Kleine Bauphysik-Kunde. Grundwissen

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1 Kleine Bauphysik-Kunde Grundwissen

2 Das ideale Wohlfühl-Haus. Alles aus Ton. Alles von Wienerberger Die Frage nach dem idealen Haus ist schwer zu beantworten, sind die Geschmäcker bekanntlich doch sehr verschieden. Worauf sich aber fast alle Planer und Bauherren schnell einigen können, ist der Wunsch nach einem wohngesunden Klima in den eigenen vier Wänden, niedrigen Energiekosten und einer langlebigen und wartungsarmen Bausubstanz. Die ideale Lösung heißt homogenes Bauen mit Ziegeln. Das massive Mauerwerk aus unserem wärmedämmenden POROTON-Ziegelsystem, die schützenden Verblender aus dem vielfältigen TERCA-Sortiment, als energiesparendes Heizkonzept das zukunftsorientierte KAMTEC-Schornsteinsystem und als farbschönes und langlebiges Dach natürliche Tondachziegel von KORAMIC.

3 Inhalt Wärmeschutz Energieeffizientes Bauen 4 Wärmeleitfähigkeit 6 Wärmedurchlasswiderstand R 6 Wärmeübergangswiderstände R si und R se 7 Wärmedurchgangswiderstand R T 7 Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) 7 U-Werte ein- und zweischaliges Mauerwerk 8 Instationäre Wärmebewegung 10 Wärmespeicherfähigkeit 10 Auskühlzeit 11 Temperaturträgheit 12 Sommerlicher Wärmeschutz 12 Wärmebrücken 13 Luftdichtheit 13 Feuchteschutz Feuchtigkeitsquellen 14 Feuchtigkeit und Wärmedämmung 14 Austrocknungsverhalten 15 Gleichgewichtsfeuchte 16 Praktischer Feuchtegehalt 16 Feuchtegehalt frei Bau 16 Wasserdampf in der Luft 18 Relative Luftfeuchtigkeit f 18 Taupunkttemperatur 19 Tauwasser 19 Wasserdampfdiffusion 19 Wasserdampfdiffusionsverhalten 20 Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl 20 Diffusionsäquivalente Luftschichtdicke s d 20 Wasserdampfdruck p [Pa] 20 Tauwasserschutz 21 Bauwerksabdichtung 22 Schallschutz Schall 24 Luftschall 24 Körperschall 24 Trittschall 24 Schalldämmung 24 Normative Anforderungen 24 Künftig anzuwendende Verfahren 25 Schalldämmmaß 25 Schalllängsleitung 25 Schallübertragung 26 Planungshilfen 26 Schalldämmung von Außenbauteilen 27 Brandschutz Brandverhalten 30 Brandwände 30 Feuerwiderstandsklasse 30 Einflüsse auf den Feuerwiderstand 30 Formbeständigkeit Formänderung 32 Kriechen 32 Schwinden 32 Frostbeständigkeit 32 Statik Druckfestigkeit 33 Festigkeitsklassen 33 Fugendicke 33 Mauerwerksdruckspannung 34 Ringanker 34 Ringbalken 34 Überbindemaß 35 Verband 35 Tragende Wände 35 Aussteifende Wände 35 Nichttragende Wände 35 Wandsystemvergleich Bewertung von Neubau- Wandkonstrukionen 36 Beurteilungskriterien 36 3

4 Wärmeschutz Die Grundformel zur Ermittlung des Gesamtenergiebedarfs Q P = Endenergie in kwh/a Q W = Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung Q =(Q +Q ) e P h w P Q h = Jahresheizwärmebedarf (Transmissionswärmeverluste inkl. Wärmebrücken + Lüftungswärmeverluste = interne und solare Gewinne) e P = Anlagenaufwandszahl Schematische Darstellung der Verlust- und Gewinnquellen einer Gebäudeenergiebilanz Energieeffizientes Bauen Im Rahmen der internationalen Verpflichtung des Kyoto-Protokolls sind die CO 2 -Emissionen in Deutschland deutlich zu reduzieren. Ein erster Schritt dazu war die Einführung der Energieeinsparverordnung (EnEV) im Jahr Im Juni 2008 hat der Bundestag ein umfangreiches Gesetzespaket zum Klimaschutz (kurz Klimapaket ) verabschiedet, bei dem weiterhin die Reduzierung der CO 2 -Emissionen im Vordergrund steht. Gebäudebestand und Neubauten nehmen in diesem Klimapaket eine tragende Rolle ein. EEWärmeG Bereits zum 1. Januar 2009 wurde das im Rahmen des Klimapakets novellierte Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz (EEWärmeG) verbindlich. Zur Deckung des Wärmeenergiebedarfs beinhaltet es eine Nutzungspflicht für regenerative Energien beim Hausneubau. Energieeinsparverordnung (EnEV) Mit der Novellierung der EnEV 2009 steht eine Verschärfung der Anforderungen mit dem Ziel bevor, den Primärenergiebedarf für Heizung und Warmwasser im Gebäudebereich um etwa 30 Prozent zu senken. Q v Q S Q T Q S Q T Q T Q i Q Tw Q An l Endenergie (Gebäudegrenze) Q Anl Q T Primärenergie Das soll die EnEV beim Neubau erreichen: Senkung des Primärenergie-Bedarfs auf ein jeweils politisch festgelegtes niedriges Niveau. Reduzierung des durch Gebäudebeheizung und Warmwasser bereitung entstehenden CO 2 -Ausstoßes. Berücksichtigung möglichst vieler energiewirksamer Einflussfaktoren (Gewinn/Verlust) zur größtmöglichen Planungsfreiheit. Förderung des Einsatzes erneuerbarer/alternativer Energien für Raumheizung, Warmwasser-Bereitung und Lüftung. Sommerlicher Wärmeschutz auch ohne Einsatz von Energie zur Kühlung. Vergleich des Energiebedarfs von unterschiedlichen Häusern und Wohnungen. Dadurch Wettbewerbssituation auf dem Wohnungsmarkt im Sinne eines Verbraucherschutzes. 4

5 Der Primärenergie-Bedarf Q P stellt die Hauptanforderung der EnEV dar und umfasst den Heizenergiebedarf sowie alle Vorketten der zur Energienutzung erforderlichen fossilen Brennstoffe. Der vorhandene Primärenergie-Bedarf eines Wohngebäudes wird in [kwh/a] angegeben. Der Heizwärmebedarf Q h [kwh/a] beinhaltet den rechnerisch ermittelten Wärmeeintrag über das Heizsystem, das zur Aufrechterhaltung einer definierten Rauminnentemperatur benötigt wird. Spezifischer Transmissionswärmeverlust H T [W/m 2 K] Kann als spezifischer Wärmestrom vom beheizten Raum zur äußeren Umgebung definiert werden. In die Berechnung fließen als wichtigste Parameter sämtliche Bauteilflächen der wärmetauschenden Gebäudehülle und deren U-Werte (ehemals k-werte) ein. Des weiteren wird der Einfluss von Wärmebrücken berücksichtigt. Der zulässige Transmissionswärmeverlust ist grundsätzlich von der Gebäudeart abhängig. Unter dem Trinkwasser-Wärmebedarf Q w [kwh/a] wird die Nutzwärme verstanden, die zur Erwärmung der gewünschten Menge des Trinkwassers zugeführt werden muss. Nach EnEV und DIN V wird ein flächenbezogener Wert von 12,5 kwh/m 2 a angegeben. Dies entspricht etwa einem täglichen Trinkwarmwasserbedarf von 23 Litern pro Person bei 50 C Warmwassertemperatur. Mit der Aufwandszahl e P werden sämtliche Anlagenverluste für Trinkwarmwasser - er wärmung, Heizungs- und Lüftungstechnik beschrieben. In der DIN V sind entsprechende Kennwerte für diverse Anlagensysteme hinterlegt. Eine kompakte Bauform trägt zum geringen Energiebedarf bei und lässt Spielraum in der wärmedämmtechnischen Gestaltung der Außenbauteile zu. Der Kompaktheitsgrad eines Gebäudes ergibt sich aus dem Verhältnis seiner Wärme übertragenden Hüllfläche zum beheizten Bauwerksvolumen. Der nach den o. a. normativen Vorgaben errechnete und im Energieausweis auszuweisende Endenergiebedarf kann in Abhängigkeit vom Nutzerverhalten (Heizen, Lüften, Warmwasserverbrauch) deutlich vom tatsächlichen Verbrauch abweichen. Weitere Informationen finden Sie in unserer Broschüre Energieeffizientes Planen und Bauen 5

