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Bauphysik

4.2Die Monte-Rosa-Hütte – ein bauphysikalisches WunderwerkHoch über Zermatt steht die modernste Berghütte der Welt, die Mon-te-Rosa-Hütte. Für den «Bergkristall» auf rund 2900 Meter über dem Meeresspiegel sind der Schweizer Alpen-Club SAC und die Eidgenös-sische Technische Hochschule ETH Zürich gemeinsam verantwort-lich.

Auf einem oktagonalen Stahlbetonsockel mit einem Durchmesser von 16 m wurden fünf Geschosse gebaut, die 120 Übernachtungsgästen Platz bieten. Das neue Gebäude, das digital geplant und im CNC-Zu-schnitt in Holzbauweise mit Aluminiumhülle erstellt wurde, verwirklicht den Gedanken nachhaltiger Energienutzung.

Eine Photovoltaikanlage an der Südfassade, eine Belüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung, ein Wasserkreislauf für die Toilettenanla-ge und die Waschmaschine sowie eine intelligente und vernetzte Haustechnik ermöglichen der Hütte, ohne Strom- und Wasseran-schluss 90% der benötigten Energie regenerativ zu erzeugen. www.section-monte-rosa.ch (SAC) www.neuemonterosahuette.ch (ETH)

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Inhaltsverzeichnis

4.2 Bauphysik 54.2.1 Schutzfunktionen 5

4.2.2 Temperatur 6

4.2.3 Luftfeuchtigkeit 10

4.2.4 Unterschiede zwischen den Dämmungsarten 12

4.2.5 Sanierung 15

4.2.6 Funktion der Bauteilschichten 16

4.2.7 Minergie 18

4.2.8 Fenstersysteme 21

4.2.9 IR-Thermografie (Wärmebilder) 23

4.2.10 Schallschutz 25

QuellenBilder S. 6 l./r. Spalte mitte eye of scienceBild S. 8 r. Spalte unten Baucheck-TannerBild S. 14 l. Spalte unten Isover SABild S. 16 l. Spalte unten Isover SABild S. 17 r. Spalte mitte Isover SABilder S. 23 l. Spalte Baucheck-TannerBild S. 25 l. Spalte unten SuvaBilder S. 33 l. Spalte unten Topakustik

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4.2 Bauphysik

Was ist Bauphysik?Ein Gebäude ist sehr wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt. Sonne, Wind, Regen und Frost wirken von aussen. Ein ständiger Wär-me- und Wasserdampfstrom dringt von innen durch die Bauteile nach aussen. Schallemissionen breiten sich innerhalb des Gebäudes aus bzw. dringen als Verkehrslärm von aussen ein.In der Bauphysik geht es darum, die Auswirkungen dieser verschie-denen Einflüsse auf das Bauwerk selber und auf den Menschen als Bewohner zu verstehen. Bauphysik hat das Ziel, Bautechnik und Bau-materialien so zu wählen und einzusetzen, dass das Bauwerk selber keinen Schaden erleidet und gleichzeitig ein dem Menschen zuträgli-ches Raumklima gewährleistet. Zudem sollen Gebäude ökologischen und wirtschaftlichen Ansprüchen gerecht werden und einen niedrigen Energieverbrauch aufweisen. Mit den Kenntnissen aus der Bauphysik erreicht man also, dass: – man sich im Gebäudeinneren wohl und geschützt fühlen kann, – die Gebäudehülle gesund erhalten bleibt und – der Betrieb des Gebäudes wenig Energie verbraucht.

4.2.1 Schutzfunktionen

Eine Gebäudehülle hat mehrere Schutzfunktionen zu erfüllen. Als wichtigste sind zu unterscheiden:

– Winterlicher Kälteschutz – Sommerlicher Wärmeschutz – Luftdichtung – Witterungsschutz – Feuchteschutz – Schallschutz

Jedes Gebäude muss, abhängig von seiner Nutzung, die oben aufge-führten Schutzfunktionen gewährleisten. Die finanziellen Aufwendun-gen für diese Schutzfunktionen lohnen sich im Laufe eines «Gebäu-delebens», da die Einsparungen der Heizkosten die Investitionen bei Weitem übersteigen. Ebenso sind Wohlbefinden, Gesundheit und Leistungsfähigkeit direkt von diesen Schutzfunktionen abhängig.

Das Bauwerk als Pufferzone zwischen äusseren Umwelteinflüssen und be-haglichem Raumklima!

Wärmeschutz

Feuchtigkeitsschutz

Schallschutz

LärmSchall

SonneLicht

Bodenfeuchtigkeit

Wärme

Luftfeuchtigkeit

Abstrahlung an dieAtmosphäre

Regen

SchneeFrost

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–5°20°

Luft-temperatur

Brand

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Lüften 12%

Dach 20%

Fenster 16%A

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4.2.2 Temperatur

Warum ist es im Iglu warm?Selbst wenn wir nicht in arktischen Verhältnissen leben, sind uns die meist halbrunden Schneehütten ein Begriff. Wir können in ihnen Aben-teuerurlaub machen, Feste feiern oder einfach nur aus Spass versu-chen, selbst eines zu bauen. Nichts Ungewöhnliches, wie es im ers-ten Moment scheint. Doch weshalb ist es in einem Iglu wohlig warm, und warum lässt diese Wärme das Iglu nicht schmelzen? Die Erklä-rung klingt einfach: «Iglus schmelzen nicht, da die in den Schneeblö-cken enthaltene Luft als Isolator wirkt.» Schnee speichert sehr viel Luft, diese dient als Isolator und lässt weder die kalte Luft nach innen noch die warme Luft nach aussen dringen. Das Prinzip ist dasselbe wie bei einer Daunenjacke. Zwischen den Daunen wird die abgegebe-ne Körperwärme gespeichert und umhüllt den Körper mit einer war-men Luftschicht. Es ist also nicht das Material (Schnee, Daune oder irgendein Dämmmaterial), welches dämmt, sondern die ruhende Luft, die sich im Dämmmaterial befindet.

