ENERGIE BAUPHYSIK TGA

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1 ENERGIE BAUPHYSIK TGA Prof. Dipl.-Ing. Architektin Susanne Runkel

2 ENERGIE, BAUPHYSIK UND TGA PROGRAMM WS 2016/ Einführung, Entwicklung und Hintergrund Bauphysik Wärmetransport und U-Wert-Berechnung Teil U-Wert-Berechnung Teil 2, EnEV U-Wert-Berechnung Teil 3, inhomogen Oberflächentemperaturen und Schichttemperaturen Wärmebrücken, Schimmelpilzbefall, Nachweisverfahren Feuchteschutz, Feuchtetransport Glaserverfahren Heizung, Heizsysteme Lüftung, Lüftungssysteme EnEV-Berechnung excel Wiederholung Ferien Ferien Vorbereitung Prüfung Prüfung nicht mittwochs Moodle: Bph_Arch_WS16/17

3 PROGRAMM VORLESUNG 2 Wärmetransport und U-Wert-Berechnung Teil A 1. Wärmetransport und U-Wert 2. Wärmedurchlasswiderstand 3. Wärmedurchgangswiderstand 4. U-Wert-Berechnung Außenwand 5. Beispiele Übung: Raum C 1.13, ggf. H 1.20, (Bibinger, Runkel) Hausaufgabe?

4 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Wärmeschutz: Warmer Innenraum, kalte Außenluft Wärmedurchgang durch ein Bauteil Leitung Strahlung Konvektion Transmission, transmittere = (lat.) hinüberschicken

5 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Wärmetransportmechanismen Wärmeleitung Wärmekonvektion (- Mitnahme) Wärmestrahlung

6 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Hintergrund - Prinzipien 1.Thermodynamischer Hauptsatz: Die Energie eines abgeschlossenen Systems bleibt unverändert. Verschiedene Energieformen können sich umwandeln, aber Energie kann weder aus dem Nichts erzeugt noch kann sie vernichtet werden. 2.Thermodynamischer Hauptsatz: Wärme kann von selbstnur von einem Körper höherer Temperatur auf einen Körper niedriger Temperatur übergehen. KALT WARM WARM KALT

7 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Wärmeverluste durch Transmission Aufgrund des Wärmetransportes nach außen (Winter), liegt die raumseitige Oberflächen-temperatur unter der Raumlufttemperatur. An Bauteilkanten und ecken ist der Wärmetransport nach außen größer als im Bereich ungestörter Bauteilflächen. Hier ist die raumseitige Oberflächentemperatur nochmals niedriger (Wärmebrücke).

8 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Wärmedurchgangskoeffizient = U-Wert (W/m 2 K) Gibt die Energiemenge an, die durch eine Fläche von 1 m² fließt, wenn sich die beidseitig anliegenden Lufttemperaturen stationär um 1 K unterscheiden. Er wird im Wesentlichen bestimmt durch: - die Wärmeleitfähigkeit und -die Dicke der verwendeten Materialien Innerhalb des Bauteils Hausaufgabe Aber auch durch - Wärmestrahlung und - Konvektion an den Oberflächen

9 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Schritt 1: Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes: R = d /λ (m 2 K/W) (R = resistance) Der Wärmedurchlasswiderstand R(früher 1/Λ) ist der Widerstand, den ein homogenes Bauteil, oder bei mehrschichtigen Bauteilen eine homogene Bauteilschicht, dem Wärmestrom bei einer Temperaturdifferenz von 1Kelvin auf einer Fläche von 1m² zwischen seinen Oberflächen entgegensetzt. Er ist der Kehrwert des Wärmedurchlasskoeffizienten. Schritt 2: Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstand: R T = R si + R + R se Die Summe aus allen Wärmedurchlass und übergangswiderständen ist der Wärmedurchgangswiderstand R T (T = total) (si = surface intern, se = surface extern) Schritt 3: Ermittlung des U-Wertes: U = 1/ R T Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) ist der Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes

10 WÄRMETRANSPORT UND U-WERT Schritt 1: Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes: R = d /λ (m 2 K/W) (R = resistance) Der Wärmedurchlasswiderstand R(früher 1/Λ) ist der Widerstand, den ein homogenes Bauteil, oder bei mehrschichtigen Bauteilen eine homogene Bauteilschicht, dem Wärmestrom bei einer Temperaturdifferenz von 1Kelvin auf einer Fläche von 1m² zwischen seinen Oberflächen entgegensetzt. Er ist der Kehrwert des Wärmedurchlasskoeffizienten. Schritt 2: Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstand: R T = R si + R + R se Die Summe aus allen Wärmedurchlass und übergangswiderständen ist der Wärmedurchgangswiderstand R T (T = total) (si = surface intern, se = surface extern) Schritt 3: Ermittlung des U-Wertes: Wärmedurchgangswiderstandes U = 1/ R T Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) ist der Kehrwert des

