysik während der letzten Dekaden mitverfolgte, wird heute feststellen, dass sich diese von einer Randerscheinung des Bauwesens zu einem ihrer komplexesten Arbeitsbereiche gewandelt hat. Mit diesem Prozess einher geht eine mit der Zeit immer differenzierter und vielschichtiger werdende Vernormung, die in der Praxis letztendlich zu einer Unüberschaubarkeit dieser Regelwerke führt und es nicht zu erwarten, dass sich dieses in der Zukunft ändern wird. Angesichts dieser Entwicklung erschien es uns wichtig, den planenden Architekten und Ingenieuren sowie den Studierenden der entsprechenden Fachrichtungen ein Nachschlagewerk mit den wesentlichen Anforderungen, Nachweisverfahren und Kennwerten der Bauphysik an die Hand zu geben. Ergänzt werden diese Informationen so es uns erforderlich und sinnvoll erschien durch komprimierte Ausführungen zu den jeweiligen physikalischen Grundlagen und Zusammenhängen. In dieser Struktur liegt auch die Abgrenzung dieses Werkes zum wesentlich umfangreicheren Vieweg Handbuch Bauphysik, welches eher als Kompendium mit ausführlichen Hintergrundinformationen ausgelegt ist. Wir haben die Themen dieses Buches unter dem Gesichtspunkt der Praxisrelevanz ausgewählt und alle damit verknüpften Informationen äußerst sorgfältig zusammengetragen und überprüft. Dennoch können Fehler auftreten und vielleicht auch die Einbeziehung zusätzlicher Themenbereiche erforderlich werden. Es würde uns freuen, wenn Sie - die Anwender dieses Tabellenwerkes - uns die notwendige Rückmeldung zukommen lassen würden, um dieses Werk in der nächsten Auflage dann weiter Ihren Wünschen anpassen zu können. Bochum, im April 2007 Die Autoren

6 I Inhaltsverzeichnis 1 Berechnungshilfen 1.1 Griechisches Alphabet Mathematische Grundlagen Geometrie... 2 Flächenberechnung... 2 Volumenberchnung Rechenregeln... 9 Potenzen... 9 Wurzeln... 9 Logarithmen Quadratische Gleichung Trigonometrie Bauschra uren Wärme- und feuchtetechnische Kennwerte Putze, Mörtel, Asphalt und Estriche Beton Bauplatten Mauerwerk aus Klinkern und Ziegeln Mauerwerk aus Kalksandsteinen, Hüttensteinen und Porenbeton- Plansteinen Mauerwerk aus Betonsteinen Holz und Holzwerksto e Wärmedämmsto e Lose Schüttungen Fußbodenbeläge, Abdichtsto e, Dachbahnen, Folien Glas, Natursteine Lehmbausto e Metalle Wasser, Eis, Schnee Böden Gase Gummi, massive Kunststo e Wärmeschutz 2.1 Wärmeschutztechnische Begri e Temperatur Rohdichte Spezifi sche Wärmekapazität Wärmeleitfähigkeit Temperaturleitzahl Wärmeeindringkoe zient... 34

7 II Inhaltsverzeichnis Wärmestrom Wärmestromdichte Wärmeübergangskoe zient Wärmeübergang infolge Konvektion Wärmeübergang infolge Strahlung Wärmeübergangswiderstand Bauteile mit nicht ebenen Oberfl ächen Wärmedurchlasswiderstand Wärmedurchlasswiderstand für eine Bausto schicht Wärmedurchlasswiderstand für eine Luftschicht Wärmedurchlasswiderstand für einen Luftraum Wärmedurchlasswiderstand unbeheizter Räume Wärmedurchgangswiderstand Wärmedurchgangskoe zient für opake Bauteile Korrektur des U-Wertes bei Luftspalten im Bauteil Korrektur des U-Wertes bei Durchdringung der Dämmschicht durch Befestigungsteile Korrektur des U-Wertes durch Niederschlag auf Umkehrdächern Berechnung des U-Wertes für Bauteile mit keilförmigen Schichten Berechnung des U-Wertes für zweischalige Dach- und Wandaufbauten im Stahlleichtbau Berechnung des U-Wertes für Sandwichelemente Wärmedurchgangskoe zient für Fenster Wärmedurchgangskoe zient der Verglasung Wärmedurchgangskoe zient des Rahmens Wärmedurchgangskoe zient des Fensters Bestimmung von Temperaturverteilungen Stationäre Randbedingungen Rechnerisches Verfahren Graphisches Verfahren Instationäre Randbedingungen - Binder/Schmidt Verfahren Wärmebrücken Definition und Formen des Auftretens Definition nach DIN EN ISO Konstruktiv bedingte Wärmebrücken / sto bedingte Wärmebrücken Geometrisch bedingte Wärmebrücken / formbedingte Wärmebrücke.. 63 Mischformen Lüftungs- und umgebungsbedingte Wärmebrücken Längenbezogener Wärmedurchgangskoe zient Wärmebrückenkataloge Berücksichtigung von Wärmebrücken beim Nachweis nach EnEV Mindestanforderungen an den Wärmeschutz im Winter Anforderungen an opake Massivbauteile Anforderungen an leichte Bauteile, Rahmen- und Skelettbauarten... 69