Warum müssen wir Gebäude dämmen?Über 50% des schweizerischen CO2-Ausstosses geht auf das Konto der Gebäude. Die Wärmedämmung von Gebäuden ist deshalb eine der effizi-entesten Umweltmassnahmen: Gut gedämmte Häuser verbrauchen bis zu 80% weniger Heizenergie als Altbau-ten. Ausserdem sind sie dank ausge-wogener Innentemperaturen komfor-tabler. Das Plus für die Umwelt ist auch ein Plus für die Wohnqualität.

Merke:Es ist nicht das Material, das dämmt, sondern die ruhende Luft, die sich im Dämmmaterial befindet!

Wärmeverlust an der GebäudehülleQuelle: Flumroc AG

In der Mühle gemahlene Zeitungsfasern.Rasterelektronenmikroskop, Vergrösserung 300:1

Neopor weist kleine perlförmige, schwarze Graphitpartikel auf, welche die Wärmedämmung zusätzlich verbessern. Rasterelektronenmikroskop, Vergrösserung 600:1

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WärmewirkungJe wärmer ein Stoff, desto schneller bewegen sich die Atome und Mo-leküle in winzigen Schwingungen zueinander. Erst beim absoluten Nullpunkt, bei –273 °C = 0 K (null Kelvin) findet keine Bewegung mehr statt. Bei festen Stoffen vibrieren die Teilchen um ihre Ruhelage, ohne ihren Platz zu verlassen. In Flüssigkeiten können sich die Teilchen mi-nimal aneinander vorbeischieben, während sie in Gasen gelöst unge-ordnet durcheinanderfliegen und ständig aufeinander oder an die sie umhüllenden Wände prallen. Der Druck im Veloschlauch entsteht durch das dauernde Aufprallen der Luftmoleküle auf die Umhüllung. Viele feste Stoffe können durch Zufuhr von Energie (= Wärme) in Flüs-sigkeiten und anschliessend in Gase umgewandelt werden.

WärmeausdehnungAlle Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus. Nur Wasser weist zwi-schen 0 °C und +4 °C eine Ausnahme auf (Anomalie des Wassers). Die Materialausdehnung kann z. B. bei Thermometern für die Temperatur-messung genutzt werden. Auch Holz dehnt sich theoretisch bei Er-wärmung aus. Theoretisch deshalb, weil dabei meistens auch eine Feuchteverdunstung aus dem Holz stattfindet, die mit einer Volumen-reduktion verbunden ist. Netto werden die Holzabmessungen in der Regel bei Erwärmung kleiner.

Schematische Darstellung, Verdunstung von Wasser

Ausdehnung in mm je 100 K Temperatur-differenz

Wasser

Wasserdampf

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–100

Schmelz-punkt

Siede-punkt

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schmelzen

Schmelzwärme335 kJ/kg

erstarren Erstarrungs-punkt

verdampfen

kondensieren Kondensations-punkt

Verdampfungswärme2250 kJ/kg

gasförmig�üssig und gasförmig

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fest und�üssig

festWärmezufuhr

Wärmeentzug

Wärmemenge in kJ

Die Aggregatzustände am Beispiel von Wasser

0 2 4 6 8 [mm]

Glas

Beton/Stahl

Aluminium

Hart-PVC

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WärmetransportDie Wärmeenergie kann auf drei Arten übertragen werden:– durch Wärmeleitung,– durch Wärmekonvektion und– durch Wärmestrahlung.Im Festkörper (Gebäudeteile) dominiert die Wärmeleitung, während im luftgefüllten Raum Konvektion und Strahlung dominant sind. Die Strahlung wirkt zusätzlich auch im luftleeren Raum (Sonnenstrahlen).

Wärmeleitung erfolgt durch direkten Kon-takt zwischen festen Körpern.

Wärmekonvektion wird durch Strömen ei-nes Gases (Luft) oder einer Flüssigkeit er-reicht.

Am Wärmeverlust von Gebäudeteilen sind alle drei Arten beteiligt.

1.36x e:1.00 Date:07.02.2007-04:50:34 Range: -30.0.. 109.9 °C Dist:1.95 m

Infrarot-Aufnahme einer FassadeLinks ein modernes Wärmeschutzglas, rechts gut sichtbar die konst-ruktionsbedingten Wärmebrücken der Glasränder einer Hausein-gangstür

18 °C

24 °C

20 °C

50 °C

Wärmestrahlung geschieht durch elektro-magnetische Strahlung.

Leitung WindKonvektion

langwelligeStrahlung

langwelligeStrahlung

Sonne(kurzwellige Strahlung)

ausseninnen