Energieeffiziente Gebäudehüllen

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1 Einführung: Worum geht es ?

2 Lernziele

3 Vorschläge für den Unterricht

4 Fachinformation

• Funktion der Gebäudehüllen

• Wärmeverlust

• Luftfeuchtigkeit

• Luftdichtigkeit

• Lärmschutz

• Wärmebrücken

• Konstruktionsbeispiele

5 Aufgaben, Lösungsvorschläge

6 Weiterführende Literatur

7 Bild- und Textnachweis

8 Vorlagen

Joseph Simon

Energieeffiziente GebäudehüllenEnergie im Unterricht, Module für Bauberufe: Modul 4

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Einführung: Worum geht es ?

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Energieeffiziente Gebäudehüllen

1 Einführung: Worum geht es ?

Seit Urzeiten ist es das Bestreben des Menschen,sich und seine Sippe gegen Kälte, Regen,Schnee,Sonne, gegen wilde Tiere und andere Feinde zuschützen. Er hat sich seit jeher Zufluchtsmöglichkei-ten gebaut, geschlossene Räume, die ihm zuerstSicherheit und Intimität und später auch Komfortgeboten haben.

Dieser geschlossene Raum ist das Ziel der Baumei-ster, der Sinn des Bauens. In diesem gebauten Raumorganisiert der Mensch sein Zuhause, sein sozialesLeben, hier ernährt er sich, erzieht seine Kinder,arbeitet, schläft, träumt ...

Technisch betrachtet, ist der Innenraum ein Leer-raum, begrenzt durch die Gebäudehülle, bestehendaus Boden, Wänden und Dach. Die Gebäudehüllehat vielfältigen Anforderungen und Funktionen zugenügen, wie zum Beispiel statischen, bauphysikali-schen, ästhetischen, usw. Die aktuellste davon istheute diejenige der Energieeffizienz. Nur bei konse-quenter Beachtung des energetischen Sparpotenzi-als besteht die Chance, den wachsenden Raumbe-darf der Menschheit umweltverträglich und ressour-censchonend zu befriedigen.

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Lernziele

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Ziel des Moduls ist es, die Lernenden für die Kon-struktion energieeffizienter Gebäudehüllen zu sensi-bilisieren. Einfache Skizzen erklären Wand-, Fassa-den- und Dachaufbau und betonen die Wichtigkeiteines wirkungsvollen Witterungsschutzes und einerhochwertigen Wärme- und Schalldämmung. Im ein-zelnen werden folgende Lernziele angestrebt:

Die Lernenden …– zeigen die energierelevanten Funktionen bei Fas-

saden und Bedachungen auf,– nennen neuartige Elemente von Gebäudehüllen,– erläutern die Bedeutung des sommerlichen Wär-

meschutzes,– nennen die bauphysikalischen Anforderungen an

die Gebäudehülle,– legen die von Wärmebrücken verursachten Pro-

bleme dar und machen Verbesserungsvorschläge.

2 Lernziele

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Vorschläge für den Unterricht

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3 Vorschläge für den Unterricht

Alle Vorlagen in Kapitel 8 sind zur Weiterverwen-dung im Unterricht bestimmt (Folien für Overhead-projektion, Fotokopien für Schüler). GrundlegendeUnterlagen bilden die SIA-Normen 180 «Wärme-und Feuchteschutz im Hochbau», Ausgabe 1999,181 «Schallschutz im Hochbau», Ausgabe 1988,380/1 «Thermische Energie im Hochbau», Ausga-be 2001, und die eidgenössischen und kantonalenEnergiegesetze.

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Fachinformation

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4 Fachinformation

4.1 Funktion derGebäudehülle

Die Gebäudehülle muss vor äusseren Einwirkungenschützen. Dazu gehören:– Wind– Regen– Schnee und Kälte– Sonne und Hitze– Lärm etc.

Die Gebäudehülle muss vor Wärmeverlusten schützen. Sie treten auf: – durch die Fassaden– durch die Fenster– durch das Dach– durch den Boden– durch den Kamin– durch Lufterneuerung etc.

Abb. 1

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4.2 Wärmeverluste

Die benötigte Heizenergie eines Gebäudes kompen-siert die Wärmeverluste durch die Gebäudehülle.Der Wärmefluss findet immer vom energiereichenZustand (Wärme) zum energiearmen Zustand (Käl-te) statt. Je dicker und besser ein Bauteil wärmege-dämmt ist, desto kleiner ist der Wärmefluss.

Abb. 2

Abb. 3

Jeder Baustoff eines Bauteils besitzt seine spezifi-sche Wärmeleitungseigenschaft, den Wärmeleitko-effizient «l». Der Wärmeleitkoeffizient entspricht der Wärme-menge, die durch einen Baustoff von 1 m2 Flächeund 1 m Dicke fliesst, wenn die Temperaturdifferenzder beiden angrenzenden Räume 1 Kelvin (ent-spricht 1 Grad Celcius) beträgt. Als Einheit giltW/mK.

