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Transkript

1 Grundlagen Bauphysik Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Formatvorlage des Untertitelmasters durch Klicken bearbeiten Bauphysik Wärmeschutz: Wärmefluss durch Bauteile, Berechnung von Wärmeverlusten, -speicherung Feuchtigkeitsschutz: Regen, Dampfdiffusion, Kondensation Schallschutz Brandschutz 1

2 Einflussfaktoren auf ein behagliches Wohnklima Der Mensch reagiert sehr unterschiedlich empfindlich auf Behaglichkeitsfaktor Empfindlichkeitsschwelle Beurteilung Lufttemperatur ( C) ± 0,5 K sehr empfindlich Unterschied Luft- zu Oberflächentemperatur Luftbewegung in Hautnähe Strahlungswärme (Oberflächentemperatur) Relative Luftfeuchtigkeit 2 K ( C) sehr empfindlich 0,1 m/s sehr empfindlich 25 W/m² empfindlich ± 15 % wenig empfindlich Operative Temperatur Operative Raumtemperatur in der Mitte des beheizten Raumes (zwischen 0,6 m und 1,6 m Höhe) θ =,5 ( θ + θ ) o 0 a w θ o θ a θ w operative Temperatur Lufttemperatur innen mittlere Oberflächentemperatur Umfassungsflächen 2

3 Operative Temperatur Angabe Beispiel U AW = 1,44 W/m²K θ w = 15,44 C bei θ e -5 Programm: MeanRadianTemperature: Dr.W.Kessling, Transsolar Operative Temperatur θ =,5 ( θ + θ ) o 0 a w 0,5 ( ,4) = 20,2 Programm: MeanRadianTemperature: Dr.W.Kessling, Transsolar 3

4 Behagliches Wohnklima Behaglichkeit wird nicht von jedem Menschen gleich empfunden: Alter, Geschlecht und Verfassung des Menschen Bekleidungsgrad clo = clothing factor Aktivitätsgrad met = methabolic rate Quelle: ÖNORM EN ISO 7730 Zusammenhang zwischen Oberflächen- und Lufttemperatur 4

5 Strahlungstemperatur - Asymmetrie Quelle: Passivhausinstitut Einfluss des U-Wertes auf die Oberflächentemperatur Quelle: Peter Holzer, Donau Uni Krems 5

6 Exkurs: Oberflächentemperatur innere Oberflächentemperatur q = U ( θ θ ) e θ si θ i θ e R si q i θ si i R si = θ innere Oberflächentemperatur [ C] Lufttemperatur innen [ C] Lufttemperatur außen [ C] innerer Wärmeübergangswiderstand [m²k/w] Wärmestrom durch den Bauteil [W/m²] q Exkurs: Oberflächentemperatur Gegenüberstellung - Bauteile mit unterschiedlichen U-Werten U [W/m²K] q [W/m²] θ e [ C] θ si [ C] 1, ,45 0,5 12,5-5 18,37 0,25 6, ,18 6

7 Exkurs: Oberflächentemperatur Oberflächenkondensat? Annahme: Außentemperatur 10 C; Innen + 20 C U [W/m²K] q [W/m²] Θ e [ C] θ si [ C] 1, ,9 Achtung: Taupunkttemperatur 18grädiger Luft bei 70% Luftfeuchtigkeit = 12,5 C Exkurs: Oberflächentemperatur Taupunkttemperaturen 7

8 Exkurs: Oberflächentemperatur Beurteilung Schimmelpilz und Tauwassergefahr f Rsi θsi θe = θ θ i e >= 0,7 Normbedingungen: Außentemperatur -5 Luftfeuchte Raum 50% Innentemperatur 20% Exkurs: Oberflächentemperatur 8

9 Behaglichkeitsfelder Behaglichkeit in Abhängigkeit von Temperatur und Luftfeuchtigkeit Heinz GABERNIG: Energie- und Klimatechnik, Ausgabe 1995 Luftfeuchtigkeit relative Luftfeuchtigkeit absolute Luftfeuchtigkeit 100 % relative Luftfeuchtigkeit = Sättigungsgrad 9

