Bauphysik-kalender 2010: Schwerpunkt: Energetische Sanierung Von Gebauden: Schwerpunkt: Energetische Sanierung von Gebäuden

(&'& 87KF>OI?AA7B;D:;H >[hWki][][X[dled Kd_l$Fhe\$:h$#?d]$DWX_b7$...

90 downloads 2068 Views 23MB Size Report

This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!

Report copyright / DMCA form

DOWNLOAD PDF

(&'& 87KF>OI?AA7B;D:;H

>[hWki][][X[dled Kd_l$Fhe\$:h$#?d]$DWX_b7$<ekWZ

'&$@W^h]Wd]

Hinweis des Verlages Die Recherche zum Bauphysik-Kalender ab Jahrgang 2001 steht im Internet zur Verfgung unter www.ernst-und-sohn.de

Titelbild: Haus Hardenberg in Berlin, Energetische Sanierung der Fassade (Quelle: Weller, B.; Jakubetz, S.; May, F.; Meier, A.: Sanierung von Vorhangfassaden der 1950er- bis 1970er-Jahre. In: Stahlbau-Kalender 2010. Berlin: Ernst & Sohn, 2010). Fotograf: Stefan Mller, Berlin.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet ber abrufbar.

ISBN: 978-3-433-02938-1 ISSN: 01617-2205 2010 Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag fr Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany Alle Rechte, insbesondere die der bersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache bertragen oder bersetzt werden. All rights reserved (including this of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprint, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden drfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragenen Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschtzte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Umschlaggestaltung: Sonja Frank, Berlin Herstellung: HillerMedien, Berlin Satz: Dçrr + Schiller GmbH, Stuttgart Druck und Bindung: Scheel Print-Medien GmbH, Waiblingen Printed in the Federal Republic of Germany. Gedruckt auf surefreiem Papier.

III

Vorwort Der Bauphysik-Kalender feiert in diesem Jahr seine 10. Ausgabe. Seit seinem ersten Erscheinen im Jahre 2001 begleitet er Bauingenieure und Bauphysiker als aktuelles, verlssliches und praxisgerechtes Nachschlagewerk. Der Begrnder des Bauphysik-Kalenders, Univ.-Prof. Dr. Erich Cziesielski, hatte bereits damals erkannt, dass bauphysikalische berlegungen auf den Teilgebieten Wrme-, Feuchte-, Schall- und Brandschutz sowie energiesparende Tageslichtnutzung im Bauplanungsprozess immer mehr an Bedeutung gewinnen und dass es an der Zeit war, neben dem Beton-, Mauerwerk- und Stahlbau-Kalender auch einen Bauphysik-Kalender herauszugeben. Folgende Ziele sollen mit dem Bauphysik-Kalender erreicht werden, die sich auch in seiner Gliederung widerspiegeln: – Verschaffung eines berblicks ber die neusten Regelwerke und Normen auf den Gebieten der Bauphysik, – Schaffung eines aktuellen Nachschlagewerks mit materialtechnischen Grundlagen sowie materialtechnischen Tabellen, – Vorstellung und Erluterung bauphysikalischer Nachweisverfahren, – Darstellung der konstruktiven Ausbildung ausgewhlter Bauteile und Bauwerke unter Beachtung bauphysikalischer Kriterien. Schwerpunktthema des Bauphysik-Kalenders 2010 ist die energetische Sanierung von Gebuden im Bestand. Ca. 40 % des Energieverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland werden fr die Gebudebeheizung und Warmwasserbereitung bençtigt. Ca. 90 % davon werden fr Gebude, die lter als 25 Jahre sind, aufgewendet, sodass in der energetischen Sanierung ein riesiges Energieeinsparpotenzial besteht. Die politischen Rahmenbedingungen sind hierzu bereits geschaffen. Mit den Konjunkturpaketen I und II sendet die Bundesregierung ein deutliches Signal hinsichtlich der energieeffizienten Sanierung, insbesondere von çffentlichen Gebuden, aus. Der vorliegende Bauphysik-Kalender enthlt neben dem jhrlich aktualisierten und in Abschnitt E abgedruckten Beitrag zu den materialtechnischen Tabellen insgesamt 19 Beitrge, die das Thema der energetischen Sanierung von Gebuden umfassend abdecken und die neusten Erkenntnisse auf diesem Gebiet vorstellen. In der ersten Rubrik Allgemeines und Regelwerke werden in einem Beitrag die neue Energieeinsparverordnung

Bauphysik-Kalender 2010. Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

2009 sowie deren Umsetzung und in einem zweiten Beitrag der Stand der Entwicklung der europischen harmonisierten Wrmedmmstoff-Produktnormen dargestellt und kommentiert. In zwei weiteren Beitrgen werden wirtschaftliche Betrachtungen zum einen hinsichtlich der CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen und zum anderen hinsichtlich der Bestimmung optimaler Dmmstoffschichten aufgezeigt. Die zweite Rubrik Materialtechnische Grundlagen beinhaltet Beitrge zu Wrmedmmstoffen im Bauwesen, zur Innendmmung von Außenbauteilen sowie zum Langzeitverhalten von Dmmstoffen. In einem weiteren Beitrag werden Angaben zu den CO2-quivalenten von baulichen Sanierungsmaßnahmen an Bestandsgebuden in Form von Datenblttern çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen gemacht. Zu den ausgewhlten bauphysikalischen Nachweisverfahren gehçren in der dritten Rubrik die Grundlagen und die Anwendungen von energetischen Bewertungsverfahren fr Bestandsgebude unter Bercksichtigung der Anforderungen im Rahmen der neuen EnEV 2009, die Infrarot-Thermografie zur Schadensdiagnostik im Bauwesen sowie die Luftdichtheitsprfung von Gebuden einschließlich der Blower-Door-Messung von insbesondere grçßeren Gebuden. In der vierten Rubrik Konstruktive Ausbildung von Bauteilen und Bauwerken wird die energetische Sanierung von Gebuden unter Denkmalschutz, von Gebuden im Nichtwohnungsbau, eines Tropenhauses, von Turnhallen sowie von Fachwerkhusern in fnf Beitrgen abgehandelt. Ein weiterer Beitrag befasst sich mit der hochwertigen Nutzung von Untergeschossen aus wasserundurchlssigem Beton. Abschließend werden vorgehngte hinterlftete Außenwandbekleidungen und Wrmedmmverbundsysteme behandelt. Mit seinen vielfltigen Beitrgen stellt der BauphysikKalender 2010 eine solide Arbeitsgrundlage sowie ein aktuelles Nachschlagewerk nicht nur fr die Praxis, sondern auch fr Lehre und Forschung dar. Fr kritische Anmerkungen sind die Autoren, der Herausgeber und der Verlag dankbar. Der Herausgeber mçchte an dieser Stelle allen Autoren fr ihre Mitarbeit und dem Verlag fr die angenehme Zusammenarbeit herzlichst danken. Hannover, im Dezember 2009 Nabil A. Fouad

V

Inhaltsbersicht A

Allgemeines und Regelwerke

A1

Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009 Alexander Renner

A2

Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung Holger Merkel

A3

CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Gebudebereich Lamia Messari-Becker

A4

Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand 55 Christian Wetzel, Klaus Sedlbauer

B

Materialtechnische Grundlagen

B1

Dmmstoffe im Bauwesen 71 Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Stefan Vçlkner

B2

Innendmmung von Außenbauteilen Peter Hupl

147

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen Wolfgang Albrecht, Stefan Koppold

187

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen Lamia Messari-Becker

C

Bauphysikalische Planungs- und Nachweisverfahren

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009 – Grundlagen und Anwendungen 245 Anton Maas, Rolf-Michael Lking

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis 273 Nabil A. Fouad, Torsten Richter

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude Sigrid Dorschky, Stefanie Rolfsmeier, Paul Simons

D

Konstruktive Ausbildung von Bauteilen und Bauwerken

D1

Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung Ulrich Schneider, Thomas Bednar, Johannes Sima, Hanna A. Liebich

D2

Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Erfahrungen und Ergebnisse aus Demonstrationsprojekten des Nichtwohnungsbaus 369 Karsten Voss, Peter Engelmann, Andreas Wagner, Jens Pfafferott

D3

Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch? Grundsanierung des Großen Tropenhauses im Botanischen Garten Berlin Marc Gçbelsmann, Michael Krtschell

D4

3 31

219

315

341

393

Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt Wilfried Zapke

Bauphysik-Kalender 2010. Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

45

415

VI

Inhaltsbersicht

D5

Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel Torsten Schwarz, Rainer Wildmann, Georgios Schade, Gerhard Forg

D6

Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau Jens Dieckmann, Frank Fingerloos, Jrgen Schnell

D7

Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung 485 Jçrg Knackstedt, Ralf-Werner Boddenberg, Horst Herrmann

D8

Wrmedmmverbundsysteme Frank U. Vogdt

E

Materialtechnische Tabellen

E

Materialtechnische Tabellen Rainer Hohmann

Stichwortverzeichnis

515

561

651

Hinweis des Verlages Die Recherche zum Bauphysik-Kalender ab Jahrgang 2001 steht im Internet zur Verfgung unter www.ernst-und-sohn.de

447 463

A Allgemeines und Regelwerke

3

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009 Alexander Renner

Dr. -Ing. Alexander Renner Bundesministerium fr Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) Referat Energie und Klimaschutz, Bauen und Verkehr 11030 Berlin Geboren am 25. 12. 1972. Bauingenieur; Studium an der TU Darmstadt von 1996 bis 2001. Von 2002 bis 2006 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fr Massivbau der TU Darmstadt; Promotion 2007; Dissertation zum Thema Energie- und koeffizienz von Wohngebuden. Ab 2006 Referent im Bundesamt fr Bauwesen und Raumordnung in Bonn. Seit 2007 Referent im Bundesministeriums fr Verkehr, Bau und Stadtentwicklung in Berlin im Referat Energieeffizienz und Klimaschutz; u. a. zustndig fr die Energieeinsparverordnung und die EG-Richtlinie ber die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden; Mitarbeiter in diversen DIN-Gremien zur energetischen Gebudebilanzierung.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

4

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung

2

Politische Vorgaben – das Integrierte Energie- und Klimaprogramm 5

3

Novellierung der Energieeinsparverordnung 6 Geltungsbereich der EnEV 6 Grundlegende Anforderungen der EnEV an Gebude 7 Nachweis von Wohngebuden 9 Jahres-Primrenergiebedarf 9 Elektrische Warmwasserbereitung 11 Nutzungsprofil fr Wohngebude 12 Anforderung an die Effizienz der Gebudehlle 12 Sommerlicher Wrmeschutz 12 Nachweis von Nichtwohngebuden 12 Jahres-Primrenergiebedarf 12 Vereinfachte Bilanzierungsregeln fr den çffentlich-rechtlichen Nachweis von Nichtwohngebuden 19 Nutzungsprofile fr Nichtwohngebude 19 Anforderung an die Effizienz der Gebudehlle 19 Sommerlicher Wrmeschutz 19 Vereinfachtes Verfahren fr Nichtwohngebude (Ein-Zonenmodell) 19

3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.5

5

3.6 3.6.1 3.6.2

Bestandsgebude 21 Wesentliche nderungen 21 Nachrstungspflichten 21

4

4.6 4.7 4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.4

Weitere Abnderungen der EnEV 2009 in den Paragrafen 23 Bezugsflche 23 Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien 24 Wrmebrcken 24 Ausstellung von Energieausweisen 24 Regeln der Technik und Bekanntmachungen des Bundes 25 Befreiung von der EnEV 25 Strkung des Vollzugs 25 Verantwortliche und Nachweise 25 Unternehmererklrung 25 Bezirksschornsteinfeger 25 Ordnungswidrigkeit 26

5

Energieausweise

6

Korrekturblatt DIN V 18599-100

7

Neufassung der EG „Gebude-Richtlinie“ 29

8

Literatur

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

30

26 29

Politische Vorgaben – das Integrierte Energie- und Klimaprogramm

1

Einleitung

Die Ressourcen zur Energieerzeugung gelten als begrenzt. Das betrifft aus heutiger Sicht nicht nur die fossilen Energietrger, sondern auch die erneuerbaren Energien, allen voran die Biomasse. Fr die einfache Umwandlung in Wrme ist sie demnach als zu wertvoll einzustufen. Trotzdem werden derzeit fr die Beheizung, Khlung, Warmwasserversorgung und Beleuchtung von Gebuden noch jhrlich 40 % der Endenergie in Deutschland verbraucht. Der einfache Ersatz fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien kann dabei nicht der einzige Weg sein. Es muss zunchst der grundstzliche Bedarf an Energie gesenkt werden, indem Gebude in einem ersten Schritt energieeffizient errichtet oder saniert werden, und nur der verbleibende Bedarf sollte dann klimaschonend mçglichst durch erneuerbare Energien oder gleichwertige Quellen (z. B. Umweltwrme) gedeckt werden. Die großen Energieeinsparpotenziale liegen aber im Gebudebestand von ber 17 Millionen Wohngebuden und rund 1,5 Millionen Nichtwohngebuden in Deutschland. 75 % der Wohngebude sind vor der ersten Wrmeschutzverordnung errichtet worden, vielfach noch unsaniert und daher in der Regel in einem energetisch schlechten Zustand (Bild 1). Die zugehçrigen CO2-Emissionen schaden dem Klima, die Heizkosten belasten den Nutzer. Eine Folge ist, dass die Nebenkosten mehr und mehr zur zweiten Miete werden. Die aktuelle Entspannung bei den Energiekosten wird sicherlich nicht lange anhalten. Die heute be-

5

reits wirtschaftlich darstellbaren Einsparpotenziale im Gebudebestand sind nach wie vor besonders groß. Hier liegt zuknftig sicherlich ein Schwerpunkt der politischen Handlungsstrategie. Aber insbesondere neu errichtete Gebude sollten Vorbildcharakter haben. Gebude werden in Deutschland langlebig fr viele Jahrzehnte geplant und gebaut. Daher sollten sie von vornherein zukunftsweisend und energiesparend errichtet werden. Bereits in einer sehr frhen Planungsphase wird die Richtung fr eine wirtschaftliche Umsetzung durch optimierte Herstellung und minimale Energiekosten im Betrieb gestellt.

2

Politische Vorgaben – das Integrierte Energie- und Klimaprogramm

Mit dem Integrierten Energie- und Klimaprogramm hat die Bundesregierung ein Aktionspaket von insgesamt 29 Maßnahmen verabschiedet, das die ehrgeizigen europischen Ziele national umsetzen soll [14]. Europa mçchte bis 2020 den Primrenergieverbrauch gegenber den prognostizierten Verbruchen um 20 % verringern, den Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch auf 20 % steigern und den Ausstoß von Treibhausgasen um 20 % unter den Stand von 1990 reduzieren. Darber hinaus sieht die Bundesregierung fr den gleichen Zeitraum vor, den Anteil an erneuerbaren Energien am Wrmebedarf auf 14 % zu steigern und die CO2-Emissionen um bis zu 30 % zu redu-

Bild 1. Verteilung der gebauten Wohneinheiten und Summenhufigkeit nach Baualtersklasse [6], eigene Berechnung

6

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

zieren, sofern die EU und die anderen wichtigen Industrielnder ihr Ziel auf 30 % erhçhen sogar um 40 %. Der Gebudesektor muss und kann hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten. Das Bundeskabinett hat im Dezember 2007 und Mai 2008 die Umsetzung einiger der konkreten Maßnahmen fr den Gebudebereich beschlossen. Mit einem ausgewogenen Instrumentenmix sollen Effizienz- und Erneuerbare Energien-Potenziale kostengnstig erschlossen werden. Drei wesentliche Umsetzungen werden nachfolgend erwhnt.

– Die Heizkostenrechnung der Brgerinnen und Brger werden reduziert, denn aus den durchgefhrten Maßnahmen resultiert eine jhrliche Heizkosteneinsparung in Hçhe von rund 700 Millionen Euro. – Sie untersttzt Wachstum und Beschftigung, denn die gefçrderten Investitionen sichern bzw. schaffen jhrlich bis zu 220.000 Arbeitspltze im Baugewerbe. Ab April 2009 wurden die KfW-Programme zum energieeffizienten Bauen und Sanieren an die neue Energieeinsparverordnung angepasst und einfacher und transparenter gestaltet.

Energieeinsparverordnung Kernstck der Umsetzung im Gebudesektor bildet die neue Energieeinsparverordnung 2009. Die Anforderungen an den zulssigen Primrenergiebedarf von Gebuden werden um rund 30 % verschrft. Das gilt fr neue Gebude ebenso wie fr sanierte Gebude. Werden lediglich einzelne Bauteile erneuert, mssen auch diese zuknftig hçhere Vorgaben einhalten. Alle neuen Anforderungen erfllen den Grundsatz der generellen wirtschaftlichen Vertretbarkeit des Energieeinsparungsgesetzes. Es darf aber nicht vergessen werden, dass Gebude vielfach Unikate mit individuellem Entwurf und Charakter sind. Die Energieeinsparverordnung bercksichtigt das, indem es wie bisher keine Vorgaben an spezielle Technologien gibt und sie damit weitestgehend offen fr kreative Ideen, neue Produktentwicklungen und Innovationen bleibt – die Effizienz entscheidet. Erneuerbare-Energien-Wrmegesetz Seit 1. Januar 2009 gilt außerdem das ErneuerbareEnergien-Wrmegesetz. Fr alle neuen Gebude ist nun der Einsatz erneuerbarer Energien oder die Umsetzung gleichwertiger Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz gesetzlich vorgeschrieben. Um das Ziel zu erreichen, 14 % des Wrmebedarfs von Gebuden durch erneuerbare Energien zu decken, werden freiwillige Maßnahmen im Gebubebestand ber das Marktanreizprogramm gefçrdert.

3

Novellierung der Energieeinsparverordnung

Bereits mit der Energieeinsparverordnung 2007 hat die Bundesregierung einen wichtigen Schritt zu mehr Energieeffizienz im Gebudebestand getan. Es wurde die Pflicht eingefhrt, bei Verkauf oder Neuvermietung von Gebuden oder einzelnen Wohnungen, den Kufern oder neuen Mietern den Energieausweis ihres Gebudes zugnglich zu machen. Der Eigentmer muss seit Beginn dieses Jahres bei Vermietung oder Verkauf fr sein Wohngebude und seit dem 1. Juli 2009 fr sein Nichtwohngebude einen Energieausweis erstellen lassen. Energieausweise bedeuten nicht nur mehr Transparenz bezglich der energetischen Qualitt von Gebuden. Sie sind insbesondere im Zusammenspiel mit den beigefgten Modernisierungsempfehlungen eine wertvolle Entscheidungshilfe fr energetische Sanierungen, im Idealfall ergnzt durch eine professionelle Energieberatung, die gefçrdert wird. Das energetische Anforderungsniveau der EnEV 2007 [9] an Gebude entsprach aber nicht mehr dem Stand der Technik. Heute bereits wirtschaftliche Maßnahmen zur Energie- und CO2-Einsparung und Energieeffizienzsteigerung wurden bislang nicht optimal ausgeschçpft. Durch die Energiepreissteigerungen der vergangenen Jahre werden weitere bislang unrentable Maßnahmen wirtschaftlich. Dieses Potenzial wurde mit der Novellierung der EnEV 2009 erschlossen.

CO2-Gebudesanierungsprogramm Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtgebudes werden weiterhin im Rahmen der seit Jahren sehr erfolgreichen KfW-Programme zum energieeffizienten Bauen und Sanieren – insbesondere des CO2-Gebudesanierungsprogramms – gefçrdert. Diese Programme haben in den letzten Jahren eine sehr positive Resonanz erfahren. So konnten in den Jahren 2006 bis 2008 rund 800.000 Wohnungen umfassend energetisch saniert und neue Gebude energieeffizient errichtet werden. Zwei Drittel der Sanierungen erreichten oder bertrafen sogar die Energieeinsparverordnung. Dabei wirkt sich die Fçrderung dreifach aus: – Das Klima wird geschtzt, denn es werden jhrlich mehr als 2,4 Millionen Tonnen CO2 eingespart.

3.1

Geltungsbereich der EnEV

Die Verordnung gilt zunchst fr alle Gebude, soweit sie unter Einsatz von Energie beheizt oder gekhlt werden, und fr deren Anlagen und Einrichtungen der Heizungs-, Khl-, Raumluft- und Beleuchtungstechnik sowie der Warmwasserversorgung. Der Energieeinsatz fr Produktionsprozesse in Gebuden ist hingegen nicht Gegenstand der EnEV. Genau diese Abgrenzung kann sich in einigen Fllen von Nichtwohngebuden in der Praxis als nicht unproblematisch erweisen, man denke dabei z. B. an Maschinen, deren Abwrme in der Regel an den Innenraum abgegeben werden und dadurch den Heizwrmebedarf reduzieren. Weitere Abgrenzungen der EnEV fr Gebude finden sich in Tabelle 1.

Novellierung der Energieeinsparverordnung

7

Tabelle 1. Definition und Abgrenzung von Gebuden nach [10] Bezug EnEV

Gebudetyp

Definition und Abgrenzung

§ 2 Nr. 1

Wohngebude

Gebude, die nach ihrer Zweckbestimmung berwiegend dem Wohnen dienen, einschließlich Wohn-, Alten- und Pflegeheimen sowie hnlichen Einrichtungen

§ 2 Nr. 2

Nichtwohngebude

Gebude, die nicht unter Nr. 1 fallen

§ 2 Nr. 3

Kleine Gebude

Gebude mit nicht mehr als 50 m± Nutzflche 1)

§ 2 Nr. 3a

Baudenkmler

nach Landesrecht geschtzte Gebude oder Gebudemehrheiten

1) Nutzflche, ermittelt nach anerkannten Regeln der Technik, die beheizt oder gekhlt wird – fr Wohngebude wird die Gebudenutzflche die nach Anlage 1 Nummer 1.3.3 EnEV berechnete Flche und fr Nichtwohngebude die Nettogrundflche nach anerkannten Regeln der Technik, die beheizt oder gekhlt wird.

Generell ausgenommen von der EnEV sind nach § 1 Abs. 2 die in Tabelle 2 aufgezhlten Gebudetypen, mit Ausnahme der Pflichten zur energetischen Inspektion von Klimaanlagen (§ 12 EnEV) sowie der Inbetriebnahme von Heizkesseln und sonstigen Wrmeerzeugersystemen (§ 13 EnEV). Eine weitere Ausnahme besteht nach § 1 Absatz 2 EnEV fr Bestandteile von Anlagensystemen, die sich nicht im rumlichen Zusammenhang mit dem Gebude befinden, fr das die EnEV anzuwenden ist. Fr diese Anlagen(-teile) gilt lediglich § 13.

Tabelle 2. Nach § 1 ausgenommene Gebude (gilt nicht fr §§ 12 und 13) [10] Lfd. Nr.

Gebude

1

Betriebsgebude, die berwiegend zur Aufzucht oder zur Haltung von Tieren genutzt werden

2

Betriebsgebude, soweit sie nach ihrem Verwendungszweck großflchig und lang anhaltend offen gehalten werden mssen

3

unterirdische Bauten

4

Unterglasanlagen und Kulturrume fr Aufzucht, Vermehrung und Verkauf von Pflanzen

5

Traglufthallen und Zelte

6

Gebude, die dazu bestimmt sind, wiederholt aufgestellt und zerlegt zu werden, und provisorische Gebude mit einer geplanten Nutzungsdauer von bis zu zwei Jahren

7

Gebude, die dem Gottesdienst oder anderen religiçsen Zwecken gewidmet sind

8

Wohngebude, die fr eine Nutzungsdauer von weniger als vier Monaten jhrlich bestimmt sind

9

sonstige handwerkliche, landwirtschaftliche, gewerbliche und industrielle Betriebsgebude, die nach ihrer Zweckbestimmung auf eine Innentemperatur von weniger als 12 C oder jhrlich weniger als vier Monate beheizt sowie jhrlich weniger als zwei Monate gekhlt werden.

3.2

Grundlegende Anforderungen der EnEV an Gebude

Neue Gebude sind so zu errichten, dass der Anforderungswert an den Jahres-Primrenergiebedarf fr Heizung, Warmwasserbereitung, Lftung und Khlung sowie bei Nichtwohngebuden auch fr Beleuchtung nicht berschritten wird. Gegenber der EnEV 2007 wurde der Anforderungswert der EnEV 2009 um durchschnittlich 30 % verschrft (Bild 2). Generell gibt es fr neu zu errichtende Gebude Anforderungen an den Jahres-Primrenergiebedarf („koeffizienz“) und an die Mindesteffizienz der Gebudehlle („Energieeffizienz“). Fr den Nachweis des Hçchstwertes an den Jahres-Primrenergiebedarf wurde mit der EnEV 2007 fr Nichtwohngebude das Referenzgebudeverfahren eingefhrt. Hintergrund war, dass Nichtwohngebude sehr unterschiedliche Anforderungen zu erfllen haben. Deshalb war es nicht sachgerecht, die primrenergetische Anforderung allein in Abhngigkeit der Kompaktheit derartiger Gebude zu stellen, sondern es mussten die Einflsse der unterschiedlichen Nutzungskriterien im Gebudebetrieb bercksichtigt werden. Ein Hotel hat eine ganz andere Nutzungsstruktur wie ein Bro- und Verwaltungsgebude; eine Schwimmhalle unterscheidet sich wesentlich von einer Lager- oder Produktionshalle. Ganz entscheidend ist, dass eine einzelne Referenzbedingung keine Anforderung darstellt. Das Ist-Gebude kann in allen Referenzwerten abweichen, sofern der Hçchstwert an den Primrenergiebedarf aus dem Referenzfall eingehalten wird. Dieses anschauliche Verfahren hat sich bewhrt und wird deshalb auch auf Wohngebude bertragen. Auch hier hilft das Referenzgebudeverfahren, Gebude unabhngiger von den Einflssen, die aus der Nutzung und dem individuellen Entwurf hervorgehen, wertfrei zu beurteilen. Die Anforderungen an den Hçchstwert des Jahres-Primrenergiebedarfs ergeben sich anhand eines Referenzgebudes gleicher Geometrie, Bezugsflche und Ausrichtung sowie weiterer technischer Randbedingungen an die Gebudehlle und die Anlagentechnik. Das Referenzgebude wird also mit einer gewissen energetischen Qualitt ausgestattet, die sich auf die Berechnung des Anforderungswertes niederschlgt. Damit besitzt

8

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Bild 2. Verschrfung der Anforderungen der EnEV 2009 gegenber EnEV 2007 anhand unterschiedlicher Nichtwohngebude [12]

im çffentlich-rechtlichen Nachweis jedes real errichtete Gebude eine eigene Referenz, mit dessen Jahres-Primrenergiebedarf es sich „messen“ muss. Einzelanforderungen gibt es wie bereits erwhnt keine, das Ist-Gebude kann in allen Fllen von den technischen Randbedingungen des Referenzgebudes abweichen, solange es in der Bilanzsumme mindestens den Hçchstwert des Jahres-Primrenergiebedarfs erreicht. Andererseits kann ein Bauherr natrlich exakt die Randbedingungen des Referenzgebudes nachbauen (lassen) und damit den Nachweis nach EnEV erfllen. Einer der großen Vorteile des Referenzgebudeverfahrens ist damit die verbleibende architektonische Freiheit, die das Verfahren vor allem im Hinblick auf die Gestaltung der Gebudehlle und der Kubatur ermçglicht. Die bisherige Abhngigkeit des Anforderungswertes von der Kompaktheit A/V des Gebudes fçrderte einen sehr schlichten, eben kompakten Entwurf. Das Referenzgebude entspricht nunmehr in seiner Geometrie dem zu errichtenden Gebude. Die energetisch optimierte Bauweise wird sich aber auch zuknftig widerspiegeln, indem bei derartigen Gebuden der energetische Kennwert des Energieausweises geringer sein wird, als bei einem nicht optimierten Gebude, ohne jedoch den Nachweis zu dominieren. Das Referenzgebudeverfahren sieht auch vor, dass die individuelle Nutzungscharakteristik des realen Gebudes mçglichst exakt im Nachweisverfahren abgebildet wird. Um dabei aber die Vergleichbarkeit von gleich-

artigen Gebuden, also gleicher Nutzung, zu ermçglichen, werden feste Nutzungsprofile vorgegeben, von denen nur im Einzelfall und nur bei Nichtwohngebuden abgewichen werden darf. Die Nutzungsprofile sind in den jeweils verwiesenen Normen enthalten. Auf die Nutzungen wird jeweils fr Wohngebude in Abschnitt 3.3.3 und fr Nichtwohngebude in Abschnitt 3.4.3 eingegangen. Die Primrenergiefaktoren fr die Berechnung des Jahres-Primrenergiebedarfs sind DIN V 4701-10 bzw. DIN V 18599-1 zu entnehmen, sofern nicht die EnEV andere Faktoren festlegt. Dies betrifft derzeit den Faktor fr den Strom-Mix Deutschland sowie die Verwendung von flssiger oder gasfçrmiger Biomasse (Tabelle 3). Als Primrenergiefaktoren werden ausschließlich die Werte fr den nicht erneuerbaren Anteil verwendet. Neben dem Anforderungswert an den Jahres-Primrenergiebedarf gibt es in der EnEV 2009 auch weiterhin eine Nebenanforderung an die Energieeffizienz der Gebudehlle. Diese verhindert, dass Gebude trotz eines hohen Endenergiebedarfs, weil die Gebudehlle unzureichend wrmegedmmt ist, einen geringen Primrenergiebedarf hat, weil fr die Wrme- und/oder Klteerzeugung erneuerbare Energien eingesetzt werden, deren Primrenergiefaktor nahe null liegt. Fr Gebude werden mit der Nebenanforderung entsprechend die Verluste ber die wrmebertragende Gebudehlle begrenzt. Fr Wohngebude erfolgt der Nachweis wie bisher ber die Begrenzung des Hçchstwerts des Trans-

Novellierung der Energieeinsparverordnung

9

Tabelle 3. Primrenergiefaktoren nach [1, 5, 10] Energietrger

Primrenergiefaktor (nicht erneuerbarer Anteil)

Bezug / Quelle

Heizçl EL, Erdgas H, Flssiggas

1,1

Steinkohle

1,1

DIN V 4701-10 bzw. DIN V 18599-1

Braunkohle

1,2

Holz

0,2

Nah-/Fernwrme aus KWK mit fossilen Brennstoffen

0,7

Nah-/Fernwrme aus KWK mit erneuerbaren Brennstoffen

0,0

Nah-/Fernwrme aus Heizwerken mit fossilen Brennstoffen

1,3

Nah-/Fernwrme aus Heizwerken mit erneuerbaren Brennstoffen 0,1 Umweltenergie

0,0

DIN V 18599-1

Strom-Mix

2,6 1)

Anlage 1 EnEV 2009

flssige oder gasfçrmige Biomasse 2)

0,5

1) statt 3,0 nach DIN V 4701-10 bzw. 2,7 nach DIN V 18599 Teil 1 2) Biomasse ist im Sinne des § 2 Abs. 1 Nr. 4 des Erneuerbare-Energien-Wrmegesetzes, wenn sie im unmittelbaren rumlichen Zusammenhang mit dem Gebude erzeugt wird

missionswrmeverlusts H0T (Abschn. 3.3.4), bei Nichtwohngebuden mit der EnEV 2009 ber Hçchstwerte an die Wrmedurchgangskoeffizienten von Bauteilgruppen (Abschn. 3.4.4). 3.3

Nachweis von Wohngebuden

3.3.1

Jahres-Primrenergiebedarf

Mit der EnEV 2009 darf zur Berechnung des Jahres-Primrenergiebedarfs von Wohngebuden entweder das Berechnungsverfahren nach DIN V 18599 oder alternativ das bisher schon gltige Verfahren nach DIN V 4108-6 [4] in Verbindung mit DIN V 4701-10 [5] gleichwertig und ohne Einschrnkung angewendet werden. Trotz mçglicher unterschiedlicher Kennwerte werden die materiellen Anforderungen in der Regel bei beiden Verfahren gleich sein, weil das Ist-Gebude immer am Referenzgebude kalibriert wird. Deshalb mssen beide Gebude mit demselben Verfahren bilanziert werden. Ein zu errichtendes Wohngebude ist so auszufhren, dass es den Wert des Jahres-Primrenergiebedarfs eines Referenzgebudes gleicher Geometrie, Gebudenutzflche und Ausrichtung mit der in EnEV 2009 angegebenen technischen Referenzausfhrung (Tabelle 4) nicht berschreitet. Fr neue Wohngebude ist bei der Berechnung des Jahres-Primrenergiebedarfs der Energiebedarf fr Heizung, Warmwasserbereitung, Lftung und ggf. Khlung zu bilanzieren. Fr das zu errichtende Wohngebude und das Referenzgebude ist der JahresPrimrenergiebedarf nach einem der in Anlage 1 EnEV 2009 genannten Verfahren zu berechnen. Das zu errichtende Wohngebude und das Referenzgebude sind mit demselben Verfahren zu berechnen.

Bei der Berechnung der Jahres-Primrenergiebedarfe sowohl des Referenzwohngebudes als auch des Wohngebudes sind die weiteren in Tabelle 5 genannten Randbedingungen zu verwenden. Erluterungen zu Tabelle 4 Zeilen 1.1. bis 1.7 und 2 Der bauliche Wrmeschutz des Referenzgebudes wird ber die Festlegung von Wrmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) fr unterschiedliche Bauteilgruppen nach den Zeilen 1.1 bis 1.7 gewhrleistet. Darber hinaus wird ein reduzierter Wrmebrckenzuschlag DUWB von 0,05 W/m±K angesetzt. Der bisherige Quotient A/Ve als Bezugsgrçße zur Bestimmung des Anforderungswertes kann daher entfallen. Damit besteht auch nicht mehr das Problem hinsichtlich unterschiedlicher Fensterflchenanteile und der bisherigen Bevorzugung von Entwrfen mit geringem Fensterflchenanteil. Der hçhere Fensterflchenanteil wirkt sich zwar nicht unmittelbar auf den Nachweis des Jahres-Primrenergiebedarfs aus, allerdings wird ein solches Gebude natrlich eine hçhere Kennzahl ausweisen und sich damit in einem ungnstigeren Bereich des Bandtachometers im Energieausweis wiederfinden. Die Kennwerte fr den baulichen Wrmeschutz wurden derart festgelegt, dass sich ein im Durchschnitt rund 15 % schrferes Anforderungsniveau an die Gebudehlle gegenber der EnEV 2007 ergibt. Die Kennwerte des Referenzgebudes stellen aber wie gesagt keine Einzelanforderungen dar, sodass der Mindestwrmeschutz auch in der EnEV 2009 weiterhin ber eine Nebenanforderung gewhrleistet wird (s. Abschn. 3.3.4).

10

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Tabelle 4. Referenzausfhrung fr Wohngebude nach [10] Zeile

Bauteil / System

Referenzausfhrung / Wert (Maßeinheit) mit U Wrmedurchgangskoeffizient: g? Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung

1.1

Außenwand, Geschossdecke gegen Außenluft

U = 0,28 W/(m± · K)

1.2

Außenwand gegen Erdreich, Bodenplatte, Wnde und Decken zu unbeheizten Rumen (außer solche nach Zeile 1.1)

U = 0,35 W/(m± · K)

1.3

Dach, oberste Geschossdecke, Wnde zu Abseiten

U = 0,20 W/(m± · K)

1.4

Fenster, Fenstertren

Uw = 1,3 W/(m± · K); g? = 0,60

1.5

Dachflchenfenster

Uw = 1,4 W/(m± · K); g? = 0,60

1.6

Lichtkuppeln

Uw = 2,7 W/(m± · K); g? = 0,64

1.7

Außentren

U = 1,80 W/(m± · K)

2

Wrmebrckenzuschlag (Bauteile nach 1.1 bis 1.7)

Wrmebrckenzuschlag: DUWB = 0,05 W/(m± · K)

3

Luftdichtheit der Gebudehlle

Bemessungswert n50 nach DIN V 4108-6 [4] „mit Dichtheitsprfung“ oder DIN V 18599-2 „nach Kategorie I“

4

Sonnenschutzvorrichtung

keine Sonnenschutzvorrichtung

5

Heizungsanlage

•

•

•

6

Anlage zur Warmwasserbereitung

• • • •

•

Wrmeerzeugung durch Brennwertkessel (verbessert), Heizçl EL, Aufstellung: – fr Gebude mit bis zu 2 Wohneinheiten innerhalb der thermischen Hlle – fr Gebude mit mehr als 2 Wohneinheiten außerhalb der thermischen Hlle Auslegungstemperatur 55/45 C, zentrales Verteilsystem innerhalb der wrmebertragenden Umfassungsflche, innen liegende Strnge und Anbindeleitungen, Pumpe auf Bedarf ausgelegt (geregelt, Dp konstant), Rohrnetz hydraulisch abgeglichen, Wrmedmmung der Rohrleitungen nach Anlage 5 Wrmebergabe mit freien statischen Heizflchen, Anordnung an normaler Außenwand, Thermostatventile mit Proportionalbereich 1 K zentrale Warmwasserbereitung gemeinsame Wrmebereitung mit Heizungsanlage nach Zeile 5 Solaranlage (Kombisystem mit Flachkollektor) entsprechend den Vorgaben nach DIN V 4701-10 oder DIN V 18599-5 Speicher, indirekt beheizt (stehend), gleiche Aufstellung wie Wrmeerzeuger, Auslegung nach DIN V 4701-10 oder DIN V 18599-5 als – kleine Solaranlage bei AN < 500 m± (bivalenter Solarspeicher) – große Solaranlage bei AN > 500 m± Verteilsystem innerhalb der wrmebertragenden Umfassungsflche, innen liegende Strnge, gemeinsame Installationswand, Wrmedmmung der Rohrleitungen nach Anlage 5, mit Zirkulation, Pumpe auf Bedarf ausgelegt (geregelt, Dp konstant)

7

Khlung

keine Khlung

8

Lftung

zentrale Abluftanlage, bedarfsgefhrt mit geregeltem DC-Ventilator

Novellierung der Energieeinsparverordnung

Fr verglaste Bauteile nach den Zeilen 1.4 bis 1.6 sind zur Beschreibung der energetischen Qualitt neben dem Uw-Wert auch Angaben zum Gesamtenergiedurchlassgrad g^ erforderlich. Die EnEV unterscheidet dabei zwischen transparenten Verglasungen an Außenwnden (Fenster, Fenstertren), Dachflchenfenstern und Dachoberlichtern (Lichtkuppeln). Der Gesamtenergiedurchlassgrad von 0,60 fr Fenster bzw. 0,64 fr Oberlichter in Verbindung mit den jeweiligen U-Werten entspricht marktblichen Bauteilen. Zeile 3 Die Luftdichtheit der Gebudehlle wird ber den Bemessungswert n50 festgelegt. Dieser bestimmt sich in Abhngigkeit des gewhlten Verfahrens unterschiedlich: Nach DIN V 4108-6 „mit Dichtheitsprfung“ [4] und nach DIN V 18599-2 als „Kategorie I“ [1]. Im Nachweis wird davon ausgegangen, dass bei natrlicher und maschineller Lftung eine Dichtheitsmessung erfolgt. Dieses Verfahren ist praxiserprobt und etabliert, wirtschaftlich vertretbar und findet seit bereits Einfhrung der EnEV 2002 Anwendung. Zeile 4 Das Referenzgebude wird ohne vorhandene Sonnenschutzvorrichtung bilanziert. Hintergrund ist, dass erstens der planerische Entwurf im Referenzgebude mçglichst unbeeintrchtigt bleiben soll, zweitens ber den Nachweis des sommerlichen Wrmeschutzes nach DIN V 4108-2 eine Sonnenschutzvorrichtung entbehrlich oder notwendig wird und drittens ein im realen Gebude vorhandener Sonnenschutz einen besseren Primrenergiebedarf ergibt („Bonussystem“). Zeile 5 Die Wrmebereitstellung erfolgt durch ein marktbliches Brennwertsystem. Als Energietrger wird Heizçl (EL) angenommen. Grundvoraussetzung fr die Wahl des Systems war neben der Energieeffizienz insbesondere, dass das Referenzgebude in jedem Fall baubar sein soll. Eine leitungsgebundene Versorgung (z. B. Erdgas oder Fernwrme) ist nicht im gesamten Bundesgebiet gewhrleistet. Der Aufstellungsort in Abhngigkeit der Anzahl der Wohneinheiten entspricht ebenfalls den Regelausfhrungen in Deutschland. Zeile 6 Die Warmwasserversorgung erfolgt ebenfalls zentral und gemeinsam mit der Heizwrmeversorgung. Das Speichersystem spiegelt marktbliche Systeme wider. Die anteilige Bereitstellung der Wrme ber eine solarthermische Anlage mittels eines Flachkollektors ist neben der Steigerung der koeffizienz der Heizungsanlage, insbesondere dem Erneuerbare-Energien-Wrmegesetz geschuldet [7]. Das Referenzgebude sollte auch mit dieser Vorgabe im Regelfall baubar sein. Die Solarthermie ist eine der Mçglichkeiten zur Erfllung des Gesetzes. Andere, z. B. wiederum leitungsgebundene Lçsungen, kamen wie im Falle der Heizungsreferenz nicht in Betracht. Die Vorgaben fr die jeweils angewendete Norm dienen der eindeutigen Bilanzierbarkeit.

11

Tabelle 5. Weitere Bilanz-Randbedingungen fr das Referenzund das Ist-Gebude nach [10] Kenngrçße

Randbedingungen Referenzgebude und Ist-Gebude

Verschattungsfaktor FS

FS = 0,9; soweit die baulichen Bedingungen nicht detailliert bercksichtigt werden.

Solare Wrmegewinne ber opake Bauteile

– Emissionsgrad der Außenflche fr Wrmestrahlung: e = 0,8 – Strahlungsabsorptionsgrad an opaken Oberflchen: a = 0,5 fr dunkle Dcher kann abweichend angenommen werden: a = 0,8

Beide Normen unterscheiden zwischen kleinen und großen Anlagen, die Abgrenzung erfolgt ber die Gebudenutzflche AN. Zeile 7 Wohngebude kommen bei entsprechender energieeffizienter Planung auch weiterhin ohne eine aktive Khlung aus. Gebude, die trotzdem gekhlt werden sollen, mssen den schlechteren primrenergetischen Kennwert anderweitig kompensieren („Malussystem“). Zeile 8 Das Referenzwohngebude wird mit einer zentralen Abluftanlage mit geregeltem Gleichstrom-Ventilator (DC-Ventilator) ausgefhrt. Die kontrollierte Wohnungslftung ist bei den nach Zeile 3 geforderten hohen Luftdichtheiten der Gebudehlle als erforderlich anzusehen (Vermeidung von Feuchteschden und Schimmelpilzbildung durch zu geringen Luftaustausch). Diese Referenzvorgabe ist aber eher als symbolisch, ggf. auch als richtungweisend in die Zukunft zu sehen. Denn eine reine Abluftanlage wird bei der Energiebedarfsbilanzierung gegenber der manuellen Fensterlftung (kontrollierte Stoßlftung) als nahezu gleichwertig bercksichtigt. Einen deutlich besseren Energiekennwert wrde erst eine kontrollierte Zu- und Abluftanlage in Verbindung mit einer effizienten Wrmerckgewinnung erreichen. 3.3.2

Elektrische Warmwasserbereitung

Soweit in dem zu errichtenden Wohngebude eine elektrische Warmwasserbereitung ausgefhrt wird, darf diese anstelle von Tabelle 4 Zeile 6 als wohnungszentrale Anlage ohne Speicher gemß den in Tabelle 5.1-3 der DIN V 4701-10 gegebenen Randbedingungen bercksichtigt werden. Der sich fr das genderte Referenzgebude daraus ergebende grçßere Zahlenwert (also der von der Anforderung schwchere Hçchstwert) des Jahres-Primrenergiebedarfs ist abschließend um

12

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

10,9 kWh/(m± · a) zu verringern (d. h. die Anforderung zu verschrfen). Abweichungen gibt es fr die Erfllung des EEWrmeG: Diese Anforderung gilt nicht bei Durchfhrung von Maßnahmen zur Einsparung von Energie nach § 7 Nummer 2 in Verbindung mit Nummer VI.1 der Anlage des Gesetzes.

nach zweiter Berechnungsverordnung (II.BV) angibt. Es ist deshalb erforderlich, bei der Berechnung nach DIN V 18599 neben der Gebudenutzflche AN auch die Wohnflche AWF nach II. Berechnungsverordnung zu ermitteln, um den Bezugswert als Absolutwert in die Bilanz einfließen zu lassen.

3.3.3

3.3.4

Nutzungsprofil fr Wohngebude

Das Nutzungsprofil ist normativ vorgegeben und muss je nach verwendetem Verfahren (DIN V 4108-6 [4] oder DIN V 18599 [1]) angewendet werden. Nur so sind die Energiebedarfswerte von unterschiedlichen Wohngebuden miteinander vergleichbar. Andernfalls wre die Nutzung einer der dominierenden Einflussparameter. Bei Wohngebuden ist der Energiebedarf fr Warmwasser in der Berechnung des Jahres-Primrenergiebedarfs wie folgt anzunehmen: – bei der Berechnung nach DIN V 18599-10, Tabelle 3 betrgt der Nutzenergiebedarf fr Warmwasser 12 bzw. 16 kWh/(m±WF · a) und – bei der Berechnung nach DIN V 4108-6 / 4701-10 betrgt der Nutzwrmebedarf fr die Warmwasserbereitung QW nach DIN V 4701-10 12,5 kWh/(m±AN · a) [4, 5]. Es ist zu beachten, dass Tabelle 3 der DIN V 18599-10 die Bilanzwerte in Bezug auf die m± Wohnflche (WF) Tabelle 6. Abweichende Bilanz-Randbedingungen fr das Referenzgebude im Falle einer rein elektrischen Warmwasserbereitung nach [10] Zeile

Bauteil/System Referenzausfhrung / Wert (Maßeinheit)

6elektr.

Anlagen mit elektrischer Warmwasserbereitung

– wohnungszentrale Warmwasserbereitung – ohne Speicher – weitere Randbedingungen nach Tabelle 5.1-3 der DIN V 4701-10 – Verringerung des dadurch erhçhten Jahres-Primrenergiebedarfs um 10,9 kWh/(m± · a)

Tabelle 7. Hçchstwerte des Transmissionswrmeverlusts H0T fr Wohngebude nach [10] Gebudetyp

H0T [W/m±K]

Freistehendes Wohngebude mit AN £ 350 m±

0,40

mit AN > 350 m±

0,50

Einseitig angebautes Wohngebude

0,45

Alle anderen Wohngebude

0,65

Erweiterungen und Ausbauten von Wohngebuden 0,65 gemß § 9 Absatz 5

Anforderung an die Effizienz der Gebudehlle

ber den spezifischen Transmissionswrmeverlust (H0T) werden bei Wohngebuden wie bisher die Verluste ber die Gebudehlle begrenzt und damit eine Mindesteffizienz der Gebudehlle gewhrleistet. Die Anforderungen an die Wrmedmmung der Gebudehlle wurden mit der EnEV 2009 um durchschnittlich 15 % verschrft. In Abhngigkeit des Gebudetyps werden die in Tabelle 7 genannten Hçchstwerte an H0T gestellt. Den Vergleich zwischen neuer Methodik und neuem Anforderungswert zeigt Bild 3 anhand typischer A/V–Verhltnisse fr die nach EnEV 2009 neu festgelegten Gebudetypen (Tabelle 7). Die mittlere Verschrfung um 15 % zeigt die theoretische Fortsetzung der bisherigen A/V-abhngigen Methodik. 3.3.5

Sommerlicher Wrmeschutz

Als hçchstzulssige Sonneneintragskennwerte nach § 3 Abs. 4 EnEV 2009 sind die in DIN 4108-2 Abschnitt 8 festgelegten Werte einzuhalten und der Sonneneintragskennwert nach dem darin genannten Verfahren zu bestimmen. Darber darf auch eine Simulationsrechnung fr den Nachweis angewendet werden. In diesem Fall sind die Randbedingungen zu beachten, die die aktuellen klimatischen Verhltnisse am Standort des Gebudes hinreichend gut wiedergeben. 3.4

Nachweis von Nichtwohngebuden

3.4.1

Jahres-Primrenergiebedarf

Zu errichtende Nichtwohngebude sind so auszufhren, dass der Jahres-Primrenergiebedarf fr Heizung, Warmwasserbereitung, Lftung, Khlung und eingebaute Beleuchtung den Wert des Jahres-Primrenergiebedarfs eines Referenzgebudes gleicher Geometrie, Nettogrundflche, Ausrichtung und Nutzung einschließlich der Anordnung der Nutzungseinheiten und der in der EnEV angegebenen technischen Referenzausfhrung (Tabelle 9) nicht berschreitet. Als Bilanzierungsregeln fr den çffentlichen-rechtlichen Nachweis sind sowohl fr das Referenzgebude als auch fr das reale Ist-Gebude die in Tabelle 8 angegebenen Bilanzierungsregeln zu verwenden. Fr Nichtwohngebude gilt als Bezugsflche die Nettogrundflche (ANGF). Werden in Nichtwohngebuden bauliche oder anlagentechnische Komponenten eingesetzt, fr deren energetische Bewertung keine anerkannten Regeln der Technik oder gemß § 9 Abs. 2 EnEV 2009 bekannt gemachten gesicherten Erfahrungswerte vorliegen, so

Novellierung der Energieeinsparverordnung

13

Bild 3. Verschrfung der Nebenanforderungen Transmissionswrmeverlust (H0T) der EnEV 2009 gegenber EnEV 2007 [13]

Tabelle 8. Bilanzrandbedingung fr die Referenz und das reale Ist-Gebude nach [10] Zeile

Kenngrçße

Randbedingungen

1

Verschattungsfaktor FS

FS = 0,9; soweit die baulichen Bedingungen nicht detailliert bercksichtigt werden.

2

Verbauungsindex IV

IV = 0,9; eine genaue Ermittlung nach DIN V 18599-4 ist zulssig.

3

Heizunterbrechung (Dauer gemß Nutzungsrandbedingungen nach Tabelle 4 DIN V 18599-10)

Fr Raumhçhen £ 4 m: Absenkbetrieb

Solare Wrmegewinne ber opake Bauteile

Emissionsgrad der Außenflche fr Wrmestrahlung: e = 0,8

5

Wartungsfaktor (WF) der Beleuchtung

Fr Nutzungen 14, 15 und 22: – WF = 0,6 – Tabellenverfahren: Elektrische Bewertungsleistung pj nach Gleichung (10) in DIN V 18599-4 ist mit 1,12 zu multiplizieren Fr andere Nutzungen: – WF = 0,8 – Tabellenverfahren: Elektrische Bewertungsleistung pj nach Gleichung (10) in DIN V 18599-4 ist mit 0,84 zu multiplizieren

6

Bercksichtigung einer Konstantlichtregelung

Fr Nutzungen 14, 15 und 22 ist der Nutzenergiebedarf fr Beleuchtungszwecke nach Gleichung (2) DIN V 18599-4 ist mit 0,8, fr andere Nutzungen mit 0,9 zu multiplizieren

4

Fr Raumhçhen > 4 m: Abschaltbetrieb

Strahlungsabsorptionsgrad an opaken Oberflchen: a = 0,5; fr dunkle Dcher kann angenommen werden: a = 0,8

14

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

sind hierfr Komponenten anzusetzen, die hnliche energetische Eigenschaften aufweisen. Erluterungen zu Tabelle 9 Zeilen 1.1. bis 1.10 und 2 Der bauliche Wrmeschutz des Referenzgebudes wird wie bei Wohngebuden ber die Festlegung von Wrmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) fr unterschiedliche Bauteilgruppen nach den Zeilen 1.1 bis 1.10 gewhrleistet. Darber hinaus wird ebenfalls ein reduzierter Wrmebrckenzuschlag DUWB von 0,05 W/m±K angesetzt (Zeile 2). Bei Vorhangfassaden nach Zeile 1.2 ist der Wrmebrckenzuschlag bereits im U-Wert bercksichtigt. Der bisherige Quotient A/Ve als Bezugsgrçße zur Bestimmung des Anforderungswertes kann daher auch bei den Nichtwohngebuden entfallen. Ebenso ist keine Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Fensterflchenanteilen mehr notwendig, die Geometrie und die Flchenanteile werden nun unmittelbar dem Ist-Gebude entsprechend angenommen. Die U-Werte fr den baulichen Wrmeschutz wurden derart festgelegt, dass sich eine im Durchschnitt rund 15 % schrfere Referenzausfhrung der Gebudehlle gegenber der EnEV 2007 ergibt. Die Kennwerte des Referenzgebudes stellen aber wie gesagt keine Einzelanforderungen dar, sodass der Mindestwrmeschutz auch in der EnEV 2009 weiterhin ber eine Nebenanforderung gewhrleistet wird. Zeilen 1.2, 1.5-1.9 und 4.2 Fr verglaste Bauteile nach den Zeilen 1.2, 1.5 bis 1.9 und, bei vorhandener Sonnenschutzverglasung auch Zeile 4.2, sind zur Beschreibung der energetischen Qualitt neben dem Uw-Wert auch Angaben zum Gesamtenergiedurchlassgrad (g^) und Lichttransmissionsgrad der Verglasung (tD65 ) erforderlich. Die EnEV unterscheidet dabei zwischen transparenten Verglasungen an Außenwnden (Fenster, Fenstertren), Vorhangfassaden, Dachflchenfenstern, Glasdchern, Lichtbndern und Lichtkuppeln. Fr die Bewertung des neben dem Tageslicht zustzlich erforderlichen Kunstlichts wird fr verglaste Bauteile außerdem der Lichttransmissionsgrad im Referenzfall vorgegeben. Beide zustzlichen Kennwerte entsprechen in Verbindung mit den jeweils genannten U-Werten marktblichen Bauteilen. Zeile 3 Die Luftdichtheit der Gebudehlle wird ber den Bemessungswert n50 festgelegt. Dieser bestimmt sich nach DIN V 18599-2 als „Kategorie I“. Im Nachweis wird davon ausgegangen, dass bei natrlicher und maschineller Lftung eine Dichtheitsmessung erfolgt. Dieses Verfahren ist praxiserprobt und etabliert, wirtschaftlich vertretbar und findet bereits seit Einfhrung der EnEV 2002 Anwendung. Zeile 4.1 Beim Ansatz der Tageslichtversorgung hat sich gegenber der EnEV 2007 keine Vernderung ergeben. Weiterhin gilt, wenn ein Blendschutz vorhanden ist, wird

der Tageslichtversorgungsfaktor auf 0,15 reduziert. Dieser entspricht dem nach DIN V 18599 ungnstigen Wert, sodass bessere Systeme einen Bonus erhalten. Ohne Sonnen- oder Blendschutz liegt der Referenzwert wie bisher bei 0,70. Zeile 4.2 Anders als bei den Wohngebuden werden fr das Referenz-Nichtwohngebude, je nachdem welche Sonnenschutzvorrichtung im realen Gebude verwendet wird, unterschiedliche Kennwerte vorgegeben. Vernderungen ergeben sich gegenber EnEV 2007 im Falle der Verwendung von Sonnenschutzverglasungen, die bislang ein gnzlich neutraler Posten waren. Hier wird mit der EnEV 2009 im Referenzfall mit gegenber den Regelwerten fr nicht sonnenschutzverglaste Bauteile (nach den Zeilen 1.2, 1.8 oder 1.9) reduzierten Gesamtenergiedurchlassgraden und Lichtemissionsgraden bilanziert. Zeilen 5.1.1 bis 5.1.3 und 5.2 Das Referenzgebude 2007 wurde auch beim Wrmeerzeuger dem Stand der Technik angepasst. Im Referenzfall wird nun statt eines Niedertemperatursystems mit einem Brennwertkessel in der Ausfhrung „verbessert“ nach DIN V 18599-5 gerechnet. Die Aufstellung erfolgt wie bisher außerhalb der thermischen Hlle. Bei der Wrmeverteilung wird die Regelausfhrung als statische Heizung oder Umluftheizung mit dezentraler Nachheizung ber die RLT-Anlage nun mit mehr Details beschrieben, die fr eine eindeutige Bilanzierung erforderlich sind. Neu ist die Korrektur der aus DIN V 18599-5 resultierenden Rohrleitungslngen auf 70 % des berechneten Wertes. Eine eigene Referenzausfhrung der Verteilung erhalten zentrale RLT-Gerte. Bei der Wrmebergabe wird die Referenz bei einer statischen Heizung wie bisher mit freien Heizflchen bilanziert. Lediglich der Proportionalbereich des angenommenen Reglers wurde auf 1 Kelvin verschrft. Neu ist auch bei der Wrmebergabe die eigene Referenz fr Umluftheizungen. Hier wird als Bilanzrandbedingung die Raumtemperatur als Regelgrçße und eine hohe Regelgte vorgegeben. Darber hinaus gibt es in der EnEV 2009 nun ab einer Raumhçhe von mehr als 4 m (i. d. R. Hallengebude) eine eigene Referenz (Zeile 5.2), die mit einer Warmluftheizung bilanziert wird. Weitere Randbedingungen komplettieren diese Referenz. Zeilen 6.1 und 6.2 Wie bei den Wohngebuden erfolgt die Warmwasserbereitung des Referenz-Nichtwohngebudes gemeinsam mit der Heizwrmeversorgung und indirekt beheiztem Speicher, sofern ein zentrales System vorliegt. Die anteilige Bereitstellung der Wrme ber eine solarthermische Anlage mittels eines Flachkollektors ist neben der Steigerung der koeffizienz der Heizungsanlage, insbesondere dem Erneuerbare-Energien-Wrmegesetz (EEWrmeG) geschuldet. Das Referenzgebude sollte mit dieser Vorgabe im Regelfall auch nach dem EE-

Novellierung der Energieeinsparverordnung

15

Tabelle 9. Referenzausfhrung fr Nichtwohngebude nach [10] Zeile

Bauteil / System

Referenzausfhrung / Wert (Maßeinheit) fr normale Raumsolltemperaturen im Heizfall (t ‡ 19 C) mit U Wrmedurchgangskoeffizient g? Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung tD65 Lichttransmissionsgrad der Verglasung

1.1

Außenwand, Geschossdecke gegen Außenluft

U = 0,28 W/(m± · K)

1.2

Vorhangfassade

U = 1,4 W/(m± · K); g? = 0,48; tD65 = 0,72

1.3

Außenwand gegen Erdreich, Bodenplatte, Wnde und Decken zu unbeheizten Rumen (außer solche nach Zeile 1.4)

U = 0,35 W/(m± · K)

1.4

Dach (außer solche nach 1.5), oberste Geschossdecke, Wnde zu Abseiten

U = 0,2 W/(m± · K)

1.5

Glasdcher

U = 2,7 W/(m± · K); g? = 0,63; tD65 = 0,76

1.6

Lichtbnder

U = 2,4 W/(m± · K); g? = 0,55; tD65 = 0,48

1.7

Lichtkuppeln

U = 2,7 W/(m± · K); g? = 0,64; tD65 = 0,59

1.8

Fenster, Fenstertren

Uw = 1,3 W/(m± · K); g? = 0,60; tD65 = 0,78

1.9

Dachflchenfenster

Uw = 1,4 W/(m± · K); g? = 0,60; tD65 = 0,78

1.10

Außentren

U = 1,8 W/(m± · K)

2

Wrmebrckenzuschlag (Bauteile nach 1.1 und 1.3 bis 1.10)

Wrmebrckenzuschlag: DUWB = 0,05 W/(m±·K)

3

Luftdichtheit der Gebudehlle

Bemessungswert n50 nach DIN V 18599-2 „nach Kategorie I“

4.1

Tageslichtversorgung bei Sonnen- Tageslichtversorgungsfaktor CTL,Vers,SA nach DIN V 18599-4 und/oder Blendschutz – kein Sonnen- oder Blendschutz vorhanden: 0,70 – Blendschutz vorhanden: 0,15

4.2

Sonnenschutzvorrichtung

5.1

Heizung fr Raumhçhen £ 4 m

5.1.1

Wrmeerzeuger

Brennwertkessel „verbessert“ nach DIN V 18599-5, Geblsebrenner, Heizçl EL, Aufstellung außerhalb der thermischen Hlle, Wasserinhalt > 0,15 l/kW

5.1.2

Wrmeverteilung

– bei statischer Heizung und Umluftheizung (dezentrale Nachheizung in RLT-Anlage): Zweirohrnetz, außen liegende Verteilleitungen im unbeheizten Bereich, innen liegende Steigstrnge und Anbindeleitungen, Systemtemperatur 55/45 C, hydraulisch abgeglichen, Dp konstant, Pumpe auf Bedarf ausgelegt mit intermittierendem Betrieb, keine berstrçmventile, Rohrleitungslnge mit 70 % der Standardwerte und die Umgebungstemperaturen gemß den Standardwerten nach DIN V 18599-5 zu ermitteln.

Fr das Referenzgebude ist die tatschliche Sonnenschutzvorrichtung des zu errichtenden Gebudes anzunehmen Wenn Sonnenschutzverglasung zum Einsatz kommt, sind dafr als Werte anzusetzen: • anstelle der Werte der Zeile 1.2 – Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung g^ = 0,35 – Lichttransmissionsgrad der Verglasung tD65 = 0,58 • anstelle der Werte der Zeilen 1.8 und 1.9: – Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung g^ = 0,35 – Lichttransmissionsgrad der Verglasung tD65 = 0,62

– bei zentralem RLT-Gert: Zweirohrnetz, Systemtemperatur 70/55 C, hydraulisch abgeglichen, Dp konstant, Pumpe auf Bedarf ausgelegt, fr den Referenzfall sind die Rohrleitungslnge und die Lage der Rohrleitungen wie beim zu errichtenden Gebude anzunehmen.

16

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Tabelle 9. Referenzausfhrung fr Nichtwohngebude nach [10] (Fortsetzung) Zeile

Bauteil / System

Referenzausfhrung / Wert (Maßeinheit) fr normale Raumsolltemperaturen im Heizfall (t ‡ 19 C) mit U Wrmedurchgangskoeffizient g? Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung tD65 Lichttransmissionsgrad der Verglasung

5.1.3

Wrmebergabe

– bei statischer Heizung: freie Heizflchen an der Außenwand mit Glasflche mit Strahlungsschutz, P-Regler (1K), keine Hilfsenergie – bei Umluftheizung (dezentrale Nachheizung in RLT-Anlage): Regelgrçße Raumtemperatur, hohe Regelgte.

5.2

Heizung fr Raumhçhen > 4 m

Warmluftheizung mit normalem Induktionsverhltnis, Luftauslass seitlich, P-Regler (1K) nach DIN V 18599-5

6.1

Anlage zur Warmwasserbereitung Wrmeerzeuger: • Solaranlage nach Nr. 6.4.1 DIN V 18599-8, mit als zentrales System – Flachkollektor: Ac = 0,09 · (1,5 · ANGF )0,8 – Volumen des (untenliegenden) Solarteils des Speichers: Vs,sol = 2 · (1,5 · ANGF)0,9 – bei ANGF > 500 m± „große Solaranlage“ (ANGF: Nettogrundflche der mit zentralem System versorgten Zonen) • Restbedarf ber den Wrmeerzeuger der Heizung Wrmespeicherung: indirekt beheizter Speicher (stehend), Aufstellung außerhalb der thermischen Hlle Wrmeverteilung: mit Zirkulation, Dp konstant, Pumpe auf Bedarf ausgelegt, Rohrleitungslnge und die Lage der Rohrleitungen wie beim zu errichtenden Gebude anzunehmen.

6.2

Anlage zur Warmwasserbereitung elektrischer Durchlauferhitzer; pro Gert eine Zapfstelle und 6 m Leitungslnge als dezentrales System

7.1

Raumlufttechnik – Abluftanlage

spezifische Leistungsaufnahme Ventilator PSFP = 1,0 kW/(m/s)

7.2

Raumlufttechnik – Zu- und Abluftanlage ohne Nachheiz- und Khlfunktion

spezifische Leistungsaufnahme – Zuluftventilator PSFP = 1,5 kW/(m/s) – Abluftventilator PSFP = 1,0 kW/(m/s) Zuschlge nach DIN EN 13779 Abschnitt 6.5.2 kçnnen nur fr den Fall von HEPA-Filtern, Gasfiltern oder Wrmerckfhrungsklassen H2 oder H1 angerechnet werden. – Wrmerckgewinnung ber Plattenwrmebertrager (Kreuzgegenstrom) Rckwrmzahl ht = 0,6 Druckverhltniszahl fP = 0,4 Luftkanalfhrung: innerhalb des Gebudes

7.3

Raumlufttechnik Zulufttemperatur 18 C, sonst wie 7.2 – Zu- und Abluftanlage mit geregelter Luftkonditionierung

7.4

Raumlufttechnik – Nur-Luft-Klimaanlagen

als Variabel-Volumenstrom-System ausgefhrt: Druckverhltniszahl fP = 0,4; Luftkanalfhrung: innerhalb des Gebudes

8

Raumkhlung

Kltesystem: Kaltwasser Fan-Coil, Brstungsgert, Kaltwassertemperatur 14/18 C Kaltwasserkreis Raumkhlung: berstrçmung 10 %; spezifische elektrische Leistung der Verteilung Pd,spez = 30 Wel /kWKlte; hydraulisch abgeglichen, geregelte Pumpe hydraulisch entkoppelt, saisonale sowie Nacht- und Wochenendabschaltung

Novellierung der Energieeinsparverordnung

17

Tabelle 9. Referenzausfhrung fr Nichtwohngebude nach [10] (Fortsetzung) Zeile

Bauteil / System

Referenzausfhrung / Wert (Maßeinheit) fr normale Raumsolltemperaturen im Heizfall (t ‡ 19 C) mit U Wrmedurchgangskoeffizient g? Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung tD65 Lichttransmissionsgrad der Verglasung

9

Klteerzeugung

Erzeuger: Kolben/Scrollverdichter mehrstufig schaltbar, R134 a, luftgekhlt Kaltwassertemperatur: – bei mehr als 5.000 m± mittels Raumkhlung konditionierter Nettogrundflche, fr diesen Konditionierungsanteil 14/18 C – ansonsten 6/12 C Kaltwasserkreis Erzeuger inklusive RLT-Khlung: berstrçmung 30 %, spezifische elektrische Leistung der Verteilung, Pd,spez = 20 Wel/kWKlte, hydraulisch abgeglichen, ungeregelte Pumpe hydraulisch entkoppelt, saisonale sowie Nacht- und Wochenendabschaltung, Verteilung außerhalb der konditionierten Zone. Der Primrenergiebedarf fr das Khlsystem und die Khlfunktion der raumlufttechnischen Anlage darf fr Zonen der Nutzungen 1 bis 3, 8, 10, 16 bis 20 und 31 (nach Tabelle 4 DIN V 18599-10) nur zu 50 % angerechnet werden.

10.1

Beleuchtungsart

– in Zonen der Nutzungen 6 und 7 (nach Tabelle 4 DIN V 18599-10) wie beim ausgefhrten Gebude – ansonsten direkt/indirekt jeweils mit elektronischem Vorschaltgert und stabfçrmiger Leuchtstofflampe

10.2

Regelung der Beleuchtung

Prsenzkontrolle: – in Zonen der Nutzungen 4, 15 bis 19, 21 und 31 (nach Tabelle 4 DIN V 18599-10) mit Prsenzmelder – ansonsten manuell Tageslichtabhngige Kontrolle: – manuell Konstantlichtregelung (siehe Tabelle 3 Zeile 6): – in Zonen der Nutzungen 1 bis 3, 8 bis 10, 28, 29 und 31 (nach Tabelle 4 DIN V 18599-10): vorhanden – ansonsten keine

WrmeG baubar sein. Die Solarthermie ist eine der Mçglichkeiten zur Erfllung des Gesetzes. Andere, z. B. meist leitungsgebundene Lçsungen, kamen wie im Falle der Heizungsreferenz nicht in Betracht. Im Falle einer dezentralen Warmwasserversorgung des realen Gebudes wird auch die Referenz als dezentrales System ausgefhrt, mit je einem elektrischen Durchlauferhitzer pro Zapfstelle und je sechs Metern Leitungslnge. Zeilen 7.1 bis 7.4 Bei der Raumlufttechnik wird wie bisher in reine Abluftsysteme (Zeile 7.1), Zu-/Abluftanlagen ohne Nachheiz-/Khlfunktion (Zeile 7.2) und solche mit geregelter Luftkonditionierung (Zeile 7.3) sowie nur LuftKlimaanlagen (Zeile 7.4) unterschieden. Bei den reinen Abluftsystemen wird wie bisher im Referenzfall die spezifische Leistungsaufnahme des Ventilators vorgegeben; diese wurde aber von 1,25 auf 1,0 kW/(m3/s) verschrft.

Gleiches gilt prinzipiell fr die Zu- und Abluftanlagen nach Zeile 7.2 und 7.3. Fr diese wird die Referenz bei den Zuluftventilatoren statt mit 2,0 nun mit 1,5 und bei den Abluftventilatoren statt mit 1,25 mit 1,0 kW/(m3/s) bilanziert. Die Wrmerckgewinnung erfolgt in der Referenz nun ber einen Plattenwrmetauscher. Bei einer RLT-Anlage mit geregelter Luftkonditionierung wird in EnEV 2009 von einer Zulufttemperatur von 18 C ausgegangen. Bei den Nur-Luft-Klimaanlagen werden die Referenzrandbedingungen um die Vorgabe einer Luftkanalfhrung innerhalb des Gebudes ergnzt. Zeilen 8 und 9 Bei der Festlegung des Khlenergiebedarfs sollten die bisherigen Vorgaben der EnEV 2007 fortgeschrieben werden. Bei einem nach DIN V 4108-2 ausreichend vorhandenen sommerlichen Wrmeschutz sollte mçglichst eine Khlung vermieden werden. Im Referenzfall wird gegenber der EnEV 2007 immer mit einer Kl-

18

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

teerzeugung bilanziert („Bonussystem“ fr das reale Gebude ohne Khlung). In Zeile 8 wird die Referenz fr die Raumkhlung beschrieben, in Zeile 9 die zugehçrige Klteerzeugung. Gegenber der EnEV 2007 werden die spezifischen elektrischen Leistungen der Pumpen von 35 auf 30 Watt (elektrisch) im Verhltnis zu einem Kilowatt Klte verringert sowie fr den Fall, dass von einer Kltemaschine Raumkhlsysteme mehr als 5000 m± Nettogrundflche versorgt werden, fr diese Khlkreise die Systemtemperaturen herabgesetzt. Die Referenz wird darber hinaus hydraulisch entkoppelt. Die noch in der Referenzausfhrung der EnEV 2007 enthaltene Vorgabe, wonach bei bestimmten Nutzungen der Khlbedarf des Referenzgebudes zu null anzusetzen ist, fhrt bei den betroffenen Gebuden schon nach bisherigem Anforderungsniveau an die Grenze der Wirtschaftlichkeit, sobald in das ausgefhrte Gebude eine Klimaanlage eingebaut wird. Die Beibehaltung dieser Regelung htte also dazu gefhrt, dass bei diesen Nutzungen fr die Verschrfung der Anforderungen kein Spielraum mehr bestanden htte. Der Architektur vieler Nichtwohngebude und der gestiegenen Komfortanspr-

che ist es geschuldet, dass heute vielfach Klimaanlagen eingebaut werden, um auch in heißen Sommern jederzeit behagliche Raumtemperaturen garantieren zu kçnnen. Deshalb wird in der EnEV 2009 fr die bisher in EnEV 2007 ohne Khlung aufgefhrten Nutzungen eine Klteerzeugung vorgegeben, die allerdings nur zu 50 % in der Referenzbilanz angesetzt werden darf („Innovationsbonus“). Zuletzt wurden auch bei der Referenz einzelne Parameter verschrft, so z. B. die elektrische Leistung der Ventilatoren von 25 auf 20 Watt (elektrisch) zu einem Kilowatt Klte verschrft. Zeilen 10.1 und 10.2 Die Referenz der Beleuchtung von Nichtwohngebuden wurde gegenber EnEV 2007 dem Stand der Technik angepasst und eine moderate Verschrfung umgesetzt. Des Weiteren darf fr die Nutzungsprofile Nummer 6 und 7 („Food“ und „Non-Food“) die Referenz wie beim ausgefhrten Gebude als durchlaufender Posten, angenommen werden. Grund hierfr ist, dass speziell bei diesen Bereichen auf nutzungsspezifische Gegebenheiten Rcksicht genommen werden sollte, damit die Anforderungen auch fr die Nutzungsarten wirtschaftlich sind.

Tabelle 10. Vereinfachte Bilanzierungsregeln nach [10] Regel

Abweichung

Bezug EnEV 2009

Zuweisung der Nutzungsprofile

Zusammenfassen der Nutzungen 1 und 2 zur Nutzung 1 nach Tabelle 4 der DIN V 18599-10

Nr. 2.1.2 Anlage 2

Bilanzierung Heizung und Heizfunktion raumlufttechnischer Anlagen

nur zu bilanzieren, wenn die Raum-Solltemperatur einer Gebudezone im Heizfall mind. 12 C betrgt und die durchschnittliche Nutzungsdauer fr die Gebudebeheizung fr mindestens vier Monate pro Jahr vorgesehen ist.

Nr. 2.1.2 a Anlage 2

Bilanzierung Khlung und Khlfunktion raumlufttechnischer Anlagen

Nur zu bilanzieren, wenn der Khlfall mehr als zwei Monate pro Jahr und mehr Nr. 2.1.2 b Anlage 2 als zwei Stunden pro Tag vorgesehen ist.

Bilanzierung Dampfversorgung

Nur zu bilanzieren, wenn die Versorgung mehr als zwei Monate pro Jahr und Nr. 2.1.2 c Anlage 2 mehr als zwei Stunden pro Tag vorgesehen ist.

Bilanzierung Warmwasserbereitung

Nur zu bilanzieren, wenn der durchschnittliche tgliche Nutzenergiebedarf fr Nr. 2.1.2 d Anlage 2 Warmwasserbereitung mind. 0,2 kWh pro Person/Beschftigtem betrgt.

Bilanzierung Beleuchtung

Nur zu bilanzieren, wenn in einer Gebudezone mindestens 75 Lux erforderlich Nr. 2.1.2 e Anlage 2 sind und wenn die Beleuchtung mehr als zwei Monate pro Jahr und mehr als zwei Stunden pro Tag vorgesehen ist.

Bilanzierung Hilfsenergien fr Lftung

nur zu bilanzieren, wenn die durchschnittliche Nutzungsdauer der Lftungsanlage mehr als zwei Monate pro Jahr und mehr als zwei Stunden pro Tag betrgt. Fr alle anderen Systeme sind die Hilfsenergien in jedem Fall zu bilanzieren

Nr. 2.1.2 f Anlage 2

Bilanzierung der Beleuchtung bei Nutzung 6 und 7 (s. Tabelle 2)

Es darf die tatschlich auszufhrende Beleuchtungsstrke bis zu einer maximalen Obergrenze von 1500 Lux fr Nutzung 6 und 1000 Lux fr Nutzung 7 angesetzt werden. Das Referenzgebude ist mit dem Tabellenverfahren nach DIN V 18599-4 zu berechnen.

Nr. 2.1.3 Anlage 2

Bestimmung U-Werte opaker fr opake Bauteile, die an Außenluft grenzen, darf ein flchengewichteter Nr. 2.1.4 Anlage 2 Bauteile U-Wert fr das Gesamtgebude gebildet und bei der zonenweisen Berechnung verwendet werden.

Novellierung der Energieeinsparverordnung

19

Tabelle 11. Mittlere Hçchstwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten fr Nichtwohngebude nach [10] Lfd. Nr.

Bauteil(-gruppe)

Mittlere Hçchstwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten Normale Raum-Solltemperaturen im Heizfall U in W/(m±K)

Geringe Raum-Solltemperaturen im Heizfall U in W/(m±K)

1

Opake Außenbauteile (soweit nicht in Bauteilen der Zeilen 3 und 4 enthalten)

0,35

0,50

2

Transparente Außenbauteile, (soweit nicht in Bauteilen den Zeilen 3 und 4 enthalten)

1,9

2,8

3

Vorhangfassade

1,9

3,0

4

Glasdcher, Lichtbnder, Lichtkuppeln

3,1

3,1

Bei allen anderen Nutzungen wird dem realen System als Referenz eine direkte/indirekte Beleuchtung gegenbergestellt (gegenber einer rein direkten Beleuchtung noch in der EnEV 2007). Als weitere Verschrfung wird die Referenz nun jeweils mit elektronischen Vorschaltgerten und stabfçrmigen Leuchtstofflampen bilanziert. Eine deutliche Verschrfung ergibt sich bei den Referenzen fr die Regelung der Beleuchtung. In vielen Nutzungsbereichen wird die Referenz mit Prsenzmeldern bilanziert, die tageslichtabhngige Kontrolle erfolgt dagegen weiterhin manuell. Darber hinaus ist fr viele Nutzungen eine Konstantlichtregelung im Referenzfall vorhanden. 3.4.2

Vereinfachte Bilanzierungsregeln fr den çffentlich-rechtlichen Nachweis von Nichtwohngebuden

Die EnEV 2009 legt in einigen Bereichen eigene, vereinfachende und von den Regelungen der DIN V 18599 abweichende Randbedingungen und Bilanzierungsregeln fest. In Tabelle 10 sind die wesentlichen Abweichungen aufgefhrt. 3.4.3

Nutzungsprofile fr Nichtwohngebude

Die EnEV verweist bei den anzuwendenden Nutzungsprofilen prinzipiell normativ auf Teil 10 der DIN V 18599. Eigene Profile drfen nur dann erstellt werden, wenn kein passendes Nutzungsprofil in der Norm aufgefhrt ist. Alternativ lsst die EnEV es auch zu, Profil Nummer 17 zu verwenden. Vorhandene Profile der Norm drfen nicht individuell angepasst werden. Nur so sind die Energiebedarfswerte von unterschiedlichen Nichtwohngebuden miteinander vergleichbar. Andernfalls wre die Nutzung auch bei den Nichtwohngebuden der dominierende Einflussparameter. 3.4.4

Anforderung an die Effizienz der Gebudehlle

Gegenber dem bisherigen Nachweis, der in Abhngigkeit des Fensterflchenanteils unterschiedliche Hçchstwerte an den spezifischen, auf die wrmebertragende

Umfassungsflche bezogenen Transmissionswrmeverlust H0T stellte, sind davon abweichend zuknftig die mittleren Wrmedurchgangskoeffizienten von Bauteilgruppen der wrmebertragenden Umfassungsflche eines zu errichtenden Nichtwohngebudes nachzuweisen. Diese drfen die in Tabelle 11 angegebenen Hçchstwerte nicht berschreiten. Fr Bauteile, die an niedrig beheizte Rume grenzen, gelten darber hinaus reduzierte Hçchstwerte. Bei der Berechnung des Mittelwerts des jeweiligen Bauteils sind die Bauteile nach Maßgabe ihres Flchenanteils zu bercksichtigen. Die Berechnung ist fr Zonen mit unterschiedlichen Raum-Solltemperaturen im Heizfall getrennt durchzufhren. Die Wrmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen gegen unbeheizte Rume oder Erdreich sind mit dem Faktor 0,5 zu gewichten (in Anlehnung an die Temperaturkorrekturfaktoren Fxi). Bei der Berechnung des Mittelwerts der an das Erdreich angrenzenden Bodenplatten drfen die Flchen unbercksichtigt bleiben, die mehr als 5 m vom ußeren Rand des Gebudes entfernt sind. 3.4.5

Sommerlicher Wrmeschutz

Als hçchstzulssige Sonneneintragskennwerte nach § 4 Abs. 4 EnEV 2009 sind die in DIN 4108-2 Abschnitt 8 festgelegten Werte einzuhalten und der Sonneneintragskennwert des zu errichtenden Nichtwohngebudes ist fr jede Gebudezone nach dem dort genannten Verfahren zu bestimmen. Darber hinaus darf auch eine Simulationsrechnung fr den Nachweis angewendet werden. In diesem Fall sind die Randbedingungen zu beachten, die die aktuellen klimatischen Verhltnisse am Standort des Gebudes hinreichend gut wiedergeben. 3.5

Vereinfachtes Verfahren fr Nichtwohngebude (Ein-Zonenmodell)

Bereits mit der EnEV 2007 wurde ein vereinfachtes Berechnungsverfahren fr Nichtwohngebude eingefhrt, das auch in der EnEV 2009 bestehen bleibt. Grundlage des Verfahrens ist die Abbildung eines Gebudes als Ein-Zonenmodell, dessen Energiebedarf

20

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

durch seine Hauptnutzung geprgt ist. Damit die Ergebnisse dieses vereinfachten Verfahrens von denen einer genauen Bilanzierung nach den Regeln der DIN V 18599 nicht zu sehr abweichen, werden an die Anwendung einige Anforderungen gestellt. Das vereinfachte Verfahren gilt deshalb zunchst nur fr die in Tabelle 12 gelisteten Gebude- bzw. Nutzungstypen. Das vereinfachte Verfahren kann auf die in Tabelle 12 aufgefhrten Nutzungstypen angewendet werden, wenn a) die Summe der Nettogrundflche aus der Hauptnutzung und den Verkehrsflchen des Gebudes mehr als zwei Drittel der gesamten Nettogrundflche des Gebudes betrgt, b) in dem Gebude die Beheizung und die Warmwasserbereitung fr alle Rume auf dieselbe Art erfolgt, c) das Gebude nicht gekhlt wird; Ausnahme: Gebude, wenn nur ein Serverraum gekhlt wird und die Nennleistung des Gertes fr den Kltebedarf 12 kW nicht bersteigt und in einem Brogebude eine Verkaufseinrichtung, ein Gewerbebetrieb oder eine Gaststtte gekhlt wird und die Nettogrundflche der gekhlten Rume jeweils 450 m± nicht bersteigt,

d) hçchstens 10 % der Nettogrundflche des Gebudes durch Glhlampen, Halogenlampen oder durch die Beleuchtungsart „indirekt“ nach DIN V 18599-4 beleuchtet werden und e) außerhalb der Hauptnutzung keine raumlufttechnische Anlage eingesetzt wird, deren Werte fr die spezifische Leistungsaufnahme (PSFP), entsprechend der Referenzwerte nach Tabelle 8 fr Zuluftventilatoren 1,5 kW/(m/s) und von Abluftventilatoren 1,0 kW/(m/s) berschreiten. Bei der Berechnung des Jahres-Primrenergiebedarfs ist die in Tabelle 12 Spalte 4 genannte Nutzung und der in Spalte 5 festgelegte Nutzenergiebedarf fr die Warmwasserbereitung zu verwenden. Der Jahres-Primrenergiebedarf fr Beleuchtung darf vereinfacht fr den Bereich der Hauptnutzung berechnet werden, der die geringste Tageslichtversorgung aufweist. In den Fllen der o. g. Ausnahme c (nur gekhlter Serverraum bzw. beschrnkt gekhlter Bereich eines Brogebudes) ist der Hçchstwert des Jahres-Primrenergiebedarfs des Referenzgebudes und der Jahres-Primrenergiebedarf des realen Gebudes um pauschal 650 kWh/a je m± gekhlte Nettogrundflche des Serverraums und um pauschal 50 kWh/a je m± gekhlte Nettogrundflche der Ver-

Tabelle 12. Fr das vereinfachte Verfahren zugelassene Nutzungstypen nach [10] Lfd. Nr.

Gebudetyp

Hauptnutzung des realen Gebudes

Bei der Bilanzierung zu verwendendes Nutzungsprofil nach Tabelle 4 DIN V 18599-10

Bei der Bilanzierung zu verwendender Nutzenergiebedarf, Warmwasserbereitung

2

3

4

5

1

Brogebude, allgemein

Einzelbro (Nr. 1)

0 kWh

1.1

Brogebude mit Verkaufseinrichtung oder Gewerbebetrieb

1.2

Brogebude mit Gaststtte

Einzel-, Gruppen- oder Großraumbro, Besprechung, Sitzung oder Seminar

2

Gebude des Groß- und Einzelhandels bis 1000 m±NGF und wenn neben der Hauptnutzung nur Bro-, Lager-, Sanitr- oder Verkehrsflchen vorhanden sind

Groß-, Einzelhandel / Kaufhaus

Einzelhandel / Kaufhaus (Nr. 6)

0 kWh

3

Gewerbebetriebe bis 1000 m±NGF

Gewerbe

Werkstatt, Montage, Fertigung (Nr. 22)

1,5 kWh je Beschftigtem und Tag

4

Schule, Kindergarten / Kindertagessttte oder hnliche Einrichtungen

Klassenzimmer, Aufenthaltsraum

Klassenzimmer / Gruppenraum (Nr. 8)

ohne Duschen: 85 Wh/(m2NGF · d) mit Duschen: 250 Wh/(m2NGF · d)

5

Turnhalle

Turnhalle

Turnhalle (Nr. 31)

1,5 kWh je Person und Tag

6

Beherbergungssttte ohne Schwimmhalle, Sauna oder Wellnessbereich

Hotelzimmer

Hotelzimmer (Nr. 11)

250 Wh/(m2NGF · d)

7

Bibliothek

Lesesaal, Freihandbereich Bibliothek, Lesesaal (Nr. 28)

0 kWh 1,5 kWh je Sitzplatz in der Gaststtte und Tag

30 Wh/(m±NGF · d)

Novellierung der Energieeinsparverordnung

kaufseinrichtung, des Gewerbebetriebes oder der Gaststtte zu erhçhen. Abschließend ist sowohl der Hçchstwert des ermittelten Jahres-Primrenergiebedarf des Referenzgebudes als auch der ermittelte Jahres-Primrenergiebedarf des realen Gebudes um 10 % zu erhçhen. 3.6

Bestandsgebude

3.6.1

Wesentliche nderungen

Der Geltungsbereich der EnEV 2009 fr Bestandsgebude und bestehende Anlagen, die grundlegend erneuert werden, hat sich gegenber der Verordnung 2007 lediglich im Detail gendert. Die wesentliche Anforderung, dass U-Werte von Bauteilen die in Anlage 3 genannten Hçchstwerte mindestens einhalten mssen sowie den alternativen Nachweis ber das Referenzgebude eines gleichartigen Neubaus zu erbringen, dessen Anforderungen um jeweils 40 % erhçht werden drfen („140%-Regel“), bleiben bestehen. Die Anforderungen an Bauteile nach Anlage 3 EnEV 2009 wurden parallel zum Nachweis fr neu errichtete Gebude um durchschnittlich 30 % verschrft (s. Tabelle 13). Vereinfacht wurde auch die Bagatellgrenze, ab welcher die Anforderungen an Bauteile gelten. Bislang galt der

21

Nachweis, dass die Flche der zu ndernden Außenbauteile 20 % der Bauteilflchen gleicher Orientierung nicht berschreitet. Mit der EnEV 2009 muss nur noch nachgewiesen werden, dass zu ndernde Außenbauteile nicht mehr als 10 % der gesamten jeweiligen Bauteilflche des Gebudes betrifft – ohne die bisherige Differenzierung nach der Bauteilorientierung. Ebenfalls erhalten wurde die bewhrte Vereinfachung des Nachweises bei Erweiterung oder dem Ausbau eines Gebudes um beheizte oder gekhlte Rume mit zusammenhngend mindestens 15 m± und hçchstens 50 m± Nutzflche. In diesen Fllen gengt es, wenn die betroffenen Außenbauteile so ausgefhrt werden, dass die in Tabelle 13 festgelegten U-Werte nicht berschritten werden. Ist die Nutzflche grçßer als 50 m±, so ist der neue Gebudeteil nach den Regeln eines neu zu errichtenden Gebudes nachzuweisen. 3.6.2

Nachrstungspflichten

Die Nachrstung bei Anlagen und Gebuden nach § 10 EnEV sind nur geringfgig erweitert und verschrft worden. Eigentmer drfen Heizkessel in Gebuden, die mit flssigen oder gasfçrmigen Brennstoffen beschickt werden und vor dem 1. Oktober 1978

Tabelle 13. Anforderungen an Bauteile von Wohngebuden und Zonen von Nichtwohngebuden mit Innentemperaturen > 19 C nach Anlage 3 [10] Bauteil

Auslçsetatbestand und Anmerkungen

Außenwnde

gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut oder 0,24 Bauteil erneuert: – Anbringen von Bekleidungen in Form von Platten, plattenartigen Bauteilen oder Verschalungen sowie Mauerwerks-Vorsatzschalen – Dmmschichten werden eingebaut – Erneuerung des Außenputzes bei einer bestehenden Wand mit U > 0,9 W/(m± · K)

Außen liegende Fenster, Fenstertren

gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut zustzliche Vor- oder Innenfenster werden eingebaut

1,3

Außentren

ersetzt oder erstmalig eingebaut

2,9

Verglasungen

Ersatz der Verglasung

1,1

Vorhangfassaden

gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut

1,5

Vorhangfassaden mit Sonderverglasungen

wenn die Verglasung ersetzt wird

2,3

Glasdcher

gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut, wenn die Verglasung ersetzt wird

2,0

Außen liegende Fenster, gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut Fenstertren, Dachflchenfenster zustzliche Vor- oder Innenfenster werden eingebaut mit Sonderverglasungen

2,0

Sonderverglasungen

1,6

Dachflchenfenster

Umax W/(m± · K) fr normale Soll-Innenraumtemperaturen

1,4

wenn die Verglasung ersetzt wird

22

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Tabelle 13. Anforderungen an Bauteile von Wohngebuden und Zonen von Nichtwohngebuden mit Innentemperaturen > 19 C nach Anlage 3 [10] (Fortsetzung) Umax W/(m± · K) fr normale Soll-Innenraumtemperaturen

Bauteil

Auslçsetatbestand und Anmerkungen

Steildcher, Decken unter nicht ausgebauten Dachrumen, Decken und Wnde (einschließlich Dachschrgen), die beheizte oder gekhlte Rume nach oben gegen die Außenluft abgrenzen

gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut oder 0,24 Bauteil wird erneuert: – die Dachhaut bzw. außenseitige Bekleidungen oder Verschalungen werden ersetzt oder neu aufgebaut – innenseitige Bekleidungen oder Verschalungen werden aufgebracht oder erneuert – Dmmschichten werden eingebaut – zustzliche Bekleidungen oder Dmmschichten an Wnden zum unbeheizten Dachraum werden eingebaut

Flachdcher

0,20 gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut oder Bauteil wird erneuert: – die Dachhaut bzw. außenseitige Bekleidungen oder Verschalungen werden ersetzt oder neu aufgebaut – innenseitige Bekleidungen oder Verschalungen werden aufgebracht oder erneuert Ist die Dmmschichtdicke im Rahmen dieser Maßnahmen aus technischen Grnden begrenzt, so gelten die Anforderungen als erfllt, wenn die nach anerkannten Regeln der Technik hçchstmçgliche Dmmschichtdicke (l = 0,040 W/(m · K)) eingebaut wird.

Decken und Wnde gegen gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut oder unbeheizte Rume oder Erdreich Bauteil wird erneuert: – außenseitige Bekleidungen oder Verschalungen, Feuchtigkeitssperren oder Drnagen werden angebracht oder erneuert, – Fußbodenaufbauten auf der beheizten Seite werden aufgebaut oder erneuert – Deckenbekleidungen auf der Kaltseite werden angebracht oder – Dmmschichten werden eingebaut Ist die Dmmschichtdicke im Rahmen dieser Maßnahmen aus technischen Grnden begrenzt, so gelten die Anforderungen als erfllt, wenn die nach anerkannten Regeln der Technik hçchstmçgliche Dmmschichtdicke (l = 0,040 W/(m · K)) eingebaut wird. Fußbodenaufbauten

0,30

Fußbodenaufbauten werden auf der beheizten Seite aufgebaut oder erneuert 0,50 Ist die Dmmschichtdicke im Rahmen dieser Maßnahmen aus technischen Grnden begrenzt, so gelten die Anforderungen als erfllt, wenn die nach anerkannten Regeln der Technik hçchstmçgliche Dmmschichtdicke (l = 0,040 W/(m · K)) eingebaut wird.

Decken nach unten an Außenluft gesamtes Bauteil wird ersetzt oder erstmalig eingebaut oder Bauteil wird erneuert: – außenseitige Bekleidungen oder Verschalungen, Feuchtigkeitssperren oder Drainagen werden angebracht oder erneuert – Fußbodenaufbauten auf der beheizten Seite werden aufgebaut oder erneuert, – Deckenbekleidungen auf der Kaltseite werden angebracht – Dmmschichten werden eingebaut – Fußbodenaufbauten auf der beheizten Seite werden aufgebaut oder erneuert Ist die Dmmschichtdicke im Rahmen dieser Maßnahmen aus technischen Grnden begrenzt, so gelten die Anforderungen als erfllt, wenn die nach anerkannten Regeln der Technik hçchstmçgliche Dmmschichtdicke (l = 0,040 W/(m · K)) eingebaut wird.

0,24

Weitere Abnderungen der EnEV 2009 in den Paragrafen

eingebaut oder aufgestellt worden sind, nicht mehr betreiben. Eine Ausnahme bilden – Niedertemperatur-Heizkessel. – Brennwertkessel, – heizungstechnische Anlagen mit einer Nennleistung von weniger als 4 kW oder mehr als 400 kW, – Heizkessel, die fr den Betrieb mit Brennstoffen ausgelegt sind, deren Eigenschaften von den marktblichen flssigen und gasfçrmigen Brennstoffen erheblich abweichen, – Anlagen zur ausschließlichen Warmwasserbereitung und – Kchenherde und Gerte, die hauptschlich zur Beheizung des Raumes, in dem sie eingebaut oder aufgestellt sind, ausgelegt sind, daneben aber auch Warmwasser fr die Zentralheizung und fr sonstige Gebrauchszwecke liefern. Eigentmer von Gebuden mssen auch weiterhin dafr sorgen, dass bei heizungstechnischen Anlagen bisher ungedmmte, zugngliche Wrmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen, die sich nicht in beheizten Rumen befinden, nach Anlage 5 EnEV 2009 gedmmt sind. Bisher ungedmmte, nicht begehbare, aber zugngliche oberste Geschossdecken beheizter Rume so gedmmt sind, dass der U-Wert der Geschossdecke 0,24 W/(m± · K) nicht berschreitet. Die Pflicht gilt auch als erfllt, wenn anstelle der Geschossdecke das darber liegende, bisher ungedmmte Dach entsprechend gedmmt ist. Die Pflicht erweitert sich nach einer bergangsfrist bis 31. 12. 2011 auf begehbare, bisher ungedmmte oberste Geschossdecken beheizter Rume. Die Befreiung der vom Eigentmer selbstgenutzten Einund Zweifamilienhuser bleibt auch in der EnEV 2009 erhalten. So mssen bei diesen Wohngebuden mit nicht mehr als zwei Wohnungen, von denen der Eigentmer eine Wohnung am 01. 02. 2002 selbst bewohnt hat, die genannten Nachrstungspflichten erst im Falle eines Eigentmerwechsels nach dem 01. 02. 2002 vom neuen Eigentmer erfllt werden. Dafr hat der neue Eigentmer zwei Jahre ab dem Eigentumsbergang Zeit. Im Falle eines Eigentmerwechsels vor dem 01. 01. 2010 und wenn noch keine zwei Jahre verstrichen sind, gengt es, die obersten Geschossdecken beheizter Rume so zu dmmen, dass der Wrmedurchgangskoeffizient der Geschossdecke entsprechend der alten EnEV 2007 mit mindestens 0,30 W/(m± · K) zu dmmen (bergangsvorschrift). Sollten die fr die Nachrstungspflichten erforderlichen Aufwendungen durch die eintretenden Einsparungen nicht innerhalb angemessener Frist erwirtschaftet werden kçnnen, sind die Eigentmer weiterhin von den Pflichten befreit. Fr Klimaanlagen wird eine Pflicht zum Nachrsten von selbstttig wirkenden Einrichtungen der Be- und Entfeuchtung eingefhrt.

23

4

Weitere Abnderungen der EnEV 2009 in den Paragrafen

4.1

Bezugsflche

Bei Nichtwohngebuden wird klargestellt, dass die Nutzflche nach § 2 Nr. 13 und die Nettogrundflche nach § 2 Nr. 15 EnEV 2009 nur die jeweils beheizte oder gekhlte Flche umfasst. Hintergrund dieser erforderlichen Klarstellung waren bislang nicht eindeutig zugeordnete Flchen, die nur beleuchtet aber nicht weiter konditioniert waren (z. B. Tiefgaragen). Je nach Auslegung des Ausstellers konnten in EnEV 2007 diese Flchen der Bezugsflche zugeschlagen und in der Folge eine geringere bezogene Energiekennzahl ausgewiesen werden. Mit der Klarstellung in EnEV 2009 ist das nun ausgerumt. Fr Wohngebude gilt weiterhin als Bezugsflche die Gebudenutzflche AN. Die Gebudenutzflche berechnet sich aus dem beheizten Bruttogebudevolumen Ve eines Wohngebudes, abzglich einer pauschal angenommenen Konstruktionsflche von 20 %. Fr Standardgeschosshçhen im Wohnungsbau von 2,5 bis 3 m gilt die bereits bekannte Formel, in der mit einer einheitlichen Geschosshçhe von 2,5 m gerechnet wird: AN ¼ 0,32 m1 Ve

fr 2,5 m £ hG £ 3,0 m

mit AN Gebudenutzflche nach EnEV in m± Ve beheiztes Bruttogebudevolumen in m hG Geschosshçhe; hier: Standardwert 2,5 m nach EnEV Fr Geschosshçhen > 3 m oder < 2,5 m wird mit der EnEV 2009 eine hiervon abweichende Formel eingefhrt. Diese bereits aus der EnEV 2007 fr die Erstellung von Energieausweisen bekannte Formel lautet: 1 AN ¼ 0,04 m1 Ve fr 3,0 m < hG < 2,5 m hG mit hG reale mittlere Geschosshçhe in m Bild 4 stellt den je nach Geschosshçhe berechneten Faktor zur Berechnung der Gebudenutzflche nach EnEV 2009 (durchgezogene Linie) im Vergleich zur EnEV 2007 (strichpunktiert) dar. Die Unstetigkeit der Funktion bei 2,5 und 3 Metern ist der Beibehaltung der beiden aus der EnEV 2007 bekannten Formeln geschuldet. In der Folge kçnnen im bergang zwischen diesen Bereichen Abweichungen bei der auf die Gebudenutzflche AN bezogenen Kennzahl von rund 10 % resultieren. Nach EnEV ist das beheizte Gebudevolumen Ve das von der wrmebertragenden Umfassungsflche A umschlossene Volumen. Die Berechnung der wrmebertragenden Umfassungsflche A eines Wohngebudes ist nach Anhang B der DIN EN ISO 13789 (Stand: 10/1999), Fall „Außenabmessung“ zu ermitteln. Die bercksichtigten Flchen stellen die ußere Begrenzung einer abgeschlossenen beheizten Zone dar. Außerdem

24

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Bild 4. Gebudenutzflche AN in Abhngigkeit der Geschosshçhe hG im Vergleich EnEV 2007 und EnEV 2009

ist die wrmebertragende Umfassungsflche A so festzulegen, dass ein in DIN V 18599-1 oder in DIN V 4108-6 (bzw. DIN EN 832) beschriebenes Ein-Zonen-Modell entsteht, das mindestens die beheizten Rume einschließt [1, 4]. 4.2

Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien

In § 5 EnEV 2009 ist neu geregelt, dass Strom aus erneuerbaren Energien auf den Jahres-Endenergiebedarf zur Berechnung des Jahres-Primrenergiebedarfs von Gebude positiv angerechnet darf. Diese Strommenge darf immer dann abgezogen werden, wenn sie im unmittelbaren rumlichen Zusammenhang zu dem Gebude erzeugt und vorrangig in dem Gebude selbst genutzt und nur die berschssige Energiemenge in ein çffentliches Netz eingespeist wird. Auch darf hçchstens die Strommenge angerechnet werden, die dem berechneten Strombedarf der jeweiligen Nutzung entspricht. ber die konkrete Anwendung und Berechnung sagt der § 5 nichts weiter aus. Eine Auslegung der EnEV wird diesbezglich voraussichtlich klarstellen, dass die Strommenge monatlich entsprechend den Bilanzverfahren nach DIN V 4108-6 / 4701-10 oder DIN V 18599 zu bilanzieren sein wird [1, 4, 5]. 4.3

Wrmebrcken

Der Einfluss von Wrmebrcken ist in den verwiesenen Verfahren der EnEV 2009 wie bereits bei den vorhergehenden Verordnungen ber einen Zuschlag DU auf den Wrmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen bercksichtigt. Im Fall des Referenzgebudes wird mit einem pauschalen Zuschlag von 0,05 W/m±K gerechnet. Beim nachzuweisenden Ist-Gebude ist der verbleibende Einfluss der Wrmebrcken bei der Ermittlung des Jahres-Primrenergiebedarfs nach Maßgabe des jeweils angewendeten Berechnungsverfahrens zu bercksichtigen. Im Regelfall ist das der Nachweis nach Beiblatt 2

der DIN V 4108-6 [4]. Der § 7 EnEV 2009 ergnzt, dass soweit Gleichwertigkeitsnachweise zu fhren wren, dies fr solche Wrmebrcken nicht erforderlich ist, bei denen die angrenzenden Bauteile kleinere Wrmedurchgangskoeffizienten aufweisen, als in den Musterlçsungen des Beiblatts 2 zugrunde gelegt sind. Dieser pragmatische Ansatz war aus Sicht des Verordnungsgebers erforderlich, weil das Beiblatt 2 viele der heute bereits gngigen Konstruktionsdetails nicht mehr abbildet, infolgedessen der regulre Nachweis der Norm nicht zu fhren ist und letztlich der reduzierte Wrmebrckenzuschlag vielfach nicht mehr ansetzbar wre. Aber gerade bei hochwrmegedmmten Konstruktionen nimmt die Bedeutung der Wrmebrcken zu, sodass sich optimierte Bauteilanschlsse zur Vermeidung dieser Verlustquellen in der Regel als ußert effektiv erweisen. 4.4

Ausstellung von Energieausweisen

Neu gefasst wurde § 17 Abs. 5 der EnEV 2009. Darin wird geregelt, dass ein Eigentmer die zur Ausstellung eines Energiebedarfsausweises erforderlichen Daten bereitstellen darf und dann dafr Sorge tragen muss, dass die von ihm bereitgestellten Daten richtig sind. Allerdings darf der Aussteller die vom Eigentmer bereitgestellten Daten in seinen Berechnungen nicht zugrunde legen, soweit er begrndeten Anlass zu Zweifeln an deren Richtigkeit hat. Gleiches gilt auch fr Daten, die der Aussteller des Energieausweises selbst ermittelt hat. Wie bisher hat der Energieausweis eine generelle Gltigkeit von 10 Jahren. Er verliert seine Gltigkeit nur dann, wenn nach § 16 Absatz 1 EnEV 2009 an einem Gebude nderungen im Sinne der EnEV vorgenommen oder die Nutzflche der beheizten oder gekhlten Rume eines Gebudes um mehr als die Hlfte erweitert wird und dabei das gesamte Gebude anstelle des Bauteilnachweises nach Anlage 3 EnEV 2009 nachgewiesen wird.

Weitere Abnderungen der EnEV 2009 in den Paragrafen

Neu aufgenommen in den Kreis der zur Ausstellung von Energieausweisen fr bestehende Gebude und von Modernisierungsempfehlungen berechtigten Personen mit berufsqualifizierendem Hochschulabschluss, neben den bereits vorhandenen Fachrichtungen Architektur, Hochbau, Bauingenieurwesen, Technische Gebudeausrstung, Bauphysik, Maschinenbau oder Elektrotechnik, sind nun auch die Physiker. Darber hinaus werden mit der EnEV 2009 auch Personen, die nach bauordnungsrechtlichen Vorschriften der Lnder zur Unterzeichnung von bautechnischen Nachweisen des Wrmeschutzes oder der Energieeinsparung bei der Errichtung von Gebuden berechtigt sind, im Rahmen der jeweiligen Nachweisberechtigung, ebenfalls nach EnEV 2009 zugelassen. 4.5

Regeln der Technik und Bekanntmachungen des Bundes

Neben den in der EnEV 2009 verwiesenen technischen Regeln wurden auch neue Bekanntmachungen mit Datum 31. Juli 2009 am 8. September mit sofortiger Gltigkeit verçffentlicht. Der § 23 EnEV 2009 stellt hierzu klar, dass bei Verweisungen auf technische Regeln, die in der EnEV immer mit einem statischen Datumsbezug erfolgen, ihrerseits auf weitere undatierte technische Regeln verweisen, diese in der Fassung anzuwenden sind, die dem Stand zum Zeitpunkt der Herausgabe der datierten technischen Regel entsprechen (z. B. DIN V 18599:2007-02). Grund hierfr ist, dass der Verordnungsgeber natrlich auch bei den technischen Regeln „Herr des Verfahrens“ bleiben mçchte. 4.6

Befreiung von der EnEV

Der § 25 EnEV 2009 regelt die Befreiungen von der EnEV. Zunchst haben wie bisher die nach Landesrecht zustndigen Behçrden auf Antrag von den Anforderungen dieser Verordnung zu befreien, soweit die Anforderungen im Einzelfall wegen besonderer Umstnde durch einen unangemessenen Aufwand oder in sonstiger Weise zu einer unbilligen Hrte fhren. Eine unbillige Hrte liegt insbesondere vor, wenn das Gebot der Wirtschaftlichkeit nach EnEG nicht eingehalten ist. „Wirtschaftlich“ bedeutet, dass die erforderlichen Aufwendungen innerhalb der blichen Nutzungsdauer, und bei Anforderungen an bestehende Gebude innerhalb angemessener Frist, durch die eintretenden Einsparungen erwirtschaftet werden kçnnen. Neu ist die Formulierung, dass eine unbillige Hrte sich auch daraus ergeben kann, dass ein Eigentmer zum gleichen Zeitpunkt oder in zeitnahem Zusammenhang mehrere Pflichten nach dieser Verordnung oder zustzlich nach anderen çffentlich-rechtlichen Vorschriften aus Grnden der Energieeinsparung zu erfllen hat und ihm diese parallele Belastung nicht zuzumuten ist.

4.7

25

Strkung des Vollzugs

Einen besonderen Schwerpunkt der Novellierung bildet schließlich die Strkung des Vollzugs der Verordnung. Zu diesem Zweck wurden Bußgeldtatbestnde geschaffen sowie in Anlehnung an einige landesrechtliche Vorbilder Unternehmererklrungen zur Konformitt von Arbeiten mit der EnEV und Sichtprfungen der Bezirksschornsteinfegermeister eingefhrt, die dazu beitragen sollen, dass die EnEV von Eigentmern und Bauherren sowie Planern und bauausfhrenden Unternehmen tatschlich besser beachtet wird als bisher. 4.7.1

Verantwortliche und Nachweise

Weiterhin ist fr die Einhaltung der Vorschriften dieser Verordnung grundstzlich der Bauherr verantwortlich, soweit in der EnEV 2009 nicht ausdrcklich ein anderer Verantwortlicher bezeichnet ist. Eine Erweiterung des § 26 erfolgte durch Absatz 2, in dem nun zustzlich neben dem Bauherrn fr die Einhaltung der Vorschriften im Rahmen ihres jeweiligen Wirkungskreises auch die Personen verantwortlich sind, die im Auftrag des Bauherrn bei der Errichtung oder nderung von Gebuden oder der Anlagentechnik in Gebuden ttig werden. Zur besseren Durchsetzung der Vorschriften der EnEV kçnnen neben dem Bauherrn oder dem Eigentmer weitere Baubeteiligte als (ggf. Mit-)Verantwortliche herangezogen werden. Da Baumaßnahmen zumeist arbeitsteilig durchgefhrt werden, soll die Regelung nur eine Verantwortlichkeit dieser Baubeteiligten im Rahmen ihres Wirkungskreises begrnden. Die Regelung greift den Gedanken des § 52 der Musterbauordnung 2002 auf. 4.7.2

Unternehmererklrung

Neu regelt der § 26 a EnEV 2009 die sogenannte Unternehmererklrung. Darin heißt es: „Wer geschftsmßig an oder in bestehenden Gebuden Arbeiten zur nderung im Sinne der EnEV von Außenbauteilen zur Dmmung, zur Dmmung oberster Geschossdecken oder zum erstmaligen Einbau oder zur Ersetzung von Heizkesseln und sonstigen Wrmeerzeugersystemen, Klimaanlagen oder sonstigen Anlagen der Raumlufttechnik durchfhrt, dem Eigentmer unverzglich nach Abschluss der Arbeiten schriftlich zu besttigen hat, dass die von ihm genderten oder eingebauten Bau- oder Anlagenteile den Anforderungen der EnEV 2009 entsprechen.“ Mit der Unternehmererklrung wird die Erfllung der Pflichten aus den in Absatz 1 genannten Vorschriften nachgewiesen. Die Unternehmererklrung ist von dem Eigentmer mindestens fnf Jahre aufzubewahren und er hat die Unternehmererklrungen der nach Landesrecht zustndigen Behçrde auf Verlangen vorzulegen. 4.7.3

Bezirksschornsteinfeger

Neben der Unternehmererklrung kommen in § 26 b auch Aufgaben auf den Bezirksschornsteinfegermeister

26

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

zu. Bei heizungstechnischen Anlagen prft der Bezirksschornsteinfegermeister im Rahmen der Feuerstttenschau, ob Heizkessel, die im Rahmen der Nachrstungspflicht außer Betrieb genommen werden mussten, weiterhin betrieben werden und ob Wrmeverteilungsund Warmwasserleitungen sowie Armaturen, die gedmmt werden mussten, weiterhin ungedmmt sind. Er prft außerdem bei heizungstechnischen Anlagen, die in bestehende Gebude eingebaut werden, im Rahmen der ersten Feuerstttenschau, ob Zentralheizungen mit einer zentralen selbstttig wirkenden Einrichtung zur Verringerung und Abschaltung der Wrmezufuhr sowie zur Ein- und Ausschaltung elektrischer Antriebe (nach § 14 Abs. 1 EnEV 2009) und Umwlzpumpen in Zentralheizungen mit Vorrichtungen zur selbstttigen Anpassung der elektrischen Leistungsaufnahme (nach § 14 Abs. 3 EnEV 2009) ausgestattet sind. Bei Wrmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen prft er auch, ob die Wrmeabgabe (nach § 14 Abs. 5 EnEV 2009) begrenzt ist. Bei Nichterfllung der Pflichten weist er den Eigentmer schriftlich auf diese Pflichten hin und setzt eine angemessene Frist zu deren Nacherfllung. Werden die Pflichten nicht innerhalb der festgesetzten Frist erfllt, unterrichtet der Bezirksschornsteinfegermeister die nach Landesrecht zustndige Behçrde. Die Erfllung der Pflichten kann auch durch Vorlage der Unternehmererklrungen gegenber dem Bezirksschornsteinfegermeister nachgewiesen werden, sodass es dann keiner weiteren Prfung durch den Bezirksschornsteinfegermeister bedarf. Bei bereits erfolgten vergleichbaren Prfungen durch den Bezirksschornsteinfegermeister auf der Grundlage von Landesrecht fr die jeweilige heizungstechnische Anlage, ist eine weitere Prfung ebenfalls nicht erforderlich. 4.7.4

Ordnungswidrigkeit

Deutlich erweitert wurde der § 27 EnEV 2009 zu den Ordnungswidrigkeiten. Darin handelt im Sinne des § 8 des Energieeinsparungsgesetzes (EnEG), wer vorstzlich oder leichtfertig folgende Anforderungen der EnEV missachtet: – ein Wohn- oder Nichtwohngebude nicht richtig errichtet, – nderungen entgegen der EnEV ausfhrt, – eine Inspektion nicht oder nicht rechtzeitig oder nicht entsprechend der EnEV durchfhren lsst, – einen Heizkessel entgegen der EnEV einbaut oder aufstellt, – eine Zentralheizung, eine heizungstechnische Anlage oder eine Umwlzpumpe nicht oder nicht rechtzeitig ausstattet, – die Wrmeabgabe von Wrmeverteilungs- oder Warmwasserleitungen oder Armaturen nicht oder nicht rechtzeitig begrenzt, – einen Energieausweis nicht, nicht vollstndig oder nicht rechtzeitig zugnglich macht, nicht dafr Sorge trgt, dass die bereitgestellten Daten richtig sind,

trotz begrndeter Zweifel bereitgestellte Daten seinen Berechnungen zugrunde legt, – als nicht Ausstellungsberechtigter einen Energieausweis oder Modernisierungsempfehlungen ausstellt. – eine Besttigung (Unternehmererklrung) nicht, nicht richtig oder nicht rechtzeitig vornimmt. Der Bußgeldrahmen ergibt sich wie bisher unmittelbar aus dem Energieeinsparungsgesetz.

5

Energieausweise

Die Pflicht zur Ausstellung von Energieausweisen fr alle neu errichteten Gebude galt bereits lnger, mit der EnEV 2007 wurde diese Pflicht auch schrittweise fr den Gebudebestand eingefhrt, immer dann wenn ein Gebude oder ein Teil (z. B. eine Wohnung) davon neu vermietet, verpachtet oder verkauft wird. Die Pflicht gilt seit 1. Januar 2009 fr alle Wohngebude und seit 1. Juli fr alle Nichtwohngebude in den genannten Fllen. Einem knftigen Mieter, Pchter oder Kufer ist der Energieausweis zugnglich zu machen. Fr Gebude ber 1000 m± Nettogrundflche, in denen çffentliche Dienstleistungen erbracht werden und deshalb starker Publikumsverkehr herrscht, ist seit der EnEV 2007 ein Energieausweis an gut sichtbarer Stelle auszuhngen. Die Abgrenzung der bedarfs- und verbrauchsorientierten Energieausweise sind gegenber der EnEV 2007 nicht verndert worden. Auch sind einmal ausgestellte Ausweise weiterhin 10 Jahre gltig. Bei Nichtwohngebuden gilt die vçllige Wahlfreiheit. Bei Wohngebuden sind prinzipiell fr „kleine, alte und unsanierte Gebude“ Bedarfsausweise auszustellen, fr alle anderen gilt auch hier die Wahlfreiheit zwischen Verbrauchs- und Bedarfsausweis. Als kleine, alte und unsanierte Wohngebude gelten solche mit bis zu vier Wohneinheiten, die die erste Wrmeschutzverordnung von 1978 noch nicht erfllen. Sollte ein derartiges Gebude zwischenzeitlich energetisch modernisiert worden sein, gilt dann auch hier die Wahlfreiheit. Die Energieausweise wurden mit der Novellierung der EnEV 2009 ganz bewusst nur in den Teilen angepasst, die unmittelbar aus nderungen des Verordnungstextes resultieren. Exemplarisch wird in den Bildern 5 bis 8 das in Teilen genderte Energiebedarfsausweisformular fr Nichtwohngebude dargestellt. Seite 2 (Bild 6) enthlt z. B. zuknftig die genderten Nachweise der Nebenanforderungen an die mittleren Wrmedurchgangskoeffizienten und die Angabe des jeweils angewendeten Berechnungsverfahrens (z. B. Vereinfachungen nach EnEV). Auch wurde auf Seite 2 das bisherige Feld zur Angabe alternativer Energieversorgungssysteme ersetzt durch das Feld „Ersatzmaßnahmen“. Darin wird zuknftig die Pflichterfllung des Erneuerbare-EnergienWrmegesetzes (EEWrmeG) bei Anwendung des § 7 EEWrmeG nachgewiesen. Als Ersatzmaßnahme gilt darin die Unterschreitung des Anforderungsniveaus der jeweils gltigen EnEV um 15 %.

Bild 5. Seite 1 des Energiebedarfsausweisformulars fr Nichtwohngebude

Bild 6. Seite 2 des Energiebedarfsausweisformulars fr Nichtwohngebude

Energieausweise

27

Bild 7. Seite 3 des Energiebedarfsausweisformulars fr Nichtwohngebude

Bild 8. Seite 4 des Energiebedarfsausweisformulars fr Nichtwohngebude

28 A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

Neufassung der EG „Gebude-Richtlinie“

Den Energieausweisen sind weiterhin Empfehlungen zu kostengnstigen Modernisierungen beizufgen. Die Empfehlungen sollen dem Eigentmer energiebezogene Defizite an der Gebudehlle und/oder der Anlagentechnik aufzeigen. Die Modernisierungsempfehlungen sollen ganz bewusst keine ausfhrliche Energieberatung oder ein Energiekonzept ersetzen. Entsprechend sind die Empfehlungen auch rein technisch angelegt, es erfolgt keine Wirtschaftlichkeits- oder Renditeberechnung. Es sollen daher bliche naheliegende, im Allgemeinen rentable Maßnahmen aufgezeigt werden und diese dienen ausschließlich der Information. Sind kostengnstige Modernisierungsempfehlungen nicht mçglich, hat der Aussteller dies gegenber dem Empfnger des Ausweises zu erklren (i. d. R. durch ankreuzen des Feldes „nicht mçglich“ im Formular).

6

Korrekturblatt DIN V 18599-100

Das DIN hat jngst zur Bilanzierungsnorm DIN V 18599, Teile 1 bis 10 eine Korrekturfassung als Teil 100 herausgeben. Dieser Teil soll fehlerhafte Umsetzungen innerhalb der Stamm-Normbltter verbessern. Der Verordnungsgeber verweist in der Energieeinsparverordnung auf alle Normen mit statischen (festen) Datumsbezgen. Im Falle der DIN V 18599 auf die letzte Fassung vom Februar 2007. Es wird daher keine nderung hinsichtlich der Berechnungsregeln fr den çffentlich-rechtlichen Nachweis nach EnEV und damit auch nicht bei der Berechnung der Energiekennzahl fr Energieausweise geben. Eine Anwendung dieses Normteils in Verbindung mit der neu gefassten Energieeinsparverordnung ist derzeit rechtlich nicht zulssig. Sollten Teile, z. B. die erweiterten Nutzungsprofile, aus Teil 100 fr den Nachweis nach EnEV zugelassen werden, wird dies explizit durch die Auslegungsgruppe der Lnder erlassen. Außerhalb der EnEV darf der Teil 100 natrlich angewendet werden. Hier ist der Energieberater auch bislang nicht auf die Regeln der EnEV festgelegt, sei es bei den Nutzungsprofilen, den Bilanzregeln, Normen oder VDIRichtlinien.

7

Neufassung der EG „Gebude-Richtlinie“

Im November 2008 hat die Europische Kommission einen ersten Entwurf zur Neufassung der „EG Richtlinie ber die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden“ („Gebude-Richtlinie“) vorgelegt [11]. Der Entwurf der Kommission und der Ergnzungen der schwedischen Ratsprsidentschaft soll zur Erfllung der energieund klimapolitischen Ziele in Europa beitragen. Dazu sollen europaweite Vorgaben fr energetische Standards von Gebuden und Gebudeteilen, fr die Strkung von Energieausweisen und den Vollzug der RL in den Mitgliedstaaten gemacht werden.

29

Das Europische Parlament hat am 23. April 2009 in erster Lesung einen Beschluss gefasst, der nderungen enthlt, die deutlich ber den Vorschlag der Kommission hinaus gehen. Am 30. September 2009 fand der erste informelle Trilog zur gemeinsamen Abstimmung des Entwurfs durch die Prsidentschaft, die Kommission und das EU Parlament statt. Nach derzeitigem Stand soll die Richtlinie im Ministerrat am 7. Dezember 2009 verabschiedet werden. Ergebnisse der Verhandlungen waren zum Zeitpunkt der Verçffentlichung noch nicht bekannt. Der Richtlinienvorschlag sieht als zentralen Punkt vor, dass Mindesteffizienzstandards fr Gebude im Hinblick auf die Erreichung wirtschaftlich optimaler Anforderungen durch die Mitgliedstaaten festgeschrieben werden. Die Randbedingungen zur nationalen Bestimmung der Standards sollen europisch vorgegeben werden. Dieses Prinzip entspricht im Grundsatz dem in Deutschland durch das Energieeinspargesetz geregelten Grundsatz der generellen Wirtschaftlichkeit. Danach drfen dem Einzelnen nur Mindesteffizienzstandards fr Gebude auferlegt werden, die grundstzlich wirtschaftlich vertretbar sind. 1) Die Mindeststandards sollen wie bisher fr Neubauten und neu darber hinaus auch fr alle Bestandsgebude gelten, die einer „grçßeren Renovierung“ unterzogen werden. Nach der bisher geltenden Gebude-Richtlinie sind Mindestanforderungen an die Energieeffizienz im Bestand nur bei „grçßeren Renovierungen“ von Gebuden mit einer Nutzflche von ber 1.000 m2 einzuhalten. Unabhngig von der Neufassung stellt die EnEV bereits heute Anforderungen an alle grundlegend renovierten Bestandsgebude ab einer Bagatellgrenze von 50 m±. Artikel 9 des Kommissionsvorschlags sieht vor, den Anteil der „Niedrigstenergiehuser“ bis 2020 zu erhçhen. Nach Stand vom 2. Oktober 2009 sollen derartige Gebude eine sehr hohe Energieeffizienz aufweisen und der geringe Restenergiebedarf so weit wie mçglich durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Die Anforderung soll nur fr neu errichtete Gebude gelten. Schließlich sieht der Kommissionsvorschlag Verschrfungen bei der Inspektion von Heizungsanlagen vor. Eine wesentliche nderung besteht darin, dass zuknftig die gesamte Heizungsanlage der Inspektionspflicht unterliegen soll. Die Mitgliedstaaten kçnnten dann zuknftig je nach Bauart und Nennleistung der Heizkessel ab 20 kW unterschiedliche Inspektionsintervalle festlegen. Ab 100 kW legt der Richtlinienvorschlag fest, dass die Heizungsanlage mindestens alle zwei Jahre (bei Gaskesseln alle 4 Jahre) zu inspizieren ist (sog. „Variante A“). Abweichend von diesen starren Festlegungen drfen die Mitgliedstaaten wie bisher eigene Maßnahmen beschließen, um sicherzustellen, dass die Nutzer ber die Effizienz ihres Heizkessels informiert

1) vgl. § 4 Absatz 3 und § 5 Absatz 1 EnEG [8]

30

A 1 Die neue Energieeinsparverordnung – EnEV 2009

sind. Diese sog. „Variante B“ hat Deutschland national umgesetzt. Die Wirkungen beider Varianten mssen nachweislich gleichwertig sein. Auch die Energieausweise sollen gestrkt werden. So ist u. a. nach dem Kommissionsvorschlag geplant, dass die Modernisierungsempfehlungen knftig auf Wirtschaftlichkeitsberechnungen beruhen und Bestandteil des Energieausweises sind (Art. 10 EPBD). Bislang waren die qualitativen Empfehlungen lediglich beizufgen. Die im Energieausweis enthaltene Kennzahl ber die Gesamtenergieeffizienz eines Gebudes soll Bestandteil von Verkaufs- bzw. Vermietungsanzeigen werden, um zu erreichen, dass potenzielle Kufer oder Mieter mçglichst frh ber die Gesamtenergieeffizienz des betreffenden Gebudes informiert werden. Die Aussteller von Energieausweisen mssen zuknftig qualifiziert und zugelassen sein, sodass in Deutschland mçglicherweise ein Zulassungsverfahren erforderlich wrde. In Gebuden, in denen mehr als 250 m± von Behçrden genutzt werden, sowie in nicht behçrdlich genutzten Gebuden mit starkem Publikumsverkehr (auf mehr als 250 m± Nutzflche) sollen Energieausweise an gut sichtbarer Stelle ausgehngt werden. Bisher gilt dies einschrnkend nur fr Gebude, in denen insbesondere Behçrden Dienstleistungen fr die Allgemeinheit erbringen, und ab einer Nutzflche von mehr als 1.000 m±. Die Umsetzung der Richtlinie in den Mitgliedstaaten wird nach derzeitigem Verfahrensstand fr das Jahr 2012 erwartet. Diese wrde dann mit der geplanten weiteren Verschrfung der EnEV, wie es das Integrierte Energie- und Klimaprogramm fordert, zusammenfallen.

8

Literatur

[1] DIN V 18599 Teile 1 bis 10:2007-02: Energetische Bewertung von Gebuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Khlung, Lftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung. [2] DIN V 18599-100 Korrekturteil der Teile 1 bis 10; noch unverçffentlicht; ohne EnEV-Bezug. Energetische Bewertung von Gebuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Khlung, Lftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung.

[3] DIN EN 832:1998-12: Wrmetechnisches Verhalten von Gebuden – Berechnung des Heizenergiebedarfs; Wohngebude. [4] DIN V 4108-6:2003-06: Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden. Berechnung des Jahresheizwrme- und des Jahresheizenergiebedarfs; inkl. DIN V 4108-6 Berichtigung 1:2004-03; inkl. DIN 4108 Beiblatt 2:2006-03. [5] DIN V 4701-10:2003-08: Energetische Bewertung heizund raumlufttechnischer Anlagen – Heizung, Trinkwassererwrmung, Lftung; gendert durch A1:2006-12. [6] Destatis: Online Portal des Statistischen Bundesamtes, Auswertung im Jahr 2007. [7] Erneuerbare-Energien-Wrmegesetz (EEWrmeG). Bundesgesetzblatt, Jahrgang 2008 Teil I Nr. 36, S. 1658–1665. [8] Drittes Gesetz zur nderung des Energieeinsparungsgesetzes vom 28. Mrz 2009 (Energieeinsparungsgesetz – EnEG). Bundesgesetzblatt, Jahrgang 2009 Teil I Nr. 17, S. 643–645. [9] Verordnung ber energiesparenden Wrmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) vom 24. Juli 2007. Bundesgesetzblatt, Jahrgang 2007 Teil I Nr. 34, S. 1519–1563. [10] Verordnung zur nderung der Energieeinsparverordnung vom 24. Juli 2007. Bundesgesetzblatt, Jahrgang 2009 Teil I Nr. 23, S. 954–989. [11] Neufassung der EG-Richtlinie ber die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden; COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION, Aktenzeichen 2008/0223 (COD), Stand: 02. 10. 2009. [12] Prof. Dr. -Ing. Anton Maas, ZUB Kassel: Beurteilung energetischer Anforderungen an Nichtwohngebude in Zusammenhang mit der Fortschreibung der EnEV; im Rahmen des Forschungsprogramms Zukunft Bau des BMVBS, Aktenzeichen 10. 08. 17.7-07.19; Jahrgang 2008. [13] Prof. Dr. -Ing. Anton Maas, ZUB Kassel: Entwicklung eines Normteils zur DIN V 18599 fr Wohngebude und Beurteilung energetischer Anforderungen an Wohngebude in Zusammenhang mit der Fortschreibung der EnEV; im Rahmen des Forschungsprogramms Zukunft Bau des BMVBS, Aktenzeichen 10. 08. 17.7-07.22; Jahrgang 2008. [14] Integriertes Energie- und Klimaprogramm, Programm der Bundesregierung, Jahrgang 2007.

31

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung Holger Merkel

Dr. rer. nat. Holger Merkel Dow Building Solutions Am Kronberger Hang 4, 65824 Schwalbach Jahrgang 1952. Studium der Physik an der Humboldt-Universitt Berlin. Danach wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bauphysikalischen Forschungsinstitut der Bauakademie Berlin. Gutachterttigkeit auf dem Gebiet des Wrme- und Feuchtigkeitsschutzes. 1988 Promotion. Seit 1992 ttig in der Abt. Anwendungstechnik der Dow Deutschland. 2003 Leiter der Anwendungstechnik Dow Building Solutions Europe. Verçffentlichungen auf dem Gebiet des Wrme- und Feuchtigkeitsschutzes, Mitautor von Fachbchern. Mitglied nationaler und internationaler Normenausschsse auf den Gebieten Wrmedmmstoffe und Wrmeschutz. Leiter des Technischen Ausschusses des europischen Verbandes der Hersteller von Polystyrol-Extruderschaum EXIBA.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

32

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung

2

Die EU-Richtlinie fr die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden 33

3

Die europische Bauproduktenrichtlinie

4

Die harmonisierten europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe 34 Kennzeichnung und Konformitt 37 Europische Prfnormen mit Bezug zu Produktnormen 39

4.1 4.2

33

33

5

Europische Produktnormen und deutsche Anwendungsnormen 42

6

Ausblick

43

7

Literatur

44

Die europische Bauproduktenrichtlinie

1

Einleitung

Die Europische Union hat sich bis zum Jahr 2020 hohe Ziele gesteckt: – 20 % hçhere Energieeffizienz, – 20 % weniger CO2-Emissionen (wenn der EU-Vorschlag in Kopenhagen angenommen wird, sogar 30 %), – 20 % Energie aus erneuerbaren Ressourcen. Es ist weithin unumstritten, dass die Reduzierung des Energiebedarfs von Gebuden dafr einen erheblichen Beitrag leisten kann. Deshalb wurde die Richtlinie des Europischen Parlaments und des Rates zur Gesamtenergieeffizienz von Gebuden [1], im folgenden EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) genannt, beschlossen. Mit den hohen Anforderungen an die Wrmedmmung der Gebude und technischen Anlagen sind die Anforderungen an die Eigenschaftsprofile der Wrmedmmstoffe verbunden. Damit ist der Bezug zur europischen Bauproduktenrichtlinie BPR [2] hergestellt. Hohe Anforderungen bedingen eine hohe Produktsicherheit. Schließlich sollen die Ergebnisse der europischen Berechnungsnormen unter Verwendung der genormten Eigenschaftswerte der Produkte zu den prognostizierten Energieeinsparungen fhren. Kçnnen die europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe diesen Anforderungen gengen?

2

Die EU-Richtlinie fr die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden

Das Ziel der EPBD ist es, die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden unter Bercksichtigung der jeweiligen klimatischen und regionalen Bedingungen sowie der Anforderungen an das Innenraumklima und die Kostenwirksamkeit zu untersttzen. Die EPBD enthlt grundstzliche Anforderungen hinsichtlich: – eines allgemeinen Rahmens fr eine Methode zur Berechnung der Gesamtenergieeffizienz von Gebuden, – der Anwendung von Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden, – der Anwendung von Mindestanforderungen an große Gebude, fr die eine Renovierung geplant ist, – der Erstellung von Energieausweisen, – der regelmßigen Inspektion von Heizkesseln, Klimaanlagen und der gesamten Heizungsanlage, wenn deren Kessel lter als 15 Jahre sind. Der allgemeine Rahmen fr die Berechnungsmethode zur Gesamtenergieeffizienz von Gebuden wird im Anhang der EPBD beschrieben. Die EPDB wird von einem Satz europischer Normen flankiert, die die wissenschaftliche Grundlage fr die Berechnung und Bewertung des Energieverbrauchs von Gebuden liefern sollen. Die in den Normen festgelegten Methoden sollen

33

sicherstellen, dass die so berechneten und ausgewiesenen Resultate und Empfehlungen zu den erwarteten Energieeinsparungen fhren. Die Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz von Gebuden hat eine exzellente Wrmedmmung zur Voraussetzung. Erst dann kçnnen die Effekte moderner Heizungs- und Lftungstechnik voll zur Geltung kommen und der Restenergiebedarf des Gebudes kann unter Verwendung regenerativer Energiequellen gedeckt werden. Diese Reihenfolge muss strker als bisher in der Praxis vermittelt werden. Mit der EnEV 09 [3] wurde hier wieder ein wichtiger Schritt hin zu energetischen Mindestanforderungen fr die Bauteile getan. Es werden nicht nur Vorgaben fr die energetische Verbesserung von bestehenden Bauteilen festgeschrieben, sondern auch fr den Neubau.

3

Die europische Bauproduktenrichtlinie

Die europische Bauproduktenrichtlinie BPR, die knftig durch eine europische Bauproduktenverordnung ersetzt wird, soll den freien Verkehr mit und die uneingeschrnkte Verwendung von Bauprodukten im Binnenmarkt gewhrleisten [4]. Im Vorschlag der Europischen Kommission wird betont, dass Bauprodukte Zwischenprodukte sind, die in Bauwerke eingebaut werden sollen. Fragen der Sicherheit oder des allgemeinen Interesses sind im Zusammenhang mit Bauprodukten nur insoweit relevant, als sie dazu beitragen, dass die Bauwerke, in die sie eingebaut werden sollen, die Anforderungen mit einer angemessenen Zuverlssigkeit erfllen. Deshalb beziehen sich die in der gegenwrtig gltigen BPR genannten sechs wesentlichen Anforderungen (Essential Requirements ER) direkt auf das Bauwerk und nur indirekt auf die verwendeten Baustoffe: – ER1: Mechanische Festigkeit und Standsicherheit – ER2: Brandschutz – ER3: Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz – ER4: Nutzungssicherheit – ER5: Schallschutz – ER6: Energieeinsparung und Wrmeschutz Gleichwohl sind Wrmedmmstoffe fr die Erfllung aller sechs Anforderungen von Bedeutung. Die mechanische Festigkeit und Standsicherheit eines Gebudes kann durch die lastabtragende Wrmedmmung unter Fundamentplatten beeinflusst werden. Der Brandschutz muss die Brennbarkeit von Wrmedmmstoffen und ihre jeweilige Einbausituation bercksichtigen. Die Vermeidung von Schimmelbildung durch ausreichenden Wrmeschutz ist eine Frage der Wohnhygiene genauso wie die Vermeidung von ozonabbauenden Stoffen den Umweltschutz betrifft. Fr die Nutzungssicherheit von Bauwerken spielt die Dauerhaftigkeit von Wrmedmmstoffen eine Rolle. Die Bedeutung von Wrmedmmstoffen fr den Wrmeschutz ist evident.

34

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

Diese wesentlichen Anforderungen bilden die Grundlage fr die Erstellung harmonisierter Normen fr Bauprodukte auf europischer Ebene [2]. Das Ziel der europischen Normung ist die technische Harmonisierung als eine Voraussetzung zur Vereinheitlichung des europischen Wirtschaftsraums. Dabei geht man davon aus, dass nationale Normen und Regelungen zumindest indirekt auch Handelsschranken darstellen und mehr eine Abschottung der Mrkte fçrdern als deren ffnung. Die technische Harmonisierung soll die einheitliche technische Grundlage fr den freien Warenverkehr schaffen. Die Produkte sollen: – einheitlich geprft (EN-Prfnormen), – einheitlich beschrieben (EN-Produktnormen), – einheitlich zertifiziert (EN-Konformittsnorm) werden. Die harmonisierten Normen sollen Klassen und Stufen enthalten, aufgrund deren die Bauprodukte den wesentlichen Anforderungen entsprechen. Dabei sind die Rechtsvorschriften sowie die durch çrtliche klimatische und sonstige Gegebenheiten gerechtfertigten herkçmmlichen technischen Verfahren der Erzeugung der Bauprodukte zu bercksichtigen. Im Klartext heißt das, dass Produkte, die in einem Mitgliedsstaat bisher hergestellt, verkauft und verarbeitet wurden, den in der harmonisierten Norm festgelegten Klassen und Stufen zuzuordnen sein mssen und weiterhin in Verkehr gebracht werden kçnnen. Außerdem sind die unterschiedlichen Schutzniveaus, d. h. Sicherheitsanforderungen an Bauwerke und Bauprodukte zu bercksichtigen. Diese sollen sich in den Klassen und Stufen widerspiegeln. Das fhrt in den harmonisierten Normen zur Festlegung von mehreren Klassen und Stufen fr das Bauprodukt. Die Mitgliedsstaaten drfen dann die einzuhaltenden Eigenschaftswerte in Abhngigkeit von der Anwendung aber nur im Rahmen dieser Stufen und Klassen bestimmen. Eine Stufe ist der angegebene Wert als obere oder untere Begrenzung einer Anforderung; die Stufe wird als Nennwert der betreffenden Stoffeigenschaften angegeben. Eine Klasse ist eine Kombination zweier Stufen derselben Eigenschaft, zwischen denen die Leistung liegen muss. So werden beispielsweise Stufen fr die Angabe der Druckfestigkeit verwendet. In diesem Fall ist die angegebene Stufe der untere Grenzwert dieser Eigenschaft. Fr die Grenzabmaße werden dagegen Klassen verwendet, um den Bereich der Dicke, Lnge oder Breite zu beschreiben, der nicht berschritten werden darf.

4

Die harmonisierten europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe

Die europischen Normen werden in den technischen Komitees (TC) des Europischen Komitees fr Normung (CEN – Committee European de Standardization) erarbeitet, beraten und fr die Abstimmung durch die Mitgliedsorganisationen vorbereitet. Die Mitglieder des CEN sind die nationalen Normungsorganisationen. Eine CEN-Norm kann nur mit einem Mandat der Europischen Kommission geschrieben werden. Das Mandat bezieht sich nur auf die wesentlichen Anforderungen (ER) der Bauproduktenrichtlinie. Im Anhang ZA der Produktnormen werden die Abschnitte der Norm definiert, die Bestimmungen der europischen Bauproduktenrichtlinie betreffen, folglich fr die Erfllung der wesentlichen Anforderungen (ER) maßgebend sind. In Deutschland wird die Arbeit der europischen Normungsgremien in den DIN-Normenausschssen gespiegelt. Dort wird die deutsche technische Position diskutiert, beschlossen und anschließend in den europischen Gremien als deutsche Stellungnahme bzw. als deutsches Votum vertreten. Sobald eine Norm im CEN bearbeitet wird, drfen keine nationalen Normungsvorhaben zum gleichen Thema gestartet werden. Nationale Abweichungen sind nur dann mçglich, wenn Bestimmungen der Norm nationalem Recht widersprechen. Die harmonisierte europische Norm ist gltig, wenn sie im Amtsblatt der Europischen Union publiziert wurde. Danach muss die Norm innerhalb eines bestimmten Zeitraums als nationale Norm (DIN EN) verçffentlicht werden. Nach einer sogenannten Koexistenzphase sind alle der harmonisierten Norm entgegenstehenden nationalen Normen zurckzuziehen. Die harmonisierten europischen Normen stellen Anforderungen an die genormten Produkte, aber nicht im Sinne von konkreten Anwendungsanforderungen, sondern als Anforderungsrahmen aus dem anwendungsbezogen die jeweiligen Klassen und Stufen ausgewhlt werden kçnnen. Dieser Anforderungsrahmen soll die Schutzniveaus der einzelnen Mitgliedsstaaten genauso bercksichtigen wie bestehende Anforderungen an Bauprodukte. Das ist nicht immer ausreichend gelungen, wie das Beispiel Deutschland mit der Einfhrung der unterschiedlichen Kategorien fr den Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit in der DIN 4108-4 [5] zeigt. Die Produktnormen gliedern sich in die Normen fr: – werkmßig hergestellte Wrmedmmstoffe fr Gebude, fr die Haustechnik und betriebstechnische Anlagen und fr die Anwendung im Straßen- und Eisenbahnbau, – an der Verwendungsstelle (in situ) hergestellte Wrmedmmstoffe fr Gebude und betriebstechnische Anlagen. Diese Normen sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt.

Die harmonisierten europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe

35

Tabelle 1. Harmonisierte europische Produktnormen fr Wrmedmmstoffe fr Gebude Norm

Titel

DIN EN 13162

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle (MW) – Spezifikation

DIN EN 13163

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS) – Spezifikation

DIN EN 13164

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrol (XPS) – Spezifikation

DIN EN 13165

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Polyurethanhartschaum (PUR) – Spezifikation

DIN EN 13166

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Phenolharzschaum (PF) – Spezifikation

DIN EN 13167

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Schaumglas (CG) – Spezifikation

DIN EN 13168

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Holzwolle (WW) – Spezifikation

DIN EN 13169

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Blhperlit (EPB) – Spezifikation

DIN EN 13170

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Kork (ICB)-Spezifikation

DIN EN 13171

Wrmedmmstoffe fr Gebude – werkmßig hergestellte Produkte aus Holzfasern (WF) – Spezifikation

Tabelle 2. Harmonisierte europische Produktnormen fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen Norm

Titel

EN 14303

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle (MW) – Spezifikation

EN 14304

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus flexiblem Elastomerschaum (FEF) – Spezifikation

EN 14305

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus Schaumglas (CG) – Spezifikation

EN 14306

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus Calciumsilikat (CS) – Spezifikation

EN 14307

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum – Spezifikation

EN 14308

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum (PUR) und Polyisocyanurat-Schaum (PIR) – Spezifikation

EN 14309

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrolschaum-Spezifikation

EN 14313

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus Polyethylenschaum (PEF) – Spezifikation

EN 14314

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – werkmßig hergestellte Produkte aus Phenolharzschaum (PF) – Spezifikation

36

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

Tabelle 3. Harmonisierte europische Produktnormen fr die Wrmedmmung im Tiefbau Norm

Titel

DIN EN 14933

Wrmedmmung und leichte Fllprodukte fr Anwendungen im Tiefbau – werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS) – Spezifikation

DIN EN 14934

Wrmedmmung und leichte Fllprodukte fr Anwendungen im Tiefbau – werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrol (XPS) – Spezifikation

Der Normensatz in Tabelle 2 hat erfolgreich die Abstimmung in CEN absolviert und wird von den nationalen Normungsinstituten nach Publikation im offiziellen Journal der Europischen Kommissionen als nationale Norm eingefhrt werden. Die europischen Normen in Tabelle 3 bedrfen einer nheren Erluterung, da die Anwendungen, fr die diese Produkte vorgesehen sind, in Deutschland weniger bekannt sein drften. Die Normen legen Anforderungen fest fr werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem und expandier-

tem Polystyrol-Hartschaum. Diese Produkte werden als leichte Fllprodukte eingesetzt, um beispielsweise große Erdmassen zu vermeiden. Insbesondere Wrmedmmstoffe aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaum (XPS) werden zum Frostschutz von Straßen [6], Eisenbahntrassen und anderen Verkehrsflchen, wie Start- und Landebahnen in Flughfen eingesetzt. Dafr ist in den Normen ein spezielles Prfverfahren zur Bestimmung des Verhaltens unter zyklischer Belastung bei Rechteckbeanspruchung normativ vorgegeben.

Tabelle 4. Harmonisierte und gegenwrtig im Entwurfszustand befindliche europische Produktnormen fr an der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmstoffe fr Gebude Norm

Titel

DIN EN 14063-1

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Blhton-Leichtzuschlagstoffen (LWA) – Teil 1: Spezifikation fr die Schttdmmstoffe vor dem Einbau

DIN EN 14063-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Blhton-Leichtzuschlagsstoffen – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

DIN EN 14064-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Mineralwolle (MW) – Teil 1: Spezifikation fr Schttdmmstoffe vor dem Einbau

DIN EN 14064-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Mineralwolle (MW) – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

DIN EN 14315-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Polyurethan (PUR)-Spritzschaum – Teil 1: Spezifikation fr das Schaumsystem vor dem Einbau

DIN EN 14315-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Polyurethan (PUR)- und Polyisocyanurat (PIR)-Spritzschaum – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

DIN EN 14316-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Produkten mit expandiertem Perlite (EP) – Teil 1: Spezifikation fr gebundene und Schttdmmstoffe vor dem Einbau

DIN EN 14316-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung mit Produkten aus Blhperlit (EP) – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

DIN EN 14317-1

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung mit Produkten aus expandiertem Vermiculite (EV) – Teil 1: Spezifikation fr gebundene und Schttdmmstoffe vor dem Einbau

DIN EN 14317-2

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung mit Produkten aus expandiertem Vermiculite (EV) – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

Die harmonisierten europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe

37

Tabelle 4. Harmonisierte und gegenwrtig im Entwurfszustand befindliche europische Produktnormen fr an der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmstoffe fr Gebude (Fortsetzung) Norm

Titel

DIN EN 14318-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus dispensiertem Polyurethan (PUR)-Schaum – Teil 1: Spezifikation fr das Schaumsystem vor dem Einbau

DIN EN 14318-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus dispensiertem Polyurethan (PUR)- und Polyisocyanurat (PIR)-Hartschaum – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

DIN EN 15101-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Anwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Zellulosefllstoff – Teil 1: Spezifikation fr die Produkte vor dem Einbau

DIN EN 15101-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr Gebude – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Zellulosefllstoff – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

Tabelle 5. Harmonisierte und gegenwrtig im Entwurfszustand befindliche europische Produktnormen fr an der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen Norm

Titel

DIN EN 14319-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus dispensiertem Polyurethan (PUR)-Schaum – Teil 1: Spezifikation fr das Schaumsystem vor dem Einbau

DIN EN 14319-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus dispensiertem Polyurethan (PUR)- und Polyisocyanurat (PIR)-Hartschaum – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

DIN EN 14320-1 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Polyurethan (PUR)-Spritzschaum – Teil 1: Spezifikation fr das Schaumsystem vor dem Einbau

DIN EN 14320-2 (Entwurf)

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Polyurethan (PUR)- und Polyisocyanurat (PIR)Spritzschaum – Teil 2: Spezifikation fr die eingebauten Produkte

4.1

Kennzeichnung und Konformitt

Die Produkte nach den europischen Produktnormen werden vom Hersteller mit dem CE-Zeichen gekennzeichnet. Das CE-Zeichen zeigt, dass das betreffende Produkt allen gltigen Anforderungen entspricht, die in der Bauproduktenrichtlinie festgelegt sind und dass das Produkt einem Prozess der Konformittskontrolle, wie er in der Bauproduktenrichtlinie definiert und durch das Mandat der Europischen Kommission im Produktstandard oder einer anderen europischen Spezifikation festgeschrieben ist, unterworfen wurde. Mit dieser Kennzeichnung erklrt der Hersteller, dass die von ihm bezeichneten Eigenschaften seines Produktes den im Bezeichnungsschlssel angegebenen Stufen und Klassen der fr sein Produkt zutreffenden Norm entsprechen. Dazu gibt er eine Konformittserklrung ab (DoC – Declaration of Conformity). Man kçnnte es auch eine europische bereinstimmungserklrung nennen.

Durch die CE-Kennzeichnung kann der Verwender annehmen, dass dieses Bauprodukt als Wrmedmmstoff fr Gebude geeignet ist. Gleichwohl werden damit noch keine Aussagen ber die Verwendbarkeit fr eine bestimmte Anwendung gemacht.

Bild 1. CE-Zeichen

38

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

Tabelle 6. Systeme der Konformittsbescheinigung nach Bauproduktenrichtlinie Aufgaben des Herstellers

Aufgaben der notifizierten Stelle

System 1

– Werkseigene Produktionskontrolle – Prfung von im Werk entnommenen Proben nach Prfplan

– Erstprfung des Produktes (ITT-Initial Type Test) – Erstinspektion des Werkes und der werkseigenen Produktionskontrolle – Laufende berwachung, Beurteilung und Anerkennung der werkseigenen Produktionskontrolle

System 3

– Werkseigene Produktionskontrolle

– Erstprfung des Produktes

System 4

– Erstprfung des Produktes – Werkseigene Produktionskontrolle

Tabelle 7. Systeme der Konformittsbescheinigung fr werkmßig hergestellte Produkte fr Verwendungen, die Brandverhaltensvorschriften unterliegen, nach Tabelle ZA.2 der Produktnormen Produkte

Verwendungszwecke

Stufen oder Klassen (Brandverhalten)

Systeme der Konformittsbescheinigung

Wrmedmmstoffe

fr Verwendungen, die Brandverhaltensvorschriften unterliegen

(A1, A2, B, C) a) (A1, A2, B, C) b), D, E (A1 bis E) c), F

1 3 3 (mit 4 fr Brandverhalten)

a) Produkte/Materialien, bei denen eine eindeutig bestimmbare Maßnahme im Produktionsprozess zu einer Verbesserung der Brandklasse fhrt (z. B. brandhemmende Zustze oder die Begrenzung organischer Stoffe)

b) Produkte/Materialien, fr die Fußnote a nicht gilt. c) Produkte/Materialien, die nach der Ergnzung der Entscheidung 96/603/EG keiner Prfung des Brandverhaltens bedrfen (z. B. Produkte/Materialien der Klassen A1)

Die Normhaltigkeit der vom Hersteller angegebenen Produkteigenschaften mssen nach DIN EN 13172 in einem Konformittsbescheinigungsverfahren durch eine notifizierte Stelle (Prfinstitut – Notified Body) besttigt werden. Dafr stehen gemß Bauproduktenrichtlinie verschiedene Systeme der Konformittsbescheiningung zur Verfgung (Tabelle 6). Die Tabelle ZA.2 im Anhang ZA der Produktnormen legt einheitlich fest, welches System wann zur Anwendung kommt. Dabei erfolgt die Zuordnung zu den europischen Klassen des Brandverhaltens A1 bis F (Tabelle 7). Das System 1 wurde gegenber dem System 1, wie es in der Bauproduktenrichtlinie festgelegt ist, durch das Mandat der EU-Kommission gendert. Die Aufgabe der notifizierten Stelle gegebenenfalls Stichprobenprfungen von im Werk, auf dem Markt oder auf der Baustelle entnommenen Proben durchzufhren, wurde gestrichen. Heute wird das System 1 mit Stichprobenprfung auch als System 1+ bezeichnet. Das System 1+ entspricht dem in Deutschland durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des DIBt, auch Grundbescheid genannt, eingefhrten oder besser gesagt fortgefhrten System der Fremdberwachung, dokumentiert durch das -Zeichen. Mit dieser Zulassung verpflichtet sich der Hersteller zu einem Konformittsverfahren nach System 1+ und zur

Einhaltung eines oberen Grenzwertes der Wrmeleitfhigkeit seiner Produkte. Das bedeutet, dass ein Produkt, fr das eine Konformittsbescheinigung nach System 3 mit Herstellererklrung vorliegt, zustzlich einem Konformittsverfahren nach System 1+ unterzogen wird. Die Hersteller mssen unter dem CE-Zeichen einen Bezeichnungsschlssel angeben, fr den die in Tabelle 8 beispielhaft aufgelisteten Symbole zu verwenden sind. Der Bezeichnungsschlssel unter dem CE-Zeichen kann dann beispielsweise fr einen Wrmedmmstoff aus Polystyrol-Extruderschaum nach DIN EN 13164 folgendermaßen aussehen: XPS – EN 13164 – T1 – CS(10\Y)300 – CC(2/1,5/50)120 – WD(V) 3 – FT2 Dies bedeutet im Einzelnen: XPS – EN 13164: extrudierter Polystyrol-Hartschaum nach (DIN) EN 13164, T1: Klasse der Grenzabmaße fr die Dicke (Dickentoleranz), CS(10\Y)300: Stufe fr die Druckspannung bei 10 % Stauchung oder die Druckfestigkeit; kein Wert darf kleiner als 500kPa sein, CC(2/1,5/50)120: Stufe fr das Kriechverhalten; bei einer dauernden Belastung des Dmmstoffes mit einer Last von 120 kPa ist die gesamte Dickennde-

Die harmonisierten europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe

39

Tabelle 8. Eigenschaften und ihre Bezeichnungen nach den harmonisierten europischen Produktnormen

4.2

Eigenschaft

Bezeichnung nach EN-Produktnormen

Nennwert der Wrmeleitfhigkeit

lD

Nennwert des Wrmedurchlasswiderstandes

RD

Brandverhalten (Euroklassen)

A, B, C, D, E, F

Eine Konformittsprfung im Rahmen der harmonisierten europischen Produktnormen kann nur mittels harmonisierter europischer Prfnormen erfolgen. Konformittsnachweise sind, wie oft zu lesen ist, keine Qualittsnachweise. Der Begriff Qualitt hat keine technische Bedeutung. Es geht lediglich darum, welche technischen Eigenschaften fr ein Produkt angegeben werden, ob diese deklarierten Eigenschaften auch tatschlich erreicht werden und ob sie den Anwendungsanforderungen gengen. Mithilfe der Produktprfungen muss geklrt werden, welche Eigenschaften dem Produkt zugeordnet werden kçnnen und ob eine Produktdeklaration den tatschlichen Eigenschaften entspricht. Die Prfnormen sind in den Tabellen 9 und 10 zusammengestellt. Einige dieser Prfnormen haben durchaus auch einen Anwendungsbezug, wie z. B. die Norm fr die FrostTau-Wechselprfung (Wrmedmmung außerhalb der Abdichtung) oder die Norm fr die Ermittlung des Kriechverhaltens unter Dauerlast (Lastabtragende Wrmedmmung unter Grndungsplatten). Zustzlich zu diesen Prfnormen sind die Brandprfnormen von entscheidender Bedeutung, wenn man sich die Anwendungsvorschriften der Landesbauordnungen vergegenwrtigt. Deutschland hat lange Zeit bis heute die vollstndige Einfhrung der europischen Brandklassen mit dem Hinweis auf die nicht geregelten Prf- und Einbaubedingungen fr Prfkçrper in den europischen Brandtests abgelehnt. Lediglich nicht-brennbare Wrmedmmstoffe und Wrmedmmstoffe der Brandklasse E kçnnen mit diesen Klassifizierungen verwendet werden. Im Unterschied zu den 4 bisherigen deutschen Baustoffklassen: nichtbrennbar, schwerentflammbar, normalentflammbar und leichtentflammbar, bietet das europische Klassifizierungssystem 6 „Hauptklassen“ A, B, C, D, E, F mit weiteren zustzlichen Klassifizierungskriterien fr Brandparallelerscheinungen, wie brennendes Abtropfen und Rauchentwicklung. Letztere sind mit jeweils drei Klassen festgelegt. Die Zuordnung der europischen Brandklassen zu den jeweiligen Prfnormen ist in Tabelle 11 angegeben. Die Klasse F bedeutet nicht zwangslufig, dass das Produkt leichtentflammbar ist, sondern lediglich, dass das Brandverhalten nicht geprft wurde. Produkte, die in einem Mitgliedstaat der EU keinen Brandverhaltensvorschriften unterliegen, mssen dementsprechend nicht getestet werden und kçnnen die Klasse F erhalten. Die Zuordnung der deutschen Brandklassifizierung zu den europischen Klassen wurde bereits in den nderungen zu den Bauregellisten A, B und C Ausgabe 2006/2 vorgenommen [8]. Die Klasse E wurde in dieser Zuordnung der deutschen Klassifizierung „normal-entflammbar“ zugeordnet ob-

Druckspannung bei 10 % Stauchung oder CS(10\Y)x Druckfestigkeit Zugfestigkeit senkr. zur Plattenebene

TRx

Kriechverhalten

CC(i1/i2/y)sc

Wasseraufnahme im Diffusionsversuch

WD(V)x

Wasseraufnahme bei kurzzeitigem teilweisen Eintauchen

WSx

Wasseraufnahme bei langzeitigem teilweisen Eintauchen

WL(P)x

Wasseraufnahme bei langzeitigem vollstndigen Eintauchen

WL(T)x

Frost-Tau-Wechselbestndigkeit

FT1; FT2

Wasserdampfdiffusion

MUx

Dimensionsstabilitt im Normalklima

DS(N)x

Dimensionsstabilitt bei definierter Temperatur- und Feuchtebelastung

DS(TH)x

Verformungsverhalten bei definierter Druck- und Temperaturbeanspruchung

DLT(i)x

Biegesteifigkeit

BSx

Grenzabmaße der Dicke

T

rung nach 50 Jahren kleiner als 2 % und die Kriechverformung kleiner als 1,5 %, WD(V)3: maximale Wasseraufnahme im Diffusionsversuch nach DIN EN 12088, FT2: Stufe der Widerstandsfhigkeit gegen Frost-TauWechselbeanspruchung, die Wasseraufnahme nach dem Frost-Tau-Wechselversuch nach DIN EN 12091 darf um nicht mehr als 1 Vol.- % erhçht sein, die Druckfestigkeit darf um nicht mehr als 10 % unter dem Anfangswert vor der Beanspruchung liegen. Bemerkenswert ist, dass in den in Tabelle 3 genannten Normen fr Wrmedmmstoffe in Tiefbauanwendungen fr die Stufe der Widerstandsfhigkeit gegen FrostTau-Wechselbeanspruchung die Bezeichnung FTCi verwendet wird. FTC1 bedeutet, dass die Wasseraufnahme nach dem Frost-Tau-Wechselversuch kleiner oder gleich 1 Vol.- % ist.

Europische Prfnormen mit Bezug zu Produktnormen

40

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

Tabelle 9. Harmonisierte europische Prfnormen fr Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen Norm

Titel

DIN EN 822

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Lnge und Breite

DIN EN 823

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Dicke

DIN EN 824

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Rechtwinkligkeit

DIN EN 825

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Ebenheit

DIN EN 826

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens bei Druckbeanspruchung

DIN EN 1602

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Rohdichte

DIN EN 1603

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Dimensionsstabilitt im Normalklima (23 C / 50 % relative Luftfeuchte)

DIN EN 1604

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Dimensionsstabilitt bei definierten Temperatur- und Feuchtebedingungen

DIN EN 1605

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Verformung bei definierter Druckund Temperaturbeanspruchung

DIN EN 1606

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Langzeit-Kriechverhaltens bei Druckbeanspruchung

DIN EN 1607

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene

DIN EN 1608

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Zugfestigkeit in Plattenebene

DIN EN 1609

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Wasseraufnahme bei kurzzeitigem teilweisem Eintauchen

DIN EN 12085

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der linearen Maße von Probekçrpern

DIN EN 12086

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Wasserdampfdurchlssigkeit

DIN EN 12087

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Wasseraufnahme bei langzeitigem Eintauchen

DIN EN 12088

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Wasseraufnahme durch Diffusion

DIN EN 12089

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens bei Biegebeanspruchung

DIN EN 12090

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens bei Scherbeanspruchung

DIN EN 12091

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens bei Frost-Tau-Wechselbeanspruchung

DIN EN 12429

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Einstellen der Ausgleichsfeuchte bei definierten Temperatur- und Feuchtebedingungen

DIN EN 12430

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens unter Punktlast

DIN EN 12431

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Dicke von Dmmstoffen unter schwimmendem Estrich

DIN EN 13793

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens unter zyklischer Belastung

DIN EN 13820

Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung des Gehalts an organischen Bestandteilen

Die harmonisierten europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe

41

Tabelle 10. Harmonisierte europische Prfnormen fr Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen Norm

Titel

DIN EN 13467

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – Bestimmung der Maße, der Rechtwinkligkeit und der Linearitt von vorgeformten Rohrdmmstoffen

DIN EN 13468

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – Bestimmung des Gehalts von wasserlçslichen Chlorid-, Fluorid-, Silikat- und Natrium-Ionen und des pH-Wertes

DIN EN 13469

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – Bestimmung der Wasserdampfdurchlssigkeit von vorgeformten Rohrdmmstoffen

DIN EN 13470

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – Bestimmung der Rohdichte von vorgeformten Rohrdmmstoffen

DIN EN 13471

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – Bestimmung des Wrmeausdehnungskoeffizienten

DIN EN 13472

Wrmedmmstoffe fr die Haustechnik und fr betriebstechnische Anlagen – Bestimmung der Wasseraufnahme bei kurzzeitigem teilweisem Eintauchen von vorgeformten Rohrdmmstoffen

Tabelle 11. Europische Brandklassen und zugeordnete Prfnormen [7] EU-Brandklasse

Prfnorm

Titel

A1

DIN EN ISO 1182

Prfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten – Nichtbrennbarkeitsprfung

DIN EN ISO 1716

Prfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten – Bestimmung der Verbrennungswrme

DIN EN ISO 1182 oder DIN EN ISO 1716

s. o.

DIN EN 13823

Prfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten – Thermische Beanspruchung durch einen einzelnen brennenden Gegenstand fr Bauprodukte mit Ausnahme von Bodenbelgen

DIN EN 13823

s. o.

DIN EN ISO 11925-2

Prfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten – Teil 2: Entzndbarkeit bei direkter Flammeneinwirkung

DIN EN 13823

s. o.

DIN EN ISO 11925-2

s. o.

DIN EN 13823

s. o.

DIN EN ISO 11925-2

s. o.

E

DIN EN ISO 11925-2

s. o.

F

Keine Brandeigenschaft bestimmt (no performance determined)

A2

B

C

D

s. o.

wohl Produkte der Klasse E, wie z. B. expandierter Polystyrol-Hartschaum (EPS) und extrudierter PolystyrolHartschaum (XPS) derzeit in die Baustoffklasse B1, schwerentflammbar, eingeordnet sind. Diese Verfahrensweise widerspricht nach Ansicht des Verfassers der Bauproduktenrichtlinie, nach der Produkte durch die Einfhrung harmonisierter europischer Normen nicht in ihrer Verwendung benachteiligt werden drfen.

