FENSTER, TÜREN & TORE - IHK Heilbronn-Franken · – FENSTER, TÜREN & TORE. Heilbronn,...
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KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
www.kurz-fischer.de Winnenden Halle (Saale) Feldkirchen-Westerham Bottrop Bretten
7. Süddeutscher Energieeffizienztag 2014 MÖGLICHKEITEN DER GEBÄUDESANIERUNG – FENSTER, TÜREN & TORE Heilbronn, 23.10.2014
Erik Fischer
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
7. Süddeutscher Energieeffizienztag 2014
1. Einsparpotenziale an der Gebäudehülle Wärmeverlust über Tür- und Toröffnungen
2. Roll- Sektional- und Falttore 3. Torluftschleier/Luftwandanlagen 4. U-Wert Bestimmung von Verglasungen 5. U-Wert Berechnung von Bestandsfenstern Uglass, Uwin
Themen-Übersicht
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
3
Energieeinsparung in Abhängigkeit von der Dämmschichtdicke
1. Einsparpotenziale durch Wärmedämmung der Gebäudehülle
Altbekannt: der Wärmeverlust gehorcht einer 1/x-Funktion. „der erste Zentimeter dämmt am besten“
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1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43
U-Wert [W/(m²K)]
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
4
Kumulierte Energieeinsparung über die Nutzungsdauer, dickenabhängig
Grundlagen: kumulierte Einsparung
-
5.000,00
10.000,00
15.000,00
20.000,00
25.000,00
30.000,00
1 6 11 16 21 26 31 36 41
Einsparung kumuliert [MJ/m²(30a)]
Die kumulierte Einsparung über 30 Jahre nimmt mit steigender Dämmung nur noch sehr wenig zu.
Dämmschichtdicke in cm
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
5
Herstellungsenergie einiger Dämmstoffe (Die Datensätze sind Änderungen unterworfen)
Herstellungsenergie und Dämmfähigkeit
Dämmfähigkeit = 1/λ
Marktanteil (GDI 2005) Dämmstoff massebezogen Rohdichte
volumen-bezogen
dicken-bezogen
Wärmeleit-fähigkeit
PEI bezogen auf Dämmfähigkeit je
cm Quelle
% MJ/kg MJ/m³ kWh/m²cm W/(mK) kWh/m³*W/(mK)
Steinwolle ( für WDVS, FD) 13,8 90 1.239,9 3,44 0,040 13,78 Ökobau.dat 2.01Glasfaser (Mattenware) 28,7 30 861,0 2,39 0,032 7,65 Ökobau.dat 2.01EPS 15 grau 032 119,0 15 1.785,0 4,96 0,032 15,87 ÖboxEPS 20 weiß 040 89,7 20 1.794,9 4,99 0,035 17,45 Ökobau.dat 2.02
5,8 XPS 103,3 28 2.891,2 8,03 0,036 28,91 Ökobau.dat 2.034,9 PUR (Blockschaum) 76,1 40 3.044,3 8,46 0,028 23,68 Ökobau.dat 2.041,0 Schaumglas 12,7 120 1.524,7 4,24 0,042 17,79 Ökobau.dat 2.05 < 1 Multipor 12,1 115 1.391,0 3,86 0,045 17,39 Ökobau.dat 2.20 < 1 Holzfaser (Nassverf) 13,3 190 2.521,9 7,01 0,045 31,52 Ökobau.dat 2.10 < 1 Flachsvlies 41,5 30 1.244,0 3,46 0,045 15,55 Ökobau.dat 2.12 < 1 Celluloseflocken 4,1 55 228,2 0,63 0,040 2,54 Ökobau.dat 2.11
54,6
30,0
Herstellungsenergie PEI
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
6
Kumulierte Einsparung und Primärenergieaufwand der Herstellung
-
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Einsparung kumuliert [MJ/m²(30a)] PEne [MJ/m²]
A
B A/B = Erntefaktor
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
7
Argumente der Dämmstoffindustrie
-
5.000,00
10.000,00
15.000,00
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25.000,00
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Einsparungkumuliert[MJ/m²(30a)]
A/B = Erntefaktor
= 200?
Quelle:
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
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Kumulierte Einsparung und Primärenergieaufwand der Herstellung (life cycle) - es gibt ein energetisches Optimum.
Grundlagen
-
5.000,00
10.000,00
15.000,00
20.000,00
25.000,00
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Einsparung kumuliert[MJ/m²(30a)]
PEne [MJ/m²]
Gesamtenergie [MJ]
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
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Differenzielle Betrachtung: Wieviel Energie spart der x-te Zentimeter Dämmung?
