Peter Curiger, dipl. Bauing. ETH/SIA Leiter Technik Stahlton Bauteile AG

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1 Vorfabrizierte Bauteile für die verputzte Aussenwärmedämmung Peter Curiger, dipl. Bauing. ETH/SIA Leiter Technik Stahlton Bauteile AG Marco Ragonesi dipl. Architekt HTL/Bauphysiker Ragonesi Strobel & Partner AG, Luzern

2 1 Agenda Vorfabrizierte Bauteile und Bauphysikanforderungen Baukonstruktiv einwandfreie Lösungen Thermische Gebäudehülle: Beispiel Aussenwand Oberflächentemperatur und Feuchteschutz Thermische Gebäudehülle: Y bei Bauteilübergängen Zusammenfassung der Erkenntnisse

3 2 Vorfabrizierte Bauteile und Bauphysikanforderungen Thermisch optimierte Gebäudehülle Energiebilanz Bauteile (U-Wert) Bauteilübergänge (Wärmebrückenverluste Y) Feuchteschutz und Behaglichkeit Lärm- bzw. Schallschutz Natürliche Beleuchtung und Energiegewinne

4 3 Thermisch optimierte Gebäudehülle: Energiebilanz Q IP Q V Q IE Transmission Aussenwand Wärmebrücken Bauteilübergänge Transmission Dächer, Böden u.ä. Wärmebrücken Fenstereinbau Transmission Fenster Q S Q h Optimierung: Q h Q h,li Q T

5 4 Thermische Gebäudehülle: Bauteile Varianten von Standardlösungen für Höchstanteil nichterneuerbarer Energien Wärmebrücken- Nachweis Für Einzelbauteilnachweis erforderliche U-Werte (Jedes einzelne Bauteil muss diese Anforderungen ohne Kompromiss erfüllen) 4 Holzfeuerung, Solaranlage 5 Automatische Holzfeuerung 6 Wärmepumpe mit Erdsonde oder Wasser 7 Wärmepumpe mit Aussenluft 8 Komfortlüftung mit WRG und Solaranlage 9 Solaranlage (mind. 7 % der EBF) 10 Abwärmenutzung 11 Wärmekraftkopplung 2 Komfortlüftung mit WRG 3 Solaranlage (mind. 2 % der EBF) 1 Keine erneuerbare Energie Verbesserte Wärmedämmung Auskragungen Ψ 0,30 W/mK Unterbrechung der Wärmedämmschicht Ψ 0,20 W/mK Fensteranschlag Ψ 0,10 W/mK Ohne Wärmebrückennachweis bzw. nicht erfüllter Nachweis Opake Bauteile gegen Aussenluft (Dach, Decke, Wände, Böden) Opake Bauteile gegen unbeheizte Räume und Erdreich (Wände, Böden) Fenster, Fenstertüren und Türen Storenkasten /Sturz, Rahmenverbreiterung) U-Wert [W/m 2 K] 1,7 1,3 1,0 0,5 0,28 0,25 0,20 0,170,15 0,12 0,1

6 5 Thermische Gebäudehülle: Bauteilübergänge Anforderungen an lineare Wärmebrückenverluste bei Einzelbauteilnachweis Anforderungen an punktuelle Durchdringungen der Wärmedämmung: Grenzwert c = 0,3 W/K Zielwert c = 0,15 W/K 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 Wärmebrückenverlust Ψ [W/mK] Ψ-Wert-Bereiche (*1): 0,30 W/mK Grenzwert für Auskragungen (Balkone, Vordächer u.ä.) 0,20 W/mK Grenzwert für Unterbrechung der Wärmedämmschicht (Sockel, Dachrand u.ä.) 0,10 W/mK Grenzwert für Fensteranschlag (Leibung, Brüstung, Sturz) 0,10 W/mK Zielwert für Unterbrechung der Wärmedämmschicht (Sockel, Dachrand u.ä.) 0,05 W/mK Zielwert für Fensteranschlag (Leibung, Brüstung, Sturz) (*1) Grenz- und Zielwerte aus Norm SIA 380/1

7 6 Feuchteschutz und Behaglichkeit θ si /f Rsi Genügend hohe Oberflächentemperaturen auch beim Bauteilübergang. Vermeiden von Schimmelpilzbildung.

8 7 Lärm- bzw. Schallschutz Sturzausbildung mit vorfabriziertem Bauteil ermöglicht optimalen Schallschutz der Fassade.

9 8 Natürliche Beleuchtung und Energiegewinne Optimierte Sturzausbildung ermöglicht hohe Licht- und Energieeinträge.