Der Wärmeleitkoeffizient l steigt, wenn ein Baustofffeucht ist (Kondenswasser, eindringendes Wasser),weil die Wärmeleitfähigkeit des Wassers 15 malgrösser als die eines Dämmstoffes ist. FeuchteDämmstoffe dämmen wesentlich schlechter alstrockene.

Baustoffe mit einem l kleiner als 0,095 W/mK werden als Dämmstoffe bezeichnet.

Dämmstoffe sind Materialien mit eingeschlossener,unbewegter Luft. Beispiele dafür sind Mineralwolle

Abb. 4

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Wärmeleitkoeffizienten verschiedener Materialien

l [W/mK]Dämmstoffe (im allgemeinen) 0,024 – 0,04 Spanplatten 0,11Fichten- Tannenholz 0,14Eichenholz 0,21Gipsplatten 0,40Backsteine gelocht 0,47Innenverputz 0.70Aussenverputz 0,87Kalksandstein 0.80Fensterglas 0,81Zementstein 1,10Zementüberzug 1,40Stahlbeton 1,80Luft trocken 0,02Wasser (20°) 0,58

und Zellulosefasern mit Millionen von sehr kleinengekreuzten Fasern oder Kunstoffschäume mit mikro-skopisch kleinen eingeschlossenen Luftbläschen.Kunststoffe können auch mit CO2 oder Spezialga-sen geschäumt werden und erreichen damit nochtiefere Wärmeleitfähigkeiten.

Der Quotient aus der Materialdicke «d» und derWärmeleitfähigkeit «l» wird als thermischer Wider-stand «R» bezeichnet.

R = dλ

[m2K/W]

R = [m2K/W]Σ+d1

λ1+

d2

λ2+

d3

λ3=

dn

λn

dλ

Abb 5

Bei mehrschichtigen Bauteilen werden die einzelnenQuotienten aus Materialstärken und Wärmeleitkoef-fizienten addiert.

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Um den gesamten thermischen Widerstand durchdie Gebäudehülle zu erhalten, müssen noch die ent-sprechenden Wärmeübergangskoeffizienten (innenund aussen) in W/m2K berücksichtigt werden. JederBauteil grenzt an seinen beiden Seiten entweder anLuft (Innenraumluft, Aussenraumluft) oder an festeMaterie (Erdreich). Beim Übergang des Wärmeflus-ses vom Bauteil zur beipielsweise angrenzendenAussenluft wird ein kleiner thermischer Widerstanderzeugt, der als Wärmeübergangskoeffizientbezeichnet wird.

Abb. 6

R = +1hi

1he

1hi

[m2K/W]+d1

λ1+ +

d2

λ2+ …

d3

λ3

Der gesamte thermische Widerstand eines m2 Wand ist:

= innerer Wärmeübergangskoeffizient

1he

= äusserer Wärmeübergangskoeffizient

Der Wärmedurchgangskoeffizient U ist der rezipro-ke Wert des gesamten thermischen Widerstandes Rund bezeichnet die Wärmemenge, die durch einenm2 Bauteil fliesst, wenn der Unterschied der Lufttem-peraturen der beiden angrenzenden Räume 1 Kel-vin beträgt.

Die Einheit des Wärmedurchgangskoeffizienten ist:W/m2K.

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Beispiel einer U-Wert-Berechnung

Gegeben Aussenwand:– Innenputz d1 = 1 cm– Backstein d2 = 15 cm– Wärmedämmung d3 = 12 cm– Zementstein d4 = 12 cm– Aussenputz d5 = 2 cm(in der Formel werden die Masse in Meter angege-ben)

Bemerkung0,27 W/m2K entspricht einem heutigen Standard-wert. Minergiehäuser erreichen Werte um 0,20W/m2K.

Abb 7

R =

Wärmedurchlasswiderstand

+1hi

1he

[m2K/W]+d1

λ1+

d2

λ2+

d3

λ3+

d4

λ4+

d5

λ5

R =

R = 0,125 + 0,014 + 0,32 + 3,0 + 0,11 + 0,023 + 0,05

R = 3,642 m2K/W

+18

U =

U-Wert

1R

[W/m2K]

U = = 0,2746 = 0,27 W/m2K 1

3,642

120

+0,010,70

+0,150,47

+0,120,04

+0,121,10

+0,020,87

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Weiteres Beispiel einer U-Wert Berechnung:

Gegeben Aussenwand hinterlüftet:– Innenputz d1 = 1 cm– Kalksandstein d2 = 15 cm– Wärmedämmung d3 = 20 cm– Hinterlüftung d4 = 4 cm– Aussenverkleidung d5 = 2,5 cm

BemerkungenBei hinterlüfteten Fassaden und Dächern entsprichtder Widerstandskoeffizient d/l der Hinterlüftungs-schicht einer bewegten Luftschicht mit dem konstan-tem Wert 0,08 m2K/W. Der Widerstandskoeffizient der Aussenverkleidungd/l ist gleich Null.