-
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8.000,00
10.000,00
12.000,00
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16.000,00
18.000,00
20.000,00
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Einsparung X-ter Zentimeter [MJ/m²a]
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
10
Zoom: der Schnittpunkt bestimmt die energetisch optimale Dicke
Grundlagen
X-ter Zentimeter der Dämmung
Herstellungsenergie des x-ten Zentimeters
-
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80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
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Einsparung X-ter Zentimeter[MJ/m²(30a)]PEne [MJ/(cm*m²)]
A/B = Erntefaktor
< 1!
Randbedingungen: EPS 032/18 HGT=3500 fP=1,0 30 Jahre
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
-
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40,00
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Je höher der regenerative Anteil der Wärmeerzeugung, desto weiter links liegt das energetische Optimum (bezogen auf CO2-Emissionen)
Grundlagen
X-ter Zentimeter der Dämmung
Herstellungsenergie des x-ten Zentimeters
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Einsparung X-ter Zentimeter[MJ/m²(30a)]
PEne [MJ/(cm*m²)]
Randbedingungen: EPS 032/18 HGT=3500 fP=1,0 / 0,5 30 Jahre
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
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Grundlagen
X-ter Zentimeter der Dämmung
Herstellungsenergie des x-ten Zentimeters
Randbedingungen: PUR 028/40 HGT=3500 fP=0,5 30 Jahre
Der energetische Aufwand bei der Herstellung des Dämmstoffs bestimmt das energetische Optimum
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
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Grundlagen
Zusammenfassung Teil 1: Die energetisch optimale Dämmschichtdicke (zur CO2-Vermeidung) wird bestimmt durch: • die Jahresheizgradtagszahl (Temperaturniveau) (Industriehalle oft niedrig!) • die Dämmfähigkeit • den Energiebedarf für Herstellung und Entsorgung des Dämmstoffs • den primärenergetischen Bewertungsfaktor der Wärmequelle
(Industriehalle oft KWK) • die Nutzungsdauer des Bauteils (Industriehalle oft niedrig!) Das Einsparpotenzial über Dämmung der nichttransparenten Bauteile ist mit dem Standard ab 2016 i. W. erschöpft!
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
2 konkurrierende Wege zur Energieeffizienz
Gebäudehülle
f P Wär
mee
rzeu
gung
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
2 konkurrierende Wege zur Energieeffizienz
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Gebäudehülle EnEV; H‘T
f P Wär
mee
rzeu
gung
EW
ärm
eG B
W, E
EWär
meG
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
2 konkurrierende Wege zur Energieeffizienz
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Gebäudehülle EnEV; H‘T
f P Wär
mee
rzeu
gung
EW
ärm
eG B
W, E
EWär
meG
Ersatzweise Erfüllung
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
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Energieeinsparung in Abhängigkeit vom U-Wert (über eq. Dämmschichtdicke)
2. Einsparpotenziale durch Türen, Tore und Fenster
Verbesserte Tore sparen spürbar Wärmeverluste!
