Ausgewählte Grundlagen der Bauphysik · Teilchen der Materie (Festkörper, Flüssigkeit, Gas)...

25.11.2011

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Herzlich Willkommen!

Ausgewählte Grundlagen der Bauphysik

Dipl. –Ing. (FH) Till Stübben

25.11.2011 Veranstaltungsort © 2011/11 kmt / TS 1

25.11.2011 Veranstaltungsort

� Gliederungo Wärme

� Grundbegriffe� Wärmebrücken - bedeutende physikalische Größen

o Feuchte� Grundbegriffe� Taupunktbestimmung

o Wohlfühlkriterien

Grundlagen der Bauphysik / Gliederung

© 2011/11 kmt / TS 2

25.11.2011

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� Energieo Was ist Energie?o Wie tritt Energie auf?o Wo geht Energie hin?o Wie kann Energie genutzt und gespeichert werden?

Grundlagen der Bauphysik / Wärme / Grundbegriffe

Veranstaltungsort

Kinetische Energie

Strömungs-Energie

Potentielle EnergieWärmeWärme

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 3

� Was ist Wärme?o Wärme ist eine Energieformo Ausdruck der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) der Teilchen eines

Stoffes. o Jeder Stoff (Gas, Flüssigkeit oder fester Stoff) besteht aus kleinsten Teilchen.

Diese Teilchen befinden sich permanent in Bewegung. Wenn einem Stoff Wärmezugeführt wird, nimmt die Bewegung der Teilchen an Umfang undGeschwindigkeit zu. Wenn Wärme entzogen wird, nimmt der Umfang sowie dieGeschwindigkeit der Teilchen ab (Brownsche Molekularbewegung).

o Maßeinheit [ Q ] in J = Ws


Veranstaltungsort25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 4

25.11.2011

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� Was ist Temperatur?o Physikalische und thermodynamische Maßeinheit für den Wärmezustand eines

Körpers oder Stoffeso Je wärmer, desto mehr Energie ist enthalteno Maßeinheit [ T ] in °C bzw. K


Veranstaltungsort

Allgemeine Information :Das Temperaturempfinden des Menschen beruht nichtnur auf der Luft-Temperatur, sondern auch aufStrahlungstemperaturen, Luftbewegung, Luftfeuchtigkeit,Temperaturdifferenzen und der körperlichen Aktivität.

Die gefühlte Temperatur unterscheidet sich teilweiseerheblich von der physikalischen Temperatur.

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 5

� Aggregatzustände - Trippelpunkt



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� Spezifische Wärmekapazität co Gibt an, welche Wärmemenge ein Stoff pro Kilogramm aufnimmt oder abgibt,wenn dessen Temperatur um 1 Kelvin erhöht oder gesenkt wird.o Maßeinheit [ c ] in J/(kg K)



SteinPS Holz

Wasser

Welches Material kann Energie am längsten speichern?

Wasser 4,18 kJ/(kg/K

Holz 1,40 -2,40 kJ/(kg/K)

Polystyrol 1,30 kJ/(kg/K)

Stein 1,00 kJ/(kg/K) Metall

� Wärmetransport und Austauscho Drei Übertragungsmechanismen:

� Konduktion: Wärmeleitung durch feste Körper� Konvektion: Wärmetransport durch „Fluide“� Radiation: Wärmestrahlung durch Wellen

o Kombinationen der drei Mechanismen möglich

Grundlagen der Bauphysik / Wärme / Wärmetransport

Veranstaltungsort

Wärme fließt immer von „warm“ nach „kalt“

Bereiche unterschiedlichen Energie-Niveaus versuchen sich immer auszugleichen

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 8

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� Konduktion – Wärmeleitungo Wärmeleitung erfolgt aufgrund eines Temperaturunterschieds innerhalb eines

Stoffes. o Kinetische Energie wird zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen ohne

Materialtransport weitergeleitet o Wärme fließt dabei – gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik –

immer nur in Richtung geringerer Temperatur.o Aufgrund des Energieerhaltungssatzes geht dabei keine Wärmeenergie verloren.


Veranstaltungsort

Beispiel: Metallstab in Kerzenflamme

Teilchen der Materie (Festkörper, Flüssigkeit, Gas) geraten durchWärmeeinwirkung stärker in Bewegung.Die Bewegung wird ohne Materialtransport an die umgebendenTeilchen weiter geleitet.

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 9

� Wärmeleitung in festen Körperno Welches Material hat eine hohe Leitfähigkeit?

� Polystyrol� PS� Aluminium� Holz� Dämmstoffe


Veranstaltungsort

Was passiert im Material?

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� Konvektiono Mechanismus zur Wärmeübertragung von thermischer Energie

o Frei: Strömung (Teilchentransport) aufgrund von Dichteunterschieden als Folge von Temperaturänderungen hervorgerufenen (z.B. kalte Milch in heißem Kaffee).

o Erzwungen: Der Teilchentransport wird durch äußere Kräfte erzwungen (z.B. durch Pumpen, Gebläse oder Ventilatoren, Wasser in einem Heizungssystem)

o Konvektion in Gasen oder Flüssigkeiten ist kaum zu vermeiden



Beispiel: Heizkörper an der Wand

� Radiation – Wärmestrahlungo Ausbreitung von Wärmeenergie durch elektromagnetische Welleno Emittiert jeder Körper über – 273,15°C (absoluter Nullpunkt)o Tritt auch im luftleeren Raum aufo Beeinflussende Variablen: Temperatur und Oberflächenbeschaffenheito Bei Festkörpern und Flüssigkeiten ist das Spektrum der emittierten Strahlungkontinuierlich und im Wesentlichen nur von der Temperatur abhängig.