Die Klasse F wurde der Klassifizierung „leichtentflammbar“ zugeordnet. Aus deutscher Sicht ist das konsequent, da in Deutschland Wrmedmmstoffe grundstzlich Brandverhaltensvorschriften unterliegen. Ein ganz wesentlicher Schritt zur nationalen Umsetzung der europischen Brandklassifizierungen und der damit verbundenen Prfmethoden ist durch die Verabschiedung der harmonisierten europischen Norm EN 15715

42

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

Tabelle 12. Standardprfaufbauten von genormten Baugruppen nach EN 15715 Nummer

Trgermaterial

Luftspalt zwischen Trgermaterial und Dmmstoff

1

Gipskartonplatte

ja, 40 mm

X

keine

2

Gipskartonplatte

nein

X

Gipskartonplatte

3

keine

ja, 40 mm

X

Trapezblech

4

Spanplatte

nein

X

Spanplatte

Wrmedmmstoffe – Einbau- und Befestigungsbedingungen fr die Prfung des Brandverhaltens – Werkmßig hergestellte Wrmedmmstoffe, vollzogen worden. Die Norm gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil werden die Einbau- und Befestigungsbedingungen fr die Prfung von Wrmedmmstoffen nach Tabelle 1 festgelegt. Die Bedingungen gelten fr Wrmedmmstoffe so, wie sie in den Verkehr gebracht werden. Das entspricht den gegenwrtigen deutschen Regelungen, wonach das nicht im Einbauzustand befindliche Produkt geprft wird. Gleichwohl stellt die Prfung im Brandschacht mit den auf eine Trgerplatte aufgeklebten Produkten durchaus ein Schritt in Richtung Anwendung dar. Im zweiten Teil der Norm EN 15715 werden Befestigungsbedingungen festgelegt, die fr die Prfung in genormten Baugruppen gelten. Diese sind standardisierte Prfaufbauten, die eine bestimmte Endanwendung simulieren sollen. Hier wird erstmalig versucht, die praktischen Einbaubedingungen von Wrmedmmstoffen zu bercksichtigen. In einigen europischen Lndern wird dies bereits seit Jahren praktiziert (Tabelle 12). Die Abdeckungen simulieren die Oberflche, die den Wrmedmmstoff gegen die angreifende Flamme abdeckt. Die Norm beschreibt detailliert die Produkte, die fr Abdeckungen angewendet werden drfen. Die Anhnge

Dmmstoff

Abdeckung

der Norm enthalten produkttypische Einzelheiten, die bei der Prfung des Brandverhaltens zu bercksichtigen sind. Der Hersteller bekommt mit der Prfung des Dmmstoffs in genormten Baugruppen erstmalig im Rahmen einer Norm die Mçglichkeit, zustzliche Informationen ber das Brandverhalten seines Produktes in spezifischen Einbausituationen dem Anwender zur Verfgung zu stellen.

5

Europische Produktnormen und deutsche Anwendungsnormen

Deutschland hat mit der Einfhrung einer sogenannten Anwendungsnorm DIN 4108-10 [9] die anwendungsspezifischen Anforderungen an europisch genormte Bauprodukte umgesetzt. Der Ausschreibende und der Anwender kçnnen somit auf Anwendungskurzzeichen zurckgreifen, die die Zuordnung von Wrmedmmstoffen zu bestimmten Anwendungen ausdrcken. Tabelle 13 zeigt dies beispielhaft. Damit wird dem Ausschreibenden und dem Anwender die detaillierte Kenntnis der harmonisierten Produktnormen bis zu einem gewissen Grade erspart. Zum Bereich der Anwendung gehçrt natrlich auch der Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit. Er schafft den Bezug zur Umsetzung der europischen Richtlinie fr

Tabelle 13. Mindestanforderungen an Perimeterdmmstoffe aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaum nach DIN EN 13164 (Auszug aus Tabelle 5 der DIN 4108-10) Anwendungskurzzeichen

Druckspannung Kriechverhalten bei 10 % Stauchung oder Druckfestigkeit

Wasseraufnahme durch Diffusion

Wasseraufnahme nach Frost-TauWechselbeanspruchung

PW, dh

CS(10/Y)300

WD(V)5

FT1

PW, ds

CS(10/Y)500

CC(2/1,5/50)150

WD(V)5

FT1

PW, dx

CS(10/Y)700

CC(2/1,5/50)200

WD(V)5

FT1

PB, dh

CS(10/Y)300

WD(V)5

FT1

PB, ds

CS(10/Y)500

CC(2/1,5/50)150

WD(V)5

FT1

PB, dx

CS(10/Y)700

CC(2/1,5/50)200

WD(V)5

FT1

Ausblick

die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden, umgesetzt in Deutschland durch die EnEV 09. Eine der wesentlichen Anforderungen der Bauproduktenrichtlinie lautet: Energieeinsparung und Wrmeschutz. Es heißt dort: „Das Bauwerk und seine Anlagen und Einrichtungen fr Heizung, Khlung und Lftung mssen derart entworfen und ausgefhrt sein, dass unter Bercksichtigung der klimatischen Gegebenheiten des Standortes der Energieverbrauch bei seiner Nutzung gering gehalten und ein ausreichender Wrmekomfort der Bewohner gewhrleistet wird.“ Deutschland hat mit Verweis auf diese Anforderung und das nationale Schutzniveau eine vom Verfahren der harmonisierten Normen abweichende Ermittlung des Nennwertes der Wrmeleitfhigkeit festgelegt. Der Nennwert der Wrmeleitfhigkeit wird unter dem CE-Zeichen mit lD deklariert. So ist es in den harmonisierten Produktnormen festgelegt. Außerdem muss der Hersteller in Deutschland einen Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit l nach DIN V 4108-4 [5] angeben. Nur dieser Wert kann fr den Nachweis des Wrmeschutzes in Deutschland verwendet werden. Die Norm unterscheidet dabei zwei Kategorien von Bemessungswerten: Bemessungswerte nach Kategorie I werden aus dem Nennwert der Wrmeleitfhigkeit lD, wie er sich aus der Produktnorm durch Herstellerdeklaration ergibt, durch Multiplikation mit einem sogenannten Sicherheitsfaktor 1,2 ermittelt. Es gilt: l = lD 1,2 Ein Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit nach Kategorie II kann fr den jeweiligen Dmmstoff im Rahmen einer bauaufsichtlichen Zulassung erteilt werden, wenn der Hersteller zusichert, dass ein bestimmter Grenzwert der Wrmeleitfhigkeit lgrenz von seinem Produkt nicht berschritten wird. In diesem Fall gilt: l = lgrenz 1,05 In der Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen [10], herausgegeben von der ARGEBAU, heißt es dazu: „Bei Anwendung der technischen Regel (DIN 4108-4) ist Folgendes zu beachten: Die Bemessungswerte der Kategorie I gelten fr Produkte nach harmonisierten europischen Normen, die in der Bauregelliste B Teil 1 aufgefhrt sind. Die Bemessungswerte der Kategorie II gelten fr Produkte nach harmonisierten europischen Normen, die in der Bauregelliste B Teil 1 aufgefhrt sind und deren Wrmeleitfhigkeit einen Wert lgrenz nicht berschreitet. Der Wert lgrenz ist hierbei im Rahmen eines Verwendbarkeitsnachweises (allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder Zustimmung im Einzelfall) festzulegen.“

43

Das Verfahren zur Ermittlung dieses Grenzwertes ist jedoch in den harmonisierten Produktnormen fr Wrmedmmstoffe fr Gebude nicht definiert! Es bleibt in der Verantwortung des Herstellers, diesen Wert festzulegen. In diesem Zusammenhang erscheint es sinnvoll, auch auf die Angabe eines Nennwertes des Wrmedurchlasswiderstandes RD kurz einzugehen. Im Gegensatz zu anderen Lndern, wie z. B. Frankreich, ist in Deutschland die Angabe von R-Werten kaum gebruchlich. Die europischen Produktnormen bestimmen jedoch, dass der Nennwert des Wrmedurchlasswiderstandes RD stets anzugeben ist und der Nennwert der Wrmeleitfhigkeit nur wenn mçglich. Nun kann es durchaus vorkommen, dass sich der vom Hersteller angegebene Nennwert RD nicht nach der einfachen Formel RD = d/lD nachberechnen lsst. Der RD-Wert ergibt sich nach Norm aus dem R90/90-Wert durch Abrundung dieses Wertes in Stufen von 0,05 m±K/W. Wenn R90/90 z. B. 4,28 m±K/W betrgt, folgt daraus ein RD-Wert RD = 4,25 m±K/W. Der R90/90-Wert wird wiederum aus dem l90/90-Wert berechnet, der mindestens 90 % der Produktion mit einem Vertrauensniveau von 90 % reprsentieren muss: R90/90 = d/l90/90 Der Nennwert der Wrmeleitfhigkeit lD wird wiederum aus dem l90/90-Wert durch Aufrunden auf die nchst hçhere 0,001 W/(mK) Stufe ermittelt. Folglich fhrt z. B. l90/90 = 0,0322 W/(mK) zu einem Nennwert von lD = 0,033 W/(mK)! Der Nennwert des Wrmedurchlasswiderstandes RD kann in Deutschland nicht fr wrmeschutztechnische Berechnungen verwendet werden. Dies muss der Planer gegebenenfalls bercksichtigen.

6

Ausblick

Gegenwrtig wird die europische Bauproduktenrichtlinie komplett berarbeitet. Sie soll danach als Bauproduktenverordnung des Europischen Parlaments und des Rates in Kraft treten. Das heißt, dass die Mitgliedsstaaten die Verordnung direkt umsetzen mssen. Neben neuen Regelungen zur technischen Bewertung von Bauprodukten werden auch die wesentlichen Anforderungen oder auch Basisanforderungen genannt, um weitere Kriterien ergnzt. Im Entwurf [4] werden die folgenden Anforderungen an Bauwerke genannt: – mechanische Festigkeit und Standsicherheit, – Brandschutz, – Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz, – Nutzungssicherheit, – Lrmschutz,

44

A 2 Harmonisierte europische Produktnormen – Stand der Entwicklung

– Energieeinsparung und Wrmeschutz, – nachhaltige Nutzung der natrlichen Ressourcen. Das bedeutet fr die Erarbeitung neuer europischer Normen und die berarbeitung bestehender Normen, dass die Fragen der Abgabe gefhrlicher Substanzen an die Umwelt [11] und die Dauerhaftigkeit von Bauwerken und Baustoffen [12] strker zu bercksichtigen sind. Das CEN hat dem bereits Rechnung getragen und entsprechende Technische Komitees einberufen, die an der Ausarbeitung entsprechender Prfmethoden und Bewertungskriterien arbeiten. Neben der Bauproduktenrichtlinie werden auch die europischen Produktnormen fr Wrmedmmstoffe fr Gebude berarbeitet. Dabei sollen auch strker Kombinationen aus verschiedenen Dmmstoffen, wie z. B. mit Holzwolle kaschierte Mineralwolle- oder EPSDmmplatten bercksichtigt werden. Wie gezeigt werden konnte, sind die europischen Normen fester Bestandteil des deutschen Normenwerks und auch der tglichen Arbeit des Planers und Bauphysikers geworden. Grundstzlich haben sich die harmonisierten europischen Produktnormen fr werkmßig hergestellte Wrmedmmstoffe trotz aller anfnglichen Skepsis seit 2003 bewhrt. Das gilt in gleichem Maße auch fr die Prfnormen. Die Normen ermçglichen mithilfe der entsprechenden Anwendungsnormen, dauerhafte wrmeschutztechnische Lçsungen zu planen. Da die Entwicklung weiter in Richtung europischer Harmonisierung voranschreitet, ist es wichtig, sich immer wieder ber den neuesten Stand und die kommenden Projekte zu informieren. Der vorliegende Beitrag soll dabei eine kleine Hilfestellung geben, sich in dem „Dschungel“ der Normen besser orientieren zu kçnnen.

7

Literatur

[1] Richtlinie ber die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden, Richtlinie 2002/91/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2002, Amtsblatt der Europischen Gemeinschaften, 4. 1. 2003. [2] Lutz, H., Springborn, M.: Die Bauproduktenrichtlinie. Ernst & Sohn, Berlin 2000. [3] Verordnung zur nderung der Energieeinsparverordnung vom 29. 04. 2009: Bundesgesetzblatt, Teil I Nr. 23, Bonn 30. 04. 2009. [4] Vorschlag fr eine Verordnung des Europischen Parlaments und des Rates zur Festlegung harmonisierter Bedingungen fr die Vermarktung von Bauprodukten (2008/0098 COD), Brssel 28. 5. 2008. [5] DIN V 4108-4:2004-07: Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden – Wrme- und feuchteschutztechnische Kennwerte. Beuth Verlag, Berlin 2004. [6] Merkel, H.: Long-term Performance of Extruded Polystyrene Thermal Insulation Products; 11th International Conference on Durability of Building Materials and Components, Istanbul May 2008. [7] The Euroclassification of Reaction to Fire Performance of Construction Products and Related Test Methods, Information Sheet 3 – Issue 4, warringtonfire, Warrington (UK) Sept. 2004. [8] nderungen der Bauregellisten A und B und der Liste C, Ausgabe 2006/2, DIBt, Beuth Verlag, Berlin 2006. [9] DIN V 4108-10:2004-06: Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden – Anwendungsbezogene Anforderungen an Wrmedmmstoffe. Beuth Verlag, Berlin 2004. [10] Musterliste der Technischen Baubestimmungen, Anlage 4.1/3, Februar 2009, www.bauministerkonferenz.de. [11] Gellert, R.; Horn, W.: Europische Dmmstoffnormen der 2. Generation: Prfmethoden zur Ermittlung flchtiger organischer Komponenten (VOC), Bauphysik 27 (2005) Heft 4. [12] Albrecht, W.: Langzeitmessungen, Extrapolation, Praxisobjekte – Kann damit der normative Begriff „durability“ (Dauerhaftigkeit) fr Dmmstoffe mit Leben erfllt werden? Vortrag FIW Wrmeschutztag, Mnchen 2007.

45

A 3 CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Gebudebereich Lamia Messari-Becker

Dr.-Ing. Lamia Messari-Becker Bollinger + Grohmann Ingenieure Westhafenplatz 1, 60327 Frankfurt/Main Studium des Bauingenieurwesens an der TU Darmstadt; 1998 Fçrderpreis Bilfinger + Berger AG; 1999 Fçrderpreis Philipp Holzmann AG; 2001 Diplom; 2006 Promotion zum Dr. -Ing. an der TU Darmstadt ber „Konzept zur nachhaltigen CO2-Emissionsminderung bei Gebuden im Bestand“; 1998–2001 Mitarbeit bei Professor Pfeifer und Partner in Darmstadt; 2006–2008 Beraterin zu Energieeffizienz und Klimaschutz; seit 2008 Lehrbeauftragte der Bauphysik im Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen der Hochschule Darmstadt; seit 2009 Leiterin Nachhaltigkeit und Bauphysik bei Bollinger + Grohmann Ingenieure in Frankfurt am Main.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

46

A 3 CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Gebudebereich

Inhaltsverzeichnis 1

Allgemeines

47

2

Begriffe

3 3.1 3.2 3.3

Methodik und Annahmen 47 Mathematischer Ansatz 47 Randbedingungen und Annahmen 48 Interpretation der CO2-Vermeidungskosten

4

Betrachtete Bausubstanz und Sanierungsmaßnahmen 48

5

Effektive CO2-Vermeidungskosten

6

Literatur

47

53

53

48

Methodik und Annahmen

1

Allgemeines

In vorliegendem Beitrag werden Untersuchungen zu den sog. CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Altbaubestand vorgestellt. Diese liefern eine quantitative Aussage ber den effektiven Investitionsaufwand, der betrieben werden muss, um eine Tonne CO2 pro Jahr zu vermeiden. Sie kçnnen damit als Bewertungsmaßstab von Sanierungsmaßnahmen am Gebudebestand hinsichtlich ihrer çkologischen und çkonomischen Effizienz dienen. Die hier untersuchten Sanierungsmaßnahmen sind vorwiegend baulicher Art; apparative Maßnahmen werden nur exemplarisch betrachtet. Die ausgewhlten Sanierungsmaßnahmen haben primr das Ziel, Energie zu sparen und CO2-Emissionen zu vermeiden. Die CO2-Vermeidungskosten werden fr eine Auswahl an Gebuden aus dem Altbaubestand angegeben. Weiterfhrende Analysen sind [1] zu entnehmen.

2

Begriffe

Unter CO2-Vermeidungskosten wird die Gesamtheit aller Kosten verstanden, die mit einer bestimmten Option der CO2-Minderung einhergehen. Die Kosten einer energetischen Sanierungsmaßnahme zur CO2-Minderung sind nach [2] als spezifische Investitionskosten zur Vermeidung von CO2-Emissionen zu bezeichnen. In diesem Beitrag wird die griffigere Bezeichnung CO2-Vermeidungskosten verwendet. Der Zusatz effektiv erfolgt vor dem Hintergrund, dass hier auch die Kostensenkung durch Energieeinsparung bercksichtigt wird. CO2-Einsparung bedeutet die Reduzierung der CO2-Emissionen, die unmittelbar am bzw. im Gebude durch Sanierungsmaßnahmen erzielt wird. Werden die Vorketten von dieser CO2-Einsparung abgezogen, ergibt sich eine effektive Reduzierung, im Weiteren CO2-Minderung genannt. Unter Vorketten wird die Umweltbelastung durch klimaschdliche Emissionen verstanden, die bei den Herstellungsprozessen der Produkte sowie den vorgelagerten Prozessen zur Gewinnung der Ausgangsstoffe entstehen. Wie blich werden die klimaschdlichen Emissionen in ihre CO2-quivalente umgerechnet.

3

Methodik und Annahmen

3.1

Mathematischer Ansatz

Bei einer baulichen Sanierungsmaßnahme wird der Wrmeschutz der Gebudehlle verbessert. Der Heizwrmebedarf wird gesenkt. Bei einer apparativen Maßnahme bleibt der Heizwrmebedarf gleich, dagegen kann die Erzeugung des Heizenergiebedarfs effizienter oder/und emissionsrmer werden. Die Verluste der Erzeugung und Verteilung und die betrieblichen Emissionen kçnnen reduziert werden. Es ist zu beachten, dass, solange die Bewohner eines Gebudes vor und nach der

47

baulichen Maßnahme die gleichen sind, die Unterscheidung zwischen Bedarf und Verbrauch bei der Ermittlung der Einsparungen keine Rolle spielt. Es geht bei beiden Anstzen lediglich um die Differenz an Heizwrme, die durch eine Sanierungsmaßnahme weniger ge- oder verbraucht wird. Die eingesparte Energie wird je Energietrger und Heiztechnik in quivalente vermiedene CO2-Emissinonen umgerechnet. Das Verhltnis zwischen den Investitionskosten der Maßnahme und der effektiven CO2-Minderung liefert eine Aussage ber die Kosten/Nutzen-Relation einer Maßnahme, wobei hier keine weiteren internen oder externen Effekte bercksichtigt werden, wie z. B. Wertsteigerung der Immobilie. Mit den berechneten Annuitten, Erlçsen und CO2-Minderungen lassen sich die effektiven Kosten der Minderung um eine Tonne CO2 nach Gl. (1) berechnen: VKeff ¼

Z EE bei CO2,E 6¼ CO2,V CO2,E CO2,V

(1)

mit VKeff effektive CO2-Vermeidungskosten der Maßnahme in S/(t CO2) EE Kostensenkung (Erlçse) aus Energieeinsparung in S/a Z jhrlich zu leistende Zahlung (Annuitt) in S/a, ermittelt nach Gl. (2) CO2,E unmittelbar durch die Maßnahme erzielbare CO2-Einsparung in t CO2/a nach Gl. (3) CO2,V CO2-Vorketten, auf die Lebensdauer umgelegt in t CO2/a, siehe auch [1] Die Annuitten Z errechnen sich nach Gl. (2). r

Z¼I 1 mit I Z r t

1 ð1 þ rÞt

(2)

Gesamtinvestitionskosten ber den gesamten betrachteten Zeitraum in S konstante, jhrlich zu leistende Annuitt in S/a Zinssatz in %/100 pro Jahr Betrachtungszeitraum in Jahren

Die Berechnung der direkt erzielbaren CO2-Einsparungen erfolgt nach Gl. (3) CO2,E ¼ DQ k j

(3)

mit CO2,E direkte CO2-Einsparungen in kg CO2/a DQ jhrliche Heizwrmeeinsparung in kWh/a k Konversionsfaktor des bestehenden Heizsystems in kg CO2/kWh nach [3] j Verlustfaktor des bestehenden Heizsystems zu 1,15 angenommen Der Konversionsfaktor k beschreibt in kg CO2/kWh die Menge der CO2-Emissionen, die pro erzeugte kWh Raumwrme ausgestoßen wird. In [3] betrgt dieser fr einen vor 1995 eingebauten Heizçl-Standardkessel 0,56 und fr einen vor 1995 eingebauten Erdgas-Standardkessel 0,45. Die Berechnung der Vorketten einer

48

A 3 CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Gebudebereich

Maßnahme CO2,V in Gl. (1) im Rahmen einer ko-Bilanz erfolgt mithilfe des Rechenprogramms GEMIS (Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme, Version 4.3), basierend auf geltenden Regelwerken und ist in [1] ausfhrlicher dargelegt. Singulre Stellen kçnnen durch eine Null-Differenz im Nenner der Gl. (1) entstehen. Dass die Vorketten einer Maßnahme und die erzielten Einsparungen exakt gleich sind, trat jedoch bei den durchgefhrten Untersuchungen nicht auf. Die eingesetzte Methodik erlaubt weitere Modifizierungen der Vermeidungskosten, etwa bei einer finanziellen Fçrderung je geminderter Tonne CO2 (Emissionshandel, wie es in der Industrie blich ist).

ten liefern eine Aussage ber die jhrlichen Kosten oder Gewinne einer Maßnahme. Die Diagramme (Bilder 1 bis 9) stellen die Sanierungsvarianten mit den besten effektiven CO2-Vermeidungskosten der Reihe nach dar. Dazu findet eine wirtschaftliche Optimierung statt, die bei der breiten Datenbasis und dem großen Aufwand automatisiert wurde. kologisch nicht effektive Maßnahmen (CO2,V > CO2,E) werden automatisch ausgeschlossen. Die effektiven CO2-Vermeidungskosten werden fr mehrere Szenarien unter Variation der Sanierungsalternativen, der Materialalternativen und ggf. der Dmmstrke ermittelt.

3.2

4

Randbedingungen und Annahmen

Bei der Investitionsrechnung wurde die Annuittenmethode angewandt. Ein dynamisches Verfahren wurde deshalb gewhlt, um zum einen die zeitlich unterschiedlich anfallenden Zahlungsstrçme, zum anderen die unterschiedlichen Lebensdauern und Investitionskosten von Sanierungsmaßnahmen bercksichtigen zu kçnnen. Bei den gettigten Investitionen werden Kosten fr Instandhaltung oder Schadensbehebung nicht bercksichtigt, da hier primr das Ziel Energieeinsparung und CO2-Minderung untersucht wird. Die Ergebnisse werden durch eine Bercksichtigung dieser Kosten gnstiger. Es wird ein Zinssatz fr Baukredite von 6 % angesetzt. Die anfallenden Investitionen werden als Bankkredit aufgenommen. Die jhrlichen Annuitten werden so ermittelt, dass der aufgenommene Kredit am Ende der Investitionslaufzeit vollstndig zurckgezahlt ist. Der Bilanzzeitraum entspricht der Lebensdauer der Maßnahme, die mit 25 Jahren bei Außenwnden und 20 Jahren bei Dchern, Decken, Fenstern und Kellerdecken angesetzt wird. Die Bercksichtigung einer finanziellen Fçrderung, etwa durch die Kreditanstalt fr Wiederaufbau (KfW), erfolgt nicht, um die Ergebnisse mçglichst unabhngig von dynamischen Fçrdermechanismen zu halten. Als Energiekosten wurden fr Heizçl 0,11 S/kWhBedarf bzw. fr Erdgas 0,09 S/kWhBedarf angesetzt. Dies entspricht den Preisen vom Oktober 2009. Auf eine Bercksichtigung zuknftiger Entwicklungen der Energiepreise wird hier verzichtet, da sich dies nicht seriçs vorhersagen lsst. Die Entwicklung der befrchteten Inflation durch die gegenwrtige Wirtschaftskrise kann zum jetzigen Zeitpunkt ebenfalls nicht bercksichtig werden. 3.3

Interpretation der CO2-Vermeidungskosten

Die wirtschaftlichste Maßnahme ist jene mit den geringsten effektiven CO2-Vermeidungskosten. Die Erlçse durch Energieeinsparung und ggf. durch Fçrderungen gehen in den Zhler als negative Werte ein (negative Kosten = Einnahmen). Daher sind die Maßnahmen wirtschaftlich, wenn ihre effektiven CO2-Vermeidungskosten negativ sind. In Gl. (1) sind alle Eingangsgrçßen auf ein Jahr bezogen. Die effektiven Vermeidungskos-

Betrachtete Bausubstanz und Sanierungsmaßnahmen

Untersucht wurde eine Auswahl an Gebuden aus dem Altbaubestand. Unter Altbau werden Gebude verstanden, die vor 1978 gebaut wurden [4] und entsprechende, fr heutige Verhltnisse unzureichende Energiestandards aufweisen. Die Auswahl wird auf vier reprsentative Gebudetypen der Deutschen Gebudetypologie [5] begrenzt, die das Institut fr Wohnen und Umwelt verçffentlicht hat. Die vier Wohn-Gebudetypen sind ein Einfamilienhaus (EFH_C, Baujahr 1919– 48), ein Reihenhaus (RH_D, Baujahr 1949–57), ein Mehrfamilienhaus (MFH_D, Baujahr 1958– 68) und ein Großmehrfamilienhaus (GMH_E, Baujahr 1958– 68). Tabelle 1 enthlt die Eingangsdaten der Untersuchungen, die u. a. die energetische Qualitt der Gebudehlle definieren. Es werden (bauliche) Sanierungsmaßnahmen betrachtet, die auf eine wrmeschutztechnisch effizientere Gebudehlle abzielen. Apparative Sanierungsmaßnahmen der Heizungstechnik und/oder ein Umstieg auf effizientere Energietrger werden hier nur exemplarisch betrachtetet. Fr die untersuchten Sanierungsvarianten und eingesetzten Materialien wird eine Auswahl getroffen. So wird z. B. auf eine hinterlftete Fassade aufgrund der hohen Kosten sowie auf eine Innendmmung aufgrund des Raumverlustes und mçglicher Feuchteschden verzichtet. Bei den Außenwandsanierungen wird nur die gngigste Lçsung des Wrmedmmverbundsystems untersucht. Des Weiteren werden die Dmmstoffe Steinwolle und expandierter Polystyrol-Hartschaum eingesetzt. Bei den Geschossdecken kçnnen dagegen Glaswolle, Schaumglas und Zellulose verwendet werden. Fr Fenstersanierungen werden sowohl 2-fach- als 3-fach-Verglasungen, Kunststoff- wie auch Holzrahmen eingesetzt. Hinsichtlich der Heizungstechnik werden zwei Varianten untersucht. Die Berechnungen fr alle vier Gebudetypen werden mit vor 1995 eingebauten Heizçl- und Erdgas-Standardkesseln durchgefhrt.

Betrachtete Bausubstanz und Sanierungsmaßnahmen Tabelle 1. Eingangsdaten der untersuchten Gebudetypen Eingangsparameter

Gebudetyp EFH_C

RH_D

MFH_E

GMH_E

1919–1948

1949–1957

1958–1968

1958–1968

Beheizte Wohnflche [m ]

275,0

136,0

2844,6

3534,0

Mittlere lichte Raumhçhe [m]

2,75

2,55

2,61

2,5

Beheiztes Gebudevolumen [m3]

1053

469

10397

13166

Anzahl Vollgeschosse

2

2

4

8

Anzahl Wohneinheiten

2

1

32

48

2

Decke/Dach Flche m2

214,0

81,2

971,1

479,6

U-ist [W/m2K]

1,11

0,78

2,30

0,82

Außenwnde Flche m2

237,3

136,7

2041,0

3249,8

U-ist [W/m2K]

1,70

0,86

1,21

1,30

Kellerdecken Flche m2

144,9

81,2

971,1

459,2

U-ist [W/m2K]

1,11

1,01

0,97

0,85

Fenster Sd Flche m2

22,0

25,7

243,2

26,6

g (senkr. Strahlungseinfall)

0,76

0,80

0,76

0,86

U-ist [W/m2K]

2,57

2,90

2,57

5,20

Fenster West/Ost Flche m2

18,2

0,0

44,5

646,1

g (senkr. Strahlungseinfall)

0,76

0,80

0,76

0,86

U-ist [W/m2K]

2,57

2,90

2,57

5,20

Fenster Nord Flche m2

12,2

16,2

219,8

14,3

g (senkr. Strahlungseinfall)

0,76

0,80

0,76

0,86

U-ist [W/m2K]

2,57

2,90

2,57

5,20

Spez. Transmissionswrmeverlust [kWh/a]

808

319

6232

8434

Spez. Lftungswrmeverlust [kWh/a]

200

89

1975

2501

Solare Gewinne [kWh/a]

4299

3876

40742

53034

Interne Gewinne [kWh/a]

6050

2992

62581

77748

Jahresheizwrmebedarf[kWh/a]

56699

20432

443537

597527

Flchenbezog. Jahresheizwrmebedarf [kWh/(m2 a)]

206

150

156

169

Jhrlicher CO2-Ausstoß [kgCO2/a] bei Standard-l-Heizung vor 1995

31751

11442

248381

334615

bei Standard-Gas-Heizung vor 1995

25514

9195

199592

268887

49

50

A 3 CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Gebudebereich

Bild 1. Einfamilienhaus, EFH_C, Baujahr 1919–48, l-Standardkessel vor 1995

Bild 2. Reihenhaus, RH_D, Baujahr 1949–57, l-Standardkessel vor 1995

Bild 3. Mehrfamilienhaus, MFH_E, Baujahr 1958–68, l-Standardkessel vor 1995

Betrachtete Bausubstanz und Sanierungsmaßnahmen

51

Bild 4. Groß-Mehrfamilienhaus, GMH_E, Baujahr 1958–68, l-Standardkessel vor 1995

Bild 5. Einfamilienhaus, EFH_C, Baujahr 1919–48, Gas-Standardkessel vor 1995

Bild 6. Reihenhaus, RH_D, Baujahr 1949–57, Gas-Standardkessel vor 1995

52

A 3 CO2-Vermeidungskosten energetischer Sanierungsmaßnahmen im Gebudebereich

Bild 7. Mehrfamilienhaus, MFH_E, Baujahr 1958–68, Gas-Standardkessel vor 1995

Bild 8. Groß-Mehrfamilienhaus, GMH_E, Baujahr 1958–68, Gas-Standardkessel vor 1995

Bild 9. Groß-Mehrfamilienhaus, GMH_E, Baujahr 1958–68, l-Standardkessel vor 1995, bauliche und apparative Maßnahmen

Literatur

5

Effektive CO2-Vermeidungskosten

In den Bildern 1 bis 9 werden die Ergebnisse der einzelnen Gebudetypen dargestellt. Exemplarisch werden die Ergebnisse am Einfamilienhaus EFH_C der Baujahre 1919 bis 1948 mit einer vor 1995 eingebauten lStandard-Heizung kommentiert. Fr diesen Gebudetyp ist die Maßnahme Dmmung der Außenwnde (14 cm Steinwolle) am wirtschaftlichsten, gefolgt von der Dmmung der Kellerdecke (14 cm Glaswolle) und des Daches (10 cm Glaswolle). Die Dmmstoffe und die Dmmdicken ergeben sich dabei durch eine automatisierte wirtschaftliche Optimierung. Die Vermeidungskosten sind negativ und damit als Erlçse anzusehen. Die restlichen abgebildeten Maßnahmen wie etwa die Fenstererneuerung sind unwirtschaftlich und weisen hohe Vermeidungskosten auf. Die insgesamt wirtschaftliche umsetzbare CO2-Minderung beluft sich auf ca. 19 t CO2. Bis zu dieser Marke kann der Sanierer sogar Erlçse von insgesamt ber 1600 Euro erzielen. Im Anschluss an die baulichen Sanierungsmaßnahmen empfiehlt es sich grundstzlich, auch apparative Maßnahmen durchzufhren. Die Reihenfolge ergibt sich dadurch, dass fr den reduzierten Heizwrmebedarf eine kleinere Heizungsanlage ausreicht und man gleichzeitig effizientere Anlagen einsetzen kann. Im Bild 9 werden am Groß-Mehrfamilienhaus exemplarisch sowohl bauliche als auch apparative Sanierungsmaßnahmen betrachtet. Auf Grundlage der angenommenen Heizungsanlage (l-Standard vor 1995) werden zunchst bauliche Sanierungsmaßnahmen beurteilt. Die Sanierung der Außenwnde, der Fenster und der Kellerdecke weisen die gnstigeren effektiven CO2-Vermeidungskosten als die Dmmung der Obergeschossdecke auf. Letztere wird nicht weiter betrachtet. Der neue reduzierte Heizwrmebedarf bildet dann die Grundlage der weiteren Maßnahmen. Untersucht wurden die Heizsysteme GasBrennwertkessel, l-Brennwertkessel und Holzpellets. Der Gas-Brennwertkessel stellt sich als die gnstigste Variante heraus. Mit –170 S/t CO2 effektiven CO2-Ver-

53

meidungskosten liegt er knapp unter z. B. der Variante l-Brennwertkessel mit ca. –168 S/t CO2. Die Holzpelletsheizung weist effektive CO2-Vermeidungskosten von –155 S/t CO2 auf, die u. a. auf die hçheren Investitionskosten der Anlage zurckzufhren sind. Abkrzungen AW DA FS FS FW/O GEMIS KD KEA PVC WSG

6

Außenwand Dach Fenster auf der Nordseite Fenster auf der Sdseite Fenster auf der West- und Ostseite Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme/Rechenprogramm Kellerdecke Kumulierter Energieaufwand Kunststoff Wrmeschutzverglasung

Literatur

[1] Messari-Becker, L.: Konzept zur nachhaltigen Emissionsminderung bei Wohngebuden im Bestand unter Einbeziehung von CO2-Zertifikaten. Dissertation D17, Technische Universitt Darmstadt 2006. [2] Kasz, M.: konomische Konzepte zur Berechnung der Kosten von Maßnahmen zur CO2-Vermeidung, VE-Journal 1997, H. 1–2, S. 54–59. [3] Kreditanstalt fr Wiederaufbau, KfW-Fçrderbank, Fçrderberater Sanierung. Technisches Merkblatt fr Maßnahmenpaket 4, Stand Juni 2006. [4] Gertis, K.: Energieeinsparung im Altbau – Solartechnik fragwrdig! CCI, Jg. 33 Heft 4, 1999. [5] Institut fr Wohnen und Umwelt Darmstadt, Dokumentation Deutsche Gebudetypologien, Stand Dezember 2003.

55

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand Christian Wetzel, Klaus Sedlbauer

Dipl.-Kfm., Dipl.-Phys. Christian Wetzel CalCon Deutschland AG Goethestraße 74, 80336 Mnchen Studium der Physik und Betriebswirtschaftslehre an der RWTH Aachen. Von 1996 bis 2003 arbeitete er am Fraunhofer Institut fr Bauphysik in Holzkirchen. Dort war er zustndig fr EU-Projekte und entwickelte das Softwareprogramm epiqr zur nachhaltigen Bewertung von Bestandsimmobilien. Bis zum heutigen Tage wurden mit dem Verfahren epiqr ber 1,5 Mio. Wohneinheiten sowie mehrere Mio. m2 BGF erfasst und bewertet. 1999 grndete er die CalCon Holding GmbH – ein Spin-Off der Fraunhofer-Gesellschaft – und bernahm 2007 den Vorstandsvorsitz der CalCon Deutschland AG. Er hlt seit 2004 an der FH Biberach die Vorlesungsreihe Bauphysik und ist seit 2005 Mitglied des Runden Tisches am Bundesministerium fr Verkehr, Bau und Stadtentwicklung. Christian Wetzel ist einer von 16 Initiatoren der DGNB.

Prof. Dr. -Ing. Dipl.-Phys. Klaus Sedlbauer Fraunhofer Institut fr Bauphysik Fraunhoferstraße 10, 83626 Valley Jahrgang 1965. Studium der Physik an der LMU Mnchen. Ab 1992 wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Fraunhofer-Institut fr Bauphysik IBP in Stuttgart und Holzkirchen. Promotion 2001. Von 2001 bis 2003 stellvertretender Institutsleiter. Sommersemester 2003 Professor an der Fachhochschule Rosenheim. Ab Nov. 2003 Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts fr Bauphysik und Ordinarius des Lehrstuhls fr Bauphysik der Fakultt 2 „Bau- und Umweltingenieurwissenschaften“ sowie kooptiertes Mitglied der Fakultt 1 „Architektur und Stadtplanung“ der Universitt Stuttgart. Stndiges Mitglied der Innenraumlufthygiene-Kommission (IRK) des Umweltbundesamtes seit 2003. Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des Bundesverbandes fr Schimmelpilzsanierung (BSS) seit 2004. Im Juni 2004 Verleihung des WTAPreises durch die Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft fr Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e. V. (WTA). Im November 2005 Verleihung der Ehrennadel der Handwerkskammer Mnster fr sein Engagement fr die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Handwerk. Seit 2007 Mitglied im Senat der FraunhoferGesellschaft. Mitbegrnder der Deutschen Gesellschaft fr Nachhaltiges Bauen (DGNB). Berufung in den wissenschaftlichen Gutachterausschuss des Bundesministeriums fr Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) sowie Ernennung zum Sprecher der Fraunhofer-Allianz Bau im Jahr 2008.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

56

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung und Zielsetzung

2

Begriffsdefinitionen

3

Beschreibung von Beispielgebude und Dmmmaßnahme 58

4 4.1 4.2 4.3 4.4

Beschreibung und Anwendung der Rechenverfahren 60 bersicht 60 Energetische Betrachtung 60 kologische Betrachtung 62 konomische Betrachtung 63

5

Zusammenfassung

6

Literatur

68

57

58

67

Einleitung und Zielsetzung

1

Einleitung und Zielsetzung

Keiner wird den Klimawandel mit weltweit im Mittel steigenden Temperaturen sowie den damit einhergehenden zunehmenden Extremwitterungserscheinungen mehr infrage stellen. Der anthropogene Anstieg der Treibhausgase in der Erdatmosphre ist vor allem auf die Verbrennung fossiler Energietrger zurckzufhren. Die grçßten Potenziale zur Verringerung der CO2-Emissionen liegen dabei im Verkehrs- und im Gebudebereich [1]. Die Beheizung von Gebuden und zunehmend auch die Klimatisierung in wrmeren Monaten spielt hierbei eine dominante Rolle. 50 % des Energieverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland sind dem Baubereich zuzuordnen. Energieeinsparung im Sinne einer effizienten Energienutzung kann als das Gebot der Stunde betrachtet werden. Die Auswahl effektiver Maßnahmen bei der Sanierung und Modernisierung von Gebuden (wie Dmmung, Lftung mit Wrmerckgewinnung oder die Auswahl der optimalen Heizungsanlage) stellt fr den Planer eine Herausforderung dar, da er dort die vorhandene Bausubstanz (und die kritischen Bewohner) zu bercksichtigen hat. Aber gerade in der energetischen Ertchtigung von Bestandsimmobilien liegt das grçßte Einsparpotenzial. Wir haben dafr nicht mehr beliebig viel Zeit. Die weltweite Verknappung der l- und Gasressourcen, wie in Bild 1 dargestellt, sowie die damit einhergehende Energiepreissteigerung stellen quasi ein doppeltes Beschleunigungsmoment dar: Energie wird immer teurer, Energieeinsparung im Sinne der Abhngigkeit beispielsweise von der OPEC immer wichtiger! Andererseits spielt teure Energie der Sanierung in die Hnde. Dazu kommt, dass Lnder wie China und Indien ihren Lebensstandard

57

auf westliches Niveau bringen werden. Dabei wird z. B. das sog. Reich der Mitte seinen derzeitigen Verbrauch von 1,2 t SKE (Steinkohleeinheiten) pro Kopf und Jahr auf das etwa 10-Fache in den kommenden Jahren anheben. Zum Vergleich: die USA liegen derzeit bei 11,5 t SKE pro Kopf und Jahr [2]. Damit wird die Geschwindigkeit des oben skizzierten Karussells, bestehend aus Knappheit, sich weiter erhçhendem Verbrauch und der resultierenden Preissteigerung, weiter zunehmen. Rasches Handeln ist also angesagt. Aus bauphysikalischer Sicht muss fr alle Gebude der Energieverbrauch in erster Prioritt durch passive Maßnahmen auf ein Minimum reduziert werden. Dabei spielt die Reduktion der Transmissions- und Lftungswrmeverluste die wesentliche Rolle. Der sich dann einstellende Restenergiebedarf sollte mçglichst durch Verwendung regenerativer Energietrger abgedeckt werden. Dmmmaßnahmen der Gebudehlle sind nicht nur als ußerst wirkungsvoll einzustufen, sie sind auch zeitlich betrachtet die erste zu planende Maßnahme, oder, falls begrenzte Budgets zur Verfgung stehen, die einzig umzusetzende Sanierungsmaßnahme. Die Festlegung der fr ein bestimmtes Gebude optimalen Dmmstoffdicke scheint zunchst ein triviales Problem zu sein. Verfolgt man aber so manche Diskussion zwischen Planer und Bauherrn, so liegen Welten zwischen den Vorstellungen der beiden Personengruppen. Zwischen der Aussage, es sei keine zustzliche Dmmung erforderlich bis hin zu den als optimal angesehenen 50 cm Dicke scheint die Variabilitt beliebig zu sein. Dieser Beitrag soll zur Versachlichung der Diskussion ber Begrifflichkeiten sowie ber die Bestimmung optimaler Dmmstoffschichten dienen. Zunchst wird in einem kurzen Abriss erlutert, wie sich eine Sanierung

Bild 1. Reichweite verschiedener Energietrger wie Uran, Kohle, Erdgas und Erdçl. Dargestellt sind die Reserven und Ressourcen, nach [1]

58

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand

von einer Modernisierung und jene von einer Instandhaltung unterscheidet; es werden also Begriffsdefinitionen gegeben. Anschließend sollen unterschiedliche Bilanzierungsmethoden beleuchtet und auf ein Beispielobjekt angewandt werden. Es handelt sich dabei um ein Bestandsgebude, an dem eine Instandhaltung bzw. Modernisierung der Fassade ansteht. Dabei wird nicht Wert gelegt auf die Angabe von Einzelzahlen, z. B. fr die optimale Dmmstoffdicke, sondern vielmehr wird eine Bewertung der verschiedenen Kalkulationsmethoden in den Fokus gestellt.

2

Begriffsdefinitionen

In vielen Fllen sind Datenangaben zu mçglichen Energieeinsparungen infolge von Sanierungsmaßnahmen mit einer gewissen Ungenauigkeit verbunden. Dies liegt u. a. an definitorischen Schwierigkeiten. Die Frage lautet also zunchst, was unter „Sanierung“ genau verstanden und unter diesem Begriff eingeordnet wird. So rangieren unter der Oberbezeichnung „Arbeiten am Gebudebestand“ viele Bezeichnungen, die in der Praxis ohne Trennschrfe gebraucht werden (Bild 2). Um der „babylonischen Sprachverwirrung“ bei den verwendeten Fachausdrcken fr Maßnahmen an Gebuden entgegenzuwirken, sind in Bild 2 die in DIN 31051 [3] definierten Begriffe aufgefhrt und im Folgenden erklrt: Umbau: Bauliche Vernderung (Umgestaltungen) einer Gebudekategorie, um es an wandelnde Nutzeranforderungen anzupassen. Sanierung: Wiederherstellung des Soll-Zustandes von Bauteilen bzw. Anlagen, die nicht mehr den baulichen, technischen, çkonomischen und/oder gesetzlichen Anforderungen entsprechen. Instandhaltung: Kombination aller technischen und administrativen Maßnahmen whrend des Lebenszyklus einer Gebudekategorie zur Erhaltung des funktionsfhigen Zustandes oder der Rckfhrung in diesen, sodass sie die geforderte Funktion erfllen kann. Modernisierung: Bauliche Maßnahmen, die den Gebrauchswert einer Immobilie durch die Anpassung an

den Stand der Technik bzw. den Zeitgeschmack nachhaltig erhçhen, die allgemeinen Wohnverhltnisse auf Dauer verbessern oder nachhaltig Einsparungen von Heizenergie oder Wasser bewirken. Der Begriff Instandhaltung kann, wie aus Bild 2 ersichtlich, weiter unterteilt werden in Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Schwachstellenbeseitigung. Wartung: Maßnahmen zur Verzçgerung des Verfalls der vorhandenen Bausubstanz. Inspektion: Maßnahmen zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes einer Gebudekategorie einschließlich der Bestimmung der Ursachen der Abnutzung und dem Ableiten der notwendigen Konsequenzen fr eine zuknftige Nutzung. Diese Maßnahmen beinhalten ebenso Vorbereitungsarbeiten zur Durchfhrung. Instandsetzung: Maßnahmen zur Erstellung der geforderten baulichen Zustnde einer Gebudekategorie ohne technische Verbesserung. Mçglichst getreue Wiederherstellung des frheren Zustandes eines Baukçrpers durch Behebung von chronischen Schden (Zeitschden) samt den infolge mangelnder Instandhaltung aufgetretenen Folgeschden. Schwachstellenbeseitigung: Maßnahmen zur technischen Verbesserung einer Gebudekategorie in der Weise, dass das Erreichen einer festgelegten Abnutzungsgrenze nur noch mit einer Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist, die im Rahmen der geforderten Verfgbarkeit liegt. Fr die vorliegende Untersuchung gilt es, eine Instandhaltungsmaßnahme an einer Fassade (Putzausbesserung und Neuanstrich der Fassade) mit diversen Modernisierungsmaßnahmen (Aufbringen einer Dmmung) an der Fassade zu vergleichen.

3

Beschreibung von Beispielgebude und Dmmmaßnahme

In vorliegendem Beitrag wird ein Vergleich gezogen zwischen einer herkçmmlichen Putzsanierung der Fassade und der Alternative des Aufbringens eines Wrmedmmverbundsystems (WDVS). Bisher durchgefhrte

Bild 2. Sortierung von Begriffen, die Maßnahmen am Gebude beschreiben, nach DIN 31051 [3]

Beschreibung von Beispielgebude und Dmmmaßnahme

Bild 3. Gebude Kufsteiner Platz 2, Mnchen

Untersuchungen belegen, dass fr ein WDVS in etwa die gleiche Lebensdauer von 40 Jahren angesetzt werden kann, wie fr eine konventionelle ungedmmte Putzfassade [4]. Fr diese Lebensdauer werden fr die Erstellung einer Putzfassade bzw. eines WDVS die energetischen, çkologischen und çkonomischen Auswirkungen betrachtet und miteinander verglichen.

Das fr die Beispielrechnungen verwendete in den Jahren 1952/53 errichtete 6-stçckige Mehrparteiengebude (Bild 3) befindet sich in Mnchen und schließt in nordçstlicher und sdwestlicher Richtung an die bestehende Bebauung bndig an. Seit der Erbauung wurden, abgesehen von einzelnen ausgewechselten Fenstern, keine energetischen Verbesserungsmaßnahmen durchgefhrt. Der Zustand des Putzes der Fassade ist als schlecht einzustufen, eine Baumaßnahme ist erforderlich. Die Kosten fr die Aufbringung verschiedener Dmmstoffdicken sind Kalkulationsrichtlinien von Dmmstoffherstellern entnommen und mit realen Angeboten ausfhrender Unternehmen validiert worden. Fr die Alternative „ohne wrmeschutztechnische Verbesserungen“ ist als Aufwand fr die Instandhaltungsmaßnahme das Aufstellen und Vorhalten eines Gerstes, Putzabschlagen sowie Neuverputzen und Neustreichen kalkuliert worden. Fr das Wrmedmmverbundsystem wurden handelsbliche Dicken fr Wanddmmstoffe der Wrmeleitfhigkeitsgruppe 035 ausgewhlt. Als Dmmmaterial entschied man sich fr Polystyrol. Aufgrund der Fassadenunebenheiten und der schlechten Qualitt des Putzes wird ein Schienensystem zur Befestigung der Dmmplatten gewhlt. Bei den Berechnungen wurden Anschlussdetails wie Fensterlaibungen, Fensterbnke, Balkonvorsprnge und Dachanschlsse etc. bercksichtigt. Die verwendeten Maßnahmen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1. Zusammenstellung der in der Kalkulation verwendeten Parameter fr die Modernisierung mit WDVS bzw. die Instandhaltung der Fassade ohne Dmmung Modernisierung mit Wrmedmmverbundsystem Pos 1

Gerst

Gerst, Abhngen, Schutzdach, Vorhaltekosten, pauschal

Pos 2

Untergrundvorbereiten

Wand vorbereiten (Dampfstrahlen)

Pos 3

Dmmung

Polystyrol-Hartschaumplatten, Typ: M

Pos 4

Befestigung

Halteleiste (inkl. Lohnkosten f. Montage) Verbindungsleiste Fassadenschraubdbel Unterlegscheibe Zustzliche Befestigung (inkl. Lohnkosten)

Pos 5

Armierung

Armierungsputz Glasfasergewebe + Lohnkosten Armierung aufbringen

Pos 6

Schlussbeschichtung

Kunstharzputz + Lohnkosten Reine Fassadenkosten (o. Gerst)

Pos 7

Systemkomponenten

Pos 7.1

Sockeldmmung

59

Dmmung (inkl. Befestigung + Lohnkosten) Armierung (inkl. Lohnkosten) Feuchteschutz (inkl. Lohnkosten) Schlussbeschichtung (inkl. Lohnkosten)

60

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand

Tabelle 1. Zusammenstellung der in der Kalkulation verwendeten Parameter fr die Modernisierung mit WDVS bzw. die Instandhaltung der Fassade ohne Dmmung (Fortsetzung) Modernisierung mit Wrmedmmverbundsystem Pos 7.2

Fenster, Tren

Fensterbnke in RAL-pulverbeschichteter Variante (inkl. Lohnkosten) Fensterbordprofile (pro Fenster) Fugendichtband unter Fensterbank (inklusive Lohnkosten) Fugendichtband um Fenster u. Tren (inkl. Lohnkosten)

Pos 7.3

Tropfkanten

Tropfkante an Sockelanschluss (inkl. Lohnkosten) Tropfkante an Balkonen (inkl. Lohnkosten) Fugendichtband an Balkon (inkl. Lohnkosten)

Pos 7.4

Blechverwahrung

Blechverwahrung am oberen Abschluss, Var. + Fugendichtband (inkl. Lohnkosten)

Pos 7.5

Gebudedehnfugen

Dehnfugenprofil (ebene Wandflche, inkl. Lohnkosten)

Pos 8

Gestehung

Material u. Lohnaufschlag 14 % + EPI

Dehnfugenprofil (Eckanschluss, inkl. Lohnkosten)

Baustelle einrichten Instandhaltung ohne Dmmung Pos 1

Gerst

Pos 2

Untergrund vorbereiten, Kalkzementputz, Altputz abschlagen und abtransportieren neu verputzen und anstreichen Anstrich auf Neu- und Altputz, gehobene Qualitt

Pos 3

Gestehung

neu verputzen Material u. Lohnaufschlag 14 % + EPI Baustelle einrichten

4

Beschreibung und Anwendung der Rechenverfahren

Tabelle 2. Heizwrmebedarf des untersuchten Gebudes Interne Gewinne

–50 MWh/a

4.1

bersicht

Solare Gewinne

–37 MWh/a

Lftungsverluste

116 MWh/a

Transmissionswrmeverluste

425 MWh/a

Die in den folgenden Abschnitten beschriebenen Untersuchungen und Methoden sowie zugrunde gelegten Randbedingungen sind in Bild 4 zusammengefasst. 4.2

Energetische Betrachtung

Entscheidend fr die Hçhe der Transmissionswrmestrçme durch ein Bauteil und damit fr die Energieeinsparung ist die Dicke des verwendeten Dmmstoffs und dessen Wrmeleitfhigkeit. Fr das Beispielgebude werden die Transmissionsverluste sowie der Heizwrme- und Endenergiebedarf rechnerisch nach der DIN V 4108-6 [5] ermittelt. Die gerundeten Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 aufgelistet. In die Berechnungen gehen standortspezifische Randbedingungen (hier Mnchner Klimadaten), wie anfallende solare Strahlung, Außentemperaturen und Verhalten der Bewohner (Lftungsverhalten und interne Gewinne erzeugt durch technische Gerte und die Energieabgabe der Bewohner selbst), ein. Um den Wirkungsgrad der Wrme- und Warmwasserzeugung in der

Tabelle 3. Analyse der Transmissionswrmeverluste des untersuchten Gebudes Fassade opak

195 MWh/a

Fenster

110 MWh/a

Dach

82 MWh/a

Kellerdecke, Erdreich

32 MWh/a

angrenzende Bebauung

6 MWh/a

Betrachtung ebenfalls zu bercksichtigen, wurde der Endenergiebedarf (Bild 5) des Gebudes ermittelt. Fr die bei den Berechnungen verwendeten Dmmstoffdicken ergeben sich die in Tabelle 4 genannten Werte des Heizwrme- und Endenergiebedarfs.

Beschreibung und Anwendung der Rechenverfahren

61

Bild 4. Zusammenstellung der zur Ermittlung der optimalen Dmmschichtdicke einer Fassade bercksichtigten energetischen, çkologischen und çkonomischen Anstze sowie Verfahren

Da die Dmmstoffdicke bei der Berechnungsformel im Nenner steht, ist der Kurvenverlauf gleich einer (1/x)Funktion. Somit bringt jeder zustzliche Zentimeter Dmmung immer geringere Einspareffekte. Aus rein energetischer Betrachtung ist eine Dmmung der konventionellen Instandhaltung vorzuziehen. Die optimale Dmmstoffdicke wrde im Unendlichen erreicht, d. h. je dicker der Dmmstoff aufgebracht wird, desto besser fllt die energetische Ausfhrung des Gebudes aus.

Bild 5. Endenergiebedarf des Gebudes in Abhngigkeit von der gewhlten Dmmstoffdicke

Tabelle 4. Heizwrme- und Endenergiebedarf in Abhngigkeit unterschiedlicher Dmmstoffdicken der Fassade. Die zugrunde gelegte Wrmeleitfhigkeit des Dmmstoffs betrgt l = 0,035 [W/mK] Dicke der Dmmung Heizwrmebedarf [cm] [kWh/m±a]

Endenergiebedarf [kWh/m±a]

0

138

203

5

97

150

8

92

142

10

90

139

12

88

137

14

87

136

16

86

134

18

85

133

20

85

133

25

84

131

62

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand

4.3

kologische Betrachtung

Bei der çkologischen Betrachtung werden die Umweltwirkungen einer Maßnahme und der damit verbundenen Stoffstrçme ber den gesamten Lebenszyklus – von der Herstellung, ber die gesamte Lebensdauer bis hin zum Rckbau – betrachtet. Das hierzu verwendete Recheninstrument ist die kobilanzierung. Die Berechnungen werden mithilfe der Bilanzierungsrichtlinien des Bundesministeriums fr Verkehr, Bau und Stadtplanung (BmVBS) und der dort aufgefhrten Informationen zu den verwendeten Stoffeigenschaften (kobau.DAT) durchgefhrt [6, 7]. Fr die vorliegende Verçffentlichung wird der Indikator des Treibhauspotenzials (Global Warming Potential – GWP100) verwendet. Fr die Herstellungsphase wird der çkobilanzielle Mehraufwand fr die Herstellung des WDVS gegenber einer ungedmmten Putzfassade berechnet. Die Nutzung beginnt nach der Fertigstellung des Gebudes und endet mit Beginn des Abbruchs, wenn das Lebensende erreicht ist oder andere Grnde einen Abbruch erfordern. Die Umwelteinwirkungen sind abhngig vom Energietrger zur Bereitstellung des Energiebedarfs des Gebudes pro Zeiteinheit (hier: Heizçl). Fr die Nutzungsphase wird mit Differenzen gearbeitet: die Energieeinsparungen der jeweiligen Dmmstoffdicke gegenber einer konventionellen Instandhaltung ohne Dmmung (und damit die entsprechende Heizçl-Einsparung). Am Ende der Nutzungsdauer muss fr alle verwendeten Materialien ein Rckbauszenario berechnet werden. Durch Rezyklierung wird dabei unter Umstnden nicht nur Energie verbraucht, sondern auch eingespart (Tabelle 5). Der Mehraufwand fr die Herstellung steigt von 25 t CO2-quivalent bei einer Dmmung von 5 cm und ei-

ner Fassadenflche von rund 3.200 m± auf knapp 43 t CO2-quivalent bei 25 cm Dmmstoffdicke (Bild 6). Die Aufwendungen fr die Herstellung werden durch die Einsparungen innerhalb der Lebensdauer von 40 Jahren vollstndig wett gemacht. Diese liegen zwischen 2.100 t CO2-quivalent (5 cm Dmmstoffdicke) und 2.900 t CO2-quivalent (25 cm Dmmstoffdicke), siehe Bild 7, und somit um den Faktor 100 ber den Aufwendungen fr die Herstellung. Fr das Ende der Lebensdauer wird die teilweise gebundene Energie frei bzw. ein hoher Rezyklierungsanteil fhrt sogar zu Energiegewinnen, vor allem bei niedrigen Dmmstoffdicken. So werden bei 5 cm Dmmstoffdicke 1,5 t CO2-quivalent eingespart, wohingegen bei 25 cm Dmmstoffdicke nahezu der gleiche Betrag nicht frei wird, sondern aufgewendet werden muss. Werden alle drei Lebensabschnitte zusammengefasst, dann kann fr den gesamten Lebenszyklus als Ergebnis festgehalten werden, dass Einspareffekte gegenber einer konventionellen Instandhaltung in Hçhe von rund 2.100 t CO2-quivalent bei 5 cm Dmmstoffdicke und 2.800 t CO2-quivalent bei 25 cm Dmmstoffdicke zu verzeichnen sind (Bild 9). Es wurde weiterhin untersucht, ob das Treibhauspotenzial ab einer bestimmten Dmmstoffdicke wieder ansteigt. Tatschlich wre das fr das untersuchte Beispielgebude bei einem sehr schwach ausgeprgten Minimum ab einer Dicke von 95 cm und einer Nutzungsdauer von 40 Jahren der Fall. Im Gegensatz zur energetischen Betrachtung, bei der das Optimum bei einer unendlichen Dmmstoffdicke zu erwarten ist, fllt somit der Einspareffekt aufgrund der Energieaufwendungen fr Herstellung und Entsorgung nicht kontinuierlich ab. Aus çkologischer Sicht, bzw. genauer aus Sicht des Beitrags zum Treibhaus-

Tabelle 5. Berechneter Beitrag zum Treibhauseffekt fr unterschiedliche Nutzungsphasen bei unterschiedlichen Dmmstoffdicken im Vergleich zu einer konventionellen Instandhaltung ohne Dmmung Dicke der Dmmschicht [mm]

Treibhauspotenzial GWP100 [t CO2-quivalent] Herstellung

Nutzung

0

Rckbau

Summe

0 (Vergleichsbasis)

5

25

–2.138

–1,5

–2.114

8

28

–2.428

–1,0

–2.401

10

30

–2.543

–0,8

–2.514

12

31

–2.626

–0,5

–2.595

14

33

–2.689

–0,2

–2.656

16

35

–2.738

0,1

–2.703

18

37

–2.777

0,4

–2.740

20

38

–2.810

0,7

–2.770

25

43

–2.870

1,4

–2.826

Beschreibung und Anwendung der Rechenverfahren

63

Bild 6. Beitrag zum Treibhauseffekt fr unterschiedliche Alternativen der Modernisierung mit einem WDVS, aufgetragen ber die Dicke des Dmmstoffs, bezogen auf die Herstellung der Materialien

Bild 7. Beitrag zum Treibhauseffekt fr unterschiedliche Alternativen der Modernisierung mit einem WDVS, aufgetragen ber die Dicke des Dmmstoffs, bezogen auf die Nutzungsphase der Materialien und im Vergleich zur Unterlassungsalternative einer Instandhaltung ohne Dmmung

Bild 8. Beitrag zum Treibhauseffekt fr unterschiedliche Alternativen der Modernisierung mit einem WDVS, aufgetragen ber die Dicke des Dmmstoffs, bezogen auf die Rckbauphase der Materialien

Bild 9. Beitrag zum Treibhauseffekt fr unterschiedliche Alternativen der Modernisierung mit einem WDVS, aufgetragen ber die Dicke des Dmmstoffes, bezogen auf den gesamten Lebenszyklus der eingesetzten Materialien

effekt, wre eine Dmmstoffdicke von 95 cm optimal, aber aufgrund der Dicke als praxisfern anzusehen. Wichtig ist die Erkenntnis, dass der Dmmstoffdicke im Gegensatz zur energetischen Betrachtung somit çkologische Grenzen gesetzt sind.

Eigentmer selbst genutzten Liegenschaft der Fall. Im Falle einer Vermietung kçnnen die Kosten fr die bauliche Maßnahme nur eingeschrnkt umgelegt werden. Als Basiswerte fr diese çkonomische Vergleichsbetrachtung werden die Kalkulationsrichtlinien von Dmmstoffherstellern sowie reale Angebote ausfhrender Unternehmen zugrunde gelegt. Aus dem errechneten Endenergiebedarf kann fr jede Alternative eine Abschtzung der jhrlichen Heizenergiekosten erfolgen (Tabelle 6). Fr eine çkonomische Betrachtung werden zustzlich alle fr die Berechnung verwendeten Werte im Rahmen einer Sensitivittsanalyse auf ihre mçglichen Schwankungsbreiten untersucht. Fr den Vergleich unterschiedlicher Dmmstoffdicken mit einer konventionellen Putzinstandhaltung wurden im Rahmen einer Sensitivittsanalyse die in Tabelle 7 dargestellten Variationen der beeinflussenden Faktoren

4.4

konomische Betrachtung

Bei der çkonomischen Betrachtung werden die Kosten fr die Erstellung des Putzes (Instandhaltung) bzw. des Aufbringens eines WDVS (Modernisierungsmaßnahmen) mit den dadurch zu erzielenden Kosteneinsparungen infolge verminderter Transmissionswrmeverluste verglichen. Weiterhin wird in der vorliegenden Untersuchung unterstellt, dass die Betriebs- und Investitionskosten vollstndig von derselben Person bzw. vom selben Unternehmen getragen werden. Aufgrund der deutschen Mietgesetzgebung ist dies nur in einer vom

64

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand

Tabelle 6. Kosten fr Energie und die bauliche Maßnahme (Betriebs- und Investitionskosten)

Tabelle 7. Variation der verwendeten Parameter, geordnet nach deren positiver mittlerer und negativer Auswirkung auf die Untersuchung der Vorteilhaftigkeit einer Dmmung gegenber einer konventionellen Instandhaltung der Fassade

Dicke der Dmmung [cm]

Jhrliche Energiekosten [TD/a]

Kosten der Baumaßnahme [TD]

0

33,5

196

Beeinflussender Negative Angenommener Positive Faktor Konstellation Mittelwert Konstellation

5

24,7

291

Lebensdauer

20 Jahre

40 Jahre

60 Jahre

8

23,4

308

4%

2%

23,0

320

Interner Zinsfuß

5,5 %

10 12

22,6

333

8,2 %

22,4

348

Preissteigerung 0 % Energie

4%

14 16

22,2

358

0%

–10 %

22,0

373

Kosten des Dmmsystems

20 %

18 20

21,9

385

0%

0%

21,6

413

Endenergiebedarf

20 %

25

vorgenommen. Fr die Lebensdauer der Fassade wird eine Schwankung von je 20 Jahren um den Mittelwert von 40 Jahren unterstellt. Der interne Zinsfuß orientiert sich in seiner Schwankungsbreite an der aktuell niedrigen Verzinsung von rund 2 % und einer unterstellten hçheren Verzinsung von 5,5 %. Als Mittelwert wird eine in der Immobilienwirtschaft bliche Verzinsung von 4 % angesetzt. Fr die Energiepreissteigerung wird eine Schwankungsbreite von 0 % bis 8,2 % und ein Mittelwert von 4 % angesetzt. Der Wert von 8,2 % resultiert aus einer Berechnung der Energiepreissteigerung zwischen 2002 und 2007 basierend auf der Heizçlpreisentwicklung in Deutschland bei einer Abnahmemenge von 3000 Litern – ein vor allem in der politischen Diskussion gern herangezogenes Szenario, welches jedoch durch den jhen Absturz der Rohçlpreise im Jahr 2008 konterkariert wird. Wrde man die Rohçlpreisentwicklung der letzten beiden Jahre ebenso isoliert betrachten, wre diesem Szenario eine jhrliche Energiepreissenkung von rund 50 % zu unterstellen. Aus diesem Grund wurde fr die vorliegende Untersuchung als unterer Wert eine Energiepreissteigerung von 0 % angesetzt. Fr die Kosten der Baumaßnahme wurde ebenfalls eine Schwankungsbreite von den seltenen –10 % (d. h. die Baumaßnahme fllt gnstiger als kalkuliert aus) bis zu den leider hufiger vorkommenden hçheren Kosten von angenommenen 20 % angesetzt. Schließlich wurde auch eine Schwankung bei den Energiekosten angesetzt, die daraus resultiert, dass die angenommenen Energieverbruche aufgrund von Ausfhrungsfehlern bei der Dmmmaßnahme nicht mit dem prognostizierten Energiebedarf bereinstimmen. Hier wurde bewusst lediglich eine Abweichung in eine Richtung hin zu geringeren Einspareffekten an-

genommen, da eine unsachgemße Bauausfhrung (z. B. fehlerhafte Verlegung der Dmmstoffplatten) blicherweise nicht zu einer energetischen Verbesserung fhrt. All die oben aufgefhrten Variationen der Eingabeparameter werden im Rahmen der Sensitivittsanalyse zu zwei Extremkonstellationen und zu einer mittleren Konstellation zusammengefasst. Die in Tabelle 7 dargestellte „Negative Konstellation“ beschreibt dabei die fr die Vorteilhaftigkeit einer Dmmung gegenber einer konventionellen Instandhaltung denkbar ungnstigste Kombination der beeinflussenden Parameter. Im Gegensatz dazu stellt die „Positive Konstellation“ eine Kombination aller Parameter dar, bei denen die Vorteilhaftigkeit einer Dmmung besonders hervorgehoben wird. Auf Basis obiger Kosteninformationen kçnnen unterschiedliche Verfahren der Investitionsrechnung angewendet werden. Im Rahmen dieses Beitrags werden ein statisches und zwei dynamische Verfahren der Investitionsrechnung verwendet. Statische Verfahren: Amortisationszeit Statische Verfahren der Investitionsrechnung basieren auf periodisierten Grçßen, mit denen einzelne Investitionsobjekte auf ihre Wirtschaftlichkeit hin untersucht werden [8–11, 16]. Dabei werden die anfallenden Kosten und Ertrge periodisiert und als Durchschnittswerte dargestellt. Besonderer Vorteil dieser von Praktikern bevorzugten Methode der Investitionsrechnung ist deren geringer Informationsbedarf zur Berechnung und deren allgemein bekannte Begrifflichkeit. Die in der Bevçlkerung wohl bekannteste Form der Investitions-

Beschreibung und Anwendung der Rechenverfahren

65

Tabelle 8. Amortisationszeiten unterschiedlicher Dmmstoffdicken im Vergleich zur Alternative einer konventionellen Instandhaltung Dmmstrke Angepasste jhrliche Einsparung [cm] [TD]

Angepasste Mehrkosten [TD]

Amortisationsdauer [a]

Negativ

Mittelwert

Positiv

Negativ

Mittelwert

Positiv

Negativ

Mittelwert

Positiv

0

–

–

–

–

–

–

–

–

–

5

4

9

9

114

95

86

28,9

10,7

9,6

8

5

10

10

118

111

100

24,7

11,0

9,9

10

6

11

11

132

124

111

24,8

11,7

10,5

12

6

11

11

147

136

123

25,6

12,5

11,2

14

7

11

11

165

152

137

27,2

13,6

12,2

16

7

11

11

176

162

145

27,9

14,2

12,8

18

7

12

12

193

177

159

29,6

15,3

13,8

20

7

12

12

207

189

170

31,0

16,2

14,5

25

8

12

12

239

216

195

34,1

18,1

16,3

rechnung ist die Angabe der Amortisationszeit bzw. der Wiedergewinnungszeit, welche nach folgender Formel berechnet wird [8, 9, 11]: t¼

I0 R

mit I0 Anschaffungsausgabe R durchschnittlicher Rckfluss je Periode Der durchschnittliche Rckfluss setzt sich aus den erwarteten jhrlichen Projektgewinnen bzw. bei Rationalisierungsinvestitionen den Kostenersparnissen, den kalkulatorischen Abschreibungen und gegebenenfalls den zustzlichen Zinsen auf das Eigenkapital zusammen. Die statische Amortisationsberechnung ist nur bei relativ konstanten erwarteten Rckflssen anwendbar. Ansonsten msste der jhrlich erwartete Rckfluss aufsummiert werden, bis schließlich zum Zeitpunkt tn (n > 0) die Anschaffungsausgabe erreicht wird. Wendet man diese Methode auf den hier untersuchten Fall eines Vergleichs unterschiedlicher Maßnahmen an der Fassade an, so ergeben sich gemß Amortisationsberechnung die in Tabelle 8 zusammengefassten Ergebnisse. Mit wachsender Dmmstoffdicke steigt auch die Amortisationsdauer. Somit kçnnte der Eindruck entstehen, dass eine mçglichst geringe Dmmstoffdicke die wirtschaftlich sinnvollste Lçsung darstellt. Der Grund, warum die Amortisationszeit mit der Dmmstoffdicke ansteigt, liegt in der eingeschrnkten Bercksichtigung der Einspareffekte. Eigentlich erfolgt die Energieeinsparung ber die gesamte Nutzungsdauer. Bei einer Lebensdauer von 40 Jahren somit vierzig Mal. Bei einer Betrachtung der Amortisationszeit wird dieser Einspar-

effekt jedoch lediglich einmal (fr ein Jahr) herangezogen und mit den einmaligen Mehrkosten fr das Aufbringen der Dmmung verglichen. Hinzu kommt, dass auch nach Ablauf der Amortisationsdauer von 9,6 Jahren (bei der positiven Konstellation bei 5 cm) bis 34,1 Jahren (bei 25 cm im Falle der negativen Konstellation) weiterhin unterschiedliche Energiekosten anfallen, die bei der Untersuchung gnzlich vernachlssigt werden. Einspareffekte ber die gesamte Lebensdauer kommen somit nicht zum Tragen. Aus diesem Grund erscheint eine Betrachtung der Amortisationsdauer als nicht zielfhrend fr eine solide çkonomische Analyse. Dynamische Verfahren: Kapitalwertmethode Im Gegensatz zur statischen Betrachtung zeichnen sich die dynamischen Verfahren der Investitionsrechnung durch eine explizite Bercksichtigung der gesamten Zeitspanne aus, in der einzelne Zahlungsstrçme ablaufen [10]. Grundvoraussetzung ist somit, fr jede zu prfende Periode Ein- und Auszahlungen zu ermitteln, die in Zahlungsreihen zusammengefasst werden. Analog zu den statischen Verfahren erfolgt bei der Ermittlung der einzelnen anfallenden Zahlungen eine Beschrnkung auf monetr quantifizierbare Grçßen. Im konkreten Fall werden somit eine etwaige Steigerung der Wohnraumqualitt und die damit verbundene langfristig mçgliche Steigerung des Mietertrags außer Acht gelassen. Die bekannteste und am weitesten verbreitete Methode der dynamischen Investitionsrechnung ist die Kapitalwertmethode. Dabei werden die jhrlich erwarteten Ein- und Auszahlungen saldiert und mit dem Kalkulationszinsfuß, auf den Planungszeitpunkt nach folgender Formel abgezinst [13, 14]:

66

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand n X

Generell bedeutet ein negativer Kapitalwert, dass eine Investition nicht durchgefhrt werden sollte. Ein Kapitalwert von 0 S bedeutet, dass die Investition genauso wirtschaftlich ist wie eine Geldanlage zum Kalkulationszinsfuß (mit einer hier angesetzten mittleren Verzinsung von 4 %). Entsprechend bedeutet ein positiver Kapitalwert, dass die Verzinsung der Investition ber dem Kalkulationszinsfuß liegt. Fr das untersuchte Gebude wurden die in Tabelle 9 aufgefhrten Kapitalwerte in Abhngigkeit von der Dmmstoffdicke ermittelt. Der Kapitalwert findet vor allem bei der Analyse der Wirtschaftlichkeit von z. B. Produktionsmaschinen Anwendung, bei der die Anschaffungskosten der Maschine mit den Einnahmen der damit produzierten Gter in Beziehung gesetzt werden. Eine bertragung auf energetische Modernisierungsmaßnahmen im Gebudebereich fllt schwer, da keine „Einnahmen“ durch die

Dmmung erzielt werden, sondern lediglich geringere Energiekosten zu bercksichtigen sind. Folglich muss das Vorteilhaftigkeitskriterium derart modifiziert werden, dass diejenige Investition vorzuziehen ist, die den hçchsten Kapitalwert aufweist (d. h. den niedrigsten negativen Betrag). Fr das untersuchte Gebude liegt der hçchste Kapitalwert bei der negativen Konstellation mit –636 S bei 0 cm also bei der konventionellen Instandhaltung, die somit unter den angenommenen Randbedingungen als wirtschaftlich optimal angesetzt werden muss. Hier spielt vor allem die Energiepreissteigerung von 0 % und die kurze Lebensdauer von 20 Jahren eine entscheidende Rolle. Bei der mittleren Konstellation ist der hçchste Kapitalwert bei einer Dmmstoffdicke von 12 cm mit –1.238 S erreicht. Bei der positiven Konstellation spielt vor allem die Energiepreissteigerung von 8,2 % ber eine Lebensdauer von 60 Jahren eine entscheidende Rolle, sodass die Dmmstoffdicke von 25 cm als optimal erscheint. Plakativer gestaltet sich die Berechnung des Kapitalwerts, wenn geprft wird, welche Aus- und Einzahlungsdifferenzen zwischen beiden Alternativen mit und ohne Dmmung bestehen. Fr das WDVS, verglichen mit einer Instandhaltung ohne Dmmung, bedeutet dies, dass fr das WDVS zustzliche Kosten, d. h. Auszahlungen fr das Anbringen und entsprechende Einsparungen bzw. Einzahlungen durch die eingesparte Energie, in den Folgejahren zu bewerten sind. Aus Tabelle 10 kann entnommen werden, dass bei der negativen Konstellation alle Kapitalwerte unabhngig von der Dmmstoffdicke (aufgrund der kurzen Lebensdauer und der nicht steigenden Energiekosten) negativ

Tabelle 9. Bestimmung des Kapitalwertes fr unterschiedliche Dmmstoffdicken. Der Kapitalwert bei 0 cm Dmmstoffdicke beschreibt die Unterlassungsalternative einer konventionellen Fassadeninstandhaltung ohne Dmmung

Tabelle 10. Bestimmung des Kapitalwertes fr unterschiedliche Dmmstoffdicken, basierend auf den Mehrkosten und Energieeinsparungen gegenber einer konventionellen Fassadeninstandhaltung ohne Dmmung

Dmmstrke [cm]

Dmmstrke [cm]

C0 ¼ I0 þ

ðet at Þ rt

t¼1

mit C0 Kapitalwert der Investition I0 Anfangsauszahlung fr das Projekt t Periode, hier Jahre der gesamten Lebensdauer der Fassade et zum Zeitpunkt t anfallende erwartete Einzahlungen at zum Zeitpunkt t anfallende erwartete Auszahlungen p r Diskontierungsfaktor; r ¼ 1 þ 100 p Kalkulationszinsfuß

Kapitalwert [TD] Negativ

Mittelwert

Positiv

0

–636

–1.538

–19.775

0

5

–703

–1.278

–14.669

5

8

–705

–1.245

–13.976

10

–714

–1.239

12

–724

–1.238

14

–738

16

Kapitalwert bezogen auf Differenzen [TD] Negativ

Mittelwert

Positiv

–

–

–

–67

260

5.106

8

–69

293

5.799

–13.707

10

–77

299

6.068

–13.518

12

–87

300

6.257

–1.242

–13.379

14

–102

295

6.396

–747

–1.244

–13.269

16

–111

294

6.506

18

–763

–1.253

–13.186

18

–126

285

6.589

20

–776

–1.259

–13.119

20

–139

278

6.656

25

–805

–1.277

–12.998

25

–168

261

6.777

Zusammenfassung

ausfallen und somit eine konventionelle Putzinstandhaltung wirtschaftlich sinnvoller ist als eine Wrmedmmung. Anders verhlt es sich bei der mittleren und der positiven Konstellation, bei der klar hervorgeht, dass eine Dmmung einer konventionellen Instandhaltung vorzuziehen ist. Bei der mittleren Konstellation ist wiederum die Dmmstoffdicke von 12 cm am sinnvollsten, wohingegen bei der positiven Konstellation eine Dicke von 25 cm am wirtschaftlichsten erscheint. Dynamische Verfahren: Annuittenmethode Eingngiger als die Kapitalwertbetrachtung ist fr viele in den Wirtschaftswissenschaften weniger bewanderte Laien die Angabe von Annuitten. Dabei stellt die Annuittenmethode lediglich eine Variation der Kapitalwertmethode dar [9, 12, 15]. Hier wird der errechnete Kapitalwert einer Investition in jhrlich gleich große Zahlungsstrçme (vergleichbar mit einer Rente) nach folgender Formel umgewandelt: A¼

C0 RBFrn

mit A Annuitt C0 Kapitalwert RBFrn Rentenbarwertfaktor, reziproker Wert des Annuittenfaktors RBFrn ¼ mit p n

ð1 þ pÞn 1 p ð1 þ pÞn

kalkulatorischer Zinsfuß Anzahl der Perioden

Hier ist somit die geringste Annuitt am vorteilhaftesten, da damit die Summe aus jhrlichen Energiekosten und den einmaligen Kosten fr die bauliche Maßnahme – verteilt auf die Nutzungsdauer – am niedrigsten sind. Fr das untersuchte Gebude errechnen sich die in Tabelle 11 angegebene Annuitten. Wie bereits beim Kapitalwert zu erkennen war, ist im Fall der negativen Konstellation eine wrmeschutztechnische Modernisierungsmaßnahme unwirtschaftlicher als eine konventionelle Putzinstandhaltung. Bei der mittleren Konstellation liegt wiederum das Optimum bei 12 cm, bei der positiven Konstellation sind 25 cm am wirtschaftlichsten. Es sei der Vollstndigkeit halber nochmals darauf hingewiesen, dass die hier vorgenommenen çkonomischen Untersuchungen auf der Annahme beruhen, dass der Eigentmer die energetischen Einspareffekte selbst nutzen kann. Aufgrund der eingeschrnkten Umlagefhigkeit von Modernisierungsmaßnahmen auf den Mieter ist in vielen Fllen im vermieteten Bereich eine direkte wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit einer Wrmedmmung gegenber einer konventionellen Instandhaltung ohne Dmmung nur schwer oder gar nicht darstellbar. Hier ist eine konventionelle Instandhaltung hufig unter

67

Tabelle 11. Fr unterschiedliche Dmmstoffdicken berechnete Annuitten Dmmstrke [cm]

Annuitt [TD] Negativ

Mittelwert

Positiv

0

–53,3

–77,7

–568,9

5

–58,9

–64,5

–422,0

8

–59,0

–62,9

–402,1

10

–59,7

–62,6

–394,3

12

–60,6

–62,5

–388,9

14

–61,8

–62,8

–384,9

16

–62,5

–62,9

–381,7

18

–63,8

–63,3

–379,3

20

–64,9

–63,6

–377,4

25

–67,4

–64,5

–373,9

strikter Bercksichtigung direkt zuweisbarer Effekte meist sinnvoller. Erst die Bercksichtigung von Sekundreffekten, wie Verringerung von Leerstandsraten, Verbesserung des „Image“ des Eigentmers oder auch die Verbesserung der Wohnraumqualitt und eine dadurch verringerte Fluktuationsrate, fhren zu einer positiven wirtschaftlichen Bewertung einer Dmmung gegenber einer Instandhaltung ohne energetische Verbesserung im Mieterbereich.

5

Zusammenfassung

Ziel war es, fr ein ausgewhltes Beispielgebude mit unterschiedlichen Blickwinkeln die fr den Fall einer Fassadendmmung nicht nur die optimale Dmmstoffdicke zu ermitteln, sondern vor allem die Vor- und Nachteile sowie die Grenzen der verwendeten Verfahren zu erlutern. Folgende grundlegende Ergebnisse sind zu konstatieren: – Energetisch wre eine unendlich dicke Dmmung optimal. kologisch wre eine Dmmung von 95 cm die beste Alternative. Bei einer rein çkonomischen Betrachtung kann je nach Variation der zugrunde gelegten Parameter sowohl eine konventionelle Instandhaltung bis hin zu einer Dmmung von 25 cm die wirtschaftlichste Lçsung darstellen. Es bleibt somit im Entscheidungsspielraum des Investors, wie die Ergebnisse der Teilbereiche zu gewichten sind. – Die mçgliche Bandbreite der Ergebnisse bei der çkonomischen Untersuchung zeigt auf, dass derartige Untersuchungen mit Vorsicht zu genießen sind und je nach Variation der gewnschten Parameter ein

68

A 4 Energetische, çkologische und çkonomische Bewertung einer Fassadendmmung im Bestand

Passivhaus genauso wie eine konventionelle Instandhaltung „am wirtschaftlichsten“ erscheinen kçnnen. Besonderer Wert muss somit auf die Transparenz bei der Angabe der zugrunde gelegten Randbedingungen gelegt werden. – Die hier vorgestellten Ergebnisse gelten fr ein spezielles Gebude und kçnnen nur eingeschrnkt auf andere Gebude und Situationen bertragen werden. Die aufgezeigten Tendenzen und Bewertungen sollten jedoch bei der Entscheidungsfindung Bercksichtigung finden. Wichtig ist vor allem, dass dem Investor nicht allein energetische Gesichtspunkte vorgestellt werden, sondern auch an die çkologische und çkonomische Auswirkung gedacht wird. – Die vorliegende Untersuchung zeigt plakativ, dass eine rein energetische Betrachtung nicht zielfhrend ist. Allen Energieberatern sei durch die çkonomische und çkologische Betrachtung gezeigt, dass eine Dmmung auch unter anderen Gesichtspunkten betrachtet werden sollte und dass die daraus gewonnenen Ergebnisse zu einer fundierten Beratung des Eigentmers beitragen kçnnen.

heizwrme- und des Jahresheizenergiebedarfs. Berichtigung 1:2004-03. Beuth Verlag, Berlin.

6

[12] Schierenbeck, H.: Grundzge der Betriebswirtschaftslehre, Studienausgabe. 17. Auflage. Mnchen: Oldenbourg, 2008, 978-3-486-58772-2.

Literatur

[1] Enquete-Kommission: Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphre. Enquete-Kommission des 11. deutschen Bundestages. Bonn 1990. [2] Vogdt, F. U. et al.: Leitfaden nachhaltiges Bauen, Bundesamt fr Bauwesen und Raumordnung. Berlin 2001. [3] DIN 31051:2003-06: Grundlagen der Instandhaltung. Beuth Verlag, Berlin. [4] Knzel, H.: Praxisbewhrung von Wrmedmmverbundsystemen. Fraunhofer-Institut fr Bauphysik, IBP-Mitteilung Nr. 316, Stuttgart 1997. [5] DIN V 4108-06:2003-06: Wrmeschutz und EnergieEinsparung in Gebuden – Teil 6: Berechnung des Jahres-

[6] Bericht_zum_Zwischenstand_bf.pdf: berarbeitung der Nutzungsdauerdaten von ausgewhlten Bauteilen des Hochbaus fr den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“, heruntergeladen am 01. 10. 2009 von der Webseite des BMVBS: http://nachhaltigesbauen.de. [7] Nutzungsdauern_Zwischenauswertung_08092008.pdf, Datenbank-Zwischenauswertung, heruntergeladen am 01. 03. 2008 von der Webseite des BMVBS: http://nachhaltigesbauen.de. [8] Braunschweig, C.: Investitionsrechnung. Einfhrung mit einer Darstellung der Unternehmensbewertung. Mnchen: Oldenbourg, 1998, 3-486-24218-0. [9] Pflaumer, P.: Investitionsrechnung. Methoden, Beispiele, Aufgaben, bungsflle mit Excel. 5. Auflage. Mnchen: Oldenbourg, 2004, 3-486-27496-1. [10] Grob, H. L.: Einfhrung in die Investitionsrechnung. eine Fallstudiengeschichte. 5. Auflage. Mnchen: Vahlen, 2006, 3-8006-3276-4. [11] Heinold, M.: Investitionsrechnung. Studienbuch. 6. Auflage. Mnchen: Oldenbourg, 1994, 3-486-21338-5.

[13] Schneider, D.: Investition, Finanzierung und Besteuerung. 7. Auflage. Wiesbaden: Gabler, 1992, 3-409-69023-9. [14] Blohm, H.; Lder, K.; Schaefer, C.: Investition. 9. Auflage. Mnchen: Vahlen, 2006, 3-8006-3168-7. [15] Peridon, L.; Steiner, M.; Rathgeber, A. W.: Finanzwirtschaft der Unternehmung. 15. Auflage. Mnchen: Vahlen, 2009, 978-3-8006-3679-2. [16] Werner H., Gertis K.: Zur Wahl von Kalkulationsmethoden bei der Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von Energiesparmaßnahmen. Sonderdruck aus: Baumaschine + Bautechnik 26. Wiesbaden 1979.

B Materialtechnische Grundlagen

71

B 1 Dmmstoffe im Bauwesen Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Stefan Vçlkner

Univ.-Prof. Dr. -Ing. habil. Wolfgang M. Willems Technische Universitt Dortmund Lehrstuhl fr Bauphysik und Technische Gebudeausrstung August-Schmidt-Straße 8, 44227 Dortmund Jahrgang 1961, Studium des Bauingenieurwesens an der Universitt Essen: Diplom 1988, 1988 bis 1998 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fr Baukonstruktionen, Ingenieurholzbau und Bauphysik der Ruhr-Universitt Bochum, 1993 Promotion, 1999 Habilitation und venia legendi, 1999 bis 2003 Privatdozent an der Ruhr-Universitt Bochum, 1992 bis 1993 freier Gerichtsgutachter (Baukonstruktionen / Bauphysik), 1993 bis 1998 freier Mitarbeiter in einem Bochumer Ingenieurbro (Bauphysik), 1998 bis 2000 Projektentwicklung/Geschftsfelderweiterung bei der VEBA Immobilien AG im Bereich „Modernisierung und Instandhaltung“, 2000 bis 2003 Leiter „Technische Entwicklung und Qualittsmanagement“ fr die Produktsparte „Bauelemente“ bei der ThyssenKrupp Stahl AG, seit 2001 Mitglied mehrerer Sachverstndigenausschsse beim DIBt, seit Anfang 2003 Leiter der Arbeitsgruppe Baukonstruktionen und Bauphysik an der Ruhr-Universitt Bochum und seit 2004 Mitglied im Normausschuss Wrmeschutz beim DIN, seit Anfang 2005 Gesellschafter der „Ingenieurgesellschaft Willems und Schild GmbH“ in Essen und Bochum, seit 2007 Ordinarius des Lehrstuhls fr Bauphysik und Technische Gebudeausrstung an der Technischen Universitt Dortmund und seit 2008 Gesellschafter der „ENOTherm – Institut fr energieoptimiertes Bauen GmbH“

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

72

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Dr.-Ing. Kai Schild Technische Universitt Dortmund Lehrstuhl fr Bauphysik und Technische Gebudeausrstung August-Schmidt-Straße 8, 44227 Dortmund Jahrgang 1971, Studium des Bauingenieurwesens an der Ruhr-Universitt Bochum: Diplom 1997, 1997 bis 2003 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fr Baukonstruktionen, Ingenieurholzbau und Bauphysik der Ruhr-Universitt Bochum, 2002 Promotion, 2003 bis 2007 Wissenschaftlicher Assistent an der Arbeitsgruppe Baukonstruktionen und Bauphysik der Ruhr-Universitt Bochum, 1997 bis 2003 freiberufliche Ttigkeit (Bauschadens- und Tragfhigkeitsgutachten, baustatische und bauphysikalische Nachweise), seit 2005 Mitglied im Normausschuss Wrmetransport und seit 2006 im Normausschuss Feuchteschutz beim DIN, seit 2005 Gesellschafter der „Ingenieurgesellschaft Willems und Schild“ in Essen und in Bochum, seit 2007 Akademischer Rat am Lehrstuhl fr Bauphysik und Technische Gebudeausrstung der Technischen Universitt Dortmund und seit 2008 Gesellschafter der „ENOTherm – Institut fr energieoptimiertes Bauen GmbH“.

Dr.-Ing. Stefan Vçlkner Rockwool International A/S Hovegaden 584, 2640 Hedehusene, Dnemark Studium des Bauingenieurwesens an der Ruhr-Universitt Bochum und der University of Strathclyde (Glasgow, Schottland), 2003 Promotion an der Ruhr-Universitt Bochum, 1998 bis 2003 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fr Baukonstruktionen, Ingenieurholzbau und Bauphysik, freier Mitarbeiter der Ingenieurgesellschaft IGRT in den Bereichen Prfstatik und Baukonstruktionen sowie der Erstellung und Prfung von Wrme-, Feuchte- und Schallschutznachweisen. Seit 2004 Projektingenieur bei Rockwool International A./S. Group Development.

Inhaltsverzeichnis

73

Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.4 1.4.1 1.4.2 1.5

Physikalische Grundlagen 75 Wrmeschutz 75 Wrmeleitfhigkeit l 75 Wrmedurchlasswiderstand R 77 Spezifische Wrmekapazitt c 77 Temperaturleitzahl a 77 Physik der Wrmedmmung 78 Feuchteschutz 80 Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl m 80 Wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke sd 80 Auswahl der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl m fr den Nachweis nach Glaser 81 Schallschutz 81 Schallabsorptionsgrad aS 81 Schallabsorptionsflche A 82 Lngenbezogener Strçmungswiderstand r 82 Dynamische Steifigkeit s0 83 Dynamischer Elastizittsmodul EDyn 83 Brandschutz 84 Baustoffklassen nach DIN 4102-1 84 Benennung des Brandverhaltens nach DIN EN 13501-1 84 Rohdichte 85

2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4

Dmmstoffe im Bauwesen 87 Dmmstoffbersicht 87 Aspekte fr die Auswahl von Dmmstoffen 87 Baukonstruktive Aspekte 87 Bauphysikalische Aspekte 91 kologische Aspekte 91 konomische Aspekte 92 Zusatzstoffe 92 Treibmittel 92 Bindemittel 93 Sttzfasern 94 Zustze fr Brand- und Feuchteschutz 94 Entwicklung der Dmmschichtdicken in Dach und Wand in den europischen Lndern 94

3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4

Beschreibung von Dmmstoffen 95 Aerogel 95 Herstellung und Hintergrundinformationen 95 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 96 Charakteristische Kenngrçßen 96 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 96 Baumwolle 97 Herstellung und Hintergrundinformationen 97 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 97 Charakteristische Kenngrçßen 98 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 98 Blhglas 98 Herstellung und Hintergrundinformationen 98 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 99 Charakteristische Kenngrçßen 99 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 100

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.4 3.9 3.9.1 3.9.2 3.9.3 3.9.4 3.10 3.10.1 3.10.2 3.10.3 3.10.4 3.11 3.11.1 3.11.2 3.11.3 3.11.4 3.12 3.12.1 3.12.2 3.12.3 3.12.4 3.13 3.13.1 3.13.2 3.13.3 3.13.4 3.14 3.14.1 3.14.2 3.14.3

Blhton 100 Herstellung und Hintergrundinformationen 100 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 100 Charakteristische Kenngrçßen 101 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 101 Flachs 101 Herstellung und Hintergrundinformationen 101 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 102 Charakteristische Kenngrçßen 102 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 102 Getreidegranulat 103 Herstellung und Hintergrundinformationen 103 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 103 Charakteristische Kenngrçßen 103 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 103 Hanf 104 Herstellung und Hintergrundinformationen 104 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 104 Charakteristische Kenngrçßen 105 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 105 Holzfaser 105 Herstellung und Hintergrundinformationen 105 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 106 Charakteristische Kenngrçßen 106 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 106 Holzwolle-Leichtbauplatten und HolzwolleMehrschichtplatten 107 Herstellung und Hintergrundinformationen 107 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 108 Charakteristische Kenngrçßen 109 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 109 Kalziumsilikat 109 Herstellung und Hintergrundinformationen 109 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 110 Charakteristische Kenngrçßen 110 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 110 Kokos 110 Herstellung und Hintergrundinformationen 110 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 111 Charakteristische Kenngrçßen 111 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 111 Kork 111 Herstellung und Hintergrundinformationen 111 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 112 Charakteristische Kenngrçßen 113 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 113 Melaminharzschaum 113 Herstellung und Hintergrundinformationen 113 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 113 Charakteristische Kenngrçßen 114 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 114 Mineralschaum 114 Herstellung und Hintergrundinformationen 114 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 115 Charakteristische Kenngrçßen 115

74

B1

3.14.4 3.15 3.15.1 3.15.2 3.15.3 3.15.4 3.16 3.16.1 3.16.2 3.16.3 3.16.4 3.17 3.17.1 3.17.2 3.17.3 3.17.4 3.18 3.18.1 3.18.2 3.18.3 3.18.4 3.19 3.19.1 3.19.2 3.19.3 3.19.4 3.20 3.20.1 3.20.2 3.20.3 3.20.4 3.21 3.21.1 3.21.2 3.21.3 3.21.4 3.22 3.22.1 3.22.2 3.22.3 3.22.4 3.23 3.23.1 3.23.2 3.23.3 3.23.4 3.24 3.24.1 3.24.2

Gesundheitliche und çkologische Aspekte 115 Mineralwolle 115 Herstellung und Hintergrundinformationen 115 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 116 Charakteristische Kenngrçßen 117 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 117 Perlite 117 Herstellung und Hintergrundinformationen 117 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 118 Charakteristische Kenngrçßen 118 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 118 Phenolharz 119 Herstellung und Hintergrundinformationen 119 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 119 Charakteristische Kenngrçßen 119 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 119 Polyesterfaser 119 Herstellung und Hintergrundinformationen 119 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 120 Charakteristische Kenngrçßen 120 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 120 Polystyrol, expandiert (EPS) 120 Herstellung und Hintergrundinformationen 120 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 122 Charakteristische Kenngrçßen 122 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 123 Polystyrol, extrudiert (XPS) 123 Herstellung und Hintergrundinformationen 123 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 123 Charakteristische Kenngrçßen 124 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 124 Polyurethan 125 Herstellung und Hintergrundinformationen 125 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 125 Charakteristische Kenngrçßen 126 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 126 Pyrogene Kieselsure 126 Herstellung und Hintergrundinformationen 126 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 127 Charakteristische Kenngrçßen 127 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 127 Schafwolle 127 Herstellung und Hintergrundinformationen 127 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 128 Charakteristische Kenngrçßen 128 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 128 Schaumglas 128 Herstellung und Hintergrundinformationen 128 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 129

Dmmstoffe im Bauwesen

3.24.3 3.24.4 3.25 3.25.1 3.25.2 3.25.3 3.25.4 3.26 3.26.1 3.26.2 3.26.3 3.26.4 3.27 3.27.1 3.27.2 3.27.3 3.27.4 3.28 3.28.1 3.28.2 3.28.3 3.28.4 3.29 3.29.1 3.29.2 3.29.3 3.29.4 3.30 3.30.1 3.30.2 3.30.3 3.30.4 3.31 3.31.1 3.31.2 3.31.3 3.31.4 3.32 3.32.1 3.32.2 3.32.3 3.32.4 3.33 3.33.1 3.33.2 3.33.3 3.33.4

Charakteristische Kenngrçßen 130 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 130 Schilfrohr 130 Herstellung und Hintergrundinformationen 130 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 131 Charakteristische Kenngrçßen 131 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 131 Seegras 131 Herstellung und Hintergrundinformationen 131 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 132 Charakteristische Kenngrçßen 132 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 132 Stroh 132 Herstellung und Hintergrundinformationen 132 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 132 Charakteristische Kenngrçßen 133 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 133 Transparente Wrmedmmung 133 Herstellung und Hintergrundinformationen 133 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 134 Charakteristische Kenngrçßen 134 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 134 Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 134 Herstellung und Hintergrundinformationen 134 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 136 Charakteristische Kenngrçßen 136 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 136 Vakuumisolationspaneele (VIP) 137 Herstellung und Hintergrundinformationen 137 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 139 Charakteristische Kenngrçßen 139 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 139 Vermiculite 139 Herstellung und Hintergrundinformationen 139 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 140 Charakteristische Kenngrçßen 140 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 140 Zellelastomere 140 Herstellung und Hintergrundinformationen 140 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 141 Charakteristische Kenngrçßen 141 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 141 Zellulose 141 Herstellung und Hintergrundinformationen 141 Anwendungsbereiche und Verarbeitung 142 Charakteristische Kenngrçßen 143 Gesundheitliche und çkologische Aspekte 143

4

Literatur

143

Physikalische Grundlagen

1

Physikalische Grundlagen

1.1

Wrmeschutz

1.1.1

Wrmeleitfhigkeit l

– Begriff Die Wrmeleitfhigkeit l [W/(m·K)] ist definiert als diejenige Wrmemenge (in Watt), welche durch eine Baustoffschicht von 1 m Dicke bei einer konstanten Temperaturdifferenz von 1 Kelvin innerhalb einer Stunde durch eine Flche von 1 m2 bertragen wird (s. Bild 1). Die Wrmeleitfhigkeit eines Stoffs hngt im Wesentlichen von dessen Rohdichte, Temperatur und Feuchtegehalt sowie vom Systemdruck, d. h. vom atmosphrischen Druck in den Poren, ab. Die genannten Abhngigkeiten sind in den Bildern 2 bis 4 dargestellt. Wie Bild 2 zu entnehmen ist, hat die Rohdichte einen erheblichen Einfluss auf die Wrmeleitfhigkeit eines Stoffs: Eine große Rohdichte und damit einhergehend ein geringes Hohlraumvolumen fhren im Regelfall zu einer Erhçhung der Wrmeleitfhigkeit (Bild 2), also zu einer Verringerung der wrmedmmenden Wirkung des Produkts. Der zur Erlangung einer mçglichst geringen Wrmeleitfhigkeit anzustrebende Rohdichtebereich liegt im Regelfall etwa zwischen 20 und 100 kg/m3. Bei geringerer Rohdichte erhçht sich der durch Strahlung bertragene Wrmeanteil, bei grçßerer Rohdichte der Leitungsanteil. Ein konvektiver Anteil am Wrmetransport kann in der Regel als Folge der geringen Poren- bzw. Hohlraumabmessungen im Bereich der praxisrelevanten Rohdichten ausgeschlossen werden. Die Anwendungstemperatur hat ebenfalls Einfluss auf die Wrmeleitfhigkeit l. Bild 3 gibt einen Anhaltspunkt ber die zu erwartende Vernderung der Wrme-

Bild 1. Erluterung zur Definition der Wrmeleitfhigkeit l [W/(mK)]

75

Bild 2. Abhngigkeit der Wrmeleitfhigkeit l eines Baustoffs von dessen Rohdichte r mit tendenzieller Angabe der Einflsse durch Leitung und Strahlung (Prinzip), siehe auch [1] und [3]

leitfhigkeit in Abhngigkeit von der Anwendungstemperatur. Die Wrmeleitfhigkeit eines Dmmstoffs wird auch durch dessen Feuchtegehalt beeinflusst. Dieser Zusammenhang ist in Bild 4 fr einige Dmmstoffe dargestellt. Man erkennt, dass besonders die Wrmeleitfhigkeit von faserigen Dmmstoffen (z. B. Zellulose) mit zunehmendem Feuchtegehalt strker ansteigt als die Wrmeleitfhigkeit (annhernd) geschlossenzelliger Dmmstoffe (z. B. expandiertes Polystyrol (EPS)) bei gleicher Steigerung des Feuchtegehalts. Einen weiteren Abhngigkeitsparameter der Wrmeleitfhigkeit stellt der Systemdruck p des Dmmstoffs dar, wobei man unter Systemdruck den in den Poren des Dmmstoffs vorherrschenden atmosphrischen Druck versteht. Bild 5 zeigt die Wrmeleitzahlen fr pyrogene Kieselsure (hier mit dem geschtzten Handelszeichen HDK der Wacker GmbH fr hochdisperse Kieselsure, vgl. Abschnitt 3.21, bezeichnet), offenzelliges extrudiertes Polystyrol (XPS) und Glasfaser in Abhngigkeit des Systemdruckes p [mbar]. Das physikalische Prinzip dieser doch sehr deutlichen Reduzierung der Wrmeleitfhigkeit lsst sich wie folgt skizzieren: Unter Vernachlssigung des bei sehr kleinen Porenradien gegen null tendierenden Einflusses der Konvektion ergibt sich fr einen blichen Wrme-

76

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Bild 3. Abhngigkeit der Wrmeleitfhigkeit l unterschiedlicher Dmmstoffe von der Temperatur q gemß Herstellerangaben (Produktinformationen)

Bild 4. Abhngigkeit der Wrmeleitfhigkeit l unterschiedlicher Dmmstoffe von ihrem Feuchtegehalt y gemß Herstellerangaben (Produktinformationen)

Bild 5. Abhngigkeit der Wrmeleitfhigkeit l unterschiedlicher Dmmstoffe vom Systemdruck p

dmmstoff (z. B. Mineralfaser) das Verhltnis von Luftleitung : Strahlung : Festkçrperleitung zu 25 : 13 : 2. Die Substitution der in den Poren eingeschlossenen Luft durch ein Sttz- oder Treibgas (bei Dmmstoffen aus Polyurethan kommt in der Regel beispielsweise Pentan

zum Einsatz) reduziert die Wrmeleitung im Porengas, woraus dann fr den Wrmedmmstoff deutlich bessere Wrmeleitzahlen resultieren. Wenn als nchster Schritt nun ein weitgehend gasfreier Porenraum erzeugt werden kann (was durch das Erzeugen eines Vakuums n-

Physikalische Grundlagen

herungsweise zu erreichen ist), wird die Wrmeleitung im Porenraum vollstndig unterbunden. Durch geeignete Wahl eines Dmmstoffs mit Mikroporenstruktur und geringer Emissivitt (wie z. B. bei pyrogener Kieselsure) wird zustzlich die Wrmestrahlung in den Poren minimiert. Die Wrmeleitung im festen Medium erhçht sich dabei durch den grçßeren Feststoffanteil nur geringfgig. Fr diesen wrmeschutztechnisch optimierten Zustand stellt sich das Verhltnis von Gasleitung: Strahlung : Festkçrperleitung dar zu 0 : 1 : 3. Die Wrmeleitfhigkeit dieses Dmmstoffs wird also etwa um den Faktor 10 gegenber entsprechenden konventionellen Materialien verbessert. Zur praktischen Anwendung kommen diese Effekte in der sog. Vakuumdmmung, vgl. dazu auch die Produktinformationen in den Abschnitten 3.27 und 3.30. Bezglich ausfhrlicher sowie vertiefender Informationen wird auf [93] bis [101] verwiesen. – Ermittlung Zur Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit eines (Bau-) Stoffs stehen u. a. folgende Verfahren zur Verfgung: a) Bestimmung mit dem Plattengert oder dem Wrmestrommessplatten-Gert nach DIN EN 12664 [26], DIN EN 12667 [27] oder DIN EN 12939 [28] abhngig von den physikalischen Eigenschaften der zu untersuchenden Probe. b) Bestimmung mit dem kalibrierten oder geregelten Heizkasten nach DIN EN ISO 8990 [43]. Aus den experimentell erhaltenen Werten wird der Nennwert der Wrmeleitfhigkeit und nachfolgend ihr Bemessungswert gemß DIN EN ISO 10456 [44] bestimmt. – Bemessungswert fr die Bauanwendung Hinsichtlich des Bemessungswerts der Wrmeleitfhigkeit werden Dmmstoffe in eine von zwei Kategorien eingeordnet. Hintergrund hierfr ist die technische Harmonisierung innerhalb des europischen Binnenmarkts. Jedes Bauprodukt, welches in der EU in den Verkehr gebracht werden soll, muss eine CE-Kennzeichnung erhalten. Im Rahmen dieses Verfahrens wird u. a. der Nennwert der Wrmeleitfhigkeit lD bestimmt. Zustzlich zur CE-Kennzeichnung werden Dmmstoffe in der Regel mit dem -Zeichen versehen. Diese Zertifizierung erfordert die Erteilung einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung und eine regelmßige Fremdberwachung durch eine anerkannte externe Prfstelle. Im Rahmen des Zulassungsverfahrens wird u. a. der Grenzwert der Wrmeleitfhigkeit lgrenz bestimmt. Dmmstoffe, fr die ausschließlich der Nennwert lD ermittelt wurde, werden gemß DIN 4108-4 in Kategorie I eingeordnet. Der Bemessungswert ist dann zu ermitteln, indem der Nennwert mit dem Faktor 1,2 multipliziert wird. Dmmstoffe, fr die im Rahmen des Zulassungsverfahrens der Grenzwert lgrenz bestimmt wurde, werden in Kategorie II eingeordnet. Hier wird der Grenzwert mit 1,05 multipliziert, um den Bemessungswert zu erhalten.

1.1.2

77

Wrmedurchlasswiderstand R

– Begriff Fr die wrmeschutztechnische Bemessung eines Bauteils wird jeder Bauteilschicht ein Kennwert zugeordnet, der den Einfluss dieser Schicht gegenber einem Wrmestrom kennzeichnet. Als Kennwert kann hierzu der Wrmedurchlasskoeffizient 1/R [W/(m2 · K)] herangezogen werden, welcher sich bei einschichtigen Bauteilen in Abhngigkeit vom Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit l und der Schichtdicke d des Bauteils als Quotient dieser beiden Grçßen bestimmen lsst. Bei wrmeschutztechnischen Berechnungen ist im Regelfall jedoch der Reziprokwert des Wrmedurchlasskoeffizienten 1/R, also der Wrmedurchlasswiderstand R [m2 · K/W] eines Bauteils bzw. einer Bauteilschicht von Interesse. Fr Bauteile mit n Schichten der Dicken di gilt entsprechend folgender Zusammenhang: n X di R¼ (1) l i¼1 i Zur Bestimmung des Wrmedurchlasswiderstandes inhomogener Schichten wird auf DIN EN ISO 6946 [42] und z. B. [102] verwiesen. Zur Gewhrleistung eines Mindestwrmeschutzes wrmebertragender Massivbauteile und zur Vermeidung von Tauwasserausfall auf der Bauteilinnenseite werden in DIN 4108-2:2003-07 [17] Mindestanforderungen an den Wrmedurchlasswiderstand R wrmebertragender Bauteile gestellt. In Tabelle 1 sind diese Mindestanforderungen an Bauteile mit einer flchenbezogenen Gesamtmasse von mehr als 100 kg/m2 den Anforderungen gemß DIN 4108-2:1981-08 gegenbergestellt. 1.1.3

Spezifische Wrmekapazitt c

– Begriff Insbesondere fr den sommerlichen Wrmeschutz bedeutsam ist die spezifische Wrmekapazitt c in J/(kg · K). Sie gibt an, welche Wrmemenge Q (Energiemenge in Joule) bençtigt wird, um die Masse m = 1 kg eines Stoffs, um eine Temperaturdifferenz DT von 1 Kelvin zu erwrmen. Es gilt: c¼

Q m DT

(2)

In Tabelle 2 sind Anhaltswerte fr die spezifische Wrmekapazitt von Baustoffen gegeben. – Ermittlung Die spezifische Wrmekapazitt eines Dmmstoffs kann mithilfe der Kalorimetrie ermittelt werden. 1.1.4

Temperaturleitzahl a

– Begriff Zusammen mit der Rohdichte und der Wrmeleitfhigkeit bestimmt die spezifische Wrmekapazitt die Temperaturleitzahl a eines Baustoffs. Einer großen Temperaturleitzahl ist eine schnelle Temperaturnderung

78

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Tabelle 1. Mindestwerte der Wrmedurchlasswiderstnde R wrmebertragender Massivbauteile mit einer flchenbezogenen Gesamtmasse von mehr als 100 kg/m2 Vergleich der Anforderungen nach DIN 4108-2 (07.03) [17] und DIN 4108-2 (08.81) Bauteile

Wrmedurchlasswiderstand R in m2 · K/ W nach DIN 4108-2:2003-07

nach DIN 4108-2:1981-08

1

Außenwnde; Wnde von Aufenthaltsrumen gegen Bodenrume, Durchfahrten, offene Hausflure, Garagen, Erdreich

1,2

0,55

2

Wnde zwischen fremdgenutzten Rumen; Wohnungstrennwnde

0,07

0,07

3

Treppenraumwnde

zu Treppenrumen mit wesentlich niedrigeren Innen0,25 temperaturen (z. B. indirekt beheizte Treppenrume); Innentemperatur q £ 10 C, aber Treppenraum mindestens frostfrei

0,25

4

5 6

7 8

Wohnungstrenndecken; Decken zwischen fremden Arbeitsrumen; Decken unter Rumen zwischen gedmmten Dachschrgen und Abseitenwnden bei ausgebauten Dachrumen Unterer Abschluss nicht unterkellerter Aufenthaltsrume

zu Treppenrumen mit Innentemperaturen q > 10 C (z. B. in Verwaltungsgebuden, Geschftshusern, Unterrichtsgebuden, Hotels, Gaststtten und Wohngebuden)

0,07

allgemein

0,35

0,35

in zentralbeheizten Brogebuden

0,17

0,17

unmittelbar an das Erdreich grenzend bis zu einer Raumtiefe von 5 m

0,9

0,9

ber einen nichtbelfteten Hohlraum an das Erdreich grenzend

9

Decken unter nicht ausgebauten Dachrumen; Decken unter bekriechbaren oder noch niedrigeren Rumen zwischen Dachschrgen und Abseitenwnden bei ausgebauten Dachrumen, wrmegedmmte Dachschrgen

10

Kellerdecken; Decke gegen nicht abgeschlossene, unbeheizte Hausflure u. .

11

Decken (auch Dcher), die nach unten, gegen Garagen (auch beheizte), Durchfahrten 1,75 Aufenthaltsrume gegen die (auch verschließbare) und belftete Kriechkeller Außenluft abgrenzen nach oben, z. B. Dcher nach DIN 18530 [D 18530] 1,2 Dcher und Decken unter Terrassen; Umkehrdcher

12

innerhalb eines Baustoffs zugeordnet und umgekehrt. Anhaltswerte fr Temperaturleitzahlen a verschiedener Baustoffe sind in Tabelle 3 gegeben. – Ermittlung Die Temperaturleitzahl a lsst sich in Abhngigkeit von der Rohdichte r, der Wrmeleitfhigkeit l und der spezifischen Wrmekapazitt c ber folgenden Zusammenhang bestimmen: a¼

l cr

(3)

1.1.5

1,75 1,1

Physik der Wrmedmmung

Die Ursache fr Wrmebertragung innerhalb eines Mediums oder zwischen zwei Medien – also auch bei Dmmstoffen – liegt generell im inneren energetischen Potenzial eines Mediums und dem Bestreben jedes Mediums, unterschiedliche Energiepotenziale auszugleichen. Treffen ein oder mehrere Medien mit unterschiedlicher Wrmeenergie aufeinander, stellt sich ein natrliches Wrme- und Temperaturgleichgewicht ein. Diesen Vorgang vom Austausch innerer Energie nennt man allgemein Wrmebertragung, wobei drei verschiedene

Physikalische Grundlagen Tabelle 2. Anhaltswerte der spezifischen Wrmekapazitt c unterschiedlicher Baustoffe nach Herstellerangaben (s. auch [83] und [102])

Tabelle 3. Anhaltswerte der Temperaturleitzahlen a unterschiedlicher Baustoffe (s. auch [102])

Baustoff

Spezifische Wrmekapazitt c in J /(kg · K)

Baustoff

Beton

1000

Holz

4

Holz

2100

Beton

23

Stahl

400

Stahl

669

Baumwolle

840

Holzfaserplatten

6

Blhglas

800

Kork

7

Blhton

1100

Zellulosefaser

11

Flachs

1500

Blhglas

15

Hanf

1500

Perlite

18

Holzfaserplatten

2000

Flachs

32

HWL-Platten

2100

Schafwolle

34

Kalziumsilikat

1000

Mineralfaser

36

Kokos

1500

Polyesterfaser

47

Kork

1800

Polystyrol-Hartschaum

55

Mineralfaser

79

Temperaturleitzahl a in cm2 /h

840

Perlite

1000

Polyesterfaser

1600

Polystyrol-Hartschaum

1500

PU-Hartschaum

1400

Schafwolle

1000

Schaumglas

840

Schilfrohr

1300

Vermiculite

1000

Zellulose

1900

Arten der Wrmebertragung zu unterscheiden sind: Wrmeleitung, Konvektion und Strahlung. Wrmeleitung: Die bereits erwhnte thermische Energie eines Mediums wird beim Vorgang der Wrmeleitung von einem Medium zum anderen oder innerhalb eines Mediums bertragen. Voraussetzung dafr ist allerdings ein Temperaturunterschied innerhalb eines Mediums oder zwischen zwei Medien. Durch Impulsbertragung wird die thermische Energie dann als Bewegungsenergie von Gitterbausteinen, Moleklen oder Atomen eines wrmeren Bereiches in einem Medium an angrenzende, kltere Bereiche dieses Mediums oder angrenzender Medien abgegeben. Die Eigenschaft eines Materials Wrme zu leiten wird durch die Wrmeleitfhigkeit l bercksichtigt, die u. a. von der Dichte, der Struktur, der Temperatur und der Feuchte eines Stoffs abhngt.

Konvektion: Die Wrmebertragung durch Konvektion (lat.: convehere; dt.: mitfhren) resultiert aus der Strçmung eines Fluids (Gase, Flssigkeiten). Die Strçmungsbewegung kann zwei Ursachen haben. Auf der einen Seite sind dies Dichteunterschiede im Fluid aufgrund unterschiedlicher Temperaturen (freie Konvektion), auf der anderen Seite kçnnen durch Druckunterschiede die fr die Strçmung wichtigen Auftriebskrfte z. B. durch Einsatz von Geblsen hervorgerufen werden (erzwungene Konvektion). In beiden Fllen wird die Wrme in Richtung des strçmenden Fluids mitgefhrt. Der Wrmebergangskoeffizient erfasst nicht nur den Bewegungszustand des Fluids, sondern auch Einflsse wie Temperatur, Druck, Wrmeleitfhigkeit, Dichte und kinematische Viskositt des Fluids sowie die Oberflchenbeschaffenheit des umstrçmten Mediums. Strahlung: Im Gegensatz zu den anderen Wrmebertragungsvorgngen ist der bertragungsvorgang durch Strahlung nicht an Materie gebunden. Die Wrmestrahlung ist dabei mit dem sichtbaren Licht vergleichbar, da feste Materie fr beide i. Allg. undurchlssig ist. Trifft Wrmestrahlung auf Materie, wird diese Strahlung reflektiert, absorbiert und/oder hindurchgelassen. Wrmedmmstoffe unterliegen wie auch alle anderen Baustoffe den zuvor beschriebenen Regeln der Wrmebertragung Die besseren wrmeschutztechnischen Eigenschaften von Wrmedmmstoffen gegenber anderen Baustoffen resultieren im Wesentlichen aus der eingeschlossenen, ruhenden Luft (bzw. Gasen) innerhalb der Dmmstoffe. Das Material des Dmmstoffs selber eignet sich meist nicht oder nur unzureichend

80

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

fr den Einsatz als Dmmstoff. Daher ist man bei der Entwicklung von Wrmedmmstoffen prinzipiell bestrebt, neben einem mçglichst gut wrmedmmenden Basismaterial eine ausreichende Menge ruhender Luft oder anderer Gase in kleinen Poren gut verteilt im Dmmstoff einzuschließen. Die wrmebertragenden Eigenschaften bzw. die Wrmeleitfhigkeit eines Dmmstoffs werden allgemein durch die folgenden vier Grçßen beeinflusst: – Wrmeleitung des Dmmstoffgerstes (Zellgerst bzw. Faseranteil), – Wrmeleitung von Zellgasen oder Gasen in Zwischenrumen, – Wrmestrahlung in den gasgefllten Zwischenrumen, – Wrmekonvektion infolge Bewegung von Gasanteilen. Gute wrmeschutztechnische Eigenschaften werden erreicht, wenn ein Wrmedmmstoff die Wrmebertragung aufgrund dieser vier Grçßen weitgehend unterbindet. Zur Bewertung des Einflusses dieser Grçßen auf Wrmedmmstoffe ist eine Unterteilung der Dmmstoffe auf Basis ihrer inneren Struktur sinnvoll, da aufgrund der Geschlossenzelligkeit einiger Dmmstoffe andere physikalische Randbedingungen vorliegen als z. B. bei faserigen Dmmstoffen oder Schttungen. Die Wrmeleitfhigkeit des Dmmstoffgerstes ist demnach nahezu unabhngig sowohl von der inneren Struktur des Dmmstoffs als auch – bei kleinen, gut verteilten Poren – vom Material des gewhlten Feststoffs. Ein hoher Feststoffanteil und damit einhergehend eine große Rohdichte bewirken eine Erhçhung der Wrmeleitfhigkeit des Dmmstoffs; ein geringer Feststoffanteil senkt zwar den Anteil der Wrmeleitfhigkeit des Dmmstoffgerstes an der Gesamt-Wrmeleitfhigkeit, erhçht aber durch den steigenden Porenanteil die Wrmebertragung infolge Strahlung geringfgig. Geschlossenzellige oder annhernd geschlossenzellige Dmmstoffe – dazu zhlen z. B. extrudiertes Polystyrol (XPS) oder Polyurethan (PUR) – werden in der Regel mithilfe von Gasen aufgeschumt, deren Wrmeleitfhigkeit i. Allg. nur einen Bruchteil der Wrmeleitfhigkeit von Luft betrgt. Daher ergeben sich GesamtWrmeleitfhigkeiten geschlossenzelliger Dmmstoffe, die in den meisten Fllen gnstiger sind als diejenigen „luftgedmmter“ und offenporiger Faserdmmstoffe. Das Ausdiffundieren eingeschlossener Gase aus geschlossenzelligen Dmmstoffen (Thermal-Drift-Effekt ist jedoch z. B. mithilfe diffusionsdichter Beschichtungen zu vermeiden, da sich durch den Verlust der dmmenden Zellgase die Wrmeleitfhigkeit im Laufe der Zeit erhçht. Die Wrmestrahlung hat speziell bei Dmmstoffen mit geringen Rohdichten einen steigenden Einfluss auf die Wrmeleitfhigkeit, da in diesem Fall das Porenvolumen bzw. die luftgefllten Zwischenrume grçßer sind als bei Dmmstoffen mit hohem Feststoffanteil und somit die Durchlssigkeit des Dmmstoffs gegenber Wrmestrahlung erhçht wird. Es wurde bereits ein Dmm-

stoff auf EPS-Basis entwickelt, der durch Partikel in der Zellstruktur die Wrmestrahlung absorbiert, die Wrmebertragung durch Strahlung nahezu verhindert und so die Wrmeleitfhigkeit um ca. 20 % verringert. Der Einfluss der Wrmekonvektion auf die Wrmeleitfhigkeit geschlossenzelliger Dmmstoffe kann vernachlssigt werden, da das durch die Zellwnde geschtzte Gas nicht durch ußere Einflsse (z. B. Winddruck) verdrngt werden oder sich wegen der geringen Abmessungen der Zellen aufgrund von Temperaturunterschieden nicht bewegen kann. Die Wrmeleitfhigkeit von faserigen Dmmstoffen und Schttungen hingegen hngt in weit hçherem Maße auch von der konvektiven Bewegung der Luft in den Zwischenrumen und somit von der Dichte und Luftdurchlssigkeit des Dmmstoffs ab. 1.2

Feuchteschutz

1.2.1

Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl m

– Begriff Die Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl m [–] gibt an, wievielmal grçßer der Wasserdampf-Diffusionswiderstand eines Baustoffs gegenber einer gleich dicken, ruhenden Luftschicht ist. Eine bersicht ausgewhlter Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen verschiedener Bau- und Dmmstoffe ist in Tabelle 4 dargestellt. – Ermittlung Die Bestimmung der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl m erfolgt nach DIN EN 12086 [25]. 1.2.2

Wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke sd

– Begriff Unter der wasserdampfdiffusionsquivalenten Luftschichtdicke sd [m] (hufig auch als Sperrwert bezeichnet) einer Bauteilschicht versteht man diejenige Dicke einer ruhenden Luftschicht, die den gleichen Wasserdampf-Diffusionswiderstand besitzt wie die betrachtete Bauteilschicht. Sie bestimmt den Widerstand gegen Wasserdampfdiffusion. Die wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke sd,i ist eine Schicht- bzw. Bauteileigenschaft. – Ermittlung Die wasserdampfdiffusionquivalente Luftschichtdicke sd,i ist fr eine Bauteilschicht i als Produkt aus zugehçriger Schichtdicke di und zugehçriger WasserdampfDiffusionswiderstandzahl mi definiert: sd;i ¼ mi di

(4)

Fr mehrschichtige, ebene Bauteile mit n Einzelschichten werden die einzelnen wasserdampfdiffusionsquivalenten Luftschichtdicken zu einem Gesamtwert sd aufaddiert: n X sd ¼ m1 d1 þ m2 d2 þ ::: þ mn dn ¼ mj d j (5) j¼1

Physikalische Grundlagen Tabelle 4. Wasserdampf-Diffusionswiderstandzahlen m unterschiedlicher Baustoffe (s. auch [83] und [102]) Baustoff

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m [–]

Beton

70 bis 150

Holz

40

Stahl

¥

Baumwolle

1 bis 2

Blhglas

1

Blhton

2 bis 8

EPS

20 bis 100

Flachs

1 bis 2

Getreidegranulat

1

Hanf

1 bis 2

Holzfaserplatten

5/10

HWL-Platten

2/5

Kalziumsilikat

2 bis 6

Kokos

1 bis 2

Kork

5/10

Mineralfaser

1 bis 2

Perlite

2 bis 5

Polyesterfaser

1 bis 2

PU-Hartschaum

30/100

Schafwolle

1 bis 2

Schaumglas

¥

Schilfrohr

2

Vermiculite

3 bis 10

XPS

80/250

Zellulose

1 bis 2

sttigungsdrucks ber den gesamten Querschnitt zu vergleichen. Dabei hngen die vorhandene Dampfdruckverteilung von den beiden umgebungsseitigen Wasserdampfteildrcken sowie von den WasserdampfDiffusionsdurchlasswiderstnden der Bauteilschichten und die Sttigungsdampfdruckverteilung von der Temperaturverteilung ber den Querschnitt ab. Der Nachweis erfolgt nach dem sog. Nachweisverfahren nach Glaser entsprechend DIN 4108-3 [18] Anhang 6, vgl. dazu auch die ausfhrlichen Erluterungen in [102]. Hufig werden fr die Wasserdampf-Diffusionswiderstandzahlen m (hufig auch kurz als m-Werte bezeichnet) zwei Werte angegeben (z. B. gilt fr expandiertes Polystyrol (EPS) nach DIN EN 13162 [29] 20 £ m £ 100), die aus den unterschiedlichen Ergebnissen der zwei mçglichen Messverfahren (Trockenbereich- und Nassbereichverfahren) resultieren. Die m-Werte sind in diesem Fall dann so auszuwhlen, dass die in der Tauperiode sich einstellende Tauwassermenge maximal wird und damit auf der sicheren Seite liegt. Daraus folgt, dass fr die Bauteilschichten zwischen Bauteilinnenoberflche und Tauwasserebene jeweils die kleineren m-Werte und fr die Bauteilschichten zwischen Tauwasserebene und Bauteilaußenoberflche die jeweils grçßeren m-Werte anzusetzen sind. 1.3

Schallschutz

1.3.1

Schallabsorptionsgrad aS

– Begriff Trifft ein Schallsignal auf eine Bauteiloberflche, so wird ein Teil der Schall-Leistung reflektiert (also in den Senderaum zurckgeworfen), whrend der verbleibende Anteil der Schall-Leistung vom Bauteil absorbiert wird. Ein Teil dieser absorbierten Schall-Leistung wird ihrerseits dissipiert (also im Bauteil in Wrme umgewandelt), whrend der restliche Anteil durch das Bauteil hindurchgeleitet (transmittiert) und an der signalabgewandten Oberflche in den Empfangsraum abgestrahlt wird. Vor diesem Hintergrund lsst sich der frequenzabhngige Schallabsorptionsgrad aS [–] in Abhngigkeit des Reflexionsgrades r wie folgt definieren: aS ¼ 1 r ¼ 1

1.2.3

Auswahl der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m fr den Nachweis nach Glaser

Tauwasser kann im Inneren von Bauteilen nur dann ausfallen, wenn ein Wasserdampfdruckgeflle ber den Bauteilquerschnitt vorhanden ist und der Wasserdampfteildruck im Bauteilinneren lokal den Sttigungszustand (Wasserdampfsttigungsdruck) erreicht. Um festzustellen, ob und an welcher Stelle im Querschnitt Tauwasser ausfllt, ist die Verteilung des Wasserdampfteildrucks mit der Verteilung des Wasserdampf-

81

pr pe

(6)

wobei pr die reflektierte und pe die auftreffende SchallLeistung kennzeichnen. Die Schallabsorption von Bauteilen nach EN ISO 354 [46] kann als die quivalente Schallabsorptionsflche A oder der Schallabsorptionsgrad aS angegeben werden. Diese Grçßen werden in Terzbndern bestimmt und kçnnen auch in Oktavbndern angegeben werden. – Ermittlung Die Ermittlung des Schallabsorptionsgrades erfolgt experimentell: blicherweise im Hallraum oder ggf. – fr kleinere homogene Proben – auch im Kundt’schen

82

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Rohr. Die Schallabsorptionsgrade aS, die sich aus den Hallraum-Untersuchungen [46] fr ein diffuses Schallfeld ergeben, gelten fr den allseitigen Schalleinfall. Das Kundt’sche Rohr [67] liefert dagegen nur Ergebnisse fr den senkrechten Schalleinfall, die daher i. Allg. nicht zu Bemessungszwecken eingesetzt werden sollten. In [103] ist eine Vielzahl von Schallabsorptionsgraden zusammengestellt. 1.3.2

Schallabsorptionsflche A

– Begriff Die quivalente Schallabsorptionsflche Ai [m2] eines Bauteils i ist die virtuelle Flche dieses Bauteils bei einem Absorptionsgrad aS = 1; sie ist somit in der Regel kleiner als die reale Flche Si dieses Bauteils (sie kann in einigen Fllen – nmlich bei vçlliger Absorption des einfallenden Schall-Leistung – jedoch auch gleich der realen Flche Si dieses Bauteils sein). Sowohl der Schallabsorptionsgrad als auch die quivalente Schallabsorptionsflche sind frequenzabhngige Grçßen. – Ermittlung Die Ermittlung der quivalenten Schallabsorptionsflche eines Bauteils erfolgt nach der Gleichung: Ai ¼ aS;i Si

(7)

1.3.3

Lngenbezogener Strçmungswiderstand r

– Begriff Der lngenbezogene Strçmungswiderstand r [(Pa · s)/ m2] gibt Aufschluss ber einige strukturelle Eigenschaften von Baumaterialien und erlaubt es damit, Beziehungen zwischen der Struktur des Baustoffs (hier: Dmmstoffs) und einigen ihrer akustischen Eigenschaften (z. B. Absorption, Dmpfung) herzustellen. Im ersten Schritt wird dabei der Strçmungswiderstand R [(Pa · s)/m3] als Quotient aus Druckdifferenz (beidseits des Probekçrpers gegenber dem Atmosphrendruck) Dp und durch den Probekçrper hindurchtretender Volumenstrom qv ermittelt: R¼

Dp qv

(8)

Daraus ergibt sich dann der spezifische Strçmungswiderstand RS [(Pa · s)/m] als Produkt aus Strçmungswiderstand R und Querschnittsflche des Probekçrpers senkrecht zur Durchstrçmungsrichtung A: RS ¼ R A

(9)

Der lngenbezogene Strçmungswiderstand r wird – Homogenitt des Materials vorausgesetzt – definiert als Quotient aus spezifischem Strçmungswiderstand

Tabelle 5. Lngenbezogene Strçmungswiderstnde r unterschiedlicher Dmmstoffe nach [52] Rohdichte r in kg/m3

lngenbezogener Strçmungswiderstand r in (kPa · s)/m2

10…20 15…60 20…50 50…100 100…200 200…400 400…500

30…80 5…40 3…15 15…40 40…80 80…300 300…400

Kaolin-Wolle

30…100

40…200

Baumwolle

25…100

12…160

PC-Faser

80…200

30…160

Basaltwolle (Faserdurchmesser 2…8 mm)

25…100

5…60

Aluminiumwolle (Foliendicke 7 mm)

10…50

2…10

Holzwolle-Leichtbauplatte

350…500

0,5…2

Bimsbeton (Haufwerksporigkeit » 17 %) (Haufwerksporigkeit » 25 %) (Haufwerksporigkeit » 32 %)

575 540 510

5 3 2

Schaumkunststoff

15…40

2…30

Dmmstoff (Bahnen, Matten, Gewirke, Stopfungen) Mineralwolle, Steinwolle, Glaswolle hyperfein (Faserdurchmesser » 3 mm) fein (Faserdurchmesser » 5 mm) normal (Faserdurchmesser » 12 mm)

Physikalische Grundlagen

RS und Dicke des Probekçrpers in Durchstrçmungsrichtung d durch r¼

RS d

– Ermittlung Die Ermittlung erfolgt nach DIN EN 29053 [41]. Zur Verfgung stehen dabei zwei unterschiedliche Verfahren – das Luftgleichstromverfahren (Verfahren A) sowie das Luftwechselstromverfahren (Verfahren B). Dynamische Steifigkeit s0

– Begriff Unter der dynamischen Steifigkeit s0 [MN/m3] versteht man das Verhltnis zwischen einer einwirkenden dynamischen Kraft F und der resultierenden Auslenkung Dd, bezogen auf die Flche S: s0 ¼

und damit das bewertete Schalldmm-Maß durch Beeinflussung der Verschiebung der entsprechenden Bewertungskurve.

(10)

und stellt damit eine dickenunabhngige Grçße dar. Bezglich der Grçßenordnungen des lngenbezogenen Strçmungswiderstandes r von Dmmstoffen lassen sich zwei Extremwerte beschreiben: Nimmt der spezifische Strçmungswiderstand RS sehr hohe Werte an, kçnnen sich die angestrebten Absorptionseffekte nicht einstellen, da der Schall an der Oberflche weitestgehend reflektiert wird. Nimmt der spezifische Strçmungswiderstand RS dagegen sehr niedrige Werte an, so durchdringt der Schall den Dmmstoff und wird an der nchsten schallharten Oberflche reflektiert und damit kçnnen sich die angestrebten Absorptionseffekte ebenfalls nicht einstellen. Fr die blichen Anwendungen in der Bau- und Raumakustik liegen die wirkungsfhigen Werte des spezifischen Strçmungswiderstandes r nherungsweise im Bereich 1 (kPa · s)/m2 < RS < 3 (kPa · s)/m2. Anmerkung: Manchmal erfolgt die Angabe des lngenbezogenen Strçmungswiderstandes r auch in der Einheit [(kN · s)/m4].

1.3.4

83

F S Dd

(11) 0

Bei der dynamischen Steifigkeit s handelt es sich aufgrund der Dickenabhngigkeit nicht um eine Materialeigenschaft sondern um die Eigenschaft einer Bauteilschicht. Die dynamische Steifigkeit von Dmmstoffen beeinflusst in mehrschaligen Systemen – neben den eingebundenen flchenbezogenen Massen m0i – deren Schwingungsverhalten und damit die schalldmmenden Eigenschaften. Durch Variation von Material und Dicke einer Dmmschicht verndert die dynamische Steifigkeit s0 in einem beispielsweise zweischaligen Systems bei gleichbleibenden flchenbezogenen Massen die Eigenfrequenz f0 entsprechend sﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃ 1000 1 1 s0 (12) f0 ¼ þ 2p m01 m02

– Ermittlung Die Ermittlung der dynamischen Steifigkeit s0 erfolgt nach DIN EN 29052, speziell fr den blichen Fall schwimmender Estriche nach DIN EN 29052-1 [40]. 1.3.5

Dynamischer Elastizittsmodul EDyn

– Begriff Der dynamische Elastizittsmodul EDyn [MN/m2] ist eine Materialeigenschaft und definiert als Produkt aus Dynamischer Steifigkeit s0 und Schichtdicke d: EDyn ¼ s0 d – Ermittlung Allgemein wird der dynamische Elastizittsmodul von Baustoffen aus seiner Rohdichte und der korrelierenden Schallgeschwindigkeit ermittelt. Die Schallgeschwindigkeit wird anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines mechanischen Impulses in einer Baustoffprobe ermittelt. Fr viele feste Baustoffe ist

Tabelle 6. Dynamische Elastizittsmoduln unterschiedlicher Baustoffe Werkstoff

Dynamischer Elastizittsmodul EDyn in MN/m2

Stahl

210000

Glas

50000

Beton

35000

Ziegel

1000…5000

Gasbeton

2000…4000

Gipskartonbauplatten

3000

Holzspanplatten

2000

Polystyrol-Extruderschaum

30

Sandschttung

7,8

Polystyrol-Partikelschaum

1,2…6,0

Holzwolle-Leichtbauplatten

5,2

Polystyrol-Hartschaum

0,6…1,7

Kork

1,0…1,5

Gummiplatten (ußerst weich) 0,23 Steinwolleplatten

0,18…0,23

Mineralfaserplatten

0,18…0,21

Luft (stehend)

0,12

84

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

das Verfahren genormt (s. beispielsweise [21] oder [22]). Fr Dmmstoffe im Bauwesen erfolgt die Ermittlung dieser Materialeigenschaft aufgrund des sehr niedrigen Moduls jedoch in aller Regel ber die dynamische Steifigkeit s0. 1.4

Brandschutz

1.4.1

Baustoffklassen nach DIN 4102-1

– Begriff Die in Bauteilen verwendeten Baustoffe werden hinsichtlich ihres Verhaltens bezglich Brennbarkeit und ggf. zustzlicher Eigenschaften, wie z. B. Rauchentwicklung, nach DIN 4102-1 [16] unter definierten Randbedingungen geprft, beurteilt und anschließend klassifiziert. Die entsprechenden Baustoffklassen und ihre Benennungen zeigt Tabelle 7. – Ermittlung Die Prfverfahren zur Ermittlung der Baustoffklassen sind in Tabelle 8 zusammengestellt; die detaillierten Beschreibungen der aufgefhrten Prfverfahren sind DIN 4102-1 [16] zu entnehmen. 1.4.2

Benennung des Brandverhaltens nach DIN EN 13501-1

– Begriffe und Prfungen Die brandschutztechnische Klassifizierung von Bauteilen nach DIN EN 13501-1 [39] beschrnkt sich nicht wie die in Abschnitt 1.4.1 beschriebene Klassifizierung auf die Brennbarkeit der Baustoffe, sondern beschreibt das Brandverhalten der Baustoffe deutlich detaillierter. Grundstzlich wird hier zunchst die Anzahl der Baustoffklassen zu A1, A2, B, C, D, E, und F erweitert. Darber hinaus werden dann neben

Tabelle 7. Baustoffklassen und ihre Benennungen nach DIN 4102-1 [16] Baustoffklasse

Bauaufsichtliche Benennung

A

Nichtbrennbare Baustoffe A1

ohne brennbare Bestandteile

A2

im Wesentlichen aus nichtbrennbaren Bestandteilen

B

Brennbare Baustoffe B1

schwerentflammbar

B2

normalentflammbar

B3

leichtentflammbar

den Hauptklassifizierungskriterien „Entzndbarkeit“, „Flammenausbreitung“ und „freiwerdende Wrme“ zustzlich die Brandparallelerscheinungen „Rauchentwicklung“ und „Brennendes Abfallen/Abtropfen“ von Baustoffen festgestellt und in unterschiedlichen Stufen klassifiziert. Hinsichtlich der Rauchentwicklung werden dabei die drei Klassen s1, s2 und s3 definiert, deren Einordnung anhand der in Tabelle 9 festgelegten Grenzwerte der Rauchentwicklungsrate SMOGRA und der freigesetzten Rauchmenge TSP600 s erfolgt. Unter der Rauchentwicklungsrate (Smoke Groth Rate – SMOGRA) versteht man das Maximum des Quotienten aus der Rauchentwicklung der Probe (gemessen in m2/s)und dem dazugehçrigen Zeitpunkt (gemessen in s); fr detaillierte Ausfhrungen siehe DIN EN 13823 [39a].

Tabelle 8. Zusammenstellung der zur Klassifizierung von Baustoffen erforderlichen Prfungen nach DIN 4102-1 [16] Prfverfahren

Klasse nach DIN 4102-1 A1

Nichtbrennbarkeitsofen

x

A2

B2

B3

x

Brandschacht

x

Heizwert und Wrmeentwicklung

x

Rauch bei Verschwelung

x

Rauch bei Flammenbeanspruchung

x

Toxikologie

x

Kleinbrennertest

B1

Anmerkungen

x

ggf. zustzliche Anforderungen fr B1: – brennendes Abtropfen – starke Rauchentwicklung als alternativer Nachweis fr den Nichtbrennbarkeitsofen bei A2

Prfung ist optional x

1) Anforderung fr die Normalentflammbarkeit (B2) wurde nicht erfllt

x 1)

ggf. zustzliche Anforderungen fr B1: – brennendes Abtropfen

Physikalische Grundlagen Tabelle 9. Klassifizierung des Zusatzkriteriums „Rauchentwicklung“ Klasse

Maximalwert SMOGRA in m2/s2

Maximalwert TSP600s in m2

s1

30

50

s2

180

200

s3

Wert ber den Maximalwerten / ohne Prfung

Der Wert TSP600 s beschreibt dabei die gesamte Rauchmenge (Total Smoke Production – TSP), die whrend der ersten 600 Sekunden der Beflammung der Probe durch den Hauptbrenner freigesetzt wird. Zur Beurteilung des Zusatzkriteriums „Brennendes Abfallen/Abtropfen“ werden fr einen Baustoff die Klassen d0, d1 und d2 festgelegt, vgl. dazu Tabelle 10.

Tabelle 10. Klassifizierung des Zusatzkriteriums „Brennendes Abtropfen / Abfallen“ Klasse

d1 d2

– Europische Klassen und ihre bauaufsichtlichen Zuordnungen Die komplexen europischen Klassen zum Brandverhalten von Baustoffen (außer Bodenbelgen) sowie die entsprechenden Zuordnungen der deutschen bauaufsichtlichen Anforderungen zeigt Tabelle 11.

1.5

Rohdichte

– Begriff Die Rohdichte r [kg/m3] ist allgemein definiert als der Quotient aus der Masse eines Stoffs [kg] und dem von dieser Masse eingenommenen Volumen [m3]. Bezglich der Dichte von Schttungen wird unterschieden zwischen: a) Kornrohdichte: Quotient aus der Masse der Kçrner und dem Kornvolumen. b) Schttdichte: Quotient aus der Masse der Kçrner und dem von diesen eingenommenen Volumen inkl. aller Hohlrume zwischen den Kçrnern. Durch die Rohdichte eines Dmmstoffs werden u. a. dessen wrme- und schallschutztechnische Eigenschaften maßgeblich beeinflusst.

Brennendes Abtropfen / Abfallen innerhalb von 600 s: Nein innerhalb von 600 s: Ja lnger als 10 s: Nein

d0

85

– Ermittlung Die Ermittlung der Rohdichte von Wrmedmmstoffen erfolgt nach DIN EN 1602 [23].

x x Wert ber den Maximalwerten Entzndung des Filterpapiers ohne Prfung

Whrend fr Festlegung der Brandverhaltensklassen A1, A2 und E die Prfverfahren – bis auf geringe Modifikationen – den blichen, bekannten deutschen Prfverfahren entsprechen, wird fr die Brandverhaltensklassen A2, B, C, und D als zustzliche, neue Prfung der sog. SBI-Test nach DIN EN 13823 [39a] eingefhrt. Dieser SBI-Test (Single-Burning-Item-Test) stellt den Brand eines kleinen, einzelnen Gegenstandes (z. B. eines Papierkorbs) nach. Der prinzipielle Aufbau einschließlich der wesentlichen Abmessungen des Probekçrpers kann der Skizze in Bild 6 entnommen werden. Bei dem Brenner handelt es sich um einen sog. Sandbettbrenner mit einer Wrmefreisetzungsrate von rund 31 kW, die Beurteilung des Brandverhaltens erfolgt whrend eines Zeitraums von 20 Minuten. Hinsichtlich der Einzelheiten wird hier auf die entsprechende Normung bzw. die weiterfhrende Literatur (z. B. [103]) verwiesen. Darin ist: a Kurzer Probenflgel, b Senkrechte Fuge im Eckbereich, c Hauptbrenner, d Gaszuleitung, e Senkrechte Fuge im langen Probenflgel, f Langer Probenflgel

Bild 6. Skizze des prinzipiellen Aufbaus eines SBI-Testes mit Angabe der wesentlichen Probekçrperabmessungen entsprechend DIN EN 13823 [39a]

86

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Tabelle 11. Europische Klassen des Brandverhaltens von Baustoffen (außer Bodenbelgen) und ihre bauaufsichtlichen Zuordnungen Europische Klasse nach DIN EN 13501-1

Zusatzanforderung kein Rauch

kein brennendes Abtropfen / Abfallen

A1

x

x

A2-s1,d0

x

x

B-s1,d0

x

x

Bauaufsichtliche Anforderung

Klasse nach DIN 4102-1

nichtbrennbar

A1 A2

schwer-entflammbar

B1

normal-entflammbar

B2

leicht-entflammbar

B3

C-s1,d0 A2-s2,d0

x

A2-s3,d0 B-s2,d0 B-s3,d0 C-s2,d0 C-s3,d0 A2-s1,d1

x

A2-s1,d2 B-s1,d1 B-s1,d2 C-s1,d1 C-s1,d2 A2-s3,d2 B-s3,d2 C-s3,d2 D-s1,d0

x

D-s2,d0 D-s3,d0 E D-s1,d1 D-s2,d1 D-s3,d1 D-s1,d2 D-s2,d2 D-s3,d2 E-d2 F

Dmmstoffe im Bauwesen

87

2

Dmmstoffe im Bauwesen

2.2

Aspekte fr die Auswahl von Dmmstoffen

2.1

Dmmstoffbersicht

2.2.1

Baukonstruktive Aspekte

Eine bersicht ber ausgewhlte Dmmstoffe ist in Bild 7 gegeben. Die Angaben in Tabelle 12 beschreiben die Marktanteile verschiedener Dmmstoffe in Deutschland.

Bild 7. Auswahl verfgbarer Dmmstoffe und Lieferformen

Bedingt durch die sehr unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Dmmstoffprodukte kçnnen selbstverstndlich nicht fr jede Einbausituation alle Dmmstoffe gleichermaßen zur Anwendung

88

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Tabelle 12. Entwicklung der Marktanteile ausgewhlter Dmmstoffe in Deutschland [59] Produktgruppe

1987

1992

[Mio. m/a]

1997

2002

2005

[ %]

[Mio. m/a]

[ %]

[Mio. m/a]

[ %]

[Mio. m/a]

[ %]

[Mio. m/a]

[ %]

Mineralfaser

8,550

58,2

13,900

62,7

20,670

62,6

15,517

58,9

13,320

56,9

PolystyrolHartschaum (EPS) *)

4,775

32,5

6,255

28,2

9,460

28,6

7,923

30,1

7,389

31,5

Polyurethan

0,753

5,1

1,022

4,6

1,481

4,5

1,389

5,3

1,198

5,1

PolystyrolHartschaum (XPS)

0,373

2,5

0,688

3,1

1,133

3,4

1,320

5,0

1,426

6,1

HolzwolleLeichtbauplatten

0,252

1,7

0,295

1,3

0,280

0,8

0,176

0,7

0,095

0,4

Summe GDI **)

14,703

100

22,160

100

33,024

100

26,325

100

23,428

100

*) Mengen um Anteile von EPS-Kernschichten in HWL bereinigt, Anteile fr die Jahren 1987 und 1992 sind geschtzt **) Gesamtverband der Dmmstoffindustrie, die genannte Summe entspricht etwa 96 % der insgesamt vertriebenen Dmmstoffmenge

Tabelle 13. Verfgbare Anwendungstypen und Baustoffklassen verschiedener Dmmstoffe Dmmstoff

Baumwolle

Anwendungstyp W

WL

n

n

WD

WS

WDS

WDH

Baustoffklasse WB

WV

T

TK

A1

n

Blhglas

Schttung

n

Blhton

Schttung

n

Flachs

n

n

B1

B2

n

n

n

Getreidegranulat

n

Schttung

Hanf

n

n

Holzfaserplatten

n

n

n

HWL-Platten

n

n

n

n

Kalziumsilikat

n

n

n

Kokos

n

Kork

n

Mineralfaser

n

n n n n

n

n

n

n n

n

n

n

n

n

n

n

Perlite

n

n

Polystyrol (EPS)

n

Polystyrol (XPS)

n

n

n

Polyurethan (PUR)

n

n

n

Schafwolle

n

Schaumglas

n

Schilfrohr

n

n

n

n

n n

n n

n

n n

n

n

n

n

n

n n

n

n

n

n

n

n

n n

n

n

n

n

n

n n

n

n

n

n

n

n n

Schttung n

n

n

n

Vermiculite n

n

n

Schttung

Polyesterfaser

Zellulose

A2

n n

n

n

n

Dmmstoffe im Bauwesen

89

Tabelle 14. Anwendungstypen und zuzuordnende Einsatzgebiete Anwendungstyp

Erluterung

Einsatzgebiete

W

Wrmedmmstoff, nicht druckbelastbar

Leichte Trennwnde, Holzbalkendecken, abgehngte Decken, hinterlftete Fassaden, Zwischensparrendmmung, Untersparrendmmung, Kerndmmung

WL

Wrmedmmstoff, nicht druckbelastbar

Abgehngte Decken, hinterlftete Fassaden, Zwischensparrendmmung

WD

Wrmedmmstoff, druckbelastbar

Aufsparrendmmung, Flachdcher, Wrmedmmverbundsysteme

WDS

Wrmedmmstoff, mit besonderer Druckbelastbarkeit

Perimeterdmmung, Industriebçden

WDH

Wrmedmmstoff, mit erhçhter Druckbelastbarkeit unter druckverteilenden Bçden

Lastabtragende Dmmung unter Grndungsplatten

WS

Wrmedmmstoff, mit erhçhter Belastbarkeit fr Sondereinsatzgebiete

Parkdecks, Aufsparrendmmung, Flachdach, Perimeterdmmung

WV

Wrmedmmstoff, beanspruchbar auf Abreißfestigkeit (Querzugfestigkeit)

Kerndmmung, Wrmedmmverbundsysteme, hinterlftete Fassaden, Unterdeckendmmung

WB

Wrmedmmstoffe, beanspruchbar auf Biegung

Bekleidung von windbelasteten Fachwerk- und Stnderkonstruktionen

T

Trittschalldmmstoff, fr Decken mit Anforderungen an den Luftund Trittschallschutz nach DIN 4109

Wrme- und Trittschalldmmung unter schwimmend verlegten Estrichen

TK

Trittschalldmmstoff, Wrme- und Trittschalldmmung unter hçher fr Decken mit Anforderungen an den Luft- und belasteten schwimmend verlegten Estrichen und Trittschallschutz nach DIN 4109, auch verwendbar Trockenestrichen bei geforderter geringerer Zusammendrckbarkeit

Tabelle 15. Anwendungsgebiete und zugeordnete Kurzzeichen nach DIN V 4108-10 [19] Anwendungsgebiet

Kurzzeichen

Anwendungsbeispiel

Decke, Dach

DAD

Außendmmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschtzt, Dmmung unter Deckungen

DAA

Außendmmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschtzt, Dmmung unter Abdichtungen

DUK

Außendmmung des Daches, der Bewitterung ausgesetzt (Umkehrdach)

DZ

Zwischensparrendmmung, zweischaliges Dach, nicht begehbare, aber zugngliche oberste Geschossdecken

DI

Innendmmung der Decke (unterseitig) oder des Daches, Dmmung unter Sparren/Tragkonstruktion, abgehngte Decke usw.

DEO

Innendmmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich ohne Schallschutzanforderungen

DES

Innendmmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich mit Schallschutzanforderungen

90

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Tabelle 15. Anwendungsgebiete und zugeordnete Kurzzeichen nach DIN V 4108-10 [19] (Fortsetzung) Anwendungsgebiet

Kurzzeichen

Anwendungsbeispiel

Wand

WAB

Außendmmung der Wand hinter Bekleidung

WAA

Außendmmung der Wand hinter Abdichtung

WAP

Außendmmung der Wand unter Putz

WZ

Dmmung von zweischaligen Wnden, Kerndmmung

WH

Dmmung von Holzrahmen- und Holztafelbauweise

WI

Innendmmung der Wand

WTH

Dmmung zwischen Haustrennwnden mit Schallschutzanforderungen

WTR

Dmmung von Raumtrennwnden

Perimeter

PW

Außenliegende Wrmedmmung von Wnden gegen Erdreich

PB

Außenliegende Wrmedmmung unter der Bodenplatte gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung)

Tabelle 16. Produkteigenschaften und zugeordnete Kurzzeichen nach DIN V 4108-10 [19] Produkteigenschaften

Kurzzeichen

Beschreibung

Druckbelastbarkeit

dk

Keine Druckbelastbarkeit

Hohlraumdmmung, Zwischensparrendmmung

dg

Geringe Druckbelastbarkeit

Wohn- und Brobereich unter Estrich

dm

Mittlere Druckbelastbarkeit

Nicht genutztes Dach mit Abdichtung

dh

Hohe Druckbelastbarkeit

Genutzte Dachflchen, Terrassen

ds

Sehr hohe Druckbelastbarkeit

Industriebçden, Parkdeck

dx

Extrem hohe Druckbelastbarkeit

Hoch belastete Industriebçden, Parkdeck

wk

Keine Anforderungen an die Wasseraufnahme

Innendmmung im Wohn- und Brobereich

wf

Wasseraufnahme durch flssiges Wasser

Außendmmung von Außenwnden und Dchern

wd

Wasseraufnahme durch flssiges Wasser und/oder Diffusion

Perimeterdmmung, Umkehrdach

zk

Keine Anforderungen an Zugfestigkeit

Hohlraumdmmung, Zwischensparrendmmung

zg

Geringe Zugfestigkeit

Außendmmung der Wand hinter Bekleidung

zh

Hohe Zugfestigkeit

Außendmmung der Wand unter Putz, Dach mit verklebter Abdichtung

Keine Anforderungen an schalltechnische Eigenschaften

Alle Anwendungen ohne schalltechnischen Anforderungen

Wasseraufnahme

Zugfestigkeit

Schaltechnische sk Eigenschaften

Verformung

Beispiele

sh

Trittschalldmmung erhçhte Zusammendrckbarkeit Schwimmender Estrich, Haustrennwnde

sm

Mittlere Zusammendrckbarkeit

sg

Trittschalldmmung, geringe Zusammendrckbarkeit

tk

Keine Anforderungen an die Verformung

tf

Dimensionsstabilitt unter Feuchte und Temperatur Außendmmung der Wand unter Putz, Dach mit Abdichtung

tl

Verformung unter Last und Temperatur

Innendmmung

Dach mit Abdichtung

Dmmstoffe im Bauwesen

91

Bild 8. Rohdichten verschiedener Dmmstoffe gemß Herstellerangaben (vgl. auch [83])

Bild 9. Wrmeleitfhigkeiten verschiedener Dmmstoffe gemß Herstellerangaben (vgl. auch [83])

kommen. So kann eine Auswahl geeigneter Produkte z. B. abhngig von der brandschutztechnisch geforderten Baustoffklasse (A1, A2, B1, B2) und den erforderlichen konstruktiven Eigenschaften eines Dmmstoffs – kenntlich gemacht durch den Anwendungstyp – erfolgen. In welchen Anwendungstypen und Baustoffklassen die einzelnen Dmmstoffe verfgbar sind, ist Tabelle 13 zu entnehmen. Mçgliche Einsatzgebiete sind – abhngig vom Anwendungstyp – in Tabelle 14 zusammengestellt. Genauere Eingrenzungen diesbezglich sind Herstellerangaben zu entnehmen. Nach DIN V 4108-10:2001-02 [19] werden die Anwendungsgebiete jedoch gemß Tabelle 15 unterschieden. Darber hinaus werden in DIN V 4108-10 Produkteigenschaften fr Wrme- und Schalldmmstoffe weiterfhrend klassifiziert (s. Tabelle 16). Eine fr zu dmmende Bauteile wichtige konstruktive Kenngrçße eines Dmmstoffs ist die Rohdichte (s. Bild 8) und ihr Einfluss auf das Eigengewicht einer Konstruktion. Hier kann es insbesondere bei der nachtrglichen Dmmung z. B. von Holzbalkendeckenkonstruktionen darauf ankommen, Dmmstoffe geringer Rohdichte auszuwhlen, damit vorhandene Lastreserven eingehalten werden kçnnen.

me-, feuchte-, schall- und brandschutztechnische Anforderungen gestellt. Exemplarisch wird an dieser Stelle eine bersicht ber Bereiche der Wrmeleitfhigkeiten l verschiedener Dmmstoffe in Bild 9 gegeben. Angaben bezglich feuchte- und brandschutztechnischer Kennwerte kçnnen den Tabellen 4 und 13 entnommen werden.

2.2.2

Bauphysikalische Aspekte

Unter dem Gesichtspunkt der bauphysikalischen Planung werden an die einzubauenden Dmmstoffe wr-

2.2.3

kologische Aspekte

Alle çkologisch relevanten Aspekte fr die Auswahl von Wrmedmmstoffen beziehen sich fast immer auf den „Lebenskreislauf“ des Dmmprodukts. Hierbei steht die Gewinnung des Rohstoffs am Anfang. Dementsprechend ist zu beachten, inwiefern die Umwelt beispielsweise durch den Abbau mineralischer Ausgangsstoffe, durch Monokulturen oder den Einsatz von Chemikalien beim Anbau pflanzlicher Rohstoffe geschdigt wird. Auch das endliche Vorhandensein einiger Rohstoffe, wie z. B. Erdçl, ist hierbei zu beachten. Nach Gewinnung der Rohstoffe mssen diese zur Weiterverarbeitung von ihrem Ursprung zum Dmmstoffhersteller transportiert werden. Die hierzu notwendige Transportenergie sowie die daraus resultierenden Schadstoffbelastungen kçnnen aufgrund der langen Transportwege erheblich sein; als Beispiele hierfr kçnnen Dmmstoffe aus Baumwolle Kokosfaser Schafwolle oder Vermiculite genannt werden. Nach dem Transport zum jeweiligen Hersteller werden die Rohstoffe –

92

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

ruchsbelstigungen, Formaldehydausgasungen, (natrlicher) radioaktiver Strahlung, Staubbelastungen und auf Gefahren aus Pestizidrckstnden hingewiesen. Die Wiederverwendbarkeit eines Dmmstoffs hngt im Wesentlichen davon ab, ob sich dieser sortenrein und unverschmutzt ausbauen lsst. Whrend dies beispielsweise fr Schttungen oder lediglich mechanisch befestigte Dmmschichten relativ problemlos zu realisieren ist, ist die Wiederverwendung verklebter oder verputzter Produkte kaum mçglich. Ist eine Nutzung verschmutzter Dmmstoffreste z. B. als Beimischung zur Bodenauflockerung o. . nicht mçglich, kann beispielsweise eine Deponierung oder – soweit mçglich und sinnvoll – eine energetische Nutzung (Verbrennung) erfolgen. 2.2.4

Bild 10. Richtpreise pro Quadratmeter Dmmstoff gemß Herstellerangaben (vgl. auch [83])

teilweise unter hohem energetischen Aufwand – zum eigentlichen Dmmstoff verarbeitet. In diesem Zusammenhang ist der bençtigte Energieaufwand beispielsweise fr Dmmstoffe auf Basis von Erdçlprodukten sowie fr Schaumglas, Kalziumsilikat und Holzfaserplatten mit in die Betrachtungen einzubeziehen. Neben dem Energieaufwand bei der Herstellung sind aus çkologischer Sicht die zur Dmmstoffproduktion notwendigen Hilfsstoffe sowie die entstehenden Nebenprodukte relevant. Nheres hierzu ist den dmmstoffspezifischen Angaben in Abschnitt 3 zu entnehmen. Das primre Ziel fr den Einsatz von Wrmedmmstoffen liegt in der Einsparung von Heizenergie. Vergleicht man die einsparbare Heizenergie mit der Energie, die bei Rohstoffgewinnung, Transport und Dmmstoffherstellung eingesetzt wird, so erhlt man energetische Amortisationszeiten, die im Regelfall im Bereich einiger Monate – ungnstigstenfalls bei etwa zwei Jahren – liegen. Hieraus lsst sich im Hinblick auf die zu erwartende Lebensdauer eines Gebudes leicht ableiten, dass der Primrenergiebedarf fr Rohstoffgewinnung, Transport und Dmmstoffherstellung als Maßstab fr eine çkologische Bewertung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Bei geeigneter Qualittskontrolle und fachgerechtem Einbau kçnnen im Regelfall Gesundheits- und Nutzungsbeeintrchtigungen durch Wrmedmmstoffe ausgeschlossen werden. Dennoch sei an dieser Stelle auf die Mçglichkeit des Auftretens allgemeiner Ge-

konomische Aspekte

Als greifbarster çkonomischer Aspekt ist selbstverstndlich der Preis eines Dmmstoffs zu nennen (s. Bild 10). Es sollten jedoch auch Faktoren wie leichte Verarbeitbarkeit und lange Nutzungsdauer bzw. Haltbarkeit des Dmmstoffs mit in eine Auswahl einfließen. Darber hinaus sollte eine fachgerechte Verarbeitung sichergestellt werden, da dies sowohl fr die Effizienz der Dmmung als auch fr die Dauerhaftigkeit des Bauteils/Bauwerks von erheblicher Bedeutung ist. 2.3

Zusatzstoffe

2.3.1

Treibmittel

– FCKW/HFCKW Bis zum Anfang der 1990er-Jahre wurden halogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) als Treibmittel zum Aufschumen von Polyurethan (PUR) und extrudiertem Polystyrol (XPS) eingesetzt. Nach dem allgemeinen Verbot des Einsatzes von FCKW im Jahr 1995 wurde dieses Treibmittel im Rahmen der Produktion von Dmmstoffen durch CO2 (vorwiegend fr WLG 030 und hçher), Pentan (vorwiegend fr WLG 025 und WLG 030) sowie teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW, fr WLG 020) ersetzt. Fluorchlorkohlenwasserstoffe werden durch vollstndiges oder teilweises Austauschen der Wasserstoffatome aus Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt. Vollhalogenierte Produkte (FCKW) sind chemisch sehr stabil und gelangen daher innerhalb von 15 bis 20 Jahren in hohe Schichten der Atmosphre (Stratosphre, ca. 15 bis 50 km), bevor sie durch UV-Strahlung und niedrige Temperaturen zersetzt werden. Durch die hierbei freiwerdenden Chloratome kann es dann zum Abbau der Ozonschicht kommen. Teilhalogenierte Produkte (HFCKW) haben nur etwa 5 % der ozonschdigenden Wirkung von FCKW, da sie bereits in niedrigeren Schichten der Atmosphre (Troposphre, bis 15 km) aufgespalten werden und daher weniger Chloratome in die ozonhaltigen hçheren Schichten gelangen kçnnen.

