Wärmeschutz im Dach- und Holzbau

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1 Wärmeschutz im Dach- und Holzbau Grundlagen und Beispiele zur Umsetzung der EnEV in sichere Konstruktionen mit zahlreichen Abbildungen und Formularen Friedhelm Maßong Dipl.-Ing. (FH) Bauingenieur und Dozent an der Gewerbe-Akademie der Handwerkskammer Konstanz Leseprobe Kapitel 1 (Grundlagen) und 4 (Projekte) DE

2 34 1 Grundlagen Taupunkttemperaturen in Abhängigkeit von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchte (r.l.) 40,0 30,0 100% r.l. 90% r.l. 80% r.l. 70% r.l. 60% r.l. 50% r.l. 40% r.l. 20,0 30% r.l. Taupunkttemperatur C 7 10,0 0,0 20% r.l. 10% r.l. -10,0-20,0-30, Lufttemperatur C7 Diagramm 1-19: Taupunkttemperaturen in Abhängigkeit von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchte (Entspricht Diagramm17, nur andere Auswertungstechnik.)

3 1.2 Raumklima und Hygiene 35 Kritische Oberflächentemperatur Sinne von schimmelfördernd ein Erreichen der Grenzfeuchte von 80% an 5 aufeinanderfolgenden Tagen für jeweils 12 Stunden gilt. Als Nahrung kommen Papier (Tapete, Gipskarton), Kunststoff (Anstriche), Holz, Leder u.a. in Frage. Auch an Beton oder Verputz, welcher an sich keine Nahrung enthält, kann Schimmel wachsen, wenn er z.b. über Staub Nahrung von außen bekommt. Jede Schimmelart hat ihren bevorzugten Temperaturbereich. Deshalb sind je nach Temperatur unterschiedliche Schimmel bevorzugt anzutreffen, aber es gibt keine bauübliche Temperatur, wo kein Schimmel wächst. Die wichtigsten vorbeugenden Maßnahmen gegen Schimmel sind: Guter Wärmeschutz für tauwasserfreie Bauteile Ausreichender Luftwechsel zum Abführen der Nutzfeuchte Die Temperatur der Innenoberfläche eines Außenbauteils liegt bei niedrigen Außentemperaturen umso niedriger, je schlechter der Wärmeschutz des Außenbauteils ist. Je kälter eine Oberfläche ist, desto höher ist die relative Luftfeuchte unmittelbar an der Oberfläche. Wenn die Oberflächentemperatur unter der Taupunkttemperatur der Luft liegt, kondensiert an der Oberfläche Tauwasser. (Die Luftfeuchte an der Oberfläche beträgt dann 100%.) Schimmelbildung kann schon ab 80% relativer Luftfeuchte auftreten. Diagramm 1-19 auf Seite 34 kann verwendet werden, um für das vorhandene Raumklima die kritische Oberflächentemperatur bei 80% relativer Luftfeuchte zu ermitteln. Die Schritte: 1. Mittlere Raumlufttemperatur auf der waagerechten Achse bestimmen. 2. Von dort senkrechte Linie nach oben bis zur Kurve der mittleren relativen Raumluftfeuchte Schnittpunkt Vom Schnittpunkt 1 waagerechte Linie nach links bis zur Kurve von 80% relativer Luftfeuchte Schnittpunkt Vom Schnittpunkt 2 senkrechte Linie nach unten auf die waagerechte Achse kritische Temperatur ablesen. Beispiel zur Anwendung von Diagramm 19: Annahme: Raumluft mit 20 C und 50% relative Luftfeuchte Ablesung Diagramm: Taupunkttemperatur = ca. 9 C Temperatur bei 80% relativer Luftfeuchte = ca. 12,5 C Ergebnis: Die für Schimmelpilzbildung kritische Oberflächentemperatur beträgt bei dem gegebenen Raumklima ca. 12,5 C.