6 Wärmeleitfähigkeit l Jeder Baustoff besitzt eine bestimmte Wärmeleitfähigkeit. So weisen z. B. Metalle eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf und leichte und poröse Stoffe eine eher geringe. Die physikalische Größe dafür ist der Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit l [W/mK]. Er gibt die Wärmemenge in Watt an, die stündlich durch 1 m 2 einer 1 m dicken Stoffschicht geleitet wird, wenn die beiden gegenüberliegenden Oberflächen einen Temperaturunterschied von 1 K (1 C) aufweisen. Es findet ein Wärmestrom von der wärmeren zur kalten Seite statt, dabei wird in den Stoffschichten eines Bauteiles Wärme durch Leitung von einer Baustoffschicht zur nächsten befördert. POROTON-Ziegel haben eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit und dadurch eine sehr gute Wärmedämmwirkung. Beispiele für die Wärmeleitfähigkeit von POROTON-Mauerwerk: POROTON-T 7 POROTON-T 8 POROTON-T 9 POROTON-S 9 POROTON-S 10 POROTON-S 11 POROTON-Planziegel-T 8 POROTON-Planziegel-T 9 POROTON-Planziegel-T 10 POROTON-Planziegel-T 12 POROTON-Planziegel-T 14 POROTON-Planziegel-T 16 POROTON-Planziegel-T 18 l = 0,07 W/mK l = 0,08 W/mK l = 0,09 W/mK l = 0,09 W/mK l = 0,10 W/mK l = 0,11 W/mK l = 0,08 W/mK l = 0,09 W/mK l = 0,10 W/mK l = 0,12 W/mK l = 0,14 W/mK l = 0,16 W/mK l = 0,18 W/mK Wärmedurchlasswiderstand R Der Wärmedurchlasswiderstand R, auch als Wärmedämmwert bezeichnet, wird als Quotient aus der Schichtdicke des Baustoffes und seinem Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit berechnet. Bei geschichteten Wänden setzt sich der gesamte Wärmedämmwert aus den Wärmedurchlasswiderständen der einzelnen Schichten zusammen. R = d 1 /l 1 + d 2 /l 2 + d n /l n [m 2 K/W]. Je höher der Wert, desto geringer der Wärmeverlust. 6

7 Wärmeübergangswiderstände R si und R se An der Grenzschicht zwischen Innen- bzw. Außenluft wird beim Wärmeübergang von der Luft zur Wand eine Temperaturreduzierung hervorgerufen. Von der leicht bewegten Luft wird dabei Wärme an die Wandoberflächen übertragen. Daran ist auch Wärmeleitung in den angrenzenden Luftschichten beteiligt. Erfasst wird dieser Wärmeaustausch durch den Wärmeübergangswiderstand R s. Er gibt die Wärmemenge in Watt an, die stündlich je Quadratmeter Wandfläche durch Strahlung, Leitung und Konvektion übertragen wird, wenn der Temperaturunterschied zwischen Luft und Wandoberfläche 1 K beträgt. Die Rechenwerte der Wärmeübergangswiderstände sind auf der Innen- und Außenseite der Wand zu berücksichtigen. Der Wärmeübergangskoeffizient für Innenseiten von Wandflächen wird mit dem Index i = intern- bzw. raumseitig versehen. Auf der Außenseite erhält er den Index e = extern. Anzusetzen sind festgelegte Werte, je nach Bewegungsrichtung des Wärmestroms (nach oben, nach unten, horizontal). Wärmedurchgangswiderstand R T Werden der innere und der äußere Wär me übergangswiderstand zum Dämmwert der Wand hinzugezählt, so ergibt sich der Wärmedurchgangswiderstand: R T = R si + R + R se [m 2 K/W] Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) Nach der Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstandes kann der Wärmedurch gangskoeffizient U [W/m 2 K] durch Bildung des Kehrwertes bestimmt wer den Der Wärme - durchgangskoeffizient, auch U-Wert genannt, dient der Berechnung des Transmissionswärmebedarfs nach der Energieeinsparverordnung. Er stellt eine Verlustgröße dar und dient damit auch dem Vergleich unterschiedlicher Bauteile (Wände, Fenster, Dach usw.). Je kleiner der Verlust, desto sparsamer wirkt das Bauteil. Formeln Wärmedurchlasswiderstand R R = d 1 /l 1 + d 2 /l 2 + d n /l n [m 2 K/W] Wärmedurchgangswiderstand R T R T = R si + R + R se [m 2 K/W] 7

8 U AW -Werte einund zweischaliger Wand konstruktionen U-Werte berechnet nach DIN EN ISO 6946 Hervorragende Wärmedämmung Produktbezeichnung Zulassung Rohdichteklasse [kg/dm³] Wärmeleitfähigkeit W/(mK) POROTON-T7-P/-MW* Z /-1060* # 0,60/0,55* 0,07 POROTON-T8-P/-MW* Z /-1041* 0,60/0,65* 0,08 POROTON-T9-P Z ,65 0,09 Planziegel-T8 Z ,60 0,08 Planziegel-T9 Z ,65 0,09 Planziegel-T10 Z ,65 0,10 POROTON-S9-P/-MW* Z /-1061* 0,70/# 0,70* 0,09 POROTON-S10-P/-MW* Z /-1034* # 0,75 0,10 POROTON-S11-P Z ,90 0,11 Planziegel-T12 Z ,65 0,12 Planziegel-T14 Z ,70 0,14 Planziegel-T18 Z ,80 0,18 Hochlochziegel-Plan-T Z /-868 0,9/1,2/1,4 0,42/0,50/0,58 Einschaliges Außenmauerwerk beidseitig verputzt: Produktempfehlung Wärmeleitfähigkeit (W/mK) DM-Dünnbettmörtel LM-Leichtmauermörtel 1) mit Mineral. Faserleichtputz ( = 0,22 W/mK) 2) 4,0 cm Wärmedämmputz ( = 0,07 W/mK) U-Werte (W/m 2 K) nach DIN EN ISO 6946 ( ) für Wandstärke in cm 30,0 36,5 42,5 49,0 T7-P/-MW 0,07 mit DM 0,18 0,16/0,15 2 ) 0,14 T8-P/T8-MW 0,08 mit DM 0,25 0,21 0,18 0,16/0,15 2 ) T9-P/Plan-T9 1) 0,09 mit DM 0,28 0,23 0,20 S9-P/-MW 0,09 mit DM 0,28 0,23 0,20 S10-P/-MW 0,10 mit DM 0,31 0,26 0,22 S11-P 0,11 mit DM 0,34 0,28 Plan-T8 0,08 0,21 0,18 Plan-T9 0,09 0,28 0,23 0,20 Plan-T10 1) 0,10 mit DM 0,31 0,26 Plan-T12 1) /Block-T12 1) 0,12 mit DM/LM 21 0,36 0,30 0,26 0,23 0,30 Plan-T14/Block-T14 0,14 mit DM/LM 21 0,42 0,35 Wandaufbauten Außenputz 2,0 cm, Mineralischer Leichtputz, 0,31 W/(mK) POROTON-Ziegel, Dicke und gemäß Tabellen Innenputz 1,5 cm, Kalkgipsputz, = 0,70 W/(mK) Wärmedämmung, Dicke gemäß Tabellen, = 0,035 W/(mK) Vormauerschale 11,5 cm Hlz-Plan-T = 0,39 W/(mK) 2,0 d 1,5 Zweischaliges Außenmauerwerk mit Kerndämmung u. verputzter Vormauerschale Produktempfehlung Wandstärke Ziegel in cm Wärmeleitfähigkeit (W/mK) U-Werte* (W/m 2 K) nach DIN EN ISO 6946 ( ) Dämmstoffdicke in cm ( = 0,035 W/mK) Mauerwerk nach DIN (Schalenabstände bis 15,0 cm) 10,0 12,0 14,0 Planziegel-T14 24,0 0,14 mit DM 0,20 0,18 0,16 Planziegel-T18 Hochlochziegel-Plan-T 17,5 0,23 0,20 0,18 0,18 mit DM 24,0 0,21 0,19 0,17 17,5 0,26 0,24 0,21 0,42 mit DM 24,0 0,25 0,22 0,20 * Einfluss der Verbindungsmittel 5 Stück/m 2 ist berücksichtigt Mehrschaliges Außenmauerwerk mit WDVS Produktempfehlung HLz-Plan-T HLz-Block-T Wandstärke Ziegel in cm Wärmeleitfähigkeit (W/mK) DM-Dünnbettmörtel NM-Normalmörtel U-Werte* (W/m 2 K) nach DIN EN ISO 6946 ( ) Dämmstoffdicke in cm ( = 0,035 W/mK) 10,0 12,0 14,0 16,0 20,0 17,5 0,29 0,25 0,22 0,20 0,17 0,42 mit DM/NM 24,0 0,28 0,24 0,22 0,19 0,16 HLz-Plan-T HLz-Block-T 15,0 0,30 0,26 0,23 0,21 0,17 17,5 0,50 mit DM/NM 0,29 0,25 0,23 0,20 0,17 24,0 0,28 0,24 0,22 0,20 0,16 HLz-Plan-T HLz-Block-T 17,5 0,30 0,26 0,23 0,20 0,17 0,58 mit DM/NM 24,0 0,29 0,25 0,22 0,20 0,17 * Einfluss der Verbindungsmittel 5 Stück/m 2 ist berücksichtigt 8