8 Anfordeungen an Gbäude mit niedrigen Innentemperaturen Anforderungen im Bereich von Wärmebrücken Anforderungen an Fenster, Fenstertüren und Türen Energiesparender Wärmeschutz - Energieeinsparverordnung Geltungsbereich der EnEV Bezugsgrößen und Anforderungen für Neubauten Bezugsgrößen und Anforderungen für Änderungen an bestehenden Gebäude und Anlagen sowie für Gebäude mit geringem Volumen Struktur der Nachweisverfahren für Neubauten Verfahren für Gebäude mit niedrigen Innentemperaturen Vereinfachtes Verfahren für Wohngebäude mit einen Fensterfl ächenanteil < 30 % (Periodenbilanzverfahren) Detailliertes Verfahren (Monatsbilanzverfahren) Ermittlung der Eingangsgrößen Wärmeübertragende Umfassungsfl äche Bruttovolumen Wärmedurchgangskoe zienten Nutzfläche Tabellen zur Ermittlung der Wärmeverluste und -gewinne Transmissionswärmeverlust Lüftungswärmeverlust Solare Wärmegewinne Interne Wärmegewinne Ermittlung des Ausnutzungsgrades der solaren und internen Gewinne Ermittlung der Anlagenaufwandszahl Diagrammverfahren Tabellenverfahren Formulare zur Anlagenbewertung Wärmeübertragung über das Erdreich Einführung Wärmebrücken am Wand-Bodenplatten-Anschluss Wärmeverluste über erdberührte Bodenplatten (nicht unterkellert) Wärmeverluste über aufgeständerte Bodenplatten (Kriechkeller) Wärmeverluste bei beheiztem Keller Wärmeverluste bei unbeheiztem oder teilweise beheiztem Keller Wärmetechnische Bemessung von Gebäudegründungen zur Vermeidung von Frosthebung gemäß DIN EN ISO Frostindex Bemessungswert des Frostindex Gründungstiefe Frosteindringtiefe in ungestörtem Erdreich Bemessung für Bodenplatten auf Erdreich bei beheizten Gebäuden III

9 IV Inhaltsverzeichnis 2.7 Sommerlicher Wärmeschutz Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN Sonneneintragskennwert Zulässiger Sonneneintragskennwert Wärmespeicherfähigkeit der raumumschließenden Bauteile Raumgeometrie Luftdichtheit Anforderungen und Planungsempfehlungen gemäß DIN Anforderungen Materialien Planungsempfehlungen Feuchteschutz 3.1 Feuchteschutztechnische Begri e Wasserdampf Wasserdampfpartialdruck Wasserdampfsättigungsdruck Norm-Atmosphäre Relative Luftfeuchte Konzentration der trockenen Luft Wasserdampfkonzentration Wasserdampfsättigungskonzentration Taupunkttemperatur Wasserdampf-Di usionsübergangswiderstand Wasserdampf-Di usionsleitkoe zient ruhender Luft Wasserdampf-Di usionsdurchlasswiderstandszahl Wahl des -Wertes für poröse Bausto e bei stationären Di usionsberechnungen Wasserdampf-Di usionsdurchlasswiderstandszahl Wasserdampf-Di usionsdurchgangskoe zient Wasserdampf-Di usionsstromdichte Wasserdampfdi usionsäquivalente Luftschichtdicke Sorptionsisotherme Massebezogener Feuchtegehalt Volumenbezogener Feuchtegehalt Gleichgewichtsfeuchtegehalt Praktischer Feuchtegehalt Kritischer Feuchtegehalt Maximaler Feuchtegehalt Bestimmung des Wasserdampfpartialdruckverlaufes Rechnerisches Verfahren Graphisches Verfahren Zusammenstellung der wasserdampfdi usionstechnischen Größen