Dampfbremsen und Dampfsperren, Flachdachab-dichtungen etc. werden bei der U-Wert Berechnungnicht berücksichtigt. Inhomogene Bauteile, z.B.Dächer, unterliegen einer «eigenen» Berechnungs-grundlage.

Eine weitere wichtige Aufgabe der Gebäudehülle istes, im Innenraum eine angenehme Luftfeuchtigkeitzu erhalten und einen genügende Lufterneuerung zugewährleisten.

R =

Wärmedurchlasswiderstand

+1hi

1he

[m2K/W]+d1

λ1+

d2

λ2+

d3

λ3+

d4

λ4

R =

R = 0,125 + 0,014 + 0,187 + 5,0 + 0,08 + 0,067

R = 5,473 m2K/W

+18

U =

U-Wert

1R

[W/m2K]

U = = 0,183 = 0,18 W/m2K 1

5,473

115

+0,010,70

+0,150,80

+ 0,080,120,04

+

Abb 8

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4.3 Luftfeuchtigkeit Die Luft, die wir atmen, ist ein Gemisch mehrererGase (Stickstoff, Sauerstoff etc.) mit Wasserdampf inunterschiedlicher Menge ( Luftfeuchtigkeit ). ImHausinnnern wird diese Luftfeuchtigkeit von denBewohnern durch Atmen und Schwitzen erzeugt(jede Person produziert ungefähr 50 Gramm Was-serdampf pro Stunde) sowie durch die verschiede-nen Haushaltsaktivitäten (Kochen, Baden etc.) unddie Zimmerpflanzen.

OberflächenkondensationEs ist ein Naturgesetz, dass Gasgemische wie unse-re Luft nur eine beschränkte Menge Wasserdampfaufnehmen können. Der Wasserdampfgehalt hängtstark von der Temperatur ab. Je kälter die Luft ist,desto weniger Wasserdampf kann sie aufnehmen. Wenn Luft mit einem durchschnittlichen Feuchtig-keitsgehalt auf einen kälteren Gegenstand, z.B. eineschlecht gedämmte Aussenwand oder ein unge-dämmtes Fensterglas trifft, wird ein Teil des in Luftenthaltenen Wassers kondensieren. Schäden wieSchimmelpilzbildung und ein Ablösen der Innen-wandverkleidung können die Folge sein.

WasserdampfdiffusionIm Winter sind in der Regel die Innenraumtempera-turen höher als die Aussenraumtemperaturen. Damitist auch die Wasserdampfmenge in der Innenraum-luft wesentlich grösser als in der Aussenraumluft. Eingrosser Wasserdampfgehalt in der Luft erzeugt aucheinen grossen Wasserdampfdruck. Es entsteht einWasserdampfdruckgefälle von innen nach aussen.Die einzelnen Wasserdampfmoleküle wandern in

der Folge durch die verschiedenen Schichten desBauteils. Treffen sie auf eine kalte Oberfläche, bei-spielsweise eine Sichtbetonaussenwand, kann eineKondensation innerhalb des Wandquerschnittesstattfinden. Um massive Bauschäden zu vermeiden,muss eine richtig konstruierte Gebäudehülle diesephysikalischen Tatsachen berücksichtigen.

Abb. 9

Abb. 10

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Grundsätzlich sind heute zwei Konstruktionsprinzipi-en möglich:1. Ein dampfdiffusionsdichter Querschnitt, mit einer

auf der Warmseite der Wärmedämmung platzier-ten Folie mit einem hohen Wasserdampfdruckwi-derstand (man spricht hier von Dampfbremseresp. Dampfsperre).

2. Ein dampfdiffusionsoffener Querschnitt, miteinem auf der Warmseite der Wärmedämmungplatzierten Kraftpapier mit einem niedrigen Was-serdampfdruckwiderstand (man spricht hier vonLuftdichtigkeitsschicht). Bei dieser Konstruktion istes unabdingbar, dass der Wasserdampfdruckwi-derstand der einzelnen Schichten von innen nachaussen abnimmt.

Wichtig bei beiden Konstruktionsmöglichkeiten isteine absolut luftdichte Ausführung der Folie oderdes Kraftpapiers.

Eine genaue bauphysikalische Berechnung mitBestimmung des sogenannten Taupunktes ermitteltden nötigen Wasserdampfdruckwiderstand dieserLuftdichtigkeits- oder Dampfbremsschicht und gibtAuskunft über die anfallende Tauwassermenge imWinter und die mögliche Austrocknungskapazitätder Konstruktion im Sommer.

