ENERGIE - BAUPHYSIK - TGA

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

2 ENERGIE, BAUPHYSIK UND TGA PROGRAMM WS 2016/ Einführung, Entwicklung und Hintergrund Bauphysik Wärmetransport und U-Wert-Berechnung Teil U-Wert-Berechnung Teil 2, EnEV U-Wert-Berechnung Teil 3, inhomogen Oberflächentemperaturen und Schichttemperaturen Wärmebrücken, Verfahren WB-Zuschlag Schimmelpilzbefall, Feuchteschutz Glaserverfahren Dafür Donnerstag, : Prof. Dr. Nowak, 3. und 4. Stunde Dafür Donnerstag, : Prof. Dr. Nowak, 3. und 4. Stunde EnEV-Berechnung excel Optional noch Wiederholung, keine Übung , gleiche Zeit Ferien Ferien Vorbereitung Prüfung Prüfung Moodle: Bph_Arch_WS16/17

3 PROGRAMM VORLESUNG 6 Wärmebrücken 1. Berücksichtigung der Wirkungen von Wärmebrücken 1.1. Wärmebrücken in der Energiebilanzierung 1.2. Nachweis des Mindestwärmeschutzes im Bereich von Wärmebrücken 2. Feuchteschutz

4 WAS SIND WÄRMEBRÜCKEN? Wärmebrücken Def.: örtlich begrenzte Stellen in der Gebäudehülle, durch die ein größerer Wärmeabfluss nach außen erfolgt als in den angrenzenden Bereichen.

5 BERÜCKSICHTIGUNG DER WIRKUNG VON WÄRMEBRÜCKEN Wärmebrücken A. Wärmeverlust Je nach Konstruktion kann der Wärmeverlust über Wärmebrücken bis ca. 30 % des gesamten Transmissionswärmeverlustes betragen. EnEV 7 DIN 4108 Bbl. 2 Energiebilanzierung B. Feuchte, Schimmelpilzrisiko Infolge des erhöhten Wärmetransportes stellen sich niedrige raumseitige Oberflächentemperaturen ein. Hierdurch steigt lokal die relative Luftfeuchte bis hin zum Tauwasserausfall. Es besteht das Risiko von Schimmelpilzbildung DIN Demzufolge sind zur Bestimmung der Wirkung von Wärmebrücken auch zwei unterschiedliche, voneinander unabhängige Kenngrößen notwendig: f Rsi Temperaturfaktor (-) zur Beurteilung der raumseitigen Oberflächentemperatur Ψ psi = längenbezogener Wärmebrückenverlustkoeffizient [W/(mK)] zur Berechnung der zusätzlichen Wärmeverluste über die Wärmebrücken

6 B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2

7 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2

8 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2

9 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2

10 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2 20 C -5 C

11 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2 Neubauten: Mindestwärmeschutz gem. DIN Nachweis über den Temperaturfaktor f Rsi 0,7 Ist in einem Neubau der Faktor < 0,7 wird dies im Schadensfall (Schimmelpilzbefall) als baulicher Mangel gewertet, unabhängig vom Nutzerverhalten f Rsi = (12,6 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi = 0,7 f Rsi = (9 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi =? f Rsi = (15 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi =?

12 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2 f Rsi = (12,6 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi = 0,7 f Rsi = (9 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi = 0,56 f Rsi = (15 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi = 0,8

13 MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN Schimmelpilzwachstum ab aw 0,8 Nachweis über Temperatur und f Rsi -Faktor (DIN 4108 Teil 2, Teil 8) B. Feuchte, Schimmelpilz f Rsi 0,7

14 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN

15 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN B. Feuchte Schimmelpilzvermeidung DIN 4108 Teil 2 ca. 9,5 C ca. 12 C ca. 14 C