Dmmstoffe im Bauwesen Tabelle 17. Globales Erwrmungspotenzial (Global Warming Potential GWP) verschiedener Treibhausgase Treibhausgase

GWP

SF6

23900

FCKW R12

8500

FCKW R11

5000

HFCKW R22

4100

HFCKW R141b

1500

HFCKW R142b

3700

HFKW R134a

3200

HFKW R141b

630

N2O

310

CH4

21

Pentan (C5H12) CO2

~3 1

Beide Arten – also FCKW und HFCKW – tragen neben der Schdigung der Ozonschicht wie auch die Stoffe CO2, CH4 (Methan), N2O (Distickstoffoxid), SF6 (Schwefelhexafluorit) und Ozon zum sog. Treibhauseffekt bei. – Kohlendioxid Kohlendioxid (CO2) trgt zusammen mit Wasserdampf und anderen Spurengasen in der Troposphre (bis 15 km) dazu bei, dass die von der Erde ausgehenden langwelligen Wrmestrahlen dort absorbiert oder reflektiert werden. Erst durch diesen Effekt werden die gegenwrtigen klimatischen Bedingungen auf der Erde berhaupt mçglich. Als Folge der Verbrennung fossiler Energietrger – einschließlich der Brandrodung großer Waldgebiete – steigt der CO2-Gehalt in der Atmosphre jedoch seit Beginn des Industriezeitalters erheblich an

Bild 11. Schematische Darstellung der Entwicklung der CO2-Emissionen seit 1900 (vgl. auch [54])

93

(Bild 11). Hierdurch wird ein zu großer Anteil der Wrmestrahlung in der Troposphre zurckgehalten und es kommt zu einem globalen Anstieg der jhrlichen Durchschnittstemperatur. Im Bereich der Wrmedmmstoffe ist CO2 als Treibmittel fr XPS und PUR relevant. – Pentan Pentan (C5H12) ist ein organisches Molekl und gehçrt zur Gruppe der aliphatischen Kohlenwasserstoffe. Wegen seiner geringen chemischen Stabilitt gelangt Pentan nicht in hçhere Luftschichten und kann somit auch nicht die Ozonschicht schdigen. Am Treibhauseffekt ist Pentan nur in sehr geringem Maße beteiligt, da es zwar etwa dreimal so schdlich ist wie CO2 (Tabelle 17), jedoch nur in geringen Mengen freigesetzt wird. 2.3.2

Bindemittel

– Kunstharze Kunstharze auf der Basis von Formaldehydharzen werden als Bindemittel insbesondere in Mineralfaserdmmstoffen eingesetzt. Eine Freisetzung von Formaldehyd in Innenrume von Gebuden sollte jedoch durch geeignete Qualittskontrollen whrend der Herstellung und den ordnungsgemßen Einbau des Dmmprodukts vermieden werden kçnnen. – Bitumen Bitumen wird aus Erdçl gewonnen. Das Rohçl wird hierzu unter atmosphrischem Druck verdampft und anschließend wieder kondensiert (Destillation). Hierbei werden Benzin, Diesel- und Heizçle aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen abgetrennt (Fraktionierung). In einer zweiten Stufe werden dann bei deutlich niedrigerem Druck schwerere le destilliert, wobei u. a. das sog. Destillationsbitumen gewonnen wird. Bitumendmpfe werden von der Senatskommission zur Prfung gesundheitsschdlicher Arbeitsstoffe der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in der MAKWerte-Liste gefhrt, d. h. es besteht der begrndete Verdacht auf krebserzeugendes Potenzial. Im Dmmstoffbereich findet Bitumen als Bindemittel sowie als Beschichtung Verwendung, durch welche der Wasserzutritt in den Dmmstoff bzw. in das Bauteil verhindert werden soll. – Lignin/Suberin Lignin ist ein hochmolekularer Stoff, der in verholzten Pflanzen vorkommt und im lebenden Holz als Bindemittel die Aufgabe hat, die einzelnen Fasern zusammenzuhalten. Diese Eigenschaft kann fr Dmmstoffe aus Holzfasern dazu genutzt werden, die hergestellten Dmmstoffplatten zu festigen und zu stabilisieren. Suberin ist das natrliche Bindemittel des Korks. Es erfllt – hnlich dem Lignin bei anderen Baumarten – die Funktion des Festigkeits- und Elastizittsgebers. Darber hinaus ist Suberin wasserabweisend.

94

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

– Zement/Magnesit Die Verwendung des Baustoffs Zement als Bindemittel wird an dieser Stelle nicht weiter erlutert. Fr Informationen bezglich der Herstellung und Verarbeitung wird hier auf die entsprechende Fachliteratur verwiesen. Magnesit zhlt zur Kalzit-Dolomit-Aragonit-Familie und damit zur Mineralklasse der Karbonate. Erhitzt man gemahlenes Magnesit (Magnesiumkarbonat, Bitterspat) auf etwa 800 bis 900 C, so erhlt man ein Produkt (kaustisches Magnesia), das mit Wasser abbindet und daher als Mçrtel bzw. Bindemittel verwendet werden kann. Beide Produkte (Zement und Magnesit) werden im Dmmstoffbereich i. Allg. als Bindemittel fr Holzwolle-Leichtbauplatten verwendet. – Latex Latex ist der Milchsaft der kautschukliefernden Pflanzen aus der Familie der Maulbeer- und der Wolfsmilchgewchse. Kautschuk wird vorwiegend auf Plantagen vor allem in Malaysia, Indonesien und Thailand erzeugt, indem die Rinde der Bume (98 % der Weltproduktion stammen vom Baum Hevea brasiliensis) eingeritzt und die milchhnliche Flssigkeit aufgefangen wird. Diese enthlt etwa 37 % Rohkautschuk. 2.3.3

Sttzfasern

– Textile Fasern, z. B. aus Polyester oder Polypropylen Textile Fasern werden u. a. Dmmstoffen aus Flachs, Hanf oder Schafwolle beigefgt, um die Elastizitt der Dmmplatten zu erhçhen und den Zusammenhalt bei sehr dicken Dmmstoffmatten zu gewhrleisten. – Jute Jute wird aus den Bastfasern mehrerer indischer Cochorus-Arten (Familie der Lindengewchse) gewonnen. Die Hauptanbaugebiete liegen in Bangladesh und Indien. Aus diesen Lndern stammt etwa 98 % der Juteweltproduktion. Jute ist sehr stabil und schnittfest, allerdings auch sensibel gegen Feuchtigkeit. 2.3.4

Zustze fr Brand- und Feuchteschutz

– Borate Borate (Borsalz, Borsure) sind stabile, schwer flchtige, organische Verbindungen und werden oft in Dmmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen als Flammschutz-, Pilzschutz- bzw. Insektenschutzmittel eingesetzt. Sie gelten in den eingesetzten Mengen als gesundheitlich unbedenklich. Da Borate gegenwrtig – eine endgltige Klrung steht noch aus – als grundwasserschdlich (Wassergefhrdungsklasse 1) eingestuft werden, ist die Entsorgung ausgebauter Dmmstoffe mit hohem Boranteil nicht unproblematisch. Weil eine Kompostierung nur schwer oder gar nicht mçglich ist, werden Dmmstoffabflle, die Borate enthalten, entweder auf geeigneten Deponien gelagert oder der Mllverbrennung zugefhrt.

– Molke/Soda Molke und Soda (Natriumkarbonat) werden als Flammschutzmittel als Alternative zu den oben beschriebenen Boraten eingesetzt, derzeit jedoch nur in wenigen Produkten. – Ammoniumsulfat/-phosphat und Aluminiumhydroxid Diese Stoffe dienen als Flammschutzmittel fr Dmmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen und gelten als gesundheitlich unbedenklich. – Hexabromcyclododecan (HBCD) HBCD wird vorwiegend als Flammschutzmittel bei der Herstellung von expandiertem Polystyrol (EPS) verwendet. Es ist ein bromierter, zykloaliphatischer Kohlenwasserstoff, der in Wasser nur schwer lçslich ist. Dementsprechend werden mit HBCD behandelte Dmmstoffe in die Wassergefhrdungsklasse 0 (i. Allg. nicht wassergefhrdend) eingestuft. HBCD ist allerdings nur schwer biologisch abbaubar und reichert sich daher im Laufe der Zeit in der Umwelt an. ber hieraus resultierende Schadfolgen liegen zurzeit jedoch keine Untersuchungsergebnisse vor. 2.4

Entwicklung der Dmmschichtdicken in Dach und Wand in den europischen Lndern

Vor dem Hintergrund der vollzogenen europischen Harmonisierung der Produktnormen fr Wrmedmmstoffe gibt die Entwicklung der tatschlich zur Ausfhrung gekommenen Dmmstoffdicken in Dach und Wand in den Jahren 1982 bis 2004 Einblick in eine heterogene europische Situation (Bilder 12 und 13) [50]. Als Resmee der Darstellungen in den Bildern 12 (Dach) und Bild 13 (Wand) kann festgehalten werden: • In den meisten europischen Lndern ist ein deutliches Ansteigen der Dmmschichtdicken von 1987 bis 2004 zu verzeichnen, beispielsweise in Schweden von 200 mm (Wand: 125 mm) auf 450 mm (Wand: 210 mm) und in Deutschland von 100 mm (Wand: 50 mm) auf 195 mm (Wand: 90 mm). • Mehr oder minder ausgeprgt liegt ein Geflle bezglich der Dmmschichtdicken innerhalb Europas von Nord nach Sd vor; das gilt insbesondere fr das Jahr 2004, fr das Dach gilt beispielsweise in Schweden 450 mm (Wand: 210 mm), in Deutschland 195 mm (Wand: 90 mm) und in Spanien 60 mm (Wand: 45 mm). Selbstverstndlich sind die Dmmschichtdicken allein kein absoluter Maßstab fr eine energetische Beurteilung, gehçren doch die einzelnen Lnder – vom hohen Norden bis in den Sden Europas – unterschiedlichen Klimazonen an.

Beschreibung von Dmmstoffen

95

Bild 12. Entwicklung der Wrmedmmschichtdicken in Europa in den Jahren 1982 bis 2004 in Dchern [50]

Bild 13. Entwicklung der Wrmedmmschichtdicken in Europa in den Jahren 1982 bis 2004 in Wnden [50]

3

Beschreibung von Dmmstoffen

Die im Folgenden angegebenen Zahlenwerte und Kenngrçßen der Dmmstoffe beziehen sich hauptschlich auf Standardanwendungen in den Bereichen Wrme- und Schallschutz. Sie sind daher ausschließlich als Richtwerte zu verstehen, die nicht fr alle hergestellten Produkte gelten kçnnen. Die Informationen sind im Wesentlichen Produktinformationsmappen von Dmmstoffherstellern und -verbnden [80] sowie diversen Fachverçffentlichungen (s. Abschn. 4) entnommen.

3.1

Aerogel

3.1.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Aerogele – auch bekannt unter dem Markennamen „Nanogel“ – sind keine Erfindung der Neuzeit, sondern wurden bereits 1931 im Labor von Steve Kistler hergestellt. Allerdings werden Aerogele erst in seit wenigen Jahren in kommerziell interessantem Umfang produziert. Am prinzipiellen Herstellungsprozess hat sich seit Kistler jedoch kaum etwas verndert: Einem gallertartigen Stoff wird superkritisch bei hohen Tempera-

96

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

3.1.2

Bild 14. Dmmstoff aus Aerogel (links Matte, rechts Granulat)

turen und/oder unter hohem Druck der Flssigkeitsanteil entzogen. Entscheidend bei diesem Prozess ist, dass das Volumen des Gels nicht reduziert und das Volumen, das die Flssigkeit im Gel einnimmt, zu stabilen Poren geformt und mit einem Gas gefllt wird. Unter Verwendung eines geeigneten Feststoffs erhlt man auf diese Weise einen sehr leichten Stoff mit sehr großer Oberflche von ber 1000 m± pro Gramm, der einem nanoporçsen Schwamm hnelt. Dieser eignet sich u. a. fr den Einsatz als Wrmedmmstoff oder als Filtermaterial. Die Basis zur Herstellung von Aerogelen ist in den meisten Fllen ein Silikat (Kieselsure). Diese kçnnen aber auch durch Metalloxide (Aluminium, Chrom) oder Kohlenstoffverbindungen ersetzt werden. Das verwendete Ausgangsmaterial hat dabei einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des herzustellenden Aerogels. Generell ist die Herstellung von Aerogelen zurzeit noch sehr teuer, was zum einen an der verhltnismßig kleinen Produktionskapazitt, zum anderen auch an einem meist energieintensiven Herstellungsprozess liegt. Dies wird sich jedoch voraussichtlich in absehbarer Zeit ndern. Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses wird heute bereits der giftige Baustein Tetramethylorthosilicat (TMOS) durch Tetraethylorthosilicat (TEOS) ersetzt und der Einsatz von Kohlendioxid als Ersatz von Ethanol macht eine Herstellung bei weitaus geringeren Temperaturen mçglich. Aerogele sind nahezu transparent, transluzent und temperaturstabil. Ihre Beschaffenheit kann am besten durch den Term „harter Schaum“ beschrieben werden. Pures Aerogel ist ein Stoff, der eine hohe Druckfestigkeit im Verhltnis zu seinem Gewicht aufweist, jedoch unter spontaner Krafteinwirkung sehr brchig ist. Dieser nachteiligen Eigenschaft versucht man in einigen Produkten entgegenzuwirken, indem der gallertartige Stoff bereits vor der superkritischen Trocknung mit Fasern vermischt wird, die im getrockneten Aerogel als Bewehrung dienen. Der spezifische Herstellungsprozess begrenzt jedoch die Dicke der so entstehenden flexiblen Matten auf etwa einen Zentimeter. Der Einsatz von Aerogelen im Bauwesen erfordert i. Allg. eine bauaufsichtliche Zulassung.

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Aerogele sind in Form von Granulat und faserarmierten Matten erhltlich. Die Anwendungsmçglichkeiten fr Aerogele sind nicht zuletzt aufgrund der mechanischen Flexibilitt des Materiales vielfltig und erstrecken sich ber die Bereiche des Wrme-, des Schall- und des Brandschutzes. Aufgrund der relativ hohen Materialkosten sind vor allem Anwendungen vorteilhaft, die hohe Anforderungen an eine geringe Dicke der Dmmung stellen, wie z. B. bei Innendmmungen, der Dmmung von Rohrleitungen oder als Dmmung von Scheiben- oder Wandzwischenrumen Der Einbau von Aerogelmatten ist unkompliziert und kann auch von handwerklich erfahrenen Heimwerkern vorgenommen werden. Der Zuschnitt von Matten kann mit konventionellen Scheren oder Messern erfolgen. Aerogelgranulat sollte hingegen nur von Fachleuten verarbeitet werden. Es ist zu beachten, dass bei der Verarbeitung von Aerogelen Feinstube freigesetzt werden. Es wird daher die Verwendung einer Atemschutzmaske, einer Schutzbrille sowie von Handschuhen empfohlen. Des Weiteren wirken Aerogele abrasiv und austrocknend, weshalb der vorsichtige Umgang mit dem Material im Kontakt mit empfindlichen Oberflchen, u. a. der Haut, empfohlen wird. Aerogele der ersten Generationen hatten hydrophile Eigenschaften, die insbesondere die Transparenz des Produkts beeintrchtigen konnten. Weiterentwicklungen und chemische Modifikationen der Materialoberflche ermçglichen nun jedoch auch die Herstellung wasserabweisender Produkte. Dmmstoffe aus Aerogel sind allgemein diffusionsoffen. Die maximale Anwendungstemperatur von Aerogelmatten liegt bei ber 600 C, die minimale bei weniger als –200 C. Granulat sollte nicht ber 400 C erhitzt werden. Die Schmelztemperatur von Aerogelen liegt bei 1200 C. 3.1.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,012 bis 0,021 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: keine Werte verfgbar Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 1000 bis 1500 Rohdichte [kg/m3]: Granulat 3 bis 120, typisch um 100 Matte 130 bis 350, typisch um 150 Festigkeiten [N/mm2]: Matte ca. 0,08 Baustoffklasse [–]: Europisch A1, E Materialkosten [T/m3]: Granulat 1500 bis 2000 Matte 2500 bis 3500 Materialkosten [T/m2] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m2K/W: Granulat 70 bis 170 Matte 120 bis 300 3.1.4

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Reines Aerogel kann als unbrennbar angesehen werden. Brand- bzw. Rauchbelastungen entstehen nur bei der

Beschreibung von Dmmstoffen

Mischung von Aerogelen mit brennbaren Fasern, wie sie beispielsweise bei der Bewehrung von Matten verwendet werden kçnnen. Handelsbliche Aerogelprodukte sind i. Allg. ungiftig. Eine Gesundheitsgefhrdung kann nur von der Staubbelastung bei der Verarbeitung ausgehen. Dabei kçnnen kurzfristige Hautirritationen bei Kontakt mit Aerogel nicht ausgeschlossen werden. ber den Einsatz von Energie zur Herstellung von Aerogelen werden je nach betrachtetem Verfahren sehr unterschiedliche Angaben gemacht. Aerogelgranulat kann wiederverwendet werden. Mçglichkeiten zur Wiederverwertbarkeit oder Wiederverwendbarkeit von Aerogelmatten bei zweckneuer Nutzung sind nicht bekannt. 3.2

Baumwolle

3.2.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Baumwollefasern sind die Samenhaare weißlich bis gelb blhender Malvengewchse. Der Anbau dieser bis zu 6 m hohen Malvengewchse erfolgt fast ausschließlich in tropischem oder subtropischem Klima mit Temperaturen konstant ber 15 C. Die langfaserige Baumwolle, die in Deutschland verarbeitet wird, stammt vornehmlich aus gypten, China, Pakistan, Indien, Russland oder den USA und wird an der Bremer Baumwollbçrse gehandelt und verkauft. Die Pflanzen sind ca. 8 bis 9 Monate nach der Aussaat erntereif. Zu diesem Zeitpunkt quellen aus den Fruchtkapseln der Malvengewchse weiße, bis zu 40 mm lange Baumwollfasern heraus. Der Einsatz von Erntemaschinen kann zu çkologischen Problemen fhren, wenn aus Grnden der Wirtschaftlichkeit der Anbau von Baumwolle in Monokulturen erfolgt und zum Schutz der Pflanze in hohem Maße Pestizide eingesetzt werden mssen. Baumwolle dient dem Menschen seit Jahrtausenden zum Schutz vor Klte und Witterung. Sie wird in Deutschland seit dem Jahr 1993 auch als Dmmstoff eingesetzt. Die jhrliche Welternte betrgt etwa 20 bis 25 Mio. Tonnen. Bei einer jhrlichen Dmmstoffproduktion von etwa 24 Mio. m (Stand: 2005) kçnnte

Bild 15. Dmmstoff aus Baumwolle (links Matte, rechts Flocken)

97

theoretisch der deutsche Dmmstoffmarkt mit etwa 2 % der Baumwoll-Welternte gedeckt werden. Dmmstoffe aus Baumwolle bestehen zu etwa 50 bis 80 % aus langfaseriger Restbaumwolle, die in der Textilindustrie nicht verwendet werden kann. Vor der Verarbeitung der Baumwolle zu Dmmstoff werden die Fasern 3 bis 4 Wochen gelagert, um die Feuchtigkeit der Fasern der Umgebungsfeuchtigkeit anzupassen. Danach wird der nach Reinheit sortierte und fr den Transport zu Ballen gepresste Rohstoff in einer Ballenreißmaschine zerfasert. Die Lnge der Fasern betrgt dann 20 bis 30 mm, die Dicke liegt bei 0,1 mm. Die daraus hergestellten Flocken werden entstaubt, gereinigt und mit Borsalz behandelt. Die Menge des eingesetzten Borsalzes richtet sich nach der angestrebten Baustoffklasse des fertigen Dmmstoffs. Zum Erreichen der Baustoffklasse B1 werden bis zu 8 Gew.- % Borsalz zugegeben, fr die Baustoffklasse B2 reichen etwa 3 Gew.- % aus. Die Flocken werden anschließend in 120 bis 130 C heißer Luft getrocknet. Dabei wird das Borsalz durch Aufschließen der natrlichen Wachsschicht an der Faseroberflche dauerhaft gebunden. Die Flocken kçnnen nun als Einblaswolle verwendet oder in einer Kardiermaschine gehckselt, gekmmt und zu dnnen Baumwollvliesen weiterverarbeitet werden. Die Vliese werden mehrlagig geschichtet und durch Vernadelung verfestigt. Fr eine bessere Stabilitt der Matten kann als Beschichtung der Mattenoberflche eine mechanisch hçher verfestigte Baumwolldeckschicht aufgebracht werden. Zum Abschluss werden die Matten auf Maß geschnitten und verpackt. Als Dmmstoff eingesetzte Baumwollprodukte mssen bauaufsichtlich zugelassen sein. 3.2.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Baumwolle ist allgemein in Form von Matten, Vliesen, Filzen, Stopfwolle oder Einblaswolle erhltlich. Handelsbliche Baumwolle ist vielfach aufgerollt und bis zu 18 cm dick. Baumwolle kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Dmmung von Holzstnderaußenwnden und leichten Trennwnden; Dmmung zwischen Lagerhçlzern; Trittschalldmmung; Dmmung der obersten Geschossdecke; Stopfdmmung von Hohlrumen; Fugendmmung; Akustikdmmung. Verarbeitung und Einbau von Baumwollmatten kçnnen einfach und schnell erfolgen und daher auch von handwerklich erfahrenen Heimwerkern vorgenommen werden. Flocken sollten jedoch auch aufgrund der erhçhten Staubbelastung ausschließlich von Fachfirmen eingeblasen werden. Der Zuschnitt von Matten kann bis zu Dicken von ca. 10 cm problemlos mit einer ausreichend scharfen Schere erfolgen, darber hinaus sollten Dmmstoffmesser eingesetzt werden, die speziell fr die Bearbeitung von Dmmstoffen vorgesehen sind. Die Staubentwicklung bei der Bearbeitung von Baumwollmatten ist durch die Entstaubung der Fasern wh-

98

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

rend des Produktionsprozesses geringer als z. B. bei der Verarbeitung von Zellulose. Jedoch wird aufgrund der immer noch hohen Gesamtfaserkonzentration auch bei der Arbeit mit Baumwollprodukten das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Durch die Elastizitt der Fasern sind Baumwollmatten anpassungsfhig und lassen sich gut zwischen tragende Hçlzer einklemmen. Matten, die in Dachschrgen oder ber Kopf eingesetzt werden, sollten zudem an den Hçlzern mit Klammern befestigt werden. Baumwollfasern selber sind formstabil, jedoch sind weder Blaswolle noch Baumwollmatten auf Druck belastbar. Baumwolle ist aufgrund ihrer faserartigen Struktur gut als raumakustisch wirksame Dmmung einsetzbar. Vliese und Filze kçnnen zwischen Lagerhçlzern oder unter Fußbodenaufbauten als Trittschalldmmung verwendet werden. Baumwollfasern besitzen gute Feuchtespeichereigenschaften und saugen in ihren Lumen bis zu 20 % ihres Eigenwichts an Wasser auf, ohne sich nass anzufhlen. Dennoch sollte der Dmmstoff keiner permanenten Nsse ausgesetzt werden, um Fulnis und Schimmelpilzbildung zu vermeiden. Aufgrund des hohen Zellulosegehalts der Baumwollfasern (bis zu 90 %) ist der Dmmstoff vor Insektenbefall relativ sicher und wird – wenn berhaupt – nur von Holzschdlingen als Nahrung genutzt. Andere Insektenarten kçnnen ihn wegen des hohen Zellulosegehalts nur schlecht verdauen. Daher verzichten viele Hersteller bei der Produktion des Dmmstoffs auch auf den Einsatz entsprechender chemischer Schutzmittel. Baumwolle ist bis zu einer Temperatur von ca. 100 C dauerbestndig. Ab etwa 120 bis 130 C treten aus konstruktiver Sicht unschdliche Verfrbungen auf. Die Zersetzung des Dmmstoffs beginnt ab einer Temperatur von ca. 380 C. Die Entzndungstemperatur liegt bei 400 C. 3.2.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,040 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 840 Rohdichte [kg/m]: Blaswolle 25 bis 40 Matten und Vliese ca. 20 Filze ca. 60 Festigkeiten [N/mm±]: nicht auf Druck belastbar Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: Stopfwolle 160 bis 200 Matte 180 bis 250 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 25 bis 40 3.2.4

Gesundheit der Bewohner des Anbaugebietes beeintrchtigt werden. Ein pestizidfreier Anbau wird nur von wenigen Herstellern garantiert. Der Anbau von Baumwolle erfolgt aufgrund der großen Nachfrage nach dem Rohstoff in vielen Lndern hufig als Monokultur. Als Folge der notwendigen Bewsserung der großen Anbauflchen wird in den Anbaugebieten der Grundwasserspiegel teilweise bedenklich weit abgesenkt. Der Energieeinsatz liegt in Abhngigkeit der Rohdichte und der Herstellungsform des Dmmstoffs zwischen 20 und 100 kWh/m. Der untere angegebene Wert beinhaltet dabei weder Energie, die fr das Wachstum der Pflanzen (z. B. Dnger, Maschineneinsatz fr Feldpflege etc.) aufgebracht werden muss, noch Energie, die fr den Transport bençtigt wird. Die Transportenergie kann wegen der langen Transportwege bis zu 200 kWh/m betragen. Der Dmmstoff kann sowohl in Form von Einblaswolle als auch von Matten bei schadensfreiem und unverschmutztem Rckbau an anderer Stelle wiederverwendet werden. Sortenreine Dmmstoffreste werden in Deutschland von den meisten Herstellern zurckgenommen, dem Herstellungsprozess wieder zugefhrt und so rezykliert. Naturbelassener und unbehandelter Dmmstoff kann problemlos kompostiert werden. Die Mçglichkeit der Kompostierung bzw. der Deponierung von behandeltem Material wird hingegen besonders wegen des Einsatzes von Borsalz als Brandschutzmittel als ungeklrt betrachtet bzw. gnzlich abgelehnt. Die Verbrennung des Dmmstoffs unter Ausnutzung seines Heizwertes ist in modernen Mllverbrennungsanlagen nahezu uneingeschrnkt mçglich und scheint fr verschmutzten bzw. beschdigt rckgebauten Dmmstoff unter den gegebenen Voraussetzungen eine sinnvolle Alternative zu sein. 3.3

Blhglas

3.3.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Der rein mineralische Rohstoff fr die Herstellung von Blhglas besteht aus rezykliertem Altglas. Der erste

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

In einigen Lndern wird der Anbau von Baumwolle teilweise massiv durch den Einsatz von Pestiziden untersttzt. Durch die daraus resultierende Grundwasserverschmutzung kçnnen sowohl die Umwelt als auch die

Bild 16. Dmmstoff aus Blhglas (Granulat, Kçrnungen 1/2, 2/4, 4/8 mm)

Beschreibung von Dmmstoffen

99

Bild 17. Herstellung von Blhglas (schematisch)

Schritt der Herstellung beinhaltet die Suberung und Sortierung des gesammelten Altglases. Der so aufbereitete Glasbruch wird daraufhin fein zu Glasmehl gemahlen und mit Wasser, Bindemittel sowie Blhmittel vermischt. Das gebundene Gemisch wird granuliert und getrocknet. Anschließend wird das Granulat in einem Drehofen auf ca. 700 bis 900 C erhitzt. Dabei blht sich das Granulat auf und seine Oberflche versintert. Es entstehen gleichmßige und feinporig strukturierte Kçrner mit weitgehend geschlossener Oberflche. Nach dem Abkhlen des aufgeblhten Granulats wird dieses gesiebt und in unterschiedlichen Korngrçßengruppen verpackt. Der Herstellungsprozess ist in Bild 17 schematisch dargestellt. Um Produkte aus Blhglas als Dmmstoff im Bauwesen einsetzen zu drfen, mssen diese bauaufsichtlich zugelassen sein. 3.3.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Blhglas ist vorrangig als Granulat in Scken verpackt erhltlich. Der Durchmesser der hergestellten Blhglaskçrner liegt zwischen 0,25 und 16 mm. Mit dem Einsatz von Zement oder Harz als Bindemittel lassen sich aus dem Granulat auch Mauersteine oder Wandelemente sowie Fußbçden mit guten Wrmedmmeigenschaften herstellen. Blhglas kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Schttung in Hohlrumen; Ausgleichsschttung; Leichtzuschlag fr Leichtbeton sowie Mçrtel- und Putzsysteme. Der Dmmstoff sollte nicht feucht werden und trocken lagern. Blhglas kann als Schttung prinzipiell von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet werden. Beim Einsatz als Schttung in Hohlrumen und als

Ausgleichsschttung auf Decken muss das Granulat um etwa 5 % verdichtet werden, damit eine ausreichend homogene Verteilung des Dmmstoffs gewhrleistet werden kann. Whrend des Schttvorgangs kann die Entstehung von Feinstaub durch Abrieb des Granulats nicht ausgeschlossen werden. Daher wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Schalltechnische Anwendungsmçglichkeiten von Blhglas als Dmmstoff liegen aufgrund der vergleichsweise hohen Schttrohdichte im Bereich von Hohlraumschttungen in Decken. Die Kçrner des Granulats sind druckfest und formstabil. Als Schttung eingesetzt ist der Dmmstoff als diffusionsoffen und frostsicher anzusehen. Aufgrund des mineralischen Rohstoffs ist Blhglas bestndig gegen Suren, Laugen und organische Lçsungsmittel. Blhglas ist nicht brennbar und bis zu einer Temperatur von ca. 700 C formstabil. Bei hçheren Temperaturen kommt es zu plastischen Verformungen des Glasanteils. 3.3.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,060 bis 0,070 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 800 Rohdichte [kg/m]: Kornrohdichte 240 bis 600 Schttdichte 120 bis 390 Festigkeiten [N/mm±]: Korndruckfestigkeit ca. 0,8 bis 2,1 Baustoffklasse [–]: national A1 europisch A1 Materialkosten [T/m]: 75 bis 175 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 20 bis 50

100

B1

3.3.4

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Dmmstoffe im Bauwesen

Blhglas ist aufgrund seiner mineralischen Herkunft ungiftig und frei von Schadstoffen. Gesundheitliche Beeintrchtigungen sind nicht bekannt. Die Herstellungsenergie ist trotz der bençtigten hohen Temperaturen whrend des Aufblhprozesses im Vergleich zu anderen mineralischen Dmmstoffen mit durchschnittlich 242 kWh/m relativ gering. Durch kurze Wege zwischen Altglascontainer, Produktionssttte und Einsatzort kann die aufzubringende Transportenergie ebenfalls vergleichsweise gering gehalten werden. Reines Blhglas ist als Schttung problemlos wieder verwendbar oder als Leichtzuschlag wieder verwertbar. Die Deponierung des Dmmstoffs ist in Abhngigkeit von lokalen und regionalen Vorschriften prinzipiell jederzeit mçglich. 3.4

Blhton

3.4.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Ton wurde in seiner natrlichen Form bereits vor mehr als 5000 Jahren als einer der ersten Baustoffe vom Menschen genutzt. Er besteht zu großen Teilen aus Illit,

Kaolinit und Quarz. Als Rohstoff fr die Herstellung von Blhton kommen nur in speziellen heimischen Sedimentablagerungen eingeschlossene Tonarten infrage, deren Vorkommen als nahezu unbegrenzt angesehen werden kçnnen. Blhton selber ist vor allem als Pflanzsubstrat fr Hydrokulturen bekannt. Der zur Herstellung von Blhton bençtigte Rohstoff wird ber Tage in offenen Gruben abgebaut. Der unbehandelte Ton wird fein gemahlen, mit Wasser vermengt und zu kleinen Kugeln granuliert. Das Tongranulat durchluft bei Temperaturen von etwa 1000 bis 1200 C ein Drehrohrofensystem. Dabei verbrennen sowohl die organischen Anteile als auch das im Granulat eingeschlossene Wasser und das Granulat schmilzt. Durch die Verbrennung und die daraus resultierende Volumenexpansion blht sich das Granulat auf das Mehrfache seiner ursprnglichen Grçße auf. Des Weiteren versintert die Oberflche der aufgeblhten Kugeln und es entsteht ein rçtliches Granulat, das unregelmßig geformt und porçs ist. Aus einem Kubikmeter Rohton kçnnen je nach gewnschter Anwendungsart bis zu 5 m3 Blhton hergestellt werden. Der Herstellungsprozess ist in Bild 19 schematisch dargestellt. Soll Blhton als Baustoff bzw. Dmmstoff eingesetzt werden, muss dieser bauaufsichtlich zugelassen sein. 3.4.2

Bild 18. Dmmstoff aus Blhton (Granulat)

Bild 19. Herstellung von Blhton (schematisch)

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Blhton ist allgemein als Granulat oder in gebundener Form erhltlich. Loses Blhtongranulat wird in Durchmessern von 4 bis 16 mm angeboten. Mit Zement als Bindemittel verfestigt werden aus Blhtonkugeln auch wrmedmmende Mauersteine mit Dicken von 49 cm hergestellt. Blhton kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Schttung in Hohlrumen; Ausgleichsschttung (geringe Auflast); Perimeterdmmung; Leichtzuschlag fr Leichtbeton sowie Mçrtel; extensive und intensive Dachbegrnung. Prinzipiell ist Blhtongranulat von handwerklich erfahrenen Heimwerkern gut in Eigenleistung zu verarbeiten.

Beschreibung von Dmmstoffen

Soll Blhton jedoch in besonders bautechnischen anspruchsvolleren Anwendungen zum Einsatz kommen, empfiehlt es sich, den Rat eines Fachmanns einzuholen. Es ist darauf zu achten, lose Schttungen trocken einzubringen. Die Lieferung erfolgt durch offene LKW oder in Scken. Die Kugeln des Granulats sind leicht und formstabil. Die Druckfestigkeit der Kçrnung kann durch den Zusatz hydraulischer Bindemittel noch gesteigert werden. Die Dmmstoffschttung ist in gewissen Grenzen selbstverdichtend. Wird der Dmmstoff als Schttung eingesetzt, ist das Tragen einer Atemschutzmaske empfehlenswert, da es whrend des Einbringens des Dmmstoffs zu Staubbelastungen in der Atemluft durch Kornabrieb kommen kann. Blhton kann hnlich wie Blhglas als Hohlraumschttung eingesetzt werden, um die schalltechnischen Eigenschaften einer Decke durch seine vergleichsweise hohe Schttrohdichte zu verbessern. Blhton ist geruchsfrei, verrottet und schimmelt nicht und ist bestndig gegen Suren und Laugen. Die Kugeln des Granulats sind allgemein unempfindlich gegen Frost und Feuchtigkeit und kçnnen demnach auch bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt eingesetzt werden. Blhton ist nicht brennbar und bis zu einer Temperatur von etwa 1000 C dauerhitzefest. 3.4.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: > 0,080 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 2 bis 8 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1100 Rohdichte [kg/m]: Kornrohdichte 500 bis 1700 Schttdichte 170 bis 600 Festigkeiten [N/mm±]: Korndruckfestigkeit 1,5 bis 6,5 Baustoffklasse [–]: national A1 europisch A1 Materialkosten [T/m]: 90 bis 250 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 30 bis 90 3.4.4

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Gesundheitliche Beeintrchtigungen beim Einsatz von Blhton als Dmmstoff sind nicht bekannt. Die natrlich auftretende Radioaktivitt des Tons ist gering, hlt alle gesetzlichen Grenzwerte ein und kann daher als unbedenklich angesehen werden. Der Abbau der Tonvorkommen im Tagebau kann nicht ohne grçßere Eingriffe in die Natur vorgenommen werden. Daher wird von Herstellerseite verstrkt darauf geachtet, dass die Folgen des Abbaus durch Rekultivierung des Abbaugebietes minimiert werden. Es mssen etwa 290 bis 425 kWh/m als Herstellungsenergie aufgebracht werden. Der Abbau, der Transport des Rohtons vom Abbaugebiet zum Herstellungsort sowie der Transport des Dmmgranulats zum Einsatzort erhçhen den Energieeinsatz um bis zu 250 kWh/m. Blhton kann als unverschmutzt rckgewonnene Schttung problemlos wiederverwendet werden oder als Leichtzuschlag. Die Deponierung des mineralischen

101

Materials ist unter Bercksichtigung lokaler und regionaler Deponierungsvorschriften prinzipiell jederzeit mçglich.

3.5

Flachs

3.5.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Flachs ist ein ca. 80 bis 120 cm hohes Storchenschnabelgewchs mit weißen bis hellblauen Blten und Kapselfrchten. Es ist vielleicht besser unter dem Begriff „Lein“ bekannt und wchst in gemßigtem Klima. Flachs wurde als Nutzpflanze speziell zur Herstellung von len und Kleidung bereits vor mehr als 4000 Jahren eingesetzt. Jedoch wurde die Nutzpflanze seit dem 19. Jahrhundert durch Baumwolle verdrngt. Heute geht man davon aus, dass Flachs neben Hanf als nachwachsender, heimischer Rohstoff das wohl grçßte Anbaupotenzial aller nachwachsenden Dmmstoffe besitzt. Um eine Nutzung in grçßerem Maßstab gewhrleisten zu kçnnen, mssen jedoch – unter der Bedingung, dass keine Monokulturen entstehen – wesentlich grçßere Anbauflchen zur Verfgung gestellt werden. Die Anbaugebiete des in Deutschland verwendeten Flachsdmmstoffs befinden sich hauptschlich in sterreich und in Deutschland selber, aber auch in Russland, China oder Frankreich. Der Flachs wird 3 bis 4 Monate nach der Aussaat (Mrz bis Juni) und etwa 3 Wochen nach der Blte durch Raufen geerntet, d. h. die Pflanzen werden mit Wurzel aus der Erde gezogen. Je Hektar Anbauflche kçnnen dabei 4 bis 6 Tonnen Flachsfasern geerntet werden. Daraus lassen sich je nach gewnschter Rohdichte und nutzbarem Faseranteil 100 bis 150 m Dmmstoff herstellen. Die gerauften Pflanzenteile verbleiben bei der sog. Taurçste mehrere Wochen auf dem Feld, wobei durch im Boden vorhandene Pilze und Bakterien ein natrlicher Aufschluss- und Abbauprozess der Fasern einsetzt. Ein anderes Verfahren, das besonders hufig im Ausland eingesetzt wird, ist die Wasserrçste, bei der das Pektin der Fasern in warmem Wasser gelçst wird. In einer sog. Riffelmaschine werden die unterschiedlich genutzten Pflanzenteile dann voneinan-

Bild 20. Dmmstoff aus Flachs (Matte)

102

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

der getrennt und gesubert. Dabei wird der Leinsamen spter als Nahrungsmittel (z. B. in Msli oder Brot) eingesetzt, das aus dem Samen gepresste Leinçl (ca. 14 Gew.- %) findet z. B. als Anstrichmittel Verwendung. Die vom Holz der Stngel getrennten, beigefarbenen Fasern werden je nach Lnge und Qualitt zu Dmmstoff oder Leinen weiterverarbeitet. Dabei kommen die langfaserigen Anteile (ca. 14 Gew.- %) in der Textilindustrie als Leinen zum Einsatz, die sog. Schben werden u. a. zur Energieerzeugung verwendet. Dmmstoffe werden hauptschlich aus den aussortierten, kurzfaserigen Flachsfasern hergestellt. Den Kurzfasern werden vor dem Kardiervorgang Ammoniumphosphat und Borsalz als Imprgnierung und fr den Brandschutz zugegeben (bis zu 10 Gew.- %). Nach dem Kardieren der Fasern zu dnnen Vliesen werden diese mehrlagig geschichtet. Fr die Herstellung von dnneren Matten kommen als Bindemittel fast ausschließlich natrliche Kleber wie z. B. Kartoffelstrke zum Einsatz. Der Bindemittelanteil betrgt ebenfalls etwa 10 Gew.- %. Dickere Matten mssen mit synthetischen Sttzfasern stabilisiert werden. Zum Abschluss der Herstellung kçnnen die Oberflchen der Matten nochmals imprgniert werden. Danach werden die Matten auf Maß geschnitten und verpackt. Fr die Nutzung als Dmmstoff bençtigt Flachs eine bauaufsichtliche Zulassung. 3.5.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Flachs ist allgemein in Form von Matten, Vliesen, Filzen oder Stopfwolle erhltlich. Handelsbliche Flachsmatten sind bis zu 22 cm dick. Sonderabmessungen werden von den meisten Herstellern auf Kundenwunsch gefertigt. Flachs kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Holzstnderwnde (Innen- und Außenwnde); Holzbalkendecken; Stopfdmmung von Hohlrumen; Dmmung von Rohrleitungen. Dmmstoffe aus Flachs lassen sich leicht verarbeiten und kçnnen daher auch von handwerklich erfahrenen Heimwerkern eingebaut werden. Matten, Vliese und Filze kçnnen mit einem Dmmstoffmesser, einem elektrischen Fuchsschwanz oder einer Kreissge mit kleinzahnigem, schnelllaufendem Sgeblatt geschnitten werden. Bohrungen sollten mit hoher Drehzahl ausgefhrt werden, damit sich die Fasern nicht um den Bohrer wickeln. Der beim Schneiden und der Verarbeitung anfallende Staub ist als ungefhrlich anzusehen. Dennoch wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Staub und anfallende Einbaureste sollten aufgesaugt werden, um unnçtiges Aufwirbeln zu vermeiden. Bedingt durch die relativ hohe Elastizitt der Flachsfasern kçnnen Matten bei senkrechtem Einbau mit einem bermaß von etwa 5 mm einfach zwischen Holzbauteile eingeklemmt werden. Beim Einsatz in Steildchern sollten die Matten beidseitig an den Sparren z. B. mit Klammern befestigt werden.

Wie andere Faserdmmstoffe auch erçffnet Flachs auf dem Gebiet der Raumakustik Einsatzmçglichkeiten, wird dort jedoch nur selten angewendet. Als Trittschalldmmung bietet das Material allerdings wegen der geringen Druckfestigkeit kaum Vorteile gegenber anderen Dmmstoffen. Flachsdmmstoffe sollten trocken gelagert und eingebaut werden. Zwar sind sie bei sachgerechtem Einbau als feuchte regulierend (max. Feuchteaufnahme ca. 18 Gew.- %) und als feuchte- und schimmelbestndig anzusehen, dennoch kann permanente Feuchtebelastung zu Faserfulnis fhren. Flachs wird wegen der darin enthaltenen Bitterstoffe von Schdlingen gemieden. Bei Temperaturen bis zu 100 C treten in Flachsdmmstoffen keine Verformungen auf. Ab ca. 200 C kommt es zu einer Volumenabnahme von etwa 4 %, ab 260 bis 320 C verfrbt sich der Dmmstoff, bei noch hçheren Temperaturen verkohlt er. 3.5.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,040 bis 0,050 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1500 bis 1600 Rohdichte [kg/m]: Stopfwolle 40 bis 50 Matten und Vliese 20 bis 40 Festigkeiten [N/mm±]: nicht auf Druck belastbar Baustoffklasse [–]: national B2 europisch B-s2 d0, C-s2 d0 Dynamische Steifigkeit [MN/m]: 56,6 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: 2 bis 5 Materialkosten [T/m]: 125 bis 175 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 20 bis 35 3.5.4

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Fr Flachs sind keine schdlichen Einwirkungen auf die Gesundheit von Menschen oder auf die Umwelt bekannt. Einige Dmmstoffhersteller verwenden bis zu 80 % des bençtigten Rohstoffs aus biologischem Anbau. Bis zur Ernte werden kaum Pestizide oder Insektizide eingesetzt, da Flachs ber eine gute natrliche Resistenz gegenber Schdlingen verfgt. Der Bedarf an Energie zur Herstellung des Dmmstoffs betrgt etwa 90 kWh/m. Die eingesetzte Transportenergie ist gering, da viele Hersteller auf Rohstoffe aus Deutschland oder sterreich zurckgreifen. Flachsdmmstoffe werden als sortenreines und unverschmutztes Material von einigen Herstellern zurckgenommen und zu neuem Dmmstoff rezykliert. Rckgebauter, unbeschdigter Dmmstoff kann problemlos als Dmmung wiederverwendet werden. Bei der Kompostierung von Flachsdmmstoff ist darauf zu achten, dass ausgewaschene Zusatzstoffe wie Borate das Grundwasser gefhrden kçnnen. Daher ist nur die Kompostierung von unbehandelten Filzen und Stopfwolle zu empfehlen. Fr verschmutztes Material ist die Verbrennung oder die Deponierung als sinnvoller anzusehen.

Beschreibung von Dmmstoffen

3.6

Getreidegranulat

3.6.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Dmmstoffe aus Getreidegranulat sind eine neuartige Mçglichkeit, sog. natrliche Rohstoffe als Baustoff sinnvoll einzusetzen. 1993 wurde das erste Patent angemeldet, die erste bauaufsichtliche Zulassung fr Getreidegranulat als Dmmstoff wurde 1998 erteilt. Zurzeit werden etwa 50 000 m Getreidegranulat pro Jahr (Stand: 2004) produziert. Es werden dabei bis zu 80 % Roggen verarbeitet. Fr die Herstellung des Dmmstoffs wird das eingesetzte Getreide in einem ersten Arbeitsgang fein geschrotet. Dem Feinschrot werden naturnahe mineralische Zustze wie z. B. Kalk oder Wasserglas zugegeben, um die Eigenschaften des Granulats fr den Einsatz als Dmmstoff zu modifizieren. Borate, Insektizide oder Pestizide werden bei der Herstellung nicht verwendet. In einem Doppelschneckenextruder wird das Feinschrot daraufhin bei hohen Temperaturen mit Wasserdampf aufgeblht und erhlt seine endgltige Form. Der Durchmesser des porçsen, harten Granulats liegt zwischen 2 und 6 mm. In Zukunft wird Getreide auch als Dmmstoff in Plattenform sowie mit noch geringerer Wrmeleitfhigkeit zur Verfgung stehen. 3.6.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Getreidegranulat ist vorwiegend als Schttung erhltlich. Es kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Schttung in Hohlrumen; Ausgleichsschttung; Dmmung im Holzfertigteilbau (Wand und Decke); Trittschalldmmung. Der Dmmstoff kann als Schttung durchaus von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet werden. Maschinell, z. B. durch Einblasen, sollte Getreidegranulat nur durch Unternehmen mit ausreichender Erfahrung eingebracht werden. Aufgrund des Setzmaßes von 2,5 bis 5 % ist das Granulat bei Einbaudicken von mehr als 4 cm besonders in druckbelasteten Bauteilen in mehreren Schichten einzubauen und Schicht fr Schicht zu verdichten. Die Einbauhçhe bei druckbelasteten Anwendungen betrgt maximal 20 cm. Ein Verdichten des Granulats sollte wegen der Gefahr des setzungsbedingten Auftretens von Wrmebrcken auch in nicht druckbelasteten Bereichen durchgefhrt werden. Nach dem Aufbringen des Granulats auf horizontale Flchen muss dieses auf Hçhe der tragenden Bauteile flchig abgezogen werden. Der auszufllende Hohlraum sollte z. B. mit Kraftpapier oder Folien nach unten abgedichtet werden, um ein Durchrieseln des Dmmstoffs zu verhindern. Die Staubentwicklung beim Einbringen des Dmmstoffs ist als gering anzusehen. Als vergleichsweise schwerer Dmmstoff kann Getreidegranulat als Ausgleichsschttung zur Verbesserung der Trittschalldmmung eingesetzt werden. Technische Angaben liegen diesbezglich jedoch nicht vor. Der Einsatzbereich des Getreidegranulats beschrnkt sich aufgrund der relativ hohen Empfindlichkeit des Roh-

103

Bild 21. Dmmstoff aus Getreidegranulat

stoffs gegenber Feuchtigkeit jedoch auf Bereiche in Bauwerken, die vor Feuchtigkeit ausreichend geschtzt sind bzw. in denen das Auftreten von Feuchtigkeit ausgeschlossen ist. Als Schttung ist das Granulat diffusionsoffen. Die aufgenommene Feuchte darf nach Zulassung einen Wert von 15 Gew.- % nicht berschreiten. Darber hinaus ist der Dmmstoff resistent gegenber Schimmelpilzen, Nagetieren und Insekten. Das Granulat schmilzt nicht und brennt nur bei direkter Beflammung. 3.6.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,050 bis 0,070 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 3 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1900 Rohdichte [kg/m]: Schttdichte 105 bis 240 Kornrohdichte 220 bis 250 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 0,04 bis 0,18 Baustoffklasse [–]: national B2 europisch keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: 70 bis 140 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 15 bis 40 3.6.4

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Die Produktion des Dmmstoffs erfolgt ohne den Einsatz von Pestiziden. Getreidegranulat ist generell als gesundheitlich unbedenklich einzustufen. Nach Einbau des Dmmstoffs ist unter Umstnden eine leichte, aber nicht stçrend wirkende Geruchsbelastung feststellbar. Fr die Herstellung von 1 m3 Getreidegranulat werden ca. 25 bis 30 kWh Energie eingesetzt. Die eingesetzte Transportenergie kann zurzeit noch nicht beziffert werden, wird aber gering sein, da es sich bei dem eingesetzten Rohstoff um heimisch produziertes Material handelt. Rckgebautes und unverschmutztes Granulat kann wiederverwendet werden. Ist das Material verschmutzt oder eine Wiederverwendung aus anderen Grnden nicht mçglich, so kann es abhngig vom Verschmutzungsgrad kompostiert werden.

104

B1

3.7

Hanf

3.7.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Dmmstoffe im Bauwesen

Hanf – oder mit dem biologisch korrekten Namen Cannabis sativa – ist eine der wertvollsten und ltesten Pflanzen, die dem Menschen von Nutzen sind. Hanffasern werden schon seit dem 9. Jahrtausend vor Christus zu Kleidung oder Papier verarbeitet oder es wird l daraus gepresst. Hanf wurde und wird wegen der berauschenden Wirkung ebenfalls als Medizin eingesetzt. Doch eben wegen dieser berauschenden Wirkung vieler Hanfsorten war der Anbau von Hanf in Deutschland bis 1996 generell verboten. Seit 1996 drfen einige rauschmittelarme Sorten als Nutzhanf wieder angebaut werden. Jedoch stehen nur wenige Anbauflchen (Stand 2003/2004: ca. 2000 ha) in Deutschland zur Verfgung, sodass Hanf fr den Einsatz als Dmmstoff z. B. aus Frankreich oder Rumnien importiert werden muss. Wie fr Dmmstoffe aus Flachs gilt auch fr Hanf, dass fr eine Nutzung in grçßerem Maßstab wesentlich grçßere Anbauflchen zur Verfgung gestellt werden mssen, wobei Monokulturen zurzeit nicht zu befrchten sind. Hanf wird neben Flachs als nachwachsender, heimischer Rohstoff mit dem wohl grçßten Anbaupotenzial aller nachwachsenden Dmmstoffe angesehen. Hanf ist eine je nach Sorte 2 bis 4 m hohe Pflanze mit fingerartig geformten Blttern und hellen, grulichen Frchten. Hanfanbau ist hierzulande auf fast allen Bçden mçglich und bençtigt keine Pestizide bzw. geringen Pflegeaufwand. 120 Tage nach der Aussaat kann geerntet werden. Dabei werden die Bastfasern der Stngel zu Dmmstoff verarbeitet. Insgesamt kçnnen 8 bis 10 Tonnen Hanfstroh pro Hektar Anbauflche geerntet werden, von denen wiederum etwa 3 Tonnen als nutzbare Fasern zu Dmmstoff weiterverarbeitet werden kçnnen. Man kann daher von einem Ernteertrag von etwa 100 m Dmmstoff pro Hektar Anbauflche ausgehen. Vor der Verarbeitung zu Dmmstoffen wird das Hanfstroh mehrere Tage auf dem Feld gerçstet. Bei diesem mikrobiologischen Prozess werden Lignin und Pektin abgebaut und das Hanfstroh verliert etwa 15 % seiner Feuchte. Danach wird es zu Ballen gepresst, die Faser aufgeschlossen/gewonnen und zum Dmmstoffhersteller transportiert. Hanfdmmstoffe kçnnen zum einen aus Fasern bestehen, die direkt aus dem getrockneten Stroh der Stngel hergestellt werden, oder zum anderen aus Schben, die aus holzigen Resten des Strohs bestehen, das nicht zu Fasern weiterverarbeitet werden kann. Diese nicht aufzufasernden Bestandteile des Hanfstrohs werden zerkleinert, hufig mit Bitumen imprgniert und als loses Schttgut in Hohlrume eingebracht. Die Fasern werden gebrochen, zu dnnen Vliesen kardiert und mit 3 bis 5 Gew.- % Natriumkarbonat (Soda) oder Ammoniumphosphat gegen den Einfluss von Flammen geschtzt. Um Dmmstoffmatten herstellen zu kçnnen, werden die Vliese mit ca. 15 Gew.- % textilen Sttzfasern verstrkt. Fr die Herstellung dickerer Matten kçn-

Bild 22. Dmmstoff aus Hanf (Matte)

nen auch natrliche Bindemittel auf Strkebasis zum Einsatz kommen. Hanfschben kçnnen auch als Gemisch mit Bitumen verdichtet und als Fußbodenaufbau eingesetzt werden. Produkte aus Hanf, die als Dmmstoffe eingesetzt werden sollen, bençtigen eine bauaufsichtliche Zulassung. 3.7.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Hanf ist allgemein in Form von Matten, Vliesen, Stopfwolle oder Schben erhltlich. Handelsbliche Matten aus Hanfdmmstoff sind bis zu 24 cm dick. Sonderabmessungen werden von den meisten Herstellern auf Kundenwunsch gefertigt. Hanf kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Innenwanddmmung; Dmmung leichter Trennwnde; Ausgleichsschttung; Trittschalldmmung; Stopfdmmung von Hohlrumen; Faserverstrkung von Lehmbauteilen. Das Einbringen von Hanfschben kann wie der Einbau von Matten und Stopfwolle von handwerklich erfahrenen Heimwerkern prinzipiell ohne Spezialwerkzeug vorgenommen werden. Schben werden in oder auf die Hohlraumschalung geschttet, verteilt, verdichtet und auf Hçhe der tragenden Konstruktion abgezogen. Da sich die Schttung bei der Verdichtung um ca. 10 % zusammendrckt, ist dies bereits bei der Ermittlung der einzubringenden Menge zu bercksichtigen. Von Herstellerseite wird die Abdeckung der Schttung mit einer Rippenpappe und bei Einbauhçhen ber 80 mm der Einsatz von Druckverteilungsplatten empfohlen. Matten aus Hanf werden mit etwa 10 mm berbreite in die tragende Konstruktion eingeklemmt oder im Bereich von Steildchern zustzlich durch Klammern befestigt. Matten kçnnen mit einem Dmmstoffmesser oder einer feinzahnigen Sge relativ sauber und staubfrei bearbeitet werden. Bei maschineller Bearbeitung der Matten wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Der heuartige Geruch des eingebauten Dmmstoffs ist deutlich wahrnehmbar, jedoch nicht stçrend. Hanf ist frei von Eiweiß und muss daher auch nicht knstlich gegen Insekten geschtzt werden.

Beschreibung von Dmmstoffen

Hanfdmmstoff kann aufgrund seiner Faserstruktur sowohl zur Verbesserung der Trittschalldmmung von Decken als auch der Raumakustik verwendet werden, wobei Letztere eher selten sind. Der Dmmstoff sollte trocken gelagert und eingebaut werden. Bau- oder Holzfeuchten von mehr als 20 % sind gemß Zulassung nicht erlaubt. Der Einbau sollte diffusionsoffen erfolgen. Bei der Verbrennung von Hanfdmmstoffen entstehen etwa die gleichen Verbrennungsrckstnde wie bei der Verbrennung von Holz. Umweltgefhrdende Stoffe werden nicht freigesetzt. 3.7.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Schben 0,060 bis 0,080 Matten 0,040 bis 0,050 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1500 bis 1700 Rohdichte [kg/m]: Schben ca. 150 Matten 20 bis 40 Festigkeiten [N/mm±]: auf Druck nicht belastbar Zugfestigkeit 0,18 Baustoffklasse [–]: national B2 europisch C bis E Dynamische Steifigkeit [MN/m]: Matten 22 bis 25 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: Matten 2 bis 6 Materialkosten [T/m]: 100 bis 140 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 15 bis 25 3.7.4

105

Unbeschdigt rckgebaute Dmmstoffe kçnnen wiederverwendet werden. Unbehandelter Hanfdmmstoff kann kompostiert werden. Mit Bitumen imprgnierte Schben mssen als Sondermll entsorgt werden. 3.8

Holzfaser

3.8.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Holzfasern, die der Rohstoff fr Holzfaserdmmstoffplatten sind, werden aus Restholz der heimischen holzverarbeitenden Industrie (z. B. Waldhackreste, Sgewerksreste) hergestellt. Hauptschlich wird dafr langfaseriges Nadelholz eingesetzt. Man unterscheidet fr die Herstellung von Holzfaserplatten das Nass- und das Trockenverfahren. Je nach angewendetem Verfahren entstehen Dmmstoffplatten mit vollkommen unterschiedlichen bauphysikalischen und konstruktiven Eigenschaften, die besonders die Rohdichte und die Festigkeiten beeinflussen. Fr beide Verfahren werden die zu verarbeitenden Holzreste zuerst in einem Hacker zerkleinert, bevor die zerhackten Holzreste in Druckkesseln ber Wasserdampf aufgeschlossen und zwischen gegenlufigen Mahlscheiben zerfasert werden. Im Trockenverfahren werden den zerfaserten Holzresten danach bis zu 12 % Bindemittel zugegeben, bevor Platten geformt werden und das Bindemittel aushrtet. Das gebruchlichere Verfahren ist das Nassverfahren, bei dem die weichen

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Gesundheitliche Beeintrchtigungen sind beim Einsatz von (nicht bituminiertem) Hanf als Dmmstoff nicht bekannt. Die Fasern verursachen kein Jucken oder Kratzen auf der Haut. Heimwerker, die unter Heuschnupfen leiden, sollten den Dmmstoff jedoch nicht verarbeiten. Hanffasern enthalten kein Eiweiß und mssen daher chemisch nicht gegen Kfer oder Motten geschtzt werden. Die zur Herstellung des Dmmstoffs bençtigte Energiemenge betrgt im Mittel 116 kWh/m. Darin ist ein geringer Transportenergieanteil von etwa 7 kWh/m fr heimische Rohstoffe enthalten.

Bild 24. Herstellung von Holzfaserplatten (schematisch)

Bild 23. Dmmstoff aus Holzfaser (links Matte, rechts bituminierte Schben)

106

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Holzfasern mit Wasser zu einem Holzbrei vermischt werden. Ebenso werden zu diesem Zeitpunkt Wachsemulsion (1 Gew.- %) und Aluminiumsulfat (Alaun) zur Aktivierung des holzeigenen Bindemittels Lignin (3 Gew.- %) zugegeben. Fr die Herstellung von Holzfaserwolle werden weitere Zusatzstoffe wie Borsure (bis zu 2 Gew.- %) zum Schutz vor Schdlingen und bis zu 6 Gew.- % Brandschutzmittel eingesetzt. Der so modifizierte Brei wird auf großen Sieben zu Platten gepresst und mehrere Tage durch Heißluft bei 120 bis 190 C getrocknet. Wenn der Anwendungsfall es erfordert, werden auch Bitumenemulsion (12 Gew.- %), Naturharzemulsion oder Paraffine zur Hydrophobierung hinzugegeben. Abschließend werden die getrockneten Platten auf Maß geschnitten. Der Herstellungsprozess im Nassverfahren ist in Bild 24 schematisch dargestellt. Anforderungen an Platten aus Holzfasern (Kurzzeichen: WF) werden nach DIN EN 13171 [38] gestellt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.8.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Holzfasern sind allgemein in Form von Matten, Platten, Stopfwolle oder Einblasdmmung erhltlich. Handelsbliche Holzfasermatten sind bis zu 20 cm dick. Sonderabmessungen werden von den meisten Herstellern auf Kundenwunsch gefertigt. Holzfasern kçnnen als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Flachdcher; Hohlraumdmmung; Außenwanddmmung; Dmmung hinterlfteter Fassaden; Innenwanddmmung; Dmmung unter schwimmendem Estrichen und anderen Bodenaufbauten; Begrenzung von losen Dmmstoffen; wasserfhrende Unterdcher. Holzfaserplatten und Stopfwolle sind gut von handwerklich erfahrenen Heimwerkern zu verarbeiten. Einblasdmmung sollte nur von geschultem und lizenziertem Fachpersonal eingebracht werden, damit die gewnschten Eigenschaften der Dmmschicht gewhrleistet werden kçnnen. Der Zuschnitt von Holzfaserplatten kann mit blichen Holzbearbeitungsmaschinen erfolgen (Stichsge, Kreissge mit feinzahnigem Blatt). Dnnere Platten mit geringeren Rohdichten kçnnen auch manuell geschnitten werden. Hrtere Platten mit hçheren Rohdichten kçnnen gebohrt oder gefrst werden. Bei der maschinellen Bearbeitung der Dmmung, besonders beim Zuschnitt von Platten und beim Einbringen von Einblaswolle, wird das Tragen einer Atemschutzmaske sowie einer Schutzbrille empfohlen. Die Befestigung von hrteren Platten kann durch Nageln oder Schrauben wie bei herkçmmlichen Holzplatten erfolgen. Weichere Platten kçnnen z. B. zwischen tragende Balken eingeklemmt werden. Holzfaserdmmstoffe kçnnen je nach Rohdichte sowohl als Trittschalldmmung als auch als raumakustisch wirksamer Baustoff eingesetzt werden. Der Dmmstoff

sollte trocken gelagert und eingebaut werden. Dmmplatten sind darber hinaus eben liegend zu lagern und vor Beschdigung der Kanten zu schtzen. Holzfaserdmmstoffe sind bestndig gegen Ungeziefer, Fulnis und Schimmelpilze. Hçher verdichtete Holzfaserplatten sind druckfest und begehbar. Einblasdmmung weist auch bei geringeren Rohdichten ein hohes Maß an Setzungssicherheit auf. Holzweichfasern wirken feuchtespeichernd und kçnnen bis zu 40 Liter Feuchtigkeit pro Kubikmeter schnell aufnehmen und wieder abgeben. Holzfasern kçnnen in gewissen Grenzen Schwindund Quellverformungen angrenzender Holzkonstruktionen ausgleichen, schwinden und quellen bei Feuchteeinwirkung jedoch selber. Nicht bituminierter Dmmstoff ist daher vor permanenter Feuchtigkeitseinwirkung zu schtzen. Die Anwendungsgrenztemperatur liegt bei ca. 110 C. Bei der Verbrennung kçnnen neben den auch bei der Verbrennung von normalem Holz entstehenden Schadstoffen je nach eingesetzten Zusatzstoffen Emissionen entstehen, die fr den Menschen gesundheitsschdlich sind. 3.8.3

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Matten 0,040 bis 0,060 Platten < 0,170 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: Holzweichfaser 1 / 2 bis 5 verdichtete Holzfaser 5 / 10 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1600 bis 2100 (je nach Rohdichte) Rohdichte [kg/m]: Einblasdmmung 30 bis 60 Holzfaserplatten 45 bis 270 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 0,07 bis 0,2 Dauerdruckfestigkeit 0,02 bis 0,1 Zugfestigkeit 0,01 bis 0,06 Biegefestigkeit 0,2 bis 1,5 Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch E Dynamische Steifigkeit [MN/m]: 5 bis 40 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: 5 bis 100 Materialkosten [T/m]: 180 bis 300 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 30 bis 50 3.8.4

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Baubiologische Untersuchungen haben bei sachgerechter Anwendung keine gesundheitsschdlichen Einflsse des Dmmstoffs auf den Menschen ergeben. Holzfaserdmmstoffe sind nicht toxisch und daher physiologisch unbedenklich. Bei Kontakt der Fasern mit der Haut wird diese nicht gereizt. Der Energiebedarf zur Herstellung von Dmmstoffplatten variiert aufgrund der unterschiedlichen Herstellungsverfahren recht stark zwischen 1300 und 1700 kWh/m, wovon ca. 600 bis 900 kWh/m erneuerbar sind, also z. B. bei thermischer Entsorgung des Dmmstoffs genutzt werden kçnnen. Die Herstellungs-

Beschreibung von Dmmstoffen

energie fr Einblaswolle ist mit weniger als 100 kWh/m weitaus geringer. Die aufzubringende Transportenergie ist nicht genauer zu beziffern, wird jedoch aufgrund des Einsatzes eines heimischen Rohstoffs relativ gering sein. Eine Rckfhrung des im Nassverfahren ausgepressten und gereinigten Wassers in den Fertigungsprozess ist mçglich, um Abwasserverunreinigungen so weit wie mçglich zu reduzieren. Ebenso werden Produktionsreste und -stube rezykliert. Prinzipiell kçnnen unbeschdigt rckgebaute Holzfasern als Dmmstoff wiederverwendet werden. Nicht mit Bitumen behandelt kçnnen sie auch relativ problemlos kompostiert oder deponiert werden, da sie wie Massivholz verrotten. Holzfaserdmmung kann in zerfaserter Form z. B. als Bodenauflockerung wiederverwertet werden. Ebenso ist eine Wiederverwertung des Dmmstoffs durch Verbrennung mit gleichzeitiger Ausnutzung des relativ hohen Heizwertes in grçßeren Verbrennungsanlagen mçglich. 3.9

Holzwolle-Leichtbauplatten und Holzwolle-Mehrschichtplatten

3.9.1

Herstellung und Hintergrundinformationen

Bauplatten aus einem Gemisch aus Holzwolle und Magnesiamçrtel wurden bereits 1908 zum ersten Mal in sterreich hergestellt. Zu wrmedmmenden Bauplatten weiterentwickelt wurden die eingesetzten Rohstoffe Holzwolle und Magnesit Anfang der 1920er-Jahre ebenfalls in sterreich. Mitte der 1920er-Jahre wurde zur Fertigung zum ersten Mal eine Bandformmaschine eingesetzt, die durch umlaufende Begrenzungen aus Stahlbndern eine nahezu kontinuierliche Herstellung der Holzwolle-Leichtbauplatten ermçglichte. Die gewnschte Materialdicke ließ sich durch einen vorgeschalteten Formkanal einstellen. Das Magnesit in den Platten konnte bei Temperaturen zwischen 550 und 650 C abbinden. Ende der 1920er-Jahre wurde dann das sog. Kalt-Abbindeverfahren entwickelt, das in etwas modifizierter Form auch heute noch zur Herstellung von Holzwolle-Leichtbauplatten eingesetzt wird (s. auch Bild 27). Nach dem 2. Weltkrieg wurden die Leichtbauplatten aus Grnden der Energieeinsparung in Pressenanlagen hergestellt, in denen nun neben der Herstellung von Holzwolle-Leichtbauplatten auch die Herstellung von zwei- und dreischichtigen Holzwolle-Mehrschichtplatten mçglich wurde. Die heute hergestellten Holzwolleplatten haben allerdings aufgrund einer modifizierten, wesentlich feineren Oberflchenstruktur kaum noch etwas mit den damals hergestellten, im Volksmund „Sauerkrautplatten“ genannten Leichtbauplatten gemeinsam. Holzwolle-Leichtbauplatten werden ausschließlich aus heimischen Nadelhçlzern hergestellt. Verwendung finden dabei z. B. Holzteile und Zuschnittreste der holzverarbeitenden Industrie. Aus dem abgelagerten und luftgetrockneten Restholz wird durch Hobeln langfaserige Holzwolle hergestellt. Die Lagerung des Resthol-

107

Bild 25. Holzwolle-Leichtbauplatte (HWL)

zes ist – im Falle des Einsatzes von Zement als Bindemittel – zum Abbau des Zuckergehalts im Holz notwendig, da Zement unter dem Einfluss des Zuckers nicht abbinden kann. Durch Aluminiumsulfat kann verbleibender Restzucker gebunden und so neutralisiert werden. Die Holzwolle wird nach dem Trocknen leicht angefeuchtet und mit einer mineralischen Suspension vermischt. Die Suspension besteht dabei entweder aus Portlandzement (ca. 65 Gew.- %), was den Platten einen grauen Farbton verleiht, oder aus kaustisch gebranntem Magnesit (ca. 51 Gew.- %), wodurch die Platten eher beige aussehen. Die Mischung wird in Einzelformen eingestreut, die kontinuierlich hintereinander durch eine Einfllanlage laufen. Das Gemisch wird in den Formen vorgepresst und der Formenstrang zwischen den Formen getrennt. Das Gemisch in den Formen wird danach nochmals gepresst. Trotz der Pressvorgnge bestehen ca. 70 % des Plattenvolumens aus Luftporen. Die Formen werden gestapelt und zwei Tage gelagert, bevor die gepressten Leichtbauplatten ausgeschalt und zum Aushrten durch Lufttrocknung nochmals gelagert werden (Kalt-Abbindeverfahren). Zum Schluss erfolgt der Zuschnitt der Rohlinge auf das Normmaß und die hergestellten Platten werden verpackt.

Bild 26. Holzwolle-Mehrschichtplatte (ML) mit EPS-Kern (links) und Mineralwollekern (rechts)

108

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Bild 27. Herstellung von Holzwolle-Leichtbauplatten und -Mehrschichtplatten (schematisch)

Holzwolle-Mehrschichtplatten werden seit 1962 mit einer Schicht aus Hartschaum und seit 1980 mit einer Schicht aus Mineralwolle hergestellt. Die Produktionsschritte zur Herstellung von Holzwolle-Mehrschichtplatten mit Hartschaum- oder Mineralwollschicht sind prinzipiell die gleichen wie bei der Herstellung von Holzwolle-Leichtbauplatten. Zur Herstellung der vorwiegend dreischichtigen Mehrschichtplatten wird jedoch im Gegensatz zur Herstellung der einschichtigen Holzwolle-Leichtbauplatten nicht die ganze Einzelform mit dem Gemisch aus Holzwolle und Suspension gefllt, sondern zuerst nur ein unterer Vlies eingestreut. Darauf wird dann der eigentliche Dmmstoff gelegt und ggf. bei der Herstellung von dreischichtigen Leichtbauplatten mit einem oberen Vlies aus dem Holzwolle-Suspension-Gemisch belegt. Bei dreischichtigen Platten sind die Deckschichten entweder gleich dick (5 bzw. 7,5 mm) oder die Dicken betragen 5 und 10 mm. Mehrschichtplatten mit Mineralwollschicht werden mit Lamellenplatten ausgefhrt, um bessere konstruktive Eigenschaften der Platten zu erzielen. Allgemeine Anforderungen an Holzwolle-Leichtbauplatten (Kurzzeichen: WW bzw. HWL) werden wie auch an Holzwolle-Mehrschichtplatten (Kurzzeichen: WW-C, HS-ML bzw. Min-ML) in DIN EN 13168 [35] formuliert. Darber hinaus sind die meisten Hersteller von Leichtbauplatten im Bundesverband der Leichtbauplattenhersteller (BLP) organisiert. An die durch Mitgliedsfirmen dieses Verbandes hergestellten Produkte werden Anforderungen z. B. an die Maßhaltigkeit gestellt, die noch ber die in den Normen geforderten Grenzen hinausgehen. 3.9.2

Anwendungsbereiche und Verarbeitung

Handelsbliche Leichtbauplatten sind zwischen 1,5 und 15 cm dick. Sonderabmessungen werden auf Kunden-

wunsch gefertigt. Leichtbauplatten kçnnen als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Untersparrendmmung; Fassadendmmung; leichte Trennwnde mit und ohne Stnderwerk; Dmmung von Kellerdecken; außenseitige Dmmung von Deckenrndern; Putztrger; Innenausbau; verlorene Schalung im Betonbau; Dmmung von Fensterstrzen und Sttzen; Akustikdmmung. Leichtbauplatten sind fr den Einbau bzw. das Anbringen durch handwerklich erfahrene Heimwerker gut geeignet und kçnnen in unbeschichtetem Zustand gut verarbeitet werden. Die Platten kçnnen mit einer Kreissge mit feinzahnigem Sgeblatt zugeschnitten werden. Wegen der dabei entstehenden Staubbelastungen wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Das Anbringen der Platten kann je nach Plattenart und Einsatzort durch Nageln, Schrauben oder Dbeln erfolgen. Die Platten sollten fr Einbau und Verputzen trocken sein und auf trockenem Untergrund befestigt werden. Werden Leichtbauplatten in Außenbereichen eingesetzt, so sind die Platten gegen Durchfeuchtung zu schtzen und es ist ein Spritzschutz von 30 cm Hçhe zu bercksichtigen. Leichtbauplatten kçnnen mit herkçmmlichem mineralischem Putz, keramischen Bekleidungen oder Gipskartonplatten beschichtet werden. Werden sie als Putztrger eingesetzt, sind sie dicht gestoßen im Verband zu verlegen, sorgfltig zu befestigen und ganzflchig mit Armierungsgewebe zu bewehren. Das Verputzen der Platten selber sollte jedoch einem Fachmann berlassen werden. Unverputzte Leichtbauplatten aus Holzwolle werden hufig zur Verbesserung der Raumakustik eingesetzt, andere schalltechnische Anwendungen sind eher ungewçhnlich. Leichtbauplatten sind zwar formbestndig und weitgehend unempfindlich gegenber Feuchte, quellen und schwinden jedoch bei Feuchteeinwirkung. Daher ist darauf zu achten, dass beim Anbringen der

Beschreibung von Dmmstoffen

Platten in den entsprechenden Einsatzbereichen Dehnungsfugen angeordnet und Bauteilfugen beachtet werden. Holzwolle-Leichtbauplatten sind bei Feuchteschutznachweisen wie Holzwerkstoffe zu behandeln; bei Mehrschichtplatten sind sowohl die Eigenschaften der Deckschichten als auch der Kernschicht anzusetzen. Holzwolleschichten mit einer Dicke von weniger als 10 mm drfen fr die Bestimmung des Wrmedurchlasswiderstandes R nicht angesetzt werden. Die Anwendungsgrenztemperatur bei kurzzeitiger Beanspruchung liegt fr Holzwolle-Leichtbauplatten bei 180 C, fr Mehrschichtplatten in Abhngigkeit vom Material der Kernschicht zwischen 100 C (PS) und 180 C (Min). Lnger einwirkende Temperaturen sollten bei Holzwolle-Leichtbauplatten 100 C und bei Mehrschichtplatten 85 C (PS) bzw. 100 C (Min) nicht berschreiten. 3.9.3

schicht-Leichtbauplatten erhçhen sich diese Werte aufgrund der zur Herstellung der Kernschichten bençtigten Energie um 50 bis 200 kWh/m. Der Einsatz von Transportenergie ist nach Angaben des Bundesverbandes wegen der Nutzung heimischer Rohstoffe mit 60 kWh/m eher gering. Beim Rckbau unzerstçrte und nicht verputzte Leichtbauplatten kçnnen problemlos wiederverwendet oder in anderen Bauprodukten eingesetzt werden. Produktionsabflle werden teilweise wiederverwertet, entweder im laufenden Prozess oder thermisch. Teilweise kçnnen die Rohstoffe Magnesit und Zement isoliert werden. Verputzte Platten sind hingegen kaum wiederzuverwenden. Daher wird fr diese Baustoffe die çkologisch unbedenkliche Deponierung als Bauschutt als Entsorgungsmçglichkeit bevorzugt.

Charakteristische Kenngrçßen

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: HWL 0,075 bis 0,100 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: HWL 2/5 ML abhngig von der Kernschicht Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: HWL 2100 Rohdichte [kg/m]: HWL 350 bis 600 HS 60 bis 300 Min 180 bis 300 Festigkeiten [N/mm±]: HWL 10%-Druckfestigkeit < 0,2 Biegefestigkeit 0,60 bis 1,70 HS 10%-Druckfestigkeit < 0,15 Biegefestigkeit 0,40 bis 1,00 Min 10%-Druckfestigkeit > 0,05 Biegefestigkeit 0,30 bis 0,90 Baustoffklasse [–]: National HWL B1 HS B1, B2 Min B1 Europisch HWL B-s1 d0 HS C-s1 d0 Min B-s1 d0 Dynamische Steifigkeit [MN/m]: Min-ML > 150 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: HWL 250 bis 350 HS 350 bis 450 Min 350 bis 500 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: HWL 75 bis 100 HS 60 bis 80 Min 60 bis 90 3.9.4

109

3.10

Kalziumsilikat

3.10.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Kalziumsilikatplatten werden aus Kalziumoxid (36 bis 40 Gew.- %), Siliziumdioxid (16 bis 40 Gew.- %) und Flugasche (12 bis 30 Gew.- %) sowie mit 3 bis 6 Vol.-% Zellstoff hergestellt, der bei Gewhrleistung einer ausreichend hohen Kantenstabilitt eine mçglichst hohe Flexibilitt der Platten ermçglicht. Die Grundstoffe werden mit Wasser aufgeschlmmt und vermischt. Durch die Menge des zugesetzten Wassers sowie anderen Faktoren wie Korngrçßenverteilung und Temperaturen wird die Rohdichte des fertigen Dmmstoffs festgelegt. Kalziumoxid und Siliziumdioxid reagieren zu Kalziumsilikathydrat, einer Vorstufe des Kalziumsilikats. In den Hohlrumen, die spter mit Luft gefllt sind, ist zu diesem Zeitpunkt noch Wasser eingelagert. Das Gemisch wird nun in Formen gefllt und mit einer Siebbandpresse teilweise getrocknet. In einer Hydrothermalreaktion wachsen mithilfe von Wasserdampf und erhçhtem Druck die Kalziumsilikatkristalle zusammen und es entstehen feine Poren, die untereinander und mit der Außenluft in Verbindung stehen. Danach werden die weißgrauen Platten getrocknet und das in den Poren eingelagerte Wasser verdunstet. Die so ent-

Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Holzwolle-Leichtbauplatten sind çkologisch unbedenklich und gemß einer Studie aus dem Jahr 1994 – wie auch Mehrschicht-Leichtbauplatten – bei bautechnisch korrekter Verarbeitung und Anwendung gesundheitlich unschdlich. Der Energieaufwand zur Herstellung von HolzwolleLeichtbauplatten betrgt wegen des Einsatzes mineralischer Bindemittel 130 bis 200 kWh/m. Fr Mehr-

Bild 28. Dmmstoff aus Kalziumsilikat (Platte)

110

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

standenen Platten werden noch geschliffen und geschnitten. Obwohl keine Treibmittel eingesetzt werden, entsteht auf diese Art ein Porenvolumen von 80 bis 93 % des Plattenvolumens. Durch das kristalline Gerst des Dmmstoffs lsst sich eine hohe Plattensteifigkeit erzielen. Dmmstoffe aus Kalziumsilikat bençtigen fr den Einsatz als Baustoff eine bauaufsichtliche Zulassung. 3.10.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Kalziumsilikat ist allgemein in Form von Platten und als Schttung erhltlich. Handelsbliche Dmmplatten sind zwischen 2 und 12 cm dick. Sonderabmessungen sind auf Anfrage lieferbar. Kalziumsilikat kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Innendmmung; Hohlraumdmmung; Hochtemperaturdmmung im Anlagenbau; Brandschutz. Verarbeitung und Einbau des leichten, selbsttragenden Dmmstoffs kann prinzipiell von handwerklich erfahrenen Heimwerkern durchgefhrt werden. Zur Verarbeitung der Platten kçnnen handelsbliche Holzbearbeitungsmaschinen eingesetzt werden, die mit einer Staubabsaugvorrichtung ausgerstet sind. Dennoch kann der bei der Verarbeitung entstehende Staub die Atemwege belasten. Daher wird bei der Bearbeitung der Platten trotz Staubabsaugung das Tragen von Handschuhen, Atemschutzmaske sowie einer Brille zum Schutz der Augen empfohlen. Bei Kontakt des Staubs mit den Augen sollten diese sofort mit fließendem Wasser ausgesplt werden, da sie sonst gereizt werden. Die Platten kçnnen durch Tellerdbel oder Klebemçrtel auf Zementbasis an Mauerwerk oder mithilfe von Schrauben oder Klammern an Stnderwerk befestigt werden. Kalziumsilikatplatten kçnnen vor Ort hydrophobiert, gestrichen, verputzt oder nach dem Verspachteln von Fugen mit Tapeten bekleidet werden. Die großen Vorteile von Kalziumsilikat liegen in seinen feuchteabsorbierenden Eigenschaften. Schalltechnische Anwendungen sind zweitrangig, kçnnen jedoch wegen der Offenporigkeit des Baustoffs auf dem Gebiet der Raumakustik zu Verbesserungen fhren. Der Dmmstoff ist nicht mit Suren in Kontakt zu bringen, da es sich darin auflçst. Bei stoffgerechter Nutzung ist Kalziumsilikat jedoch generell bestndig gegen Verrottung und Alterung. Trotz ihrer guten feuchtetechnischen Eigenschaften sind Platten aus Kalziumsilikat trocken zu lagern und auf trockenem Untergrund zu befestigen. Feuchte Platten werden durch Frostbeanspruchung beschdigt. Ein Quadratmeter einer 2,5 cm dicken Platte aus Kalziumsilikat nimmt pro Stunde etwa 20 Liter Feuchtigkeit auf und eignet sich daher hervorragend fr den Einsatz als Innendmmung. Der Einbau sollte dabei ohne innenseitige Dampfsperre erfolgen. Werden auch diffusionsoffene Putze, Anstriche oder Tapeten auf der Oberflche aufgebracht, kann die Abfuhr der aufgenommenen Feuchtigkeit durch ausreichendes Lften des Raums gewhrleistet werden. Zustzlich verhindert ein hoher pH-Wert von 9 bis 10 Schimmelpilz-

wachstum. Die thermische Zersetzung des Zellstoffs beginnt bei 320 bis 350 C, wobei Verbrennungsgase entstehen kçnnen. Dennoch kann der Dmmstoff ohne physische Schdigung auch kurzzeitigen Temperaturbelastungen bis zu 1050 C standhalten. Der Schmelzvorgang beginnt ab Temperaturen von etwa 1150 C. 3.10.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Platten 0,040 bis 0,055 Granulat 0,09 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 2 bis 6 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 850 bis 1000 Rohdichte [kg/m]: 200 bis 390 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 1,20 bis 1,50 Biegefestigkeit 0,70 bis 1,00 Baustoffklasse [–]: national A1, A2 europisch A1, A2-s1 d0 Materialkosten [T/m]: 500 bis 750 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 90 bis 135 3.10.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Abgesehen von der erhçhten Staubbelastung beim Zuschnitt von Platten aus Kalziumsilikat sind keine weiteren gesundheitlichen Beeintrchtigungen des Nutzers oder Schdigungen der Umwelt bei Verarbeitung oder Nutzung bekannt. Bei Untersuchungen konnten keine gegenber der natrlichen Radioaktivitt erhçhten Werte gemessen werden. Der Energiebedarf zur Herstellung von Platten aus Kalziumsilikat betrgt etwa 3200 bis 3600 kWh/m. Der erneuerbare Anteil dieser Energiemenge ist dabei ußerst gering. Angaben ber die bençtigte Transportenergie sind nicht verfgbar, jedoch drfte die diesbezglich aufzubringende Energiemenge aufgrund der eingesetzten Rohstoffe vergleichsweise relativ gering sein. Kalziumsilikat kann als sortenreiner Dmmstoff wiederverwertet und z. B. als Dmmstoffschttung eingesetzt werden. Ebenso ist die Entsorgung von Kalziumsilikatplatten unter Bercksichtigung çrtlicher Vorschriften als Bauschutt auf dafr vorgesehenen Deponien mçglich. 3.11

Kokos

3.11.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Kokosfasern umgeben als faseriges Mesokarp die Frchte der Kokospalme unter der ußeren Bastschicht. Kokosfrchte und deren Fasern fr die Herstellung von Dmmstoff werden aufgrund der bençtigten Mengen hufig aus Indien oder Indonesien importiert. Geht man davon aus, dass zur Herstellung einer Tonne Kokosfasern etwa 13 000 Kokosnsse verarbeitet werden mssen, bençtigt man bei einer mittleren Rohdichte von 80 kg/m zur Herstellung von 1 m3 Dmmstoff die Fa-

Beschreibung von Dmmstoffen

Bild 29. Dmmstoff aus Kokosfasern (Matte)

sern von etwa 1000 Nssen. Kokospalmen tragen ihre ersten Frchte nach etwa 4 bis 7 Jahren. Danach werden dreimal jhrlich bis zu 100 Nsse pro Palme in Intervallen von 2 Jahren geerntet. Kokosfasern werden seit etwa 100 Jahren als Baustoff im Bauwesen verwendet. Um den Rohstoff zur Herstellung von Dmmstoffen aus Kokosfasern zu erhalten, wird das getrocknete Fruchtfleisch von den Fasern getrennt. Die Fasern werden mit den verbleibenden organischen Anteilen in Brackwasser oder einem Schlammbecken einem Fulnisprozess unterzogen, bei dem die an den Fasern haftenden organischen Anteile verrotten. Die unverrottbaren Kokosfasern werden gewaschen und luftgetrocknet. Noch anhaftende Gewebebestandteile werden durch Klopfen oder Walzen entfernt. Die 15 bis 30 cm langen Kokosfasern werden zu relativ dnnen Vliesen kardiert und zu Matten vernadelt. Die Vernadelungstechnik bestimmt dabei die Dicke und die Festigkeit der hergestellten Matten. Als Bindemittel kçnnen Bitumen, Kunststoffdispersion oder Latex zugegeben werden, wodurch die Fasern gleichzeitig hydrophobiert werden. Als Brandschutzmittel kommen Ammoniumsulfat oder Borsalz zum Einsatz. Die Dmmstoffmatten werden nochmals getrocknet und danach zugeschnitten. Fr den Einsatz als Dmmstoff muss fr Produkte aus Kokosfasern eine bauaufsichtliche Zulassung erteilt worden sein. 3.11.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Kokosfaserdmmstoff ist allgemein in Form von Matten, Vliesen, Filzen oder Stopfwolle erhltlich. Kokos kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Kerndmmung, Dmmung von Haustrennwnden und leichten Trennwnden; Dmmung unter schwimmendem Estrich; Trittschalldmmung; Stopfdmmung von Hohlrumen; Drnagefilter. Dmmstoffe aus Kokosfaser kçnnen auch gut von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet und eingebaut werden. Die festen, aber elastischen Fasern kçnnen mit einer Stichsge oder bei geringeren Dicken mit einem Dmmstoffmesser geschnitten werden. Die

111

Staubbelastung bei der Verarbeitung kann zu Atemwegsbeschwerden fhren, daher wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Faserige Kokosmatten werden schalltechnisch wirksam fast ausschließlich als Trittschalldmmung verwendet, der Einsatz in der Raumakustik ist begrenzt. Dmmstoffe aus Kokosfaser sind konturstabil, diffusionsoffen sowie alterungs- und ungezieferbestndig. Die gegenber Witterung und Feuchte unempfindlichen Fasern sind als Alternativdmmung fast berall dort einsetzbar, wo sonst nur knstlich hergestellte Dmmstoffe zum Einsatz kommen. Im Brandfall werden bei nicht bituminierten Dmmstoffen keine umweltgefhrdenden Stoffe freigesetzt. Die Zersetzungstemperatur von Kokosfasern liegt bei etwa 270 C. 3.11.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,045 bis 0,050 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1500 Rohdichte [kg/m]: 70 bis 110 Festigkeiten [N/mm±]: Druckfestigkeit 0,01 Baustoffklasse [–]: national B2 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: 9 bis 10 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: Stopfwolle 150 bis 250 Matten 200 bis 400 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Matten 35 bis 70 3.11.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Von eingebauten Kokosfasern gehen keine Schadstoffemissionen aus. Der Dmmstoff ist als gesundheitlich unbedenklich und physiologisch einwandfrei einzustufen. Kokosfasern kçnnen bei einem Einsatz in Innenbereichen einen leichten, aber nicht stçrenden Eigengeruch entwickeln. Die bençtigte Herstellungsenergie betrgt zwischen 350 und 400 kWh/m. Davon sind ca. 100 kWh/m nicht erneuerbar. Etwa ein Viertel der Herstellungsenergie muss aufgrund der langen Anlieferungswege zustzlich als Transportenergie bereitgestellt werden. Der Rckbau und die Wiederverwendung von Dmmstoffen aus Kokosfaser sind grundstzlich mçglich, jedoch muss der Dmmstoff unbeschdigt und sauber sein. Zerkleinerte Kokosfasern beschdigter Kokosfasermatten kçnnen z. B. als Bodenauflockerung wiederverwertet werden. Nicht bituminierte Produkte kçnnen deponiert oder in Mllverbrennungsanlagen verbrannt werden. 3.12

Kork

3.12.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Die ußere, aufplatzende Schicht der Rinde eines Baumes wird Borke genannt, die innere Schicht der Rinde

112

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

kork dem Refuga immer ein definierter Anteil Virges zugegeben. Backkorkplatten kçnnen auch knstlich durch Formaldehydharze oder Bitumen gebunden werden. Expandierter Kork (Kurzzeichen: ICB) ist als Dmmstoff nach DIN EN 13170 [37] genormt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. Korkschrot bençtigt fr den Einsatz als Dmmstoff eine bauaufsichtliche Zulassung. 3.12.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Bild 30. Dmmstoff aus Kork (Platte)

ist die sog. Bastschicht. Diese Bastschicht wchst bei den meisten Baumarten nur langsam und bleibt i. Allg. wenige Millimeter dnn. Bei der Korkeiche wird die Bastschicht jedoch einige Zentimeter dick, um die Korkeichen vor Wrme zu schtzen und um zu verhindern, dass das Wasser des Stammes verdunstet. Aus dieser Bastschicht wird der Kork gewonnen, der auch fr die Herstellung von Dmmstoffen eingesetzt wird. Der Kork besteht neben Zellwnden aus luftgefllten Zellen mit einem Durchmesser von etwa 0,025 mm, deren Volumen etwa 90 % des Gesamtvolumens ausmacht. Die Zellwnde bestehen aus Zellulose mit umgebenden Schichten aus Suberin und Wachs. Die erste Ernte der Korkschicht wird zum Schutz der Korkeichen erst 25 bis 30 Jahre nach der Anpflanzung vorgenommen, danach kçnnen die Bume alle 7 bis 10 Jahre geschlt werden. Die Lebensdauer einer Korkeiche liegt bei 120 bis 150 Jahren. Dmmstoffe aus Kork werden jedoch seit Jahrhunderten eingesetzt. Die unterschiedlichen Arten der Korkdmmstoffe wie der expandierte Kork oder der Backkork werden aus der mechanisch zermahlenen Rinde der Korkeiche, dem Korkschrot, hergestellt. Dieses sog. Naturkorkschrot kann bereits als Dmmschttung eingesetzt werden. Zur Herstellung von Blhkork oder expandiertem Kork wird das Korkschrot unter Wasserdampf auf das Mehrfache seiner ursprnglichen Grçße aufgeblht. Wird das Korkschrot zu Platten weiterverarbeitet, spricht man allgemein von Backkork. Das Korkschrot wird unter dem Einfluss von berhitztem Wasserdampf bei bis zu 350 C in Formen gepresst. Dabei verklebt das Korkschrot in einem ca. 30-mintigen Prozess durch Freisetzen des korkeigenen Harzes Suberin zu Platten, bevor die Platten etwa 14 Tage lang abgekhlt und gelftet werden. Man spricht dann auch von niedrig-rein expandiertem Naturkork. Wird wenig sog. Virges, also Korkschrot aus der Erstschlung, und fast ausschließlich sog. Refuga, d. h. Kork aus spteren Schlungen, fr die Herstellung von Backkork verwendet, dann sinkt der Suberinanteil im Kork, die zur Expansion notwendige Temperatur erhçht sich, und es kann beim Einsatz von Backkork zu Geruchsbelstigungen kommen. Daher wird bei der Herstellung von Back-

Kork ist allgemein in Form von Platten und als Schrot erhltlich. Handelsbliche Korkplatten sind bis zu 10 cm dick. Das Granulat aus expandiertem Kork hat Durchmesser zwischen 3 und 12 mm. Kork kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Flachdachdmmung; Kerndmmung; Innendmmung; Dmmung leichter Trennwnde; Dmmung hinterlfteter Fassaden; Dmmung unter schwimmenden Estrichen; Trittschalldmmung; Dmmschttungen; Hohlraumdmmung; Zuschlag fr Lehmbaustoffe. Dmmkork kann sowohl in Form von Schrot als auch in Form von Platten von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet und eingebaut werden. Der Zuschnitt von Platten kann dabei durch Schneiden oder Sgen erfolgen. Platten sollten im Bereich ber den Sparren oder an der Fassade nur großflchig verlegt werden, da ihr Zuschnitt nur selten passgenau erfolgt und Wrmebrcken entstehen kçnnen. Beim Einsatz von Korkschrot sollte die Schalung mit einem Rieselschutz ausgekleidet werden. Korkschrot kann sich nach dem Einbringen setzen und muss ggf. nachgefllt werden. Der Dmmstoff sollte in trockenem Zustand eingebaut werden. Kork ist vermutlich der einzige natrliche Dmmstoff, der auch zur Vibrationsdmpfung eingesetzt werden kann. Darber hinaus weist Kork gute trittschalldmmtechnische Eigenschaften auf. Korkdmmstoffe sind alterungsbestndig, bieten keinen Nhrboden fr Schdlinge und berstehen den Kontakt mit Suren, Laugen, Heißbitumen sowie Kalk und Gips unbeschadet. Korkplatten sind relativ elastisch und im Vergleich zu Faserdmmstoffen undurchlssig fr Luft und Flssigkeiten. Wasserdampf kann jedoch fast ungehindert diffundieren. Anwendungstemperaturen von –200 C sind vertrglich. Bei Hitzeeinwirkung blhen sich die Korkzellen jedoch auf. Daher sollte Kork keiner langzeitig einwirkenden Temperatur von mehr als 120 C ausgesetzt werden. Kurzzeitig einwirkende Temperaturen von bis zu 200 C kann Kork schadlos berstehen. Fr bituminierte Korkplatten gelten bei Langzeiteinwirkung Temperaturen von ca. 100 C, bei Kurzzeiteinwirkung Temperaturen von etwa 160 C. Bindemittel sowie Alkohole, Aldehyde und Essigsure kçnnen im Brandfall freigesetzt werden.

Beschreibung von Dmmstoffen

113

3.12.3 Charakteristische Kenngrçßen

3.13

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,040 bis 0,055 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: Exp. Schrot 2/8 Backkork 5 / 10 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1670 bis 1850 Rohdichte [kg/m]: Exp. Schrot 65 bis 150 Backkork 100 bis 160 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 0,10 bis 0,15 Zugfestigkeit 0,04 bis 0,06 Biegefestigkeit 0,14 bis 0,20 Baustoffklasse [–]: national B2 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: 1 bis 1,3 Materialkosten [T/m]: Schttung 130 bis 150 Platten 250 bis 300 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Platten 45 bis 50

3.13.1 Herstellung und Hintergrundinformationen

3.12.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Der Einsatz von Kork als Dmmstoff ist durch den geringen Bestand an Korkeichen stark begrenzt. Bereits jetzt schadet die bernutzung der Korkeichen den Bumen. Eine Aufforstung des Korkeichenbestandes im Mittelmeerraum ist zwar mçglich, jedoch nur in gewissem Maße auch çkologisch sinnvoll. Daher geht man inzwischen einen anderen Weg und rezykliert bereits benutzte Flaschenkorken zu Korkschrot. Gesundheitliche Belastungen kçnnen bei zu heiß expandiertem Kork durch das Ausgasen von polyzyklischem aromatischem Kohlenwasserstoff (PAK) entstehen. Niedrig-rein-expandierter Naturkork wird hingegen als gesundheitlich unbedenklich angesehen. Die eingesetzte Herstellungsenergie betrgt bei Backkork zwischen 350 und 450 kWh/m, bei expandiertem Schrot zwischen 270 und 370 kWh/ m. Bei Backkork sind davon etwa 60 bis 100 kWh/m nicht erneuerbar, bei expandiertem Schrot sind dies etwa 20 bis 50 kWh/m. Die Transportenergie liegt mit bis zu 200 kWh/m wegen der weiten Wege zwischen dem Mittelmeerraum und Deutschland ber dem Durchschnitt fr Dmmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Kork lsst sich je nach Ausbauzustand auf vielfltige Art wiederverwenden oder wiederverwerten. Unverschmutzter Kork kann, wie bereits erwhnt, als sog. Recycling-Kork zu Korkschrot verarbeitet werden. Ebenso ist eine direkte Wiederverwendung als Dmmstoff oder die Kompostierung von Kork mçglich. Korkplatten, die mit Gips oder Mçrtel verunreinigt sind, kçnnen in granulierter Form z. B. zur Bodenauflockerung eingesetzt werden. Deponierung und Verbrennung sind bei naturbelassenen Produkten ohne chemische Zusatzstoffe problemlos mçglich.

Melaminharzschaum

Melamin ist ein weißes Pulver und wird aus Harnstoff erzeugt. Melaminkunstharze werden hufig als Klebstoff fr Spanplatten eingesetzt. Melaminharzdmmstoffe sind als flexible, offenzellige Schaumstoffe aus der Gruppe der Aminoplaste mit duroplastischen Eigenschaften. Sie weisen eine filigrane, rumliche Netzstruktur auf, die aus schlanken Stegen gebildet wird. Trotz der Offenzelligkeit und des geringen Gewichts werden gute wrmedmmende Eigenschaften erreicht, wodurch der Dmmstoff nicht nur fr das Bauwesen sondern auch fr eine Vielzahl anderer Anwendungen, z. B. dem Fahrzeugbau, interessant ist. Die in der Oberflchenbeschaffenheit und den glasartigen Fasern begrndeten abrasiven Eigenschaften des Dmmstoffs ermçglichen auch den Einsatz als Reinigungsmittel. Durch Konfektionierung (Schneiden, Heißpressen) kçnnen aus den ursprnglichen Blockformen nachtrglich eine Vielzahl anderer Formen hergestellt werden. Mithilfe des Heißpressverfahrens kçnnen Melaminharzschaumstoffe nicht nur geformt, sondern auch Oberflchenstrukturen geprgt werden. Hierfr muss der duroplastische Grundstoff in thermischplastisch reagierenden Harzen getrnkt werden, wobei berschssiges Harz wieder aus dem Schaumstoff herausgedrckt wird. Durch eine Weiterentwicklung des Grundstoffs wird nun auf die Zugabe von Klebeflssigkeiten verzichtet und Formteile kçnnen bei einer Temperatur von mehr als 200 C gepresst werden. Rohrschalen werden mit Konturschneidemaschinen geformt. Melaminharzdmmstoffe kçnnen nachtrglich durch Silikonemulsionen oder Fluorkarbonharze hydrophobiert werden, um eine ausreichende Sicherheit gegen Feuchtigkeitseinflsse gewhrleisten zu kçnnen. Das Grundprodukt kann mit Vliesen oder Geweben sowie Metall- und Kunststofffolien kaschiert werden. 3.13.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Melaminharzschaum ist allgemein in Form von Blçcken erhltlich. Seine Fertigungsdicke betrgt 50 cm,

Bild 31. Dmmstoff aus Melaminharzschaum

114

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Matten werden daraus ab 2 cm Dicke geschnitten. Sonderformen werden auf Anfrage angefertigt. Melaminharzschaum wird als Dmmstoff vorzugsweise in den folgenden Bereichen eingesetzt: Raumakustik; Deckenund Wandsysteme; Akustik-Sandwichelemente; Anlagenbau; Rolladenksten. Dmmstoffe aus Melaminharzschaum kçnnen aufgrund ihrer Struktur und ihres geringen Gewichts gut von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet werden. Die Bearbeitung erfolgt durch Schneiden, Sgen oder Frsen, wobei der Einsatz einer Absaugvorrichtung und einer Atemschutzmaske empfohlen wird. Zu beachten sind weiterhin planerische Vorgaben beim Einsatz als Raumakustikdmmstoff zur Gewhrleistung optimaler Eigenschaften sowie sicherheitstechnische Aspekte bei der Dmmung technischer Anlagen. Schallabsorptionsplatten lassen sich durch herkçmmliche Befestigungen einfach und variabel unter Gebudedecken anbringen. Das Aufkleben auf Decken und Wnde ist aus technischen Grnden kaum mçglich. Generell ist der Dmmstoff trocken zu lagern. Aufgrund des Sorptionsverhaltens des Melaminharzes und daraus resultierender Lngennderungen bei wechselnden Umgebungsfeuchten ist Melaminharzschaum mindestens 3 Tage an die klimatischen Gegebenheiten des Einsatzortes anzupassen. Die Vorzge von Melaminharzschaumdmmstoffen liegen in dessen hohem Schallabsorptionsvermçgen bereits ab mittleren Frequenzen sowie der geringen dynamischen Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und guten Wrmedmmeigenschaften. Der Einsatz des Dmmstoffs ist im Einzelfall auf die Auswirkung des Einflusses von Suren und Laugen sowie Feuchtigkeit zu prfen. Benzine, le, Alkohole, lçsungsmittelhaltige Klebstoffe und Reaktionsharze sind allgemein unschdlich. Langanhaltende UV-Bestrahlung sollte jedoch vermieden werden. Die Anwendungsgrenztemperaturen liegen wegen des eingesetzten Grundstoffs langfristig zwischen etwa –40 und +150 C bzw. bei 240 C fr kurzfristige Belastungen. Die Entzndungstemperatur liegt bei etwa 600 C. Bei Flammbelastung verzçgert die verkohlende Oberflche ein Fortschreiten des Abbrandes. Melaminharzschaumdmmstoffe tropfen im Brandfall nicht ab und geben keine giftigen Gase frei.

Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: 8 bis 20 Materialkosten: Matten 400 bis 600 S/m 3.13.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Fr den Einsatz von Melaminharzschaumdmmstoffen liegen kaum gesicherte Erkenntnisse bezglich gesundheitlicher Auswirkungen oder des Energieverbrauches bei der Herstellung vor. Die Herstellung erfolgt jedoch ohne Zusatz von Treib- und Flammschutzmitteln. Der Dmmstoff ist nicht wassergefhrdend und gemß der Gefahrstoffverordnung nicht kennzeichnungspflichtig. Sortenreine Abflle kçnnen thermisch und stofflich wiederverwendet werden. 3.14

Mineralschaum

3.14.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Sogenannte Mineralschaumdmmstoffe bestehen im Wesentlichen aus Quarzsand (25 bis 40 Gew.- %), Portlandzement (25 bis 45 Gew.- %), Kalkhydrat (10 bis 25 Gew.- %), gemahlenen mineralischen Zuschlgen sowie Wasser, das im Verlauf der Produktion verdunstet. Ihre Zusammensetzung ist der von Dmmstoffen aus Kalziumsilikat hnlich, jedoch wird bei der Herstellung von Mineralschumen auf die Zugabe von Zellstoffen verzichtet. Zu Beginn der Herstellung wird der Quarzsand extrem fein gemahlen, mit den anderen Grundstoffen vermischt und in Gießformen gefllt. Proteinschume oder Aluminiumpaste (< 1,5 Gew.- %) porosieren die Masse, sodass sich ein Luftporenanteil von 95 bis 98 Vol.- % im trockenen Material bildet. Nach Erstarren der Blçcke werden diese auf ihre gewnschte Dicke geschnitten und in Dampfdruckkesseln bei etwa 200 C ausgehrtet. Wasser und Dampf werden im Herstellungsprozess wiederverwendet. Nach Ende der Trocknung und Hrtung werden die weißen Platten auf Maß geschnitten. Zur Hydrophobierung kann die Oberflche mit einem entsprechenden mineralischen Verfestiger behandelt werden. Mineralschaumplatten bençtigen fr den Einsatz als Dmmstoff eine bauaufsichtliche Zulassung.

3.13.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,035 bis 0,040 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: keine Werte verfgbar Rohdichte [kg/m]: 6 bis 11 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 0,004 bis 0,02 Zugfestigkeit > 0,09 Baustoffklasse [–]: national B1 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar

Bild 32. Dmmstoff aus Mineralschaum (Platte)

Beschreibung von Dmmstoffen

3.14.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Mineralschaum ist allgemein in Form von Platten erhltlich. Handelsbliche Dmmstoffplatten sind bis zu 20 cm dick. Sonderabmessungen sind auf Anfrage lieferbar. Mineralschaum kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Flachdachdmmung; Geflledachdmmung; Wrmedmm-Verbundsysteme; hinterlftete Fassaden; Kerndmmung; Innendmmung; Dmmung unter Decken von Tiefgaragen, Kellern und Durchfahrten. Der Dmmstoff lsst sich aufgrund seiner Formhaltigkeit und des durch die geringen Abmessungen niedrigen Gewichts relativ problemlos verarbeiten. Als Komponente zugelassener Systeme sollte der Einbau von Mineralschaumdmmplatten jedoch von erfahrenen Handwerkern vorgenommen werden, wobei die Platten immer im Kreuzverband und pressgestoßen verlegt werden mssen. Offene Fugen sind mit Fllklebern zu verschließen. In den meisten Fllen ist eine Klebung der Platten ausreichend, eine mechanische Befestigung kann bei vertikaler Anwendung notwendig werden. Der mineralische Untergrund muss bei Verklebung jedoch eben und trocken sein. Geringe Auszugslasten von maximal 3 kg kçnnen direkt in der Platte befestigt werden, hçhere Lasten sollten im dahinter liegenden Wandbaustoff verankert werden. Zum Schutz vor mechanischen Beschdigungen empfiehlt sich die Armierung der Oberflche. Die Platten kçnnen mit grobzahnigen Handsgen zerteilt oder auch durch Schleifen nachbearbeitet werden. Bei Schleifarbeiten wird jedoch das Tragen von Atemschutzmaske und Schutzbrille empfohlen. Ein Absaugen von Stuben sollte dem Kehren vorgezogen werden. Mineralschaumplatten kçnnen verputzt, gestrichen, tapeziert oder mit Trockenbauplatten bekleidet werden. Offenporige Mineralschaumdmmplatten tragen unbekleidet zur Schallabsorption in Rumen bei, bieten jedoch sonst kaum schalldmmtechnische Anwendungsmçglichkeiten. Sie sind bei stoffgerechter Verwendung bestndig gegenber Witterung, Frost, Laugen und Alterung. Dennoch sind sie trocken und vor Feuchtigkeit geschtzt zu lagern. Durch einen hohen pH-Wert von 8 bis 10 in feuchtem Zustand ist der Dmmstoff ohne weitere Zusatzmaßnahmen gegen Wachstum von Bakterien, Pilzen und Algen geschtzt. Bei hohen Temperaturen entstehende Schwelgase sind toxisch unbedenklich. Der Schmelzpunkt liegt bei mehr als 1000 C. 3.14.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,045 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 3 bis 6 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1300 Rohdichte [kg/m]: 90 bis 130 Festigkeiten [N/mm±]: Druckfestigkeit ‡ 0,35 Zugfestigkeit ‡ 0,07 Baustoffklasse [–]: national A1 europisch A1 Dynamische Steifigkeit [MN/m]: < 125

115

Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: 180 bis 330 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 30 bis 60 3.14.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Bei normaler Verwendung im Rahmen von Einbau und Nutzung sind keine Gefhrdungen fr Mensch oder Umwelt bekannt. Die natrliche radioaktive Strahlung der Mineralstoffe ist ußerst gering und damit auch unschdlich. Der Dmmstoff ist als baubiologisch und physiologisch als unbedenklich einzustufen. Alle Grundstoffe sind im Umkreis der Produktionssttte verfgbar. Daher ist die Energiemenge, die fr den Transport anzusetzen ist, als gering anzusehen. Die Herstellungsenergie wird aufgrund der verwendeten Rohstoffe und des genutzten Produktionsverfahrens ebenfalls nicht hoch sein. Sortenrein ausgebaute Mineralschaumplatten kçnnen wiederverwendet und wiederverwertet werden. Schnittreste werden bereits bei der Produktion wieder der Prozesskette zugefhrt. Beim Einbau anfallende Reststcke kçnnen ebenfalls wiederverwertet werden. Ansonsten kçnnen Mineraldmmplatten auch ohne Vorbehandlung als Bauschutt deponiert werden. Eine Kennzeichnungspflicht liegt gemß Gefahrstoffverordnung nicht vor. Es sollte darauf geachtet werden, dass Mineralschaumabflle nicht in die Kanalisation gelangen, obwohl das Material als nicht wassergefhrdend eingestuft wird. 3.15

Mineralwolle

3.15.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Dmmstoffe aus Mineralwolle bestehen aus knstlichen Mineralfasern. Das sind per Definition einer Richtlinie der Europischen Kommission knstlich hergestellte, ungerichtete, glasige (Silikat-)Fasern mit einem Anteil an Alkali- und Erdalkalimetalloxiden (Na2O, K2O, CaO, MgO, BaO) von mehr als 18 Gew.- %. Mineralfaserdmmstoffe wurden zum ersten Mal vor ber 70 Jahren in Deutschland industriell hergestellt. Heute werden hauptschlich Steinwolle oder Glaswolle produziert. Der Marktanteil von Mineralfaserdmmstoffen am deutschen Dmmstoffmarkt lag 2005 bei etwa 55 %. Als Rohstoffe zur Herstellung von Steinund Glaswolle kommen hauptschlich Gesteine (z. B. Basalt, Diabas, Kalkstein oder Feldspat), Quarzsand, Altglas (60 bis 70 Gew.- %) oder Reststcke der Mineralwolleproduktion – also mineralische Rohstoffe (bis zu 95 Gew.- %) – sowie Bindemittel (bis zu 7 Gew.- %) und le zur Staubminderung (bis zu 0,5 Gew.- %) zum Einsatz. Aus einem Kubikmeter Rohstoff kçnnen je nach Rohdichte bis zu 100 m Dmmstoff hergestellt werden. Die Rohstoffe werden bei 1200 bis 1600 C grçßtenteils in einem Kupolofen, der durch Koks beheizt wird, aufgeschmolzen und anschließend zerfasert. Zur Zerfaserung der Schmelze werden drei unterschied-

116

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Bild 33. Dmmstoff aus Mineralwolle (Matten, links Steinwolle, rechts Glaswolle)

liche Verfahren bzw. eine Kombination dieser Verfahren angewendet: das Ziehverfahren, das Schleuderverfahren, das Blasverfahren und das Schleuder-Blas-Verfahren. Mit dem Ziehverfahren werden kleinere Mengen Mineralfasern z. B. fr die Verwendung als textile Glasfasern produziert. Beim Schleuderverfahren luft die Schmelze auf eine schnell rotierende Scheibe oder Trommel und wird von deren Rndern weggeschleudert. Wird das Blasverfahren zur Zerfaserung eingesetzt, wird ein dnner Strahl der Schmelze seitlich durch Dampf oder Gas angeblasen und so zerfasert. Das Schleuder-Blas-Verfahren kombiniert – wie der Name schon sagt – die Wirkungsweisen von Schleuderund Blasverfahren. Die Faserdicke betrgt zwischen 0,002 und 0,02 mm. Die Lnge der Fasern liegt im Mittel bei einigen Zentimetern. Glaswolleprodukte bestehen hierbei produktionsbedingt aus lngeren Fasern, Dmmstoffe aus Steinwolle aus dnneren Fasern. Whrend der Zerfaserung wird in Wasser gelçstes Bindemittel aus Phenolformaldehydharz (Bakelite) auf die Fasern gesprht oder die Mineralwolle wird darin getrnkt. Die Fasern werden auf einem Fließband geschichtet und abgekhlt. Die Fließgeschwindigkeit des Bandes bestimmt dabei die Materialdicke des herzustellenden Dmmstoffs. Bei 200 bis 250 C lsst man das Bindemittel in einem Ofen aushrten, um die Fasern an ihren Kreuzungspunkten zu verbinden und so die Strukturstabilitt der Mineralwolle zu sichern. Zum Schluss werden die so hergestellten Platten geschnitten und verpackt. Die Herstellung ist in Bild 34 schematisch dar-

Bild 34. Herstellung von Mineralwolldmmstoff (schematisch)

gestellt. Die Struktur der Mineralwolle hngt dabei vom Herstellungsverfahren ab, ihre physikalischen Eigenschaften wiederum hngen von ihrer Struktur ab. Mineralfaserdmmstoffe kçnnen mit verschiedenen Deckschichten (z. B. aus Holzwolle-Leichtbauplatten oder Gipskarton) oder Kaschierungen (z. B. Aluminium oder Glasvliesen) versehen werden. Mineralfaserdmmstoffe (Kurzzeichen: MW) sind nach DIN EN 13162 [29] genormt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. berwacht produzierte Dmmstoffe erhalten das sog. RALGtezeichen. Der RAL (frher: Reichsausschuss fr Lieferbedingungen) ist als Dachverband des deutschen Gtezeichenwesens gemeinntzig und interessenneutral. 3.15.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Mineralwolle ist allgemein in Form von Platten, Vliesen, Filzen oder Stopfwolle erhltlich. Handelsbliche Dmmstoffplatten aus Mineralwolle sind bis zu 26 cm dick. Mineralwolle kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Flachdachdmmung; Geflledmmung; Wrmedmm-Verbundsysteme; Dmmung hinterlfteter Fassaden; Kerndmmung; Dmmung von Haustrennwnden und leichten Trennwnden; Dmmung von Holzbalkendecken; Dmmung von Tiefgaragenund Kellerdecken; Dmmung unter schwimmenden Estrichen; Trittschalldmmung; Putztrger; Dmmung von Feuchtrumen; Stopfdmmung von Hohlrumen; Innenausbau; Dmmung von Rohrleitungen; Akustikdmmung; Sandwichelemente. Mineralfaserdmmstoffe lassen sich von handwerklich erfahrenen Heimwerkern einfach verarbeiten und einbauen. Die Haut kann bei Kontakt mit Mineralwolle gereizt werden und beginnt dann vorbergehend zu jucken. Daher wird von der Berufsgenossenschaft bei der Verarbeitung, dem Einbau und dem Ausbau von Dmmstoffen aus Mineralwolle neben dem Tragen einer Atemschutzmaske zum Schutz der Lunge vor lungengngigen Fasern ebenfalls das Tragen von Arbeitshandschuhen, einer Schutzbrille sowie locker sitzender, geschlossener Kleidung empfohlen. Ebenso sollte der Arbeitsplatz regelmßig mit Staubsaugern und nicht

Beschreibung von Dmmstoffen

durch Fegen gereinigt werden. Verschnittabflle sind demnach in verschließbaren Behltern zu sammeln. Fr den Zuschnitt von Platten ist das Schneiden dem Sgen vorzuziehen. Nach Untersuchungen des Umweltbundesamtes setzt Mineralwolle nach dem konstruktiv korrekten Einbau keinen Faserstaub mehr frei. Mineralwolldmmstoffe sind aufgrund ihrer geringen dynamischen Steifigkeiten und Strçmungswiderstnde wohl die am hufigsten eingesetzten Faserdmmstoffe im Bereich Schallschutz. Hydrophobierte Mineralwolle kann keine Feuchtigkeit aufnehmen. Dennoch sollte Mineralwolle, um eine konstante Wrmeleitfhigkeit speziell bei nicht imprgnierten Produkten gewhrleisten zu kçnnen, trocken gelagert und eingebaut werden. Mineralfaserdmmstoffe sind unverrottbar, bestndig gegen schwache Laugen, Suren und organische Lçsungsmittel sowie gegen Schimmel, Fulnis und Ungeziefer. Die Anwendungsgrenztemperatur liegt fr Dmmstoffe mit Bindemittel bei ca. 150 bis 210 C, danach beginnt der Abbau des Bindemittels. Glaswolle kann ohne Bindemittel unter Kurzzeitbeanspruchung Temperaturen bis 550 C, Steinwolle zwischen 900 und 1000 C berstehen. Bei Langzeitbeanspruchung liegen die Grenztemperaturen fr Glaswolle bei 500 C, fr Steinwolle bei 600 bis 750 C. Mineralfaserdmmstoffe sind bei einem Bindemittelgehalt unter 5 Gew.- % nicht brennbar. 3.15.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,035 bis 0,050 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 840 Rohdichte [kg/m]: Stopfwolle < 30 Glaswolle 20 bis 150 Steinwolle 25 bis 220 Festigkeiten [N/mm±]: Dauerdruckfestigkeit 0,005 bis 0,014 10%-Druckfestigkeit 0,018 bis 0,1 Abreißfestigkeit 0,001 bis 0,08 Baustoffklasse [–]: national A1, A2, B1 europisch A1, A2-s1 d0 Dynamische Steifigkeit [MN/m]: Steinwolle > 7 fr d = 40 mm Glaswolle > 6 fr d = 40 mm Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: 5 bis 20 (fr Akustikprodukte) Materialkosten [T/m]: 40 bis 300 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 6 bis 50 3.15.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Umweltbelastungen bei der Herstellung bestehen im Wesentlichen aus der Freisetzung von Kohlendioxid sowie geringen Mengen anderer Oxide und liegen unter den gesetzlichen Vorgaben der TA-Luft. Beim Herstellungsprozess verunreinigtes Wasser wird aufbereitet und in einem geschlossenen Kreislauf der Produktion wieder zur Verfgung gestellt. Reine Steinwollrestst-

117

cke und -produktionsabflle werden der Produktion als mineralischer Rohstoff ebenfalls wieder zugefhrt. Gesundheitliche Beeintrchtigungen kçnnen durch die bei der Verarbeitung entstehenden Faserstube hervorgerufen werden. Dabei kçnnen grçßere Fasern die Haut, Schleimhute und die Augen reizen. Neuere Produkte erfllen alle gesetzlichen Auflagen bezglich der Eingrenzung gesundheitlicher Gefahren, wie die Begrenzung des Kanzerogenittsindexes (KI > 40) und der Biobestndigkeit (< 40 Tage), und werden damit vom Gesetzgeber als nicht krebserregend oder lungengefhrdend eingestuft. Beim Kauf von Dmmstoffen aus Mineralwolle sollte daher auf diesbezgliche Hinweise auf der Verpackung sowie das RAL-Gtezeichen geachtet werden. Gefahr fr die Gesundheit besteht jedoch nach wie vor beim Ausbau von alter Mineralwolle z. B. bei Renovierungen oder dem Abriss von Gebuden, hingegen nicht mehr bei der Arbeit mit neuen Dmmstoffen. Die zur Herstellung von Mineralwolle erforderliche Energiemenge betrgt je nach Herstellungsverfahren und Rohdichte des Produkts im Mittel zwischen 100 und 450 kWh/m. Dabei liegt der Energiebedarf zur Herstellung von Steinwolle geringfgig ber dem zur Herstellung von Glaswolle. Wegen des Einsatzes heimisch verfgbarer Rohstoffe ist die Transportenergie vergleichsweise als gering anzusehen. ltere Mineralfaserdmmstoffe sollten nach dem Ausbau aufgrund der entstehenden Faserbelastung nicht mehr als Dmmstoff wiederverwendet werden. Sie kçnnen als Alternative z. B. gemahlen und als Porosierungsstoff in der Ziegelherstellung wiederverwertet oder unter Bercksichtigung regionaler Regelungen und Vorschriften wie andere Baustoffe als Bauschutt entsorgt werden. 3.16

Perlite

3.16.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Perlite, frher auch Perlstein genannt, sind weißlichgelbe Kçrner von unregelmßiger Form und gehçren zur Gruppe der mineralischen Korndmmstoffe. Perlite werden seit 1955 verwendet. Sie werden u. a. als naturreiner Stoff zur Filtration in Brauereien, in der Nahrungsmittelindustrie oder der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt. Der Rohstoff fr die Perliteherstellung ist vulkanischen Ursprungs und entsteht durch das Abkhlen der Lava bei Kontakt mit Meerwasser. Das glasartige Perlitegestein besteht hauptschlich aus Siliziumoxid (65 bis 80 Gew.- %), Aluminiumoxid (12 bis 16 Gew.- %), Natriumoxid (1 bis 10 Gew.- %), geringen Mengen anderer Oxide sowie aus ca. 2 bis 4 Gew.- % eingeschlossenem Porenwasser. Perlitegestein wird hauptschlich auf den griechischen Inseln, in Ungarn, der Tschechischen Republik, der Trkei oder sdamerikanischen Lndern ber Tage abgebaut. Perlite werden in einem sog. Exfolationsprozess durch schockartiges Erhitzen kleingemahlener Perlitekçrner

118

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Bild 35. Dmmstoff aus Perlite (Granulat)

bei Temperaturen um 1000 C aufgeblht. Dabei verdampft die eingeschlossene Eigenfeuchte des Rohstoffs und vergrçßert das Volumen der Kçrnung um den Faktor 10 bis 20. Korngrçße und damit einhergehend auch die Schttdichte werden maßgeblich vom Blhprozess beeinflusst. Nach der Exfolation werden die aufgeblhten Kçrner abgekhlt, gesiebt und so nach Korngrçßen getrennt. Eine nachtrgliche Hydrophobierung z. B. mit Kunstharzen oder Ummantelung der Kçrnung mit Bitumen oder Latexemulsion ist ebenso mçglich wie die Herstellung von Platten unter Einsatz von organischen und anorganischen Sttzfasern sowie Bindemitteln Der Einsatz von Perliten (EPB) als Dmmstoff im Bauwesen ist in DIN EN 13169 [36] geregelt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.16.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Perlite ist allgemein in Form von Platten und Schttungen erhltlich. Handelsbliche Perlitekçrnungen haben Korndurchmesser von maximal 8 mm, Platten werden mit Dicken bis zu 8 cm hergestellt. Perlite kçnnen als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Schttung in Hohlrumen; Flachdachdmmung; Kerndmmung; Dmmung leichter Trennwnde; Ausgleichsschttung, Dmmung druckbelasteter Flchen; Leichtzuschlag fr Betone, Dmmestriche oder -putze; Putztrger. Perlite kçnnen geschttet oder eingeblasen werden. Durch die beim Einbringen entstehenden Stube kçnnen die Atemwege gereizt werden; es wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Perliteschttungen z. B. auf Decken kçnnen von handwerklich erfahrenen Heimwerkern eingebracht werden. Das Einblasen von Perliteschttung sollte nur von Fachfirmen durchgefhrt werden. Dabei sind Setzungen des Korngutes zu bercksichtigen und ggf. nachzufllen, um die Entstehung von Wrmebrcken zu verhindern. Die Sicherung der Schalung gegen Durchrieseln kleiner Korndurchmesser ist erforderlich. Anwendungen im schallschutztechnischen Bereich sind eher ungewçhnlich fr Perlitedmmstoffe. Sie kçnnen

als Hohlraumdmmung allenfalls durch Erhçhung der Masse von Bauteilen als zustzliche Luftschalldmmung wirken. Perlite sind unverrottbar sowie schimmel- und ungezieferbestndig. Nicht hydrophobierte Perlitekçrner sind empfindlich gegenber Einflssen aus Feuchtigkeit und sollten daher nur trocken gelagert und eingebaut werden. Werden bei der Herstellung Kunstharze oder Bitumenemulsion zur Hydrophobierung eingesetzt, ist der Dmmstoff als brennbar einzustufen. Schttungen sind kurzzeitig gegenber Temperaturen zwischen 900 und 1000 C, langzeitig gegenber Temperaturen zwischen 600 und 750 C bestndig. Platten kçnnen wegen der verarbeiteten Bindemittel kurzzeitig bei Temperaturen bis 250 C, langzeitig zwischen 110 und 130 C eingesetzt werden. 3.16.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Schttung 0,045 bis 0,060 Platten 0,050 bis 0,080 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: Schttung 2 Platten 5 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1000 Rohdichte [kg/m]: Kornrohdichte 100 bis 300 Schttdichte 60 bis 190 Festigkeiten [N/mm±]: Dauerdruckfestigkeit 0,40 bis 1,00 10%-Druckfestigkeit 0,15 bis 0,31 Baustoffklasse [–]: national A1, B2 mit Bitumen europisch A1, keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: Schttung 150 bis 300 Platten 250 bis 600 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Schttung 30 bis 70 Platten 50 bis 170 3.16.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Perliteschttungen sind physiologisch unbedenklich. Die natrliche Radioaktivitt, die praktisch jedes vulkanische Gestein aufweist, ist ebenfalls unbedenklich. Die Umwelt kann durch den Abbau geschdigt werden. Die Energie, die fr die Herstellung der Schttung bençtigt wird, kann in einer Grçßenordnung zwischen 100 und 190 kWh/m angegeben werden. Zur Herstellung von Platten werden bis zu 230 kWh/m bençtigt. Die Transportenergie ist im Vergleich zu anderen Dmmstoffen relativ hoch. Rckgebaute, saubere Schttungen kçnnen direkt als Dmmung wiederverwendet oder als Zuschlagstoff fr Mçrtel oder Betone, als Bodenauflockerung oder als Pflanzgranulat wiederverwertet werden. Die Wiederverwendung von Platten ist hingegen nur in den seltensten Fllen mçglich. Nicht bituminierte Stoffe kçnnen als Bauschutt unter Bercksichtigung regionaler Vorschriften entsorgt werden.

Beschreibung von Dmmstoffen

3.17

Phenolharz

3.17.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Phenolhartschaum weist duroplastische Eigenschaften auf und ist ein berwiegend geschlossenzelliger, homogener Schaumstoff (ber 95 %) mit kleinen Zellen. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise in kontinuierlichen Verfahren, seltener im Blockverfahren. Hierfr werden Phenoplaste (Novolake oder Resole) durch Polykondensation von Formaldehyd mit Phenol oder verwandten Grundstoffen wie Kresol, Resorcin und Xylenol gebildet. Formaldehyd entsteht durch Dehydrierung aus Methanol, Phenol wird allgemein zusammen mit Aceton in sog. Cumol-Verfahren aus Benzol gewonnen. In verschiedenen Katalysations- und Kondensationsprozessen wird aus Novolak bzw. Resol das Zwischenprodukt Resitol und schließlich Resit, wobei Resolharze normalerweise dichter vernetzt und damit hrter sind als Novolakharze. Die entstandenen Harze (Bakelite) werden gemahlen, mit Fllstoffen versetzt und durch verdampfende Treibmittel (Pentan) aufgeschumt. Durch die Zugabe von Bor- oder Phosphorsure kann eine Verbesserung der brandschutztechnischen Eigenschaften erzielt werden. Der viskose Schaum wird durch Austrocknen gehrtet und nachfolgend zugeschnitten. Vor dem Aushrten ist die Kaschierung mit Vliesen oder Folien mçglich. Dmmstoffe aus Phenolharz (Kurzzeichen: PF) sind nach DIN EN 13166 [33] genormt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.17.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Phenolharzdmmstoff ist allgemein in Form von Platten erhltlich. Handelsbliche Produkte sind in Dicken bis zu 14 cm erhltlich. Sie kçnnen u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Flachdcher; Außenwnde; Kerndmmung; Decken; Trittschalldmmung; Dmmung technischer Anlagen. Die Verarbeitung von Phenolharzhartschaumdmmstoffen ist vergleichsweise einfach. Zuschnitte kçnnen mit feinzahnigen Handsgen oder scharfen Messern

119

vorgenommen werden. Da die Befestigung von Phenolharzplatten in den meisten Fllen mechanisch durch Dbel o. . vorgenommen werden muss und die Verlegungsgenauigkeit wichtig ist, sollte die großflchige Verarbeitung des Dmmstoffs Handwerkern berlassen werden. Obwohl der Dmmstoff diffusionsdicht ist, muss er trocken gelagert und verarbeitet sowie whrend des Einsatzes durch Abdeckungen gegen Witterungseinflsse geschtzt werden. Phenolharzhartschume stehen im Verdacht, sich korrosiv gegenber Metallen zu verhalten. Auf begehbaren Flchen ist der Dmmstoff durch Platten oder Bohlen zu schtzen. Im Schallschutz haben Phenolharzdmmstoffe als Trittschalldmmung unter schwimmenden Estrichen Vorzge. Ihre Unempfindlichkeit gegen Suren, Laugen, UV-Strahlung, Schdlinge, Fulnis und Schimmel sind jedoch auch fr viele andere Anwendungsgebiete von Vorteil. Im Brandfall schmilzt der Dmmstoff nicht, tropft nicht ab und erlischt bei Entfernung vom Flammherd selbststndig. Bei voll entwickeltem Brand ist nur mit einer geringen Rauchbelastung zu rechnen. 3.17.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,022 bis 0,024 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 10 bis 80 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1500 bis 1880 Rohdichte [kg/m]: 20 bis 160 Festigkeiten [N/mm±]: Druckfestigkeit 0,06 bis 0,25 E-Modul (Druck) 2,0 Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch B-s1 d0, C-s2 d0 Materialkosten [T/m]: 180 bis 400 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 15 bis 40 3.17.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Im normalen Gebrauch sind Dmmstoffe aus Phenolharzhartschaum gesundheitlich unbedenklich. Der Anteil von freiem Formaldehyd in Phenolharzhartschumen betrgt weniger als 1 %. Im Brandfall werden je nach Temperatur und Sauerstoffgehalt jedoch phenolische Produkte sowie aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe freigesetzt. Toxisch wirkt im Wesentlichen das entstehende Kohlenmonoxid. Angaben zu Herstellungs- oder Transportenergie sind nicht verfgbar. 3.18

Polyesterfaser

3.18.1 Herstellung und Hintergrundinformationen

Bild 36. Dmmstoff aus Phenolharz (Platte)

Die Einsatzgebiete von Polyester (PES) sind vielfltig. Als Faser zuerst um 1945 hergestellt, wird es nun z. B. in der Bekleidung, fr Sicherheitsgurte in der Automobilindustrie, als Lebensmittelverpackung (PET-Flaschen) oder als Nhfaden in der Chirurgie verwendet. 1993 wurde etwa ein Viertel aller produzierten Textilfasern (ca. 40 Mio. Tonnen) aus Polyester hergestellt.

120

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

diffusionsoffenen Polyesterfasern sind gegenber den meisten am Bau vorkommenden Chemikalien und UVStrahlung bestndig. Die Matten sind kontur- und formstabil, alterungsbestndig sowie resistent gegen Bakterien, Motten und Ungeziefer. Dmmstoffe aus Polyesterfasern sind nicht druckbelastbar und bei Temperaturen bis zu 100 C einsetzbar. 3.18.3 Charakteristische Kenngrçßen

Bild 37. Dmmstoff aus Polyester (Matte)

Polyester ist ein durch Polykondensation hergestellter thermoplastischer Kunststoff. Als sortenreiner Faserdmmstoff wird es ohne Bindemittel, Flammschutzmittel oder andere chemische Zustze hergestellt. Der Grundstoff wird im Spinnvliesverfahren erst aufgeschmolzen. Es folgt das Verspinnen der so entstandenen Fasern. Durch thermische Einflsse werden die Fasern aneinander gebunden und ermçglichen so die Herstellung von weichen elastischen Matten mit rauer, faseriger Oberflchenstruktur. Polyesterfasern lassen sich auch als synthetische Sttzfasern in anderen Faserdmmstoffen wie Hanf oder Flachs einsetzen. Werden Dmmstoffe aus Polyesterfasern im Bauwesen verwendet, ist dafr eine bauaufsichtliche Zulassung erforderlich. 3.18.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Polyesterfasern sind allgemein in Form von Matten oder als Stopfware erhltlich. Handelsbliche Polyestermatten sind bis zu 20 cm dick. Sonderabmessungen werden bis zu Grçßen von 2,4 m 3 m – auch nach Aufmaß – auf Kundenwunsch gefertigt. Polyester kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Hohlraumdmmung; Dmmung leichter Trennwnde; Dmmung zwischen Balken; Akustikdmmung. Polyesterfaserdmmstoffe werden in den meisten Fllen als Klemmblçcke mit etwa 5 mm berlnge zwischen Balken eingeklemmt und sind daher i. d. R. von handwerklich erfahrenen Heimwerkern leicht zu verarbeiten und einzubauen. berkopf eingebaute Matten sollten z. B. mit Klammern mechanisch befestigt werden. Der Zuschnitt kann bei dnneren Matten mit einem Cuttermesser oder einer scharfen Schere erfolgen, bei grçßeren Dicken sollten Thermomesser verwendet werden. Durch das Schneiden der elastischen Fasern werden diese nicht gebrochen und es entsteht kein Staub, der die Haut oder die Atemwege bermßig reizen kçnnte. Beim Einbau sind eine Dampfsperre auf der Rauminnenseite sowie eine Windabdichtung empfehlenswert. Wie andere Faserdmmstoffe kçnnen auch Polyestermatten raumakustisch wirksam eingesetzt werden. Die

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,035 bis 0,045 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 2 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1600 Rohdichte [kg/m]: 15 bis 20 Festigkeiten [N/mm±]: nicht auf Druck belastbar Baustoffklasse [–]: national B1 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: > 5 Materialkosten [T/m]: 200 bis 450 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 30 bis 70 3.18.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Polyesterfasern sind allergologisch und toxikologisch unbedenklich sowie geruchsneutral. Gasfçrmige Substanzen werden nur schwer aufgenommen, sodass der Dmmstoff keine Gerche aus der umgebenden Luft aufnimmt. Die zur Herstellung von Dmmstoffen aus Polyesterfasern bençtigte Energiemenge betrgt nach Herstellerangaben 160 kWh/m. Jedoch beinhaltet dieser Wert nicht die Energiemenge, die fr die Umwandlung der Grundstoffe zu Polyesterfasern bençtigt wird. Der Heizwert von Polyester entspricht in etwa dem von Steinkohle, weshalb in einigen Lndern (z. B. Schweden, Japan) Polyester-Faservliese, die sonst nicht mehr verwendet werden kçnnen, fr die Beheizung çffentlicher Gebude genutzt werden. Unverschmutzte Dmmstoffe aus Polyesterfasern kçnnen mehrfach in geschlossenen Wertstoffkreislufen zu annhernd 100 % rezykliert werden. Unbeschdigt rckgebaute Dmmstoffmatten kçnnen als Dmmstoff wiederverwendet werden. Die Deponierung ist unter Bercksichtigung regionaler Entsorgungsvorschriften problemlos mçglich. 3.19

Polystyrol, expandiert (EPS)

3.19.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Polystyrol (Kurzzeichen: PS) gehçrt zu den thermoplastischen Kunststoffen und wird seit 1930 großtechnisch hergestellt. Es wird u. a. in der Lebensmittelindustrie oder der Medizintechnik benutzt. Polystyrol wird seit 1954 in expandierter Form als Dmmstoff eingesetzt. Der Marktanteil von expandiertem Polystyrol in Deutschland lag 2005 bei etwa 31 % (ca. 7,5 Mio. m). Dabei wurde weniger als 1 % des in Deutschland ver-

Beschreibung von Dmmstoffen

Bild 38. Dmmstoff aus expandiertem Polystyrol (Platte)

brauchten Erdçls zur Produktion von EPS verwendet. Expandiertes Polystyrol ist in Deutschland besser unter dem Markennamen „Styropor“ der Firma BASF bekannt. Dieser Markenname darf seit 1984 von Mitgliedern des Industrieverbandes Hartschaum (IVH) fr seine Produkte verwendet werden. Die Grundstoffe, die zur Herstellung von Polystyrol bençtigt werden, sind Benzol und Ethylen. Diese werden wiederum durch die chemische Umwandlung von Erdçl, genauer dem Chemiebenzin (Naphtha), gewonnen und unter Beigabe eines Katalysators bei 85 bis 95 C zu Ethylenbenzol alkyliert. Das Ethylenbenzol wird zu monomerem Styrol dehydriert. Unter Zugabe von Treibmitteln und anderen Additiven wie bromierten Flammschutzmitteln (HBCD) und Stabilisatoren wer-

121

den die Monomere polymerisiert und es entsteht ein perlenfçrmiges, glashnliches Granulat mit Durchmessern zwischen 1 und 3 mm. Das Granulat hat zu diesem Zeitpunkt eine Schttdichte von etwa 650 kg/m. Dieses kleinkçrnige Polystyrolgranulat wird dann bei Temperaturen von etwa 90 C durch Verdampfen des Treibmittels Pentan auf das 20- bis 50-Fache seiner Ursprungsgrçße vorgeschumt. Der Aufschumgrad hngt im Wesentlichen von der Dauer der Wrmeeinwirkung ab. Nach einer Zwischenlagerung zum Abkhlen in belfteten Silos wird das vorgeschumte Polystyrol sowohl in kontinuierlich als auch in diskontinuierlich arbeitenden Anlagen durch 110 bis 120 C heißen Wasserdampf nochmals expandiert. Zum Aufschumen kann das vorgeschumte Polystyrol zum einen fr die Herstellung von Blçcken (diskontinuierlich arbeitend) in Metallformen gegeben, durch die Seitenwnde heiß bedampft und z. B. mit Heißdrhten zu Platten geschnitten werden. Zum anderen kann es im Doppelbandverfahren (kontinuierlich arbeitend) zwischen zwei Fließbnder gegeben, dort ebenfalls mit heißem Wasserdampf behandelt und abgelngt werden. Schließlich kçnnen im Einzelplattenverfahren – hnlich dem Schumen der Blçcke – vorkonfektionierte Platten geschumt werden, die jedoch nicht mehr geschnitten werden mssen. In allen Verfahren verkleben die vorgeschumten Polystyrolperlen bei einer zweiten Behandlung mit Wasserdampf miteinander und es entsteht ein berwiegend geschlossenzelliger Schaumstoff mit einem Luftporenvolumen von etwa 98 Vol.- %. Der so hergestellte Dmmstoff muss mindestens 6 Wochen

Bild 39. Herstellung von expandiertem Polystyrol (EPS) (schematisch)

122

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

nach der Herstellung lagern, damit nachtrgliche Schrumpfungen nicht zu Schden am Einbauort fhren. Die Herstellungsverfahren sind in Bild 39 schematisch dargestellt. Eine Produktvariante stellt das neuere unter dem Markennamen „Neopor“ angebotene EPS dar. Es unterscheidet sich bereits rein optisch durch seine graue Frbung von herkçmmlichem EPS. Die Frbung wird durch Graphit hervorgerufen, das im Herstellungsprozess dem Polystyrolgranulat hinzugefgt wird. Im geschumten Endprodukt werden durch das Graphit Strahlungsvorgnge weitgehend unterbunden. Hierdurch lassen sich bei gleicher Rohdichte des Materials um etwa 20 % geringere Wrmeleitfhigkeiten erzielen, bzw. bei gleicher Wrmeleitfhigkeit Platten geringerer Rohdichte herstellen. Das Haupteinsatzgebiet von Neopor liegt daher gegenwrtig – bedingt durch verringerte Dmmplattendicken – in Anwendungen mit verringertem Platzangebot. Dmmstoffe aus EPS sind nach DIN EN 13163 [30] genormt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.19.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Expandiertes Polystyrol ist allgemein in Form von Platten, Formteilen oder Granulat erhltlich. Handelsbliche Dmmstoffplatten aus expandiertem Polystyrol kçnnen mit Dicken zwischen einigen Millimetern und mehr als 50 cm gefertigt werden. EPS kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Flachdachdmmung; Geflledmmung; Dmmung von Umkehrdchern; Wrmedmm-Verbundsysteme; Dmmung hinterlfteter Fassaden; Kerndmmung; Dmmung von Haustrennwnden und leichten Trennwnden; Dmmung von Holzbalkendecken; Dmmung von Tiefgaragen- und Kellerdecken; Dmmung unter schwimmendem Estrich; Trittschalldmmung; Putztrger; Dmmung von Feuchtrumen; Dmmung von Rohrleitungen. Platten aus expandiertem Polystyrol kçnnen unter Beachtung von wenigen Hinweisen relativ problemlos von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet werden. Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung versprçdet Polystyrol bei lngerer UV-Bestrahlung und sollte nicht mit Holzschutzmitteln, Kraftstoffen, Heißkleber oder Klebern, die Lçsungsmittel enthalten, in Kontakt kommen. Zum Verkleben mssen daher spezielle Klebstoffe eingesetzt werden. Die Platten kçnnen mithilfe von Heißdrhten geschnitten oder durch Frsen oder Hobeln bearbeitet werden. Staubbelastungen wie z. B. bei der Bearbeitung von Faserdmmstoffen sind whrend der mechanischen Bearbeitung von EPS nicht zu erwarten. Die beim Heißdrahtschneiden entstehenden Dmpfe sollten jedoch nicht eingeatmet werden, da diese Styrol und geringe Mengen Toluol und Xylol enthalten und u. a. belkeit hervorrufen kçnnen.

Bis vor kurzen wurden Dmmplatten aus EPS in drei unterschiedlichen Gruppen vertrieben: PS 15, PS 20 und PS 30. Die Zahlenangabe beschrieb hierbei die Mindestrohdichte in kg/m. Aus Grnden einer erleichterten Zuordnung zu Anwendungsbereichen wurde die Klassifizierung ber Mindestrohdichten aufgegeben und stattdessen Wrmeleitfhigkeit und Druckfestigkeit bzw. Anwendungsgebiet nach DIN V 4108 10 als Kriterien gewhlt. Damit ergeben sich nun die folgenden Bezeichnungen: PS 15 ﬁ EPS 040 (50) PS 20 ﬁ EPS 040 100 und EPS 035 150 PS 30 ﬁ EPS 035 200 Expandiertes Polystyrol wird hufig als Trittschalldmmung unter schwimmenden Estrichen oder im Trockenbau eingesetzt. Es sind fr diesen Anwendungsbereich auch speziell elastifizierte Produkte erhltlich. EPS ist leicht, formstabil, alterungsbestndig, schimmelt oder fault nicht und ist unempfindlich gegen Feuchtigkeit, da die berwiegend geschlossenen Zellen keine Feuchtigkeit aufnehmen und so nicht aufquellen kçnnen. Langzeituntersuchungen haben keine nderung von bauphysikalisch relevanten Kenngrçßen ergeben, sodass man davon ausgeht, dass EPS bei korrektem Einsatz ber mindestens 50 Jahre seine Funktion erfllt. EPS ist kurzzeitig gegen Temperaturen von bis zu 100 C widerstandsfhig und darf bei Temperatureinwirkungen von langer Dauer je nach Rohdichte mit 75 bis 85 C belastet werden. Anzumerken sei an dieser Stelle, dass sich das dunklere Neopor unter Sonnenlichteinstrahlung mehr erhitzt als der herkçmmliche Dmmstoff und ohne Sonnenschutz geschdigt werden kann. Bei einer Temperatur von 110 C beginnt sich Polystyrol zu zersetzen, tiefe Temperaturen sind jedoch unbedenklich. Im Brandfall entstehen dichter Rauch sowie neben dem schdlichen Styrol auch Kohlenmonoxid, tzende Brandgase und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Polystyrol verbrennt nahezu vollstndig. 3.19.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: EPS 0,035 bis 0,040 Neopor 0,032 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: EPS 040 50 20/50 (auch Neopor) EPS 040 100 30/70 EPS 035 200 50/100 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1210 bis 1500 Rohdichte [kg/m]: 15 bis 30 Festigkeiten [N/mm±]: Dauerdruckfestigkeit 0,012 bis 0,065 10%-Druckfestigkeit 0,07 bis 0,26 Biegefestigkeit 0,16 bis 0,50 E-Modul (Druck) 3,80 bis 9,00 Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch E

Beschreibung von Dmmstoffen

Dynamische Steifigkeit [MN/m]: Neopor 5 bis 10 EPS 10 bis 30 Materialkosten [T/m]: 50 bis 180 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 10 bis 30 3.19.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Baukonstruktiv korrekt eingebaute Polystyroldmmstoffe sind fr den Menschen unter normalen Umstnden unschdlich. Bei der Herstellung und im Brandfall hingegen werden fr den Menschen gesundheitsschdliche Substanzen wie Styrol oder PAK freigesetzt. Die Umweltbelastung durch das ausschließlich eingesetzte Treibmittel Pentan ist als gering anzusehen. Fluorchlorkohlenwasserstoffe wurden noch nie als Treibmittel eingesetzt. Der Energiebedarf zur Herstellung von EPS variiert je nach Dichte und Herstellungsverfahren ca. zwischen 550 und 900 kWh/m. Nur etwa die Hlfte dieser Energiemenge ist erneuerbare Energie. Nach Angaben des Herstellerverbandes betrgt der Anteil der erneuerbaren Energie jedoch bis zu 80 % der vorgenannten Werte. Die eingesetzte Transportenergie ist wie bei den meisten aus Erdçl hergestellten Dmmstoffen im Vergleich zur reinen Herstellungsenergie vernachlssigbar gering, liegt jedoch ber den Energiemengen, die fr heimische Dmmstoffe bençtigt werden. Dmmplatten aus expandiertem Polystyrol kçnnen kaum wiederverwendet werden, da sie nur selten unbeschdigt auszubauen sind. Eine Wiederverwertung von unverschmutztem Dmmstoff als Granulat ist hingegen z. B. als Leichtzuschlag in Betonen, Ziegelsteinen, Mçrteln oder Putzen sowie als Stoff zur Bodenauflockerung durchaus mçglich. In Deutschland existiert ein umfangreiches Rckgabesystem mit ber 1500 Annahmestellen, an denen sortenreine Dmmstoffe und Baustellenabflle aus EPS gesammelt werden, um diese zu rezyklieren. Dmmstoffe aus EPS kçnnen auch deponiert oder z. B. als Sttzfeuerung verbrannt werden, da sie weder den Boden noch das Grundwasser belasten bzw. mit 39,3 MJ/kg einen vergleichsweise hohen Heizwert aufweisen. Produkte aus EPS sind nur in aufwendigen technischen Prozessen unter hohem energetischen Aufwand in ihre Grundstoffe zurckzufhren. 3.20

auf dem deutschen Dmmstoffmarkt betrug 2005 etwa 6 %, das entspricht einer Menge von etwa 1,4 Mio. m. Die Herstellung von extrudiertem Polystyrol (XPS) erfolgt auf Basis des perlenfçrmigen Polystyrolgranulats, das auch die Grundlage fr die Herstellung von expandiertem Polystyrol (EPS) darstellt. Im Gegensatz zu expandiertem Polystyrol, das mit heißem Wasserdampf aufgeschumt (expandiert) wird, wird XPS jedoch extrudiert. Dabei wird das Polystyrolgranulat zuerst in einem Extruder aufgeschmolzen und mit CO2 als Treibmittel (ca. 7 Gew.- %) sowie mit 1 bis 2 Gew.- % Bromverbindungen als Flammschutzmittel behandelt. Das aufgeschmolzene Polystyrolgranulat wird mit dem Treibmittel aus einer sog. Breitschlitzdse mit herstellbaren Dicken zwischen 2 und 20 cm kontinuierlich ausgetragen. Es entsteht ein homogener, geschlossenzelliger Dmmstoff. Der entstehende Schaumstoffstrang durchluft eine Khlzone und wird danach zu Platten geschnitten. Das Herstellungsverfahren ist auch in Bild 41 schematisch dargestellt. Die fr XPS charakteristische glatte Schumhaut auf der Plattenoberflche ist produktionstechnisch bedingt und entsteht durch eine zunehmende Verdichtung des Materials im oberflchennahen Bereich. Die Platten werden nach der Produktion bis zur Massenkonstanz gelagert. Produkte aus XPS werden nach DIN EN 13164 [31] genormt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.20.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Extrudiertes Polystyrol ist allgemein in Form von Platten erhltlich. Handelsbliche Dmmstoffplatten sind bis zu 20 cm dick. XPS kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Dmmung von Umkehrdchern; Flachdachdmmung; Kerndmmung; Innendmmung; Perimeterdmmung; Dmmung von Bodenplatten; Dmmung unter schwimmendem Estrich; Dmmung druckbelasteter Flchen (Industriebçden, Parkdecks); Feuchtrume; Strze; Khlhuser; Dmmung von Rohrleitungen.

Polystyrol, extrudiert (XPS)

3.20.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Extrudiertes Polystyrol wurde 1941 whrend des 2. Weltkrieges von der amerikanischen Firma Dow Chemical Company im Auftrag des US-Verteidigungsministeriums als Material fr Schwimm- und Auftriebskçrper entwickelt. Ab 1948 wurde das blaufarbige XPS von der Firma Dow unter dem Markennamen „Styrofoam“ auch als Dmmstoff vertrieben. Seit 1964 existiert das auf dem deutschen Markt vielleicht besser bekannte, hellgrne „Styrodur“ der Firma BASF. Der Marktanteil von Dmmstoffen aus extrudiertem Polystyrol

123

Bild 40. Dmmstoff aus extrudiertem Polystyrol (Platte)

124

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Bild 41. Herstellung von extrudiertem Polystyrol (XPS) (schematisch)

Die Verarbeitung von Platten aus extrudiertem Polystyrol hnelt der von EPS. Auch XPS ist unter Beachtung einiger Hinweise relativ problemlos zu verarbeiten und einzubauen. Wie fr EPS gilt auch fr XPS, dass es aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung bei lngerer UV-Strahlung versprçdet und nicht mit Teerprodukten, Kraftstoffen, Heißkleber oder Klebern, die Lçsungsmittel enthalten, in Kontakt kommen sollte. Zum Verkleben mssen daher spezielle Klebstoffe eingesetzt werden. Zum Schutz vor UV-Bestrahlung ist sicherzustellen, dass der Dmmstoff durch Kaschierungen, Anstriche, Putzschichten o. . bedeckt ist. Platten aus extrudiertem Polystyrol kçnnen mithilfe von Heißdrahtgerten geschnitten werden. Dabei entstehende Dmpfe enthalten jedoch Styrol und kçnnen u. a. belkeit hervorrufen. Soll die Oberflche verputzt werden, mssen Dmmstoffplatten verwendet werden, deren glatte Schumhaut nach der Produktion mechanisch entfernt wurde. Schallschutztechnisch gibt es fr XPS weniger Anwendungsmçglichkeiten als fr EPS, da es aufgrund der hohen dynamischen Steifigkeit auch als Trittschalldmmung unter schwimmenden Estrichen kaum geeignet ist. Extrudiertes Polystyrol ist kein Nhrboden fr Mikroorganismen und kann daher nicht schimmeln, faulen oder verrotten. Es ist wasserabweisend und frostbestndig, da gefrierendes, sich ausdehnendes Wasser die aus elastischem Material bestehenden Zellwnde nicht beschdigen kann. Daher kann XPS auch als Perimeterdmmung in erdberhrten Bereichen eingesetzt werden. Die Wrmeleitfhigkeit des Dmmstoffs ndert sich bei wechselnder Feuchtigkeit kaum. Die Anwendungsgrenztemperatur liegt zwischen –180 und +75 bis 85 C. Kurzzeitig sollte XPS Temperaturen ber 100 C nicht ausgesetzt werden, da der Dmmstoff etwa ab dieser Temperatur erweicht. Bei hçheren Temperaturen bilden sich brennbare Zersetzungsprodukte und ab ca. 350 C entzndbare Gase. Extrudiertes Polystyrol ist bis zu dieser Temperatur jedoch nicht selbstentzndend, da sich die Zersetzungsprodukte erst bei etwa 450 bis 500 C unter Einwirkung einer Zndquelle entznden. Bei lnger andauernder Brandeinwirkung schmilzt der Dmmstoff erst und beginnt spter mit einer geringen Flammausbreitungsgeschwindigkeit zu brennen. Ohne

ußere Brandbelastung erlischt auch der brennende Dmmstoff. 3.20.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,030 bis 0,040 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 80/250 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1400 bis 1500 Rohdichte [kg/m:] 20 bis 50 Festigkeiten [N/mm±]: Dauerdruckfestigkeit 0,06 bis 0,25 10%-Druckfestigkeit 0,20 bis 0,70 Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch E Dynamische Steifigkeit [MN/m]: > 130 Materialkosten [T/m]: 200 bis 450 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 30 bis 60 3.20.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Dmmstoffe aus XPS sind fr den Menschen in eingebautem Zustand unter normalen Umstnden unschdlich. Bei der Herstellung und im Brandfall hingegen werden fr den Menschen gesundheitsschdliche Substanzen wie Styrol oder PAK freigesetzt. Wird CO2 als Treibmittel eingesetzt, ist die Umweltbelastung durch Ausgasungen als gering anzusehen. Fluorchlorkohlenwasserstoffe kommen als Treibmittel nicht mehr zum Einsatz. Die Menge der bençtigten Herstellungsenergie liegt mit 600 bis 950 kWh/m etwa im Bereich der Energiemenge, die auch zur Herstellung von EPS bençtigt wird. Die bereitzustellende Transportenergie ist weitaus geringer als die reine Herstellungsenergie, liegt jedoch ber den Energiemengen, die fr den Transport heimischer Dmmstoffe bençtigt werden. Dmmplatten aus extrudiertem Polystyrol kçnnen bei unbeschdigtem Rckbau durchaus wiederverwendet werden. Rezykliertes XPS kann auch als Frostschutzschicht im Straßenbau wiederverwertet werden. Saubere Abflle kçnnen an zum Teil vorhandenen, regionalen Rckgabestellen gesammelt werden, um daraus z. B. neues XPS herzustellen. Verschmutzte Baustellenabflle kçnnen energetisch verwertet werden. Produkte aus

Beschreibung von Dmmstoffen

extrudiertem Polystyrol sind jedoch nur in aufwendigen technischen Prozessen unter hohem energetischen Aufwand in ihre Grundstoffe zurckzufhren und so wieder zu XPS zu verarbeiten. Dmmstoffe aus XPS kçnnen auch deponiert werden, da sie nicht grundwassergefhrdend sind. Die Entsorgung durch Verbrennung kann aufgrund des relativ hohen Heizwertes des Dmmstoffs sinnvoll sein und ist in modernen Mllverbrennungsanlagen z. B. bei gleichzeitiger Gewinnung von Elektrizitt mçglich. 3.21

Polyurethan (PUR, Hartschaum und Ortschaum)

3.21.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Das Bildungsprinzip fr die Herstellung von Polyurethanen wurde 1937 zum ersten Mal durch Otto Bayer entwickelt. Das Kunstwort „Urethan“ setzt sich aus dem lateinischen Wort fr Harnstoff („urina“) und dem franzçsischen Wort fr Ethanol („ than“) zusammen. Dmmstoffe aus Polyurethan (Kurzzeichen: PUR) wurden 1957 erstmals beim Bau von Schiffen eingesetzt. Seit 1964 werden Dmmplatten aus Polyurethan industriell gefertigt. Als Ausgangsstoffe zur Herstellung von Polyurethan dienen Polyisocyanate aus dem Grundstoff Erdçl (etwa 55 Gew.- %) sowie Polyole, die auch in Zuckerrben, Mais oder Kartoffeln vorkommen (etwa 35 Gew.- %). Als Treibmittel kommen meistens Pentan oder CO2, aber in manchen Lndern auch HFCKW zum Einsatz. HFCKW werden jedoch nur bei der Herstellung von Produkten mit der Wrmeleitfhigkeitsgruppe 020 als Treibmittel verwendet, da diese Wrmeleitfhigkeit mit alternativen Treibmitteln bislang nicht erreichbar ist. Bromierte oder chlorierte Verbindungen dienen als Brandschutzmittel. Dmmstoffe aus duroplastischem Polyurethan kçnnen im Doppelbandverfahren oder im Blockschaumverfahren hergestellt werden. Im Doppelbandverfahren werden die Grundstoffe mit dem Treibmittel als Reaktionsgemisch ber einen Mischkopf auf der unteren Oberflche des Doppelbandes verteilt. Das

Bild 42. Dmmstoff aus Polyurethan (Platten, links unkaschiert, rechts kaschiert)

125

Gemisch schumt auf, vergrçßert sein Volumen nahezu um das 25-Fache und verklebt mit den beiden Oberflchen des Doppelbandes. Mit diesem Verfahren sind Strnge in nahezu beliebiger Lnge herstellbar. Ebenso ist es so mçglich, das Polyurethan z. B. mit Vliesen oder Aluminiumfolie zu kaschieren oder Verbundelemente mit Stahltrapezblech oder Dichtungsbahnen als Außenschicht herzustellen. Bei der Herstellung nach dem Blockschaumverfahren wird das Reaktionsgemisch in eine Metallform eingebracht, schumt dort auf und muss ablagern. Danach werden die Blçcke zu Platten oder Formteilen geschnitten. Der bei beiden Verfahren entstehende, mindestens zu 90 % geschlossenzellige Dmmstoff besteht zu etwa 95 bis 97 Vol.- % aus Luftporen. Polyurethan kann zur Anpassung der Eigenschaften an den jeweiligen Anwendungsfall whrend der Herstellung z. B. mit Glasvlies, Kraftpapier, Dichtungsbahnen, Aluminiumfolie oder Aluminiumplatten (Sandwichelemente) kaschiert werden. Das Reaktionsgemisch kann auch als sog. Ortschaum entweder im Spritzverfahren, bei dem es mit Luft- oder Flssigkeitsdruck aufgesprht wird und anschließend aufschumt und erhrtet, oder alternativ im Gießverfahren in flssigem Zustand auf der Baustelle eingebracht werden. Hartschume sind nach DIN EN 13165 [32] genormt. Dmmstoffe aus Polyisocyanurat (PIR) werden trotz besserer brandtechnischer Eigenschaften in der Regel ebenfalls unter der Abkrzung PUR gefhrt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.21.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Polyurethan ist allgemein in Form von Platten, Formteilen oder als Ortschaum erhltlich. Handelsbliche Dmmstoffplatten kçnnen je nach Herstellungsverfahren in Dicken bis zu einem halben Meter gefertigt werden. Polyurethan kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Geflledachdmmung; Flachdachdmmung; Wrmedmm-Verbundsystem; Kerndmmung; Innendmmung; Perimeterdmmung; Dmmung von Bodenplatten; Dmmung unter schwimmendem Estrich; Dmmung druckbelasteter Flchen (Industriebçden, Parkdecks); Aufschumdmmung von Hohlrumen; Strze; Dmmung von Rohrleitungen; Sandwichelemente. Dmmstoffplatten aus Polyurethanhartschaum sind i. Allg. von handwerklich erfahrenen Heimwerkern leicht zu verarbeiten und einzubauen. Jedoch gibt es aufgrund der teilweise speziellen Einsatzgebiete Anwendungen, die wie die Ortschaumverarbeitung ausschließlich von Fachfirmen ausgefhrt werden sollten. Es ist darauf zu achten, dass Schume aufgrund ihrer Steifigkeit nicht mehr zur Abdichtung von Fugen z. B. zwischen Fenstern und Mauerwerk verwendet werden drfen. Polyurethanhartschaum kann mit konventionellen Werkzeugen gesgt, geschnitten oder gebohrt wer-

126

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

den. Die Befestigung von Platten aus PUR kann durch Verklebung mit Kalt- oder Heißbitumen sowie durch mechanische Befestigung erfolgen. Bei Verklebung mit heißem Bitumen sollte mindestens die Hlfte der zu dmmenden Flche mit dem Untergrund verklebt sein. Die Nutzung ungeschtzten Polyurethandmmstoffs unter Gussasphaltestrich kann zu einer teilweisen Zerstçrung des Dmmstoffs fhren. Generell sollten whrend der Verarbeitung von Polyurethan entstehende Stoffe nicht eingeatmet werden. Als geschlossenzelliger Dmmstoff mit hoher dynamischer Steifigkeit sind Polyurethanhartschume zur Verbesserung von Schallschutz oder Raumakustik ungeeignet. Polyurethan ist gegen die meisten am Bau vorkommenden Chemikalien bestndig, sollte jedoch vor UV-Strahlung wegen der Gefahr der Versprçdung geschtzt werden. Eine niedrige Dielektrizittskonstante (1,1 bis 1,15) sowie hohe elektrische Widerstnde begnstigen die Anwendung im Bereich stromfhrender Elemente. Des Weiteren ist Polyurethan alterungsbestndig, wurzelfest sowie wasserabweisend und weist nur eine geringe nderung der Wrmeleitfhigkeit bei wechselnder Feuchtigkeitsbelastung auf. PUR ist kurzzeitig durch Temperaturen von bis zu 250 C belastbar. Langzeitbelastungen sollten –30 C nicht unter- bzw. + 90 C nicht berschreiten. Die thermische Zersetzung beginnt bei Temperaturen um 300 C. Dmmstoffe aus PIR sowie andere Spezialprodukte weisen hçhere Widerstnde sowohl gegenber tiefen als auch hohen Temperaturen auf. Polyurethan brennt unter starker Rauchentwicklung und beim Brand werden giftige Chemikalien wie z. B. Isocyanate oder Blausure freigesetzt. 3.21.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,025 bis 0,040 (0,020 nur mit HFCKW) Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 30 / 100 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 1400 Rohdichte [kg/m]: 30 bis 80 Festigkeiten [N/mm±]: Dauerdruckfestigkeit 0,10 bis 0,47 10%-Druckfestigkeit 0,12 bis 0,90 Biegefestigkeit 0,24 bis 0,30 Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch E, F Materialkosten [T/m]: 150 bis 250 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 15 bis 30 3.21.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Die Herstellung von Polyurethandmmstoffen ist verbunden mit dem Einsatz von Zwischen- und Nebenprodukten, die fr den menschlichen Organismus hochgiftig sind, wie z. B. Isocyanate. MAK-Werte und Richtwerte der TA Luft werden nach Herstellerangaben jedoch eingehalten. Bei der Verarbeitung von Polyurethan-Ortschaum kçnnen im Vergleich zur Ver-

arbeitung von PUR-Hartschaum erhçhte Isocyanatemissionen auftreten, was zu Reizungen der Schleimhute oder zu Trnenfluss fhren kann. Im eingebauten Zustand sind keine physiologisch wirksamen Emissionen zu erwarten. Die Energiemenge, die zur Herstellung von Dmmstoffen aus Polyurethan bençtigt wird, ist wie bei fast allen chemisch hergestellten Dmmstoffen mit 750 bis 1080 kWh/m hoch. Etwa zwei Drittel dieser Energie werden bereits zur Herstellung der Rohstoffe bençtigt. Die einzusetzende Transportenergie hat nur einen geringen Anteil an der Herstellungsenergie liegt jedoch ber den Energiemengen, die fr den Transport heimischer Dmmstoffe bençtigt werden. Eine Wiederverwendung von Polyurethanplatten ist mçglich, wenn der Dmmstoff unbeschdigt und sauber rckgebaut wurde. Sauberer Dmmstoff oder Baustellenabflle kçnnen durch den Vorgang der Glykolyse unter erheblichem Aufwand in anderen Produkten aus Polyurethan oder durch Zerkleinerung als Hartschaumgranulat in sog. Klebepressplatten wiederverwertet werden. Dazu werden sortenreine Hartschaumdmmstoffe aus Polyurethan von einigen Herstellern zurckgenommen. Die Deponierung sortenreiner Dmmstoffe ist ebenso mçglich wie die Verbrennung mit Energierckgewinnung in modernen Verbrennungsanlagen bei einem Heizwert von 25 MJ/kg. 3.22

Pyrogene Kieselsure

3.22.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Als Kieselsuren werden allgemein die Sauerstoffsuren des Siliziums bezeichnet. Durch Hydrolyse (Spaltung einer chemischen Verbindung unter Anlagerung eines Wassermolekls) bei etwa 1200 C entsteht unter Freisetzung von Chlorwasserstoff (4HCl) pyrogene Kieselsure (SiO2): SiCl4 þ 2H2 O ! SiO2 þ 4HCl Prozesstechnisch bedeutet dies, dass Siliciumtetrachlorid (SiCl4) in eine Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme eingeleitet wird, in der in einem ersten Schritt sehr kleine Teilchen aus pyrogener Kieselsure entstehen. Der Durchmesser dieser sog. Primrteilchen, die eine glatte Oberflche aufweisen. liegt in der Grçßenordnung von 5 bis 30 nm. Diese isolierten Primrteilchen existieren dementsprechend nur in der eigentlichen Reaktionszone. Im nchsten Schritt verschmelzen diese Primrteilchen zu den sog. Aggregaten (Sekundrstrukturen); das sind Teilchen mit einem Durchmesser im Bereich 100 bis 1000 nm. Im dritten Schritt – dem Abkhlvorgang – entstehen flockige Agglomerate, die sog. Tertirstrukturen mit einem Durchmesser von » 250000 nm (250 mm). Aus diesen flockigen Agglomeraten werden unter Beimischung von Mikrofasern, die die dreidimensionale Kieselsurestruktur sttzen, Dmmplatten mit sehr niedriger Wrmeleitfhigkeit. Handelsbliche Produkte sind in Dicken zwischen 0,3 und 5 cm liefer-

Beschreibung von Dmmstoffen

127

graph Vol. 68,1997 in die Gruppe 3 („not classifiable as to its carcinogenicity to humans“) – also als nicht kanzerogen – eingestuft. 3.23

Schafwolle

3.23.1 Herstellung und Hintergrundinformationen

Bild 43. Dmmstoff aus pyrogener Kieselsure

bar. Sonderabmessungen werden auf Kundenwunsch produziert. 3.22.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Pyrogene Kieselsure kommt in der Regel dann zur Anwendung, wenn eine besonders hohe Wrmedmmeffizienz gefordert wird – und diese hufig noch in Verbindung mit sehr hohen Anwendungstemperaturen. Die Anwendungsgrenztemperaturen pyrogener Kieselsure liegen im Bereich von 500 bis 1100 C. Ein besonderes Anwendungsfeld findet die pyrogene Kieselsure als Sttzkernmaterial opaker Vakuumdmmelemente (Vacuum Insulation Sandwiches (VIS, vgl. Abschn. 3.29) und Vakuumisolationspaneele (VIP, vgl. Abschn. 3.30). 3.22.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,018 (bei 10 C) bis 0,044 (bei 800 C) Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: keine Werte verfgbar Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 800 bis 1050 Rohdichte [kg/m]: 120 bis 350 Festigkeiten [N/mm±]: Biegefestigkeit 0,2 bis 0,5 Druckfestigkeit 1 bis 3 Baustoffklasse [–]: national A1 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 2,5 m±K/W: keine Werte verfgbar

Schafwolle ist eines der ersten Materialien, mit dem sich der Mensch gegen Klte geschtzt hat. Etwa 80 % der in Deutschland verbrauchten Schafwolle stammt aus Australien, Sdafrika, Neuseeland oder Sdamerika. Die in Deutschland gehaltenen etwa 2,4 Mio. Schafe kçnnten theoretisch nicht einmal 0,5 % der zur Produktion von Dmmstoffen bençtigten Wolle produzieren. Schafwolldmmstoffe, bestehen vorwiegend aus rezyklierter Schurwolle oder aus solcher, die in der Textilindustrie nicht verwendet werden kann. Die Schafwolle wird zur Herstellung von Dmmstoffen nach dem Scheren u. a. mit Natriumkarbonat (Soda) von Verschmutzungen und Wollwachs gereinigt. Wird Schmier- oder Kernseife zur Reinigung eingesetzt, wird diese durch mehrfaches Waschen ausgesplt. Als Motten- und Ungezieferschutz werden Borsalz oder Harnstoffderivat zugegeben, die im Faserinneren durch Keratin gebunden werden. Die gelbbraunen Fasern mit einem Durchmesser zwischen 0,015 und 0,05 mm und einer Lnge von bis zu 30 cm werden dann in einer Krempelanlage aus der Wolle gelçst und zu einem Krempelvlies kardiert. Die Krempelvliese werden kreuzweise bereinander gelegt und in einer Nadelfilzmaschine zu Matten vernadelt und verdichtet. Die beim Zuschnitt der Matten anfallende Restwolle kann als Stopfwolle eingesetzt werden. Feinstaub, Faserschnipsel oder pflanzliche Reste kçnnen als Stickstoffdnger verwendet werden. Dmmstoffe aus Schafwolle werden teilweise mit Borsalz (2 bis 8 Gew.- %) als Brandschutzmittel und zur Vermeidung von Schimmelpilzwachstum ausgerstet. Um die Formstabilitt der Fasern zu erhalten, wird die Schafwolle teilweise in Naturkautschukmilch getaucht. Sttzfasern aus Polyester oder anderen synthetischen Materialien werden auch in Dmmstoffmatten mit Di-

3.22.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Bei bestimmungsgemßer Verwendung pyrogener Kieselsure sind keine den Menschen schdigenden Wirkungen bekannt. Dieses Material ist nicht reizend an Haut und Augen, bei lngerem Kontakt mit der Haut kann es lediglich zu einer gewissen Entfettung der Haut kommen. Pyrogene Kieselsure wird nach IARC Mono-

Bild 44. Dmmstoff aus Schafwolle (Matten, links mit Trgervlies, rechts ohne)

128

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

cken ber 10 cm nur noch selten verwendet. Schafwollmatten werden teilweise mit einem Trgervlies aus melierter Schurwolle vernadelt. Produkte aus Schafwolle, die als Dmmstoffe im Bauwesen zum Einsatz kommen, bençtigen eine bauaufsichtliche Zulassung. 3.23.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Schafwolle ist allgemein in Form vom Matten, Filzen, Vliesen oder Stopfwolle erhltlich. Handelsbliche Schafwollmatten sind bis zu 24 cm dick. Schafwolle kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Fassadendmmung; Kerndmmung; Dmmung leichter Trennwnde; Stopfdmmung von Hohlrumen; Trittschalldmmung; Akustikdmmung; Dmmung von Rohrleitungen. Die Verarbeitung und der Einbau kann relativ schnell und einfach von handwerklich erfahrenen Heimwerkern durchgefhrt werden. Bei der Verarbeitung fllt kaum Staub an. Dennoch wird bei berkopfarbeiten das Tragen einer Schutzbrille empfohlen. Dmmstoffe aus Schafwolle kçnnen in Dicken bis 8 cm mit einer Schere geschnitten werden, bei grçßeren Dicken sollten Gerte eingesetzt werden, die speziell zum Schneiden von Faserdmmstoffen angeboten werden. Schafwolldmmstoffe sind trocken zu lagern und einzubauen. Dmmstoffmatten kçnnen mit berbreite zwischen tragende Elemente eingeklemmt oder beim Einbau z. B. im Steildachbereich mit ihrem Trgervlies an Balken oder Trgern z. B. mit Klammern befestigt werden. Matten aus Schafwolle sind nicht auf Druck belastbar. Faserdmmstoffe aus Schafwolle kçnnen in der Raumakustik eingesetzt werden. Trittschallanwendungen scheiden aufgrund der zu geringen Druckbelastbarkeit und der hohen dynamischen Steifigkeit aus. Schafwolledmmstoffe sind alterungsbestndig, geruchsneutral, flexibel sowie bestndig gegen Fulnis und Schimmelbildung. Die diffusionsoffene Schafwolle kann relativ große Mengen an Feuchtigkeit in kurzer Zeit aufnehmen und auch wieder abgeben, jedoch sollte sie keiner permanenten Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Die maximale Feuchteaufnahme darf gemß Zulassung 22 Gew.- % nicht berschreiten. Unbehandelte Schafwolldmmstoffe werden – wie auch Kleidung aus Schafwolle – von Mottenlarven zerfressen, jedoch finden Motten in den normalen Einsatzbereichen der Dmmung keine gnstigen Lebensbedingungen. Die Anwendungsgrenztemperatur von Dmmstoffen aus Schafwolle liegt bei 90 bis 100 C. Schafwolle beginnt sich ab einer Temperatur von etwa 120 C zu verfrben, ab ca. 180 C zu versprçden und ab 240 C zu zersetzen. Die Entzndungstemperatur liegt bei 600 C. Schafwolle erlischt jedoch wegen ihrer flammhemmenden Eigenschaften direkt nach dem Entfernen der Brandquelle. Bei sauerstoffreicher Verbrennung entstehen nur geringe Emissionen, bei Verschwelungen neben Kohlenmonoxid und Kohlendioxid auch geringe Mengen an Blausure und Schwefeldioxid.