Lufttemperatur

Wa

sse

rda

mp

fme

ng

e p

ro m

3 L

uft

[g

/m3]

Taupunkttemperatur 17 °C


Taupunkt-temperatur –6 °C

Abb. 11

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4.4 Luftdichtigkeit und Winddichtigkeit

Um den Wohnkomfort der Bewohner zu gewährenund Bauschäden zu vermeiden, ist eine allseitigdichte Gebäudehülle Voraussetzung. Neben einerdurchgehenden Luftdichtigkeitsebene auf der Warm-seite der Konstruktion ist eine lückenlose Winddich-tigkeitsschicht auf der Kaltseite der Gebäudehüllenötig. Eine Winddichtung kann aus verschiedenenMaterialien bestehen (Folien, bitumierte Weichfaser-platten etc.). Winddichtungen sind im Gegensatz zuLuftdichtungen wasserdampfdurchlässig und sollenein Eindringen von Kaltluft und damit eine Konden-sationsgefahr im Konstruktionsquerschnitt vermei-den.

Die aus bauphysikalischer Sicht unbedingt nötigenLuftdichtigkeits- und Winddichtigkeitsebenen führenzu Gebäudehüllen ohne natürlichen Luftaustausch(Ritzenlüftung). Die daraus resultierende schlechteund mit Schadstoffen angereicherte Innenraumluftmuss daher mit anderen Mitteln ersetzt werden(Stosslüftung, kontrollierte Belüftung), um den nöti-gen Frischluftbedarf des Menschen (ungefähr 12 bis15 m3 Frischluft pro Stunde und pro nichtrauchendePerson) zu gewährleisten. Aus heutiger Sicht ermög-licht die kontrollierte Belüftung mit Wärmerückge-winnung (Komfortlüftung) eine optimale Frischluftzu-fuhr bei gleichzeitiger Reduktion von Heizenergiepro m2 Wohnfläche.

Abb. 12 1 Wärmeaustauscher2 Filter3 Ventilator4 Frischluft5 Verbrauchte Luft6 Nassräume7 Wohnräume

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4.5 Lärmschutz Die Gebäudehülle muss gegen Lärm von aussen(Strassenverkehr, Schienenverkehr, Flugverkehr,Industrie, Schiessstand etc.) gut schallgedämmt wer-den. Das Mass der menschlichen Schallempfindungbezeichnet man den Schalldruckpegel, gemessen inDezibel (dB). Die Dezibel-Skala klassiert die ver-schiedenen Lärmarten und reicht von 0 dB (Hör-schwelle) bis 120 dB (Schmerzschwelle).

0 dB Hörschwelle20 dB Gemurmel20 – 50 dB schwacher Lärm50 – 70 dB Gespräche70 – 90 dB Verkehr, Industrie90 – 110 dB Flugverkehr120 dB Schmerzschwelle

–25 dB Wenig lärmempfindliche Nutzungen(Gewerbe, Verkaufsläden, Restaurants etc.)

–50 dB Lärmempfindliche Nutzungen(Wohnräume, Schlafräume, Schulräume, Hotelzimmer etc.)

–67 dB Sehr lärmempfindliche Nutzungen(Ruheräume, Spitäler, Musikräume, Lesesäle etc.)

Die Lärmempfindung des menschlichen Ohres hängtnicht nur von der Schallenergie der Schallquelle undder Distanz der Schallquelle zum Hörer ab, sondernzusätzlich auch von der Frequenz, resp. Tonhöhe.

Um die Luftschalldämmung einer Gebäudehülle zuverbessern, ist es im allgemeinen am wirkungsvoll-sten, die Masse der Bauelemente zu erhöhen (Mas-sivbau anstelle Leichtbau, dickeres Fensterglas etc.).In der nebenstehenden Tabelle werden die nutzungs-abhängigen Schalldruckpegel-Reduktionswerteangeführt.

Abb. 13

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4.6 Wärmebrücken

Unter Wärmebrücken verstehen wir Schwachstellenin der Wärmedämmung, welche zu erhöhter Wär-metransmission durch die Gebäudehülle führen, mitdem Risiko der Oberflächenkondensation undSchimmelpilzbildung.

Ebene Decke Innere TragwandAussendämmung

Ebene Dach FlachdachInnere TragwandDurchgehende WärmedämmungGedämmter Tragarm

Ebene Balkon Durchgehende WärmedämmungGetrennter BalkonGedämmte Kragarmplatte

Ebene Sockel Gedämmter Mauerfuss

Zur Verminderung von Wärmebrücken bieten sichfolgende konstruktiven Lösungen an:

falsch richtig

Abb. 14

Abb. 15

Abb. 16

Abb. 17

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4.7 Beispiele einigerKonstruktionsprinzipien

Die Gebäudehülle muss so konstruiert sein, dassder thermische Widerstand von Innen nach Aussenzunimmt und gleichzeitig der Dampfdiffusionswider-stand von innen nach aussen abnimmt. Die Wärme-dämmung sollte sich wenn immer möglich auf derKaltseite der Tragstruktur befinden.