16 FEUCHTESCHUTZ SCHIMMELPILZVERMEIDUNG Wärmeschutz Wärmebrücken Schimmelpilzvermeidung

17 NACHWEIS DES MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN Für den Nachweis des Mindestwärmeschutzes im Bereich von Wärmebrücken sind folgende Normen zu beachten: DIN (Randbedingungen baulich und Klima) EN ISO (Berechnungsverfahren) Für den Nachweis ist das zweidimensionale Verfahren anerkannt Wärmebrückenberechnungen (Wärmebrückensimulationen) erfolgen mit spezieller Software, z.b. ARGOS von ZUB Kassel

18 VORGEHEN WÄRMEBRÜCKENBERECHNUNG 1. Schritt: Eingabe der Geometrie und der Materialien

19 VORGEHEN WÄRMEBRÜCKENBERECHNUNG 4. Schritt: f-wert-berechnung, Darstellung der Isothermen und der 12,6 C - Isotherme

20 VORGEHEN WÄRMEBRÜCKENBERECHNUNG 6. Schritt: f-wert-berechnung, Darstellung des Temperaturpunktes

21 KONDENSATION, TAUWASSER UND SCHIMMELPILZBEFALL

22 RELATIVE UND ABSOLUTE LUFTFEUCHTE Luft- Temperat ur 100% rel. Luftfeuchte 50% rel. Luftfeuchte 17,3 g 8,65 g 9,3 C -10 C 2,14 g/m 3 1,07 g/m 3-5 C 3,24 g/m 3 1,62 g/m 3 0 C 4,84 g/m 3 2,42 g/m 3 5 C 6,8 g/m 3 3,4 g/m 3 10 C 9,4 g/m 3 4,7 g/m 3 15 C 12,8 g/m 3 6,4 g/m 3 20 C 17,3 g/m 3 8,65 g/m 3 25 C 23,0 g/m 3 11,5 g/m 3 30 C 30,3 g/m 3 15,15 g/m 3 Warme Luft kann viel Feuchte (Wasserdampf) binden bei Abkühlung (o. Entfeuchtung) steigt die relative Luftfeuchtigkeit an bis zur Sättigung (100 %) ab dem Sättigungspunkt (Taupunkt) kommt es zur Kondensation = Tauwasserausfall

23 RELATIVE UND ABSOLUTE LUFTFEUCHTE alsupport/humiditycalculator/pages/defaul t.aspx

24 ABSOLUTE LUFTFEUCHTE BEI 100 % SÄTTIGUNG 0 C 4,8 g/m3 2 C 5,6 g/m3 4 C 6,4 g/m3 6 C 7,3 g/m3 8 C 8,3 g/m3 10 C 9,4 g/m3 12 C 10,7 g/m3 14 C 12,1 g/m3 16 C 13,6 g/m3 18 C 15,4 g/m3 20 C 17,3 g/m3 22 C 19,4 g/m3 24 C 21,7 g/m3 26 C 24,3 g/m3 28 C 27,2 g/m3 30 C 30,3 g/m3

25 RELATIVE UND ABSOLUTE LUFTFEUCHTE 1 m3 Luft mit der Temperatur 10 C kann maximal 9,4 g Wasserdampf aufnehmen (= 100 % Sättigung) 1 m3 Luft mit der Temperatur 20 C kann maximal 17,8 g Wasserdampf aufnehmen. Wird die 10 C kalte Luft (mit 9,4 g/m3 Feuchte) auf 20 C erwärmt, ist sie zu 52 % gesättigt 1 m3 Luft mit der Temperatur 30 C kann maximal 27,2 g Wasserdampf aufnehmen. Wird die 10 C kalte Luft (mit 9,4 g/m3 Feuchte) auf 30 C erwärmt, ist sie zu 28 % gesättigt 9,4 g/m 3 9,4 g/m 3 9,4 g/m 3