9 Zweischaliges Außenmauerwerk mit Luftschicht Produktempfehlung Wärmeleitfähigkeit (W/ mk) U-Werte* (W/m 2 K) nach DIN EN ISO 6946 ( ) für Wandstärken in cm 30,0 36,5 T8-P/T8-MW 0,08 mit DM 0,25 0,21 T9-P/S9-P/S9-MW 0,09 mit DM 0,28 0,24 S10-P/S10-MW 0,10 mit DM 0,31 0,25 S11-P 0,11 mit DM 0,33 0,28 Planziegel-T8 0,08 mit DM 0,21 Planziegel-T9 0,09 mit DM 0,28 0,24 Planziegel-T10 0,10 mit DM 0,31 0,25 * Einfluss der Verbindungsmittel 5 Stück/m 2 ist berücksichtigt. Durch die gemäß DIN geforderten Be- und Entlüftungsöffnungen fällt diese Konstruktion unter die Definition stark belüftet. Die Luftschicht und die ormauerschale werden somit bei der Berechnung nicht berücksichtigt. Wandaufbauten TERCA-Vormauerziegel 11,5 cm, Rohdichteklasse 1,6, = 0,68 W/(mK) POROTON-Ziegel, Dicke und gemäß Tabellen Innenputz 1,5 cm, Kalkgipsputz, = 0,70 W/(mK) Wärmedämmung, Dicke gemäß Tabellen, = 0,035 W/(mK) Luftschicht 4,0 cm, stark belüftet Zweischaliges Außenmauerwerk mit Luftschicht und Wärmedämmung Produktempfehlung Wandstärke Ziegel in cm Wärmeleitfähigkeit (W/mK) U-Werte* (W/m 2 K) nach DIN EN ISO 6946 ( ) Dämmstoffdicke in cm ( = 0,035 W/mK) Luftschichtanker mit DIN bauaufsichtlicher Zulassung 10,0 12,0 14,0 T9-P/S9-P/S9-MW 30,0 0,09 mit DM 0,16 0,14 0,13 T8-P/T8-MW 30,0 0,08 mit DM 0,15 0,16 0,14 S10-P/S10-MW 30,0 0,10 mit DM 0,17 0,16 0,14 POROTON-S11 30,0 0,11 mit DM 0,17 0,16 0,14 Planziegel-T14 24,0 0,14 mit DM 0,21 0,19 0,17 Planziegel-T18 17,5 0,25 0,22 0,19 0,18 mit DM 24,0 0,23 0,20 0,18 Hochlochziegel-Plan-T 17,5 0,29 0,25 0,22 0,42 mit DM 24,0 0,28 0,24 0,21 Hochlochziegel-Plan-T 1,2 17,5 0,29 0,25 0,22 0,50 mit DM 24,0 0,28 0,25 0,21 Hochlochziegel-Plan-T 1,4 17,5 0,30 0,26 0,22 0,58 mit DM 24,0 0,29 0,24 0,22 * Einfluss der Verbindungsmittel 5 Stück/m 2 ist berücksichtigt. Durch die gemäß DIN geforderten Be- und Entlüftungsöffnungen fällt diese Konstruktion unter die Definition stark belüftet. Die Luftschicht und die Vormauerschale werden somit bei der Berechnung nicht berücksichtigt. Zweischaliges Außenmauerwerk mit Kerndämmung Produktempfehlung Wandstärke Ziegel in cm Wärmeleitfähigkeit (W/mK) DM-Dünnbettmörtel LM-Leichtmauermörtel NM-Normalmörtel U-Werte* (W/m 2 K) nach DIN EN ISO 6946 ( ) Dämmstoffdicke in cm ( = 0,035 W/mK) Mauerwerk nach DIN (Schalenabstände bis 15,0 cm) Luftschichtanker mit bauaufsichtlicher Zulassung 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 Plan-T12 24,0 0,12 mit DM 0,19 0,18 0,16 0,15 0,14 Plan-T14/Block-T14 24,0 0,14 mit DM/LM 21 0,20 0,18 0,17 0,15 0,14 Plan-T16 17,5 0,16 mit DM 0,23 0,21 0,19 0,17 0,16 Plan-T18 Block-T 17,5 0,24 0,21 0,19 0,17 0,16 0,18 mit DM/LM 21 24,0 0,22 0,20 0,18 0,16 0,15 Block-T 17,5 0,24 0,22 0,19 0,18 0,16 0,21 mit LM 21 24,0 0,23 0,20 0,18 0,17 0,15 HLz-Plan-T-0,9 HLz-Block-T-0,9 17,5 0,26 0,24 0,21 0,19 0,17 0,42 mit DM/NM 24,0 0,25 0,23 0,20 0,18 0,17 HLz-Plan-T-1,2 HLz-Block-T-1,2 15,0 0,27 0,24 0,22 0,19 0,18 17,5 0,50 mit DM/NM 0,27 0,24 0,21 0,19 0,17 24,0 0,26 0,23 0,21 0,19 0,17 HLz-Plan-T-1,4 HLz-Block-T-1,4 17,5 0,27 0,24 0,22 0,19 0,18 0,58 mit DM/NM 24,0 0,26 0,24 0,21 0,19 0,17 * Der Einfluss der Verbindungsmittel 5 Stück/m 2 ist berücksichtigt. Die Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit für Putze, Dämmstoffe und Wärmedämmverbundsysteme können differieren. Bitte die jeweiligen Herstellerangaben berücksichtigen. 9