10 Temperatur und Feuchtigkeit Je wärmer die Luft ist, umso mehr Wasserdampf kann aufgenommen werden: Winter: erwärmte Luft kann viel Feuchtigkeit aufnehmen Übergangszeit: erwärmte Luft kann wenig Feuchtigkeit aufnehmen Messprotokoll Luftfeuchtigkeit Rel. Feuchte in Raumluft und an der Wandoberfläche Quelle: B. Schulze-Darup 10

11 Woher stammt das Wasser in der Raumluft? leichte Aktivität g/stunde Baden ca. 700 g/stunde Duschen ca g/stunde kochen, arbeiten g/stunde Wieviel Feuchtigkeit kann in g/m² und Stunde durch die Außenwand diffundieren? ungedämmte Wand Wand mit Außendämmung (Polystyrol) Wand mit Innen-Dämmung 11

12 Vergleich Sorption - Diffusion Feuchtemenge, die im Putz kurzzeitig aufgenommen wird Feuchtemenge, die durch eine ungedämmte Außenwand diffundiert Feuchtemenge, die durch eine gedämmte Außenwand diffundiert Schadstoffe in der Innenraumluft CO 2 -Gehalt Atmung, offene Flammen Feuchte-Gehalt Atmung, Kochen, Duschen, Wäschetrocknen, Zimmerpflanzen Schadstoffgehalt der Außenluft Außenluft (Verkehr, Industrie, Hausbrand) Schadstofffreisetzung im Innenraum Offene Flammen, Baustoffe, Einrichtung, Anstriche, Kleber Schimmelpilze, Bakterien Staub (Feinstaub) Außenluft: Verkehr, Industrie, Hausbrand Hausstaub durch Abrieb von Textilien, Oberflächen 12

13 Wie wichtig ist gute Luftqualität? Durchschnittliche Aufenthaltszeit in Innenräumen eines Europäers Quelle: EXPOLIS STUDY Schadstoffmanagement Quelle: T. Weithass; Bestimmung des nat. Luftwechsels im Altbaubestand 13

14 CO 2 Konzentration CO 2 : farbloses, geruchloses Gas Geruch von Begleitstoffen CO 2 -Gehalt: Maßstab für die Luftverunreinigung in Innenräumen Grenzwert DIN Pettenkofer-Grenzwert Quelle: Lufttechnik Pichler Luftqualität im Schlafzimmer Messung Schlafzimmer 2 Personen 16m² 3500 CO2 [ppm] Alle 2 Stunden lüften!! :00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 Zeit 14

15 Lüften wie oft? Quelle: Passivhaus Institut Folgerung - Lüftungsanlage Einsatz von Lüftungsanlagen notwendig um Luftwechsel sicherzustellen Mit Wärmetauscher Raumwärme zurückgewinnen Vorwärmung der Zuluft mit Nachheizung Wie hoch darf der Energiebedarf maximal sein, um mit der Lüftungsanlage allein die Wärmeverluste ausgleichen zu können? Auf aktives Heizsystem verzichten Passivhaus Abb: ESV 15

16 Kriterien Passivhaus 10 Grundlagen Bautechnik - Planung Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Formatvorlage des Untertitelmasters durch Klicken bearbeiten 16

17 Energetische und bauphysikalische Planungsgrundsätze Gute Wärmedämmung des gesamten Gebäudes Dämmebenen müssen lückenlos ineinander übergehen Vermeiden von Wärmebrücken Luftdichtheit der Konstruktion Wärmedurchgangswiderstand soll von innen nach außen zunehmen, Dampfdiffusionswiderstand soll von innen nach außen abnehmen Planungsgrundsätze Kompakte Bauweise Gute Wärmedämmung des gesamten Gebäudes; Dämmebenen müssen lückenlos ineinander übergehen; vermeiden von Wärmebrücken Luftdichtheit der Konstruktion Passive Nutzung solarer Strahlung 17

18 Einfluss des A/V Verhältnisses Einfluss des A/V Verhältnisses Vergrößerung um 10 % Dämmung zus. = 2 cm Vergrößerung um 20 % Dämmung zus. = 4 cm 18