26 RELATIVE UND ABSOLUTE LUFTFEUCHTE 54 % 1 m3 Luft mit der Temperatur 10 C kann maximal 9,4 g Wasserdampf aufnehmen (= 100 % Sättigung) 1 m3 Luft mit der Temperatur 20 C kann maximal 17,3 g Wasserdampf aufnehmen. Wird die 10 C kalte Luft (mit 9,4 g/m3 Feuchte) auf 20 C erwärmt, ist sie zu 54 % gesättigt 1 m3 Luft mit der Temperatur 30 C kann maximal 27,2 g Wasserdampf aufnehmen. Wird die 10 C kalte Luft (mit 9,4 g/m3 Feuchte) auf 30 C erwärmt, ist sie zu 28 % gesättigt 9,4 g/m 3 9,4 g/m 3 9,4 g/m 3

27 RELATIVE UND ABSOLUTE LUFTFEUCHTE 54 % 31 % 1 m3 Luft mit der Temperatur 10 C kann maximal 9,4 g Wasserdampf aufnehmen (= 100 % Sättigung) 1 m3 Luft mit der Temperatur 20 C kann maximal 17,3 g Wasserdampf aufnehmen. Wird die 10 C kalte Luft (mit 9,4 g/m3 Feuchte) auf 20 C erwärmt, ist sie zu 54 % gesättigt 1 m3 Luft mit der Temperatur 30 C kann maximal 30,3 g Wasserdampf aufnehmen. Wird die 10 C kalte Luft (mit 9,4 g/m3 Feuchte) auf 30 C erwärmt, ist sie zu 31 % gesättigt 9,4 g/m 3 9,4 g/m 3 9,4 g/m 3

28 RELATIVE UND ABSOLUTE LUFTFEUCHTE Innenraumluft: 24 C und 65 % rel. Luftfeuchte Kühlt ab auf 18 C welche absolute und relative Luftfeuchte stellen sich ein?

29 MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN Schimmelpilzwachstum ab 80 % rel. Luftfeuchte B. Feuchte, Schimmelpilz Nachweis über Temperatur und f Rsi -Faktor (DIN 4108 Teil 2, Teil 8)

30 FEUCHTESCHUTZ SCHIMMELPILZVERMEIDUNG Hygiene? Gesundheit? Bauschäden? Schimmelpilze benötigen für ihr Wachstum: 1. Feuchtigkeit + 2. organisches Substrat (Kohlenstoff) + 3. niedriger ph-wert unter Luftsauerstoff, Temperaturbereich Einflussnahmemöglichkeiten: = gut beeinflussbar durch gezielte Maßnahmen zum Feuchteschutz = bedingt beeinflussbar = nicht beeinflussbar

31 MINDESTWÄRMESCHUTZES IM BEREICH VON WÄRMEBRÜCKEN Nachweis Schimmelpilzvermeidung an Wärmebrücken (DIN ) Der Temperaturunterschied von Oberflächentemperatur zur Außentemperatur soll mindestens 70% von dem der Innentemperatur zur Außentemperatur sein. f Rsi = (θ si θ e )/( θ i θ e ) Anforderung: f Rsi = 0,7 f Rsi = (12,6 C (-5 C)) / (20 C (-5 C)) f Rsi = 0,7 Der Nachweis erfolgt unter genormten Bedingungen (θ e = -5 C, θ i = 20 C) Wird für eine Wärmebrücke der Faktor f Rsi < 0,7 ermittelt: ist ein Schimmelpilzbefall auf bauliche Ursachen zurückzuführen (juristische Bedeutung) entspricht die Ausführung nicht den anerkannten Regeln der Technik Da es sich um eine bauaufsichtlich eingeführte Norm handelt, besitzt diese Gesetzes- Charakter

32 WÄRMESCHUTZ UND FEUCHTESCHUTZ Wärme-und Feuchteschutz sind die Kerngebiete der Bauphysik. Sie sind untrennbar miteinander verbunden und beeinflussen sich gegenseitig. Luft bei 10 C λ= 0,024 W/m K Dämmstoffe λ= 0,050-0,070 W/m K Holz (weich) λ= 0,13 W/m K Stahlbeton 2500 kg/m3 λ= 2,10 W/m K Aluminium λ= 160 W/m K Wasser, 0 C λ= 0,60 W/m K Wasser leitet Wärme 25mal so gut Der Wärmeschutz bestimmt maßgeblich den Wohnkomfort Der Feuchteschutz bestimmt maßgeblich die Schadensfreiheit und damit die Dauerhaftigkeit