10 Instationäre Wärmebewegung Die Lufttemperaturen zu beiden Seiten eines Bauteils, wie einer Außenwand, sind nie konstant. So findet also immer eine Wärmebewegung (Wärmestrom) statt: vom Warmen zum Kalten hin. Während die Raumtemperatur nur wenig schwankt (15 C bis 22 C = 7 K), liegt die Spreizung der Außenluft z. B. an Sommertagen bei 16 K; über das Jahr ergeben sich sogar fast 60 K. Deshalb sind zum Vergleich von Wandbaustoffen die spezifische Wärmekapazität c und der Wärmeeindringkoeffizient b für das Wohnklima von Bedeutung: Wie schnell und wie tief dringt die Wärmeenergie in den Baustoff ein? Für übliche Zyklen können bei Ziegelmauerwerk bis 15 cm angesetzt werden. Ist z. B. nach einem Lüftungsvorgang im Winter die Lufttemperatur im Raum niedriger, als die der massiven Wände, dann strahlen diese die gespeicherte Energie wieder in den Raum zurück. Warme Baustoffe wie z. B. Ziegel weisen dafür günstige Werte auf. Wärmespeicherfähigkeit Je schwerer ein Baustoff ist (hohe Rohdichte), desto mehr Energie kann er speichern. Diese Wärmespeicherfähigkeit wirkt sich direkt auf das Wohlgefühl der Bewohner aus, weil der größte Teil als Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung) abgegeben wird. Diese elektromagnetische Strahlung ist die angenehmste Wärme, weil sie quasi wie die Sonnenstrahlung arbeitet: sie heizt nicht die Luft auf, sondern die Oberfläche auf die sie trifft (Haut, Kleidung, Möbel). Bei einschaligen Massivwänden werden sogar während der Heizperiode bei Sonneneinstrahlung Wärmegewinne erzielt, weil die außenseitig aufgewärmte Wand die Heizenergie von innen nicht abfließen lässt. Ebenso wird die durch die Fenster eindringende Strahlung gespeichert. Im genauen Rechenverfahren der EnEV kann der günstige Einfluss der Wärme speicherung auch rechnerisch berücksichtigt werden. Bei geringer Wärmespeicherfähigkeit von raumumschließenden Bauteilen kann die Temperatur der inneren Wandoberfläche bei Heizungsunterbrechung binnen kurzer Zeit stark absinken. Wände aus POROTON-Ziegel haben dagegen die angenehme Eigenschaft, neben dem erhöhten Wärmespeicherfähigkeit Wärmespeicherfähigkeit Q in kj/m 2 K bei Wanddicken von Ziegelrohdichte kg/dm 3 11,5 cm 17,5 cm 24,0 cm 30,0 cm 36,5 cm 42,5 cm 49,0 cm 0, , , , , , , , , , Bei beidseitigem 1,5 cm dickem Putz sind jeweils 51 kj/m 2 K hinzuzurechnen. 10

11 Wärmeschutz ohne besondere Vorkehrungen auch gen ügend Wärmespeicherfähigkeit zu erbringen. Die Wärmespeicherfähigkeit berechnet sich pro Grad Tem peratur differenz nach der Beziehung: Q = d r c [kj/m 2 K] Hierin ist d = Wanddicke [m] r = spezifisches Gewicht [kg/m 2 ] c = spezifische Wärmekapazität [kj/(kg K)] Auskühlzeit Für ein behagliches Wohnklima ist es wichtig, dass die eingebrachte Wärmeenergie möglichst lange im Mauerwerk gespeichert und nur möglichst langsam wieder abgegeben wird. Dieser Vorgang wird durch den Begriff Auskühlzeit definiert. Die Auskühlzeit charakterisiert somit das Auskühlverhalten eines Außenbauteiles im Winter bzw. der Aufwärmung im Sommer. Wohnräume werden um so behaglicher beurteilt, je länger ihre Auskühlzeit andauert. Ziegel weisen unter den Wandbaustoffen im Vergleich die längsten Auskühlzeiten auf. Je langsamer ein Raum nach dem Abstellen der Raumheizung auskühlt, desto länger bleibt die die Raumlufttemperatur im behaglichen Bereich. Die Auskühlzeit berechnet sich in Stunden nach folgender Gleichung: t a = Q R 3,6-1 [h] Raumlufttemperatur Wandtemperatur 24 C C Auskühlen eines Raumes Raumluft- und Wandtemperaturen in einem Raum schwerer und leichter Bauart während einer Tagesperiode bei 12-stündiger Nachtabsenkung der Heizung bei durchschnittlichen winterlichen Außenbedingungen (Außenlufttemperatur -2 C). schwer (z. B. Ziegelbauweise) leicht (z. B. Holzständerbauweise) h Uhrzeit schwer (z. B. Ziegelbauweise) leicht (z. B. Holzständerbauweise) h 14 Uhrzeit 14 Quelle: Lutz, u. a. Lehrbuch der Bauphysik Teubner Auskühlzeiten von Wandbaustoffen im Vergleich Auskühlzeiten in h bei Wanddicken von Wandbaustoff Rohdichteklasse (W/mK) 17,5 cm 24,0 cm 30,0 cm 36,5 cm 42,5 cm 49,0 cm Ziegel 0,6 0, Ziegel 0,65 0, Ziegel 0,7 0, Ziegel 0,75 0, Ziegel 0,8 0, Ziegel 0,9 0, Ziegel 1,2 0, Ziegel 1,4 0, Bsp. Porenbeton 0,4 0, Bsp. Kalksandstein 1,4 0,

12 Temperaturträgheit Mit dem Begriff Temperaturträgheit ist das Verhalten eines Baustoffes oder einer Konstruktion gegenüber äußeren Temperaturschwankungen definiert. Den äußeren Temperaturschwankungen kann eine Außenwand mehr oder weniger großen Widerstand entgegensetzen, d. h. zeitlich, entweder sehr schnell oder auch sehr langsam folgen. Die Temperaturträgheit wird sowohl von der Wärmedämmfähigkeit der Außenwandkonstruktion als auch von der Wärmespeicherfähigkeit der in der Wand verarbeiteten Baustoffe bestimmt. Ziegel haben den Vorteil, dass sie gespeicherte Wärme lange halten und erst zeitversetzt wieder abgeben. Die Wärmeabgabe wirkt sich insbesondere dann positiv aus, wenn die Außentemperatur sinkt und die gespeicherte Wärme zur Raum erwärmung beiträgt. So bleibt ein Haus aus Ziegeln im Winter angenehm warm und im Sommer wohltuend kühl. Sonnenstrahlen erwärmen im Winter eine massive Wand. Dadurch entweicht weniger Heizwärme. Sommerlicher Wärmeschutz Nach der Verabschiedung der Neufassung der EnEV ist nachzuweisen, dass im Som mer eine Überhitzung von Räumen nicht eintritt. Die Berechnung erfolgt gemäß DIN , DIN EN ISO und und ist stark vereinfacht. Dabei darf der vorhandene Son neneintragskennwert S vorh den zulässigen Sonneneintragskennwert S max nicht überschreiten. Der vorhandene Wert wird berechnet nach der Formel: S vorh = j (A w,j g j F c,j )/A G mit A w = Fensterfläche [m 2 ] g = Gesamtenergiedurchlassgrad des Glases [-] (Herstellerangabe) F c = Abminderungsfaktor einer Sonnenschutzvorrichtung [-] (Tabellenwert) A G = Nettogrundfläche des Raumes [m 2 ] Der zulässige Wert ergibt sich aus der Addition von drei genormten Kenngrößen S x aus: der Klimaregion (A, B oder C) der Bauart (leicht, mittel oder schwer) einer möglichen Nachlüftung dieses multipliziert mit dem Flächenanteil. außen innen Dämmeigenschaft und Wärmespeichereigenschaft von POROTON-Ziegeln 12