0,00
1,00
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3,00
4,00
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7,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43
U-Wert [W/(m²K)]
Schlechte Tore
Beste Tore
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
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Entwicklung der Anforderungen an die Dämmung von Außenbauteilen (z. B. kleinere Wohngebäude, FFA < 30 %)
Anforderung (Beispiele)
1977 (km, max)
[W/(m²K)]
1984 (km, max)
[W/(m²K)]
1995 (kmax)
[W/(m²K)]
2002 (2004) (Umax)
[W/(m²K)]
2007 (Umax)
[W/(m²K)]
2009 (Umax)
[W/(m²K)]
2014 (ab 2016)
(Umax) [W/(m²K)]
Passivhaus
Wände 1,40 – 0,77 (A/V-
abhängig)
1,20 – 0,60 (A/V-
abhängig)
0,50 (kleine
Wohngebäude)
0,35 – 0,45 (kleine
Anbauten)
0,35 – 0,45 (Anlage 3)
0,28 (Referenz)
0,35 – 0,45 (Anlage 3)
0,28 (Referenz)
0,35 – 0,45 (Anlage 3)
0,15…0,10
Wand plus Fenster
1,75 – 1,45 (A/V-
abhängig)
1,50 – 1,20 (A/V-
abhängig)
-- -- 0,45 – 0,98 (Tabelle 2)
H‘T
0,40 (0,50) (Tabelle 2)
H‘T
0,40 (0,50) (Tabelle 2)
H‘T
Fenster -- 3,1 0,7 kmF,eq
1,7 1,7 (Tabelle 1)
1,3 1,3
Flachdach 0,45 0,30 0,22 0,25 0,25 (Tabelle 1)
0,20 0,20
Wärme-brücken
-- -- -- 0,10 (0,05) W/(mK)
0,10 (0,05) W/(mK)
(0,10) 0,05 W/(mK)
(0,10) 0,05 W/(mK)
< 0,01
Historische Entwicklung der Dämm-Anforderungen
QP minus 25 % ab
1.1.2016
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Die Spanne marktführender Produkte reicht von U = 3,0 bis ca. 0,62 W/(m²K)
Typische U-Werte von Toranlagen
Wärmedämmung EN 13241-1, Anhang B EN 12428
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
– Wärmeleitfähigkeit Aluminium: λ = 150 W/mK – Wärmeleitfähigkeit Hartschaum (typisch): λ = 0,030 W/mK
Aluminium leitet 5.000 mal besser als Hartschaum Die U-Werte von Toren wird durch die Zahl der Zwangsverbindungen von innen nach außen bestimmt. Grundregeln: • Flächen möglichst großformatig: • Schwingtore sind effizienter als Sektionaltore • Sektionaltore sind effizienter als Rolltore • Wenige große Transparentflächen sind besser als viele kleine • Ausschäumen von kleinformatigen Lamellen bringt nichts • Profile mit thermischer Trennung (Polyamidstege) verwenden
Optimierungswege
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
• Rolltore haben sehr einfache Anschlussdetails – Tauwasserfreiheit in feuchtebelasteten Räumen ist ausgeschlossen.
• Minimierung der Wärmeabgabe durch überdämmte Zargen • Punktförmige Befestigungen statt linearer Winkel
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
• Optimierung des Anschlussdetails – ohne thermische Trennung
• Minimierung der Wärmeabgabe durch überdämmte Zargen
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Typische Bestandsanlage (Überladebühnen eines Zulieferer-Lagers)
Thermografie-Beispiele
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Schlechte U-Werte in der Fläche Große Undichtheiten an den Führungsschienen Kaltluftabfall und Zugluft (+Wärmebrücken am Boden)
Thermografie-Beispiele
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Ungedämmtes Rolltor. Undichter Rahmeneinbau Zugerscheinungen durch Kaltluftabfall
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Widerstand gegen Windlast – Klassifizierung DIN EN 12424 Widerstand gegen Windlast – Prüfung DIN EN 12444 1 bis 5, beste Klasse = 5 Sektionaltore und Rolltore bis 3, flexible Schnelllauftore 1 bis 3 (Stand 2006) Widerstand gegen eindringendes Wasser – Klassifizierung DIN EN 12425 Widerstand gegen eindringendes Wasser – Prüfung DIN EN 12489 0 bis 3, beste Klasse = 3 wird nur von Sektionaltoren erreicht, nicht von Rolltoren oder flexiblen Schnelllauftoren Luftdurchlässigkeit – Klassifizierung DIN EN 12426 Wärmedurchgang: Anforderung für die Berechnung DIN EN 12427 0 bis 6 (1 bis 5), beste Klasse = 6 Sektionaltore 0 bis 2, Rolltore 0, flexible Schnelllauftore bis 6
Regelwerke für Tore (1)
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Wärmedurchgangskoeffzient U – keine Klassifizierung sondern Angabe des Werts U [W/(m²K)] Sektionaltore U = 0,6 bis 6,2 thermisch getrennte Ausführung: U = 0,66-1,52 W/(m²K)
Regelwerke für Tore (2)
Daten: Spelberg (2006) - Seuster
Werksfotos EFA-Therm®
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Thermisch getrennte Ausführung (Beispiel EFA-SST®-ISO-60 Abschlusstor) U = 0,80 W/(m²K) (Die Anwendung der Technik des Fensterprofils auf Tore)
Werksfoto EFA
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Thermisch getrennte Ausführung (Beispiel Teckentrup SW80) U = 0,60 W/(m²K) (bez. auf 25 m² ohne Fenster) (Sandwichkonstruktion aus dem Kühlhausbau)
Werksfotos Teckentrup
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Beispiel EFA-STT®: U = 5,9 bis 6,5 W/m²K: Nur für Innenanwendungen, z. B. Schleusen Schnelllauftore erhältlich bis 4 m/s Öffnungsgeschindigkeit (STR)
Tore mit hohem Transparenzanteil
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Ungedämmtes Schnelllauftor hinter einer Falttoranlage Möglichkeit der Verbesserung: Tor vor Rolltor
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
3. Luftwandtechnik
Luftwände – energetischer Vergleich Werksfoto LWT Einsparung - 35 % gegenüber konventioneller
Torluftschleieranlage
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Geschätzter Wärmebedarf einer Eingangsöffnung
Beispiel: Halleneingang 3 m x 3 m (Beispiel LWT high-speed), Hallenfläche 1000 m² A 9 m² v 0,8 m/s
V
25.920,00 m³/h
rho 1,23 kg/m³
cp
1.005,00 J/kgK
DeltaT
20,00 K
a) offenes Loch P
178,01 kW
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Geschätzter Wärmebedarf einer Eingangsöffnung
Beispiel: Halleneingang 3 m x 3 m (Beispiel LWT high-speed), Hallenfläche 1000 m²
b) Luftwand p 2,00 kW-el
P 43,00 kW-term
Pges
45,00 kW ges.