4 36 1 Grundlagen Fazit Energiebilanz Die Ausführungen in diesem Kapitel legen folgendes, sehr wichtiges Fazit nahe: Der Idealzustand im Sinne des guten Raumklimas und der Energieeinsparung findet sich in der Kombination aus folgenden Elementen, wobei keines davon fehlen darf: Hochwertiger Wärmeschutz Luftdichte Bauweise Bedarfsgerechte Lüftung Es soll an dieser Stelle ausdrücklich vor einer häufig anzutreffenden, aber unsachgemäßen Sanierungsmaßnahme gewarnt werden: Ersatz der alten, undichten Fenster durch neue, hochdichte Fenster bei unverändert schlechtem Wärmeschutz der anderen Außenbauteile. (Oft schicksalhaft kombiniert mit unverändertem, mangelhaftem Nutzerverhalten hinsichtlich Lüftung.) Diese Art der Sanierung führt zu einer bedeutenden Erhöhung der relativen Luftfeuchte im Raum, die an den schlecht gedämmten und damit kalten Außenbauteilen fast zwangsläufig kondensieren und zu Schimmelbildung führen muss und zwar auch dann, wenn vorher keine Schimmelprobleme bestanden. 1.3 Wärmehaushalt des Gebäudes Wer Neubauten oder Rundumsanierungen von Gebäuden plant oder ausführt, für den ist das Wissen um die wärmetechnischen Zusammenhänge des Gesamtgebäudes eine wichtige Grundlage. Aber auch derjenige, welcher sich auf die Sanierung einzelner Bauteile - seien es Dächer, Wände oder Fenster konzentriert, muss seine Bauteile als Teil des gesamten Gebäudes verstehen. Anderenfalls ist schon eine sachgerechte Beratung des Bauherrn nicht möglich. Außerdem gibt es an allen Schnittstellen zu anderen Bauteilen Fehlerquellen, die nur mit einem gewissen Gesamtüberblick ausgeschaltet werden können Energetisches Gebäudemodell nach EnEV Nach Energieeinsparverordnung wird für die Beheizung und Warmwasserbereitung des Gebäudes (Neubau) eine Energiebilanz aufgestellt, die bis zur Primärenergiequelle reicht. Zunächst wird der Wärmebedarf untersucht. Auf der Verlustseite: Transmissionswärmeverluste (Wärmeleitung durch geschlossene Bauteile hindurch) Lüftungswärmeverluste (Wärmeverluste durch Luftaustausch) Auf der Gewinnseite: Solare Wärmegewinne (vornehmlich durch verglaste Flächen hindurch) Interne Wärmegewinne (Wärmeabgabe von Personen und von elektrischen Geräten) Das Heizsystem muss zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperaturen also nicht die gesamten Verluste ausgleichen, sondern nur die nach Gegenrechnung der Gewinne verbleibenden Verluste. Es gilt vereinfacht:

5 1.3 Wärmehaushalt des Gebäudes 37 H V Q S H T Gewinnung Q W Q i Q h H T H V Umwandlung H T Transport Endenergie Primärenergie Bild 1-20: Schematische Darstellung des energetischen Gebäudemodells nach EnEV Es bedeuten: H T : Transmissionswärmeverluste (Wärmeleitung durch geschlossene Bauteile hindurch) H V : Lüftungswärmeverluste (Wärmeverluste durch Luftaustausch, bewusste Lüftung und Luftströmung durch Undichtigkeiten) Q i : Interne Wärmegewinne (Wärmeabgabe von Personen und von elektrischen Geräten) Q S : Solare Wärmegewinne (Sonnenstrahlung durch transparente Bauteile) Q h : Heizwärme (von den Heizkörpern zur Verfügung gestellt) Q W : Brauchwasserwärmebedarf Heizwärmebedarf = Wärmeverlust Wärmegewinne Die Brauchwasserwärmung erfolgt meist zentral über die Heizanlage und ist in die Bilanzierung einzubeziehen. Nutzenergiebedarf = Heizwärmebedarf + Brauchwasserwärmebedarf Das Heizsystem wiederum wird nicht die gesamte im Brennstoff enthaltene Energie als Wärme nutzbar machen können, sondern nur den nach Abzug der anlagenspezifischen Verluste (z.b. vom Heizkessel nicht genutzte Energie, Wärmeverluste von Speicher und Verteilleitungen) verbleibenden Teil. Die Heizanlage braucht zum Betrieb in der Regel außerdem Hilfsenergie (z.b. Strom für Umwälzpumpe und Steuerung). Es gilt vereinfacht: Endenergiebedarf = Nutzenergiebedarf + Anlagenverluste + Hilfsenergie Der Endenergiebedarf ist diejenige Energiemenge, welche am Gebäude angeliefert werden muss, z.b. in Form von Brennstoff (Erdgas, Heizöl, Holz) oder in Form von Wärme (bei Fernwärmeversorgung) oder in Form von elektrischem Strom (bei Elektroheizungen). Man kann den Endenergiebedarf auch als einen Verbrauchswert des Gebäudes ansehen, ähnlich dem Benzinverbrauch eines Autos.