19 Einfluss des A/V Verhältnisses Erker und Balkone Traum vom Schloss oder zumindest der Villa Baustandards 1,60 1,40 1,20 U-Wert [W/(m²K) ] 1,00 0,80 0,60 1,60 1,35 1,00 Faktor 6 0,40 0,20 0,49 0,38 0,36 0, Jahr 19

20 Baustandards 1,60 1,40 1,20 U-Wert [W/(m²K) ] 1,00 0,80 0,60 1,60 1,35 1,00 Faktor 2 0,40 0,20 0,49 0,38 0,36 0, Jahr Wärmedämmung U-Werte in W/m²K Bauordnung mäßig gut super Niedrigenergiehaus passiv Außenwand 0,35 0,20 0,15 0,10 Kellerdecke 0,40 0,30 0,20 0,15 Dach 0,20 0,15 0,12 0,10 Fenster 1,40 1,30 1,00 0,80 20

21 Wärmedurchgangskoeffizient U-Wert in [W/m²K] : Wärmestrom, der durch 1m² eines Bauteils fließt, wenn der Temperaturunterschied 1 K beträgt 19 Grafik: LandesEnergieVerein Grundbegriffe U-Wert Wärmedurchlasswiderstand R in [m²k/w] R = d λ Wärmeübergangswiderstände R si, R se in [m²k/w] Wärmedurchgangswiderstand R T in [m²k/w] n T = R + si j=1 R Rj + R se Wärmedurchgangskoeffizient U in [W/m²K] 21

22 Verschiedene Baustoffe mit gleicher Dämmwirkung Stahlbeton 925 cm 280 Vollziegel 100 Hochlochziegel cm Hochlochziegel + 4 cm Thermoputz Weichholz 44 Porenbeton/Ytong cm Hochlochziegel + 12 cm Vollwärmeschutz Holzständerkonstruktio n Dämmstoff Das Fenster ein anspruchsvoller Bauteil 22

23 U-Wert transparenter Bauteile Zusammenhang U-Wert und g-wert Quelle: Passivhausinstitut Wärmebrücken Wärmebrücken sind örtlich begrenzte Bereiche in der wärmeübertragenden Hüllfläche eines Gebäudes, bei denen ein erhöhter Wärmefluss auftritt Anschluss Dach Fenstersturz es kommt zu verminderten Temperaturen auf der Innenoberfläche des Bauteils Fensterbrüstung Risiko für Oberflächenkondensat und Schimmelbildung Anschluss Zwischendecke Bild: BFE, Schweiz 23

24 Wärmebrücken geometrische Wärmebrücken z.b. Gebäudeecken im Gegensatz zur ebenen Wand steht hier einer großen Wärme abgebende Oberfläche eine geringere Wärme aufnehmende Oberfläche (Innenecke) gegenüber in diesem Bereich wird mehr Wärme abgeführt Wärmebrücken konstruktive Wärmebrücken Geschossdeckeneinbindung, Fensterüberlager, statische Aussteifungen, Stützeneinbindung, entstehen durch einen Wechsel der Wärmeleitfähigkeit innerhalb der ebenen Bauteilschicht. Der Wechsel kann linienförmig oder punktförmig erfolgen (z.b: Befestigungen) 24

25 Wärmebrücken umgebungsbedingte Wärmebrücke entstehen durch örtlich höhere Oberflächentemperatur, wie zum Beispiel ungedämmte Steigleitungen in der Außenwand, oder Heizkörper in Fensternischen 0,0 C ,0 C Bild: Grazer Energie Agentur Wärmebrücken massestrombedingte Wärmebrücken (auch konvektive Wärmebrücken) entstehen durch Undichtheit der Gebäudehülle z.b. Fenstersturz Bild: Blower Door GmbH, Deutschland 25

26 Wärmebrücken Thermographie zur Aufdeckung von Wärmebrücken Auswirkung Wärmebrücken Quelle: Passivhaus Institut Darmstadt 26

27 Luftdichtheit Erhöhter Wärmeverlust durch 1 mm Fuge U-Wert ungestörter Bauteil 0,20 W/m²K Feuchtigkeit die in Bauteil (mit intakter Dampfbremse) gelangt: 0,5 g/m² U-Wert mit 1 mm Fuge 1,20 W/m²K Feuchtigkeit die in Bauteil gelangt: 800 g/m² 27