Aussenwände

Tragwand innen mit Kerndämmung

Tragwand innen mit Aussendämmung

Tragwand innen mit Aussendämmung (hinterlüftet)

Gute WärmespeicherungPunktuelle Wärmebrücken bei den VerankerungenSpätere Erhöhung der Wärmedämmung problema-tischGute SchalldämmungTeuer und daher immer weniger ausgeführt

Problematische spätere Erhöhung der Wärme-dämmungGute WärmespeicherungKeine Wärmebrücken Mittlere bis gute SchalldämmungVorteilhaft bei SanierungenAnfällig für äussere Beschädigungen

Problemlose Erhöhung der Wärmedämmung möglichVerschiedene Befestigungsarten möglichPunktuelle Wärmebrücken bei den VerankerungenGute WärmespeicherungVerschiedene Aussenverkleidungen möglichGute Schalldämmung

Abb. 18

Abb. 19

Abb. 20

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Schwere Aussentragwand mit Innendämmung

EinsteinmauerwerkStark gelochte Backsteine Dicke: 36,5 cm + VerputzeU-Wert = 0,30–0,35 W/m2KBeispiele: – ThermoCellit– Optitherm– Poroton– Ytong– etc.

Reduzierte WärmespeicherungSchnelles Aufheizen und Auskühlen der WohnräumeWärmebrücken auf der DeckenebeneGute SchalldämmungKeine Verbesserung durch Erhöhung der Wärme-dämmungKondensationsgefahr im DeckenbereichLösung für denkmalpflegerisch geschützte Fassaden

Ausführung des Mauerwerks in einer EtappeKeine DampfdiffusionsproblemeBeschränkte Tragfähigkeit des MauerwerksEmpfindliche VerarbeitungVerhältnismässig grosse WärmebrückenGesamtstärke über 45 cm bei U= 0,3 W/m2K

Abb. 21

Abb. 22

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Transparente Wärmedämmung

Abb. 23

Maximale Ausnützung der Sonnenenergie bei nicht-transparenten Fassadenteilen. Der vor der Fassadeplatzierte Absorber wandelt die Sonneneinstrahlungin Wärmeenergie um.Innere TragwandGute WärmespeicherungSommerlicher (mobiler) Wärmeschutz nötig

Baustoffe für transparente Wärmedämmungen kenn-zeichnen sich durch eine möglichst hohe Sonnen-energiedurchlässigkeit (g-Wert) und einen möglichstniedrigen Wärmetransmissionswert (U-Wert ) aus.

Leichte, nichttragende Fassade

1 Fassadenverkleidung2 Hinterlüftung3 Wärmedämmung4 Gedämmtes Panel5 Stahlkonstruktion

Dünnes, nichtragendes Fassadenelement mit vorfa-brizierter, tafelförmiger Verkleidung (aus Metall,Leichtbetonelementen, Glas etc.). Die Wärmedäm-mung kann in das Fassadenelement integriert wer-den oder davon unabhängig sein.Keine WärmebrückenKeine WärmespeichermasseAlle Dämmstärken möglichVerschiedene Aussenverkleidungen möglichSchwache bis mittlere Schalldämmung

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Die Paneele sind auf einen massiven Sockel gestellt,der die Holzkonstruktion vor aufsteigender Feuchtig-keit schützt. Verstrebungen, zur Aufnahme derWindkräfte sind nötig.AussendämmungKeine WärmebrückenGeringe WärmespeichermasseAlle Dämmstärken möglichVerschiedene Aussenverkleidungen möglichGute Schalldämmung

Holzsystem im Stockwerkaufbau (Fachwerkbau)oder mit durchlaufenden Stützen (Ständerbau). Stützen und Balkenlage im Raster. Diagonalstrebenals Windversteifung.Wärmedämmung zwischen Tragstruktur Zusätzliche Wärmedämmung innenGeringe WärmespeichermasseAlle Dämmstärken möglichVerschiedene Aussenverkleidungen möglichMittlere Schalldämmung

Holzkonstruktion mit tragenden Paneelen

Abb. 251 Fassadenverkleidung2 Hinterlüftung3 Wärmedämmung4 Tragendes Holzelement5 Gipskarton

Holzkonstruktion in Fachwerk- oder Ständerbauweise

Abb. 261 Fassadenverkleidung2 Hinterlüftung3 Winddichtung4 Wärmedämmung 5 Zusatzdämmung innen6 Dampfbremse7 Holzwerkstoffplatte8 Gipsfaserplatte

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Holzsystem im Stockwerkaufbau mit hohem Vorferti-gungsgrad. Stützen und Balkenlage im Raster. KeineDiagonalstreben nötig, Holzwerkstoffplatten alsWindversteifung.Wärmedämmung zwischen Tragstruktur Weichfaserplatte als zusätzliche Dämmung aussen Wärmespeichermasse durch ZellulosedämmungAlle Dämmstärken möglichVerschiedene Aussenverkleidungen möglichMittlere Schalldämmung