10 9 Baukonstruktiv einwandfreie Lösungen Sanierungslösung mit Ecomur-Elementen

11 10 Baukonstruktiv einwandfreie Lösungen Ψ E = 0,267 W/mK Ψ E = 0,344 W/mK Kleinere Wärmeverluste und höhere Oberflächentemperaturen mit Ecomur- Elementen θ si = 15,8 C f Rsi = 0,86 θ si = 14,4 C f Rsi = 0,81 Wärmestrom über berechneten Detailperimeter: 22,11 W/m (100 %) Wärmestrom über berechneten Detailperimeter: 25,64 W/m (116 %) Anmerkung: Berechnung mit Übergangswiderständen für energetische Betrachtung (R i = 0,13 m 2 K/W) Die Oberflächentemperaturen sind mit höheren, normkonformen Übergangswiderständen tiefer

12 11 Baukonstruktiv einwandfreie Lösungen Neubaulösung mit Dachrand-Element

13 12 Baukonstruktiv einwandfreie Lösungen Ψ Ψ θ si /f Rsi θ si /f Rsi Optimierung mit Zusatzwärmedämmung oder mit Dachrand-Element?

14 13 Thermische Gebäudehülle: Beispiel Aussenwand Varianten von Standardlösungen für Höchstanteil nichterneuerbarer Energien Wärmebrücken- Nachweis Für Einzelbauteilnachweis erforderliche U-Werte (Jedes einzelne Bauteil muss diese Anforderungen ohne Kompromiss erfüllen) 4 Holzfeuerung, Solaranlage 5 Automatische Holzfeuerung 6 Wärmepumpe mit Erdsonde oder Wasser 7 Wärmepumpe mit Aussenluft 8 Komfortlüftung mit WRG und Solaranlage 9 Solaranlage (mind. 7 % der EBF) 10 Abwärmenutzung 11 Wärmekraftkopplung 2 Komfortlüftung mit WRG 3 Solaranlage (mind. 2 % der EBF) 1 Keine erneuerbare Energie Verbesserte Wärmedämmung Auskragungen Ψ 0,30 W/mK Unterbrechung der Wärmedämmschicht Ψ 0,20 W/mK Fensteranschlag Ψ 0,10 W/mK Ohne Wärmebrückennachweis bzw. nicht erfüllter Nachweis Aussenwände U-Wert [W/m 2 K] 1,7 1,3 1,0 0,5 0,28 0,25 0,20 0,170,15 0,12 0,1

15 14 Aussenwand mit Aussenwärmedämmung verputzt Erreichbare U-Werte, abhängig von der Wärmedämmschicht und den konstruktiven Randbedingungen 0,35 0, Konstruktionsaufbau 1 Innenputz 10 mm 2 Backsteinmauerwerk 150 mm 3 Klebemörtel 4 mm 4 Wärmedämmschicht variabel 5 Einbettmörtel/Aussenputz 8 mm Wärmedämmschicht mit: λ D = 0,023 W/mK λ D = 0,030 W/mK λ D = 0,034 W/m K λ D = 0,036 W/m K λ D = 0,038 W/m K Dicke der Wärmedämmschicht [m] 0,25 0,20 0,15 0,10 10 cm Differenz bei WD (Grenzwert / λ D ) Konstruktiver Grenzbereich Wärmedämmschicht: einlagig möglich, je nach WD mehrlagig erforderlich/vorteilhaft 0,05 0,25 0,20 0,15 0,10 U-Wert der Wand [W/m 2 K]

16 15 Aussenwärmedämmung mit hinterlüfteter Bekleidung 6 Erreichbare U-Werte, abhängig von der Wärmedämmschicht und den konstruktiven Randbedingungen 0, Konstruktionsaufbau 1 Innenputz 10 mm 2 Backsteinmauerwerk 150 mm 3 Wärmedämmschicht variabel 4 Fassadenunterkonstruktion/Hinterlüftung 5 Fassadenbekleidung 6 Alukonsole thermisch getrennt etwa 2,3 Stück pro m 2 Aussenwand Wärmebrückenverlust χ etwa 0,02 W/K Wärmedämmschicht mit: λ D = 0,032 W/mK λ D = 0,040 W/mK Dicke der Wärmedämmschicht [m] 0,30 0,25 0,20 0,15 5 cm WD ein-/zweilagig Wärmedämmschicht: einlagig möglich mehrlagig erforderlich/vorteilhaft 0,10 0,25 0,20 0,17 0,15 0,10 U-Wert der Wand [W/m 2 K]