6 294 Projekte Vorderansicht Seitenansicht Draufsicht Ansicht 3D Bild 4-19: Geplanter Dachgeschossausbau Klein Sachverhalt Anwendung der EnEV 4.4 Neubau- und Erweiterungsprojekte Dachgeschossausbau Klein mit Bauteilnachweis Ein bestehendes, kleines Bürogebäude hatte bisher ein Flachdach und soll nun aufgestockt werden. Dadurch nimmt das beheizte Volumen des Gebäudes (bezogen auf die Außenmaße) um 81 m³ zu. Das Gebäude hat während der Heizperiode normale Innentemperaturen ( 19 C). In nachfolgender Skizze ist das Dachgeschoss aus den Außenflächen der wärmeübertragenden Bauteile modelliert. Das bestehende Gebäude endet bei den Enden der gestrichelten Linien. Die senkrechten Begrenzungswände aller vier Seiten werden neu in Holzbauweise erstellt und verlaufen in der Verlängerung der Außenwand. Dachüberstände sind vorhanden aber nicht dargestellt, weil sie nicht zur wärmeübertragenden Umfassungsfläche gehören. Die Erweiterung des beheizten Volumens liegt über 30 m³. Deshalb gilt zunächst der Grundsatz, dass der neue Gebäudeteil wie ein Neubau zu behandeln ist. Die Erweiterung um 81 m³ liegt allerdings unterhalb der für Neubauten

7 Neubau- und Erweiterungsprojekte 295 gültigen Vereinfachungsgrenze. (Gebäude mit geringem Volumen nach 7 EnEV) Deshalb genügt es, bei den neuen Bauteilen die Bauteilanforderungen für Altbauten einzuhalten. (Diagramm 3-2 auf Seite 204) Folgende zulässige U-Werte müssen erreicht werden: Außenwand: 0,45 W(m² K) Dach: 0,30 W(m² K) Fenster (Fassade und Dach): 1,7 W(m² K) Alternativ zur Einhaltung der genannten U-Werte besteht (im Falle höherer U-Werte) die Möglichkeit des Nachweises, dass der spezifische, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust des kompletten geänderten Gebäudes das 1,4-fache des für Neubauten zulässigen Wertes (Tabelle 3-13 auf Seite 225) nicht überschreitet. (Nachweisrechnung hier nicht durchgeführt.) Ein Energiebedarfsausweis wird nicht ausgestellt. Lediglich die Ausstellung einer Fachunternehmererklärung wird in den meisten Bundesländern verlangt. (Muster enthalten in Kapitel auf Seite 202) Sachverhalt Anwendung der EnEV Dachgeschossausbau Groß mit Nachweis des spezifischen Transmissionswärmeverlusts Das Dachgeschoss eines bestehenden Wohnhauses war bisher nicht ausgebaut. Im Zuge einer grundlegenden Gebäudesanierung soll das Dachgeschoss zu Wohnzwecken ausgebaut werden. Dadurch nimmt das beheizte Volumen des Gebäudes (bezogen auf die Außenmaße) um 250 m³ zu. Das Gebäude hat während der Heizperiode normale Innentemperaturen ( 19 C). Die bestehende, noch relativ junge Heizanlage (Erdgas-Niedertemperaturkessel) bleibt erhalten. Sie kann aber als Altanlage nicht mittels DIN V bewertet werden. Der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken wird durch Anwendung der Planungsbeispiele nach DIN 4108 Beiblatt 2 begrenzt. In nachfolgender Skizze ist das Dachgeschoss aus den Außenflächen der wärmeübertragenden Bauteile modelliert. Der Ausbau wird nach unten durch die letzte Geschossdecke (oberes Ende der gestrichelten Gebäudekanten) und nach oben durch die Zwischendecke zum Spitzboden (Kehlbalkendecke) begrenzt. Die Dämmung verläuft durch die Zwischendecke zum Spitzboden, letzterer wird also nicht in das beheizte Volumen einbezogen. Die Außenwand wird mit einer vorgehängten Außenwandbekleidung mit Außendämmung und Faserzementbekleidung versehen. Dachüberstände sind vorhanden aber nicht dargestellt, weil sie nicht zur wärmeübertragenden Umfassungsfläche gehören. Alle Fenster haben die Größe 1,40 x 1,20 m. (4 Fassaden- und 6 Dachfenster) Die Erweiterung des beheizten Volumens (hier 250 m³) liegt über 30 m³. Deshalb gilt der Grundsatz, dass der neue Gebäudeteil wie ein Neubau zu behandeln ist. Die Erweiterung liegt außerdem oberhalb der für Neubauten gültigen Ver-

