ENERGIE - BAUPHYSIK - TGA

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

2 PROGRAMM WS 2016/17 1. Architektur und Bauphysik 2. Wärmetransport und U-Wert-Berechnung Teil A 3. U-Wert-Berechnung Teil B 4. U-Wert-Berechnung Teil C, inhomogen, EnEV 5. Berechnung von Oberflächentemperaturen und Schichttemperaturen 6. Wärmespeicherung 7. Wärmebrücken 8. Feuchteschutz, Feuchtetransportmechanismen 9. Vermeidung von Schimmelpilzbefall Wärmebrücken, Nachweisverfahren 10. Feuchteschutz, Glaserdiagramm 11. EnEV-Berechnung Teil EnEV-Berechnung Teil 2

3 PROGRAMM VORLESUNG 3 Wärmetransport und U-Wert-Berechnung Teil B 1. U-Wert-Berechnung Außenwand Sanierung 2. Wärmedämmstoffe 3. Anforderungen EnEV Sanierung und Neubau AW 4. Wärmeübergangswiderstände DIN EN ISO U-Werte Wärmestrom nach unten 6. U-Werte Fenster

4 U-WERT-BERECHNUNG WIEDERHOLUNG Wärmedurchgangswiderstand R T (m 2 K)/W

5 U-WERT-BERECHNUNG WIEDERHOLUNG 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 1 Kelvin auf einer Fläche von 1 m² zwischen seinen Oberflächen entgegensetzt. Er ist der Kehrwert des Wärmedurchlasskoeffizienten. Schritt 2: Schritt 3: 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) Ermittlung des U-Wertes: U = 1/ R T Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) ist der R R 3 R 2 R 1 R si Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes R se

6 U-WERT AUSSENWAND - SANIERUNG U-Wert Vollziegel: wie dick muss die Dämmung (λ= 0,035 W/mK) sein, damit der U-Wert ca. 0,20 W/m2K beträgt? Baustoffe und Kennwerte 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 Schichten 1.Putz innen R 1 = 0,01875 m2k/w 2. Vollziegel R 2 = 0,6293 m2k/w R 3 = 0,01875 m2k/w 4. Dämmung R 4 = Putz außen R 5 = 0,01875 m2k/w Wärmedämmung Mineralfaser d = x m λ= 0,035 W/m K U = 0,20 W/m2K R T = 5,0 m2k/w R = 5,0 m2k/w (R si + R se = 0,17 m2k/w) R = 4,83 m2k/w R = R 1 +R 2 +R 3 +R 4 +R 5 R 4 = R R 1, R 2, R 3, R 5 R 4 = 4,144 R T = R si + R + R se R = d/ λ d = R x λ d = 4,144m2K/W x 0,035 W/mK d = 0,14 m

7 U-WERT AUSSENWAND - VERGLEICH Dämmwirkungen von Materialien im Vergleich Ziel: U-Wert 0,2 W/m2K Wie dick muss eine Wand sein, um diesen U-Wert zu erreichen aus: Holz (λ= 0,13 W/mK) Vollziegel (λ= 0,58 W/mK) Dämmziegel (λ= 0,10 W/mK) Stahlbeton (λ= 2,3 W/mK) Dämmstoff (λ= 0,04 W/mK)

8 WÄRMEDÄMMSTOFFE Wärmetransport vermeiden = Wärmeschutz bezeichnet Maßnahmen, die den Wärmeaustausch zwischen dem Baukörper und seiner Umgebung verringern. Der Wärmetransport durch ein Bauteil wird durch Materialien behindert, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen (Wärmedämmstoffe). Wärmedämmstoffe besitzen i.d.r. eine hohen Luftporenanteil. Luft leitet die Wärme nur schlecht (λ = 0,024 W/mK) Die Dämmwirkung ist abhängig von der Porenanzahl, ihrer Größe und Formen Die Dämmwirkung ist abhängig vom Feuchtegehalt. Feuchtigkeit erhöht die Wärmeleitung, da Wasser eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,6 W/mK! besitzt (Faktor 25 gegenüber Luft).