Beispiele: Wandheizung, Kachelofen, offenes Feuer, Mensch,…



Q Strahlung100°°°° C 0°°°° C

25.11.2011

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� Wärmebrücken – bedeutende physikalische Faktoren

Wärmestrom q

Wärmeleitfähigkeit λλλλ

Wärmeübergangswiderstände Rsi, Rse

Wärmedurchgangskoeffizient u-Wert

Wärmebrückenverlustkoeffizient Ψ Ψ Ψ Ψ

Grundlagen der Bauphysik / Wärme / Wärmebrücken / F aktoren


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� Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λo Wärmemenge in J, die in einer Sekunde bei 1°C Temperaturunterschied durch

1m² Wand pro 1 m Wanddicke zwischen den Oberflächen einer Schicht übergeht.

o hohe λ Werte stehen für gute Wärmeleiteigenschafteno Niedrige λ Werte stehen für gute Isolationseigenschafteno Maßeinheit [λ] in W/mK



Material Dichte kg/m³ λ W/mKAluminium ca. 2700 160Normalbeton 2400 2,1Proenbeton 600 0,19Glas 2500 0,8Hochziegel 800 0,22Nadelholz 600 0,13Laubholz 800 0,18Dämmstoffe 0,025 - 0,060

� Wärmedurchgangskoeffizient U-Wert o Der U-Wert (früher k-Wert) bezeichnet die Wärmemenge, die in 1 Sekunde durch

eine Bauteilfläche von 1 m² bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvinhindurchgeht

o Maßeinheit [ U ] in W/m²K

o Je kleiner der Wärmedurchgangskoeffizient eines Bauteils, desto besser ist seine Wärmedämmung.

o Von der Höhe des erwünschten U-Wertes hängt die erforderlicheDämmstoffdicke ab.



20°C 19°C

1 m²

Wattsekunde (Ws = 1J)

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� u-Wert von mehrschichtigen Bauteilen

Veranstaltungsort

1u =

(αi)+(d1/λ1)+(d2/λ2)+( . . . )+(dn/λn)+(αe)

Innen +20° C Außen -10° C

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 17


d1 d2 d3 d4

� Wärmeübergangswiderstände Rsi, Rseo Widerstand der jeweiligen Luftgrenzschicht gegen den Wärmeübergang an einerGrenzfläche, d.h. vom Bauteil zur Raumluft (Rsi) und vom Bauteil zur Außenluft (Rse).

o Die Wärmeübergangswiderstände für Einzelbauteile sind entsprechend derBauteillage (vertikal, horizontal) und der äußeren Anströmung (freie Anströmung,hinterlüftet, nicht hinterlüftet) in der EN ISO 6946 für baupraktische Berechnungenvorgeschrieben.

o Mit Hilfe des inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstandes kann derWärmedurchgangswiderstands RT eines Bauteiles bestimmt werden.



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� Angabe in Koeffizienten

ααααa : Wärmemenge in J, die in einer Sekunde bei 1°C Temperaturunterschied bei 1m² Wand zwischen der äußeren Wandoberfläche und der Außenluft übergeht .

ααααi : Wärmemenge in J, die in einer Sekunde bei 1°C Temperaturunterschied bei 1m² Wand zwischen der Innenluft und der inneren Wandoberfläche übergeht.

Angabe in Widerständen :

r a = 1/αa: äußerer Wärmeübergangswiderstand r i = 1/αi: innerer Wärmeübergangswiderstand


25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 19Veranstaltungsort

� Gradtagzahl Gto Die Gradtagzahl Gt stellt einen Zusammenhang zwischen Raumtemperatur und

der Außenlufttemperatur für die Heiztage eines Bemessungszeitraums daro Hilfsmittel zur Bestimmung des Heizstoffbedarfso D: Nach VDI Heizgrenze 15 °C / Innentemperatur 20°C >>> Gt20/15

o A: Nach ZAMG Heizgrenze 12 °C / Innentemperatur 20° C >>> Gt20/12

o Summe aus den Differenzen einer angenommenen Rauminnentemperatur von 20 °C und dem jeweiligen Tagesmittelwert der Außente mperatur über alle Tage eines Zeitraums, an denen dieser unter der Heizgrenztemperatur des Gebäudes liegt

o Maßeinheit: [ Gt ] in kKh/a



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� Wärmestrom durch ein flächiges Bauteil qAo Der Wärmestrom ist abhängig vom verwendeten Material und beschreibt

Wärmeübertragungsvorgänge. Er ist definiert als die übertragene Wärmemengepro Zeiteinheit und Fläche.

o Maßeinheit [ qA ] in W/m²

qA = u · ∆T = u · (θi – θe)



� Beispiel Flächenverlusteo Spezifischer Transmissionswärmeverlust HT von 100 m² sehr schlecht

gedämmter Wandfläche (Standort Allgäu/Oberbayern):

o Ti = 20°C, Te = -10°C, u = 1,0 W/(m²K), G T = 92,8 kKh/a

� Lösung: HT = 1,0 W/(m²K) * 100 m² = 100 W/K



25.11.2011

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� Beispiel Flächenverlusteo Jahres-Transmissionswärmeverluste QT durch diese Wandfläche:

� Lösung: QT = 100 W/K * 92,8 kKh/a = 9280 kWh/a



� Beispiel Flächenverlusteo Welche Heiz-Leistung wird stationär benötigt um das Temperaturniveau in

diesem Raum zu halten?

