5 5.1 Wärmebrücken am Beispiel eines Einfamilienhauses Zur Veranschaulichung der quantitativen Auswirkung von Wärmebrücken auf den Transmissionswärmeverlust sind in Bild 10-17 und Bild 10-18 Berechnungsergebnisse für das Beispiel eines zweigeschossigen Einfamilienhauses dargestellt. Das Wohnhaus mit ca. 138 m 2 Wohnfläche und einem AN-Verhältnis von 0,83 m 2 /m 3 hat eine Grundfläche von 8 m 12 m, ist mit 24 cm starkem Mauerwerk der Wärmeleitfähigkeit 'A = 0,56 W/(mK) mit 12 cm Außen- Transmissions- Wärmebrücke Länge Wärmeverlust QT,WB lws sehr optimierte schlechte Lösung Lösung m kwh/(m 2 a) kwh/(m 2 a) Dachanschlüsse: - Ortgang 20 2,2-0,6 -Traufe 24 6,3 0,4 - Innenwände 10 1,6 0,5 10,1 0,3 Wandanschlüsse senkrecht: - Außenwandkanten 11-0,85-0,85 - Innenwandanschlüsse 14-0,05-0,05-0,90-0,90 Decken-/Balkonanschlüsse: - Balkonplatte 5 0,7 0,1 - Geschossdecken 40 0,9 0,9 - Innenwände (zum Keller) 18 3,6 1,7 -Außenwände (zum Keller) 34 2,9 0,2 8,1 2,9 Fenster-/Türanschlüsse: -Laibung 42 6,0 1,4 -Brüstung 13 0,8-0,4 - Rollladenkasten 18 9,0 2,9 - Sturz 1 0,4 0,1 16,2 4,0 Summe 33,5 6,3 10-17 Transmissionswärmeverluste durch Wärmebrücken am Beispiel eines Einfamilienhauses dämmungaufgebaut und mit 18 cm Dachdämmung, 8 cm Wärmedämmung zum unbeheizten Keller sowie Wärmeschutzverglasung versehen. Die resultierenden U-Werte der Außenbauteile sind Bild 10-18 zu entnehmen. Das Haus hat einen Transmissionswärmeverlust der Bauteilflächen ohne Wärmebrücken von 59,0 kwh/(m 2 a). Um eine Einschätzung der in der Praxis möglichen Bandbreite der Wärmebrückenauswirkung zu ermöglichen wurden zwei Extremfälle untersucht. Im ersten Extremfall wurde für jedes Wärmebrückendetail bewusst eine sehr schlechte Lösung angenommen, wie sie in der Realität (hoffentlich!) nur sehr selten anzutreffen sein wird. Stichworte hierfür sind: fehlende Wärmedämmung der Mauerkrone am Ortgang und beim Dachanschluss von Innenwänden, keine durchgehende Wärmedämmung zwischen Außenwand und Dach im Traufbereich, auskragende Bauteilflächen Transmissionswärmeverluste eines Einfamilienhauses in kwhl( m 2 a) Dach 10,0 U 0 = 0,20 W/(m 2 K) ~-~---r,-/ Außenwände 16,4 UAw=0,27W/(m 2 K) Kellerdecke 10,6 UG = 0,41 W/(m 2 K) Fenster/Türen 22,0 Uw = 1,3 W/(m 2 K) Summe 59,0 Wärmebrücken <D t: <DOJ.E +=ici) Q_:Q O...l Dach- 10,1 0,3 anschlüsse Wandanschlüsse senkrecht -0,9-0,9 Fenster-/Türanschlüsse Summe 8,1 2,9 16,2 4,0 33,5 6,3 10-18 Auswirkung von Wärmebrücken auf den Transmissionswärmeverlust eines Einfamilienhauses 10/20
Balkonplatte aus Stahlbeton mit heute üblicher, aber nicht optimaler thermischer Trennung, Außen- und Innenwände nicht thermisch von der Kellerdecke isoliert, fehlender Anschluss der Wanddämmung an den Fensterrahmen, keine Wärmedämmung im Brüstungsbereich der Fenster sowie schlecht wärmegedämmte Rollladenkästen. ln diesem Grenzfall erreichen die Transmissionswärmeverluste der Wärmebrücken mit 33,5 kwh/{m 2 a) etwa 57 % des Wertes (59,0 kwh/(m 2 a)) der wärmeübertragenden Gebäudebauteile ohne Berücksichtigung von Wärmebrücken! An diesem Beispiel wird deutlich, dass eine Verminderung der Wärmebrückenwirkungen dringend erforderlich ist. Eine optimierte Lösung der Wärmebrückendetails ergibt nur noch einen zusätzlichen Wärmeverlust von 6,3 kwh/(m 2 a), der den ohne Wärmebrücken berechneten Jahres-Heizwärmebedarf um lediglich 11 % erhöht. Besonders große Verbesserungen können im Dachbereich durch eine lückenlose Wärmedämmung des Ortgang-, Trauf- und lnnenwandanschlusses, bei der Balkonplatte und dem Wandanschluss an die Kellerdecke durch gute thermische Trennung (Balkon wird separat aufgeständert, Wände werden durch eine Steinschicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit (A. = 0,12 W/(mK)] von der Kellerdecke thermisch getrennt) und bei den Fensteranschlüssen durch konsequent durchgehende Wärmedämrnung erreicht werden. 