28 Luftdichtheitstest Achtung: Unterdruck- und Überdruckmessung notwendig, da Leckagen (z.b. Unsauber geklebte Folien) auf Unterdruck anders reagieren als auf Überdruck Solare Ausrichtung Grafik: Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie 28

29 Abhängigkeit HWB von der Ausrichtung des Gebäudes S-Orientierung: 45 kwh/m² SW-Orientierung: 50 kwh/m² W-Orientierung: 56 kwh/m² NW-Orientierung: 59 kwh/m² N-Orientierung: 59 kwh/m² Speicherfähigkeit Speicherfähigkeit ist wichtig zum Ausgleich der Raumtemperatur vor allem im Sommer und zur Speicherung solarer (Ein-)Strahlung. Ein Baustoff speichert Wärme besser je höher die spezifische Wärmekapazität c ist je höher die Wärmeleitfähigkeit ist je dichter das Material ist ausschlaggebend sind die raumseitig oberen 5 bis 10 cm 29

30 Einfluss der Gebäudemasse auf die Raumlufttemperatur im Sommer Energieausweis Bewertung der Energieeffizienz Logo Logo 30

31 Energieausweis Deckblatt Heizwärmebedarf Referenzklima HWB BGF,REF A++ 10 kwh/(m²a) A+ 15 kwh/(m²a) A 25 kwh/(m²a) B 50 kwh/(m²a) C 100 kwh/(m²a) D 150 kwh/(m²a) E 200 kwh/(m²a) F 250 kwh/(m²a) G > 250 kwh/(m²a) Energieausweis Datenblatt Heizwärmebedarf (HWB) + Warmwasserbedarf (WWWB) + Heiztechnikenergiebedarf (HTEB) = Heizenergiebedarf (HEB) = Endenergiebedarf (EEB) 31

32 Energieausweis Gesamtbilanz Heizwärmebedarf Grafik: DIN V Heiztechnikenergiebedarf Heizenergiebedarf Einflussfaktoren Heizwärmebedarf das Bauwerk Wärmedämmung Luftdichtheit Wärmebrücken Solare Ausrichtung Lüftungsanlage Wärmerückgewinnung Erdwärmetauscher 32

33 Einflussfaktoren Heizenergiebedarf Verluste der Raumheizung Verluste Wärmeabgabe Verluste Wärmeverteilung Verluste Speicherung Verluste Bereitstellung RH Einflussfaktoren Heizenergiebedarf Verluste der Warmwasserbereitung Verluste Wärmeabgabe Verluste Wärmeverteilung Verluste Speicherung Verluste Bereitstellung WW 33

34 Entwicklung Energieeffizienz Entwicklung Heizwärmebedarf Neubau Sanierung 100 HWB max. in kwh/m²a (Referenzklima) C C C C B C B C A C A++ Effizienzklassen Energieausweis OIB OIB WBF WBF klima:aktiv 5 Passivhaus 6 haus Projektphasen und Einsparpotential wichtige Entscheidungen müssen im frühen Planungsstadium getroffen werden konsequent verfolgen über die gesamte Bauphase Vernetzung aller Beteiligten Grafik: Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie 34

35 Erfolgsfaktoren Bestandsaufnahme Analyse verschiedene Zielvorstellungen klären Planung Konzept Ablauf Zuständigkeiten Schnittstellen Wärmebrücken 7% Fenster 25% Lüftung 17% Kellerdecke 8% Flachdach 4% Außenwand 39% Grafik: Aufteilung der Verluste MFH, Bj 1970 Von Anfang an das Ziel nicht aus den Augen verlieren! Erfolgsfaktoren Bauausführung Koordination Kontrolle der Umsetzung Schnittstellen Einschulung/Information Quelle: GDI Quelle: Passivhausinstitut 35

36 Erfolgsfaktoren Qualitätssicherung Thermografie Druckdichtheitstest Materialkontrolle Grafik: Ingenieurbüro Epple Bild: Blower Door GmbH, Deutschland Erfolgsfaktoren Wartung Evaluierung Pflichtenheft für Nutzer Wartung und Reinigung Energiebuchhaltung Strom 36

37 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Formatvorlage des Untertitelmasters durch Klicken bearbeiten 37