� Lösung: PHL = 1,0 W/(m²K) * 100 m² * 30K = 3000 W



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� Längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient ΨΨΨΨ(Wärmebrückenverlustkoeffizient)o Bei bestimmten Bauteilsituationen, vor allem im Bereich des

Zusammenschlusses wärmeübertragender Bauteile, entsteht eine Wärmebrückeo Jede Wärmebrücke kennzeichnet sich durch die Differenz Ihres

Wärmedurchgangsstromes im Vergleich zum Regelbauteilaufbauo Maßeinheit [ ΨΨΨΨ ] in W/mK



� Wärmestrom durch eine Wärmebrücke ΨΨΨΨo Der Wärmestrom beschreibt die übertragene Wärmemenge pro Zeiteinheit und

Länge der Wärmebrücke.o Maßeinheit [ qΨ ] in W/m

qΨ = Ψ · ∆T = Ψ · (θi – θe)



25.11.2011

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� Beispiel lineare WB Verlusteo Wärmeverlust HWB von 150 lfm einer sehr schlechten Fenster-Einbaufuge

(Standort Allgäu/Oberbayern):

o Ti = 20°C, Te = -10°C, Ψ = 0,12 W/(mK), GT = 92,8 kKh/a

� Lösung: HWB = 0,12 W/(mK) * 150 m = 18 W/K



� Beispiel lineare WB Verlusteo Jahres-Transmissionswärmeverluste QWB durch diese Wärmebrücke

� Lösung: QWB = 18 W/K * 92,8 kKh/a = 1670 kWh/a



25.11.2011

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� Beispiel lineare WB Verlusteo Welche Heiz-Leistung wird stationär benötigt um die WB Verluste über die

Fenster-Einbaufugen zu kompensieren?

� Lösung: PHL = 0,12 W/(mK) * 150 m * 30K = 540 W



� Fazit� Nicht nur die Betrachtung der Transmissionswärmeverluste

durch die Regelbauteile ist wichtig� Vor allem im energieeffizienten Bauen und Sanieren ist eine

detaillierte Betrachtung der Wärmebrücken ökonomisch und ökologisch sinnvoll (erforderlich)



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� Ein gut funktionierendes Gebäude zu bauen ist, den

Kampf gegen das Wasser in all seinen Erscheinungen

aufzunehmen

Grundlagen der Bauphysik / Feuchte / Grundbegriffe


� Relative und absolute Luftfeuchtigkeit

o Verhältnis der absoluten Luftfeuchtigkeit zur max. möglicheno [ ϕ ] in %

[ f ] = absolute Luftfeuchtigkeit in g/m³[ fmax ] = maximale Luftfeuchtigkeit in g/m³[ ϕ ] = relative Luftfeuchtigkeit in %

Grundlagen der Bauphysik / Feuchte / Grundbegriffe


ϕ = f / f max * 100

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Grundlagen der Bauphysik / Feuchte / Taupunktbestim mung

Veranstaltungsort

� Unter Taupunkttemperatur versteht man die Temperatur, bei der die Luft zu 100% mit Feuchtigkeit gesättigt ist

o Tauwasser fällt nur an Grenzschichten aus (Oberflächen), in der Luft ist es Nebel

o Der Taupunkt ist erreicht wenn 100% relative Luftfeuchte überschritten wird

o Der Taupunkt ist abhängig von der Temperatur und der absoluten Feuchte an der Oberfläche eines Bauteils.

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 33



Bitte ausfüllen !

Quelle : Kuchling

Mollier Diagramm

Luftt

empe

ratu

r in

°C

Wassergehalt in g/kg

25.11.2011

18

Veranstaltungsort

Finden Sie 20°C und 50% relative Luftfeuchtigkeit !

Ergebnis: 7 g/kg Wasser ist in der Luft in Dampfform enthalten

Ab welcher Temperatur wird Tauwasser ausfallen? Wann werden wir

Kondensation auf den Oberflächen bekommen ?

Erinnerung : Kondensation beginnt bei einer relativen Feuchte von 100%

Ergebnis : ab einer Temperatur vom 9,2°C wird Tauw asser ausfallen

Welche Menge an Wasser ist pro kg Luft enthalten ?

Ab welcher Temperatur wird sich Schimmel auf den Oberflächen der

Bauteile bilden?