Holzkonstruktion in Rahmenbauweise

Abb. 271. Fassadenverkleidung2. Hinterlüftung3. Winddichtung 4. Wärmedämmung 5. Luftdichtung, Dampfbremse6. Gipsfaserplatte

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Fenster

Das Fenster ist ein wichtiges architektonischesGestaltungselement und unentberliches Bindegliedzwischen innen und aussen. Zusätzlich muss dasFenster folgende Funktionen erfüllen:– Lichteinlass– Lüftung der Innenräume– Passive Sonnenenergienutzung (im Winter)– Lärmschutz

Das Fenster bleibt thermisch der schwächste Teil derFassade, obwohl die aktuellen Fenster U-Werteerreichen, die vor ein paar Jahren noch für Wand-querschnitte galten. Die besten durchschnittlichen U-Werte (Gesamtwert von Fenster und Rahmen)erreichen heute Fenster mit möglichst kleinem Rahmenanteil.

Abb. 28

Abb. 29 Holz-Metall-Fenster

2-IV-IR-Glas: U-Wert = 1,0 – 1,4 W/m2K; g-Wert = 45 – 65 %3-IV-IR-Glas: U-Wert = 0,5 – 1,0 W/m2K; g-Wert = 35 – 50 %

U-Wert Glas: O,35 W/m2KU-Wert Rahmen: 0,70 – 2,0 W/m2K

Die Sonneneinstrahlung im Sommer bewirkt einAnsteigen der Raumtemperatur. Bei Häusern mitpassiver Sonnenenergienutzung und hohem Fenster-anteil im Süden akzentuiert sich dieses Phänomenproportional zur Fensterfläche. Bei Schrägverglasun-gen (Wintergarten etc.) können an sonnigen Tagenbis zu 500 W/m2 Wärmeenergie einfallen.Während der Wärmebedarf eines Gebäudes 30 W/m2 nicht übersteigen sollte, können durch dieSonneneinstrahlung bis zu 100 W/m2 erreicht wer-den. Neue IV-Gläser mit selektiver Beschichtung undmit U-Werten um 1,0 W/m2K reduzieren die ein-strahlende Energie wesentlich (g-Wert).

1 «Golden stripe» Wärmedämm-Folie

2 Hauchdünner 2- HM-Film3 Gedämmte Glaszwischen-

räume4 Floatgläser beschichtet5 4-schichtiger Holzrahmen6 3-fache Lippendichtung7 Aluminiumprofil

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Vordach, Markise, Brise-soleilAls integraler Bestandteildes Gebäudes sind dieseMassnahmen effizientgegen Direktbestrahlungim Sommer, aber wenigergegen die diffuse Ein-strahlung. BeweglicheLamellen erlauben eineRegulierung bei direkterEinstrahlung.

Storen aus Gewebe, Lamellenstoren (aussen)Ausgezeichnete Lösung durch die Beschattung desFensters im Sommer sowie eine präzise Lichtregulie-rungsmöglichkeit.Die Lüftung des Wohnraumes ist auch bei geschlos-senen Storen möglich.

Schutz vor ÜberhitzungUm Wohn- und Arbeitsräume im Sommer vor Über-hitzung zu schützen, sind verschiedene Sonnen-schutzmassnahmen in Erwägung zu ziehen.

Abb. 30

Abb. 31

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Storen aus Gewebe, Lamellenstoren (innen)Kein Schutz vor Ueberhitzung, da die Sonnenein-strahlung bereits das Fensterglas durchquert hat undsich durch Konvektion im Raum verteilt. Die Lüftungdes Wohnraumes ist bei geschlossenen Storen redu-ziert. Bei einem nachträglichem Einbau könneninnere Rollos mit reflektierender Oberfläche zweck-mässig sein.

Reflektierende GläserBei schönem Wetter halten reflektierende Gläserden Grossteil der einstrahlenden Wärmeenergie ab,reduzieren aber gleichzeitig die einfallende Licht-menge massiv. Das Anbringen eines Sonnen-schutzes erübrigt sich. Generell wird die Wahl derverschiedenen Gläser durch die Architekturbestimmt.

Abb. 33

normales Glas reflektierendes Glas

Abb. 32

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EingangstüreDer Wärmedurchgang einer modernen Türe darf U = 2,0 W/m2K nicht überschreiten. Gut konzipier-te Türen erreichen Werte unter 1,0 W/m2K.

Mit einer Wärmedämmung von 20 mm erreicht dieabgebildete Türe einen U-Wert von 0,86 W/m2K.

Abb. 341 Innere Verkleidung2 Furnierte Spanplatte 40 mm3 Furnierplatte4 Wärmedämmung 5 Äussere Verkleidung 21 mm

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Dach

SteildachSteildächer werden bei uns traditionnell in Holzbau-weise ausgeführt. Analog dem Wandaufbau bestehtder Steildachaufbau aus mehreren Schichten. Voninnen nach aussen sind das: 1. die innere Verkleidung (Täfer, Gipsplatten etc.)2. die Luftdichtigkeitsschicht (Dampfbremse resp.

