Energieberatung und Gebäude-Energieausweise

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1 Lehrveranstaltung Energieberatung und Gebäude-Energieausweise Prof. Dr.-Ing. Mario Adam E² - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik Fachhochschule Düsseldorf Thema: Wärmebrücken Arten, Thermografie, Wärmeverlust, Oberflächentemperatur, Abhilfe Wärmebrücken 1

2 Wärmebrücken Teil der Gebäudehülle mit höherem Wärmeverlust als in der ungestörten Bauteilfläche dadurch auch geringere Oberflächentemperatur auf der Innenseite des Bauteils ( Risiko der Wasserdampfkondensation und Schimmelpilzbildung) relative Bedeutung des Wärmeverlustes an der Wärmebrücke steigt mit der Güte des allgemeinen Wärmeschutzes Erkennung durch Thermografie (siehe rechts) und bautechnisches Wissen einschlägige Normen / Unterlagen: DIN EN ISO 10211, Teil 1 und 2 DIN 4108, Teil 2 und Beiblatt 2 Wärmebrückenkataloge z.b. im Energieberater Wärmebrückenberechnungsprogramme (FEM) Bildquelle: HEA Wärmebrücken 2

3 Geometrische Wärmebrücke Wärme abgebende Fläche > Wärme aufnehmende Fläche z.b. Gebäudekante/-ecke lokal erniedrigte innere Oberflächentemperatur und erhöhter Wärmeabfluss Abhilfe: Wärmedämmung (außen oder innen) Bildquelle: Energieagentur NRW Wärmebrücken 3

4 Konstruktive Wärmebrücke: Beispiel Betondecke Unterbrechung der Dämmschicht z.b. in Außenwand eingebundene Betondecke lokal erniedrigte innere Oberflächentemperatur und erhöhter Wärmeabfluss Wärmestrom Abhilfe: Außendämmung, größere Kopfdämmung, Dämmkeile unter Decke Beton dünne Dämmplatte Porenbeton 18 C 19 C 15 C 19 C Weitere Beispiele konstruktiver Wärmebrücken (siehe auch Wärmebrückenkataloge): auskragende Balkonplatten, Vordächer, Eingangspodeste (= durchgezogene Geschossdecke) Bauteilanschlüsse wie Außenwand an Fenster, Wand auf Kellerdecke, (Giebel-)Wand an Steildach, Innenwand an Außenwand bei Innendämmung, etc. Heizkörpernischen, Rolladenkästen, Fensterstürze aus Beton Bildquelle: Feist Wärmebrücken 4

5 Thermografie zur Erkennung von Wärmebrücken Detektion der infraroten Abstrahlung der Gebäudeoberfläche; Intensität nimmt mit der Oberflächentemperatur und dem Emissionskoeffizienten (ε = 0 1,0) zu Zuordnung beliebiger Farben zu den einzelnen Temperaturen Wärmebrücken führen innen zu niedrigeren und außen zu höheren Temperaturen (Ausnahme außen: Gebäudeecken) z.b. im Bild rechts - oben: einbindende Betondecken, Gebäudeecken von außen - unten: Gebäudeecke von innen Bildquelle: HEA Wärmebrücken 5

6 Technik der Infrarot-Thermografie jeder Körper mit einer Temperatur über 0 K sendet Strahlung aus (siehe Bild) Intensität = Maß für die Temperatur ermöglicht berührungslose und flächenhafte Temperatur-Messung meist Auswertung im infraroten Wellenlängenbereich bei 3-5 oder 8-14 µm, da dort maximale Abstrahlung bei üblichen Objekttemperaturen zur quantitativen Temperatur-Bestimmung werden benötigt: - Emissionskoeffizient ε der Oberfläche: viele Nichtmetalle wie Baustoffe, Textilien, Haut, etc. sind im Infraroten schwarz, d.h. ε nahe 1,0 (nicht so: Glas, Metall) - Umgebungstemperatur: zur Berücksichtigung der Reflexion von Strahlung aus der Umgebung (bei ε Oberfläche nahe 1: geringe Fehler durch falsche T u ) Hauptmessbereiche von Thermografiegeräten Strahlungsspektrum schwarzer Strahler (ε=1) Wärmebrücken 6

7 Wärmebrücken - Transmissionswärmeverluste Zusätzlicher Transmissionswärmeverlust zu dem in der ungestörten Bauteilfläche Q T,WB = F Gt. Ψ. L Ψ: Wärmebrückenverlustkoeffizient WBV bei linienförmigen Wärmebrücken in W/mK (bei punktförmigen Wärmebrücken: χ in W/K) L: Länge der Wärmebrücke z.b. Fensterhöhe und breite, in m F Gt 2) : = 66 kkh/a = Klimafaktor (Gradtagszahl) für mittleren Standort in BRD (Würzburg) U = 0,8 W/m²K 1) Wärmeverlust in der Fläche: QT / A = FGt U = 52,8 kwh/(m²a) Wärmeverlust an der Wärmebrücke: Ψ = 0,13 W/mK QT, WB / L = FGt Ψ = 8,6 kwh/(m a) WBV kann durch Wärmedämmung der angrenzenden Fläche steigen WBV kann negativ sein, z.b. an Gebäudekanten mit guter Wärmedämmung (aufgrund der Bilanzierung der Flächen mit Außenmaßen!) 1) mit anderen α-werten als in DIN EN ISO 6946; hier: deq,innen = 1 cm 2) abhängig von (H T +H V )/A N ; hier für (H T +H V )/A N < 2 Bildquelle: HEA Wärmebrücken 7

