Praktische Bauphysik

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1 Gottfried CO. Lohmeyer Matthias Post Heinz Bergmann Praktische Bauphysik Eine Einführung mit Berechnungsbeispielen 7., durchgesehene und aktualisierte Auflage Mit 262 Abbildungen und 310 Tabellen STUDIUM VIEWEG + TEUBNER

2 Inhaltsverzeichnis 1 Physikalische Grundlagen Länge Allgemeines. Physikalische Größen und Einheiten Zeit/ Fläche 6 Volumen 7 7 Geschwindigkeit v 8 Beschleunigung a 10 Masse m Kraft F Arbeit W Leistung/ Druck/? 25 Stoffmenge n 29 Stromstärke/ Elektrische Spannung Elektrischer Widerstand Elektrische Arbeit Elektrische Leistung 33 Lichtstärke / Lichtstrom <p Lichtausbeute Leuchtdichte L Beleuchtungsstärke E 37 Temperatur <9oder T Wärmewirkungen Wärmemenge Q Heizwert H Spezifische Wärmekapazität C (Stoffwärme, Artwärme) Wärmeinhalt Q\ Spezifische Schmelzwärme q Wärmeleitfähigkeit/l Wärmedurchlasswiderstand R Wärmeübergangskoeffizient/? Wärmedurchgang U Wärmestromdichte q 57

3 VTTI Inhaltsverzeichnis 2 Wärmeschutz Zweck des Wärmeschutzes Gesundes Leben Behaglichkeit und Raumklima Behaglichkeit Raumklima Geringer Energieverbrauch Wärmeverluste verschiedener Hausformen Wärmedämmstoffe Wärmeschutz im Hochbau Physikalische Größen für den Wärmeschutz Wärmeleitfähigkeit Ä Wärmedurchlasswiderstand R Wärmeübergangswiderstände R SI und R sc Wärmedurchgangswiderstand R T Wärmedurchgangskoeffizient U Anforderungen für den Wärmeschutz nach DIN Anforderungen an Bauteile für den Wärmeschutz im Winter Gebäude mit normaler Beheizung für Temperaturen > 19 C Gebäude mit niedrigen Innentemperaturen Berücksichtigung von Luftschichten Warmedurchlasswiderstand unbeheizter Räume Bauteile mit inhomogenen Schichten Bauteile mit keilförmigen Schichten Perimeterdämmungen Umkehrdächer Temperatur-Korrekturfaktoren F xi Berechnungsbeispiele zur Ermittlung des Wärmedurchgangs Wärmeveriuste Lf w durch Fenster und Fenstertüren Berechnung des ^/-Wertes für Fenster nach DIN EN Berechnung des f/-wertes für Fenster nach DIN V Mindestanforderungen an Bauteile im Bereich von Wärmebrücken Schimmelpilzbildung Beispiele zum Nachweis der Schimmelpilzfreiheit Detailausbildungen zum Vermeiden schädlicher Wärrnebrücken Anforderungen an die Luftdichtheit von Außenbauteilen Mindestanforderungen an Bauteile für den Wärmeschutz im Sommer JA Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes Bestimmung des Wärmeeintrags durch Sonne Beispiel zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes Energie-Einsparverordnung EnEV Gesetze zur Energie-Einsparung und zu erneuerbaren Energien Energie-Einsparungsgesetz EnEG Emeuerbare-Energien-Wärmegesetz - EEWärmeG Inhalt der Energie-Einsparverordnung EnEV Normen in der Energie-Einsparverordnung EnEV Bedeutung der Energie-Einsparverordnung EnEV Änderungen der EnEV 2009 im Überblick Anwendungsbereich der Energie-Einsparverordnung EnEV 142