8 296 Projekte Vorderansicht Seitenansicht Draufsicht Ansicht 3D Bild 4-20: Geplanter Dachgeschossausbau Groß einfachungsgrenze von 100 m³. (Grenzwert für Gebäude mit geringem Volumen nach 7 EnEV) Deshalb ist hier der Nachweis grundsätzlich wie für einen gewöhnlichen Neubau zu führen, also mit Begrenzung des Primärenergiebedarfs und des spezifischen Transmissionswärmeverlusts. Der Primärenergiebedarf kann hier allerdings nicht berechnet werden, weil die Anlagentechnik nicht mittels DIN V bewertet werden kann. Es bleibt also nur die Begrenzung des spezifischen Transmissionswärmeverlusts. Allerdings gilt im vorliegenden Fall eine Verschärfung der Anforderung an den spezifischen Transmissionswärmeverlust: Der vorhandene spezifische Transmissionswärmeverlust darf 76% des normalerweise geltenden Höchstwertes (Tabelle 3-13 auf Seite 225) nicht überschreiten: H T 0,76 max H T. (siehe auch Kapitel ab Seite xx) Der Fensterflächenanteil liegt mit 12% deutlich unter 30%. Insofern ist gemäß EnEV das vereinfachte Verfahren (wie in Kapitel ab Seite xx beschrieben) zulässig, zudem ist kein Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes erforderlich. (Dennoch sollten zumindest bei Dachgeschossen in Leichtbauweise die Dachfenster der Südseite eine wirksame Sonnenschutz-

9 Neubau- und Erweiterungsprojekte 297 Tabelle 4-21: Eingangsgrößen für die Berechnung des Dachgeschossausbaus Groß Bauteil Fläche U-Wert Bemerkung Außenwand 65,000 m² Nur wärmeübertragender Teil, also ohne Giebelspitze, Bruttofläche - 6,720 m² Abzug der Fenster = 58,280 m² 0,30 Nettofläche Fassadenfenster 6,720 m² 1,50 Je zwei Fenster in den Giebelwänden Dachfenster 10,080 m² 1,50 Je drei Dachfenster in den Dachflächen - 10,080 m² Abzug der Dachfenster = 60,631 m² 0,18 Nettofläche Decke gegen unbeheizten Dachraum 50,00 m² 0,20 Decke zum bestehenden Wohnraum Dach 70,711 m² Nur wärmeübertragender Teil, also ohne Fläche über unbeheiztem Dachraum, Bruttofläche unberücksichtigt - Nicht wärmeübertragend, da unterhalb dieser Decke ebenfalls normale Innentemperaturen anzunehmen sind. Bauteil bleibt deshalb unberücksichtigt bei wärmeübertragender Umfassungsfläche A und beim Verhältnis wärmeübertragender Umfassungsfläche zu beheiztemvolumen A/V e. Berechnung und Fazit vorrichtung aufweisen, um sommerlicher Überhitzung entgegenwirken zu können.) Da bzgl. Wärmebrücken die Planungsbeispiele nach DIN 4108 Beiblatt 2 eingehalten werden, ist auch in dieser Hinsicht die Anwendung des vereinfachten Verfahrens zulässig. Ein Energiebedarfsausweis wird nicht ausgestellt, da es sich um die Erweiterung bestehenden Wohnraums handelt. Lediglich die Ausstellung einer Fachunternehmererklärung wird in den meisten Bundesländern verlangt. Im vorliegenden Fall empfiehlt sich dazu ein Schreiben, in welchem die Einhaltung der EnEV-Anforderungen bestätigt wird mit der Nachweisrechnung als Anlage. Die Nachweisrechnung erfolgt mit den Rechenformularen für den vereinfachten Nachweis. (Formularsatz 3-16 ab Seite 228) Dabei können alle Werte und Berechnungen, die nur im Falle der Ermittlung des Primärenergiebedarfs relevant sind, ausgelassen werden. Damit reduziert sich der Nachweis auf wenige Schritte. Auf Seite 4 des Formulars sind keine für den Leser interessanten Angaben zu machen deshalb wird diese Seite hier weggelassen.