Dampfsperre)3. die Tragschicht (Sparren, Balken)4. die Wärmedämmschicht5. das Unterdach (geschuppt oder fugenlos als

Winddichtigkeitsschicht mit bitumierten Weichfa-serplatten o.ä.)

6. die Hinterlüftung (Lattungen) 7. die Wetterhaut (Ziegel, Faserzement etc.)

Man unterscheidet Warmdachkonstruktionen (miteiner Hinterlüftungsebene) von Kaltdachkonstruktio-nen (mit zwei Hinterlüftungsebenen). Die bauphysi-kalischen Anforderungen in Bezug auf Wärme (U-Wert = 0,30 W/m2K), Dampfdiffusion und Schallwerden in den SIA- Normen geregelt.

Beispiele:

Wärmedämmung über den Sparren (Warmdach)

Abb. 351 Sichtbare Sparrenlage2 Holzschalung N + K3 Luftdichtung Dampfsperre4 Wärmedämmung zweilagig gekreuzt 5 Dampdiffusionsoffenes Unterdach6 Konterlattung7 Ziegellattung8 Eindeckung

Wärmedämmung zwischen den Sparren (Kaltdach)

Abb. 361 Deckenverkleidung2 Lattung, Installationsebene3 Luftdichtung Dampfsperre4 1. Schicht Wärmedämmung unter den Sparren

(mit Konterlattung)5 2. Schicht Wärmedämmung zwischen den Sparren 6 Sparren7 Hinterlüftung8 Unterdach9 Konterlattung

10 Ziegellattung11 Eindeckung

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FlachdachMan unterscheidet Flachdachkonstruktionen in Mas-sivbauweise (vor allem Stahlbeton) und Leichtbau-weise (Holz und Stahl). Der Aufbau eines Flachda-ches mit einer Holzkonstruktion erfolgt wie beimSteildach. Flachdächer in Holzbauweise sind miteinem Gefälle auszuführen (2 – 5 %) und die Hinter-lüftung ist massiv zu erhöhen (abhängig von derGrösse des Daches, jedoch min. 10 cm). Der Ein-bau einer Dampfbremse oder Dampfsperre ist uner-lässlich.

Flachdächer mit Stahlbetondecken werden in ver-schiedenen Systemen ausgeführt. Konstruktiv wer-den diese Flachdächer in Warmdächer, Umkehr-dächer und Plusdächer unterteilt. Von der Nutzungher unterscheidet man: nicht begehbare, begehba-re, befahrbare und begrünte Flachdächer.Die bauphysikalischen Anforderungen in Bezug aufWärme (U-Wert = 0,30 W/m2K), Dampfdiffusionund Schall werden in den SIA-Normen geregelt.

Beispiele:

Flachdach massiv in Stahlbetonkonstruktion (Warmdach)

Abb. 371 Innenverputz2 Stahlbetonplatte3 Gefällsbeton4 Dampfsperre 5 Wärmedämmung6 Abdichtung

(Polymerbitumenbahnen, Kunststoffdichtungsbahnen)7 Schutzfolie8 Schutzschicht (Sand/Kies, Platten)

Flachdach leicht in Holzbauweise (Kaltdach)

Abb. 381 Deckenverkleidung, Lattung, Installationsebene2 Luftdichtung Dampfsperre3 1. Schicht Wärmedämmung unter den Balken4 2. Schicht Wärmedämmung zwischen den Balken 5 Balkenlage aus Brettschichtholz6 Dampfdurchlässige bitumierte Weichfaserplatte 7 Lattung, Hinterlüftung (min. 10 cm)8 Spanplatte9 Abdichtung

(Polymerbitumenbahnen, Kunststoffdichtungsbahnen)10 Schutzfolie11 Schutzschicht (Sand/Kies, Platten)

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BodenAls einziges Element der Gebäudehülle ist derBoden immer in Berührung mit dem Menschen, undmuss daher erhöhten thermischen Anforderungengenügen. Wie auch immer die Wärmeabgabeerfolgt (Bodenheizung, Radiatoren, Heizwändeetc.), Ziel ist es, eine Bodenoberflächentemperaturzu erreichen, die sich möglichst nahe der Raumtem-peratur befindet.Einen erheblichen Einfluss spieltdabei dabei die Wärmeleitung des Bodenmaterials.

Anforderungen:1. Boden gegen Aussenklima U ≤ 0,3 W/m2K

(Auskragung, Erker etc.)2. Boden gegen unbeheizten Raum U ≤ 0,4 W/m2K

(Keller, Garage etc.)3. Boden gegen Erdreich U ≤ 0,4 W/m2K

Beispiele:Bei einer Ausführung mit Bodenheizung muss dieWärmedämmung (Pos. 4) entsprechend erhöht wer-den, um die Wärmeverluste zu reduzieren.