17 16 Oberflächentemperatur und Feuchteschutz U = 0,18 W/m 2 K Ψ = 0,55 W/mK θ si = 5,3 C frsi = 0, Schimmelpilzbildung im Stützenbereich (die Stahlbetonstütze durchdringt die Aussenwärmedämmung) 16 17

18 17 Anforderungen Die Konstruktion muss so bemessen sein, dass: an keiner Stelle Oberflächenkondensat auftritt an keiner Stelle die Gefahr von Schimmelpilzbefall besteht. Das Kriterium Schimmelpilzfreiheit verlangt, dass die Oberflächenfeuchte (relative Feuchte der oberflächennahen Luftschicht) den Wert von 80% nicht langfristig übersteigt. Die kritischen Stellen für Oberflächenfeuchte sind geometrische und konstruktive Wärmebrücken (Ecken, Deckenauflager usw.).

19 18 Vereinfachter Nachweis Aussenlufttemperatur θ e Oberflächentemperatur innen θ si Raumlufttemperatur θ i Sofern die maximal zulässigen Raumluftfeuchten nicht überschritten sind, gelten die Anforderungen betreffend Oberflächenkondensat und Schimmelpilzbildung als erfüllt, wenn: Die maximalen U-Werte gemäss Norm SIA 180 bei den Bauteilen eingehalten sind. Der Oberflächentemperaturfaktor f Rsi bei Bauteilen und konstruktiven Wärmebrücken, ausgenommen Fenster, grösser oder gleich 0,75 ist. f Rsi = θ si θ e θ i θ e

20 19 Anforderungen sind bei Bauteilübergängen eingehalten (*1) Oberflächentemperaturfaktor f Rsi gemäss Norm SIA 180 zur Gewährleistung des Feuchteschutzes (Schimmelpilzbildung, Oberflächenkondensat) Anforderung: f Rsi 0,75 1 0,75 Faktor f Rsi [ ] (*1) 1 0,75 Faktor f Rsi [ ] (*1)

21 20 Thermische Gebäudehülle: Y bei Bauteilübergängen Ψ-Werte [W/mK] der überprüften Details Ψ-Wert-Bereiche (Norm 380/1): 0,30 W/mK Grenzwert für Auskragungen (Balkone, Vordächer u.ä.) 0,20 W/mK Grenzwert für Unterbrechung der Wärmedämmschicht (Sockel, Dachrand u.ä.) 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,10 W/mK Zielwert für Unterbrechung der Wärmedämmschicht (Sockel, Dachrand u.ä.)

22 21 Thermische Gebäudehülle: Y bei Fenstereinbau Ψ-Werte [W/mK] der überprüften Details Ψ-Wert-Bereiche (Norm 380/1): 0,10 W/mK Grenzwert für Fensteranschlag (Leibung, Brüstung, Sturz) 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,05 W/mK Zielwert für Fensteranschlag (Leibung, Brüstung, Sturz)

23 22 Dachrand «niedrig» bei Aussenwärmedämmung Ψ 3 U Flachdach 5 Konstruktive Randbedingungen 1 Backsteinmauerwerk 150 mm mit Innenputz 10 mm 2 Wärmedämmschicht variabel, aufgeklebt und verputzt 3 Dachrand-Element (z. B. Ecomur Typ DKG) 4 Stahlbeton 200 mm 5 Wärmedämmschicht variabel Thermisch-hygrische Beurteilung der Konstruktion θ e = 4 C bzw. 14 C 4 U-Wert Flachdach [W/m 2 K] U-Wert der Wand [W/m 2 K] U Wand = 0,20 U Wand = 0,15 U Wand = 0,10 θ si /f Rsi θ i = +20 C U Flachdach = 0,20 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,02 15,8 0,88 0,02 16,1 0,88 0,02 16,3 0,89 U Wand 2 1 U Flachdach = 0,15 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,02 16,1 0,89 0,03 16,4 0,90 0,03 16,7 0,90 U Flachdach = 0,10 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,03 16,5 0,90 0,04 16,8 0,91 0,04 17,1 0,92