Information : Schimmel bildet sich bei einer dauerhaften relativen

Feuchte von 80%

Ergebnis : ab einer Temperatur vom 12,6°C ist mit Schimmel zu rechnen

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 35

Grundlagen der Bauphysik / Feuchte / Taupunktbestim mungLu

fttem

pera

tur

in °C


Mollier Diagramm

Quelle : Kuchling

� Temperatur

Veranstaltungsort

Quelle : Bauphysikskript TU München Dr.Sedlbauer Ausgabe 2003

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 36

Grundlagen der Bauphysik / Wohlfühlkriterien

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� Relative Luftfeuchte

Veranstaltungsort


25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 37


� Luftgeschwindigkeit

Veranstaltungsort


25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 38


25.11.2011

20

� Strahlungstemperaturdifferenz



� Strahlungstemperaturdifferenz



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� Lösungsansatz?



� Lösungsansatz: Wärmebrückenfreies Konstruieren?



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22

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Herzlich Willkommen!

Ökonomische Betrachtung der Wärmebrücken-Thematik

Dipl. –Ing. (FH) Till Stübben

25.11.2011 Verantstaltungsort © 2011/11 kmt / TS 1

25.11.2011 Veranstaltungsort

� Gliederungo Einleitungo Allgemeines zu Wärmebrückeno Definition und Arten von Wärmebrückeno Bewertung / Berechnungsmodelle / Relevante Normen

� EnEV 2009� Anforderungen des PHI

o Ökonomische Betrachtungo Dokumentationo Beispiele / Bauteilbetrachtungo Qualitätssicherung

Agenda

© 2011/11 kmt / TS 2

25.11.2011

2

� Die Problematik liegt ganz im Ermessen des Betrachters

Einleitung

25.11.2011 Verantstaltungsort

Energie sparen

Behaglichkeit / Komfort / GesundheitUmweltschutz

Sicherheit / DetailqualitätSchutz vor Bauschäden

Geld sparen

© 2011/11 kmt / TS 3

Allgemeines zu Wärmebrücken



© 2011/11 kmt / TS 4

25.11.2011

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� Regeltransmissionswärmeverluste Hreg



∑ ⋅= regiireg UAH ,

Bod

en

Fenster

Wand

© 2011/11 kmt / TS 5

Bod

en

Fenster

Wand

� Tatsächliche Wärmverluste H



ψ⋅+= lHH reg

25.11.2011

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Sehr gute, lückenlose Wärmedämmung

Betrachtung der Wärme-

brücken

Luftdichte Gebäudehülle

Dreifach-Wärme-schutzverglasung

Grafik: PHI

Fünf Säulendes Passivhauses

Komfortlüftung mit WRG

Außenluft Fortluft

ZuluftAbluft

Fortluft

© 2011/11 kmt / TS 7

� Vereinfachto Dämmschichten sind so zu planen, dass die gesamte Außenhülle ohne Absetzen

vollständig mit einem Stift innerhalb der Dämmschicht umfahren werden kann.



25.11.2011

5

� Einfluss WB steigt mit zunehmenden Wärmeschutz



Wärmebrückenanteil

13,8%

Wärmebrückenanteil

31,3%

Definition und Arten von Wärmebrücken



© 2011/11 kmt / TS 10

25.11.2011

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� Definition Wärmebrücken (Nicht Kältebrücke!)o Örtlich begrenzte Stellen, die im Vergleich zu den angrenzenden Bauteilen eine

erhöhte Wärmestromdichte aufweisen

o DIN EN 10211: Teil der Gebäudehülle, wo der ansonsten gleichförmige Wärmedurchlasswiderstand signifikant verändert wird durch:� Eine vollständige oder teilweise Durchdringung der Gebäudehülle durch

Baustoffe mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit und/oder� eine Änderung der Bauteildicke und/oder� eine unterschiedliche Differenz zwischen Innen- und Außenfläche, wie sie

bei Wand,- Fußböden- und Deckenanschlüssen auftritt.



� Folgen von Wärmebrückeno Erhöhte Wärmeverluste in diesen Bereicheno Niedrigere Oberflächentemperatureno Ggf. Tauwasserbildungo Gefahr der Schimmelbildungo Höherer Heizwärmebedarfo Evtl. Kaltluftabfall und Komfortminderung



25.11.2011

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� Innere Oberflächentemperaturo Bei flächigen Regelbauteilen, die eindimensional behandelt werden können,

kann die innere Oberflächentemperatur Tsi aus dem U-Wert bestimmt werden:

Tsi = Ti – Rsi * U * (Ti-Te)

Beispiel: Rsi = 0,13 m²K/W, Ti = 20°C, Te = -10°Co Wand Altbau: U = 1,60 W/m²K >>> Tsi = 13,8 °Co Wand Neubau: U = 0,30 W/m²K >>> Tsi = 18,8 °Co Wand Passivhaus: U = 0,10 W/m²K >>> Tsi = 19,6 °Co 2-fach Isolierglas: Ug = 1,20 W/m²K >>> Tsi = 15,3 °Co 3-fach Wärmeschutzverglasung: Ug = 0,60 W/m²K >>> Tsi = 17,7 °C

o Für zwei- oder dreidimensionale Strukturen (z.B. Ecke oder punktuelle Durchdringung) gibt es keine einfache Formel mehr!

o Anwendung eines Wärmestromprogramms wird erforderlich (FEM)