11 SCHRITT 1: WÄRMEDURCHLASSWIDERSTAND Wärmeleitfähigkeit λ - Baustoffkennwert Def.: Die Wärmeleitfähigkeit gibt an, welcher Wärmestrom in Watt durch einen Würfel von einem Meter Kantenlänge fließt, wenn ein Temperatur- Unterschied von einem Kelvin (= Grad Celsius) herrscht. Einheit: [W/mK] W = J/s Werte: Bemessungswerte gemäß DIN 4108 Teil 4 od. Herstellerangaben Wärmeleitwerte im Vergleich: Luft bei 10 C λ= 0,024 W/m K Dämmstoffe λ= 0,025-0,070 W/m K Holz (weich) λ= 0,13 W/m K Holz (hart) λ= 0,18 W/m K Vollziegel 1400 kg/m3 λ= 0,58 W/m K Hochlochziegel λ= 0,36 W/m K Wärmedämmziegel λ= 0,14 W/m K Kalk-Zementmörtel λ= 1,00 W/m K Stahlbeton 2500 kg/m3 λ= 2,10 W/m K nicht rostender Stahl λ= 17 W/m K Aluminium λ= 160 W/m K Kupfer λ= 380 W/m K Wasser, 0 C λ= 0,60 W/m K Wasser, 40 C λ= 0,63 W/m K Eis, 0 C λ= 2,20 W/m K

12 SCHRITT 1: WÄRMEDURCHLASSWIDERSTAND Baustoffkennwerte in der DIN 4108 Teil 4

13 SCHRITT 1: WÄRMEDURCHLASSWIDERSTAND Berechnung des Wärmedurchlasswiderstandes: R = d/λ 1. Wärmeleitfähigkeit λ : 1. Putz innen λ= 0,8 W/m K 2. Vollziegel 1400 kg/m3 λ= 0,58 W/m K 3. Putz außen λ= 0,8 W/m K 2. Dicke der Baustoffschichten d: d1 = 1,5 cm (Putz) d2 = 36,5 cm (Mauerwerk) d3 = 1,5 cm (Putz) = 0,015 m = 0,365 m = 0,015 m 3. Wärmedurchlasswiderstand R: R = d/λ 1. Putz innen R 1 = Vollziegel 1400 kg/m 3 R 2 = Putz außen R 3 =....

14 SCHRITT 2: WÄRMEDURCHGANGSWIDERSTAND Schritt 1: Schritt 2: Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes: R = d /λ (m 2 K/W) (R = resistance) Der Wärmedurchlasswiderstand R(früher 1/Λ) ist der Widerstand, den ein homogenes Bauteil, oder bei mehrschichtigen Bauteilen eine homogene Bauteilschicht, dem Wärmestrom bei einer Temperaturdifferenz von 1Kelvin auf einer Fläche von 1m² zwischen seinen Oberflächen entgegensetzt. Er ist der Kehrwert des Wärmedurchlasskoeffizienten. Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstand: R T = R si + R + R se Die Summe aus allen Wärmedurchlass und übergangswiderständen ist der Wärmedurchgangswiderstand R T (T = total) (si = surface intern, se = surface extern) Schritt 2: Ermittlung des U-Wertes: U = 1/ R T Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) ist der Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes

15 SCHRITT 2: WÄRMEDURCHGANGSWIDERSTAND Berechnung des Wärmedurchgangswiderstandes: R T = R si + R + R se 1. R: 2. R si, R se : Putz außen Vollziegel 1400 kg/m3 Putz außen R 1 = 0,01875 m 2 K/W R 2 = 0,6293 m 2 K/W R 3 = 0,01875 m 2 K/W R = 0,667 m 2 K/W Wärmeübergangswiderstand: R si bzw. R se = 1/h Der Übergangskoeffizient h drückt die Wärmemenge aus, die pro Sekunde (s) zwischen 1 m 2 der Oberfläche eines festen Stoffes und der ihn berührenden Luft ausgetauscht wird, wenn der Temperaturunterschied zwischen Luft und Stoffoberfläche 1 K beträgt. Konvektion und Strahlung R si für Außenwand, Wärmestrom horizontal h i = h K + h s h i = h i = 8 W/m 2 K, R si = 1/8 = 0,125 = 0,13 m 2 K/W R se für Außenwand, Wärmestrom horizontal h e = h K + h s h e = h e =23 W/m 2 K R se = 1/23 = 0,04 m 2 K/W