8 θ Wärmebrücken - Innere Oberflächentemperatur Absenkung der raumseitigen bzw. inneren Oberflächentemperatur f Rsi Temperaturfaktor = (θ si - θ e ) / (θ i - θ e ) [vor 2003: f Rsi = f; ab 2003: f = (θ i - θ si ) / (θ i - θ e )] θ ( θ ) si = θe + frsi i θe Temperaturen: Oberfläche innen (si: surface internal), Raumluft (i: internal), Außenluft (e: external) Prüfung auf Schimmelgefahr: lt. DIN bei θ e = -5 C, θ i = 20 C, 50% Raumluftfeuchte; Schimmel bei 80 % Luftfeuchtigkeit an der Bauteiloberfläche Luftabkühlung auf 12,6 C! θ si 12,6 C ( 5 C) > 12,6 C ist gleichbedeutend mit frsi > = 0,7 20 C ( 5 C) Anmerkung: bei höheren Raumluftfeuchten sind höhere θ si erforderlich! U = 0,8 W/m²K 1) Oberflächentemperatur in der Fläche: f Rsi = 0,8 f Rsi = 0,56 θ si = 5 C + 0,8 (20 C - (-5 C)) = 15 C Wärmebrücke: θ si = 5 C + 0,56 (20 C - (-5 C)) = 9 C 1) mit anderen α-werten als in DIN EN ISO 6946; hier: deq,innen = 1 cm Quelle: DIN EN ISO 10211, DIN 4108 T2, HEA Wärmebrücken 8

9 Konstruktive Wärmebrücke - Fensterlaibung bei Außendämmung Fläche: Q T /A (0,8 W/m²K) = Wärmebrücke: 52,8 kwh/(m²a) (0,2 W/m²K) = 13,2 kwh/(m²a) θsi (0,8) = 15 C; θsi(0,95) = 18,8 C Q T, WB /L (0,13 W/mK) = 8,6 kwh/(m a) (0,34 W/mK) = 22,4 kwh/(m a) (0,12 W/mK) = θ si (0,56) = 9 C (0,64) = 11 C (0,80) = 15 C 7,9 kwh/(m a) ideal: Fensterrahmen in der Dämmebene f Rsi = 0,8 U = 0,8 W/m²K 1) U = 0,2 W/m²K 1) f Rsi = 0,95 U = 0,2 W/m²K 1) f Rsi = 0,95 1) mit anderen α-werten als in DIN EN ISO 6946; hier: deq,innen = 1 cm f Rsi = 0,56 Ψ = 0,13 W/mK f Rsi = 0,64 Ψ = 0,34 W/mK f Rsi = 0,80 Ψ = 0,12 W/mK Bildquelle: HEA Wärmebrücken 9

10 Konstruktive Wärmebrücke - Fensterlaibung bei Innendämmung Fläche: f Rsi = 0,8 U = 0,8 W/m²K 1) U = 0,28 W/m²K 1) f Rsi = 0,56 Ψ = 0,13 W/mK Q T /A (0,80 W/m²K) = 52,8 kwh/(m²a) (0,28 W/m²K) = 18,5 kwh/(m²a) θsi (0,8) = 15 C; θsi(0,93) = 18,3 C Wärmebrücke: Q T, WB /L (0,13 W/mK) = 8,6 kwh/(m a) (0,25 W/mK) = 16,5 kwh/(m a) θ si (0,56) = 9 C (0,48) = 7 C (0,09 W/mK) = (0,57) = 9,2 C 5,9 kwh/(m a) Anmerkung: nur Laibungsdämmung f Rsi > 0,7 f Rsi = 0,93 f Rsi = 0,48 U = 0,28 W/m²K 1) Ψ = 0,25 W/mK f Rsi = 0,93 f Rsi = 0,57 1) mit anderen α-werten als in DIN EN ISO 6946; hier: deq,innen = 1 cm Ψ = 0,09 W/mK Bildquelle: HEA Wärmebrücken 10

11 Konstruktive Wärmebrücke Auskragende Betonplatte 1,35 W/m²K. 2,5 m + 0,72 W/mK = 4,1 W/mK Wärmestrom pro Geschosshöhe 1,4 W/mK = 0,27 W/m²K. 2,5 m + 0,69 W/mK Weitere Verringerung der Wärmebrücke: Dämmung der auskragenden Betonplatte Innendämmung auf Deckenunterseite Bildquelle: EA-NRW Wärmebrücken 11

12 Q T U WB : Wärmebrücken im EnEV-Nachweis = FGt (Fxi Ui A i) UWB Ages H T in kwh/a Wärmebrückenzuschlag in W/(m²K) = 0,10 ohne gesonderten Nachweis = 0,05 für wärmebrückenminimierte Konstruktionen nach DIN 4108 Beiblatt 2 1) Σ( F xi Ψi Li) = A ges bei Detail-Nachweisen gemäß DIN Altbau: i.d.r. U WB = 0,10 W/m²K kein separater Nachweis, da Details unbekannt Neubau i.d.r. U WB = 0,05 W/m²K Konstruktionen gemäß DIN 4108 Beiblatt 2 oder gesonderter Nachweis i.d.r. U WB < 0,05 W/mK Wärmebrückenkatalog oder FEM- Berechnungsprogramm notwendig Wärmebrückenkatalog im Energieberater vom Bundesamt für Energie, Schweiz Wärmebrücken 12