4 Inhaltsverzeichnis IX_ Begriffe für den Bereich der Energie-Einsparung Begriffe nach DIN Begriffe in der Energie-Einsparverordnung EnEV Berechnungssystematik zur Ermittlung des Primärenergiebedarfs Zonierung bei Gebäuden Systemgrenzen für die Anforderungen an den Wärmeschutz Systemgrenze bei Steildächern Systemgrenze bei Flachdächern Systemgrenze bei Außenwänden Systemgrenze bei Abseitenwänden Systemgrenzen beim unteren Gebäudeabschluss Systemgrenze bei Fenstern, Fenstertüren und Außentüren Anforderungen an neu zu errichtende Gebäude Höchstwerte des Jahres-Primärenergiebedarfs Höchstwerte des Transmissionswärmeverlustes Bestimmung der geometrischen Bezugsgrößen Berechnung des.lahres-primärenergiebedarfs Berücksichtigung der Warmwasserbereitung Berechnung des spezifischen Transmissionswärmeverlustes Beheiztes Luftvolumen Ermittlung der solaren Wärmegewinne Aneinander gereihte Bebauung Anrechnung mechanisch betriebener Lüftungsanlagen Anforderungen an die Dichtheit und den Mindestluftwechsel Energiebedarf der Kühlung Sommerlicher Wärmeschutz Anforderungen an zu errichtende Nichtwohngebäude Höchstwerte des Jahres-Primärenergiebedarfs Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten Berechnungsverfahren für Nichtwohngebäude Berechnungsverfahren für Nichtwohngebäude Vereinfachtes Berechnungsverfahren für Nichtwohngebäude Sommerlicher Wärmeschutz Anforderungen an kleine Gebäude und Gebäude aus Raumzellen Anforderungen an bestehende Gebäude und Anlagen Änderung, Erweiterung und Ausbau von Gebäuden Randbedingungen Nachrüstung bei Anlagen und Gebäuden Außerbetriebnahme von elektrischen Speicherheizsystemen Aufrechterhaltung der energetischen Qualität Energetische Inspektion von Klimaanlagen Energieausweis Ausstellung und Verwendung von Energieausweisen Empfehlungen für die Verbesserung der Energieeffizienz Muster für den Energieausweis Beispiele für einen optimierten Energieverbrauch 196

5 X Inhaltsverzeichnis 3 Feuchteschutz Zweck des Feuchteschutzes Wassergehalt (Feuchtegehalt) Sättigungsgehalt der Luft Relativeluftfeuchte q> Tauwasserbildung Tautemperatur Wasserdampfdruck Wassergehalt von Baustoffen Wassertransport (Feuchtetransport) Wassertransport durch Diffusion Wassertransport durch kapillare Wasserwanderung Wasserverdunstung Wassertransport durch Luftströmung Wassertransport durch laminare Strömung Wassertransport durch elektrokinetische Einflüsse (Osmose) Rechenwerte der Wasserdampfdiffusion Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl Wasserdampf-diffusionsäquivalente Luftschichtdicken Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstand Wasserdampf-Diffusionsstromdichte Schutz gegen Tauwasser Tauwasserbildung auf Oberflächen von Bauteilen Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen Maßnahmen gegen schädliche Auswirkungen der Tauwasserbildung Absenkung der relativen Luftfeuchte im Raum Veränderung der Schichtenfolge Hinterlüftung einzelner Bauteilschichten Wahl der Baustoffe Einbau von Dampfbremsen oder Dampfsperren Einbau von Entspannungsschichten oder Entlüftern Vermeidung von Wärmebrücken Richtiges Nutzerverhalten Diffusionstechnische Berechnungen Berechnung zur Tauwasserbildung auf Oberflächen von Bauteilen Berechnung zur Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen Berechnungsgleichungen für die Tauperiode (Winter) Berechnungsgleichungen für die Verdunstungsperiode (Sommer) Berechnungsbeispiele Schutz gegen Schlagregen Wasseraufnahme Beanspruchungsgruppen Erfüllung des Schlagregenschutzes Außenwände Wandbekleidungen Fugen und Anschlüsse Fenster Schutz gegen Bodenfeuchte Stoffe für Abdichtungen gegen Bodenfeuchte Abdichtungen nichtunterkellerter Gebäude 267

6 Inhaltsverzeichnis Xl_ Abdichtungen unterkellerter Gebäude Möglichkeiten nachträglicher Abdichtungen bei alten Bauwerken Schutz gegen nichtdrückendes Wasser Stoffe für Abdichtungen gegen nichtdrückendes Wasser Abdichtungen mit bituminösen Stoffen und Kunststoff-Dichtungsbahnen Abdichtungen für hohe Beanspruchungen Abdichtungen für mäßige Beanspruchungen Bewegungsfugen Durchdringungen Abschlüsse Schutzschichten Abdichtungen mit wasserundurchlässigem Beton Schutz durch Dränung Abdichtungen gegen aufstauendes Sickerwasser Abdichtungen gegen drückendes Wasser Stoffe für Abdichtungen gegen drückendes Wasser Abclichtungen mit bituminösen Stoffen und Kunststoff-Dichtungsbahnen Bewegungsfugen Abdichtung von Bewegungsfugen Typ T Abdichtung von Bewegungsfugen Typ Durchdringungen Anschlüsse Abschlüsse Abdichtungen mit wasserundurchlässigem Beton (Weiße Wannen) Kapillarität, Diffusion und Tauwasserbildung Form der Bauwerke für geringe Zwangbeanspruchung Abmessungen der Bauabschnitte für geringe Zwangbeanspruchung Bewegungsfugen (Dehnfugen) Arbeitsfugen (Betonierfugen) Durchdringungen Anwendungsgrenzen Zusammenfassende Beurteilung Schallschutz Schall als Schwingung und Wellenbewegung Schallwelle Arten des Schalls Schallgeschwindigkeit c Frequenz/' Wellenlänge Ä Schall als Hörempfinden Schalldruckp Schallpegel L Hörfläche Hörempfinden Bewerteter Schallpegel LA Schall als Außenlärm Berechnungsverfahren für die Schallemission Straßenverkehr Schienenverkehr ". 341