� Beispiel: Änderung der Oberflächentemperatur



2cm = Tsi min 12,4°C4cm = Tsi min 15,2°C6cm = Tsi min 16,5°C12cm = Tsi min 18,0°C24cm = Tsi min 18,9°C

Te= -10°C T i= 20°C

25.11.2011

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� Hygienekriteriumo Relative Feuchte an den Bauteiloberflächen soll 80% nicht überschreiteno Bei 20 Grad Celsius und 50% relativer Luftfeuchte sollte die

Oberflächentemperatur von 12,6 Grad nicht dauerhaft unterschritten werdeno Gefahr von Tauwasser- und Schimmelbildung

� Häufiger Fehler bei Sanierungo Freie Lüftung wird reduziert (neue Fenster)o Raumluftfeuchte steigto Zugleich wird jedoch nicht häufiger gelüftet oder konsequent gedämmto Tauwasser und Schimmel an den Stellen mit niedrigen Oberflächentemperaturen

� Temperaturfaktor: fRSI = ((Tsi – Te) / (Ti-Te)) > 0,7

© 2011/11 kmt / TS 15

Veranstaltungsort

Finden Sie 20°C und 50% relative Luftfeuchtigkeit !

Ergebnis: 7 g/kg Wasser ist in der Luft in Dampfform enthalten

Ab welcher Temperatur wird Tauwasser ausfallen? Wann werden wir

Kondensation auf den Oberflächen bekommen ?

Erinnerung : Kondensation beginnt bei einer relativen Feuchte von 100%

Ergebnis : ab einer Temperatur vom 9,2°C wird Tauw asser ausfallen

Welche Menge an Wasser ist pro kg Luft enthalten ?

Ab welcher Temperatur wird sich Schimmel auf den Oberflächen der

Bauteile bilden?

Information : Schimmel bildet sich bei einer dauerhaften relativen

Feuchte von 80%

Ergebnis : ab einer Temperatur vom 12,6°C ist mit Schimmel zu rechnen

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 16


Luftt

empe

ratu

r in

°C


Mollier Diagramm

Quelle : Kuchling

25.11.2011

9

� Arten von Wärmebrückeno Konstruktiv / stoffbedingt

� In Bereichen mit Baustoffen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit� An den Übergängen tritt die WB auf� Gilt auch, wenn die U-Werte der Bereiche gleich sind� z.B. Durchdringungen, Auskragungen, Eindringungen, Rippen,

Dämmstoffunterbrechungen



� Arten von Wärmebrückeno Geometrisch / formbedingt

� Bei Bauteilen die von der ebenen Form abweichen (Bsp. Ecke)� Abhängig vom Verhältnis der wärmeaufnehmenden zur abgebenden Fläche� Wärme abgebende Fläche > Wärme aufnehmende Fläche



25.11.2011

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� Linearer Wärmebrückenverlustkoeffizient



� Punktueller Wärmebrückenverlustkoeffizient

© 2011/11 kmt / TS 19

� Wärmebrücken Checkliste


Quelle:Schweizer SIA Norm


25.11.2011

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� Grundregeln für WB-freies Baueno Wo möglich die dämmende Hülle nicht durchbrechen (Vermeidungsregel )o Wärmedurchgangswiderstand in einer durchbrochenen Dämmebene möglichst

hoch gestalten (Durchstoßungsregel )o Dämmlagen an Bauteilanschlüssen lückenlos, Anschluss in der vollen Fläche

(Anschlussregel )o Kanten mit möglichst stumpfen Winkeln wählen (Geometrieregel )



Bewertung von Wärmebrücken



© 2011/11 kmt / TS 22

25.11.2011

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� Bewertungsmodelle in Deutschlando Praktizierende Planer können Wärmebrücken grundsätzlich nach zwei

unterschiedlichen Modellen bewerten

o Bewertung nach den gesetzlichen Anforderungen (EnEV 2009) und den damit verbundenen normativen Randbedingungen� Wärmeschutznachweis nach EnEV muss immer erstellt werden

o Bewertung nach den Kriterien des Passivhaus - Institutes� Passivhausprojektierungspaket (PHPP) ist an keine gesetzlichen

Vorschriften geknüpft, wohl aber an Förderungen der KfW

o Auf eine detailliertere Darstellung der relevanten Berechnungsmodelle soll an dieser Stelle verzichtet werden



� Beispiel: Auf den Bezugspunkt kommt es ano Bezugspunkt laut DIN 4108 BL.2 (lichte Maueröffnung)o Psi Einbau Wert seitlich/oben



25.11.2011

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� Beispiel: Auf den Bezugspunkt kommt es ano Bezugspunkt laut PHI (auf Fensterrahmen)o Psi Einbau Wert seitlich/oben



+ 0,008 W/mK

© 2011/11 kmt / TS 25

� Beispiel: Auf den Bezugspunkt kommt es ano Bezugspunkt laut DIN 4108 BL.2 (lichte Maueröffnung)o Psi Einbau unten



25.11.2011

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� Beispiel: Auf den Bezugspunkt kommt es ano Bezugspunkt laut PHI (auf Fensterrahmen)o Psi Einbau Wert unten



+ 0,037 W/mK

© 2011/11 kmt / TS 27

� Bewertungsmodelle in Österreicho Praktizierende Planer können Wärmebrücken grundsätzlich nach zwei

unterschiedlichen Modellen bewerten

o Bewertung nach den gesetzlichen Anforderungen (OIB) und den damit verbundenen normativen Randbedingungen oder

o Bewertung nach den Kriterien des Passivhaus – Institutes

o NOCH AUSZUARBEITEN!