10 3.3 Schlagregenschutz Schlagregenbeanspruchungsgruppen Kriterien für Putze und Beschichtungen Zuordnung von Bauteilkonstruktionen und Beanspruchungsgruppen nach DIN Klimabedingter Feuchteschutz nach DIN Tauwasserbildung und Schimmelpilzbildung auf Bauteiloberfl ächen Bauteiloberfl ächentemperatur Mindestwärmeschutz Tauwasserbildung im Innern von Bauteilen Nachweisfreie Bauteilkonstruktionen nach DIN Ablauf der Nachweisführung im Glaser-Verfahren Schritt - Zusammenstellung der klimatischen Randbedingungen Schritt - Berechnung der Wasserdampfsättigungsdrücke Schritt - Darstellung des p s -Verlaufes Schritt - Darstellung des p D -Verlaufes bei tauwasserfreiem... Querschnitt Schritt - Darstellung des p D -Verlaufes bei Tauwasserausfall im... Querschnitt Schritt - Berechnung der Tauwassermenge Nachweis zur Vermeidung extremer Feuchteansammlung Schritt - Berechnung der Verdunstungswassermenge Bemessung einer erforderlichen Dampfbremse Rechnerisch Graphisch Klimabedingter Feuchteschutz nach DIN EN ISO Außenseitige klimatische Randbedingungen Lufttemperatur und relative Feuchte Wasserdampfpartialdruck Raumseitige klimatische Randbedingungen Lufttemperatur und relative Feuchte Wasserdampfpartialdruck Raumseitige Oberfl ächentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflächenfeuchte Struktur des Nachweisverfahren bei schwerer Bauweise Struktur des Nachweisverfahren für Fenster und bei leichter Bauweise Tauwasserbildung im Bauteilinnern Struktur des Berechnungsverfahrens Ermittlung des Anfangsmonats Schritt - Zusammenstellung der klimatischen Randbedingungen Schritt - Erstellung der Di usionsdiagramme Schritt - Berechnung der Tauwasser- und Verdunstungsmengen Schritt - Ergebnis der Jahresbilanzberechnung V

11 VI Inhaltsverzeichnis 4 Schallausbreitung 4.1 Physikalische Grundlagen der Schallausbreitung Schallschwingung e ektiver Schalldruck Frequenz Wellenlänge Frequenzspektrum Schallgeschwindigkeiten Definition unterschiedlicher Schallpegel Schalldruckpegel Addition und Subtraktion von Schallpegeln Mittelung zeitlich veränderlicher Schallpegel Mittelung örtlicher veränderlicher Schallpegel Lautstärkeempfi nden und Frequenzbewertung Schallausbreitung Punktschallquellen Linienschallquellen Immissionsgrenzwerte bei Schallausbreitung im Freien Anforderungen und Orientierungswerten Anforderungen nach TA Lärm Anforderungen nach Sportanlagenlärmschutzverordnung Anforderungen nach der Verkehrslärmschutzverordnung Orientierungswerte nach DIN Bbl Ermittlung von Schallimmissionen nach TA Lärm Allgemeines Ermittlung der Geräuschimmissionen aus Vorbelastung durch Messung Ermittlung der Geräuschimmissionen aus Zusatzbelastung mit der überschlägigen Prognose Ermittlung von Schallimmissionen nach DIN ISO Anwendungsbereich Randbedingungen Rechenvorgaben Äquivalenter Oktavband-Dauerschalldruckpegel bei Mitwind Äquivalenter A-bewerteter Dauerschalldruckpegel bei Mitwind Äquivalenter A-bewerteter Langzeit-Mittelungspegel Richtwirkungskorrektur Dämpfung - Oktavbanddämpfung Dämpfung - Geometrische Ausbreitung Dämpfung - Luftabsorption Dämpfung - Bodene ekt Dämpfung - Vereinfachtes Verfahren für den Bodene ekt Dämpfung - Abschirmung

12 Dämpfung - Zusätzliche Dämpfungsarten Bewuchs Industriegelände Bebauung Meteorologische Korrektur Bauakustik 5.1 Grundlagen des Luftschallschutzes Schalltransmissionsgrad Schallpegeldi erenz Norm-Schallpegeldi erenz Standard-Schallpegeldi erenz Schalldämm-Maß Schachtpegeldi erenz Schallübertragungswege Bewertung des Schalldämm-Maßes Spektrum-Anpassung Schalldämmung zusammengesetzter Flächen Schalldämmung eines Bauelements BERGERsches Massegesetz Einschalige Bauteile Koinzidenzfrequenz Koinzidenzgrenzfrequenz Eigenfrequenz Mehrschalige Bauteile Dynamische Steifi gkeit Resonanzfrequenz Stehende Wellen Grundlagen des Trittschallschutzes Schallübertragungswege Trittschallpegel Norm-Trittschallpegel Standard-Trittschallpegel Trittschallminderung Bewertung des Norm-Trittschallpegels Spektrum-Anpassung Anforderungen an den Schallschutz Allgemeines Anforderungen nach DIN 4109 (11.89) Schallschutz gegen Außenlärm Luft- und Trittschalldämmung zum Schutz gegen Schallübertragung aus fremden Wohn- und Arbeitsbereich Anforderungen bei besonders lauten Räumen Schallschutz vor Geräuschen aus haustechnischen Anlagen und Gewerbebetrieben VII