11 1 der Tabelle Bild 10-17 fällt auf, dass manche Wärme Qrücken nicht zu einem positiven, sondern zu einem negativen zusätzlichen Transmissionswärmeverlust führe~. ln diesen Fällen ergibt die Berechnung der Trans ~~.ssionswärmeverluste der.. Außenflächen allein {ohne A armebrücke!) schon eine Uberschätzung der Verluste. Sn den senkrechten Außenwandkanten lässt sich diese d'tuation veranschaulichen. Der Blick auf die Innenseite W~r Außenwand, Bild 10-1, zeigt eine in der Kante erhöhte armestromdichte gegenüber der wärmebrückenfreien inneren Wandoberfläche. Anders stellt sich die Situation jedoch bei einer Betrachtung von außen dar. Durch die große Außenfläche im Bereich der Kante ist die Wärmestromdichte hier geringer als im wärmebrückenfreien Wandbereich. Die Ermittlung der Transmissionswärmeverluste aus den Außenflächen ohne Berücksichtigung der Wärmebrücke ergibt deshalb hier einen etwas zu hohen Wert. 5.2 Häufige Problemstellen im Überblick Bei der Suche nach Wärmebrücken sollten keinesfalls nur die Schwachstellen im Übergang zwischen beheizten Innenräumen und Außenluft betrachtet werden. Diese Verbindungen sind zwar wegen der im Bereich von Wärmebrücken besonders niedrigen Innenoberflächentemperaturen oft die Ursache von Bauschäden. Wesentliche Wärmeverluste treten jedoch auch an den Übergängen zwischen beheizten und temperierten Räumen (z. B. unbeheizte Kellerräume oder unbeheiztes Dachgeschoss bzw. Spitzbaden/Kniestock usw.) sowie an den Übergängen zum Erdreich auf. An diesen Stellen sind die Temperaturunterschiede zwar geringer als zwischen beheizten Räumen und Außenluft, allerdings gibt es hier oft Wärmebrücken beträchtlicher Längenausdehnung (z. B. Anschluss von Innenwänden an die Kellerdecke). Problemstellen, an denen häufig Wärmebrücken auftreten und die deshalb bei der Planung und Bauausführung besonderes Augenmerk verdienen, sind am Beispiel eines Wohngebäudes in Bild 10-19 dargestellt. Die im Hinblick auf Wärmebrücken kritischen Punkte treten im Allgemeinen dort auf, wo verschiedene Baumaterialien, Bauteile oder Bauweisen zusammentreffen oder wo die wärmegedämmte Gebäudehülle aus konstruktiven Gründen durchstoßen wird. Unterschiedliche Materialien treffen beispielsweise bei der Einbindung von Stahlbetongeschossdecken in Außenwände oder beim seitlichen und unteren Auflager 10/21
Wärmebrücken bei Wohngebäude 1 i einer massiven Kellertreppe sowie beim Anschluss von Pfeilern und Stützen zusammen. Fensterlaibungen, -brüstungen und -stürze sowie Rollladenkästen sind Beispiele für Bauteile, die durch Anschlüsse mit anderen Bauteilen verbunden sind. Übergänge zwischen verschiedenen Bauweisen treten etwa beim Anschluss des Daches an eine massive Außenwand auf. Die wärmegedämmte Außenhülle wird oft zwangs- Dach 1 Traufe 2 Ortgang 3 Spitzboden 4 Innenwand 5 Dachflächenfenster 6 Kamin 7 Attika Wände senkrecht 8 Außenecke 9 Innenwandanschluss Fenster I Türen 10 Laibung, Sturz, Brüstung 11 Rollladenkasten Decken- I Balkonanschlüsse etc. 12 Geschossdeckenauflager 13 Kellerdecke 14 Sohlplatte 15 Innenwand an Kellerdecke bzw. Sohlplatte 16 Treppenauflager 17 Balkonplatte 18 Vordach 19 Erkerbodenplatte 20 Eingangspodest 10-19 Beispiele wichtiger Wärmebrücken bei einem Wohngebäude läufig von verschiedenen Bauteilen wie Kaminen, Roh r durchführungen oder Installationsschächten durchstoßen ln vielen anderen Fällen wie z. B. Balkonplatten, Vor. dächern, Erkerbodenplatten oder Eingangspodesten kann die Durchdringung eventuell durch Wahl eine 1 anderen Konstruktionsart vermieden werden. Eine wichtige und häufig vorkommende Wärmebrücke ist der Randbereich von Fenstern. Einerseits stellt der Glasrandverbund von Mehrscheibenverglasungen durch die