33 GRUNDLAGEN FEUCHTESCHUTZ Warum Feuchteschutz? Folgen von Feuchteinwirkung / Feuchteschäden: stärkere Wärmeleitung - dadurch verminderter Wärmeschutz. Dies führt zu einen erhöhten Energieverbrauch Reduzierung der Behaglichkeit durch kühle Oberflächen, erhöhte thermische Luftbewegung Beeinträchtigung der Raumhygiene und der Gesundheit durch Mikroorganismen wie Schimmelpilze und Bakterien Gefährdung der Standsicherheit durch Schädigung der Bauteile

34 GRUNDLAGEN FEUCHTESCHUTZ Transportmechanismen Feuchte Kapillarität (flüssiger Transport) Konvektion (Luft als Träger) Diffusion (gasförmiger Transport)

35 FEUCHTESCHUTZ MÖGLICHE URSACHEN 1. Bauliche Schäden Undichtigkeiten Dach / Wand / Böden Rohrleitungsschäden andere Wasserschäden (z.b. Hochwasser) 2. Baukonstruktion a) Neubaufeuchte, Verdunstung b) Unzureichende Lüftungsmöglichkeit c) Tauwasser im inneren des Bauteils - Innendämmung - Undichtigkeiten (Konvektion) a) Tauwasser auf der Oberfläche des Bauteils - Geringer Wärmeschutz - Wärmebrücken 3. Nutzerverhalten hoher Feuchteeintrag zu geringe Feuchteabführung (Lüften) zu geringes Heizen Möblierung an Außenwänden

36 FEUCHTESCHUTZ 1. BAULICHE SCHÄDEN DIN Bauwerksabdichtung: gem. Bodenbeschaffenheit, Grundwasser Schlagregenschutz: insbes. Sockel, Fassade, Anschlüsse v.a. der Fenster! Dachdeckung / -dichtung: ggf. Unterdach, entspr. der Dachneigung u. der Beanspruchung Dauerhafte Dichtigkeit von Anschlüssen: Durchdringungen, Fugenausbildung

37 FEUCHTESCHUTZ 2. BAUKONSTRUKTION a) Neubaufeuchte: mineralische Materialien wie Beton, Mörtel, Putz, Estrich werden mit Wasser gebunden. In einem Kubikmeter dieses Materials sind etwa 480 Liter Wasser enthalten. In einem massiv gebauten Einfamilienhaus werden etwa 28 m 3 solcher Materialien verarbeitet und damit l Wasser eingebracht. Um davon eine Vorstellung zu erhalten: Bei 150 m 2 Wohnfläche stehen auf jedem Quadratmeter 9 Eimer Wasser, die verdunsten müssen. Dauer Trocknung: ca. 2 bis 4 Jahre Wichtig: Feuchtekonvektionen z.b. in unausgebautes Dachgeschoss unbedingt vermeiden!

38 FEUCHTESCHUTZ 2. BAUKONSTRUKTION b) unzureichende Lüftungsmöglichkeiten: z.b.: Änderung der Raumnutzung Lüftungsanlage unangepasst, defekt oder witterungsabhängig Fenster nicht aufdrehbar Fensterlose Räume ohne Lüftungseinrichtung bzw. nicht funktionstüchtige Lüftung Hintergrundinfo: DIN 1946 Teil 6 Luftwechsel in Stufen: 1. Feuchteschutz/Hygiene 2. Reduzierte Lüftung 3. Nennlüftung 4. Lastspitzen Für Neubauten Wohngebäude ist ein Lüftungskonzept erforderlich In der Sanierung, wenn: in einem Mehrfamilienhaus (MFH) werden mehr als 1/3 der Fenster einer Nutzungseinheit ausgetauscht in einem Einfamilienhaus (EFH) werden mehr als 1/3 der Fenster ausgetauscht werden bzw. mehr als 1/3 der Dachfläche abgedichtet wird Fensterlose Räume gem. DIN