3.23.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,035 bis 0,045 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 bis 5 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 1700 Rohdichte [kg/m]: 15 bis 100 Festigkeiten [N/mm±]: auf Druck nicht belastbar Baustoffklasse [–]: national B2 europisch E Dynamische Steifigkeit [MN/m]: 50 bis 62 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: > 3 Materialkosten [T/m]: 125 bis 225 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 20 bis 35 3.23.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Gesundheitliche Beeintrchtigungen sind bei einem konstruktiv korrekten Einbau von Dmmstoffen aus Schafwolle nicht zu erwarten. Werden die Schafe artgerecht gehalten und werden bis zur Scherung keine Pestizide oder Insektizide eingesetzt, gehen von Schafwolldmmstoffen auch fr die Umwelt keine nennenswerten Gefhrdungen aus. Schafwolle soll in der Raumluft vorkommendes Formaldehyd nicht nur aufnehmen, sondern auch langfristig abbauen kçnnen. Der Energieeinsatz zur Herstellung von Schafwolle liegt zwischen 25 und 80 kWh/m. Nur ein Bruchteil dieser Energiemenge ist nicht erneuerbar. Die Transportenergie ist – bercksichtigt man die Tatsache, dass die meisten Schafwolldmmstoffe aus einem hohen Anteil an rezyklierter Schurwolle bestehen – auch bei Wolllieferungen aus Australien oder Sdafrika eher gering. Der Rckbau von Schafwollmatten ist grundstzlich mçglich, unzerstçrte Matten kçnnen daher wiederverwendet werden. Gebrauchte, unverschmutzte Vliese und Matten werden i. d. R. zur Wiederverwertung zurckgenommen. Eine Entsorgung unbehandelter Produkte durch Kompostierung ist bei ausreichender Luftzufuhr ebenso wie die Deponierung verschmutzter Schafwolle durchaus mçglich. 3.24

Schaumglas

3.24.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Schaumglas (Kurzzeichen: CG) wurde im 2. Weltkrieg von der Firma Pittsburgh Corning unter dem Markennamen „Foamglas“ entwickelt. Schaumglas besteht im Wesentlichen aus den Rohstoffen, die auch zur Glasherstellung bençtigt werden. Teilweise wird fr die Herstellung neben neuen Rohstoffen auch rezykliertes Altglas eingesetzt. Glas, das als Grundstoff zur Herstellung von Schaumglas eingesetzt wird, besteht zum grçßten Teil aus Quarzsand (41 Gew.- %). Weitere Rohstoffe, die zur Schaumglasproduktion verwendet werden, sind Kalifeldspat (22 Gew.- %), Natriumkarbonat und Kalziumkarbonat mit jeweils 17 Gew.- % sowie Eisenoxid

Beschreibung von Dmmstoffen

129

Schaumglas besteht aus einer abgeschlossenen Zellstruktur mit dnnen Zellglaswnden. In den Zellen befinden sich – bedingt durch den Produktionsprozess – etwa 0,7 Vol.- % Schwefelwasserstoff, durch den bei der Verarbeitung der Platten ein unangenehmer Geruch entsteht. Schaumglas ist fr Anwendungen im Bauwesen nach DIN EN 13167 [34] genormt. Einzuhaltende Mindestanforderungen fr die jeweiligen Anwendungsgebiete sind in DIN V 4108-10 [19] zusammengefasst. 3.24.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Bild 45. Dmmstoff aus Schaumglas (Platte)

(3 Gew.- %). Diese Rohstoffe werden bei etwa 1100 C zu Rohglas geschmolzen und abgekhlt. Das Rohglas wird zerpulvert und unter Zugabe geringer Mengen Kohlenstoffpulver (0,15 Gew.- %) in Edelstahlformen eingebracht. Die Formen durchlaufen bei Temperaturen von ca. 700 bis 1000 C einen wrmegedmmten Aufschumofen, in dem das zermahlene Rohglas durch Oxidation des Kohlenstoffs zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid aufgeschumt wird. Der Kohlenstoffberschuss, der whrend dieses Prozesses entsteht, verleiht dem Schaumglas die charakteristische schwarzgraue Frbung. Bei diesem Prozess werden keine anderen Treib oder Bindemittel eingesetzt. Nach dem Aufschumen wird das Schaumglas kontrolliert abgekhlt. Das zur Abkhlung verwendete Wasser zirkuliert dabei in einem geschlossenen System. Am Ende des Produktionsvorgangs werden die Schaumglasrohlinge auf Maß geschnitten. Der Ablauf der Herstellung von Schaumglasdmmstoff ist in Bild 46 schematisch dargestellt.

Bild 46. Herstellung von Schaumglas (schematisch)

Schaumglas ist allgemein in Form von Platten, Formteilen oder als Granulat erhltlich. Handelsbliche Platten sind bis zu 18 cm dick. Sonderabmessungen werden auf Kundenwunsch produziert. Schaumglas kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Steildachdmmung; Flachdachdmmung; Fassadendmmung; Kerndmmung; Innendmmung; Perimeterdmmung; Dmmung unter Bodenplatten; Dmmung druckbelasteter Flchen (Industriebçden, Parkdecks); Dmmung von Rohrleitungen. Die Verarbeitung und der Einbau von Schaumglas als Dmmstoff ist aufgrund seiner besonderen Eigenschaften und der teilweise speziellen Anwendungsgebiete nur bedingt durch handwerklich erfahrene Heimwerker zu empfehlen und sollte von Fachfirmen durchgefhrt werden. Bei der Bearbeitung und dem Zuschnitt von Schaumglasplatten wird der bei der Produktion in den Zellen eingeschlossene Schwefelwasserstoff freigesetzt und es entstehen unangenehme, aber ungefhrliche Geruchsbelstigungen. Die Verarbeitung vor Ort kann z. B. durch handelsbliche Holzbearbeitungsmaschinen mit einer Absaugeinrichtung vorgenommen werden.

130

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Zum Schutz vor dem dabei entstehenden Staub ist das Tragen einer Atemschutzmaske sinnvoll. Ebenso wird das Tragen von Arbeitshandschuhen und einer Schutzbrille empfohlen. Sollte Glasstaub dennoch in die Augen gelangen, ist dieser mit frischem Wasser auszusplen. Schaumglas kann entweder in Trockenbauweise oder durch Verklebung mit Kaltkleber oder mit Heißbitumen befestigt werden. Aufgrund seiner sprçden Eigenschaften sollte es nur auf ebenen Untergrnden aufgebracht werden. Fr Anwendungen in den Bereichen Schallschutz oder Akustik sollten Schaumglasdmmstoffe nicht verwendet werden. Schaumglas ist großflchig druckfest, wasser- und dampfdicht sowie bestndig gegen Alterung, Feuchtigkeit, Fulnis und Schdlinge. Dennoch wird seine Schaumstruktur aufgrund des sprçden Materials bei gleichzeitiger Einwirkung von Wasser und Frost zerstçrt. Schaumglas wird von Laugen wie z. B. kalkhaltigem Wasser angegriffen. Die Anwendungsgrenztemperatur bei Langzeiteinwirkungen liegt zwischen –260 und + 430 C. Kurzzeitige Temperatureinwirkungen von ca. 750 C schaden dem Material i. d. R. nicht, auch wenn Schaumglas bei einer Temperatur von 600 bis 700 C zu erweichen beginnt. Der Schmelzpunkt liegt bei 1000 C. 3.24.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Platten 0,040 bis 0,055 Schotter 0,075 bis 0,090 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: praktisch diffusionsdicht, m ﬁ ¥ Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 840 Rohdichte [kg/m]: Platten 110 bis 155 Schotter 130 bis 250 Festigkeiten [N/mm±]: Dauerdruckfestigkeit 0,16 bis 0,57 10%-Druckfestigkeit 0,50 bis 1,20 Biegefestigkeit 0,48 Baustoffklasse [–]: national A1, A2 europisch A1 Materialkosten [T/m]: Platten 500 bis 700 Schotter 60 bis 100 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Platten 90 bis 130 Schotter 20 bis 30

zess notwendig ist und zum anderen in den meisten Fllen nicht nur der reine Dmmstoff, sondern teilweise auch das Ausgangsmaterial fr den Dmmstoff, das Rohglas, hergestellt werden muss. Der Anteil an bereitzustellender Transportenergie ist durch die bundesweit flchendeckend verfgbaren Altglassammelcontainer zumindest fr den Transport der Rohmaterialien zur Fertigungssttte bei Einsatz von Altglas als eher gering anzusetzen. Eine Wiederverwendung von nicht verklebten Dmmstoffplatten ist durchaus mçglich. Leider wird Schaumglas in seiner Anwendung hufig mit Bitumen o. . verklebt, sodass vielfach nur eine Wiederverwertung z. B. in Form von Granulat als Schotter im Straßenbau mçglich ist. Unverschmutzt kann granuliertes Schaumglas auch als Porosierungsmittel Ziegeln oder Beton beigemischt werden. Die Entsorgung durch Deponierung als Bauschutt ist mçglich, da Schaumglas auf etwa 5 % seines Ursprungsvolumens zu komprimieren ist. Jedoch ist dabei auf die Gefahr der Umweltverschmutzung durch eventuell anhaftende Bitumenrckstnde zu achten. Eine energetische Rezyklierung ist nicht mçglich. 3.25

Schilfrohr

3.25.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Schilf wchst an seichten Ufern von stehenden oder nur langsam fließenden Gewssern. Die Pflanzen werden bis zu 4 m hoch und wachsen nach der Ernte innerhalb eines Jahres wieder nach. Die Schilfrohrbltter sind dnn, spitz und scharfrandig und werden etwa 20 bis 50 cm lang. Die bschelfçrmige Bltenrispe ist in der Regel violettbraun gefrbt. Fr die Dmmstoffproduktion wird kein Schilf eingesetzt, sondern Schilfrohr, das keinen keulenfçrmigen Bltenstand (Schilfkolben) besitzt. In Deutschland steht Schilfrohr – auch als Reet oder Ried bekannt – hufig unter Naturschutz, sodass das bençtigte Schilfrohr meistens aus Polen oder Ungarn importiert wird. In den Niederlanden wird Schilfrohrdmmung in Kombination mit Holzrahmen und Gipskartonplatten in Fertigwandelementen bereits seit vielen Jahren eingesetzt.

3.24.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Bei der Verarbeitung und speziell beim Schneiden von Schaumglasplatten wird der in den Zellen eingeschlossene, unangenehm riechende Schwefelwasserstoff freigesetzt. Schwefelwasserstoff ist jedoch in der vorkommenden Konzentration fr den Menschen unschdlich und die freigesetzte Menge liegt unter dem zulssigen MAK-Wert. Die fr die Herstellung von Schaumglas eingesetzte Energiemenge liegt inkl. Transportenergie bei etwa 750 kWh/m, da zum einen ein langer Erwrmungspro-

Bild 47. Dmmstoff aus Schilfrohr (Matte)

Beschreibung von Dmmstoffen

Dmmstoffe werden aus den grnlichen Halmen des Schilfrohres hergestellt. Das geerntete Schilfrohr wird dazu geschnitten, getrocknet und sortiert. Die Halme werden gebndelt und parallel zueinander in mehreren Schichten fest zusammengepresst. Verbunden werden die Halme in den meisten Fllen mit verzinktem Eisendraht oder mit Nylonschnren. Der Einsatz von Bindemitteln ist nicht notwendig. Die entstandenen Matten werden besumt und auf die gewnschte Lnge geschnitten. 3.25.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Schilfrohr ist allgemein in Form von Matten erhltlich. Handelsbliche Matten aus Schilfrohr sind 2 bis 5 cm dick. Sonderabmessungen sind auf Anfrage erhltlich. Schilfrohr kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Aufsparrendmmung; Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Außenwanddmmung; Innenwanddmmung; Dmmung zwischen tragenden Bauteilen; Putztrger. Schilfrohr sollte als Putztrger z. B. fr WrmedmmVerbundsysteme nur von Fachfirmen verarbeitet werden. Wird Schilfrohr jedoch als reine Dmmung innerhalb von Bauteilen eingesetzt, sind die Verarbeitung und der Einbau der Matten von handwerklich erfahrenen Heimwerkern relativ einfach durchzufhren. Die Bearbeitung der Matten kann durch Sgen mit einer Kreissge mit einem feinzahnigen Metallsgeblatt erfolgen. Schilfrohrmatten sind in Halmrichtung bruchsicher, kçnnen jedoch entlang der Verdrahtung gebogen oder geknickt werden. Bei der Verlegung von Matten aus Schilfrohr ist darauf zu achten, dass die Matten mehrlagig zueinander versetzt eingebaut werden, um Wrmebrcken zu vermeiden. Ebenso sind Zusatzmaßnahmen fr die Konstruktion von winddichten Bauteilaufbauten einzuplanen, da die Matten selber nicht winddicht sind. Die Befestigung von Schilfrohrmatten erfolgt i. Allg. durch Tellerdbel. Im Verbund mit Lehm kçnnen die relativ elastischen Schilfrohrmatten verglichen mit reinen Lehmwnden theoretisch zu einer Erhçhung des Luftschallschutzes beitragen. Entsprechende praktische Untersuchungen liegen jedoch noch nicht vor. Schilfrohr ist durch einen hohen Silikatgehalt alterungs- und fulnisbestndig, sollte jedoch, obwohl es nicht quillt und kein Wasser saugt, vor stndig einwirkender Nsse geschtzt werden. Schilfrohrmatten sollten quer zu den Halmen nicht auf Druck belastet werden.

Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: 25 bis 50 3.25.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Gesundheitliche Beeintrchtigungen durch den Einsatz von Schilfrohr als Dmmstoff sind nicht bekannt. Umweltbeeinflussungen und -schdigungen kçnnen durch unkontrollierte Ernte des nur begrenzt verfgbaren Schilfrohrs entstehen. Daher sollte darauf geachtet werden, dass Schilfrohr nicht aus Regionen stammt, wo es unter Naturschutz steht. Der Energieaufwand zur Herstellung von Dmmstoffmatten aus Schilfrohr liegt zwischen 90 und 150 kWh/m. Davon sind etwa 50 kWh/m nicht erneuerbar. Da heimisches Schilfrohr zur Produktion nicht in ausreichenden Mengen zur Verfgung steht, muss die bençtigte Transportenergie aufgrund von Importen im Vergleich mit anderen nachwachsenden Dmmstoffen als vergleichsweise hoch angesehen werden. Werden Schilfrohrmatten nicht als Putztrger verwendet, sind der Rckbau und die Wiederverwendung von unbeschdigten Dmmstoffmatten durchaus mçglich. Unbehandelte, aber beschdigte Dmmstoffe aus Schilfrohr kçnnen kompostiert, als Bauschutt deponiert oder zur Energiegewinnung verbrannt werden. 3.26

Seegras

3.26.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Seegrasgewchse (Zosteraceae) sind in allen Meeren zu finden. Sie bestehen aus schmalen Blttern, die bis zu 1 m lang werden kçnnen, und wachsen in Tiefen von bis zu 10 m. Seegras wurde entlang der deutschen Ksten bereits seit mehreren Jahrhunderten als Dmmstoff genutzt und weist auch nach langer Nutzungszeit keine optischen Anzeichen von Vernderungen auf. Zudem diente es als Stopfmaterial fr Polster und wird heute auch als Katzenstreu eingesetzt. Fr die heutige Nutzung als Dmmstoff wird das an Strnden angesplte Seegras zunchst eingesammelt und von Sand gereinigt. Anschließend werden die Bltter getrocknet, zerkleinert und so in eine einblasfhige

3.25.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,045 bis 0,065 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 2 bis 5 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 1300 Rohdichte [kg/m]: 190 bis 220 Festigkeiten [N/mm±]: nicht auf Druck belastbar Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: 150 bis 200

131

Bild 48. Dmmstoff aus Seegras

132

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Form gebracht. Zustze sind im bisher einzigen vom DIBt zugelassenen Produkt nicht enthalten. Dmmstoffe aus Seegras bençtigen fr den Einsatz in Bauwerken eine bauaufsichtliche Zulassung.

allem die relativ kostenintensive Deponierung in Betracht, die nur bei entsprechender Vorbehandlung des Seegrases zur Anwendung kommen darf. Das Ausbringen des Seegrases auf Feldern ist in Deutschland teilweise nicht mehr erlaubt.

3.26.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Seegras kann zur Dmmung von Wnden in Holzrahmenbauweise oder hnlichen Konstruktionen sowie zwischen Sparren und in Hohlrumen verwendet werden. Das Einbringen von losem Dmmstoff erfolgt mit einer Einblasmaschine, wie sie auch fr Zellulosedmmstoffe verwendet wird. Da bei diesem Vorgang auf Erfahrung nicht verzichtet werden kann, sollte das Einblasen einem erfahrenen Handwerker berlassen werden. Darber hinaus kann der Dmmstoff auch in Form von Matten oder Stopfwolle sowie als Zuschlag in Holzfaserplatten eingesetzt werden. Seegras weist relativ gute Entfeuchtungseigenschaften auf, muss jedoch vor Feuchtigkeit und Bewitterung geschtzt werden. Es ist schwer entflammbar und glimmt bei Brandeinwirkung lediglich. Der natrlich hohe Salz- und Mineraliengehalt macht Seegras resistent gegen tierische Schdlinge und Verrottung. 3.26.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,045 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 1 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 2000 Rohdichte [kg/m3]: 70 bis 80 Festigkeiten [N/mm2]: nicht auf Druck belastbar Baustoffklasse [–]: national B2 europisch E Materialkosten [T/m3]: ~ 100 Materialkosten [T/m2] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m2K/W: ~ 20 3.26.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Bei den geringen zurzeit verarbeiteten Mengen kann die Nachfrage noch mit den am Strand angeschwemmten Seegras gedeckt werden. Eine weitgehend manuelle Herstellung ist hier noch mçglich. Sollte der Bedarf jedoch in Zukunft steigen, kann dies eine bererntung der Meeresbçden in Kstennhe zur Folge haben. Gesundheitliche Beeintrchtigungen sind bei der Verarbeitung oder dem Einsatz von Seegras nicht zu erwarten, da es sich bei dem losen Dmmstoff um eine Pflanze ohne Zusatzstoffe handelt. ber den Energieeinsatz liegen keine genauen Informationen vor. Jedoch wird dieser fr die anzuwendenden energiearmen Prozesse von Gewinnung, Reinigung und Zerkleinerung wesentlich geringer sein als bei vielen anderen natrlichen Dmmstoffen. Die Trocknung erfolgt durch einen Luftstrom. Ebenso ist der Einsatz von Transportenergie als gering anzusehen, da der Rohstoff in der Regel nahe dem Einsatzort „geerntet“ wird. Die Wiederverwendung und Wiederverwertung von Seegrasdmmstoffen ist mçglich. Daneben kommt vor

3.27

Stroh

3.27.1 Herstellung und Hintergrundinformationen In den USA wurde gegen Ende des 19. Jahrhunderts die Bauweise aus Stroh als kostengnstige Alternative zu bisher bekannten Bauweisen entwickelt. Zu dieser Zeit wurde noch nicht viel Wert auf thermische Behaglichkeit oder Energieeinsparung gelegt, sodass die dmmtechnischen Vorzge des Materials Stroh im Bauwesen erst in den letzten Jahren auch einer breiteren ffentlichkeit zugnglich gemacht werden konnten. Fr Dmmstoff aus Stroh ist Roggen geeignet, da dieser die lngsten und krftigsten Halme aufweist. Es werden als Dmmung im Prinzip Ballen verwendet, wie sie auch nach der Ernte auf Feldern zu finden sind, oder alternativ sog. Strohleichtbauplatten. Fr deren Herstellung von Ballen werden Strohhalme in Hochdruckpressen zu 5 bis 10 cm dicken Schichten gepresst, von denen wiederum mehrere mit Drhten oder Schnren aus Sisal oder Polypropylen quer zur Halmrichtung zusammengebunden werden. Strohleichtbauplatten kçnnen zerkleinerte Strohhalme enthalten, die getrocknet zermahlen und dann mit Bindemitteln wie Zellulose oder Lignin gebunden werden. Aufgrund des çkologischen Grundgedanken bei der Entwicklung dieses Dmmstoffs werden knstliche Additive zu Brand-, Feuchteoder Insektenschutz bisher nicht verwendet. Die regionale Verfgbarkeit des Dmmstoffs Stroh ist natrlich gewhrleistet. Jedoch muss darauf geachtet werden, dass Stroh nicht unbedingt zu jeder Jahreszeit in ausreichenden Mengen vorhanden ist. Fr den Einsatz von Dmmstoffen aus Strohballen in Deutschland muss eine bauaufsichtliche Zulassung des DIBt vorliegen, die Anfang 2006 fr die ersten Produkte erteilt wurde. 3.27.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Strohdmmstoff ist allgemein als Matte bzw. Ballen erhltlich. Die empfohlenen Abmessungen fr Kleinballen betragen 35 cm · 46 cm · 85 cm, bei Großballen 50 cm · 50 cm · 85 cm. Strohleichtbauplatten sind in einer Dicke von maximal 10 cm erhltlich. Stroh kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Außenwanddmmung; Innenwanddmmung; Dmmung der obersten Geschossdecke; Dmmung zwischen Lagerhçlzern; Hohlraumdmmung; Putztrger; Zuschlag fr Leichtlehm. Da der Einbau der Strohballendmmung auch aus Grnden des Feuchteschutzes hohlraumfrei und sowohl die innere als die ußere Bekleidung der Ballen darber hinaus zum Schutz gegen Schdlinge schnell und rissfrei erfolgen muss, wird dazu geraten, sich fr das Bauen mit Stroh an Fachfirmen zu wenden. Feuchtetech-

Beschreibung von Dmmstoffen

133

Materialkosten [T/m]: Ballen 7 bis 14 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Ballen 2 bis 4 3.27.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte

Bild 49. Dmmstoff aus Stroh (Matte)

nische Berechnungen oder Bewertung erweisen sich als ausgesprochen schwierig, da keine ausreichenden Informationen zu den hygrothermischen Transporteigenschaften des Dmmstoffs im Zusammenspiel mit Lehm oder anderen Putzarten vorliegen. Der Einbau von Strohballen als Dmmung hat mit einer Materialfeuchte unter 20 Gew.- % zu erfolgen. Da Strohballendmmung aus çkologischen Grnden keine Fremdstoffe zum Schutz vor Feuchtigkeitsschden enthlt, muss ein ausreichender Feuchteschutz konstruktiv sichergestellt werden. Gesicherte Erkenntnisse ber schalltechnische Vor- und Nachteile von Strohballendmmung liegen noch nicht vor. Erste praktische Erfahrungen zeigen jedoch, dass ein ausreichender Luftschallschutz bei korrektem Bauteilaufbau scheinbar gewhrleistet werden kann. Das Stroh muss konstruktiv durch geschlossene außenseitige Bekleidungen (z. B. Lehmputz oder Holzschalungen) oder Gitter gegen Insekten und andere Schdlinge geschtzt werden. Dmmung aus gepressten Strohballen verkohlt wie Holz im Brandfall zuerst auch nur auf den Außenschichten, sodass ein vollstndiges Abbrennen der Ballen durch diese Schutzschicht verzçgert werden kann. 3.27.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Ballen 0,052 (in Halmrichtung) 0,08 (quer zur Halmrichtung) Leichtbauplatten > 0,9 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: Ballen 2 Leichtbauplatten 2 bis 10 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: ca. 1300 Rohdichte [kg/m]: Ballen 90 bis 130 Leichtbauplatten bis 600 Festigkeiten [N/mm±]: nicht auf Druck belastbar Baustoffklasse [–]: national B2 europisch E Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar

Derzeit auf dem deutschen Markt erhltliche Produkte aus Stroh zur Dmmung von Gebuden enthalten keine chemischen Zustze fr einen erhçhten Brand-, Feuchte- oder Insektenschutz. Eine chemische Behandlung von Roggen, Gerste und anderem Getreide noch whrend des Wachstums auf dem Feld ist jedoch nicht ausgeschlossen. Der Primrenergiegehalt liegt bei etwa 4 kWh/m. Die Transportwege sind extrem kurz und die CO2-Bilanz des Dmmstoffs Stroh ist positiv zu bewerten. Reine Strohdmmstoffe kçnnen problemlos rezykliert oder kompostiert werden. 3.28

Transparente Wrmedmmung

3.28.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Transparente Wrmedmmungen (TWD, auch „Transluzente Wrmedmmung“) bieten gegenber opaken Dmmsystemen die Mçglichkeit, „solare Wrmegewinne“ fr die Gebudebeheizung zu erzielen. Das Grundprinzip einer transparenten Wrmedmmung liegt in der solaren Erwrmung einer schwarzen Absorberschicht, welche in der Regel hinter einer wrmedmmenden Schicht aus transparentem Material auf einer speicherfhigen Wandkonstruktion aufgebracht ist. Die solare Strahlung erwrmt die Absorberschicht und die dahinterliegende Wandkonstruktion. Die in der Wand gespeicherte Wrmeenergie wird nachfolgend mit einer von Wandbaustoff und -dicke abhngigen Zeitverzçgerung (Phasenverschiebung) an den Innenraum abgegeben. bersteigt die Wandoberflchentemperatur die Raumlufttemperatur, so wirkt die erwrmte Wandflche als großflchige Niedertemperaturheizung. Hierdurch kann sowohl der zustzlich notwendige Heizenergiebedarf direkt verringert als auch bei gleichbleibendem Behaglichkeitsempfinden die Raumtemperatur gesenkt werden.

Bild 50. Transparente Wrmedmmung

134

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Als Grundstoffe kommen fr die Herstellung von transparenten Wrmedmmschichten hauptschlich Polymethylmethacrylat (PMMA, „Plexiglas“), Polycarbonat (PC), Glas oder Silica-Aerogel zum Einsatz. Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale sind die Anwendungsgrenztemperatur, die Dichte sowie der Wrmedurchlasswiderstand dieser Materialien. Letzterer variiert zwischen etwa 0,85 und 2 m± · K/W bei 100 mm Materialdicke. Die Struktur der Wrmedmmschicht ist entweder parallel oder senkrecht zur Absorberschicht ausgerichtet, es kçnnen Kammerstrukturen oder im Fall von granularen Aerogelen quasi-homogene Strukturen ausgebildet werden. 3.28.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Transparenter Wrmedmmsysteme werden allgemein in 4 Funktionstypen unterteilt: Direktgewinnsysteme, Massiv- oder Solarwandsysteme, konvektiv erwrmte Systeme und Hybridsysteme. Unterschieden wird hierbei im Wesentlichen die Art der Speicherung und Weiterleitung der solaren Energie. Im ersten Fall handelt es sich um eine Form von semi-transparenter Verglasung, die ohne dahinterliegende massive Wandkonstruktion ausgefhrt wird und bis zu einem gewissen Grad zur Beleuchtung eines Raums beitragen kann. In Massivwandsystemen wird die transluzente Schicht hingegen außenseitig auf eine Außenwand appliziert und die Wrmeenergie ber eine Absorberschicht an die wrmespeichernde Rckwand weitergeleitet. Konvektiv erwrmte Systeme sind aufwendiger in der Konstruktion, da hier zwischen Wrmedmmung/Absorber und Außenwand ein belftbarer Luftspalt angeordnet wird, dessen Luftzufuhr ber Klappen gesteuert werden kann. Technisch anspruchsvolle Hybridsysteme greifen nicht unbedingt auf die Außenwand als Wrmespeicher zurck, sondern entkoppeln das TWD thermisch von der eigentlichen Wandkonstruktion und nutzen auch Teile der Anlagentechnik als Puffer, wobei Wasser oder Luft als Wrmetrger durch Rohre vom TWD zur Wand gefhrt werden. Die Verarbeitung und Installation von TWDs sollte Fachfirmen berlassen werden, um die korrekte Wirkungsweise der Systeme gewhrleisten zu kçnnen. Besonderheiten bei der Verarbeitung und Anwendung ergeben sich hier auch aus der Wahl des Materials fr die Dmmschicht. So ist die Funktionstauglichkeit von Aerogelen insbesondere durch Feuchtigkeit gefhrdet, wodurch diese konstruktiv speziell geschtzt werden mssen. Werden Kunststoffe verwendet, ist die Baustoffklasse zu beachten. Anwendungsgrenztemperaturen liegen in diesem Fall zwischen 90 und 120 C. Bei Glas kann sich die hohe Rohdichte der Dmmstruktur und damit das hohe Gewicht des TWD nachteilig auswirken. TWDs sind durch hohe Investitions- und Folgekosten gegenber herkçmmlichen, opaken Dmmsystemen nicht konkurrenzfhig. Um im Sommer eine bermßige Erwrmung der Raumluft zu verhindern, bençtigen

fast alle TWDs eine Verschattungseinrichtung, die zu weiteren Kosten fhrt. 3.28.3 Charakteristische Kenngrçßen Die großen Abweichungen der im Folgenden angegebenen Werte resultiert aus dem direkten Vergleich der Vielzahl am Markt verfgbarer und vorstehend beschriebener Systeme mit grundstzlich unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien unter Verwendung verschiedenartiger Dmmstoffe. Wrmedurchlasswiderstand [m± · K/W]: 0,54 bis 3,40 Gesamtenergiedurchlassgrad [–]: senkrecht 0,21 bis 0,73 diffus 0,13 bis 0,40 Lichttransmissionsgrad [–]: 0,21 bis 0,73 Rohdichte [kg/m]: 25 bis 100 Dicke [mm]: 12 bis 100 Baustoffklasse [–]: national A1 (Glas) B1, B2 (Kunststoff) europisch keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: Systemabhngig, 200 bis 700 3.28.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Gesundheitliche Beeintrchtigungen sind beim korrekten Einsatz von TWDs nicht bekannt und auch nicht zu erwarten, da diese Systeme nur im Außenbereich eingesetzt werden. Der umweltgerechte Rckbau ist durch einen mçglichen Verbund verschiedener Materialien sowie bei der Anwendung von Silica-Aerogel schwierig durchzufhren. 3.29

Vacuum Insulating Sandwich (VIS)

3.29.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Der prinzipielle Aufbau von VIS ist in Bild 52 dargestellt: Eine gasdicht verschweißte Edelstahlhlle, bestehend aus flchigen Deckblechen und umlaufender Membran umhllt passgenau einen Sttzkern, der wahlweise aus extrudiertem Polystyrol (XPS) oder aus pyrogener Kieselsure (bei der hufig verwendeten Bezeichnung hochdisperse Kieselsure handelt es sich um eine geschtzte Bezeichnung: HDK) besteht. Die Verwendung von Glasfasermaterial ist im Bauwesen von eher untergeordneter Bedeutung. Deckschalen/Deckbleche, Membranprofil und der Evakuierflansch bestehen aus schweißbarem Edelstahl (in der Regel aus 1.4301; werden jedoch ganz spezielle Anforderungen erhoben, z. B. hinsichtlich eines minimierten Ausdehnungskoeffizienten, werden auch andere Edelsthle eingesetzt) der infolge seines gleichmßig dichten Aufbaus einen hervorragenden Permeationswiderstand aufweist (bezglich der unterschiedlichen Werte sei hier auf die weiterfhrende Fachliteratur [106] verwiesen). Die jeweilige Dicke tN der einzelnen Edelstahldeckschichten wird fr jeden Anwendungsfall

Beschreibung von Dmmstoffen

individuell bemessen, die blichen Dicken liegen im Bereich von tN = 0,60 mm bis tN = 4,00 mm. Die Evakuierung der VIS erfolgt mittels einer Vakuumpumpe, die an den in einer der beiden Deckschalen befindlichen Evakuierflansch (EVF) angeschlossen wird (in großflchigen Elementen werden zur Reduzierung der Evakuierungsdauer in der Regel mehrere EVF eingebaut). Da bei diesem Verfahren die Elementgrçße der VIS primr nur durch die Transportfhigkeit auf çffentlichen Straßen sowie die Beschrnkung auf eine sinnvolle Evakuierungsdauer begrenzt wird, lassen sich sehr große Elemente bis zu einer Abmessung (Lnge · Breite) von 3.000 mm · 8.000 mm herstellen. Die zurzeit lieferbaren Dicken der VIS liegen zwischen 10 und 40 mm. Aus architektonischen Grnden lassen sich auf die Edelstahldeckbleche ggf. auch andere Materialien, wie z. B. Holz, Stein, Aluminium, Gipskarton oder auch ein geeignetes Wrmedmmverbundsystem mit Putzoberflchen applizieren. Neben der konventionellen Ausfhrung als Rechteckscheibe kçnnen VIS in nahezu beliebiger (abschnittwei-

Bild 51. Vacuum Insulating Sandwich (VIS)

Bild 52. Skizze zu Aufbau und Herstellung von VIS

135

se planparalleler) Ausfhrung hergestellt werden: mit Eckwinkeln „ 90 , mit Ausklinkungen, mit rechteckigen und zylindrischen Durchbrchen, mit abgestuften Schalen. Besonders interessant ist die Option der auf die Oberflchen der F1- und F2-Schale aufschweißbaren Schraubbolzen (Durchmesser in Abhngigkeit der Deckblechdicke); durch die damit zur Verfgung stehenden (auch wieder lçsbare) mechanischen Befestiger lassen sich vielfltige individuelle Konstruktionsvarianten realisieren. Beschreibt man ein VIS unter statischen Gesichtspunkten, so ist es als ein System aus zwei Zuggliedern (F1und F2-Schale) ohne Eigenbiegesteifigkeit (Dehnsteifigkeit EA, Biegesteifigkeit EI ﬁ 0) und einem schubweichen Kern (Sttzkernmaterial mit der Schubsteifigkeit GA < ¥), die im evakuierten Zustand durch den atmosphrischen Druck physikalisch miteinander schubfest verbunden sind. Es weist damit grundstzlich ein Sandwich- oder auch Verbundtragverhalten auf. Untersttzt wird die Fhigkeit der Lastabtragung zustzlich durch Verschweißung mit der Randmembran, was besonders hinsichtlich der Tragfhigkeit im belfteten Zustand deutliche Vorteile zeigt. Durch die Evakuierung des VIS verndert sich das Tragverhalten der drei Einzelschichten gegenber dem Ausgangszustand nun dahingehend, dass sie als ein System mit einer beachtlichen Eigenbiegesteifigkeit wirken Feuchteschutztechnisch betrachtet stellt sich ein VIS per definitionem als ein schlagregen- und diffusionsdichtes Bauelement dar. berprft man – „auf der sicheren Seite liegend“, vgl. dazu z. B. Ausfhrungen in [104] – mithilfe des Glaserverfahrens nach DIN 4108-3 [18] das Diffusionsverhalten eines VIS, wird man einen rechnerischen Tauwasserausfall zwischen F1-Schale (gegenber der F2-Schale die Seite des niedrigeren Wasserdampfpartialdruckes) und Sttzkernmaterial erhalten. Da dieser Bereich jedoch im evakuierten Be-

136

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

reich liegt, kann hier realistischerweise kein Tauwasser ausfallen; das VIS als solches ist damit tauwasserfrei. Da es sich bei einem VIS um ein dampfdichtes Element mit gleichzeitig hochwrmedmmenden Eigenschaften handelt, entspricht seine Anwendung sowohl auf Bauteilinnenseiten als auch auf Bauteilaußenseiten prinzipiell den diffusionstechnischen Regeln der Baukonstruktion. Dennoch muss der Konstrukteur bei seinen grundstzlich individuellen Konstruktionen einen separaten Nachweis des schadenfreien Diffusionsverhaltens fhren. Besondere Sorgfalt ist dabei bei der Entwicklung der Details (besonders im Stoßbereich!) aufzuwenden. Schallschutztechnisch lassen sich keine pauschalen Angaben machen. Hier sind die erreichbaren Werte des (bewerteten) Luftschalldmm-Maßes R0w – und ggf. auch des (bewerteten) Normtrittschallpegels L0n,w – weitestgehend von der individuellen Gesamtkonstruktion abhngig und damit von Fall zu Fall messtechnisch zu ermitteln. Die Ermittlung der technischen Lebensdauer von VIS erfolgt mithilfe des sog. Heliumlecktests nach DIN EN 1779 [24]. Lebensdauern im Rahmen der blichen baurelevanten Anforderungen, d. h. also im Bereich von 50 bis 100 Jahre, sind problemlos nachweisbar. Fr weitere Informationen sei hier auf [93–103] verwiesen. 3.29.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Vakuumsandwichelemente finden als hochwirksame, platzsparende Dmmung seit Jahrzehnten in der Khlund Tiefkhllogistik Anwendung (z. B. im Behlterbau fr den Flssigwasserstofftransport, im Fahrzeugbau, in der Medizintechnik). Grundstzlich liegen die Anwendungsgebiete berall dort, wo ein hohes Maß an thermischer Abkopplung eines Bereiches vom Umgebungsklima bei gleichzeitig geringem konstruktivem Aufbau gefordert wird. Seit einigen Jahren werden Vakuumdmmelemente nun auch im Bauwesen eingesetzt (in Deutschland – sofern erforderlich – mit einer Zustimmung im Einzelfall, da die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zum Zeitpunkt der Manuskripterstellung durch das DIBt noch nicht erteilt ist). Einsatzgebiete im Baubereich sind grundstzlich nahezu alle Gebiete, in denen bislang ausschließlich herkçmmliche Dmmstoffe eingesetzt wurden. Insbesondere im Bereich der Bauwerksmodernisierung, wo in der Regel wenig Raum fr den Einbau zustzlicher Dmmschichten gegeben ist, kann durch den Einsatz von Vakuumelementen eine energetisch effiziente Modernisierung auch in den Fllen erfolgen, wo konventionelle Systeme einen erheblichen konstruktiven und finanziellen Mehraufwand mit sich bringen wrden. Als Beispiel seien hier zustzliche Dmmschichten im Fußbodenbereich (bei konventionellen Systemen werden ggf. zulssige Brstungshçhen und Trhçhen unterschritten) und im Fassadenbereich (z. B. bei Grenzbebauung zur Vermeidung der berbauung des angrenzenden Grundstcks) genannt.

Ein weiteres Einsatzfeld ist der Khl- und Tiefkhlraumbau (als ein Teilbereich der Khl- und Tiefkhllogistik), bei dem VIS hufig im Bereich der Bodendmmung eingesetzt werden. Dabei kommen Vakuumsandwichelemente besonders dann zum Einsatz, wenn bestehende Rume umgenutzt, d. h. erstmalig als Khloder Tiefkhlrume benutzt werden sollen, wenn die entsprechende Tieftemperaturnutzung nur temporr erfolgen soll, wenn ein Umbau whrend des laufenden Betriebs erfolgen muss, wenn nur beschrnkte Raumhçhen zur Verfgung stehen oder wenn bei Neubaumaßnahmen nur ein sehr beschrnktes Zeitfenster fr die Erstellung des gesamten hochwrmegedmmten Bodenausbaus zur Verfgung steht. Von besonderem Interesse fr den Planer ist die Tatsache, dass auf der Oberflche von VIS Bolzen, Schraubbolzen etc. angeordnet werden kçnnen und sich somit eine Vielzahl konstruktiver Applikationsmçglichkeiten erschließen. Hinsichtlich weiterer Informationen – insbesondere auch bezglich einer bersicht ber die unterschiedlichen Konstruktionsbeispiele – sei hier wiederum auf [93] bis [103] verwiesen. 3.29.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,0054 bis 0,0066 nach [55] Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: ¥ Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: keine Werte verfgbar Rohdichte [kg/m]: abhngig von Ausfhrung, setzt sich individuell zusammen aus den flchenbezogenen Massen der Deckschalen (Edelstahl r = 7850 kg/m3) sowie des Sttzkerns (pyrogene Kieselsure r = 120…350 kg/m3, extrudiertes offenzelliges Polystyrol 60…80 kg/m3) Festigkeiten [N/mm±]: keine Werte verfgbar Baustoffklasse [–]: national A1 (Sttzkern aus pyrogener Kieselsure), B1 (Sttzkern aus offenzelligem extrudierten Polystyrol, nach [77]) europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: primr abhngig von der Deckschalendicke und Geometrie Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: auf Anfrage 3.29.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Es sind keine gesundheitlichen Beeintrchtigungen zu erwarten. Die Vakuumdmmung ermçglicht mit einem sehr geringen Materialaufwand und nur mßig energieintensiven Herstellungsverfahren – und damit mit einem relativ geringen Anteil an sog. Grauer Energie – ein sehr hohes Wrmedmmniveau und trgt damit nachhaltig zur Reduzierung der CO2-Emissionen sowie zur degressiven Nutzung der Primrenergietrger bei.

Beschreibung von Dmmstoffen

Bei VIS handelt es sich um einen Baustoff mit physikalischem Verbund der Einzelkomponenten „Hlle“ und „Sttzkern“. Nach einer gezielten Belftung der Elemente sind die einzelnen Komponenten wieder verbundfrei und lassen sich damit problemlos trennen und wiederverwenden oder in den Produktionsprozess des Vormaterials einfgen. 3.30

Vakuumisolationspaneele (VIP)

3.30.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Der prinzipielle Aufbau von VIP ist in Bild 54 skizziert: Eine gasdicht verschweißte Hlle aus sog. Hochbarrierefolien umhllt passgenau einen mikroporçsen Sttzkern. Die Evakuierung der VIP erfolgt dann in einer Vakuumkammer. Dabei wird unterschieden zwischen handbeschickten Vakuum-Verpackungsmaschinen und

Bild 53. Vakuumisolationspaneel (VIP)

Bild 54. Skizze zu Aufbau und Herstellung von VIP

137

automatisierten VIP-Produktionsstraßen. Die freien Laschen werden dort unter Vakuum miteinander verschweißt. Da bei diesem Verfahren die maximale Elementgrçße der VIP primr von den Abmessungen der Vakuumkammer begrenzt wird, lassen sich Elemente bis zu einer Abmessung (Lnge x Breite) von etwa 1.250 bis 2.200 mm herstellen. Die zurzeit lieferbaren Dicken liegen im Bereich von 10 bis 30 mm (ein Anbieter gibt einen Bereich von 5 bis 50 mm an). Grundstzlich stehen heute drei unterschiedliche Folientypen mit herstellerspezifischen Variationen zur Verfgung: Aluminium-Verbundfolien, polymere Barrierefolien und metallisierte Polymerfolien. Primre technische Beurteilungskriterien sind Sauerstoffpermeation (die Sauerstoffpermeation steht dabei stellvertretend fr Gase allgemein) mit einem maximalen Grenzwert (messtechnisch abgesicherte Nachweisgrenze) von 0,01 cm3/(m2 · d · bar) sowie Wasserdampfpermeation mit einem maximalen Grenzwert von 0,05 cm3/(m2 · d), anzugeben bei einer Temperatur von 38 C und einer relativen Luftfeuchte von 95 %. Diese Kennwerte sind charakteristisch fr den Nachweis der anzusetzenden Lebensdauer eines VIP. Zweiter wichtiger Kennwert ist die Wrmeleitfhigkeit lR,F der Folie, da durch sie die Grçße der Wrmebrckenwirkung des jeweiligen VIP festgelegt wird. Weitere wichtige technische Charakteristika der Folien sind mçglichst hohe mechanische Belastbarkeit und Umformbarkeit (mçglichst enge Biegeradien ohne Rissausbildung, ggf. sogar Tiefziehfhigkeit) sowie die dauerhafte Kompatibilitt mit baublichen Materialien wie Klebern, Putzen etc. Aluminium-Verbundfolien: enthalten als Kern eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von in der Regel 7 bis 12 mm. Permeationstechnisch gnstiger ist eine Folien-

138

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

dicke von mindestens 12 mm, da bis zu dieser Dicke aus dem Walzprozess der Folie resultierende Fehlstellen, sog. Pinholes auftreten kçnnen, die ein lokal erhçhtes Eindiffundieren von Sauerstoff oder Wasserdampf ermçglichen. Mindestens auf der Außenseite (ggf. auch auf der Innenseite) sind als mechanischer Schutz Polymerfolien, insbesondere aus Polyester, Polypropylen oder Polyamid mit der Aluminiumfolie verklebt. Zur Gewhrleistung der Verschweißfhigkeit der Folie im Randbereich wird auf mindestens einer Seite des Folienverbundes eine Siegelschicht aufgeklebt. Polymere Barrierefolien: bestehen aus mehreren Schichten von Polymeren mit unterschiedlichen charakteristischen Eigenschaften, die sich in Summe dann synergetisch ergnzen. Diese Mehrschichtenfolien kçnnen coextrudiert, also simultan in einem Prozess hergestellt sein oder durch Kaschierung mittels eines Polyurethanklebers hergestellt werden. Auch hier gewhrleistet eine mindestens einseitige Siegelschicht die Verschweißbarkeit der Folien im Randbereich. Polymere Barrierefolien weisen im Vergleich zu den anderen Folientypen eine relativ hohe Dicke auf. Metallisierte Polymerfolien: bestehen aus mehreren Schichten polymerer Folien, die ihrerseits mit ußerst dnnen metallischen oder anorganischen Schichten mit Dicken im Bereich einiger 10 nm bedampft werden. Als Bedampfungen kommen in der Regel Aluminium, Aluminiumoxid oder Siliziumoxid zur Anwendung; der Bedampfungsprozess findet im Hochvakuum statt. Durch die Redundanzen der Barrierefunktion mehrerer bedampfter Schichten ist das Risiko einer Fehlstelle an einer Stelle sehr gering. Die genannten Folientypen weisen zwangslufig ein jeweils sehr individuelles Leistungsspektrum auf. Tabelle 18 zeigt auf Basis der Ausfhrungen in [68, 81] eine vergleichende bewertete bersicht.

Die anzuwendende Technik des vakuumdichten Verschweißens mit ggf. nachfolgendem Fgen der Laschen ist abhngig vom gewhlten Folientyp und den individuell verwendeten Materialien. Als mçgliche Techniken seien hier das Wrmekontaktverfahren, das Infrarot-, Laser-, Ultraschall-, Induktions- und kapazitative Hochfrequenzschweißen genannt. Als Sttzkernmaterial wird in der Regel pyrogene Kieselsure (vgl. dazu Ausfhrungen in Abschnitt 3.22) eingesetzt, da dieses Material gegenber dem insbesondere bei Foliensystemen messbar auftretenden Druckanstieg die geringste Sensibilitt zeigt. Zur Absorption eindiffundierter Wasserstoffatome – und damit zur Erhçhung der Lebensdauer – kann der Aufbau von VIP optional durch einen sog. Getter ergnzt werden. Feuchteschutztechnisch betrachtet stellt ein VIP per definitionem ein diffusionsdichtes Bauelement dar. berprft man – auf der sicheren Seite liegend – mithilfe des Glaserverfahrens nach DIN 4108-3 [18] das Diffusionsverhalten eines VIP, wird man einen rechnerischen Tauwasserausfall zwischen ußerer Folien und (gegenber innerer Folie die Seite des niedrigeren Wasserdampfpartialdruckes) und Sttzkernmaterial erhalten. Da dieser Bereich jedoch im evakuierten Bereich liegt, kann hier realistischerweise kein Tauwasser ausfallen; das VIP als solches ist damit tauwasserfrei. Da es sich bei einem VIP um ein dampfdichtes Element mit gleichzeitig hochwrmedmmenden Eigenschaften handelt, entspricht seine Anwendung sowohl auf Bauteilinnenseiten als auch auf Bauteilaußenseiten prinzipiell den diffusionstechnischen Regeln der Baukonstruktion. Dennoch muss der Konstrukteur bei seinen grundstzlich individuellen Konstruktionen einen separaten Nachweis des schadenfreien Diffusionsverhaltens fhren. Besondere Sorgfalt ist dabei bei der Entwicklung der Details (besonders im Stoßbereich!) aufzuwenden. Schallschutztechnisch lassen sich keine pauschalen Angaben machen. Hier sind die erreichbaren Werte des

Tabelle 18. Vergleichende bewertete bersicht ber die drei wichtigsten Folientypen nach [68, 81]. Bewertung von sehr gnstig (+++) bis sehr ungnstig (– – –) Anforderung

AluminiumVerbundfolie

Polymere Barrierefolie

Metallisierte Polymerfolie

Sauerstoffsperre

+++

–

++

Wasserdampfsperre

+++

–

++

Wrmeleitfhigkeit

–––

+++

++

Mechanische Belastbarkeit

+

++

+

Kompatibilitt

–

–

–

Korrosion

–

+

–

Dicke

+

–

+

Dauerhaftigkeit

++

+

++

Kosten

++

––

–

Beschreibung von Dmmstoffen

(bewerteten) Luftschalldmm-Maßes R0w – und ggf. auch des (bewerteten) Normtrittschallpegels L0n,w – weitestgehend von der individuellen Gesamtkonstruktion abhngig und damit von Fall zu Fall messtechnisch zu ermitteln. Bewertete Luftschalldmm-Maße Rw nur fr VIP als trennendem Bauteil wurden bisher nicht verçffentlicht, umfangreiche Grundlagenuntersuchungen stehen zurzeit noch aus. Brandschutztechnisch sind VIP hinsichtlich einer Einstufung in eine Brandschutzklasse nach DIN 4102-1 [16] oder auch nach DIN EN 13501-1 [39] abhngig von der Baustoffklasse des Folientyps, da der Sttzkern aus pyrogener Kieselsure als A1 einzustufen ist. Die Technischen Datenbltter der Hersteller geben ber die Einstufung eine VIP in eine Brandschutzklasse leider keinen Aufschluss. Aufgrund der dort angegebenen Begrenzungen der Dauertemperaturbelastung, die sich maximal im Bereich von –50 C bis + 90 C (kleinster angefhrter Wert der Obergrenze +50 C) bewegen, liegt der Schluss nahe, dass eine Einstufung in eine Baustoffklasse deutlich besser als B2 entsprechend DIN 4102-1 eher unwahrscheinlich ist. 3.30.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Vakuumisolationspaneele (VIP) finden als hochwirksame, platzsparende Dmmung seit Jahrzehnten in der Khlschrank-, Khlhaus- und der Khltransporttechnik Anwendung. Weitere Anwendungsgebiete liegen prinzipiell berall dort, wo ein hohes Maß an thermischer Abkopplung eines Bereiches vom Umgebungsklima bei gleichzeitig geringem konstruktivem Aufbau gefordert wird. Seit einigen Jahren werden Vakuumdmmelemente nun auch im Bauwesen eingesetzt (in Deutschland – sofern erforderlich – mit einer Zustimmung im Einzelfall, da die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zum Zeitpunkt der Manuskripterstellung durch das DIBt noch nicht erteilt ist). Einsatzgebiete im Baubereich sind grundstzlich nahezu alle Gebiete, in denen bislang ausschließlich herkçmmliche Dmmstoffe eingesetzt wurden. Insbesondere im Bereich der Bauwerksmodernisierung, wo in der Regel wenig Raum fr den Einbau zustzlicher Dmmschichten gegeben ist, kann durch den Einsatz von Vakuumelementen eine energetisch effiziente Modernisierung auch in den Fllen erfolgen, wo konventionelle Systeme einen erheblichen konstruktiven und finanziellen Mehraufwand mit sich bringen wrden. Als Beispiel seien hier zustzliche Dmmschichten im Fußbodenbereich (bei konventionellen Systemen werden ggf. zulssige Brstungshçhen und Trhçhen unterschritten) und im Fassadenbereich (z. B. bei Grenzbebauung zur Vermeidung der berbauung des angrenzenden Grundstcks) genannt. Beim Entwurf der Konstruktionen sollte jedoch darauf geachtet werden, dass man die Elemente mçglichst auch im Nachhinein noch erreichen kann. Damit soll einem optionalen Elementaustausch, der ggf. durch

139

eine Beeintrchtigung des Vakuums in den Elementen erforderlich wird, Rechnung getragen werden. 3.30.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Angaben ohne Alterung: 0,004 bis 0,005 Anhaltswerte inklusive Alterung: 0,008 [49] bis 0,011 [8] bzw. 0,0115 [89] Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: ¥ Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: keine Werte verfgbar Rohdichte [kg/m]: 160 bis 190 kg/m3 Festigkeiten [N/mm±]: keine Werte verfgbar Baustoffklasse [–]: national nicht explizit angegeben, ableitbar ist B2 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten [T/m]: primr abhngig von der Geometrie und der Menge Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: auf Anfrage 3.30.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Es sind keinen gesundheitlichen Beeintrchtigungen zu erwarten. Die Vakuumdmmung ermçglicht mit einem sehr geringen Materialaufwand und nur mßig energieintensiven Herstellungsverfahren – und damit mit einem relativ geringen Anteil an sog. Grauer Energie – ein sehr hohes Wrmedmmniveau und trgt damit nachhaltig zur Reduzierung der CO2-Emissionen sowie zur degressiven Nutzung der Primrenergietrger bei. Bei VIP handelt es sich um einen Baustoffe mit physikalischem Verbund der Einzelkomponenten „Hlle“ und „Sttzkern“. Nach einer gezielten Belftung der Elemente sind die einzelnen Komponenten wieder verbundfrei und lassen sich damit problemlos trennen. Das Sttzkernmaterial kann dann wiederverwendet werden. 3.31

Vermiculite

3.31.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Vermiculite sind ziehharmonikaartig geformte, graugrne Bnder und bestehen als anorganischer Stoff hauptschlich aus Silizium-, Magnesium- und Aluminiumoxiden. Sie gehçren zur Gruppe der vulkanischen Glimmerminerale und sind daher als Dmmstoff auch unter dem Namen Blhglimmer bekannt. Abgebaut werden die Glimmerminerale hauptschlich in Sdafrika. Nach dem bergmnnischen Abbau des Rohstoffs werden die Minerale gebrochen. Zur Herstellung von Dmmstoffen wird das schichtfçrmige Mineralgestein kurzfristig auf 1000 bis 1100 C erhitzt. Hierbei ver-

140

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

peratur von Dmmstoffen aus Vermiculite, die ohne brennbare Zusatzstoffe hergestellt worden sind, liegt bei 900 bis 1000 C, die Sintertemperatur betrgt ca. 1100 C. 3.31.3 Charakteristische Kenngrçßen

Bild 55. Dmmstoff aus Vermiculite (Granulat, Kçrnung 1/2, 3/8 mm)

dampft eingelagertes Zellwasser schlagartig, die Glimmerschichten entfalten sich, das Gestein expandiert auf das 15- bis 30-Fache seines Ursprungsvolumens und die Oberflche versintert. Nach diesem Blhprozess (Exfolation) wird die Kçrnung gesiebt und die Kçrner kçnnen mit Bitumen, Silikaten oder Kunstharzen als Bindemittel oder zur Hydrophobierung ummantelt werden. Verpresst mit Bindemitteln wie Zement, Kalk oder Gips entstehen Platten, die im Brandschutz eingesetzt werden. Vor einem Einsatz als Dmmstoff im Bauwesen ist fr ein Produkt aus Vermiculite eine bauaufsichtliche Zulassung zu erteilen. 3.31.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Vermiculite sind allgemein als Granulat oder als Platten erhltlich. Handelsbliche Vermiculiteschttungen haben Korndurchmesser bis 16 mm. Platten sind in Dicken von maximal 8 cm lieferbar. Vermiculite kçnnen als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Schttung in Hohlrumen; Kerndmmung; Dmmung zwischen tragenden Bauteilen; Ausgleichsschttung; Leichtzuschlag fr Betone oder Mçrtel. Vermiculite kçnnen eingeblasen, aufgeblasen oder als lose Schttung eingebracht werden. Soll das Granulat maschinell eingeblasen werden, sollte eine Fachfirma damit beauftragt werden. Als lose Schttung ist der Dmmstoff auch von handwerklich erfahrenen Heimwerkern relativ problemlos ein- oder aufzubringen. Obwohl bei der Verarbeitung der Schttung keine aggressiven Stube freigesetzt werden, wird das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen. Werden kleinere Korndurchmesser eingesetzt, so muss die Schttung durch Folien o. . gegen Durchrieseln gesichert werden. Vermiculite kçnnen wie viele andere Hohlraumschttungen oder in Plattenform nur durch eine Erhçhung des Bauteilgewichts den Luftschallschutz verbessern. Vermiculite sind alterungsbestndig und sicher gegen Suren, Laugen, Fulnis, Schimmel, Ungeziefer und Nagetiere. Die Entfeuchtungsfhigkeit des diffusionsoffenen Granulats ist relativ gut. Die Anwendungsgrenztem-

Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: Schttung 0,070 Platten 0,14 bis 0,31 (bei 200 C) Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 3 bis 10 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: Schttung ca. 1000 Platten 1150 Rohdichte [kg/m]: Kornrohdichte 150 bis 210 Schttdichte 70 bis 170 Platten 350 bis 1200 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 0,3 (Schttung) Druckfestigkeit 1,5 bis 10,5 (Platten) Biegefestigkeit 0,8 (Platten) Baustoffklasse [–]: national A1 europisch keine Werte verfgbar Dynamische Steifigkeit [MN/m]: 170 Materialkosten [T/m]: Schttung 90 bis 135 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Schttung 25 bis 40 3.31.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Vermiculite sind physiologisch unbedenklich. Die natrliche Radioaktivitt, die praktisch jedes vulkanische Gestein aufweist, ist ebenfalls unbedenklich. Eine Schdigung der Umwelt ist durch den Abbau der Vermiculite mçglich. Die Energie, die fr die Herstellung der Schttung bençtigt wird, kann mit einer Grçßenordnung zwischen 80 und 150 kWh/m angegeben werden. Zur Herstellung von Platten werden bis zu 200 kWh/m bençtigt. Der Transportenergieeinsatz ist wegen des langen Transportweges zwischen Sdafrika und dem deutschen Verarbeitungsstandort relativ hoch. Der Rckbau von sauberen Schttungen ist problemlos mçglich. Diese Schttungen kçnnen dann direkt als Dmmung wiederverwendet oder als Zuschlagstoff fr Mçrtel oder Betone, als Bodenauflockerung oder als Pflanzgranulat wiederverwertet werden. Die Wiederverwendung von Platten ist hingegen nur in den seltensten Fllen mçglich. Nicht bituminierte Stoffe kçnnen als Bauschutt unter Bercksichtigung regionaler Vorschriften entsorgt werden. 3.32

Zellelastomere

3.32.1 Herstellung und Hintergrundinformationen Zellelastomere werden auf Basis synthetischen Kautschuks oder aus Polyethylen hergestellt. Produkte aus dieser Dmmstoffgruppe sind hochflexibel und geschlossenzellig. Der Schumprozess findet ohne Ver-

Beschreibung von Dmmstoffen

wendung von HKCW noch HKW als Treibmittel statt. Bei diesem Prozess entsteht in Kautschukschumen eine Zelldichte von etwa 4 bis 7 Zellen pro mm±. Bei der Herstellung kçnnen Additive fr Brandschutz, Flexibilitt und UV-Stabilitt eingesetzt werden. Zellelastomere kçnnen beispielsweise mit Glasgewebe, Aluminiumfolie oder Kunststoffen kaschiert werden. Viele der angebotenen Produkte zur Rohr- und Anlagendmmung weisen eine Selbstklebebeschichtung mit Armierungsgewebe und einer diffusionsdichten Folie auf. Die Wrmeleitfhigkeit von Polyethylenschumen ist hçher als die geschumten synthetischen Kautschuks.

141

onswiderstand kann bei vielen Anwendungen auf eine zustzliche Diffusionssperrschicht verzichtet werden. Anwendungsgrenztemperaturen fr synthetische Kautschukschume liegen zwischen –70 und +175 C. Fr den Einsatz bei Temperaturen unter –70 C sollte der Hersteller kontaktiert werden. Fr Polyethylenschume ist die Anwendung auf Temperaturen zwischen –30 und +100 C begrenzt. Die Entzndungstemperatur liegt bei 250 C. Im Brandfall tropfen Zellelastomere nicht ab und sind nach Entfernen der Brandquelle selbstverlçschend. Bei der Festlegung der Baustoffklasse spielt die Dicke des Produkts eine Rolle, dnnere Produkte sind hier widerstandsfhiger.

3.32.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Zellelastomere sind allgemein in Form von Matten oder Rohrschalen erhltlich. Handelsbliche Produkte kçnnen in Dicken zwischen 0,3 und 6 cm geliefert werden. Zellelastomere werden als Dmmstoff u. a. in der Anlagentechnik eingesetzt. Obwohl die Montage von Zellelastomeren in der Regel schnell und einfach ist, sollten aufgrund der Vielfalt der angebotenen Produkte (Form, Material) Fachleute mit der Applikation des Dmmstoffs an technischen Anlagen beauftragt werden, um unangenehme berraschungen durch Bauschden oder Energieverluste zu vermeiden. Die Verarbeitung kann bei den meisten Produkten mit einem scharfen Messer erfolgen. Besondere Vorsichtsmaßnahmen zum Schutz der Gesundheit sind beim Einbau nicht zu beachten. Die Lagerung von Zellelastomeren sollte generell trocken und sauber erfolgen. Zellelastomere auf Basis synthetischen Kautschuks kçnnen bei Kontakt mit starken Suren und Oxiden erhebliche Reaktionen erzeugen. Sie degradieren langsam unter Einwirkung von Sonnenlicht und sind daher gegen UV-Bestrahlung zu schtzen. Polyethylenschume weisen hingegen eine gute Witterungs- und Chemiebestndigkeit sowie eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringer Brchigkeit auf. Produkte aus Zellelastomeren sind gut zur Reduzierung der Kçrperschallbertragung von technischen Anlagen auf Bauteile und unter schwimmenden Bodenbelgen geeignet. Durch einen hohen materialeigenen Diffusi-

3.32.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,036 bis 0,060 Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: 2000 bis 10000 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: keine Werte verfgbar Rohdichte [kg/m]: 30 bis 100 Festigkeiten [N/mm±]: 10%-Druckfestigkeit 0,005 bis 0,02 Zugfestigkeit > 0,1 Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch B-s3 d0 Dynamische Steifigkeit [MN/m]: keine Werte verfgbar Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: keine Werte verfgbar Materialkosten: Matten 740 bis 1510 S/m Rohrschalen ab 20 S/m (100 mm dick) 3.32.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Gesundheitliche Beeintrchtigungen sind bei ordnungsgemßer Anwendung nicht bekannt. Im Brandfall werden Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und abhngig von der Brandtemperatur andere Gase freigesetzt. Angaben zu Energiemengen fr Herstellung oder Transport sind nicht bekannt. Sortenreine Abflle kçnnen wie normale Industrieabflle entsorgt werden. 3.33

Zellulose

3.33.1 Herstellung und Hintergrundinformationen

Bild 56. Dmmstoff aus Zellelastomeren (Rohrschalen)

Dmmstoffe aus Zellulose werden bereits seit 1920 mit Erfolg in den USA und in Schweden verwendet. Seit 1983 werden die weißen bis hellgrauen Flocken und Matten auch in Deutschland zur Dmmung von Gebuden eingesetzt. Zellulosedmmstoffe bestehen hauptschlich aus rezykliertem Altpapier. Aufgrund der großen Mengen, die in Deutschland jhrlich als Altpapier anfallen (ca. 1 Mio. Tonnen), wre es mçglich, einen Großteil des Bedarfs an Dmmstoffen auf dem deutschen Markt durch Zellulosedmmstoffe zu decken (ca. 20 Mio. m).

142

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Bild 57. Dmmstoff aus Zellulose (links Matte, rechts Flocken)

Der Begriff Zellulose im Zusammenhang mit Dmmstoffen aus Altpapier resultiert aus dem Grundstoff, aus dem Papier hergestellt wird, und ist mçglicherweise etwas irrefhrend, da z. B. auch Dmmstoffe aus Baumwolle zu großen Teilen aus Zellulose bestehen. Fr die Herstellung von Zellulosedmmstoff wird rezykliertes Altpapier mechanisch zerkleinert und mit pulverfçrmigen Borsalzen (bis zu 15 Gew.- %) oder Ammoniumpolyphosphat (bis zu 8 Gew.- %) als Zusatzstoff fr einen verbesserten Brandschutz und zum Schutz vor Fulnis und Schdlingen vermischt. Aus diesem mitunter hohen Anteil von Brandhemmern resultiert auch das Phnomen, das Papier bei direkter Beflammung schlechter entflammen lsst als Steinwolle- oder Glasfaserdmmstoffe. Die entstehenden Flocken werden entstaubt und kçnnen entweder direkt als Schttung eingesetzt oder aber zu Dmmpellets oder Dmmstoffmatten weiterverarbeitet werden. Matten aus Zellulosedmmstoff werden durch Einsatz von Bindemitteln und ggf. Sttzfasern aus Jute gepresst. Als Bindemittel kommen dabei Ligninsulfonate und Tallharze zum Einsatz, die bei der Herstellung von Papier dem Holz entzogen werden. Die Bindemittel werden zur Mattenherstellung durch Wasserdampf aktiviert. Nach einem Trocknungsprozess werden die Matten zum Abschluss der Fertigung auf Maß geschnitten und verpackt. Reststcke vom Zuschnitt sowie Verschnitt, der beim Einbau auf der Baustelle entsteht, werden dem Produktionsprozess wieder zugefhrt. Dmmprodukte aus Zellulose bençtigen fr den Einsatz als Dmmstoffe im Bauwesen eine bauaufsichtliche Zulassung, da keine deutsche Norm fr Zelluloseprodukte vorhanden ist und eine europische Norm sich seit lngerem in Vorbereitung befindet. 3.33.2 Anwendungsbereiche und Verarbeitung Zellulose ist allgemein in Form von Matten, losen Flocken oder als Pellets erhltlich. Handelsbliche Matten haben eine Dicke bis zu 18 cm. Sonderabmessungen sind auf Anfrage erhltlich. Zellulose kann als Dmmstoff u. a. in den folgenden Bereichen eingesetzt werden: Zwischensparrendmmung; Untersparrendmmung; Dmmung von zweischaligem Mauerwerk und

leichten Trennwnden; Dmmung von Zwischendecken; Dmmung zwischen tragenden Bauteilen; Akustikdmmung; Hohlraumdmmung. Zellulosematten kçnnen durchaus von handwerklich erfahrenen Heimwerkern verarbeitet und eingebaut werden. Der Zuschnitt kann z. B. mit einem elektrischen Fuchsschwanz oder einer Bandsge mit einem feinzahnigen Sgeblatt erfolgen. Verarbeitungsreste sowie Stube sind durch Saugen aufzunehmen, wobei das Tragen einer Atemschutzmaske empfohlen wird. Der Einbau von Matten in Gefachbereichen sollte nur mit etwa 80 % der Dicke des Stnderwerks bei etwa 1 % berbreite vorgenommen werden. Die Befestigung von Zellulosematten kann ber Dbel oder durch Verklebung mit handelsblichen Klebern fr Dmmstoffe auf Stein, Holz oder Metall erfolgen. Die Verarbeitung von Zelluloseflocken sollte hingegen wegen der Gewhrleistung gleichbleibender physikalischer Eigenschaften wie Dichte oder Wrmeleitfhigkeit nur durch geschulte Fachfirmen geschehen. Informationen ber solche Unternehmen sind beim Dmmstoffhersteller verfgbar. Bei der Verarbeitung von Zelluloseflocken sollte ebenfalls eine Atemschutzmaske getragen werden, da kleinere Zellulosefasern lungengngig sein kçnnen. Bauteile, in denen Zelluloseflocken als Dmmstoff eingesetzt werden, sollten durch Folien o. . staub- und winddicht ausgefhrt werden. Dies gilt insbesondere fr Einblasçffnungen. Prinzipiell werden drei Verfahren zum Einbringen von Zelluloseflocken als Dmmstoff unterschieden: das Schttverfahren, das Einblasverfahren und das Nassverfahren. Beim Schttverfahren werden Flocken auf eine feste Unterlage geschttet. Das Einblasverfahren ist das am hufigsten verwendete Verfahren. Dabei werden die Flocken ber einen Schlauch zum Einsatzort transportiert, um dort verschnittfrei in einen Hohlraum zwischen zwei Schalungsflchen durch bis zu 25 mm kleine ffnungen eingeblasen und verdichtet zu werden. Die Einblashçhe sollte eine Geschosshçhe wegen der Gefahr des Zusammensackens der Flocken und der Gefahr der Entstehung von Hohlrumen nicht berschreiten. Wird das Nassverfahren angewendet, werden die Zelluloseflocken durch geringe Wasserzugabe an eine Schalung angeklebt, wodurch das Aufbringen von Dmmschichten mit bis zu 20 cm Dicke ermçglicht wird. Einige Dmmprodukte aus Zellulose sind durch ihren geringen Strçmungswiderstand und die geringe dynamische Steifigkeit fr raumakustische Anwendungen gut geeignet. Andere schalltechnische Bauteileigenschaften werden durch den Einsatz von Zellulosedmmung im Vergleich zu anderen Dmmstoffen kaum verbessert. Zellulosedmmstoffe mssen trocken und luftig lagern und drfen nicht gestapelt werden. Im Einbauzustand ist der Dmmstoff ebenfalls trocken zu halten und vor permanenter Feuchtigkeitseinwirkung zu schtzen. Gemß bauaufsichtlicher Zulassung sind Feuchtegehalte von mehr als 17 Gew.- % fr Zellulose nicht zulssig. Feuchtigkeit wird jedoch schnell aufgenom-

Literatur

men und wieder abgegeben, sodass die hygroskopische Zellulose recht gute Feuchtepuffereigenschaften aufweist. Zellulosematten sind formbestndig und elastisch, aber nicht auf Druck belastbar. Die maximale Einsatztemperatur liegt bei 100 bis 120 C. Darber hinaus verglimmen Zellulosefasern bei Beflammung und bilden Rckstande, wie sie auch bei der Verbrennung von Holz entstehen. 3.33.3 Charakteristische Kenngrçßen Wrmeleitfhigkeit [W/(mK)]: 0,040 bis 0,069 (Pellets) Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl [–]: Flocken 1/2 Matten 2/3 Spezifische Wrmekapazitt [J/(kgK)]: 1600 bis 2100 Rohdichte [kg/m]: Flocken 30 bis 60 Matten 60 bis 90 Pellets 500 Festigkeiten [N/mm±]: Pellets 10%-Druckfestigkeit 0,06 Zugfestigkeit 0,06 (Matten) Baustoffklasse [–]: national B1, B2 europisch B-s2 d0, C-s2 d0 Dynamische Steifigkeit [MN/m]: Matten 3 bis 7 Pellets 50 Strçmungswiderstand [kPa·s/m±]: Flocken 3,6 bis 50,5 Matten 43 bis 76 Materialkosten [T/m]: Flocken 40 bis 70 Matten 150 bis 180 Materialkosten [T/m±] fr einen Wrmedurchlasswiderstand R = 4,0 m±K/W: Flocken 6 bis 12 Matten 25 bis 30 3.33.4 Gesundheitliche und çkologische Aspekte Zellulosedmmung besteht im Wesentlichen aus Rohstoffen, die der Gesundheit nicht schdlich sind. Zellulose besteht fast vollstndig aus rezykliertem Altpapier, sodass auch die natrlichen Ressourcen bei der Herstellung des Dmmstoffs geschont werden. Obwohl auch Papier aus Tageszeitungen rezykliert wird, bestehen aufgrund der dort eingesetzten Druckschwrze ebenfalls keine gesundheitlichen Gefahren durch Schwermetalle oder andere Schadstoffe. Die verwendeten Zusatzstoffe wie Borax, Tallharz oder Jute kommen ebenfalls direkt in der Natur vor oder werden aus natrlichen Stoffen hergestellt. Die beim Einblasen entstehenden und teilweise hohen Faserkonzentrationen konnten in den letzten Jahren durch verbesserte Herstellungs- und Einblastechniken deutlich reduziert werden. Die Energiemenge, die zur Herstellung bençtigt wird, liegt fr Dmmstoffflocken bei 15 bis 45 kWh/m und fr Matten zwischen 40 und 80 kWh/m. Die davon eingesetzte, nicht erneuerbare Energiemenge lsst sich mit etwa 10 kWh/m beziffern. Die Energiemenge, die fr den Transport eingesetzt wird, liegt bei etwa 60 kWh/m und resultiert im Wesentlichen aus der Anlieferung von Bindemitteln und anderen Zusatzstoffen aus dem Ausland.

143

Ein- oder aufgeblasene Zelluloseflocken sind i. d. R. durch Absaugung rckzubauen und kçnnen – wie auch unbeschdigt und unverschmutzt rckgebaute Zellulosematten – wiederverwendet werden. Bei Sortenreinheit und teilweise auch bei leichter Verschmutzung wird der Dmmstoff vom Hersteller zurckgenommen und wiederverwertet. Auf eine Kompostierung des Dmmstoffs sowie dessen unsachgemße Deponierung sollte wegen der mçglichen Gefhrdung des Grundwassers durch Borate verzichtet werden. Aufgrund des relativ gnstigen Heizwertes der Zellulosefasern (210 kWh/m) kçnnen diese auch in Mllverbrennungsanlagen mit gleichzeitiger Energiegewinnung entsorgt werden.

4

Literatur

[1] Achtziger, J., Zehendner, H.: Wrmedmmstoffe. In: Bauphysik-Kalender 2001 (Hrsg.: E. Cziesielski), Ernst & Sohn, Berlin 2001. [2] Albrecht, W.: Anwendungsgebiete, Eigenschaften und Klassifizierung von „alternativen“ Dmmstoffen. Bauphysik, 4/1997, S. 121–125. [3] Anderson, K., Panzhauser, E., Achtziger, J. et al.: Analysis, selection and statistical treatment of thermal properties of building materials for the preparation of harmonised design values. Submitted to Directorate General DG XII of the European Commission, 1999. [4] Arbeitsgemeinschaft Umweltvertrgliches Bauprodukt: Multipor Mineraldmmplatte A, Xella Dmmsysteme GmBH & Co.KG. Zertifikat, Mnchen 2004. [5] Arbeitsgemeinschaft Umweltvertrgliches Bauprodukt: Unkaschierte bzw. unbeschichtete kunstharzgebundene Steinwolle-Dmmstoffe, Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH & Co.OHG. Zertifikat, Kçnigswinter 2005. [6] Arbeitsgemeinschaft Umweltvertrgliches Bauprodukt: Silca-, Silcal-, Microcal-Calciumsilikatplatten; CalsithermKlimaplatte, Calsitherm Silikatbaustoffe GmbH. Zertifikat, Kçnigswinter 2006. [7] Arbeitsgruppe Wrmedmmstoffe (Hrsg.): Wrmedmmstoffe. Fraunhofer-IRB Verlag, Stuttgart 1989. [8] ASTM C 1484-01 2001. Standard Specification for Vacuum Insulation Panels. [9] Baustoffsammlung der Fakultt fr Architektur der TU Mnchen: http://www.ebb.ar.tum.de/. [10] Brandhorst, J.: Chancen und Risiken von Dmmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Seminar Bau- und Dmmstoffe aus Hanf, Rheine 1998. [11] Brandhorst, J.: Dmmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Vortrag LAGA, Gronau-Losser 2003. [12] Brandhorst, J., Spritzendorfer, J., Gildhorn, K.: Dmmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Hrsg. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Glzow 2006.

144

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

[13] Bruckner, H., Schneider, U.: Naturbaustoffe. Werner Verlag, Dsseldorf 1998. [14] Buschmann, R.: Umweltvertrglichkeit von Gebudedmmstoffen. Hrsg. Ministerium fr Umwelt, Natur und Forsten des Landes Schleswig-Holstein, Kiel 2003. [15] Centrale Marketing-Gesellschaft der deutschen Agrarwirtschaft mbH (Hrsg.): Dmmstoffe aus der heimischen Natur. 2. Aufl., Bonn 2002. [16] DIN 4102-1:1998-05: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Baustoffe; Begriffe, Anforderungen und Prfungen

[29] DIN EN 13162:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle (MW) – Spezifikation. [30] DIN EN 13163:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS) – Spezifikation. [31] DIN EN 13164:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS) – Spezifikation. [32] DIN EN 13165:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Polyurethan Hartschaum (PUR) – Spezifikation.

[17] DIN 4108-2:2003-07: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden; Teil 2: Mindestanforderungen an den Wrmeschutz.

[33] DIN EN 13166:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Phenolharzschaum (PF) – Spezifikation.

[18] DIN 4108-3:2001-07: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden; Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz, Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise fr Planung und Ausfhrung.

[34] DIN EN 13167:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Schaumglas (CG) – Spezifikation.

[19] DIN V 4108-10:2002-02 bzw. 2004-06: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden; Teil 10: Anwendungsbezogene Anforderungen an Wrmedmmstoffe.

[35] DIN EN 13168:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Holzwolle (WW) – Spezifikation.

[20] DIN 18530:1987-03: Massive Deckenkonstruktionen fr Dcher – Planung und Ausfhrung.

[36] DIN EN 13169:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Blhperlit (EPB) – Spezifikation.

[21] DIN 51915:1997-10: Prfung von Kohlenstoffmaterialien – Bestimmung des dynamischen Elastizittsmoduls nach dem Resonanzverfahren: Feststoffe.

[37] DIN EN 13170:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Kork (ICB) – Spezifikation.

[22] DIN 51942:2002-03: Prfung von Kohlenstoffmaterialien – Bestimmung des dynamischen Elastizittsmoduls durch Impulsanregung: Feststoffe. [23] DIN EN 1602:1997-01: Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Rohdichte. [24] DIN EN 1779:1999-10: Zerstçrungsfreie Prfung – Dichtheitsprfung. [25] DIN EN 12086:1997-08: Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen – Bestimmung der Wasserdampfdurchlssigkeit. [26] DIN EN 12664:2001-05: Wrmetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung des Wrmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattengert und dem Wrmestrommessplatten-Gert – Trockene und feuchte Proben mit mittlerem und niedrigem Wrmedurchlasswiderstand. [27] DIN EN 12667:2001-05: Wrmetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung des Wrmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattengert und dem Wrmestrommessplatten-Gert – Produkte mit hohem und mittlerem Wrmedurchlasswiderstand. [28] DIN EN 12939:2001-02: Wrmetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung des Wrmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattengert und dem Wrmestrommessplatten-Gert – Dicke Produkte mit hohem und mittlerem Wrmedurchlasswiderstand.

[38] DIN EN 13171:2001-10: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Holzfasern (WF) – Spezifikation. [39] DIN EN 13501-1:2002-06: Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten. [39a] DIN EN 13823:2002-06: Prfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten – Thermische Beanspruchung durch einen einzelnen brennenden Gegenstand fr Bauprodukte mit Ausnahme von Bodenbelgen. [40] DIN EN 29052-1:1992-08: Akustik – Bestimmung der dynamischen Steifigkeit: Materialien, die unter schwimmenden Estrichen in Wohngebuden verwendet werden. [41] DIN EN 29053:1993-05: Akustik – Materialien fr akustische Anwendungen: Bestimmung des Strçmungswiderstandes. [42] DIN EN ISO 6946:1996-11: Bauteile – Wrmedurchlasswiderstand und Wrmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren. [43] DIN EN ISO 8990:1996-09: Wrmeschutz – Bestimmung der Wrmedurchgangseigenschaften im stationren Zustand – Verfahren mit dem kalibrierten und dem geregelten Heizkasten. [44] DIN EN ISO 10456:2000-08: Baustoffe und -produkte – Verfahren zur Bestimmung der wrmeschutztechnischen Nenn- und Bemessungswerte.

Literatur

145

[45] Ehm, C., Elkan, I. et al.: DDH EDITION – Band 5: Dmmstoffe. Hrsg.: DDH – Das Dachdecker-Handwerk, Verlagsgesellschaft Rudolf Mller, Kçln 1999.

[66] Herlyn, J. W., Mehlhorn, L.: Wrmedmmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen: Kennwerte, Anwendungen und Feuchteverhalten. wksb, 41/1998, S. 12–19.

[46] EN ISO 354: Akustik – Messung der Schallabsorption in Hallrumen (ISO 354:2003).

[67] ISO 10534-1:1996: Acoustics – Determination of sound absorption coefficient and impedance or remittance by the impedance tube method – method using standing waves ratio

[47] Eicke-Hennig, W.: Neue Dmmstoffe – (k)eine Alternative. wksb, 39/1997, S. 47–53. [48] Epple, H., Preisig, H.: Zellulosefasern als Wrmedmmstoff in Hohlrumen. Schweizer Ingenieur und Architekt, 32/1993, S. 552–556. [49] Erb, M. 2004. Vakuum-Dmmsysteme im Baubereich – Leitung IEA-ECBCS Annex 39 [50] European Insulation Manufacturers Association (EURIMA): Die maßgebliche Bedeutung der Gebudedmmung fr die Umwelt, Brssel, Erscheinungsdatum unbekannt. [51] Fanger, P. O.: Thermal Comfort: Analysis and applications in environmental engineering. Danish Technical Press, Kopenhagen 1970.

[68] Jacobsen, S.: Hochbarrierefolien fr Vakuum-Isolationspaneele – eine bersicht, 1. Fachtagung VIP-Bau (Evakuierte Dmmungen im Bauwesen), Hotel Neptun, RostockWarnemnde, 10. und 11. Juli 2003, Berichtband Seiten D1 bis D7. [69] Karus, M.: Der Bau- und Dmmstoffmarkt – Aktuelle Entwicklungen und Potenziale fr Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen. 2. Naturfaser-Forum, Wildeshausen 2005. [70] Kçnig, H., Mller, P.: Wrmedmmung, 2. Auflage. Hrsg.: Arbeitsgemeinschaft der Verbraucherverbnde e. V., Bonn 2000.

[52] Fasold, W., Veres, E.: Schallschutz und Raumakustik in der Praxis, 2. Auflage, Verlag Bauwesen, Berlin 2003.

[71] Lnser, H.: Auswahl und Bewertung von Dmmstoffen. Tagungsband Institut fr Werkstoffe im Bauwesen, Stuttgart, 1999, S. 204–222.

[53] Fischer, H.-M., Jenisch, R. et al.: Lehrbuch der Bauphysik, 3. Auflage. B. G. Teubner, Stuttgart 1997.

[72] Lnser, H.: Dmmstoffe im Hochbau. Hrsg. Wirtschaftsministerium Baden-Wrttemberg, Stuttgart 2000.

[54] Fischer Weltalmanach. Fischer Taschenbuch Verlag, Frankfurt 1997.

[73] Mahla, K.: Mollig warm – Dmmstoffe im Produktlinienvergleich. Hrsg.: AG Naturwissenschaften sozial, Marburg 1995.

[55] FIW – Forschungsinstitut fr Wrmeschutz e. V.: Untersuchungsbericht L1-029/2004, Mnchen (nicht verçffentlicht). [56] Fuehres, M., Faul, L.: Bewertung natrlicher, organischer Faserdmmstoffe (Abschlussbericht). Fraunhofer-IRB Verlag, Stuttgart 2000. [57] Gahlmann, H.: Vergleichsbetrachtungen zu Dmmstoffen im Bauwesen. Architektur und Technik, 10/1991, S. 61–66 und 11/1991, S. 33– 40.

[74] Marm , W., Seeberger, J.: Der Primrenergieinhalt von Baustoffen. Bauphysik, 5/1982, S. 155–160 und 6/1982, S. 208–214. [75] Mçtzl, H., Torghele, K.: kologisches Baustofflexikon. Hrsg. Vorarlberger Gemeindehaus, Dornbirn 2000. [76] Morgenweck, G.: Wo bleiben „ausgebrauchte“ Dmmstoffe? Baugewerbe, 1-2/1992, S. 22–28.

[58] Gellert, R.: Was ist von Wrmedmmstoffen der 2. Generation zu fordern und zu erwarten? wksb, 50/2002, S. 3–5.

[77] Materialprfungsamt NRW (2001), Außenstelle Erwitte, Prfbericht Nr. 23002307 von Dezember 2001 (nicht verçffentlicht).

[59] Gesamtverband der Dmmstoff-Industrie e. V. (GDI): Baumarktstatistik, Frankfurt a. M., 2006.

[78] Geklebte Dmmung fr den Trockenbau. TrockenbauAkustik, 9/2005, S. 46–49.

[60] Gçhler, S.: kologische Baustoffe – Produkte, Preise, Bezugsquellen, kobilanzen. S. Gçhler Verlag, Lbeck 1996.

[79] Pçppelmann, C.: Natrliche Dmmstoffe – Am besten dmmen mit Schafwolle? Stuck, Putz, Trockenbau, 5/1994, S. 80–83.

[61] Hussler, K., Schlegel, E.: Calciumsilicat-Wrmedmmstoffe. Akad. Buchh., Freiberg 1995.

[80] Produktinformationen der folgenden Fachverbnde und Firmen: Gesamtverband Dmmstoffindustrie (GDI), Arbeitsgemeinschaft fr Dmmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen (ADNR), Bundesverband der Leichtbauplatten-Industrie (BLP), Fachverband Perlite-Industrie, Fachverband EPSWrmedmmputz-Industrie e. V. (EPS), Fachvereinigung Mineralfaserindustrie (FMI), Fachvereinigung PolystyrolExtruderschaum (FPX), Fachverband Schaumkunststoffe e. V. (FSK), Fachverband Baustoffe und Bauteile fr vorgehngte hinterlftete Fassade e. V. (FVHF), Fachverband Strohballenbau e. V. (Fasba), Fachverband Transparente Wrmedmmung e. V. (FVTWD), Fachverband Wrmedmm-Verbundsysteme e. V. (WDV), Industrieverband

[62] Hegger, M., Auh-Schwelk, V., Fuchs, M., Rosenkranz, T.: Baustoffatlas. Hrsg. Institut fr internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, Mnchen 2005. [63] Heilig, G., Prager, F. H. et al: Pentan-getriebene Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoffe – Bauphysikalische Eigenschaften. Bauphysik, 3/1992, S. 76–81. [64] Hemp, M.: Dmmen mit nachwachsenden Rohstoffen. Vortrag kobau, Gelsenkirchen 2005. [65] Herlyn, J. W.: Dmmstoffe – Feuchteeigenschaften. bauen mit Holz, 1/2000, S. 27–33.

146

B1

Dmmstoffe im Bauwesen

Hartschaum (IVH), Industrieverband Polyurethan-Hartschaum (IVPU), Verband Holzfaser Dmmstoffe e. V. (VHD), Alchimea Naturwaren GmbH, Armacell International GmbH, BASF AG, Calsitherm Silikatbaustoffe, Caruso GmbH, Dennert Poraver GmbH, Deutsche FORMGLAS GmbH, Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH & Co.OHG, Deutsche Vermiculite Dmmstoff GmbH, Epilepsiezentrum Kork, Flachshaus GmbH, Fritz Doppelmayer GmbH, Hock Vertriebs GmbH, Homann Dmmstoffwerk GmbH & Co., Isocotton GmbH, Isofloc kologische Bautechnik GmbH, Kingspan GmbH, lambdasave GmbH, Liapor GmbH & Co. KG, MEHA Dmmstoff GmbH, Porextherm GmbH, Romonta Ceralith GmbH, Saint-Gobain Isover G+H AG, Va-q-tec GmbH, Wacker AG, Xella Dmmsysteme GmbH & Co.KG. [81] Reisacher, D.: VIP – Stand der Technik, 1. Fachtagung VIP-Bau (Evakuierte Dmmungen im Bauwesen), Hotel Neptun, Rostock-Warnemnde, 10. und 11. Juli 2003, Berichtband S. B1 bis B7. [82] Reyer, E., Willems, W.: Außenwnde (aus: Lehrbuch der Hochbaukonstruktionen, 3. Auflage. Hrsg.: E. Cziesielski, B. G. Teubner, Stuttgart 1997). [83] Reyer, E., Schild, K., Vçlkner, S.: Kompendium der Dmmstoffe, 2. Auflage. Fraunhofer-IRB Verlag, Stuttgart 2001. [84] Roesch, C.: Monitoring „Nachwachsende Rohstoffe“ – Einsatz nachwachsender Rohstoffe im Wohnungsbau. Vierter Sachstandsbericht, Bro fr Technikfolgen-Abschtzung beim Deutschen Bundestag (TAB), Berlin 1999. [85] Scholz, W.: Baustoffkenntnis, 14. Auflage. Hrsg.: W. Hiese, Werner Verlag, Dsseldorf 1999. [86] Schulze Darup, B.: Bauçkologie. Bauverlag GmbH, Wiesbaden 1996. [87] Sçrensen, C.: Wrmedmmstoffe im Vergleich, 7. Aufl. Umweltinstitut Mnchen e. V., Mnchen 2000. [88] Steimle P.: Energieeffizientes Bauen – Wrmedmmung ist der erste Schritt/Dmmstoffe im berblick, Gesamtverband der Dmmindustrie (GDI), 1. Aufl., 2004. [89] Vacuum Insulation Association 2002. Guidelines for Procurement of Vacuum Insulation Panels (VIA PN 05/01A rev 10/02) [90] Vogeley, J., Voormann, F., Straub, A.: Dmmstoffe – Produktdatenbltter. Fachgebiet Baustoffe und Produkte, Universitt Karlsruhe (TH) 2003. [91] Wachter, H.: Marktbersicht Dmmstoffe. mikado, 10/1995, S. 62-67und 11/1995, S. 61–65. [92] Weiß, R., Paproth, O.: Leitfaden kologische Dmmstoffe. Hrsg. NABU Bundesverband Naturschutzbund Deutschland e. V., Bonn 2001. [93] Willems, W., Nowara, E.: Neue Wege in der Gebudedmmung, 7. Internationale Passivhaustagung, 21. und 22. Februar 2003 in Hamburg, Berichtband S. 557–564.

[94] Willems, W.: Zur Dauerhaftigkeit ausgewhlter Vakuumdmmsysteme, 1. Fachtagung VIP-Bau (Evakuierte Dmmungen im Bauwesen), Hotel Neptun, Rostock-Warnemnde, 10. und 11. Juli 2003, Berichtband S. P1 bis P14. [95] Willems, W.: Vakuumdmmung. In: Bauphysik-Kalender 2004, Hrsg. E. Cziesielski, S. 83–124, Ernst & Sohn, Verlag fr Architektur und Wissenschaften GmbH, Berlin 2004. [96] Willems, W., Schild, K.: Next Generation of Insulating Materials, proceedings pp. 920– 927, 7th Nordic Symposium on Building Physics, Reykjavik, Iceland June 2005. [97] Willems, W., Schild, K.: Vacuum Insulated Constructions in Detail, proceedings pages 928 to 936, 7th Nordic Symposium on Building Physics, Reykjavik, Iceland June 2005. [98] Willems, W., Hellinger, G., Schild, K.: Numerical Investigation on Thermal Bridge Effects in Vacuum Insulating Elements, 7th Int. Vacuum Insulation Symposium 2005“, Zrich, Schweiz 2005. [99] Willems, W., Schild, K.: To the Performance of Vacuum Insulated Panels and Sandwiches, 3rd International Building Physics Conference, Proceedings pp. 1 – 8, Montreal, Canada August 2006 [100] Willems, W., Schild, K.: Vacuum Insulated Building Envelopes, 3rd International Building Physics Conference, Proceedings pp. 1–8, Montreal, Canada August 2006. [101] Willems, W., Schild, K.: The Use of Vacuum Insulated Sandwiches (VIS) in Building Constructions, EPIC, Proceedings pp. 1–6, Lyon, Frankreich, November 2006. [102] Willems, W., Schild, K., Dinter, S.: Vieweg-Handbuch Bauphysik Teil 1, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, August 2006. [103] Willems, W., Schild, K., Dinter, S.: Vieweg-Handbuch Bauphysik Teil 2, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, August 2006. [104] Willems, W.: Zum zeitabhngigen Diffusionsverhalten gewebearmierter Putzsysteme, Habilitationsschrift, Schriftenreihe des Lehrstuhls fr Baukonstruktionen, Ingenieurholzbau und Bauphysik, Heft 20, Bochum, Mai 2000. [105] Wimmer, R. et al: Grundlagenstudie – Fçrdernde und hemmende Faktoren fr den Einsatz nachwachsender Rohstoffe im Bauwesen, Endbericht. Studie im Auftrag des çsterreichischen Bundesministeriums fr Verkehr, Innovation und Technologie, Wien 2001. [106] Wutz, M., Adam, H., Walcher, W.: Handbuch Vakuumtechnik, Vieweg Verlag, 7. erweiterte Auflage, 2000. [107] Zehendner, H.; Geschlossenzellige PUR- und XPSSchaumkunststoffe. Isoliertechnik, 5/2000.

147

B 2 Innendmmung von Außenbauteilen Peter Hupl

Prof. Dr. -Ing. habil. Peter Hupl Technische Universitt Dresden Fakultt Architektur Helmholtzstraße 10, 01069 Dresden Jahrgang 1942, 1960–1965 Physikstudium TU Dresden, 1965 Diplom, 1965–1969 Ingenieurschule fr Bau- und Straßenwesen Cottbus, 1969–1992 wiss. Mitarbeiter und Dozent an der Hochschule fr Bauwesen Cottbus, 1976 Dissertation und 1986 Habilitation an der Fakultt Bau-, Wasser- und Forstwesen der TU Dresden, 1992 Berufung auf die Professur fr Bauphysik an der TU Dresden, 1994–2007 Geschftsfhrender Direktor des Instituts fr Bauklimatik an der Fakultt Archistektur der TU Dresden, seit 2007 emeritiert, 2008 Buchverçffentlichung: Bauphysik – Klima – Wrme – Feuchte – Schall, aktiv in Mathcad.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

148

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Inhaltsverzeichnis 1

Einfhrung

2 2.1 2.2 2.3

Sanierungsbeispiele 149 Grnderzeithaus in Dresden 149 Fachwerkhaus in Niedersachsen 154 Innendmmung bei regenbelastetem Sichtmauerwerk 157

3

149

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports 159

4

Programm COND 169

5

Balkenkçpfe

6

Begrnte Holzflachdachkonstruktionen

7

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 186

8

Literatur

186

175 181

Sanierungsbeispiele

1

Einfhrung

Gebude im Bestand erfllen in der Regel nicht die wrmetechnischen Standards und bedrfen einer energetischen Aufbesserung. Normalerweise reicht eine Halbierung des vorhandenen Wrmedurchgangswertes der Umfassungskonstruktion aus, um Tauwasser oder Schimmelbildung an der inneren Oberflche zu vermeiden. Zustzliche Wrmedmmungen an der Außenseite des Bauteils sind Stand der Technik und bauphysikalisch erprobt. Eine solche Lçsung verbietet sich jedoch bei historischen Gebuden mit erhaltenswerter bzw. denkmalgeschtzter Fassade. Als Alternative bleibt nur die Applikation einer raumseitigen Dmmschicht. Diese Sanierungsvariante prjudiziert jedoch eine Reihe von Nachteilen: Die Temperatur fllt whrend der kalten Jahreszeit ber der inneren Dmmschicht stark ab, die Taupunkttemperatur wird in der Konstruktion unterschritten und es bildet sich an der kalten Seite der Dmmschicht Kondensat. Abhilfe kann in erster Nherung durch Dampfbremsen erzielt werden, zumal sich nach den deutschen und europischen Normen, die auf dem sogenannten Glaserschema beruhen, leicht Tauwasserfreiheit oder wenigstens eine ausgeglichene jhrliche Feuchtebilanz „hinrechnen“ lsst. Dampfbremsen reduzieren jedoch sehr stark die gerade fr empfindliche Konstruktionen (z. B. Fachwerk, Holzwarmdachkonstruktionen mit Begrnungen etc.) wichtigen Trocknungspotenziale. Feuchte wird durch sehr unterschiedliche Prozesse (Schlagregen, Einbaufeuchte, Kondensation, Strçmungsfeuchte ber Fugen, Havarien, Grund- und Sickerwasser) in die Baukonstruktion eingetragen und muss austrocknen kçnnen. Diesem Sachverhalt wird die in diesem Beitrag favorisierte, kapillar aktive, diffusionsoffene sanfte Innendmmung gerecht. Zuvor sollen jedoch weitere Nachteile der Innendmmung genannt werden. Die Altkonstruktion khlt sich ab und besitzt dadurch ebenfalls ein hçheres Feuchtelevel. Mechanische Schden und Frostschden sowie Algenbildung an der Außenseite kçnnen die Folge sein. Und schließlich lassen sich konstruktive Anschlsse und Wrmebrcken nur mit erheblichem Aufwand nachtrglich dmmen.

2

Sanierungsbeispiele

Fr eine Reihe von Gebuden mit einer denkmalgeschtzten Fassade – Grnderzeithaus in Dresden (Bild 1) 110 Jahre alt, Fachwerkhaus in Niedersachsen (Bild 12) 100 Jahre alt, Herrenschießhaus in Nrnberg (Bild 19) 500 Jahre alt, Bahnmeisterei in Senftenberg (Bild 40) 100 Jahre alt, Umgebindehaus in Ostsachsen 200 Jahre alt, Haus des Handwerks in Gçrlitz (Bild 20) 300 Jahre alt – ist in den letzten 15 Jahren im Rahmen von bauklimatischen Projekten gesponsert durch das BMWT, die EU, die DBU und die Industrie eine Verbesserung des Wrmeschutzes durch Applikation einer Innendmmung erreicht worden.

149

Bewhrt hat sich fr die energetische Sanierung eine kapillar aktive Calciumsilikatplatte, die ber einen Klebemçrtel bzw. bei Fachwerk ber einen mageren Lehmputz oder ein Lehm-Kork-Gemisch vollflchig an der Innenseite angekoppelt wird. Die raumseitige Oberflchentemperatur liegt dann immer ber dem Taupunkt und das innere Kondensat wird durch die Kapillarkrfte entspannt. Eine Dampfbremse, die die erforderlichen Trocknungspotenziale einschrnkt, ist nicht mehr erforderlich. Fr alle Gebude werden die Stundenwerte fr die Außenklimakomponenten Lufttemperatur, Luftfeuchte, kurzwellige direkte und diffuse Strahlung, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Niederschlag (Bilder 3 bis 6) sowie fr die Raumlufttemperatur und Raumluftfeuchte gemessen. Sie dienen als Randbedingungen fr die Berechnung der Temperatur- und Feuchteverteilungen in der Hllkonstruktion und der Transmissionswrmeverluste mittels der am Institut fr Bauklimatik entwickelten Simulationssoftware DELPHIN [1, 2]. Außerdem werden bei allen Objekten an ausgewhlten Punkten Temperaturen, Luftfeuchten, Stofffeuchten und Wrmestrçme mit Sensoren kontinuierlich erfasst (Bilder 2 und 41) und mit den berechneten Werten verglichen. Auf diese Weise lassen sich zum einen die Simulations- und Nachweisverfahren validieren und zum anderen die Dauerhaftigkeit und hygrothermische Gte der sanierten Wand oder Dachkonstruktion berprfen. 2.1

Grnderzeithaus in Dresden

In den Jahren 1995 bis 1996 ist das Grnderzeithaus in Dresden (Bild 1) aus dem Jahre 1895 saniert worden. Die Wand zur Hofseite erhielt ein hinterlftetes Außendmmsystem. Der Wrmeverlust des Daches ist durch eine klassische Zwischensparrendmmung auf U = 0,25 W/m±K reduziert worden. Der Wrmedurchgangswert der wrmeschutzverglasten bzw. aufgebesserten Kastenfenster liegt bei 1,7 W/m±K. Die erhaltenswerte Fassade zur Straßenseite lsst sich thermisch nur durch eine Innendmmung aufwerten. Dabei soll der Wrmewiderstand der Außenwand verdoppelt werden, ohne dass Probleme durch Oberflchenkondensat, Tauwasser innerhalb der Konstruktion, Schlagregen oder durch eine zu starke Abkhlung der Altkonstruktion im Winter auftreten und zu einer Schdigung fhren. Die kapillar aktive Calciumsilikatdmmplatte wird ber einen Klebemçrtel vollflchig an der Innenseite angebracht. An und in der Wand sind Messfhler fr die Temperaturen, Luftfeuchten, Stofffeuchten sowie die Wrmestromdichte durch die Konstruktion appliziert worden. Die Lage der Messstellen fr die Erdgeschosswohnung (in Bild 1 markiert) ist im Bild 2 dargestellt. Außerdem sind alle Außen- und Innenklimawerte im Stundentakt aufgezeichnet worden. Tafel 1 und die Bilder 3 bis 6 enthalten partiell die Messergebnisse fr das Außenklima am Testhaus fr das Jahr 1997. Die Messergebnisse fr das Raumklima sind aus Platzgrnden nicht dargestellt.

150

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 1. Grnderzeithaus in Dresden, Talstraße, Totalsanierung 1995, Transmissionswrmeverlust der Außenwand durch eine Innendmmung halbiert

In den Bildern 7 und 8 werden die gemessenen mit den berechneten Temperaturen an der kalten Seite der Innendmmplatte und die entsprechenden Werte fr die Wrmestromdichten durch die Außenwand miteinander verglichen. Die numerischen Simulationen mit dem

Computercode DELPHIN stimmen gut mit den Messungen berein. Die Temperaturen sinken im Winter nicht unter +5 C, die Wrmestromdichten schwanken zwischen +18 W/m± im Winter und –3 W/m± im Sommer. Aus den Temperaturen und Wrmestromdichten folgt nach Mittelung ber die Heizperioden von Oktober bis April ein Wrmedurchgangswert von 0,65 W/m±K. Vor der Sanierung lag der U-Wert bei 1,2 W/m±K. In Bild 9 werden die gemessenen mit den berechneten relativen Luftfeuchten zwischen der Innendmmung und dem Innenputz im Zeitraum von Dezember 1996 bis April 2004 verglichen. Die am Anfang vorliegende Einbaufeuchte trocknet in den Folgejahren zunchst relativ gut ab. Nach dem Mieterwechsel Ende 1999 steigt der Feuchtegehalt in der Wand, verursacht durch schlechtes Lften, wieder an. Die Ergebnisse der numerischen Simulation stimmen auch fr die Feuchtewerte sehr gut mit den Messergebnissen berein. Die Bilder 10 und 11 zeigen die Feuchtefelder fr den Zeitraum von 1999 bis 2004 in der Außenwand im Erdgeschoss zur Straßenseite. Auf der linken Seite markieren Feuchtepeaks die innere Kondensatbildung. Auf der rechten Seite ist die eindringende Schlagregenwelle zu erkennen. Der hohe Feuchtewert am 13. August 2002 ist durch die enorme Niederschlagsmenge, die seinerzeit fr das Elbehochwasser verantwortlich war, verursacht worden. Als wichtigstes Ergebnis ist festzuhalten: Durch eine kapillar aktive Innendmmung lsst sich die innere Kondensatmenge im Beispiel (Bild 10) auf ein Viertel der Menge ohne Kapillarkrfte (Bild 11) des Dmmstoffes reduzieren, und eine die Trocknung hemmende Dampfbremse kann hier entfallen.

Bild 2. Anordnung der Messfhler in der Außenwand (Sandsteinverblendung, Ziegelmauerwerk, Innenputz-Kleber, Calciumsilikat) Straßenseite, Erdgeschoss

151

Sanierungsbeispiele Tafel 1. Gemessenes Außenklima Dresden 1997, Tag 101 Temperatur

KU 2 =

Relative Luftfeuchtigkeit

Direkte Strahlung

Diffuse Strahlung

Niederschlag

Windgeschwindigkeit

Windrichtung

1

2

3

4

5

6

7

2424

5,31

55,33

0,00

0,00

0,00

8,20

274,10

2425

4,51

64,30

0,00

0,00

0,00

7,90

276,80

2426

3,35

75,61

0,00

0,00

0,00

8,30

262,60

2427

3,16

79,75

0,00

0,00

0,00

7,10

274,40

2428

3,53

76,32

0,00

0,00

0,00

8,00

276,90

2429

2,94

76,48

0,00

0,00

0,00

7,20

269,50

2430

2,60

79,54

0,00

0,00

0,00

7,90

281,70

2431

2,53

83,45

0,00

0,00

0,00

6,70

267,10

2432

2,80

83,58

0,00

0,00

0,00

6,20

271,60

2433

3,05

82,59

4,53

45,78

0,00

5,80

270,10

2434

3,32

80,98

10,27

101,00

0,10

8,30

271,30

2435

3,72

78,99

16,29

141,10

0,20

8,80

276,60

2436

3,94

78,47

10,60

113,10

0,70

11,10

284,20

2437

4,78

75,55

324,10

183,40

0,10

10,40

277,70

2438

5,88

61,30

171,10

201,40

0,00

9,00

292,90

2439

5,62

69,64

132,50

221,40

0,00

7,60

278,70

2440

6,92

62,38

284,90

260,10

0,00

8,40

278,80

2441

6,71

61,66

9,03

96,59

0,00

8,60

300,00

2442

5,30

74,03

36,23

105,40

0,00

7,30

302,30

2443

5,35

76,41

9,83

73,28

0,00

6,00

296,20

2444

5,34

75,40

18,82

44,34

0,00

5,30

12,00

2445

3,21

82,71

0,31

8,36

0,00

1,90

7,70

2446

2,64

83,48

0,42

0,08

0,00

0,30

312,10

2447

2,06

87,19

0,00

0,00

0,00

0,00

299,70

2448

1,74

91,06

0,00

0,00

0,00

0,50

320,80

Bild 3. Außenlufttemperatur, in C

Bild 4. Gesamtstrahlung, in W/m±

152

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 5. Relative Luftfeuchtigkeit, in %

Bild 6. Niederschlag, in kg/m±h

Bild 7. Gemessener und berechneter Temperaturverlauf hinter der Innendmmung, 30 mm Calciumsilkat – 10 mm Kleber – 15 mm Innenputz – 435 mm Ziegelmauerwerk – 150 mm Sandstein

Bild 8. Gemessene und berechnete Wrmestromdichte von der Raumluft in die Konstruktion, 30 mm Calciumsilkat – 10 mm Kleber – 15 mm Innenputz – 435 mm Ziegelmauerwerk – 150 mm Sandstein

Bild 9. Gemessener und berechneter Feuchteverlauf hinter der Innendmmung, 30 mm Calciumsilkat – 10 mm Kleber – 15 mm Innenputz – 435 mm Ziegelmauerwerk – 150 mm Sandstein

Sanierungsbeispiele

Bild 10. Feuchtefeld fr den Zeitraum 03. 07. 1999 bis 15. 04. 2004

Bild 11. Feuchtefeld fr den Zeitraum 03. 07. 1999 bis 15. 04. 2004, kapillare Saugfhigkeit der Innendmmung abgeschaltet

153

154

B2

2.2

Fachwerkhaus in Niedersachsen

Innendmmung von Außenbauteilen

Das in diesem Abschnitt vorgestellte Fachwerkhaus in Edemissen-Eickenrode ist reprsentativ fr Fachwerkbauten mit Ziegelausfachung (Bild 12, [3]). Der Wrmedurchgangswert der ungedmmten Ausfachung liegt etwa bei 2,2 W/m±K und erfllt damit nicht einmal die Anforderungen an den Mindestwrmeschutz. Eine nachtrgliche Dmmung ist deshalb nicht nur aus energetischer Sicht erforderlich, sondern dient in erster Linie der Vermeidung von Oberflchenkondensat und Schimmel an der raumseitigen Oberflche. Das Erdgeschoss besteht aus Mauerwerk, Obergeschoss und Giebelwnde des Dachgeschosses sind in Fachwerkbauweise (Eichenholzfachwerk mit Ausmauerung) errichtet worden, wobei die Westfassade (Wetterseite) mit einer Brettschalung verkleidet ist. Das Dachgeschoss ist als Kaltdach ausgebildet. Im Erdgeschoss befinden sich Kche, Wohnrume und ein kleineres Bad sowie Brorume. Im ersten Obergeschoss sind Schlaf- und Wohnzimmer sowie auf der Ostseite ein grçßeres Bad mit Sauna eingerichtet worden. Letzteres wird als hygrothermisch kritischer Raum angesehen, sodass hier der Hauptteil an bauphysikalischer Messtechnik installiert worden ist. Um die zweidimensionale Situation der Fachwerkwand nachvollziehen zu kçnnen, wird im Bereich der Ausfachung (Mauerwerk) und im Bereich eines Fachwerkbalkens separat gemessen. Einige Resultate der Messungen und die zugehçrigen Simulationsergebnisse werden im Folgenden vorgestellt, diskutiert und als Regeln fr den mit der Sanierung befassten Architekten ausgewiesen. Der Verlauf der Wrmestromdichten und der gemessenen Temperaturen in der Konstruktion kann durch die ein- und zweidimensionalen Berechnungen bei allen genannten Testhusern sehr gut nachvollzogen werden. Die maximale Wrmestromdichte betrgt im Winter durch die Wand nach der Sanierung immer noch ca. 30 W/m±K. Die Temperatur hinter der Dmmung bleibt in der kalten Jahreszeit ber der Frostgrenze.

Bild 12. Fachwerkhaus in Niedersachsen

Wird aus den zeitlichen Mittelwerten von Temperaturdifferenz und Wrmestrom in der Heizperiode der U-Wert der gedmmten Konstruktion ermittelt, so ergibt sich ein Wert von 1,15 W/m±K. Das entspricht aber immerhin wieder einer Halbierung des ursprnglichen Wrmeverlustes. Der eigentliche wissenschaftliche Durchbruch fr den Planer besteht in der bisher nicht mçglichen Quantifizierung und Prognose des feuchtetechnischen Verhaltens von Umfassungskonstruktionen. Im Bild 13 ist der Feuchteverlauf an der kalten Seite der applizierten Innendmmung aus Calciumsilikat dargestellt. Die bereinstimmung zwischen den Messwerten und den DELPHIN-Rechenwerten befriedigt ebenso wie in Bild 9. bersteigt die relative Luftfeuchte in den Poren der beteiligten Baustoffe 90 %, beginnt die Kondensatbildung. Dieser Wert ist jedoch in den Jahren 1997 bis 1999 im Grnderzeithaus und von 2000 bis 2002 im Fachwerkhaus nicht erreicht worden, weil der seinerzeitige Mieter bzw. der Bauherr sachgerecht gelftet haben. Kommt es durch ein feuchteres Raumklima aber schließlich doch zu einer Kondensation im Inneren der Konstruktion, fhrt das nicht automatisch zu einem bauteilschdigenden Crash, weil jetzt die Lçschblattwirkung der kapillaraktiven Innendmmung einsetzt und die Konstruktion hygrisch entspannt wird. Die Computersimulation (Bild 16) fr den Messzeitraum Mai 2000 bis August 2002 im Bereich der Ausfachung im Gebude Edemissen verdeutlicht diesen Sachverhalt. Die Raumluftfeuchte ist jetzt durchweg auf 60 % erhçht worden, um eine Art worst case zu provozieren. Die Abbildung zeigt die Entwicklung des Feuchtefeldes innerhalb der sanierten Konstruktion im genannten Zeitraum. Die Hçhe der Durchfeuchtung an der kalten Seite der Dmmschicht bleibt unter 4 Vol.-% oder die Kondensatmenge unter 0,15 kg/m±. Dieser Wert liegt deutlich unter dem strengen Limit von 0,5 kg/m±. Whrend des Sommerhalbjahres trocknet das Kondensat aufgrund der diffusionsoffenen Konstruktion wieder aus. Der erhçhte Feuchtegehalt am rechten Bildrand wird durch den in den Außenputz eindringenden Schlagregen verursacht. In Bild 17 ist fr den hygrisch kritischen Tag, den 6. Februar 2001, die Feuchteverteilung in einem Segment Ausfachung/Holzbalken dargestellt. Die Feuchte steigt jetzt im Fachwerkbalken an der Grenze zur Innendmmung auf 9,6 Vol.-%, erreicht also kurzzeitig beinahe den Fasersttigungswert von 10 Vol.-%. Hinter der Dmmung im Ausfachungsbereich liegt sie, wie oben diskutiert bei harmlosen 3,4 Vol.-%. Wrde die Konstruktion mit einem Dmmmaterial ohne Kapillarkrfte, aber sonst gleichen Eigenschaften (Wrmeleitfhigkeit, Wasserdampfdurchlssigkeit, z. B. Mineralwolle) ausgefhrt, ergben sich wie im Falle des Grnderzeithauses (vgl. Bild 11) unerlaubte, Kondensatmengen ber 2 kg/m±! Darauf beruht der gefhrliche Ruf des Planers nach mçglichst dichten Dampfbremsen. Das gleiche Problem stellt sich auch ein, wenn die kapillar aktive Dmmplatte nicht vollflchig angekoppelt

Sanierungsbeispiele

Bild 13. Gemessener und berechneter Feuchteverlauf hinter der Innendmmung

155

Bild 14. Feuchteverlauf (Innenluftfeuchte 60 % bzw. 70 %) hinter der Innendmmung

Bild 15. Kondensatmenge (Innenluftfeuchte 60 % bzw. 70 %) hinter der Innendmmung

Bild 16. Feuchtefeld im Inneren der sanierten Fachwerkwand, berechnet mit gemessenem Außenklima vom 12. Mai 2000 bis 10. August 2002, Raumluftfeuchte auf 60 % gesetzt, innere Kondensatbildung links, Außenseite mit eindringendem Schlagregen rechts

156

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 17. Feuchtefeld in der Fachwerkwand (Fachwerkbalken und Gefachbereich) am 6. Februar 2001 (kritischer Tag), kritischer Feuchtegehalt an der Innenseite des Balkens 9,6 Vol.-%

Bild 18. Calciumsilikatplatte mit Lehmputz

Bild 19. Applikation der Calciumsilikatinnendmmung im Herrenschießhaus in Nrnberg

Bild 20. Testhaus in Gçrlitz

Sanierungsbeispiele

wird. Wasserdampf diffundiert durch die Dmmschicht und kondensiert an der kalten Seite des Luftspaltes. Das Kondensat kann jetzt nicht kapillar zur warmen Raumseite zurckgefhrt und entspannt werden. Es rinnt an der Altkonstruktion nach unten oder wird bestenfalls von ihr aufgenommen und weiter nach außen transportiert. Darauf wird im Abschnitt 4 noch einmal eingegangen. Besondere Sorgfalt ist deshalb bei der Sanierung gekrmmter Oberflchen erforderlich (Bild 19). Auch fr das Fachwerk eignet eine kapillar aktive Calciumsilikatplatte, die ber einen Lehmputz raumseitig als Innendmmung vollflchig angekoppelt wird (Bild 18). Bild 20 zeigt das aktuelle Testhaus in Gçrlitz, in dem durch bauphysikalische und haustechnische Maßnahmen in einem innerstdtischen, „schweren“, denkmalgeschtzten Gebude ein Passivenergiestatus erreicht wird [4].

157

Im Rahmen der Gesamtrekonstruktion des Rijksmuseums Amsterdam und der Realisierung der Philharmonie in Hamburg sind umfangreiche Computersimulationen zur wrme- und feuchtetechnischen Sanierung der

hauptschlich durch Niederschlag nssegeschdigten denkmalgeschtzten Außenwnde (Bild 21) mit einer nachtrglichen Innendmmung durchgefhrt worden. Die eindringende Regenwelle und der niedrige Wrmewiderstand fhren zu einem erhçhten Feuchtegehalt, zu Schimmelbildung und Putzabplatzungen an der Innenseite der Außenwand (Bilder 21 und 22). Die zunchst von den Planern vorgesehene dampfdichte Schaumglasinnendmmung wrde zu einer unverhltnismßig hohen Durchfeuchtung des Mauerwerkes durch Schlagregen und damit zu einer weiteren Schdigung der Altkonstruktion fhren (Kurve 1 in Bild 23). Die Innenoberflche ist jetzt zwar trocken, die Regenwelle staut sich aber hinter dem Schaumglas und das gesamte Mauerwerk ist berhygroskopisch durchfeuchtet (Bild 24). Eine kapillar aktive Innendmmung entspannt bei etwa gleicher Verbesserung der Wrmedmmung einen Teil des Niederschlages. Der integrale Feuchtegehalt liegt deutlich tiefer (Kurve 2 in Bild 23). Der innere Teil des Mauerwerks ist nur noch hygroskopisch durchfeuchtet (Bild 25), und die Dauerhaftigkeit der sanierten Konstruktion ist gewhrleistet. Außerdem liegt die raumseitige Oberflchentemperatur auch bei dieser Variante ber der „Schimmeltemperatur“. Natrlich ist die Gesamtfeuchte ohne

Bild 21. Rijksmuseum in Amsterdam, Innenansicht der feuchtegeschdigten Außenwnde

Bild 22. Eindringende Feuchtewelle im Bereich des Gebudewinkels

2.3

Innendmmung bei regenbelastetem Sichtmauerwerk

1 Schaumglasinnendmmung 2 Calciumsilikatinnendmmung 3 ohne Innendmmung Bild 23. Verlauf des integralen Feuchtegehaltes in einem Ziegelmauerwerk bei starker Regenbelastung (Klima Amsterdam)

158

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 24. Jahresgang des Feuchtefeldes eines stark mit Regen belasteten und mit einer Schaumglasinnendmmung energetisch aufgebesserten Sichtmauerwerks

Bild 25. Jahresgang des Feuchtefeldes eines stark mit Regen belasteten und mit einer Calciumsilikatinnendmmung energetisch aufgebesserten Sichtmauerwerks

Innendmmung am niedrigsten (Kurve 3 in Bild 23), aber jetzt ist, wie bereits erwhnt, der Wrmewiderstand zu gering und die Feuchte an der raumseitigen Oberflche durch den Schlagregen von außen und wiederholte Kondensatbildung innen viel zu hoch. Sollen Keller- oder Souterrainrume saniert werden,

macht sich eine Feuchtigkeitsanalyse des Istzustandes erforderlich, weil sich unter Umstnden durch einen stndigen Feuchtenachschub aus dem Erdreich die Calciumsilikatplatte vollsaugt und damit das Anliegen konterkariert.

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports

3

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports

In den europischen Normen und in der Bemessungspraxis [5, 6] ist es blich, die Tauwassermenge innerhalb von Bauteilen bei winterlichen Klimarandbedingungen mittels des einfachen Wasserdampfdruckschemas (Glaser-Schemas) zu berechnen. ber die Ausbreitung des inneren Kondensats infolge der kapillaren Saugkrfte werden keine Aussagen gemacht. Diese fhren jedoch, wie im Abschnitt 2 durch Messung und numerische Simulation belegt, hufig zu einer deutlichen hygrischen Eigenentspannung der Konstruktion. Anhand der Bilanzierung der Dampf- und Flssigwasserstrçme wird bei Vorhandensein eines natrlichen Temperaturgeflles ein einfaches Verfahren zur Berechnung der Feuchteverteilung, der Hçhen und Breiten der berhygroskopischen Durchfeuchtung sowie der wirklichen Kondensatmenge im Inneren eines Bauteils vorgestellt, der Algorithmus in MATHCAD programmiert aufgeschrieben [7] und fr ein Beispiel erlutert. Fr die Bemessungspraxis ist daraus das einfache Programm COND [8, 9, 10] entwickelt worden. Die Situation ist im Bild 26 schematisch dargestellt. Die Schicht k der mehrschichtigen Konstruktion ist durch die Kondensatbildung und die Verteilung des Kondensats durch die Kapillarkrfte im Bereich sK,k berhygroskopisch durchfeuchtet. In diesem Teil der k-ten Schicht setzt sich die Gesamtfeuchtestromdichte g aus der Dampfstromdichte gd und der entgegengesetzt nach innen flie-

159

ßenden Kapillarwasserstromdichte gw zusammen. Fr Letztere wird hier der Feuchtegradient und nicht der thermodynamisch exakte Kapillardruckgradient als Ursache verwendet. Das Produkt aus Kapillar- oder Porenwasserleitfhigkeit auch Diffusivitt genannt (Bild 27) und Feuchtegradient ergibt die Flssigwasserstromdichte gw. Der Anstieg K der linearisierten Diffusivitt lsst sich aus dem Wasseraufnahmekoeffizienten Aw in kg/m±s1/2 (bei direktem Wasserkontakt saugt sich der porçse Baustoff nach einem Wurzel-Zeit-Gesetz voll), der freien Sttigungsfeuchte ws in m/m und der maximalen hygroskopischen Feuchte wh in m/m bestimmen. Die Schicht k+1 ist aufgrund der Kondensatbildung und der Verteilung des Kondensats durch die Kapillarkrfte im Bereich sK,k+1 berhygroskopisch durchfeuchtet. In diesem Teil der Schicht k+1 sind Wasserdampfstromdichte und Kapillarwasserstromdichte gleichgerichtet. Im folgenden Beispiel eines innen gedmmten Ziegelmauerwerks wird die Prozedur vorgestellt. Durch die Variation des Wasseraufnahmekoeffizienten Aw der Dmmschicht wird dessen Einfluss auf die innere Kondensatbildung in der Konstruktion quantifiziert. Die grafische Darstellung der Ergebnisse in Bild 28 bildet das Hauptanliegen dieses Beitrags. Tafel 2 zeigt den Aufbau der Konstruktion, Tafel 3 beinhaltet die Klimarandbedingungen und die hygrische Ausgangssituation in der potenziellen Kondensationsebene und in Tafel 4 sind die Eingabewerte der Stoffkennwerte dargestellt. Neben der Wrmeleitfhigkeit l und dem Dampfdiffusionskennwert sind fr

Bild 26. Schematische Darstellung des Feuchtetransports und der Feuchteverteilung in einer mehrschichtigen Konstruktion

160

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 27. Porenwasserleitfhigkeit (Diffusivitt) von Caciumsilikat

eine realistische bauphysikalische Bemessung der Wasseraufnahmekoeffizient Aw (hier 0,08 kg/m±s1/2 < Aw < 0,88 kg/m±s1/2) und zwei Kennwerte fr die Feuchtespeicherung, die maximale hygroskopische Feuchte wh und die Porensttigung ws erforderlich. In Tafel 5 werden die hygrothermischen Transportwiderstnde berechnet. Neben den bekannten Wrmeund Dampfdiffusionswiderstnden (bzw. sd-Werten, sd = · s) tauchen jetzt der vom Wasseraufnahmewert Aw abhngige Kapillarwasserwiderstand und ein aus Dampf und Flssigwasser kombinierter Feuchtewider-

Tafel 2. Aufbau der innengedmmten Außenwand

Tafel 3. Eingabe der bauklimatischen Randbedingungen im Winter

stand auf. Letzterer wird fr die inneren (bis zur K-Ebene) und fr die ußeren (von der K-Ebene nach außen) Schichten gebildet. Im Gegensatz zu Temperatur und Dampfdruck springen die Feuchtewerte an den Schichtgrenzen. Gleichgewicht stellt sich durch Gleichheit der Saugspannungen in den Poren und nicht durch Gleichheit der Feuchtewerte ein. In Tafel 6 werden die Sprungbedingungen nherungsweise berechnet. Tafel 7 enthlt in klassischer Weise die Berechnung des Temperaturprofils und der Sttigungsdruckwerte an den Schichtgrenzen. In Tafel 8 werden die Feuchtestromdichten durch die Konstruktion ermittelt. Die Dampfstromdichte von der raumseitigen Oberflche bis zur Kondensationsebene und die Dampfstromdichte von der K-Ebene zur Außenoberflche ergeben sich in bekannter Weise. Die Gesamtfeuchtestromdichte g bercksichtigt den kapillaren Rcktransport in der Schicht k auf der warmen Seite und den kapillaren Untersttzungsstrom in der Schicht k+1 auf der kalten Seite der K-Ebene. Die Gesamtstromdichte ist natrlich von der kapillaren Saugfhigkeit der Schichten abhngig. Da der Aw-Wert der Dmmschicht variiert worden ist, ergeben sich unterschiedliche g-Werte. Daraus lassen sich nun die wirklichen Partialdrcke des Wasserdampfes an den Schichtgrenzen (Tafel 9). und als erstes Hauptergebnis die Hçhen und Breiten der berhygroskopischen Durchfeuchtung berechnen (Tafel 10). Da die Porenwasserleitfhigkeit linearisiert worden ist, ergeben sich fr die Verteilung Wurzelfunktionen (Bild 20, [7]). Die Werte gelten zunchst fr den Gleichgewichtszustand, d. h. das winterliche Außenklima liegt unendlich lange an. In vorliegendem Fall breitet sich das Kondensat nur in die Schichten 2 (Dmmschicht) und 3 (Kleber, alter Innen-

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports Tafel 4. Eingabe der Schichtdicken und Materialkennwerte, Variation des Wasseraufnahmekoeffizienten Aw2 der Dmmschicht

Tafel 5. Berechnung der thermischen und hygrischen Transportwiderstnde

Tafel 6. Berechnung der Feuchtesprungbedingung an den Schichtgrenzen

161

162

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Tafel 7. Berechnung der Temperaturverteilung und des Sttigungsdruckfeldes

Tafel 8. Berechnung der inneren und ußeren Dampfstromdichte sowie der Gesamtfeuchtestromdichte aus Dampf und Porenwasser im stationren Zustand

Tafel 9. Berechnung des Partialdruckfeldes und der relativen Luftfeuchteverteilung

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports Tafel 10. Berechnung der hygroskopischen und berhygroskopischen Feuchtewerte sowie der Breiten der Durchfeuchtungszonen im stationren Zustand

163

164

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Tafel 11. Berechnung der Kondensatmenge in kg/m± im stationren Zustand

Tafel 12. Berechnung de hygroskopischen und berhygroskopischen Aufladungszeit

putz) aus. Aus Breite und Hçhe der Durchfeuchtung folgt die Kondensatmenge in kg/m± (Tafel 11). Wird der dreimonatige Winter (vgl. Tafel 3) am 1. Dezember angelegt, ldt sich das Bauteil zunchst noch etwas hygroskopisch auf, bis in der potenziellen Kondensationsebene eine Luftfeuchtigkeit von 100 % erreicht wird (Teil 1 in Tafel 12). Anschließend beginnt die Kondensation und das Feuchtefeld baut sich nherungsweise mit einer (1-exp)-Funktion auf. Die Beladungszeit (95 % des Endwertes nach Tafel 11 sind erreicht) wird im zweiten Teil von Tafel 12 ermittelt. Tafel 13 enthlt die Feuchtewerte an den Schichtgrenzen, die Breiten der Durchfeuchtung in den Schichten 2 und 3 und die Kondensatmengen nach 90 Tagen Winterbelastung. Die zeitliche Zunahme ist in Bild 28 dargestellt Fr gute Kapillaritten wird der 95%-Wert noch vor Ende der winterlichen Kondensationsperiode erreicht. Die Kondensatmengen liegen z. T. erheblich

unter den Glaser-Werten (im Beispiel 1/8) bei Vernachlssigung der kapillaren Entspannung (helle Gerade in Bild 28). Bild 29 zeigt die winterliche Kondensatmenge in Abhngigkeit vom Aw-Wert der Dmmschicht. Ein innen gedmmtes Bauteil lsst sich durch eine kapillar aktive Dmmschicht hygrisch entspannen. Fr weniger empfindliche Konstruktionen gengen auch Dmmstoffe mit mittlerer kapillarer Leitfhigkeit (z. B. hydrophil eingestellte Porenbetone Aw = 0,3 kg/m±s1/2). In Tafel 14 wird die Abnahme der Kondensatmenge whrend der sommerlichen Trocknungsperiode berechnet. In Bild 30 sind die Ergebnisse grafisch dargestellt. Auch hier zeigt sich der positive Einfluss der kapillaren Entspannung auf die Trocknung im Vergleich zur einfachen Glaserrechnung (helle Gerade). Schließlich wird fr diese Konstruktion noch der Dampfdiffusionskoeffizient 1 der inneren Verblendschicht von 1 schritt-

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports Tafel 13. Berechnung der Zunahme der Hçhen und Breiten der Durchfeuchtung sowie der Kondensatmenge nach Anlegen des winterlichen Sprungklimas

165

166

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 28. Zunahme der inneren Kondensatmenge mit der Zeit in Abhngigkeit von der Kapillarwasserleitfhigkeit (Wasseraufnahmekoeffizient) der Dmmschicht, helle Kurve nach Glaser ohne Kapillaritt der Schichten

Bild 29. Abnahme der inneren Kondensatmenge nach 90 Tagen Winterbelastung in Abhngigkeit vom Wasseraufnahmekoeffizienten der Dmmschicht (helle Gerade Glaser-Wert)

weise auf 171 erhçht (Tafel 15). Der sd-Wert wchst von 0,01 m auf 1,71 m. Der Wasseraufnahmekoeffizient Aw2 der Dmmschicht liegt bei 0,38 kg/m±s1/2 (Zellulosedmmstoff, hydrophiler Porenbeton). Bereits bei 1 = 35, sd = 0,35 m) bleibt die Kondensatmenge nach 90 Tagen unter 0,5 kg/m± (Bilder 31, 32). Das Trocknungspotenzial wird also nicht eingeschrnkt. Bei Vernachlssigung der kapillaren Eigenschaften

(helle Kurvenschar in Bild 31) ist immerhin ein sd-Wert von etwa 1 m erforderlich. Fr den oben angegebenen Aw2-Wert zeigt Bild 33 noch einmal die Zunahme der Kondensatmenge in Abhngigkeit vom Dampfwiderstandsverhltnis außen (K-Ebene bis Außenoberflche) zu innen (Innenoberflche bis K-Ebene). Auch bei dem ungnstigen Verhltnis 30/1 bleibt die Kondensatmenge unter 0,7 kg/m±.

Vereinfachte analytische Modellierung des gekoppelten Dampf-Porenwassertransports Tafel 14. Berechnung der Abnahme der inneren Kondensatmenge whrend der sommerlichen Trocknungsperiode in Abhngigkeit der Kapillaritt der Dmmschicht

Bild 30. Abnahme der inneren Kondensatmenge whrend der sommerlichen Trocknungsperiode (helle Gerade nach Glaser ) in Abhngigkeit von der Kapillaritt der Dmmschicht

167

168

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Tafel 15. Eingabe der Schichtdicken und Materialkennwerte, Variation des Dampfdiffusionskoeffizienten 1 der inneren Deckschicht

Bild 31. Zunahme der inneren Kondensatmenge mit der Zeit in Abhngigkeit des 1-Wertes der inneren Deckschicht, Saugfhigkeit der Dmmschicht Aw2 = 0,38 kg/m±s1/2, helle Kurven ohne Kapillaritt der Schichten

Bild 32. Abnahme der Kondensatmenge nach 90 Tagen Winterbelastung in Abhngigkeit vom Dampfdiffusionskoeffizienten 1 der inneren Deckschicht

Bild 33. Zunahme der Kondensatmenge nach 90 Tagen Winterbelastung in Abhngigkeit vom Dampfwiderstandsverhltnis außen zu innen

Programm COND

4

Programm COND

Das vorgestellte analytische Rechenmodell fr den gleichzeitigen Wasserdampf- und Flssigwassertransport in einer mehrschichtigen Umfassungskonstruktion bildet die Grundlage fr das Windows-Programm COND zur Berechnung der inneren Kondensatbildung. Die Oberflche des Programms ist fr das Testhaus Dresden, Talstraße (Abschn. 2.1) im Bild 34 und in Tafel 16 dargestellt. Durch Anklicken der weißen Randbereiche in Bild 34 lassen sich die Wrmebergangswiderstnde und die Innen- und Außenklimadaten, (Temperatur und relative Luftfeuchte, Lnge der Winter- und Sommerperiode) als Blockklima zuweisen. Nach Anklicken der jeweiligen Schichten in Tafel 16 kçnnen die aufgefhrten Materialkennwerte (Wrmeleitfhigkeit, Diffusionswiderstandszahl, hygroskopische Feuchte, Wassersttigungswert, Wasseraufnahmekoeffizient) frei eingegeben oder aus einer im Programm abgelegten Materialliste zugewiesen werden. Der Nutzer braucht so lediglich die Schichtdicken einzugeben. Das Men erlaubt außerdem Schichten zu lçschen oder hinzuzufgen. Die Hauptergebnisse (U-Wert, Kondensatmenge, hygroskopische

169

und ber-hygroskopische Einstellzeit, sommerliche Trocknungszeit) werden auf dem Eingabetableau (Tafel 16) rechts oben angezeigt. Der Wrmedurchgangswert, das Temperaturprofil, das Feuchteprofil (hygroskopisch und berhygroskopisch) und die wirklichen Kondensatmengen erscheinen ohne Zeitverzçgerung in Tabellenform (Tafel 17) und grafisch (Bild 35). Inhaltlich werden zunchst die Ergebnisse des Abschnittes 2.1 besttigt. Mit einem Blockklima –5 C, 80 % relative Luftfeuchte außen und 20 C, 50 % relative Luftfeuchte innen whrend des 90-tgigen Winters ergibt sich durch die kapillar aktive Innendmmung eine erlaubte Kondensatmenge von 0,47 kg/m±. Die Feuchteverteilung (Bild 35) stimmt relativ gut mit der Verteilung in Bild 10 berein (Regen vernachlssigen), wenn man einen Schnitt z. B. im Winter durch die Jahreslinie 8 legt. Der maximale Feuchtegehalt in der Dmmschicht liegt lediglich bei 0,047 m/m (4,7 Vol.-%) (Tafel 17, Bild 35). Wird die Kapillarwasserleitfhigkeit bzw. der Wasseraufnahmekoeffizient um den Faktor 15 verkleinert, verifiziert COND die Feuchteverteilung in Bild 11, wenn man wiederum einen Schnitt durch den Winter im Jahr 8 der Messung legt. Der maximale Feuchtewert

Bild 34. Mehrschichtige Außenwand, Wandaufbau; Dresden, Talstraße (vgl. Bild 2)

Tafel 16. Eingabemaske (links) und Zusammenstellung der Ergebnisse (rechts) nach COND

170

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Tafel 17. Tabellarische Zusammenstellung des Temperatur-, Sttigungsdruck-, Dampfdruck- und des Feuchteprofils sowie der Kondensatmenge in den einzelnen Schichten fr die Außenwand Dresden, Talstraße nach COND

Bild 35. Temperatur- und Feuchteprofil (Kondensat dunkel) nach COND (vgl. Bild 10)

Tafel 18. Eingabemaske (links) und Ergebnisse (rechts) mit etwa 15-mal geringerer kapillarer Leitfhigkeit der Dmmschicht und des Klebemçrtels

Programm COND

171

Tafel 19. Tabellarische Darstellung des Temperatur-, Sttigungsdruck-, Dampfdruck- und Feuchteprofils sowie der Kondensatmenge in den einzelnen Schichten nach COND

Bild 36. Temperatur- und Feuchteprofil (Kondensat dunkel) fr die Außenwand Talstraße, Dresden mit etwa 15-mal geringerer kapillarer Leitfhigkeit der Dmmschicht und des Klebemçrtels nach COND (vgl. Bild 11)

in der Dmmschicht liegt jetzt bei 0,178 m/m (17,8 Vol.-%) (Tafel 19 und Bild 36). Die Kondensatmenge steigt auf unerlaubte 2,4 kg/m±, einen Wert den auch die Nachweisrechnungen nach EN ISO 18377 [5] bringen wrden. Die COND-Rechnungen werden mit dem Beispiel Fachwerkaußenwand (Abschn. 2.2) ab Bild 37 fortgesetzt. Anstelle des Bildschirmmens zur Eingabe und Berechnung wird jetzt die fr den Druck aufbereitete Ausgabeversion benutzt. Bild 37 zeigt den Wandaufbau fr den Ausfachungsbereich, Tafel 20 enthlt die Schichtdicken und Materialparameter. In Tafel 21 sind wieder die bauklimatischen Randbedingungen fr den 90-tgigen Winter und den 90-tgigen Sommer dargestellt. Die tabellarische Ausgabe in Tafel 22 ent-

spricht den Bildschirmdarstellungen in Tafel 17 und Tafel 19. Die Maximaldurchfeuchtung in der Dmmplatte liegt bei ungefhrlichen 0,044 m/m (4,4 Vol.-%). Die Feuchteverteilung in Bild 38 entspricht wieder derjenigen in Bild 16, wenn nur ein Schnitt im Februar 2000 durch die Grafik gelegt wird. Die Kondensatmenge erreicht mit 0,5 kg/m± (Tafel 23) gerade das Limit fr empfindliche Konstruktionen (Holzfachwerk). Der U-Wert ist zwar gegenber dem Wert vor der Sanierung halbiert worden, gengt jedoch nicht den Forderungen der Energieeinsparverordnung. Im Interesse der Dauerhaftigkeit der sanierten Fachwerkwand ist aber die in diesem Beitrag immer wieder propagierte sanfte Innendmmung die Methode der Wahl.

172

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 37. Mehrschichtige Außenwand – Wandaufbau Fachwerkhaus, Niedersachsen (vgl. Bild 12)

Tafel 20. Schichtdicken und Materialkennwerte im Bereich der Ausfachung

Tafel 21. Bauklimatischen Randbedingungen im Winter und im Sommer

Tafel 22. Temperatur-, Sttigungsdruck-, Dampfdruck- und Feuchteprofils, Kondensatmenge im Bereich der Ausfachung, Fachwerkhaus Niedersachsen nach COND

Programm COND

173

Bild 38. Temperatur- und Feuchteprofil (Kondensat dunkel) fr die Außenwand Fachwerkhaus im Bereich der Ausfachung nach COND (vgl. Bild 16)

Tafel 23. Zusammenstellung der Ergebnisse fr die Fachwerkwand nach COND

Abschließend soll die verheerende Wirkung einer unvollstndigen, batzenfçrmigen Ankopplung der Dmmplatte an die Altkonstruktion demonstriert werden. Der Wasserdampf kondensiert an der kalten Seite des Luftspaltes und wird vom Putz und der Ziegelausfachung aufgenommen und nach außen transportiert. Ein kapillares Rcksaugen durch die Dmmplatte nach innen kann nicht mehr erfolgen (Tafel 25 und Bild 39).

Die winterliche Kondensatmenge steigt auf ber 4 kg/m±! Der Wert entspricht in etwa den Normrechnungen in Tafel 25 fr den vorhergehenden Fall ohne Bercksichtigung der Kapillarkrfte (Mc = 5,6 kg/m±). Das Beispiel macht noch einmal das Hauptanliegen dieses Beitrags deutlich, bei der Planung und Ausfhrung einer Innendmmung, die kapillare Entspannung der Baustoffe zu bercksichtigen.

Tafel 24. Zusammenstellung der Ergebnisse fr die Fachwerkwand nach DIN (Nichtbercksichtigung der kapillaren Eigenschaften) zum Vergleich

174

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Tafel 25. Temperatur-, Sttigungsdruck-, Dampfdruck- und Feuchteprofils sowie Kondensatmenge nach COND, Fachwerkaußenwand, Kleber durch Luftspalt ersetzt

Tafel 26. Zusammenstellung der Ergebnisse fr die Fachwerkwand mit Luftspalt nach COND

Bild 39. Temperatur- und Feuchteprofil (Kondensat dunkel) fr die Fachwerkaußenwand im Bereich der Ausfachung nach COND, Kleber durch Luftspalt ersetzt

Balkenkçpfe

5

175

Balkenkçpfe

Probleme bei der Sanierung von Gebuden im Bestand mittels Innendmmung ergeben sich fr eine Reihe von konstruktiven Details wie Wrmebrcken, Fensterlaibungen und Balkenkçpfe. Fr Letztere sollen einige Untersuchungsergebnisse mitgeteilt werden. Bild 40 zeigt die in den neunziger Jahren sanierten Bahnmeistereigebude in Senftenberg, Brandenburg [3]. Neben unterschiedlichen Innendmmvarianten sind im Bereich der Balkenkçpfe Sensoren zur Erfassung der Temperatur und Feuchte installiert worden (Bild 41, vgl. auch Bild 2). Auch hier erfolgt ein Vergleich mit der numerischen Simulation, wobei mittlerweile auch die Hohlraumstrçmung und ihr Einfluss auf die Durchfeuchtung abgebildet werden kçnnen (Programm CaFD Cavity Fluid Dynamics, [11]). In den Bildern 42 und 43 sind die lokale Erwrmung und die trocknende Wirkung der Vor- und Rcklaufleitungen zu den Heizkçrpern im gesamten Bereich des Balkenkopfes zu erkennen.

Bild 40. Sanierte Bahnmeistereigebude in Senftenberg, Brandenburg

Bild 41. Messtechnik im Balkenkopfbereich einer innen gedmmten Außenwand, Heizleitungen im Sockelbereich

Bild 42. Temperaturfeld (Vertikalschnitt) im Balkenkopfbereich, durch die Heizleitung liegt die Temperatur hinter dem Balkenkopf ber der Taupunkttemperatur

Bild 43. Feuchtefeld (Vertikalschnitt) im Balkenkopfbereich, durch die Heizleitungen bleibt der Hohlraum hinter dem Balkenkopf trocken

176

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 44. Schematische Darstellung des hinterstrçmten Balkenkopfes

a)

b)

c)

d)

Bild 45. Temperaturfeld im Balkenkopfbereich bei unterschiedlichen Lufteintrittsgeschwindigkeiten fr die Hinterstrçmung des Balkenkopfes

Balkenkçpfe

177

Die Bilder 44 ff. zeigen den Einfluss der Hinterstrçmung des Balkenkopfes durch den Eintritt von feuchtwarmer Raumluft. Mit zunehmender Eintrittsgeschwindigkeit erwrmt sich der vornehmlich obere Bereich hinter dem Balkenkopf (Bilder 45 a bis d). Gleichzeitig strçmt mehr und mehr feuchtwarme Falschluft in diesen Bereich (Bilder 46 a bis d). Zunchst ist ihr Einfluss noch gering (Bild 46 a). Bei mittleren Geschwindigkeiten (hier 20mm/s, Bild 46 b) ergibt sich der ungnstigste Zustand. Der Balkenkopf ist noch kalt, aber die eingetragene Raumluftmenge ist groß genug, um eine starke Durchfeuchtung des angrenzenden Mauerwerks und das Holzes zu verursachen. Spter (Bild 46 d) nimmt der Feuchtegehalt und das damit verbundene Schdigungspotenzial wieder ab, weil der praktisch frei gelegte Bal-

kenkopfbereich durch die Raumluft gengend aufgewrmt wird. Allerdings entsteht dadurch eine thermisch unerwnschte Wrmebrcke. Die ungnstige hygrische Situation im Bild 46 b wird in Bild 47 noch einmal herausgezoomt. Das Bild zeigt den Materialfeuchtegehalt. Die an der kalten Seite des Hohlraums kondensierte Feuchtemenge wird durch das Mauerwerk kapillar weiter transportiert. Der absolute Feuchtegehalt der Hohlraumluft ist natrlich gering, aber sie ist gesttigt. Bemerkenswert ist der bergriff der berhygroskopischen Durchfeuchtung auf den Holzbalken besonders im Auflagebereich, verbunden mit der gefrchteten Zerstçrung des Balkenkopfes. Erinnert sei daran, dass alle hygrothermischen Berechnungen in diesem Abschnitt unter Einbeziehung einer

a)

b)

c)

d)

Bild 46. Feuchtefeld im Balkenkopfbereich bei unterschiedlichen Lufteintrittsgeschwindigkeiten fr die Hinterstrçmung des Balkenkopfes

178

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 47. Materialfeuchtefeld fr die ungnstige Einstrçmgeschwindigkeit u = 0,02 m/s

exakten Strçmungssimulation also des diffusiven Wrme- und Feuchtetransportes im Baustoff gekoppelt mit einem konvektiven Energie-, Luft- und Feuchtetransport im Hohlraum durchgefhrt worden sind [11]. Die Bilder 48 a bis c zeigen deshalb zustzlich das Strçmungsfeld fr verschiedene Lufteintrittsgeschwindigkeiten. Zunchst wird das Feld durch die auftriebs-

a)

b)

bedingte Eigenwalze bestimmt. Spter dominiert die von außen aufgeprgte Fremdstrçmung (Abfallstrçmung an der kalten Seite des Hohlraums). Abschließend sollen Temperatur und Feuchte (ohne Bercksichtigung der Strçmung) fr den im Bild 49 eingerahmten Bereich mit COND abgeschtzt werden. An der kalten Seite des Hohlraumes bildet sich Kondensat (Bild 50), das vom Ziegelmauerwerk aufgenommen wird. Aber auch an der warmen Seite liegt der Dampfdruck (1169 Pa) nahe beim Sttigungsdruck (1706 Pa) (Tafel 27). Abhilfe kann eine Dmmung hinter dem Balkenkopf oder eine lokal begrenzte Außendmmung, hufig vereinbar mit den Restriktionen des Denkmalschutzes, bringen. In Bild 51 ist eine lokal begrenzte Dmmplatte (extrudierter PS-Schaum, Schaumglas) außen appliziert oder eingelassen worden. Die Temperatur an der kalten Seite des Hohlraums steigt um 4 K (Bild 52), die Taupunkttemperatur wird nicht unterschritten, der Hohlraum (inklusive Balkenkopf) bleibt trocken. Zusammenfassend lsst sich aus diesem Abschnitt fr den Schutz von Balkenkçpfen schlussfolgern: Heizungsrohre im Sockelbereich verlegen, wenig Falschluft aus dem Raum hinter den Balkenkopf strçmen lassen bzw. den Balkenkopf freilegen, wenn mçglich Balkenkopf an der Stirnseite dmmen oder außen lokal begrenzte „Dmmpflaster“ applizieren.

c)

Bild 48. Strçmungsfeld im Luftraum hinter dem Balkenkopf fr die Einstrçmgeschwindigkeiten u = 0,015, 0,05 und 0,1 m/s

Balkenkçpfe

Bild 49. Balkenkopfbereich fr die COND-Berechnungen

Bild 50. Temperatur- und Feuchteprofil (Kondensat dunkel) fr den eingerahmten Balkenkopfbereich nach COND Tafel 27. Temperatur-, Sttigungsdruck-, Dampfdruck -und Feuchteprofils, Kondensatmenge nach COND fr den eingerahmten Balkenkopfbereich

Tafel 28. Zusammenstellung der Ergebnisse fr den Balkenkopfbereich nach COND

179

180

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 51. Schematische Darstellung des Balkenkopfbereiches mit lokaler Außendmmung fr die COND-Berechnungen

Tafel 29. Temperatur-, Sttigungsdruck- und Dampfdruckprofil nach COND fr den eingerahmten Balkenkopfbereich mit lokaler Außendmmung (keine Kondensatbildung)

Bild 52. Temperatur- und Feuchteprofil (kein Kondensat) fr den eingerahmten Balkenkopfbereich mit lokaler Außendmmung nach COND

Begrnte Holzflachdachkonstruktionen

6

181

Begrnte Holzflachdachkonstruktionen

Holzwarmdcher sind besondere Konstruktionen mit Innendmmung. Mit Begrnung (Bild 54) bergen sie große hygrische Gefahrenpotenziale in sich (Bild 53) und sollten deshalb nicht ausgefhrt werden. Das Trocknungspotenzial ist beim Grndach wesentlich kleiner als beim Bitumendmmdach. Die Oberflchentemperatur ber der Dichtungsbahn liegt im Sommer im Falle des Grndachs um wenigstens 5 K tiefer. Außerdem herrscht beim Grndach ber der Dichtungsbahn ber lngere Zeit hinweg ein feuchtes Milieu (relative Luftfeuchte nahe 100 %). Daraus folgen im Sommer wesentlich geringere Druckdifferenzen von der Kondensationsebene unter der Dichtungsbahn nach innen bzw. außen. Konkret bedeutet dies: Bei einem Grndach mit 1 kg/m± berhygroskopischer Einbaufeuchte und einer Dampfbremse von sd = 100 m trocknet die Anfangsfeuchte praktisch berhaupt nicht aus, und das Schadensbild 53 ist vorgeplant. Ohne Grnschicht ist immerhin trotz beinahe dampfdichter Dacheindeckung eine deutliche Abnahme der Einbaufeuchte zu erkennen (Bild 57). Bei einer Dampfbremse von 5 m braucht das Grndach etwa 7 Jahre zum Austrocknen, ohne Grnschicht maximal 3 Jahre (Bilder 56 und 57).

Die Bilder 60 und 61 zeigen die Feuchteverteilungen in einem Grndach bzw. einem einfachen Bitumendmmdach (sd = 5 m) mit einer Einbaufeuchte von 1 kg/m± im Bereich der Zellulosedmmung und der OSB-Schalplatte bei einer fnfjhrigen Belastung mit dem Klima von Dresden (Abschn. 2.2). Im ersten Bild 60 ist auf der linken Seite die starke wechselnde Durchfeuchtung der Grnschicht durch den Regen zu erkennen. Entschei-

Bild 54. Aufbau des Grndaches

Bild 56. Schematischer Aufbau des Bitumendmmdaches

Bild 55. Integraler berhygroskopischer Wassergehalt im ußeren Teil (10 mm) der Dmmschicht und der ußeren OSB-Platte fr das Grndach mit Dampfbremse sd = 100 m

Bild 57. Integraler ber-hygroskopischer Wassergehalt in der (10 mm) Dmmschicht und der ußeren OSB-Platte fr das Bitumendach mit einer Dampfbremse sd = 100 m

Bild 53. Feuchtegeschdigtes Grndach, verrottete Dmmschicht bereits entfernt

182

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Bild 58. Integraler ber-hygroskopischer Wassergehalt in der (10 mm) Dmmschicht und der ußeren OSB-Platte fr das Grndach mit einer Dampfbremse sd = 5 m

Bild 59. Integraler ber-hygroskopischer Wassergehalt in der (10 mm) Dmmschicht und der ußeren OSB-Platte fr das Bitumendach mit einer Dampfbremse sd = 5 m

Bild 60. Feuchtefeld in der Konstruktion, Grndach mit Dampfbremse sd = 5 m

Bild 61. Feuchtefeld in der Konstruktion, Bitumendach mit Dampfbremse sd = 5 m

Begrnte Holzflachdachkonstruktionen

183

Bild 62. Feuchtefeld in der Konstruktion, Grndach mit Dampfbremse sd = 5 m im 5. Jahr (Winter) Ausschnitt: kritische Zone unter der Dichtungsbahn und Grnschicht

Bild 63. Feuchtefeld in der Konstruktion, Bitumendach mit Dampfbremse sd = 5 m im 5. Jahr (Winter) Ausschnitt: kritische Zone unter der Dichtungsbahn

dend fr die Eigensicherung ist jedoch die Feuchte unter der Dachhaut in der OSB-Platte und der Dmmschicht. Sie nimmt im Laufe der 5 Jahre nur langsam ab (vgl. Verlauf der integralen Feuchte in Bild 55). Die Durchfeuchtung ist beim Bitumendmmdach (Bild 61) deutlich geringer. Die regenbedingte Durchfeuchtung der Grnschicht fehlt jetzt natrlich. In den Bildern 62 und 63 ist die Situation im vierten Jahr der Belastung die Durchfeuchtung unter der Dachhaut fr beide Flle noch einmal vergrçßert dargestellt. Fr die Ausfhrung einer Holzwarmdachkonstruktion mit Begrnung existiert nur ein schmaler „Korridor“. Alle feuchteempfindlichen Materialien (Sparrenholz, Brettschalung, OSB-Schalung, Zellulosedmmung) drfen beim Einbau maximal eine hygroskopische Materialfeuchte, die einem Luftfeuchtewert von 70 % entspricht, besitzen. Eine Belastung durch Niederschlag whrend der Einbauphase ist unbedingt zu vermeiden. Die sd-Werte der Dampfbremsen sollen im Bereich von lediglich 5 bis 10 m liegen. Dieser Wert gewhrleistet noch ein Austrocknen der Resteinbaufeuchte und garantiert gerade das Wiederaustrocknen der winterlichen Kondensatfeuchte im nachfolgenden Sommer.