13 VIII Inhaltsverzeichnis Empfehlungen nach Beiblatt 2 der DIN 4109 (11.89) Schallübertragung aus fremden Wohn- und Arbeitsbereich Schallübertragung aus eigenem Wohn- und Arbeitsbereich Anforderungen nach VDI Schallschutz gegen Außenlärm Luftschallschutz Trittschallschutz Anforderungen nach DIN Entwurf- (10.06) Raumgruppen für den Luftschallschutz Raumgruppen für den Trittschallschutz Anforderungswerte für Gebäude mit Wohn- und Arbeitsbereichen Anforderungswerte für den Luftschallschutz gegen Außenlärm Schallschutz vor Geräuschen aus haustechnischen Anlagen Nachweisverfahren Außenlärm nach Bbl. 1 der DIN 4109 (11.89) Ermittlung des maßgeblichen Außenlärmpegels Straßenverkehr Nachweisführung Luftschallschutz im Gebäude nach Bbl. 1 der DIN 4109 (11.89) - für Gebäude in Massivbauweise Flankierende Bauteile - vorausgesetzte Randbedingungen Flankierende Bauteile - Korrekturwert bei biegesteifen trennenden Bauteilen Flankierende Bauteile - Korrekturwert bei biegeweichen trennenden Bauteilen Flankierende Bauteile - Korrekturwert bei Vorsatzschalen und biegeweichen trennenden Bauteilen Nachweisführung Luftschallschutz im Gebäude nach Bbl. 1 der DIN 4109 (11.89) - für Gebäude in Skelett- oder Holzbauweise Voraussetzungen Ermittlung der Rechenwerte - Trennendes Bauteil Ermittlung der Rechenwerte - Flankierende Bauteile Vereinfachte Nachweisführung Genaue Nachweisführung Trittschallschutz im Gebäude nach Bbl. 1 der DIN 4109 (11.89) - für Gebäude in Massivbauweise Voraussetzungen Anordnung der Räume Ermittlung der Rechenwerte für Massivdecken Ermittlung der Rechenwerte für Holzbalkendecken Nachweis Trittschallschutz im Gebäude nach Bbl. 1 der DIN 4109 (11.89) - für Gebäude in Skelett- oder Holzbauweise Ermittlung der Rechenwerte Nachweis

14 5.5 Kennwerte für den Luft- und Trittschallschutz Bewertetes Luftschalldämm-Maß massiver Bauteile Rechenwerte der Rohdichten nach DIN 4109 Bbl Einschalige, biegesteife Wand Zweischalige Haustrennwände Mehrschalige massive Wände mit biegeweicher Vorsatzschale Schalldämm-Maß von Fenstern, Türen, Toren und Rolladenkästen Bewerteter Normtrittschallpegel massiver Bauteile Massive Trenndecken Massive Treppen (Läufe und Podeste) Bewerteter Normtrittschallpegel von Bauteilen in Holzbauweise Raumakustik 6.1 Grundlagen der Raumakustik Ziele der Raumakustik Hörsamkeit Verständlichkeit Gesamtstörschallpegel Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsgrad Äquivalente Schallabsorptionsfl äche Nachhallzeit Schallpegelminderung Technische Absorber Di erenzierungen Poröse Absorber Plattenresonatoren Eigenfrequenz Stehende Wellen Helmholtz-Resonator Mikroperforierte Absorber Anforderungen an die Hörsamkeit Volumenkennzahl Störgeräusche Nachhallzeit geometrische Gestaltung der Räume Schallreflexionen Allgemeines Spiegelnde Refl exion Di use Refl exion Anordnung schallabsorbierender Flächen Kleine Räume Mittelgroße Räume und kleine Hallen Zusammenstellung Schallabsorptionsgrade IX

15 X Inhaltsverzeichnis 7 Brandschutz 7.1 Anforderungen an den Brandschutz Brandverhalten Brandverlauf Deutsches Klassifizierungsystem nach DIN DIN DIN Europäisches Klassifizierungssystem nach DIN EN DIN EN : Benennung des Brandverhaltens von Bauprodukten Europäische Klassen und bauaufsichtliche Anforderungen DIN EN : Benennung des Feuerwiderstandes Klassifi zierungskriterien Feuerwiderstandsklassen von Bauteilen Literatur Berechnungshilfen Wärmeschutz Feuchteschutz Schallausbreitung Bauakustik Raumakustik Brandschutz Index