7 XII Inhaltsverzeichnis Wasserverkehr Luftverkehr Sport- und Freizeitanlagen Gewerbe- und Industrieanlagen Mehrere Schallquellen Immissionsrichtwerte und ausreichende Abstände von den Schallquellen Schutz gegen Außenlärm Lärmpegelbereiche Schutz durch großen Abstand Schutz durch Abschirmung Luftschalldämmung Bewertetes Schalldämm-Maß Rw Anforderungen an Außenbauteile Anforderungen an Decken und Dächer Anforderungen bei Fluglärm Eignung von Außenbauteilen Einschalige massive Außenwände Zweischalige Außenwände Massive Dächer Leichte Dächer Fenster und Glasbaustein-Wände Rollladenkästen Bauteile bei Fluglärm Luftschall in Gebäuden! Luftschalldämmung in Gebäuden Luftschalldämmung einschaliger Bauteile Luftschalldämmung zweischaliger Bauteile Flankenübertragung bei Luftschallanregung Trittschall in Gebäuden Trittschall Trittschalldämmung Flankenübertragung bei Trittschallanregung Schall durch haustechnische Anlagen und Betrieben Schutz gegen Schall in Gebäuden Kennzeichnende Größen für die Schalldämmung der Bauteile Anforderungen an den Schutz gegen Luft- und Trittschall Anforderungen der Schallschutzstufe 1 (SSt I) Anforderungen der Schallschutzstufe II (SSt II) Anforderungen der Schallschutzstufe III (SSt III) Anforderungen an den Schallschutz im eigenen Wohnbereich Nachweis der Eignung mit bauakustischen Messungen Nachweis der Eignung ohne bauakustische Messungen Luftschalldämmung in Gebäuden in Massivbauart Trennende Bauteile Einschalige, biegesteife Trennwände Zweischalige Wände aus zwei schweren, biegesteifen Schalen Einschalige, biegesteife Wände mit biegeweicher Vorsatzschale Zweischalige Wände aus zwei biegeweichen Schalen Geschossdecken Einfluss flankierender Bauteile 416

8 Inhaltsverzeichnis XIII Trittschalldämmung in Gebäuden in Massivbauart Massivdecken Holzbalkendecken Massive Treppenläufe und Treppenpodeste Luftschalldämmung in Gebäuden in Skelett- und Holzbauart Horizontale Schallübertragung Vertikale Schallübertragung Trittschalldämmung in Gebäuden in Skelett- und Holzbauart Anforderungen an den Schallschutz bei haustechnischen Anlagen und Gewerbebetrieben Bauteile zwischen besonders lauten" und schutzbedürftigen Räumen Armaturen und Geräte der Wasserinstallation Lüftungsschächte und -kanäle Maßnahmen zur Minderung der Belastung durch Lärm Maßnahmen zum Schutz vor Außenlärm Maßnahmen zum Schutz vor Lärm im Gebäude Maßnahmen zum Schutz vor Lärm aus besonders lauten" Räumen Raumakustik Schallreflexion Schallabsorption Nachhall Bemessung absorbierender Flächen Tageslicht Sonnenstrahlung Tageslichtquotient D lichtklima Leuchtdichteverteilung Beleuchtungsstärke Blendung Lichtrichtung, Lichtstreuung Lichtfarbe und Farbwiedergabe Tageslicht Forderungen an Fenster Wohnräume Arbeitsräume Unterrichtsräume Krankenzimmer Kindergärten Hallen Mindest-Fenstergröße Brandschutz Bau- und Brandschutzvorschriften Bauvorschriften Brandschutzvorschriften/Europäische Normung Baustoffe - Eigenschaften und Bezeichnung Eigenschaften der Baustoffe Beton Mauerwerk 499