Besser eignen sich feuchteadaptive Dampfbremsen mit einem sd-Wert im Winter von 10 m und im Sommer von 2 m. Die Aussagen sollen im Folgenden durch einige COND-Rechnungen gesttzt werden. Nach Abklingen der Einbaufeuchte trocknet die winterliche Kondensatmenge von etwa 150 g/m± im folgenden Sommer beim Grndach nicht vollstndig ab (Trocknungszeit etwa 130 Tage) – Tafel 32. Ohne Grnschicht trocknet sie aber vollstndig zurck (Trocknungszeit etwa 75 Tage, hier nicht aufgefhrt). Ein hnliches Resultat liefert die Berechnung nach dem Glaserschema (Tafel 33). Fr die sommerliche Trocknung muss beim Grndach die mittlere Temperatur von 15 C in der Tauwasserebene angesetzt werden. Die potenzielle Trocknungsmenge liegt mit 120 g/m± unter der Kondensatmenge von 192 g/m± (s. Tafel 33). Eine vollstndige Sicherheit bieten Holzdachkonstruktionen mit Außendmmung aus extrudiertem Polystyrolschaum oder Schaumglas. Fließt das Niederschlagswasser unter der Außendmmschicht ab, spricht man von Umkehrdachkonstruktionen (Bild 65). Der damit verbundene Wrmedmmverlust von etwa 10 % steht

Tafel 30. Konstruktionsaufbau und Materialparameter

184

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

Tafel 31. Bauklimatischen Randbedingungen im Winter und im Sommer

Tafel 32. Zusammenstellung der Ergebnisse fr das Grndach nach COND

Bild 64. Temperaturprofil Feuchteverteilung im Grndach nach COND

Begrnte Holzflachdachkonstruktionen

185

Tafel 33. Ergebnisse nach dem Glaserverfahren (DIN 4108-3, EN 13788)

Bild 65. Schematischer Aufbau eines Umkehrdaches mit Begrnung

Bild 66. Temperaturprofil Feuchteverteilung im begrnten Umkehrdach nach COND

186

B2

Innendmmung von Außenbauteilen

in keinem Verhltnis zu den vorher besprochenen Schdigungspotenzialen. ber der Außendmmschicht kçnnen Grnschicht, Sonnenkollektoren, Gehwegplatten, Lattenroste usw. angebracht werden. Weil die Holzkonstruktion jetzt vollstndig im warmen Gebiet liegt, wird der Taupunkt nicht mehr unterschritten. Es tritt kein Kondensat in der Konstruktion mehr auf (Bild 66). Das Tragwerk bleibt trocken und kann nicht durch Feuchte zerstçrt werden.

7

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Auf der Basis der Modellierung der gekoppelten Wrme-, Feuchte- und Lufttransportprozesse in kapillarporçsen Baustoffen und Hohlrumen, einer komplexen Materialcharakterisierung und der Entwicklung sowohl von wissenschaftlicher als auch von praxisgerechter Software, untersttzt durch eine messtechnische berprfung an Testhusern, lsst sich das feuchte- und wrmetechnische Verhalten von Umfassungskonstruktionen in neu zu errichtenden und zu sanierenden Gebuden quantifizieren und sicher voraussagen. Fr eine nachtrgliche Innendmmung eignet sich ein diffusionsoffenes kapillar aktives Material. Die Dmmschicht muss vollflchig an die Altkonstruktion angekoppelt werden, um das Absaugen des an der kalten Seite der Dmmschicht entstehenden Kondensats zur warmen Raumseite hin zu gewhrleisten. Die innere Kondensatmenge lsst sich gegenber den Voraussagen der europischen Normen auf den dritten bis achten Teil reduzieren. Angestrebt werden sollte eine Halbierung des Wrmedurchgangswertes (maximal 50 mm Dmmstoffdicke) also keine Superdmmung. Die raumseitige Oberflchentemperatur der Außenbauteile liegt dann entsprechend hoch. Die Gefahr einer Tauwasser- oder Schimmelbildung an der inneren Bauteiloberflche und im Gebudewinkel ist gebannt. Lçsungen werden auch fr regendurchfeuchtete Außenwnde, Balkenkçpfe bei innen gedmmten Wnden und begrnte Holzwarmdachkonstruktionen vorgestellt.

8

Literatur

[1] Grunewald, J.: Konvektiver und diffuser Stoff- und Energietransport in kapillarporçsen Baustoffen. Dissertation TU Dresden, Fakultt fr Bauingenieurwesen 1997. [2] Grunewald, J, Hupl, P.: Gekoppelter Feuchte-, Luft-, Salz- und Wrmetransport in porçsen Baustoffen. Bauphysik-Kalender 2003, S. 377–434, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2003. [3] Fechner, H., Petzold, H., Jurk, K.: Entwicklung leistungsfhiger Wrmedmmsysteme mit wirksamen physikalischem Feuchteschutz, Abschlussforschungsbericht fr das Bundesministerium fr Wirtschaft und Technologie, Projekt Nr. 0329 663 B/O, TU Dresden 2003. [4] Conrad, Ch., Hupl, P., Petzold, H., Lçber, H.: Energetisch und bauphysikalisch optimierte Sanierung eines Baudenkmals in Gçrlitz. Bauphysik 29 (2007), Heft 3, S. 221–230. [5] DIN EN ISO 13788: Wrme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen – raumseitige Oberflchentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflchenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. Beuth Verlag, Berlin 2001. [6] WTA-Merkblatt 6-4: Innendmmung nach WTA I – Planungsleitfaden, Ausgabe: 05.2009D. [7] Hupl, P.: Bauphysik – Klima, Wrme, Feuchte, Schall – Aktiv in Mathcad. Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2008, 550 S. [8] Hupl, P., Stopp, H., Strangfeld, P.: Softwarepaket COND zur Feuchteprofilbestimmung in Umfassungskonstruktionen. Bautenschutz und Bausanierung 12 (1989) S. 53–56. [9] Hupl, P., Stopp, H., Strangfeld, P.: Feuchtekatalog fr Außenwandkonstruktionen, Verlagsgesellschaft Rudolph Mller GmbH, Kçln 1990. [10] Nicolai, A.: Implementierung eines analytischen Verfahrens zur hygrothermischen Bewertung von mehrschichtigen Bauteilen. Diplomarbeit, TU Dresden, 2002. [11] Gnoth, St.: Zum thermischen und hygrischen Verhalten von Bauteilen mit offenen und geschlossenen Hohlrumen. Dissertation TU Dresden, Fakultt fr Maschinenwesen 2008.

187

B 3 Langzeitverhalten von Dmmstoffen Wolfgang Albrecht, Stefan Koppold

Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Albrecht Forschungsinstitut fr Wrmeschutz e. V. Mnchen Lochhamer Schlag 4, 82166 Grfelfing Jahrgang 1956, Studium der Physikalischen Technik an der Fachhochschule Mnchen. Seit 1981 im FIW Mnchen ttig in den Bereichen Messung der Wrmeleitfhigkeit, Dmmstoffprfung und Forschung. Ab 2000 Abteilungsleiter „Dmmstoffe im Hochbau“. Mitarbeit in verschiedenen nationalen und internationalen Normungsausschssen sowie in Sachverstndigenausschssen des Deutschen Instituts fr Bautechnik DIBt und in der Expert Group des europischen Keymark-Systems.

Dipl.-Ing. (FH) Stefan Koppold Forschungsinstitut fr Wrmeschutz e. V. Mnchen Lochhamer Schlag 4, 82166 Grfelfing Jahrgang 1974, Studium des Bauingenieurwesens an der Fachhochschule Augsburg. Seit 2007 im FIW Mnchen ttig in den Bereichen Messung der mechanischen Eigenschaften von Dmmstoffen und Forschung. Weitere Ttigkeitsbereiche ab 2008 sind die Fremdberwachung im Bereich der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung der Dmmstoffe Mineralwolle, EPS, Holzwolleplatten und Vakuum-Isolationspaneele sowie im Rahmen des Neopor Quality Circle Italy (NQCI).

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

188

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Inhaltsverzeichnis 1

Begriffe

2

Wesentliche Anforderungen bei verschiedenen Anwendungen 191 Anwendungsgebiete von Wrmedmmstoffen nach DIN 4108-10 192 Nicht genormte Anwendungen 193 Langzeitverhalten 194

2.1 2.2 2.3 3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.4 3.4.1

189

Laborversuche 194 bersicht 194 Kurzzeittests 195 Wrmeleitfhigkeit 195 Druckfestigkeit/-spannung 197 Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene 198 Abmessungen/Maßhaltigkeit 198 Brandverhalten 198 Langzeittests 198 Wrmeleitfhigkeit nach Ablagerungszeiten bis 3 Monate 199 Wrmeleitfhigkeit nach lngeren Lagerzeiten 199 Zellgasnderung 199 Druckfestigkeit nach Ablagerungszeiten 200 Dimensionsnderung 201 Dickennderung ber lngere Zeitrume 201 Brandverhalten 203 Zeitraffende Tests 203 Wrmeleitfhigkeit nach Alterung durch Verringerung der Dicke (Slicing) 203

3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.4.8 3.4.9 3.5 3.5.1 3.5.2 4 4.1 4.2 4.3 4.4

Wrmeleitfhigkeit nach Alterung durch erhçhte Temperatur 205 Dimensionsstabilitt bei definierten Temperaturund Feuchtebedingungen 206 Verformung bei definierter Druck- und Temperaturbeanspruchung 207 Wasseraufnahme durch teilweises und vollstndiges Eintauchen 207 Wasseraufnahme durch Diffusion 208 Verhalten bei Frost-Tau-Wechselbeanspruchung 208 Zyklische Belastung 209 Langzeit-Kriechverhalten bei Druckbeanspruchung 209 Extrapolation/Berechnungsmodelle 212 Extrapolation des Kriechverhaltens bei Druckbeanspruchung nach Findley 212 Berechnungsmodelle 212 Objektuntersuchung 213 Praxisobjekte 214 Wasseraufnahme an Praxisobjekten 214 Wrmeleitfhigkeit an Praxisobjekten (Grndach als Umkehrdach) 215 Druckfestigkeit von XPS-Dmmstoffen in Umkehrdchern (Grndcher) 216

5

Schlussbetrachtung

6

Literatur

217

216

189

Begriffe

1

Begriffe

In den letzten Jahren wird den Themen Langzeitverhalten und Dauerhaftigkeit deutlich mehr Beachtung geschenkt. Einerseits ist das Interesse der Endverbraucher an Wrmedmmstoffen durch die Preisentwicklung fr Energie, die Diskussion um Versorgungssicherheit und die Klimadiskussion bedeutend gewachsen. Andererseits beschftigt sich auch die Politik sehr stark mit dem Themenkomplex Energieeffizienz, CO2-Einsparung und Abhngigkeit von Energielieferungen aus dem Ausland. Immer mehr Bauaufsichtsbehçrden, aber auch Investoren und Bautrger fragen nach, wie lange behlt ein Dmmstoff seine zugesicherten Eigenschaften oder mit welchen Beeintrchtigungen in den Eigenschaften muss im Laufe der Nutzungsdauer gerechnet werden. Auch die Frage, ob die bliche Nutzungsdauer deutlich lnger ist, als die Amortisationszeit der anfnglichen Investition, beschftigt viele Hausbesitzer und Investoren. Gleichzeitig gibt es aber keine Festlegung, wie lange ein Dmmstoff in einer bestimmten Anwendung seine Eigenschaften erfllen muss. Lifetime (Lebensdauer) / working life. Die EU-Kommission nhert sich diesem Thema im Leitpapier F (Guidance Paper F) [1] mit den Begriffen „working life“– die Zeit, in der eine ausgefhrte „Dmmarbeit“ inklusive Anschlsse, Befestigung, Putz usw. die wichtigen Anforderungen (essential requirements) an das Bauteil erfllt. Der zweite Begriff ist die Lebensdauer des Produkts (working life product), in unserem Fall des Wrmedmmstoffs. Damit ist die Lebensdauer gemeint, in der ein Dmmstoff eine Leistungsstufe beibehlt, sodass eine einwandfrei geplante und ausgefhrte Dmmmaßnahme die wesentlichen Anforderungen erfllt oder eine Minimalanforderung berschreitet, ohne nennenswerte Kosten fr Reparaturen oder Ausbau und Ersatz zu verursachen. Die Lebensdauer eines Produkts hngt damit nicht nur von der Lebensdauer (Lifetime) des Produkts selbst, sondern auch von einer gewissen Wartung und Pflege (Maintenance) ab. Diese Definition macht einen klaren Unterschied zwischen der Lebensdauer der gesamten Dmmmaßnahme und der Lebensdauer des Dmmstoffs. Viele der Einflussfaktoren fr die gesamte Dmmmaßnahme hngen von Faktoren ab, die der Hersteller nicht beeinflussen kann, wie der Planung, dem Ort der Ausfhrung (welchem Klima der Dmmstoff ausgesetzt ist), der Ausfhrung selbst und der Wartung und Pflege. Deshalb kann die Lebensdauer eines Produkts oder einer Ausfhrung nicht als Garantie interpretiert werden (Leitpapier F), die vom Hersteller abgegeben wird. Das Langzeitverhalten eines Dmmstoffs wird deshalb besser vom Begriff Dauerhaftigkeit (Durability) beschrieben. Die europischen Dmmstoffnormen EN 13162 (Mineralwolle) bis EN 13171 (Holzfaserplatten) beschreiben diese Eigenschaft in den revidierten Normen, die ca. 2011 zur Abstimmung kommen sollen, nur ansatzweise und kommen nicht zu einheitlichen Definitionen. In Tabelle 1 sind einige Erfahrungswerte fr die Lebens-

Tabelle 1. Lebensdauer von Dmmmaßnahmen in Bauteilen Bauteil

Jahre

Durchschnitt (Jahre)

Wrmedmmung (im Flachdach / Warmdach) Steildach Umkehrdach

30–60 40–60 40–60

45 50 50

Decke, Fußboden

30–100

65

Außenwand hinter Bekleidung Wrmedmmverbundsystem Kerndmmung

30–100 30–60 30–60

45 40 45

Unter der tragenden Grndungsplatte Perimeterdmmung

80–120 30–55

100 45

Technische Gebudeausrstung

10–25

15

Quellen: Leitfaden nachhaltiges Bauen [2], Herstellerangaben, Erfahrungswerte des FIW Mnchen

dauer von Wrmedmmmaßnahmen zusammengestellt. Die Angaben kçnnen je nach Einbausituation und Beanspruchung sehr unterschiedlich sein. Die Zahlen zeigen, dass die mçgliche Lebensdauer einer Wrmedmmmaßnahme sehr stark schwanken kann. Die Lebensdauer hngt auch sehr stark von der Zugnglichkeit der Wrmedmmung und den blichen Renovierungs- und Umbauzyklen bzw. der Lebensdauer von anderen Stoffen wie Dachbahnen oder technischen Gebudeausrstungen ab. Die Wrmedmmung unter der tragenden Grndungsplatte ist ber die gesamte Lebensdauer des Gebudes nicht mehr zugnglich, whrend die tatschliche Nutzungsdauer von technischen Gebudeausrstungen von der Lebensdauer von Heizkesseln, Khlaggregaten usw. abhngen. Teilweise ist die tatschliche Nutzungsdauer einer Dmmmaßnahme deutlich niedriger, da sich die Nutzung eines Gebudes durch Umbauten, z. B. im Industriebau oder bei Verkaufsflchen, deutlich schneller ndert. Vor diesem Hintergrund, dass von Wrmedmmstoffen je nach Anwendung eine mittlere Lebensdauer von 15 bis 75 Jahren erwartet wird, mssen Verfahren entwickelt werden, die diese langen Zeitrume abdecken. Grundstzlich gibt es folgende Prfmçglichkeiten fr Wrmedmmstoffe: – Kurzzeittests nach der Herstellung zur Beschreibung des Zustands nach der Fertigung. – Langzeittests nach typischen Ablagerungszeiten z. B. 45 Tage – Wert der Druckfestigkeit bei XPS nach EN 13164, 90 Tage – Wert der Wrmeleitfhigkeit nach EN 13164 (XPS). – Zeitraffende Tests z. B. Slicing-Verfahren durch Verringerung der Dmmschichtdicke z. B. EN 13164 (XPS) / Schnellalterungstests durch erhçhte Temperatur z. B. EN 13165 (PUR) oder verschrfte Klima-

190

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

lagerung z. B. sogenannter „Floridatest“(erhçhte Temperatur und Feuchte), „Autoklavtest“ (erhçhter Druck und Feuchte), EN 1604 (Verformung bei definierter Temperatur und Belastung). – Extrapolation von Messwerten ber kurze bis mittlere Zeitrume bis zum Faktor 30; z. B. Langzeitkriechversuch nach EN 1606 ber 122 Tage bis zu 1,67 Jahre, die bis zu Zeitrumen zwischen 10 Jahren und 50 Jahren extra poliert werden kçnnen. – Berechnungsprogramme zur Berechnung der Feuchteaufnahme oder der Wrmeleitfhigkeit durch Gasaustausch. Es stehen nur relativ wenige Programme zur Verfgung, von denen nur einzelne durch Praxistests ber lange Zeitrume validiert sind. Zudem hngen die Ergebnisse sehr stark von den zur Berechnung verwendeten Daten (meist Messwerten) und Annahmen ab.

– Objektuntersuchungen an eingebauten Wrmedmmstoffen und Untersuchungen an Wrmedmmstoffen, die unter Laborbedingungen ber 3 bis 30 Jahre gelagert wurden. Tabelle 3. Europische Normen ber allgemeine Prfmethoden an Wrmedmmstoffen DIN EN

Titel

822

Bestimmung der Lnge und Breite

823

Bestimmung der Dicke

824

Bestimmung der Rechtwinkligkeit

825

Bestimmung der Ebenheit

826

Bestimmung des Verhaltens bei Druckbeanspruchung

1602

Bestimmung der Rohdichte

Tabelle 2. Bauaufsichtlich eingefhrte europische Dmmstoffnormen – Spezifikationen

1603

Bestimmung der Dimensionsstabilitt im Normklima (23 C / 50 % relative Luftfeuchte)

DIN EN

Produkt

1604

13162

Werkmßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle

MW

Bestimmung der Dimensionsstabilitt bei definierten Temperatur- u. Feuchtebedingungen

1605

Werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol

EPS

Bestimmung der Verformung bei definierter Druck- u. Temperaturbeanspruchung

1606

Werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum

XPS

Bestimmung des Langzeit-Kriechverhaltens bei Druckbeanspruchung

1607

Werkmßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum

PUR

Bestimmung der Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene

1608

Bestimmung der Zugfestigkeit in Plattenebene

13166

Werkmßig hergestellte Produkte aus Phenolharzschaum

PF

1609

Bestimmung der Wasseraufnahme bei kurzzeitigem teilweisem Eintauchen

13167

Werkmßig hergestellte Produkte aus Schaumglas

CG

12085

Bestimmung der linearen Maße von Probekçrpern

12086

Bestimmung der Wasserdampfdurchlssigkeit

13168

Werkmßig hergestellte Produkte aus Holzwolle

WW

12087

Bestimmung der Wasseraufnahme bei langzeitigem Eintauchen

13169

Werkmßig hergestellte Produkte aus Blhperlite

EPB

12088

Bestimmung der Wasseraufnahme durch Diffusion

13170

Werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Kork

ICB

12089

Bestimmung des Verhaltens bei Biegebeanspruchung

12090

Bestimmung des Verhaltens bei Scherbeanspruchung

13171

Werkmßig hergestellte Produkte aus Holzfasern

WF

12091

Bestimmung des Verhaltens bei Frost-Tau-Wechselbeanspruchung

14063

An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus Blhton-Leichtzuschlagsstoffe

LWA

12429

Einstellen der Ausgleichsfeuchte bei definierten Temperatur- u. Feuchtebedingungen

12430

Bestimmung des Verhaltens unter Punktlast

14316

An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus expandiertem Perlite

EP

12431

Bestimmung der Dicke von Dmmstoffen unter schwimmendem Estrich

14317

An der Verwendungsstelle hergestellte Wrmedmmung aus expandiertem Vermiculite

EV

13793

Bestimmung des Verhaltens unter zyklischer Belastung

13820

Bestimmung des Gehalts an organischen Bestandteilen

13163 13164 13165

Krzel

Wesentliche Anforderungen bei verschiedenen Anwendungen

Da neu- und weiterentwickelte Wrmedmmstoffe nicht beliebig lang geprft werden kçnnen, um deren Markteinfhrung nicht zu verzçgern, bedient man sich hufig einer Kombination von mehreren Methoden, um die Aussagewahrscheinlichkeit der Langzeiteigenschaften zu erhçhen. Hufig wird nach 6 bis 12 Monaten ein Programm von Kurzzeit- und Langzeitprfungen abgeschlossen, dann wird ein Wrmedmmstoff im Rahmen von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen mit zunchst hçheren Sicherheitsbeiwerten „geregelt“ und bei zunehmender Praxiserfahrung und weiterer Optimierung des Dmmstoffs kçnnen die Sicherheitszuschlge dann verringert werden. Um das Thema besser zu gliedern und dem Leser die Mçglichkeit zu geben, die wesentlichen Anforderungen an die Langzeiteigenschaften in Abhngigkeit der Anwendung kennenzulernen, werden in den nchsten Abschnitten die Langzeitanforderungen fr verschiedene Anwendungen dargestellt und dann die verschiedenen Eigenschaften, die fr das Langzeitverhalten relevant sind, besprochen.

2

Wesentliche Anforderungen bei verschiedenen Anwendungen

In Tabelle 2 sind die bisher in Deutschland bauaufsichtlich eingefhrten Dmmstoffnormen zusammengefasst. Diese Normen sind reine Spezifikationen und beschreiben einen Dmmstoff in unterschiedlichen Klassen und Stufen. Der Hersteller des Dmmstoffs kann diese Stufen und Klassen aus einer Vielzahl von Mçglichkeiten frei whlen, um seinen Dmmstoff angemessen zu beschreiben. Angegeben werden diese Eigenschaften im sogenannten Bezeichnungsschlssel (EN-Code), der bis zu 17 Eigenschaften umfassen kann. Neben dem Bezeichnungsschlssel mssen auf dem Etikett die grundlegenden Eigenschaften des Dmmstoffs wie Nenndicke, Lnge, Breite, Anzahl der Platten (Rollbahnen), der Wrmedurchlasswiderstand bzw. der Nennwert der Wrmeleitfhigkeit und eine Brandklasse angegeben werden. Der Hersteller erklrt mit dem CE-Zeichen die bereinstimmung (Konformitt) seines Produkts mit der entsprechenden EN-Norm. Damit ist der Dmmstoff hinsichtlich seiner Eigenschaften klar beschrieben und kann in ganz Europa gehandelt und verkauft werden. Die harmonisierten europischen Dmmstoffnormen waren die wichtigste Voraussetzung fr den politisch angestrebten, freien, gemeinsamen Dmmstoffmarkt in Europa. Diese Normen stellen einen großen Fortschritt im Vergleich mit den frheren nationalen Normen dar. Auch fr die Lnder, die vorher keine nationalen Dmmstoffnormen oder technischen Richtlinien hatten, insbesondere die kleineren, neuen Beitrittslnder zur EU, sind die harmonisierten Normen ein nicht zu unterschtzender Vorteil. Daneben muss aber auch die Anwendung der Dmmstoffe in den verschiedenen Lndern national geregelt

191

werden. Um den unterschiedlichen Bauarten, Bautraditionen und klimatischen Verhltnissen in den verschiedenen EU-Lndern von Sizilien bis Skandinavien Rechnung zu tragen, haben viele Lnder in der EU Anwendungsnormen oder Anwendungsregeln eingefhrt, die aus der Vielzahl von Stufen der EN-Normen Mindestwerte fr das betreffende Land festlegen. In Deutschland werden die europischen Dmmstoffnormen mit der Anwendungsnorm DIN 4108-10: 2008-06 Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden, Anwendungsnorm fr Dmmstoffe in Gebuden, Mindestanforderungen und der Bemessungsnorm DIN V 4108-4:2007-06, Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden, Teil 4: Wrmeschutz und feuchteschutztechnische Bemessungswerte, umgesetzt. Die Bemessungsnorm schließt die Lcke zwischen dem Nennwert der Wrmeleitfhigkeit (Lambda Declared) aus der EN-Norm, der auf einer l90/90-Statistik beruht und dem Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit (Lambda Design) mit dem der Planer die Bemessung (Auslegung) eines Gebudes vornimmt. Die Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit sind in DIN V 4108-4 in Kategorie I und II unterteilt. Kategorie I regelt die Umsetzung des europischen deklarierten Nennwerts lD in einen deutschen Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit. Dazu wird der europische lD-Wert mit einem Sicherheitsfaktor von 1,2 multipliziert. Dieser Sicherheitszuschlag von 20 % soll gewhrleisten, dass ein Bauwerk mit einer bestimmten Sicherheit einen bestimmten Dmmwert und die entsprechende Energieeinsparung erbringt. Unter Kategorie II wird in DIN V 4108-4 der Grenzwert der Wrmeleitfhigkeit lGrenz eingefhrt, der in den europischen Produktnormen nicht enthalten ist. Dieser Grenzwert kann z. B. mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (abZ) vom Hersteller beantragt werden. Mithilfe dieser Zulassung verpflichtet sich der Hersteller einen bestimmten Grenzwert immer einzuhalten und sich einer Fremdberwachung durch eine bauaufsichtlich, anerkannte berwachungs- und Zertifizierungsstelle zu unterziehen. Mit diesen beiden Voraussetzungen wird der Sicherheitsfaktor in den meisten Fllen auf 1,05 (5 % Zuschlag) reduziert. Dieser verringerte Zuschlag wird mit lGrenz und lBemessungswert in einem bereinstimmungszertifikat der Zertifizierungsstelle dokumentiert (Bild 1). Mit den Anwendungsregeln DIN 4108-10, DIN V 4108-4 und den bauaufsichtlichen Zulassungen werden die europischen Dmmstoffnormen seit 2003 ohne grçßere Probleme und mit einem hohen Maß an Vertrauen durch die Endverbraucher in Deutschland umgesetzt. Sehr wichtig war es in diesem Zusammenhang, dass durch das gewohnte -Zeichen und die bekannten Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit (frher Wrmeleitfhigkeitsgruppen) keine Verunsicherung der Hersteller, Anwender und Endverbraucher eintrat und neben neuen Angaben, die altvertrauten Angaben wiederzufinden sind.

192

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 1. Musteretikett

2.1

Anwendungsgebiete von Wrmedmmstoffen nach DIN 4108-10

Alle genormten Anwendungen sind fr die gngigen Dmmstoffe in DIN 4108-10, nicht nach Anwendungen, sondern nach Dmmstoffen angeordnet, aufgefhrt. Fr jeden Dmmstoff enthlt die DIN 4108-10

eine Tabelle, in der fr alle gngigen Anwendungen, z. B. Dach, Decke oder Wand, die Mindestanforderungen hinsichtlich Dickentoleranz, Dimensionsstabilitt, Druckfestigkeit, Wasseraufnahme usw. aufgefhrt sind. Dabei sind die Anwendungsgebiete fr alle Dmmstoffe nach EN 13162 bis EN 13171 gleich, aber nicht die

Tabelle 4. Anwendungsgebiete von Wrmedmmungen und Anwendungsbeispiele gemß DIN 4108-10:2008-06 Kurzzeichen Anwendungen Decke, Dach DAD

Außendmmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschtzt, Dmmung unter Deckungen

DAA

Außendmmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschtzt, Dmmung unter Abdichtungen

DUK

Außendmmung des Dachs, der Bewitterung ausgesetzt (Umkehrdach)

DZ

Zwischensparrendmmung zweischaliges Dach, nicht begehbare, aber zugngliche oberste Geschossdecke

DI

Innendmmung der Decke (unterseitig) oder des Daches Dmmung unter den Sparren / Tragkonstruktion, abgehngte Decke usw.

DEO

Innendmmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich ohne Schallschutzanforderungen

DES

Innendmmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich mit Schallschutzanforderungen Perimeter

PW

Außenliegende Wrmedmmung von Wnden gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung)

PB

Außenliegende Wrmedmmung unter der Bodenplatte gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung) Wand

WAB

Außendmmung der Wand hinter Bekleidung

WAA

Außendmmung der Wand hinter Abdichtung

WAP

Außendmmung der Wand unter Putz (Sockeldmmung, Wrmebrckendmmung)

WZ

Dmmung von zweischaligen Wnden (Kerndmmung)

WH

Dmmung von Holzrahmen und Holztafelbauweise

WI

Innendmmung der Wand

WTH

Dmmung zwischen Haustrennwnden mit Schallschutzanforderung

WTR

Dmmung von Raumtrennwnden

Wesentliche Anforderungen bei verschiedenen Anwendungen

193

Tabelle 5. Differenzierung von bestimmten Dmmstoffeigenschaften – Auszug aus DIN 4108-10:2008-06 Produkteigenschaft

Kurzzeichen

Beschreibung

Beispiele

dk

keine Druckbelastbarkeit

Hohlraumdmmung Zwischensparrendmmung

dg

geringe Druckbelastbarkeit

Wohn-und Brobereich unter Estrich

Druckdm belastbarkeit dh

mittlere Druckbelastbarkeit

nicht genutztes Dach mit Abdichtung

hohe Druckbelastbarkeit

genutzte Dachflchen, Terrassen

ds

sehr hohe Druckbelastbarkeit

Industriebçden, Parkdeck

dx

extrem hohe Druckbelastbarkeit

hoch belastete Industriebçden, Parkdeck

wk

keine Anforderung an die Wasseraufnahme

Innendmmung im Wohn- und Brobereich

wf

Wasseraufnahme durch flssiges Wasser

Außendmmung von Außenwnden und Dchern

wd

Wasseraufnahme durch flssiges und/oder Diffusion Perimeterdmmung, Umkehrdach

zk

keine Anforderung an Zugfestigkeit

Hohlraumdmmung, Zwischensparrendmmung

zg

geringe Zugfestigkeit

Außendmmung der Wand hinter Bekleidung

zh

hohe Zugfestigkeit

Außendmmung der Wand unter Putz, Dach mit verklebter Abdichtung

sk

keine Anforderungen an schalltechnische Eigenschaften

alle Anwendungen ohne schalltechnische Anforderungen

sh

Trittschalldmmung, erhçhte Zusammendrckbarkeit

schwimmender Estrich, Haustrennwnde

sm

mittlere Zusammendrckbarkeit

sg

Trittschalldmmung, geringe Zusammendrckbarkeit

tk

keine Anforderungen an die Verformung

tf

Dimensionsstabilitt unter Feuchte und Temperatur Außendmmung der Wand unter Putz, Dach mit Abdichtung

ti

Verformung unter Last und Temperatur

Wasseraufnahme

Zugfestigkeit

Schalltechnische Eigenschaften

Verformung

Mindestwerte fr die jeweilige Anwendung. Diese Mindestwerte hngen nicht nur von der Anwendung ab, sondern auch von der Natur des Dmmstoffs. Fr die Flachdachdmmung eines nicht genutzten Daches, Anwendungskurzzeichen DAA dm, wurde fr Mineralwolle-Dmmstoffe beispielsweise ein Mindestwert der Druckspannung von 40 kPa festgelegt. Andere Dmmstoffe wie PUR-Hartschaum erfllen von Haus aus mindestens 100 kPa, XPS-Dmmstoffe 300 kPa und Schaumglas-Dmmstoffe mindestens 400 kPa. Das heißt, dass diese Dmmstoffe ebenfalls fr diese Anwendungen geeignet sind, aber eventuell noch andere Belastungen wie Begrnungen, Pflanzkbel oder Gehwegplatten fr Wartungsarbeiten mit abdecken. Um dem Leser die Wiedererkennung der Anwendung zu erleichtern, sind die Anwendungsgebiete mit Piktogrammen versehen. Weiterhin sind die Anwendungsgebiete noch nach Produkteigenschaften weiter unter-

Innendmmung

Dach mit Abdichtung

gliedert, je nach Druckbelastbarkeit, Wasseraufnahme, Zugfestigkeit, schalltechnische Eigenschaften und Verformungen unter verschiedenen Belastungen. 2.2

Nicht genormte Anwendungen

Neben den in DIN 4108-10 genormten Bauanwendungen gibt es noch eine ganze Reihe von nicht genormten Anwendungen. Diese werden in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt. Beispiele fr diese nicht genormten Anwendungen sind: – Wrmedmmverbundsysteme, – Fassadendmmsysteme mit Schallschutzanforderungen, – Umkehrdcher mit außen liegendem Dmmstoff wie bekiestes Umkehrdach, Grndach, Parkdach, – Perimeterdmmung mit EPS- oder PUR-Dmmstoffen,

194

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

– Perimeterdmmung im drckenden Wasser (XPS und Schaumglas CG), – Wrmedmmung unter lastabtragender Grndungsplatte. Bei allen Anwendungen wird erwartet, dass der verwendete Dmmstoff zumindest die Minimalanforderungen ber die gesamte Lebensdauer einer Dmmmaßnahme behlt. Whrend des Herstellprozesses kçnnen blicherweise nur die Kurzzeittests wie Druckfestigkeit oder Anfangswert der Wrmeleitfhigkeit geprft werden. Das Langzeitverhalten kann blicherweise nur durch spezielle Langzeittests oder Untersuchungen an Praxisobjekten nachgewiesen werden. 2.3

Langzeitverhalten

Wenn ein Produkt neu oder weiter entwickelt wird, versucht man nicht nur durch Prfung der Anfangseigenschaften den Dmmstoff zu beschreiben. Vielmehr versucht man durch zeitraffende Tests Analogien zu bekannten Eigenschaftsnderungen zu finden. Diese zeitraffenden Prfungen kçnnen sowohl mit erhçhten Temperaturen (Schnellalterung) als auch mit erhçhtem Feuchtegehalt (Floridatest, Autoklavtest, Diffusionstest, Frost/Tauwechsel) oder mit erhçhtem Druck (Verhalten unter definierten Lasten und Temperaturen) durchgefhrt werden. In wenigen Fllen ist auch das Reduzieren der Dmmschichtdicke (sog. Slicing-Verfahren) ein bewhrtes Mittel, um die Gasaustauschvorgnge bei der Schnellalterung der Wrmeleitfhigkeit zu beschleunigen. Diese zeitraffenden Tests ergeben mit einer bestimmten Sicherheit ein Eigenschaftsbild fr einen bestimmten Zeitraum unter festgelegten Laborbedingungen. Sie ersetzen aber nicht Praxisuntersuchungen unter natrlichen Klimabedingungen. In den letzten Jahren versucht man auch verstrkt durch Rechenprogramme das Langzeitverhalten von Dmmstoffen zu simulieren. Nur fr das Schnellalterungsverhalten von Dmmstoffen mit neuen Treibmitteln werden diese heute in grçßerem Maß angewandt (s. Abschn. 3.5.2). Fr andere Eigenschaften wie das Druckverhalten sind solche Rechenprogramme nicht bekannt. Das Feuchteverhalten in der Anwendung von Dmmstoffen kann heute mit instationren Rechenprogrammen wie z. B. „WUFI“ abgeschtzt werden. Allerdings bençtigen die Programme eine ganze Anzahl von Eingabedaten, die nicht in allen Fllen hinreichend bekannt sind. In den nachfolgenden Abschnitten werden die wesentlichen Dmmstoffeigenschaften, die das Langzeitverhalten beschreiben, fr eine Reihe von Dmmstoffen diskutiert und soweit vorhanden in Diagrammen dargestellt.

3

Laborversuche

3.1

bersicht

Um ein Produkt fr eine bestimmte Anwendung als geeignet befinden zu kçnnen, muss der Hersteller entweder durch eigene Prfungen oder durch Prfungen in einem bauaufsichtlich anerkannten Prfinstitut einen Nachweis fr die jeweilige Eignung des Dmmstoffprodukts erbringen. Da es sich bei Eignungs- und Verwendbarkeitsprfungen, beispielsweise fr eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung, in der Regel um neuartige Produkte und Stoffe handelt, ist eine Aussage ber eine bestimmte Eigenschaft ber einen grçßeren Zeitraum manchmal nur schwer mçglich. Verstndlicherweise sind die Hersteller an den Eigenschaften und natrlich auch an einer raschen Markteinfhrung interessiert. Da somit eine langzeitige Prfung eines Dmmstoffs vor der Einfhrung nicht mçglich ist, versucht man in Verbindung mit zeitraffenden Alterungsmethoden auf das Langzeitverhalten des Dmmstoffs zu schließen. Hierbei unterscheidet man die jeweiligen Testverfahren ganz grob und ohne Anspruch auf Vollstndigkeit in drei grçßere Bereiche: 1. Kurzzeittests, 2. Langzeittests, 3. zeitraffende Tests. Die kurzzeitigen Testverfahren umfassen Prfungen zur Beurteilung der wrmeschutztechnischen, mechanischen wie auch brandschutztechnischen Beurteilung eines produktionsfrischen Produkts. Dadurch erhlt man zwar keine Aussagen ber das Langzeitverhalten von Dmmstoffen, jedoch bilden diese Prfmethoden die Basis fr die Messungen, mit denen natrlich oder knstlich gealterte Produkte letztlich beurteilt werden. Sie finden daher auch in anderen, spter erluterten Prfungen ihre Verwendung. Prfungen in Bezug auf das Langzeitverhalten finden sich im Abschnitt 3.3. Langzeittests werden vor allem fr die Eigenschaften Wrmeleitfhigkeit, Zellgasnderung sowie Druckspannung durchgefhrt. Außerdem wird kurz auf die Dimensionsnderungen verschiedener Dmmstoffe nach einer lngeren Lagerung eingegangen. Dieser Abschnitt beschftigt sich ausschließlich mit Prfungen von unter Laborbedingungen gelagerten Proben und nicht an Proben aus einem Bauwerk, da somit Fremdeinflsse wie Temperatur oder Feuchte ausgeschlossen sind. Dadurch ist der Vergleich mit anderen unter Laborbedingungen geprften Proben mçglich. Abschnitt 3.4 beschreibt die sogenannten zeitraffenden Tests. Diese beinhalten Prfungen, die am frisch hergestellten Dmmstoff eine simulierte „Alterung“ bewirken. Hierzu werden unter definierten Laborbedingungen Belastungen wie Temperatur und Feuchte auf ein Produkt aufgebracht, um sein individuelles Verhalten und Vernderungen gegen diese Fremdeinflsse zu messen. Eine Dickennderung bei einer definierten Luftfeuchte, ein Schrumpfen des Dmmstoffs unter Temperatur oder auch eine Erhçhung seiner Wrmeleit-

Laborversuche

fhigkeit durch einen beschleunigten Zellgasaustausch bei Hartschaumprodukten mit Treibmitteln, die eine niedrigere Wrmeleitfhigkeit als Luft aufweisen, sind nur einige der mçglichen Prfmethoden. Durch derartige Belastungen durchluft der Probekçrper eine sogenannte Schnellalterung, die die nderung eines Stoffs innerhalb der nchsten 25 bis 50 Jahre abbildet und somit innerhalb von wenigen Wochen und Monaten sein Langzeitverhalten simuliert. Eine Wiederholung der Prfungen ist, da sie stets unter gleichbleibenden Bedingungen im Labor durchgefhrt wird, damit auch bei genderten Produkten oder bei Neuentwicklungen jederzeit mçglich. Diese Reproduzierbarkeit ermçglicht somit einen Vergleich von Ergebnissen aus vorangegangenen und zuknftigen Untersuchungen. Abschließend zu den Laborprfungen erfolgt in Abschnitt 3.5 noch eine kurze Erluterung zu derzeit gngigen Extrapolationsmethoden und Berechnungsprogrammen. 3.2

Kurzzeittests

Unter kurzzeitigen oder besser unmittelbar nach der Produktion durchgefhrten Tests versteht man Messungen, denen keine lngere Lagerzeit vorausgeht oder deren Prfzeit innerhalb von wenigen Tagen abgeschlossen ist. Sie dienen zur Beurteilung des vorliegenden Materials im aktuellen Zustand. Diese gngigen Prfungen umfassen beispielsweise die Messung der Wrmeleitfhigkeit bzw. des Wrmedurchlasswiderstands, Druckfestigkeit, Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene und des Brandverhaltens, um nur einige ausgewhlte zu nennen. Solche Prfungen an Dmmstoffen erfolgen beispielsweise beim Hersteller selbst im Rahmen der werkseigenen Produktionskontrolle, aber auch stichprobenartig im Rahmen der Fremdberwachung der Hersteller und in Verbindung mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung, bei der aus der laufenden Produktion oder aus dem Zwischenlager Stichproben entnommen werden, um daran durch bauaufsichtlich anerkannte Prfinstitute Messungen durchzufhren. Das zur Messung vorgesehene Material wird vor jeder Prfung konditioniert, d. h. es erfolgt vorab eine Lagerung des Dmmstoffs in einem Normklima bei einer Temperatur von (23 € 2) C und einer relativen Luftfeuchte von (50 € 5) %. Diese Art der Probenvorbereitung schafft somit gleiche Prfbedingungen fr alle geprften Produkte und soll so eine sptere Vergleichbarkeit von Messwerten zu frheren Ergebnissen oder zu weiteren Werken oder Produkten anderer Hersteller ermçglichen. Außerdem sind bestimmte Materialien besonders zu konditionieren. Beispielsweise muss bei expandiertem Polystyrol (EPS) eine verlngerte Trocknungszeit bercksichtigt werden, da eine gewisse Restfeuchte in den Platten verbleibt (Bild 2). Durch das Trocknen der EPS-Platten ber mehrere Tage bei einer Temperatur von ca. 60 C bis zur Massekonstanz ergibt sich erst eine Vergleichbarkeit zu anderen Prfergebnissen. Da mit diesen kurzzeitigen Prfungen innerhalb

195

Bild 2. Graues, weißes und grau-weißes expandiertes Polystyrol (EPS)

von wenigen Tagen bereits Ergebnisse vorliegen, eignen sich diese auch zur werkseigenen Produktionskontrolle der einzelnen Hersteller, um rasch Rckschlsse auf die Qualitt der jeweiligen Charge zu erhalten und gegebenenfalls kurzfristig Korrekturen im Produktionsprozess umzusetzen. Deshalb ist auch bei der werkseigenen Produktionskontrolle eine exakte Probenvorbereitung einzuhalten. 3.2.1

Wrmeleitfhigkeit

In Zeiten weiter steigender Energieeffizienz rckt die Eigenschaft der Wrmeleitfhigkeit eines Produkts immer mehr in den Mittelpunkt. Die Eigenschaft wird mit l bezeichnet, trgt die Einheit Watt je Meter mal Kelvin [W/(m · K)] und gibt die Wrmemenge an, die bei einer Temperaturdifferenz von einem Kelvin einen Wrfel von einem Meter Kantenlnge durchdringt. Die somit erhaltene Kenngrçße ist die wichtigste Eigenschaft eines Dmmstoffs. Als Dmmstoff werden nur Produkte bezeichnet, deren Wrmeleitfhigkeit 0,10 W/(m · K) nicht berschreitet. Technisch versteht man unter der Wrmeleitfhigkeit eine materialspezifische Eigenschaft, die im Gegensatz zum Wrmedurchlasswiderstand, von der Dicke eines Materials unabhngig ist. Hierbei kommt es je nach Material und Rohdichte zu unterschiedlichen Anteilen der beteiligten Arten der Energiebertragung wie Wrmeleitung, Strahlung und Konvektion. Im Allgemeinen lsst sich sagen, dass die Wrmebertragung durch Strahlung bei steigender Rohdichte stetig abnimmt, die durch Wrmeleitung im Feststoffanteil, bedingt durch den hçheren Feststoffanteil, zunimmt. Da diese Anteile sich nicht direkt proportional zueinander und zudem noch je nach Material von den Strahlungseigenschaften und der Wrmeleitfhigkeit der Zellgase abhngig verndern, ergibt sich eine große Vielfalt von Dmmstoffen mit vielfltigen Entwicklungsmçglichkeiten. Aber auch materialtypische Besonderheiten machen sich hierbei bemerkbar. Solche Besonderheiten

196

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

sind beispielsweise die Faserorientierung bei Stein- und Glaswolle oder die Porengrçße bei expandiertem Polystyrol. Wrmeleitfhigkeit nach DIN EN 12667 Die Messung der Wrmeleitfhigkeit bei Dmmstoffen erfolgt in der Regel gemß DIN EN 12667 sowie fr dicke Produkte nach DIN EN 12939. In beiden mçglichen Prfgerten, dem Plattengert und dem Wrmestrommessplattengert, wird eine konstante und gleichmßige Wrmestromdichte in eine Richtung eingestellt. Um Fremdeinflsse zu vermeiden und eine geringe Messunsicherheit zu gewhrleisten, erfolgt die Messung in der sog. Messflche des jeweiligen Gerts. Die Messflche befindet sich in der Mitte des Messgerts, umgeben von einem umliegenden Schutzring. Normgerechte Prfeinrichtungen erreichen heute aufgrund dieser konstruktiven Schutzmaßnahmen eine Messunsicherheit von maximal € 2 % und eine Wiederholprzision an zwei aufeinander folgenden Messungen am selben Prfkçrper ohne nderungen der Prfbedingungen von maximal € 0,5 %. Beide Unsicherheitstoleranzen werden aber von renommierten Prfinstituten bei entsprechendem Aufwand teilweise noch unterschritten. Die Messung an Dmmstoffen wird an ebenen, planparallelen Flchen durchgefhrt. In Einzelfllen werden besonders dnne und flache Thermoelemente der Heizbzw. Khlplatte direkt auf dem Produkt aufgebracht, um Luftschichten zu vermeiden und die Messgenauigkeit nochmals zu erhçhen. Dies ist beispielsweise bei Vakuum-Isolationspaneelen der Fall (Bild 3). Die derzeit blichen Bemessungswerte fr gngige Dmmstoffe sind in Bild 4 zu sehen. Es handelt sich hierbei um die jeweiligen Bemessungswerte der Dmmprodukte, nicht um einzelne Messwerte. Zustzlich zu

Bild 3. Vakuum-Isolationspaneel mit an der Probe befestigten Thermoelementen

den genormten Dmmstoffen gemß DIN EN 13162 bis DIN EN 13171 wurden außerdem noch die VakuumIsolationspaneele (VIP) in die bersicht aufgenommen, fr die in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen ein Bemessungswert festgesetzt wurde. Es zeigt sich, dass die gngigen Dmmstoffe eine Wrmeleitfhigkeit zwischen 0,024 W/(m · K) und 0,045 W/(m · K) aufweisen. Die Dmmstoffe mit hçherer Wrmeleitfhigkeit wie Holzwolle (engl. wood wool, daher WW) haben andere Strken als die Wrmeleitfhigkeit wie z. B. Druckfestigkeit, aber auch schall-, brandschutztechnische oder optische Eigenschaften. Außerdem werden Holzwolleprodukte, sofern eine erhçhte Dmmung bei der Anwendung von Interesse ist, mit Mineralwolle oder EPS zu Sandwichpaneelen kombiniert, die dann die Vorteile beider Materialen vereinen (s. Bild 5).

Bild 4. Typische Bereiche der Wrmeleitfhigkeit von Dmmprodukten

Laborversuche

Bild 5. Nahaufnahme eines Sandwichpaneels aus Mineralwolle mit Holzwolledeckschicht

Die Vakuum-Isolationspaneele (VIP) stellen das andere Extrem dar. Mit einem Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit zwischen 0,007 und 0,011 W/(m · K) sind diese Dmmstoffe mit Abstand fhrend in der Eigenschaft der Wrmedmmung, liegen jedoch wegen der hohen Produktionskosten und der maßgenauen Stckfertigung auch in einem berproportional hçheren Preisniveau. Dafr jedoch birgt das VIP die Mçglichkeit, mit geringsten Dmmdicken eine ußerst effiziente und inzwischen auch langlebige Dmmwirkung zu erzielen. 3.2.2

Druckfestigkeit/-spannung

Neben der eben beschriebenen Wrmeleitfhigkeit eines Produkts gibt es jedoch noch zahlreiche weitere, das Produkt beschreibende Eigenschaften, die ebenso entscheidend fr die Beschreibung des Verhaltens eines Stoffs und dessen mçgliche Verwendbarkeit und sptere Anwendung sind. Eine der diesbezglich wichtigsten Eigenschaften ist das Verhalten eines Stoffs bei Druck-

197

beanspruchung gemß DIN EN 826. Nach einer vorangegangenen Lagerung des Probekçrpers bei Normklima (23 C / 50 % r. F.) erfolgt die Prfung zentrisch zwischen zwei parallelen Platten einer Druckprfmaschine, die sich mit einer Geschwindigkeit in Abhngigkeit der Probendicke aufeinander zu bewegen. Die Prfung endet mit dem Bruch des Probekçrpers oder bei elastischen Stoffen sptestens nach einer Stauchung von 10 % der ursprnglichen Dicke. Im ersten Fall spricht man dann von der Druckfestigkeit unter Angabe der erreichten Stauchung, im zweiten Fall von der Druckspannung, die folglich stets eine Stauchung von 10 % aufweist. Die jeweilige Einheit wird in Kilopascal [kPa] angegeben und zeigt so die Widerstandsfhigkeit eines Produkts gegen kurzzeitig aufgebrachte Druckbeanspruchung. Zur besseren Einordnung zeigt Bild 6 bezglich des Druckverhaltens typische und zurzeit bliche Bereiche der jeweiligen Materialien. Die angegebenen Spannen stellen durch Hersteller deklarierte Mindestwerte dar und auch solche aus Zulassungen, die in Einzelfllen teilweise deutlich berschritten werden kçnnen. Auffallend in dieser Grafik sind die sehr hohen Werte beim Schaumglas (CG) und beim extrudierten Polystyrol (XPS). Beide Materialien finden sich daher auch bei der Anwendung als Dmmung unter Druckbeanspruchung wie bei der Dmmung unter der Grndungsplatte von Gebuden, da hier hohe Lasten abzutragen sind und eine entsprechend hohe Dauerdruckspannung notwendig ist, die in engem Zusammenhang mit der Kurzzeitdruckfestigkeit steht. Whrend Schaumglas eine hohe Druckspannung durch seine besondere Materialzusammensetzung erreicht, erreicht XPS die hçheren Werte der Druckfestigkeit durch das spezielle Zellbild. Nach dem vollstndigen Aushrten des Produkts wird erst nach einer ausreichenden Lagerzeit aufgrund von chemischen Prozessen und Diffusionsprozessen im Produkt, die „Langzeitdruckfestigkeit“ erreicht. Dies wird spter noch genauer beschrieben.

Bild 6. Typische Bereiche der Druckfestigkeit /-spannung (Kurzzeitversuch) nach DIN EN 826

198

B3

3.2.3

Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Die Prfung der Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene nach DIN EN 1607 erfolgt an Produkten, die aufgrund ihrer Anwendung Zug- bzw. Sogkrften ausgesetzt sind. Dies kann beispielsweise bei einer Anwendung im Fassadenbereich durch den Putz, wie auch im Dachbereich, der Fall sein, da es dort aufgrund der auftretenden Windlasten zu Windsog und damit zu nennenswerten Zugkrften auf die Dmmung kommt. Auch im Hinblick auf den zunehmenden Einsatz von Wrmedmmverbundsystemen (WDVS) ist diese Eigenschaft von großer Bedeutung. Die ebenfalls in Kilopascal [kPa] gemessene Kenngrçße wird in umgekehrter Richtung wie die Druckspannung ermittelt. Hierzu werden die rechteckigen Probekçrper auf spezielle Prfplatten aufgeklebt. Diese werden anschließend solange auseinander gezogen, bis ein strukturelles Versagen der Probe eintritt. Eine Unterscheidung zwischen Zugfestigkeit und Zugspannung gibt es hierbei nicht. Eine Verdeutlichung der Bandbreite der verschiedenen Materialien findet sich in Bild 7. 3.2.4

Abmessungen/Maßhaltigkeit

Die Prfungen der Abmessungen, Ebenheit und Rechtwinkligkeit nach DIN EN 822 bis DIN EN 825 gehçren sicherlich nicht zu den komplizierten oder technisch aufwendigen Prfungen, jedoch sind sie deshalb nicht minder wichtig fr das Gesamtbild eines Produkts. Insbesondere bei der spteren Montage kann eine erhçhte Abweichung von den Soll- Maßen Wrmebrcken bewirken, die auch in kleinen Bereichen große Nachteile fr das Gesamtsystem und seine Wirksamkeit als Isolierung bedeuten kçnnen. Gleiches gilt auch fr eine zu große Unebenheit (Schsseln von Platten) oder eine fehlende Rechtwinkligkeit, was zu Luftspalten in der Dmmung fhrt. Eine hohe Genauigkeit bei der Mes-

Bild 7. Typische Bereiche der Zugfestigkeit nach DIN EN 1607

sung der Beschaffenheit eines Produkts ist daher notwendig. 3.2.5

Brandverhalten

ber das Brandverhalten von Dmmstoffen nach Produktion liegen, bedingt durch die jhrlich durchgefhrten Brandprfungen, von allen genormten und durch allgemeine bauaufsichtlichen Zulassungen abgedeckten Materialien zahlreiche Prfergebnisse und Nachweise vor. Einblicke zum Brandverhalten an lteren Dmmstoffen finden sich im Abschnitt 3.3.7. Abschließend soll bei den kurzzeitigen Tests noch darauf hingewiesen werden, dass zahlreiche weitere kurzzeitige Prfungen, je nach spterer Verwendung, zustzlich an Dmmprodukten durchgefhrt werden, um ein Produkt in seiner Gesamtheit zu beurteilen. Als Beispiele fr weitere Eigenschaften sind hierbei der Dbeldurchzug, die Biegefestigkeit, die Scherfestigkeit oder auch die Punktlastprfung anzufhren, jedoch sind diesbezglich Langzeitbetrachtungen derzeit noch im Forschungsstadium. Daher wurde auf die Beschreibungen der Prfmçglichkeiten bezglich dieser Eigenschaften in diesem Beitrag verzichtet. 3.3

Langzeittests

Diese Art von Tests bezeichnet Prfungen, die ber einen lngeren Zeitraum durchgefhrt werden. Die einzelne Messung ist hierbei nicht lnger als bei den kurzzeitigen Tests, jedoch liegen zwischen dem Prfbeginn und den einzelnen Messungen Zeitrume bis zu mehreren Jahren. Durch eine lngere Lagerzeit ist es dadurch mçglich, bei nicht zerstçrenden Prfungen wie beispielsweise der Prfung der Wrmeleitfhigkeit dieselbe Probe mehrmals in einer Art Prfserie zu messen und somit die nderung der Wrmeleitfhigkeit ber Jahre und Jahrzehnte zu erhalten.

Laborversuche

3.3.1

Wrmeleitfhigkeit nach Ablagerungszeiten bis 3 Monate

Wie bereits erwhnt gibt es Materialien, die erst nach einer gewissen Ablagerungszeit ihre spteren Kennwerte erreichen. Diese Produkte sind z. B. Schaumkunststoffe, die mit einem Treibmittel hergestellt wurden. Das Treibmittel entweicht nach und nach und verndert somit die Wrmeleitfhigkeit des Produkts, da der Zellgasanteil mit seinen wrmedmmenden Eigenschaften (Pentan, Isobutan, HFKW) mit der Zeit kleiner wird. Typische Zeitpunkte fr eine Messung der Wrmeleitfhigkeit sind: der Wert der Wrmeleitfhigkeit innerhalb weniger Tage nach der Produktion, der als „Frischwert“ bezeichnet wird. Ein weiterer Zeitpunkt fr eine Prfung, beispielsweise von XPS, ist nach einer Lagerzeit von 90 Tagen. Hierbei handelt es sich um eine erfahrungsbedingt festgelegte Zeitspanne z. B. fr die Treibmitteltechnologie CO2, die nach der Produktnorm vereinbart wurde, um den Zustand nach weitgehendem Gasaustausch zu messen. 3.3.2

Wrmeleitfhigkeit nach lngeren Lagerzeiten

Als Beispiel soll hier die nderung der Wrmeleitfhigkeit in Abhngigkeit des noch im Produkt verbliebenen Treibmittels von verschiedenen PUR-Schumen gezeigt werden. Bild 8 zeigt verschiedene Arten von Polyurethan-Schumen (PUR), die alle mit dem inzwischen verbotenen und ersetzten Treibmittel FCKW 11, aber mit unterschiedlicher Rohdichte und unterschiedlichen Herstellverfahren produziert wurden. Dieselben

199

Probekçrper wurden nach der jeweiligen Messung bei Raumtemperatur wieder eingelagert und in einem Intervall von jeweils mehreren Jahren gemß DIN 52612 (heute EN 12667) stets neu geprft. Bei diesem Langzeitversuch handelt sich daher nicht um Messwerte in der Anwendung, sondern um Messwerte des Dmmstoffs nach Lagerung unter Laborbedingungen, ohne weitere Belastungen oder Beeinflussungen. Die aktuelle Grafik zeigt somit den Verlauf der Wrmeleitfhigkeit ber 25 bis 30 Jahre und lsst damit erkennen, wie sich der Gasaustausch und die Wrmeleitfhigkeit ber die gesamte Lebensdauer entwickeln werden. Auffallend ist hierbei, dass es innerhalb der ersten 5 Jahre zu einem signifikanten Anstieg der Wrmeleitfhigkeit kommt, erst nach 10 Jahren hat der Wert ein Plateau erreicht und verbleibt innerhalb der weiteren 15 bis 20 Jahre auf nahezu demselben Niveau. Da man diesen langsameren Anstieg der Wrmeleitfhigkeit bei Polyurethan kennt, wird nur noch der sogenannte Frischwert gemessen und durch verschiedene Zuschlge fr das verwendete Treibmittel und fr die Deckschichten dann der „Langzeitwert“ der Wrmeleitfhigkeit fr verschiedene PUR-Schume berechnet. Trotz des deutlichen Anstiegs am Anfang wird bei keinem der in Bild 8 dargestellten PUR-Schume der damals geltende Bemessungswert 0,030 W/(m K) berschritten. 3.3.3

Zellgasnderung

Neben der nderung der Wrmeleitfhigkeit ber die Zeit ist noch eine Anmerkung zum Gasaustausch bei Dmmprodukten aus PUR-Schaum zu machen. Selbst

Bild 8. nderung der Wrmeleitfhigkeit in Abhngigkeit von der Dicke und Herstellungsart mit Angabe der Zellgaszusammensetzung

200

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 9. nderung des Treibmittelanteils bei pentangetriebenem PUR-Schaum [4]

nach ber 25 Jahren lsst sich mit dem Gaschromatographen noch ein Anteil des Treibmittels FCKW 11 zwischen 15 bis 25 % nachweisen. Da sich dieser Wert ebenfalls nach ungefhr 10 bis 15 Jahren stabilisiert hat, verbleibt ein bedeutender Restanteil somit im Dmmstoff, der fr den restlichen Lebenszyklus von bis zu hundert Jahren eine positive Auswirkung auf die Wrmeleitfhigkeit des Materials ausbt. Durch das beidseitige Anschumen an gasdiffusionsdichte Deckschichten wie z. B. an Aluminiumfolien mit einer Mindestdicke von 50 m bei der Produktion kann dieser Effekt des Gasaustauschs aufgrund des gasdiffusionsdicht, abgedeckten PUR-Hartschaums deutlich verlangsamt werden. Die nderung der Zellgaszusammensetzung sowie die korrespondierende Wrmeleitfhigkeit bei den heute blichen Ersatztreibmitteln zeigt Bild 9. Hierbei handelt es sich um die Darstellung von Pentan-/CO2-getriebenen PUR-Hartschaumplatten. Analog zu Bild 8 wurde in ungefhr zweijhrlichem Intervall die Lagerung bei Raumklima kurz unterbrochen und eine Messung der Wrmeleitfhigkeit nach DIN 52616 / EN 12667 durchgefhrt. Die Rohdichte beider Platten lag bei den damals blichen 34 kg/m. Auch beim Treibmittel Pentan zeigt sich ein Gasaustausch mit der umgebenden Luft und damit ein Anstieg der Wrmeleitfhigkeit in Abhngigkeit von der Dicke ber die ersten 10 Jahre. Danach ist ein deutlich langsamerer Anstieg mit dem Erreichen eines Plateaus bei kleineren Dicken zu beobachten. Mittlerweile liegen Messwerte ber 15 Jahre vor, die den weiteren Verlauf besttigen.

3.3.4

Druckfestigkeit nach Ablagerungszeiten

Wie bereits erwhnt bençtigen manche Produkte eine gewisse „Reifezeit“ nach ihrer Herstellung, in der sich wie eben beschrieben die Zellgaszusammensetzung noch erheblich ndert oder die innere Struktur eines Produkts noch weiter verfestigt. Letzterer Effekt tritt deutlich bei XPS-Produkten auf. In den Wochen nach der Herstellung erhçht sich die Druckfestigkeit des Produkts um ca. 10 bis 30 %. Da das Verhalten in Abhngigkeit von Dicke, Zellbild und Treibmittel sehr unterschiedlich ist, wird daher in der Praxis eine Prfung des Druckverhaltens von XPS erst nach einer Ablagerungszeit von mindestens 45 Tagen durchgefhrt. Der Prozess der Nachhrtung und Versteifung der inneren Struktur ist zu diesem Zeitpunkt zwar noch nicht abgeschlossen, jedoch befindet man sich einerseits mit dem 45-Tagewert aufgrund der sich weiter erhçhenden Druckfestigkeit auf der sicheren Seite, andererseits sind 45 Tage noch eine Zeitspanne, um auf evtl. nderungen der Messwerte im Produktionsprozess zeitnah reagieren zu kçnnen. Bei expandiertem Polystyrol hingegen ist der Reifeprozess durch die offenzellige Struktur sehr viel frher abgeschlossen. Ist das Produkt einmal „ausgetrocknet“ und das Treibmittel entwichen, so ist beispielsweise in Bild 10 gut zu erkennen, dass es auch nach 35 Jahren weder zu einer Verbesserung noch einer Verschlechterung der Druckspannung kommt. Da zwischen der Druckspannung und der Rohdichte des jeweiligen EPS-Produkts ein linearer Zusammenhang besteht, ist eine Darstellung auf eine normierte Roh-

Laborversuche

201

Bild 10. Messergebnisse an bis zu 35 Jahre alten EPS-Platten

dichte von 25 kg/m (weißer Rohstoff) mçglich. Es zeigt sich hierbei deutlich, dass sich alle Messwerte innerhalb einer relativ geringen Toleranz befinden. 3.3.5

Dimensionsnderung

Ein wenig anders verhlt es sich beim expandierten Polystyrol im Hinblick auf die Maßhaltigkeit und Beschaffenheit des Produkts. Bild 11 zeigt das Verhalten von 40 mm dickem weißem EPS in Bezug auf sein Verhalten bei Nachschwinden. Auffallend ist hierbei, dass es abhngig von der Rohdichte der EPS-Platte erst nach lngerer Zeit zu einer Stabilisierung dieser nachtrglichen Maßnderung durch das Austrocknen kommt. Die Maßnderungen sind nicht sehr hoch und die Entstehung der Grafik liegt etliche Jahre zurck. Inzwi-

Bild 11. Nachtrgliche Dimensionsnderung bei weißen, 40 mm dicken EPS-Platten in Abhngigkeit von der Rohdichte (Nachschwinden)

schen ist der Effekt deutlich geringer, da das Produkt weiterentwickelt wurde. Betrachtet man Dmmplatten aus Polyurethan, so zeigt sich ein solches Nachschwinden bei der Lnge und Breite nicht. Eine 16-jhrige Untersuchung an 4 verschiedenen Proben zeigt, dass es innerhalb dieses Zeitraums an den untersuchten Kçrpern zu keiner Verringerung der Abmessungen kam. Die fr PUR ber Jahre hinweg bliche, geringe Zunahme bei Lnge und Breite verdeutlicht ansatzweise Bild 12. 3.3.6

Dickennderung ber lngere Zeitrume

Der Dicke von Dmmstoffen kommt wegen des Zusammenhangs mit dem Wrmedurchlasswiderstand besonders große Bedeutung zu. Daher stellt sich die Frage, wie es sich mit der Dicke von Dmmstoffen ber einen Zeitraum von mehreren Jahren verhlt. Auch hier liegen wenige Versuchsdaten vor. Beispielsweise sind Daten von Platten aus Polyurethan ber 16 Jahre hinweg bei einer zwischenzeitlichen Lagerung im Klima bei (23 € 5) C und (50 € 20) % relativer Feuchte mit unterschiedlicher Dicke (40, 50 und 80 mm) und unterschiedlichen Treibmitteln (HFCKW 141 b, Pentan) gespeichert. Bild 13 zeigt hierbei die absolute Vernderung der Dicke in Millimeter innerhalb von 16 Jahren Beobachtungszeit, Bild 14 zeigt fr dieselben Produkte die relative Abweichung in Prozent. In diesem Zusammenhang fllt auf, dass keine signifikanten Entwicklungen nach 16 Jahren, insbesondere jedoch keine Dickenverringerung zu erkennen sind. Selbst nderungen von 1 % nach ca. 5 Jahren bei einem Produkt gehen nach Jahren wieder zurck. Die beiden prozentual groß wirkenden Vernderungen der Dicke nach 16 Jahren (Bild 14, rechts) bei den dnneren Platten lassen daher vor diesem Hintergrund eher auf den Einfluss von ußeren Einwirkungen wie Temperatur und Luftfeuchte schließen, als auf eine tendenzielle Erhçhung der Dicke, zumal die absolute nderung immer noch bei ca. 1 mm und damit noch immer sehr niedrig ist. Generell ist bei den heute gngigen Dmmstoffen in Plattenform, sofern eine fehlerfreie Herstellung vorliegt

202

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 12. Vernderung der Lnge und Breite innerhalb von 16 Jahren bei verschiedenen Treibmitteln und Plattendicken bei PUR

Bild 13. Absolute Vernderung der Dicke an PUR-Platten innerhalb von 16 Jahren

Bild 14. Relative Vernderung der Dicke an PUR-Platten innerhalb von 16 Jahren

Laborversuche

und keine zustzlichen Belastungen auftreten, nicht mit Dickenverminderungen außerhalb der angegebenen Toleranzen zu rechnen. Schttungen: Bei Schttungen und eingeblasenen Dmmstoffen wird der Dmmstoff erst an der Verwendungsstelle hergestellt (sog. In-situ-Dmmstoff). Hier kann es durch Setzung durchaus zu Dickenverminderungen und Luftschichten kommen (Bild 15). Bei diesen Dmmstoffen wird sowohl bei den Zulassungsprfungen wie auch im Rahmen der Fremdberwachung nach Zulassung das Setzungsverhalten regelmßig berprft und darf 10 bis 20 % nicht berschreiten. 3.3.7

Brandverhalten

Von gealterten Dmmprodukten liegen kaum çffentlich zugngliche Messungen oder Gutachten vor; weder von Objektentnahmen, aus denen natrlich gealterte Dmmstoffe bezogen werden kçnnten, noch an knstlich gealterten Dmmstoffen. Bercksichtigen muss man bei dieser Betrachtung, dass es eine Reihe von Stoffen gibt, bei denen die Ausgangsstoffe nicht brennbar sind, wie Schaumglas, und deren Brandverhalten sich deshalb nicht ndern kann. Es gibt aber auch Stoffe, die einen variablen Anteil an organischem Bindemittel haben, wie bei Mineralwolle, Perliteplatten usw., deren Brandverhalten sich ber die Zeit ndern kann. Daneben gibt es Dmmstoffe, die Flammschutzmittel verwenden, wie Schaumkunststoffe und organische Faserdmmstoffe, bei denen auch ein Abbau des Flammschutzmittelanteils ber die Lebensdauer denkbar ist. Bei neuen organischen Faserdmmstoffen wird nach Ablauf der ersten Zulassungslaufzeit ein Nachweis des Brandverhaltens am Dmmstoff aus Praxisobjekten gefordert. Fr Polyurethan-Hartschaum-Dmmstoffe liegt ein Untersuchungsbericht vor, der aussagt, dass sich das Brandverhalten ber lngere Zeitrume im Rahmen der blichen Messwertstreuungen nicht ndert.

Bild 15. Setzverhalten von geblhten Perliten im Praxistest

203

Bezglich EPS-Dmmstoffen findet sich im „EPS white book“ [5] unter Kapitel 2.17. 2. 11: Durability of reaction to fire, der Hinweis, dass der Abbau der Flammschutzmittel bei Produkten nach DIN 4102 – B1 innerhalb der durchschnittlichen Lebensdauer bzw. Verwendungsspanne zu vernachlssigen sei. 3.4

Zeitraffende Tests

Unter zeitraffenden Tests versteht man Prfmethoden, die eine definierte, beschleunigte Alterung eines Produkts ergeben. Hierbei wird das Material verschiedenen Beanspruchungen wie Temperatur, Feuchte usw. ausgesetzt, um die whrend der Nutzungszeit von mehreren Jahren eintretende, natrliche Alterung zu simulieren und somit bereits kurze Zeit nach der Herstellung eine Beurteilung ber das Langzeitverhalten des Produkts abgeben zu kçnnen. Zu solchen natrlichen Beanspruchungen kommt es beispielsweise durch den Einfluss der Witterung in Form von Temperaturschwankungen, den Einfluss von Wasser, Feuchte bzw. Frost, durch eine Dauerdruckbeanspruchung oder auch durch Kombinationen zwischen mehreren Beanspruchungen des Materials. Im Folgenden soll nun auf die jeweiligen beschleunigten „Alterungsmethoden“ nher eingegangen werden. 3.4.1

Wrmeleitfhigkeit nach Alterung durch Verringerung der Dicke (Slicing)

Wie bereits angesprochen, ist die Zusammensetzung des Gases innerhalb der Zellen und der Gasaustausch mit der umgebenden Luft bei Hartschumen mitentscheidend fr die jeweilige Wrmeleitfhigkeit des Dmmstoffs. Als erstes Alterungsverfahren soll daher fr XPS-Schaum auf die Bestimmung der gealterten Wrmeleitfhigkeit eingegangen werden. Dieses in der Norm DIN EN 13164 (XPS) im Anhang C beschriebene Verfahren ist bei der Verwendung von Treibmitteln, außer CO2, anzuwenden, die eine nied-

Bild 16. Probekçrper nach Slicing in 10 mm dicken Scheiben

204

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 17. Berechnung von Wrmeleitfhigkeitskurven aus Diffusionskoeffizienten fr homogene Dmmstoffe in verschiedener Dicke (sog. Nordtestmethode nach Isberg und Sandberg [6])

rigere Wrmeleitfhigkeit als Luft aufweisen. Nach einer Konditionierung der Produkte bei (23 € 2) C und (50 € 5) % relativer Feuchte wird der Prfkçrper in Scheiben mit einer jeweiligen Dicke von 10 mm geschnitten (Bild 16). Die Scheiben werden im Anschluss an den Zuschnitt je nach Produktdicke zwischen 30 bis 90 Tagen bei (23 € 2) C und (50 € 5) % gelagert und anschließend die Wrmeleitfhigkeit gemessen. Das Zuschneiden in Scheiben und das anschließende Lagern der Probekçrper ermçglicht durch die Verringerung des Diffusionsweges einen schnelleren Gasaustausch. Durch mathematische Simulation und durch einzelne Kontrollmes-

sungen (siehe Bild 18) konnte gezeigt werden, dass die Lagerung von 90 Tagen einer mittleren, natrlichen Alterung bei Raumtemperatur ber 25 Jahre entspricht (s. Bild 17). Durch diesen Zusammenhang sind durch eine Verlngerung der Diffusionszeit an den 10 mm dicken Scheiben auch Aussagen ber Zeitspannen von deutlich mehr als 25 Jahren mçglich, die aber in der Praxis nicht gebruchlich sind. Diese Methode funktioniert nicht oder nur bedingt bei gasdiffusionsdichten Deckschichten und inhomogenem Diffusionsverhalten ber die Dicke. Deshalb wurden dafr andere Methoden entwickelt (s. DIN EN 13165 (PUR) Anhang C und DIN EN 13166 (PF) Anhang C).

Bild 18. Vernderung der Wrmeleitfhigkeit von XPS-Dmmstoffen in Abhngigkeit von der Dicke des Probekçrpers und der Ablagerungszeit nach Zuschnitt (Messungen von Isberg ) [6]

Laborversuche

Ergnzend hierzu zeigt Bild 18 den Anstieg der Wrmeleitfhigkeit bei verschiedenen Probedicken als eine Funktion aus experimentellen Messungen. Die 3 · 10 mm und die 30 mm dicken Proben wurden aus der Plattenmitte einer 80 mm starken XPS-Platte geschnitten wurden (keine Schumhaut), die 40 mm dicke Probe behlt einseitig eine Schumhaut. Der Einfluss der angeschnittenen Zellen beim Slicing und der Einfluss der Schumhaut sind zu erkennen. 3.4.2

Wrmeleitfhigkeit nach Alterung durch erhçhte Temperatur

Eine weitere sehr verbreitete Methode zur beschleunigten Alterung ist die Erhçhung der Temperatur. Sie ist fr PUR-Hartschaum-Dmmstoffe, Phenolharz-Dmmstoffe (PF), aber auch Vakuum-Isolationspaneele sehr weit verbreitet und basiert auf dem physikalischen Prinzip, dass sich mit steigender Temperatur die Diffusionsvorgnge der einzelnen Zellgase stark beschleunigen. Diese Methode eignet sich auch fr Platten mit gasdiffusionsdichten Deckschichten und fr Platten mit inhomogener Zellstruktur und Rohdichteverteilung ber die Dicke der Platten. Da die Methode bei der 70-C-Alterung eine Beschleunigung um den Faktor von ca. 8 bis 15 gegenber der 23-C-Lagerung ergibt, ist die Alterung nach (175 € 5) Tagen noch nicht abgeschlossen, sondern strebt einem leicht steigenden Plateau entgegen. Fr diesen weiteren Anstieg wurden sogenannte Sicherheitszuschlge in Abhngigkeit vom Treibmittel und den Deckschichten eingefhrt. Die ermittelten Werte nach 175 Tagen Schnellalterung inkl. Sicher-

205

heitszuschlag reprsentieren den mittleren Anstieg der Wrmeleitfhigkeit ber 25 Jahre. Da die Prfdauer mit 175 Tagen doch sehr lange ist und viele Hersteller den technischen Aufwand fr diese Lagerung scheuen, wurde als Option die Methode der festen Zuschlge fr PUR-Hartschaum eingefhrt. Diese Methode kann angewandt werden, wenn der Hersteller gezeigt hat, dass sein Schaum einen sogenannten Normalittstest bestanden hat, und sich somit wie die berwiegende Mehrheit der geschlossenzelligen, mit bestimmten Treibmitteln geschumten PUR-Hartschaumstoffe verhlt. Beim Normalittstest wird durch einen einfachen Test (eine 20 mm dicke Schicht aus dem Kern wird 21 Tage bei 70 C gelagert und anfangs und nach Abschluss die Wrmeleitfhigkeit gemessen) bestimmt, ob der PURHartschaum eine ausreichende Geschlossenzelligkeit aufweist und gengend Treibmittel enthlt, um mit den festen Zuschlgen realistische Langzeitwerte zu erzielen. Beide Methoden ergeben nach den Erfahrungen der letzten 7 Jahre weitgehend vergleichbare gealterte Werte der Wrmeleitfhigkeit und nur in ganz wenigen Fllen Vorteile fr die eine oder andere Methode. Bild 19 zeigt den Anstieg der Wrmeleitfhigkeit von PUR-Blockschaum bei verschiedenen Temperaturen von 23 C bis 100 C. Hierbei wurden Proben aus derselben Charge (Rohdichte 32 kg/m, Nenndicke 100 mm, Treibmittel Pentan) bei unterschiedlichen Temperaturen ber 1 Jahr gelagert. Wie zu erwarten, erhçht sich bei steigender Temperatur die Wrmeleitfhigkeit schneller, da es zu einem beschleunigten Ausdiffundieren des Pentans kommt. Bei allen Temperaturen des Beispiels nhert sich die Wrmeleitfhigkeit mit

Bild 19. Erhçhung der Wrmeleitfhigkeit in Abhngigkeit von der Lagertemperatur [7]

206

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 20. Unterschied bei der Vernderung der Wrmeleitfhigkeit in Bezug auf eine Lagerung bei 23 C im Vergleich zu 70 C

zunehmendem Probenalter praktisch einem Endwert (hier ca. 0,026 W/(m · K), welcher mit hçherer Temperatur schneller erreicht wird. Anzumerken ist, dass es bei einer Temperatur ber 70 C bei Polyurethan neben dem beschleunigten Austreten des Treibmittels auch zu messbaren Dimensionsnderungen und stofflichen Umwandlungsprozessen kommt, weshalb die 70-C-Alterungsmethode bevorzugt wird. In Bild 20 wird der Anstieg der Wrmeleitfhigkeit bei 70 C gegenber 23 C fr einen PUR-Blockschaum hçherer Rohdichte gezeigt, die zu einer strkeren Erhçhung der Wrmeleitfhigkeit fhrt. 3.4.3

Dimensionsstabilitt bei definierten Temperatur- und Feuchtebedingungen

Die Bestimmung der Dimensionsstabilitt umfasst die DIN EN 1603, die eine mçgliche Verformung eines Prfkçrpers bei Normklima (23 € 2) C und (50 € 5) %

relative Feuchte nach mindestens 28 Tagen erfasst. Im Gegensatz dazu sind die mçglichen Beanspruchungen nach der DIN EN 1604 deutlich variantenreicher und auch den jeweils vorgesehenen spteren Anwendungen des Dmmprodukts flexibler anpassbar. Je nach Wunsch des Herstellers oder Anwendungsgebiet kçnnen Prfbedingungen von –40 C bis +70 C ohne oder mit einer Festlegung der relativen Luftfeuchte vereinbart und gemessen werden. Die bevorzugte Dauer der Klimabeanspruchung ist (24 € 1) oder (48 € 1) Stunden. An vorher definierten und vermessenen Punkten findet im Anschluss an die Klimalagerung eine Rckvermessung der Probekçrper statt. Hierbei werden die Lnge, Breite und Dicke erneut vermessen und die jeweiligen Mittelwerte der Maßnderungen Del, Deb und Ded auf 0,1 % gerundet angegeben. Die entsprechenden Grenzwerte ergeben sich aus den jeweiligen Typen der Anwendungsnorm DIN EN 4108-10, der Produktnorm sowie der Deklaration des Herstellers. Außerdem ist

Tabelle 6. Maximale, materialtypische Maßnderungen bezglich der Lnge, Breite und Dicke durch Schnellalterung bei definierten Temperatur- und Feuchtebedingungen Dmmstoff

Maßnderung bei der Lnge Del

Breite Deb

Dicke Ded

Mineralwolle

€ 1%

€ 1%

€ 1%

EPS

€ 1%

€ 1%

€ 1%

XPS

€ 5%

€ 5%

€ 5%

PUR

€ 0,5 % bis € 5 %

€ 0,5 % bis € 5 %

€ 2 % bis € 10 %

Laborversuche

dieses Dmmstoff-Prfverfahren nicht wie bisher beschrieben auf einen bestimmten Materialtyp zugeschnitten, sondern ist als Prfnorm fr alle Materialien entsprechend einer spteren Anwendung verwendbar. Die maximalen Maßnderungen sind fr die genormten Produkte in der Tabelle 6 aufgefhrt. Auffllig ist der große Unterschied zwischen offenzelligen Dmmstoffen, wie Mineralwolle und EPS, die von Natur aus keine grçßeren Dimensionsnderungen aufweisen. Die geschlossenzelligen Dmmstoffe wie XPS und PUR reagieren wegen des Zellgasdrucks naturgemß empfindlicher auf Temperatur und Feuchtenderungen, deshalb die große Anzahl von mçglichen Typen bei PUR-Hartschaum. Die gemessenen Werte der Dimensionsnderungen unter Laborbedingungen geben Hinweise auf das Langzeitverhalten bei Temperatur- und Feuchteeinwirkung und damit auf die Anwendbarkeit z. B. im Dach. Die ermittelten Prozentwerte sind aber reine Laborwerte zur Klassifizierung und nicht zur bertragung auf die tatschliche Anwendung geeignet, da z. B. 70 C und 90 % relative Luftfeuchte ein extrem hartes Klima im Bauwesen darstellt. 3.4.4

Verformung bei definierter Druck- und Temperaturbeanspruchung

Eine weitere Variante der beschleunigten Alterung ist die Bestimmung der Verformung bei definierter Druckund Temperaturbeanspruchung nach der Prfnorm DIN EN 1605. Eine Prfung besteht hierbei in einer Kombination von aufgebrachter Last je nach gewhlter Prfbedingung 1, 2 oder 3 von 20, 40 oder 80 kPa (Prfstufe A) und einer nach 48 Stunden zustzlich aufgebrachten Temperatur von 80, 70 oder 60 C (erneut analog zu den Prfbedingungen 1, 2 oder 3, Prfstufe B). Diese zweite

207

Prfstufe dauert je nach Prfbedingung entweder (48 € 1) Stunden (Prfbedingung 1) oder (168 € 1) Stunden (Prfbedingung 2 bzw. 3). Im Anschluss an die zweite Prfstufe erfolgen unter aufgebrachter Last eine Messung der Probendicke und eine Umrechnung in eine prozentuale Abweichung. Diese Abweichung darf bei Dmmprodukten aus expandiertem Polystyrol (EPS), bei extrudiertem Polystyrol (XPS) sowie Polyurethan (PUR) 5 % nach Temperatur- und Lastbeanspruchung nicht berschreiten. Als Beispiel zeigt Bild 21 das Verhalten von PUR-Hartschaumplatten bezglich ihrer Dickennderung bei einer Temperatur von 80 C und einer statischen Last von 20 kPa. Hierfr wurden verschiedene Produkte ber einen Zeitraum von insgesamt 15 Jahren gelagert, um daran in regelmßigen Zeitabstnden von 1 bis 3 Jahren Probekçrper zuzuschneiden und diese ber die Jahre unter Laborbedingungen gealterten Produkte einem Belastungstest nach DIN EN 1605 zu unterziehen. Das Beispiel zeigt, dass bei PUR-Hartschaum, unabhngig von der Art der Herstellung, kaum nderung zu erwarten sind. Alle Dickennderungen blieben deutlich unter 5 %. Anwendung findet diese Prfmethode insbesondere bei EPS, XPS und Blhperlite fr den Einsatz im Dachbereich und unter Estrich. 3.4.5

Wasseraufnahme durch teilweises und vollstndiges Eintauchen

Fr die Prfung der Wasseraufnahme eines Dmmstoffs gibt es je nach Material und Anwendung verschiedene Prfmethoden. Die Bestimmung der Wasseraufnahme bei langzeitigem Eintauchen gemß DIN EN 12087 unterteilt sich in Prfungen mit vollstndigem und Prfungen mit teil-

Bild 21. Dickennderung bei PUR unter einer Belastung von 80 C und 20 kPa [4]

208

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Tabelle 7. Maximale Wasseraufnahme nach DIN EN 12087

Tabelle 8. Maximale Wasseraufnahme nach DIN EN 1609

Dmmstoff

Langzeitige Wasseraufnahme bei vollstndigem Eintauchen nach DIN EN 12087 in [Vol.-%]

Dmmstoff

EPS

je nach deklarierter Stufe von £ 0,7 % bis £ 5 %

MW

£ 1,0 kg/m±

PF

je nach deklarierter Stufe von £ 0,25 kg/m± bis £ 1,25 kg/m±

CG

£ 0,5 kg/m± 1)

ICB

£ 0,5 kg/m±

WF

je nach deklarierter Stufe von £ 0,5 kg/m± bis £ 2,0 kg/m±

XPS

je nach deklarierter Stufe von £ 0,7 % bis £ 3 %

PUR

je nach deklarierter Stufe bis zu 5 %

weisem Eintauchen eines Probekçrpers in einen Wasserbehlter mit entsprechenden Abmessungen. Außerdem wird je nach spterer Anwendung zwischen verschiedenen Prfverfahren unterschieden. Nach der 28-tgigen Untertauchphase erfolgt eine Rckwgung. Die aufgenommene Wassermenge wird auf das Volumen des Probekçrpers bezogen und in Vol.-% angegeben. Hierbei ist im Allgemeinen mit den in Tabelle 7 dargestellten Maximalwerten zu rechnen. Fr Mineralwolle ist von der Anwendung abgeleitet keine Prfung bei vollstndigem langzeitigem Eintauchen vorgesehen, sondern nur bei einseitiger Feuchtebelastung, wie sie z. B. bei der Kerndmmung oder an der Fassade hinter Bekleidungen vorkommen kann. Deshalb sind nur Anforderungen an ein teilweises Eintauchen, sowohl langzeitig als auch kurzzeitig vorgesehen. Die Bestimmung der Wasseraufnahme bei kurzzeitigem, teilweisem Eintauchen nach DIN EN 1609 beschreibt die Durchfhrung einer Messung der 24-stndigen Wasseraufnahme bei teilweisem Eintauchen. Das Prfergebnis wp wird in Kilogramm je Quadratmeter ausgewiesen. Grenzwerte fr Mineralwolle liegen hierbei bei £ 1,0 kg/m± bei kurzzeitigem, teilweisem Eintauchen, und bei langzeitigem, teilweisem Eintauchen nach DIN EN 12087-1 bei maximal 3,0 kg/m±. Eine bersicht ber gngige Bereiche der Feuchteaufnahme von Dmmstoffen, an denen diese Eigenschaft geprft wird, zeigen die Tabellen 8 und 9.

1) Bei Schaumglas (CG) ist die Wasseraufnahme auf die angeschnittenen Zellen an der Oberflche beschrnkt.

Tabelle 9. Maximale Wasseraufnahme nach DIN EN 12087-1 Dmmstoff

Langzeitige Wasseraufnahme bei teilweisem Eintauchen nach DIN EN 12087-1 in [kg/m±]

MW

£ 3,0 kg/m±

PF

je nach deklarierter Stufe von £ 0,5 kg/m± bis £ 3 kg/m±

CG

£ 0,5 kg/m± 1)

1) Bei Schaumglas (CG) ist die Wasseraufnahme auf die angeschnittenen Zellen an der Oberflche beschrnkt.

peratur- und Wasserdampfteildruckdifferenz ausgesetzt. Dies erfolgt auf der einen Seite durch ein auf (50 € 1) C erwrmtes Wasserbad, auf der anderen Seite durch eine Khlplatte einer Temperatur von (1 € 1) C. Die Probekçrper werden hierbei alle 7 Tage gewendet. Die Wasseraufnahme durch Diffusion, Wdv wird volumenbezogen in Prozent angegeben. Eine bersicht hierfr liefert Tabelle 10. 3.4.7

3.4.6

Wasseraufnahme durch Diffusion

Die Bestimmung der Wasseraufnahme durch Diffusion gemß DIN EN 12088 simuliert die Wasseraufnahme von Produkten, die einseitig oder beidseitig einer relativ hohen Luftfeuchte (bis zu 100 %) sowie ber einen lngeren Zeitraum einer Wasserdampfteildruckdifferenz ausgesetzt werden und bei denen es zu einer Taupunktunterschreitung im Produkt kommt. Dies ist insbesondere in Bereichen wie beim Umkehrdach und bei ungeschtzter Wrmedmmung im Erdreich (Perimeterdmmung) der Fall. Die Prfung erfolgt an einer im Querschnitt ungestçrten Probe. Eventuelle Schumhute, Kaschierungen oder Beschichtungen werden daher nicht entfernt, um das Produkt spter als Gesamtheit im Hinblick auf sein Diffusionsverhalten beurteilen zu kçnnen. Fr 28 Tage wird der Probekçrper einer Tem-

Kurzzeitige Wasseraufnahme bei teilweisem Eintauchen nach DIN EN 1609 in [kg/m±]

Verhalten bei Frost-Tau-Wechselbeanspruchung

Das Prfverfahren gemß DIN EN 12091 simuliert das Verhalten eines Dmmstoffs bei zyklisch wechselnden Umgebungsbedingungen durch einen Wechsel der Temperatur bei „Frost“-Bedingungen bei –20 C und Tabelle 10. Maximale Wasseraufnahme nach DIN EN 12088 Dmmstoff

Wasseraufnahme durch Diffusion gemß DIN EN 12088 in [Vol.-%]

EPS

je nach deklarierter Stufe von £ 3 % bis £ 15 %

XPS

je nach deklarierter Stufe von £ 0,5 % bis £ 5 %

Laborversuche

einer feuchten Umgebung bei +20 C („Tau“). Die Frost-Tau-Wechselbeanspruchung bestimmt daher die Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften und den Feuchtegehalt. Die Anwendungsbereiche sind Dmmstoffe, die direkt mit Wasser und Frost in Berhrung kommen, wie das Umkehrdach und eine ungeschtzte Wrmedmmung im Erdreich (Perimeterdmmung). Da letztlich die Auswirkungen auf die mechanischen und wrmeschutztechnischen Eigenschaften bei dieser Belastung bzw. „Alterung“ des Dmmstoffs im Vordergrund stehen, wird am Originalprodukt vor dem Versuch der Wasseraufnahme das Druckverhalten ermittelt, um dadurch einen Vergleichswert zu erhalten. Nach Durchlaufen einer langzeitigen Wasseraufnahme durch Diffusion nach DIN EN 12088 oder durch vçlliges Eintauchen gemß DIN EN 12087 (je nachdem, ob es sich um XPS- oder EPS-Dmmstoffe handelt; siehe Produktnorm) finden 300 Frost-Tau-Zyklen an den Probekçrpern statt. Die vorangegangene Prfung der Wasseraufnahme (Diffusions- oder Unterwasserlagerung) wird eingesetzt, um einer hçheren Beanspruchung durch Wasser und Eis in den Zellen von Anfang an zu gewhrleisten. Im Anschluss erfolgt dann an einem Satz von Prfkçrpern eine Messung des Druckverhaltens im feuchten, an einem anderen Satz eine Messung der Druckverhaltens im rckgetrockneten Zustand. Ein Auszug aus einem Forschungsbericht des FIW Mnchen zum Thema „Wasseraufnahme von Perimeterdmmung aus EPS-Vergleich der Prfverfahren nach Zulassung bis 2003 und EN 13163“ aus dem

209

Jahr 2007 zeigt in Abhngigkeit von der aufgenommenen Feuchte die jeweiligen Unterschiede von feuchten und rckgetrockneten Proben (Bild 22). Die getroffene Unterscheidung in Block- und Automatenware kann vernachlssigt werden, die Regressionsgeraden der feuchten und rckgetrockneten Proben verdeutlichen die Verringerung der Druckspannung bei 10 % Stauchung von durchschnittlich 3 bis 8 % in Abhngigkeit von der aufgenommenen Feuchte. 3.4.8

Zyklische Belastung

In manchen Anwendungen wie Fußbçden, Decken und Parkdecks sind Dmmstoffe auch dynamischen und zyklischen Belastungen ausgesetzt. Hierfr gibt es einige Prfverfahren wie beispielsweise die nach EN 13793. Leider gibt es bisher wenige Erfahrungen mit diesen Prfungen. Hinweise auf das Kriechverhalten unter zyklischer Belastung bietet die Arbeit von Krollmann [8], in der XPS-Dmmstoffe auf ihr Verformungsverhalten unter verschiedenen zyklischen Belastungen in Abhngigkeit von der Zeit untersucht werden. 3.4.9

Langzeit-Kriechverhalten bei Druckbeanspruchung

Sehr wichtig fr Anwendungen unter dauerhaften, statischen Belastungen ist die Kenntnis des Langzeit-Kriechverhaltens eines Dmmstoffs. Diese Anwendungen sind vor allem Dmmstoffe unter Fußbçden, Industriebçden, Parkdecks und unter der tragenden Grndungsplatte von

Bild 22. Prozentuale nderung der Druckspannung bei 10 % Stauchung nach Frost-Tau-Wechselbeanspruchung in Abhngigkeit von der Feuchteaufnahme beim Frost-Tau-Wechselversuch [14]

210

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 23. Prfstnde zur Ermittlung des Kriechverhaltens

Gebuden, bei denen eine statische Dauerlast ber die gesamte Lebensdauer zu erwarten ist. blicherweise wird das Langzeitkriechverhalten nach EN 1606 geprft, in dem auf Dmmstoffproben aus einer Herstellcharge 3 verschiedene Lasten (statische Druckspannungen) bei definierten Temperatur- und Feuchtebedingungen aufgebracht werden. In genau definierten Zeitabstnden wird die Dickenverminderung gemessen und logarithmisch gegen die Zeit aufgetragen. Die Versuche werden 4 Monate bis 1,67 Jahre lang durchgefhrt und kçnnen nach der Theorie von Findley [9] bis zum Faktor 30 extrapoliert werden. Das bedeutet, dass Messwerte ber 122 Tage auf einen Zeitraum von 10 Jahren und Messwerte von 1,67 Jahren auf Zeitrume von 50 Jahren extrapoliert werden kçnnen. Die 3 Laststufen sind sinnvoll, um fr einen unbe-

kannten Stoff einen grçßeren Druckspannungsbereich abdecken zu kçnnen. Aus wrmeschutztechnischen Grnden sind nur Verformungen von max. 2 bis 3 % akzeptabel. Hinweis: Die in den folgenden Bildern gezeigten Beispiele zeigen das Verhalten einzelner Dmmstoffe unter statischen Lasten. Im konkreten Anwendungsfall muss durch statische Berechnungen die Eignung im Einzelfall nachgewiesen werden unter Bercksichtigung von Sicherheitsbeiwerten fr dynamische Belastungen, Horizontallasten, Einflssen von Temperatur und Feuchte usw. Bei den Dmmstoffen unterscheidet man zwischen sprçd-harten Dmmstoffen wie Schaumglas, die praktisch kein Kriechverhalten zeigen und elastischen Dmmstoffen wie XPS-, EPS und PUR. Diese Dmmstoffe zeigen im betrachteten Druckspannungsbereich nach einer Anfangsverformung ein geringes Kriechverhalten, das aber aus statischen und wrmeschutztechnischen Grnden abgeschtzt und nach oben hin begrenzt sein muss. XPS-Dmmstoffe erreichen je nach Rohdichte und Kurzzeitdruckfestigkeit Dauerdruckspannungen von 100 bis 250 kPa bezogen auf einen extrapolierten Zeitraum von 50 Jahren und eine Verformung von 2 %. Bei Schaumglas-Dmmstoffen kçnnen je nach Rohdichtebereich und Kurzzeitdruckfestigkeit Dauerdruckspannungen von 120 bis 400 kPa erreicht werden. Beispielhaft fr die Messung und Durchfhrung einer Prfung des Zeitstand-Druckverhaltens zeigt Bild 24 die Ergebnisse einer Messung von PUR-Hartschaum sowie der anschließenden Extrapolation nach Findley anhand eines logarithmischen Maßstabs der Zeitachse. Beim untersuchten PUR-Material handelte es sich hierbei um Platten aus Polyurethan-Bandschaum mit Alu-

Bild 24. Zeitstand-Druckkurven von PUR-Hartschaum-Dmmplatten nach Klimalagerung 23 C/50 % r. F. unter Dauerlast, Prfspannung 40 kPa

Laborversuche

211

Bild 25. Zeitstand-Druckkurven von PUR-Hartschaum-Dmmplatten nach Klimalagerung 23 C/50 % r. F. unter Dauerlast, Prfspannung 200 kPa

miniumfolie kaschiert mit einer Rohdichte von 33 kg/m und der Wrmeleitfhigkeitsstufe 025, die in der Praxis als druckbelastete Fußbodendmmung verwendet wird. Die Druckspannung des Produkts wurde vorab mit 285 kPa bestimmt, die Dauerprflast wurde auf 40 kPa festgelegt [10]. Nach zweijhriger Prfdauer wurde eine Stauchung von 1,4 % bestimmt, nach fnfjhriger Prfdauer ergeben sich 1,5 % Stauchung am Probekçrper. Eine rechnerische Extrapolation auf 50 Jahre (gngiger Zeitraum fr die Bemessung von Bauwerken) nach Findley ergibt eine Stauchung von 1,9 %. Eine weitere Zeitstand-Druckkurve fr ein anderes, bautypisches Produkt aus Polyurethan-Hartschaum zeigt Bild 25. Hierbei handelt es sich um einen PURBlockschaum mit einer Rohdichte von 80 kg/m und der

Wrmeleitfhigkeitsstufe 030, der hufig bei hoch belasteten Hallenbçden eingesetzt wird. Wegen der vorgesehenen hçheren Beanspruchung wurde ein Produkt mit Druckspannung von 850 kPa ausgesucht und die Prflast wird mit 200 kPa angesetzt. In diesem Beispiel ist nach einer Anwendung von 50 Jahren eine Stauchung von 3 % zu erwarten. Beispiele fr das Verhalten von expandiertem Polystyrol bei einer Prflast von 50 kPa in Abhngigkeit der Rohdichte zeigt Bild 26. Dieser lineare Zusammenhang zwischen der Rohdichte und der aufnehmbaren Druckfestigkeit bzw. Druckspannung findet sich ebenso beim Zeitstand-Druckverhalten wieder. Je hçher die Rohdichte einer EPS-Platte ist, desto grçßer ist die Druckspannung und desto geringer ist die auftretende Stauchung bei Langzeitbeanspruchung.

Bild 26. Kriechkurven in Abhngigkeit von der Rohdichte der EPS-Platte [8], Prflast 50 kPa

212

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Bild 27. Dickennderung bei EPS-Trittschallplatten [11]

Ein weiteres Beispiel fr die Anwendung der LangzeitKriechversuche mit Extrapolation sind Dmmstoffe unter schwimmenden Estrichen zur Trittschalldmmung. Hierfr werden hauptschlich Mineralwolle und elastifizierte EPS-Dmmstoffe verwendet. Bild 27 verdeutlicht den Verlauf der Dickenverminderung von Trittschalldmmplatten in Abhngigkeit von der Zeit fr eine Belastung von 2 bis 5 kN/m± an 85 mm dicken EPS-Platten (unbelastet) mit einer Rohdichte von 8,8 kg/m ber 24 Monate. Zu beachten ist dabei, dass es sich um einen nicht-logarithmischen Maßstab der Zeitachse handelt. Anfangs fhrt die Belastung zu einer raschen Stauchung des Probekçrpers und mit fortschreitender Dauer der Prfung wird die Zunahme der Kriechverformung pro Zeiteinheit immer geringer und nhert sich asymptotisch einem Langzeitwert. 3.5

Extrapolation/Berechnungsmodelle

3.5.1

Extrapolation des Kriechverhaltens bei Druckbeanspruchung nach Findley

Obwohl bislang noch keine fundierten physikalischen Grundlagen ber molekulare Vorgnge und Vernderungen von dauerdruckbeanspruchten Materialen vorliegen, muss aus Kosten- und Kapazittsgrnden bei Zeitstanduntersuchungen der Zeitraum auf maximal 2 bis 5 Jahre beschrnkt werden. Daher ist eine Betrachtung mittels einer geeigneten Extrapolationsmethode (wie bereits kurz im vorigen Abschnitt beschrieben) durch ein geeignetes mathematisches Modell nçtig. Unter zahlreichen Modellen hat sich besonders der Ansatz nach Findley als geeignet erwiesen und findet aufgrund seiner einfachen Verwendung sowie seiner sehr guten Anpassung an die Messwerte zahlreich Anwendung.

3.5.2

Berechnungsmodelle

WUFI Das am Fraunhofer Institut fr Bauphysik entwickelte EDV-Programm WUFI (Wrme und Feuchte instationr) dient zur realittsnahen Berechnung des wrmeund feuchteabhngigen Verhaltens von ein- und mehrschichtigen Bauteilen. Hierbei ist neben natrlichen Klimabedingungen auch eine Simulation von Schlagregen, Sonneneinstrahlung, Kapillartransport und sommerliche Kondensation mçglich. Das Programm eignet sich somit beispielsweise zur Bestimmung der Austrockenzeit von Baufeuchte in einer Außenwand mit Wrmedmmverbundsystem, eine Abschtzung der Tauwassergefahr in Bauteilen, Schlagregenfeuchte in Sichtmauerwerk mit Innendmmung oder zu einer Beurteilung eines nachtrglich gedmmten Steildachs bezglich seines instationren hygrothermischen Verhaltens. Auch die jahreszeitlichen Verlufe des Feuchtegehalts in Bauteilen kçnnen dargestellt werden. Wie bei allen Rechenmodellen hngen die Ergebnisse sehr stark von den ausgewhlten Annahmen und Stoffparametern ab und verlangen einige Erfahrung bei bauphysikalischen Beurteilungen. Berechnungsmodelle zum Langzeitverhalten der Wrmeleitfhigkeit Es gibt schon sehr lange Anstze, das Langzeitverhalten der Wrmeleitfhigkeit von Schaumkunststoffen mit anderen Zellgasen als Luft mit Rechenmodellen zu simulieren. Beispiele sind die grundlegenden Arbeiten von Ostrogorsky, Glicksman und Reitz [12] oder Isberg und Sandberg [6]. Alle Rechenmodelle hatten anfangs Probleme, da exakte Diffusionskoeffizienten fr die einzelnen Zellgase wie z. B. permanente Zellgase

Objektuntersuchung

(FCKW, HFCKW, HFKW, Pentan, Isobutan) aber auch CO2, N2 und O2 kaum zu erhalten waren. Erst mit dem politischen Druck, aus der Generation der FCKW- und HFCKW-Zellgase in relativ kurzer Zeit aussteigen zu mssen, wurden vermehrt Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet durchgefhrt. Zudem zeigte sich, dass die Schaumkunststoffe hinsichtlich Zellstruktur und Diffusionskoeffizienten nicht homogen waren. Weiterhin werden bestimmte „permanente“ Zellgase in der Schaumstoffmatrix gelçst und spter verzçgert wieder an die Gasphase der Zellen abgegeben. Eine Methode die Diffusionskoeffizienten in Abhngigkeit vom Ort und unter Bercksichtigung der Lçslichkeit zu bestimmen beschrieben de Nazelle und Bart an der TU Delft [13]. Weitergefhrt wurden die Arbeiten zum Alterungsverhalten von Schaumkunststoffen durch Karrer vom FIW Mnchen. Anhand von mehreren Forschungsvorhaben wurde das Diffusionsverhalten von verschiedenen Zellgasen bei Temperaturen von 23 bis 100 C untersucht, um die nderung der Wrmeleitfhigkeit von Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) und extrudiertem Polystyrol-Hartschaum (XPS) bestimmen zu kçnnen. Hierfr werden an einer kleinen Probe die zeitlich vernderlichen Komponenten, wie die Wrmeleitfhigkeit der vorhandenen Zellgase, deren Partialdrcke nach Produktion des Dmmstoffs und den „effektiven Diffusionskoeffizienten Deff“ (ein Maß fr die Geschwindigkeit eines stattfindenden Gasaustauschs auf Basis von de Nazelle) gemessen. Mit diesen Kennwerten lassen sich Langzeitvorhersagen der Wrmeleitfhigkeit mit verschiedenen Treibmitteln, Deckschichten und Abmessungen bei unterschiedlichen Temperaturen treffen [17]. Da aber die Dmmstoffeigenschaften sehr stark streuen und von einer Vielzahl von Einflussgrçßen abhngen, beschreiben die Rechenmodelle nur den Verlauf der Langzeitwrmeleitfhigkeitskurven, sagen aber nur mit großen Unsicherheiten die exakte Hçhe der Wrmeleitfhigkeit nach 25 oder 50 Jahren voraus. Um aber auch die Vielzahl von mçglichen Rezepturen, Zellgasmischungen und Verarbeitungsparametern bei der Herstellung abbilden zu kçnnen, werden Rechenmodelle und experimentelle Alterungsmethoden weiterhin parallel angewandt werden und sich ergnzen. Bei Parallelmessungen der Wrmeleitfhigkeit nach Schnellalterungsmethoden und Messung der effektiven Diffusionskoeffizienten mit den entsprechenden Berechnungen haben die beiden Methoden gute bereinstimmung gezeigt.

4

Objektuntersuchung

Nach den zahlreich beschriebenen, unterschiedlichen Mçglichkeiten, Dmmstoffe hinsichtlich ihres Langzeitverhaltens durch Schnellalterungsverfahren knstlich unter Laborbedingungen zu altern und zu beurteilen, soll im Folgenden ein Blick auf die in der Anwendung gealterten Dmmprodukte den Bereich der Mes-

213

sungen abrunden. Die Idee, verschiedene Dmmstoffe in einer Art „Feldversuch“ in Versuchsaufbauten einzubauen, um durch eine berwachte Montage und eine Aufzeichnung der vorherrschenden Klimadaten einen Einblick in die tatschliche Alterung eines Dmmstoffs zu erhalten, kann jedoch aufgrund der sehr langen Vorhaltezeit der Messeinrichtungen sowie der langen Gesamtzeit der Prfung und der damit verbundenen hohen Kosten nur beschrnkt durchgefhrt werden. So gibt es zwar durchaus Langzeitversuche unter Realbedingungen ber 5 Jahre, in denen beispielsweise verschiedene Dachaufbauten, Montagearten oder der Einfluss verschiedener Vliese miteinander verglichen werden, lngere kontrollierte Versuchsreihen kommen jedoch nicht im großen Stil zum Einsatz. Außerdem erfolgt an Produkten stets eine kontinuierliche Weiterentwicklung und was heute noch eine bahnbrechende Neuentwicklung ist und auf den Dmmstoffmarkt drngt, ist morgen durch technischen Fortschritt bereits wieder berarbeitet und verbessert. Somit wrden die Ergebnisse der meisten Produkte, die einen 15- oder 20-jhrigen Test durchlaufen, bei Prfende seit Jahren bereits vom Markt in der geprften Variante wieder verschwunden sein. Daher nutzt man andere Wege, um an Messdaten von eingebauten Produkten in ihrer jeweiligen Anwendung zu gelangen. Durch Abriss und Umbauten von Gebuden und Anlagen werden in unregelmßigen Abstnden Dmmstoffe ausgebaut, die bisweilen ein Alter von bis zu 20 Jahren oder mehr aufweisen. Diese kçnnen dokumentiert, demontiert und bei entsprechender Anwendung diffusionsdicht verpackt werden, um daran im Labor mit den bereits erwhnten Prfmethoden den Feuchtegehalt, die Wrmeleitfhigkeit oder die Druckspannung im feuchten und somit nherungsweise im eingebauten Zustand zu ermitteln. Durch eine Rcktrocknung der Platten kann außerdem auf die ursprnglichen Kennwerte des Dmmprodukts ein direkter Vergleich gezogen werden. Es liegen meist keine „Anfangswerte“ bei Einbau der Platten vor, jedoch kann aufgrund historischer Produktbezeichnungen ein zugehçriger Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit oder eine deklarierte Mindestdruckfestigkeit ermittelt werden. Eine Beurteilung der Messwerte muss im Hinblick auf die Einbausituation sehr sorgfltig erfolgen. Beispielsweise kann es durch Montagefehler oder eine nicht anwendungsgerechte und daher „falsche“ Beanspruchung des Produkts zu einer Schdigung des Dmmstoffs whrend seiner Nutzungsphase gekommen sein. Nachtrglich sind Montagefehler, falsche Anwendung oder eine zwischenzeitlich nicht anwendungskonforme Belastung, wie beispielsweise eine kurzzeitig zu hohe Last, jedoch oft nur schwer zu ermitteln. Daher kçnnen diese nur direkt beim Ausbau der gealterten Dmmstoffe vor Ort durch einen Sachverstndigen oft zusammen mit dem Nutzer beurteilt werden. Trotz dieser Unwgbarkeiten stellt eine solche Art von Versuchen eine wichtige Datenbasis fr die Besttigung

214

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

oder Korrektur von Schnellalterungsversuchen dar, jedoch wohl wissend, dass alle real gealterten Produkte stets objektbezogen behandelt werden mssen und nur durch mehrere verschiedene Versuchsreihen und Ergebnisse verallgemeinert werden kçnnen. 4.1

Praxisobjekte

Wahrscheinlich gibt es fr alle gngigen Dmmstoffe eine Reihe von Praxiserfahrungen, die aber nur zum Teil der ffentlichkeit zugnglich sind. Besonders viele untersuchte Praxisobjekte, die verçffentlicht wurden, gibt es fr XPS-Produkte. Hierbei informieren insbesondere die Hersteller selbst ber Langzeituntersuchungen, die mit ihren Produkten an realen Bauprojekten durchgefhrt wurden. Nach Jahren der Nutzung erfolgt durch einen Sachverstndigen oder Gutachter der Ausbau einzelner Platten aus dem gewhlten Objekt. Bild 28 zeigt hierbei exemplarisch die Freilegung sowie den Ausbau einer XPS-Platte aus einem Grndach, das als Umkehrdach ausgefhrt wurde. Unter einem Grndach versteht man ein Dach, das whrend seiner Nutzung als Grnflche in Form von beispielsweise Dachgrten genutzt wird und heutzutage als ein Teil des çkologischen Bauens verstanden wird. Eine Dachbegrnung unterscheidet sich in extensiver Nutzung (dnner Schichtaufbau mit Substrat, in der Regel mit Moosen und Grsern) und intensiver Nutzung (Aufbau mit Mutterboden, neben Rasen sind auch Bsche bis hin zu flach wurzelnden Bumen pflanzbar). Grndcher kçnnen sowohl als konventionelles Dach mit der Begrnung außerhalb der Dachabdichtung als auch als sogenanntes Umkehrdach ausgefhrt werden. Einen schematischen Dachaufbau mit intensiver Begrnung als Umkehrdach findet sich in Bild 29.

Bild 28. Freilegung einer XPS-Dmmstoffplatte in einem Grndach

Bild 29. Schematischer Aufbau eines „Grndachs“

Neben Grndchern gibt es auch noch andere Varianten, z. B. das bekieste Umkehrdach. Der Aufbau ist hierbei hnlich dem des Grndachs; auf eine Begrnung wird anstelle einer aufgebrachten Kiesschicht verzichtet. 4.2

Wasseraufnahme an Praxisobjekten

In beiden Fllen unterliegt der Dmmstoff jedoch trotzdem Witterungsschwankungen wie Temperatur und Feuchte. Daher ist es bezglich des Langzeitverhaltens eines Dmmstoffs von Interesse, ob bei XPS-Platten eine langzeitige, sich anreichernde Feuchteaufnahme in regenreichen Zeiten stattfindet und ob diese Feuchte ber die warmen Sommermonate wieder vollstndig oder teilweise abgegeben werden kann. Beispielhaft sollen einige Untersuchungen an Grndchern, die als Umkehrdcher ausgefhrt wurden, Ergebnisse der Feuchteaufnahme, der Wrmeleitfhigkeit im eingebauten Zustand und der Druckfestigkeit im eingebauten Zustand dargestellt werden [15]. Im Bild 30 ist erkennbar, dass es bei begrnten Umkehrdchern mit XPS-Dmmstoffplatten ber 22 Jahre zu keiner bermßigen Anreicherung von Feuchte in der Platte kommt. Aus der Grafik kann jedoch auch kein Feuchteverlauf abgelesen werden. Die Proben sind unabhngig voneinander in verschiedenen, europischen Bauprojekten zum Einsatz gekommen. Daher kann kein Vergleich untereinander vorgenommen werden. Auch ist der hçhere Feuchtegehalt nach ca. 10 Jahren kein produkttypisches Verhalten. Die ausgewhlten Beispiele stellen mit maximal 4,5 % Feuchteaufnahme einen typischen Bereich dar. Diese hçhere Feuchteaufnahme wird in einem Zuschlag zum Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit in den Zulassungen bercksichtigt. Die Messung des Feuchtegehalts sowie die wrmeschutztechnischen und mechanischen Eigenschaften an Platten aus Praxisobjekten kann erfolgen, wenn solche wie in Bild 31 ausgebauten Platten sofort nach dem Ausbau diffusionsdicht verpackt werden und mçglichst unmittelbar in einem Labor auf ihren Feuchtegehalt hin untersucht werden. Daran anschließend findet eine Messung der Wrmeleitfhigkeit sowie der Druckfes-

Objektuntersuchung

215

Bild 30. Feuchtigkeitsaufnahme von XPS-Platten in Grndchern

Bild 32. Sicherheitsreserve bei der Wrmeleitfhigkeit in [W/(m · K)]

4.3

Bild 31. Ausgebaute PUR-Hartschaum-Dmmplatten

tigkeit im feuchten, sprich annhernd im eingebauten Zustand statt. Im Anschluss an die Messungen mit erhçhtem Feuchtegehalt erfolgt eine Trocknung der restlichen ausgebauten Platten und des Probekçrpers der Wrmeleitfhigkeit. Nach vollstndiger Rcktrocknung werden beide Prfungen wiederholt, um den Einfluss der Feuchte ermitteln zu kçnnen.

Wrmeleitfhigkeit an Praxisobjekten (Grndach als Umkehrdach)

Die Messwerte der Wrmeleitfhigkeit und der Druckfestigkeit im Vergleich zu den deklarierten Bemessungswerten geben Rckschlsse, ob die festgesetzten Zuschlagswerte ausreichend bemessen sind und die anwendungsbedingten Feuchteaufnahmen sowie Wrmebrcken durch Luftspalte und Abweichungen von den idealen Abmessungen ausreichend bercksichtigen. Bild 32 zeigt einige ausgewhlte Messwerte (gepunktete Sule) der Wrmeleitfhigkeit an verschiedenen XPS-Produkten mit Angabe der Nutzungsdauer des jeweiligen Produkts. Der Messwert der Wrmeleitfhigkeit wurde hierbei im feuchten Zustand gemessen. Der Abstand zum individuellen Bemessungswert des Produkts ist auf die jeweilige Sule oben angefgt. Je grçßer der graue Bereich ist, desto mehr Sicherheitsreserve weist ein Produkt hinsichtlich seines Bemessungswerts der Wrmeleitfhigkeit auf.

Bild 33. Sicherheitsreserve bei der Wrmeleitfhigkeit in [ %]

216

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

Hierbei zeigt sich, dass auch die 18 Jahre alte Probe trotz der aufgenommenen Feuchte und einer jahrelangen Nutzung noch eine ausreichende Sicherheitsreserve zu seinem Bemessungswert aufweist. Bild 33 verdeutlicht den zugehçrigen prozentualen Unterschied zwischen dem Messwert an der gealterten, feuchten Probe und dem Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit. Unabhngig vom jeweils deklarierten Wert sind im Durchschnitt 10 bis 20 % Sicherheitsreserve noch vorhanden. Ein deutlicher Anstieg der Wrmeleitfhigkeit ist nicht zu erkennen. 4.4

Druckfestigkeit von XPS-Dmmstoffen in Umkehrdchern (Grndcher)

Wie auch bei den vorangehenden Untersuchungen zeigen auch die Messwerte der Druckspannung/-festigkeit in Bild 34 ein hnliches Verhalten. In allen Fllen ist eine deutliche Sicherheitsreserve vorhanden, wie im prozentualen Vergleich (Bild 35) zu sehen ist. Neben den beispielhaft dargestellten Messwerten an XPS-Dmmstoffen aus Umkehrdchern, die als Grndach ausgefhrt wurden, gibt es auch eine ganze Reihe von Untersuchungen an XPS-Dmmstoffen aus bekiesten Umkehrdchern [16, 17], Parkdecks als Umkehrdach [18, 19] und Perimeterdmmungen mit und ohne Einwirkung von drckendem Wasser (Grundwasser) [20]. Verçffentlicht wurden aber auch Praxisuntersuchungen ber WDVS-Systeme mit EPS- und MineralwolleDmmstoffen [21]. Fr Flachdcher, die unter der Dachabdichtung mit Polyurethan-Hartschaum gedmmt wurden, gibt es eine

Bild 34. Sicherheitsreserve bezglich des Druckverhaltens in [kPa]

Studie, in der bis zu 20 Jahre alte Dmmstoffe untersucht wurden [22]. Auch zur Anwendung von EPS-Dmmstoffen und PUR-Hartschaumplatten in der Perimeterdmmung gibt es Praxisuntersuchungen, die im Großen und Ganzen die in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen festgelegten Zuschlge besttigten. Wenn neue Dmmstoffe auf den Markt kommen, die nicht genormt sind, werden diese meist in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt. In der ersten Geltungsdauer dieser Zulassungen werden vom DIBt in Berlin Untersuchungen an Praxisobjekten gefordert, in denen der Dmmstoff mindestens 3 Jahre eingebaut war. Bei diesen Praxisobjekten wird meist die Dmmschichtdicke, die Wrmeleitfhigkeit im eingebauten Zustand, das Brandverhalten und wo gefordert, die Druckfestigkeit berprft und gegebenenfalls die Zulassung angepasst. Auch bei der Anwendung von Schttdmmstoffen, z. B. im zweischaligen Mauerwerk, wurden Untersuchungen ber das Setzungsverhalten von Dmmstoffen durchgefhrt.

5

Schlussbetrachtung

Fr alle Dmmstoffe liegt eine Flle von Anfangswerten nach der Herstellung vor. Diese werden im Rahmen der werkseigenen Produktionskontrolle und im Rahmen externer Prfungen durch berwachungsund Zertifizierungsstellen fortlaufend geprft und sind durch verschiedene Verçffentlichungen bekannt und leicht zugnglich.

Bild 35. Sicherheitsreserve bezglich des Druckverhaltens in %

Literatur

Reifeprozess Viele Materialien unterliegen aber auch einem bestimmten „Reifeprozess“ bis sie durch Trocknung, Vernetzung, Gasaustausch usw. ihre endgltigen Eigenschaften erreichen. Dieser Reifeprozess ist zwar zumeist dem Hersteller bekannt, aber nicht dem Anwender oder Nutzer. Der „Reifeprozess“ kann bei manchen Materialien wenige Tage dauern, bei einigen Materialien, besonders bei großen Dmmschichten und hoher Rohdichte aber auch bis zu zwei Jahren. Darber liegen praktisch keine Publikationen vor. Meist vergehen zwischen Herstellprozess und Einbau einige Wochen fr Lagerzeit beim Hersteller, Transport und Lagerzeiten beim Hndler oder auf der Baustelle, sodass bis zum Einbau der „Reifeprozess“ weitgehend abgeschlossen ist. Es gibt aber Flle, bei denen Dmmstoffe zu frh ausgeliefert wurden und es zu Luftspalten in der Fassade oder Verformung bei Dachplatten kam. Dies wird oft durch hohe Temperatur im Sommer oder tiefe Temperaturen im Winter begnstigt. In diesen Fllen wren mehr Informationen ber das Mindestalter beim Einbau, Lagerbedingungen in Abhngigkeit von der Dmmschichtdicke und der Rohdichte fr den Anwender hilfreich. Einige Stoffe mit anderen Zellgasen als Luft, wie XPSHartschaum, PUR-Hartschaum und PF-Hartschaum gehen whrend des „Reifeprozesses“ durch ein ZellgasGesamtdruckminimum, bei dem auch die Druckfestigkeit ein Minimum erreicht. Der Hersteller gewhrleistet mit der Konformittserklrung, dass die deklarierte Druckfestigkeit jederzeit erreicht wird. Nach Durchschreiten des Druckfestigkeitsminimums steigt die Druckfestigkeit wieder an und bleibt dann stabil oder steigt bei einigen Dmmstoffen ber lngere Zeitrume leicht an (bewegt sich also zur sicheren Seite). Das gilt auch fr die Druckspannung unter statischen Lasten, die vom Langzeitkriechverhalten beschrieben wird. nderungen whrend der Anwendung Whrend der Anwendung unterliegen Dmmstoffe vielfltigen Belastungen wie Temperaturnderungen, statischen und dynamischen Lasten und in manchen Anwendungen auch einer gewissen Wasseraufnahme. Einige dieser Belastungen wie Temperatureinflsse, sich daraus ergebende kleine Luftspalte, nderungen der Wrmeleitfhigkeit durch Feuchteaufnahme aufgrund der Luftfeuchte sowie geringfgige Dickennderungen aufgrund von Setzungen sind in den Zuschlgen zur Wrmeleitfhigkeit nach DIN 4108-4 und den deutschen Zulassungen (meist 5 %) abgedeckt. Dickenverminderung aufgrund des Langzeitkriechens durch statische Lasten sollten auf 2 bis 3 % begrenzt bleiben, da sonst der Wrmeschutz beeintrchtigt wird und durch weitere Zuschlge bercksichtigt werden msste. Grçßere Dickenverminderungen kçnnen aber auch bei Anschlssen von Versorgungsleitungen oder Estrichen oder bei Dachabdichtungen Probleme bereiten und Bauschden hervorrufen. Bei Dmmstoffen, die außerhalb der Bauwerksabdichtung angewendet werden

217

und damit der Bodenfeuchte, Regenwasser oder drckendem Wasser ausgesetzt werden (etwa bei der Perimeterdmmung oder im Umkehrdach), werden die hçheren Werte der Wasseraufnahme durch Zuschlge im Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit oder durch DU-Werte bercksichtigt. Zum Nachweis der langzeitigen Wasseraufnahme dieser Dmmstoffe (hauptschlich XPS, aber auch EPS und PUR) wurden deshalb Praxisobjekte untersucht. Gleichzeitig wurden die Druckfestigkeit und die Wrmeleitfhigkeit im feuchten Zustand untersucht. In fast allen Fllen, in denen der Dmmstoff den Spezifikationen des Herstellers entsprach und richtig angewendet wurde, konnten die Zuschlge und die Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit besttigt werden. Durch die Einfhrung der 1-mW/(m · K)-Stufen aufgrund der europischen Produktnormen, werden aber die Abstnde zwischen den Wrmeleitfhigkeitsstufen kleiner und damit die Gesamtsicherheit zwischen Messwert und Bemessungswert. Deshalb werden auch hier die Zuschlge berdacht und den Praxiserfahrungen und den feineren Abstufungen angepasst. Zusammenfassend lsst sich feststellen, dass heute viele Informationen ber Dmmstoffe im frischen Zustand vorliegen und durch Extrapolationen und Rechenmodelle eine Abschtzung der Bemessungswerte mçglich ist. Trotzdem ist durch die fortlaufende Weiterentwicklung zu niedrigeren Wrmeleitfhigkeitsstufen und grçßeren Dmmschichtdicken bei immer feineren Abstufungen ein großer Informationsbedarf vorhanden, die Praxisbewhrung nachzuweisen und vor allem die gewonnenen Erfahrungen an die Anwender, Planer und Nutzer weiterzugeben.

6

Literatur

[1] EUROPEAN COMMISSION: Enterprise and Industry Directorate General (Revision December 2004). Guidance paper F (2009). http://ec.europa.eu/enterprise/construction/ internal/guidpap/f.htm. [2] Bundesministerium fr Verkehr-, Bau und Wohnungswesen: Leitfaden nachhaltiges Bauen (2001), Anlage 6, S. 6.16, Pkt. 34. http://www.bmvbs.de/Anlage/original_8183/Leitfaden-Nachhaltiges-Bauen.pdf. [3] Zehendner, H.: Polystyrol-Hartschaum (o. J.) Materialien fr den Wrme- und Feuchteschutz, Quelle: FIW Mnchen. [4] Albrecht, W.: Cell-gas Composition – An Important Factor in the Evaluation of Long-term Thermal Conductivity in Closed-cell Foamed Plastics, Cellular Polymers, Vol. 19, No. 5 (2000). [5] Eumeps Construction European Manufacturers of EPS: EPS White Book – EUMEPS Background Information on Standardisation of EPS, Eumeps Construction (2003). [6] Isberg, J.: Thermal Insulation – Conditioning of rigid cellular plastics containing a gas with lower thermal con-

218

B3

Langzeitverhalten von Dmmstoffen

ductivity than air prior to determination of thermal resistance and related properties, Nordtest project No. 603-86, No. 698, Publ. 88:3, Chalmers University of Technology, Division of Building Technology, Gçteborg, Dez. 1988. [7] Albrecht, W.; Karrer, C.: Ermittlung von wrmeschutztechnischen Bemessungswerten von geschlossenzelligen Schaumkunststoffen durch zeitraffende, thermische Alterungsmethoden, AIF-Forschungsvorhaben 12883 (2003). [8] Krollmann, N.: Verhalten von EPS-Hartschaumstoffen unter langzeitiger Druckbeanspruchung, Bauphysik 28 (2006), Heft 3. [9] Findley, W. N.: Creep Characteristics of Plastics. Symposium on Plastics. Am. Soc. Testing Mats, 1944. [10] IVPU – Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.: Aus Forschung und Technik, 2002, Zeitstand-Druckverhalten, Nr. 2, IVPU (2002). [11] Achtziger, J.: Polystyrol-Hartschaum als Dmmstoff im Hochbau – 25 Jahre Forschung im Dienst der Qualittssicherung. Verçffentlichung der Gteschutzgemeinschaft Hartschaum GSH (1987).

[14] Karrer, C.: Wasseraufnahme von Perimeterdmmung aus EPS – Vergleich der Prfverfahren nach Zulassung bis 2003 und EN 13163. FIW Mnchen (2007). [15] DOW Deutschland Inc.: Es grnt so grn … auf den Umkehrdchern – Ein Erfahrungsbericht von DOW (o. J.). http://building.dow.com/europe/at/tech/lit/umk.htm. [16] DOW Deutschland Anlagengesellschaft mbH: 32 Jahre Umkehrdach… und hier ist die gutachterliche Bewertung (2005). http://building.dow.com/europe/at/tech/lit/umk.htm [17] Boy, E.; Merkel, H.: Vorteile durch „verkehrte Bauweise“ (1997) Sonderdruck Fachzeitschrift DDH 7/97. [18] Zimmermann, G.: Gutachten ber das Langzeitverhalten extrudierter Hartschaumplatten Floormate 500 in Umkehr-Parkdchern, Oktober 1997, im Auftrag der DOW Deutschland Inc. [19] Oswald, R.: Langzeitverhalten von Parkdecks mit Umkehrdach-Wrmedmmung – Floormate. Gutachten Juni 1998, im Auftrag der DOW Deutschland Inc. [20] Zimmermann, G.: Zum Langzeitverhalten von Perimeterdmmungen. Deutsches Architektenblatt, Heft 6/95.

[12] Ostrogorsky, A. G.; Glicksman, L. R.; Reitz, D. W.: Aging for polyurethane foams. Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 29, No. 8, pp.1169–1176 (1986).

[21] Knzel, H.; Zirkelbach, D.: Feuchteverhalten von Holzstnderkonstruktionen mit WDVS – Sind Erfahrungen aus amerikanischen Schadensfllen auf Europa bertragbar? wksb 58/2007 (2007). http://www.ibp.fhg.de/literatur/fachz/ WKSB58_WDVS_auf_Holzkonstruktionen.pdf.

[13] du Cauze de Nazelle, G. M. R.; Bart, G. C. J.; Dammers, A. J.: Thermal Conductivity Ageing of rigid Polyurethane foams. Delft University of Technology, Seminar 25. October 1990.

[22] Gçtze, H.: Untersuchung des Langzeitverhaltens von Polyurethan-Hartschaum im Flachdach, Gutachten Juni 1988, im Auftrag des IVPU Industrieverband PolyurethanHartschaum e. V.

219

B 4 Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen Lamia Messari-Becker

Dr.-Ing. Lamia Messari-Becker Bollinger + Grohmann Ingenieure Westhafenplatz 1, 60327 Frankfurt/Main Studium des Bauingenieurwesens an der TU Darmstadt; 1998 Fçrderpreis Bilfinger + Berger AG; 1999 Fçrderpreis Philipp Holzmann AG; 2001 Diplom; 2006 Promotion zum Dr. -Ing. an der TU Darmstadt ber „Konzept zur nachhaltigen CO2-Emissionsminderung bei Gebuden im Bestand“; 1998–2001 Mitarbeit bei Professor Pfeifer und Partner in Darmstadt; 2006–2008 Beraterin zu Energieeffizienz und Klimaschutz; seit 2008 Lehrbeauftragte der Bauphysik im Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen der Hochschule Darmstadt; seit 2009 Leiterin Nachhaltigkeit und Bauphysik bei Bollinger + Grohmann Ingenieure in Frankfurt am Main.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

220

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.2

Allgemeines 221 Motivation 221 Bauteile und Maßnahmen

2

Methodik und Abschneidekriterien

3

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen 223 Abkrzungsverzeichnis 223 Indizes 223 Symbole 223

4

Literatur

242

221 221

Methodik und Abschneidekriterien

1

Allgemeines

Der vorliegende Beitrag enthlt Angaben zu çkologischen Kennwerten von baulichen Sanierungsmaßnahmen an Bestandsgebuden. Diese werden hier in Datenblttern wiedergegeben. kologische Kennwerte sind hier CO2-quivalente und kumulierter Energieaufwand (KEA). Unter baulichen Sanierungsmaßnahmen sind Maßnahmen zu verstehen, die auf die Minimierung der Transmissionswrmeverluste durch den Einsatz von Wrmedmmung an der Außenhlle und/oder Tabelle 1. Beschreibung der baulichen Sanierungsmaßnahmen Wnde gegen Außenluft ohne bestehende Wrmedmmung AW1 Anbringung von Wrmedmmputz AW2 Anbringung einer ußeren Wrmedmmung mit Verputz (WDVS) AW3 Anbringung einer ußeren Wrmedmmung mit Holzschalung als Wetterschutz (hinterlftete Fassade) AW4 Anbringung einer inneren Wrmedmmung mit Verputz (WDVS) Wnde gegen Erdreich ohne bestehende Wrmedmmung und ohne Abdichtung KW Anbringung einer Perimeterdmmung mit Abdichtung Decke gegen unbeheizte Rume DE1 Zwischensparrendmmung einer Holzdecke mit Verschalung und Putz auf der beheizten Seite DE2 Anbringung von Wrmedmmung und Verputz an der Unterseite einer Kellerdecke (unbeheizt) DE3 Zwischen- und Untersparrendmmung einer Holzdecke mit Verschalung auf beheizter Seite Boden gegen Erdreich BO Verlegung einer Trittschalldmmung auf der Bodenplatte und Estrich Dcher gegen Außenluft DA1 Flachdach-Duodach: Verlegung einer Wrmedmmung und Abdichtung DA2 Umkehrdach: Verlegung einer Wrmedmmung und Abdeckung mit Kies DA3 Aufsparrendmmung mit Wiederverwendung der Dacheindeckung DA4 Zwischensparrendmmung und Verschalung auf der Innenseite DA5 Zwischen- und Untersparrendmmung mit Verschalung auf der Innenseite DA6 Anbringung einer Untersparrendmmung an bestehende Zwischensparrendmmung mit Verschalung auf der Innenseite Fenster und Verglasung GLA Konstruktion von unterschiedlichen Verglasungsarten FEN Kombination der Verglasungsarten mit verschiedenen Rahmenmaterialien

221

eine Fenstererneuerung abzielen. Apparative Maßnahmen wie z. B. die Erneuerung einer Heizungsanlage sowie Maßnahmen zur Reduzierung von Wrmebrcken werden hier nicht betrachtet. 1.1

Motivation

Die Entwicklung rund um Nachhaltigkeit und Energieeffizienz im Gebudebereich bis hin zur Zertifizierung nachhaltiger Gebude beleuchten bisher nur unzureichend den Gebudebestand, im Speziellen den Altbau. Hier werden 90 % der gebudebezogenen CO2-Emissionen in Deutschland ausgestoßen; der Altbau stellt zudem ber 70 % des gesamten deutschen Baubestands dar und ist somit wichtig fr jegliche Schritte und Ziele des Klimaschutzes im Gebudebereich. Um die Nachhaltigkeit eines Gebudes zu quantifizieren, werden inzwischen Zertifizierungssysteme entwickelt und auch fr den Bestand angestrebt. Diese verlangen u. a. eine umfangreiche ko-Bilanzierung der eingesetzten Materialien und Konstruktionen. Der vorliegende Beitrag liefert Aussagen ber çkologische Kennwerte von Sanierungsvarianten an der Gebudehlle mit dem Fokus auf die Altbausanierung. Die Datenbltter kçnnen als Grundlage fr erforderliche Angaben im Rahmen einer çkologischen Bewertung dienen. 1.2

Bauteile und Maßnahmen

In diesem Beitrag wurden Sanierungsmaßnahmen an den wesentlichen Bauteilen einer wrmeabgebenden Gebudehlle bilanziert. Dazu gehçren Außenwnde gegen Außenluft, Außenwnde gegen Erdreich, Decken gegen unbeheizte Rume, Boden gegen Erdreich, Dcher gegen Außenluft sowie Fensterflchen. Tabelle 1 beschreibt die Maßnahmen und die spter verwendeten Abkrzungen. Tabelle 2 enthlt zudem Angaben zum Baujahr der Gebudeteile, zu den Baustoffen, zur energetischen Qualitt im Ausgangszustand und im sanierten Zustand sowie zu den Variationen der Sanierungsmaßnahmen.

2

Methodik und Abschneidekriterien

Als Wirkungskategorien werden die CO2-quivalente und der kumulierte Energieaufwand (KEA) herangezogen. Der kumulierte Energieaufwand (KEA) ist eine Maßzahl fr den gesamten Aufwand an Energieressourcen (Primrenergie) zur Bereitstellung eines Produkts oder einer Dienstleistung. Die KEA-Werte wurden mit dem Programm GEMIS (Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme, Version 4.3) [1] ermittelt und getrennt nach KEAne und KEAe aufgewiesen. KEAne ist der Anteil nicht erneuerbarer Energien, KEAe der Anteil erneuerbarer Energien am kumulierten Energieaufwand KEA. Der geografische Bilanzhorizont liegt bei diesen Untersuchungen in Deutschland. Auslandsprozesse in den Vorketten werden ausgegliedert. Es werden

222

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Tabelle 2. Angaben zu den Sanierungsobjekten und Sanierungsmaßnahmen

Fenster

Geneigtes Dach

Dacher gegen Außenluft ¨

Flachdach

Boden gegen Erdreich

Decken gegen unbeheizte Raume ¨

Wande ¨ gegen Erdreich

Wande gegen Außenluft ¨

Bauteil

Bez.

Ist-Zustand

Ualt in W/K · m±

AW1

Ungedmmtes Mauerwerk 1850–1930: Vollziegel (VZ) 1930–65: Hochlochziegel (HLZ) bzw. Bims

AW2

Sanierungsmaßnahme Dmmstrke d in cm

Variationen

Uneu in W/K · m±

HLZ 24: 0,80 Wrmedmmputz (WDP) VZ 24: 1,73 2, 3, 4, 5 cm VZ 30: 1,52

auf EPS-Basis

max. 0,66 max. 1,18 max. 1,08

Ungedmmtes Mauerwerk Wie oben

Wie oben

Außendmmung (WDVS) 8, 10, 12, 14 cm

STW, HANF, EPS max. 0,29 max. 0,37 max. 0,36

AW3

Ungedmmtes Mauerwerk Wie oben

Wie oben

Hinterlftete Fassade 8, 10, 12, 14 cm

GLW, STW, EPS

AW4

Ungedmmtes Mauerwerk Wie oben

Wie oben

Innendmmung (WDVS) 8, 10, 12, 14 cm

STW, HANF, EPS max. 0,31 max. 0,39 max. 0,38

KW

Ungedmmtes Mauerwerk (mit alter Bitumenschicht)

HLZ24: 0,84 VZ 24: 1,96 VZ 30: 1,69

Perimeterdmmung, Abdichtung 8, 10, 12, 14 cm

SGL, PUR, EPS

max. 0,32 max. 0,40 max. 0,39

DE1

Ungedmmte Holzbalkenkonstruktion 1930–1960

UKeller: 1,31 UDecke: 1,46

Zwischensparrendmmung, Dampfbremse, Putz d = Sparrendicke 15 cm

GLW, SRP, EPS

UKeller 0,27 UDecke 0,28

DE2

Stahlbetondecke mit 1,05 Dmmung Estrich (1960–1975 bzw. 1975–1984)

Dmmung und Putz 8, 10, 12, 14 cm

GLW, STW, HWL max. 0,54

DE3

Holzbalkenkonstruktion Holzdecke 1930–1960

1,31

Zwischen- u. Untersparrendmmung mit Verschalung 8, 10, 12, 14 cm

GLW, STW, EPS

0,19

BO

Magerbeton, Beton, Bitumenabdichtung, Estrich

3,69

Trittschalldmmung, Folie und Estrich / 8, 10, 12, 14 cm

GLW,STW, EPS

0,24 bis 0,39

DA1

Duodach

1,31

Dmmung und Abdichtung / 8, 12, 16, 20 cm

SGL, PUR, BLP

max. 0,28

DA2

Umkehr-/Plusdach

1,31

Dmmung und Abdeckung mit Kies / d wie oben

SGL, PUR, EPS

max. 0,36

DA3

Holzkonstruktion 1850–1930

3,70

Aufsparrendmmung u. PUR, SGL, GLW Wiederverwendung der Dacheindeckung / 16 cm

0,27

DA4

Holzkonstruktion 1850–1930

3,70

Zwischensparrendmmung / 16 cm

ZEL, SGL, GLW

0,27

DA5

Holzkonstruktion 1850–1930

3,70

Zwischen- und Untersparrendmmung / 8, 10, 12, 14 cm

ZEL, SGL, GLW

max. 0,19

DA6

Holzkonstruktion 1850–1930

0,63

Untersparren-an bestehende Zwischensparrendmmung / 8, 10, 16, 20 cm

ZEL, SGL, GLW

max. 0,22

FEN

Einsatz moderner Verglasung

Holz: 2,80 ALU: 4,38

Fensteraustausch

3-ISG, 2/3-WSG Rahmen aus Holz, ALU, PVC

min. 1,07 max. 1,93

max. 0,30 max. 0,38 max. 0,37

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

ausschließlich emissionsfçrdernde Prozesse bis zur Fertigstellung (Werkstor) bercksichtigt, d. h. materialbedingte wie Rohstoffgewinnung, Verarbeitung und Herstellung. Nach [2] sind die durch durchschnittliche Transportwege und Bauprozesse entstehenden Umweltbelastungen im Vergleich zu denen aus dem Herstellungsprozess viel geringer und demnach vernachlssigbar. Transporte außerhalb des Werkstors werden deshalb nicht bercksichtigt. Hilfsmaterialien, die bei vielen Sanierungsmaßnahmen erforderlich sind (z. B. Verbindungsmaterialien wie Dbel, Schrauben etc.) werden aufgrund ihres vernachlssigbaren Anteils nicht bercksichtigt. Der Energieaufwand und die Emissionen, die durch Bauarbeiten auf der Baustelle (Bohren, Sgen, Verleimen etc.) anfallen bzw. verursacht werden, sind hier ebenfalls nicht bercksichtigt worden. Entsorgungsbedingte CO2-Emissionen der eingesetzten Baustoffe und Bauhilfsstoffe wurden nicht bercksichtigt. Damit werden Belastungseffekte, aber auch Nutzungseffekte (sog. Gutschriften in der ko-Bilanz) nicht bilanziert. Nutzungseffekte entstehen durch die Wiederverwertung von Baustoffen und ihren Einsatz in der Abfall- und Energiewirtschaft. Eine ausfhrliche Begrndung findet sich in [3].

3

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Die Ergebnisse der Bilanzierungen werden in den Bildern 2 bis 18 dargestellt. Die Nutzung der Datenbltter wird im Folgenden am Beispiel der Dachsanierung DA5 in Bild 1 beschrieben. a Oben links wird das zu sanierende Bauteil angegeben. b In dieser Zeile werden rechts der bestehende Aufbau und links die neuen Schichten des zu sanierenden Bauteils aufgefhrt. Eine Skizze veranschaulicht und grenzt den Ist- vom sanierten Zustand ab. Großbuchstaben werden den neuen Schichten zugeordnet. c Die Variationen der verwendeten Dmmstoffe sowie deren Dicken lassen sich ber einen Code identifizieren. Die ersten drei Buchstaben stehen fr den gewhlten Dmmstoff und die zweistellige Zahl fr die Schichtdicke in cm. „ZEL 12“ bedeutet, dass eine 12 cm dicke Zelluloseplatte eingebaut wird. Punkte (…) im Code weisen auf die Unabhngigkeit von Dmmstoff oder Dicke hin. Ist ein Feld leer, so fließen die Ergebnisse des verwendeten Baustoffs in jede Variation ein. Die Angaben in % hinter den verwendeten Baustoffen geben den Anteil vom eingebauten Material in der gleichen Schicht wieder. d Die CO2-quivalente und KEA-Werte ergeben sich aus den kobilanzergebnissen auf Basis der funktionellen Einheit, multipliziert mit der Schichtdicke.

223

e Hier werden die Sanierungsmaßnahmen mit abgekrzter Bezeichnung anhand des Dmmstoffmaterials und der Dmmstoffdicke zusammengefasst. f Die Beurteilung der wrmeschutztechnischen Verbesserung durch eine Sanierungsmaßnahme erfolgt anhand des Wrmedurchgangskoeffizienten U. g Abbildung der ko-Bilanzwerte und Angabe des U-Wertes vor und nach der Sanierung. Abkrzungsverzeichnis ALU AW AW1 –AW4 BLP BO DA1– DA6 DE1– DE3 EPS GEMIS GLW HAN HLZ HOL HWL ISG KD KEA KW PUR PVC SGL SRP STW U VZ WDP WDVS WLG WSG ZEL

Aluminium Außenwand Außenwandsanierung nach Tabelle 1 expandierte Perlite Sanierung eines Bodens gegen Erdreich nach Tabelle 1 Dachsanierung nach Tabelle 1 Deckensanierung nach Tabelle 1 Polystyrol-Hartschaum Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme/Rechenprogramm Glaswolle Hanf Hochlochziegel Holz Holzwolleplatten Isolierverglasung Kellerdecke Kumulierter Energieaufwand Kellerwandsanierung nach Tabelle 1 Polyurethan-Hartschaum Kunststoff Schaumglas Schilfrohrplatten Steinwolle Wrmedurchgangskoeffizient [W/(m±K)] Vollziegel Wrmedmmputz Wrmedmmverbundsystem Wrmeleitgruppe Wrmeschutzverglasung Zellulose

Indizes alt e ne neu

alter, unsanierter Zustand erneuerbar nicht erneuerbar neuer, sanierter Zustand

Symbole d U

Dicke eines Bauteils oder Baustoffs in cm oder m Wrmedurchgangskoeffizient in W/(m±K)

224

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 1. Erluterung der Datenbltter am Beispiel von DA5

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 2. Datenblatt AW1

225

226

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 3. Datenblatt AW2

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 4. Datenblatt AW3

227

228

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 5. Datenblatt AW4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 6. Datenblatt KW

229

230

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 7. Datenblatt DE1

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 8. Datenblatt DE2

231

232

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 9. Datenblatt DE3

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 10. Datenblatt BO

233

234

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 11. Datenblatt DA1

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 12. Datenblatt DA2

235

236

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 13. Datenblatt DA3

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 14. Datenblatt DA4

237

238

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 15. Datenblatt DA5

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 16. Datenblatt DA6

239

240

B4

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 17. Datenblatt GLA

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

Bild 18. Datenblatt FEN

241

242

B4

4

Literatur

Datenbltter çkologischer Kennwerte von baulichen Sanierungsmaßnahmen

[1] Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme, Version 4.3, Institut fr angewandte kologie e. V., Freiburg, Darmstadt, Berlin 2005. [2] Stritz, A.: Hochbaukonstruktionen nach çkologischen Gesichtspunkten, Diplomarbeit am Laboratorium fr Energiesysteme, ETZ Zrich, 1994.

[3] Messari-Becker, L.: Konzept zur nachhaltigen Emissionsminderung bei Wohngebuden im Bestand unter Einbeziehung von CO2-Zertifikaten, Dissertation D17, Technische Universitt Darmstadt 2006.

C Bauphysikalische Planungsund Nachweisverfahren

245

C 1 Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009 – Grundlagen und Anwendungen Anton Maas, Rolf-Michael Lking

Univ.-Prof. Dr. -Ing. Anton Maas Universitt Kassel Fachgebiet Bauphysik Gottschalkstraße 28 a, 34109 Kassel Jahrgang 1959, studierte Versorgungstechnik an der Fachhochschule Bochum und anschließend Maschinenbau an der Ruhr-Universitt Bochum. Von 1990 bis 2004 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Bauphysik der Universitt Kassel ttig. 1995 Promotion an der Universitt Kassel. Von 2004 bis 2007 Akademischer Oberrat am Lehrstuhl fr Bauphysik der Technischen Universitt Mnchen. April 2007 bernahme der Professur fr Bauphysik an der Universitt Kassel. Seit 2008 Vorstandsvorsitzender des Zentrums fr Umweltbewusstes Bauen und weiterhin Teilhaber eines Ingenieurbros fr Bauphysik. Stellvertretender Obmann der Ausschsse „Energetische Bewertung von Gebuden“ und „Wrmetransport“ und Koordinator der Normenteile 2 und 10 der DIN V 18599.

Dr. Rolf-Michael Lking Elbener Pfad 44, 34311 Naumburg Jahrgang 1958, geisteswissenschaftliches Studium mit Promotion 1992, 2001 bis 2008 wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Zentrum fr Umweltbewusstes Bauen, Kassel, und Universitt Kassel, seit 2008 selbststndig und geschftsfhrendes Vorstandsmitglied der Gesellschaft fr Rationelle Energieverwendung e. V.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

246

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Inhaltsverzeichnis 1

Anwendung der energetischen Bewertung von Bestandsgebuden 247

6

Fçrderung der KfW-Fçrderbank fr energieeffizientes Bauen und Sanieren 262

2

Hintergrund der EnEV 2009

7

3

Wesentliche nderungen der EnEV 2009 gegenber der EnEV 2007 247 Verschrfung der Anforderung 248 Strkung des Vollzugs 248 Außerbetriebnahme elektrischer Speicherheizsysteme 248 Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien 248 Erweiterte normative Grundlagen und neues Berechnungsverfahren fr Wohngebude 249 Behandlung von Nichtwohngebuden 250

7.1 7.2

Anforderungen der EnEV 2009 an den Gebudebestand 251 Anforderungen im Falle der nderung, Erweiterung und Ausbau bestehender Gebude 251 Anforderungen im Falle der Erweiterung / des Ausbaus bestehender Gebude 253 Nachrstpflichten bei bestehenden Anlagen und Gebuden 254

7.6

Energetische Bewertung von Gebuden nach DIN V 18599 262 Zonierung 263 Bestimmung des Nutzenergiebedarfs fr Heizen und Khlen 263 Einfluss von Gebudeundichtheiten 263 Bercksichtigung baukonstruktiver Aspekte 264 Kennwerte von Verglasungen und Sonnenschutzvorrichtungen 265 Nutz- und Endenergiebedarf fr Beleuchtung 265 Endenergiebedarf von Heizungssystemen und Warmwasserbereitungssystemen 266 Endenergiebedarf fr Lftungs- und Luftheizungsanlagen im Wohnungsbau 266 Endenergiebedarf von Raumlufttechnik und Klimakltesystemen fr den Nichtwohnungsbau 266 Nutzungsrandbedingungen und Klimadaten 267

Energieausweise im Gebudebestand 255 Grundlagen 255 Inhalte der Energieausweise / Modernisierungsempfehlungen 256 Energieausweise auf der Basis von Bedarfsberechnungen 260 Energieausweise auf der Basis von Verbrauchskennwerten 260 Ausstellungsberechtigung 260

8.2 8.3

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4 4.1 4.2 4.3 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

247

7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.3 7.4 7.5

7.7 8 8.1

9

Datenaufnahme fr die energetische Gebudebewertung 267 Vereinfachte Datenaufnahme zur Ermittlung des Energiebedarfskennwertes 267 Datenbank zu regionaltypischen Bauweisen 269 Vereinfachte Ermittlung des Energieverbrauchskennwertes 270 Literatur

272

Wesentliche nderungen der EnEV 2009 gegenber der EnEV 2007

1

Anwendung der energetischen Bewertung von Bestandsgebuden

Im Rahmen des çffentlich-rechtlichen Nachweises wird bei nderungen von Gebuden die Mçglichkeit eingerumt, die entsprechenden Anforderungen ber eine Energiebilanz nachzuweisen [1]. Diese Energiebilanz ist auch in den Fllen anzustellen, wenn ein Energieausweis fr ein Bestandsgebude (bei Vermietung, Verkauf oder bei Aushangpflicht in çffentlichen Gebuden) zu erstellen ist. Fr diese Berechnungsflle werden normierte Randbedingungen hinsichtlich des Klimas und der Gebudenutzung zugrunde gelegt. Weiterhin werden fr viele Berechnungsanstze Default-Werte in den Berechnungsgang einfließen. Sowohl der çffentlichrechtliche Nachweis nach Energieeinsparverordnung (EnEV) als auch die Energieausweiserstellung basieren somit auf einem Ansatz, der eine Vergleichbarkeit von Gebuden (Wrmeschutz und Anlagentechnik) ermçglichen soll. Soll die Berechnung auch oder ausschließlich fr eine Energieberatung genutzt werden, empfiehlt es sich, anstelle der standardisierten Randbedingungen (ggf. auch der Default-Werte) objektspezifische Angaben zu verwenden. Neben Einflussgrçßen wie Raumlufttemperatur oder Luftwechsel kommt insbesondere der Betriebszeit eines Gebudes eine sehr große Bedeutung im Rahmen der Bilanzierung zu. So kann man sich leicht vorstellen, dass in einem Gebude (z. B. Bro- oder Betriebsgebude) bei Mehrschichtbetrieb deutlich hçhere Energiebedarfe resultieren als bei den Randbedingungen, die fr Standardnutzungen vorgesehen sind. Im Zuge einer objektspezifischen Energieberatung wird es darber hinaus immer von Vorteil sein, wenn ein Abgleich zwischen Bedarfs- und Verbrauchswerten erfolgt. Auf dieser Basis, mit der die anzunehmenden Randbedingungen fr die Berechnung plausibilisiert werden kçnnen, kann eine zielfhrende Energieberatung durchgefhrt werden. Im Rahmen des Beitrags werden die Grundlagen der energetischen Bewertung von Gebuden auf Basis von DIN V 18599 mit dem speziellen Fokus auf Bestandsaspekte vorgestellt. Die Anforderungen der EnEV 2009 in Verbindung mit dem EEWrmeG werden beschrieben und hinsichtlich der baulichen Umsetzung diskutiert.

Die Umsetzungen neuer Energieeffizienzanforderungen im Gebudebereich erfolgen in Deutschland ber Novellierungen der Energieeinsparverordnung. Eine Verbesserung des Anforderungsniveaus um 30 % ist fr 2009 bereits umgesetzt – die Verordnung ist am 1. Oktober 2009 in Kraft getreten. Fr 2012 ist wiederum eine Neufassung der EnEV vorgesehen, verbunden mit einer weiteren Anpassung der Anforderungen um bis zu 30 %. Fr Wohngebude geht die Novellierung von 2009 mit der Einfhrung des sog. „Referenzgebude-Verfahrens“ einher, das einen verbesserten Wrmeschutzstandard in Verbindung mit einer effizienteren Heizungstechnik vorgibt. Im Wohngebudebereich werden im Jahr 2012 weitere Verbesserungen des baulichen Wrmeschutzes und voraussichtlich der Einsatz von Lftungstechnik mit Wrmerckgewinnung umzusetzen sein. Im Falle der Nichtwohngebude fhren die Verschrfungen der Referenzbau- und Referenzanlagentechnik – ausgehend vom Niveau EnEV 2007 bzw. EnEV 2009 – zu den genannten Reduktionen des Primrenergiebedarfs. Auch im Gebudebestand werden Verschrfungen vorgesehen. Dies betrifft Einzelanforderungen fr Bauteile im Gebudebestand, Anpassungen der Nachrstverpflichtungen sowie die Außerbetriebnahme von Nachtspeicherheizsystemen. Die Neugestaltung der Energieeinsparverordnung wird flankiert von der Einfhrung des Erneuerbare-EnergienWrmegesetzes (EEWrmeG) zum 1. Januar 2009 [2]. ber dieses Gesetz ist der verpflichtende Einsatz erneuerbarer Energien zur Energiebedarfsdeckung der Wrme- und Klteversorgung bzw. die Umsetzung geeigneter Ersatzmaßnahmen vorgesehen. Die Anforderungen des EEWrmeG, kurz auch „Wrmegesetz“ genannt, gelten sowohl fr neu zu errichtende Wohngebude als auch fr neu zu errichtende Nichtwohngebude. Der Gebudebestand ist vom Wrmegesetz lediglich insofern betroffen, als hierin auch Regelungen fr die finanzielle Fçrderung zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen enthalten sind. Sie bilden die Grundlage fr die Fçrdermaßnahmen des Marktanreizprogramms des Bundesamtes fr Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA).

3 2

Hintergrund der EnEV 2009

Die Rahmenbedingungen fr Anpassungen der Anforderungen in den Bereichen Energieeffizienz und erneuerbare Energien im Gebudebereich basieren auf politischen Vorgaben, die in der EU abgestimmt sind. Hierbei wird gefordert, dass die Senkung der Treibhausgase bis 2020 um mindestens 20 % zu erfolgen hat, die mit einer Verbesserung der Energieeffizienz um wenigstens 20 % einhergeht, und es wird ein verbindliches Ziel formuliert, den Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch der EU bis 2020 um 20 % zu erhçhen.

247

Wesentliche nderungen der EnEV 2009 gegenber der EnEV 2007

Wesentliche nderungen der EnEV 2009 gegenber der Vorgngerverordnung (EnEV 2007) betreffen neben der Verschrfung der Anforderungen die Strkung des Vollzugs sowie die schrittweise Außerbetriebnahme elektrischer Speicherheizsysteme. Neu eingefhrt wird die Mçglichkeit der Anrechenbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien. Darber hinaus werden die normativen Grundlagen fr die Berechnung des Energiebedarfs von Wohngebuden erweitert und es wird das Referenzgebude-Verfahren fr Wohngebude eingefhrt.

248

C1

3.1

Verschrfung der Anforderung

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Die wesentliche Anforderung der Energieeinsparverordnung wird weiterhin ber den Jahres-Primrenergiebedarf formuliert. Zustzlich wird eine Anforderung an den spezifischen, auf die Wrme bertragende Umfassungsflche bezogenen Transmissionswrmeverlust (mittlerer Wrmedurchgangskoeffizient) gestellt. Hinsichtlich der Anforderungshçhe soll die EnEV 2009 gegenber der alten Regelung eine Einsparung am Primrenergiebedarf um durchschnittlich 30 % bewirken. Entsprechend wird fr den Fall der Errichtung neuer Wohn- und Nichtwohngebude die Obergrenze fr den zulssigen Jahres-Primrenergiebedarf um durchschnittlich 30 % gesenkt. Die Anforderungen an den baulichen Wrmeschutz werden um durchschnittlich 15 % verschrft. In hnlicher Grçßenordnung werden die Anforderungen im Falle der Modernisierung des Gebudebestands sowie im Rahmen der unbedingten Nachrstpflichten angehoben. 3.2

Strkung des Vollzugs

Neben der Anhebung der Anforderungen gilt einer verbesserten Umsetzung durch Strkung des Vollzugs das Hauptaugenmerk der EnEV-Novelle 2009. So ist nach § 26 der EnEV 2009 nicht mehr nur der Bauherr fr die Einhaltung der Vorschriften verantwortlich, sondern es werden auch die Personen in die Verantwortung einbezogen, die in seinem Auftrag bei der Errichtung und nderung von Gebuden, einschließlich der Anlagentechnik, ttig werden. Bei nderung von Außenbauteilen, der Dmmung oberster Geschossdecken oder bei Einbau und Ersatz von Wrmeerzeugern und Klimaanlagen, einschließlich der Anlagenperipherie, muss danach von den Ausfhrenden in Form privater Nachweise die Einhaltung der EnEV-Anforderungen belegt werden (Unternehmererklrung). Fr Arbeiten, die in Eigenleistung durchgefhrt wurden, muss der Bauherr analog eine Eigentmererklrung erstellen. Die Nachweise sind vom Bauherrn mindestens fnf Jahre aufzubewahren und mssen der nach Landesrecht zustndigen Behçrde auf Verlangen vorgelegt werden. Eine besondere Verantwortung legt die EnEV den Bezirksschornsteinfegermeistern auf. Dem Bezirksschornsteinfegermeister obliegt insbesondere, die Erfllung der anlagentechnischen Nachrstpflichten nach § 10 (s. u.) zu berprfen. Darber hinaus prft er, ob heizungstechnische Anlagen nach Einbau in bestehende Gebude mit zentralen selbstttig wirkenden Einrichtungen zur Verringerung oder Abschaltung der Wrmezufuhr ausgestattet sind und Umwlzpumpen von Zentralheizungen ber Vorrichtungen zur selbstttigen Anpassung der Leistungsaufnahme verfgen. Er ist auch fr die berprfung der geforderten Dmmung von Wrmeverteilungsund Warmwasserleitungen zustndig. Bei Nichterfllung hat der Bezirksschornsteinfegermeister den Eigentmer auf die Mngel schriftlich hin-

zuweisen und mit angemessener Frist eine Nacherfllung zu verlangen. Falls der Eigentmer nach dieser Frist die Nacherfllung nicht nachweist, unterrichtet der Bezirksschornsteinfegermeister unverzglich die nach Landesrecht zustndige Behçrde. 3.3

Außerbetriebnahme elektrischer Speicherheizsysteme

Mit dem § 10 a wird in der EnEV 2009 neu die Pflicht zur Außerbetriebnahme elektrischer Speicherheizsysteme, auch „Nachtspeicherheizungen“ genannt, eingefhrt. Danach drfen Gerte, die vor dem 1. Januar 1990 installiert wurden, nach dem 31. Dezember 2019 nicht mehr betrieben werden. Gerte, die nach dem 1. Januar 1990 aufgestellt oder in wesentlichen Bauteilen erneuert wurden, mssen nach Ablauf von 30 Jahren außer Betrieb genommen werden. Die Pflicht zur Außerbetriebnahme betrifft Wohngebude mit mehr als fnf Wohneinheiten sowie Nichtwohngebude mit mehr als 500 m± Nutzflche, die ausschließlich mit solchen Heizungen betrieben werden. Eine Außerbetriebnahme ist nicht erforderlich, wenn der Wrmeschutz des Gebudes das Dmmniveau der Wrmeschutzverordnung 1995 erfllt oder die installierte Heizleistung weniger als 20 W/m2 betrgt. Sofern çffentlich-rechtliche Aspekte, z. B. Festlegungen im Bebauungsplan, entgegenstehen, aber auch in Fllen unbilliger wirtschaftlicher Hrten, wenn sich eine neue Heizung unter Einbeziehung von Fçrdermitteln nicht innerhalb angemessener Zeit (rd. 20 Jahre) amortisiert, ist eine Außerbetriebnahme ebenfalls nicht erforderlich. 3.4

Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien

Neu aufgenommen wurde mit dem § 5 die Mçglichkeit zur Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien. Danach darf bei neu zu errichtenden Gebuden bei den Berechnungen zum Energieausweis Strom aus erneuerbaren Energien angerechnet werden, sofern er in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Gebude erzeugt, vorrangig im Gebude selbst genutzt und nur die berschssige Menge ins çffentliche Netz eingespeist wird. Die Anrechnung erfolgt durch Abzug der erzeugten Strommenge vom errechneten Endenergiebedarf, wobei hçchstens die Strommenge bercksichtigt werden darf, die dem berechneten Strombedarf der jeweiligen Nutzung entspricht. Dieser neu eingefhrte § 5 ist grundstzlich technologieoffen, drfte aber im Regelfall Solarstromanlagen (Fotovoltaik) betreffen, die an dem Gebude angebracht werden. Die Regelung ist insbesondere in zwei Punkten erluterungsbedrftig: Die Bedingung, der erzeugte Strom msse „vorrangig“ im Gebude selbst genutzt werden, fhrt zu einer Aufhebung der Anrechnungsmçglichkeit, wenn mehr als 50 % des erzeugten Stroms ins çffentliche Netz eingespeist werden. Die Vorgabe, die Strommenge msse der jeweiligen Nutzung entsprechen,

Wesentliche nderungen der EnEV 2009 gegenber der EnEV 2007

wurde im Teil 11 der vom Deutschen Institut fr Bautechnik (DIBt) herausgegebenen Auslegungsfragen zur Energieeinsparverordnung dahingehend przisiert, dass „mit geeigneten technischen Regeln“ eine monatliche Berechnung des Stroms aus erneuerbaren Energien ausreicht, um diesen in der Monatsbilanz nach EnEV mit dem „Endenergie-Strom“ verrechnen zu kçnnen. Schon bei kleineren Solarstromanlagen drfte der Hilfsenergiebedarf fr Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wrme weitgehend oder vollstndig abgedeckt werden kçnnen, sodass er kalkulatorisch auf bis zu null gesenkt werden kann. Das gilt ebenso fr den Hilfsenergiebedarf von Solarthermie- und Lftungsanlagen. Bei grçßeren Fotovoltaikanlagen kçnnte z. B. auch der Energiebedarf fr Beleuchtung und von elektrischen Durchlauferhitzern oder Wrmepumpen anteilig in der JahresPrimrenergiebilanz unbercksichtigt bleiben. Die Realisierung eines Nullenergiehauses durch die rechnerische Einbeziehung des Stroms aus Fotovoltaikanlagen nach § 5 der EnEV drfte indes kaum mçglich sein, da der zu deckende Wrmebedarf bei einem Neubau zu etwa 90 % in der strahlungsarmen Jahreshlfte anfllt. In den Kernmonaten der Heizperiode, Dezember und Januar, stehen 40 % des Wrmebedarfs einem solaren Energieertrag aus FV-Anlagen von etwa 5 % gegenber. Hinreichend große Anlagen, um diese Effekte vollstndig auszugleichen, fhren zu erheblichen sommerlichen berschssen, die eine „vorrangige Verwendung“ des erzeugten Stroms im Gebude im Regelfall ausschließen. Die Vorgabe zur monatsweisen Ermittlung der Deckung des Endenergiebedarfs kann in Verbindung mit dem Kriterium zur Vorrangigkeit auch dazu fhren, dass fr Gebude mit hohem Strombedarf (fr die Wrmeversorgung oder im Haushalt) bei Ansatz der gleichen Solarstromanlage bessere Primrenergiebedarfswerte resultieren kçnnen als fr besser ausgefhrte und betriebene Gebude. Das Kriterium der Vorrangigkeit bedarf aus diesem Grunde der berprfung.