9 WÄRMEDÄMMSTOFFE

10 WÄRMEDÄMMSTOFFE

11 ANWENDUNGSGEBIETE WÄRMEDÄMMSTOFFE DIN V

12 Anwendungsgebiete von Wärmedämmungen nach DIN V : Anwendungsgebiet Kurzzeichen Anwendungsbeispiele Decke, Dach DAD Außendämmung von Dach oder Decke vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Deckungen DAA DZ Außendämmung von Dach oder Decke vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Abdichtungen Zwischensparrendämmung, zweischaliges Dach, nicht begehbare aber zugängliche oberste Geschossdecken DUK Außendämmung des Daches, der Bewitterung ausgesetzt (Umkehrdach) a) DI DEO DES Innendämmung der Decke (unterseitig) oder des Daches, Dämmung unter den Sparren/ Tragkonstruktion, abgehängte Decke usw. Innendämmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich ohne Schallschutzanforderungen Innendämmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich mit Schallschutzanforderungen Wand WAB Außendämmung der Wand hinter Bekleidung WAA WAP WZ WH WI WTH WTR Außendämmung der Wand hinter Abdichtung Außendämmung der Wand unter Putz Dämmung von zweischaligen Wänden, Kerndämmung Dämmung von Holzrahmen und Holztafelbauweise Innendämmung der Wand Dämmung zwischen Haustrennwänden mit Schallschutzanforderungen Dämmung von Raumtrennwänden Perimeter PW Außenliegende Wärmedämmung von Wänden gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung) b) PB Außenliegende Wärmedämmung unter der Bodenplatte gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung) b) a) Es sind die Festlegungen nach DIN : , zu beachten b) In DIN Vorlesung geregelt. Hochschule Augsburg Prof. Dipl.-Ing. S. Runkel

13 WÄRMEDÄMMSTOFFE Steinwolle und Glaswolle (Mineralwolle) Typische Anwendung: - Außenwanddämmung (WDVS, hinterlüftete Fassaden) - Innenwanddämmung - Dach- und Deckendämmung - Trittschalldämmung - Rohrleitungsdämmung CO2 Emissionen in der Herstellung: kg/m3 Herstellung Steinwolle Glaswolle

14 WÄRMEDÄMMSTOFFE Polystyrol (EPS, XPS) Typische Anwendung: - Außen- und Innenwanddämmung - Perimeterdämmung - Dach- und Deckendämmung - Rohrleitungsdämmung CO2 Emissionen in der Herstellung: ca. 52 kg/m3 Herstellung

15 WÄRMEDÄMMSTOFFE Zellulose Typische Anwendungen: - Hohlraumdämmung - Zwischensparrendämmung - Holzrahmenbau - Geschossdecken CO2 Emissionen in der Herstellung: ca kg/m3 Herstellung

16 WÄRMEDÄMMSTOFFE Schafwolle Typische Anwendungen - Innendämmung, Kerndämmung, Fassadendämmung - Stopfdämmung - Dachdämmung - Trittschalldämmung - Akustikdämmung (leichte Trennwände) CO2 Emissionen in der Herstellung: xxx kg/m3 Herstellung

17 WÄRMEDÄMMSTOFFE Vakuum-Isolationspaneel Typische Anwendungen: - Kühlhaus- und Kühltransporttechnik - zusätzliche Dämmschichten im Fußbodenaufbau - generell bei Bauwerkssanierung CO2 Emissionen in der Herstellung: xxx kg/m3 Herstellung: - gasdicht verschweißte Hülle aus Hochbarrierefolien umhüllt mikroporösen Stützkern, Evakuierung