16 SCHRITT 2: WÄRMEDURCHGANGSWIDERSTAND Berechnung des Wärmedurchgangswiderstandes: R T = R si + R + R se 3. R T : R si = 0,13 m 2 K/W R = 0,667 m 2 K/W R se = 0,04 m 2 K/W Strahlung und Konvektion Leitung Strahlung und Konvektion R T = 0,837 m 2 K/W R 3 R 2 R 1 R si R se 16

17 SCHRITT 3: U-WERT Schritt 1: Schritt 2: Ermittlung des Wärmedurchlasswiderstandes: R = d /λ (m 2 K/W) (R = resistance) Der Wärmedurchlasswiderstand R(früher 1/Λ) ist der Widerstand, den ein homogenes Bauteil, oder bei mehrschichtigen Bauteilen eine homogene Bauteilschicht, dem Wärmestrom bei einertemperaturdifferenz von 1Kelvin auf einer Fläche von 1m² zwischen seinen Oberflächen entgegensetzt. Er ist der Kehrwert des Wärmedurchlasskoeffizienten. Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstand: R T = R si + R + R se Die Summe aus allen Wärmedurchlass und übergangswiderständen ist der Wärmedurchgangswiderstand R T (T = total) (si = surface intern, se = surface extern) Schritt 3: Ermittlung des U-Wertes: U = 1/ R T Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) ist der Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes

18 SCHRITT 3: U-WERT U = 1/ R T R T = 0,837 m 2 K/W U = 1 0,837 m 2 K/W U = 1,19 W/m 2 K, Vollziegel 36,5-er Mauerwerk Zum Beispiel: 200 m 2 Außenwandfläche? Temperaturdifferenz: 10 K Zeitraum: 150 Tage (3600h) Wieviel Wärmeenergie geht durch diese Wand?

19 BEISPIEL 1 U-Wert Wärmedämmziegel Schritt 1: Wärmedurchlasswiderstand, R = Wärmedämmziegel Putz innen und außen Putz innen Wärmedämmziegel Putz außen d = 0,365 m λ= 0,14 W/m K d = 0,015 m λ= 0,8 W/m K R 1 =.... R 2 =.... R 3 =.... Zum Beispiel: 200 m 2 Außenwandfläche Temperaturdifferenz: 10 K Zeitraum: 150 Tage (3600h) Wieviel Wärmeenergie geht durch diese Wand? Schritt 2: Wärmedurchgangswiderstand, R T = R si = R = R se = Schritt 3: U-Wert, U =

20 BEISPIEL 2 U-Wert Vollziegel, gedämmt Schritt 1: Wärmedurchlasswiderstand, R = Vollziegel Putz innen und außen d = 0,365 m λ= 0,58 W/m K d = 0,015 m λ= 0,8 W/m K Putz innen Vollziegel Putz Dämmung Putz außen R 1 =.... R 2 =.... R 3 =.... R 4 =.... R 5 =.... Wärmedämmung Mineralfaser d = 0,16 m λ= 0,035 W/m K Schritt 2: Wärmedurchgangswiderstand, R T = R si = R = R se = Schritt 3: U-Wert, U = Zum Beispiel: 200 m 2 Außenwandfläche Temperaturdifferenz: 10 K Zeitraum: 150 Tage (3600h) Wieviel Wärmeenergie geht durch diese Wand?

21 WÄRMEDURCHGANG Temperaturprofile: Homogene Wand Wand mit Wärmedämmung außen Wand mit Wärmedämmung innen Wand mit Wärmedämmung innen und außen Hinweis: Sonderfälle U-Wert-Berechnung Inhomogene Bauteile DIN EN 6946 Umkehrdächer DIN Keilförmige Dämmschichten DIN EN 6946 Befestigungen, Verankerungen DIN EN 6946 Erdreich DIN EN ISO 13370

22 Hausaufgabe Berechnen Sie den U-Wert Ihrer Außenwand A) Innenputz 24 cm tragende Wand Außenputz B) Die Wand aus A plus: 16 cm Dämmung Außenputz Schauen Sie nach Anforderungswerten in der EnEV 2014 in der Anlage 3 (Bestand)

23 ENERGIE - BAUPHYSIK - TGA Prof. Dipl.-Ing. Architektin Susanne Runkel