3.5

249

Erweiterte normative Grundlagen und neues Berechnungsverfahren fr Wohngebude

Die EnEV 2009 fhrt fr den Bereich Wohngebude neue Berechnungsgrundlagen und -regeln ein. Das vereinfachte Verfahren zur Ermittlung des Jahres-Primrenergiebedarfs, das Heizperiodenbilanzverfahren, kann nach EnEV 2009 nicht mehr angewendet werden. Als normative Grundlage der Berechnungen kann wie bisher der Normkomplex DIN 4108-6 [3] sowie DIN 4701-10 [4] herangezogen werden. Alternativ dazu besteht, wie bei Nichtwohngebuden, nun die Mçglichkeit, die Berechnungen auf der Basis von DIN V 18599 [5] vorzunehmen. Mit der Energieeinsparverordnung 2009 wird fr Wohngebude ein neues Anforderungsmodell eingefhrt. Die Vorgabe einer Referenzbautechnik in Verbindung mit einer Referenzanlagentechnik fhrt zu einem Referenzgebude, aus dem der maximal zulssige Jahres-Primrenergiebedarf eines Gebudes resultiert. Die Formulierung der Anforderungen ber das Referenzgebude-Verfahren geschieht wie folgt: Unter Zugrundelegung der geplanten Gebudegeometrie (Gebudevolumen und Hllflche), der geplanten Gebudeausrichtung und der Fenstergrçßen wird die Gebudehlle mit einer bestimmten Ausfhrung des baulichen Wrmeschutzes und mit einer bestimmten vorgegebenen Anlagentechnik ausgestattet. Berechnet man den Jahres-Primrenergiebedarf dieses Gebudes, so resultiert daraus ein spezifischer Anforderungswert, der maximal zulssige Jahres-Primrenergiebedarf. Dieser zulssige Jahres-Primrenergiebedarf ist nun von dem tatschlich zu errichtenden Gebude mit der tatschlich geplanten baulichen Ausfhrung und der tatschlich geplanten Anlagentechnik einzuhalten bzw. zu unterschreiten. Die bauliche Ausfhrung des Referenzgebudes „Wohngebude“ ist in Tabelle 1 aufgefhrt. Eine grafische Darstellung aller wesentlichen Komponenten

Tabelle 1. Bauliche Ausfhrung des Referenzgebudes „Wohngebude“ gemß EnEV 2009 Zeile

Bauteil / System

Referenzausfhrung bzw. Wert (Maßeinheit)

1.1

Außenwand, Geschossdecke gegen Außenluft

U = 0,28 W/(m± K)

1.2

Außenwand gegen Erdreich, Bodenplatte, Wnde und Decken zu unbeheizten Rumen (außer solche nach Zeile 1.1)

U = 0,35 W/(m± K)

1.3

Dach, oberste Geschossdecke, Wnde zu Abseiten

U = 0,20 W/(m± K)

1.4

Fenster, Fenstertren

Uw = 1,30 W/(m± K); g = 0,60

1.5

Dachflchenfenster

U = 1,40 W/(m± K); g = 0,60

1.6

Lichtkuppeln

U = 2,70 W/(m± K); g = 0,64

1.7

Außentren

U = 1,80 W/(m± K)

2

Wrmebrckenzuschlag (Bauteile nach 1.1 bis 1.7)

DUWB = 0,05 W/(m± K)

3

Luftdichtheit der Gebudehlle

Bei Berechnung nach DIN V 4108-6:2003-06: mit Dichtheitsprfung DIN V 18599-2:2007-02: nach Kategorie I

250

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Bild 1. Referenzausfhrung fr Wohngebude gemß EnEV 2009 (Schema der wesentlichen Komponenten)

Tabelle 2. Hçchstwerte des spezifischen, auf die wrmebertragende Umfassungsflche bezogenen Transmissionswrmeverlusts gemß EnEV 2009 Zeile

Gebudetyp

1

Freistehendes Wohngebude

Hçchstwert des spezifischen Transmissionswrmeverlusts mit AN £ 350 m±

H0T = 0,40 W/(m2 · K)

mit AN > 350 m±

H0T = 0,50 W/(m2 · K)

2

Einseitig angebautes Wohngebude (z. B. Reihenendhaus)

H0T = 0,45 W/(m2 · K)

3

alle anderen Wohngebude (z. B. Reihenmittelhaus)

H0T = 0,65 W/(m2 · K)

4

Erweiterungen und Ausbauten von Wohngebuden gemß § 9 Abs. 5

H0T = 0,65 W/(m2 · K)

des Referenzgebudes – auch der anlagentechnischen Elemente – zeigt Bild 1. Zustzlich zu den genannten Anforderungen an den Jahres-Primrenergiebedarf wird der spezifische Transmissionswrmeverlust H0T begrenzt. Diese Grçße, die eine Mindestqualitt des baulichen Wrmeschutzes sicherstellen soll, wird abhngig von Gebudetyp und -grçße vorgegeben (s. Tabelle 2). 3.6

Behandlung von Nichtwohngebuden

Die energetische Bewertung von Nichtwohngebuden geschieht grundstzlich nach DIN V 18599. Hierbei erfolgt eine Energiebilanzierung unter Bercksichtigung des Energieaufwandes fr Gebudebeheizung, fr Warmwasserbereitung, fr Beleuchtung sowie fr Lftung und Khlung / Klimatisierung. Die Vorgabe der Referenz-Bau- und Anlagentechnik bei Nichtwohngebuden ist aufgrund der erweiterten Energiebilanz deutlich umfangreicher als bei Wohngebuden.

Bei der Vorgabe der Referenzwerte im Bereich des baulichen Wrmeschutzes gelten grundstzlich die gleichen Zahlenwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten wie bei Wohngebuden. Bauteile wie z. B. die Vorhangfassade werden zustzlich aufgenommen. Bei der Beleuchtung kommt als Referenztechnik die direkt/indirekte Beleuchtung in Verbindung mit einer Prsenzkontrolle und einer Konstantlichtregelung zum Ansatz. Wie bei Wohngebuden auch findet bei der Heizung die Brennwerttechnik Anwendung. Bei Nutzungen mit hohem Warmwasserwrmebedarf (z. B. Hotel oder Restaurant) sind Solaranlagen in die Referenz aufgenommen. Hinsichtlich der Raumlufttechnik sind die spezifischen Leistungsaufnahmen von Ventilatoren gegenber den Anforderungen gemß EnEV 2007 reduziert, ebenso die spezifischen elektrischen Leistungen der Kaltwasserkreise. Referenzwerte bzw. technische Systeme sind in Bild 2 schematisch dargestellt. Der Anwendungsbereich des sogenannten „vereinfachten Verfahrens“ wird ausgeweitet. Neben Brogebu-

Anforderungen der EnEV 2009 an den Gebudebestand

251

Bild 2. Schema der wesentlichen Komponenten der Referenzausfhrung fr Nichtwohngebude gemß EnEV 2009

den, Schulen und Hotels fallen mit der EnEV 2009 auch Turnhallen, Gebude des Groß- und Einzelhandels bis 1000 m± NGF, Gewerbebetriebe bis 1000 m± NGF sowie Bibliothek in den Anwendungsbereich der Gebude, die vereinfacht als 1-Zonen-Modell behandelt werden kçnnen. Auch fr Nichtwohngebude stellt die EnEV eine Nebenanforderung. Abweichend von der bisherigen Methodik wird in der EnEV 2009 die Anforderung ber Hçchstwerte der mittleren Wrmedurchgangskoeffizienten der wrmebertragenden Umfassungsflche formuliert. Es ist von den Anforderungswerten gem. Tabelle 3 auszugehen. Maßgeblich ist dabei der Mittelwert der jeweiligen Bauteile. Bei dessen Berechnung Tabelle 3. Hçchstwerte der mittleren Wrmedurchgangskoeffizienten in W/(m±K) der wrmebertragenden Umfassungsflche von Nichtwohngebuden (die Werte stellen die Nebenanforderung der EnEV 2009 dar). Zonen mit RaumSolltemperaturen im Heizfall > 19 C Lfd. Nr.

Bauteil

Hçchstwerte der mittleren Wrmedurchgangskoeffizienten in W/(m2K)

1

Opake Außenbauteile, soweit 0,35 nicht in Zeile 3 und 4 enthalten

2

Transparente Außenbauteile, soweit nicht in Bauteilen der Zeilen 3 und 4 enthalten

1,90

3

Vorhangfassade

1,90

4

Glasdcher, Lichtbnder, Licht- 3,10 kuppeln

sind die Bauteile nach Maßgabe ihres Flchenanteils zu bercksichtigen; die Wrmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen gegen unbeheizte Rume oder Erdreich sind zustzlich mit dem Faktor 0,5 zu gewichten.

4

Anforderungen der EnEV 2009 an den Gebudebestand

Bei bestehenden Gebuden sieht die EnEV – Anforderungen bei baulichen Vernderungen des Gebudes, einschließlich Erweiterung und Ausbau des thermisch konditionierten Gebudebereichs, – anlagentechnische und bauliche Nachrstungsverpflichtungen sowie – Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der energetischen Qualitt vor. 4.1

Anforderungen im Falle der nderung, Erweiterung und Ausbau bestehender Gebude

Bei nderung bestehender Gebude schreibt die EnEV energetische Mindestqualitten fr die von der Maßnahme betroffenen Bauteile vor. Sie ergeben sich aus den Angaben in Tabelle 4. Die Tabellenwerte gelten jeweils dann, wenn ein Bauteil ersetzt oder erstmalig eingebaut wird. Bei opaken Bauteilen greifen die Anforderungswerte der Tabelle 4 ebenfalls, wenn Dmmschichten eingebaut oder Bekleidungen, Verschalungen oder Vorsatzschalen angebracht werden, wie dies z. B. bei der Erneuerung einer Dacheindeckung oder einer Außenwandverschalung der Fall ist. Auch die Erneuerung des Außenputzes einer Außenwand fhrt dazu, dass die betroffene Wand-

252

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Tabelle 4. Anforderungen an den Wrmedurchgangskoeffizienten der Außenbauteile bei nderungen im Gebudebestand Bauteil

Wohngebude und Zonen von Nichtwohngebuden mit Innentemperaturen ‡ 19 C

Zonen von Nichtwohngebuden mit Innentemperaturen von 12 bis < 19 C

Hçchstwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten Umax 1) 1

2

3

Außenwnde

0,24 W/(m± · K)

0,35 W/(m± · K)

Außen liegende Fenster, Fenstertren Dachflchenfenster Verglasungen Vorhangfassaden Glasdcher

1,30 W/(m± · K) 2) 1,40 W/(m± · K) 2) 1,10 W/(m± · K) 3) 1,50 W/(m± · K) 4) 2,00 W/(m± · K) 3)

1,90 W/(m± · K) 2) 1,90 W/(m± · K) 2) Keine Anforderung 1,90 W/(m± · K) 4) 2,70 W/(m± · K) 3)

Außen liegende Fenster, Fenstertren, Dachflchenfenster mit Sonderverglasungen Sonderverglasungen Vorhangfassaden mit Sonderverglasungen

2,00 W/(m± · K) 2) 1,60 W/(m± · K) 3) 2,30 W/(m± · K) 4)

2,80 W/(m± · K) 2) keine Anforderung 3,00 W/(m± · K) 4)

Decken, Dcher und Dachschrgen Flachdcher

0,24 W/(m± · K) 0,20 W/(m± · K)

0,35 W/(m± · K) 0,35 W/(m± · K)

Decken und Wnde gegen unbeheizte Rume oder Erdreich 0,30 W/(m± · K) Fußbodenaufbauten 0,50 W/(m± · K) Decken nach unten an Außenluft 0,24 W/(m± · K)

keine Anforderung keine Anforderung 0,35 W/(m± · K)

1) Wrmedurchgangskoeffizient des Bauteils unter Bercksichtigung der neuen und der vorhandenen Bauteilschichten; fr die Berechnung opaker Bauteile ist DIN EN ISO 6946:1996-11 zu verwenden. 2) Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten des Fensters; der Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten des Fensters ist technischen Produkt-Spezifikationen zu entnehmen oder gem. den nach den Landesbauordnungen bekannt gemachten energetischen Kennwerten fr Bauprodukte zu bestimmen. Hierunter fallen insbesondere energetische Kennwerte aus europischen technischen Zulassungen sowie energetische Kennwerte der Regelungen nach der Bauregelliste A Teil 1 und aufgrund von Festlegungen in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen.

3) Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten der Verglasung; der Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten der Verglasung ist technischen Produkt-Spezifikationen zu entnehmen oder gem. den nach den Landesbauordnungen bekannt gemachten energetischen Kennwerten fr Bauprodukte zu bestimmen. Hierunter fallen insbesondere energetische Kennwerte aus europischen technischen Zulassungen sowie energetische Kennwerte der Regelungen nach der Bauregelliste A Teil 1 aufgrund von Festlegungen in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen. 4) Wrmedurchgangskoeffizient der Vorhangfassade; er ist nach anerkannten Regeln der Technik zu ermitteln.

flche auf das energetische Niveau gemß Tabelle verbessert werden muss. Ausgenommen von der letztgenannten Regelung sind Wnde, die schon im Ausgangsfall einen U-Wert von weniger als 0,9 W/(m±K) aufweisen. Bei Innendmmungen von Außenwnden gelten die EnEV-Anforderungen als erfllt, wenn der Wrmedurchgangskoeffizient des neuen Wandaufbaus einen Wert von 0,35 W/(m±K) nicht berschreitet. Aus bauphysikalischen Grnden sieht die EnEV fr Wnde aus Fachwerk eine Sonderregelung vor: Die Bauteilanforderung nach Tabelle gilt nur, wenn die Wand verkleidet werden soll. Soll es als Sichtfachwerk erhalten bleiben, wird eine Anforderung lediglich dann gestellt, wenn das betroffene Bauteil geringer Schlagregenbeanspruchung ausgesetzt ist (Schlagregenbeanspruchungsgruppe I nach DIN 4108-3:2001-06) und in besonders geschtzter Lage liegt. In diesem

Fall muss ein Anforderungswert von 0,84 W/(m±K) eingehalten werden. Die Anforderungswerte an Fenster und Fenstertren sowie Glasdchern gelten, wenn das gesamte Bauteil erstmalig eingebaut, wenn es ersetzt oder mit einer neuen Verglasung versehen wird, sowie beim Einbau zustzlicher Vor- oder Innenfenster. Fr alle Flle der Anforderungen bei nderung von Außenbauteilen sieht die EnEV eine Bagatellgrenze vor. Demnach greifen die Anforderungen nur, sofern mehr als 10 % des Bauteils (bezogen auf das gesamte Gebude) betroffen sind. Mit dieser gegenber der EnEV 2007 vereinheitlichten Regelung sollen wirtschaftliche Hrten vermieden werden, sodass z. B. Sturmschden am Dach oder eine zerstçrte Fensterscheibe nicht eine unzumutbar hohe Investitionsnotwendigkeit nach sich ziehen.

Anforderungen der EnEV 2009 an den Gebudebestand

Wie schon aus den Vorgngerversionen bekannt, sieht die EnEV als Alternative fr die Einhaltung einzelner Bauteil-U-Werte die Mçglichkeit einer gesamtenergetischen Betrachtung des Gebudes vor. Demnach gelten die Anforderungen als erfllt, wenn der Nachweis erbracht werden kann, dass das Gebude nach der energetischen Modernisierung den Anforderungswert eines vergleichbaren Neubaus um nicht mehr als 40 % berschreitet. Diese Nachweisalternative kommt insbesondere dann in Betracht, wenn eine umfassende energetische Modernisierung des Objektes, einschließlich einer Erneuerung der Heizungsanlage, vorgesehen ist. Auch fr eine umfassende Fçrderung der energetischen Modernisierung ber die Programme der KfW-Fçrderbank ist meist eine energetische Gesamtbilanz erforderlich (s. Abschn. 6). Wenn es sich aus technischen Grnden als schwierig erweist, die nach Tabelle 4 erforderlichen U-Werte zu erreichen, bietet die Mçglichkeit einer energetischen Gesamtbilanzierung allerdings nur dann einen Ausweg, wenn das Gebude durch vorangegangene Maßnahmen bereits auf einen hohen energetischen Standard gebracht wurde. Insbesondere drfte der Nachweis ber eine gesamtenergetische Betrachtung ohne eine gute anlagentechnische Qualitt, die der Qualitt der Referenzanlage zumindest nahe kommt, kaum mçglich sein. 4.2

Anforderungen im Falle der Erweiterung / des Ausbaus bestehender Gebude

Anforderungen stellt die EnEV ebenfalls, wenn ein bestehendes Gebude um beheizte oder gekhlte Rume erweitert wird. Unter die entsprechende Regelung nach § 9 Abstze 4 und 5 fallen sowohl Anbauten an die bestehende Bausubstanz als auch Ausbauten innerhalb des Bestandsgebudes, sofern bisher nicht beheizte oder gekhlte Rume, z. B. im Keller- oder Dachbereich zuknftig beheizt/gekhlt werden sollen. Insbesondere mit Blick auf den Ausbau innerhalb der schon bestehenden Gebudesubstanz sieht die EnEV eine Bagatellgrenze von bis zu 15 m± Nutzflche vor, fr die keine Anforderungen gestellt werden. Wenn fr die Erweiterung neue Bauteile erstmalig errichtet werden sowie im Falle der Erweiterung von Gebuden um mindestens 15 m± und bis zu 50 m± Nutzflche sind die Bauteile entsprechend den Anforderungen nach Tabelle 4 auszufhren. Die Alternative einer gesamtenergetischen Betrachtung des bestehenden Gebudes einschließlich der Erweiterung ist fr diesen Fall in der EnEV nicht vorgesehen. Bei einer Erweiterung des Gebudes um zusammenhngend mehr als 50 m± Nutzflche gehen die Anforderungen der EnEV weiter. In diesem Falle mssen die betroffenen Außenbauteile so ausgefhrt werden, „dass der neue Gebudeteil die Vorschriften an zu errichtende Gebude“ einhlt. Das bedeutet, dass fr den neuen Gebudeteil eine energetische Gesamtbetrachtung wie fr einen eigenstndigen Neubau erforderlich ist. Der Nachweis muss erbracht werden, dass sowohl der Pri-

253

Bild 3. Kellergeschossgrundriss zur Erluterung der Fallunterscheidung fr eine Erweiterung im Gebudebestand

mrenergiebedarf als auch der hllflchenspezifischen Transmissionswrmeverlust die Maximalwerte nicht berschreiten, die sich aus der Referenzausfhrung des Gebudes ergeben. Die Fallunterscheidung fr eine Erweiterung des beheizten Gebudes innerhalb der bestehenden Bausubstanz soll am Beispiel eines bisher unbeheizten Kellergeschosses eines Wohngebudes erlutert werden (Bild 3). Die Anwendung von § 9, Abs. 3 bis 5 wrde in diesem Beispiel bei einem Ausbau des beheizten Gebudebereichs um den als „Sauna“ bezeichneten Raum keinerlei Anforderungen nach sich ziehen, da die Erweiterungsflche unterhalb der Bagatellgrenze von 15 m± Nutzflche liegt. Eine Erweiterung um den als „Hobbyraum“ gekennzeichneten Bereich, der eine Nutzflche > 15 m± und < 50 m± aufweist, fhrt zu der Notwendigkeit, die umschließenden Bauteilflchen zum unbeheizten Bereich gemß den Anforderungswerten nach Tabelle 4 (Anlage 3, Tabelle 1 der EnEV 2009) energetisch zu ertchtigen. Die betroffenen Außenwnde und die Trennwand zum Flur mssen nach der Ertchtigung den Anforderungswert von 0,30 W/(m±K) nach Tabelle 4, Spalte 2 einhalten. Der Fußbodenaufbau ist nach Spalte 2 auf einen U-Wert von 0,5 W/(m±K) zu verbessern. Falls das gesamte Kellergeschoss – mit einer Nutzflche von > 50 m± – in den beheizten Gebudebereich einbezogen werden soll, mssen die Außenbauteile so weit ertchtigt werden, dass der neue Gebudebereich (das Kellergeschoss) die an vergleichbare neue Gebude gestellten Anforderungen erfllt. Das Beispiel lsst erkennen, dass die EnEV-Regelungen fr die Erweiterung bestehender Gebude in der Praxis ggf. erhebliche Probleme mit sich bringen kçnnen: Das erste Problem betrifft die Einhaltung der Bauteilauflagen bzw. die einem Neubau entsprechende Bauausfhrung: So es nicht immer mçglich, im Gebudebestand entsprechende Bauteilqualitten zu realisieren, wenn die geplante Erweiterung der beheizten Nutzfl-

254

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

che bestehende Bauteile einbezieht. Die notwendige Ertchtigung der Außenwnde zum Erdreich kann ohne gleichzeitige Außenwanddmmung des bestehenden Gebudebereichs nur als Innendmmung realisiert werden. Das ist nicht nur bauphysikalisch unbefriedigend, sondern auch mit Verlusten an nutzbarem Raum verbunden. In hnlicher Weise wrde eine Gebudeerweiterung im Bereich des Dachgeschosses bestehende Giebelflchen berhren, die unabhngig von dem energetischen Zustand der Außenwandflchen des bisher beheizten Gebudebereiches energetisch ertchtigt werden mssten, was nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich aufwendige Maßnahmen erforderlich machen kann. Fr die Flle der Erweiterungen um mehr als 50 m± Nutzflche hat der Verordnungsgeber die bauliche Problematik entschrft, indem er fr Erweiterungen mit Einfhrung der Zeile 4 in Tabelle 2 (Tabelle 2, Anlage 1 der EnEV 2009) einen moderaten Hçchstwert des spezifischen Transmissionswrmeverlusts von H0T = 0,65 W/(m±K) vorsieht. Ein zweites Problem ergibt sich durch die Bilanzierung des neuen Gebudeteils auf Basis der Referenzanlagentechnik, die deutlich hochwertiger ist als die im Regelfall im Gebude vorhandene Anlagentechnik zur Wrmeversorgung. Dies gilt zumeist sogar dann, wenn diese Anlagentechnik in jngerer Zeit ertchtigt oder ganz erneuert wurde. Sollte der neue Gebudeteil also nicht mit einer eigenen Anlagentechnik zur Wrmeversorgung ausgestattet werden, sondern die Bestandsanlage fr die Versorgung des neuen Gebudeteils herangezogen werden, ist der erforderliche Primrenergienachweis ggf. außerordentlich schwierig zu fhren, zumal wenn eine Bewertung der Bestandsanlage mit den fr Neubauten relevanten Normen DIN V 4701-10 oder DIN V 18599 nicht mçglich ist. Die im Falle der nderung von bestehenden Gebuden vorgesehene Regelung, das Fehlen energetischer Kennwerte der bestehenden Anlage durch Rckgriff auf gesicherte Erfahrungswerte fr Anlagenkomponenten vergleichbarer Altersklassen zu berbrcken, greift hier nicht. Das Verfahren drfte ohnehin keine hinreichend guten Kennwerte ergeben, um den erforderlichen Primrenergienachweis auf Neubauniveau zu erbringen. Eine hnliche Problematik stellte sich bereits mit Einfhrung der EnEV 2002. Sie wurde durch eine Modifikation der DIN 4701-10, die mit der EnEV-Novelle in 2004 in Bezug genommen wurde, auf folgende Weise gelçst: „Wird ein An- oder Erweiterungsbau eines Gebudes von einem Wrmeerzeuger mit Heizwrme versorgt, der im Wesentlichen zur Beheizung des bestehenden Gebudes eingesetzt wird, so kann hinsichtlich der Erzeugung fr die Beheizung des Anbaus so gerechnet werden, als wrde er von einem Nahwrmesystem versorgt (Primrenergiefaktor nach Kapitel C.4 von 1,3 und eine Aufwandszahl fr die Nahwrmebergabestation von 1,01 fr Heizung, ohne Hilfsenergie). Alle fr den Anbau neu zu installierenden Anlagenteile sind

nach Kapitel 5 oder Anhang C zu bercksichtigen.“ (DIN V 4701-10, S. 34, „Weitere Berechnungsflle“, Satz 6). Ein Nachweis unter Nutzung der hier beschriebenen virtuellen Anlagenkonfiguration ist weiterhin mçglich. Allerdings ergibt sich gegenber der Referenzanlage nach EnEV 2009 eine deutlich hçhere Anlagenaufwandszahl, sodass dieser Weg im Regelfall nicht zu wirtschaftlich vertretbaren Lçsungen fhren kann. Es ist vor diesem Hintergrund davon auszugehen, dass Absatz 5 in § 9 der EnEV fr den Fall, dass keine neue Anlagentechnik installiert wird, folgendermaßen interpretiert werden muss: Die Außenbauteile sind so auszufhren, dass der neue Gebudeteil auf der Basis der Referenzanlagentechnik die Anforderungen an neu zu errichtendes Gebude erfllt. Analog zu der oben beschrieben Lçsung nach EnEV 2004 msste in diesem Falle also die Referenzanlagentechnik als „virtuell gegeben“ angenommen werden. In der Praxis wre dies dem Nachweis gleichzusetzen, dass der Heizwrmebedarf, der sich bei Referenzbauausfhrung ergeben wrde, in der realisierten Bauausfhrung nicht berschritten wird. 4.3

Nachrstpflichten bei bestehenden Anlagen und Gebuden

Nachrstverpflichtungen bei bestehenden Gebuden und Anlagen aus der EnEV 2007 wurden fortgeschrieben und teilweise verschrft. Die Wrmedurchgangskoeffizienten der obersten Geschossdecke mssen den Wert von 0,24 W/(m±K) einhalten. Fr begehbare oberste Geschossdecken gilt eine bergangsfrist bis zum 31. Dezember 2011. Heizkessel, die vor dem 1. Oktober 1978 aufgestellt wurden, sind außer Betrieb zu nehmen. Diese Regelung gilt nicht fr bestehende Niedertemperatur- oder Brennwertkessel und Anlagen, deren Nennleistung weniger als 4 kW oder mehr als 400 kW betrgt. Eigentmer von Gebuden mssen bei heizungstechnischen Anlagen ungedmmte, zugngliche Wrmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen, die sich nicht in beheizten Rumen befinden, zur Begrenzung der Wrmeabgabe dmmen. Die Anforderungen an die einzuhaltenden Dmmdicken sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Fr Wohngebude mit nicht mehr als zwei Wohnungen, die vom Eigentmer bewohnt werden, gelten in Abhngigkeit vom Datum des Eigentumbergangs spezielle Anforderungen bzw. bergangsfristen fr die zuvor genannten Nachrstverpflichtungen. Die EnEV trifft ebenfalls Festlegungen zur Aufrechterhaltung der energetischen Qualitt. Danach darf der bestehende Wrmeschutz der Bauteile nicht verringert werden. Einrichtungen, die zur Senkung des Energiebedarfs beitragen, sind betriebsbereit zu halten und Anlagen zur thermischen Raumkonditionierung sowie zur Warmwasserbereitung sind sachgerecht zu bedienen, zu warten und instand zu halten.

Energieausweise im Gebudebestand

255

Tabelle 5. Wrmedmmung von Wrmeverteilungs- und Warmwasserleitungen, Klteverteilungs- und Kaltwasserleitungen sowie Armaturen Zeile

Art der Leitungen/Armaturen

Mindestdicke der Dmmschicht, bezogen auf eine Wrmeleitfhigkeit von 0,035 W/(mK)

1

Innendurchmesser bis 22 mm

20 mm

2

Innendurchmesser ber 22 mm bis 35 mm

30 mm

3

Innendurchmesser ber 35 mm bis 100 mm

gleich Innendurchmesser

4

Innendurchmesser ber 100 mm

100 mm

5

Leitungen und Armaturen nach den Zeilen 1 bis 4 in Wand- und Deckendurchbrchen, im Kreuzungsbereich von Leitungen, an Leitungsverbindungsstellen, bei zentralen Leitungsnetzverteilern

1/2 der Anforderungen der Zeilen 1 bis 4

6

Leitungen von Zentralheizungen nach den Zeilen 1 bis 4, die nach 1/2 der Anforderungen der Zeilen 1 bis 4 dem 31. Januar 2002 in Bauteilen zwischen beheizten Rumen verschiedener Nutzer verlegt werden

7

Leitungen nach Zeile 6 im Fußbodenaufbau

6 mm

8

Klteverteilungs- und Kaltwasserleitungen sowie Armaturen von Raumlufttechnik- und Klimakltesystemen

6 mm

5

Energieausweise im Gebudebestand

5.1

Grundlagen

Die Ausstellung eines Energieausweises ist seit 2007 nicht mehr nur bei Errichtung eines Gebudes, sondern auch bei Verkauf und Neuvermietung eines bestehenden Gebudes erforderlich. Die Bestimmungen beziehen sich sowohl auf Wohngebude als auch auf Nichtwohngebude. Das heißt auch, dass es zwei Arten von Energieausweisen gibt: – fr Wohngebude, – fr Nichtwohngebude. Fr gemischt genutzte Gebude sind im Regelfall zwei Energieausweise auszustellen. Das Gebude wird dafr virtuell in zwei Teile zerschnitten. Der Regelung liegt der Grundsatz zugrunde, dass (wegen unterschiedlicher Bilanzierung und damit verbundener unterschiedlicher Information) die zu Wohn- oder Nichtwohnzwecken genutzten Teile von Gebuden wie eigenstndige Gebude behandelt werden mssen. Ausnahmen von dieser Regelung, d. h. die Mçglichkeit der Nachweisfhrung mit einem Verfahren, gelten in den folgenden Fllen: – Liegt in einem Wohngebude eine Nichtwohnnutzung vor, die sich nach Art der Nutzung und der gebudetechnischen Ausstattung nicht wesentlich von der Wohnnutzung unterscheidet, kann das Gebude insgesamt als Wohngebude behandelt werden. – Liegt in einem Wohngebude eine Nichtwohnnutzung vor, die hinsichtlich ihrer Nutzflche einen Anteil von weniger als 10 % ausmacht – z. B. ein Kiosk –, kann das Gebude insgesamt als Wohngebude behandelt werden.

– Liegt in einem Nichtwohngebude eine Wohnnutzung vor, die hinsichtlich ihrer Nutzflche einen Anteil von weniger als 10 % ausmacht – z. B. eine Hausmeisterwohnung in einer Schule –, kann das Gebude insgesamt als Nichtwohngebude behandelt werden. Die EnEV regelt erstens die Pflicht zur Ausstellung von Energieausweisen bei der Errichtung von beheizten oder klimatisierten Gebuden. Der Ausweis soll den Zustand des Gebudes bei der Fertigstellung abbilden. Er ist den zustndigen Behçrden auf Verlangen vorzulegen. Die bisher bereits in der EnEV geregelte bedingte Pflicht zur Ausstellung von Energiebedarfsausweisen bei wesentlichen nderungen von Gebuden wird fortgefhrt. Zweitens verpflichtet die EnEV Gebudeeigentmer, bei beabsichtigtem Verkauf oder Vermietung eines Gebudes dem knftigen Kufer oder Mieter einen Energieausweis zugnglich zu machen. In Wohnungseigentumsfllen ist die Eigentmergemeinschaft verpflichtet, einen Energieausweis ausstellen zu lassen. Der verkaufswillige Wohnungs- oder Teileigentmer hat einen Anspruch darauf, dass die Gemeinschaft rechtzeitig einen Energieausweis bereitstellt, damit er seinerseits seiner Pflicht nachkommen kann, den Ausweis zugnglich zu machen. Die Kosten des Energieausweises sind von der Eigentmergemeinschaft zu tragen. Die Flle der Vermietung und Verpachtung von Gebuden und Wohnungen sowie des Gebudeleasings wird dem der Miete gleichgestellt. Darber hinaus besteht bei Gebuden, – in denen çffentliche Dienstleistungen realisiert werden,

256

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

– Publikumsverkehr herrscht und – die eine Nutzflche grçßer 1000 m± haben, die Pflicht zum Aushang von Energieausweisen an gut sichtbarer Stelle. Diese Pflicht besteht unabhngig von Verkauf oder Neuvermietung und ist insofern eine deutliche Auflage an „çffentliche Einrichtungen“, mit gutem Beispiel voranzugehen. Typische (çffentliche) Dienstleistungen sind die Leistungen der Sozialmter und hnlicher gemeindlicher mter mit erheblichem Publikumsverkehr, Arbeitsagenturen, Schulen, Universitten u. . Kaufhuser, Einzelhandelsgeschfte, Bankgebude und hnliche Gebude fr private Dienstleistungen sind nicht von der Aushangpflicht betroffen. Zum Aushang verpflichtet ist der Grundstckseigentmer. Dies gilt auch im Falle der Anmietung von Flchen durch eine Behçrde. 5.2

Inhalte der Energieausweise / Modernisierungsempfehlungen

In den Energieausweisen muss ein Kennwert angegeben werden, der die Gesamtenergieeffizienz des Gebudes reprsentiert. Zur besseren Verbraucherfreundlichkeit und Transparenz sind gleichzeitig Angaben zu Referenzwerten bereitzustellen, um Vergleichsmçglichkeiten mit anderen Immobilienangeboten zu geben. Dadurch werden das Verbraucherbewusstsein fr die energetische Effizienz von Gebuden erhçht und die Motivation zu Energiesparmaßnahmen gestrkt. Dazu gehçrt, dass bei steigenden Energiekosten der Mieter oder Kufer eines Gebudes besser ber die bevorstehenden Betriebskosten informiert wird. Dies schafft auch Investitionsanreize, um mit Immobilien mit hoher Energieeffizienz am Markt zu operieren. Um çkonomisch und çkologisch sinnvolle Investitionen anzuregen, enthalten die Energieausweise Empfehlungen fr kostengnstige Verbesserungen der Energieeffizienz des Gebudes. Es ist mçglich, Energieausweise auf der Grundlage von Bedarfsrechnungen oder auf der Basis von Verbrauchsmessungen zu erstellen. Eine der Mçglichkeiten muss immer genutzt werden, es ist auch statthaft beide Werte anzugeben. Eine Bedarfsberechnung wird unter normativen Annahmen fr das Klima und die Nutzung erstellt. Man kçnnte auch von einem „rechnerischen Verbrauch“ reden. Der große Vorteil dieser Methode ist, dass eine sehr neutrale Bewertung von Gebuden abgegeben wird. Unterschiedliche Nutzer spielen keine Rolle. Gebude lassen sich so in ihrer Qualitt nicht nur beurteilen, sondern auch gut vergleichen. Gleichzeitig ist die Berechnung des Gebudes auch eine Gebudediagnose. Etwaige Schwachstellen werden erkannt und beschrieben. Die Erstellung von Energieausweisen auf der Grundlage des Energiebedarfs kann sowohl im Neu- als auch im Altbau erfolgen. Bei Neubauten ist die Bedarfsberechnung die einzige Methode zur Erstellung von Energieausweisen.

Die Verbrauchsmessung bildet neben der tatschlichen energetischen Qualitt des Gebudes insbesondere das individuelle Nutzerverhalten und die Klimaeinflsse ab. Diese Einflsse kçnnen die wirkliche energetische Qualitt eines Gebudes vçllig berdecken. Im Zweifelsfall htte das leer stehende Haus die hçchste Energieeffizienz. Die Diskussionen um richtiges Nutzerverhalten (z. B. richtige berprfung und Einstellen der Anlagentechnik) sind zwar notwendig, kçnnen aber die Feststellung der energetischen Qualitt des Gebudes nicht ersetzen. Eine Klimaneutralisierung ist fr vergleichende Untersuchungen in jedem Fall notwendig. Eine Gebudediagnose und Vorschlge fr die Modernisierung sind ausschließlich auf der Basis von Verbrauchskennwerten nicht mçglich. Fr die Akzeptanz ist das strukturell und inhaltlich einheitliche Erscheinungsbild der Energieausweise von großer Bedeutung. Die EnEV sieht vor, dass Energieausweise nach Inhalt und Aufbau Mustern in den Anhngen zur EnEV entsprechen mssen, die die ußere und innere Einheitlichkeit der Energieausweise sicherstellen. Die rechnerischen Daten und die Verbrauchsdaten sollen sowohl als Zahlenwerte als auch anschaulich mit einer Markierung in einen Lngsskala („Bandtacho“) eingetragen werden. Dies ermçglicht den angestrebten berschlgigen Vergleich verschiedener Gebude. Zum besseren Verstndnis tragen die erklrenden Hinweise bei. Fr Wohngebude und Nichtwohngebude ist nur je ein vierseitiges Ausweismuster mit einer weiteren Seite fr Modernisierungsempfehlungen vorgesehen. § 5 a Satz 3 EnEG bestimmt, dass Energieausweise lediglich der Information dienen. Ein Hinweis auf den Informationscharakter der Angaben erscheint in den Mustern fr die Energieausweise. Die Gltigkeitsdauer der Ausweise betrgt 10 Jahre. Sie beginnt mit dem Ausstellungsdatum. Bereits bestehende Energieausweise, wie z. B. – der Wrmebedarfsausweis nach § 12 der Wrmeschutzverordnung von 1994, – der Energiebedarfsausweis nach der EnEV 2002/ EnEV 2004, – Energieausweise, die von Gebietskçrperschaften oder auf deren Veranlassung von Dritten nach einheitlichen Regeln ausgestellt wurden und – Energieausweise nach dem von der Bundesregierung beschlossenen Entwurf dieser Verordnung (Bundesrats-Drucksache 282/07) haben bergangsweise volle Gltigkeit. Auch hier besteht eine Gltigkeitsdauer von 10 Jahren ab Ausstellungsdatum. Es sollte deshalb geprft werden, ob der „bergangsausweis“ noch gltig ist. Neuerungen in den Energieausweisformularen gemß EnEV 2009 betreffen – Angaben zu erneuerbaren Energien oder Ersatzmaßnahmen (im Sinne des EEWrmeG) und zur Art der Lftung, – Angaben zum sommerlichen Wrmeschutz, – Angaben zum verwendeten Berechnungsverfahren.

Energieausweise im Gebudebestand

Bild 4. Muster des Energieausweises nach EnEV 2009 – Deckblatt [23]

257

258

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Bild 5. Muster des Energieausweises nach EnEV 2009 – berechneter Energiebedarf des Gebudes „Bedarfsausweis“ [23]

Energieausweise im Gebudebestand

Bild 6. Muster des Energieausweises nach EnEV 2009 – erfasster Energieverbrauch des Gebudes „Verbrauchsausweis“ [23]

259

260

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Die Empfehlungen zur Modernisierung dienen dem Zweck, den Eigentmer auf Energie bezogene Defizite und Verbesserungsmçglichkeiten des Gebudes aufmerksam zu machen. Sie sollen bliche, naheliegende, im Allgemeinen rentable Maßnahmen zur energetischen Verbesserung des Gebudes aufzeigen. Sie haben die Funktion einer fachlichen Information und sollen eine Energieberatung des Eigentmers nicht ersetzen. Die Empfehlungen verpflichten nicht zur Umsetzung der vorgeschlagenen Maßnahmen. Mit solchen Informationen verbindet sich eher die Erwartung, dass die betroffenen Eigentmer vermehrt gerade in die energetische Verbesserung von Bestandsbauten investieren. Die Empfehlungen sind auf kurz gefasste fachliche Hinweise beschrnkt. Eine genaue Berechnung der Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen wird nicht verlangt. Vielmehr kann sich der Aussteller auf allgemeingltige Wirtschaftlichkeitskriterien und erprobte Verfahren beziehen (s. auch Anlage 3 der EnEV). Auch fr die Modernisierungsempfehlungen hlt die EnEV ein Musterformular bereit. Die grundstzliche Pflicht zur Erstellung von Modernisierungsempfehlungen gilt sowohl fr den Energieausweis auf Bedarfs- als auch fr den Ausweis auf Verbrauchsbasis. 5.3

Energieausweise auf der Basis von Bedarfsberechnungen

Bei Neubauten und grçßeren Modernisierungsmaßnahmen muss wie schon bisher ein Bedarfsausweis ausgestellt werden. Im Wohngebudebereich kommen die bisher in der EnEV bewhrten Berechnungsmethoden zum Einsatz. Sie basieren im Wesentlichen auf den Normen DIN V 4108-6 und DIN V 4701-10. Fr Nichtwohngebude mssen die Bedarfsausweise auf Grundlage der DIN V 18599 erstellt werden. Mit Inkrafttreten der EnEV 2009 ist es mçglich, auch den Energieausweis fr Wohngebude auf der Basis der DIN V 18599 auszustellen. Die zugrunde gelegten Parameter fr die Gesamtenergieeffizienz sollen im Wesentlichen der Primr- und Endenergiebedarf als auch der Wrmedurchgang der Wrme tauschenden Hlle sein. Der Primrenergiebedarf wird als gute und mit der bisherigen EnEV eingefhrte Charakteristik angesehen, er fhrt aber bei alleiniger Betrachtung oft zu falschen Schlssen. Zum Beispiel fhrt die Verwendung von Pelletheizkesseln zu einem gnstigen Primrenergiewert, es bleibt trotzdem ein ggf. hoher Endenergiebedarf, den der Nutzer mit hohen Betriebskosten prsentiert bekommt. Der Einsatz primrenergetisch gnstiger Systeme darf die zu erwartenden Betriebskosten nicht verdecken. An prominenter Stelle mssen sowohl der Primrenergiebedarf (als Umweltindikator) und der Endenergiebedarf sichtbar gemacht werden. Darber hinaus mssen die Werte erklrt werden. Insbesondere muss erlutert werden, dass der Bedarf normierte Randbedingungen unterstellt und mit dem Wert nicht die Energielieferung fr das nchste Jahr bestellt werden kann, sondern lediglich ein Ver-

gleich von Gebuden ermçglicht wird. Der Bedarf soll als „Normverbrauch“ (hnlich wie beim Auto) deklariert werden. Sowohl Primr- als auch Endenergiebedarf werden gut sichtbar dargestellt. Darber hinaus kçnnen mit der Bedarfsberechnung konkrete Vorschlge fr die Modernisierung gemacht werden. Die Darstellung der Energieanteile am Bedarf bei Nichtwohngebuden zeigt, wo Investitionen angebracht sind. 5.4

Energieausweise auf der Basis von Verbrauchskennwerten

Die Erstellung von Energieausweisen auf der Grundlage des erfassten Energieverbrauchs kommt nicht in allen Fllen in Betracht. Um der Tatsache Rechnung tragen, dass bei kleinen Gebuden mit Verbrauchsausweisen eher das Verhalten der Nutzer als die energetische Qualitt des Hauses beschrieben wird, ist er nach EnEV 2009 nur fr Gebude mit mindestens 5 Wohnungen zulssig sowie fr Gebude, fr die der Bauantrag nach dem 1. November 1977 gestellt wurde, bzw. solche, die bei der Baufertigstellung oder durch sptere nderungen nachweislich das Anforderungsniveau der Wrmeschutzverordnung vom 11. August 1977 einhalten. 5.5

Ausstellungsberechtigung

Die Ausstellung eines Energieausweises ist Sache von Fachleuten. Sie erfordert Kenntnisse aus mehreren der bislang etablierten Ausbildungsgnge. Weder Architekten noch Bauphysiker oder Haustechniker erlernen blicherweise alle notwendigen Fhigkeiten – es sind jeweils Ergnzungs- oder Weiterbildungsmaßnahmen erforderlich. Auch fr die auf dem Energieausweis aufbauende Beratung ber Verbesserungsmaßnahmen ist eine Gewerke bergreifende, dem jeweiligen Objekt spezifisch angepasste, individuelle Vorgehensweise notwendig, die frei von zielgerichteten Verkaufsinteressen ist. Die Ausstellungsberechtigung fr Energieausweise in den Fllen der Errichtung, der nderung und der Erweiterung von Gebuden bleibt wegen des engen Sachzusammenhangs mit bauordnungsrechtlichen Verfahren Gegenstand landesrechtlicher Regelungen. In Durchfhrungsverordnungen der Lnder wird geregelt, wer ausstellungsberechtigt ist. Die EnEV regelt die Ausstellungsberechtigung fr Energieausweise bei bestehenden Gebuden bundeseinheitlich. Es muss sichergestellt sein, dass diese in unabhngiger Weise von qualifizierten und zugelassenen Fachleuten durchgefhrt werden. Die Erfllung des Kriteriums „in unabhngiger Weise“ soll durch die Vorgabe einheitlicher Regeln erfllt werden. Die gebotene fachliche Qualifikation der Experten wird durch Vorgaben zur erforderlichen Ausbildung in Verbindung mit weiteren qualifizierenden Anforderungen (Studienschwerpunkt, Berufserfahrung, Fortbildung,

Energieausweise im Gebudebestand

Bauvorlageberechtigung) sichergestellt. Nach der EnEV ist kein Zertifizierungsverfahren notwendig. Vielmehr soll durch die Vorgaben gewhrleistet werden, dass zur Ausstellung von Energieausweisen nur berechtigt ist, wer aufgrund seiner Ausbildung und Fachkunde ber die erforderlichen Kenntnisse verfgt, um die Anforderungen an die Erstellung von Energieausweisen zu erfllen. Als Aussteller kçnnen erstens Personen zugelassen werden, die bestimmte „baunahe“ Hochschulausbildungen erfolgreich durchlaufen haben (z. B. Bauingenieure, Architekten, Gebudetechniker im Hochbau etc.). Erfasst werden Studiengnge an Universitten, Hochschulen und Fachhochschulen. Die Zugehçrigkeit zu einer der genannten Berufsgruppen allein ist jedoch noch nicht ausreichend fr die Berechtigung zur Ausstellung von Energieausweisen im Bestand. Hinzukommen muss die Erfllung von mindestens einer weiteren Voraussetzung (z. B. Bauvorlageberechtigung, Berufserfahrung, entsprechende Weiterbildung etc. gemß Anlage 11 der EnEV). Diese Gruppe von Ausstellern kann uneingeschrnkt alle Energieausweise ausstellen. Als Aussteller kommen zweitens Personen in Betracht, die Handwerksausbildungen (oder auch Technikerausbildung) durchlaufen haben, die dem Bauwesen im weiteren Sinne zugerechnet werden kçnnen, wie Bauhandwerk, Heizungsbau, Installation, Schornsteinfeger. Erfasst werden sowohl die Handwerksmeister als auch Handwerker, die nach der Handwerksordnung ein solches Handwerk ohne Meistertitel selbstndig ausben drfen, insoweit also den Meistern gleichgestellt sind. Soweit in den Lndern Handwerksmeister eine einge-

261

schrnkte Bauvorlageberechtigung fr bestimmte Gebudeklassen und -grçßen besitzen, sind diese zumeist auch berechtigt, insoweit den Nachweis der Einhaltung der energieeinsparrechtlichen Vorschriften zu erbringen. Ansonsten sollen Personen dieser Gruppe die Teilnahme an einer Fortbildungsmaßnahme im Bereich des energiesparenden Bauens nachweisen. Dabei muss es sich um eine Fortbildungsmaßnahme bei einer çffentlichen oder privaten Bildungseinrichtung handeln, deren Lehrplne den Zielen und Vorgaben der EnEV entsprechen (s. hierzu Anlage 11 der EnEV). Diese Gruppe ist nur fr Wohngebude ausstellungsberechtigt. Grçßere Wohnungsunternehmen verfgen oft ber einen eignen Planungsstab. Die Mitarbeiter dort kçnnen durchaus nach EnEV fr die Ausstellung von Energieausweisen qualifiziert sein. In diesem Fall wre es mçglich, dass auch ein Mitarbeiter eines Wohnungsunternehmens fr das eigene Unternehmen einen Ausweis ausstellt. Das Kriterium des „unabhngigen Handelns“ wird durch ein Handeln nach einheitlichen, vorgegebenen Regeln erfllt. Eine bersicht ber die in der EnEV festgelegten Zulassungsvoraussetzungen zur Erstellung von Energieausweisen gibt Bild 7. Neben dem oben beschriebenen Personenkreis drfen auch nach Landesrecht zugelassene Fachleute fr bautechnische Nachweise des Wrmeschutzes oder der Energieeinsparung bei der Errichtung von Gebuden im Rahmen ihrer jeweiligen Nachweisberechtigung Energieausweise ausstellen. Eine Zusatzqualifikation wird fr sie nicht gefordert.

Bild 7. Zugnge zur Ausstellungsberechtigung von Energieausweisen [6]

262

C1

6

Fçrderung der KfW-Fçrderbank fr energieeffizientes Bauen und Sanieren

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Die Novellierung der Energiesparverordnung machte zum 1. Oktober 2009 eine berarbeitung der Fçrderbedingungen der KfW- Fçrderbank erforderlich. Davon ist zunchst weniger das Anforderungsniveau, das in den Fçrderprogrammen erst mittelfristig verschrft werden soll, als die Anforderungsmethodik betroffen. Insbesondere musste eine Anpassung an das neue „Referenzgebude-Verfahren“ erfolgen. Die neue Fçrdermethodik der KfW knpft an dieses Referenzgebude-Verfahren nicht nur hinsichtlich der gestuften Anforderungen an den Primrenergiebedarf an, sondern – abweichend von der EnEV – auch hinsichtlich der gestellten Nebenanforderungen. Die EnEV selbst stellt diese Nebenanforderung an den spezifischen Transmissionswrmeverlust („durchschnittlicher U-Wert“), der bei aller Planungsflexibilitt ein Mindestmaß an baulichem Wrmeschutz gewhrleisten soll, ber Tabellenwerte in Abhngigkeit vom Gebudetyp- und der Gebudegrçße (s. Tabelle 2). Eine bertragung dieses Ansatzes auf die Festlegung der Fçrderstufen htte die einzelnen Gebudetypen sehr unterschiedlich belastet und ggf. „Fehloptimierungen“ hervorgerufen (indem z. B. der durchschnittliche U-Wert durch eine energetisch nicht sinnvolle Verringerung der Fensterflchen abgesenkt wrde). Daher ergeben sich die Anforderungen an den verbesserten Wrmeschutz in den einzelnen Fçrderstufen der KfW-Effizienzhuser als Prozentwerte im Vergleich zur Referenzausfhrung nach EnEV 2009. Die Staffelung beginnt im Sanierungsfall mit dem Effizienzhaus 130 und reicht bis zum Effizienzhaus 55 fr neue Gebude. Dabei signalisieren die Zahlenwerte unmittelbar die Anforderungen fr die Fçrderung in dieser Fçrderstufe: Es handelt sich um die Prozentwerte bezogen auf den maximal zulssigen Primrenergiebedarf neuer Wohngebude nach Energieeinsparverordnung. Ein Effizienzhaus 100 darf also exakt den Primrenergiebedarf aufweisen wie ein vergleichbarer Neubau, ein Effizienzhaus 55 entsprechend nur 55 %. Fr die Fçrderung von neuen Gebuden kommen natrlich nur die Stufen in Betracht, die unterhalb von 100 liegen. Die energetische Sanierung bestehender Wohngebude

kann dagegen in den Effizienzstufen KfW-130 bis KfW-85 gefçrdert werden (Tabelle 6). Es werden der Primrenergiebedarf und der Transmissionswrmeverlust eines neu geplantes Einfamilienhauses berechnet, die sich bei einer Bauausfhrung sowie dem Einsatz der Anlagentechnik ergeben, wie sie in der EnEV 2009 als Referenz vorgegeben sind. Der sich ergebende Primrenergiebedarf entspricht dem maximal zulssigen Primrenergiebedarf fr das konkrete Gebude, ohne dass dadurch festgelegt wird, mit welcher Ausfhrung das Ziel erreicht wird. Die in Zeile 2 der Tabelle 6 angegebenen Prozentwerte beziehen sich auf diesen Wert. Der errechnete Transmissionswrmeverlust des Referenzgebudes spielt als Anforderungswert in der EnEV selbst keine Rolle. Nach EnEV gilt – wie bei allen Einfamilienhusern mit einer Gebudenutzflche < 350 m± – lediglich, dass ein Wert von 0,40 W/(m±K) nicht berschritten werden darf. Fr die Fçrderstufen der KfW wird dagegen der errechnete Wert als Vergleichs- oder auch „Ankerwert“ fr die in der dritten Zeile der Tabelle 6 aufgefhrten Prozentwerte herangezogen. Auch fr bestehende Gebude muss eine virtuelle Ausfhrung mit den Referenzwerten der EnEV berechnet werden, um sie fr eine Fçrderung ber die KfW einstufen zu kçnnen. Die Fçrderstufen KfW-Effizienzhaus 130 fr den Sanierungsfall und KfW-Effizienzhaus 85 im Neubau werden in einer bergangsphase zeitlich befristet angeboten, voraussichtlich bis zum 30. 06. 2010. Eine Fçrderung von Einzelmaßnahmen (Dmmung, Heizungserneuerung, Fensteraustausch, Lftungseinbau) ist weiterhin mçglich. Es gelten dann technische Mindestanforderungen, die hinsichtlich der einzuhalten Dmmstandards ber die Anforderungen der EnEV nach Tabelle 6 hinausgehen. Die neuen Fçrderbedingungen sind gleichzeitig mit der EnEV 2009 am 1. Oktober 2009 in Kraft getreten.

7

Energetische Bewertung von Gebuden nach DIN V 18599

Fr die energetische Bewertung von Bestands-Wohngebuden verweist die EnEV 2009 auf DIN V 18599 oder alternativ auf die Nutzung von DIN V 4108-6 in

Tabelle 6. Fçrderstufen der Kf W-Fçrderbank KfW-Effizienzhaus

Kf W-130

KfW-115

Kf W-100

QP Hauptanforderung

130 %

115 %

100 %

H0T Nebenanforderung

145 %

130 %

115 %

KfW-85

Kf W-70

KfW-55

85 %

70 %

55 %

100 %

85 %

70 %

Fçrderstand

Neubau

Gebudebestand

Energetische Bewertung von Gebuden nach DIN V 18599

263

Tabelle 7. Zusammenstellung von nderungen DIN V 18599 gegenber DIN V 4108-6 / DIN V 4701-10 DIN V 4108 / DIN V 4701

DIN V 18599

Monatsbilanzverfahren (baulich)

Monatsbilanzverfahren (baulich und anlagentechnisch)

„Trennung der Gewerke“ Qh und ep

Keine Trennung

Nutzenergie Trinkwarmwasser pauschal 12,5 kWh/(m±a) (Bezug: Gebudenutzflche AN)

Nutzenergie Trinkwarmwasser nach Nutzung (EFH und MFH) differenziert 12 / 16 kWh/(m±a) (Bezug: Wohnflche)

Interne Wrmeeintrge pauschal 5 W/m± (Bezug: Gebudenutzflche AN)

Interne Wrmeeintrge nach Nutzung (EFH und MFH) differenziert 2,1 / 4,2 W/m± (Bezug: Wohnflche)

Pauschale Annahme von Wrmeeintrgen aus Anlagentechnik

Iterative Bestimmung der Wrmeeintrge aus Anlagentechnik

Heizwertbezug

Brennwertbezug

Bestandsanlagen in anderen Normenteilen / PAS (Publicly Available Specification)

Bestandsanlagen integriert

Verbindung mit DIN V 4701-10. Nichtwohngebude sind grundstzlich nach DIN V 18599 zu behandeln. Mit den zahlreichen nderungen von DIN V 18599 gegenber DIN V 4108-6 in Verbindung mit DIN V 4701-10, die in einer bersicht in Tabelle 7 dargestellt sind, kann auf ein neu konzipiertes, mit europischen Normen abgestimmtes Normenwerk zurckgegriffen werden. Die in den neuen Normenkomplex DIN V 18599 aufgenommenen Berechnungsanstze werden insbesondere im Hinblick auf die Bestandsaspekte im Weiteren beschrieben. 7.1

Zonierung

Die Berechnungen des Energiebedarfs fr die Gebudekonditionierung gem. DIN V 18599 setzt die Zonierung eines Gebudes voraus. Die Zonierung wird aus – nutzungsbedingten Grnden: unterschiedliche Luftwechsel, unterschiedliche interne Wrmeeintrge, unterschiedliche Beleuchtungsstrken und dergleichen sowie – anlagentechnischen Grnden: teilweise Klimatisierung, Vorhandensein von Lftungstechnik, unterschiedliche Beleuchtungseinrichtungen usw. erforderlich. Da im Gebudebestand – zumindest zu dem Zeitpunkt der Durchfhrung einer Berechnung – eine konkrete Nutzung eines Gebudes vorliegt, ist die Festlegung bestimmter nutzungsbedingter Zonenteilungskriterien vergleichsweise einfacher als bei neu zu errichtenden Gebuden. Grundstzlich sind bei Bestandsgebuden die Zonierungsregeln, genau wie bei neu zu errichtenden Gebuden, gem. DIN V 18599-1 anzuwenden. Im Zusammenhang mit den im Teil 10 der Norm genannten Mçglichkeiten zur Festlegung anzusetzender Nutzungsrandbedingungen (individuell anpassbare Nutzungsprofile) kçnnen sich andere Vorgehensweisen als bei neu zu errichtenden Gebuden ergeben.

7.2

Bestimmung des Nutzenergiebedarfs fr Heizen und Khlen

Die Bestimmung des Nutzenergiebedarfs fr Heizen und Khlen erfolgt auf Basis einer Monatsbilanzierung, wobei Wrmesenken (Transmission und Ventilation) und Wrmequellen (interne und externe Wrmeeintrge) zu bercksichtigen sind. Im Hinblick auf die Bewertung von Bestandsgebuden finden im Zusammenhang mit dieser Wrmebilanz folgende Aspekte besondere Bercksichtigung: – Infiltrationsluftwechsel infolge von Undichtheiten, – Transmissionswrmesenken ber Bauteilanschlsse (Wrmebrcken), – Wrmeeintrge ber transparente Bauteile. 7.2.1

Einfluss von Gebudeundichtheiten

Gebudeundichtheiten rufen eine Erhçhung des Infiltrationsluftwechsels hervor und tragen somit zu einer Erhçhung der Lftungswrmesenken (Lftungsverluste) bei. ber die Einstufung der Gebudedichtheit einer Gebudezone gem. DIN V 18599-2 kçnnen die Aspekte des Gebudebestandes bercksichtigt werden. Es werden folgende Kategorien der Gebudedichtheit unterschieden. – Kategorie I: zu errichtende Gebude oder Gebudeteile, bei denen eine Dichtheitsprfung und die Einhaltung der Anforderung an die Gebudedichtheit nach DIN 4108-7 [7] vorgesehen ist; a) Gebude ohne raumlufttechnische Anlage (Anforderung an die Gebudedichtheit: n50 £ 3 h–1), b) Gebude mit raumlufttechnischer Anlage (auch Wohnungslftungsanlagen) (Anforderung an die Gebudedichtheit: n50 £ 1,5 h–1); – Kategorie II: zu errichtende Gebude oder Gebudeteile, bei denen keine Dichtheitsprfung vorgesehen ist; – Kategorie III: Flle, die nicht den Kategorien I, II oder IV entsprechen;

264

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Tabelle 8. n50-Bemessungswerte (Standardwerte fr ungeprfte Gebude) nach DIN V 18599-2 Kategorien zur pauschalen Einschtzung der Gebudedichtheit

Bemessungswerte n50 h–1

I

a) 2; b) 1

II

4

III

6

IV

10

– Kategorie IV: Vorhandensein offensichtlicher Undichtheiten, wie z. B. offene Fugen in der Luftdichtheitsschicht der wrmebertragenden Umfassungsflche. Zur sinnvollen Einschtzung der Gebudedichtheit sollte bei einer energetischen Bewertung des Bestandsgebudes eine Luftdichtheitsprfung durchgefhrt werden. Eine pauschale Einschtzung kann gem. Tabelle 8 vorgenommen werden. Der Gesamtluftwechsel fr den Fall der natrlichen Lftung ist in Bild 8 dargestellt. Bei allen Nutzungen wird der Gesamtluftwechsel vom Dichtheitsgrad der Gebudehlle beeinflusst. Mit zunehmender Undichtheit der Gebudehlle steigen der Gesamtluftwechsel und damit der in die Energiebilanz einfließende Lftungswrmebedarf. 7.2.2

Bercksichtigung baukonstruktiver Aspekte

Die Berechnungen des Transmissionswrmetransferkoeffizienten erfolgt allgemein unter Bercksichtigung der Wrmedurchgangskoeffizienten und der Flche

der wrmebertragenden Gebudehlle sowie unter Einbeziehung lngenbezogener Wrmedurchgangskoeffizienten (Wrmebrckenverlustkoeffizienten und deren anteiliger Lnge). Der Transmissionswrmetransferkoeffizient wird dabei wie folgt ermittelt: HT = SU A + SY l mit U Wrmedurchgangskoeffizient [W/(m2K)] A Bauteilflche [m2] Y lngenbezogener Wrmedurchgangskoeffizient (Wrmebrckenverlustkoeffizient) [W/(mK)] l Lnge der zweidimensionalen Wrmebrcke [m] Der U-Wert ist fr opake Bauteile nach einschlgigen Regeln der Technik zu bestimmen, bzw. es kann fr Bestandsgebude im Zuge çffentlich-rechtlicher Nachweise (EnEV-Nachweis, Erstellung von Energieausweisen) auf Verçffentlichungen (z. B. Bekanntmachungen des Bundes, s. Abschn. 8) zurckgegriffen werden. Die Wrmebrckenverlustkoeffizienten kçnnen fr Neubaudetails und Anschlussdetails fr Ausgangs- und Sanierungsflle im Gebudebestand (Bild 9) geeigneten Nachschlagewerken entnommen werden [10–13]. Alternativ zur detaillierten Bercksichtigung von Wrmebrcken kann die Berechnung des Transmissionswrmetransferkoeffizienten ber einen pauschalen spezifischen Wrmebrckenzuschlag DUWB erfolgen. HT = SU A + DUWB SA Als DUWB-Wert wird 0,10 W/(m2·K) vorgesehen, es sei denn, die Regelkonstruktionen entsprechen den in DIN 4108, Beiblatt 2 [14] dargestellten Musterlçsungen. In den meisten Fllen, insbesondere beim nicht modernisierten Bestandsgebude, ist dieser DUWB-Wert in Ansatz zu bringen.

Bild 8. Gesamtluftwechsel in Abhngigkeit vom n50-Wert der Gebudehlle gem. Berechnungsanstzen und Randbedingungen nach DIN V 18599 [8]

Energetische Bewertung von Gebuden nach DIN V 18599

265

Bild 9. Sockel, Kellerdecke außengedmmt mit oberseitiger Randdmmung, Mauerwerk innengedmmt. Links: Angabe des Wrmebrckenverlustkoeffizienten und des Temperaturfaktors; rechts: Farbdarstellung des Temperaturverlaufs (blau entspricht Außentemperatur, rot entspricht Innentemperatur) [13]

Ist eine Gleichwertigkeit der in Planung und Ausfhrung vorgesehenen Anschlsse mit den im Beiblatt aufgenommenen Anschlusslçsungen durch die dargestellten konstruktiven Grundprinzipien unter Bercksichtigung der Bauteilabmessungen und Dmmschichtstrken gegeben, darf DUWB mit 0,05 W/(m2·K) angesetzt werden. Sind die konstruktiven Grundprinzipien nicht vergleichbar, besteht die Mçglichkeit, den Wrmebrckenverlustkoeffizienten (lngenbezogenen Wrmedurchgangskoeffizienten – Y-Wert) eines Anschlusses zu berechnen bzw. Herstellerangeben oder Wrmebrckenkatalogen zu entnehmen. Dieser Wert muss den jeweiligen im Beiblatt aufgefhrten Referenzwert unterschreiten. Beim Gleichwertigkeitsnachweis sind die im Beiblatt aufgenommenen Wrmebrcken an – Gebudekanten, – Fenster- und Trleibungen, – Wand- und Deckeneinbindung, – Deckenauflager und – thermisch entkoppelte Balkonplatten zu bercksichtigen. Bei Außenbauteilen mit innenliegender Dmmschicht und einbindender Massivdecke ist anzusetzen: DUWB = 0,15 W/(m2 · K). Hiermit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass bei Innendmmung die Wrmeverluste aufgrund von Wrmebrckeneffekten zunehmen [15]. 7.2.3

Kennwerte von Verglasungen und Sonnenschutzvorrichtungen

In DIN V 18599-2 sind Standardwerte fr die Kennwerte von Verglasung und Sonnenschutzvorrichtung aufgenommen, die auch Konstruktionselemente aus dem Gebudebestand beinhalten. So sind einfach verglaste Fenster und zweifach verglaste Fenster mit Luftfllung tabellarisch aufgelistet.

7.3

Nutz- und Endenergiebedarf fr Beleuchtung

Der Energiebedarf fr Beleuchtung wird auf Basis eines vereinfachten Jahresverfahrens ermittelt. Es wird eine effektive Betriebszeit des Beleuchtungssystems differenziert fr den tageslichtversorgten und den nicht tageslichtversorgten Bereich, unterschieden nach Tag- und Nachtstunden, ermittelt. Hierbei fließen unterschiedliche Aspekte wie beispielsweise die Tageslichtversorgung oder Ausstattungen mit Steuergerten ein. Unter Bercksichtigung der zu beleuchtenden Flche und der spezifischen elektrischen Bewertungsleistung kann der Beleuchtungsenergiebedarf ermittelt werden. Bei der Bewertung der Beleuchtungsenergie in Bestandgebuden bietet es sich an, die tatschlich installierten Leistungen der Beleuchtungseinrichtungen in Ansatz zu bringen. Die Systemleistung der Leuchten kann aus Herstellerangaben bernommen werden. Ebenso ist es mçglich, die Leistung eines Leuchtensystems messtechnisch

Tabelle 9. Faktor kBG zur Ermittlung der Systemleistung aus der Leistungsaufnahme der Lampe nach DIN V 18599-4 Lampenart

Faktor kBG

Niedervolt-Halogenlampen mit Transformator

1,1

Leuchtstofflampen (stabfçrmig oder kompakt) – mit KVG – mit EVG

1,1 1,3

Metallhalogendampf-Hochdruck a) mit KVG

1,1

Natriumdampf-Hochdruck a)

1,1

mit KVG

Quecksilberdampf-Hochdruck a) mit KVG

1,1

a) Bei Hochdrucklampen mit EVG Sind die Systemleistungen beim Lampenhersteller zu erfragen.

266

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Tabelle 10. Annahmen fr Wrmedurchgangszahlen Ui in W/(mK) nach DIN V 18599-5 Baualtersklasse

Verteilung

außen liegende Strnge

innen liegende Strnge

V

S

S

A

A Gedmmte Leitungen

nach 1995

0,200

0,255

0,255

0,255

0,255

1980 bis 1995

0,200

0,400

0,400

0,300

0,400

vor 1980

0,400

0,400

0,400

0,400

0,400

Ungedmmte Leitungen 2

ANGF £ 200 m

2

200 < ANGF £ 500 m ANGF > 500 m

2

1,000

1,000

1,000

1,000

1,000

2,000

2,000

2,000

2,000

2,000

3,000

3,000

3,000

3,000

3,000

in Außenwand (AW) verlegt

Gesamt / in den Innenraum a)

AW ungedmmt

1,35/0,80

AW außen gedmmt (U = 0,4 W/(m2K))

1,0010,90

AW außen gedmmt (UAW = 0,4 W/(m2K))

0,75/0,55

a) Gesamt = U-Wert zur Berechnung der gesamten Wrmeabgabe (nach Außen und in den Innenraum); in den Innenraum = U-Wert zur Berechnung der in den Raum abgegebenen Wrmeabgabe

zu ermitteln oder diese fr einen Raum oder einen Bereich der Berechnungen messtechnisch zu erfassen. Wird die Lampenleistung auf der Lampe oder der Leuchte abgelesen, kann unter Nutzung des Faktors kBG (Tabelle 9) die zustzliche Leistungsaufnahme der Betriebsgerte (Transformatoren oder Vorschaltgerte) bercksichtigt werden. Hierbei werden fr Leuchtstofflampen eingesetzte konventionelle Vorschaltgerte (KVG) und verlustarme Vorschaltgerte (VVG) als gleichwertig betrachtet. 7.4

Endenergiebedarf von Heizungssystemen und Warmwasserbereitungssystemen

Die energetische Bewertung von Heiz- und Warmwasserbereitungssystemen basiert anders als in DIN V 4701-10 auf einer Monatsbilanzierung. Eine weitere nderung ist, dass auch die energetische Bewertung von Bestandsanlagen in DIN V 18599 Teil 5 und 8 aufgenommen ist. Hierzu gehçren insbesondere energetische Kennwerte von Altkesseln oder U-Werte bestehender Verteilungsleitungen. Anlagentechnische Aspekte aus dem Gebudebestand finden Bercksichtigung bei – der Vorgabe von Nutzungsgraden fr bauteilintegrierte Heizflchen (Abhngigkeit von Dmmstrken bei Flchenheizungselementen), – Annahmen fr Wrmedurchgangszahlen von Rohrleitungsdmmungen (s. Tabelle 10),

– Bercksichtigung eines hydraulischen Abgleichs des Rohrleitungssystems, – Betriebsweise der Pumpen, – Bercksichtigung des Baujahrs bei der Vorgabe von Wirkungsgradfaktoren, Strahlungsverlustfaktoren, Bereitschaftswrmefaktoren und Hilfsenergiefaktoren. 7.5

Endenergiebedarf fr Lftungs- und Luftheizungsanlagen im Wohnungsbau

Bestandsspezifische Aspekte fr Wohnungslftungsanlagen werden im Bereich der Luftverteilung bercksichtigt. Die Wrmeverluste des Leitungssystems werden abhngig von Wrmedurchgangskoeffizienten der Lftungskanle bestimmt. Hierbei wird die Differenzierung „bis 1995“ und „nach 1995“ vorgenommen. 7.6

Endenergiebedarf von Raumlufttechnik und Klimakltesystemen fr den Nichtwohnungsbau

Die Nennklteleistungszahl (EER) kann unter Bercksichtigung eines Faktors FC, Bestand in Abhngigkeit vom Baujahr des Klteerzeugers bestimmt werden. Zur Ermittlung der spezifischen Leistungsaufnahme von Ventilatoren in Bestandsanlagen sind Vorgaben bezglich der Aufnahme von Anlagendaten vorgegeben.

Datenaufnahme fr die energetische Gebudebewertung

7.7

Nutzungsrandbedingungen und Klimadaten

Kommt fr die Berechnung des Energiebedarfs im Rahmen der Energieberatung die DIN V 18599 zum Einsatz, so kann fr diese Anwendung durchaus der im Oktober 2009 erschienene Teil 100 der Norm Verwendung finden. Fr den çffentlich-rechtlichen Nachweis (EnEV-Nachweis) ist aufgrund der statischen Verweise auf Normen aus der EnEV heraus keine Einbeziehung von Teil 100 mçglich. Im Rahmen „privatrechtlicher Berechnungen“ (Energieberatung) sollte sehr wohl auf die Korrekturen zurckgegriffen werden. Insbesondere die erweiterten Nutzungsrandbedingungen bilden eine gute Hilfestellung fr Berechnungsgnge im Gebudebestand. Derzeit ist hinsichtlich der Klimarandbedingungen in DIN V 18599 nur der „Referenzstandort Deutschland“ vorgegeben. Im Rahmen der Fortschreibung der DIN V 18599 ist vorgesehen, eine Erweiterung der Standorte analog zu den Monatsdaten in DIN V 4108-6 vorzugeben.

8

Datenaufnahme fr die energetische Gebudebewertung

Fr die Datenaufnahme im Zusammenhang mit der energetischen Gebudebewertung und speziell mit der Erstellung von Energieausweisen bestehender Gebude kann nach § 9, Absatz 2 der EnEV auf Vereinfachungen zurckgegriffen werden. Dazu sind vom Bundesministerium fr Verkehr, Bau und Stadtentwicklung mit Datum vom 30. Juli 2009 4 Richtlinien herausgegeben

267

worden. Die „Bekanntmachung der Regeln fr Energieverbrauchskennwerte im Wohngebudebestand“ [16] sowie die „Bekanntmachung der Regeln fr Energieverbrauchskennwerte und der Vergleichswerte im Nichtwohngebudebestand“ [17] enthalten Regeln zur vereinfachten Ermittlung von Energieverbrauchskennwerten und zur Witterungsbereinigung im Gebudebestand auf der Grundlage des Energieverbrauchs. Fr die Ermittlung des Jahres-Primrenergiebedarfs und der wrmetechnischen Eigenschaften der Gebudehlle sowie fr die Aufstellung von Modernisierungsempfehlungen auf der Basis des Energiebedarfs gelten die „Bekanntmachung der Regeln zur Datenaufnahme und Datenverwendung im Wohngebudebestand“ [18] sowie die „Bekanntmachung der Regeln zur Datenaufnahme und Datenverwendung im Nichtwohngebudebestand“ [19]. 8.1

Vereinfachte Datenaufnahme zur Ermittlung des Energiebedarfskennwertes

Die Regeln fr die Erstellung des Energieausweises auf der Basis des Energiebedarfs enthalten Vereinfachungen hinsichtlich des Aufmaßes der geometrischen Abmessungen sowie die Ermittlung energetischer Kennwerte fr bestehende Bauteile und Anlagenkomponenten. Fr das Aufmaß der Geometrie bestehender Gebude gelten die Vereinfachungen gemß Tabelle 11. Gegenber der begleitenden Richtlinie zur EnEV 2007 vom 26. Juli 2007 wurden neu die Vereinfachungen zur Bestimmung von Orientierung und Neigung von Flchen (Zeilen 6 und 7) eingefhrt. Auch die Mçglichkeit zur bermessung von Lftungsschchten (Zeile 5) ist neu,

Tabelle 11. Vereinfachungen fr die Aufnahme der Gebudegeometrie [18, 19] Lfd. Nr.

Maßnahme / Bauteil

zulssige Vereinfachung

1a

Fensteraufmaß

Die Fensterflche darf mit 20 v. H. der Wohnflche (§ 2 Nr. 12 EnEV) angenommen werden; die Fenster sind Ost/West orientiert anzunehmen.

1b

Aufmaß Außentren

nicht erforderlich im Falle der Anwendung von Zeile 1 a (Tren sind in dem Pauschalwert fr die Fensterflche – siehe 1 a – enthalten).

1c

Rollladenksten

Flche: 10 v. H. der Fensterflche

2

opake Vor- und Rcksprnge in den Fassaden bis zu 0,5 m

drfen bermessen werden (Fensterbnder mssen auf-gemessen werden)

3

innenliegende Treppenauf- und -abgnge zu unbeheizten Zonen

drfen bermessen werden

4

Flchen der Heizkçrpernischen

Flche: ein Drittel der Fensterflche

5

Lftungsschchte

drfen bermessen werden

6

Orientierung

Abweichungen von der Senkrechten auf die betrachtete Bauteilflche von nicht mehr als 22,5 von der jeweiligen Himmelsrichtung sind zulssig. In Grenzfllen ist die Haupthimmelsrichtung (Nord, Ost, Sd, West) zu whlen.

7

Neigung

Die Neigung von Flchen darf mathematisch auf 0 ; 30 ; 45 ; 60 ; 90 gerundet werden.

268

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

whrend die Mçglichkeit zur bermessung von Dachgauben entfllt. In Abhngigkeit von der Baualtersklasse des untersuchten Gebudes bietet die Richtlinie Pauschalwerte fr den Wrmedurchgangskoeffizienten ungedmmter Bauteile. In Verbindung mit den Herleitungen fr die Bestimmung des U-Wertes von Heizkçrpernischen und nachtrglich gedmmter opaker Bauteile ermçglicht die Richtlinie eine sehr schnelle und recht genaue Bewertung der baulichen Ausgangssituation. Dabei ist zu beachten, dass die ausgewiesen Werte mit dem von der EnEV vorgegebenen Wrmebrckenzuschlag zu versehen sind. Auch fr die Bewertung bestehender Systeme fr die Wrmeversorgung gibt die Bekanntmachung der Regeln zur Datenaufnahme und Datenverwendung Hilfestellung. In tabellarischer Form stellt sie Kennwerte fr die Prozessbereiche Lftung, Trinkwarmwasserbereitung und Heizung verbreiteter Anlagensysteme zur Verfgung. Die Kennwerte fhren in der aus dem fr neue Gebude bekannten Tabellenverfahren der DIN 4701-10 zu einer Gesamtbilanzierung der Wrmeerzeugungsanlage. Die Daten basieren auf der DIN 4701-12 [20] und werden mit Bezug auf die Gebudenutzflchen (AN) von 150 m±, 500 m± und 2500 m± angeboten. Die Werte fr andere Gebudenutzflchen werden durch Interpolation bzw. Extrapolation gewonnen. Die Kennwerte kçnnen zumeist nicht variiert werden, d. h. der Einfluss der Heizperiodenlnge, der sich durch unterschiedliche bauliche Standards ergibt, bleibt unbercksichtigt. Lediglich die ausgewiesenen Endenergiebedarfswerte fr ausgewhlte Zentralheizungen mit zentraler Verteilung stehen in Abhngigkeit von der Gebudenutzflche und dem Heizwrmebedarf, der die bauliche Qualitt widerspiegelt. Mit Blick auf diese Angaben ist der Hinweis erforderlich, dass die Werte zu Strombedarf/Hilfsenergie der Anlagenkonfigurationen nicht korrekt zugewiesen sind. Der jeweils niedrigere Hilfsenergiebedarf muss den Systemen ohne Zirkulation zugeordnet werden, whrend die hçheren Werte zu den entsprechenden Systemen mit Zirkulation gehçren. Die Regeln zur Datenaufnahme kçnnen nicht nur fr die Erstellung des Energieausweises und als Basis der Modernisierungsempfehlungen selbst herangezogen werden. Sie bieten ebenfalls die Grundlage, ein Gebude auf die Einhaltung des Anforderungsniveaus der Wrmeschutzverordnung 1977 zu prfen, wenn sich keine entsprechenden Nachweise im Zusammenhang mit vorangegangenen nderungen des Gebudes ergeben haben. Diese Prfung ist erforderlich, um ggf. (s. o.) auf die Erstellung eines Bedarfsausweises zugunsten eines Verbrauchsausweises verzichten zu kçnnen. Die Einhaltung des Niveaus der Wrmeschutzverordnung 1977 kann auf zwei unterschiedlichen Wegen gezeigt werden. Eine Mçglichkeit besteht in dem Nachweis, dass das Gebude in Abhngigkeit von seiner Kompaktheit den entsprechenden vorgegebenen durchschnittlichen U-Wert nicht berschreitet. Dabei sind die U-Werte des oberen Gebudeabschlusses durch den Fak-

tor 0,8 und die U-Werte von Bauteilen beheizter Rume gegen Erdreich, unbeheizte oder niedrig beheizte Rume um den Faktor 0,5 abzusenken. Fr die Ermittlung von Zwischenwerten wird eine Gleichung angeboten. Alternativ kann der Nachweis ber die Einhaltung bauteilbezogener maximaler U-Werte gefhrt werden, wobei der maximale U-Wert der Fassaden von der Grundrissform des betrachteten Gebudes abhngt, wie Bild 10 in Verbindung mit Tabelle 12 zeigt. Die Richtlinie gibt ergnzend dazu beispielhafte Bauteilaufbauten, die die Hçchstwerte der geforderten Wrmedurchgangswiderstnde einhalten. Bei den Fassaden werden die Vergleichs-U-Werte unter Einbeziehung eines 20%igen Fensterflchenanteils angegeben. Die Regeln zur Datenaufnahme und Datenverwendung im Nichtwohngebudebestand entsprechen in der Methodik weitgehend der entsprechenden Richtlinie fr den Wohngebudebestand. bereinstimmung besteht hinsichtlich der Regeln fr das vereinfachte Aufmaß der Gebudegeometrie sowie hinsichtlich der Pauschalwerte fr den Wrmedurchgangskoeffizienten nicht nachtrglich gedmmter Bauteile, wobei die U-Werte

Bild 10. Grundrissformen zur Bestimmung der Hçchstwerte fr Fassaden nach Tabelle 12 [18]

Tabelle 12. Hçchstwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten fr Bauteile nach Wrmeschutzverordnung 1977 [18] Lfd. Nr. Bauteil

Umax (in W/m± · K)

1 a)

Fassade 1 (Außenwand und Fenster) Um,AW+w £ 1,45 bei Grundrissform des Gebudes gemß Bild 10, links

1 b)

Fassade 2 (Außenwand und Fenster) Um,AW+w £ 1,55 bei Grundrissform des Gebudes gemß Bild 10, Mitte

1 c)

Fassade 3 (Außenwand und Fenster) Um,AW+w £ 1,75 bei Grundrissform des Gebudes gemß Bild 10, rechts UD £ 0,45

2

oberste Geschossdecke, Dcher

3

Kellerdecken, Bauteile gegen unbe- UG £ 0,80 heizte Rume

4

Decke, Wnde gegen Erdreich

UG £ 0,90

5

Fenster

mindestens Doppel- oder Isolierverglasung

Datenaufnahme fr die energetische Gebudebewertung

269

fr transparente Flchen und fr Fassaden fr Nichtwohngebude weiter aufgefchert sind. Da bei Nichtwohngebuden der Aspekt der Khlung im Energieausweis zu bercksichtigen ist, werden zustzlich Kennwerte von Sonnenschutzverglasungen angegeben, ber die in Abhngigkeit von der Art der Sonnenschutzvorrichtung der Khlenergiebedarf ermittelt werden kann. Bei der Feststellung der energetischen Qualitt der Anlagentechnik mssen die Khlung, Luftbefeuchtung und mechanische Be- und Entlftung je nach Nutzungsprofil des Gebudes bercksichtigt werden. Wegen der großen Vielfalt der Mçglichkeiten bietet die Richtlinie nur wenige einzelne Kennwerte, sondern in erster Linie Informationen zu den Ausfhrungen der anlagentechnischen Prozessbereiche, die je nach Gebudenutzunge und Altersklasse regelmßig in der Praxis vorzufinden sind. Zustzlich gibt sie Hinweise auf den konkreten Abschnitt aus DIN V 18599, sodass die Ermittlung der anlagentechnischen Kennwerte erleichtert wird. 8.2

Datenbank zu regionaltypischen Bauweisen

Dem Grundsatz folgend, dass vorhandene Daten, die gegenber den Richtlinienwerten eine genauere Beschreibung des Gebudes ermçglichen, verwendet werden sollten, kann die Datenaufnahme unter Nutzung einer Datenbank zu regionaltypischen Bauweisen weiter verfeinert werden [21]. Die Basis dafr liefert das Forschungsprojekt „Erfassung regionaltypischer Materialien im Gebudebestand mit Bezug auf die Baualtersklasse und Ableitung typischer Bauteilaufbauten“ des Zentrums fr Umweltbewusstes Bauen, das als Ergebnis eine „Deutschlandkarte fr Altbaumaterialien und -konstruktionen (DEMAKOalt)“ erbracht hat. Grundlage der Gliederung der Deutschlandkarte bildet die deutsche Gebudetypologie des Instituts fr Wohnen und Umwelt GmbH in Darmstadt. Jede Epoche der Baugeschichte prgt die whrend des jeweiligen Zeitabschnitts errichteten Gebude mit charakteristischen Merkmalen, die dann als typisch fr das Baualter gelten. Die Baualtersklassen sind zudem von historischen Einschnitten, wie beispielsweise dem Zweiten Weltkrieg oder der lkrise in den 1970er-Jahren, den Zeitpunkten statistischer Erhebungen und den Vernderungen wrmetechnisch relevanter Bauvorschriften, Richtlinien und Normen geprgt. Die Beschreibung und Zusammenstellung der Materialien und Konstruktionen beziehen sich auf Gebude, die bis Ende der 70er-Jahre des 20. Jahrhunderts errichtet wurden. Damit wird der Bereich an Gebuden abgedeckt, der das grçßte energetische Einsparpotenzial umfasst. In Form eines an den Postleitzahlen orientierten Kataloges werden den verschiedenen Regionen Deutschlands typische Baumaterialien und Konstruktionsarten zugeordnet und jeweils chronologisch in Baualtersklassen aufgelistet. Dadurch sind nur zwei Angaben fr die energetische Klassifizierung der Bauteile eines Bestandsgebudes notwendig: Die ber die Postleitzahl bestimmte Lage (Bild 11) und das Baualter des Gebudes.

Bild 11. Farbliche Differenzierung nach umfassten (orange), teilweise (gelb) und nicht erfassten (blau) Regionen innerhalb der DEMAKOalt [20]

Die grundlegende Strukturierung erfolgt anhand der aktuell verfgbaren Regionaltypologien. Dabei reichen die Angaben aus den Typologien von sehr pauschalen Aussagen bis hin zu differenzierten Bauteilangaben mit dazugehçrigen Skizzen. Der Katalog wird auf ein konkretes Objekt wie folgt angewendet: ber den Standort des Gebudes und das damit verbundene PLZ-Gebiet lassen sich die zur Verfgung stehenden Konstruktionen eingrenzen. Danach findet eine genauere Zuordnung ber das Baualter des Gebudes statt. Parallel wird die Einbausituation des gesuchten Bauteils definiert (Wand, Decke usw.). Als letztes Merkmal wird nun die Konstruktionsart bestimmt (massiv, Holzkonstruktion usw.). Anhand des ausgewhlten Datenblattes kçnnen nun der U-Wert bernommen bzw. Angaben einzelner Baustoffe fr eigene Berechnungen verwendet werden. DEMAKO bildet die inhaltliche Grundlage fr eine umfassende Abbildung des deutschen Wohngebudebestands. Gleichzeitig wird die prinzipielle Vorgehensweise aufgezeigt, um die Datenbasis auszubauen und so eine flchenmßige Abdeckung des gesamten Bundesgebiets mit gleicher Qualitt der Informationen zu erreichen. Durch eine solche Erweiterung besteht die Mçglichkeit, eine sehr differenzierte Rasterung einzelner Regionen und der dort verwendeten Baustoffe darzustellen.

270

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

Im Ergebnis existiert eine strukturierte Sammlung von 182 Datenstzen mit Bezug auf die Region und die Baualtersklasse. Whrend fr den Bezug auf das Baualter die gngige und allgemein anerkannte Klassifizierung nach der deutschen Gebudetypologie herangezogen wird, ist der Regionalbezug mittels des deutschen Postleitzahlensystems abgebildet. Jedes dieser Altbaudatenbltter (RegBa-ADB) enthlt konkrete Angaben zur Art des Bauteils, der Konstruktion, der verwendeten Materialien sowie des sich daraus ergebenden U-Wertes. Eine schematische sowie eine bildhafte Darstellung des Bauteils gehçren ebenfalls zum Standardinhalt eines RegBa-ADB wie eine Abschtzung der Verbreitung

der Konstruktion in Form einer Gewichtungsskala. Sind zustzliche Informationen oder Hinweise fr die Zuordnung und Einschtzung der Relevanz einer Konstruktion und des Materials notwendig, schließen diese das jeweilige Altbaudatenblatt ab (Bild 12). 8.3

Vereinfachte Ermittlung des Energieverbrauchskennwertes

In Fllen, in denen fr bestehende Gebude Energieausweise auf der Grundlage des erfassten Energieverbrauchs ausgestellt werden sollen, ist eine Bereinigung der erhobenen Daten um Nutzungseinflsse notwendig,

Bild 12. Exemplarische Darstellung eines Altbaudatenblattes mit Erluterungen zu den einzelnen Bereichen und Bezeichnungen [20]

Datenaufnahme fr die energetische Gebudebewertung

um die Aussagekraft ber die Qualitt des Gebudes selbst so weit wie mçglich zu verbessern. Da aus Verbrauchswerten keine Angaben fr die Modernisierung hergeleitet werden kçnnen, sind hier in der Regel zustzliche Maßnahmen notwendig, denn der Aussteller wird von der Pflicht Modernisierungshinweise zu erstellen nicht befreit. Das kann Gebudebegehungen oder zustzlichen Berechnungen mit entsprechendem Aufwand erforderlich machen. Insbesondere ist eine Witterungsbereinigung des erfassten Verbrauchs erforderlich. Darber hinaus mssen lngere Leerstandszeiten des Objekts bercksichtigt werden, um die Gefahr einer Fehlbewertung des Gebudes mit der Folge falscher Modernisierungsempfehlungen mçglichst gering zu halten. Fr die Ermittlung von Energieverbrauchskennwerten bei Wohngebuden sind Energieverbrauchsdaten zu verwenden, die im Rahmen der Abrechnung von Heizkosten nach der Heizkostenverordnung fr ein gesamtes Gebude ermittelt wurden. Es kçnnen ggf. auch geeignete andere Energieverbrauchsdaten verwendet werden, wie z. B. solche aus Abrechnungen von Energie- oder Stromkosten oder auf andere Weise sachgerecht ermittelte Verbrauchsdaten. Der Strom fr Hilfsenergien (Antriebe fr Pumpen oder Regelung etc.) bleibt bei Wohngebuden unbercksichtigt. Dem Energieverbrauchskennwert sind die Verbrauchswerte von mindestens drei vorhergehenden Kalender- oder Abrechnungsjahren zugrunde zu legen. Die breite Datengrundlage soll vor allem Schwankungen aufgrund des Nutzerverhaltens ausgleichen. Der maßgebliche Energieverbrauchskennwert ist der Durchschnittswert der ausgewerteten Kalender- oder Abrechnungsjahre. Die Daten fr die Raumheizung mssen klimabereinigt werden. Falls im Wrmeverbrauch des Gebudes witterungsunabhngige Anteile (z. B. Warmwasserbereitung oder andere witterungsunabhngige Wrmeverbraucher) enthalten sind, ist der errechnete Wrmeverbrauch vor der Witterungsbereinigung in den witterungsabhngigen Anteil (Heizenergie) und den witterungsunabhngigen Anteil (z. B. Warmwasserbereitung) aufzuteilen. Die erforderliche Witterungsbereinigung des Heizenergieverbrauchs soll nach anerkannten Regeln der Technik durchgefhrt werden. Falls die Verbrauchsdaten einschließlich der vorhergehenden Abrechnungsperiode vorliegen, erfolgt die Witterungsbereinigung in sechs Schritten: 1. Feststellung der fr die Ermittlung der Kennwerte relevanten Zeitabschnitte (Abrechnungs- oder Kalenderjahr), wobei ggf. auf volle Monate gerundet wird. 2. Ermittlung der Klimafaktoren fr die relevanten Zeitabschnitte, die ber die Postleitzahl des Gebudestandorts dem Gebude zugeordnet werden kçnnen. Sie werden vom Deutschen Wetterdienst [21] oder anderen Wetterstationen bekannt gemacht, kçnnen aber auch anderen Quellen entnommen bzw. durch ein anderes den technischen Regeln entsprechendes Verfahren ermittelt werden.

271

3. Multiplikation ausschließlich des Verbrauchsanteils fr Heizung mit dem ermittelten Klimafaktor. 4. Division des sich so ergebenden Wertes sowie des Verbrauchs fr zentrale Warmwasserbereinigung durch die Gebudenutzflche (AN) nach EnEV. 5. Addition der beiden Werte fr Heizung und Warmwasserbereitung. 6. Ermittlung des Durchschnittswertes aus den so gewonnenen Kennwerten aus drei aufeinanderfolgenden Abrechnungszeitrumen. Der so ermittelte Durchschnittswert entspricht, sofern kein Leerstand bercksichtigt werden muss, dem spezifischen jahresbezogenen Energieverbrauchskennwert des Gebudes, der fr den Energieausweis relevant ist. Alternativ oder fr Flle, in denen die vorliegenden Verbrauchsdaten nicht das vorhergehende Abrechnungs- oder Kalenderjahr einschließen, gibt die Richtlinie ein leicht abweichendes Verfahren zur Witterungsbereinigung vor, durch das ggf. mehr als 3 Abrechnungs-/Kalenderjahre als Datengrundlage einbezogen werden. Neben den jhrlichen Witterungsschwankungen hat temporrer Leerstand eines Gebudes erheblichen Einfluss auf die Verbrauchsabrechnungen. Er muss daher in die Ermittlung des Energieverbrauchskennwertes einfließen. Der Leerstand wird ber einen Leerstandsfaktor abgebildet, in dem die leer stehenden Anteile des Gebudes sowie die Dauer des Leerstandes einfließen. Die Regeln fr die Bestandsaufnahme bestehender Nichtwohngebude folgen im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Methode. Allerdings sind neben dem Energieverbrauch fr Heizung und Warmwasserbereitung auch die Verbrauchsdaten aus den Prozessbereichen Khlung und Lftung sowie fr die Beleuchtung und fr Hilfsenergien (z. B. Energie fr Pumpen) einzubeziehen. Zustzlich zu dem Heizenergieverbrauchskennwert, der wie bei Wohngebuden die Prozessbereiche Heizung und Warmwasserbereitung erfasst, muss daher ein Stromverbrauchskennwert fr die brigen Prozessbereiche ermittelt werden. Der Stromverbrauchskennwert ergibt sich als jhrlicher Mittelwert aus dem gemessenen Stromverbrauch der betrachteten Abrechnungs- oder Kalenderjahre analog der Ermittlung des Kennwertes fr den Energieverbrauch fr Heizung und Warmwasserbereitung. Es sollten die gleichen Zeitrume wie fr die Wrmeverbrauchsermittlung herangezogen werden. Gerade bei der Ermittlung des Stromverbrauchskennwertes zeigen sich die Unzulnglichkeiten der Verbrauchserfassung. Der ermittelte Stromverbrauch beinhaltet in vielen Fllen deutlich mehr als die Anteile fr Beleuchtung, raumlufttechnische Anlagen und Hilfsenergien. Prozessenergien fr Fertigungen, Rechenzentren, Fahrsthle, Sondernutzungen etc. verflschen den im Sinne der EnEV Gebude bezogenen Stromverbrauch. Die ermittelten Daten sind hinsichtlich des sonstigen Stromverbrauchs zu erlutern. Darber hinaus sind

272

C1

Energetische Bewertung von Bestandsgebuden und Anforderungen im Rahmen der EnEV 2009

auch hier Referenzwerte aus der Statistik fr entsprechende Gebudekategorien darzustellen. Anders als bei Wohngebuden sind die Verbrauchskennwerte bezogen auf die Nettogrundflche des Gebudes anzugeben. Falls andere Flchenangaben vorliegen, bietet die Richtlinie Umrechnungsfaktoren je nach Gebudetyp an. Zur Einordnung der ermittelten Kennwerte im Energieausweis sind Vergleichswerte erforderlich, die sich je nach Gebudenutzung erheblich unterscheiden kçnnen. Die Zuordnung des untersuchten Gebudes zu anderen Gebuden vergleichbarer Nutzung erfolgt nach der Systematik des Bauwerkszuordnungskatalogs der ARGEBAU (Arbeitsgemeinschaft der fr den Stdtebau, Bauund Wohnungswesen zustndigen Landesminister und -senatoren). Fr Gebude der çffentlichen Hand liegt eine entsprechende Kategorisierung in der Regel vor. Auch fr andere Gebude kann der Katalog als Zuordnungsbasis genutzt werden. Die „Regeln fr Energieverbrauchskennwerte und der Vergleichswerte im Nichtwohngebudebestand“ enthalten dazu eine umfangreiche Tabelle, der nach erfolgter Zuordnung die Vergleichskennzahlen fr Heizung und Warmwasser sowie Stromverbrauch entnommen werden kçnnen. Eine weitere Tabelle liefert die Vergleichswerte fr Gebude, die nicht nach dem Bauwerkskatalog zugeordnet werden kçnnen.

[7] DIN 4108-7:2001-08: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden. Luftdichtheit von Gebuden, Anforderungen, Planungs- und Ausfhrungsempfehlungen sowie -beispiele.

9

[16] Bekanntmachung der Regeln fr Energieverbrauchskennwerte im Wohngebudebestand vom 30. Juli 2009. Hrsg.: BMVBS, 2009.

Literatur

[1] Verordnung zur nderung der Energieeinsparverordnung, EnEV 2009. Nichtamtliche Lesefassung (zu der am 18. Juni 2008 von der Bundesregierung beschlossenen Fassung). [2] Gesetz zur Fçrderung Erneuerbarer Energien im Wrmebereich (Erneuerbare-Energien-Wrmegesetz – EEWrmeG) vom 7. August 2008. Bundesgesetzblatt Jahrgang 2008 Teil I Nr. 36 (18. Aug. 2008), S. 1658–1665. [3] DIN V 4108-6:2003-06: Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden. Berechnung des Jahres-Heizwrmeund des Jahresheizenergiebedarfs. [4] DIN V 4701-10:2003-08: Energetische Bewertung heizund raumlufttechnischer Anlagen; Teil 10: Heizung, Trinkwassererwrmung, Lftung. [5] DIN V 18599:2007-02: Energetische Bewertung von Gebuden. Berechnung des Nutz, End und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Khlung, Lftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung. [6] Hauser, G.; Maas, A.; Lking, R.-M.: Der Energieausweis fr Gebude, Hrsg.: Gesellschaft fr Rationelle Energieverwendung e. V., 2007.

[8] Maas, A.: Nutzenergiebedarf fr Heizen und Khlen. In Bauphysik-Kalender 2007. Hrsg. N. A. Fouad. Ernst & Sohn Berlin, 2007, S. 283–306. [9] DIN EN ISO 6946:2008-04: Bauteile – Wrmedurchlasswiderstand und Wrmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren (ISO 6946:2007); Deutsche Fassung EN ISO 6946:2007. [10] Hauser, G.; Stiegel, H.: Wrmebrcken-Atlas fr den Mauerwerksbau. Bauverlag, Wiesbaden 1990, 2. durchgesehene Auflage 1993. [11] Hauser, G.; Stiegel, H.: Wrmebrcken-Atlas fr den Holzbau. Bauverlag, Wiesbaden 1992. [12] Hauser, G.; Stiegel, H.; Haupt, W.: Wrmebrckenkatalog auf CD-ROM. Ingenieurbro Hauser, Baunatal 1998. [13] Hauser, G.; Stiegel, H.: Wrmebrckenkatalog fr Modernisierungs- und Sanierungsmaßnahmen zur Vermeidung von Schimmelpilzen. Fraunhofer IRB Verlag, 2006. [14] DIN 4108 Bbl. 2:2006-03: Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden: Wrmebrcken – Planungs- und Ausfhrungsbeispiele. [15] Hauser, G.: Wrmebrcken bei Innendmmung. Baugewerbe 73 (1993), H. 1/2, S. 32–35.

[17] Bekanntmachung der Regeln fr Energieverbrauchskennwerte und der Vergleichswerte im Nichtwohngebudebestand vom 30. Juli 2009. Hrsg.: BMVBS, 2009. [18] Bekanntmachung der Regeln zur Datenaufnahme und Datenverwendung im Wohngebudebestand vom 30. Juli 2009. Hrsg.: BMVBS, 2009. [19] Bekanntmachung der Regeln zur Datenaufnahme und Datenverwendung im Nichtwohngebudebestand vom 30. Juli 2009. Hrsg.: BMVBS, 2009. [20] DIN V 4701-12:2004-02: Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen im Bestand; Teil 12: Wrmeerzeuger und Trinkwassererwrmung. [21] Klauss, S. et al.: Katalog regionaltypischer Materialien im Gebudebestand mit Bezug auf die Baualtersklasse und Ableitung typischer Bauteilaufbauten, Forschungsbericht fr das Bundesamt fr Bauwesen und Raumordnung (Az.: Z6 – 10.07.03-06.13 / II 2 – 80 01 06-13), Kassel, 2009. [22] www.dwd.de/klimafaktoren [23] www.dena.de

273

C 2 Infrarot-Thermografie in der Praxis Nabil A. Fouad, Torsten Richter

Univ.-Prof. Dr. -Ing. Nabil A. Fouad Leibniz Universitt Hannover Fakultt fr Bauingenieurwesen und Geodsie Institut fr Bauphysik Appelstraße 9A, 30167 Hannover Jahrgang 1964, Studium des Bauingenieurwesens an der Ain Shams Universitt in Kairo, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fr Stahlbetonbau der gleichen Universitt, Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Promotion am Institut fr Baukonstruktionen und Festigkeit an der Technischen Universitt Berlin, Professor fr Bauplanung und Bauwerkserhaltung an der Leibniz Universitt Hannover und seit 2007 Professor fr Bauphysik und Bauwerkssanierung an der gleichen Universitt, Gesellschafter bei der Ingenieurgemeinschaft CRP GmbH, zahlreiche Verçffentlichungen und Forschungsarbeiten, Mitglied in Norm- und Sachverstndigenausschssen sowie ç.b.u.v. Sachverstndiger mit dem Tenor „Bauphysik und vorbeugender Brandschutz“.

Dr. -Ing. Torsten Richter Leibniz Universitt Hannover Fakultt fr Bauingenieurwesen und Geodsie Institut fr Bauphysik Appelstraße 9A, 30167 Hannover Jahrgang 1972, Berufsausbildung zum Baufacharbeiter mit Abitur, Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Universitt Berlin, Diplom 1999, Promotion 2009 und wissenschaftlicher Assistent an der Leibniz Universitt Hannover, seit 2000 Mitarbeiter in einem Berliner Ingenieur- und Sachverstndigenbro mit Schwerpunkt auf dem Gebiet der Bauphysik.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

274

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Inhaltsverzeichnis 1

Einfhrung und Problemstellung

2 2.1 2.2

Physikalische Grundlagen der Thermografie 275 Grundprinzip 275 Strahlungsgesetze realer Kçrper 276

3 3.1 3.2

Kameratechnik 281 Scanner-Thermografiesysteme 281 Focal-Plane-Array-Thermografiesysteme

4

Darstellung der Thermogramme, Speicherung und Verarbeitung 284

5

Vorschriften, Richtlinien und Normen

6

Anwendung der Thermografie in der Bautechnik 290 Einleitung und Grundprinzipien 290 Thermogramme – Außenaufnahmen 290 Thermogramme – Innenaufnahmen 292 Anwendung der Thermografie 293 Stoffbedingte Wrmebrcken 293 Geometrische Wrmebrcken 293

6.1 6.1.1 6.1.2 6.2 6.2.1 6.2.2

275

6.2.3

Typische Thermogramme schadenfreier und dem Errichtungszeitpunkt entsprechenden Konstruktionen 294

7 7.1

7.9 7.10

Praxisbeispiele 298 Außenwandecke mit auskragender Betondecke 298 Ungedmmter Fenstersturz 299 Verschiedene Materialien in einer Mauerwerkswand 301 Darstellung von Fenstern im Thermogramm 301 Stahltrger ohne thermische Trennung durch Fassade gefhrt 303 Fehlende Wrmedmmung an einer Laibung 304 Thermografie zur Lokalisierung von Luftundichtigkeiten 305 Dokumentation des Verlaufs von Heizungsleitungen im Fußboden 309 Gebude mit hinterlfteten Bekleidungen 310 Detektion von Durchfeuchtungen 310

8

Zusammenfassung

9

Literatur

7.2 7.3 282 7.4 7.5 289

7.6 7.7 7.8

313

313

Physikalische Grundlagen der Thermografie

1

Einfhrung und Problemstellung

Die effiziente Energienutzung gewinnt in Deutschland immer mehr an Bedeutung, dies wird uns durch die UN-Klimagipfel und neue EnEV-Anforderungen (Oktober 2009) tglich bewusst. Angefangen mit der ersten lkrise in den 1970er-Jahren und den Rekordpreisen fr Energie im Jahr 2008 wird uns mehr und mehr vor Augen gefhrt, dass unsere Energievorrte begrenzt sind und wertvoller werden. Bekanntlich wird ein Großteil des Energieverbrauchs in Deutschland durch Heizenergie verursacht. Durch die EU-Richtlinie ber Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen vom April 2006 wird fr die Mitgliedstaaten der EU eine Energieeinsparung von 9 % im Jahre 2015 gegenber einem jeweils national zu ermittelnden Ist-Zustand vorgeschrieben. Neue Bauverfahren, Materialien und die Verkrzung der Bauzeit stellen an die Planenden und Ausfhrenden hohe Ansprche. Neben der effizienten Planung und Erstellung gewinnen auch die effiziente Bauberwachung, Dokumentation und die Einhaltung der Qualittsvorgaben bei Bauvorhaben einen hohen Stellenwert. Mithilfe innovativer, zerstçrungsfreier und schnell einsetzbarer Mess- und Untersuchungsmethoden, wie es die Bauthermografie darstellt, wurden die Voraussetzungen geschaffen, eventuell vorhandene Mngel zu lokalisieren und zu dokumentieren. Die Thermografie ist hierbei als Hilfsmittel zu verstehen; die letztendliche Beurteilung der vorgefundenen Situation ist nur mit Fach- bzw. Sachverstand und Erfahrungswerten mçglich. Der vorliegende Beitrag soll in komprimierter Form vorhandene Erfahrungen zum Einsatz der passiven Thermografie im Bauwesen nher bringen und somit dazu beitragen, die vielfltigen Mçglichkeiten, aber auch die realistischen Anwendungsgrenzen der Thermografietechnik aufzuzeigen.

Bild 1. Elektromagnetisches Spektrum

2

Physikalische Grundlagen der Thermografie

2.1

Grundprinzip

275

Die Thermografie beruht auf der Tatsache, dass jeder Kçrper mit einer Temperatur ber dem absoluten Nullpunkt (– 273,15 C) eine Eigenstrahlung aussendet. Urschlich fr dieses Phnomen ist die in jedem Kçrper vorhandene innere mechanische Moleklbewegung. Die Intensitt der Moleklbewegung hngt hierbei von der Temperatur des Kçrpers ab. Da gleichbedeutend mit Moleklbewegungen auch Ladungsbewegungen auftreten, sendet der Kçrper Energie in Form elektromagnetischer Strahlung aus. Diese Strahlung bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit und gehorcht den optischen Gesetzen. So lsst sich diese Strahlung umlenken, mit Linsensystemen bndeln oder an spiegelnden Flchen reflektieren. Fr das menschliche Auge ist die Wrmestrahlung nicht sichtbar und wird dem infraroten1) Wellenlngenbereich zugeordnet. Die Wrmebildtechnik stellt sich die Aufgabe, die Intensitt der abgestrahlten Eigenstrahlung zu messen und daraus die Temperatur der aussendenden (thermografierten) Oberflche bzw. des Kçrpers berhrungsfrei zu ermitteln. Hierbei kommt der Thermografietechnik zu Gute, dass aufgrund des Temperaturbereichs von Gebuden (– 40 C bis + 100 C) das relative Strahldichtemaximum (vgl. Wien’sches Verschiebungsgesetz) im infraroten Wellenlngenbereich von l » 8 bis 12 mm liegt und gleichzeitig die Normalatmosphre bei diesen Wellenlngen eine sehr hohen Transmissivitt aufweist. Die durch die Atmosphre hindurchgehende Infrarotstrah1) infra: lateinisch fr „unterhalb, unter“; infrarot zeigt an, dass sich das infrarote Licht optisch unter dem roten Licht befindet. Die Bezeichnung bezieht sich nicht auf die Wellenlnge, diese ist gegenber dem sichtbaren Licht hçher.

276

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

lung wird auf dem Weg kaum verringert – man spricht auch von einem sogenannten „optischen Fenster der Infrarotstrahlung“. Zur Ausnutzung des Strahlungsmaximums weist die Hardware fr die Bauthermografie (Empfnger der IR-Kamera) in diesem Bereich eine gute Detektivitt auf. Es soll hier auch erwhnt werden, dass ein weiteres „optisches Fenster“ fr IR-Strahlung im Bereich von 3 bis 5 mm liegt. Auch speziell fr dieses optische Fenster existieren Detektoren. Nach dem Wien’schen Verschiebungsgesetz liegt das Ausstrahlungsmaximum fr die Wellenlngen l » 3 bis 5 mm bei Strahlertemperaturen von etwa 690 bis 300 C, diese Kameras eignen sich daher besonders fr hçhere Einsatztemperaturen. Trotzdem kann man mit diesen Kameras auch bauthermografische Untersuchungen durchfhren, da die von Gebuden abgestrahlte IR-Strahlung natrlich auch Anteile im kurzwelligeren Infrarot besitzt. 2.2

Strahlungsgesetze realer Kçrper

Wenn elektromagnetische Strahlung auf einen realen Kçrper auftrifft, werden Strahlungsanteile absorbiert (in Wrme umgesetzt) oder reflektiert (in den Raum zurckgeworfen). Bei durchlssigen Kçrpern kann ein Teil auch transmittieren (durchgelassen werden). Die Betrge der absorbierten, reflektierten bzw. transmittierten Strahlungen hngen von den jeweiligen Stoffkenngrçßen des Kçrpers und von der Wellenlnge der auftreffenden Strahlung ab. Fr die Energiebilanz gilt: Einfallende Strahlung: M = A + R + T mit M A R T

(1)

einfallende Strahlung absorbierte Strahlung reflektierte Strahlung durchgehende (transmittierte) Strahlung

Aus M = A + R + T, umgestellt mit Rechnung:

1 M

folgt 1¼

A R T þ þ ¼ aðlÞ þ rðlÞ þ tðlÞ ¼ 1 M M M

(2)

mit a Absorptionsgrad, Funktion der Wellenlnge l r Reflexionsgrad, Funktion der Wellenlnge l t Transmissionsgrad des Kçrpers, Funktion der Wellenlnge l Als idealisierte Grenzflle gelten die in Tabelle 1 aufgefhrten. Tabelle 1. Idealisierte Grenzflle von Strahlungskçrpern Grenzfall

Beschreibung

Kennwerte

idealer schwarzer Kçrper (nichttransparenter Kçrper)

auftreffende Strahlung wird vollstndig absorbiert

Absorptionsgrad a = 1 Reflexionsgrad r = 0 Transmissionsgrad t = 0

auftreffende idealer Spiegel (nichttransparen- Strahlung wird vollstndig ter Kçrper) reflektiert

Absorptionsgrad a = 0 Reflexionsgrad r = 1 Transmissionsgrad t = 0

ideales Fenster (transparenter Kçrper)

Absorptionsgrad a = 0 Reflexionsgrad r = 0 Transmissionsgrad t = 1

auftreffende Strahlung wird vollstndig hindurchgelassen

Mithilfe der Idealvorstellung des sogenannten schwarzen Kçrpers wurden die von Stefan 1879 und Boltzmann 1884 formulierten Gesetzmßigkeiten zur Ausstrahlungsmenge definiert. Von Planck wurde 1900 das Planck’sche Strahlungsgesetz eingefhrt, dass die Ausstrahlung zudem in Abhngigkeit der Objekttemperatur und der Wellenlnge l beschreibt. Nach dem Kirchhoff’schen Strahlungsgesetz (1859) strahlt (emittiert) ein Kçrper im thermischen Gleichgewicht genauso viel Strahlung wie er absorbiert. Reale Kçrper emittieren jedoch immer weniger Strahlung als der ideal schwarze Kçrper. Die Verbindung zwischen dem Modell des schwarzen Kçrpers und den realen Gegenstnden wird ber das Kirchhoff’sche Strahlungsgesetz hergestellt. Dies besagt, dass sich das Ausstrahlungsvermçgen = Emissionsvermçgen eines beliebigen Kçrpers zum Emissionsvermçgen des

Bild 2. Aufteilung der auf einen realen Kçrper auftreffenden Strahlung

Physikalische Grundlagen der Thermografie

schwarzen Strahlers wie die entsprechenden Absorptionszahlen verhlt. Es gilt: Mreal a ¼ (3) eðl; TÞ ¼ Mschw:K€orper as mit e Emissionsgrad eines realen Kçrpers Strahlungsemission eines realen Kçrpers Mreal Mschw.Kçrper Strahlungsemission des schwarzen Kçrpers (Strahlers) a Absorptionsgrad eines realen Kçrpers Absorptionsgrad des schwarzen Strahlers as = 1 [–] Wegen as = 1 folgt: e¼a

(4)

Dies bedeutet: Nach dem Kirchhoff’schen Gesetz ist fr einen Kçrper im thermischen Gleichgewicht der Absorptionsgrad a (l) gleich dem Emissionsgrad e (l), wobei die absolute Grçße des Absorptions- bzw. Emissionsgrades vom vorliegenden Wellenlngenbereich abhngig ist. Zudem ist ein Einfluss folgender Parameter mçglich: – Rautiefe der Oberflche, – Materialzusammensetzung, – Temperatur, – Winkel zur Flchennormalen (Abstrahlwinkel). Gleichung (2) kann auch wie folgt formuliert werden: eðlÞ þ rðlÞ þ tðlÞ ¼ 1

(5)

mit e Emissionsgrad, Funktion der Wellenlnge l r Reflexionsgrad, Funktion der Wellenlnge l t Transmissionsgrad des Kçrpers, Funktion der Wellenlnge l Im Regelfall sind in der Baupraxis anzutreffende Stoffe fr IR-Strahlung nicht transparent (t = 0), sodass Gl. (5) vereinfacht wird: eðlÞ þ rðlÞ ¼ 1 mit e Emissionsgrad, Funktion der Wellenlnge l r Reflexionsgrad, Funktion der Wellenlnge l

(6)

277

Aus Gl. (6) kann abgeleitet werden, dass niedrig emittierende Oberflchen einen hohen Reflexionsgrad aufweisen mssen. Bei derartigen Materialien muss daher die Wirkung der aus der Umgebung reflektierten Strahlung auf das Messergebnis unter Umstnden kompensiert werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Umgebungsstrahlung von einem heißen Kçrper ausgestrahlt wird. In diesem Fall wird die Strahlung vom Objekt reflektiert und trifft zusammen mit der Eigenabstrahlung auf das IR-Messsystem. Kommt es bei gering emittierenden Oberflchen zur spiegelnden Reflexion (ist meist bei glatten Oberflchen der Fall), ist das Messergebnis der eigentlichen Oberflche stark vom Spiegelbild dominiert. Bei beiden oben beschriebenen Fllen kann die Messung leicht verflscht werden (vgl. Bilder 6 und 7). Emissionsgrade realer Oberflchen Eine Vielzahl nichtmetallischer, nichtblanker Stoffe weisen in einem fr die Bauthermografie interessanten Wellenlngenbereich der langwelligen Wrmestrahlung einen sehr hohen (e = 0,80–0,95) und nahezu konstanten Emissionsgrad auf. Diese Stoffe kçnnen in dem fr die Bauthermografie interessanten Wellenlngenbereich nherungsweise als sogenannte graue Strahler angesehen werden (konstanter Emissionsgrad ber die Wellenlnge). Die fr uns Menschen sichtbare Farbe des Kçrpers spielt fr den Emissionsgrad hierbei keine Rolle. Bei Metallen, insbesondere mit polierten bzw. glnzenden Oberflchen, wird die Strahlung in dem fr Bauthermografie interessanten Wellenlngenbereich stark reflektiert, sodass sich sehr geringe Absorptions- bzw. Emissionsgrade ergeben. Diese Stoffe, wie z. B. Silber oder Gold, aber auch poliertes Aluminium, eigenen sich daher besonders gut als Spiegelmaterial. Die allgemeinen Zusammenhnge des Verlaufs der Emissionsgrade verschiedener Stoffe zeigt Bild 3. Es ist demnach unerheblich, ob ein etwa q = 40 bis 70 C warmer Heizkçrper in der fr Menschen wahrnehmbaren Farbe „weiß“ oder „schwarz“ gestrichen ist, da die Temperaturstrahlung vorwiegend im Bereich langer IR-Wellenlngen (> 8 mm) ausgestrahlt wird. In diesem

Bild 3. Emissionsgrade verschiedener Stoffe bei Raumtemperatur in Abhngigkeit von der Wellenlnge, nhere Angaben siehe [33]

278

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Wellenlngenbereich unterscheiden sich die hellen und dunklen Nichtmetalle bezglich ihres Emissionsverhaltens kaum und befinden sich nahe dem Emissionsgrad e » 1,0. Emissionsgrade werden meist experimentell bestimmt und sind grob berschlgig Tafelwerken (z. B. [20] oder [31]) in Abhngigkeit von der Temperatur bzw. vom Wellenlngenbereich zu entnehmen. Zudem sind die Emissionsgrade auf den Wellenlngenbereich des eingesetzten Detektors der IR-Kamera abzustimmen. Tabelle 2 enthlt eine Auswahl von Emissionsgraden mit Angabe des Geltungsbereichs. An dieser Stelle soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass nur bei Kçrpern, die sich im thermischen Gleichgewicht befinden, der Emissionsgrad gleich dem Absorptionsgrad ist. So empfngt ein Kçrper aus

Tabelle 2. Emissionsgrade verschiedener Oberflchen Stoffe und Zustand der Oberflche (im Allgemeinen fr Temperaturen im baupraktischen Bereich von etwa – 10 C bis 100 C)

„Backstein“ langwellige Wrmestrahlung von einer etwa q = 20 C warmen Strahlungsquelle mit einem Absorptionsgrad von a » 0,95 und sendet, da er selbst auch etwa q = 20 C warm ist, Wrmestrahlung mit einem Emissionsgrad von e » 0,95 aus. Trifft jedoch auf den angenommenen, etwa q = 20 C warmen Kçrper aus „Backstein“ kurzwellige Sonnenstrahlung (Strahlungstemperatur des Emitters q ca. 5500 C), wird die Strahlung mit einem Absorptionsgrad a » 0,50 aufgenommen. Die Temperatur des Kçrpers aus Backstein wird sich durch die Sonneneinstrahlung um einige Kelvin auf z. B. q = 25 C erhçhen. Der Backstein wird aufgrund dieser relativ geringen Temperatur weiterhin nur langwellige Wrmestrahlung mit einem Emissionsgrad von e » 0,95 ausstrahlen (vgl. Tabelle 3 und Bild 3). Tabelle 3. Emissionsgrade verschiedener Oberflchen in Abhngigkeit von der Strahlungs-Wellenlnge; Emissionsgrad e = Absorptionsgrad a

Emissionsgrad e

Metalle, hochglanzpoliert Aluminium poliert

0,04–0,06

Silber poliert

0,02–0,05

Metalle im technischen Zustand Aluminium, roh

0,06–0,07

Aluminium, blank

0,02–0,15

Aluminium, stark oxidiert

0,6–0,8

Eisen, Stahl, ganz verrostet

0,6–0,8

Eisen, Stahl, verzinkt

0,2–0,3

Kupfer, oxidiert

0,2–0,7

Messing, poliert

0,2–0,3

Anstriche Aluminiumlack

0,1–0,15

Emaillelack, schneeweiß

0,7–0,90

Verschiedene Stoffe Beton

0,90–0,95

Wasser, Schnee, Eis

0,80–0,95

Glas, glatt

0,80–0,95

Marmor, hellgrau, poliert

0,90–0,95

menschliche Haut

0,95–0,98

Steine, Erde

0,60–0,95

Holz

0,90–0,95

Stoffe

0,75–0,95

Papier

0,70–0,95

Langwellige Wrmestrahlung (ausgestrahlt von Kçrpern mit q » 20 C)

Sonnenstrahlung = kurzwellige Wrmestrahlung (ausgestrahlt von Kçrpern mit q » 5500 C)

Backstein

ca. 0,95

ca. 0,50

Beton glatt

ca. 0,95

ca. 0,50

Fensterglas

ca. 0,90

0,04 bis 0,40 (je nach Durchlssigkeit)

Die Wirkungen verschiedener Emissionsgrade kçnnen eindrucksvoll mit dem vom Physiker John Lesli 1804 entwickelten Lesli-Wrfel gezeigt werden. Dieser Wrfel ist als Hohlkçrper aus Messing gebaut, der vollstndig mit heißem Wasser gefllt werden kann und so an allen Wandflchen gleichmßige Temperaturen aufweist. Die vier Seitenflchen des Wrfels sind aus unterschiedlichen Beschichtungen mit jeweils verschiedenen Emissionsgraden (metallisch matt, metallisch blank, weiß lackiert, schwarz lackiert) ausgefhrt (Bild 4). Thermogramme werden im Regelfall mit einem fr das ganze Bild gltigen Emissionsgrad aufgenommen (hier z. B. e = 0,98). Whrend fr die schwarz (und weiß) lackierte Oberflche dieser Emissionsgrad zutreffend ist und die Temperatur richtig wiedergegeben wird, weisen metallisch glnzende Oberflchen einen viel kleineren Emissionsgrad auf. Physikalisch gesehen strahlt eine metallisch glnzende Oberflche bedeutend weniger Wrme ab – genau dies wird auch mit dem Emissionsgrad (vgl. Gl. 3) ausgedrckt. Die Temperatur, die auch auf der metallisch glnzenden Seite ca. q » 48 C betrgt, wird mit dem eingestellten zu hohen Emissionsgrad grundlegend falsch bestimmt (vgl. Bild 5). Bei der Bauthermografie kçnnen insbesondere bei metallischen Einbau- bzw. Anbauteilen oder Beschichtun-

Physikalische Grundlagen der Thermografie

279

Bild 4. Lesli-Wrfel mit Beschreibung der Oberflcheneigenschaften, Wrfel ist mit heißem Wasser gefllt

gen von Fenstern emissionsgradbedingte Fehlmessungen auftreten. Folgendes Thermogramm soll dies verdeutlichen: An einer Heizungszuleitung wurde im Thermogramm eine deutlich khlerer Bereich vorgefunden. Der Temperaturunterschied ist in der Realitt gar nicht vorhanden, vielmehr ist fr den blanken Rohrbereich die globale Emissionsgradeinstellung nicht zutreffend (vgl. Bild 6). Neben der vom Objekt selbst ausgestrahlten (emittierten) IR-Strahlung tritt bei einigen Oberflchen auch eine spiegelnde Reflexion auf. Da die IR-Strahlung auch den Gesetzen der Optik gehorcht, wird bei sehr glatten und ebenen Oberflchen die Umgebungsstrahlung im Thermogramm spiegelnd reflektiert. Anstatt nur die emittierte Strahlung des Messobjekts zu messen, wird vielmehr die Temperatur des gespiegelten Objektes ausgewertet. Dieser Effekt tritt zum Beispiel bei Fensterflchen oder vergleichbaren glatten Fliesen-

belgen auf (vgl. Bilder 7 und 8). Bei von außen thermografierten Fensterflchen sieht man insbesondere bei einer schrg von unten gerichteten Aufnahmeposition der IR-Kamera den reflektierten Himmel. Ist der Himmel klar und damit kalt, fllt dies im Thermogramm besonders auf. Bei Innenaufnahmen sind ebenfalls hufig Reflexionen zu beobachten, oft sind dies reflektierte Strahlungen auf glatten Bçden. Bei von innen thermografierten Fenstern sieht sich der Thermograf selbst bei der Aufnahme im Spiegelbild (vgl. Beispiel in Bild 52). Die Reflexionen sind gut zu erkennen bzw. zu eliminieren, wenn das Objekt aus verschiedenen Richtungen und Winkeln thermografiert und der wandernde Spiegelschatten beobachtet wird. Eine Thermografie mit Reflexionseinfluss ist hierdurch bereits whrend der Aufnahme leicht zu erkennen, im Nachgang fllt die Identifikation durchaus schwerer.

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 07. 01. 2008

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 22 C (Innenraum)

ca. 48 C (Temperatur im Inneren des Wrfels)

weitere Informationen das heiße Wasser ist bis etwa 1 cm unter dem Deckel gefllt (daher ist der Deckel khler)

Bild 5. Thermogramm eines Lesli-Wrfels zur Darstellung der Wirkung verschiedener Emissionsgrade im Thermogramm

280

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 02. 07. 2009

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

./.

ca. 20 C

weitere Informationen ./.

Bild 6. Thermogramm einer Heizungszuleitung, unter Ansatz eines globalen Emissionsgrades wird die Temperatur am Rohr mit real unterschiedlichen Emissionsgraden (blank und weiß gestrichen) nicht richtig wiedergegeben

Bild 7. Spiegelnde Reflexion an einem Fenster, das Thermogramm zeigt im Fensterbereich nicht die realen Oberflchentemperaturen

Bild 8. Spiegelnde Reflexion eines heißen Heizkçrpers auf den Fliesen. Spiegelnde Reflexionen kçnnen – wie hier sichtbar – auch bei hoch emittierenden Flchen auftreten, entscheidend ist nur die Oberflchenbeschaffenheit des Materials

Kameratechnik

3

Kameratechnik

Moderne Thermografiesysteme lassen sich nach vielen Gesichtspunkten klassifizieren. Als eine grobe Klassifizierung kçnnen Kamerasysteme in – scannende Kameraeinheiten mit einem Singledetektor bzw. einer Detektorleiste oder – FPA-Kameras mit einer Empfngermatrix eingeteilt werden. Bei den Detektortypen, dem eigentlichen Empfnger, kommen zwei grundstzlich unterschiedliche Typen zum Einsatz: – thermische Detektoren oder – Quantendetektoren (auch Photonen- oder Halbleiterempfnger genannt). Derzeit sind die auf dem Markt befindlichen Thermografiesysteme standardmßig mit einem Festobjektiv mit Fokussiereinrichtung ausgestattet. Durch aufsteckbare Zusatzobjektive fester Brennweite kann das optische Sichtfeld den jeweiligen Erfordernissen meist angepasst werden. Dies kann beispielsweise notwendig werden, wenn weite Entfernungen berbrckt werden mssen (Einsatz Teleobjektiv) oder das Sichtfeld bei Platzproblemen oder besonders nah zu fokussierenden Objekten mit hoher Tiefenschrfe erweitert werden soll (Weitwinkelobjektiv). 3.1

Scanner-Thermografiesysteme

Scanner-Kameras sind meist mit einem Einelementdetektor ausgestattet. Damit ein Bild entstehen kann, muss mit einem optomechanischen Ablenksystem, dem Scanner, das zu untersuchende Objekt in einer Art Raster

281

abgetastet (gescannt) werden, das heißt, dass es durch eine vertikale und horizontale Abtastung zeilenweise aufgebaut wird (Bild 9). Die fokussierten Strahlen werden auf einen infrarotempfindlichen Einzelempfnger bzw. auf eine mit mehreren Empfngern bestckte Detektorleiste (linienfçrmig angeordnete Empfnger) geschickt. Dort werden die Signale detektiert, verstrkt und ber eine Rechnereinheit zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Vorteil der scannenden Kameras war bzw. ist die hohe thermische Auflçsung. Bei den Einelement-Empfngern wird jeder einzelne Bildpunkt mit ein und demselben Detektor aufgenommen. Da jeder Bildpunkt mit dem gleichen Detektor in eine Temperatur umgerechnet wird, weist die entstehende Thermografie eine gute Homogenitt auf. Bedingt durch die optomechanische Abtastung der aufzunehmenden Bilder ist der Bildaufbau bei diesen Kameratypen als recht langsam anzusehen und liegt im Bereich von etwa 1 Sekunde pro Bild. Zur Sicherstellung einer guten Detektivitt des Empfngers und Verringerung des Eigenrauschens sind Scannerkameras mit einer besonders tiefen Khlung des Detektors versehen. Hierbei sind drei unterschiedliche Khlprinzipien gebruchlich: – offene Khlung mit flssigen Gasen (meist Stickstoff, Labor: Helium) in einem zwangsweise senkrecht stehenden, drucklosem Dewar, – Khlung mit einer Stirling-Khlmaschine, – thermoelektrische Khlung mit Peltierelementen. Nhere Einzelheiten zu den angewandten Khlprinzipien findet man in [29] und [19].

Bild 9. Schema der Bilderzeugung bei einer stickstoffgekhlten Scannerkamera

282

C2

3.2

Focal-Plane-Array-Thermografiesysteme

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Insbesondere in den letzten Jahren werden fr Thermografiesysteme im Bauwesen verstrkt Focal-Plane-Array(FPA)-Kameras eingesetzt. Beim Einsatz dieses Detektortyps wird die einfallende Infrarotstrahlung auf eine Detektormatrix mit vielen einzelnen Empfngersensoren gelenkt. Das zeilenweise Abscannen des Bildes und die entsprechende optomechanische Technik entfallen bei diesen Kameratypen (Bild 10). Vorteil der FPA-Kameras ist die zu erzielende schnelle Bildfolge. Aufgrund der vielen einzelnen Empfnger auf der Matrix und der damit verbundenen verschiedenen Wandlerkennlinien kann es zu Ungleichfçrmigkeiten der einzelnen Messpunkte kommen, die durch kameraintegrierte Inhomogenitts-Korrekturen (engl. NUC – Non Uniformity Correction) und eine thermische Stabilisierung des Detektors ausgeglichen werden. Je nach Einsatzzweck und angestrebter Genau-

igkeit werden FPA-Kameras mit den unterschiedlichen Detektorprinzipien (thermischer Detektor, Quantendetektor) bzw. als ungekhlte und gekhlte Kameras auf dem Markt angeboten. Die insbesondere in letzter Zeit recht strmische Entwicklung der ungekhlten thermischen FPAs fhrte zur Erhçhung der geometrischen Auflçsung auf derzeit 640 · 480 Pixel und einer thermischen Auflçsung, das heißt der kleinsten unterscheidbaren Temperaturdifferenz von etwa 0,05 K (50 mK) oder besser. Grundstzlich wird mit steigender geometrischer und sinkender thermischer Auflçsung das Thermogramm klarer und detailreicher, Einzelheiten sind auch bei weiter entfernten Objekten zu erkennen (vgl. Bilder 11 bis 13). Thermische Detektoren, wie zum Beispiel Mikrobolometer oder pyroelektrische Detektoren, besitzen die positive Eigenschaft, auch bei Raumtemperaturen (ca. 300 K) zu arbeiten. Sie basieren auf der Eigenschaft, dass durch die auftreffende Strahlungsleistung eine di-

Bild 10. Bilderzeugung bei einer FPA-Kamera

Bild 11. Auswirkung von mit unterschiedlichen geometrischen Auflçsungen aufgenommenen Thermogrammen eines Gebudes. Die sehr hohe Auflçsung im rechten Thermogramm wird durch eine Zusatztechnik (Resolution Enhancement) erreicht. Quelle: Mit freundlicher Untersttzung der InfraTec GmbH (www.InfraTec.net)

Kameratechnik

283

Bild 12. Vergleich einer mit unterschiedlichen thermischen Auflçsungen aufgenommenen Konstruktion, links: thermische Auflçsung 80 mK, rechts: 30 mK. Quelle: Mit freundlicher Untersttzung der InfraTec GmbH (www.InfraTec.net)

Bild 13. Auswirkung von mit unterschiedlichen thermischen und geometrischen Auflçsungen aufgenommenen Thermogrammen eines Gebudes. Quelle: Mit freundlicher Untersttzung der FLIR Systems GmbH (www.flir.com)

284

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

rekte thermische Erwrmung der sehr massearmen und kleinen Detektoren entsteht und sich dadurch das elektrische Signal verndert (Widerstandsnderung beim Bolometer, Ladungsnderung beim pyroelektrischen Empfnger). Quantendetektoren nutzen zur Detektion der Infrarotstrahlung den inneren fotoelektrischen Effekt und fungieren somit als Photonenzhler. Beim Auftreffen von Strahlung tritt bei diesen Detektoren eine sofortige Widerstandsnderung ein, die Messung kann somit sofort und schnell erfolgen. Quantendetektoren besitzen gegenber thermischen Detektoren auch eine hçhere spezifische Detektivitt (Empfindlichkeit) und sind im Allgemeinen rauschrmer. Diese Eigenschaften sind aber nur zu erreichen, wenn sie auf sehr tiefe Betriebstemperaturen (z. B. 77 K = – 196 C) abgekhlt werden. Der typische Wert fr die thermische Auflçsung reicht bei diesen Detektortypen bis etwa 0,01 K. Die Auswirkungen verschiedener geometrischer und thermischer Auflçsungen auf das Thermogramm werden vergleichend in den Bildern 11 bis 13 gezeigt.

4

Darstellung der Thermogramme, Speicherung und Verarbeitung

Die Thermografieaufnahmen werden vollradiometrisch, d. h. mit allen Angaben zur detektierten Einstrahlung in jedem Pixel aufgezeichnet. Zur bersichtlichen Darstellung und Auswertung der Aufnahmen werden den berechneten Temperaturen Farbtçne zugewiesen, sodass eine sogenannte Fehlfarbendarstellung entsteht. Die Farbtçne der Thermografien werden so gewhlt, dass Details optimal dargestellt werden. Dies fhrt jedoch dazu, dass gleiche Farben in unterschiedlichen Bildern nicht zwangslufig gleiche Temperaturen bedeuten mssen. Qualitativ gilt jedoch im Allgemeinen: schwarze, blaue und grne Farben bedeuten geringere

Temperaturen, whrend mit zunehmenden Temperaturen gelbe, orange und rote Tçne auftreten. Temperaturen, die unterhalb oder oberhalb des eingestellten Temperaturbereichs liegen, kçnnen z. B. durch weiße oder schwarze Flchen gekennzeichnet werden. In der Thermografie werden herstellerabhngig verschiedene Farbpaletten angeboten, die nach Zweck der Aufgabenstellung gewhlt werden. Durch die freie Auswahl der Temperaturober- und Untergrenze ist es mçglich, auch Oberflchentemperaturdifferenzen zur Umgebung von < 1 K allein durch die Farbwirkung so erscheinen zu lassen, als trten hier große Wrmeverluste auf (vgl. Bild 14). Eine Thermografie darf also ausschließlich unter Bercksichtigung der zu jedem Bild gehçrenden Farbtemperaturskala und den zum Messzeitpunkt herrschenden Randbedingungen beurteilt werden. Insbesondere bei „Reihenbildaufnahmen“, die Aufnahmen vom gleichen Objekt zeigen, sollten zur Vergleichbarkeit mçglichst einheitliche Zuordnungen von Farben und Temperaturen gewhlt werden. Soll ein bestimmtes wichtiges Detail gezeigt werden, empfiehlt es sich, zunchst den berblick in der Standardskala darzustellen und im Anschluss die Detailaufnahme in der gewnschten Skala. Bei der Wahl der Farbskala werden bislang keine reglementierenden Vorgaben getroffen. Die Erfahrungen der letzten Jahre zeigte aber, dass die Farbwirkung emotional bewertet wird und zumindest bei den fachlich eher als Laien zu bewertenden Auftraggebern mit der Assoziation rot = schlecht in Verbindung gebracht wird, obwohl dies inhaltlich nicht begrndet ist. Zudem wird auch zunehmend von den Dienstleistern erkannt bzw. ist in der Diskussion, dass eine einheitliche neutrale Gestaltungsregel eine Vergleichbarkeit der Aufnahmen erleichtern wrde. Zur Umsetzung dieser Erkenntnisse wird z. B. aktuell in der Schweiz im Rahmen eines staatlich gefçrderten Forschungsprojekts an der Entwicklung eines Auswertetools (Quali-Thermo) gearbeitet. Mithilfe dieses Tools sollen Musterthermogramme (Referenzthermogramme)

Bild 14. Dasselbe Thermogramm ist in unterschiedlichen Temperaturskalen dargestellt und kann allein durch die Farbgebung einen unterschiedlichen subjektiven Eindruck hinterlassen

Darstellung der Thermogramme, Speicherung und Verarbeitung

285

Bild 15. Mçgliche Farbpaletten (hier Programm PicWin-IRIS)

erstellt werden, die einen Vergleich von Thermogrammen ermçglichen sollen, die unter verschiedenen meteorologischen Randbedingungen angefertigt wurden (vgl. [5]). Die Fertigstellung des Forschungsberichts ist fr 2010 vorgesehen, wobei Musterbilder von Gebude-Außenaufnahmen als Publikation bereits zur Verfgung stehen [30]. Weiterhin wird zum Beispiel

in [17] vorgeschlagen, folgende Gestaltungsregeln fr die Darstellungsneutralitt anzuwenden: – Die Skalierung sollte bei ca. 0,7 · Temperaturdifferenz (qinnen – qaußen) eingestellt werden. – Alle Thermogramme sollten dieselbe Farbpalette nutzen, Doppelbelegungen von Farben sind zu vermeiden.

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum

14. 01. 2006 mittags

Außenlufttemperatur

ca. – 4 C

Innenlufttemperatur

ca. 22 C

weitere Informationen Kaltes Klima ber ca. 8 Tage Anwendung der Gestaltungsregeln nach [17], Temperaturdifferenz: 26 K Skalierung: 0,7 26 K = 18,2 K (– 7,6 C bis 10,6 C) Lage der Außentemperatur bei etwa 20 % der Skala

Bild 16. Thermogramm, skaliert unter Anwendung von neutralen Gestaltungsregeln zur Darstellung von Thermogrammen, nach [17]

286

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

– Bei Außenthermogrammen sollte die Außenlufttemperatur etwa bei 20 % der Skala angeordnet sein. – Bei Innenthermogrammen sollte die Innenlufttemperatur bei etwa 60 % der Skala liegen. Exemplarisch stellt Bild 16 ein nach den obigen Vorschlgen skaliertes Thermogramm dar. Die weitere Praxis wird zeigen, ob die Vorschlge zur Darstellungsneutralitt in der Zukunft angenommen werden. Zur Aufbereitung und Auswertung der Thermogramme steht herstellerabhngig eine Vielzahl von Auswertungsmethoden zur Verfgung. bliche Programme bieten die Mçglichkeit, Temperaturen punktuell oder

an Bezugslinien auszuwerten. Ebenfalls ist es mçglich, durch Variationen der Farbpaletten die interessante Information visuell hervorzuheben. Weitere Mçglichkeiten der grafischen Darstellung bieten sich zum Beispiel durch die Nutzung einer berlagerung von Thermogramm und Realbild bzw. die Bild-in-Bild-Technologie an. Bei derartigen Thermogrammen liegt das Ziel vorzugsweise auf einer schnellen Erfassung des Thermogramms durch den Betrachter oder um Kenntlichmachung bestimmter Details. Als ein gleichwertiger Ersatz eines zur seriçsen Gebudethermografie gehçrenden Realbildes sollte die berlagerungstechnik aber nicht angesehen werden.

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 26. 02. 2005 mittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 0 C

ca. 22 C

weitere Informationen

tiefliegende Wolkendecke

Bild 17. Fassade eines Hochhauses, Hotspots kennzeichnen geçffnete Fenster

Bild 18. Dasselbe Thermogramm wie in Bild 17. Mit den Mçglichkeiten der Auswertesoftware kçnnen interessante Bereiche besonders hervorgehoben werden

Darstellung der Thermogramme, Speicherung und Verarbeitung

287

Bild 19. Versuchsaufbau fr instationre Untersuchungen, Prinzipskizze [25]

Das folgende Beispiel (Bild 19) zeigt die Anwendung der berlagerungstechnik zur Visualisierung eines Aufheizprozesses eines beheizten Probekçrpers [25]. Hierzu wurde eine beheizbare Betonplatte in einer vollumfnglichen, aus 15 cm dicken Polystyrol-Dmmplatten bestehenden Messbox eingesetzt. An der Kopfseite der Messbox ist ein Khl-/Heizofen (Fa. Kçttermann, Baureihe 2391) angebracht, der eine gesteuerte, variable Innenlufttemperatur sicherstellen kann. Zwischen dem Probekçper und den innenseitigen Messboxwnden stand ein ausreichend breiter Luftspalt zur Verfgung, der eine Luftumsplung des Versuchskçrpers gewhrleistete (Bild 20). Die Thermokamera wurde hierbei an der Stirnseite der Messbox in einer Beobachtungsçffnung bndig aufgesetzt. Whrend der Versuchsdurchfhrung sind in einem gleichbleibenden Abstand von jeweils drei Minuten Thermogramme aufgenommen worden (Bild 21).

Von einer weiteren interessanten Mçglichkeit der Thermografie zur Bestandsaufnahme von Konstruktionen wird in [34] berichtet. Neben den aus der Thermografieauswertung stammenden Informationen zur Detektion von versteckten Konstruktionen wurde durch vorab angebrachte und eingemessene Passpunkte eine Entzerrung mit nur einem Thermogramm erzielt (Bilder 22 und 23). Erstellung eines Untersuchungsberichts Zur Dokumentation der Thermografie-Untersuchungen ist im Regelfall ein Bericht anzufertigen. Grundstzlich hngen die Gestaltung und der Inhalt eines Untersuchungsberichts bzw. -protokolls von der jeweiligen Aufgabenstellung ab. Als Bestandteile eines Berichts sind im Allgemeinen folgende Angaben sinnvoll: – Zweck und Ziel der Thermografie und Beschreibung des Messobjekts (z. B. Aufbau der Konstruktion, schwere/leichte Bauweise usw.);

Bild 20. berblick ber den Versuchsaufbau, Ansicht des Prfkçrpers in der wrmegedmmten Messbox, rechts: Kopfplatte entfernt mit freiem Blick zum Prfkçrper [25]

288

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum

17. 11. 2007

Außenlufttemperatur

ca. 1 C

weitere Informationen

Innenlufttemperatur

ca. 1 C

Laborversuch in Klimabox, Beheizung einer Versuchsplatte aus Beton mit Auswertung von Temperaturen an vorgegebenen Messpunkten

17.11.07, 13.00 Uhr (Heizung: Ein)

17.11.07, 14.00 Uhr

17.11.07, 15.00 Uhr

17.11.07, 16.00 Uhr

17.11.07, 17.00 Uhr

17.11.07, 18.00 Uhr

Bild 21. Thermogramm-Sequenz der Versuchsreihe vom 17./18. 11. 2007, Darstellung als berlagertes Bild/Thermogramm im Stundentakt mit Angabe von Oberflchentemperaturen an den Auswertestellen (A bis C) [25]

Vorschriften, Richtlinien und Normen

5

Bild 22. Projektiver Entzerrungsprozess mithilfe zuvor angebrachter Referenzpunkte auf dem Messobjekt [34]

– Aufnahmezeitpunkt, Klimadaten, Besonderheiten whrend der Aufnahme und vor der Aufnahme (mindestens 24 h). Zur Beschaffung der Daten, wenn nicht selbst gemessen: Nutzung von Wetterdatenbanken aus dem Internet; – Angaben zur verwendeten Thermografietechnik und Software; – Thermogramme mit Lagebezug in Grundriss- oder Ansichtsplnen, reale Fotoaufnahmen; – Erluterung der Thermogramme, Bewertung, Angaben von Oberflchentemperaturen bzw. Temperaturunterschieden (Genauigkeit von absoluten Temperaturangaben sind zu beachten); – Schlussfolgerungen hinsichtlich der Aufgabenstellung.

289

Vorschriften, Richtlinien und Normen

Im Bereich des Themengebiets „Thermografie im Bauwesen“ wurden und werden von verschiedenen Organisationen, Verbnden und Normungsinstituten Dokumente verfasst, die im Folgenden vorgestellt werden. Zur Beurteilung des wrmetechnischen Verhaltens von Gebuden und Bauteilen wurde im Jahr 1983 die internationale Norm ISO 6781 [22], die sich mit dem Nachweis von Wrmebrcken in Gebudehllen mithilfe der Infrarottechnik beschftigt, herausgebracht. Diese ursprngliche Norm wurde der fortgeschrittenen Entwicklung angepasst und nach europischen Bedrfnissen modifiziert und liegt derzeit als DIN EN 13187, Ausgabe Mai 1999 [11] vor. In dieser Norm wird auf das grundlegende Prinzip der thermografischen Untersuchung von Gebudeteilen, der Durchfhrung von thermografischen Untersuchungen und der Auswertung von Thermogrammen eingegangen. Dieses vom Normenausschuss Bauwesen bearbeitete Werk gibt auch spezifische Hinweise, die bei der thermografischen Untersuchung von Gebudehllen beachtet werden sollten. Eine weitere Norm zum Thema Thermografie, die DIN 54190 – Thermografische Prfung, Teil 1 bis 3 [14–16], wurde vom Normenausschuss Materialprfung bearbeitet. In den Normenteilen wird einerseits auf allgemeine Grundlagen thermografischer berprfung (Vorgehen, Techniken, Anforderung an Personal usw.) und andererseits auf die Gertetechnik (technische Details von IR-Kameras und Anforderungen an die Kamerasysteme) und die in der Thermografie verwendeten Begrifflichkeiten eingegangen. Der Vollstndigkeit halber sei erwhnt, dass allgemeine Angaben zur Strahlungsphysik der Infrarotthermografie in den entsprechenden Teilen der Norm DIN 5031 [10]

Bild 23. Beispiel einer Entzerrung an einer Außenwandkonstruktion ([34], bearbeitet)

290

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

und sehr ausfhrlich in VDI/VDE 3511 – Technische Temperaturmessungen, Strahlungsthermometrie [33] enthalten sind. Weiterhin sei auch auf die von der ASTM (American Society for Testing and Materials) herausgegebenen Normen, wie z. B. ASTM C 1046 [2], ASTM C 1060 [3] und ASTM D 4788 [4] verwiesen. In diesen Publikationen werden fr spezielle praktische Anwendungsgebiete der Thermografie Hinweise gegeben. Weitere Hinweise bzw. Merkbltter zur Anwendung der Thermografie im Bauwesen wurden in Forschungsberichten (z. B. [23]) verçffentlicht oder von Fachverbnden aufgestellt (z. B. Merkbltter Deutsche Gesellschaft fr Zerstçrungsfreie Prfung DGZfP [6, 7] und Merkbltter vom Verband fr angewandte Thermografie e. V. [32], VATh). Des Weiteren werden von den Fachverbnden, externen Institutionen, Herstellern der IR-Kameras und Zertifizierungsgesellschaften Kurse angeboten, bei denen Neuanwender und bereits erfahrene Thermografen ihre Qualifikation und Erfahrung durch ein akkreditiertes Zertifizierungsunternehmen nachweisen kçnnen. Auch hierfr existieren Normen wie die DIN EN 473 – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal der zerstçrungsfreien Prfung [8] und speziell fr die Infrarot-Thermografie der Normentwurf der DIN 54162 – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal im Verfahren Infrarot-Thermografie [13].

6

Anwendung der Thermografie in der Bautechnik

6.1

Einleitung und Grundprinzipien

Ziel der Thermografie ist die Anfertigung von Momentaufnahmen, mit denen die Oberflchentemperatur bzw. -verteilung dargestellt wird. Anhand der Oberflchentemperaturverteilung kann ermittelt werden, wo wrmetechnische Unregelmßigkeiten – beispielsweise infolge von Wrmebrcken oder unterschiedlichen Feuchtegehalten oder Luftstrçmungen – in den die ußere Umschließungsflche bildenden Bauteilen vorhanden sind. Thermografieaufnahmen sollten zur umfangreichen Beurteilung des Gebudes immer von der Außen- und/oder von der Innenseite erstellt werden. Im Folgenden soll nur auf die in der Praxis berwiegend eingesetzte passive Thermografie eingegangen werden. Zur Anwendung der aktiven Thermografietechniken, wie zum Beispiel die Impuls-Thermografie bzw. die Puls-PhasenThermografie wird im Bauphysik-Kalender 2004 [35] ausfhrlich berichtet. Interessante Anwendungsgebiete der aktiven Thermografie im Bauwesen werden in [1] und [36] beschrieben. 6.1.1

Thermogramme – Außenaufnahmen

Zur Feststellung von Wrmebrckeneffekten werden Thermogramme oft von der Gebudeaußenseite auf-

gezeichnet. Dies ist gegenber Innenthermografien meist von Vorteil, um einen grçßeren Flchenbereich in einer berblickaufnahme zu erfassen. Zur Aufdeckung wrmetechnischer Unregelmßigkeiten muss zwischen der Innen- und Außenseite eine entsprechend große Temperaturdifferenz vorhanden sein. In der Fachliteratur wird im Allgemeinen eine minimale Temperaturdifferenz von etwa 15 K angegeben; je hçher dieser Wert ist, umso besser. Nimmt man eine mittlere Raumlufttemperatur von etwa q = 20 C an, sollten ab wrmeren Außenlufttemperaturen von etwa q = 5 C keine Thermografieaufnahmen mehr angefertigt werden. Thermografieaufnahmen kçnnen natrlich auch bei wrmeren Außenklimaten durchgefhrt werden. Potenzielle Fehlstellen zeichnen sich jedoch bei zu geringen Temperaturunterschieden nur noch sehr schwach oder berhaupt nicht mehr im Thermogramm ab. Da die thermografische Messung immer ein „Schnappschuss“ instationrer Verhltnisse darstellt, muss die oben genannte Temperaturdifferenz bereits vor der Messung vorhanden sein. Zur Einstellung eines hinreichend stationren Klimazustandes muss die Wetterlage (und natrlich das Innenklima) stabil sein. Als Erfahrungswert sind ca. 3 bis 5 Tage gleichbleibendes Klima ausreichend, schnell wechselnde Wetterlagen bieten keine Thermografiegrundlage. Auch im Tagesverlauf vor der Thermografieaufnahme sollten die Temperaturunterschiede gering und mçglichst gleichmßig gewesen sein, blicherweise werden etwa zwçlf Stunden als ausreichend erachtet [32]. Weist die Außen- oder Innenlufttemperatur im Tagesgang z. B. sehr große Schwankungen auf, so ist zu hinterfragen, ob das Messergebnis dann noch aussagekrftig ist. Ausreichend natrlich entstehende große Temperaturdifferenzen liegen in Deutschland in der Regel in den Wintermonaten bzw. von etwa Oktober bis April vor. Grundstzlich kçnnen die Temperaturdifferenzen natrlich auch knstlich erzeugt werden, ein Beispiel hierzu ist z. B. im „Leitfaden Thermografie im Bauwesen“ [19] dokumentiert. Werden Außenthermografien angefertigt, ist auf den Einfluss der Sonneneinstrahlung zu achten. Das Untersuchungsobjekt darf whrend und auch bereits einen ausreichenden Zeitraum vor der Messung nicht mit direkter Sonneneinstrahlung beansprucht worden sein. Dies ist einsichtig, da durch die eingebrachte Sonnenwrme eine direkte Oberflchenerwrmung auftritt und durch oberflchennahe Wrmespeichereffekte vorab beschienener Oberflchen ebenfalls Fehlinterpretationen auftreten kçnnen. blicherweise weisen insbesondere die massiven, wrmespeicherfhigen Wnde ein sehr trges Temperaturverhalten auf, das es zu beachten gilt. Eine Aufnahme bei direkter Sonneneinstrahlung verbietet sich meist, da die Sonnenstrahlung vom Bauteil reflektiert wird und in den Strahlengang der IR-Kamera fllt (vgl. Bild 24). Neben der direkten (Schatten werfenden) Sonneneinstrahlung kann auch die diffuse (stark gestreute, keinen Schatten werfende) Sonnen-

Anwendung der Thermografie in der Bautechnik

291

Bild 24. Bei Auswirkungen von Schattenwrfen und direkter Sonneneinstrahlung auf Thermogramme wie hier verbietet sich deren Auswertung

strahlung zu Fehlmessungen fhren, da Oberflchen auch durch diese ungerichtete Strahlung erwrmt werden. Ebenso wie die oben beschriebenen Effekte bei direkter Sonneneinstrahlung ist auch der langwellige Strahlungswrmeaustausch der thermografierten Flchen mit der Umgebung zu beachten. So kann es insbesondere bei klaren Nchten vorkommen, dass sich Oberflchentemperaturen einstellen, die auch unter der Temperatur der Außenluft liegen. Unterkhlungen der Oberflche gegenber der herrschenden Lufttemperatur von ca. 5 K werden hufig festgestellt, wobei tiefere Unterkhlungen durch den dann auftretenden Tauwasseranfall begrenzt werden. Ursache der Unterkhlung ist der Umstand, dass insbesondere bei einem wolkenlosen, klaren Nachthimmel sehr kalte Himmelstemperaturen (ca. – 80 C bis – 90 C) vorliegen und so der Strahlungswrmeaustausch mit den Gebudeoberflchen zu einer deutlich negativen Gesamtbilanz fr die im Strahlungsaustausch stehenden Gebudeteile fhrt. Als Folge stellen sich

insbesondere Dachflchen als stark unterkhlte Bereiche dar und tuschen auf dem Thermogramm einen guten Dmmstandard vor (vgl. Bild 25). Da die senkrechten oder abgeschatteten Wnde eine geringe „freie Sicht“ zum Himmel haben und zudem auch mit der terrestrischen Umgebung und den Nachbargebuden im Strahlungsaustausch stehen, fllt bei ihnen die Abkhlung meist nicht so markant auf (vgl. Bild 25). Ein ebenfalls auf die Wirkung des langwelligen Strahlungsaustausches zurckzufhrender Effekt wird als Strahlungsschatten bezeichnet. Durch Dachberstnde oder Vordcher wird der langwellige Strahlungsaustausch der Flchen mit der freien Atmosphre (dem Himmel) unterbunden. Infolge der meist positiveren Strahlungsbilanz gegenber nicht verschatteten Oberflchen sind diese Flchen meist wrmer und bilden sich auch im Thermogramm entsprechend ab (Bild 26). Ergnzend hierzu berlagert sich im Bereich der Dachberstnde (und Fenster) ein weiterer Effekt: Infolge der an den Glasoberflchen aufsteigenden Warmluft

Bild 25. Unterkhlung der Dachflche bei kaltem, klarem Nachthimmel. Tiefe Oberflchentemperaturen tuschen einen guten Dmmstandard des Daches vor. Anmerkung: ber dem linken Fenster fllt ein Betonsturz als stoffliche Wrmebrcke auf

292

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Bild 26. Strahlungsschatten oberhalb der Fenster und an der Seitenwand des Eingangs, gekennzeichnet sind sie durch hçhere Oberflchentemperaturen und werden durch die an den Fenstern aufsteigende wrmere Luft berlagert

bilden sich im oberen Fensterbereich und unter Vorsprngen Wrmeinseln. In Bild 26 sind beide Effekte gut im Außenwandbereich des berdachten Eingangs zu erkennen: Gegenber dem anschließenden linken Fensterbereich fehlt ber dem Eingang die „strkere“ Erwrmung durch die aufsteigende Warmluft. Gleichwohl ist auch ber dem Eingangsbereich ein Strahlungsschatten mit etwas hçheren Temperaturen erkennbar. Die Oberflchentemperaturen auf Baukçrpern werden sehr stark durch die Wirkung des konvektiven Wrmebergangs beeinflusst. Bei der Anfertigung von thermografischen Aufnahmen sind daher auch die Windverhltnisse zu beachten. Hierbei ist je nach Aufgabenstellung zu entscheiden, ob der herrschende Wind bzw. die starke nderung der Windintensitt einen Einfluss auf das Untersuchungsziel hat. Anhaltspunkte fr maximale Windgeschwindigkeiten werden mit 1 m/s in [32] und bis zu 6,7 m/s (15 mph) in [3] angegeben. Aus oben genannten Randbedingungen ergibt sich daher bei Außenaufnahmen meist die praktische Notwendigkeit, Thermografien in den frhen Morgenstunden (zweite Nachthlfte) und noch vor dem Sonnenaufgang anzufertigen. Die frhen Morgenstunden sind der Nacht

vorzuziehen, weil am Morgen im Regelfall die khlsten Temperaturen durch die lngste Auskhlungszeit vorliegen. Das Winterhalbjahr ist daher fr bliche Bauthermografien die beste Jahreszeit. 6.1.2

Thermogramme – Innenaufnahmen

Werden Thermogramme von der Innenseite aufgenommen, wird gegenber der Aufnahme von außen meist nur ein kleiner flchenmßiger Teil der Außenwnde erfasst, wobei vorhandene Wrmebrckenphnomene durch die bessere geometrische Auflçsung (geringerer Aufnahmeabstand) meist detailreicher abgebildet werden (vgl. Bild 27). Vielfach wird jedoch die Ansicht durch Mçbel oder sonstige Einrichtungsgegenstnde eingeschrnkt, sodass unter Umstnden ein hçherer Vorbereitungsaufwand zur Durchfhrung der Thermografie notwendig ist. Von der Innenseite aufgenommene Thermografien bieten aber den Vorteil, dass in bewohnten Gebuden eine relativ gleichmßige Raumtemperatur ber einen lngeren Zeitraum vorherrscht und dass die bei den Außenaufnahmen dargestellten Witterungseinflsse nicht di-

Bild 27. Innenthermografie einer Außenwandecke mit gut detektierbarem Temperaturabfall im Eckbereich

Anwendung der Thermografie in der Bautechnik

rekt oder nur in abgeschwchter Form zu bercksichtigen sind. So ist es meist mçglich, die Innenthermografieaufnahmen auch am Tage durchzufhren. Bei ausgebauten Dachgeschossen mit hinterlfteten Dchern bzw. hinterlfteten Außenwandkonstruktionen und Kellern wird man erfahrungsgemß zudem nur durch Innenthermografien zu fundierten Bewertungen der Thermogramme gelangen. Weiterhin bietet die Innenthermografie auch insbesondere im Zusammenspiel mit der Blower-Door-Technik vielfltige Mçglichkeiten, Mngel der Luftundurchlssigkeit zu erkennen. 6.2

Anwendung der Thermografie

Sehr hufig werden Thermografien zur Detektion von Wrmebrcken angefertigt bzw. die Untersuchungen zeigen, dass als Ursache die Wirkung einer Wrmebrcke vorliegt. Als Wrmebrcken werden çrtlich begrenzte Bereiche in raumabschließenden Bauteilen verstanden, an denen ein erhçhter Wrmefluss von der wrmeren zu der weniger warmen Seite hin auftritt. Das Vorhandensein von Wrmebrcken kann folgende Auswirkungen haben: – erhçhter Wrmeverlust, – verringerte Oberflchen-Innentemperatur im Bereich der Wrmebrcken im Vergleich zu ungestçrten Bauteilflchen mit der Gefahr von Tauwasser- und Schimmelpilzbefall, – aufgrund der verringerten Oberflchen-Innentemperatur kann die thermische Behaglichkeit beeintrchtigt werden. In der Bauphysik werden die folgenden Arten von Wrmebrcken unterschieden. 6.2.1

Stoffbedingte Wrmebrcken

Stoffbedingte Wrmebrcken liegen vor, wenn Materialien deutlich unterschiedlicher Wrmeleitfhigkeiten l vorhanden sind.

Bild 28. Definition einer stofflich begrndeten Wrmebrcke

293

Ein Vergleich der in Bild 28, rechts abgebildeten Temperaturverteilung auf der Außen- und Innenseite zeigt, dass die Oberflchentemperaturdifferenzen zwischen gestçrtem und ungestçrtem Wandbereich auf der Innenseite deutlich grçßer sind. Dies ist ein Grund, dass durch Thermografieren auf der Innenseite eine meist detailreichere Beurteilung einer Wrmebrcke mçglich ist. 6.2.2

Geometrische Wrmebrcken

Geometrische Wrmebrcken sind dadurch gekennzeichnet, dass einer kleinen Wrmeeinleitungsflche Ai auf der Innenseite eine sehr viel grçßere Flche Ae auf der Außenseite gegenbersteht (Bild 29). Im Eckbereich fhrt dies zu einem insgesamt hçheren Wrmedurchgang und somit im gestçrten Eckbereich zu geringeren Oberflchentemperaturen. Bei dreidimensionaler Betrachtung der Wrmebrckenwirkung (z. B. Detail Wandecke-Deckeneinbindung) ist der Einfluss naturgemß am grçßten. Wie auch bereits bei den stofflichen Wrmebrcken festgestellt, ist beim Thermografieren von der Innenseite infolge der besseren Temperaturauflçsung eine meist detailreichere Beurteilung der geometrischen Wrmebrcke mçglich. Weiterhin kçnnen auch Mischarten von geometrischen und stofflich begrndeten Wrmebrcken auftreten (z. B. auskragende Stahlbetonplatten eines Balkons in Mauerwerkswnden, Bild 30). Aufgrund der oben beschriebenen Definitionen ist erkennbar, dass Wrmebrcken in jedem Gebude vorhanden und auch nicht vermeidbar sind. Im Rahmen einer fachgerechten Planung und Ausfhrung sollte jedoch eine wrmebrckenarme Konstruktion erzielt werden (Beurteilung z. B. ber DIN 4108-2 [9] bzw. DIN EN ISO 13788 [12]). Das bedeutet, dass die negativen Auswirkungen von Wrmebrcken, wie die erhçhten Wrmeverluste und die niedrigen raumseitigen Oberflchentemperaturen, auf ein unkritisches Maß reduziert werden. Da unschdliche Wrmebrcken grundstzlich

294

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Bild 29. Definition einer geometrisch begrndeten Wrmebrcke

Bild 30. Typischer Vertreter einer mçglichen schadenstrchtigen Wrmebrcke: auskragende Stahlbetonplatte eines Mauervorsprungs, hier ohne thermische Entkopplung ausgefhrt

nicht vermeidbar sind, ist es sinnvoll, sich mit dem Aussehen typischer und schadensfreie Wrmebrcken in Thermogrammen zu beschftigen. 6.2.3

Typische Thermogramme schadenfreier und dem Errichtungszeitpunkt entsprechenden Konstruktionen

In der praktischen Bauthermografie ist es aufgrund der Genauigkeit der verwendeten Kameratechnik (typische Vorgabe der Kamerahersteller zu Genauigkeiten: – 2 K oder – 2 % vom Ablesewert), den nicht genau bekannten Emissionsgraden der Oberflchen und dem Einfluss der Umgebungsstrahlung meist nicht mçglich, die Absoluttemperaturen exakt zu bestimmen. Dies ist aber im Regelfall auch nicht notwendig, da in der Praxis die mit den heutigen Kameras sehr gut zu detektierenden Temperaturunterschiede zwischen den Bauteiloberflchen Aussagen ber die Konstruktion zulassen. Das Prinzip beim Thermografieren besteht nach DIN EN 13187 [11] darin, zunchst das Thermogramm fachgerecht aufzunehmen, die Oberflchentemperaturvertei-

lung auf Aufflligkeiten und Anomalien zu prfen und falls zutreffend die Art und den Umfang zu bewerten. Aufflligkeiten kçnnen zum Beispiel auf mangelhafte Wrmedmmung, Durchfeuchtungen der Konstruktion oder auf die Wirkung von Luftstrçmungen zurckgefhrt werden und ußern sich z. B. durch atypisch große Temperaturdifferenzen im Thermogramm. Vom Thermografen sind dann aufgrund seines Fachwissens ber die Konstruktion und den bei der Thermografie vorhandenen Randbedingungen die erhaltenen Temperaturverteilungen mit einer sich aus den Randbedingungen erwarteten Temperaturverteilung zu vergleichen. Fr die erwarteten Temperaturverteilungen kçnnen Referenzthermogramme, Berechnungen oder andere Untersuchungen herangezogen werden. Es ist einsichtig, dass es aufgrund der Vielzahl von Baukonstruktionen kaum mçglich sein wird, fr alle Konstruktionen Referenzthermogramme zu bestimmen. Vom Thermografen ist daher unter Beachtung der bekannten Randbedingungen und nicht zuletzt mithilfe des jeweiligen Erfahrungsschatzes zu entscheiden, ob die Thermogramme als normal oder als auffallend zu bewerten sind.