24 23 Dachrand «hoch» bei Aussenwärmedämmung Ψ 4 U Flachdach Konstruktive Randbedingungen 1 Backsteinmauerwerk 150 mm mit Innenputz 10 mm 2 Wärmedämmschicht variabel, aufgeklebt und verputzt 3 Mauerfusselement mit Element für Bewehrungsdurchführung (z.b. Thermur plus) 4 Hohe Attikabrüstung aufbetoniert 5 Stahlbeton 200 mm 6 Wärmedämmschicht variabel θ e = 4 C bzw. 14 C Thermisch-hygrische Beurteilung der Konstruktion U-Wert Flachdach [W/m 2 K] U-Wert der Wand [W/m 2 K] U Wand = 0,20 U Wand = 0,15 U Wand = 0,10 θ si /f Rsi θ i = +20 C U Flachdach = 0,20 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,14 13,9 0,82 0,14 14,1 0,83 0,14 14,4 0,83 U Wand 2 1 U Flachdach = 0,15 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,15 14,2 0,83 0,15 14,4 0,84 0,16 14,7 0,84 U Flachdach = 0,10 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,16 14,5 0,84 0,16 14,5 0,84 0,17 15,0 0,85

25 24 Sturz bei Aussenwärmedämmung U Wand θ e = 4 C bzw. 14 C U Sturz (*1) Konstruktive Randbedingungen 1 Backsteinmauerwerk 150 mm mit Innenputz 10 mm 2 Wärmedämmschicht variabel, aufgeklebt und verputzt 3 Stahlbeton 200 mm 4 Wärme- und Trittschalldämmschicht mm 5 Unterlagsboden ohne Bodenheizung 6 Hohlsturz (z.b. Stahlton Ecomur Typ 23) 7 Holz/Metall-Fenster Thermisch-hygrische Beurteilung der Konstruktion U-Wert Sturz [W/m 2 K] U-Wert der Wand [W/m 2 K] U Wand = 0,20 U Wand = 0,15 U Wand = 0,10 Ψ E 7 θ si /f Rsi θ i = +20 C (*1) U-Wert Sturz variabel: konstante Dicke der WD beim Hintersturz λ WD,Sturz 0,04 (a); 0,035 (b); 0,03 W/mK (c) U Sturz = var. (*1);(a) 0,61 U Sturz = var. (*1);(b) 0,54 U Sturz = var. (*1);(c) 0,47 Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,23 13,7 0,82 0,21 14,1 0,83 0,19 14,4 0,84 0,25 13,8 0,82 0,23 14,1 0,83 0,21 14,4 0,84 0,26 13,8 0,82 0,24 14,1 0,83 0,22 14,4 0,84

26 25 Leibung bei Aussenwärmedämmung 2 1 Konstruktive Randbedingungen und Hinweise 1 Backsteinmauerwerk 150 mm mit Innenputz 10 mm 2 Wärmedämmschicht variabel, aufgeklebt und verputzt 3 Holz/Metall-Fenster U Wand Thermisch-hygrische Beurteilung der Konstruktion U-Wert der Wand [W/m 2 K] Ψ E 4 θ si /f Rsi U Wand = 0,20 U Wand = 0,15 U Wand = 0,10 θ e = 4 C bzw. 14 C 3 θ i = +20 C Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,09 16,2 0,89 0,10 16,5 0,90 0,10 16,8 0,91

27 26 Brüstung bei Aussenwärmedämmung θ e = 4 C bzw. 14 C Ψ E 4 5 θ i = +20 C θ si /f Rsi Konstruktive Randbedingungen und Hinweise 1 Backsteinmauerwerk 150 mm mit Innenputz 10 mm 2 Wärmedämmschicht variabel, aufgeklebt und verputzt 3 Auflageelement (z.b. Stahlton Typ AW-EPS) 4 Fensterbank (z.b. Stahlton Ecomur Typ EN) 5 Holz/Metall-Fenster 3 Thermisch-hygrische Beurteilung der Konstruktion U Wand U-Wert der Wand [W/m 2 K] U Wand = 0,20 U Wand = 0,15 U Wand = 0, Ψ [W/mK] θ si [ C] f Rsi [ ] 0,11 15,1 0,86 0,11 15,3 0,86 0,12 15,4 0,87

28 27 Zusammenfassung der Erkenntnisse Thermische Spezialelemente führen zu konstruktiv einfacheren und architektonisch guten Detaillösungen. Der Feuchteschutz kann gut gewährleistet werden; mit zunehmend besseren U-Werten werden auch die f Rsi -Werte höher. Mit vorfabrizierten Bauteilen können die Anforderungen bei Bauteilübergängen für einen erleichterten Einzelbautelnachweis gut erbracht werden. Beim Fenstereinbau mit Holz/Metall-Fenstern können die Anforderungen in der Regel nicht eingehalten werden. Es ist somit meist ein verbesserter Wärmeschutz (U-Werte) erforderlich oder es ist der Systemnachweis gemäss SIA 380/1 zu erbringen.