13 Bei der raumweisen Berechnung wirkt sich eine massive Bauweise vorteilhaft aus. Die schweren Bauteile nehmen die Wärmeenergie bei im Sommer rasch ansteigenden Lufttemperaturen auf und kühlen so den Raum. Diesen Effekt kennt jeder, der in der warmen Jahreszeit Gebäude mit dicken Wänden (Kirchen, Burgen) betreten hat. Poroton Ziegel kompensieren diese Temperaturspitzen und harmonisieren auf diese Weise die Raumtemperatur. Wärmebrücken Eine Wärmebrücke kennzeichnet den Bereich einer Konstruktion, bei dem im Vergleich zu angrenzenden Flächen in Richtung des Temperaturgefälles ein höherer Wärmestrom (Wärmeverlust) stattfindet. Da dadurch an diesen Stellen die innere Oberflächentemperatur stärker absinkt, sprechen Nicht-Fachmenschen auch von Kältebrücken. Hier kann es zu Tauwasserbildung aus der Raumluftfeuchtigkeit kommen. Deshalb sind solche Brücken auch aus hygienischen Gründen möglichst zu vermeiden. Bei normalen Raumklimabedingungen ist gem. DIN 4108 Teil 2 eine raumseitige Oberflächentemperatur einzuhalten von si > 12,6 C. Der Verlust der Wärme kann geschehen durch die Wärmeleitung im Baustoff als Luftströmung (Konvektion). Wärmebrücken können geometrisch und konstruktiv bedingt sein oder durch Undichtigkeiten (Luftlecks) auftreten. Wärmebrücken Wärmebrücken können eingeteilt werden in geometrische Wärmebrücken, wie Gebäudeecken, wo einer kleineren warmen Oberfläche eine größere kalte gegenüberliegt konstruktiv bedingte Wärmebrücken, wie z. B. aus mehreren Komponenten zusammengesetzte Bauteile oder durchgehende Verankerungen aus gut wärmeleitenden Stoffen konvektive Wärmebrücken durch mangelnde Luftdichtigkeit der Gebäudehülle. Im Beiblatt 2 der DIN 4108 werden die im Bauwesen üblichen Wärmebrücken behandelt. Mit dem POROTON Ziegelsystem sind Konstruktionen möglich, bei denen kritische Wärmebrücken vermieden werden. Luftdichtheit Auch Luftdichtigkeit eines Gebäudes soll verhindern, dass Wärmeenergie durch undichte Stellen sinnlos entweicht. Zudem besteht dort die Gefahr, dass beim Abkühlen der entweichenden warmen Luft Tauwasser ausfällt und den Baustoff durchfeuchtet. Dann verliert dieser rasch an Dämmwirkung. Besonders gefährdet sind dabei leichte Konstruktionen mit Dämmschichten. Der Gesetzgeber hat daher Grenzwerte für die Dichtheit vorgegeben. Eine Prüfung wird vorgenommen, indem innerhalb des Gebäudes ein stabiler Über- oder Unterdruck von 50 Pa erzeugt wird (sog. Blower-door-Test ) und dann zu messen und zu rechnen ist, wie hoch die Luftwechselrate liegt. Gemäß EnEV in Verbindung mit DIN 4108 Teil 7 ist die Luftdichtheitsebene vom Planer festzulegen. Massive Ziegelwandkonstruktionen werden von Haus aus dicht, wenn sie mit mindestens einer Nassputzschicht versehen wurden. Temperaturverlauf am Beispiel einer Gebäudeecke als typisches Beispiel für eine geometrische Wärmebrücke Die maximale Luftwechselrate beträgt für Wohngebäude ohne raumlufttechnische Anlagen 3,0 h -1 und für Gebäude mit einer raumlufttechnischen Anlage 1,5 h

14 Feuchteschutz Dämmverhalten von Mauerwerk bei Durchfeuchtung Wärmedämmung (%) z. B. 1 Vol. % Feuchtigkeit = 100 % Wärmedämmung 4 Vol. % Feuchtigkeit = 50 % Wärmedämmung 10 Vol. % Feuchtigkeit = 23 % Wärmedämmung Feuchtigkeit (Vol. %) Quelle: Nach S. Cammerer, München Wasser ist die Hauptursache von Bauschäden. Feuchte in Bauteilen mindert die Wärmedämmung und verschlechtert das Raumklima. Es muss daher sichergestellt sein, dass in einem Bauteil auf Dauer keine unzulässige Feuchtigkeitsanreicherung stattfindet. Das oben gezeigte Diagramm nach Cammerer zeigt anschaulich die Verminderung der Wärmedämmung von Massivbaustoffen bei Zunahme des Feuchtegehalts. In Wohnungen entsteht nutzungsbedingt immer Feuchtigkeit, die als Wasserdampf oder in flüssiger Form auf die Bauteile einwirkt. Feuchtigkeit wirkt in vielfacher Form auf die Bauteile ein Niederschlag (Regen, Schnee, Eis) Schlagregen Spritzwasser Oberflächenwasser Schichtenwasser, Stauwasser Bodenfeuchte Kapillarwasser, Tauwasser im Bauteil Porenwasser, Überschwemmung, Tagwasser Raumlufttemperatur und relative Feuchte Wasserdampf (kalt + heiß) Feuchtigkeitsquellen Mensch Kochen Duschen, baden (pro Pers.) Wäschetrocknen (4,5 kg) geschleudert tropfnass Zimmerblumen, Topfpflanzen Feuchtigkeitsabgabe pro Tag 1,0 1,5 Liter 0,5 1,0 Liter 0,5 1,0 Liter 1,0 1,5 Liter 2,0 3,5 Liter 0,5 1,0 Liter Feuchtigkeit in Bauteilen kann entstehen durch: Baufeuchte während der Herstellung (z. B. Anmachwasser von Mörtel und Beton) Tauwasser auf Bauteiloberflächen durch Kondensation von Wasserdampf im Gebäude inneren bei zu geringer Wärmedämmung Tauwasser im Bauteil durch Wasserdampfdiffusion bei Unterschreitung des Taupunkts mangelnden Schutz gegen Schlagregen mangelhafte Bauwerksabdichtung im Untergeschoss Schäden an wasserführenden Leitungen Feuchtigkeit und Wärmedämmung Feuchtigkeit kann die Wärmedämmwirkung eines Baustoffes stark herabsetzen. Für das thermische Verhalten einer Wandkonstruktion ist daher nicht allein die Wärmedämmung 14

15 Baustoffe mit vielen kleinen und feinsten Kapillaren, wie z. B. Poroton-Ziegel, besitzen eine große Kapillarleitfähigkeit, die für den Austrocknungsvorgang in erster Linie bestimmend ist. entscheidend, sondern auch das Beibehalten der Wärmedämmeigenschaften der Baustoffe unter Feuchtigkeitseinfluss. Da eine Außenwand durch Witterungseinflüsse und ggf. Tauwasseranfall immer feucht werden kann, ist ein schnelles Trocknungsverhalten der Konstruktion von entscheidender Bedeutung. Ziegelmauerwerk entfeuchtet sich aufgrund seiner Kapillarleitfähigkeit schneller als grobporiges Material, wie Porenbeton oder sehr dichtes Material, wie Schwerbeton oder Kalksandstein. außen innen Austrocknungsverhalten Das Austrocknungsverhalten der Baustoffe wird, neben den außenklimatischen Bedingungen, auch durch den Wohnbetrieb mehr oder weniger stark beeinflusst. Die Austrocknung wird durch konsequente Lüftung und Beheizung im Allgemeinen beschleunigt, durch starken Wasserdampfanteil ohne Lüftung und Beheizung verzögert, unter Umständen sogar verhindert oder rückgängig gemacht. Sorption Verdunstung Die Austrocknungszeit in Tagen lässt sich für Vergleichszwecke nach Cadiergues näherungsweise mit der Formel t = s d 2 abschätzen. Hierin ist: d = Wanddicke in cm s = Baustoffkenngröße in Tagen/cm 2 Wasserdampfdiffusion Kondenswasser Beispiel Austrocknungszeit Baustoffkenngröße s* in Tagen/cm 2 kapillarer Wassertransport 1,60 Daraus lässt sich ableiten, dass Ziegel im Vergleich zu anderen Wandbaustoffen mit Abstand die kürzesten Austrocknungszeiten erreichen. 1,20 1,40 0,90 Beispiel* Ziegelwand d = 36,5 cm Porenbetonwand d = 36,5 cm t = 0,28 36,5 2 = 373 Tage t = 1,20 36,5 2 = Tage Fazit: Ziegelmauerwerk trocknet nach dieser Näherungsformel bereits nach ca. einem Jahr aus. 0,28 Ziegel Kalksandstein/ Porenbeton Leichtbeton Beton Fichtenholz * Die angegebenen Werte gelten nur unter stationären Randbedingungen und sind zu Vergleichszwecken verwendbar. Sie stellen jedoch keine physikalischen Absolutwerte dar. 15