Anwendung der Thermografie in der Bautechnik

295

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum

13. 11. 2005 nachts

Außenlufttemperatur

ca. 2 C

Innenlufttemperatur

ca. 22 C

weitere Informationen sanierter Anbau (Außenwnde: WDVS, d = 10 cm, WLG 040; flach geneigtes Dach d = 20 cm, WLG 035), unterkellert

Bild 31. Schadenfreier Außenwandeckbereich eines mit WDV-System gedmmten Gebudes im Thermogramm, Besonderheiten: Strahlungsschatten unter berdach erkennbar, Wandseite zum Garten besitzt grçßeren Sichtfaktor zum Himmel (ist daher klter)

Da Temperaturunterschiede infolge von Wrmebrcken systemimmanent auch an schadenfreien Konstruktionen auftreten (vgl. obigen Abschnitt), sollen an dieser Stelle auch einige Thermogramme nachweislich schadenfreier Konstruktionen gezeigt werden. Bei jeder Außenwandecke ist durch die geometrische Wrmebrckenwirkung eine Absenkung der innenseitigen Oberflchentemperatur im direkten Eckbereich zu beobachten (vgl. Bild 29). Diese Tatsache ist bei jeder Außenwandecke zu beobachten. Ein bliches Vorgehen beim Thermografieren ist es, die Temperatur im Eck-

bereich mit der Temperatur im ungestçrten Bereich zu vergleichen. Bei schadenfreien Konstruktionen wird die Differenz zwischen den Temperaturen nicht besonders groß ausfallen (ca. 2 bis 3 K), zudem steigt die Oberflchentemperatur außerhalb der Ecke wieder schnell an. Weiterhin zeigen sich die Temperaturen in den angrenzenden, ungestçrten Wandbereichen eher strukturlos und relativ gleichmßig (vgl. Bild 32). Tritt hingegen wie z. B. in Bild 27 ein grçßerer Unterschied zwischen Eckund Wandbereich auf (und ist keine schlssige Begrndung vorhanden), kçnnte dieser Bereich eine Schwach-

Bild 32. Schadenfreier Außenwandeckbereich im Bad, Innen-Thermogramm der Wandecke aus Bild 31, Temperaturdifferenz in der Ecke zum ungestçrten Wandbereich: ca. 1,5 K

296

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 27. 01. 2005 abends

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 0 C

ca. 22 C

weitere Informationen ./.

Bild 33. Schadenfreier Außenwandeckbereich mit zugehçrigem Thermogramm

stelle darstellen und sollte nher untersucht werden (vgl. Bauphysik-Kalender 2001 [21] und 2003 [28]). Ein weiteres Beispiel einer unkritischen Außenwandecke zeigt Bild 33. Die Temperatur im Eckbereich ist etwa drei Kelvin geringer als im Flchenbereich, steigt aber außerhalb des Außenwandeckbereiches relativ schnell wieder an. Auch diese Außenwandecke zeigt das typische Aussehen schadenfreier Konstruktionen.

Wie bereits oben beschrieben wurde, ist das jeweils erstellte Thermogramm mit der erwarteten Temperaturverteilung zu vergleichen. Es ist einsichtig, dass bewohnte Gebude lterer Erbauungsjahre mit anderen oder keinen Anforderungen an den Wrmeschutz sich im Thermogramm anders darstellen mssen als Gebude, die den neuesten Wrmdmmstandard einhalten oder berbieten.

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 28. 01. 2007 mittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 1 C

ca. 20 C

weitere Informationen bedeckter Himmel

Bild 34. Außenthermografie eines schadenfreien Niedrigenergiehauses mit modernem Wrmedmmstandard. blicherweise zeichnen sich nur wrmere Fensterrahmen thermisch ab. Der Flchenbereich zeigt sich im Regelfall strukturlos

Anwendung der Thermografie in der Bautechnik

Werden schadenfreie Gebude mit hohem Wrmedmmstandard (z. B. Niedrigenergiestandard) thermografiert und nach den Gestaltungsregeln fr die Darstellungsneutralitt aufbereitet, zeigen die Thermogramme nur sehr schwach erkennbare thermische Strukturen. Als typische Merkmale sind hufig die etwas wrmeren Rahmen der Fenster erkennbar. Die Oberflchentemperaturen entsprechen etwa der herrschenden Umgebungstemperatur (Bild 34).

Bei lteren Gebuden werden hufig die Anforderungen zur Verbesserung der energetischen Qualitt im Kompromiss zu den wirtschaftlichen Randbedingungen betrachtet. Es ist daher nicht selten, dass (zunchst) nur die Außenwnde mit einer zustzlichen Wrmedmmung versehen werden. Der energetisch durchaus wnschenswerte Austausch von Fenstern wird noch nicht durchgefhrt. In Thermogrammen stellen dann die Fensterflchen und der Rahmen die Schwachstelle

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 25. 03. 2009 frh

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 0 C

ca. 18 C

weitere Informationen Außenlufttemperatur 24 h vor Messung: – 3 C bis 0 C

Bild 35. Außenthermografie eines im Flchenbereich mit einem WDVS sanierten Gebudes (Turnhalle), die Fenster und Rahmen (Hausmeister-Werkstatt) stellen die verbliebenen energetischen Schwachstellen dar

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 25. 03. 2009 frh

297

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 0 C

ca. 18 C

weitere Informationen Außenlufttemperatur 24 h vor Messung: – 3 C bis 0 C

Bild 36. Außenthermografie eines in den 1960er-Jahren errichteten Gebudes (Turnhalle). Die gegenber der Ausfachung besser wrmeleitende Rahmenkonstruktion erzeugt einen deutlichen thermischen Kontrast

298

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

dar, die sanierten Wandflchen erscheinen als strukturlose gut wrmegedmmte Flchen (vgl. Bild 35). Das Thermogramm in Bild 35 zeigt auch keine punktuellen Wrmebrcken durch Befestigungsmittel, hier wurde das WDVS nur geklebt und nicht verdbelt. Im Vergleich zu den vorherigen Gebuden zeigt sich ein aus den 1960er-Jahren stammendes Bestandsgebude in Skelettbauweise mit Mauerwerksausfachungen stark thermisch strukturiert. Als typisch fallen die hçheren Wrmeverluste durch die massive Rahmenkonstruktion auf (Bild 36). Die Beispiele schadensfreier und dem Errichtungszeitpunkt entsprechender typischer Thermogramme kçnnte noch weiter ergnzt werden, dokumentierte Beispiele hierzu finden sich im „Leitfaden Thermografie im Bauwesen“ [19] oder in der Publikation „Interpretation von Wrmebildern“ [30].

7

Praxisbeispiele

Im Folgenden werden Beispiele zur Anwendung der Thermografie dokumentiert, um die Mçglichkeiten und Einsatzbereiche der Thermografie aufzuzeigen. Weiterhin wird in den Abschnitten auf die jeweils zu beachtenden Randbedingungen eingegangen. 7.1

Außenwandecke mit auskragender Betondecke

In einem Mehrfamiliengebude (Baujahr 1962) wurden Tauwasser- und beginnende Schimmelpilzbildungen im Außenwand-Eckbereich eines Arbeitszimmers gergt. Im Rahmen der Ursachenfindung wurde eine Thermografieuntersuchung des betreffenden Wandbereichs vorgenommen (Bilder 37 und 38). Die Aufnahme in Bild 39

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 22. 12. 2004 abends

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. – 1 C

ca. 22 C

weitere Informationen Innenaufnahme, stabile Kaltwetterlage ber einen lngeren Zeitraum

Bild 37. Deckenixel der Außenwandecke

Bild 38. Thermogramm Eckbereich – mit der Auswertesoftware ist die Darstellung einzelner Bezugstemperaturen entlang des Decken-Wandbergangs bzw. permanent entlang einer Bezugslinie mçglich

Praxisbeispiele

299

des Fenstersturzes) Wrmebrcke vor. Anzumerken ist, dass zur Errichtung des Gebudes die konstruktive Trennung auskragender Bauteile noch nicht Stand der Technik war und auch der Wrmedmmstandard zum damaligen Zeitpunkt nicht mit den heutigen Anforderungen vergleichbar ist (vgl. Bild 40). Hinsichtlich der Nutzung wurde den Mietern empfohlen, das im Eckbereich angestellte Regal (vgl. Bild 37) weiter vom kritischen Eckbereich abzurcken. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der Eckbereich durch die Verringerung des Wrmebergangwiderstandes auf der Wandinnenseite besser erwrmt wird.

Bild 39. Außenansicht mit der im Balkonbereich durchlaufenden Betondecke

zeigt eine von der Innenseite aufgenommene, außenseitig an einen Balkon angrenzende Wandecke des Arbeitszimmers. Aus dem innenseitig aufgenommene Thermogramm ist eine deutliche Abkhlung der deckennahen Außenwand bzw. der angrenzenden Deckenbereiche (Differenz zum ungestçrten Wandbereich etwa 5 K) zu erkennen. Urschlich fr die festgestellte starke Abkhlung auf der Wandinnenseite ist die geometrische Ausbildung der Konstruktion im hervorspringenden Eckbereich. Neben der nicht vermeidbaren geometrischen Wrmebrckenbildung der Wandecke schließt oberhalb der Außenwandecke die thermisch nicht getrennte Betondeckenkonstruktion an (hnlich wie in Bild 30 dargestellt). Es liegt somit eine geometrische (durch die Ecke) und stoffliche (infolge der durchgehenden Deckenplatte und

7.2

Ungedmmter Fenstersturz

Eine typisch stoffbedingte Wrmebrcke liegt bei Bauteilen mit unterschiedlichen Wrmeleitfhigkeiten vor (vgl. Abschn. 6.2.1). Als klassischer Vertreter der stoffbedingten Wrmebrcke kann ein ungedmmter Betonfenstersturz angesehen werden. Ein derartiges Bauteil ist in Bild 41 bzw. 42 als Thermogramm gezeigt. Im Thermogramm ist die Wrmebrckenwirkung des Betonsturzes durch die deutlich erhçhte Oberflchentemperatur sichtbar. So betrgt die Oberflchentemperatur etwa qse = 5,3 C gegenber der nahezu ungestçrten Wandoberflchentemperatur mit qse = 1,1 C. Eine weitere Wrmebrcke ist am bergang Keller-/ Erdgeschoss zu erkennen. Hierbei ist zu beachten, dass im Keller die Heizungsanlage (lheizung) installiert ist, die eine erhebliche Abwrme produziert und somit eine Deutung der hohen Oberflchentemperaturen erst mçglich macht. Dem Eigentmer des Gebudes wurde mithilfe der Aufnahmen der wrmetechnische Zustand des Gebudes

Bild 40. Geometrie und Aufbau der Wandecke, Horizontalschnitt unterhalb der Deckeneinbindung

300

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum

13. 11. 2004 nachts

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 0 C

ca. 22 C

Bild 41. Mauerwerkskonstruktion mit ungedmmtem Fenstersturz (Stahlbeton), zum Errichtungszeitpunkt war die wrmegedmmte Ausfhrung noch nicht Stand der Technik

weitere Informationen Außenaufnahme, Klimarandbedingungen stabil (Außenlufttemperaturen um 0 C lagen bereits 4 Tage lang an)

Bild 42. Thermogramm mit vertikaler Temperaturverteilung. Zum Zeitpunkt der Aufnahme (nachts) war die Jalousie des Fensters geschlossen, im Keller befindet sich die Heizungsanlage des Wohnhauses. Durch die Abwrme ist der Keller erwrmt

mit den vorhandenen Schwachstellen aufgezeigt. Eine signifikante Verbesserung der vorgefundenen Situation ist nur durch die Aufbringung einer Wrmedmmung mçglich. Hierbei ist natrlich die Wirtschaftlichkeit, d. h. die zu erwartende Energieeinsparung im Verhltnis zu den Kosten der Dmm-Maßnahme zu beachten. Stehen ohnehin Renovierungs- oder Umbaumaßnahmen

an, sollte man auch ber den meist (geringeren) Mehraufwand fr Wrmedmm-Maßnahmen nachdenken. Hierbei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Gesetzgeber bei bestimmten Baumaßnahmen oder Eigentmerwechseln an Bestandsbauten Maßnahmen zur Verbesserung des Wrmedmmstandards fordert (EnEV).

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 14. 01. 2006 mittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. – 1 C

ca. 24 C

weitere Informationen Temperatur 24 h vor Aufnahme ca. – 2 C bis 0 C

Bild 43. Thermogramm von einem Bad – aufflliger Abfall der Oberflchentemperatur am oberen Rand. Begrndung des Bauherrn: Zum Mauern der oberen Schichten der Außenwand wurden besser wrmeleitende Mauerklinker verwendet

Praxisbeispiele

7.3

Verschiedene Materialien in einer Mauerwerkswand

Bei der Thermografie eines in den 1980er-Jahren in Eigenregie erstellten Wohnhauses im heutigen Land Brandenburg wurde ein Thermogramm im Bad aufgenommen (vgl. Bild 43). Als auffallend ist der Wandbereich unter der Decke zu erkennen. Die Nachfrage beim Eigentmer ergab, dass beim Bau des Bades Mauerklinker mit einer deutlich hçheren Rohdichte und Wrmeleitfhigkeit benutzt wurden. Als Grund fr diese Maßnahme wurde angegeben, dass zur damaligen Zeit die Zuteilung der Mauersteine im Wohnungsbau reglementiert war und letztlich die noch verfgbaren Klinker benutzt wurden (Mangelwirtschaft). Die Ursache der im Thermogramm aufflligen Temperaturanomalie wurde so schnell aufgeklrt. Die Erfahrungen bei vielen Thermografien zeigen, dass viele Aufflligkeiten mithilfe der Eigentmer begrndet werden kçnnen.

7.4

301

Darstellung von Fenstern im Thermogramm

Fensterkonstruktionen gehçren wie die Außenwnde zu den am hufigsten thermografierten Konstruktionen. Eine Eigenschaft von Glas ist es, fr kurzwellige Strahlung durchlssig zu sein, fr langwellige Wrmestrahlung jedoch nicht (vgl. Bild 44). Die strahlungstechnischen Eigenschaften von Glas sind in Bild 45 dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Transmissionsgrad t im sichtbaren und im angrenzenden infraroten Bereich besonders groß und somit „durchsichtig“ erscheint. Den physikalischen Gesetzen folgend ist der Emissionsgrad e in diesen Wellenlngenbereichen klein (vgl. Gl. 6). Ab einer Wellenlnge von etwa l = 4,5 mm steigt der Emissionsgrad e auf gleichmßigere Werte nahe 1 an, der Transmissionsgrad t ist sehr klein. Gleichwohl ist zu beachten, dass Glas ber die Eigenschaft der spiegelnden Reflexion verfgt, Beispiele hierzu sind in den Bildern 7 und 8 bereits gezeigt.

Bild 44. Normales Fensterglas ist fr langwellige, infrarote Wrmestrahlung kaum durchlssig – fr Wellenlngen im sichtbaren Bereich jedoch sehr gut

Bild 45. Emissions-, Transmissions- und Reflexionsgrad von Glas in Abhngigkeit von der Wellenlnge l [mm], es gilt bei jeder Wellenlnge l: e + t + r = 1

302

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 25. 03. 2009 frh

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 0 C

ca. 15 C

weitere Informationen Außenlufttemperatur 24 h vor Messung: – 3 C bis 0 C

Bild 46. Einfachverglasung einer Turnhalle im Thermogramm

Fensterkonstruktionen stellen gegenber der Wandkonstruktion fast immer eine wrmetechnische Schwachstelle dar. Je nach Erbauungsjahr und Nutzung kçnnen die eingesetzten Fenstertypen aufgrund ihrer energetischen Wirkung grob erkannt werden. Ein Beispiel mit Einfachverglasung ist im Thermogramm einer beheizten Turnhalle gezeigt. Die Wrmeverluste ber die Fensterscheiben sind gegenber

dem Rahmenmaterial grçßer. Wie das Thermogramm in Bild 46 zeigt, besitzt sogar eine als Notverglasung eingebrachte dnne Holzplatte eine bessere Wrmedmmung als die Einfachfachverglasung. Wrmeschutztechnisch ltere Doppelverglasungen und moderne mit einer IR-reflektierenden Schicht ausgestatteten Wrmeschutzverglasungen sind zusammen in Bild 47 zu sehen. Das Thermogramm zeigt ein Rei-

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 22. 03. 2007 frh

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 2 C

ca. 25 C

weitere Informationen durch den Bauherrn wurde fr die Thermografie die Heizung ber dem Normalniveau betrieben

Bild 47. Thermogramm eines Reihenhauses mit bereits wrmegedmmtem Dachaufbau und Wrmeschutzverglasung, Fenster im Obergeschoss als (ltere) Doppelverglasung ausgefhrt, beim rechten Nachbargebude ist die positive Wirkung von heruntergefahrenen Rollladenksten sichtbar

Praxisbeispiele

303

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 01. 03. 2002 frh

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 2 C

ca. 32 C

weitere Informationen hohe Innenlufttemperaturen bedingt durch Schwimmbad

Bild 48. Auskragender Stahltrger wird ungedmmt durch die Fassade gefhrt, die Wrmebrckenwirkung durch die Temperaturerhçhung am Durchstoßpunkt ist deutlich sichtbar

henhaus, bei dem der Dachbereich bereits wrmegedmmt ist und die Dachgaube mit einer modernen Wrmeschutzverglasung U » 1,1 [W/(m±K)] versehen wurde. Im Obergeschoss sind hingegen die lteren Doppelverglasungen noch nicht ausgetauscht, sodass bei vergleichbaren Innentemperaturen der Unterschied deutlich wird. Beim rechten Nachbargebude ist zudem die positive Wirkung von in der Nacht geschlossenen Rollladenksten auf die Wrmeverluste zu erkennen. Die Oberflchentemperatur entspricht in etwa der Temperatur der angrenzenden Wandkonstruktion. In einer von den Rolladenksten-Herstellern beauftragten Studie wird von einer Verbesserung des resultierenden U-Wertes bei geschlossenen Rollladenksten von ca. 10 bis 25 % ausgegangen [18]. Bei der Thermografie von Verglasungen ist immer zu bercksichtigen, dass unterschiedliche Fensteroberflchentemperaturen nicht zwangslufig verschiedene Fensterqualitten bedeuten mssen. Hierfr kçnnen auch unterschiedliche Raumtemperaturen, unter dem Fenster liegende Heizquellen, Vorhnge vor den Fenstern und die bereits erwhnten spiegelnden Reflexionen urschlich sein. Die Thermografie kann aber fr

eine erste Begutachtung einen Anhaltspunkt liefern, im Regelfall sollte die Bestimmung der Fensterqualitt durch weitere Untersuchungen besttigt werden (z. B. Fensterstempel, Schichtenbestimmung, Herstellernachweis). 7.5

Stahltrger ohne thermische Trennung durch Fassade gefhrt

Besonders kritische Wrmebrckenwirkungen kçnnen an Bauteilen entstehen, die aufgrund der Materialauswahl eine hohe Wrmeleitfhigkeit aufweisen. In Bild 48 ist ein Stahltrger gezeigt, der aus einem besonders warmen Innenraum (Schwimmbad) ungedmmt nach außen gefhrt wurde. Im Durchstoßungsbereich wurden Undichtigkeiten bzw. Unterbrechungen der Wrmedmmebene festgestellt. Im Thermogramm ist die Wrmebrckenwirkung im Bereich der Trgerdurchfhrung veranschaulicht. blicherweise werden derartige Wrmebrcken durch Hilfskonstruktionen thermisch getrennt, um die Wrmeleitung gezielt zu unterbrechen bzw. zu verringern. Eine zum Anschluss von zwei Stahlprofilen geeignete Konstruktion ist exemplarisch in Bild 49 dargestellt.

Bild 49. Mçglichkeit der thermischen Trennung von Stahltrgern (Fa. Schçck, Baden-Baden)

304

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 18. 10. 2005 frh

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 6 C

ca. 22 C

weitere Informationen ./.

Bild 50. Thermografie eines thermisch getrennten Stahltrgers

Vergleichend ist in Bild 50 eine Thermografie eines thermisch getrennten Stahltrgerprofils gezeigt. Durch die thermische Trennung ist keine signifikante Erwrmung des von innen nach außen durchgefhrten Stahltrgers zu erkennen. Neben den erhçhten Wrmeverlusten, der Problematik der Schimmelpilzbildungen und der mçglichen Zerstçrung der Baukonstruktion ist im Innenraum von Schwimmbdern dem Abtropfen von entstandenem Tauwasser Beachtung zu schenken. Hierbei wird es von den Gsten als ußerst unangenehm empfunden, wenn Tauwasser von Bauteiloberflchen abtropft. Zudem wird die Tauwasserbildung von Laien auch vielfach als Undichtigkeit an der Konstruktion gedeutet. Praktische Bedeutung hat dies insbesondere auch bei Glaskuppeln und Oberlichtern, die meist systemimmanent eine schlechtere Wrmedmmung als die opaken

Bauteile aufweisen und an denen am ehesten ein Tauwasseranfall zu beobachten ist. Diese Bauteile sollten daher ber Warmluftschleier zur Verhinderung von Tauwasserbildung oder ber eine kontrollierte Wasserableitung durch Rinnen verfgen. Kann die Tauwasserbildung auf herkçmmliche Weise nicht verhindert werden, ist es auch in Einzelfllen mçglich, eine Beheizung der Wrmebrcken, z. B. durch selbstregulierende Heizbnder, zu realisieren (vgl. auch [24]). 7.6

Fehlende Wrmedmmung an einer Laibung

An einer Fensterkonstruktion in einem Schlafzimmer eines Mietobjekts wurden Schimmelpilzbildungen am bergang Fensterrahmen/Laibung bemngelt (Bild 51). Im Rahmen einer gutachtlichen Stellungnahme sollten die Ursachen der Schimmelpilzbildung – baukonstruk-

Bild 51. berblick ber das Gebude mit einer Verblenderfassade. Am bergang Fensterrahmen zur Wandlaibung wurden vom Mieter Schimmelpilzbildungen gergt

Praxisbeispiele

305

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 09. 01. 2008 nachmittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 5 C

ca. 19 C

weitere Informationen Außenlufttemperatur 24 h vor Messung: 3 C bis 7 C

Bild 52. bergang zwischen Laibung und Rahmen: hier zeigt sich die Temperaturverteilung ungewçhnlich khl. Anmerkung: Durch die Wirkung der spiegelnden Reflexion sieht sich der Thermograf hufig selbst im Thermogramm

tive oder nutzerbedingt verursacht – gefunden werden. Neben anderen Untersuchungs- und Messmethoden wurde auch hier die Thermografietechnik als Hilfsmittel eingesetzt. Im Rahmen der thermografischen Untersuchung wurden Außen- und Innenaufnahme vorgenommen. Im Thermogramm war auffllig, dass am bergang zwischen Fensterrahmen und Laibung ein schmal begrenzter khlerer Bereich sichtbar wurde (Bild 52). Nach Auswertung der Thermogramme und mit Kenntnis der geplanten Konstruktion wurde in der gutachtlichen Stellungnahme die Vermutung einer eventuell fehlenden Wrmedmmung an der Laibung geußert. Von der Baufirma wurde daraufhin die ußere Verblechung geçffnet und nicht vollstndig an die Laibung gefhrte Wrmedmmung vorgefunden (vgl. Bild 53).

Bild 53. ffnung der außenliegenden Verblechung, mit Vergrçßerung: Wrmedmmung war nicht vollflchig im Bereich der Laibung verlegt

7.7

Thermografie zur Lokalisierung von Luftundichtigkeiten

Dachgeschossausbau in Trockenbauweise In einer Wohnung im Dachgeschoss wurden Zugerscheinungen und nicht ausreichend zu beheizende Rume bemngelt. Nach Abschluss der Voruntersuchungen und Feststellung der Konstruktion (Stnderbauweise und Gipskartonbeplankung) wurden ergnzend Thermografieaufnahmen in Verbindung mit einer BlowerDoor-Untersuchung durchgefhrt (Bilder 54–56). Die Thermografieuntersuchungen wurden zunchst im normalen Nutzungszustand durchgefhrt, d. h. ohne Aufbringung eines Unter-/oder berdrucks. Im Anschluss daran wurde eine Blower-Door-Messung mit Unterdruck durchgefhrt, bei der die kalte Außenluft durch eventuell vorhandene Fehlstellen nach innen eindringen konnte. Beim Eindringen der kalten Außenluft khlen sich die warmen Konstruktionsbauteile ab und kçnnen im Thermogramm sichtbar gemacht werden. Bedingt durch die leichte Wandkonstruktion mit geringer speicherfhiger Masse kam es zur raschen Abkhlung der zuvor erwrmten Bereiche. Als besonders markante Fehlstellen wurden der Drempelanschluss, der nachtrgliche Fensteranschluss des Dachflchenfensters und die in den Außenwnden angeordneten Hohlwanddosen erkannt. Die Undichtigkeiten wurden hierbei deutlich durch Luftbewegungen in den Rumen wahrgenommen. Urschlich fr die Undichtigkeiten sind Fehler bei der Eindichtung der innenseitig angebrachte Dampf- und Winddichtigkeitsschicht. Dadurch konnte warme Innenluft nach außen gelangen bzw. Kaltluft in den Innenraum eindringen. Neben der energetischen Ver-

306

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

a)

b)

Bild 54. a) Prinzip der Differenzdruck-Prfung (umgangssprachlich auch Blower-Door-Prfung), hier Unterdruckregime, b) eingebaute Blower Door bei der berdruckprfung

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 29. 01. 2007 mittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 3,5 C

ca. 21 C

weitere Informationen Temperatur 24 h vor Thermografie: ca. – 2 C bis – 3 C

Bild 55. Untersuchungsstelle am Drempelanschluss vor und nach Beaufschlagung durch einen Unterdruck mit der Blower Door, im Eckbereich ist eine deutliche Abkhlung (Luftuntersplung) der Trockenbauwand zu erkennen

Praxisbeispiele

307

Bild 56. Untersuchungsstelle im Bereich einer Steckdose vor und nach Beaufschlagung durch einen Unterdruck mit der Blower Door, im Eckbereich ist eine deutliche Abkhlung (Luftuntersplung) der Trockenbauwand zu erkennen

schlechterung der Konstruktion und Behaglichkeitseinschrnkungen sind vielfach auch Tauwasserprobleme (Schimmelpilzbildungen, Durchfeuchtungen usw.) festzustellen. Die Winddichtigkeit der Konstruktion musste wiederhergestellt werden. Gebude in Holzstnderbauweise – Differenzbilderstellung An einem in Holzstnderbauweise errichteten Gebude wurden Thermografieuntersuchungen in Verbindung

mit der Blower Door durchgefhrt. Hierzu wurde die Konstruktion im Bereich des Wand-Decken-bergangs ohne Zerstçrung der Winddichtung/Dampfsperre geçffnet und hinsichtlich der sich einstellenden Oberflchentemperaturen vor und whrend der Aufbringung eines Gebudeunterdrucks mithilfe der Innenthermografie untersucht (Bild 57). Die IR-Kamera wurde hierbei nicht bewegt, um die Vernderungen im Thermogramm durch ein Differenzbild sichtbar zu machen: – Normalzustand, ohne Unterdruck (A), Bild 58 links – mit Unterdruck nach ca. 3 Minuten (B), Bild 58 rechts

Bild 57. Darstellung des spter geçffneten Untersuchungsbereichs an der Außenwandseite

308

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 13. 12. 2004 abends

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. – 1 C

ca. 25 C

Normalzustand ohne Unterdruck (A)

weitere Informationen ./.

mit Unterdruck nach ca. 3 Minuten (B)

Bild 58. Geçffneter Wand-Deckenbereich und Thermogramme vor/nach Aufbringung eines Unterdrucks (ca. 50 Pa)

Obwohl die Thermogramme in Bild 58 den Eintragungsort der Kaltluft schon gut darstellen, kann mit der Anwendung der Differenzbildtechnik ein noch schnellerer berblick ber die Vernderungen whrend der Beobachtungszeit gewonnen werden. Bei der Differenzbildtechnik wird eine Ausgangstemperaturverteilung angenommen und das zeitlich folgende Thermogramm als Minuend abgezogen. Als Ergebnis wird der Unterschied zwischen den beiden Temperaturverteilungen angezeigt (Bilder 59 bzw. 60).

Um das subjektive Empfinden des Betrachters nicht zu tuschen, sollte im oben betrachteten Fall dem Abkhlen der Oberflche durch die Auswahl „klterer“ Farben oder eine andere Farbpalette (vgl. Bild 15) Rechnung getragen werden. Beim Anblick einer roten Farbe kçnnte leicht der Eindruck einer Erwrmung der Oberflche angenommen werden, obwohl diese real nicht vorhanden ist. So ist in den Bildern 59 und 60 dasselbe Differenzbild (Dq in [K]) mit unterschiedlichen Temperaturbereichen gezeigt.

Bild 59. Differenzbild der Temperaturverteilung vor/nach Aufbringung eines Unterdrucks, Rechenvorschrift: A – B = Differenzbild, Anzeige von Dq in [K] Temperaturbereich: 0 C bis – 10 C: Das Thermogramm suggeriert durch rote Farbanteile den Eindruck, als wre eine Erwrmung vorhanden

Bild 60. Differenzbild der Temperaturverteilung vor/nach Aufbringung eines Unterdrucks, Rechenvorschrift: A – B = Differenzbild, Anzeige von Dq in [K], hier Anzeige des Temperaturbereichs: 5 C bis – 10 C: Das Thermogramm weist weniger rote Farbanteile auf und wird durch die Farbwirkung subjektiv als „nicht so warm“ empfunden

Praxisbeispiele

309

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum

02. 09. 2007 nachmittags

Außenlufttemperatur

./.

Innenlufttemperatur

weitere Informationen Innenaufnahme von Heizleitungen, Beginn des Anheizens erst zum Ortstermin und mit maximal erhçhter Vorlauftemperatur

ca. 23 C

Bild 61. Heizleitungen zeichnen sich auf dem Parkettfußboden ab. Die Lage der Heizleitungen werden mithilfe von Klebepunkten dokumentiert

7.8

Dokumentation des Verlaufs von Heizungsleitungen im Fußboden

Zur Aufstellung eines Kamins in einem Wohnraum wurde es erforderlich, eine lastabtragende Konstruktion bis zur Bodenplatte zu gewhrleisten. Da hierzu notwendige Kernbohrungen im Bereich des Heizestrichs gesetzt werden mussten, war der Verlauf der im Fußboden verlegten Heizleitungen zu bestimmen. Die Visualisierung des Verlaufs von Fußbodenheizungsrohren ist mit der Thermografie sehr gut mçglich. a)

b) Bild 62. Die etwas spter sichtbar werdenden Rcklufe der Heizschlangen sind schwerer zu detektieren. Tipp: Bohrlçcher relativ dicht an den gut sichtbaren Vorlufen anordnen

Bild 63. a) Anordnung der Bohrlçcher zur Durchleitung der Eigenlast bis auf die Betonbodenplatte, b) fertig aufgebauter Kamin mit erstem Anheizen

310

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Zweckmßigerweise wird in der Aufheizphase thermografiert, um einen mçglichst großen Temperaturgradienten zwischen den Heizschlangenbereichen und der brigen Flche zu erhalten. Im folgenden Fall wurden die Messungen auf einem Fliesenbelag vorgenommen. Hierzu wurde etwa zwei Tage vor der Messung die Heizung so weit wie mçglich heruntergefahren und somit der Fußboden abgekhlt. Am Tag der Messung wurde die Vorlauftemperatur der Heizung auf das Maximum eingestellt und geheizt. Die Lage der Heizleitungen und des Vorlaufs konnten mit den Aufnahmen lokalisiert werden, indem die sich abzeichnenden Heizleitungen in situ dokumentiert wurden (Bild 61). Bedingt durch den Aufheizprozess zeichnen sich zuerst die Vorlufe der Heizungsschlangen ab. Da die Rcklufe der Heizungsschlangen erst verzçgert zwischen den Vorlufen sichtbar werden, hat sich die Anordnung der Bohrlçcher relativ nah an den gut abzeichnenden Vorlufen bewhrt. Nach Durchfhrung der Thermografie wurden die Bohrlçcher schadenfrei eingebracht und der Kamin errichtet (Bilder 62 und 63). 7.9

Gebude mit hinterlfteten Bekleidungen

Bei hinterlfteten Außenwandkonstruktionen kann konstruktionsbedingt die ußere Bekleidung von klterer Außenluft hintersplt werden. Im Thermogramm zeigen sich derartige Konstruktionen als gleichfçrmig kalte Oberflchen. Die hinter der Bekleidung liegenden Konstruktionsteile bzw. Wrmebrcken kçnnen meistens nicht ermittelt werden. Derartige Konstruktionen werden daher sinnvollerweise nur von innen thermografiert. Hufig kçnnen konstruktive Besonder-

heiten bzw. Undichtigkeiten, die sich durch heraustretende Warmluftschleier kennzeichnen, auch in Außenthermografien von hinterlfteten Konstruktionen erkannt werden. Inwieweit die Austrittsstellen auch der tatschliche Entstehungsort der Aufflligkeiten ist, kann meist nur durch ergnzende Untersuchungen geklrt werden. Ein Beispiel einer typischen Thermografie einer schadensfreien hinterlfteten Bekleidung zeigt Bild 64. Die Oberflchentemperaturen sind unauffllig niedrig, an Durchstoßungspunkten von Lftungsauslssen sind „Hotspots“ sichtbar. Eine weitere Außenthermografie einer hinterlfteten Lagerhalle zeigt Bild 65. Auch hier zeigt das Thermogramm eine Anomalie an einem Durchstoßungspunkt der Bekleidung. Vermutlich kçnnte hier eine Undichtigkeit bzw. ein Verlegefehler der hinteren Wrmedmmung vorliegen. 7.10

Detektion von Durchfeuchtungen

Die Wrmeleitfhigkeit l [W/(m · K)] der im Bauwesen eingesetzten Baustoffe wird fr Baustoffe im trockenen Zustand angegeben. Bei trockenen Baustoffen wird die Wrmedmmwirkung hauptschlich durch die im Feststoffgerst eingeschlossenen, mçglichst kleinen Luftvolumen erreicht. Bei feuchten Baustoffen werden die Luftvolumen und die Poren des Feststoffgerstes teilweise mit Wasser aufgefllt, die Wrmeleitfhigkeit l steigt. Dadurch leitet der feuchtere Kçrper besser die Wrme, sie verteilt sich schneller als beim trockenen Kçrper. Durch den hçheren Wassergehalt und die damit verbundene grçßere Wrmespeicherfhigkeit steigt die thermische Trgheit des Materials. Weiterhin kann es

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 09. 01. 2008 nachmittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. 5 C

ca. 19 C

Bild 64. Beispiel einer hinterlfteten Bekleidung im oberen Teil des Gebudes

weitere Informationen Außenlufttemperatur 24 h vor Messung: 3 C bis 7 C

Praxisbeispiele

311

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 22. 12. 2007 nachmittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

ca. – 3 C

ca. 10 C (geschtzt)

weitere Informationen bedeckter Himmel, langanhaltende Kaltwetterlage

Bild 65. Thermografie einer Lagerhalle. Aufflligkeiten an hinterlfteten Bekleidungen werden hufig auch bei Außenthermografien sichtbar, die Ursachenfindung ist meist durch andere Untersuchungen sicherzustellen

bei feuchten Kçrpern zum Verdunsten von Wasser an der Oberflche kommen, bei dem die bençtigte Wrme dem Kçrper entzogen wird und dieser somit abkhlt. Mithilfe der Thermografie kçnnen die durch die Durchfeuchtungen hervorgerufenen Temperaturunterschiede auf den Oberflchen detektiert und so der Durchfeuchtungshorizont dargestellt werden. Der Feuchtegehalt kann mit diesem Verfahren jedoch nicht festgestellt werden – hierzu sind andere Untersuchungsmethoden zu verwenden. Die mçglichen Beeinflussungen der Thermogramme durch temporre Be- oder Durchfeuchtungen ist in Bild 66 gezeigt. Hier wurde die freie Außenwandoberflche durch einen leichten Nieselregen befeuchtet, im Bereich des Dachberstands war die Wand geschtzt. Die eigentlich erwartete Temperaturverteilung wurde durch die Durchfeuchtung verflscht, da das Ober-

geschoss eigentlich beheizt war und der Drempel und das Dachgeschoss unbeheizt. Der unbeheizte Drempelbereich msste daher im Thermogramm eigentlich khler als das beheizte Obergeschoss erscheinen. Infolge der Durchfeuchtung stellte das Thermogramm ein anderes Bild dar. Mithilfe der Thermografie ist es auch mçglich, Durchfeuchtungshorizonte sichtbar zu machen. Als klassisches Beispiel werden, wie in Bild 67 gezeigt, hufig Flachdachuntersuchungen zur Leckagefindung angefhrt. Grundlage des Sichtbarwerdens dieser Bereiche ist neben der gestiegenen Wrmeleitfhigkeit (stoffliche Wrmebrcke) auch das unterschiedliche Erwrmungsund Abkhlverhalten der durchfeuchteten Bereiche infolge des trgeren Temperaturverhaltens. Infolge der Sonneneinstrahlung am Tag erwrmen sich die feuchten Bereiche (bzw. Wassereinschlsse) langsamer bzw. be-

Bild 66. Abkhlung einer Außenwand durch Feuchtefilm auf der Oberflche

312

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

Bild 67. Dokumentation einer Leckage an einem Flachdach. Quelle: Mit freundlicher Untersttzung der FLIR Systems GmbH (www.flir.com)

Bild 68. Polystyrolplatte mit Untersuchungsbereichen: keine bzw. luft- und wassergefllte Hohlstellen

halten die Temperatur lnger bei (Temperaturleitfhigkeit a, siehe z. B. Bauphysik-Kalender 2005 [26]). Mit einem einfachen Versuchsaufbau kann das Grundprinzip anschaulich gezeigt werden. In eine Polystyrol-

platte wurden verschieden tiefe Hohlstellen, die luftoder wassergefllt sind, eingebracht. Die Hohlstellen wurden zur Simulation einer Abdichtung mit einer durchsichtigen Folie abgedeckt (vgl. Bilder 68 und 69).

Temperaturrandbedingungen Aufnahmedatum 08. 05. 2006 nachmittags

Außenlufttemperatur

Innenlufttemperatur

./.

ca. 20 C

weitere Informationen Innenaufnahme am Versuchskçrper, Erwrmung mithilfe eines Fçns

Bild 69. Thermogramm nach Auffllen mit Wasser: nur die wassergefllten Hohlstellen (Imitation der Stellen, an denen Wasser unter der Abdichtung ist) zeichnen sich als khlere Bereiche ab

Literatur

a)

313

b)

Bild 70. Thermogramm a) kurz nach Erwrmung der Untersuchungsstellen, b) 10 Minuten spter als a aufgenommen: wassergefllte Bereiche sind wrmer als die zuvor sehr warmen Stellen ohne Wassereinschluss

Nach Auffllen der Untersuchungsstellen mit Wasser wurde mithilfe eines Heizlfters eine lokale Erwrmung der Untersuchungsstellen vorgenommen. Dies entspricht der Erwrmung des Daches durch das Auftreffen der Sonnenstrahlung am Tag. Durch die Trgheit und die hçhere speicherfhige Masse des Bereichs mit dem Wassereinschluss erwrmen sich diese Bereiche nicht so stark (vgl. Bild 70 a). Nachdem ca. 10 Minuten vergangen waren, wurde das in Bild 70 b gezeigte Thermogramm aufgenommen. In den Bereichen ohne Wassereinschluss ist die Temperaturerhçhung abgebaut, die wassergefllten Bereiche hingegen sind noch als wrmere Bereiche gut erkennbar. Die Thermografie von (undichten) Flachdchern kann daher Thermogramme erbringen, in denen sich die Feuchtestellen einmal als kltere Bereiche (nach Beginn der Sonneneinstrahlung und allgemeiner Erwrmung des Dachs) oder als wrmere Bereiche (am frhen Abend nach Sonnenuntergang und Abkhlung der Oberflche) darstellen. Ergnzend sei erwhnt, dass mithilfe der Thermografie meist keine Leckagesuche mçglich ist, hier existieren andere geeignete Verfahren (vgl. Bauphysik-Kalender 2002 [27]).

8

Zusammenfassung

Die Ausfhrungen und Beispiele zeigen die Theorie, die verschiedenen Kameratechniken und die vielfltigen Mçglichkeiten bei der Anwendung der Infrarot-Technik auf. Die Thermografie sollte in allen Fllen als Hilfsmittel einer fachkundigen Gebudediagnose verstanden und angewendet werden. In keinem Fall ersetzt die alleinige Durchfhrung einer Thermografie weitere genauerer Untersuchungen. Wie insbesondere im Abschnitt 4 dargelegt wurde, werden Thermogramme im ersten Eindruck ber die Farbwirkung beurteilt. Es soll-

te dem Anwender bewusst sein, dass Thermogramme in der suggerierten Wirkung manipulierbar sein kçnnen. Die Anwendung der zitierten Regeln zur Gestaltungsneutralitt kçnnten zu einer einheitlicheren Darstellungsweise beitragen, hier sind die Entwicklungen und Erfahrungen in der Praxis abzuwarten.

9

Literatur

[1] Arndt, R., Hillemeier, B., Maierhofer, C. et al.: Zerstçrungsfreie Ortung von Fehlstellen und Inhomogenitten in Bauteilen mit der Impuls-Thermografie. Bautechnik 81 (2004), Heft 10, Ernst & Sohn, Berlin. [2] ASTM C 1046:1995: Temperatur- und Wrmeflussmessungen an zur Ummantelung dienenden Bauteilen. [3] ASTM C 1060:1990: Standard Practice for Thermographic Inspection of Insulation Installations in Envelope Cavities of Frame Buildings (Grundlagen fr die thermografischen berwachung von Isolierungen im Holzfachwerkbau). [4] ASTM D 4788:2003: Standard Test Method for Detecting Delaminations in Bridge Decks Using Infrared Thermography. [5] Bertschinger, H.; Tanner, Ch.; Frank, Th.: Energetische Beurteilung von Gebuden mittels Infrarotbildern (QualiThermo). Forschungsvorhaben, Eidgençssisches Departement fr Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK, Vorlage Bericht voraussichtlich 2010. [6] DGZfP Merkblatt TH-1: Charakterisierung von Thermografiesystemen, Ausgabe Mrz 1999. [7] DGZfP Merkblatt B5: Merkblatt ber thermografische Untersuchungen an Bauteilen und Bauwerken, alte Ausgabe Oktober 1993.

314

C2

Infrarot-Thermografie in der Praxis

[8] DIN EN 473:2001-03 und nderung A1:2003-04: Zerstçrungsfreie Prfung – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal der zerstçrungsfreien Prfung – Allgemeine Grundlagen. [9] DIN 4108:2003-07: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden, Teil 2: Mindestanforderungen an den Wrmeschutz. [10] DIN 5031: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik, insbesondere Teile 1 bis 8, Ausgaben 1982 und 1984. [11] DIN EN 13187:1999-05: Wrmetechnisches Verhalten von Gebuden, Nachweis von Wrmebrcken in Gebudehllen, Infrarot-Verfahren. [12] DIN EN ISO 13788:2001-11: Raumseitige Oberflchentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflchenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren. [13] DIN 54162:2006-09: Zerstçrungsfreie Prfung – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal im Verfahren der Infrarot-Thermografie – Allgemeine und spezielle Grundlagen fr Stufe 1, 2 und 3. [14] DIN 54190-1:2004-08: Zerstçrungsfreie Prfung, Thermografische Prfung, Allgemeine Grundlagen. [15] DIN 54190-2:2005-08: Zerstçrungsfreie Prfung, Thermografische Prfung, Gerte. [16] DIN 54190-3:2006-02: Zerstçrungsfreie Prfung, Thermografische Prfung, Begriffe. [17] Ditti, G.: Vortrag zur Aussagekraft von Thermogrammen im Rahmen des Seminars „Thermografie am Bau“. Veranstalter: DGZfP (Deutsche Gesellschaft fr Zerstçrungsfreie Prfung e. V.) am 28. April 2009 in Berlin. [18] Ermittlung des U-Wertes von Rolladensystemen bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten. Bundesverband Rolladen+Sonnenschutz e. V., Bonn, Report ZAE 2-0802-3, 2002. [19] Fouad, N. A.; Richter,T.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen, Theorie, Anwendungsgebite, praktische Umsetzung. 3. Auflage, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2008. [20] Gubareff, G. G.; Jansen, J. E.; et. al.: Thermal Radiation Propertys Survey. Honeywell Resarch Center, Minneapolis, Minnesota, 1960. [21] Hauser, G.: Wrmebrcken. In: Bauphysik-Kalender 2001, Hrsg. Erich Cziesielski, Ernst & Sohn, 2001. [22] ISO 6781:1983-12: Wrmeschutz, Qualitativer Nachweis von thermischen Unregelmßigkeiten an Gebudeaußenbauteilen, Infrarotverfahren. [23] Leitfaden fr Anwender der Infrarotthermografie bei instationren Temperaturverhltnissen zur Feststellung versteckter Baufehler. Fraunhofer Institut fr solare Energiesys-

teme ISE, Abschlussbericht ToS4-AR-9910-E01, Thermografie im Bauwesen, 1999. [24] Rahn, A.: Sanierung von Wrmebrcken durch aktive und passive Beheizung. In: Festschrift zum 60. Geburtstag von Prof. Dr. E. Cziesielski, Werner Verlag 1998. [25] Richter, T.: Verwendung von Erdwrme zur Schneeund Eisfreihaltung von Freiflchen. Berichte des Instituts fr Bauphysik Nr. 2, Dissertation, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2009. [26] Richter, T.; Winkelmann-Fouad, S.: Anwendung des U-Wertes als Kenngrçße fr Wrmetransportvorgnge. In: Bauphysik-Kalender 2005, Hrsg. Erich Cziesielski, Ernst & Sohn, 2005. [27] Rçdel, A.: Leckageortung an Bauwerksabdichtungen. In: Bauphysik-Kalender 2002, Hrsg. Erich Cziesielski, Ernst & Sohn, 2002. [28] Sedlbauer, K.; Krus, M.: Schimmelpilze in Gebuden – Biohygrothermische Berechnungen und Gegenmaßnahmen. In: Bauphysik-Kalender 2003, Hrsg. Erich Cziesielski, Ernst & Sohn, 2003. [29] Schuster, Kolobrodov: Infrarotthermographie. 2. Auflage 2004, Wiley-VCH, Weinheim. [30] Tanner, Ch.: Interpretation von Wrmebildern, Musterbilder von Gebude-Außenaufnahmen. Dokumentation zur Informationstagung Gebudethermografie, Empa-Akademie Dbendorf, 31. Mrz 2009. [31] Tingwaldt, D. P.; Kunz, H.: Optische Temperaturmessung. In: Zahlenwerk und Funktionen, 6. Auflage, IV/4 a Technik, S. 47–147, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1967. [32] Richtlinie Bauthermografie, Stand Mai 2007 und Richtlinie Leckortung mit Thermografie, Stand Mai 2007. VATh Verband fr angewandte Thermografie e. V. [33] VDI/VDE 3511, Blatt 4: Technische Temperaturmessungen, Strahlungsthermometrie, Januar 1995. [34] Wohlfahrt, M.: Methoden zur Analyse von Bauwerksbestand, Einsatz von Einbild-Photogrammetrie zur metrischen Auswertung thermografischer Infrarotaufnahmen. Hausarbeit, Universitt Siegen, Fachbereich Architektur und Stdtebau, WS 2006–2007. [35] Wiggenhauser, H.; Taffe, A., et.al.: Zerstçrungsfreie Prfung im Bauwesen. In: Bauphysik-Kalender 2004, Hrsg. Erich Cziesielski, Ernst & Sohn, 2004. [36] Walther, A.; Maierhofer, C.; Rçllig, M. et al.: Die aktive Thermografie – ein Beitrag zur Qualittssicherung im Bauwesen. Vortrag Thermografie-Kolloquium 2009, Stuttgart.

315

C 3 Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude Sigrid Dorschky, Stefanie Rolfsmeier, Paul Simons

Sigrid Dorschky BlowerDoor GmbH Seminare und fachliche Betreuung Energie- und Umweltzentrum, 31832 Springe-Eldagsen Naturwissenschaftliches Studium (Biologie und Chemie) an der Universitt Wrzburg, 1./2. Staatsexamen 1985/87. Mitarbeiterin im Feuchte-Labor des FraunhoferInstituts fr Bauphysik, Freilandversuchsstelle Holzkirchen. Seit 1991 im Energieund Umweltzentrum Springe-Eldagsen. Messungen mit der Minneapolis BlowerDoor in der Ingenieurgemeinschaft Bau + Energie + Umwelt GmbH. Grndungspartnerin der BlowerDoor GmbH, Geschftsfhrerin in beiden Firmen bis 2007. Schwerpunkt Seminare, Vortrge und Verçffentlichungen. Zertifizierte Prferin der Luftdichtheit und stellvertretende Vorsitzende des Fachverbandes Luftdichtheit im Bauwesen e. V.

Dipl.-Ing. Stefanie Rolfsmeier Ingenieurgemeinschaft Bau, Energie und Umwelt GmbH Energie- und Umweltzentrum, 31832 Springe-Eldagsen Jahrgang 1967, Studium des Bauingenieurwesens an der Universitt Hannover, zertifizierte Prferin der Gebude-Luftdichtheit nach dem FLiB e. V., Gebudeenergieberaterin. Seit 1998 Mitarbeiterin der Ingenieurgemeinschaft Bau, Energie und Umwelt GmbH, Schwerpunkt: Luftdichtheit der Gebudehlle. Aufgabenbereiche: Luftdichtheitsmessungen von Gebuden und Sondermessungen, Seminar- und Vortragsttigkeit.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

316

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Dipl. Ing. Paul Simons BlowerDoor GmbH Geschftsfhrer, Fachbereich Anwendungstechnik Energie- und Umweltzentrum, 31832 Springe-Eldagsen Bauingenieursstudium an der FH Aachen. Anschließend 3 Jahre Bauleiter in einer Hochbaufirma. 6 Jahre als Bergschadensregulierer im Deutschen Steinkohlebergbau. Seit 1993 als Geschftsfhrer in der Ing. Gem. Bau + Energie + Umwelt GmbH im Bereich Luftdichtheit der Gebudehlle und energetische Optimierung von Gebuden ttig. Geschftsfhrer der BlowerDoor GmbH. Vorsitzender des Prfungsausschusses fr Energieberater bei der HWK Hildesheim. Prfungsbeauftragter bei Zertifizierungsprfungen des Fachverbandes Luftdichtheit im Bauwesen FLIB e. V.

Inhaltsverzeichnis 1

Einfhrung

2 2.1 2.2

Grnde fr eine gute Luftdichtheit 317 Funktionssicherung fr Lftungsanlagen 317 Schden vermeiden 318

3 3.1 3.2 3.3

Die Luftdichtheitsebene 318 Lage 318 Typische Materialien 318 Planung und Ausschreibung der luftdichten Ebene oder Luftdichtheitskonzepte 319 Rote Linie 319 Vom Umriss ins Detail 319 Vermeidungsstrategie 319 Ausschreibung 319 Ausfhrung der Luftdichtheitsebene 320 Beispiel Innenputz und Dampfbremsbahn, vollflchig 320 Herstellerangaben 320 Qualittssicherung: Prfen der Luftdichtheitsebene 320 Vorgezogene Messung 320 Abschlussmessung 321

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 5 5.1 5.2 5.3

317

Luftdichtheitsmessung 321 Messprinzip 321 Leckageortung 322 Abschtzung des Leckagestroms durch große ffnungen in der Gebudehlle 322 Große Gebude 323 Volumenstrom 323 Kennwerte und Anforderungen 323 Kennwerte n50, q50 323 Anforderungen nach EnEV und DIN und andere 323 q50 als Grenzwert fr große Gebude 324

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 7 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

Anwendung bei großen Gebuden 324 Festlegung des Wertes q50 als Grenzwert 324 Baubegehung vor der Messung 324 Festlegung des Prfumfangs 325 Bestimmung der Anzahl von Blower-Door-Messgerten fr großvolumige Gebude 325 Einbauort der Messeinrichtung 326 Gebudevorbereitung 327 Druckdifferenz 50 Pa – 10 % in allen Gebudeteilen 327 Spezialfall Altbau 327 Ergebnisse von durchgefhrten Messungen 328 Messergebnisse unterschiedlicher Nichtwohngebuden 328 Beispiele gefundener Leckagen und Lçsungsmçglichkeiten 328 Leckagen in der Flche 331 Leckagen an Bauteilanschlssen 331 Leckagen an Durchdringungen 332 Leckagen an Bauelementen 333 Formeln und Begriffe 334 Leckagestrom bei 50 Pa Differenzdruck und abgeleitete Grçßen 334 n50 und q50 im Vergleich fr verschiedene Gebudegrçßen 334 quivalente Leckageflche / Abschtzung großer Leckagen 335 Berechnung der bençtigten Fçrderleistung bei der Messung großvolumiger Gebude 335 Bestimmung der Anzahl von Blower-Door-Messgerten 335

9

Fazit

336

10

Normen und Literatur

336

Grnde fr eine gute Luftdichtheit

1

Einfhrung

Anhaltend hohe Energiepreise unterstreichen die Notwendigkeit des Energieeffizienten Bauens und Sanierens. Auch die Gesetzgebung fordert im Rahmen umweltpolitischer Maßnahmen die Luftdichtheit der Gebudehlle fr jede neu erstellte Immobilie, denn diese ist die Voraussetzung fr die Realisation zeitgemßer Energiekonzepte: Energetische Maßnahmen, wie beispielsweise der Einbau moderner Heizsysteme oder Fenster, erreichen ihr Potenzial erst, wenn unerwnschte Leckagen in der Gebudehlle beseitigt werden. Die Blower-Door-Messung, mit der ein Gebude auf Luftdichtheit berprft wird, kann zudem vor schwerwiegenden Bauschden schtzen, die entstehen, wenn feuchtwarme Raumluft durch Fugen in die Baukonstruktion eindringt. Auch erhçht sich der Wohnkomfort deutlich, denn Zugluft und Kaltluftseen sind in einem luftdichten Gebude pass. Bei der Sanierung von Altbauten kann durch die geplante und normgerechte luftdichte Ebene vielfach ein moderner Niedrigenergiestandard oder sogar Passivhausstandard erreicht werden. Typische Leckagen in einem Gebude: Konstruktionsbedingte Leckagen bzw. Undichtheiten treten oft an Anschlssen und Durchdringungen auf. Hier sollte die Luftdichtheitsschicht besonders detailliert geplant werden, um sptere kostenintensive Nachbesserungen zu vermeiden.

2

Grnde fr eine gute Luftdichtheit

Nach der geltenden Energieeinsparverordnung 2009 [7] sind zu errichtende Gebude so auszufhren, dass die wrmebertragende Umfassungsflche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlssig entsprechend dem Stand der Technik abgedichtet ist. Dies wurde schon in der DIN 4108-2 aus dem Jahre 1981 [12 a] fr Außenbauteile folgendermaßen formu-

317

liert: „Bei Fugen in der wrmebertragenden Umfassungsflche des Gebudes, insbesondere auch bei durchgehenden Fugen zwischen Fertigteilen oder zwischen Ausfachungen und dem Tragwerk, ist dafr Sorge zu tragen, dass diese Fugen entsprechend dem Stand der Technik dauerhaft und luftundurchlssig abgedichtet sind.“ Die Wrmeschutzverordnung 1984 [1] nimmt dies auf: „Anforderungen an die Dichtheit. Soweit die wrmebertragende Umfassungsflche durch Verschalungen oder gestoßene, berlappende sowie plattenartige Bauteile gebildet wird, ist eine luftundurchlssige Schicht ber die gesamte Flche einzubauen, falls nicht auf andere Weise eine entsprechende Dichtheit sichergestellt werden kann.“ 2.1

Funktionssicherung fr Lftungsanlagen

Die Mr vom atmenden Haus Der Glaube, ein Gebude msse Ritzen und Fugen haben, um „natrlich zu atmen“, ist falsch. Ein solcher Luftwechsel erfolgt, wie in Bild 1 zu erkennen ist, unkontrolliert, es gelangt zu viel oder zu wenig Frischluft ins Gebudeinnere; Schadstoffe und Staub aus der Dmmung mischen sich zudem in die Raumluft. Die Lftung eines Gebudes sollte daher ber das mehrmalige ffnen der Fenster oder aber durch eine Lftungsanlage erfolgen. Von einem luftdichten Gebude spricht man, wenn die Luft im Gebude unter Prfbedingungen nicht hufiger als drei Mal pro Stunde ausgetauscht wird. Wird eine Lftungsanlage im Haus installiert, darf der Luftwechsel gemß Energieeinsparverordnung [5–7] bei Prfdruck max. 1,5 m pro Stunde betragen. „Luftdicht“ bedeutet dabei nicht das totale luftdichte Verschließen, sondern meint die Vermeidung ungewollter Leckagen in der Gebudehlle. Denn: Warmluft strçmt durch Fugen nach außen – das kostet Energie. Gleichzeitig transportiert die warme Luft Feuchtigkeit, die sich in der

Kalte Jahreszeit: Hohe Luftwechselrate, durch Selbstlftung (Strçmung durch Fugen, Thermik) und damit starke Entfeuchtung der Luft. Der sich einstellende Luftwechsel ist viel zu hoch. Warme und bergangs-Jahreszeiten: Niedrige Luftwechselrate durch Selbstlftung und damit unzureichende CO2- und Feuchte-Abfuhr. Der sich einstellende Luftwechsel ist viel zu gering. Bild 1. Luftwechselraten im Vergleich: Kçnnen Fugen richtig lften? [30]

318

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Außenwand des Gebudes abkhlt und kondensiert; das entstehende Tauwasser kann zu schwerwiegenden Bauschden fhren. Dringt Außenluft durch Fugen ins Gebudeinnere, werden zudem Allergene aus der Dmmung und Staubpartikel in das Haus transportiert; gesundheitliche Beeintrchtigungen kçnnen die Folge sein. Die Maxime heißt deshalb: Jedes Gebude wird luftdicht errichtet. Fr gute Luft wird eine Lftungsanlage eingebaut. Im Umkehrschluss ist es wichtig, dass ein Gebude luftdicht sein muss, damit die Lftungsanlage funktioniert wie geplant. 2.2

Schden vermeiden

Die Luftdichtheitsebene verhindert u. a. das Einstrçmen von Raumluft in die Konstruktion. Warme und mit Wasserdampf angereicherte Luft kann ber Undichtigkeiten, beispielsweise im Dach, in die Konstruktion eindringen und auf der kalten Seite der Dmmung kondensieren. Es kommt zu Tauwasserausfall. Die durchfeuchtete Dmmung verliert ihre Dmmwirkung, es besteht die Gefahr der Schimmelpilzbildung und die Konstruktion wird in ihrem Tragverhalten beeintrchtigt. Der Dachquerschnitt in Bild 2 verdeutlicht die Problematik. Der Wasserdampftransport durch Diffusion und Konvektion (Durchstrçmung der Leckagen) wird miteinander verglichen. Es wird deutlich, dass der Feuchteeintrag in das Bauteil durch Konvektion (im Beispiel mit bis zu 360 g pro Tag und m±) gegenber jenem durch Diffusion (1 g pro Tag

Außenklima: Temperatur: 0 C, relative Feuchte 80

und m±) wesentlich hçher sein kann. Die Luftdichtigkeit ist somit eine zwingende Notwendigkeit, um die Durchfeuchtung von Bauteilen zu vermeiden. Die Winddichtung eines Gebudes verluft auf der Außenseite der Konstruktion und ist nicht mit der luftdichten Ebene zu verwechseln.

3

Die Luftdichtheitsebene

3.1

Lage

Die luftdichte Ebene liegt in der Regel auf der warmen Seite der Dmmebene und mçglichst raumseitig der Tragkonstruktion, wie in Bild 3 dargestellt ist. Hierdurch wird unter anderem das Einstrçmen von Raumluft in die Konstruktion verhindert. 3.2

Typische Materialien

Materialien, die als ausreichend luftundurchlssig gelten, sind in der DIN 4108-7 [15] aufgefhrt. Grundstzlich mssen Materialien die baublichen Bewegungen aufnehmen bzw. sind diese konstruktiv zu bercksichtigen. Es muss eine ausreichende Haftung zwischen den Materialien sichergestellt sein. Hierbei sind unbedingt die Angaben der Hersteller (Verarbeitungstemperaturen, Vorbehandlung des Untergrundes, etc.) einzuhalten. Folgende Bauteile gelten als luftdicht: – Betonbauteile (jedoch nicht bei Verwendung porçser Gesteinskçrnungen bzw. Porenbeton), – Innenputz auf Mauerwerk (Mauerwerk allein ist huftig nicht ausreichend dicht – offene Stoßfugen oder porçse Steine), – luftdichte Bahnen, z. B. aus Kunststoff, Elastomeren, Bitumen, Papierwerkstoffe, – Plattenmaterialien, z. B. Gipsfaserplatten, Gipskarton-Bauplatten, Faserzementplatten, Bleche und Holzwerkstoffplatten. Es sind besondere Maßnahmen im Bereich der Stçße, Anschlsse und Durchdringungen vorzusehen.

Innenklima: Temperatur 20 C, relative Feuchte: 50 % – Dampfdiffusion durch das intakte Bauteil (sd = 10 m): 1 g Wasser / Tag m± – Konvektion (Durchstrçmung) der Leckage bei 2 Pa Druckdifferenz (1 mm breit und 1 m lang): 360 g Wasser / Tag m± Bild 2. Feuchteeintrag in ein Bauteil aufgrund von Diffusion und Konvektion (Quelle: www.eboek.de)

Bild 3. Lage der luftdichten Ebene (Quelle: www.passiv.de)

Die Luftdichtheitsebene

319

Bild 4. Die rote Linie kennzeichnet die Luftdichtheitsebene (Quelle: www.passiv.de)

Bild 5. Detail-Anschluss bodentiefes Fenster: Die rote Linie kennzeichnet die Luftdichtheitsebene (Quelle: www.ingbeu.de)

Folgende Bauteile werden als nicht luftdicht aufgefhrt: – Trapezbleche im Bereich von berlappungen, – Nut- und Federschalungen, – porçse Weichfaserplatten, – Holzwolleleichtbauplatten. Als Dichtungsmaterialien von Fugen werden konfektionierte Schnre, Streifen, Klebebnder und Spezialprofile (z. B. Manschetten fr Kabel und Rohre) aufgefhrt. Kompribnder erreichen nur bei einer definierten Komprimierung eine ausreichende Dichtheit. Dehnen sie sich weiter aus, sind sie durchlssig. Fugenfllmaterialien, z. B. Montageschume, sind aufgrund ihrer Eigenschaften nicht oder nur im begrenzten Maße in der Lage, Quell- und Schwindbewegungen sowie Bauteilbewegungen aufzunehmen und sind deshalb laut DIN 4108-7 [15] nicht geeignet, eine ausreichende Luftdichttheit herzustellen.

alle Grundrisse und Schnitte wiederholt werden. Fr jedes Außenbauteil muss festgelegt werden, welche Bauteilschicht die Luftdichtung bernimmt. 3.3.2

Vom Umriss ins Detail

Anschließend werden die Detailpunkte herausgezogen, an denen es Bauteil-, Material- oder Richtungswechsel gibt. In die Details wird der Verlauf der Luftdichtheitsschicht ebenfalls eingezeichnet. Als Beispiel fr die Detailausbildung ist in Bild 5 der Anschluss eines bodentiefen Fensterelementes an die Bodenplatte dargestellt. Abschließend muss geplant werden, wie die luftdichten Bauteilschichten an den Stçßen dauerhaft luftdicht verbunden werden. 3.3.3

Vermeidungsstrategie

In DIN 4108-7 [15] wird der Planung, Ausschreibung und Abstimmung der am Bau Beteiligten ein großes Gewicht beigemessen.

Die erforderlichen Durchdringungen der Luftdichtheitsebene (Elektroleitungen, Rohre, Steckdosen in den Außenwnden) sollten auf ein Mindestmaß reduziert werden. Fr die wenigen verbleibenden Durchdringungen ist es anschließend effektiv, dauerhaft dichte SpezialMaterialien zu verwenden (s. Abschn. 7.2.3).

3.3.1

3.3.4

3.3

Planung und Ausschreibung der luftdichten Ebene oder Luftdichtheitskonzepte

Rote Linie

Schon in der Entwurfsphase sollte bei der Wahl der Baukonstruktionen die erforderliche Luftdichtungshlle mit bedacht werden. Diese Hlle muss hnlich wie die thermische Gebudehlle das gesamte beheizbare Volumen lckenlos umschließen. Zur Planung der Luftdichtheitsebene wird das Gebudeinnere mit einem roten Stift ohne abzusetzen umrahmt. Die in Bild 4 eingezeichnete rote Linie bildet die sptere luftdichte Schicht. Diese Vorgehensweise sollte fr

Ausschreibung

Die Luftdichtheitsschicht und alle Anschlsse und Durchdringungen werden detailliert ausgeschrieben. Im Bauvertrag sollte immer der Grenzwert festgeschrieben werden, entweder nach der jeweils gltigen EnEV [7] oder DIN 4108-7 [15], oder andere privatrechtliche Grenzwerte z. B. fr Passivhuser oder auch individuell vereinbarte, etwa bei großen Gebuden (s. Abschn. 5).

320

C3

3.4

Ausfhrung der Luftdichtheitsebene

3.4.1

Beispiel Innenputz und Dampfbremsbahn, vollflchig

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Luftdichtheitsschichten werden blicherweise in jedes Gebude eingebaut: im Massivbau der Innenputz, im Leichtbau die Dampfbremsbahn. Beachtet werden muss dabei in Planung, Ausschreibung und Ausfhrung, dass tatschlich alle Bereiche des Mauerwerks verputzt werden, auch spter nicht mehr sichtbare. Beispiele: – im Bereich der Estrich-Dmmebene, – hinter Installationen unter Vorwnden oder Schchten, – in Fenster- und Trlaibungen im Bereich der Blendrahmen, – an Abmauerungen und Drempeln. Die Dampfbremsbahn wird an ihren Stçßen berlappt und verklebt, und an allen Anschlssen an den Innenputz fachgerecht mittels Dichtmasse angeklebt, alternativ auf Putztrger eingeputzt. Alle weiteren Anschlsse und Durchdringungen sind ebenfalls dauerhaft dicht zu verarbeiten (Beispiele s. Abschn. 7.2). 3.4.2

Herstellerangaben

der bergabe des fertigen Gebudes an den Auftraggeber durchgefhrt. Weiterhin wird notiert, dass durch eine vorgezogene Messung, d. h. vor der Verkleidung der Luftdichtheitsebene (Bild 6), Undichtigkeiten hufig einfacher und somit kostengnstiger nachgebessert werden kçnnen als nach Fertigstellung der kompletten Gebudehlle. Diese Luftdichtheitsmessung zur Qualittskontrolle kann stattfinden, wenn alle Arbeiten an der luftdichten Ebene abgeschlossen sowie alle Fenster und Tren eingebaut sind. Einzelne fehlende Tren, wie beispielsweise die Haustr, kçnnen provisorisch zum Messzeitpunkt abgedichtet werden. Fr die Qualittssicherung bei großen Gebuden wurde z. B. beim Fassadenbau im Vorfeld eine Prfanordnung entwickelt, um im Zweifelsfall den q50-Wert auf der Baustelle auch berprfen zu kçnnen. Ebenso mussten die Abdichtungssysteme zwischen Pfosten-RiegelKonstruktion und angrenzenden Bauteilen aus Beton, Stahl oder Holz auf ihre Eignung berprft und die Dichtheit nachgewiesen werden. 3.5.1

Vorgezogene Messung

Die Grenzwerte ergeben nur Sinn, wenn diese auch geprft werden kçnnen. Die Messnorm DIN EN 13829 [16] schreibt vor, dass die Luftdichtheitsmessung fr den Dichtheitsnachweis mit Bezug auf die Grenzwerte erst stattfinden kann, nachdem die Hlle des zur untersuchenden Gebudes fertiggestellt ist. blicherweise wird sie erst kurz vor

Auch diese sollte in den Bauablauf und in die Ausschreibung mit aufgenommen werden. Bei einem konstanten Unterdruck von 50 Pa werden im gesamten Gebude Leckagen geortet. Die durch die Undichtheiten einstrçmende Luft wird in der Regel als Luftzug mit der Hand gesprt. Das bietet den Handwerkern die Mçglichkeit, gleich whrend des Luftdichtheitstests Leckagen zu beseitigen (Bild 7) und die eingesetzten Materialien zu kontrollieren. Auch Planer kçnnen so systematische Fehler frhzeitig erkennen und gegebenenfalls geeignete Maßnahmen ergreifen. Die Erfahrungen der vergangenen Jahre zeigen, dass das Mittel der Wahl, die Anforderungen an die Luftdichtheit sicher zu erreichen, die vorgezogene Luftdichtheitsmessung ist.

Bild 6. Die luftdichte Ebene ist noch sichtbar (Folie, gesichert durch die Latten der Sparschalung, und Holzbauplatte) – der optimale Zeitpunkt fr eine vorgezogene Blower-Door-Messung

Bild 7. Eine vorgezogene Luftdurchlssigkeitsmessung im Bauzustand ermçglicht Nacharbeiten an der luftdichten Ebene (Quelle: www.proclima.com)

Es gibt seit vielen Jahren gut geeignete Materialien fr alle Bereiche der Luftdichtheitsschicht [28]. Die Verarbeitungsrichtlinien mssen unbedingt beachtet werden. 3.5

Qualittssicherung: Prfen der Luftdichtheitsebene

Luftdichtheitsmessung

3.5.2

321

Abschlussmessung

Bei der Abnahme oder bergabe, nach Beendigung aller Arbeiten, wird als Kontrolle der Dichtheitsnachweis durchgefhrt.

4

Luftdichtheitsmessung

Der in der EnEV und DIN 4108-7 geforderte Dichtheitsnachweis wird nach DIN EN 13829 durchgefhrt. Er wird in Praxis und Literatur als Messung der Gebude-Luftdichtheit, als Luftdurchlssigkeits-Messung, auch als Drucktest oder Blower-Door-Messung bezeichnet. Fr die Messung wird ein Blower-Door-Ventilator in eine Außentr (Bilder 8, 10) oder in ein Fenster des Gebudes eingesetzt. Alle weiteren Außentren und Fenster werden geschlossen, alle Innentren des Gebudes bleiben geçffnet. Das automatisierte Blower-DoorMessverfahren wird als anerkannte Regel der Technik nach DIN EN 13829 durchgefhrt. Dazu wird mithilfe des Blower-Door-Ventilators kontinuierlich so viel Luft aus dem Gebude gesaugt, dass ein nicht wahrnehmbarer Unterdruck von 50 Pa im Gebude erzeugt wird; Bewohner kçnnen ohne Beeintrchtigung whrend der Messung im Gebude bleiben. Sind Leckagen in der Gebudehlle vorhanden, strçmt durch diese Außenluft ins Gebudeinnere. Whrend des Gebuderundgangs werden die im Haus vorhandenen Luftstrçmungen per Luftgeschwindigkeits-Messgert oder Infrarot-Thermografie lokalisiert. Nach Energieeinsparverordnung erfolgt die Luftdichtheitsmessung im fertigen Zustand des Gebudes. Wir empfehlen eine zustzliche Blower-Door-Messung bereits zu dem Zeitpunkt, an dem die luftdichte Hlle noch sichtbar ist, denn dann kçnnen Leckagen gezielt und oft mit wenig Aufwand beseitigt werden. Erfolgt die Luftdichtheitsmessung ausschließlich im fertigen Zustand, sind Nachbesserungen in der Regel aufwendiger und mit wesentlich hçheren Kosten verbunden. Die Blower-Door-Messung eines Einfamilienhauses inklusive der Qualittssicherung entsprechend den Vorgaben der Energieeinsparverordnung dauert etwa drei Stunden. Bei einem großen Gebude wird der PersonalEinsatz so kalkuliert, dass die Messung nach Mçglichkeit an einem Tag abgeschlossen werden kann. 4.1

Bild 8. Einbau der Blower Door in eine Außentr des Gebudes (Innenansicht). Beispiel: Terrassentr, ein Flgel geçffnet (Quelle: www.BlowerDoor.de)

erzeugt, die sich in Sekundenschnelle einstellt. Die Druckdifferenz erzwingt ein stetiges Nachstrçmen von Luft ber die Undichtigkeiten der Gebudehlle. In Bild 9 ist diese typische Durchstrçmung von Leckagen bei einem Einfamilienhaus dargestellt. Die Luftdichtheitsmessung beinhaltet die Leckageortung bei 50 Pa Unterdruck und die Ermittlung des Volumenstromes bei 50 Pa – V_ 50 – aus einer Unter- und einer berdruckmessreihe. 50 Pascal entsprechen einem Druck von 5 kg/m±, 5 mm Wassersule oder in etwa einer Windstrke von 5 Beaufort.

Leckagen

Messprinzip

Die Blower Door wird in eine Außentr des Gebudes eingebaut. Alle brigen Außentren und Fenster sind zu schließen, alle Innentren werden geçffnet. Die restlichen ffnungen in der Gebudehlle werden so vorbereitet, dass sie dem spteren Nutzungszustand whrend der Heizperiode entsprechen. Anschließend wird mit dem Blower-Door-Ventilator im Gebude eine knstliche Druckdifferenz (Unter- oder berdruck) zur Außenluft

Volumenstrom V_ 50 Blower Door Bild 9. Prinzip der Blower-Door-Messung: Ein Ventilator saugt Luft aus dem Gebude; Außenluft strçmt durch undichte Stellen ins Gebudeinnere

322

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

4.1.1

Leckageortung

Whrend der Leckageortung saugt der Ventilator konstant Luft aus dem Gebude. Ein Unterdruck entsteht, der bei 50 Pa Druckdifferenz eingeregelt wird. ber Fugen und andere Undichtigkeiten strçmt stetig Außenluft in das Gebude nach. Diese Luftstrçme kçnnen mit der Hand gefhlt, dem Luftgeschwindigkeitsmessgert gemessen oder mit Nebel visualisiert werden. Bewhrt hat sich auch der Einsatz von Infrarotkameras fr Bauthermografie zur Ortung, Beurteilung und Dokumentation von Leckagen. Insbesondere bei hohen Rumen und großen Objekten ist diese Methode fr einen schnellen berblick gut geeignet. Diese Methoden sind in den Bildern 11 bis 14 mit typischen Beispielen dargestellt. 4.1.2

Bild 10. Blower-Door-Einbau (Ansicht von außen) in die geçffnete Haustr eines neu gebauten Einfamilienhauses

Abschtzung des Leckagestroms durch große ffnungen in der Gebudehlle

Sind in der Gebudehlle große bleibende ffnungen wie z. B. die Rauchabzugsçffnung im Fahrstuhlschacht (Bild 15) oder – bei der Messung von Gebudeteilen –

Bild 11. Leckageortung mit der Hand – Fhlen der einstrçmenden Luft mit Handflche oder Handrcken. Beispiel: Schließfuge an einer Terrassentr

Bild 13. Visualisierung von Leckagepfaden mittels Nebel, bei der Unterdruck-Methode von außen. Beispiel: sehr undichte Schließfuge einer Doppelflgel-Haustr

Bild 12. Leckageortung mit dem Thermoanemometer – die einstrçmende Luft wird als Luftgeschwindigkeit in m/sec dargestellt. Beispiel: 1,83 m/sec an einem Einbaustrahler

Bild 14. Leckageortung mit der Thermografiekamera – die einstrçmende kalte Luft khlt die Oberflche aus und zeichnet sich im Thermogramm dunkel ab. Beispiel: Lufteintritt am Anschluss der Sichtschalung zur aufgehenden Wand

Kennwerte und Anforderungen

Bild 15. Rauchabzugsçffnung im Fahrstuhlschacht (Quelle: www.IngBEU.de)

große interne Leckagen vorhanden, kann der Volumenstrom durch diese ffnungen bei einer Druckdifferenz von 50 Pa nach Gl. (7) (s. Abschn. 8) abgeschtzt werden. Beispiel: Durch eine Entrauchungsçffnung mit einer Leckagegrçße von 25 cm · 25 cm strçmt bei einer Druckdifferenz von 50 Pascal ein Volumenstrom von ca. 1250 m/h (Bild 15). 4.1.3

Große Gebude

Wie in Abschnitt 6.7 dargelegt, muss bei der Messung die Druckdifferenz 50 Pa – 10 % in allen Gebudeteilen betragen. Wenn die Abweichung grçßer ist, weil es beispielsweise durch Tren oder lange Flure zu Druckabfllen kommt, mssen weitere Geblse – verteilt ber die Gebudehlle – eingebaut werden. 4.1.4

Volumenstrom

Im Anschluss an die Leckageortung wird die gefçrderte Luftmenge nach DIN EN 13829 [16] messtechnisch bestimmt. Je eine Messreihe bei Unter- und bei berdruck wird mit 5 bis 10 Druckstufen zwischen ca. 10 bis 100 Pa Differenzdruck zwischen innen und außen aufgezeichnet und statistisch ausgewertet. Der Volumenstrom bei 50 Pa Gebudedruckdifferenz, der sogenannte Leckagestrom V_50 (m/h) resultiert aus diesen Messreihen. Der Leckagestrom V_ 50 gibt an, wie viel m3 Luft pro Stunde ber die Undichtigkeiten entweichen. Dieser Kennwert ist Ausgangswert fr alle abgeleiteten Grçßen.

5

Kennwerte und Anforderungen

5.1

Kennwerte n50, q50

In Abschnitt 8 sind die Auswertung der Blower-DoorMessung und die Berechnung der abgeleiteten Grçßen aus dem Leckagestrom V_ 50 in den Gln. (1) bis (4) dargestellt. Sie erfolgen nach DIN EN 13829 [16].

323

In Deutschland ist die bekannteste Anforderung an die Luftdichtheit bei einem definierten Druckunterschied von 50 Pa zwischen Gebudeinnerem und außen die Luftwechselrate bei 50 Pascal n50 (h-1). Sie beschreibt wie hufig das Luftvolumen eines Gebudes bei 50 Pa ausgetauscht werden darf. Angesetzt wird hierfr das Innenvolumen des gemessenen Gebudebereichs. Die Berechnung des Innenvolumens erfolgt nach DIN 277 [8] und wurde vom Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen FLiB e. V. in der Auslegung der DIN EN 13829 genau beschrieben [19]. In den Niedrigenergie-Fçrderprogrammen mehrerer Bundeslnder wurden hierfr seit 1989 Grenzwerte festgelegt [27]. Als gesetzliche Vorgabe wurden Grenzwerte im Bundesanzeiger verçffentlicht [3], die Energieeinsparverordnung schreibt sie seit ihrer 1. Fassung 2002 [5] und den Folgefassungen 2007 und 2009 [6, 7] fest. In DIN 4108-7 [15] und schon in der Vornorm [14] wird neben dem Wert n50 auch die Luftdurchlssigkeit bei 50 Pa, der Wert q50 (m/(h · m±)) mit einem Grenzwert dargestellt. Er ist bezogen auf die Hllflche des gemessenen Gebudebereichs, gemessen auf der Innenseite der Konstruktion nach DIN EN 13829. Er beschreibt, wie viel Luft pro Stunde (m/h) bei einer Druckdifferenz von 50 Pa/m2 Gebudehllflche einstrçmen darf. Fr den Nettogrundflchen bezogenen Leckagestrom bei 50 Pa w50 gibt es in DIN 4108-7 ebenfalls Grenzwerte, geltend fr Gebude mit einer geringen mittleren Hçhe. Da dieser Grenzwert seit Inkrafttreten der EnEV keine Praxisrelevanz hat, soll hier nicht nher darauf eingegangen werden. 5.2

Anforderungen nach EnEV und DIN und andere

Grenzwerte fr die Luftwechselrate bei 50 Pa sind in der Energieeinsparverordnung [7] und DIN 4108-7 [15] wie folgt festgelegt: – n50 £ 3,0 h–1 fr Gebude ohne raumlufttechnische Anlagen und – n50 £ 1,5 h–1 fr Gebude mit raumlufttechnischen Anlagen. Nach DIN 4108-7 kann zustzlich zur Beurteilung der Gebudehlle der q50-Wert herangezogen werden: q50 £ 3,0 m/(h · m±) (Leckagestrom pro Stunde und pro m± Gebudehllflche). Die Energieeinsparverordnung fordert zudem, dass die wrmebertragende Umfassungsflche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlssig abgedichtet ist. Ein Grenzwert fr die Bauteilanschlussfugen ist in der DIN 4108-2 [12] hinterlegt. Auch die Vorgehensweise, spezielle Luftdichtheitsanforderungen an die Gebudehlle zu stellen, ist heute schon gngige Praxis. Die Passivhausbauweise [22] verlangt Luftwechselraten von kleiner 0,6 h–1. In Bereichen des Brandschutzes mit Brandvermeidungsanlagen (Intertisierung) in großen Lagerhallen und in der Reinraumtechnik wird mit Luftwechselraten teilweise weit unter 0,1 h–1 gearbeitet.

324

C3

5.3

q50 als Grenzwert fr große Gebude

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Wie in Abschnitt 8 Formeln und Begriffe dargelegt, ist in einem großen Gebude mit einem Volumen ab etwa 4.000 m [16] wegen des niedrigen A/V-Verhltnisses der n50-Wert nicht aussagekrftig. Deshalb sollte die Beurteilung ber die Gebudehlle erfolgen. Der in DIN 4108-7 [15] angegebene Grenzwert ist fr sehr große Gebude unnçtig hoch. Die Erfahrungen zahlreicher Messungen an Gebuden von 20.000 bis 200.000 m Volumen zeigen (s. Abschn. 7, Tabelle 1), dass es sinnvoll ist, individuelle Grenzwerte je nach Gebudetyp im Bauvertrag festzulegen. Mit entsprechender Detailplanung kann dann der notwendige Volumenstrom minimiert werden. Eine Reduzierung der Geblse-Anzahl und des Aufwandes fr die Messung sind der positive Nebeneffekt: Die Messung wird preisgnstiger. In den Gln. (8) und (9) sind die Berechnung des notwendigen Volumenstroms und die bençtigte Anzahl der Messsysteme aus einem vorgegebenen Grenzwert fr n50 fr ein im Jahr 2003 gemessenes Pflegezentrum dargestellt [24]. Wie mit Gl. (10) gezeigt wird, konnte aktuell bei einem Verwaltungsgebude (Bild 16) durch die Festlegung eines niedrigeren q50-Wertes die Geblse-Anzahl von 17 auf 4 reduziert werden.

6

Anwendung bei großen Gebuden

Die Blower-Door-Messung setzt sich zunehmend auch bei Nichtwohngebuden durch. Seit der Einfhrung der Energieeinsparverordnung 2002 [5] wird die Durchfhrung des sogenannten Dichtheitsnachweises „belohnt“: Werden Gebude gemessen und bestehen sie diesen Test, darf ein reduzierter Lftungswrmebedarf angesetzt werden. Bei der Berechnung des Energiebedarfs ergeben sich dadurch ein verminderter Gesamtenergiebedarf und die Mçglichkeit, Fçrdermittel fr energiesparendes Bauen zu erhalten. Alternativ besteht die Mçglichkeit, an anderer Stelle mit hçherem Bedarf zu kalkulieren.

Gerade im Nichtwohnbau fhrt die Reduzierung von Dmmstoffstrken zu hohen finanziellen Einsparungen. Die Kosten fr die Messung der Gebudeluftdichtheit nehmen sich dagegen sehr gering aus. Zudem erhçht die damit einher gehende Qualittssicherung die Standsicherheit und Wertbestndigkeit des Objekts. Auch die Konditionen von Gebudeversicherungen und finanzierenden Banken tragen bei erfolgreichem Test zur Kostenersparnis bei. Auch bei Gebuden, die keinen Dichtheitsnachweis bençtigen, wird die Blower-Door-Messung eingesetzt: Wenn in einem frhen Stadium der Rohbau untersucht wird, kçnnen systematische Fehler an Fensteranschlssen und Sttzendurchdringungen entdeckt und behoben werden. Leckagen an Dachkonstruktionen werden noch vor dem Anbringen der Verkleidung entdeckt, ein großes Schadenpotenzial wird somit verringert. Entscheidend fr ein gutes Ergebnis ist nicht in erster Linie eine sorgfltige Ausfhrung, sondern das Erfolgskonzept besteht in einer kompetenten Planung vom Umriss bis ins Detail [25]. 6.1

Festlegung des Wertes q50 als Grenzwert

Da bei großen Gebuden das A/V-Verhltnis weit unter 1 liegt, sollte der Wert q50 anstelle des Wertes n50 zur Bewertung herangezogen werden (s. Abschn. 8 und DIN 4108-7). Die Anzahl der zur Messung notwendigen Geblse und damit der Aufwand werden reduziert. In Abschnitt 5.3 ist ein Beispiel dargestellt. 6.2

Baubegehung vor der Messung

Damit die Luftdichtheitsmessung reibungsfrei ablaufen kann, ist es dringend zu empfehlen, sich 1 bis 2 Wochen vor dem Test das Prfobjekt mit einem Verantwortlichen der Baustelle anzusehen. Auf folgende Punkte sollte geachtet werden: • Sind die Arbeiten an der Luftdichtheitsebene abgeschlossen? • Hufig sind es gerade die großen unverschlossenen ffnungen, wie beispielsweise die Installations-

Bild 16. Verwaltungsgebude in Planung. Durch die Ansetzung eines reduzierten Grenzwerts fr q50 kann die Anzahl der fr die Messung notwendigen Blower-Door-Geblse von 17 auf 4 reduziert werden (Quelle: www.IngBEU.de)

Anwendung bei großen Gebuden

Bild 17. Nicht verschlossener Installationsschacht in der Gebudehlle (Quelle: www.IngBEU.de)

• •

•

• •

schchte (Bild 17), an denen die Messung scheitern kann. Sind vorbereitende Maßnahmen zum Einbau der Gerte notwendig? Es ist zu klren, ob gengend große ffnungen zum Einbau der Messgerte vorhanden sind. Gelegentlich ist es von Vorteil, wenn eine Sonderkonstruktion zum Einbau der Gerte erstellt wird. Ist eine Lftungsanlage vorhanden und kann sie zur Messung abgedichtet werden? Oft ist es ratsam, dass Fachpersonal die Lftungsanlagen fr die Luftdichtheitsmessung abdichtet, da die Anlagen hufig sehr groß und unberschaubar sind. Soll das Gebude in mehrere Messabschnitte aufgeteilt werden und gehen die Leitungen der Lftungsanlage ber diese Abschnitte hinaus, mssen die Rohrleitungen am bergang zum benachbarten Gebudeteil abgedichtet werden (Bild 18), damit das Messergebnis nicht verflscht wird. Sind ffnungen in der Gebudehlle abzudichten? Bei dem Gebuderundgang kçnnen vorhandene ffnungen (z. B. fehlende Trelemente) in der Gebudehlle gesichtet werden. Auch hier ist es sinnvoll, dass Handwerker die Abdichtung dieser großen ffnungen mit Plattenmaterialen vornehmen. Die Abklebung mit Folien und Klebebndern hlt hufig nicht fr die Dauer einer Messung.

6.3

Festlegung des Prfumfangs

Bei großen Gebuden wird hufig diskutiert, ob das Gebude statt als Ganzes auch in Teilen (z. B. Brandabschnitte) gemessen werden kann. Grundstzlich sind beide Varianten denkbar. Nach DIN EN 13829 (Bestimmung der Luftdurchlssigkeit von Gebuden) [16] umfasst der zu untersuchende Gebudeteil alle absichtlich beheizten, gekhlten oder mechanisch belfteten Rume. Es ist jedoch auch

325

Bild 18. Abdichtung der Leitung einer Lftungsanlage (Quelle: www.IngBEU.de)

mçglich, in Absprache mit dem Auftraggeber Teile des Gebudes separat zu messen. Die Grenzwerte fr die Luftwechselrate bei 50 Pa (n50) in der Energieeinsparverordnung beziehen sich auf das beheizte oder gekhlte Luftvolumen des Gebudes. Wird das Gebude abschnittsweise gemessen, muss bei der Beurteilung der Messergebnisse bercksichtigt werden, dass die so gemessene Luftdurchlssigkeit auch Strçmungen durch Undichtheiten in benachbarte, beheizte Gebudeteile (interne Leckagen) enthalten kann (Bilder 19, 20). 6.4

Bestimmung der Anzahl von Blower-Door-Messgerten fr großvolumige Gebude

Bei dem Dichtheitsnachweis von Wohngebuden kann blicherweise davon ausgegangen werden, dass die Leistung eines marktblichen Messgerts ausreicht. Die Minneapolis Blower-Door beispielsweise kann bei 50 Pa einen maximalen Volumenstrom von 7200 m/h fçrdern. Die mçgliche Grçße eines Gebudes, das mit einem Messgert gemessen werden kann, ergibt sich dann in Abschnitt 8 Formeln und Begriffe nach Gl. (9) aus dem zu unterschreitenden Grenzwert: – Gebude ohne raumlufttechnische Anlagen (n50 £ 3 h–1) bis 2.400 m Innenvolumen, – Gebude mit raumlufttechnische Anlagen (n50 £ 1,5 h–1) bis 4.800 m Innenvolumen, – Passivhuser (n50 £ 0,6 h–1) bis 12.000 m Innenvolumen. Wenn der jeweilige Grenzwert nicht eingehalten wird, kann die Leckagesuche nur bei der dann erreichbaren Druckdifferenz durchgefhrt werden. Bei der Messreihe kann durch das Nichterreichen von 50 Pa als erforderlicher hçchster Druckdifferenz nur eine Messung mit Abweichung von der Norm DIN EN 13829 [16] in diesem Punkt durchgefhrt werden. Fr große Gebude ab

326

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Bild 19. Messung des rechten Gebudeteils mit internen Leckagen (schematisch, Doppelpfeile) (Quelle: www.wigwam.fr, Frankreich)

Bild 20. Interne Leckage – Kabeldurchfhrung in den benachbarten Gebudeteil (Quelle: www.IngBEU.de)

Bild 21. Dezentral eingebaute Blower-Door-Geblse (insgesamt 7): Jeweils 2 bzw. 3 Geblse wurden in verschiedenen Abschnitten eingebaut

4000 m ist die Messung auch zulssig, wenn 25 Pa berschritten werden. Wenn ein Nichtwohngebude gemessen werden soll, ist in der Regel mit viel grçßeren Volumina und damit hçheren Volumenstrçmen zu rechnen. Indem der Grenzwert individuell abgesenkt wird (s. Abschn. 5.3), kann der zu messende Volumenstrom und damit der Aufwand fr die Messtechnik verringert werden. Es wurde ein Verfahren entwickelt, um zwei und auch mehrere standardmßige Mess-Geblse parallel zu schalten. 2002 wurden 2-Loch und 3-Loch-Planen entwickelt, mit denen 2 oder 3 Ventilatoren 7200 m/h in eine Außentr eingebaut werden. In Bild 21 sind 5 von 7 Geblsen dargestellt, die fr den Dichtheitsnachweis eines Pflegezentrums mit 27.400 m Innenvolumen verwendet wurden (s. auch Abschn. 8) [24].

Seit 2009 gibt es eine automatische Ansteuerung von Einheiten von 3 Geblsen oder dem Vielfachen davon, Erfahrung gibt es mit bis zu 12 Geblsen [26]. In Bild 22 ist das Differenzdruckmessgert mit dem Signalverteiler und den Geblse-Reglern dargestellt. Die dazugehçrige Software [26] regelt die Drehzahl der Geblse synchron und erfasst die Druckdifferenzen und Volumenstrçme. Mit der Messvorrichtung von 7 Geblsen (in Bild 22 sind 8 der zunchst 11 eingebauten Geblse dargestellt) wurde ein Verwaltungsgebude von 90.000 m gemessen. 6.5

Einbauort der Messeinrichtung

Die Messeinrichtung sollte mçglichst zentral, z. B. im Bereich des Haupttreppenhauses, eingebaut werden.

Anwendung bei großen Gebuden

327

Bild 22. Messvorrichtung mit 8 Geblsen – mehrere Geblse geschlossen whrend der Aufnahme der Messreihe

Bild 23. Zentraler Einbau der Messeinrichtung, alle Geblse offen (Quelle: www.IngBEU.de)

Das vereinfacht die Steuerung und Kontrolle der Gerte. Bei der Verwendung mehrerer Ventilatoren ist auf eine ausreichende Stromversorgung zu achten. Bei dem zu untersuchenden Gebude oder dessen Teilbereich sollte sichergestellt sein, dass alle Gebudeteile miteinander im Luftverbund stehen und das Prfobjekt als eine Zone betrachtet werden kann. Die Luftstrçmung muss sich ungehindert in alle Gebudeteile verteilen kçnnen (innenliegende Tren zu Fluren, Rumen etc. çffnen und feststellen, d. h. gegen Zufallen sichern).

dem mit einem separaten Messgert die Druckdifferenz zwischen innen und außen geprft wird (Bild 24). Hierzu wird als Verbindung nach außen eine Kupferkapillare in einen Fensterspalt eingeklemmt. Ist der Druckabfall in einem Gebudeteil so stark, dass er den Grenzwert von 10 % berschreitet, muss eines der Geblse in diesem Bereich eingesetzt werden. Eine Ursache fr starken Druckabfall sind verhltnismßig viele bzw. große Leckagen in dem betreffenden Gebudeteil. Als weitere Ursache kommen ungengend große Strçmungswege infrage.

6.6

Gebudevorbereitung

Ein nicht zu unterschtzender Zeitfaktor ist die Gebudevorbereitung, wie das ffnen der Innentren, das Schließen der Fenster und Außentren sowie die temporren Abdichtungsarbeiten (Bodenabflsse, Abflsse im Sanitrbereich usw.). Je mehr Etagen und Einzelrume bzw. Wohnungen das Gebude hat, desto mehr Laufarbeit muss geleistet werden, um das Gebude zur Messung zu prparieren. Der Zeitaufwand kann dadurch minimiert werden, dass ausreichend Fachpersonal zur Messung eingeplant wird. 6.7

6.8

Spezialfall Altbau

Auch bei großen Gebuden im Bestand wird die Blower-Door-Messung zur Qualittssicherung und fr den Dichtheitsnachweis eingesetzt, beispielsweise in der Fachwerksanierung [25] (Bilder 25 und 26).

Druckdifferenz 50 Pa – 10 % in allen Gebudeteilen

Im Anschluss an die Gebudevorbereitung wird berprft, ob im gesamten Gebude eine gleichmßige Druckverteilung erreicht wird, wenn die Messeinrichtung eine konstante Druckdifferenz (mçglichst 50 Pa) erzeugt. Die Druckunterschiede im Inneren sollten weniger als 10 % von der gemessenen Druckdifferenz zwischen innen und außen abweichen. Diese Anforderung wird berprft, indem die Druckunterschiede zwischen den Rumen untereinander verglichen werden oder in-

Bild 24. berprfung der Druckverteilung in einem mehrgeschossigen Verwaltungsgebude, schematisch

328

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Bild 25. Saniertes Fachwerkgebude (Quelle: www.IngBEU.de)

7

Ergebnisse von durchgefhrten Messungen

7.1

Messergebnisse unterschiedlicher Nichtwohngebuden

Seit Anfang der 1990er-Jahre gibt es auch im Nichtwohnungsbau Erfahrungen mit Blower-Door-Messungen. Zu den ersten gehçrt ein Seminargebude, das Niedrigenergie-Gstehaus des e-u-z, ein Verwaltungsgebude, beide Baujahr 1991, die im Rahmen des niederschsischen Niedrigenergiehaus-Fçrderprogramms gemessen wurden [27]. Es folgten Kindergrten und Schulen mit Turnhallen, z. B. in der Landeshauptstadt Hannover, die hohe energetische Anforderungen bei der Bebauung des neuen Stadtteils Kronsberg mit der Fertigstellung zur EXPO 2000 [23] festlegte. Im Zuge der Energieeinsparverordnung 2002 und der Aktualisierung 2007 und 2009 [5 –7] wird zunehmend auch in Nichtwohngebuden die Mçglichkeit genutzt, den verminderten Lftungswrmebedarf durch Nachweis der ausreichenden Dichtheit der Gebudehlle anzusetzen – in Tabelle 1 sind die typischerweise guten Messergebnisse ablesbar. 7.2

Beispiele gefundener Leckagen und Lçsungsmçglichkeiten

Typischerweise treten Leckagen berwiegend in folgenden Bereichen auf: – bei Verbindungen und Stçßen von Bauteilen, – bei Rohr- und Kabeldurchfhrungen durch die Luftdichtheitsschicht,

Bild 26. Blower-Door-Einbau (Ansicht von außen) im Rahmen einer Fachwerksanierung

– Anschlsse zum Boden bei Tren und bodentiefen Fenstern im ausgebauten Dachgeschoss, – an Stoßstellen verschiedener Baumaterialien (z. B. Massiv-/Leichtbau), – bei Anbauten und Erkern, – an Fenster- und Außentrleibungen, – bei Dachflchenfenstern und Gauben, – bei Bodenluken. Bei der Luftdichtheitsmessung von Gebuden werden unabhngig von der Bauweise (Passivhaus, große Gebude, herkçmmliche Einfamilienhuser) berwiegend gleichartige Leckagen angetroffen. Es gibt unterschiedliche Arten von Leckagen: – Leckagen, die in der Flche auftreten, – Leckagen an Anschlssen, – Leckagen an Durchdringungen, – Leckagen an Bauelementen. Undichtheiten aufgrund von Planungsfehlern, wie unzutreffende oder fehlende Angaben fr Anschlsse zwischen den luftdichten Schichten verschiedener Bauteile, kçnnen meist nicht mehr vollstndig behoben werden. Leckagen, die durch Ausfhrungsfehler entstehen, kçnnen im Regelfall durch Nachbesserung beseitigt werden, wenn sie bei einer vorgezogenen Messung rechtzeitig erkannt werden. Die folgenden Beispiele sind nur eine kleine Auswahl von typischen Leckagen und den Mçglichkeiten, sie zu beheben. Sie zeigen, dass viele Undichtheiten vermieden werden, wenn schon in der Planungsphase das Thema Luftdichtheit bercksichtigt wird.

Gebudehllflche AE m± 16.900

15.606

44.000

4.700

V m 47.000

44.587

165.000

15.000

Fabrikgebude

Lagerhalle

Produktionshalle

Verwaltungsgebude

Gebudeinformation

Innenvolumen

Luftdichtheitsmessungen an großen Gebuden

Tabelle 1. Beispiele dichtheitsgeprfter großer Gebude

7.500

13.200

13.350

12.690

m/h

n50

V_ 50

0,50

0,08

0,30

0,27

h

–1

Luftwechselrate bei 50 Pa

Leckagestrom bei 50 Pa

1,60

0,30

0,86

0,75

m/(m±h)

q50

Luftdurchlssigkeit

2

3

2

2

Anzahl der Geblse

Ergebnisse von durchgefhrten Messungen

329

Gebudehllflche AE m± 17.761

9.891

4.250

V m 48.467

45.300

17.141

Schule

Bibliothek

Fabrikgebude

Gebudeinformation

22.260

19.251

23.721

m/h

n50

V_ 50

1,30

0,42

0,49

h

–1

Luftwechselrate bei 50 Pa

Leckagestrom bei 50 Pa

5,24

1,95

1,34

m/(m±h)

q50

Luftdurchlssigkeit

3

3

3

Anzahl der Geblse

C3

Innenvolumen

Luftdichtheitsmessungen an großen Gebuden

Tabelle 1. Beispiele dichtheitsgeprfter großer Gebude (Fortsetzung)

330 Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Ergebnisse von durchgefhrten Messungen

7.2.1

331

Leckagen in der Flche

Alle massiven Außenwnde mssen vollflchig mit einem Innenputz versehen sein. Auch die Flchen hinter aufgehenden Rohren auf Hçhe des Estrichs sowie Flchen, die am Ende mit einer Gipskartonverkleidung versehen werden, mssen einen Putz erhalten. In Bild 27 ist eine von vielen Leckagen an einer nicht verputzten Hochlochziegelwand sowie das Prinzip der Lufteinstrçmung durch das typische Hohlkçrpersystem dargestellt. Schornsteine mssen auf allen vier Seiten mit einem Putz versehen werden. Andernfalls besteht eine Verbindung zwischen Raumluft und Schornstein-Hinterlftung (Bild 28). Im Holzbaubereich werden blicherweise luftdichte Bahnen aus Kunststoff oder Papierwerkstoffen eingesetzt, die in der Regel gleichzeitig die Funktion der Dampfbremse erfllen. Auch Plattenmaterialien aus Holzwerkstoffen kommen zum Einsatz. Klebebnder mit besonders hoher Klebekraft kçnnen zum Verkleben dieser Materialien (Bild 31) und natrlich auch zum Ausbessern verwendet werden (Bilder 29, 30). In den Technischen Informationen zu den Klebebndern steht genau beschrieben, fr welchen Untergrund diese geeignet sind.

Bild 27. Außenwand ohne Innenputz: Die Luft dringt ber unverputzte Stoß- und Lagerfugen in das Gebude ein (Quellen: www.IngBEU.de und [31])

7.2.2

Leckagen an Bauteilanschlssen

Schon in einem Einfamilienhaus gibt es mehrere hundert Meter Anschlsse zwischen Bauteilen, die bei fehlender Detailplanung und mangelhafter Ausfhrung zu großen Leckagen fhren kçnnen. Bei jedem Materialwechsel ist eine dauerhaft dichte und Baubewegungen aufnehmende Verbindung einzuplanen. Beispiel: Luftdichtungsbahnen

Bild 28. Porçse Steine: Zu sehen sind die Thermogramme eines unverputzten Schornsteins. Links vor der BlowerDoor-Messung, rechts nach 2 Stunden Unterdruck im Gebude. Die porçsen Mauersteine des Schornsteins sind in der Flche nicht dicht (Quelle: www.Klaas-Messtechnik.de)

Bild 29. Beschdigte Dampfbremsfolie, die auch als luftdichte Ebene wirkt

Bild 30. Ausbesserung einer Luftdichtungsbahn aus Papierwerkstoff mittels vorgefertigtem Klebeflicken (Quelle: www.proclima.com)

Bild 31. Klebebnder speziell zur Verklebung und Herstellung der luftdichten Ebene (Quelle: www.proclima.com, weiterer Hersteller: www.siga.ch)

332

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Bild 32. Undichter Anschluss der Dampfbremse an die verputzte Giebelwand

Bild 33. Verwendung von Klebemassen, die sich zur Verbindung verschiedener Materialien eignen. (Quelle: www.proclima.com, weiterer Hersteller: www.siga.ch)

am Anschluss an die Giebelwand (Bild 32) werden eingeputzt oder mit speziellen Dichtmassen angedichtet (Bild 33). An andere massive Bauteile wie Betonplatte und -ringanker muss die Luftdichtungsbahn ebenfalls angeklebt werden, am Schornstein (Bild 34) ist eine Verbindung mit dessen luftdichter Verkleidung vorzusehen (Putz oder Tauchen der Steine vor dem Mauern). Auch in Innenwnde kann Außenluft einstrçmen, wenn sie nicht in das Luftdichtheitskonzept einbezogen sind:

Bild 34. Leckage durch nicht fachgerecht ausgefhrte Luftdichtung an einem Schornsteinanschluss

Bild 35. Das Abwasserentlftungsrohr ist ohne Abdichtung durch die Dampfbremse ber das Dach nach außen gefhrt worden

Im obersten Geschoss werden massive Innenwnde an der Oberkante glatt verspachtelt. Auf Leichtbauwnde wird ein Streifen der Luftdichtheitsbahn aufgelegt, bevor die Dachkonstruktion aufgestellt wird. Auch beim Anschluss der Innen- an die Außenwnde muss auf eine durchgehende dazwischen liegende Luftdichtheitsschicht geachtet werden. Typische Leckagen an Innenwnden treten am Estrichdehnungsrandstreifen, an Steckdosen und Lichtschaltern sowie an Innentrzargen auf. Besonders fehleranfllig ist ein Wechsel der Luftdichtheitsschicht von innen nach außen, beispielsweise vom Innenputz des aufgehenden Mauerwerks zur Dichtungsbahn auf der Schalung oberhalb der Sparren bei Aufdachdmmung. 7.2.3

Leckagen an Durchdringungen

Typische Leckagen finden sich bei allen Arten von Durchdringungen im konstruktiven und im haustechnischen Bereich. Sttzen, Pfetten, Balken- und Sparrenkçpfe lassen sich nur mit großem Aufwand rundum abdichten, und die Dauerhaftigkeit ist bei Schwindverhalten und Verformung infrage gestellt. Haustechnische Durchdringungen stellen vor allem deshalb ein Problem dar, weil die Monteure das Luftdichtungsgewerk nicht kennen oder nicht als ihre Aufgabe anerkennen. So kommt es zur Zerstçrung der bereits verlegten Luftdicht-

Bild 36. Verwendung von Manschetten, die ber das Rohr gezogen und mit der Luftdichtheitsebene verklebt werden kçnnen (Quelle: www.kloeber.de; weiterer Hersteller: www.eisedicht.de)

Ergebnisse von durchgefhrten Messungen

333

Bild 37. Leckage aufgrund von Kabeldurchdringungen

Bild 38. Verwendung von Manschetten, die auf die Luftdichtungsbahn geklebt werden. Die Kabel lassen sich weiterhin schieben oder ziehen (Quelle: www.eisedicht.de)

Bild 39. Undichte Steckdoseneinstze verursachen Lufteintritte

Bild 40. Verwendung von dichten Hohlwanddosen verhindert ungewollte Lufteintritte (Quelle: www.kaiser-elektro.de)

heitsschicht (Bild 35), oder die Trockenbau-Ausfhrenden sehen sich vor die schwer lçsbare Aufgabe gestellt, zahllose Kabelbndel abzudichten – gegen die Folie und auch gegeneinander (Bild 37). Verschiedene Hersteller wenden sich mit ihrem Angebot vorgefertigter Durchdringungs-Manschetten mittlerweile auch an die Installateure: Es gibt Manschetten fr unterschiedliche Rohrdicken und Dachneigungen (Bild 36) sowie fr einzelne und mehrere Elektrokabel (Bild 38). Bei Steckdosen werden die luftdichten Ausfhrungen fr Massivbau und als Hohlwanddosen (Bild 40) anstelle der leckagetrchtigen herkçmmlichen (Bild 39) empfohlen.

oder der Tr gibt es wie in Bild 44 dargestellt, spezielle Klebebnder fr die Luftdichtheit innen und den Schlagregenschutz außen. Auch fr weitere Bauelemente wie fr Dachbodenluken und Abseitentren gibt es mittlerweile luftdichte Einbaurahmen.

7.2.4

Leckagen an Bauelementen

An die Schließfugen von Fenstern und Tren gibt es seit vielen Jahren Dichtheitsanforderungen in der EnEV [7] und DIN EN 12207-1 [10]. Heutige Standardfenster halten diese Anforderungen zuverlssig ein. Anders sieht es bei den Einbaufugen aus, wie auf den Thermogrammen bei Unterdruck in den Bildern 41 und 43 zu sehen ist. Luftdichtheitsmaterialien werden heute vom Hersteller oder direkt vor der Fenstermontage umlaufend auf dem Blendrahmenrcken verklebt und an die Luftdichtheitsschicht in der Laibung angeschlossen (Bild 42). Fr den unteren Anschluss des Fensters

Bild 41. Undichter Anschluss eines Fensterelementes an die Außenwand. Deutlich zeichnet sich im Thermogramm eine ausgekhlte Oberflche (dunkle Frbung) ab

334

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

8

Formeln und Begriffe

Im Folgenden sind die Formeln dargestellt, auf die in den vorangegangenen Abschnitten Bezug genommen wird. 8.1

Leckagestrom bei 50 Pa Differenzdruck und abgeleitete Grçßen Der Leckagestrom V_ L gibt an, wie viel m3 Luft pro Stunde ber die Undichtigkeiten entweichen. Er wird nach Gl. (1) berechnet: V_ L ¼ CL ðDpr Þn Bild 42. Wechselseitig klebende Folien, z. B. mit Vlieskaschierung zum Einputzen, werden vor der Fenstermontage auf den Blendrahmenrcken vom Fensterhersteller oder Monteur geklebt (Quelle: www.tremco-illbruck.com)

(1)

mit CL Leckagekoeffizient [m/h Pan] Dpr Bezugsdruckdifferenz [Pa] n Strçmungsexponent [–] bestimmt aus der gemessenen Leckagekurve, umgerechnet auf Standardbedingungen (20 C, 1013 hPa). Aus Gl. (1) wird der Leckagestrom bei 50 Pa Druckdifferenz berechnet, die in Deutschland fr Grenzwerte angesetzt wird: V_ 50 ¼ CL ð50 PaÞn

(2)

Folgende abgeleitete Grçßen werden nach DIN EN 13829 bestimmt [16]: Der Leckagestrom bei 50 Pa wird auf das Volumen oder die Hllflche des Gebudes bezogen: V_ 50 (3) n50 ¼ V V_ 50 q50 ¼ (4) AE Bild 43. Undichter Anschluss eines bodentiefen Fensterelementes an die Geschossdecke: Deutlich zeichnet sich im Thermogramm eine ausgekhlte Oberflche (dunkle Frbung) ab

mit n50 Luftwechselrate bei 50 Pa [h–1] q50 Luftdurchlssigkeit bei 50 Pa [m/(h m±)] V_ 50 Leckagestrom bei der Bezugsdruckdifferenz von 50 Pa [m/h] V Innenvolumen [m] AE Gebudehllflche (Innenmaßbezug) [m±] Die Bezugsgrçße Innenvolumen V wird ermittelt aus Nettogrundflche und mittlerer lichter Raumhçhe [19] V = AF · h

(5)

mit AF Nettogrundflche [m±] h mittlere lichte Raumhçhe [m] 8.2

Bild 44. Das Fensterelement muss vor dem Aufbringen des Estrichs mit geeigneten Klebebndern an die Geschossdecke angearbeitet werden (Quelle: www.Gerband.de)

n50 und q50 im Vergleich fr verschiedene Gebudegrçßen

Das A/V-Verhltnis eines Gebudes wirkt sich darauf aus, welche abgeleitete Grçße fr die Anforderung der Luftdichtheit herangezogen werden soll. Typisches Einfamilienhaus:

A = 1 m±/m V

Formeln und Begriffe

V = 425 m AF = 425 m± A = 1 m±/m V gemessener Leckagestrom V_ 50 = 1275 m3/h Eingesetzt in Gln. (3 und 4):

335

50 Pa eingesetzt in Gl. (6): Aeq ¼ 0,5

cm2 _ V50 m3=h

n50 ¼

Um den Leckagestrom durch eine große ffnung abzuschtzen und beurteilen zu kçnnen, welche zustzliche Geblse-Leistung erforderlich ist, wird Gl. (6) nach V_ 50 aufgelçst:

q50

m =h Aeq V_ 50 ¼ 2 cm2

1257 = 3 h–1 425 1257 = 3 m/(m± h) ¼ 425

Fazit: Die Luft des Einfamilienhauses wird unter Prfbedingungen 3 mal ausgetauscht (n50 = 3 h–1). Wird der Leckagestrom auf die Gebudehllflche bezogen, strçmen ber einen Quadratmeter 3 m Luft pro Stunde (q50 = 3 m/(m± h)). Grenzwerte fr den n50 sind in der EnEV und der DIN 4108-7 [7, 15] angegeben. A Beispiel fr ein Verwaltungsgebude: = 0,25 m±/m V V = 80.000 m AF = 20.000 m± A = 0,25 m±/m V gemessener Leckagestrom V_ 50 = 240.000 m/h Eingesetzt in Gl. (3 und 4): 240:000 = 3 h–1 80:000 240:000 ¼ = 12 m/(m± h) 20:000

n50 ¼ q50

Fazit: Das Verwaltungsgebude hat den gleichen Luftwechsel wie das Einfamilienhaus von n50 = 3 h–1. Doch ber die Hllflche strçmt die 4-fache Menge an Luft mit einem q50 von 12 m/(m± h). Die Gebudehllflche ist somit wesentlich luftdurchlssiger als die des Einfamilienhauses. Die Ursache liegt im kleinen A/VVerhltnis von großen Gebuden. Soll die Hllflche die gleiche Qualitt wie die eines kleinen Gebudes erreichen, ist der q50 nach den Empfehlungen der DIN 4108-7 zu begrenzen (s. Abschn. 5.2 ff.). 8.3

quivalente Leckageflche / Abschtzung großer Leckagen

Aus dem Ergebnis der Blower-Door-Messung kann die quivalente Leckageflche des Gebudes nach Gl. (6) berechnet werden. Die Annahme ist die Strçmung durch ein scharfkantiges Loch in einer dnnen Platte [29]: V_ 50 Aeq ¼ (6) 0,36 ð2=r0 Þ0,5 cd ðDpÞ0,5 mit V_ 50 Leckagestrom r0 Rohdichte der Luft (bei 20 C = 1,204 kg/m) cd Luftwiderstandsbeiwert 0,61 (scharfkantige ffnung) Dp Druckdifferenz an der Blende [Pa]

3

(7)

Beispiel: Fahrstuhl-Entrauchungsçffnung (Abschn. 4.1.2), 25 cm · 25 cm: 3

m =h 25 cm 25 cm ¼ 1250 m3=h V_ 50 ¼ 2 cm2 8.4

Berechnung der bençtigten Fçrderleistung bei der Messung großvolumiger Gebude

Die mçgliche Grçße eines Gebudes, das mit einem marktblichen Messgert mit einer Fçrderleistung von 7200 m/h bei 50 Pa Druckdifferenz gemessen werden kann, ergibt sich durch Umstellen der Gl. (3) aus dem jeweils zu unterschreitenden Grenzwert: V_ 50;FL V¼ (8) n50 mit V_ 50;FL Leckagestrom, Fçrderleistung bei der Bezugsdruckdifferenz von 50 Pa [m/h] Luftwechselrate bei der Bezugsdruckdifferenz n50 von 50 Pascal [h–1] Wenn also V_ 50;FL = 7200 [m/h], ergibt sich fr den EnEV-Nachweis – in einem Gebude mit dem Grenzwert n50 = 3,0 [h–1] bei Gebuden ohne raumlufttechnische Anlagen ein maximal messbares Innenvolumen 7200 V¼ ¼ 2:400 m3 3,0 – in einem Gebude mit dem Grenzwert n50 = 1,5 [h–1] bei Gebuden mit raumlufttechnische Anlagen ein maximal messbares Innenvolumen 7200 ¼ 4:800 m3 V¼ 1,5 – und fr ein Passivhaus mit dem Grenzwert n50 = 0,6 [1/h] bei Gebuden mit raumlufttechnische Anlagen ein maximal messbares Innenvolumen 7200 ¼ 12:000 m3 V¼ 0,6 8.5

Bestimmung der Anzahl von Blower-Door-Messgerten

Bei der Messung von grçßeren Gebuden, also den meisten Nichtwohngebuden, kçnnen diese Standardgerte gekoppelt werden. Die Abschtzung der fr die Messung notwendigen Anzahl der Geblse N sollte im Zuge der Ausschreibung vorgenommen werden.

336

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

Bestimmung der Geblseanzahl ber den Grenzwert n50

N¼

Die Gesamtfçrderleistung wird bestimmt als maximaler Volumenstrom V_ 50 bei 50 Pa aus dem Innenvolumen des zu messenden Gebudes V und dem zulssigen Luftwechsel n50 bei 50 Pa, d. h. dem angegebenen Grenz- oder Zielwert, durch Umstellen der Gl. (3): V_ 50,FLges ¼ V n50

(9)

Beispiel: Fr ein Pflegezentrum mit Lftungsanlage und einem vom Auftraggeber angegebenen Innenvolumen von 35.000 m soll der Dichtheitsnachweis nach EnEV erstellt werden. Im vorliegenden Fall ergibt sich als notwendige Gesamtfçrderleistung eingesetzt in Gl. (9): V_ 50,FLges ¼ V n50 ¼ 35:000 1,5 ¼ 52:500 m3 =h mit dem Grenzwert n50 = 1,5 [h–1] bei Gebuden mit raumlufttechnischen Anlagen Eingesetzt in V_ 50,FLges 52:500 N¼ ¼ ¼ 7,3 Gebl¨ase 7:200 V_ 50,FL Da bei der Messung großer Gebude mit V > 4.000 m3 auch dann eine normgerechte Messung durchgefhrt werden kann, wenn statt 50 Pa nur 25 Pa als hçchste Druckdifferenz berschritten wird, wurden 7 Geblse in der Ausschreibung als ausreichend eingeschtzt. Da das tatschlich gemessene Innenvolumen 27.400 m betrug und der Grenzwert nur knapp berschritten wurde, reichte die Geblseleistung aus. Bestimmung der Geblseanzahl ber den Grenzwert q50 V_ 50,FLges ¼ AE q50

V_ 50,FLges ¼ V_ 50,FLges ¼ AE q50 ¼ 20:000 1,25 ¼ 25:000 m3 =h V_ 50,FLges 25:000 ¼ ¼ 3,5 Gebl¨ase 7:200 V_ 50,FL

Angesetzt fr die Messung wurden 4 Geblse. Wenn stattdessen der Standard-Grenzwert angesetzt worden wre mit n50 = 1,5 [h–1] bei Gebuden mit raumlufttechnische Anlagen, dann htten V_ 50,FLges ¼ V_ n50 ¼ 80:000 1,5 ¼ 120:000 m3 =h

angesetzt werden mssen.

9

Fazit

Der Dichtheitsnachweis nach EnEV [5–7] hat sich in neu gebauten Wohnhusern als Qualittsmerkmal etabliert. Auch bei der Sanierung im Bestand ist er mittlerweile ins Fçrderprogramm aufgenommen worden [32]. Die Blower-Door-Messung sogenannter großer Gebude, also der meisten Nichtwohngebude, wird in mehreren europischen Lndern und zunehmend auch in Deutschland durchgefhrt. Die Messung unterscheidet sich nicht von der im Einfamilienhaus. Es werden lediglich mehrere Geblse eingesetzt, und der Zeitaufwand fr die Gebudeprparation und die Leckageortung ist grçßer. Die Art der Leckagen unterscheidet sich nicht von denen im Wohnungsbau: Fehler in der Planung von Bauteilanschlssen und unkoordinierte Durchdringungen von Sttzen sowie haustechnischen Elementen verschlechtern die Luftdichtheit des Gebudes. Als Anforderung sollte bei großen Gebuden aufgrund des kleinen A/V-Verhltnisses die Luftdurchlssigkeit der Gebudehlle (q50) anstelle der Luftwechselrate bei 50 Pa (n50) begrenzt werden. Nur so kann eine mit kleineren Gebuden (Einfamilienhusern) vergleichbare Luftdichtheitsqualitt der Gebudehlle erreicht werden. Sorgfltige Planung der Luftdichtheitsschicht und die Aufnahme eines Zielwertes fr die Kenngrçßen n50 oder q50 in den Bauvertrag fhren in der Regel zu sehr guten Ergebnissen beim Dichtheitsnachweis.

(10)

Beispiel: Bei dem oben beschriebenen Verwaltungsgebude (s. Absch. 8.2) mit einem Volumen von 80.000 m und einer Hllflche von 20.000 m±, A/V = 0,25 m±/m, wurde folgender Grenzwert im Bauvertrag festgeschrieben: q50 = 1,25 [m/(h m±] bei Gebuden mit raumlufttechnische Anlagen. Eingesetzt in Gl. (10)

N¼

V_ 50,FLges 120:000 ¼ ¼ 17 Gebl¨ase 7:200 V_ 50,FL

10

Normen und Literatur

Normen und Verordnungen [1] Wrmeschutzverordnung (WrmeschutzVO): Verordnung ber einen energiesparenden Wrmeschutz bei Gebuden. Inkrafttreten: 01. 01. 1984. Bundesgesetzblatt, Bonn 24. 02. 1982. [2] Wrmeschutzverordnung (WrmeschutzVO): Verordnung ber einen energiesparenden Wrmeschutz bei Gebuden. Inkrafttreten: 01. 01. 1995. Bundesgesetzblatt, Bonn 16. 08. 1994. [3] Bekanntmachung des Bundesministeriums fr Raumordnung, Bauwesen und Stdtebau: Hinweis auf allgemein anerkannte Regeln der Technik zur Wrmeschutzverordnung. Vom 8. Juli 1998: Der Nachweis einer ausreichenden Dichtheit von Gebuden in DIN 4108, Teil 7, Ausgabe November 1996 wird beschrieben. Zwei Ergnzungen sind angefgt. Bundesanzeiger Nr. 140, 31. Juli 1998, S. 10885, Bonn. [4] Bekanntmachung des Bundesministeriums fr Raumordnung, Bauwesen und Stdtebau: Erste (und zweite) Bekanntmachung von Kennwerten fr die Beurteilung von Lftungs-

Normen und Literatur anlagen nach der Wrmeschutzverordnung. Vom 8. Juli 1998 (und 24. Juli 1998): Minderungsfaktoren fr den Lftungswrmebedarf und Dichtheitsanforderungen an das Gebude. Bundesanzeiger Nr. 142, 4. August 1998, S. 11114 (und Nr. 151, 15. August 1998, S. 12154), Bonn. [5] Verordnung ber energiesparenden Wrmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebuden (Energieeinsparverordnung – EnEV 2002). Bundesgesetzblatt Nr. 59. 16. November 2001. Berlin. [6] Verordnung ber energiesparenden Wrmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebuden (Energieeinsparverordnung – EnEV, Inkrafttreten 1. Oktober 2007). Bundesgesetzblatt vom 26. Juli 2007. Berlin. [7] Verordnung ber energiesparenden Wrmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebuden (Energieeinsparverordnung – EnEV, Inkrafttreten 1. Oktober 2009). Bundesgesetzblatt Nr. 23 vom 30. April 2009. Berlin. [8] DIN 277-1:1977: Deutsches Institut fr Normung. Grundflchen und Rauminhalte von Bauwerken im Hochbau: Gliederung der Nutzflchen, Funktionsflchen und Verkehrsflchen (Netto-Grundflche). DIN 277. Berlin, Aug 1977. [9] DIN 277-1:2005-02: Grundflchen und Rauminhalte von Bauwerken im Hochbau; Teil 1: Begriffe, Ermittlungsgrundlagen. NABau im DIN, Berlin 2005. [10] DIN EN 12207:2000-06: Fenster und Tren – Luftdurchlssigkeit – Klassifizierung. Deutsche Fassung EN 12207:1999. NABau im DIN, Berlin 2000. [11] DIN V 18599:2007-02: Energetische Bewertung von Gebuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Khlung, Lftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung; Teil 2: Nutzenergiebedarf fr Heizen und Khlen von Gebudezonen. NABau im DIN, Berlin 2007. [12] DIN V 4108-2:2003-07: Wrmeschutz und EnergieEinsparung in Gebuden; Teil 2: Mindestanforderungen an den Wrmeschutz. NABau im DIN, Berlin 2003. [12a] DIN 4108, Teil 2: Wrmeschutz im Hochbau, Teil 2: Wrmedmmung und Wrmespeicherung. Berlin 1981. [13] DIN V 4108-6:2003-06: Wrmeschutz und EnergieEinsparung in Gebuden; Teil 6: Berechnung des Jahresheizwrme- und des Jahresheizenergiebedarfs. NABau im DIN, Berlin 2003. [14] DIN V 4108-7:1996-11: Wrmeschutz im Hochbau; Teil 7: Luftdichtheit von Bauteilen und Anschlssen, Planungs- und Ausfhrungsempfehlungen sowie -beispiele. NABau im DIN, Berlin 1996. [15] DIN 4108-7:2001-08: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden; Teil 7: Luftdichtheit von Gebuden, Anforderungen, Planungs- und Ausfhrungsempfehlungen sowie -beispiele. NABau im DIN, Berlin 2001. [16] DIN EN 13829:2001-02: Wrmetechnisches Verhalten von Gebuden – Bestimmung der Luftdurchlssigkeit von Gebuden – Differenzdruckverfahren (ISO 9972:1996, modifiziert), Deutsche Fassung EN 13829:2000. NABau im DIN, Berlin 2001.

337

[17] EN 13892:2000-11: Thermal performance of buildings – Determination of air permeability of buildings – Fan pressurization method (ISO 9972:1996, modified). CEN – European Committee for Standardization, Brussels 2000. [18] ISO 9972:2006-05: Thermal performance of buildings – Determination of air permeability of building – Fan pressurization method. International Standard Organization, Geneva, Switzerland, 2th edition 2006. [19] Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V.: FLiB informiert: Beiblatt zur DIN EN 13829. Kassel, 2002. [20] Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V.: FLiB informiert: Technische Empfehlungen und Ergnzungen des FLiB e. V. zur DIN 4108-7, Ausgabe August 2001: Luftdichtheit von Gebuden, Anforderungen, Planungs- und Ausfhrungsempfehlungen sowie -beispiele. Kassel, April 2008. [21] Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (Hrsg.): Gebude-Luftdichtheit, Band 1. Kassel, 2008.

Literatur [22] Passivhaus-Institut: Kriterien fr Passivhuser mit Wohnnutzung – Zertifizierung als „Qualittsgeprftes Passivhaus“. Verçffentlicht unter www.passiv.de [23] Stadt Hannover: Stadtteilentwicklung Kronsberg, Internet-Fundstelle http://www.hannover.de/data/download/umwelt_bauen/s/mokro6-26.pdf. [24] Dorschky, S., Simons, P., Rolfsmeier, S.: BlowerDoorMessung großer Gebude. Vorstellung und Vergleich verschiedener Konzeptanstze und Messergebnisse. In: Bauphysik 27, Heft 6. Berlin 2005. [25] Simons, P.: Fachwerksanierung mit 12 cm Innendmmung. Vierjhrige Messungen zum feuchtetechnischen Verhalten. In: Die neue quadriga 1/2000. [26] The Energy Conservatory / BlowerDoor GmbH: Manual/Handbuch Minneapolis BlowerDoor. www.blowerdoor.de. Minneapolis/Springe-Eldagsen 1988–2009. [27] Zeller, J., Dorschky, S., Borsch-Laaks, R. Feist, W.: Luftdichtigkeit von Gebuden – Luftdurchlssigkeitsmessungen mit der Blower Door in Niedrigenergiehusern und anderen Gebuden. Institut Wohnen und Umwelt (Hrsg.), Darmstadt 1995. [28] Dorschky, S.: Systeme und Spezialelemente fr luftdichtes Bauen. Eine Positiv-Auswahl und Erfahrungen bei BlowerDoor-Messungen. In: Die neue quadriga 6/2001. Verlag Kastner, Wolnzach 2001. [29] Orme, M., Liddament, M. Wilson, A.: An Analysis and Data Summery of AIVC s Numerical Database. AIVC Technical Note 44, GB Coventry 1994. [30] Borsch-Laaks, R.: Lftung im Wohngebude. Wissenswertes ber den Luftwechsel und moderne Lftungsmethoden. Energiesparinformationen 8. Hrsg.: Hessisches Ministerium fr Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung, Referat ffentlichkeitsarbeit, Wiesbaden 1990. Aktuelle Fassung: http://www.iwu.de/fileadmin/user_upload/dateien/energie/ espi/espi8.pdf.

338

C3

Luftdichtheit bei Gebuden – Blower-Door-Messung großer Gebude

[31] Zeller, J., Biasin, K.: Luftdichtigkeit von Wohngebuden – Messung und Bewertung, Ausfhrungsdetails. RWE Energie Aktiengesellschaft Anwendungstechnik (Hrsg.), 2. erweiterte Auflage, Essen 1996. [32] Bundesamt fr Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA): Neue Richtlinie Vor-Ort-Beratung seit 01.10.2009, bis zum 31. Dezember 2014 verlngert. Verçffentlicht unter http://www.bafa.de/bafa/de/energie/energiesparberatung/index.html

D Konstruktive Ausbildung von Bauteilen und Bauwerken

341

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung Ulrich Schneider, Thomas Bednar, Johannes Sima, Hanna A. Liebich

O. Univ.-Prof. Dr. techn. Dr. h. c. Ulrich Schneider Technische Universitt Wien Institut fr Hochbau und Technologie Forschungsbereich fr Baustofflehre, Werkstofftechnologie und Brandsicherheit Karlsplatz 13/206, A 1040 Wien Studium des Maschinenbaus sowie Promotion im Bauingenieurwesen (1973) und Habilitation (1978) an der Fakultt fr Bauwesen der TU Braunschweig; Forschungsingenieur bei Prof. Kordina (1970–1980) im iBBB; 1981–1989 Univ.-Prof. an der Gesamthochschule, Universitt Kassel, sowie Leiter der Amtlichen Betonprfstelle F; 1990–2004 Institutsleiter des Instituts fr Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz der TU Wien sowie 1997–1998 Stellvertretender Leiter der Technischen Forschungs- und Versuchsanstalt (TVFA); Ehrendoktorat der Technischen Universitt Brest (2004) und Ehrenmitglied der russischen Akademie fr Architektur und Bauwissenschaften (2005); seit 2005 Institutsleiter des Instituts fr Hochbau und Technologie der TU Wien.

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Thomas Bednar Technische Universitt Wien Institut fr Hochbau und Technologie Forschungsbereich Bauphysik und Schallschutz Karlsplatz 13/206, A 1040 Wien Nach Abschluss des Studiums der Technischen Physik Promotion und Habilitation im Fachgebiet „Bauphysik“; Forschungsschwerpunkt Simulationsmodelle in der Bauphysik fr die Dauerhaftigkeit und Energieeffizienz von Gebuden; çsterreichisches Mitglied im IEA-ECBCS-Programm Annex 41, „Whole building heat, air and moisture response“ und Annex 53 „Total energy use in buildings“, Mitarbeit in den Gremien des CEN/TC 89 und ISO/TC 163 und 205. Seit 2008 Leiter des Forschungsbereichs Bauphysik und Schallschutz am Institut fr Hochbau und Technologie der TU Wien.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

342

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Hofrat Arch. Dipl.-Ing. Dr. techn. Johannes Sima sterreichisches Bundesdenkmalamt Hofburg, Sulenstiege, A 1010 Wien Architekturstudium sowie Promotion an der Technischen Universitt Wien. Universittsassistent, Ttigkeit in Architekturbros, danach freischaffender Architekt (Ziviltechniker). 1993 Eintritt in das Bundesdenkmalamt, seit 2003 Leiter der zentralen Fachabteilung fr Architektur und Bautechnik. Bundesweite Befassung mit den vielfltigen Aufgaben im Umgang mit Baudenkmalen zum Zweck deren Erforschung und authentischer Erhaltung. Lehrbeauftragter fr den Fachbereich „Bauen im Bestand“.

Dipl.-Ing. Hanna A. Liebich sterreichisches Bundesdenkmalamt Abteilung fr Architektur und Bautechnik Hofburg, Sulenstiege, A 1010 Wien Studium der Architektur und Diplom 2001 an der Technischen Universitt Berlin. 1994–2004 Mitarbeit an Forschungsprojekten der Fachgebiete Bau- und Stadtbaugeschichte sowie Historische Bauforschung der Technischen Universitt Berlin. 2004–2007 Mitarbeit an Forschungsprojekten und Lehre am Institut fr Kunstgeschichte, Bauforschung und Denkmalpflege der Technischen Universitt Wien. Seit 2007 Mitarbeiterin in der Abteilung fr Architektur und Bautechnik am sterreichischem Bundesdenkmalamt.

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung

2

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes 343 Relevanz und Handlungsbedarf 343 Erluterungen zum Denkmalbegriff 344 Definition des Denkmalwerts 344 Analyse der Baugeschichte 345 Aktuelle Problematik 347 Traditionelle Optimierung 347 Typische nderungen und Fehlerquellen 348 Aktuelle Praxis 349

3.4

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz 352 Einfhrung 352 Vorstellung von Beispielobjekten und typische Aufgabenstellungen 353

4

Zusammenfassung und Ausblick 366

5

Literatur

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3 3.1 3.2

343

3.3

3.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.7

Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und Treibhausgasemissionen von Maßnahmen 353 Beispiel zur Beurteilung der Energieeffizienz und der Heizkosten 356 Risiken fr die Baukonstruktion bei energetischen Sanierungen von Denkmalen 358 Beispiele zur Risikobeurteilung 361 Erdberhrtes Mauerwerk 361 Anschluss Außenwand Ziegelmauerwerk – Holzbalkendecke 363 Einbettung von Denkmalen in Nachhaltigkeitszertifikate und Fçrderrichtlinien 366

367

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes

1

Einleitung

Im Zuge der çffentlichen Diskussionen ber Energiesparmaßnahmen werden regelmßig Baudenkmale als besonders ineffizient dargestellt und Standardlçsungen der thermischen Gebudesanierung werden eingefordert. Gleichzeitig kann man bei einer Reihe von konventionellen Sanierungen von Bestandsgebuden eine Erhçhung der Heizkosten nach der Sanierung feststellen. Auch die bertragung von Sanierungstechniken von Demonstrationsobjekten aus ganz anderen Regionen und Nutzungen werden oftmals sehr unkritisch durchgefhrt. Eine Analyse des Risikos, dass das Gebude aufgrund der vernderten thermischen und hygrischen Zustnde nach einer thermischen Sanierung langfristig Schden aufweisen kçnnte, findet nur in seltenen Fllen statt. In diesem Beitrag wird der Begriff Denkmal nher erlutert, um darauf aufbauend den Weg zu denkmalgerechten Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz zu finden. Dabei wird zwischen der Reduktion von Heizkosten, der Steigerung der Energieeffizienz und der Reduktion der Treibhausgasemissionen fr Raumheizung und Warmwasser unterschieden. Es wird gezeigt, wie groß der Einfluss der Lebensgewohnheiten auf die Heizkosten und Treibhausgasemissionen ist. Die Beurteilung der Energieeffizienz von Maßnahmen bezieht sich somit stets auf einen bestimmten Lebensstil. Die Auswahl von denkmalgerechten Maßnahmen zur Senkung der Heizkosten und der Treibhausgasemissionen bedarf also einer ausfhrlichen Analyse des Bestandsgebudes und dessen Nutzung bzw. nderung der Nutzung. Die im Neubau verbreiteten und erprobten Methoden zur Erstellung von energieeffizienten Gebuden lassen sich oftmals aus Grnden des Denkmalschutzes nicht einfach bertragen. Wie in Bild 1 erkennbar, wrde eine nderung der Fassade praktisch zu einem Verlust des Denkmals fhren. Daraus folgt, dass in diesem Fall ausschließlich Maßnahmen ergriffen werden kçnnen, die das ußere Erscheinungsbild unverndert lassen. In der Regel sind dieses bauphysikalisch gesehen riskante Maßnahmen wie z. B. Innendmmungen. Ein wesentliches Kriterium bei der

Bild 1. Denkmal mit authentischer Erscheinung im Stadtbild von Linz (Oberçsterreich)

343

Auswahl geeigneter Sanierungsmaßnahmen beinhaltet daher auch die Anforderungen, dass das Denkmal aufgrund der sich ndernden hygrischen und thermischen Zustnde keinen Schaden erleiden darf und dass sich aus der Sanierung kein neuerliches Risiko im Hinblick auf z. B. Materialverluste oder -zerstçrung ergibt. Ein Abschnitt beschftigt sich daher mit den Anforderungen an Simulationsmethoden, mit denen eine solche Risikobeurteilung durchgefhrt werden kann. Zwei Beispiele veranschaulichen typische Aufgabenstellungen fr sehr komplexe Details der Gebudehlle. Der Beitrag schließt mit der berlegung, wie die Methodik der Findung denkmalgerechter Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in Nachhaltigkeitszertifikaten eingebaut werden kçnnte, damit der Wunsch zur Senkung von Heizkosten nachvollziehbar dargestellt werden kann und tatschlich zu einer Reduktion fhrt sowie langfristig keine Schden am Bauwerk auftreten.

2

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes

2.1

Relevanz und Handlungsbedarf

Bei der energetischen Sanierung von Bestandsbauten erzeugen die kontroversen Sichtweisen und Forderungen von Nutzern, Planern, Ausfhrenden und Behçrden regelmßig Konflikte. Im Bereich der Denkmalpflege stehen sich mit dem gesetzlichen Auftrag der authentischen Erhaltung der Baudenkmale auf der einen und den hohen Anforderungen an eine Energieverbrauchsreduktion auf der anderen Seite zwei wichtige, offensichtlich aber unvereinbare Aufgaben gegenber. Fr die Zukunft ist es dringend notwendig, die gegenstzlichen Betrachtungsweisen einander anzunhern und den „gemeinsamen Nenner“ beider Interessen zu finden. Der viel bemhte Widerspruch von Denkmalschutz und Energieeffizienz ist kein naturgegebener. Den Garant fr eine Erhaltung des Baudenkmals auf Dauer liefert die funktionsgerechte Nutzung und Wartung. Werden nachhaltige Maßnahmen zur Erhçhung der Energieeffizienz getroffen, die zudem auch der Verbesserung der bestehenden Bausubstanz und des Raumklimas dienen, kann und sollte aus einem anfnglichen Widerspruch letztlich ein Vorteil fr alle entstehen. Ausgangspunkt der heutigen Gesetzeslage zur Energieeinsparung im Gebudesektor war die 2002 verabschiedete europische „Gebuderichtlinie“ (2002/91/EG). Diese Richtlinie ber die Gesamtenergieeffizienz von Bauwerken rumt den Mitgliedstaaten ein, bei „Gebuden und Baudenkmlern, die als Teil eines ausgewiesenen Umfelds oder aufgrund ihres besonderen architektonischen oder historischen Werts offiziell geschtzt sind“, die Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz nicht festzulegen oder anzuwenden, wenn deren Einhaltung „eine unannehmbare Vernderung ihrer Eigenart oder ihrer ußeren Erscheinung bedeuten wrde“. Diese Ausnahmemçglichkeit hat mehr oder

344

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

weniger Eingang in Baugesetze und Fçrderrichtlinien gefunden und erçffnet einen unbedingt notwendigen Handlungsspielraum fr den Denkmalschutz. Sie erzeugt aber ebenso genau dort große Unsicherheiten, wo besonders sensible Beobachtungen und behutsame Maßnahmen erforderlich wren. In der Realitt stellt sich sehr wohl auch dem Denkmalbestand die Notwendigkeit einer Steigerung der Energieeffizienz. In Anbetracht der çffentlich prognostizierten Einsparmçglichkeiten an Energie sowie den damit verbundenen Emissionen und verursachten Kosten ist ein wachsender Druck auf die Denkmalpflege zu erwarten. Dieser lsst sich nicht durch eine gesetzliche Befreiung von den Anforderungen zur Gesamtenergieeffizienz lçsen. Er verlangt vielmehr nach einer intensiven Entwicklung von praktischen denkmalvertrglichen Maßnahmen in diesem Bereich. Das Desiderat an Methoden und Erfahrungen fhrt in der Praxis derzeit dazu, dass versucht wird, entweder einzelne Standardlçsungen auf historische Bauwerke zu bertragen bzw. durch Reduzierung der Dmmstoffdimensionen die bauliche Vernderung vermeintlich abzuschwchen oder aber in vereinzelten Musterprojekten Alternativen zu erproben. So sind momentan in der Forschungslandschaft verschiedene Fragestellungen in Bearbeitung, die jedoch noch nicht in eine geregelte Vorgangsweise Eingang gefunden haben. Ebenfalls einer besseren Abstimmung bedrfen die Fçrderkriterien fr Zuschsse im Sanierungsbereich. Sie wurden regional sehr unterschiedlich oder gar nicht auf die Bedrfnisse der Denkmalpflege eingestellt. Mit einem Anteil von etwa 4 % (Bild 2) am gesamten Baubestand sind Denkmale ein nicht zu vernachlssigendes Arbeitsfeld, das eine spezielle Forschung und Entwicklung erforderlich macht. Wie fr jedes Gebude heißt es hier umso mehr, tatschliche Wirksamkeit von Baumaßnahmen zu gewhrleisten und Risiken zu vermeiden. Es ist aber auch jener Gebudebereich, welcher der Entwicklung und Evaluierung neuer, alternativer Methoden Raum bietet. Wenn adquate Methoden und Fçrderungen zur Verfgung stehen, kann im Denkmalbestand sehr wohl ein Beitrag zur Energieeinsparung geleistet werden.

Bild 2. Anteil der denkmalgeschtzten Bauten am Gesamtbestand

2.2

Erluterungen zum Denkmalbegriff

Innerhalb der gesamten berlieferten Bauten existieren Gebude sehr unterschiedlicher Qualitt und Bedeutung, was sich auch im Grad ihres Schutzstatus ausdrckt. Die Gruppe der Bauwerke mit hohen konservatorischen Zielen erfordern und rechtfertigen eine besondere Vorsicht in ihrer Handhabung. Eine Vorgangsweise aber, welche die Denkmalsubstanz zu sichern vermag, ist auch allen anderen Bauwerken zutrglich und bedeutet einen Gewinn fr die gesamte Sanierungspraxis. Wenn im Folgenden von denkmalgeschtzten Bauwerken oder (Bau-)Denkmalen die Rede ist, sind jene Objekte oder Ensembles gemeint, die rechtskrftig unter Schutz gestellt sind, das heißt, dass deren Erhaltung im çffentlichen Interesse gelegen ist und jede Vernderung einer Bewilligung durch die entsprechende Denkmalbehçrde bedarf. Darber hinaus bestehen noch zahlreiche Objekte in Schutzzonen, die z. B. durch den „Ortsbildschutz“ in sterreich, „Denkmalbereiche“ in Deutschland oder auch durch Kriterien des Europischen Weltkulturerbes festgelegt sind und in der Verantwortung der Lnder und Gemeinden liegen. Oft finden sich in der Literatur die Begriffe „historische“ oder „historisch wertvolle“ Bauten, welche aber keine genau definierten sind. Gemeint sind zumeist all jene epocheprgenden Bauten bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts, die den europischen Stdten und Dçrfern ihr charakteristisches Erscheinungsbild gegeben haben. Aufmerksamkeit bedrfen aber auch all die herausragenden architektonischen Zeugnisse der Vor-, Zwischen- und Nachkriegszeit, die momentan einer generellen Abwertung anheimfallen, da sie oft „energetische“ Problemkinder darstellen. Neben diesen verschiedenen Bezeichnungen zur Bewertung der Bestandsgebude sind weitere Begriffe gebruchlich, die nach der geltenden Denkmaltheorie den Wert eines einzelnen Bauwerks beschreiben. 2.3

Definition des Denkmalwerts

Die großen Kontroversen beim gngigen Umgang mit dem „heißen“ Thema der thermischen Sanierung von unter Denkmalschutz stehenden Objekten liegen oftmals in nicht oder falsch verstandenen Begriffsinhalten zum Wert des Baudenkmals. Warum kçnnen die rechnerisch ermittelten Idealwerte nicht im entsprechenden Vollwrmeschutz an der Fassade eines Baudenkmals realisiert werden, wo doch ohnehin keine wertvolle Wandmalerei verdeckt wird und die neue Haut wieder gleiche, in Aussehen und Farbe nachgebildete Gliederungselemente aufweist? Hier ist eine grundstzliche Abklrung der anerkannten Begrifflichkeit des Denkmalwerts notwendig. Die Wertdefinitionen der Denkmalpflege wurden in den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts geprgt. Den Anlass dafr gaben die Auswchse der Stilepoche des Historismus, wobei in perfektionistischer Form historische Ge-

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes

Bild 3. Bestandteile des Denkmalwertes nach Alois Riegl in „Der moderne Denkmalkultus“ von 1903

bude, wie etwa gotische Dome, weitergebaut und in idealisierender Art vollendet wurden. In Deutschland befasste sich damit Georg Dehio, im zentraleuropischen Raum war dies der in Wien wirkende Kunsthistoriker Alois Riegl, der die noch heute weitgehend verbindlichen Wertebegriffe in seiner 1903 erschienenen Studie zum modernen Denkmalkultus festgelegt hat. Darin wurde ein bernationaler Denkmalbegriff entwickelt, dessen zentraler Inhalt durch den Alterswert eines Denkmals bestimmt ist (Bild 3). Dieser Alterswert bildet nach Riegl gemeinsam mit dem historischen Wert den Erinnerungswert. Demgegenber stellte er den Gegenwartswert eines Denkmals, der wiederum durch den Gebrauchswert und den relativen Kunstwert bestimmt wird. Eine praktische Anwendung seines Wertesystems ergab sich fr Riegl am Diokletianspalast im heute kroatischen Split, als er sich vehement gegen ein Herauslçsen spterer Einbauten und berformungen aus dem antiken Kaiserpalast wandte, da diese bereits selbst zu einem untrennbaren Teil des Denkmals geworden waren. Damit entwickelte er den Grundsatz, den Wert eines Denkmals in seiner durch die Geschichtlichkeit gebildeten Gesamtheit zu begrnden. Dabei ist das „berkommene Erscheinungsbild“ als Ganzes zu schtzen, ohne eine qualitative Wertung der einzelnen historischen Bauphasen vorzunehmen. Die Summe smtlicher im Laufe der Geschichte eines Bauwerks entstandenen Schichten bildet ein gleichwertiges Ganzes, dessen authentische Erhaltung und Ablesbarkeit die gesetzlich vorgegebene Aufgabe der Denkmalbehçrden darstellt. Mit diesen Inhalten konnte sich die Denkmaltheorie als Fundament einer sogenannten Integralen Denkmalpflege entwickeln, wobei der Substanzschutz den Alterswert eines Bauwerks respektiert und anstelle von Schaufassaden den Wiedererkennungswert und damit seine Geschichtlichkeit ablesbar macht. Dies gilt fr die Struktur des Gebudetypus aber auch fr die Gebudeoberflchen sowohl im Inneren als auch nach außen hin. Die Geschichtlichkeit jedes Denkmals, der Alterswert als Inhalt und Ausdruck des „Kunstwollens“

345

einer Epoche, ist zu respektieren. Wrde die neue Epoche jedoch keine Eingriffe zur Instandhaltung setzen, htte das zwangslufig den Verfall des Denkmals zur Folge. Den Erhalt des Baudenkmals fr die Nachwelt zu sichern, erfordert also auch Maßnahmen, die den steten Verfall bremsen. Ein denkmalpflegerischer Erfolg basiert immer auf einem Kompromiss zwischen vollkommener Konservierung und notwendiger Erneuerung. Neben den architektur- und kunsthistorisch definierten Werten kommt dem Denkmal auch sein spezifischer Gebrauchswert zu. Wie erwhnt, liegt in einer dem Objekt angepassten Nutzung die beste Voraussetzung, den Bestand fr die Zukunft zu sichern. Bei dem Vorhaben, ein Baudenkmal einer neuen Funktion zuzufhren, bergen die unterschiedlichen Vorstellungen seitens der Schtzer und der Nutzer reichlich Konfliktstoff. Der Denkmaleigentmer versucht sein Objekt mçglichst nahe an die Idealvorstellung im Hinblick auf wirtschaftlichen Ertrag und optimierte Nutzungsablufe zu verndern. Die Denkmalbehçrden haben jedoch den ihnen bertragenen Auftrag zu erfllen, Denkmale als kulturelles Erbe und Ausdruck der Geschichtlichkeit einer Gesellschaft zu schtzen. Die Kernaufgabe liegt demnach im Erhalten, nicht im Verndern. 2.4

Analyse der Baugeschichte

Die zuvor beschriebenen vier Begriffe von Alters- und historischem Wert sowie Gebrauchs- und knstlerischem Wert stellen keine konstanten Anteile am Gesamtwert dar. Sie sind je nach Objekt mehr oder weniger relevant und bedingen einander. Im Falle des Leitobjekts A (Abschn. 3.2), dem ehemaligen Salzfertigerhaus im oberçsterreichischen Ort Lauffen, erwchst die große Bedeutung des Gebudes aus dem engen Zusammenspiel von historischen und baulichen Ereignissen. Oder anders gesagt, dieses Objekt spiegelt mit seiner Baugeschichte exemplarisch 700 Jahre Geschichte der Wirtschaftsregion Salzkammergut wider (Bild 4). Die Vorgeschichte des Bauwerks begann 1311, als im heutigen Inneren Salzkammergut elf Salzfertiger er-

Bild 4. Salzfertigerhaus Lauffen – 20. Jh.; Ansicht von Sden (Foto ca. 1985, Dipl.-Ing. F. Federspiel)

346

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 5. Salzfertigerhaus Lauffen – 17. Jh.; Gebudegruppe links von der Kirche, noch mit verschieden ausgerichteten Satteldchern (Ausschnitt aus Kupferstich, Titel: „Lauffen an der Draun“, MERIAN 1677)

Bild 6. Salzfertigerhaus Lauffen – 18./19. Jh.; hoch aufragender Vierkanter links der Kirche (Ausschnitt aus kolorierter Abbildung um 1815, Titel: „Ansicht des Marktes Lauffen im Oberçsterreichischen Salzkammergut“, Oberçsterreichisches Landesmuseum: OA II 149/009)

nannt wurden, denen das Recht der Salzverarbeitung und des Salzhandels oblag. Fnf dieser Salzfertiger hatten ihren Sitz in Lauffen, 20 km flussabwrts entfernt von der Hallsttter Salzgewinnung. Der Ursprung des heutigen Bauwerks geht mindestens auf das 15. Jh. zurck und war, soweit verfolgbar, immer im Besitz von Salzfertigern und von diesen als Wohnhaus genutzt. Ende des 16. Jh. wurde die Soleleitung zum Salztransport von Hallstatt vorbei an Lauffen nach Ebensee errichtet, was eine komplette Umstrukturierung des Tales zur Folge hatte (Bild 5). Nach diesen einschneidenden wirtschaftlichen Vernderungen erfuhr die Entwicklung des Gebudes durch einen folgenschweren Brand im 18. Jh. eine zustzliche

Zsur. Im 19. Jh. wurde es mit dem Erwerb durch die „Kaiserin Elisabeth Hospitalstiftung“ als Armenhaus im Salzkammergut benutzt. Noch spter erfolgte die Adaptierung zu einer Kinderbewahranstalt und Industrieschule (Bild 6). Im Sinne dieser ußerst wechselvollen Nutzungsgeschichte soll das ber die Jahrhunderte gewachsene Hofhaus in Zukunft als „Salzkammergut-Zentrum“ in der çsterreichischen Weltkultur- und Naturerberegion Hallstatt–Dachstein–Salzkammergut ausgebaut werden und in seinen heterogenen Rumlichkeiten den unterschiedlichsten Nutzern Platz bieten. So hat sich durch die Zeit der Gebrauchswert des Gebudes bis heute bewahrt (Bild 4).

Bild 7. Salzfertigerhaus Lauffen: Bauphasenplan Erdgeschoss (aus: Nutzungsstudie von Dipl.-Ing F. Federspiel und Architekturbro Arkade Arch. J. Schtz)

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes

347

Tabelle 1. Salzfertigerhaus Lauffen: Legende zu Bauphasenplan (Bild 7) Phase

Zeit

Gebudeteil

Besonderheiten

I

15./16. Jh.

Salzfertigerhaus mit Nord- und Ostflgel

Bruchsteinmauern und -gewçlbe, sptgotische Marmorgewnde

II

16./17. Jh.

Anbau Sdflgel und Arkadengang im Hof Ziegelgewçlbe

III

18. Jh.

nach Brand Ausbau zum Vierkanter mit regelmßigem Dach

Errichtung eines neuen Dachstuhls, Stuckdecken, Holztren mit geschmiedeten Beschlgen, Fußbodenaufstnderung

IV

19. Jh.

zustzliche Raumteilungen und WCAnlagen fr Armenhaus

Vermauerung Arkaden, Fassadenmalerei, Isolierzellen, Kamine

V

20. Jh.

diverse Umbauten, Zubau Schlauchturm, Anbau Aufbahrungshalle

Holzdecke Einfahrt, Jugendstil-Tren

Diese Erluterungen dienen nicht nur dem Verstndnis des besonderen Alterswertes eines Denkmales, sondern veranschaulichen gleichzeitig die bauliche Komplexitt, die viele Denkmale in sich tragen. Alle Nutzungsphasen haben auch ihren baulichen Niederschlag gefunden und sind in einer der jeweiligen Zeit entsprechenden Bauweise ausgefhrt. Fr ein erfolgreiches Sanierungskonzept ist das Wissen um diese Baufugen und Materialwechsel unentbehrlich (Bild 7). 2.5

Aktuelle Problematik

Der Fokus der einschlgigen Fachliteratur liegt momentan ganz offensichtlich auf der energetischen Unzulnglichkeit von Denkmalen bzw. von historischen Gebuden. Es entsteht der Eindruck, man htte bisher besonders verantwortungslos und unwirtschaftlich gebaut. Bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts war jedoch genau das Gegenteil der Fall. Das traditionelle Bauen zielte immer auf besonders gute Klimaanpassung und ußerst sparsamen Einsatz von Bau- und Heizmaterial ab. ber Jahrhunderte haben sich in den verschiedenen Regionen Bauweisen entwickelt, die optimal auf die jeweiligen klimatischen Verhltnisse und lokalen Baustoffe abgestimmt waren. Zur Zeit der Erbauung der meisten unter Schutz stehenden Denkmale waren Ressourcen nicht beliebig verfgbar bzw. sehr begrenzt, da sie durch manuelle Arbeit gewonnen werden mussten. Baumaterial stammte fast immer aus der unmittelbaren Umgebung und wurde ußerst zweckmßig eingesetzt und sogar mehrfach wieder verwendet. Diese Rohstoffe und Energien sind seit Jahrhunderten in den Baudenkmalen gespeichert. Ihre Erhaltung und weitere Nutzung entspricht absolut dem Grundsatz der Nachhaltigkeit. Vor allem in Anbetracht dessen, dass gegenwrtig mehr als die Hlfte des Mllaufkommens aus dem Baubereich stammt. Im Grunde sind die hier betrachteten zum Teil jahrhundertealten Gebude bis heute die gleichen geblieben, Lebensgewohnheiten und Lebensstandard des Menschen jedoch haben sich radikal verndert. Diesem Umstand gilt es, Denkmale in einem vertrglichen Maße anzunhern.

2.6

Traditionelle Optimierung

Das Wissen um die Optimierungen in traditionellen Bauten ist heute oft verschwunden, stellt aber neben der Baugeschichte eine weitere Grundvoraussetzung fr die Analyse der Gebudekomplexe dar. Gerade die sogenannten „LowTech“-Maßnahmen kçnnten wieder eine wichtige Rolle im Rahmen der Reduzierung des Energiebedarfs spielen. Beispielhaft sei die Organisation des Leitobjekts B (Abschn. 3.2), einem Vorarlberger „Einhof“ beschrieben, der viele Funktionen eines Bauernhofs unter einem Dach vereint (Bilder 8 und 9, Tabelle 2). bersicht zu den spezifischen Anpassungen des Einhofs (Beispielobjekt B) 1. ußerst kompakte Bauweise fr etwa zehn Personen und Nutztiere auf fnf Etagen unter einem Dach (optimaler A/V Faktor). 2. Bauweise in Holzblockbau, Außenflche zustzlich mit Holzschindeln bedeckt (dunkle wrmeabsorbierende Oberflche). 3. Im erdberhrten Sockelgeschoss Materialwechsel zu Bruchsteinmauerwerk (geringe Wasseraufnahme vom Naturstein).

Bild 8. Vorarlberger Einhof, Ansicht von Sden

348

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 9. Vorarlberger Einhof, Querschnitt durch vorderen Gebudeteil

4. Kombinierte zentrale Kochstelle im Mittelflur und Kachelofen in der „Guten Stube“ im Erdgeschoss (Strahlungswrme zur Erwrmung der umliegenden Flchen, keine Lufterwrmung, Heizmaterial aus nachwachsendem Holz umliegender Waldressourcen). 5. Ausnutzung aufsteigender Wrme durch Bodenklappe zu oberen Schlafstuben und Abstrahlung der großen Rauchfangoberflche im Mittelflur des Obergeschosses. 6. Freier Dachraum als klimatische Pufferzone, regelmßige Schadenskontrolle der Dachhaut von innen; im Winter Isolation durch Heulagerung auf Stallungen und rckwrtigem Gebudeteil. 7. Schnee- und Regenableitung durch große Dachneigung. 8. berdachte Vorbereiche an der Hauptwetterseite zum Schutz vor Schlagregen.

13. Viehhaltung im Sockelbereich und rckwrtigem Gebudeteil zum Schutz der Tiere sowie zur Wrmegewinnung in nicht besonnten Bereichen. 14. Regelmßige, nahezu rituelle Wartung des Gebudes (Reinigen, Dichten, Weißeln etc. an festgelegten Jahrestagen) unter Verwendung von Naturbaustoffen. 2.7

Typische nderungen und Fehlerquellen

Ebenfalls anhand des oben beschriebenen Einhofs lassen sich die aktuellen Problemstellungen sofort erkennen. Sie stehen beispielhaft fr einen Großteil der Denkmale, die einer anderen wirtschaftlichen Epoche entstammen. Aber auch fr den unvergleichlichen Komfortanspruch im 21. Jahrhundert, der trotz des immer noch steigenden Energieverbrauchs nicht gendert wird.

11. Fensteraufbau aus drei kombinierten Ebenen: inneres Sommerfenster, ußeres einhngbares Winterfenster, hçlzerne versperrbare Schutzlden.

Nutzung: Viele der berlieferten Bauten haben sich heute weit von ihrer ursprnglich konzipierten Nutzung entfernt. Im Bereich der Wohnbauten bedeutet dieses vor allem die nderung des Lebensstandards im Hinblick auf Wohnraumflche und -konditionierung. In einer Vielzahl von Denkmalen betrifft das aber auch den Verlust der herkçmmlichen Verbindung von Leben und Arbeiten in einem Haus. Oft ist die landwirtschaftliche oder handwerkliche Nutzung bereits aufgegeben und die entsprechenden Funktionsrume stehen leer.

12. Ausnutzung der konstant niedrigen Temperatur im Erdbereich fr Lagerzwecke im Keller.

Bewohner: Einhergehend mit dem steigenden Komfortanspruch bzw. dem Wegfall der Bewirtschaftung ver-

9. Sdfenster fr winterlichen Solareintrag bei niedrig stehender Sonne. 10. Vordcher fr sommerlichen Schatten bei hoch stehender Sonne.