18 WÄRMEDÄMMSTOFFE

19 WÄRMEDÄMMSTOFFE

20 WÄRMEDÄMMSTOFFE

21 WÄRMEDÄMMSTOFFE

22 WÄRMEDÄMMSTOFFE Einflussgrößen auf die Wärmeleitfähigkeit: -Rohdichte : Wärmeleitfähigkeit -Materialtemperatur : Wärmeleitfähigkeit -Volumenbezogener Feuchtegehalt : Wärmeleitfähigkeit Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit: - DIN DIN EN 12524

23 U-WERT AUSSENWAND - SANIERUNG U-Wert Vollziegel, gedämmt aus Beispiel Kennwerte R ohne Dämmstoff = 0,6293 R mit Dämmstoff = 4,6293 RT = 4,8 m2k/w U = 0,208 W/m2K Schichten 1.Putz innen R 1 = 0,01875 m2k/w 2. Vollziegel R 2 = 0,6293 m2k/w 3. Putz R 3 = 0,01875 m2k/w 4. Dämmung R 4 = 4,00 m2k/w 5. Putz außen R 5 = 0,01875 m2k/w Kontrolle Anforderungen

24 U-WERT AUSSENWAND - SANIERUNG Anforderungen Außenwand: Energieeinsparverordnung (EnEV) Mindestwärmeschutz DIN Verordnung / Energieeinsparungsgesetz / EU-Gebäuderichtlinie / Kyotoprotokoll

25 U-WERT AUSSENWAND - SANIERUNG

26 U-WERT AUSSENWAND - SANIERUNG Wie dick muss die Dämmung sein, um die EnEV-Anforderungen zu erfüllen? U 0,24 W/m2K RT 4,16 m2k/w R 3,9966 m2k/w R Dämmung = R R ohne Dämmung R Dämmung = 3,9966m2K/W 0,686m2K/W = 3,31m2K/W R = d/λ d = R x λ d = 0,1158 =12 cm Kennwerte R ohne Dämmstoff = 0,686 Schichten 1.Putz innen R 1 = 0,01875 m2k/w 2. Vollziegel R 2 = 0,6293 m2k/w 3. Putz R 3 = 0,01875 m2k/w 4. Dämmung R 4 = 3,4285 m2k/w 5. Putz außen R 5 = 0,01875 m2k/w U = 0,233 W/m2K EnEV-Anforderungen bei Bauteilsanierung mit 12 cm Dämmung (0,035 W/mK) erfüllt

27 U-WERT AUSSENWAND SANIERUNG+NEUBAU Anforderungen Außenwand: Energieeinsparverordnung (EnEV) Mindestwärmeschutz DIN

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29 U-WERT AUSSENWAND SANIERUNG+NEUBAU DIN 4108 Teil 2

30 U-WERT AUSSENWAND SANIERUNG+NEUBAU DIN 4108 Teil 2 Anforderung R 1,2 m2k/w R vorh. = 0,686 m2k/w + 3,428 m2k/w R vorh. = 4,1146 m2k/w R vorh. 1,2 m2k/w

31 U-WERT MESSEN Im Baubestand können U-Werte auch gemessen werden Voraussetzung: Temperaturdifferenz konstant innen - außen min. ca. 20 K Keine direkte Sonnenbestrahlung Windstille θi = 22 C U = h i x ((θ i - θ si )/( θ i θ e )) θsi = 18 C θe = -5 C Wärmeschutz: h i = 8 Gemessen: θ i = 20 C θ si = 16 C θ e = -5 C U = 8 x (4/25) = 1,28 W/m 2 K U =? W/m2K θi = 22 C θsi = 21 C θe = -5 C U =? W/m2K

32 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Anforderungen Außenwand: Energieeinsparverordnung (EnEV) Mindestwärmeschutz DIN Verordnung / Energieeinsparungsgesetz / EU-Gebäuderichtlinie / Kyotoprotokoll

33 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: EnEV Energieeinsparverordnung Für Neubauten keine konkreten U-Werte Orientierung an der Referenzausführung, Unterschreitung um x %:

34 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten Monolithisch, Dämm-Mauerwerk, λ-werte bis 0,07 W/mK Massivmauerwerk + WDVS Massivmauerwerk + Kerndämmung + Sichtmauerwerk Massivmauerwerk + Dämmung + hinterlüftete Verkleidung Holzkonstruktion, Leichtbau, Massivbau a b c d e

35 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten Monolithisch, Dämm-Mauerwerk, λ-werte bis 0,07 W/mK a Material Stein: Porenbeton Leichtziegel Putz: Leichtputz Dämmputz Dicke: 36,5 42,5 49,0 Wärmeleitfähigkeit: 0,07-0,14 Beispiel: Material Dicke d in m Wärmeleitfähigkeit λ in W/mK R (d/ λ) in m2k/w Innenputz 0,015 0,21 0,0714 Mauerwerk 0,425 0,11 3,86 Außenputz 0,015 0,21 0,0714 R si = R se = R = R T = U = Neubau EnEV Referenz: 0,28 W/m2K

36 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten Wärmedämmverbundsystem (WDVS) b Material Stein: Ziegel Kalksandstein Beton Dicke Stein: ca. 24cm; cm Wärmeleitfähigkeit: ca. 0,2 2,4 Dämmstoff: Platten/Matten Polystyrol Mineralfaser Holzweichfaser Mineralschaum Putz: Dünnputz Dickputz Mineralisch organisch Hinweise: Zulassung nur als System Risiko Algenbildung

37 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten 2-schaliges Mauerwerk mit Kerndämmung c Material Stein: Ziegel Kalksandstein Beton Dicke Tragschale: 17,5; 24; Dicke Vormauerwerk: 11,5; Dämmstoff: Schüttung Flocken Platten Matten Hinweise: Sichtmauerwerk möglich, Schlagregenschutz beachten Tauwassernachweis, ggf. Simulation Nur hierfür zugelassene Dämmstoffe verwenden

38 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten Hinterlüftete Konstruktion d Material Stein: Ziegel Kalksandstein Beton Dicke Tragschale: 17,5; 24; Vorsatzschale: Platten, Elemente Holz Beton Naturstein Holzwerkstoff Metall Kunststoff Dämmstoff: Platten Matten Hinweise: Bauphysikalisch sichere Konstruktion Große Freiheit in der Fassadengestaltung Hinterlüftung ca. 4 cm U-Wert-Berechnung unterscheidet sich

39 WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE Wärmeübergangswiderstände in Abhängigkeit von: Richtung des Wärmestroms Gegen unbeheizt Gegen Erdreich Gegen Außenluft Dachflächen Grenzt ein Bauteil gegen Erdreich: R se = 0 Grenzt ein Bauteil gegen unbeheizte Räume oder stark belüftete Luftschichten: R se = R si Zur Berücksichtigung der angrenzenden höheren Temperaturen werden in der EnEV- Berechnung zusätzlich Temperaturkorrekturfaktoren einbezogen (DIN Tab. 3)

40 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten Hinterlüftete Konstruktion, U-Wert-Berechnung d Regel: Bei stark hinterlüfteter Konstruktion: Wärmedurchlasswiderstände nur bis Außenseite Dämmung Rse = Rsi Beispiel: Material Dicke d in m Wärmeleitfähigkeit λ in W/mK R (d/ λ) in m2k/w R si = 0,13 m2k/w R se = R si = 0,13 m2k/w Innenputz 0,015 0,8 0,01875 Mauerwerk 0,24 0,58 0,4138 Dämmung 0,16 0,035 4,5714 R = 5,004 m2k/w R T = 5,2640 m2k/w U = 0,1899 W/m2K