16 Gleichgewichtsfeuchte von Baustoffen Baustoffe nehmen auf Grund ihres inneren Aufbaues (Art, Zahl, Größe und Verteilung der Hohlräume) bei jedem Luftzustand (relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur) einen Feuchtigkeitsgehalt an, der sich nach genügend langer Lagerung des Stoffes in der Luft einstellt. Diese Gleichgewichtsfeuchte liegt um so höher, je größer die relative Luftfeuchtigkeit bei bestimmter Temperatur ist. Im fertigen Bauwerk stellt sich die physikalisch definierte Gleichgewichtsfeuchtigkeit selten ein, weil keine konstanten Umgebungsverhältnisse bestehen. Untersuchungen über die Feuchtigkeit in den Wänden normal ausgetrockneter Bauten haben ergeben, dass die Feuchtigkeitsgehalte fast immer die für die verschiedenen Baustoffe kennzeichnenden Werte aufweisen. Ist die Häufigkeitsverteilung der Feuchtigkeit von Außenmauern normal ausgetrockneter Häuser aus einem bestimmten Baustoff bekannt, so lässt sich hieraus der sogenannte praktische Feuchtegehalt des Stoffes bestimmen. Praktischer Feuchtegehalt Baustoffe sind dem Einfluss von Feuchtigkeit ausgesetzt. Der praktische Feuchtegehalt wird auch als hygroskopischer Wassergehalt von Baustoffen bezeichnet, der volumenoder massebezogen in Prozent ausgedrückt wird. Je trockener ein Baustoff ist, desto geringer ist seine Wärmeleitfähigkeit, bzw. desto besser ist die Wärmedämmwirkung. POROTON-Ziegel weisen im Vergleich zu bindemittelgebundenen Baustoffen (Beton, Leichtbeton, Porenbeton und Kalksandsteinen) einen sehr geringen praktischen Feuchtegehalt von nur ca. 0,5 Massenprozent auf. Die ausgewiesenen Rechenwerte der Wärmeleitfähigkeit sind auf den praktischen Feuchtegehalt der Baustoffe bezogen. Ziegel weisen unter den Wandbaustoffen insgesamt den geringsten praktischen Feuchtegehalt auf. Praktischer Feuchtegehalt in Vol.-% einiger Wandbaustoffe im Vergleich Feuchtegehalt frei Bau Der Feuchtigkeitsgehalt von Baustoffen bei der Anlieferung ist in Bezug auf die Wärmedämmung nicht zu vernachlässigen. Ziegel werden durch die Trocknung und das Brennen mit dem geringsten Feuchtegehalt aller massiven Wandbaustoffe auf die Baustelle geliefert. Um diesen positiven Aspekt zu erhalten, sollten Ziegel auf der Baustelle trocken gelagert und bereits erstelltes Mauerwerk durch eine entsprechende Abdeckung vor Witterungseinflüssen geschützt werden. Bei Einhaltung dieser Maßnahmen entfällt bei Ziegelmauerwerk das energieaufwendige Trockenheizen der Wandkonstruktionen. Alle mit hydraulischen Bindemitteln hergestellten Baustoffe, wie z. B. Beton, Leichtbeton, Porenbeton und Kalksandsteine, weisen bereits produktionsbedingt einen deutlich höheren Feuchtigkeitsanteil auf. Das in den Steinen enthaltene Wasser wird de facto frei Baustelle mitgeliefert. Der praktische Feuchtegehalt dieser Baustoffe stellt sich dadurch u. U. erst nach Jahren durch Beheizung und Belüftung des Gebäudes ein. Dieser Vorgang wird dann als Trockenheizen bezeichnet, denn erst bei Erreichen des praktischen Feuchtigkeitsgehalts der Baustoffe stimmt auch die Energiebilanz des Gebäudes. 16

17 Praktische Feuchtegehalte von Baustoffen Praktischer Feuchtegehalt volumenbezogen massenbezogen Baustoff (u v %) (u m %) Ziegel 1) 1,5 Kalksandsteine 5,0 Beton mit geschlossenem Gefüge mit dichten Zuschlägen 5,0 Beton mit geschlossenem Gefüge mit porigen Zuschlägen 15 Leichtbeton mit haufwerkporigem Gefüge mit dichten Zuschlägen nach DIN 4226 Teil 1 5,0 Leichtbeton mit haufwerkporigem Gefüge mit porigen Zuschlägen nach DIN 4226 Teil 2 4,0 Porenbeton 3,5 Mineralische Faserdämmstoffe aus Glas-, Stein-, Hochofenschlacken- (Hütten)-Fasern 1,5 Pflanzliche Faserdämmstoffe aus Seegras, Holz-, Torf- und Kokosfasern und sonstige Fasern 15 1) Prüfungen im Rahmen der Güteüberwachung haben ergeben, dass POROTON-Ziegel in der Regel den praktischen Feuchtgehalt < 0,5 % haben. Auswirkung auf die Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit feuchter Mauerwerksbaustoffe steigt mit Zunahme des Feuchtegehalts an (siehe Grafik S. 14). Vor allem bei wärmedämmenden monolithischen Außenwänden kann die Restfeuchte zu einer inakzeptablen Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit führen, die neben erhöhten Energieverlusten auch Oberflächentemperaturabsenkungen nach sich zieht. Fazit: Die zugesicherten Wärmedämmeigenschaften von Mauerwerk gelten erst bei Erreichen der Ausgleichsfeuchte bzw. des praktischen Feuchtegehaltes. Für das energieaufwändige Trockenheizen bzw. -lüften feuchter Baustoffe entstehen für den Nutzer zusätzliche Kosten. Ziegelmauerwerk bietet durch guten Wärmeschutz und trockenes Mauerwerk dagegen von Anfang an eine volle Wertschöpfung ohne Zusatzkosten. 17

18 20 C 0 C 17,3 g Kondensat (Tauwasser) 12,4 g 4,9 g Kühlt man ein gesättigtes Wasserdampf-Luftgemisch von 20 C auf 0 C ab werden 12,4 g Wasser als Kondensat abgegeben. Wasserdampf in der Luft Je nach Temperatur hat Luft die Fähigkeit eine unterschiedlich große Menge an Wasser in Form von Dampf aufzunehmen. Je wärmer die Luft, desto mehr Wasserdampf kann aufgenommen werden. Jeder Lufttemperatur kann daher ein bestimmtes maximales Wasseraufnahmevermögen zugeordnet werden (siehe Tabelle unten). Relative Luftfeuchtigkeit f Die Maximalmenge des Wasserdampfes wird in der Praxis meistens nicht vorgefunden. Es wird lediglich ein gewisser Prozentsatz davon erreicht. Man spricht dann von relativer Luftfeuchtigkeit, die ebenfalls temperaturabhängig ist. Sie steigt bei unveränderter Feuchtig keitsmenge an, wenn die Temperatur sinkt und sie reduziert sich bei Erwärmung der Luft. Beispiel: Bei einer Temperatur von 0 C sind in einem Wasserdampf-Luftgemisch von 1 m 3 bei 100 % relativer Feuchtigkeit 4,9 g Wasser enthalten. Bei Erwärmung auf z. B. 20 C tritt ohne weitere Feuchtigkeitsaufnahme eine Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit ein. Bei dieser Temperatur wäre die Luft in der Lage bei 100 % relativer Feuchtigkeit maximal 17,3 g also 12,4 g mehr Wasser aufzunehmen. Da bei der Erwärmung keine Feuchtigkeit zugeführt wurde, entsprechen die aus der kalten Luft enthaltenen 4,9 g nun einer relativen Luftfeuchtigkeit von 28 %. Wasserdampfsättigungsdichte in Luft in g/m 3 bei Temperaturen von C 0,9 1,5 2,1 3,2 4,9 6,8 9,4 12,8 17,3 23,0 30,3 g/m % relative Feuchte Quelle: Schneider Bautabellen 15. Auflage

19 Taupunkttemperatur Umgekehrt erhöht sich bei Abkühlung eines Wasserdampf-Luftgemisches die relative Luftfeuchtigkeit. Bei einer bestimmten Temperatur, Taupunkttemperatur genannt, wird die relative Luftfeuchte von 100 % erreicht. Dann ist die maximale Sättigung erreicht und Wasser kann nicht mehr in Form von Dampf gehalten werden und ändert seinen Aggregatzustand. Jede weitere Temperaturverringerung führt nun zum Ausfall von Kondensat, auch Tauwasser genannt. Der Taupunkt ist also die Temperatur, die eine Luftmasse ohne Wasserausscheidung bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann. Wasserdampfdiffusion Tauwasser Eine Abkühlung unter die Taupunkttemperatur führt zur Bildung von Tauwasser. Es bildet sich Nebel oder aber das Wasser schlägt sich an den kühlen Oberflächen fester Körper nieder, es bildet Schwitzwasser. Dieser Vorgang hält so lange an, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Luft kleiner oder gleich dem maximal aufnehmbaren Feuchtigkeitsgehalt ist. Wasserdampfdiffusion Aufgrund ihrer Molekularbewegung können Wasserdampfmoleküle unterschiedliche Feuch tig keitsgehalte ausgleichen. Trennt ein Bauteil zwei Bereiche mit unterschiedlich hohem Wasserdampfgehalt, aber gleichem barometrischen Druck, so dringen infolge der Molekularbewegungen Wassermoleküle in die Wand. Die Moleküle durchwandern das Bauteil und treten an der freien Seite aus. Diesen Vorgang nennt man Diffusion. 19