39 FEUCHTESCHUTZ BAUKONSTRUKTION c) Tauwasser im Inneren von Bauteilen, aufgrund von: Dampfdiffusion Feuchtekonvektion Wird z.b.im Glaserverfahren errechnet Schadensrisiko infolge von Feuchtekonvektion ist ungleich höher als durch Diffusion

40 FEUCHTESCHUTZ BAUKONSTRUKTION c) Tauwasser im Inneren von Bauteilen, aufgrund von: Vergleich Diffusion mit Konvektion Untersuchung des Instituts für Bauphysik in Stuttgart: 1 x 1 m große Wärmedämmkonstruktion mit einer Dämmstärke von 14 cm a) fugenfreier Einbau einer Dampfbrems- und Luftdichtungsbahn: Bestätigung des zuvor berechneten Feuchteeintrag durch Diffusion von 0,5 g Wasser/m² und Tag b) Konstruktion mit einer 1 mm breiten Fuge in der Dampfbrems- und Luftdichtungsebene: es strömen 800 g Wasser/m² und Tag ins Bauteil. Diese Luftströmung bezeichnet man als Konvektion. Durch Konvektion dringt also 1600 x mehr Feuchte ein als durch Diffusion. Konvektion ist die Folge mangelhafter Luftdichtung. proclima.com

41 FEUCHTESCHUTZ BAUKONSTRUKTION c) Tauwasser im Inneren von Bauteilen auf Grund von: 1. Innendämmung 2. Dampfdiffusion (Tauwassernachweis: DIN ) 3. Undichtigkeiten (Konvektion) (Anforderung/Ausführung Luftdichtigkeit: DIN , Messverfahren: DIN EN 13829)

42 FEUCHTESCHUTZ BAUKONSTRUKTION d) Tauwasser auf Oberflächen von Bauteilen auf Grund von: 1. zu geringer Wärmeschutz 2. Wärmebrücken (Mindestwärmeschutz; Anforderungen im Bereich von Wärmebrücken: DIN )

43 FEUCHTESCHUTZ NUTZERVERHALTEN hohe Feuchteeinträge (kochen, waschen, Aquarium, Pflanzen) geringe Feuchteabführung unpassendes Lüften unpassendes Heizen Möblierung an Außenwänden ohne Abstand Überbelegung (Personen, Tiere)

44 FEUCHTESCHUTZ NUTZERVERHALTEN Beispiel: Feuchteeintrag pro Tag einer 4-köpfigen Familie: ca Liter Feuchteeintrag: Fläche Wohneinheit: Luftvolumen Wohneinheit: Raumluft: Außenluft: Differenz absolute Feuchte: 10 Liter/Tag 100 m2 250 m3 20 C, 50 % (8,67 g/m3) 0 C, 90 % (3,9 g/m3) 4,77 g/m3 Abtransport von Feuchte pro Luftwechsel: 4,77 x 250 = 1.192,5 g = 1,2 Liter Wasser Zur Abführung von 10 Liter Wasser sind daher 8,3 Luftwechsel erforderlich. Fugenluftwechsel je nach Fensterqualität, Fugenlänge, Windgeschwindigkeit, hier ca. 0,2 pro Stunde

45 FEUCHTESCHUTZ NUTZERVERHALTEN 0,2 pro Stunde x 24 h = 4,8 facher Luftwechsel pro Tag durch Fugen Erforderlich waren insgesamt 8,3 Luftwechsel zum Abtransport der 10 Liter Feuchte unter den gewählten Klimabedingungen im Winter. Es verbleiben 8,3 4,8 = 3,5-facher Luftwechsel durch Fensteröffnen D.h. 3-4 mal täglich querlüften!

46 Im Winter: Kontrolle mit Thermo- Hygrometer Orientierung: 20 C, 50 % rel. Luftf. ENERGIE - BAUPHYSIK - TGA Prof. Dipl.-Ing. Architektin Susanne Runkel