10 298 Projekte Im Ergebnis ist festzuhalten, dass mit den angenommenen, recht strengen U-Werten der zulässige Grenzwert für den spezifischen Transmissionswärmeverlust gerade eingehalten wird. Dies liegt insbesondere an der Tatsache, dass die zwangsläufig schlechteren U-Werte der Fenster durch entsprechend bessere U-Werte der nichttransparenten Bauteile kompensiert werden müssen. Eine Kompensation der Transmissionswärmeverluste der Fenster durch die zweifellos existierenden solaren Wärmegewinne wäre nur bei der Ermittlung des Primärenergiebedarfs möglich, was hier mangels Anwendbarkeit von DIN V nicht möglich ist.

11 Neubau- und Erweiterungsprojekte 299 Beispielsatz 4-22: Blatt 1 von 4 zum Dachgeschossausbau Groß Spalte A B C D E F G EnEV: Vereinfachtes Verfahren für Wohngebäude bis 30% Fensterflächenanteil Seite 1 von Objektdaten 2 Gebäude: Dachgeschossausbau Groß 3 Adresse: Stockacher Str. 6, Überlingen 4 Bauherr: Maßong Zeile 5 2. Wärmeübertragende Umfassungsfläche (Außenmaße) Temp.- Korr.- 6 Bauteil Fläche A i U-Wert U i Faktor A i U i f xi (Systemgrenze) Bezeichn. [m²] [W/(m² K)] f xi [W/K] 7 AW 58,280 0,300 > 17,48 8 > 9 Außenwand (AW) 1,0 > 10 > 11 > 12 Haustüre (T) 1,0 > 13 W-Wand 6,720 1,500 > 10,08 14 W-Dach 10,080 1,500 > 15,12 Fenster (W) 15 1,0 > (und Fenstertüren) 16 > 17 > 18 D 60,631 0,180 > 10,91 19 > 20 Dach (D) 1,0 > 21 > 22 > 23 GD 50,000 0,200 > 8,00 Oberste Geschossdecke 24 > (GD) und 25 0,8 > Abseitenwand (AS) 26 > gegen unbeheizt 27 > 28 Unterer Abschl. (G) > 29 Kellerdecke/-wände gegen > unbeh. Keller 30 0,6 > Fußboden auf Erdreich 31 Begrenzung des beh. Kellers > 32 gegen Erdreich > 33 > Wände und Decken zu 34 > 35 unbeheizten Räumen 0,5 > (ausgenommen GD/AS und 36 > G) 37 > 38 Summe A = > 185,71 Σ(A i U i f xi ) = > 61,60 W/K Weitere Daten der Gebäudegeometrie 40 Beheiztes Volumen (Außenmaße): V e = 250 m³ 41 Verhältnis: A /V e = > 0,74 m Gebäudenutzfläche: A N = 0,32 V e = > m³ 43 Wohnfläche (freiwillige Angabe): A Wohn = m²