üblicherweise eingesetzten Aluminium-Abstandhalter eine Wärmebrücke dar, zum anderen ist bei heute verfügbaren Verglasungsqualitäten mit U 9 = 0,5 bis 1,8 W/(m 2 K) häufig der Fensterrahmen mit U 1 -Werten von etwa 1,6 W/(m2K) die thermische Schwachstelle des Fensters. Wärmetechnisch wesentlich verbesserte Fensterrahmen (Kapitel5-12) mit U 1 -Werten bis herab zu 0,6 W/(m 2 K) werden von einigen Firmen bereits auf dem Markt angeboten. Zertifizierte Passivhausfenster besitzen einen Uw-Wert :o; 0,8 W/ (m2k) und sollten einschließlich der Einbauwärmebrücke den Wert von 0,85 W/(m 2 K) nicht überschreiten. Trotz sorgfältiger Planung können gravierende Wärmebrücken auch durch unsachgemäße Bauausführung zustande kommen. Problempunkte sind hierbei vor allem die fehlerhafte Erstellung von Anschlüssen zwischen verschiedenen Bauteilen sowie zwischen unterschiedlichen Wärmedämmschichten und außerdem die nicht korrekte Anbringung von Wärmedämmmaterialien. So sind beispielsweise oft Lücken in der Wärmedämmung die Folge, wenn Dämmstoffe schlecht befestigt werden, bei nicht ausreichender Verdichtung absacken oder aufgrund ungenauer Bearbeitung die Gefache von Ständerkonstruktionen nicht vollständig ausfüllen. 5.3 Ermittlung von Wärmebrücken durch Thermografie Das Messverfahren der Thermografie ist eine sehr gut geeignete Methode, um Wärmebrücken an bestehenden Gebäuden aufzuspüren. Sie wird häufig eingesetzt, um 10/22
die Ursachen von Bauschäden oder sonstigen Problemen zu lokalisieren, die auf Wärmebrücken zurückzuführen sein können. Die Thermografieaufnahme mit einer Wärmebildkamera macht Temperaturunterschiede sichtbar. Bei einer Außenansicht eines beheizten Gebäudes heben sich dabei die Flächen und Bauteilanschlüsse ab, die wärmer sind als die umgebenden Flächen. Eine höhere Temperatur wird aber durch einen höheren Wärmestrom von innen nach außen bewirkt und ist deshalb ein Hinweis auf eine schlechtere Wärmedämmwirkung bzw. eine Wärmebrücke an der betreffenden Stelle. Das Messverfahren beruht auf der Sichtbarmachung von Wärmestrahlung (lnfrarotstrahlung). Heutzutage wird hierzu in der Regel eine elektronische Kamera eingesetzt. Der darzustellende Temperaturbereich und die Auflösung sind einstellbar und können an die jeweilige Situation angepasst werden. Das Ergebnis ist bei Schwarz-Weiß Kameras ein Bild, in dem die Temperaturunterschiede durch Grauwerte dargestellt werden. Bei Farbkameras erhält man ein Falschfarbenbild, bei dem die unter- schiedlichen Farben verschiedenen Temperaturen entsprechen. Ein Beispiel einer Thermografieaufnahme eines Altbaus ist in Bild 10-20 zu sehen. Abgesehen von den Fensterflächen zeichnen sich hier als Wärmebrücken (gelb/rot/ weiß abgebildete, d. h. warme Außenflächen) deutlich die Heizkörpernischen unter den Fenstern, die Fensterstürze und Geschossdecken, die ausgemauerten Fenster sowie die Kellerdecke ab. Bei der Durchführung der Thermografie muss die Außentemperatur deutlich niedriger liegen als die Raumtemperatur, damit ein hoher Wärmestrom von innen nach außen zustande kommt und dadurch möglichst große Temperaturunterschiede auf der Außenoberfläche des Gebäudes auftreten. Außerdem sollte das Gebäude mindestens seit einigen Tagen vorher schon beheizt sein, damit insbesondere die Wände gleichmäßig erwärmt sind. Thermografieaufnahmen werden bevorzugt nachts und in den frühen Morgenstunden durchgeführt, um eine Verfälschung des Ergebnisses durch die Infrarotstrahlung des Sonnenlichtes auszuschließen. T~aufansehluß. Fenstersturz Geschossdecke zugemauertes Fenster Heizkörpernische Kellerdecke -4-6 70 20 Thermografieaufnahme eines Wohngebäudes (Altbau) mit deutlich erkennbaren Wärmebrücken (Que/Je: Die-Energieberater. de) 10/23