9 XIV Inhaltsverzeichnis Holz Stahl Einteilung der Baustoffe Baustoffklassen Klassifizierte Baustoffe Bauteile - Einteilung und Benennung Einheits-Temperaturzeitkurve Feuerwiderstandsklassen Benennung der Bauteile Bauteile mit Sonderanforderungen Feuerhemmende und feuerbeständige Bauteile Brandschutz-Anforderungen Anforderungen durch die Landesbauordnung Brandschutzklassen im Industriebau Bauartklassen der Feuerversicherer Anforderungen an den Brandschutz nach Eurocode Klassifizierte Bauteile/Nachweis des Brandschutzes Brandschutzbemessung nach Eurocode Klassifizierte Betonbauteile Kritische Temperatur (9 crit des Betonstahls Achsabstand der Bewehrung Betondeckung der Bewehrung Schutzbewehrung bei c > 50 mm Putzbekleidungen Feuchtegehalt und Abplatzverhalten Klassifiziertes Mauerwerk Wandarten und Wandfunktionen Nichttragende Wände Tragende und aussteifende Wände Nichtraumabschließende, tragende Wände und Pfeiler Zweischalige Außenwände Zweischalige Haustrennwände Stürze, Balken, Unterzüge Klassifizierte Holzbauteile Klassifizierte Stahlbauteile Kritische Stahltemperatur 0 cvll und Stahlsorte Temperaturabhängige Streckgrenze des Stahls Erforderliche Bekleidungen für Stahlbauteile Klassifizierte Verbundbauteile Klassifizierte Wände und Pfeiler Wände aus Mauerwerk und Wandbauplatten Wände aus Beton und Stahlbeton (Normalbeton) Wände aus Leichtbeton Wände aus Leichtbeton mit geschlossenem Gefüge Wände aus Leichtbeton mit haufwerkporigem Gefüge Wände aus Porenbeton Wände aus Holzwolle-Leichtbauplatten Wände aus Gipskarton-Bauplatten Fachwerkwände Holztafelwände Brandwände 572

10 Inhaltsverzeichnis XV 6.7 Klassifizierte Stützen Stützen aus Stahlbeton Stützen aus Holz Unbekleidete Holzstützen Bekleidete Holzstützen Stützen aus Stahl Verbundstützen Klassifizierte Zugglieder Zugglieder aus Stahlbeton und Spannbeton Zugglieder aus Holz Zugglieder aus Stahl Klassifizierte Decken Klassifizierte Decken aus Stahlbeton und Spannbeton Decken aus Stahlbeton- und Spannbetonplatten aus Normalbeton Decken aus Stahlbeton- und Spannbetonplatten aus Leichtbeton mit geschlossenem Gefüge Decken aus Stahlbetonhohldielen und Porenbetonplatten Stahlbeton- und Spannbetondecken aus Fertigteilen Stahlbeton- und Spannbeton-Rippendecken ohne Zwischenbauteile sowie Plattenbalkendecken Stahlbeton- und Spannbeton-Balkendecken sowie -Rippendecken mit Zwischenbauteilen Stahlsteindecken Stahlbetondecken mit eingebetteten Stahlträgern sowie Kappendecken Klassifizierte Holzdecken Decken in Holztafelbauart Holzbalkendecken Klassifizierte Decken mit Unterdecken Klassifizierte Träger und Balken Balken aus Stahlbeton und Spannbeton Holzbalken Unbekleidete Holzbalken ' Bekleidete Holzbalken Stahlträger Verbundträger Klassifizierte Dächer Stahlbetondächer aus Normalbeton und Leichtbeton Holzdächer Dächer mit Sparren Dächer mit Dachträgern oder Dachbindern Dächer mit vollständig freiliegenden Sparren Dächer mit teilweise freiliegenden Sparren Bedachungen 647

11 XVI Inhaltsverzeichnis 7 Bauphysikalische Zusammenfassung Standardbetrachtungen Fußböden über dem Erdreich Kelleraußenwände Kellerdecken Außenwände Haustrennwände Wohnungstrennwände Treppenraum wände Treppen Wohnungstrenndecken Auskragende Decken, Balkone und Attiken Decken über Durchfahrten Dächer Türen Fenster Bäder und Toiletten Laute Räume Anhang Einheiten und ihre Bedeutung Basiseinheiten (Grundeinheiten) Vorsätze für Einheiten Andere Einheiten Abgeleitete Einheiten Umrechnungswerte für Einheiten Formelzeichen und ihre Bedeutung Formelsammlung Physikalische Grundlagen Wärmeschutz Feuchteschutz Schallschutz Tageslicht in Wohnräumen Brandschutz Wärmeschutz- und feuchteschutztechnische Kennwerte Normen und Vorschriften Physikalische Grundlagen Wärmeschutz Feuchteschutz Schallschutz Tageslicht Brandschutz Literatur Physikalische Grundlagen Wärmeschutz Feuchteschutz Schallschutz Tageslicht Brandschutz 710 Sachwortverzeichnis 711