20 Wasserdampfdiffusionsverhalten Das Wasserdampfdiffusionsverhalten von Baustoffen ist in erster Linie von Ihrer Dichtheit gegenüber dem Durchdringen von Wasserdampf abhängig. Diffusionsoffene Baustoffe ermöglichen den Durchgang von Wasserdampf, diffusionsdichte Bauteile führen zu einer Sperrwirkung. Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl (m-wert) Sie ist eine Stoffkenngröße und gibt an, um wie viel der Diffusionswiderstand gegen Wasser dampf in der Stoffschicht größer ist als in einer Luftschicht gleicher Dicke. Wasserdampfmoleküle können sich in Luft frei bewegen. Luft hat daher die Diffusionswiderstandszahl 1. Mit steigender Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl wird die Wasserdampfdiffusionsstromdichte kleiner, d. h. das Material leitet Wasserdampf schlechter. Die m-werte von Baustoffen sind in DIN deklariert. Ziegel haben den m-wert 5 bzw. 10. Klinker weisen aufgrund ihrer dichteren Oberflächenstrukturen höhere Werte auf (50/100). Diffusionsäquivalente Luftschichtdicke s d Der sog. s d -Wert berechnet sich als Produkt aus dem m-wert und der Schichtdicke des Baustoffs und kennzeichnet ebenfalls die Diffusionsdichte von Baustoffen. Er wird zur grafischen Darstellung des Diffusionsverhaltens von Bauteilen im sogenannten Glaser- Verfahren benötigt. Wasserdampfdruck p [Pa] Neben der relativen Luftfeuchte spielen beim Diffusionsvorgang auch Druckverhältnisse eine entscheidende Rolle. Es wird zwischen dem Partial- oder Teildruck p und dem Sättigungsdruck p s unterschieden. Der Teildruck wird aus dem Verhältnis der vorhandenen relativen Luftfeuchte zum temperaturabhängigen Sättigungsdruck bei 100 % relativer Luftfeuchte nach folgender Formel bestimmt: p = f p s Dampfdiffusionswiderstand zwei typischer Wände i 20º C i 20º C Wand 1: Monolithische Wand mit geringem Dampfdiffusionswiderstand und guter kapillarer Leitfähigkeit. Wand 1: Monolithische Wand mit geringem Dampfdiffusionswiderstand und guter kapillarer Leitfähigkeit. Wand 2: Monolithische Wand mit großem Dampfdiffusionswiderstand an der Außenseite und eingeschränkter kapillarer Wand 2: Leitfähigkeit. Monolithische Wand mit großem Dampfdiffusionswiderstand an der Außen- e -10º C seite und eingeschränkter kapillarer Leitfähigkeit. e -10º C Wandaufbau von außen nach innen Wand 1: Monolithische Wand ohne Zusatzdämmung, U-Wert = 0,30 W/m 2 k 2 cm Mineral-Leichtputz 36,5 cm Planziegel-T 12 1,5 cm Innenputz + Tapete Insgesamt Wand 2: Monolithische Wand mit Zusatzdämmung, U-Wert = 0,30 W/m 2 k 2 cm Kunstharzputz 12 cm PU-Hartschaum 24 cm Ziegelmauerwerk 1,5 cm Innenputz + Tapete Insgesamt Dampfdiffusionswiderstand des Stoffes 15/20 5/10 15/35 50/200 30/100 5/10 15/35 Der Diffusionswiderstand von Wand 2 ist etwa 7-mal größer als von Wand 1. Dadurch wird die Feuchteregulierung über die Wand stark eingeschränkt. Diffusionsäquivalente Luftschichtdicke s d 0,40 m 1,83 m 0,23 m 2,46 m 4,00 m 12,00 m 1,20 m 0,23 m 17,43 m 20

21 Die Werte für den jeweiligen Sättigungsdruck unter einer bestimmten Temperatur können ebenso wie die stationären Randbedingungen von Temperaturen und relativen Luftfeuchten direkt Tabellen entnommen werden, z. B. in DIN oder einschlägigen Tabellenwerken. Der Dampfdruckverlauf durch ein Bauteil kann grafisch nach dem Glaser-Verfahren dargestellt werden. Danach kann der Ausfall von Tauwasser im Bauteil abgeschätzt werden. Voraussetzung sind Temperatur- und Druckunterschiede auf beiden Seiten des Bauteiles, sodass ein Diffusionsstrom von der höheren zur niedrigeren Konzentration stattfindet. Der Teildruck kann dabei u. U. den Sättigungsdruck annehmen, d. h. die beiden Kurven berühren sich. Erreicht der Teildruckverlauf den Sättigungsbereich, ist die maximale Aufnahmefähigkeit für Wasserdampf erreicht und Wasser fällt als Kondensat im Bauteil aus. Die zu lässigen Kondensatmengen sind nach Art und Funktion der Bauteile in DIN festgelegt. Tauwasserschutz Nach DIN ist eine Tauwasserbildung in Bauteilen unschädlich, wenn durch Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts der Bau- und Dämmstoffe der Wärmeschutz und die Standsicherheit der Bauteile nicht gefährdet werden. Dies ist der Fall, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: Das während der Tauperiode im Innern des Bauteils anfallende Wasser muss während der Verdunstungsphase wieder an die Umgebung abgegeben werden können. Die Baustoffe, die mit Tauwasser in Berührung kommen, dürfen nicht geschädigt werden (z. B. Pilzbefall etc.). Bei Dach- und Wandkonstruktionen darf eine Tauwassermasse von insgesamt 1,0 kg/m nicht überschritten werden. Tritt Tauwasser an Berührungsflächen von kapillar nicht wasseraufnahmefähigen Schichten auf, so darf zur Begrenzung des Ablaufens oder Abtropfens eine Tauwassermenge von 0,5 kg/m nicht überschritten werden. Bei Holz ist eine Erhöhung des massebezogenen Feuchtigkeitsgehaltes um mehr als 5 %, bei Holzwerkstoffen um mehr als 3 % unzulässig. Schematische Darstellung vom Verlauf des Wasserdampf sättigungs- und -teildrucks durch ein mehrschichtiges Bauteil zur Ermittlung etwaigen Tauwasserausfalls (Im Beispiel bleibt der Querschnitt tauwasserfrei). 21

22 Abdichtung gegen nichtdrückendes Wasser (siehe auch DIN 18195, Teil 5) Bauwerksabdichtung Grundvoraussetzung für höherwertige bzw. wohnraumähnliche Nutzung der Räume in Gebäuden ist, dass diese trocken, d. h. im Zustand der Ausgleichsfeuchte sind. Es muss deshalb grundsätzlich für einen dauerhaften Schutz gegen von außen einwirkende Feuchtigkeit gesorgt werden. Bei einschaligen Außenwänden erfolgt dieser Schutz in der Regel durch Aufbringen eines Putzes. Bei zweischaligen Konstruktionen wird der Feuchteschutz durch Erstellen einer zweiten Haut in Form einer Vorsatzschale aus Vormauerziegeln oder Klinkern bzw. einer alternativen Vorhangfassade realisiert. Abdichtung gegen Bodenfeuchtigkeit (siehe auch DIN 18195, Teil 4) Bei erdberührten Wandkonstruktionen, z. B. bei Kellerwänden, sind in Bezug auf ihre Abdichtung besondere Maßnahmen zu treffen. Die Feuchtigkeitsbelastung kann grundsätzlich in vier Belastungsfälle eingeteilt werden: Bodenfeuchtigkeit nicht stauendes Sickerwasser aufstauendes Sickerwasser und Grundwasser drückendes Wasser Die im jeweiligen Belastungsfall erforderlichen Abdichtungsmaßnahmen, Abdichtungsstoffe, Bemessungen und Ausführungen sind in der DIN Bauwerksabdichtungen Teile 1 bis 10 und für die häufiger verwendeten Emulsionsabdichtungen (Dickbeschichtungen) zusätzlich in der Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen mit kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtungen (KMB) geregelt, die vom Verband Deutsche Bauchemie e. V. herausgegeben wird. Prinzipskizze: Abdichtung gegen Bodenfeuchtigkeit Ziegelmauerwerk bietet für Bauwerksabdichtungen ein besonderes Maß an Sicherheit. Da Ziegelmauerwerk nicht schwindet, kommt es nicht zu Schwindrissen, die das Abdichtungssystem gefährden. Der Schutz der Abdichtung muss in jedem Fall vor dem Verfüllen der Baugrube durch eine Schutzmaßnahme entsprechend DIN Teil 10 sichergestellt werden. Der Auffüllschutz ist im Regelfall von der Abdichtung zu trennen. Er darf gleichzeitig eine Nutzschicht (senkrechter Teil der Dränanlage und/oder Perimeterdämmung) sein. Für den Belastungsfall nichtdrückendes Wasser ist die Anordnung einer Dränanlage nach DIN 4095 zu empfehlen. 22