25.11.2011

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� Macht es überhaupt Sinn Wärmebrücken zu berechnen?o Denn nach DIN 4108 Bbl.2 und EN 12831, den für die Energieeinsparverordnung

(EnEV) grundlegenden Normen, kann auf die Betrachtung von Wärmebrücken verzichtet werden.

o Ohne diese Berücksichtigung muss zum physikalischen U-Wert aller Außenbauteile ein pauschaler Wärmebrückenzuschlag aufgeschlagen werden

Bewertung nach EnEV


Korrekturfaktor ∆UWB ; Auszug aus DIN EN 12831 Bbl.1

� Können Passivhäuser mit diesen Zuschlägen überhaupt realisiert werden?o Opake Außenbauteile beim Passivhaus: U-Wert < 0,15 W/m²K o In der Praxis (vor allembei EFH) 0,10 W/m²K oder besser

o ∆UWB-Beiblatt = 0,05 W/(m²K) gem. Planungsbeispielen DIN 4108 Bbl. 2 >>> Zunahme der Transmissionsverluste +50%

o Aufschlag: ∆UWB = 0,10 W/(m²K) >>> Zunahme der Transmissionsverluste +100%

o Die Realisierung von Passivhäusern unter Verwendung dieser WB-Zuschläge wäre nicht möglich

Bewertung nach EnEV


25.11.2011

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� Wärmebrückenfreie Konstruktion

� Wärmebrückenarme Konstruktion

� Oberflächentemperatur bei allen Anschlußdetails (Te=-10°C) > 17°C

Anforderungen gemäß PHI


Bei Passivhausprojektierungen immer außenmaßbezogen!

( ))²/(025,0 KmW

A

l=

+⋅ χψ

)/(01,0 mKWa ≤ψ

© 2011/11 kmt / TS 31

Außenmaßbezug!



Ψi=0,068 W/mK

Ψa= -0,053 W/mK

© 2011/11 kmt / TS 32

25.11.2011

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� Beispiel für WB-freies Konstruiereno Fenstereinbau



ψeinbau oben 0,005 W/mK

ψeinbau seitlich 0,005 W/mK

ψeinbau unten 0,017 W/mK

ψeinbau gesamt 0,008 W/mK

ψ - Werte Einbau

∑∑ ⋅

=l

leinbau

ψψ

Werte Einheit

Randverbund seitlich 2,35 m

Randverbund oben 0,91 mRandverbund unten 0,91 m

Einbau Fuge Seite ls 2,96 m

Einbau Fuge Oben lo 1,23 m

Einbau Fuge Unten lu 1,23 m

Längen Teilbereich

uso

uussooeinbau

lll

lll

++⋅+⋅+⋅= ψψψψ

008,023,196,223,1

017,023,1005,096,2005,023,1 =++

⋅+⋅+⋅=einbauψ

© 2011/11 kmt / TS 33

� Beispiel für WB-armes Konstruiereno Balkonsystem „Isokorb“


25.11.2011 Verantstaltungsort © 2011/12 kmt 34

3D – basierende Zertifizierungsmöglichkeit des PHI

(Ψ×l +Χ)/A ≤ 0,025 W/(m²K)

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25.11.2011 Verantstaltungsort © 2011/12 kmt 35

Ökonomische Betrachtung

� Schlussfolgerung:� Im hocheffizienten Bauen ist ein detaillierter WB-Nachweis

unabdingbar

� Dass dieser Nachweis auch wirtschaftlich ist, soll nun bewiesen werden



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� Beispielhaus Wohngebäude in Oberbayerno Einfamilienhaus (EFH) / Holzständebauweiseo Baujahr 2004o Anzahl der Wohneinheiten 1o Drucktest Ergebnis n50 = 0,4 1/ho Energiebezugsfläche 140 m²o Umbautes Volumen Ve = ca. 630m³o Projektiert mit PHPP 2004



� Transmissionswärmeverluste nach EnEv 2009o Summe der Verluste bei ca. 81 W/K



Bauteil Fläche [m²]U-Wert [W/(m²K)]

Temperatur -Korrektur -faktor EnEV

=spez. Transm.Wärme-verluste [W/K]

Außenwand Außenluft 187,2 0,11 1,0 = 20,6Dach/Decken Außenluft 103,5 0,11 1,0 = 11,4Außenwand Vorbau 12,0 0,11 0,6 = 0,8Kellerdecke 94,4 0,12 0,6 = 6,8Fenster 44,1 0,90 1,0 = 39,7Außentür 2,4 0,69 1,0 = 1,7

Zuschlag

∆UWB

Summe Hüllflächen 443,550 0,05 = 22,2443,550 0,1 = 44,4

Detaillierter Nachweis 443,550 -0,014 = -6,2

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� Transmissionswärmeverluste nach EnEv 2009o Auswirkung auf den Jahresheizenergiebedarfo Unter Berücksichtigung der jeweiligen WB-Zuschläge