Vermeidung und Reduzierung von Wärmebrücken ln manchen Fällen kann es sinnvoll sein, eine thermogratisehe Untersuchung mit einer Messung der Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle ("Biower-Door-Messung", Kapitel 9-2) zu verbinden. Durch die Thermografie können beispielsweise die Stellen an der Außenoberfläche sichtbar gemacht werden, an denen bei Überdruck warme Luft aus dem Gebäude ausströmt. Umgekehrt kann eine bei Unterdruck angefertigte Thermografieaufnahme z. B. der Innenseite einer Dachhaut die Leckagen deutlich machen, durch die in dieser Situation kalte Außenluft nach innen strömt, Bild 9-7. Thermografische Untersuchungen werden meist von Sachverständigen für Schäden an Gebäuden und Bauphysikern durchgeführt. Adressen von Anbietern, die über die dazu nötige Ausrüstung verfügen, können im Internet recherchiert werden. Die Kosten fü r eine thermogratisehe Untersuchung belaufen sich in der Regel auf etwa 300 bis 1000 zuzüglich Kosten für die Anreise. 6 Vermeidung und Reduzierung von Wärmebrücken 6.1 Anforderungen aus Normen und Verordnungen Wärmebrücken werden unter verschiedenen Aspekten in DIN 4108-2, DIN 4108 Bbl. 2, DIN EN ISO 10211 sowie in der Energieeinsparverordnung behandelt. ln DIN EN ISO 10211 werden die Berechnungsverfahren zur Ermittlung von Wärmeströmen und Oberflächentemperaturen im Bereich von Wärmebrücken dargestellt, die zur Erstellung von einschlägigen Rechenprogrammen benötigt werden. Diese Norm ist deshalb nur für die mit diesem Themenkreis befassten Spezialisten von Bedeutung. DIN 4108-2 enthält Anforderungen an den Mindestwärmeschutz von Bauteilen, die auch im Bereich von Wärmebrücken eingehalten werden müssen. Ecken, an denen Außenbauteile mit gleichartigem Aufbau aneinander stoßen, gelten hierbei nicht als Wärmebrücken, wohingegen für Ecken von Außenbauteilen mit nicht gleichartigem Aufbau konstruktive Verbesserungen ge. fordert werden. Übliche Verbindungsmittel wie Nägel, Schrauben, Drahtanker und Mörtelfugen von Mauerwerk brauchen beim Nachweis des Mindestwärmeschutzes nicht berücksichtigt zu werden. Die Anforderungen der DIN 4108-2 an den Mindestwärmeschutz geben Mindestwerte der Wärmedurchlasswiderstände R für die "ungünstigste Stelle" vor. die für verschiedene opake Außenbauteile unterschied: lieh sind und von 1, 75 m 2 K/W für Decken, die Aufenthaltsräume nach unten gegen Außenluft abgrenzen, bis zu mindestens 0,07 m 2 K/W für Wände zwischen fremd genutzten Räumen (z. B. Wohnungstrennwände) reichen. Die genannten Mindestwerte für Wärmedurchlasswiderstände R von Bauteilen liegen deutlich niedriger als die Wärmedurchlasswiderstände, die sich bei der Realisierung von Gebäuden, die der Energieeinsparverordnung entsprechen, für die wärmebrückenfreien Bauteilflächen in aller Regel ergeben werden. Deshalb können die Anforderungen aus DIN 4108-2 in den meisten Fällen leicht eingehalten werden, wenn im Bereich von Wärmebrücken der Wärmedämmstandard der wärmebrückenfreien Bauteilflächen auch nur annähernd erreicht wird. Es ist jedoch anzumerken, dass die Erfüllung der Anforderungen noch keinerlei Gewähr dafür bietet, dass keine bauphysikalischen Probleme auftreten. Nach der Energieeinsparverordnung, 7 Absatz (3), können Wärmebrücken entsprechend den Verfahren nach DIN 4108-6 bzw. DIN V 18599 in unterschiedlicher Detaillierung rechnerisch erfasst werden: - Werden bei der Planung die Wärmebrücken nicht im Detail dargestellt, so werden ihre Auswirkungen mit einem pauschalen Zuschlag von.:luwe = 0,10 W/(m 2 K) auf den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Außenbauteile berücksichtigt. - Werden vom Planer die Details von Wärmebrücken dargestellt und deren Auswirkungen entsprechend DIN 4108 Bbl. 2 reduziert, erfolgt ein Zuschlag von.:luwe = 0,05 W/(m 2 K). Entsprechen nicht alle Details des Gebäudes den Nebenbedingungen des Bbl. 2. 10/24