23 Übersicht zur Anwendung der bauaufsichtlichen Vorschriften zur Bauwerksabdichtung Ermittlung des Grundwasserstandes und der Eintauchtiefe VOB Teil C DIN Allgemeine technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Abdichtungsarbeiten Klärung der mechanischen, thermischen und chemischen Beanspruchung Bauteilart Wasserart Einbausituation Erdberührte Wände und Bodenplatten oberhalb des Bemessungswasserstandes Waagerechte und geneigte Flächen im Freien und im Erdreich; Wand- und Bodenflächen in Nass räumen 3) Erdberührte Wände, Boden- und Deckenplatten des Bemessungswasserstandes Wasserbehälter, Becken 1) Dränung nach DIN 1095 Kapillarwasser Haftwasser Sickerwasser Niederschlagswasser Sickerwasser Anstaubewässerung 4) Brauchwasser Grundwasser Hochwasser stark durchlässiger Boden 8) > 10-4 m/s wenig durch - mit lässiger Boden 8) Dränung 1) 10-4 m/s ohne Dränung 2) Balkone u. ä. Bauteile im Wohnungsbau Nassräume 3) im Wohnungsbau 6) genutzte Dachflächen 5) intensiv begrünte Dächer Nassräume (ausgenommen Wohnungsbau) 6) Schwimmbäder 7) nicht genutzte Dachflächen, frei bewittert, ohne feste Nutzschicht, einschließlich Extensivbegrünung Jede Bodenart, Gebäudeart und Bauweise Art der Wassereinwirkung Bodenfeuchte und nichtstauendes Wasser aufstauendes Sickerwasser nichtdrückendes Wasser, mäßige Beanspruchung nichtdrückendes Wasser, hohe Beanspruchung nichtdrückendes Wasser von außen drückendes Wasser von außen Brauchwasser Im Freien und in Gebäuden drückendes Wasser von innen 5) Beschreibung siehe 7.3 von DIN Art der erforderlichen Abdichtung nach DIN Abschnitt 9 von DIN : von DIN : von DIN : DIN Abschnitt 8 von DIN : DIN ) Bis zu Gründungstiefen von 3 m unter Geländeoberkante, sonst Zeile 8 3) Definition Nassraum siehe ) Bis etwa 10 cm Anstauhöhe bei Intensivbegrünungen 6) Beschreibung siehe 7.2 von DIN ) Umgänge, Duschräume 8) Siehe DIN Quelle: DIN : Bemessung Abdichtungsstoff Lagenanzahl Einbauverfahren DIN Abdichtungen über Bewegungsfugen DIN Durchdringungen, Übergänge, Abschlüsse DIN Schutzschichten und Schutzmaßnahmen 23

24 Beispiele für den Schalldruck und -pegel verschiedener Geräusche Schalldruck [Pa] Düsenflugzeug (25 m Entfernung) Rockkonzert Schwerlastverkehr Unterhaltung Bibliothek Schlafzimmer Schalldruckpegel [db (A)] 140 Schmerzgrenze 130 Start von 120 Düsenmaschinen (100 m Entfernung) Presslufthammer 90 Mittlerer Straßenverkehr Büro Wohnraum Wald 10 0 Hörgrenze Luftschallanregung Körperschallanregung Schallschutz Unter dem Oberbegriff baulicher Schallschutz werden Maßnahmen verstanden, die eine von einer Schallquelle ausgehende Schallübertragung außer- oder innerhalb eines Gebäudes verringern. Der Schallschutz durch Bauteile wird vom Bewohner jederzeit in Anspruch genommen, indem er die Umgebungsgeräusche aus der Nachbarwohnung oder von Außen mehr oder weniger gedämmt wahrnimmt. Somit gehört der bauliche Schallschutz zu den wichtigsten Kriterien für die Qualitätsbewertung eines Wohnhauses bzw. einer Wohnung. Schall Unter Schall versteht man mechanische Schwingungen und Wellen eines elastischen Mediums, insbesondere im Frequenzbereich des menschlichen Hörens von etwa Hertz. Es wird zwischen Luft- und Körperschall unterschieden. Luftschall Luftschall ist die Ausbreitung der Schallwellen in einem gasförmigen Medium. Bei Auftreffen der Luftschallwellen auf ein Bauteil wird dieses ebenfalls zum Schwingen angeregt. Im Bauteil wird dabei der Schall als Körperschall weitergeleitet und durch den Widerstand des Bauteils auf der anderen Wandseite abgeschwächt wieder als Luftschall freigesetzt. Dieser Widerstand wird als Luftschalldämmung eines Bauteils bezeichnet. Bauteile können in Abhängigkeit von ihrer Bauweise und ihrem Gewicht sehr unterschiedliche Luftschalldämmmaße aufweisen. Körperschall Körperschall ist die Ausbreitung des Schalls in Festkörpern oder an deren Oberflächen. Die Anregung erfolgt z. B. durch Geräusche durch Wandinstallationen, Schließgeräusche von Türen etc., die das Bauteil in Schwingungen versetzen, die wiederum Luftschall erzeugen. Trittschall Trittschall ist eine Art von Körperschall, der z. B. durch Begehen von Deckenplatten ent - steht. Für solche Deckenbauteile sind ebenfalls Widerstandswerte als Trittschalldämmmaße definiert. Schalldämmung Die Schalldämmung von massiven Wänden hängt in erster Linie vom Gewicht je Flächeneinheit ab. Die flächenbezogene Masse der Wand ergibt sich aus der Dicke der Wand und deren Rohdichte. Zusätzliche Einflussgrößen sind z. B. Mauerwerksöffnungen, Putzauftrag und Anschlussdetails. Im Regelfall ist der Schalldämmwert der Massivwand besser, als der von Türen und Fenstern. Ein Loch in der trennenden Fläche macht den Schutz zunichte. Bei zweischaligen (doppelschaligen) Trennwänden reicht eine unbeabsichtigte Verbindung (z. B. Mörtelbrücke) aus, um den Schutz unwirksam werden zu lassen. Normative Anforderungen Nach dem Bauordnungsrecht legt die DIN 4109:1989 bisher den vorgesehenen Mindestschallschutz zwischen fremden Nutzungsbereichen fest. Diese Mindestanforderungen dürfen nicht unterschritten werden. Davon abweichend kann auf Wunsch ein höherer Schallschutz gefordert werden. Vorschläge für erhöhten Schallschutz bietet das Beiblatt 2 zur DIN 4109:1989 bzw. die VDI-Richtlinie Die dort definierten Vorgaben müssen i. d. R. ausdrücklich vereinbart werden. Für den Schallschutz im eigenen Nutzungsbereich sind ebenfalls Vorschläge definiert. Die Mindestanforderungen der o. a. Norm reichen für Wohnungen und Wohngebäude nicht aus, die unter dem Begriff Komfort vermarktet werden. Hier sollte in jedem Fall der erhöhte Schallschutz geplant und ausgeführt werden. 24