Zuschlag ∆UWB [W/(m²K)]spez. Transm.Wärme-verluste

[W/K]1)

Prozentuelle Gewichtung

100%0,05 103,08 127%0,10 125,26 155%

-0,014 74,7 92%1)

spez. Transmissionswärmeverluste incl. der jeweiligen Zuschläge

Jahresheizwärmebedarf ohneWärmebrückenzuschlag

Jahresheizwärmebedarf [kWh/(m²a)]

33,440,724,2

26,2

o Detaillierter Nachweis: Reduktion des Jahresheizwärmebedarfs um 8%o Resultierend aus wärmetechnisch optimierter Ausführung der

Konstruktionsdetails >>> negative lineare Wärmedurchgangskoeffizienten

� Ermittlung des Heizwärmebedarfs nach PHI-Kriterieno Schritt 1 : Vernachlässigung der Wärmebrücken



WärmebrückenAnschluss

Zuordnung An-zahl

Ermittlung Länge [m]

= Länge l[m]

ψ

W/(mK)

Außenwandecken WB Außenluft 0 6,40 = 0,00 0,000Wand-Dach WB Außenluft 0 46,30 = 0,00 0,000First WB Außenluft 0 46,30 = 0,00 0,000Außenwand-Innenwand WB Außenluft 0 46,30 = 0,00 0,000Wand-Kellerdecke WB Perimeter 0 2,60 = 0,00 0,000Wand-EG-Decke WB Außenluft 0 31,22 = 0,00 0,000Fenstereinbau WB Außenluft 0 150,80 = 0,00 0,000

PH

PP

ohn

e W

B

o Unter Nichtberücksichtigung der Wärmebrückendetails ergibt sich ein Heizwärmebedarf von 17 kWh/(m²a)

o Das Passivhaus-Kriterium Heizwärmebedarf wird nicht erfüllt

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� Ermittlung des Heizwärmebedarfs nach PHI-Kriterieno Schritt 2 : Detaillierter Nachweis der Wärmebrücken



o Durch die detaillierte Berechnung der Wärmebrückenanschlüsse hat sich der Heizwärmebedarf um 2 kWh/(m²a) auf 15 kWh/(m²a) reduziert

o Das Passivhaus - Kriterium wird erfüllto Passivhaus-Förderung durch die KfW-Bank ist möglich.

WärmebrückenAnschluss

Zuordnung An-zahl

Ermittlung Länge [m]

= Länge l[m]

ψ

W/(mK)

Außenwandecken WB Außenluft 1 6,40 = 6,40 -0,057Wand-Dach WB Außenluft 1 46,30 = 46,30 -0,056First WB Außenluft 1 46,30 = 46,30 -0,064Außenwand-Innenwand WB Außenluft 1 46,30 = 46,30 0,014Wand-Kellerdecke WB Perimeter 1 2,60 = 2,60 0,002Wand-EG-Decke WB Außenluft 1 31,22 = 31,22 0,009Fenstereinbau WB Außenluft 1 150,80 = 150,80 0,010

PH

PP

mit

WB

� Ermittlung des Heizwärmebedarfs nach PHI-Kriterieno Schritt 3 : Kompensation vernachlässigter Wärmebrückeno z.B. Durch Verstärkung der Außenwanddämmung von 80 mm

Holzfaserdämmplatte auf 120 mm



o Reine Materialkosten o Ohne Betrachtung von Zusatzkosten bei der Montageo Ohne Berücksichtigung von höheren Transportkosten (ca. 4,5 Paletten mehr) und sonstigen Folge-Mehrkosten oder Volkswirtschaftliche Betrachtungen

o Detaillierte Betrachtung der Wärmebrücken allein über erzielte Materialeinsparung wirtschaftlich sinnvoll!

Dämmstoff Dicke [mm]Plattengröße [m²]

Bedarf lt.PHPP

+ Verschnitt(+10%)

Einzelpreis (pro m²)

Gesamtpreis

Pavatherm 80 0,72 187,15 205,865 17,40 € 3.582,05 € Pavatherm 120 0,72 187,15 205,865 26,10 € 5.373,08 €

Differenz: 1.791,03 €

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� Fazito Detaillierte Planung der Konstruktionsdetails stellt ein erhebliches

wirtschaftliches Potential daro Verbesserung der Energiebilanzo Die zusätzlichen positiven Begleiterscheinungen (vgl. Folie 3) bleiben in dieser

rein monetären Betrachtung unberücksichtigt und bergen weitere Vorteileo Pauschale Wärmebrückenzuschläge bergen die Gefahr der

Überdimensionierung verschiedener Bauteile >>> erhöhte Kosteno Der detaillierte WB-Nachweis hat sogar eine berechnete Reduzierung des

Jahresheizwärmebedarfs zur Folge >>> Einsparpotential



Dokumentation


Dokumentation

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System

erfassung eines Passivhausfensters

Dokumentation / Musterbericht

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 45Verantstaltungsort

Erm

ittlung der Y E

inbauW

erteeines P

assivhausfensters

Dokumentation / Musterbericht

25.11.2011 © 2011/11 kmt / TS 46Verantstaltungsort

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Beispiele / Bauteilbetrachtung