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Geschätzter Wärmebedarf einer Eingangsöffnung
Beispiel: Halleneingang 3 m x 3 m c) Mit Windfang A 9 m²
v mittl. 0,05 m/s
V 1.620,00 m³/h
rho 1,23 kg/m³
cp 1.005,00 J/kgK
DeltaT 20,00 K
Q 40.051.260,00 Ws/3600s
P 11,13 kW
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Vergleich der Luftmengen mit dem Bedarf
Frischluftbedarf 30 m³/hPers
Besucherzahl 320 Pers/1000 m² Verweildauer 0,25 h ständig im Laden 80 Pers/1000 m²
Luftbedarf (ohne Gerüche) 2400 m³/h
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
U-Wert Messung von Verglasungen im Bestand
4: U-Wert von Verglasungen und Fenstern
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
90,0%
100,0%
vorh
er
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
Mar
ktan
teil
in %
Herstellungsjahr
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
U-Wert Bestandserfassung bei Fenstern
www.fenstercheck.info
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Das Messgerät Uglass (Vorstellung aktuell auf der Glasstec 2014)
Bestandserfassung bei Fenstern
Messung innerhalb ca. 30 Minuten an Zwei- und Dreifachscheiben auch in geneigter Lage
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Verfahren 1: bei Verglasung mit ausreichender Temperaturdifferenz (links) wird der Temperaturverlauf beider Scheibenoberflächen gemessen (rechts) Verfahren 2: ohne ausreichende Temperaturdifferenz (links) wird ein einseitiger Heizimpuls aufgebracht und die Temperaturantwort der Gegenscheibe erfasst und ausgewertet
Bestandserfassung bei Fenstern
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Aufgabe: Schwimmhalle wird nicht mehr warm. Liegt es an der Verglasung, Baujahr 1998?
Bestandserfassung bei Fenstern
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
U-Wert Bestandserfassung bei Fenstern Messprotokoll
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Messgerät Uglass: Ergebnis an 6 Scheiben: Ug = 1,2 W/(m²K)
Bestandserfassung bei Fenstern
Ergebnis: Die Ursache zu niedriger Raumtemperaturen lag hier nicht an der senkrechten Verglasung. Kein Scheibentausch notwendig
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Weiteres Einsatzgebiet des Uglass -Messgeräts: Gütesicherung im Neubau
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Auswertesoftware Uwin (Fenster komplett)
5. Bestandserfassung bei Fenstern
Menüzeile
Ausgabebereich
Eingabebereich
Navigationspfeile
Navigationsbereich (Projektbaumstruktur)
Schnellzugriffsleiste
Informationsbereich
Aufteilung der Benutzeroberfläche
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Auswertesoftware Uwin (Fenster komplett)
Bestandserfassung bei Fenstern
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Auswertesoftware Uwin (Fenster komplett)
Bestandserfassung bei Fenstern 1.Menüzeile
KURZ UND FISCHER Beratende Ingenieure ▪ Bauphysik
Auswertesoftware Uwin (Fenster komplett)
Bestandserfassung bei Fenstern
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Auswertesoftware Uwin (Fenster komplett)
Bestandserfassung bei Fenstern
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Auswertesoftware Uwin (Fenster komplett)
Bestandserfassung bei Fenstern
Ausgabebereich Informationsbereich