Boden gegen Aussenklima oder unbeheizten Raum Boden gegen Erdreich

Abb. 391 Bodenbelag2 Zementüberzug3 Dampfsperre 4 Wärmedämmung5 Stahlbetondecke6 Wärmedämmung (geklebt)7 Aussenverputz

Abb. 401 Bodenbelag2 Zementüberzug3 Dampfsperre 4 Wärmedämmung5 Feuchtigkeitssperre6 Stahlbetonplatte7 Magerbeton

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Aufgaben, Lösungsvorschläge

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5 Aufgaben, Lösungsvorschläge

Abb. 411 Innenverputz 1 cm2 Backstein 12 cm3 Dampfsperre 0,01 mm4 Wärmedämmung Steinwolle 18 cm5 Aussenverputz 1,5 cm

Abb. 42

Lernauftrag 1Bestimmen Sie den U-Wert dieser Wand.

Lernauftrag 3Für eine denkmal-geschützte Fassadeaus Bruchstein-mauerwerk (d = 70 cm) werden Lösungenzur Verbesserungder Wärmedäm-mung gesucht.Skizzieren Sieeinen oder mehrereVorschläge.

Abb. 43

Lernauftrag 4Machen Sie einen Vorschlag, um den Dachrand die-ses Flachdaches aus den 60-er Jahren thermisch zuverbessern.

Lernauftrag 2Eine bestehende hinterlüftete Fassade soll saniertwerden. Dabei soll die bestehende Blechverklei-dung durch eine Lärchenholzschalung ersetzt wer-den und die Wärmedämmung (Mineralwolle) sollauf einen U-Wert von 0,25 W/m2K verbessert wer-den. Welche Dämmstärke wird dazu benötigt ?

Bestehender Wandaufbau:– 2 cm Innenverputz– 15 cm Backstein– 6 cm Mineralwolle– 4 cm Hinterlüftung– Blechverkleidung

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Aufgaben, Lösungsvorschläge

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Lösungen

Lösung 1:

Lösung 2:

+1hi

1he

+d1

λ1+ 0 +

d2

λ2+

d4

λ4+

d5

λ5

R =

R =

R = 5,604 m2K/W

+18

U =1R

= = 0,178 = 0,18 W/m2K 1

5,604

120

+0,010,70

+ 0 +0,120,47

+0,18

0,0350,0150,87

+

Lösung 3:

R =

= 2,12 m2K/W

Thermischer Widerstand bestehende Wand:

+18

115

+0,020,70

+0,150,47

+ 0,080,060,04

+

R =

Thermischer Widerstand neuer Wandaufbau mit U = 0,25 W/m2K:

Differenz: 4,0 – 2,12 = 1,88 m2K/W

Zusätzlich nötige Dämmdicke:1,88 m2K/W · 0,04 W/mK = 0,075 m = 7,5 cm

= 4,0 m2K/W1

25

1

27

654 3

2

Abb. 441 Wärmedämmung2 Dampfbremse3 Deckenverkleidung (z.B. Gipsplatten auf Holzrost)4 Vorhangbrett5 Neues Fenster mit Isolierverglasung6 Fenstersims7 Wandverkleidung (analog Deckenverkleidung)

Lösung 4:Variante 1

1

6

234

57

Abb. 451 Brüstungsabdeckung (Spenglerarbeit)2 Schutzschicht (Sand, Kies)3 Dichtungsbahnen4 Neue, dickere Dämmschicht5 Dampfsperre6 Verputz7 Dämmschicht (auf Betonbrüstung geklebt)

Abb. 461 Brüstungsabdeckung (Spenglerarbeit)2 Schutzschicht (Sand, Kies)3 Dichtungsbahnen4 Abdeckfolie5 Neue, dickere Dämmschicht6 Dampfsperre

Variante 2

1

2% 234

5

6

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Weiterführende Literatur

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– Konstruktionslehre Hochbau 1 und 2, 7. Auflage1997, verschiedene Autoren, P. Herzog Druck,Solothurn

– Baustoffkunde für Bauberufe, 11. Auflage 2001,verschiedene Autoren, P. Herzog Druck, Solothurn

– Technische Dokumentationen verschiedener Bau-produkte

– SIA Normen– Lignum Holzbulletin

6 Weiterführende Literatur

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Bild- und Textnachweis

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Sämtliche Zeichnungen ausser den Abb. 27, 38und 45 stammen vom Autor, Joseph Simon. Die Abb. 27, 38 und 45 steuerte Markus Rebmannbei, der auch bei der Textentwicklung mitwirkte.

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Lufttemperatur

Wasserd

am

pfm

en

ge p

ro m

3 L

uft

[g

/m3]



Taupunkt-temperatur –6 °C

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Energieeffiziente Gebäudehüllen

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