� Hauswand Ecke Gesamtansicht



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� Fensteranschluss Laibung



� Fensteranschluss Sturz



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� Bodenplatte und Kellerdetail



� Geschoßübergang



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� Traufe mit Geschoßübergang



Qualitätssicherung


Qualitätssicherung

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Qualitätssicherung


Betonwand durchbricht DämmebeneAbdichtung des Flachdachs schließt an

Qualitätssicherung


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� Die Problematik liegt ganz im Ermessen des Betrachters

Résumé


Energie sparen

Behaglichkeit / Komfort / GesundheitUmweltschutz

Sicherheit / DetailqualitätSchutz vor Bauschäden

Geld sparen

© 2011/11 kmt / TS 57

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

www.kmt-ingenieure.de


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Nutzungsrechte und Haftungsausschluss


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kmt Bürogemeinschaft:depaku Engineering, Mennicken Engineering, Stübben Ingenieurdienstleistungen

© 2011/11 kmt / TS 59

Teil 1 – Luftdichtheit der Gebäudehülle

• Aspekte der Luftdichtheit – 7 Gründe

• Luftdichtheitskonzept – Ausführungsformen

• Problemzonen – Ausgestaltung von Leckagen

• Gesetzliche Grundlagen

• Teil 2 – Theorie zur Messung

• DIN EN 13829 – Grundlage für die Messung

• DIN EN 13829 – Messablauf

Teil 3 – Praxismessungen

• Vorbereitung der Messung

• Checklisten, Arbeitsgeräte, PC-Software

Teil 2:

Theorie zur Messung

Zeitpunkt • Hülle muss komplett fertiggestellt sein • Empfehlung: vor Einbau der Deckschichten Wetterbedingungen • Ideale Wetterverhältnisse sind kleine

Temperaturdifferenzen und niedrige Windgeschwindigkeiten • Produkt aus Temperaturdifferenz innen/außen

und Höhe des Gebäudes kleiner 500 m*K • Windgeschwindigkeit nicht größer 6 m/s

(Windstärke 3 nach Beaufort)

DIN EN 13829 unterscheidet 2 Arten der Messung: • Verfahren A: „Prüfung des Gebäudes im Nutzungszustand“

(Heizperiode) • EnEV-Schlussmessung: beschreibt die Messung für den Grenzwertvergleich

EnEV • Alle absichtlich vorhandenen äußeren Öffnungen

schließen • Verfahren B: „Prüfung der Gebäudehülle“ • Zusätzlich alle einstellbaren Öffnungen schließen

und alle weiteren absichtlich vorhandenen Öffnungen abdichten

„Der gesamte zu untersuchende Gebäudeteil muss so gestaltet werden, dass er

sich bei Druckbeaufschlagung als eine Zone verhält.“ HLK-Anlage (s.a. Beiblatt zur Norm für Beispiele) • Raumluftabhängige Wärmeerzeuger ausschalten (Achtung:

Nachbarwohnung?) • Mechanische Lüftungs- und Klimaanlagen ausschalten • Luftdurchlässe von mechanischen Lüftungsanlagenteilen

abdichten; natürliche Lüftungsöffnungen schließen (Verf. A) oder abdichten (Verf. B) • Asche aus offenen Feuerstellen entfernen Weitere Vorbereitung der Gebäudehülle: siehe Beiblatt zur EN

13829, Anhang 3 Seite 10 Der Zustand des Gebäudes ist zu dokumentieren

Dichter Einbau des Gebläses in einem Fenster im untersten zu messenden

Geschoss

Untersuchung der Gebäudehülle auf fehlende oder unzulängliche

Abdichtungen bei höchster vorgesehener Druckdifferenz

• Mit normal feuchter Hand, thermischem Anemometer oder Rauchröhrchen

• Mittels Thermografie

• Mittels leichtem Nebel bei möglichst hohem Druck

Innenvolumen V • Produkt aus Nettogrundfläche und mittlerer lichter

Raumhöhe • Keine Berücksichtigung von Möbeln Hüllfläche AE Nettogrundfläche AF Grundsätzlich beeinflusst der Wert der

Gebäudeparameter die Berechnung der Kennwerte erheblich • Die richtige Zuordnung der Räume ist entscheidend • Bzgl. der Zugehörigkeit von Räumen und der

Berechnung von Flächen und Volumina s. Beiblatt, Anhang 1 – Seite 8 und Anhang

5 – Seite 12

Vorbereitung • Gespräch mit dem (potentiellen) Auftraggeber • Notwendigkeit und Nutzen der Luftdichtheit • Festlegung Auftragsumfang > Angebot • Aufnahme der Gebäudedaten • DIN EN 13829 – Messung • baubegleitende Messung • Umfang der Leckageortung, -analyse und –bewertung • Auswahl der Arbeitsgeräte Ablauf der Messung • Kontrolle / Vervollständigung der Gebäudedaten • Gebäudebegehung / Gebäudepräparation • Abdichten, Verschließen, ... • Aufbau des Messgeräts • Leckortung und –dokumentation • Aufnahme der Messdaten zur Leckagekurve

Michael Marx Bez.-Kaminkehrermeister &

Energieberater

Ausgewählte Grundlagen der Bauphysik · Teilchen der Materie (Festkörper, Flüssigkeit, Gas)...

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