41 U-WERT AUSSENWAND - NEUBAU Neubaustandard: Konstruktionsvarianten Holz-Leichtbaukonstruktion e Material Skelett: Konstruktionsvollholz Verleimte Querschnitte Querschnitte: ca. 6/ 22 Vorsatzschale: Platten, Elemente Holz Beton Naturstein Holzwerkstoff Metall Kunststoff Dämmstoff: Platten Matten Schüttung Flocken Hinweise: sehr hoher Wärmeschutz erzielbar Vorfertigung möglich schneller Aufbau Wärmebrücken vermeiden Luftdichtheit und Diffusion beachten geringe Speichermasse U-Wert für inhomogene Bauteile

42 WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE Grenzt ein Bauteil gegen Erdreich: R se = 0 Grenzt ein Bauteil gegen unbeheizte Räume oder stark belüftete Luftschichten: R se = R si

43 WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE BEISPIELE 1. Decke über unbeheiztem Keller a. Wärmedämmung auf Stb.- Platte b. Wärmedämmung unter Stb.- Platte Beispiel a Material Dicke d in m Wärmeleitfähigkeit λ in W/mK R (d/ λ) in m2k/w Zementestrich 0,05 1,7 0,0294 Dämmung 0,06 0,035 1,7142 R si = R se = R = R T = U = Stahlbeton 0,20 2,4 0,0833 Neubau EnEV Referenz: 0,35 W/m2K

44 WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE BEISPIELE 2. Fußboden zum Erdreich Wärmedämmung unter Bodenplatte Beispiel Material Dicke d in m Wärmeleitfähigkeit λ in W/mK R (d/ λ) in m2k/w Zementestrich 0,05 1,7 0,0294 R si = R se = R = R T = U = Dämmung 0,03 0,035 0,8571 Stahlbeton 0,20 2,4 0,0833 Dämmung 0,12 0,04 3,0000 Neubau EnEV Referenz: 0,35 W/m2K

45 WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE BEISPIELE 3. Wand zum Erdreich Regel: Wärmedämmung auf der Kaltseite Beispiel Material Kalkzementputz Ziegelmauerwerk Dicke d in m Wärmeleitfähigkeit λ in W/mK 0,02 1,0 0,02 R (d/ λ) in m2k/w 0,24 0,58 0,4137 Dämmung 0,08 0,04 2,0 R si = R se = R = R T = U = Neubau EnEV Referenz: 0,35 W/m2K

46 WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE BEISPIELE 4. Dach zur Außenluft a) Zwischen- und Aufsparrendämmung, nicht hinterlüftet R si R se = 0,10 m2k/w = 0,04 m2k/w b) Zwischensparrendämmung, hinterlüftet R si R se = 0,10 m2k/w = 0,10 m2k/w Neubau EnEV Referenz: 0,20 W/m2K

47 U-WERT FENSTER

48 U-WERT FENSTER U W -Wert für ein Fenster nach DIN EN ISO

49 U-Wert von Fenstern nach DIN EN ISO DIN EN ISO : Gleichg (1); nur für Fenster mit Einscheibenverglasung (Einfach- oder Mehrfachverglasung); keine Kasten- oder Verbundfenster. Fensterbreite: 1,23 m Anteil pro m² Fensterhöhe: 1,48 max. Rahmen-Gesamtbreite: 0,121 m min. Rahmen-Gesamtbreite: 0,121 m m in W/m²K in % U g der Verglasung: 1,1 W/(m²K) 0,74 55% U f des Rahmens: 1,3 W/(m²K) 0,43 32% Y g (Psi) des Randverbunds: 0,07 W/(m.K) 0,17 13% Glasfläche A g : 1,22 m² 4,45 Länge Randverbund l g : m (nicht gerund et) U w nicht gerundet: 1,34 W/(m²K) 1,34 100% Ergebnis: U w des Fensters: 1,3 W/(m²K) Anmerkungen und Definition der Größen siehe Tabellenblatt Info! Berechnungsblatt: M. H. Spitzner / FIW München

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