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes

mindert sich die Bewohnerzahl der Bauten stark. Eine hufige Aufgabe lautet heute dementsprechend, derartige Gebude fr ein zeitgemßes Wohnen aufzubereiten. Das heißt, die Umstellung von einem gemeinschaftlichen Wohnen mit einem Hauszentrum zu einem Mehrfamilienwohnen unter Ausnutzung der leer stehenden Gebudeteile, besonders auch des Dachraums. Haustechnik: Im Gegensatz zur Ausnutzung unterschiedlicher Klimata, z. B. fr Lagerkeller, ist heute ein konstantes Raumklima vom „Scheitel bis zur Sohle“ unabhngig von den Jahreszeiten gefordert. Entsprechende Abdichtungen, Dmmungen, Verkleidungen greifen in einen bewhrten Gesamtorganismus ein, der ohne umfassende Planung und Kontrolle anhaltend gestçrt wird. Wartung: Mit den neuen Lebensgewohnheiten und Produktversprechen entfllt die regelmßige Wartung von Gebuden. Viele Teile der Gebude sind zudem nicht mehr einsehbar und die Auswirkungen von Fehlern kçnnen sich ber Jahre potenzieren. Erst mit einem Besitzer- oder Nutzerwechsel wird dann das Bauwerk einer „Totalsanierung“ unterzogen. Im Schnitt entspricht das ungefhr dem Rhythmus des Generationenwechsels, also etwa alle 25 Jahre. 2.8

Aktuelle Praxis

In der Baupraxis gelangen trotz der gesetzlich vorgesehenen Ausnahmeregelungen Maßnahmen an Denkmalen zur Ausfhrung, die es in seinem Bestand und der berlieferten Erscheinung gefhrden. Die resultierenden Mngel kçnnen unterschiedlicher Art sein. Nicht immer sind es nur die ußere Form betreffende Probleme, die ganz offensichtlich zu Tage treten. Zu beachten

Bild 10. Zerstçrung der Fassadengliederung durch Wrmedmmung

349

sind auch substanzielle Schden, die unter einer Wandverkleidung oder in einer Sparrendmmung etwa ber die Zeit entstehen oder Systemfehler, die durch eine fehlende Risikobeurteilung zum Tragen kommen. Auch finanzielle Fehlkalkulationen sind an der Tagesordnung, zum Beispiel, wenn zu kurzfristige Zeitrume bercksichtigt werden oder das Vorhaben allein auf attraktiven Fçrderungen beruht. Derartige Verluste sollen folgende bezeichnende Beispiele veranschaulichen: Vollflchige Außendmmung Eine nachtrgliche Außendmmung ist in den seltensten Fllen mit dem Auftrag, das ußere Erscheinungsbild der Denkmale unverndert zu belassen, vereinbar (Bilder 10 und 11). Sie verletzt jene Oberflche, die das individuelle „Gesicht“ einer Architektur ausmacht. An ihr lassen sich Bauhandwerk, Geschichte und kulturelle Bedeutung des Gebudes fr sich allein wie auch im Bezug zum Stadtgefge oder Umland ablesen. Werden Wrmedmmverbundsysteme aufgebracht, muss der Untergrund von plastischen Bauteilen „befreit“ werden, damit eine einheitliche Ebene zur Montage bereit steht. Auch wenn im Einzelfall die Materialien direkt auf die bestehende Oberflche aufgebracht werden kçnnen, ist die Originalfassade unwiederbringlich verloren. Derartige Maßnahmen kçnnen keinesfalls als „reversibel“ bezeichnet werden. Ausgesparte Außendmmung Beharrlich werden immer wieder verschiedene Arten von Aussparungen versucht, die zu einem sehr zweifelhaften architektonischem Ergebnis fhren (Bilder 12 und 13). Prinzipiell gilt es, auch den Putz als Oberflche des Denkmals zu begreifen und dessen einheitliches

Bild 11. Vorbereitung der Fassade fr Wrmedmmung durch Abstemmen der plastischen Bauteile

350

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 12. Aussparung im Dmmputz als Passepartout fr die verlorene Fassade

Bild 13. Tiefe Ummantelung der ursprnglich hervortretenden Bauplastik

Gestaltungskonzept zu bewahren. Das heißt, die Alternative liegt hier nicht in der Reduzierung der Dmmschicht-Aufbauten, sondern im Wechsel der Methode an sich.

Außendmmung und Fensterposition

Denkmalpflegerisch ebenso keine Alternative stellen „historisierende“ Dmmsysteme dar, welche die zuvor zerstçrte Fassade imitieren (Bild 14 und 15). Die Gebude sind ihres Alterswertes und der bauknstlerischen Bedeutung beraubt. Es handelt sich um eine Kunststoff-Fassade des 21. Jahrhunderts und stellt in seiner Gesamtausfhrung einen Denkmalverlust dar. Die Fenster sitzen nun in doppelt so tiefen Laibungen und der eigentliche „Sockel“ schwebt scheinbar ber dem Gehsteig. Zuvor wurden der gesamte Fassadenputz einschließlich Rohbaubossen abgeschlagen und neue Fenster mit Zwangslftungsçffnungen eingesetzt.

Das Anbringen einer ußeren Wrmedmmung auf die Außenwand zieht ebenso elementare Auswirkungen auf die Fenster nach sich. Neben den zahlreichen problematischen Anschlussdetails und den verflschten Proportionen ist der reine Flchenverlust ganz offensichtlich. Die sehr viel grçßeren Leibungstiefen fhren zu deutlich weniger Lichteinfall (Bild 16). Die Verringerung der lichten ffnung und des Sonneneintrags wird bei der Planung von Sanierungsmaßnahmen allerdings berhaupt nicht angegeben. Sie kann im Einzelfall aber derart eklatant sein, dass die geforderte Belichtungsflche fr Wohnrume bzw. der bewhrte Sonneneinfall nicht mehr gegeben ist. Zum Teil wird darauf mit dem Versetzen der Fensterebene aus dem eigentlichen Wandbereich reagiert. Besonders bei nach außen aufgehenden Fenstern sind die entstandenen Wandtiefen problematisch, da ein Bedie-

Bild 14. Originale Fassadengestaltung durch stark gegliederte Putzflchen

Bild 15. Vollstndig in Kunststoff ausgefhrte Fassade, die 15 cm vor der ursprnglichen Außenwand liegt

Historisierende Außendmmung

Grundlagen und Vorgaben des Denkmalschutzes

351

Bild 16. Gegenberstellung der gleichen Fensterçffnung vor und nach einer Dmmung einschließlich Fenstertausch: 15 cm Außendmmung und 6 cm umlaufende Dmmung der Fensterleibung

Bild 17. Die originale, gegliederte Fassade verschwindet hinter der Dmmung (Bestandsfenster sind bereits abgebrochen)

Bild 18. Vorversetzte, neue ußere Fensterebene mit besonders großer Leibungstiefe bis zur inneren Fensterebene

nen der ußeren Fensterflgel fast unmçglich wird und diese zudem gegen die Kunststofffassade schlagen (Bilder 17 und 18).

Bei der seriellen Zerstçrung von Fenstern handelt es sich um kulturellen Raubbau. Finanziell ist schon heute fr den Bauherrn kein individuell angefertigtes Holzfenster mehr leistbar. Einher geht mit dieser Praxis des Fenstertausches, d. h. dem Ausbruch des Holzfensters und Einsatz eines industriell gefertigten Kunststofffensters der Verlust von handwerklichem Kçnnen (Bilder 21 und 22). So stellt sich nicht nur hier die Frage, ob der vermeintlich schnell zu erzielende Wrmegewinn die langfristige Vernichtung unserer Baukultur rechtfertigt. Neben all den architektonischen stehen die bauphysikalischen Probleme. Ein Fenster hat eine Vielzahl von Funktionen wie Lichteinfall, Wrmedmmung, Solareintrag, Verschattung, Raumlftung und gezielte Kondensation zu gewhrleisten. Wird zugunsten der Wrmedmmung ein neues Fenster eingesetzt, entstehen gewçhnlich immer Probleme mit den anderen Funktionen.

Fensterabbruch Fenster und Tren werden oft als austauschbar angesehen. Dabei bestimmen sie den Charakter und Stil der Architektur entscheidend. Prinzipiell sind sie untrennbarer Teil der Fassade. Die blichen, zum Denkmal gehçrigen Holzkastenfenster kçnnen eine Lebensdauer von ber hundert Jahren erreichen, da sie entsprechend Material und Bauart gewartet werden kçnnen (streichen, schleifen, richten, verglasen, verkitten etc.). Ein Plastikfenster hingegen altert irreparabel. Bei vielen Gebuden sind in den letzten 20 Jahren mehrfach die Fenster ausgewechselt worden (Bilder 19 und 20).

352

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 19. Erscheinungsbild eines gewarteten Kastenfensters, Lebensdauer ber 100 Jahre

Bild 20. Ausbruch der Kastenfenster und Ersatz durch Kunststofffenster, Lebensdauer maximal 30 Jahre

Bild 21. Filigranes historistisches Holz-Kastenfenster mit rundbogigem Abschluss

Bild 22. Einsatz eines Kunststofffensters, jegliche architektonische Vorgaben missachtend

Abschließend ist zusammenzufassen, dass aus der Sicht der Denkmalpflege generell immer erst von einer Reparatur und Optimierung des bestehenden Bauteils auszugehen ist, um dessen maximale Leistungsfhigkeit wieder zu erzielen oder weiter zu steigern. Erst nachdem dieses Potenzial ausgeschçpft ist, sind zustzliche Maßnahmen zu erwgen. Hierzu sind Methoden erforderlich, die sich nicht an theoretischen U-Werten oder der Nutzenergie fr Raumheizung (Heizwrmebedarf) messen lassen, sondern an der Nachhaltigkeit der Maßnahme und Lebensdauer der historischen Bauwerke. Letztendlich kann jedoch durch rein technische Maßnahmen ohne eine nderung des etablierten Lebensstils die Lçsung des Energieproblems nicht erreicht werden. Nicht „das Haus“ verbraucht die Energie, sondern der Nutzer.

3

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

3.1

Einfhrung

Die im Abschnitt 2.8 angefhrten plakativen Beispiele unterstreichen die Bedeutung und Sensibilitt der „ußeren Hlle“ von historischen Bauwerken im Hinblick auf Maßnahmen zur Erhçhung der Energieeffizienz. Ein Großteil dieser Gebude ist in Bezug auf die ursprngliche Nutzung und die Komfortansprche der frheren Nutzer durchaus als bautechnisch optimiert und energieeffizient einzustufen. Die im Zuge von Umnutzungen erforderlichen Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz der „ußeren Hlle“ sind daher im Grunde ein sozioçkologisches Problem. Dabei spielen auch alle anderen Bauteile und Baustoffe sowie

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

die architektonische Gestaltung der Gebude im Rahmen energetischer Verbesserungen eine wichtige Rolle. So werden Alternativen in Form von Dach-, Decken-, Boden- und Wandinnendmmungen gesucht, welche neben den materialtechnischen und bauphysikalischen ebenso gestalterische Herausforderungen darstellen kçnnen. Denn Decken und Bodenaufbauten sind selten regulr und oft mit Wçlbungen versehen; die historischen Dachkonstruktionen sind vergleichsweise zart und auf Durchlftung konzipiert; Innendmmungen stoßen regelmßig auf gemischte Baumaterialien oder begrenzte Raumabmessungen (s. Tabelle 2). Neben den materialtechnischen und bauphysikalischen Parametern von Bauteilen steht zudem die gebudetechnische Ausstattung der Bauwerke fr eine energetische Optimierung zur Verfgung. Gerade im denkmalgeschtzten Bestand stellt dieser Sektor eine große Chance dar, vorausgesetzt er orientiert sich am tatschlichen Bedarf. Ein Schloss, ein Verwaltungsgebude oder ein Bauernhaus bedrfen fr ihre unterschiedliche Nutzungsform und -intensitt entsprechend adaptierte Modelle. Das heißt, dass ein lang anhaltender, sprbarer Fortschritt nicht aus der bernahme einzelner Standardlçsungen resultiert, sondern aus einem auf das jeweilige Baudenkmal und seine Benutzung abgestimmten „Gesamtpaket“. Anders als mçglicherweise in den Altbauten der Nachkriegsjahrzehnte, kçnnen in dieser Gebudekategorie keine genormten Systeme zur Anwendung kommen. Nur durch Simulationen, die Art, Umfang und Risiko der mçglichen Interventionen im Vorhinein abwgen, sowie langfristige Evaluierungen nach der Durchfhrung der Arbeiten wchst der Wissensstand kontinuierlich und bewahrt den Denkmalbestand vor massiven, irreversiblen Fehlern. Die folgenden Abschnitte beurteilen diesbezglich den gegenwrtigen Forschungsstand und beleuchten abseits der blichen vereinfachten Bilanzen das komplexe Zusammenspiel technischer als auch menschlicher Faktoren, die entweder zur Verbesserung, Beibehaltung oder gar zur Verschlechterung der Ausgangssituation fhren kçnnen. 3.2

Vorstellung von Beispielobjekten und typische Aufgabenstellungen

Grundlage der anschließenden Betrachtungen sind eine Auswahl von vier typischen Problemfllen ganz unterschiedlicher Bauepochen, wie sie im denkmalgeschtzten Bestand vielfach auftreten (Tabelle 2). Allen gemeinsam ist der Ausschluss eines Wrmedmmverbundsystems fr die Außenwand. Je nach Bauweise verschiebt sich der Fokus der alternativen Maßnahmen. Grundstzlich sind immer eine detaillierte Erhebung des Bestandes, eine Analyse der Energieeffizienz unterschiedlicher bautechnischer und gebudetechnischer Maßnahmen sowie eine Risikobeurteilung notwendig.

3.3

353

Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und Treibhausgasemissionen von Maßnahmen

Der Begriff Energieeffizienz wird in der ffentlichkeit nicht einheitlich verstanden. Grundstzlich gibt es bei Gebuden eine Reihe von Anwendungen, die zum Einsatz von Energietrgern fhren. Lftung, Raumheizung, Warmwasser, Raumkhlung, Beleuchtung, Luftkonditionierung, Haushalts-, Unterhaltungs- und Brogerte bençtigen elektrische Energie bzw. fossile oder erneuerbare Energietrger. Unter Energieeffizienz ist zu verstehen, wie mit wenig Aufwand an Energie und verschiedenen Energietrgern bestimmte Anforderungen hinsichtlich einer behaglichen und sicheren Nutzung abzudecken sind. Dabei werden derzeit mehrere verschiedene Methoden benutzt, um den Aufwand darzustellen. In Europa sehr verbreitet ist die Berechnung des Gesamt-Primrenergiebedarfs. International werden aber auch Referenzgebude bzw. Exergiebewertungen verwendet. Zur Berechnung des Gesamt-Primrenergiebedarfs mssen national Konversionsfaktoren fr die Umrechnung eines gemessenen oder berechneten Endenergiebedarfs in den Primrenergiebedarf vorhanden sein. Da es zur Bestimmung der Konversionsfaktoren eine Reihe verschiedener Methoden gibt, wird im Rahmen der berarbeitung der europischen Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebuden (GEEG) an einer mçglichst einheitlichen Methode gearbeitet, um den Endenergiebedarf zu messen bzw. zu berechnen und von diesem Wert ausgehend auf den Primrenergiebedarf zu schließen. Die Deklaration der Gesamtenergieeffizienz erfolgt aufgrund der Richtlinie GEEG durch den Energieausweis fr Gebude. Zur besseren Vergleichbarkeit von Gebuden werden daher diese Betrachtungen in der Regel mit einer standardisierten Annahme zur Nutzung je nach Gebudetyp (Bro, Wohnung, Schule, …), einem Langzeitmittelwert des Außenklimas und der Konversionsfaktoren fr Primrenergie und Treibhausgasemissionen durchgefhrt (Bild 23). Die Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen ergibt sich aus dem Aufwand der Investitions- und laufenden Betriebskosten sowie dem Aufwand fr Erneuerungen und der mçglichen Vernderungen von Einnahmen aufgrund vernderter Verwertbarkeit ber den Lebenszyklus von Gebuden (Lifecycle cost and benefit analyses). Eine ausreichend genaue Ermittlung des Endenergiebedarfs ist dabei nur ein Teil der Betrachtung. Welche Parameter auf den realen Energieverbrauch einen Einfluss haben, ist in Bild 24 zusammengestellt. Insbesondere der Lebensstil der Nutzer und das damit verbundene Verhalten kçnnen einen sehr großen Einfluss auf den realen Energieverbrauch haben. Wie in Bild 25 dargestellt, wird der Energieverbrauch letztendlich durch den Lebensstil und die Verbesserung der Energieeffizienz bestimmt, d. h. in der Praxis sind energietechnische Verbesserungen nur dann sinnvoll, wenn sie von den Nutzern auch angenommen werden. Fr

354

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Tabelle 2. bersicht der Beispielobjekte A Gotisches Hofhaus – Bauzeiten: 15. / Anfang 16. Jh., 1754, 1864,1958 (s. Abschn. 2.4) Anforderungen – Anstze – Herstellung unschdlicher Feuchtezustnde in den Bauteilen. – Mauerwerkstrocknung, Bauteiltemperierung in Anbetracht enormer WandMassives Bruchstein- bzw. Ziegelmauerspeicher. werk, Wandstrken zwischen 70 cm und – Analyse mçglicher thermischer Verbes90 cm. serungen der Bauteile und der Im Erdgeschoss Decken gewçlbt, im Gebudetechnik, verschiedener SteuerObergeschoss Holzdecken und Gewçlbe. und Regelalgorithmen zur Minimierung Denkmalwert Das Gebude ist eines der des Energietrgereinsatzes unter BeGeringe Fensterçffnungen, Holz-Kastenbedeutendsten erhaltenen Profandenkmler rcksichtigung der geplanten tatschfenster, Fassaden glatt geputzt, im des Bezirkes Gmunden /Oberçsterreich. lichen Nutzung. Obergeschoss drei Fresken. Aufgabe Umnutzung zum „Salinenzentrum“ – Analyse der Mçglichkeit zur Einbindung mit Gemeinschaftseinrichtungen und Archiv- Innenliegender Hof, vierseitig umbaut. in ein nachhaltiges Nahwrmenetz zur rumen. Versorgung mit Energie oder der VerHohes, umlaufendes Walmdach. wendung von Geothermie mittels Holz-/Kohle-Einzelçfen. Tiefenbohrung und Wrmepumpen. – Lokale Energiebereitstellung durch thermische Solaranlagen bzw. Fotovoltaik auf untergeordneten, nicht einsehbaren Flchen. Bestand Zweigeschossig, teilweise in den Hang gebaut, große Kellerflchen, d. h. viele erdberhrte Rume.

B Einhof des Allguer Typus – Bauzeit: 2. Hlfte 18. Jh. (s. Abschn. 2.6)

Denkmalwert Das Gebude stellt einen sowohl als Bauwerk wie auch in seiner besonderen Lage vollstndig berlieferten Bauernhof dar. Aufgabe Umnutzung zum Mehrfamilienwohnhaus mit Scheunen- und Dachausbau.

Bestand Anforderungen – Anstze Im vorderen Bereich zwei Hauptgeschos- – Herstellung unschdlicher Feuchtese, unterkellert, Mittelflurerschließung zustnde in den Bauteilen unter besonderer Bercksichtigung der Probleund zwei nutzbare Dachebenen, sehr matik der Herstellung einer luftdichten geringe Geschosshçhen, im hinteren Teil Stallungen und Scheune. Schicht bei der Holzkonstruktion. – Fensterreparatur. Im Sockelgeschoss massives Bruchsteinmauerwerk, im Obergeschoss Blockbau- – Analyse mçglicher thermischer Verbesserungen der Bauteile und der Gebuweise mit 15 cm starken Hçlzern, teildetechnik, verschiedener Steuer- und weise Innentfelung, außen BretterverRegelalgorithmen zur Minimierung des schalung, pro Geschoss weit vorkragenEnergietrgereinsatzes unter Berckdes Klebedach mit Bretterkehlung. sichtigung der geplanten tatschlichen Sehr großes Dachvolumen, 45 Neigung, Nutzung. typischer Dachknick. – Lokale Verfgbarkeit von Biomasse zur Energiebereitstellung, thermische Ausreichend Fensterçffnungen, eng verSolaranlagen bzw. Fotovoltaik auf sprosste Fenster mit Bretterlden. untergeordneten, nicht einsehbaren Ursprnglich zentraler Holzofen, Flchen. Umstellung auf l-Zentralheizung mit Radiatoren.

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

355

Tabelle 2. bersicht der Beispielobjekte (Fortsetzung) C Grnderzeitliche Stadtvilla – Bauzeit 1899–1901 Bestand Zwei bzw. dreigeschossig, unterkellert bzw. rckwrtig zustzliches Sockelgeschoss, Satteldach mit großem Straßengiebel.

Anforderungen – Anstze – Verstrkung der Wanddmmeigenschaft durch Innendmmung. – Fenster sanieren bzw. erneuern. – Behebung von Feuchteeintrag: Regenwasserableitung sicherstellen, bei den Ziegelmauerwerk, Wandstrke nach oben Außenwnden flankierende Bodenabnehmend 60 cm – 45 cm. flchen versiegeln. Im Obergeschoss Holztramdecke, im – Installationen erneuern. Keller- und Erdgeschoss Decken gewçlbt. – Lftungsanlage einbauen. Putzfassade, straßenseitig Fassadenglie- – Eventuell wirksame horizontale Feuchtsperre im Wandbereich im Erdderung, Holz-Kastenfenster mit Steingegeschoss. wnden, teilweise mit Bleiverglasung innen (um 1970 einige zu Holz-Verbund- – Sanierputze im Erdgeschoss. fenstern umgebaut). Schwerkraftzentralheizsystem, Gusseisenstandheizkçrper. Denkmalwert Das Gebude ist Teil des prgenden Ortsbildes von Waidhofen an der Ybbs/Niederçsterreich. Aufgabe Umnutzung zum Einfamilien-Wohnhaus mit Dachausbau. D Reihenhaus der Klassischen Moderne – Bauzeit: 1930–1932, Umfassende Sanierung 1983 Anforderungen – Anstze – Einsatz hocheffizienter, besonders gering dimensionierter Materialen zur Erhaltung der minimalistischen FormenFlachdach, Balkone an beiden Haussprache. seiten, stark auskragende Bauteile. – Herstellung unschdlicher FeuchteMinimale Bauteilstrken, Außenwnde zustnde in den Bauteilen, Problematik offensichtlich zweischalig mit Hohlraum. Wrmebrcken. – Analyse mçglicher thermischer VerbesDecken Holzdecken, bei grçßeren serungen der Bauteile und der GebuSpannweiten Beton. detechnik, verschiedener Steuer- und Große Fensterflchen mit Einfachglas, Regelalgorithmen zur Minimierung des teilweise als Verbundfenster verstrkt. Energietrgereinsatzes unter BerckUrsprnglich Einzelçfen in den Zimmern, sichtigung der geplanten tatschlichen Nutzung. Einsatz von Raumlftung Umstellung auf Zentralheizung mit Gusseisenwandheizkçrpern. prfen. – Analyse der Mçglichkeit zur Einbindung in ein nachhaltiges Nahwrmenetz zur Versorgung mit Energie oder der Verwendung von Geothermie mittels Tiefenbohrung und Wrmepumpen. – Gemeinschaftliche Versorgung der gesamten Siedlung. Bestand Dreigeschossig, unterkellert, unterschiedliche Raumhçhen.

Denkmalwert Das Gebude ist eines der Leitobjekte des Denkmalensembles der Wiener „Werkbundsiedlung“. Aufgabe Langanhaltende, beispielhafte Behebung typischer Baumngel des „Neuen Bauens“.

356

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 23. Standardisierte Ermittlung des Primrenergiebedarfs und der Treibhausgasemissionen

Bild 24. Einflsse auf den realen Primrenergiebedarf, Treibhausgasemissionen und Betriebskosten

Bild 25. Schematische Darstellung des Einflusses von Lebensstil, Außenklima und Verbesserungen des Gebudes bzw. der Gebudetechnik auf den Energiebedarf unter standardisierter Nutzung und unter Bercksichtigung aller wesentlichen Einflsse

Wohngebude sind daher berwiegend passive oder anwenderfreundlich aktive Maßnahmen sinnvoll. Bei der Sanierung von Gebuden sind die sog. Reboundeffekte (s. Tabelle 3) zu beachten. Sie bewirken, dass die theoretische Einsparung aufgrund der technischen Maßnahmen in der Realitt nicht erreicht wird. Eine Zusammenfassung internationaler Studien zu Reboundeffekten bei der Gebudesanierung ist in [1] zu finden. Biermayer et al. haben in dieser Studie eine Methode entwickelt, die çkonomischen, strukturellen und technischen Reboundeffekte zu quantifizieren. Beispiele fr die Ursachen dieser Effekte sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Generell wird in der Studie festgestellt, dass es keine Maßnahme gibt, die es ermçglicht, die Reboundeffekte zu vermeiden.

3.4

Beispiel zur Beurteilung der Energieeffizienz und der Heizkosten

Wie im vorigen Abschnitt ausgefhrt, sind bei der Beurteilung der Energieeffizienz eines Gebudes die Art der Nutzung und der zu erwartende Lebensstil zu bercksichtigen. Derzeit wird in den standardisierten Beurteilungsverfahren von einem Lebensstil ausgegangen, der einen sehr hohen Komfort darstellt. Im Folgenden werden am Beispielobjekt D (RietveldHaus) der Einfluss des Lebensstils und verschiedene bautechnische und gebudetechnische Vernderungen auf den Nutzenergiebedarf, den Primrenergiebedarf, die Treibhausgasemissionen und die Kosten fr den Energietrgereinsatz dargestellt. Die ausgewhlten Szenarien sind so ausgewhlt, dass auch die Bandbreite mçglicher zuknftiger Verbes-

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

357

Tabelle 3. Beispiele fr Reboundeffekte aus [1] Beispiele

Maßnahmen zur Vermeidung

konomischer Reboundeffekt

Anhebung des Komfortniveaus durch Verbilligung der Dienstleistung „Innenraumkomfort“ – Voraussetzung ist, dass der Konsument die Verbilligung wahrnimmt oder annimmt

Energiesteuern (mit moderaten Preiseffekten) fhren zu einem sparsamen Verbrauchsverhalten ausschließlich in finanzschwachen sozialen Schichten. Und dies auch nur dann, wenn die Teuerungen entsprechend kommuniziert werden und selbige nicht durch Heizkostenzuschsse oder hnliche Maßnahmen abgefedert werden. Das Verbrauchsverhalten von sozialen Schichten mit hçherem Einkommen kann mittels praxisrelevanter Energiesteuern nicht beeinflusst werden.

Struktureller Reboundeffekt

nderung der beheizten/gekhlten Bereiche (Dachbodenausbau, Loggienverglasung, …), Vernderung der Wrmeabgabe, -verteilung, -bereitstellung (Umstellung Einzelofen auf Zentralheizung)

Einzelraumregelung der Heizwrmeversorgung bei zentraler Wrmeversorgung. Restriktive Rahmenbedingungen der Wohnbaufçrderungen betreffend Strukturnderungen (Erweiterung der Wohnflche durch Loggienverbau, Dachausbau, …). Die Energieberatung des Konsumenten bzw. Informationsgaben an die Zielgruppen der Wohnbautrger und Contracting-Anbieter.

Technischer Reboundeffekt

Durch Fehlanpassung des Heizsystems an das Gebude vermehrter Teillastbetrieb und geringere Lebensdauer, mangelhafte Einregulierung der Vorlauftemperaturen

„Intelligente“ Regelungs- und Steuerungstechnik bei zentralen Wrmeversorgungsanlagen. Beratung bei technischen Planungsentscheidungen bezglich der optimalen Abstimmung des passiven und aktiven Gebude-Energiesystems.

serungen abgedeckt wird; sie erheben jedoch nicht den Anspruch der Vollstndigkeit. Im ursprnglichen Zustand wurde das Gebude durch raumweise Einzelçfen beheizt [2]. Im Zuge von Sanierungen wird in der Regel auf eine zentrale Wrmebereitstellung umgestellt und die Wrmeabgabe erfolgt durch Radiatoren in den Rumen. Zur Minimierung der Treibhausgasemissionen kçnnte statt Erdgasauch ein Pelletskessel verwendet werden. Lagermçglichkeiten fr Pellets wren im Keller vorhanden und die Anlieferung wre ebenso mçglich. Fr den Fall, dass das Gebude so verndert wird, dass die Heizlasten in den Rumen so klein werden, dass der Betrieb einer Wrmepumpe sinnvoll wird, kçnnte statt eines Kessels eine hocheffiziente Wrmepumpe verwendet

Bild 26. Rietveld-Haus – Reihenhaus in der Werkbundsiedlung in Wien

werden. Der Aufbau eines Nahwrmenetzes mit hoher solarer Deckung oder einer mit Biomasse befeuerten Heizzentrale wre auch eine zu betrachtende Variante der Wrmebereitstellung, sie kann im Rahmen dieses Beitrags aber nicht diskutiert werden. Eine weitere mçgliche gebudetechnische Maßnahme wre die Integration einer thermischen Solaranlage. Der Ersatz der ursprnglichen Einfachverglasungen durch moderne Wrmeschutzverglasungen mit sehr niedrigen UgWerten wre eine bautechnische Maßnahme zur Verbesserung der Energieeffizienz. Die Außenwnde sind doppelschaliges Ziegelmauerwerk. Eine Applikation von sehr dnnen Wrmedmmungen (z. B. Vakuumdmmung) kçnnte angedacht werden. Bei der oberste Geschossdecke bzw. Terrasse kçnnte ebenso eine Vakuumdmmung zur Verminderung der Wrmeverluste verwendet werden. Zur Berechnung des Nutzwrmebedarfs fr die Raumheizung bei Bercksichtigung der Lebensgewohnheiten ist stets eine dynamische Mehrzonensimulation durchzufhren, die die Nutzung, Lftung, Wrmeabgabe, Wrmeverteilung und Wrmebereitstellung abbilden kann. Dabei kçnnen die Aktivitten der Bewohner und ihr Anspruch an die Raumtemperatur dargestellt werden. Hierfr wurden folgende vier Lebensstile definiert: Lebensstil 1: Nur der Wohnraum wird morgens und am Abend auf eine Raumtemperatur von 20 C geheizt. Lebensstil 2: Alle Rume werden auf minimal 15 C gehalten, der Wohnraum wird morgens und am Abend auf eine Raumtemperatur von 20 C geheizt. Lebensstil 3: Alle Rume werden auf minimal 15 C gehalten, der Wohnraum und die Zimmer werden bei

358

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Tabelle 4. Einfluss des Lebensstils im Bestand

Tabelle 5. Wechsel auf Zentralheizung mit/ohne Solaranlage

Lebensstil

L1

L2

L3

L4

Lebensstil

L4

L4

L3 bzw. L4

Gebude

Bestand

Bestand

Bestand

Bestand

Gebude

Bestand

Bestand

Bestand

Abgabe

Einzelofen Einzelofen Einzelofen Einzelofen

Abgabe

Radiatoren Radiatoren Radiatoren

Solaranlage

nein

nein

8 m±

Energietrger

Gas

Pellets

Pellets

Energietrger Gas

Gas

Gas

Gas

Wrmebedarf in kWh/m±BGF RH

62

111

173

252

WW

15

15

15

15

Kosten in Euro/Jahr

Wrmebedarf in kWh/m± BGF RH

252

252

252

173

WW

15

15

15

15

RH

476

867

1356

1982

WW

124

124

124

124

RH

1785

1620

1074

1532

HH

547

547

547

547

WW

258

234

88

80

Ges

1148

1539

2028

2653

HH

547

547

547

547

Ges

2589

2402

1709

2160

CO2-Emission in Tonnen/Jahr

Kosten in Euro/Jahr

CO2-Emission in Tonnen/Jahr

RH

2,4

4,4

7,0

10,2

WW

0,6

0,6

0,6

0,6

RH

9,1

0,7

0,5

0,7

HH

2,4

2,4

2,4

2,4

WW

1,3

0,1

0,1

0,1

Ges

5,5

7,5

10,0

13,2

HH

2,4

2,4

2,4

2,4

Ges

12,9

3,2

3,0

3,2

PEI in kWh/m± BGF RH

120

218

342

499

WW

31

31

31

31

RH

449

351

232

332

HH

128

128

128

128

WW

65

51

19

18

Ges

279

378

501

658

HH

128

128

128

128

Ges

642

529

380

477

RH WW HH Ges

Raumheizung Warmwasser Haushaltsgerte RH + WW + HH

RH WW HH Ges

Raumheizung Warmwasser Haushaltsgerte RH + WW + HH

Anwesenheit auf 22 C, der Schlafraum auf 20 C gebracht. Lebensstil 4: Alle Rume werden auf 22 C beheizt. Der Einfluss dieser vier Lebensstile ist in Tabelle 4 dargestellt. Der Nutzwrmebedarf steigt von Lebensstil 1 bis Lebensstil 4 von 60 kWh/m± auf 252 kWh/m±. Die Auswirkung eines Wechsels von Einzelçfen auf eine Zentralheizung mit oder ohne Untersttzung durch eine Solaranlage ist in Tabelle 5 dargestellt. In der dritten Variante wurde sowohl der Lebensstil 3 als auch der Lebensstil 4 dargestellt. Wie schon in Tabelle 4 hat auch bei einer Zentralheizung fr das Bestandsgebude der Lebensstil einen wesentlichen Einfluss. Den Einfluss verschiedener bautechnischer Maßnahmen auf die unterschiedlichen Kenngrçßen zeigt Tabelle 6. Zustzlich ist bei der vierten Variante der Unter-

PEI in kWh/m± BGF

schied zwischen Lebensstil 3 und 4 dargestellt. Erkennbar ist, dass bei einem Gebude mit sehr geringen Wrmeverlusten im Winter (d. h. nach der Durchfhrung aller bautechnischen Maßnahmen) der Einfluss einer zeitlichen oder rumlichen Teilbeheizung sehr klein wird. 3.5

Risiken fr die Baukonstruktion bei energetischen Sanierungen von Denkmalen

Die nderung der Nutzung und Beheizung in Gebuden fhrt in der Regel zu Vernderungen in den thermischen und hygrischen Belastungen der Konstruktion. Wie in Bild 27 am Beispiel des Einhofs dargestellt, ist in der ursprnglichen Situation aufgrund der Wrmegabe und -verteilung eine zeitlich als auch rumlich reduzierte

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

359

Tabelle 6. Einfluss bautechnischer Maßnahmen Lebensstil

L4

L4

L4

L3

bzw.

Gebude

OG

OG + Fen

OG + Fen + AW

OG + Fen + AW

Abgabe

Radiatoren

Radiatoren

Radiatoren

Fußboden

Solaranlage

nein

nein

nein

nein

Energietrger

Pellets

Pellets

Pellets

Wrmepumpe

L4

Wrmebedarf in kWh/m± BGF RH

226

106

57

47

57

WW

15

15

15

15

15

Kosten in Euro/Jahr RH

1452

685

385

157

191

WW

236

245

253

125

121

HH

547

547

547

547

547

Ges

2235

1477

1185

828

859

CO2-Emission in Tonnen/Jahr RH

0,6

0,3

0,2

0,7

0,8

WW

0,1

0,1

0,1

0,5

0,5

HH

2,4

2,4

2,4

2,4

2,4

Ges

3,1

2,8

2,7

3,6

3,8

PEI in kWh/m± BGF RH

314

148

83

37

45

WW

51

53

55

29

28

HH

128

128

128

128

128

Ges

493

329

266

194

201

RH WW HH Ges

Raumheizung Warmwasser Haushaltsgerte RH + WW + HH

OG Dmmung der obersten Geschossdecke Fen Verwendung modernster Wrmeschutzverglasungen AW Innen- bzw. Außendmmung der Außenwand

Beheizung ohne Weiteres mçglich, soweit die ursprngliche Nutzung gegeben ist. Die den konditionierten Bereich umschließenden Konstruktionen ergeben eine sehr geringe Luftdichtheit. In der Regel werden im Zuge einer Sanierung die Konstruktionen, die den konditionierten Bereich umgeben, so verndert, dass der berechnete Wrmedurchgang stark reduziert wird. Dies kçnnte in diesem Fall sowohl hinter der vorgehngten Fassade als auch auf der Innenseite erfolgen. Um eine Durchfeuchtung der Konstruktion zu verhindern, wird dabei ebenso eine luftdichte Schicht geplant. Der Nachweis, dass der Feuchtehaushalt von Konstruktionen so gestaltet ist, dass es keine unzulssigen Feuchtegehalte gibt, erfolgt im einfachsten Fall mithilfe der EN ISO 13788 und den nationalen Vorgaben nach NORM B 8110-2 bzw. DIN 4108-3. Eine bessere Be-

schreibung des Feuchtehaushalts erfolgt nach EN 15026 mithilfe einer dynamischen Simulation. Bei beiden Nachweisen werden eine Reihe von Annahmen und Vereinfachungen getroffen, die bei Denkmalen nicht zutreffen (Tabelle 7). Es wird daher empfohlen, bei Denkmalen die Simulation mçglichst ohne Vereinfachungen und nach dem Stand der Wissenschaft durchzufhren. Wie aus Tabelle 7 erkennbar, ist die Verwendung einer dynamischen Simulation fr die Ermittlung der thermischen und hygrischen Zustnde in Baukonstruktionen ein wesentlicher Schritt um eine realistische Beurteilung durchfhren zu kçnnen. Die Verfgbarkeit von Klimadaten und Materialdaten stellen dabei die grçßte Hrde in der Praxis dar. Fr die Berechnung des durchschnittlichen Energiebedarfs bzw. durchschnittlichen

360

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 27. Ursprngliche Situation mit rumlich und zeitlich reduzierter Beheizung (links) und mçgliche gewnschte neue Nutzung mit vollflchiger und permanenter Beheizung (rechts) schwarz: Wrmequellen, gestrichelt: Abgrenzung des konditionierten Bereichs

Tabelle 7. Annahmen und Vereinfachung bei der Ermittlung des Feuchtehaushaltes von Baukonstruktionen Parameter

EN ISO 13788

EN 15026

Anforderung Denkmal

Geometrie

eindimensional

eindimensional

mehrdimensional

Zeitliche Auflçsung

Monatsbilanz

beliebig klein

beliebig klein

Anfangsfeuchte

nicht vorhanden

kann als Anfangswert bercksichtigt werden

durch Messungen bestimmt

Durchstrçmung

perfekt luft- und winddicht

perfekt luft- und winddicht

interzonale Luftstrçmung und Durchstrçmung von Bauteilen vorhanden

Wrmetransport

Wrmeleitung

Wrmeleitung, Latentwrmetransport

vollstndig auch mit Quellen und Senken durch Verteilleitungen

Feuchtetransport

Diffusion

Diffusion, Flssigkeitsleitung

vollstndig auch mit drckendem Wasser, Transporte in Rissen, Einfluss von Grenzschichten

Salztransport

nicht bercksichtigt

nicht bercksichtigt

bei Vorhandensein relevanter Salzkonzentrationen zu bercksichtigen

Kopplung der thermischen und hygrischen Prozesse

nicht bercksichtigt

Abhngigkeit der Transportgekoppelter Wrme- und Stofftransport koeffizienten von den Zustandsgrçßen kann bercksichtigt werden

Randbedingung

Temperatur, Luftfeuchte

Temperatur, Solarstrahlung, Infrarotstrahlung, Luftfeuchte, Regen Innenklima vorgegeben

Alterung

Materialparameter Materialparameter stellen den stellen den Gebrauchs- Gebrauchszustand dar zustand dar

Bestand abbilden

Verfgbarkeit von Materialdaten

werden von Baustoffherstellern angegeben

im Einzelfall zu ermitteln

gering

Temperatur, Solarstrahlung, Infrarotstrahlung, Luftfeuchte, Regen, Bodenfeuchte; Kopplung Bauteil-Innenklima bercksichtigen

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

Wrmedurchgangs wird ein durchschnittliches Außenklima bençtigt. Fr die Risikobeurteilung von Schden an der Konstruktion kann kein durchschnittliches Klima verwendet werden. Idealerweise wrden vieljhrige Zeitreihen (10 bis 50 Jahre) des Außenklimas verwendet werden, um die unterschiedlichen Belastungszustnde abzubilden. In der Regel sind solche Zeitreihen nicht vorhanden oder sehr teuer. Alternativ dazu wurde in [3] vorgeschlagen, zwei weitere Jahre heranzuziehen, die sich aus einer Verschiebung des durchschnittlichen Klimas ergeben. Mit einem kalten Jahr kçnnen Kondensationsvorgnge im Außenbereich und mit einem warmen Jahr Kondensationsvorgnge im Innenbereich berprft werden. Dieses wird fr die Anwendung bei Baudenkmalen als Minimum empfohlen. Beim Einsatz von neuen Konstruktionsmaterialien sollten langjhrige Zeitreihen zur Anwendung kommen. Die nchste Hrde stellt die Verfgbarkeit von Materialdaten dar. Von neuen Baustoffen sind die Wrmeleitfhigkeit und die Diffusionswiderstandszahl bekannt, da sie fr einen Nachweis nach EN ISO 13788 bençtigt werden. Durch die Anforderung der DIN 4108 bzw. NORM B 8110 werden diese Materialdaten ebenfalls bençtigt. Ein erweiterter Datensatz zur Ermçglichung einer Berechnung nach EN 15026 wird von Baustoffherstellern selten zur Verfgung gestellt. Die umfangreichste Sammlung an Messdaten ist ber http://www.maseaensan.de/masea/ abrufbar. Insbesondere die Verfgbarkeit von feuchteabhngigen Diffusionswiderstandszahlen und Kurven zur Wasseraufnahme und Trocknung von Baustoffen stellen die minimalen Voraussetzungen, um die Flssigwassertransportfunktion nach [4] oder [5] abschtzen zu kçnnen. Fr die in einem konkreten Bestandsgebude vorkommenden Baustoffe sind die Materialdaten fr den Wrme- und Stofftransport in der Regel im Einzelfall zu bestimmen. Zur Risikobeurteilung von Sanierungsvarianten bei Denkmalen sind die beiden standardisierten Verfahren bis dato ungeeignet. Insbesondere die sich aus der Annahme der perfekten Luft- und Winddichtheit ergebenden Anforderung einer perfekten Ausfhrung der luftdichten und der winddichten Schicht sind besonders bei Sanierungen nicht zu erfllen. Eine Mçglichkeit, die Undichtheit von typischen Dachkonstruktionen in die Risikobeurteilung von Konstruktionen zu integrieren, wird in [6] gezeigt. Wie in Bild 27 dargestellt, wird in der Regel bei thermischen Sanierungen die Art und Weise der Nutzung und Beheizung gegenber der ursprngliche Nutzung und Beheizung drastisch gendert. Die fr den Neubau bewhrte Konstruktionsregel luftdicht zu bauen und ber çffenbare Fenster zu lften bzw. den hygienisch notwendigen Luftwechsel ber hocheffiziente ausbalancierte Lftungsanlagen mit Wrmerckgewinnung zu sichern, kann nicht einfach auf Bestandsgebude bertragen werden. Durch die zeitlich und rumlich vollstndige Beheizung auf komfortable Raumtemperaturen wird der Auftriebsdruck im Winter wesentlich grçßer als whrend der historischen Nutzung. Wenn

361

gleichzeitig die Luftdichtheit der Gebudehlle deutlich verbessert wird, ergeben sich durch Wohnungsnutzung auch im Tiefwinter wesentlich hçhere relative Luftfeuchten als bei der ursprnglichen Nutzung. Beides zusammen kann besonders fr die Bereiche der obersten Geschossdecken und Dachsthle aufgrund von Restundichtheiten zu einem bedeutend grçßeren Feuchtestrom fhren. In ungnstigen Fllen und bei mangelhaft geplanten oder ausgefhrten Wrmedmm-Maßnahmen fhrt dies zu massivem Kondenswasserausfall und einer Schdigung der Konstruktion. Eine Minimierung der Leitungslngen von Wrme- bzw. Klte- oder Luftversorgungssystemen, eine durchdachte Leitungsfhrung und eine Optimierung der Dmmung der Leitungen sind daher eine wesentliche Voraussetzung fr eine verbesserte Energieeffizienz des Gesamtsystems und fhren aufgrund der Minimierung von Durchbrchen zu einer Vereinfachung bei der Herstellung von luftdichten Schichten. Bei der Auswahl der energetischen Sanierungsmaßnahmen sind nur Konstruktionen zuzulassen, die eine Toleranz gegenber mçglichen Restfehlstellen der luftdichten Hlle haben. Das sind in der Regel Konstruktionen, die nach innen luftdicht und dampfbremsend sind und nach außen winddicht und diffusionsoffen. Im Falle von Konstruktionen, die durch Solarstrahlung im Sommer außen stark erwrmt werden, ist es zustzlich von Vorteil, innen Dampfbremsen zu benutzen, deren Diffusionswiderstand bei hohen relativen Luftfeuchten klein ist. 3.6

Beispiele zur Risikobeurteilung

Eine Risikobeurteilung im Sinne dieses Beitrags ist die Bewertung der Mçglichkeiten zur Entstehung von Bauschden nach einer energetischen Sanierung eines Baudenkmals. Aus der Flle an Fragestellungen werden in den folgenden Abschnitten zwei spezielle Flle dargestellt, in denen auch Lcken der derzeitig vorhandenen Methoden zur Risikobeurteilung diskutiert werden kçnnen. Erdberhrte Bauteile und Details der Gebudehlle mit Hohlrumen sind solche „Spezialflle“ die keinesfalls bergangen werden drfen. 3.6.1

Erdberhrtes Mauerwerk

Wie in Tabelle 2 fr die Beispielobjekte A, B und C zusammengestellt, ist bei Sanierungen erdberhrter Bauteile die Entwicklung des Feuchtehaushalts besonders zu beachten. Aufgrund der historischen Bauweisen und/oder der Alterung von Abdichtungsmaterialien sind die Beurteilung der Belastung der Konstruktionen mit Feuchte aus dem Boden sowie die tatschlich vorliegenden Feuchtegehalte der Bauteile ein wesentlicher Teil jeder Bauzustandsanalyse. Die Basis der Beurteilung bildet die Analyse der Mauerwerksdurchfeuchtung und der Salzgehalte im aktuellen Zustand, eine Erhebung der verwendeten Materialien, eine Beurteilung der Feuchtesituation im Untergrund

362

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 28. Darstellung des Feuchteprofils im Inneren eines 50 cm starken Ziegelmauerwerks fr eine hohe (links) und eine niedrige (rechts) Feuchtebelastung aus dem Untergrund

und der Schlagregenbelastung der Außenoberflche. Wenn nachtrglich eine vollstndige Feuchtesperrung nicht mehr mçglich ist, muss bei der Beurteilung des Risikos einer unzulssigen Durchfeuchtung der Baukonstruktion auch eine mçgliche Schwankung des Grundwasserspiegels betrachtet werden. In Bild 28 ist dargestellt, welche Feuchteprofile sich in Ziegelmauerwerk ohne Horizontalabdichtung bei verschiedenen Feuchtebelastungen aus dem Untergrund einstellen. Bei der Messung der aktuellen Mauerwerksdurchfeuchtung ist daher nicht nur der oberflchennahe Bereich des Mauerwerks von Interesse, sondern insbesondere

auch der Kern des Mauerwerks. Die Nutzung der an das Mauerwerk angrenzenden Rume muss auch erhoben werden, damit das Innenklima in den angrenzenden Rumen der letzten Jahre abgeschtzt werden kann. Im Falle des Vorhandenseins relevanter Salzkonzentrationen, die erfahrungsgemß den Feuchtehaushalt wesentlich beeinflussen, kann derzeit rechnerisch keine Beurteilung von zuknftigen Feuchtebelastungen durchgefhrt werden. Erste Versuche, den Salztransport in aktuelle Simulationsmodelle einzubauen, sind in [7] dokumentiert. Eine experimentelle Validierungen an realem Mauerwerk unter Einbeziehung unterschiedlicher Salze wurde bis dato noch nicht durchgefhrt. Ablauf einer Risikobeurteilung in Bezug auf unzulssige Feuchtegehalte: – Ermittlung der Materialkenndaten der vorgefundenen Baustoffe und der eventuell zuknftig eingesetzten aus der Literatur oder durch eigene Messungen. – Modellierung des Erdbodens, Mauerwerks und der Außen- und Innenklimabelastung auf Basis der erhobenen Befunde. – Kalibrierung der Belastung durch Bodenfeuchte anhand gemessener Profile der Mauerwerkszustnde – Variation der Materialkenngrçßen im Rahmen der Bandbreite der gemessenen Materialkenngrçßen. – Durchfhrung von Simulationslufen fr verschiedene Szenarien des Außenklimas, Bodenfeuchtebelas-

Tabelle 8. Einfluss einer Innendmmung auf die Feuchtegehalte des Mauerwerks Bestand

Innendmmung diffusionsoffen

Geringe Belastung durch Bodenfeuchte, kein Schlagregen geringe Belastung durch Innenklima

Hohe Belastung durch Bodenfeuchte, kein Schlagregen geringe Belastung durch Innenklima

Innendmmung dampfdicht

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz

tung und Nutzung der Rume. Die Simulationslufe sind typischerweise ber eine Zeitdauer von 10 bis 50 Jahren angelegt, damit sich das Fließgleichgewicht im Boden und Mauerwerk einstellen kann. – Beurteilung der sich ergebenden hygrothermischen Zustnde. – Beurteilung des Risikos der Nicht-Nutzbarkeit aufgrund einer zu hohen Feuchteabgabe an die Innenluft. Typische Ergebnisse der Auswirkungen von Innendmm-Maßnahmen bei erdberhrtem Mauerwerk ohne Schlagregenbelastung sind in der Tabelle 8 zusammengestellt. Im Falle einer geringen Bodenfeuchtebelastung des Mauerwerks wird durch eine diffusionsoffene Innendmmung der Feuchtegehalt im Mauerwerk auf der Innenseite erhçht, im Falle einer dampfdichten Innendmmung nicht. Aufgrund der Wrmebrckenwirkung ist im unteren Bereich der Bodenplatte eine etwas strkere Durchfeuchtung vorhanden. Im Falle einer hçheren Belastung durch Bodenfeuchte erhçht sich die Durchfeuchtung des Mauerwerks auf der Innenseite deutlich. In diesem Fall kann ohne nachtrgliche Horizontalabdichtung keine Dmmmaßnahme auf der Innenseite empfohlen werden. Insbesondere bei diffusionsoffenen Innendmmungen kommt es in diesem Fall zu einer erhçhten Feuchtebelastung der Innenluft. Bei Materialen die auf der Wand angebracht werden (z. B. Tapeten, Wandteppiche) bzw. damit fest verbunden werden (z. B. Sockelleisten), ergibt sich bei normalen Raumtemperaturen und Raumluftfeuchten eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich Schimmelpilze bilden.

3.6.2

363

Anschluss Außenwand Ziegelmauerwerk – Holzbalkendecke

Aufgrund der sehr positiven Erfahrungen bei Demonstrationsprojekten in Deutschland und sterreich ist die Mçglichkeit des Anbringens einer Innendmmung bei historischem Mauerwerk eine mittlerweile sehr hufig diskutierte Fragestellung bei der Sanierung von Gebuden. Am Beispielobjekt C aus Tabelle 2 soll im Folgenden der Ablauf der Beurteilung von Zulssigkeit der Vernderung thermisch-hygrischer Zustnde in der Konstruktion dargestellt werden. Die bertragung erfolgreicher Maßnahmen aus Demonstrationsprojekten kann aufgrund eines anderen Außenklimas, anderer vorhandener Baustoffe oder einer anderen Nutzung der Rume in der Regel nicht direkt erfolgen. Der Nachweis der Zulssigkeit einer Vernderung der thermischhygrischen Zustnde kann nur mithilfe mehrdimensionaler Simulationsprogramme, die alle notwendigen Transportprozesse hinreichend genau abbilden, gefhrt werden. Diese Simulationsprogramme mssen anhand von Demonstrationsprojekten und Ringversuchen validiert sein. Erste Schritte in Richtung geeigneter Ringversuche wurden im Rahmen des IEA Annex 23 und Annex 41 gemacht. Fr das Beispielobjekt C wurde im Jahre 2006 eine Analyse dahingehend durchgefhrt, ob unter den gegebenen Umstnden eine Innendmmung des 1. und 2. Obergeschosses ausgefhrt werden kann. Aufgrund der geringen, aber vorhandenen Schlagregenbelastung der Außenwand, der Nutzung des Wohnhauses durch eine Familie und dem Vorhandensein einer Lftungsanlage konnte damals gezeigt werden, dass eine diffu-

Bild 29. Schnitt durch das Beispielobjekt C (links) und Montage einer 10 cm dicken Calciumsilikatplatte als diffusionsoffene Innendmmung (rechts)

364

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Bild 30. Gemessene relative Luftfeuchte (oben) und Temperatur (unten) im Winter 2008/2009 in der Raumluft, dem Lufthohlraum zwischen den Balken und im Bereich des Balkenkopfes beim Beispielobjekt C

sionsoffene Innendmmung mit Calciumsilikatplatten mit einer Dicke von 10 cm theoretisch mçglich sein sollte. Der generelle Zustand der Balkenkçpfe war sehr gut. Es gab keine Anzeichen einer Vorschdigung. Zur Validierung wurden Messfhler im Bereich des Balkenkopfes eines Holzbalkens und im Bereich der Fensteranschlsse bzw. Innendmmung montiert. Seit ber zwei Jahren wird das Wohnhaus im sanierten Zustand bewohnt und die bisherigen Messungen (s. Bild 30) zeigen, dass keine thermisch-hygrischen Zustnde entstehen, die ein Risiko der Schimmelpilzbildung an der Konstruktion oder der Verrottung im Inneren des Holzbalkens anzeigen. Anhand der folgenden Bilder aus den Simulationslufen ist es mçglich, das Risiko hinsichtlich der Mçglichkeit von Verrottung oder Schimmelpilzbildung in der Konstruktion bzw. im Balkenkopf abzuleiten. Die Ergebnisse zeigen, ob und warum in dem oben geschilderten Fall die gewhlte Sanierungsmaßnahme zulssig erscheint. Zur Analyse wurde ein dreidimensionales Modell erstellt (s. Bild 31), in dem die Außenwand, der Holzbalken und insbesondere der Lufthohlraum in der Decke und rund um den Holzbalken herum abgebildet werden kann. Aufgrund der bei diesem Objekt vorhandenen Dachberstnde und dem wasserabweisenden Außenputz ergibt sich in diesem Fall kein erkennbarer Einfluss des Regens auf den im Mauerwerk aufgelagerten Balken. Die Simulation des Bestands (ohne Innendmmung, Wohnungsnutzung, geringe Luftdichtheit) zeigt ganz deutlich, dass die sich ergebenden thermisch-hygrischen Zustnde niemals in einen Bereich kommen, bei

dem das Risiko der Schimmelpilzbildung oder Verrottung nennenswert hoch ist (s. Tabelle 9). Die Analyse der Auswirkung einer 10 cm dicken Innendmmung mit Calciumsilikatplatten zeigt ebenfalls (s. Tabelle 10), dass sich bei einer geringen Innenraumluftfeuchte im Winter keine thermisch-hygrischen Zustnde einstellen, die eine Verrottung des Holzbalkens einleiten wrden. Wenn aber im Winter eine erhçhte Raumluftfeuchte auftritt, ergibt sich eine Gefahr fr den Holzbalken. Die Messergebnisse in Bild 30 zeigen, dass in der Realitt in diesem Wohnhaus noch niedrigere Luftfeuchten auftreten, als in dem Szenario mit niedrigen Luftfeuchten (Tabelle 10) angesetzt wurden. Die in Tabelle 10 dargestellten Berechnungsvarianten (mit und ohne Strçmung im Luftraum) zeigen, dass nur

Bild 31. Vertikaler Schnitt (links) und horizontaler Schnitt (rechts) durch das dreidimensionale Modell des Anschlussdetails Außenwand/Holzbalken zur Simulation des gekoppelten Wrme-, Luft- und Feuchtetransports

Methodischer Zugang zur Verbesserung der Energieeffizienz Tabelle 9. Analyse der Bestandssituation Temperaturfeld Mitte Januar

Relative Luftfeuchte Mitte Januar

Risiko Schimmelpilzbildung schwarz kein Risiko weiß hohes Risiko

Risiko Holzverrottung schwarz kein Risiko weiß hohes Risiko

Innenklima 40 % 22 C im Winter / 60 % 26 C in Sommer Vertikaler Schnitt im dreidimensionalen Modell in der Symmetrieachse des Balkens

Horizontaler Schnitt des dreidimensionalen Modells an der Oberseite des Balkens

Tabelle 10. Analyse der Sanierungsvariante mit Innendmmung Temperaturfeld Mitte Januar

Relative Luftfeuchte Mitte Januar

Risiko Schimmelpilzbildung schwarz kein Risiko weiß hohes Risiko

Risiko Holzverrottung schwarz kein Risiko weiß hohes Risiko

Innendmmung mit einem diffusionsoffenen System; Innenklima 40 % 22 C im Winter / 60 % 26 C im Sommer

Innendmmung mit einem diffusionsoffenen System; Innenklima 60 % 22 C im Winter / 60 % 26 C im Sommer Berechnung mit Luftstrçmung im Hohlraum

Berechnung ohne Luftstrçmung im Hohlraum

365

366

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

Modelle, die alle Transportprozesse abbilden kçnnen, fr eine solche Beurteilung infrage kommen. Wenn die Luftstrçmung im Hohlraum nicht mitberechnet wird, ergibt sich fr den Bereich des Balkenkopfes ein vçllig unkritisches Ergebnis und die Beurteilung wrde fehlgeleitet werden. 3.7

Einbettung von Denkmalen in Nachhaltigkeitszertifikate und Fçrderrichtlinien

Die aktuellen Bestrebungen, die Nachhaltigkeit von Neubauten in Form von Nachhaltigkeitszertifikaten abzubilden (www.dgnb.de; www.çgni.at, www.çgnb.at), bieten bei korrekter Adaption der Bewertungskriterien auch fr Denkmale eine interessante Mçglichkeit, nicht nur an der Energieeffizienz gemessen zu werden. Erste Vorschlge fr Bewertungskriterien bei Bestandsgebuden befinden sich bereits in der Pilotphase. Wie in den vorangegangenen Beispielen gezeigt, wre jedenfalls bei Denkmalen bei der Beurteilung des Risikos

fr das Gebude nach dem letzten Stand der Wissenschaft zu arbeiten. In Bild 32 ist zusammengestellt, welche Schritte in der Planungsphase von nderungen an Denkmalen daher notwendig sind, um denkmalgerecht vorzugehen. Nach erfolgreicher Erarbeitung von denkmalgerechten Maßnahmen wird empfohlen, bei der Umsetzung die Qualittssicherung und Dokumentation sehr systematisch in den Bauablauf zu integrieren.

4

Zusammenfassung und Ausblick

Ein Baudenkmal in seiner berlieferten Erscheinung und seinem Bestand zu erhalten, bedeutet das Gebude sowohl formal als auch substanziell vor Verlusten und Schden zu bewahren. Eine simple bertragung von im Neubau erprobten Methoden zur Steigerung der Energieeffizienz auf Denkmale ist aus diesen Grnden nicht mçglich. Der methodisch korrekte Zugang erfordert die Durchfhrung einer Analyse des Denkmals hinsichtlich

Bild 32. Ablaufschema bei der Entwicklung von denkmalgerechten Maßnahmen bei der thermischen Sanierung

Literatur

367

Bild 33. Ablaufschema zur Begleitung in der Umsetzungs- und vor Beginn der Nutzung

seiner bautechnischen und gebudetechnischen Gegebenheiten. Die Ermittlung der Energieeffizienz, Treibhausgasemissionsreduktion und der Heizkosten sollte in allen Fllen nur unter der Bercksichtigung der derzeitigen und zuknftigen Lebensgewohnheiten der Nutzer erfolgen. Nur dadurch kçnnen die verschiedenen Sanierungsmaßnahmen auf ihre tatschliche Relevanz zur Verbesserung der Energieeffizienz abgebildet werden. Da sich in der Regel die thermischen und hygrischen Zustnde durch Sanierungsmaßnahmen in der Baukonstruktion verndern, muss parallel zur Sanierungsplanung eine Beurteilung des Risikos mçglicher Schadensmechanismen nach Abschluss der Sanierung durchgefhrt werden. Dabei sind die thermischen und hygrischen Transportvorgnge in der Konstruktion, insbesondere Luftstrçmungen innerhalb von Konstruktionshohlrumen und durch perforierte Konstruktionen hindurch, zu beachten. Fr die Ermittlung der hygrothermischen Zustnde und der Ableitung des Risikos fr mçgliche Bauschden reichen die vorliegenden Normen und Berechnungsverfahren nicht aus, d. h. es mssen Simulationstools nach dem Stand der Wissenschaft benutzt werden, die in internationalen Ringversuchen und an Demonstrationsobjekten validiert wurden. Nur dadurch kann die notwendige Zuverlssigkeit der Prognosen gewhrleistet werden. Zur Ermittlung des Ist-Zustandes der Baukons-

truktion ist es notwendig, mçglichst zerstçrungsfrei die vorhandene Gebudestruktur zu erfassen. Ein großer Forschungsbedarf besteht daher in der Entwicklung zerstçrungsfreier Methoden zur Erfassung hygrischer Zustnde in Baukonstruktionen, Methoden zur Ermittlung der Materialparameter fr den gekoppelten Wrme-, Luft- und Feuchtetransport in Baustoffen und Bauteilen und das Alterungsverhalten historischer als auch neuer Baustoffe. Ein geeigneter Rahmen fr die denkmalgerechte Entwicklung von wirksamen Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz wre die Definition von Nachhaltigkeitszertifikaten fr Denkmale, in denen von den Anforderungen an die Planung ber die Methodik der Risikobeurteilung bis zur Qualittssicherung der Ausfhrung alle Aspekte abgebildet werden kçnnten.

5

Literatur

[1] Biermayr, P.; Schriefl, E.; Baumann, B.; Sturm, A.: Maßnahmen zur Minimierung von Reboundeffekten bei der Sanierung von Wohngebuden (MARESI) Projektbericht im Rahmen der Programmlinie Haus der Zukunft. sterreichisches Bundesministerium fr Verkehr, Innovation und Technologie; Wien 2003.

368

D 1 Baudenkmale im Spannungsfeld von Energieeffizienz und Risikovermeidung

[2] Krischanitz, A.; Kapfinger;O.: Die Wiener Werkbundsiedlung – Dokumentation einer Werkerneuerung; Wien 1985. [3] Knzel, H. M.; Sedlbauer, K.: Feuchteschutzbeurteilung von Baukonstruktionen in Anhngigkeit von Beanspruchung und Verarbeitung. Bauphysik-Kalender 2008; Hrsg. N. A. Fouad, Ernst & Sohn Berlin. [4] Scheffler , G.: Validierung hygrothermischer Materialmodellierung unter Bercksichtigung der Hysterese der Feuchtespeicherung; Dissertation. Technische Universitt Dresden 2008.

[5] Bednar, T.: Beurteilung des feuchte- und wrmetechnischen Verhaltens von Bauteilen und Gebuden – Weiterentwicklung der Meß- und Rechenverfahren. Dissertation ausgefhrt am Institut fr Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz der TU Wien, Wien 2000. [6] Janssens, A.: Reliable Control of interstitial condensation in lightweight roof systems; Calculation and Assessment Method. Dissertation; Katholische Universitt Leuven 2008. [7] Nicolai, A; Grunewald, J.; Zhang, J. S.: Salztransport und Phasenumwandlung – Modellierung und numerische Lçsung im Simulationsprogramm Delphin 5. Bauphysik 29 (2008) H. 3, S. 231–239.

369

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Erfahrungen und Ergebnisse aus Demonstrationsprojekten des Nichtwohnungsbaus Karsten Voss, Peter Engelmann, Andreas Wagner, Jens Pfafferott

Prof. Dr. -Ing. Karsten Voss Bergische Universitt Wuppertal Bauphysik und Technische Gebudeausrstung Haspeler Straße 27, 42285 Wuppertal Seit 2003 Professor fr Bauphysik und TGA im Fachbereich Architektur der Universitt Wuppertal. Koordinator der wissenschaftlichen Begleitforschung fr den Demonstrationsbereich des Bundesfçrderprogramms EnOB (Energieoptimiertes Bauen). Forschungsprojekte im Bereich der Gebudeanalytik, Bauklimatik und Gebudesimulation. Zwçlf Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ISE. Ttigkeiten in der Internationalen Energieagentur in den Bereichen energieeffiziente Gebude, energetische Gebudesanierung und Nullenergiehuser.

Dipl.-Ing. Peter Engelmann Bergische Universitt Wuppertal Bauphysik und Technische Gebudeausrstung Haspeler Straße 27, 42285 Wuppertal Studium Energie und Verfahrenstechnik an der TU Berlin. Seit 2004 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl Bauphysik und Technische Gebudeausrstung, Fachbereich Architektur der Bergischen Universitt Wuppertal. Mitarbeit bei der Auswertung von Demonstrationsgebuden im Zusammenhang mit dem Forschungsprogramm EnOB, Schwerpunkt Energetische Verbesserung der Gebudesubstanz (EnSan).

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

370

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Prof. Dipl.-Ing. Andreas Wagner Karlsruher Institut fr Technologie (KIT) Englerstraße 7, 76131 Karlsruhe Nach Maschinenbaustudium acht Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ISE mit Schwerpunkt Systemtechnik / Thermische Solarsysteme. Seit 1995 Professor fr Bauphysik und Technischen Ausbau an der Fakultt fr Architektur des Karlsruher Instituts fr Technologie KIT (Universittsbereich). Forschungsschwerpunkte sind die Energetische Performance von Gebuden und Gebudebestnden sowie Nutzerzufriedenheit und Komfort an Arbeitspltzen. Sprecherfunktionen im Bereich Effiziente Energienutzung des KIT Zentrums Energie sowie im KIT Kompetenzfeld Bauwerke und urbane Infrastrukturen. Seit 1999 Partner der ip5 Ingenieurpartnerschaft in Karlsruhe.

Dr. -Ing. Jens Pfafferott Fraunhofer ISE Heidenhofstraße 2, 79110 Freiburg Seit 2001 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ISE. Forschungsprojekte im Bereich energieeffiziente Khlung mit Schwerpunkt Monitoring, Gebude- und Anlagensimulation sowie Komfort. Promotion an der Universitt Karlsruhe 2004. Von 1997 bis 2001 Projektleiter fr Energiemanagement bei RWE und Vattenfall.

Inhaltsverzeichnis 1

Der Forschungsschwerpunkt Energieoptimiertes Bauen 371

2

Projektbersicht

3 3.1

Projektbeispiele 371 Verwaltungs- und Sozialgebude REB, Remscheid 374 Ganzheitliche Nutzungszyklusbilanzierung 376 Energiekennwerte und Energieflsse 376 Betriebserfahrungen im Detail 379

3.1.1 3.1.2 3.1.3

371

3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4

Projektfazit 382 Druckerei Engelhardt & Bauer, Karlsruhe 383 Das Gebude und seine Sanierung 383 Energiekennwerte 386 Betriebserfahrungen im Detail 386 Projektfazit 389

4

Ausblick

390

5

Literatur

391

Projektbeispiele

1

Der Forschungsschwerpunkt Energieoptimiertes Bauen

Im Rahmen des Fçrderkonzepts Energieoptimiertes Bauen – kurz EnOB – fçrdert das Bundesministerium fr Wirtschaft und Technologie unter anderem die Planung, die Erstellung und die wissenschaftliche Evaluierung des Betriebs von Demonstrationsgebuden mit Vorbildcharakter. Seit dem Start 1997 wurden bisher mehr als 50 Bauprojekte gefçrdert. Sie verteilen sich zur Hlfte auf Neubauten (Programmlinie EnBau) und auf das Bauen im Bestand (EnSan). Ambitionierte energetische Ziele und der Piloteinsatz neuer Technologien sind in Verbindung mit hoher Architekturqualitt zum Markenzeichen des Programms geworden. Die EnOBProjekte aus dem Nichtwohnungsbau bernahmen frh eine Vorreiterrolle auf dem Weg zu ganzheitlichen Energiekennwerten. Ihre Ergebnisse dienen heute als Referenz. Das BMWi hat bereits frh sogenannte Begleitforschungsprojekte zum Fçrderprogramm ins Leben gerufen. Ihre kontinuierliche Querschnittsarbeit hat wesentlichen Anteil daran, dass die Ergebnisse und Erfahrungen der einzelnen Projekte eine Plattform und eine gemeinsame Sprache finden. Neben den Aktivitten im Bereich der Demonstration gehçren die Technologieforschungsbereiche zur Weiterentwicklung der Vakuum-Isolation (ViBau) und zur Erforschung von Niedrig-Exergiesystemen fr Gebude (LowEx) in den Kontext von EnOB (Bild 1). Im Jahr 2009 erfolgte die Ergnzung um die Projekte zur energieeffizienten Betriebsoptimierung (EnBop), zur Energieeffizienz im Stdtebau (EnEffStadt) und energieeffiziente Schul-

371

bauten (EnEffSchule). Gemeinsame Plattform aller Fçrderprojekte ist das Internetportal www.enob.info (Bild 2).

2

Projektbersicht

Ende 2009 befanden sich 36 Neubauprojekte und 26 Sanierungsprojekte in der Fçrderung. Ein großer Teil davon ist bereits baulich fertiggestellt und das Monitoring abgeschlossen (41 Projekte), weitere befinden sich in der Messphase (9), andere in Planung und Bau (12). Tabelle 1 zeigt eine bersicht ber die Projekte im Bereich der energetischen Sanierung. Mitte 2009 gab es fnf laufende Sanierungsprojekte im Nichtwohnungsbau, zwei davon werden nachfolgend im Detail thematisiert.

3

Projektbeispiele

Bei den beiden nachfolgend dargestellten Demonstrationsbauprojekten handelt es sich um ein Verwaltungsgebude mit großem Sozialtrakt in Remscheid (REB) sowie eine Druckerei in Karlsruhe (E & B). Tabelle 2 zeigt die Stammdaten der beiden Gebude. Fr beide Gebude wurden durch die universitren Gruppen Energieausweise gemß EnEV 2007 bzw. DIN V 18599 unter Zuhilfenahme eines kommerziellen Rechenwerkzeugs erstellt [2]. Dabei zeigte sich der frhe Entwicklungsstand der Vornorm ebenso wie der des Werkzeugs sowie die Notwendigkeit zu eigenen Nebenrechnungen, um die speziellen Verhltnisse bei

Bild 1. Struktur des BMWi-Forschungskonzepts Energieoptimiertes Bauen, gegliedert in die Bereiche F & E und Demonstration

372

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Bild 2. Der Internetauftritt des Fçrderprogramms: www.enob.info

Tabelle 1. Zusammenstellung der Fçrdervorhaben im Projekt EnSan Gebudebezeichnung

Standort

Monitoringteam Abbildung

NGF in m± (beheizt)

Status

Fertigstellung

Gutshofkomplex

Wietow

Universitt Rostock

1.267

abgeschlossen

2003

Bro im Passivhaus-Standard

Tbingen

Hochschule fr Technik Stuttgart

833

abgeschlossen

2003

Haupthaus KfW

Frankfurt

Universitt Karlsruhe (TH)

19.639

Monitoring

2005

REB

Remscheid

Universitt Wuppertal

2.544

Monitoring

2006

Verwaltungsgebude

Projektbeispiele

373

Tabelle 1. Zusammenstellung der Fçrdervorhaben im Projekt EnSan (Fortsetzung) Gebudebezeichnung

Standort

Monitoringteam Abbildung

NGF in m± (beheizt)

Status

Fertigstellung

E&B

Karlsruhe

Universitt Karlsruhe (TH)

1.111

Monitoring

2006

Institute und Bildungseinrichtungen Uni-Bibliothek

Bremen

Hochschule Bremerhaven

25.011

abgeschlossen

2004

Laborgebude

Jlich

Forschungszentrum Jlich

3.380

abgeschlossen

2003

Kthe-Kollwitz-Schule

Aachen

IB INCO Aachen

8.737

abgeschlossen

2003

Kita Plappersnut

Wismar

Universitt Rostock

1.877

abgeschlossen

2005

MOSES

Stuttgart

IKE Stuttgart

5.160

abgeschlossen

1997

Gemeindezentrum „Guter Hirte“

UlmBoffingen

FraunhoferInstitut fr Bauphysik Stuttgart

Gemeindeabgeschlossen zentrum 887, Kindergarten 482, Pfarrhaus 393

2004/ 2005

Luitpoldhaus der Stadtbibliothek

Nrnberg

FH Nrnberg

6.500

2010

im Bau

374

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Tabelle 2. Stammdaten der Beispielprojekte Baujahr

Sanierung

NGF(beheizt) m±

BRI(beheizt) m

A/V m–1

Anzahl Geschosse

Anzahl Nutzer

Nutzungsaufteilung

REB

1968

2006

2.544

10.400

0,43

4

80 (V) 90 (S)

54 % Verwaltung, Erdgas, Strom, 46 % Sozialrume th. Solarenergie

E&B

1978

2005

1.111

4.910

0,51

2

30–40

60 % Produktion, 40 % Verwaltung

Energietrger

Erdgas, Strom, th. Solarenergie, Abwrme

Tabelle 3. Rechnerisch ermittelte Energiekennwerte fr die Gebude gemß Ausfhrungsstand sowie die dazugehçrigen Werte des normativen Referenzgebudes und die Ergebnisse aus dem Monitoring [2] Rechenwerte DIN V 18599 Ht [W/m±K]

Messwerte Qp [kWh/m±a]

Qp [kWh/m±a]

Ist

Referenz

Ist

Referenz

vor Sanierung

nach Sanierung

REB

0,46

0,69

126

202

440

186

E&B

0,51

0,62

167

246

344

215

den Projekten nherungsweise abzubilden. Beispiele dafr sind: hoch effiziente WRG-Anlagen, indirekte WRG, Betonkerntemperierung, Detailierungsgrad der Leitungs- und Kanallngen der Wrme-/Klteverteilung, Aktivierungszeiten fr Sonnenschutzvorrichtungen, etc. Alle genannten Beispiele nehmen nachgewiesenermaßen hohen Einfluss auf die Berechnungsergebnisse. Tabelle 3 listet die unter diesen Umstnden als nherungsweise zu betrachtenden Kennwerte in Zusammenhang mit den Werten des normativen Referenzgebudes (ohne Sanierungszuschlag) und den messtechnischen Ergebnissen auf. Die Kennwerte basieren auf 7(REB) bzw. 6-Zonenmodellen (E & B). Speziell beim Vergleich von Mess- und Rechenwerten sind die in den nachfolgenden Abschnitten dargestellten Erluterungen zum Betrieb der Gebude zu beachten.

3.1

Verwaltungs- und Sozialgebude REB, Remscheid

Das 4-geschossige, 4.600 m± große Gebude (2.600 m± Bro-/Sozialrume, 2.000 m± unbeheizte Wagenhallen außerhalb der thermischen Hlle) aus den 1960er-Jahren in Remscheid wird etwa zur Hlfte als zentrales Verwaltungsgebude der Entsorgungsbetriebe und als Unterbringung fr den dazugehçrigen Fuhrpark genutzt. hnlich zu vielen anderen Gebudesanierungen beschrnkte sich die Sanierung nicht auf die Mngelbeseitigung und energetische Verbesserung. Eine Sanierung steht oft in Konkurrenz zu einem Neubau. Daher wurden wesentliche Verbesserungen in der Nutzungsqualitt und dem Erscheinungsbild sowie eine signifikante Senkung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten erwartet. Mngel im Brandschutz und der çffentlichen Erschließung (nicht behindertenge-

Bild 3. Ansicht der Sd- und Westseiten des Gebudes vor (links, Quelle: ACMS) und nach der Sanierung (rechts, Quelle: T. Riehle)

Projektbeispiele

375

Bild 4. Beispielhafter Grundriss, 1.OG (Quelle: ACMS, Wuppertal)

recht) galt es zu beseitigen. Aus Verbrauchsmessungen im Vorfeld der Sanierung war ein Primrenergiekennwert von etwa 440 kWh/(m±a) bekannt (Erdgas und Strom, einschl. Arbeitshilfen, Bezug NGF). Dabei lag allein der Wrmeverbrauch bei rund 370 kWh/(m± a). Der rechnerische Energiekennwert gemß DIN V 18599 besttigte diese Zahlen. Neben dem sehr schlechten baulichen Zustand des Gebudes waren der ganzjhrig hohe Warmwasserverbrauch fr den Duschbetrieb (ca.

1.000 l/Tag) sowie regelungstechnische Fehler (Sommerheizbetrieb in den Garagengeschossen) Ursachen des hohen Verbrauchs. Hinsichtlich des sommerlichen Raumklimas waren insbesondere die Verhltnisse im 4. OG auffllig. Fr die bereits bei der Erstellung vorgenommene Aufstockung kam nur eine Leichtbauweise infrage. Daher fehlte die bauliche Masse zur Dmpfung der Temperaturamplituden.

Tabelle 4. Die Maßnahmen bzw. Ziel der energetischen und raumklimatischen Sanierung Wrmeschutz

Neue, vorgefertigte Holzleichtbaufassade mit Dmmstrken zwischen 16 und 24 cm und Kunststoff-Mehrfachstegplatten als Außenhaut.

Wrmeversorgung

Wrmebrckenarme Bauweise mit hoher Luftdichte. 2-fach Wrmeschutzglas bzw. Sonnenschutzglas (Ug = 1,1 W/(m±K)) mit wrmegedmmten Abstandhaltern und Holzrahmen (UW = 1,4 W/(m±K)).

Nacherwrmung und Raumheizung ber einen Gas-Brennwertkessel. Tageslicht und Beleuchtung

Zustzliche Dmmung von Flachdach und Decke zur Wagenhalle. Lftung

Ventilatoruntersttzte Lftung als Abluftanlage in den Brobereichen. Die Luft strçmt dezentral ber akustisch bedmpfte Außenluftdurchlasselemente mit automatisch verstell- und verschließbaren Querschnitten nach (1-facher Luftwechsel, via GLT-Signal reduziert bei sehr niedrigen Außentemperaturen). Frostfreihaltung der gesamten Wagenhallen durch Einblasen der Abluft aus dem Brotrakt in die Hallen (Abwrmenutzung). Somit entfallen die gesamte Heizungsinstallation sowie der Energieverbrauch infolge von Heizbetrieb, Zirkulation und Fehlbedienung in den Wagenhallen. Lftung mit Wrmerckgewinnung fr den gesamten Sozialtrakt (KVS).

Solaruntersttze Trinkwassererwrmung (Duschbetrieb mit ca. 1.000 l/d Warmwasserbedarf) durch eine 30 m± große Flachkollektoranlage.

Optimierte Tageslichtnutzung ber lichtumlenkende Lamellenjalousien (System Retrolux). ber die Hçhe stufenlos angepasster Drehwinkel. Leuchtenintegrierte, tageslichtabhngige Kunstlichtregelung in den Bros.

Sommerliches Raumklima

Sonnenschutzverglasung (60/40) auf allen Fassaden ohne beweglichen Sonnenschutz (z. B. Nordseite). Ventilator untersttzte Nachtlftung ber regelbare ffnungsquerschnitte der Außenluftdurchlasselemente in den Fassaden (2-facher Luftwechsel). PCM Deckenverkleidung im Leichtbaugeschoss (2. OG) zur Erhçhung der Wrmekapazitt bei hohen Temperaturen (BASF Micronal, Schaltpunkt 26 C).

Gebudeleittechnik

Zentrale Gebudeleittechnik mit Einbindung smtlicher TGA-Automatisierungsfunktionen auf der Basis von LON.

376

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Bild 5. Horizontalschnitt durch die Fassade im Fensterbereich und Außenansicht einer Fensterlaibung (Zeichnung: ACMS, Wuppertal, Foto: btga, Universitt Wuppertal)

Zur Senkung des Primrenergieverbrauchs auf ein Niveau von etwa 140 kWh/(m±a) (Bilanzgrenzen gemß DIN V 18599) und Verbesserung von Lufthygiene und Raumklima wurden zunchst zahlreiche Variantenanalysen durchgefhrt [2]. Die 2006 zur Ausfhrung gekommene Planung beinhaltet u. a. das in Tabelle 4 aufgefhrte Maßnahmenpaket. Basis fr ein angenehmes sommerliches Raumklima ist die sogenannte „passive Khlung“: Aufbauend auf einem wirksamen Sonnenschutz, der den Wrmeeintrag von außen im Sommer bereits erheblich reduziert, wird die in der Gebudemasse tagsber eingespeicherte Wrme (freie Deckenuntersichten!) durch eine automatisierte nchtliche Lftung wieder abgefhrt. Dazu befinden sich passive, im ffnungsquerschnitt steuerbare Außenluftdurchlasselemente in der neuen Holzleichtbaufassade (Bild 5). Eine Abluftanlage stellt im Betrieb durch nachstrçmende Frischluft aus den Durchlasselementen ausreichende Luftwechsel in den Bros sicher. Die Durchlasselemente sind im Tagbetrieb zur Hlfte geçffnet. Außerhalb der Betriebszeiten ist die Abluftanlage abgeschaltet und die Durchlasselemente sind geschlossen. Insbesondere im winterlichen Betrieb sind geschlossene Außenluftdurchlsse nachts und an Wochenenden wichtige Voraussetzungen fr einen niedrigen Heizwrmeverbrauch. Im Sommerfall, bzw. bei berschreitung einer tagesmittleren Außentemperatur, werden die Durchlasselemente nachts komplett geçffnet und die Bros mit einem planerisch bis zu 2-fachen Luftwechsel durchsplt. 3.1.1

Ganzheitliche Nutzungszyklusbilanzierung

Nach Abschluss der Planung erfolgte eine ganzheitliche Bilanzierung des Gebudes und seiner Nutzung hinsichtlich Kosten, Primrenergiebezug und Klimagasemissionen ber den gesamten Nutzungszyklus mit einem geeigneten Datenbank- und Analysewerkzeug [3, 4]. Auch hierbei mussten zahlreiche Nebenrechnungen durchgefhrt werden, um Sonderkonstruktionen rechnerisch zu behandeln. Wie bereits zu Beginn der Planungsphase erarbeitet, zeigte sich die große monetre

und çkologische Bedeutung der Nutzung der bestehenden Bausubstanz gegenber einem Abriss und Neubau: Durch Erhalt des Rohbaus konnten knapp 1/4 der Bauwerkskosten (KG 300/400) eingespart werden. Der Primrenergieinhalt des erhaltenen Rohbaus macht 45 % der gesamten Herstellungsenergie aus. Bei den daraus ermittelten Klimagasemissionen sind es beachtliche 55 %. Bild 6 zeigt die Ergebnisse der Betrachtung ber den gesamten Nutzungszyklus von angenommenen 80 Jahren: Whrend der Energiebezug nur 15 % an den kumulierten Kosten ausmacht, dominiert er trotz energetischer Optimierung mit 80 % den Primrenergiebedarf und die Emissionen. Vor allem die anhaltende Instandsetzung von Baukonstruktion und Technik dominiert die Kostenseite. 3.1.2

Energiekennwerte und Energieflsse

Der Heizwrmeverbrauch im Verwaltungstrakt lag im Betriebsjahr 2008 mit rund 64 kWh/m±a zwar niedrig, allerdings deutlich ber den Bedarfswerten. Ein Teil des Mehrverbrauchs ist den im Betrieb gemessenen hçheren Raumlufttemperaturen von im Mittel 21,5 C geschuldet. Mit bereits veranlassten Betriebsoptimierungen ist eine deutliche Verbrauchsreduktion zu erwarten (Hochrechnung Heizperiode 2009/2010: < 48 kWh/m±a). Handlungsbedarf an Betriebsoptimierung gibt es aber vor allem im Sozialtrakt. Die hohen Luftwechsel in Umkleiden und Trockenrumen (die zur Trocknung der Arbeitskleidung der Mitarbeiter der Mllabfuhr bençtigt werden) verursachen nach wie vor einen hohen Heizwrme- (161 kWh/m±a) und Stromverbrauch der Lftung (70 kWh/m±a). Neben der Anpassung von Laufzeiten an die tatschliche Nutzung wurden fr die Trockenrume alternative Konzepte untersucht, wie eine Trocknung der Arbeitskleidung gewhrleistet werden kann, ohne dabei hohe Außenluftvolumenstrçme zu nutzen, wie es derzeit der Fall ist. Die nachfolgenden Sankey-Diagramme fr die Energieverbruche in den Bereichen Wrme und elektrische Energie verdeutlichen die energetischen Betriebsergebnisse anhand der Daten aus dem Jahr 2008 im Detail (Bilder 7 und 8).

Projektbeispiele

Bild 6. Erstellungs- (KG 300/400, brutto, ohne Kapitaldienste), Instandsetzungs- und Energiekosten, Primrenergiebezug (nicht erneuerbarer Anteil, einschließlich nutzungsspezifischen Gerten) und quivalente CO2-Emissionen ber eine Nutzungszeit von 80 Jahren. Der treppenartige Verlauf bei Betrachtung der Instandsetzung ist auf die typischen Erneuerungszyklen von baulichen und technischen Einrichtungen zurckzufhren. Alle Angaben beziehen sich auf die Nettogrundflche [3]

377

378

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Bild 7. Flchenbezogene Wrmeenergieverbruche im Jahr 2008 als Sankey-Diagramm beziehen sich jeweils auf die zugeordnete NGF (Brobereich 1830 m±, Sozialtrakt 512 m±). Angaben zum Heizwrmeverbrauch wurden witterungsbereinigt (Quelle: btga, Universitt Wuppertal)

Bild 8. Energieflussbild des Stromverbrauchs der Haustechnik im Jahr 2008. Zum Vergleich der Grçßenordnungen untereinander sind die Verbrauchsdaten auch hier auf die jeweils betreffenden Flchen bezogen. Das heißt Bezugsflche fr die Lftungsanlage Sozialtrakt ist die gesamte, von der Lftungsanlage versorgte Flche (690 m±), Pumpen und Regelung beziehen sich auf das gesamte Gebude (ohne Wagenhalle), Lfter – Garagen nur auf die Wagenhalle und Bro nur auf die Broflchen (Quelle: btga, Universitt Wuppertal)

Projektbeispiele

3.1.3

Betriebserfahrungen im Detail

Betrieb und Funktionalitt der durchgefhrten Maßnahmen wurden in einem engmaschigen Monitoring detailliert untersucht. Ein wesentlicher Fokus dabei bildete die Analyse des sommerlichen Raumklimas. Sommerliches Raumklima Um die Funktionalitt des Konzepts zu berprfen, wurden sowohl Nutzerbefragungen (Bild 9) als auch Temperaturmessungen durchgefhrt. Trotz anfnglichen Schwierigkeiten bei der Nachtlftung (siehe nchster Abschnitt) zeigt sich der hohe Komfort des umgesetzten Konzepts. Besttigt wird dies durch Angaben der Nutzer in Nutzerbefragungen sowie durch Messungen und Bewertung des Komforts gemß DIN EN 15251 [6, 7]. DIN EN 15251 beschreibt die Grenzen des sommerlichen

379

Komforts in Gebuden ohne aktive Klimatisierung. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Nutzer Einfluss auf die Lftung nehmen kçnnen (in erster Linie durch ffnen des Fensters). Zudem kçnnen sie sich mit ihrer Kleidung der Witterung anpassen. Der Bewertung liegt ein adaptives Komfortmodell zugrunde [8]. Zur grafischen Darstellung werden Stundenmittelwerte der operativen Raumtemperatur einem gleitenden Tagesmittelwert der Außentemperatur gegenbergestellt (Bilder 10, 11). Alle Messwerte liegen im Beobachtungsintervall im Bereich der Komfortklasse I. Zeitweise berschreitungen sind eher in den Rumen auf der Nordseite des Gebudes zu beobachten. Im Unterschied zur Sdseite gibt es hier keinen außenliegenden Sonnenschutz (wohl aber eine Sonnenschutzverglasung). Durch eine leichte Nordost-Orientierung des Gebudes kommt es durch die tiefstehende Sonne in den frhen Morgenstunden

Bild 9. Ergebnis einer Nutzerbefragung im Sommer 2007. 74 % der Nutzer empfinden die Temperatur am Arbeitsplatz als angenehm (Quelle: fbta, Universitt Karlsruhe)

Bild 10. Messergebnisse als Mittelwerte verschiedener Bros mit Sdausrichtung im 1. OG, Darstellung gemß der in der DIN EN 15251 festgelegten Behaglichkeitskriterien fr Gebude ohne aktive Klimatisierung. Die Temperaturmesswerte beziehen sich auf die Nutzungszeit (Mo bis Fr, 6:00 bis 18:00 Uhr). Die Komfortklasse I bezieht sich auf eine vorausgesagte Nutzerakzeptanz von 94 % (Quelle: btga, Universitt Wuppertal)

380

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Bild 11. Ergebnisse der Raumtemperaturmessungen in Bros mit Nordausrichtung im EG. Hier kam es im Sommer gelegentlich zu berschreitungen der Komfortklasse I. Zum einen ist im EG der Anteil transparenter/transluzenter Flchen deutlich grçßer als in den darber liegenden Geschossen, zum anderen fehlt auf der Nordseite ein außenliegender Sonnenschutz. Durch die leichte Nord-Ost-Orientierung des Gebudes kommt es in den frhen Morgenstunden zu nennenswerten solaren Eintrgen (s. Bild 12)

Bild 12. Grobes Modell des Gebudes mit dem Sonnenverlauf am 1. Juli (Grafik: Ecotect 5.5)

Projektbeispiele

in Bros im EG (die zudem ber grçßere transparente Flchen verfgen) zu einem schnellen Temperaturanstieg (s. Gebudeschema in Bild 12). Die im zweiten Obergeschoss verbauten PCM-haltigen Gipskartonplatten helfen durch ihre Aktivierung bei ca. 26 C berhitzungen zu vermeiden. Kçnnen die Platten nachts nicht vollstndig entladen werden, fehlt deren Speicherkapazitt allerdings am Folgetag (Bild 13). Lftung und Luftqualitt Die Luftqualitt in den Bros wurde mittels Messung der CO2-Konzentration untersucht. Dabei wurde die CO2-Konzentration im Tagesverlauf gemessen sowie Luftwechselmessungen mit CO2 als Spurengas nach

381

VDI 4300 [9] durchgefhrt. Fr die Bros war planerisch ein 1-facher Luftwechsel vorgesehen (80 m/h). Messungen zeigten, dass die Anlage dabei mit einer vergleichsweise hohen spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme von 0,33 W/(m/h) lief. Da zudem in einigen Fllen niedrige winterliche Luftfeuchten im Bereich von 30 % festgestellt wurden, erfolgte eine Reduktion der Luftmenge. Die vonseiten des TGA-Planers vorgesehene Zuluft fr den Kernbereich wurde bei Beibehaltung der Abluftabsaugung in den Sanitrbereichen komplett abgeschaltet. Messungen der Luftqualitt anhand der CO2-Konzentration zeigten, dass bei normaler Belegung (zwei Personen im Bro, Fenster durchgehend geschlossen) gleichwohl eine hohe Luftqualitt eingehalten werden kann (Bild 14). Der resultierende

Bild 13. Temperaturverlauf aus Messungen im 1. OG (Betondecke) und im 2. OG (PCM-haltige Gipskartonplatten in der Decke). Das 1. OG reagiert deutlich trger auf Temperaturnderungen. Steigen die Raumlufttemperaturen soweit an, dass sie in den Schmelzbereich des PCM-Materials kommen, kann nicht immer sichergestellt werden, dass die gespeicherte Wrme nachts vollstndig ausgetragen wird

Bild 14. Messung der CO2-Konzentration im Betrieb in einem Zweier-Bro

382

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Luftwechsel liegt nach Messung des KonzentrationsAbklingverhaltens bei 0,65 h–1. Die spezifische Anlagenleistung sinkt durch die nderungsmaßnahmen an der Lftungsanlage auf 0,12 W/(m/h). Luftdichtheit und Zonierung Fr ausreichende Luftwechsel muss nicht nur sichergestellt werden, dass entsprechende Luftmengen ber die Abluftanlage abgesaugt werden, sondern auch, dass sich in den Brorumen ein ausreichender Unterdruck aufbaut, der das Nachstrçmen von Außenluft ber die Durchlasselemente sicherstellt. In Bild 15 ist die vor Ort gemessene Kennlinie eines Außenluftdurchlasselements (ALD) aufgetragen, einmal vollstndig geçffnet (Betrieb Nachtlftung) und einmal zu 50 % geçffnet (Tagbetrieb). Die im Tagbetrieb abgesaugte Abluftmenge von vormals 80 m/h, jetzt 45 m/h pro Bro (n = 1,0 h–1, bzw. n = 0,6 h–1) strçmt auch bei geringen Druckdifferenzen ber das ALD nach. 160 m/h im Falle der Nachtlftung (n = 2,0 h–1) strçmen, wenn eine Druckdifferenz grçßer 22 Pa aufgebaut wird (bei vollstndig geçffnetem ALD). Mehrfache Luftdichtheitsprfungen mithilfe des Blower-Door-Verfahrens haben gezeigt, dass sich entgegen der Planung der erforderliche Unterdruck in den Bros nicht einstellt. Bei einem gemessenen Abluftvolumenstrom von 160 m/h im Bro (Nachtlftung) kommt es anteilig zum Nachstrçmen von Luft aus anderen Bereichen des Gebudes. In mehreren Blower-Door-Messungen wurde festgestellt, dass es sich vor allem um interne Leckagen handelt, also zwischen Bereichen, die per Nachtlftung entwrmt werden sollen (Bros) und Zonen ohne planmßige Nachtlftung – wie Treppenhuser und Nebenrume. Fr das Konzept der Nachtlftung sind diese Schnittstellen kritisch zu untersuchen, da in-

terne Leckagen die Wirksamkeit der Nachlftung in den planmßig vorgesehenen Gebudebereichen verringern. Als problematisch haben sich Kabel- und Rohrdurchfhrungen erwiesen. Diese wurden bei Durchdringung von Brandabschnitten zwar brandschutztechnisch korrekt (= rauchdicht), jedoch nicht luftdicht ausgefhrt. In diesem Zusammenhang waren mehrfach Nachbesserungsarbeiten erforderlich. Beleuchtung Die Wirksamkeit der Tageslichtnutzung und der installierten Leuchten mit tageslichtabhngiger Regelung zeigt sich bei Betrachtung der elektrischen Leistungsaufnahme im Stromkreis der Brobeleuchtung (Bild 16). Die installierte Leistung betrgt je nach Brogrçße zwischen 7 und 8,5 W/m±. Eine Abhngigkeit der Ergebnisse von der Orientierung der Rume konnte nicht festgestellt werden, da keine messtechnische Differenzierung nach Himmelsrichtungen erfolgte. Der jhrliche Stromverbrauch lag 2008 bei 3,9 kWh/m±a und damit vergleichsweise niedrig [10]. 3.1.4

Projektfazit

Die intensive Planungsarbeit und die große Bereitschaft von Bauherren und Planern zur kritischen Variantenanalyse haben dazu beigetragen, eine ganzheitlich berzeugende Gebudesanierung zu vertretbaren Kosten zu erstellen. Die Gesamtkosten betrugen fr 2.600 m± Broflche und Sozialrume sowie 2.000 m± Wagenhallen 3,78 Mio. S, bzw. 717 S/m±BGF (Kostengruppen 300/400, brutto). Die erreichten Energiekennwerte sind angesichts der hohen Werte vor der Sanierung sehr niedrig, jedoch mit Blick auf die planerisch angestrebten Werte weiter verbesserungsfhig. Hierzu ist vor allem ein optimierter

Bild 15. Vor Ort vermessene Kennlinie eines Durchlasselements. Der Volumenstrom der nachstrçmenden Außenluft ist abhngig vom Differenzdruck zwischen Innen- und Außenraum. Um fr die Nachtlftung ausreichende Außenluftwechsel sicherzustellen, muss im Gebude ein Unterdruck von mehr als 21 Pa aufgebaut werden

Projektbeispiele

383

Bild 16. Tagesmittel der elektrischen Leistungsaufnahme fr die Beleuchtung der Brorume im Verhltnis zum Globalstrahlungsangebot im Jahr 2009 fr zwei Geschosse

Betrieb der Lftungsanlagen der Sozialrume entscheidend. Das Vorhalten hoher Luftwechsel mit Außenluft in Duschen, Umkleiden und Trockenrumen verursacht hohe Stromverbruche der Lftungsanlage. Trotz Einsatz einer Wrmerckgewinnung ber ein Kreislaufverbundsystem bezieht die Lftungsanlage ganzjhrig hohe Wrmemengen. Hier ergeben sich vor allem durch die Anpassung von Laufzeiten an die tatschliche Nutzung erhebliche Einsparungen (die in den aktuellen Jahreswerten noch nicht voll zum Tragen kommen). Das Maßnahmenpaket der passiven Khlung ist auf die Sanierung vieler, insbesondere çffentlicher Gebude bertragbar. Hierbei geht es immer wieder um die Fragestellung, wie wesentliche Verbesserungen beim sommerlichen Raumklima ohne Einbau einer aktiven Khlung erreicht werden kçnnen [11]. Abluftanlagen mit dezentraler Nachstrçmung der Außenluft ber Fassaden integrierte Außenluftdurchlsse leisten sowohl einen Beitrag zur sommerlichen Nachtlftung (hoher Luftwechsel) als auch zur Verbesserung der Lufthygiene whrend der Arbeitszeit (geringer Luftwechsel). Durch

den Verzicht auf dezentrale Ventilatoren treten keine Schallquellen auf. Der Wartungsaufwand ist gering. Hinsichtlich der baulichen Ausfhrung zeigt sich die Luftdichtheit der Gebudehlle als besonders wichtiger Faktor. 3.2

Druckerei Engelhardt & Bauer, Karlsruhe

3.2.1

Das Gebude und seine Sanierung

Das Ende der siebziger Jahre gebaute Verwaltungsgebude der Druck- und Verlagsgesellschaft mbH Engelhardt & Bauer (E&B) in Karlsruhe wurde im Jahr 2005 saniert und erweitert. Bild 17 zeigt den alten und den neuen Zustand des Brogebudes. Die Baumaßnahme konzentrierte sich auf einen fr Bro- und Grafikzwecke genutzten Flachbau, der gleichzeitig wegen einer notwendigen Erweiterung aufgestockt wurde. Bei dem Gebude handelt es sich um eine typische Gewerbeimmobilie aus den 1970er-Jahren in Stahlbetonbauweise mit den blichen Schwachstellen bezg-

Bild 17. Ansicht des Brogebudes der Druckerei Engelhardt & Bauer vor (Foto Engelhardt & Bauer) und nach der Sanierung (Foto Patrick Beuchert)

384

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

lich Wrmedmmstandard und Energieverbrauch sowie mit deutlich eingeschrnkter Arbeitsplatzqualitt. Aufgrund abgehngter Decken war die Raumhçhe reduziert und die Tageslichtnutzung stark eingeschrnkt. Weiterhin existierte kein Lftungssystem, obwohl die fr eine Druckerei und Verlagsgesellschaft typischen Drucker, Plotter und Hochleistungskopierer berwiegend im Arbeitsbereich untergebracht waren. Im Winter wurde ber Zugerscheinungen berichtet, da die Fenster zur Sicherstellung eines Mindestluftwechsels geçffnet werden mussten. Damit einhergehend traten im Großraum sehr unterschiedliche Raumtemperaturen auf. Im Sommer reichte der freie Luftwechsel in den Großraumbros nicht aus, um eine zufriedenstellende Luftqualitt sicherzustellen. Darber hinaus entkoppelten die abgehngten Decken die Gebudemasse soweit von der Raumluft, dass es zu hohen Temperaturschwankungen im Laufe des Tages und auch zu hohen Maximaltemperaturen im Gebude kam. Daher wurden in einzelnen Gebudebereichen Split-Klimagerte zur Khlung eingesetzt. Im Rahmen der Sanierung wurde das Gebude komplett entkernt, d. h. auch die abgehngte Decke entfernt, und die bestehende Fassade wurde abgerissen. Somit entstand ein hçherer und damit besser belichteter Raum und die thermische Masse der Decke wurde aktivierbar. Fr die Aufstockung wurde auf den Rohbau des Flachbaus eine Stahlkonstruktion in Leichtbauweise gesetzt (s. Bild 18). Damit konnte das Gebude insgesamt großzgig nach außen geçffnet werden, was eine bessere Tageslichtversorgung und freie Gebudedurchlftung ermçglichte. Der verbesserte Baustandard sollte zudem lokale Unbehaglichkeiten durch kalte/warme Oberfl-

chen und Zugluft deutlich reduzieren und war die Grundvoraussetzung fr den Einsatz von Flchenheizund -khlsystemen. Die Luftqualitt wurde ber eine energieeffiziente Grundlftung verbessert. Ein wesentlicher Bestandteil des Energiekonzepts waren außerdem hochwirksame Sonnenschutzmaßahmen in Form von zweigeteilten externen Lamellenjalousien an der Sdund West-Fassade des Gebudes, die eine Lichtlenkung im Oberlichtbereich aufgrund der Lamellenstellung ermçglichen (Bild 19). Die Wrmeversorgung ist fr die beiden Geschosse unterschiedlich – eine Fußbodenheizung im Erdgeschoss wird hauptschlich ber die Produktionsabwrme aus dem Druckereibereich versorgt, whrend die brigen Heizflchen – Heizkçrper im Obergeschoss und Unterflurkonvektoren als Komfortheizung an der Glasfassade – ber einen vorhandenen Gaskessel versorgt werden. Der Kessel schafft darber hinaus Redundanz fr den Fall, dass die Druckmaschinen außer Betrieb sind, bzw. kann zur Deckung von Spitzenlasten eingesetzt werden. Hinsichtlich der Khlung war das grundlegende Ziel, die anfallenden Wrmelasten allein mithilfe natrlicher Wrmsenken abzufhren. Im Erdgeschoss stand dafr nach der Entkernung die Betondecke zur Verfgung. In diese wurden Kapillarrohrmatten eingeputzt, die mit ber Erdsonden gekhltem Wasser durchstrçmt werden und so aktiv die Wrme abfhren. Da das Obergeschoss in Leichtbauweise realisiert wurde, musste dort „knstlich“ die Wrmespeicherkapazitt erhçht werden. Dazu wurden Deckenkhlpaneele eingesetzt, die mit Kapillarrohrmatten und Latentwrmespeichermaterial (PCM) vorkonfiguriert sind. In den Nachtstunden wer-

Bild 18. Sanierter und erweiterter Zustand des Verwaltungsgebudes der Druckerei Engelhardt & Bauer in Karlsruhe. Die fett markierten Linien sind die im Rahmen des Energie-Monitorings betrachteten Systemgrenzen des erweiterten Flachbaus (Plne: Engelhardt & Bauer)

Projektbeispiele

385

Bild 19. Innenansicht des Foyers (Foto Patrick Beuchert). Links: Ein geteilter Behang gewhrleistet Sonnen- und Blendschutz bei guter Tageslichtnutzung. Hier sind auch die Lftungslamellen im unteren Bereich zu erkennen. Rechts: Das Foyer verbindet das Erdgeschoss mit dem Obergeschoss auch lftungstechnisch und bietet damit die Voraussetzung fr die freie Nachtlftung

Bild 20. Links: Dezentral in die einzelnen Zonen gefhrte Zuluftkanle im sanierten Flachbau. Rechts: Zentral im Hochpunkt des Gebudes angebrachter Abluftkanal (Fotos: fbta). In beiden Bildern ist auch die abgehngte PCM-Khldecke zu erkennen

den die Paneele ebenfalls ber den mit den Erdsonden verbundenen Wasserkreislauf entladen. Das Erdsondenfeld besteht aus 12 Erdsonden mit einer Bohrungstiefe von 44 m und einem durchschnittlichen Abstand von 4 m. Um das Erdsondenfeld aus Kostengrnden mçglichst klein zu halten, ist eine zeitlich versetzte Betriebsweise der Khlkreislufe fr Erd- und Obergeschoss vorgesehen. ber die freien Grundrisse sowie die Fassadençffnungen in Form von Lamellenfenstern im unteren und oberen Fassadenbereich wurden die entsprechenden Voraussetzungen fr eine ergnzende freie Nachtlftung geschaffen. Eine automatische Regelung der Fassadençffnungen bercksichtigt den unterschiedlichen Sommer- und Winterbetrieb.

Zur Verbesserung der durch die Gerte des Druckereibetriebs stark beeintrchtigten Luftqualitt wurde eine mechanische Lftungsanlage eingebaut. Dabei wurde besonders auf kurze Luftwege geachtet, um den (nachtrglichen) Installationsaufwand mçglichst gering zu halten (s. Bild 20). Durch Einsatz einer Wrmerckgewinnung sollte zudem die Heizleistung soweit reduziert werden, dass im Erdgeschoss die Fußbodenheizung mit niedrigen Vorlauftemperaturen zur Beheizung ausreicht. Die Lftung wird whrend der Betriebszeit in Abhngigkeit von Raum- und Außentemperatur und in erster Linie im Winter betrieben. Ergnzend zu dieser Grundlftung kann individuell durch Fensterçffnen gelftet werden. Das gesamte Raumklima- und Lftungskonzept ist in Bild 21 dargestellt.

386

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Bild 21. Gebudetechnik-Schema fr Heizen, Lften und Khlen im Verwaltungsgebude der Druckerei Engelhardt & Bauer (Grafik: Fraunhofer ISE)

3.2.2

Energiekennwerte

In Tabelle 3 ist der nach DIN 18599 errechnete Primrenergiebedarf dem tatschlichen Verbrauch (vor und nach der Sanierung) gegenbergestellt. Whrend fr den Primrenergiekennwert eine Reduktion um 56 % angestrebt wurde (Vergleich Messwert vor der Sanierung mit berechnetem Wert nach der Sanierung), konnte nur eine Verbesserung von knapp 38 % erreicht werden. Bei der Bewertung der Ergebnisse muss jedoch bercksichtigt werden, dass das sanierte Verwaltungsgebude kein typisches Brogebude reprsentiert. Es ist beispielsweise nicht mçglich, eine strenge Trennung zwischen den Nutzungszonen des dreigeschossigen alten Verwaltungsgebudes sowie des sanierten Flachbaus vorzunehmen, da diese nicht thermisch entkoppelt sind. Auch mit der Produktionshalle ist dar sanierte Flachbau durch den stndigen Verkehr der Belegschaft im permanenten Luftaustausch. Außerdem wird bei Engelhardt & Bauer je nach Auftragslage in drei Schichten gearbeitet, weshalb eine Absenkung der Raumtemperaturen oder der Lftwechselrate der Lftungsanlage nicht oder nur teilweise vorgenommen werden kann. Diese hohen Nutzungs- bzw. Betriebszeiten fhren auch zu einem erhçhten Stromverbrauch fr Beleuchtung. Durch die Sanierung ist es jedoch gelungen, den Heizwrmeverbrauch des Gebudes um rund 39 % von 160 auf 98 kWh/(m±a) im Jahr 2008 zu senken. Im selben Jahr belief sich der Anteil der Hilfsenergie (Pumpenstrom) fr Heizen auf 1,4 kWh/(m±a), entsprechend 1 % des gesamten Endenergieverbrauchs, und der fr Khlen auf 5,85 kWh/(m±a), etwa 4 % des gesamten Endenergieverbrauchs. Eine differenziertere Analyse der Energieverbruche zeigt, dass der Anteil des thermischen Energiever-

brauchs (knapp 50 % im Jahr 2008 bezogen auf den Primrenergieverbrauch) dominiert. Ebenfalls einen hohen Anteil am Primrenergieverbrauch hat die Beleuchtung mit rund 30 % im Jahr 2008. Bei der Kltebereitstellung fllt auf, dass trotz Nutzung des Erdreichs als natrliche Wrmesenke das Verhltnis zwischen Nutz- und Endenergie bei lediglich 2 liegt. ber die freie Nachtlftung wird in etwa gleich viel Energie abgefhrt wie ber das Erdreich. 3.2.3

Betriebserfahrungen im Detail

Heizen Bild 23 zeigt die Aufteilung des spezifischen Gesamtwrmeverbrauchs; die Abbildung veranschaulicht zum einen, dass die bençtigte Heizwrme fast ausschließlich (92 % im Jahr 2008) vom Heizkessel bereitgestellt wurde. Der geringe Anteil an Prozessabwrme ist auf eine Unterdimensionierung der Fußbodenheizung sowie auf falsche manuelle Bettigung eines entsprechenden Umstellventils zurckzufhren. Letzteres kçnnte zuknftig durch ein automatisches Stellventil verhindert werden. Zum anderen kann man erkennen, dass die Hlfte der Heizwrme fr die Heizkçrper im Obergeschoss bençtigt wurde. Aufgrund des deutlich schlechteren Wrmerckgewinnungsgrades der Lftungsanlage (60 % anstelle von geplanten 85 %) werden 18 % der gesamten Heizwrme fr die Nacherwrmung der Zuluft eingesetzt. Ein weiterer Grund fr den insgesamt hçheren Heizwrmeverbrauch ist der aus Kostengrnden schlechter als geplant ausgefhrte bauliche Wrmeschutz der Gebudehlle (mittlerer U-Wert der Gebudehlle 0,54 W/(m±K).

Projektbeispiele

Bild 22. Darstellung des Energieverbrauchs in Form von Nutz-, End- sowie Primr-Energiekennwerten im Jahr 2008 (Quelle: Fraunhofer ISE / Universitt Wuppertal)

Bild 23. Prozentuale Anteile des Heizwrmeverbrauchs fr das Jahr 2008 im sanierten Verwaltungsgebude der Druckerei Engelhardt & Bauer

387

388

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Khlen

Sommerliches Raumklima

Die Kombination von freier Nachtlftung und wassergefhrten Flchenkhlsystemen hat sich im Prinzip bewhrt, obgleich durch eine mangelhafte Ausfhrung der Hydraulik das Khlpotenzial nur zum Teil erschlossen werden kann. Hohe Druckverluste und damit einhergehend eine teilweise unzureichende Durchstrçmung der Khlsegel vermindern die Effektivitt der regenerativen Khlung. Ursache hierfr ist eine viel zu kleine Dimensionierung der Rohrleitungen. Hinzu kommt, dass die Temperatur im Erdreich deutlich hçher liegt als in der Planung angenommen (mittleres Karlsruher Niveau 10,9 C, Standort 14 bis 15 C). Das Phasenwechselmaterial in der abgehngten Khldecke hat nachweislich einen positiven Effekt auf das Raumklima. Allerdings konnte der geplante Wechselbetrieb von Khldecken im OG und Kapillarrohrmatten im EG im Realbetrieb nicht geprft werden. Wegen der zu geringen Leistungsfhigkeit des Erdsondenfeldes und der unzulnglichen Hydraulik wurden die PCMKhldecken im OG permanent, die Kapillarrohrmatten im EG aber nie betrieben. Weil die Khlleistung hinter die Planungsziele zurckfllt und zudem eine zu große Umwlzpumpe im Primrkreis im Einsatz ist, erreichte die Jahresarbeitszahl der Anlage statt geplanter 8 kWhth/kWhel in 2007 nur 2,7 kWhth/kWhel. Fr die Sommerperiode 2008 wurde die Hydraulik der Klteanlage umgebaut, wodurch sich die Jahresarbeitszahl auf 3,3 kWhth/kWhel verbesserte. Mithilfe einer modellbasierten Datenauswertung kann jedoch nachgewiesen werden, dass bei planmßigem Betrieb die Wrmeabfuhr an das Erdreich nahezu verdoppelt werden kçnnte bei gleichzeitig deutlich verringerter Pumpenlaufzeit. Die Jahresarbeitszahl fr den Khlfall wrde sich dann auf 20 erhçhen.

Die nicht planmßige Betriebsweise der Flchenkhlsysteme fhrt dazu, dass sich der thermische Komfort nicht in dem gewnschten Maß erhçhte. Bild 24 zeigt gemessene operative Temperaturen fr die Jahre 2007 und 2008, aufgetragen im Komfortdiagramm nach EN 15251 fr das adaptive Komfortmodell. Man erkennt, dass das sanierte Gebude insbesondere im Sommer die Bedingungen fr die anvisierte Komfortklasse B nicht immer einhlt. Bereichsunterschreitungen (an der unteren Temperaturgrenze) lassen auf Regelungsprobleme schließen. Bei hçheren Außentemperaturen (die im Messzeitraum jedoch nicht außerordentlich hoch waren) steigen die Raumtemperaturen z. T. bis ber 30 C (Bild 24). Dies zeigt, dass die Kapazitt der passiven Khlsysteme nicht ausreicht oder diese falsch betrieben werden. Mit Hilfe der modellbasierten Datenauswertung kann wiederum nachgewiesen werden, dass der thermische Komfort bei planmßigem Betrieb auf Klasse A im EG und Klasse B im OG angehoben werden kçnnte. Lften Bedingt durch eine fehlerhafte Einstellung der Lftungsanlage çffnen die Nutzer oft die Fenster. Allein durch das ffnen des großen OG-Fensters erhçht sich der Wrmeverbrauch um 7 kWh/(m±a). Wrde die Lftungsanlage betrieben wie geplant, wrde sich die Luftqualitt entsprechend verbessern und das intensive Querlften wre nicht erforderlich. Das Monitoring zeigte weiterhin, dass die Sozial- und die Brorume in den beiden betrachteten Jahren etwa denselben Energieverbrauch fr Lftung aufweisen, auch auf Monatsbasis. Dies erstaunt, da die beiden Bereiche deutlich

Bild 24. Gemessene operative Raumtemperaturen im sanierten Verwaltungsgebude der Druckerei Engelhardt & Bauer. Dargestellt sind Messwerte whrend der Nutzungszeit des Gebudes fr das adaptive Komfortmodell nach DIN EN 15251

Projektbeispiele

389

Bild 25. Tagesmittel der elektrischen Leistungsaufnahme fr die Beleuchtung im Verhltnis zum Tageslichtangebot (Globalstrahlung) im Jahr 2008 fr die beiden Geschosse

unterschiedliche Belegungszeiten aufweisen. Hier ließe sich ein nennenswertes Einsparpotenzial ber Anwesenheitssensoren erschließen. Weiterhin wird deutlich, dass sich der Stromverbrauch fr die Lftung ber smtliche Monate der beiden beobachteten Jahre kaum verndert. Hier besteht ebenfalls die Mçglichkeit zur Optimierung, in dem im Sommerhalbjahr der Betrieb der Lftungsanlage zugunsten einer konsequenten Fenster- und Nachtlftung reduziert wird. Beleuchten Zur berprfung der tageslichtwirksamen Baumaßnahmen wurde in Bild 25 fr das Jahr 2008 die elektrische Leistungsaufnahme in den beiden Geschossen ber der verfgbaren Globalstrahlung aufgetragen. Die breite Streuung der Daten weist darauf hin, dass die elektrische Beleuchtung weitgehend unabhngig vom Tageslichtangebot benutzt wird. Es ist andeutungsweise zu sehen, dass im OG die Energie fr Beleuchtung etwas strker vom Tageslichtangebot bestimmt wird. Begehungen im Rahmen des Projektes ergaben, dass in vielen Bereichen permanent bei knstlicher Beleuchtung gearbeitet wird. Das kann zum einen mit anspruchsvollen Sehaufgaben und damit erhçhter erforderlicher Beleuchtungsstrke zusammenhngen, zum anderen mit baulichen Maßnahmen, die das Tageslichtangebot mindern (z. B. transluzente Trennwand zum Großraumbro im EG). Andererseits ist sicherlich auch hier das Nutzerverhalten ganz entscheidend: Insbesondere im Großraumbro des Obergeschosses mit eigentlich hohem Tageslichtangebot herrscht eine geringere Verantwortung des Einzelnen fr energetische Belange. An dieser Stelle wre eine tageslichtabhngige Regelung der Beleuchtung eine zielfhrende Verbesserungsmaßnahme. Die Sozialrume zwischen Drucksaal und Großraumbro bzw. Empfangshalle im Erdgeschoss werden nicht

mit Tageslicht versorgt. Dort brennt die meiste Zeit das Licht, obwohl die Rume nur zeitweise genutzt werden. Ein Prsenzmelder kçnnte den Energieverbrauch auf das tatschlich notwendige Maß reduzieren. Nutzerzufriedenheit Zustzlich zu den Messungen wurden in dem Gebude im Rahmen der EnOB-Begleitforschung Nutzerbefragungen durchgefhrt. Insgesamt zeigten sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zufrieden mit dem Gebude – dazu wurden neben der Komfortbewertung auch Bewertungen zu Funktionsrumen (sanitre Anlagen, Besprechungsrume, Sozialrume), zur Wartung des Gebudes, zum Reinigungsdienst, zu Sicherheitsaspekten (z. B. baulich-technisch) und zur sthetik des Gebudes bercksichtigt. Die Raumtemperatur wurde sowohl im Winter als auch im Sommer tendenziell negativ bewertet: Im Winter empfanden die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die Temperaturverhltnisse eher nicht ausreichend warm, im Sommer wird es zu warm. Vor allem wurde die geringe Einflussmçglichkeit auf die Temperaturen im Winter bemngelt. Aufgrund der offenen Raumstruktur im Neubau entstehen durch geçffnete Fenster im OG und teilweise auch durch die offene Eingangstr z. T. starke Zugerscheinungen im EG, die von einzelnen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern als sehr unangenehm erlebt wurden; die Raumtemperatur wurde dadurch als khl bzw. kalt empfunden. Bezglich der Raumtemperaturen sahen die Nutzerinnen und Nutzer im sanierten Flachbau zu beiden Jahreszeiten hohen Vernderungsbedarf, vor allem jedoch im Winter. 3.2.4

Projektfazit

Insgesamt betrachtet sind fr das Gebude durch die Sanierung deutliche Vorteile hinsichtlich Nutzung und

390

D 2 Energetische Sanierung von Gebuden – Beispielhafte Demonstrationsprojekte des Nichtwohnungsbaus

Komfort entstanden. Die ffnung und Erweiterung des Flachbaus hat neue attraktive Arbeitspltze geschaffen. Dies wird durch die subjektive Einschtzung der MitarbeiterInnen von Engelhardt & Bauer weitgehend besttigt, insbesondere was die Gesamtbewertung des Gebudes sowie der Arbeitspltze selbst angeht. Hervorzuheben ist weiterhin das Engagement des Bauherrn, der die funktionalen und baulichen nderungen mit einer deutlichen Verbesserung des energetischen Standards verbinden wollte. Dennoch konnten die hochgesteckten Erwartungen hinsichtlich Energieverbrauch und thermischen Komforts nicht vollstndig erreicht werden. Die Grnde sind zum einen nicht umgesetzte Maßnahmen (z. B. Dmmstandard) aus dem geplanten Energiekonzept – hier waren u. a. wirtschaftliche Grnde ausschlaggebend – und zum anderen Planungs- und Ausfhrungsfehler sowie eine nicht optimale Betriebsweise der technischen Gebudeausrstung. Eine fr die verschiedenen Komponenten des Heiz-, Lftungs- und Khlkonzepts notwendige integrale Planung zur engen Verzahnung der einzelnen Gewerke fand nur bedingt statt. Durch das Monitoring im Rahmen des EnSan-Projektes konnten Fehler identifiziert und mit den Verantwortlichen kommuniziert werden. Mit verschiedenen Maßnahmen kann der Gebudebetrieb zuknftig besser an die spezifischen Nutzeranforderungen angepasst werden. Zu den Verbesserungsmaßnahmen gehçren die anwesenheitsgeregelte Lftung und Beleuchtung der Sozialrume sowie die tageslichtabhngige Regelung der Beleuchtung im OG. Weiterhin sollten Vernderungen an der Heizungsanlage und der Khlung vorgenommen werden, insbesondere die Abwrmenutzung aus dem Druckbereich und der Einbau einer reversiblen Wrmepumpe zur dringend notwendigen Erhçhung der Khlleistung im Zusammenhang mit dem vorhandenen Erdsondenfeld.

4

Ausblick

Die wissenschaftliche Begleitforschung zu den EnOBDemonstrationsbauprojekten wird auch in den nchsten Jahren mit Fçrderung durch das BMWi weitergefhrt. Neue Demonstrationsprojekte sind bereits am Start, sowohl bezogen auf Neubauten als auch auf die energetische Sanierung von Bestandsbauten. Dabei kommen weitere Gebudetypen hinzu, zu denen bisher kaum oder keine Ergebnisse und Erfahrungen vorliegen (Verkaufssttten, Hotels, Schwimmbder …). Neben der Intensiv-Monitoringphase, die eine Betriebsoptimierung einschließt, gehen ausgewhlte Vorhaben in ein extensives Langzeitmonitoring ber. Die zeitaufgelçsten Messdaten werden zuknftig in der EnOB-Datenbank fr die Fachçffentlichkeit zur Verfgung stehen. Hinsichtlich der Beschreibung eines energetisch vorbildlichen Gebudes haben sich aus der Erfahrung der Begleitforschung deutlich die Schwchen der Referenzwertmethode der DIN V 18599 gezeigt. Insbesondere

werden wesentliche Qualitten bzw. Defizite aus dem grundlegenden Gebudeentwurf (A/V, Orientierung, Tageslichtnutzung, …) immer fr das Referenzgebude bernommen, sodass bereits große Unterschiede in den Startbedingungen der Betrachtung auftreten: Ein energetisch ungnstiger Entwurf wird dadurch belohnt, dass es vergleichsweise einfach ist, energetisch 50 % besser als das zugehçrige Referenzgebude zu sein. Demgegenber wird das prozentual gleiche Ziel bei einem energetisch konsequenten Entwurf deutlich schwieriger zu erreichen sein. Gegenstand der Begleitforschung ist derzeit die Erarbeitung von energetischen Referenzwerten auf der Ebene von Nutzenergie fr Zonennutzungsarten. Hierdurch kçnnen eindeutige energetische Zielwerte fr die derzeit 33 Standardnutzungen der DIN V 18599-10 gemacht werden. Dabei kann auf in der Vergangenheit bereits etablierte Systematiken, wie z. B. in [12] beschrieben, zurckgegriffen werden. Energetische Zielwerte fr ein geplantes Gebude werden dann durch anteilige Anrechnung der Zonenzielwerte entsprechend der jeweiligen Nutzungszusammensetzung des Gebudes bestimmt. In diesem Zusammenhang werden auch Vereinfachungsverfahren untersucht, um in der frhen Planungsphase auf der Basis der Algorithmen der DIN V 18599 schneller und zielgerichteter zu Ergebnissen zu kommen [13]. Das viel zitierte Ziel der „Nullenergie-„ oder „Nullemissionsgebude“ wird weiterhin im Bereich der Fçrderprojekte seinen Platz einnehmen. Damit solche Gebude – wie u. a. von der EU ab 2018/2021 gefordert [14] – berhaupt qualifiziert planbar sind, ist eine klare begriffliche und methodische Definition erforderlich. Hierzu arbeitet die Begleitforschung leitend in der Internationalen Energieagentur IEA in der Expertengruppe „Towards Net Zero Energy Solar Buildings“ [15, 16]. Zielsetzung ist unter anderem die Publikation eines einheitlichen Rechenwerkzeugs zur Erstellung der Energie- und Emissionsbilanzen auf Jahresebene im Kontext der international unterschiedlichen Vorgehensweisen. Besondere Beachtung finden dabei die Bilanzgrenzen, die Netzinteraktion und der zeitliche „Mismatch“ zwischen Energieeinspeisung und Energiebezug. Schwerpunkt der immobiliençkonomischen Untersuchungen im Fçrderprogramm war bisher die Analyse von Baukosten und Baunutzungskosten, berwiegend von Brogebuden [17]. Dies wird zunehmend auf weitere Gebudetypen ausgeweitet. Wesentliche Voraussetzung zur Erfassung und Analyse der çkonomischen Merkmale von Demonstrationsprojekten ist die Strukturierung der Investitionskosten nach DIN 276. Bei den Nutzungskosten kommt neben der Strukturierung nach DIN 18690 die Notwendigkeit hinzu, die Gebude betriebsbegleitend ber mehrere Jahre hinweg zu analysieren. Whrend bei den Baukosten die Kostengruppen fr Baukonstruktionen und Technische Anlagen im Mittelpunkt stehen, sind es bei den Nutzungskosten die Betriebs- und Instandhaltungskosten. Alle ausgewhlten Kostenarten stehen im direkten Zusammenhang zu

Literatur

den energetischen Eigenschaften der untersuchten Gebude innerhalb des gewhlten Betrachtungszeitraums. Ziel der Untersuchung ist, aussagekrftige Kennwerte zu diesen Kostenarten zu bilden und mit Benchmarks zu vergleichen. Dabei soll herausgearbeitet werden, wie sich energieoptimierte Gebude im Vergleich zu konventionellen Gebuden einordnen lassen und somit dem çkonomischen Aspekt der Nachhaltigkeit Rechnung tragen. Insbesondere ist es dabei erforderlich, den Zusammenhang zwischen der energetischen Qualitt und den Bau- und Nutzungskosten zu analysieren. Mittelfristig werden auch die Konsequenzen fr die Wertermittlung und die Wertentwicklung untersucht.

5

Literatur

[1] Gossner, H., Hans, O., et al.: Ergebnisbericht ber die Anwendung des Nachweisverfahrens nach DIN V 18599 an acht ausgewhlten EnOB-Demoprojekten. Projektbericht EnOB: MONITOR, 2009.

391

zienz von Gebuden – Raumluftqualitt, Temperatur, Licht und Akustik. Beuth Verlag GmbH, Berlin 2007. [7] Voss, K., Engelmann, P., Kugel, D.: Sanierung eines Brogebudes zum Niedrigenergiehaus mit Passiver Khlung – REB, Remscheid. 2. Internationales Anwenderforum Energieeffizienz + Bestand, Bad Staffelstein, Februar 2008. [8] Voss, K., Pfafferott, J.: Energieeinsparung contra Behaglichkeit? Schriftenreihe des Bundesamts fr Bauwesen und Raumordnung, Nr. 121, Bonn, 2007, Download unter www.btga.uni-wuppertal.de. [9] VDI 4300-7:2001-07: Messen von Innenraumluftverunreinigungen – Bestimmung der Luftwechselzahl in Innenrumen. Beuth Verlag GmbH, Berlin 2001. [10] Hoffmann, C., Voss, K.: Zur Ermittlung des Energiebedarfs fr Kunstlicht in Brogebuden – Diskussion von Messresultaten. Bauphysik, Heft 4, 2005. [11] Hoffmann, C.: Sanierung als zweite Chance, Dissertation, Universitt Wuppertal, 2007, Download unter www.btga.uni-wuppertal.de.

[2] Mller, M., et al.: kologisch/çkonomische Bewertung zweier Fassadenvarianten – Glasfassade versus Kunststofffassade – zur Sanierung eines Verwaltungsgebudes der 1960er-Jahre. Schlussbericht DBU Projekt 22566, Wuppertal, 2007.

[12] SIA 380/1, SIA 30/4, SIA 2031, Schweizer Ingenieurund Architektenverein, www.sia.ch.

[3] Legep – Werkzeug fr die integrierte Lebenszyklusanalyse. www.legoe.de.

[14] Article 9 of EBPD follow up review by the the European Parliament’s Industry Committee (ITRE), 31st March 2009.

[4] Kugel, D.: Lebenszyklusbetrachtungen als çkonomisches und çkologisches Einsparpotential in der Gebudeplanung und -bewirtschaftung. Master Thesis, Bergische Universitt Wuppertal, btga, 2007. [5] Schakib-Ekbatan, K.: Nutzerzufriedenheit in Brogebuden, Auswertung Remscheider Entsorgungsbetriebe, Sommerbefragung, Zwischenbericht. Universitt Karlsruhe, fbta, November 2008. [6] DIN EN 15251:2007-08: Eingangsparameter fr das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffi-

[13] Lichtmess, M.: Vereinfachtes Flchenerfassungsmodell fr Mehrzonenbilanzen. Bauphysik, Heft 6, 2009.

[15] http://www.iea-shc.org/task40/index.html. [16] Heinze, M., Voss, K.: Goal Zero Energy Building. Journal of Green Building, Vol. 4/4, 2009. [17] Ltzkendorf, T., Unholzer, M., Spars, G., Bartels, D.: Wechselwirkungen zwischen der energetischen Qualitt von Gebuden und ihren Lebenszykluskosten – Vorstellung methodischer Grundlagen und erster Ergebnisse der Auswertung von Demonstrationsbauvorhaben des Forschungsprojektes EnOB, Bauhaus Solar, Erfurt, 2009.

393

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch? Grundsanierung des Großen Tropenhauses im Botanischen Garten Berlin Marc Gçbelsmann, Michael Krtschell

Dr.-Ing. Marc Gçbelsmann CRP Bauingenieure Mnchen GmbH Schçppingstraße 11, 81247 Mnchen Jahrgang 1973. Studium des Bauingenieurwesens. 2003 bis 2005 Lehrbeauftragter fr Bauphysik und Ingenieurhochbau an der TU Berlin. 2005 Promotion an der TU Berlin. Seit 2005 çffentlich bestellter und vereidigter Sachverstndiger fr „Schden an Gebuden“. Seit 2006 geschftsfhrender Gesellschafter der CRP Bauingenieure Mnchen GmbH.

Dipl.-Ing. Michael Krtschell CRP Ingenieurgemeinschaft Cziesielski, Ruhnau + Partner GmbH Max-Dohrn-Straße 10, 10589 Berlin Jahrgang 1977. Studium des Bauingenieurwesens an der TU-Berlin (1998–2002), Spezialisierung auf den Bereich der Bauphysik und die dortige Anwendung mehrdimensionaler Planungssoftware. Seit 2002 Mitarbeiter der CRP Ingenieurgemeinschaft Cziesielski, Ruhnau + Partner GmbH, Gutachterttigkeit sowie Projektleiter fr energetische und bauklimatische Gebudeoptimierung. 2007 Zertifizierung zum Energieberater, seit 2009 Mitglied im Landesfachverband der Bau- und Energieberater Berlin-Brandenburg sowie im Bundesverband der Gebudeenergieberater.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

394

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung

395

6 6.1 6.2

2

Projektziel

396

3 3.1 3.2

Ausgangslage 396 Wrmeschutz und Anlagentechnik des Großen Tropenhauses 396 Raumklimate im Großen Tropenhaus 397

4

Lçsungsansatz

5

Bauliche Energieeinsparpotenziale

6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.4

Betriebliche Energieeinsparpotenziale 402 Grundkonzept 402 Berechnung des thermischen und hygrischen Zustands der Raumluft 408 Grundlagen der Berechnungen 408 Randbedingungen der Berechnungen 409 Ergebnisse der Berechnungen 410 Bewertung der Berechnungen 411 Bauliche Umsetzung 412

7

Zusammenfassung

8

Literatur

397 398 413

412

Einleitung

395

Bild 1. Großes Tropenhaus im Botanischen Garten von Berlin vor der Sanierung

1

Einleitung

Das im Jahr 1907 errichtete, unter Denkmalschutz stehende Große Tropenhaus als eines der weltweit grçßten freitragenden Schaugewchshuser prgt wie kein anderes Gebude das Gesicht des Botanischen Gartens in Berlin (Bilder 1 und 2). Mit einer Lnge von ca. 60 m und einer Firsthçhe von ca. 25 m prgte es in den vergangenen Jahren dabei auch wie kein anderes Gebude den jhrlich anfallenden Energieverbrauch des Gartens. Durch die nutzungsbedingt erforderliche hohe Raumlufttemperatur (Tropenklima) sowie die transparente Hlle lag der Heizenergiebedarf des Großen Tropenhauses in einer Grçßenordnung von jhrlich ca. 3.500 MWh. Dies entspricht einem Heizenergiebedarf von weit ber 100 Einfamilienhusern. Neben der botanisch herausragenden und einzigartigen Pflanzenvielfalt beherbergte das Große Tropenhaus unter seiner Außenhlle in energetischer Hinsicht somit ein gesamtes kleines Dorf. In Anbetracht des sowohl hohen Energiebedarfs als auch der ber die Bestandszeit infolge der hohen klimatischen Beanspruchung entstandenen substanziellen Schden an der Hlle (Korrosion des Stahltragwerks und Beschdigung der Verglasung, s. Bild 3) wurde im Jahr 2004 die Notwendigkeit einer umfassenden Grundsanierung des Großen Tropenhauses formuliert. Da es gelang, die Grundsanierung maßgeblich durch Fçrdermittel aus dem Umwelt-Entlastungsprogramm Berlin (UEP) zu finanzieren, galt es zur Verwirklichung des Projekts von vornherein den entscheidenden Fokus auf eine drastische Energieeinsparung zu legen. Ob jedoch in einem Schaugewchshaus mit tropischem Innenleben unter mitteleuropischen Klimabedingungen berhaupt eine drastische Energieeinsparung erzielbar ist, wurde im Projektverlauf kontrovers diskutiert. Die Antwort auf die Fragestellung wurde nach einem langwierigem teils Forschungscharakter entsprechendem Planungsprozess letztlich in einem Zusammenwirken innovativer Bauphysik und Haustechnik gefunden, wel-

ches das Große Tropenhaus nach seiner Wiedererçffnung am 16. 09. 2009 nunmehr auch aus energetischer Sicht zu einem einzigartigen, herausragenden Schaugewchshaus macht. In dem vorliegenden Bericht werden die bauphysikalischen Problemstellungen sowie die erarbeiteten Lçsungen dargestellt, die zum Erreichen der Projektziele bzw. der geforderten Energieeinsparung erforderlich waren.

Bild 2. Bestandsfoto aus der Errichtungszeit 1907 zur Veranschaulichung der Dimension des Bauwerks (siehe Person rechts unten)

396

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

wird erlutert, wie es unter diesen Bedingungen gelang, die energetischen/bauphysikalischen Projektziele im Einzelnen umzusetzen.

Bild 3. Tauwasserbildung sowie weit fortgeschrittene Korrosion an den Tragprofilen der transparenten Gebudehlle

2

Projektziel

Die Projektziele bei der Grundsanierung des Großen Tropenhauses waren vielschichtig. Es galt, Vorgaben folgender Interessen durch eine integrale Lçsung zu vereinen: – Botaniker, – Auftraggeber und Fçrdermittelgeber, – Besucher, – Architekten, – Haustechniker, – Bauphysiker, – Tragwerksplaner, – Denkmalschutz. Aus denkmalpflegerischer Sicht wurde die Wiederherstellung des Erscheinungsbildes der Gebudehlle mit kleinteiliger Verglasung, wie es vor der Kriegszerstçrung vorhanden war, gefordert (vgl. Bilder 1 und 2). Aus botanischer Sicht waren u. a. die Verbesserung der Wachstumsbedingungen und damit in erster Linie der Raumklimate und der Tageslichtversorgung wnschenswert. Aus Sicht des Eigentmers waren die Beseitigung der klimatischen Schden an der Gebudehlle und deren zuknftige Vermeidung erforderlich. Diese Ziele wurden begleitet von den Vorgaben zur Energieeinsparung und zur Kostenobergrenze. Die Fçrderfhigkeit der Maßnahme wurde dabei an ein ambitioniertes Energieeinsparungsziel geknpft. Es galt, den Energiebedarf des Großen Tropenhauses mindestens zu halbieren. Bei diesen Planungszielen lag die maßgebliche Herausforderung aus bauphysikalischer Sicht in der Vereinbarung der energetischen Ziele mit den denkmalpflegerischen und botanischen Vorgaben. Es sollte faktisch ein hçheres Tauwasserrisiko mit geringerem Energieaufwand beherrscht werden. Da eine transparente Gebudehlle im Gegensatz zu massiven Außenbauteilen auf engstem Raum smtliche bauphysikalisch notwendigen Funktionsschichten vereinen muss, ist die Auswahl von alternativen Material- und Konstruktionsprinzipien per se begrenzt. In den folgenden Abschnitten

3

Ausgangslage

3.1

Wrmeschutz und Anlagentechnik des Großen Tropenhauses

Die Gebudehlle des Großen Tropenhauses ist in ihrer Form und ihrem Tragverhalten einzigartig. Die gesamte transparente Hlle ist praktisch als abgehngte Konstruktion ausgefhrt. Die tragenden Stahlprofile spannen außen in Bogenform ber die transparente Hlle, deren Tragraster punktuell mit den Stahlprofilen verbunden ist. Die transparente Hlle bestand vor der Sanierung aus einer gewçlbten Einfachverglasung aus Acrylglas. Die Acryl-Verglasung wies in hohem Umfang Rissbildungen mit der Folge von Undichtigkeiten auf. Die Tragprofile der Verglasungen bestanden aus Stahlprofilen ohne jegliche thermische Trennung (vgl. Bild 3). In diesem Zustand wies die transparente Hlle einen Wrmedurchgangskoeffizienten von grçßenordnungsmßig ca. 5,2 [W/m±K] auf. In Verbindung mit den hohen Raumluftfeuchten fiel hierdurch im weit berwiegenden Teil des Jahres dauerhaft Tauwasser an der Innenseite der Hlle aus. Der ausgeprgte Tauwasserfilm auf der transparenten Hlle fhrte zu einer erheblichen Reduzierung des Tageslichteinfalls (Bild 4). Dies musste energetisch aufwendig durch knstliche Beleuchtung kompensiert werden (Bild 5). Ferner entstand durch den geringen Wrmeschutz ein ausgeprgter Kaltluftabfall an der Gebudehlle. Dem musste durch einen entsprechend intensiven Luftstrom aus den raumlufttechnischen Anlagen im Gebudesockel entgegengewirkt werden. Der geringe Wrme-

Bild 4. Tauwasserfilm mit Schmutzpartikeln auf der Innenseite der Gebudehlle mit der Folge einer reduzierten Tageslichtversorgung der Pflanzen

Lçsungsansatz

Bild 5. Betrieb der knstlichen Beleuchtung aufgrund des Tauwasserfilms auf der Innenseite der Gebudehlle und des damit verminderten Tageslichteinfalls

schutz der Gebudehlle war somit mehrfach verantwortlich fr den hohen Energieverbrauch des Großen Tropenhauses. Weiterhin war die veraltete ineffiziente und in Teilen nicht mehr funktionstchtige Anlagentechnik fr den hohen Energieverbrauch verantwortlich. Die Beheizung des Großen Tropenhauses erfolgte ber Radiatoren im Sockelbereich sowie ber raumlufttechnische Anlagen, die weder eine bedarfsgerechte Anpassung ihrer Leistung noch eine Einrichtung zur Wrmerckgewinnung besaßen. Die einzelnen, zum Teil deutlich berdimensionierten Betriebskomponenten des Heizsystems aus den 1960er-Jahren spiegelten den damaligen, von çkologischen und çkonomischen Grenzen noch weitestgehend „befreiten“ Umgang mit Energie wider. 3.2

Raumklimate im Großen Tropenhaus

Das Große Tropenhaus wird ber das gesamte Jahr durchgehend zu Schauzwecken der tropischen Pflanzenwelt genutzt. Das Raumklima weist hierzu idealerweise durchschnittliche Raumlufttemperaturen ber ca. 24 C bei relativen Luftfeuchten ber ca. 70 % auf (Taupunkt somit bei ca. 18 C). Im Hinblick auf einen zuknftig mçglichst energiesparenden Betrieb wurde untersucht, inwieweit diese Idealzustnde im Bestand berhaupt vorhanden waren. Dazu wurde noch vor Beginn der Sanierung ber ein gesamtes Jahr in unter-

schiedlichen Hçhen und Lagen im Großen Tropenhaus eine Langzeit-Klimadokumentation durchgefhrt. Die Raumklimate im Großen Tropenhaus bewegten sich im Jahresverlauf in den in Tabelle 1 dargestellten Grenzen (Messzeitraum 06. 01. 2005 bis 20. 12. 2005). Die in minutenweiser Auflçsung ermittelten Klimawerte ermçglichten es, sowohl die energetische Ausganglage als auch die klimatischen Bedingungen im Ist-Zustand nachzuvollziehen. Entscheidend fr die weitere Planung war hierbei die Feststellung, dass zum einen die relative Luftfeuchte im Winter deutlich niedriger lag als erwartet. Zum anderen, dass sich whrend der Nachtstunden eine deutliche Absenkung der Raumlufttemperatur unterhalb der Idealwerte einstellte. Als Ursachen hierfr wurden einerseits die erhebliche Luftundichtigkeit und andererseits der geringe Wrmeschutz der Gebudehlle ermittelt. Die tglich eingebrachte Menge an Gießwasser von ca. 3.000 bis 4.000 Litern, welche durch Verdunstung ber die Boden- und Pflanzenoberflche mit zu den gewnschten hohen Raumluftfeuchten fhren sollte, gelangte durch Luftundichtigkeiten direkt nach außen und fiel aufgrund des geringen Wrmeschutzes als Tauwasser an der Gebudehlle aus (hnlich dem Kondensationsprinzip von Entfeuchtern). Aufgrund des unzureichenden Wrmeschutzes der Gebudehlle konnten die Idealklimate nicht erreicht werden. Durch die genauere Kenntnis des Ist-Zustandes konnten einige von Beginn an als aus technischer Sicht grenzwertig hoch formulierte Zielvorgaben (wie beispielsweise eine absolute Tauwasserfreiheit im Winter bei zu erzielenden Innenklimaten von 28 C und 90 % relativer Luftfeuchte) gemeinsam mit den Beteiligten in einen realistischen Rahmen gebracht werden.

4

Lçsungsansatz

Der Heiz-Energiebedarf eines Schaugewchshauses setzt sich im Wesentlichen aus zwei Anteilen zusammen: 1. dem Energieaufwand zur Aufrechterhaltung idealer Wachstumsbedingungen fr die Pflanzen (Temperatur und relative Feuchte der Luft), 2. dem Energieaufwand zur Temperierung der Gebudehlle auf ein hinsichtlich der Entstehung von Oberflchentauwasser unkritisches Niveau (Temperatur der Hllflche).

Tabelle 1. Ermittelte Raumklimate im unsanierten Tropenhaus Klimaparameter

397

Winter

Sommer

Minimum

Maximum

Mittel

Minimum

Maximum

Mittel

Raumlufttemperatur

17 C

28 C

22 C

15 C

40 C

1)

relative Luftfeuchte

50 %

75 %

65 %

35 %

95 %

1)

1) Aufgrund der sich whrend der Sommerperiode einstellenden ausgeprgten Amplitude im Tages-Nacht-Verlauf ist die Mittelwertangabe nicht aussagekrftig.

398

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

Idealerweise steigt der Energieaufwand II nicht ber den Energieaufwand I an. Das heißt, dass der Energieaufwand zur bestimmungsgemßen Nutzung bereits ausreicht, um zeitgleich ein Tauwasserrisiko an der Gebudehlle zu unterbinden. Dies war im Bestand bei Weitem nicht der Fall. Um einen Tauwasserausfall an der bestehenden, einfachverglasten Hlle zu vermeiden, htte eine energetisch zustzlich aufwendige Beheizung der Innenoberflche erfolgen mssen, die zu weitaus hçheren Raumlufttemperaturen gefhrt htte als aus botanischer Sicht erforderlich. Die Reduzierung des Heizenergieaufwands zur Tauwasservermeidung und damit die Erneuerung und wrmeschutztechnische Verbesserung der Gebudehlle stand daher als ein Eckpfeiler des Lçsungsansatzes von vornherein außer Frage. Bei der Suche nach mçglichen weiteren Energieeinsparpotenzialen wurde schnell klar, dass die Berechnung und Analyse der thermisch-hygrischen Wechselwirkung zwischen der neuen Gebudehlle und dem zuknftig zu erwartendem Raumklima unabdingbar fr eine bedarfsgerechte Auslegung und damit effiziente Betriebsweise der zu erneuernden Anlagentechnik war (Analyse der Wechselwirkung zwischen Gebudehlle, Raumklima und Anlagentechnik). Da das Raumklima im Großen Tropenhaus aufgrund des großen Luftvolumens und der zu erwartenden Temperaturschichtungen rumlich heterogen ist, wurden hierzu zwei- und dreidimensionale Strçmungs- und Klimasimulationen durchgefhrt (s. Abschn. 6). Der Lçsungsansatz zur Einhaltung der ausgewiesenen Projektziele setzte sich somit aus folgenden zwei Stufen zusammen: 1. Ermittlung baulicher Energieeinsparpotenziale durch Analyse und Auslegung der Gebudehlle zur Reduzierung des Heizenergieaufwands fr die Tauwasservermeidung. 2. Ermittlung geeigneter betrieblicher Maßnahmen zur energetisch optimalen Aufrechterhaltung der erforderlichen Wachstums- bzw. Raumklimabedingungen.

5

menanteil konnte durch die im Gegensatz zu den gewçlbten Bestandsverglasungen ebene Ausfhrung der neuen Verglasungen kompensiert werden (Verringerung der Glasoberflche bzw. der wrmebertragenden Flche). Da im berkopfbereich die innere Scheibe als Verbundsicherheitsglas ausgefhrt werden musste, bestand zur Umsetzung der energetisch gnstigen Wrmeschutzverglasung das Problem, eine Verbundfolie zu finden, die UV-stabil ist und dennoch eine fr das Wachstum ausreichende Versorgung der Pflanzen mit UV-Licht gewhrleistet. Durch den Generalplaner (HAAS Architekten BDA) wurde nach intensiver Recherche eine Folie ermittelt, die fr den Einsatz als geeignet erschien. Da dieses Produkt in Deutschland nicht bauordnungsrechtlich geregelt war, musste eine Zustimmung im Einzelfall des Deutschen Instituts fr Bautechnik eingeholt werden. Letztlich konnte der Einsatz einer Wrmeschutzverglasung mit einem Wrmedurchgangskoeffizienten von 1,1 [W/m±K] fr das Große Tropenhaus verwirklicht werden. In Verbindung mit dem Einsatz eines effektiven thermischen Trennblocks in den Rahmenprofilen wurde ein Wrmedurchgangskoeffizient zwischen 1,5 bis 1,6 [W/m±K] fr die neue transparente Gebudehlle erzielt. Eine Tauwasservermeidung wre unter diesen Bedingungen sowie den geforderten Raumluftparametern bis zu einer Außenlufttemperatur von ca. –5 C mçglich. Konstruktionsbedingt galt es jedoch, eine statische Verbindung zwischen dem ußeren Tragwerk und der Gebudehlle zu schaffen. Aus statischen Grnden musste dies mittels Stahllaschen erfolgen, welche an den tragenden Rahmen angeschweißt wurden und somit die Dmmebene durchstoßen (Bild 6). Damit htte der neue Zustand dem alten Zustand mit durchgehenden thermisch nicht getrennten Profilen geglichen und ein Tauwasserausfall wre bereits bei +10 C zu erwarten gewesen. Es war Aufgabe der Bauphysik, eine Lçsung

Bauliche Energieeinsparpotenziale

Der Energiebedarf des Großen Tropenhauses steht unmittelbar mit der Qualitt der insgesamt ca. 4.100 m± großen transparenten Außenhlle im Zusammenhang. Zur maßgeblichen Reduzierung der Wrmeverluste durch Transmission und Infiltration ber vorhandene Luftundichtigkeiten wurde nach Untersuchung alternativer Ausfhrungen (u. a. Mehr-Kammer-Folienkissen, Doppelfassade mit abgeschlossenem luftdurchstrçmten Zwischenraum) unter Bercksichtigung statischer Randbedingungen als erstes der Einsatz von ZweiScheiben-Wrmeschutzverglasungen festgelegt. Die dabei seitens der Denkmalpflege aufgestellte, unter energetischen Gesichtspunkten ungnstige Forderung nach zuknftig kleinteiligeren Scheiben mit mehr Rah-

Bild 6. Rumliche Darstellung der Befestigungspunkte zwischen ußerem Tragwerk und den Tragprofilen der Gebudehlle [1]

Bauliche Energieeinsparpotenziale

399

Bild 7. Ergebnisse von dreidimensionalen Wrmebrckenberechnungen, links: generiertes Modell (ohne Gitterverfeinerung), mittig: Oberflchentemperaturen mit Laschen aus Stahl, rechts: Oberflchentemperaturen mit Laschen aus Edelstahl (zu Anschauungszwecken wurden die Verglasungen nicht mit dargestellt)

zu finden, bei der trotz der konstruktiv nicht anders auszubildenden Durchstoßpunkte dieser Zustand vermieden wird. In einem ersten Schritt wurde dazu anhand von dreidimensionalen Wrmebrckenberechnungen ermittelt, welche Auswirkung die durchgehenden Stahllaschen auf die Oberflchentemperatur der Rahmen haben. Es wurde festgestellt, dass primr die exzentrisch zum Kreuzungspunkt liegende Stahllasche zu einer Absenkung der Oberflchentemperatur fhrt. Die Temperaturabsenkung stellt sich zudem nur lokal begrenzt und infolge der hohen Wrmeleitfhigkeit der Rahmen (lStahl » 60 [W/mK]) im geringeren Maße ein als erwartet (zurckzufhren auf die Wrmelngsleitung ber die Rahmen; Prinzip der passiven Wrmebrckenbeheizung, s. Bild 7). Im Weiteren wurde rechnerisch belegt, dass durch den Einsatz von Edelstahl (lEdelstahl » 17 [W/mK]) fr die Durchstoßpunkte eine merkliche Reduzierung des Wrmestroms und damit die Anhebung der Oberflchentemperatur erzielt werden kann (vgl. Bild 7). Durch die darber hinausgehende Begrenzung der Lnge und Breite der jeweiligen Durchstoßpunkte auf ein bauphysikalisch akzeptables Maß konnte deren Einfluss auf die Oberflchentemperatur der Rahmen minimiert werden. Zur Beurteilung, ob in den Bereichen der Durchstoßpunkte bei fallender Außenlufttemperatur mit einem wesentlich frhzeitigeren Tauwasserausfall als in „un-

gestçrten“ Rahmenbereichen zu rechnen ist, wurden fr beide Flle detaillierte zweidimensionale Wrmebrckenberechnungen durchgefhrt (Bild 8). Anhand der jeweils ermittelten minimalen Oberflchentemperatur wurde ein fiktiver, „punktueller“ Wrmedurchgangskoeffizient ermittelt. Anhand dieses Werts wurde ber den Jahres-Außenlufttemperaturverlauf der resultierende minimale Innen-Oberflchentemperaturverlauf auf den Rahmen ermittelt (Bild 9). Es zeigte sich, dass zu Beginn der Periode, in der die Fenster des Großen Tropenhauses zum Schutz der Pflanzen geschlossen werden mssen und somit innen mit dauerhaft steigender Luftfeuchte durch Verdunstung und entsprechend steigendem Taupunkt zu rechnen ist (Außentemperaturen unter ca. 18 C) nur ein geringer Temperaturunterschied zwischen dem „ungestçrten“ Rahmen und dem Rahmenbereich mit Durchstoßpunkt besteht (ca. 1 K). Erst bei Außenlufttemperaturen unter ca. 10 C vergrçßert sich der Temperaturunterschied bis hin zu deutlich ber 3 K bei Außenlufttemperaturen unter 0 C. Es bot sich an, diesen geringen Temperaturunterschied in der bergangszeit nicht durch eine Beheizung der punktuellen kritischen Bereiche zu kompensieren, sondern mittels einer Absenkung/ Begrenzung der Raumluftfeuchte in den botanisch noch akzeptierten Grenzen den Taupunkt zu verringern. Dies konnte durch eine Entfeuchtung mittels Sorptionsgerten in den Lftungsanlagen erzielt werden, die zeit-

400

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

Bild 8. Ergebnisse von zweidimensionalen Wrmebrckenberechnungen bei einer Außenlufttemperatur von 0 C, links: „ungestçrte“ Rahmen, rechts: „gestçrte“ Rahmen

Bild 9. Fr mittlere monatliche Außenlufttemperaturen aufgetragener Verlauf der berechneten Rahmenoberflchentemperaturen inklusive Taupunktgrenzen unterschiedlicher Klimazustnde

Bauliche Energieeinsparpotenziale

401

Bild 10. Dreidimensionale Simulation der zu erwartenden Wrmeeinstrahlung auf den Glasrandverbund bei Betrieb der Fassadenheizung

Bild 11. Vereinfachte Darstellung des Konzepts zur Vermeidung tauwasserkritischer Zustnde an der Gebudehlle im Jahresverlauf

gleich die in der Raumluft gespeicherte latente Wrmeenergie wiederverwerten. Der Prozess bedarf somit wesentlich weniger Heizenergie als eine direkte Temperierung der Durchstoßpunkte bei noch milden Außenlufttemperaturen. Bei tieferen Außenlufttemperaturen sind im Bereich der Durchstoßpunkte hingegen Oberflchentemperaturen zu erwarten, die zur Tauwasservermeidung eine Begrenzung der Raumluftfeuchte ber die vorgegebenen botanischen Grenzen hinaus erforderlich machen wrden. Um dennoch einen Tauwasserausfall an den Rahmen auch bei sehr tiefen Außentemperaturen zu unterbinden, wurde fr diese Zeitrume die Variante beheizter Profile untersucht. Im Ergebnis wurde ein Heizsystem vorgesehen, bei dem die Stahlrahmen der Glashlle als wassergefllte Hohlprofile ausgefhrt werden. Das Wasser dient als Wrmetrgermedium und wird im Sinne einer Niedertemperaturheizung (im Mittel ca. 35 C)

durch die Profile gepumpt. Hierdurch werden die Rahmen direkt beheizt und der anschließende Glasrandverbund ber Wrmestrahlung homogen temperiert (Bild 10). Das gefundene energetisch gnstige Konzept zur weitestgehenden Vermeidung eines Tauwasserausfalls an der Gebudehlle im Großen Tropenhaus basiert somit auf zwei Stufen: In der bergangsphase zwischen Winter und Sommer ist dies primr die Reduzierung der Taupunkttemperatur (Begrenzung der Luftfeuchte) und in der Heizperiode die direkte Temperierung der thermisch ungnstigsten Stellen (Einsatz einer Fassadenheizung). Dieses Konzept ist in Bild 11 veranschaulicht. Durch den Einsatz der aktiv heizenden Fassade entstehen zustzliche Wrmeverluste gegenber einer passiven Fassade (bauteilintegriertes Heizsystem). Zur Abschtzung der Dimension dieser erhçhten Wrmever-

402

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

luste wurde eine numerische Betrachtung ber die im Laufe des Jahres zu erwartende Einsatzzeit der Fassadenheizung unter Ansatz eines Test-Referenzjahres des Deutschen Wetterdienstes durchgefhrt und fr die ermittelte Einsatzzeit eine Energiebilanz aufgestellt. Aufgrund der ausgeprgten thermischen Trennung der verwendeten Rahmen sowie des geringen Temperaturniveaus des Wassers halten sich die Wrmeverluste beim Einsatz der Fassadenheizung in Grenzen. Der ermittelte zustzliche Wrmeverlust durch den Betrieb der Fassadenheizung liegt grçßenordnungsmßig deutlich unter ca. 100 MWh/a und ist gegenber dem Gesamt-Wrmeverlust durch Transmission und Infiltration ber die Gebudehlle von ca. 1.600 MWh/a von untergeordneter Bedeutung. Durch die punktuell vorhandenen Edelstahlbleche (konstruktive Wrmebrcken) wird der Wrmeverlust der Gebudehlle zustzlich etwas erhçht. Gesamtenergetisch wurde die Fassadenheizung jedoch als positiv bewertet: Im Gegensatz zu anderen Heizsystemen kann durch die aktive Fassadenbeheizung ber die gesamte Gebudehlle ein Tauwasserrisiko an den thermisch ungnstigsten Stellen – den Profilen und dem Glasrandverbund – homogen und vor allem gezielt und somit energetisch gnstig weitestgehend vermieden werden. Darber hinaus bernimmt die Fassadenheizung einen Anteil der Heizlast, erhçht dadurch die Flexibilitt bei plçtzlichen Klteeinbrchen und etwaigen Unterbrechungen der anderen Heizsysteme und beeinflusst weitere Parameter in energetisch gnstiger Weise. Hierauf wird im folgenden Abschnitt nher eingegangen. Im Ergebnis konnte der Energieaufwand fr die erforderliche Temperierung der Gebudehlle zur Tauwasservermeidung durch die angestellten Untersuchungen und ermittelten Maßnahmen deutlich reduziert werden.

6

Betriebliche Energieeinsparpotenziale

6.1

Grundkonzept

Das große Raumvolumen in Verbindung mit der fr ein Gewchshaus außergewçhnlichen Hçhe des Großen Tropenhauses stellt hinsichtlich der Konditionierung der Raumluft ein Problem und eine Chance zugleich dar: warme Luft besitzt eine geringere Dichte als kalte Luft und feuchte Luft weist eine geringere Dichte als trockene Luft auf (Bild 12). Im Ergebnis stellt sich eine thermisch und hygrisch induzierte Auftriebsstrçmung ein mit der Folge einer Schichtung der Raumluft. Whrend der Planungsphase fr die Grundsanierung des Großen Tropenhauses wurden im Bestand entsprechende Klimamessungen vorgenommen (vgl. Abschn. 3.2). Aus den exemplarischen Messzyklen in den Bildern 13 bis 15 ergibt sich, dass sowohl whrend des Winters als auch whrend der bergangszeit und des Sommers ein deutlicher Temperaturgradient ber die Hçhe gegeben war. In diesem Zusammenhang sei auch nochmals auf die stark schwankenden und von den Idealklimaten bzw. den Vorgaben des Betreibers abweichenden Werte der Temperatur und relativen Feuchte im Bestand hingewiesen. Ziel der betrieblichen Planung war aus bauphysikalischer Sicht eine mçglichst optimale Nutzung der solaren Wrmegewinne, um die geforderte deutliche Energieeinsparung zu erzielen. Dieses Ziel lsst sich durch Ausnutzung des Temperaturgradienten ber die Hçhe des Tropenhauses erreichen, wobei gleichzeitig ein positiver Effekt hinsichtlich einer weitgehenden Vermeidung der Tauwasserbildung an den Oberflchen der Gebudehlle erreicht wird. Die Grundidee besteht in einer „Anzapfung“ des Wrmereservoirs im oberen Bereich des Raumvolumens in Verbindung mit einer vertikalen Durchmischung der Raumluft whrend des Winters sowie der bergangszeiten (Frhjahr und Herbst). Die Umsetzung der Grundidee erfolgte beim Großen Tropenhaus durch die Errichtung zweier Um-

Bild 12. Dichte der Luft in Abhngigkeit von Temperatur und relativer Feuchte

Betriebliche Energieeinsparpotenziale

403

Bild 13. Klimamessung im Großen Tropenhaus (Bestand) vom 05. 02. 2005 bis zum 13. 02. 2005; der Messpunkt „unten“ befand sich in etwa 4 m Hçhe und der Messpunkt „oben“ lag in etwa 13 m Hçhe

Bild 14. Klimamessung im Großen Tropenhaus (Bestand) vom 23. 04. 2005 bis zum 01. 05. 2005; der Messpunkt „unten“ befand sich in etwa 4 m Hçhe und der Messpunkt „oben“ lag in etwa 13 m Hçhe

lufttrme mit einer Hçhe von jeweils 16 m, die als abgestorbene Baumriesen „getarnt“ wurden. Die Bilder 16 bis 18 zeigen den Grundriss sowie einen Lngsschnitt und einen Querschnitt durch das Große Tropenhaus mit den beiden Umlufttrmen. Die Beheizung des Großen Tropenhauses erfolgt ber eine Bodenheizung sowie die Fassadenheizung als

grundlegende und whrend der kalten Jahreszeit kontinuierlich betriebene Heizsysteme. Mittels einer Konditionierung der Umluft bzw. Zuluft hinsichtlich Temperatur und Feuchte im Bereich der Gebudehlle kann darber hinaus flexibel auf im Tagesgang vernderliche Randbedingungen reagiert werden. Zur Befeuchtung der Raumluft steht weiterhin eine Hochdruck-Nebel-

404

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

Bild 15. Klimamessung im Großen Tropenhaus (Bestand) vom 18. 06. 2005 bis zum 26. 06. 2005; der Messpunkt „unten“ befand sich in etwa 4 m Hçhe und der Messpunkt „oben“ lag in etwa 13 m Hçhe

Bild 16. Grundriss des Großen Tropenhauses [1]

Betriebliche Energieeinsparpotenziale

Bild 17. Lngsschnitt des Großen Tropenhauses [1]

Bild 18. Querschnitt des Großen Tropenhauses [1]

405

406

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

anlage zur Verfgung. Unter Bercksichtigung der in einem Gewchshaus im Jahresverlauf variierenden Klimazustnde einerseits sowie der kontinuierlichen Vernderung der Pflanzenwelt andererseits wurde durch das mit der TGA-Planung beauftragte Ingenieurbro (Ingenieurbro Dittrich VBI) eine weitere wesentliche Mçglichkeit zur Nutzung betrieblicher Energieeinsparung im Tropenhaus geschaffen: Ausgehend von der eingesetzten komplexen Mess- und Steuerungstechnik wurde fr die Gebudeautomation eine spezielle Software entwickelt, die knftig eine adaptive Regelung der Klimaparameter im Großen Tropenhaus ermçglicht. Somit kann zuknftig eine bedarfsgerechte Regulierung der Gebudetechnik zur effizienten Betriebsweise des Tropenhauses erfolgen. Im Zuge der bauphysikalischen Konzeptionierung sind im Wesentlichen drei exemplarische Zustnde mit unterschiedlichen Randbedingungen von Bedeutung: – Lastfall „Winter“ mit extremen Randbedingungen, – Lastfall „Jahresmittel“ mit durchschnittlichen Randbedingungen entsprechend einem Tag whrend der bergangszeit zwischen Winter und Sommer, – Lastfall „Sommer“ mit extremen Randbedingungen. Whrend des Winters werden die Umlufttrme in einem reinen Umluftbetrieb eingesetzt, wodurch eine vertikale Durchmischung der Raumluft erreicht wird. Die Bodenheizung sowie die Fassadenheizung sind whrend dieser Zeit konstant im Betrieb. Die Regelung der Temperatur sowie der Feuchte der Raumluft erfolgt im We-

sentlichen durch eine entsprechende Konditionierung der Umluft bzw. Zuluft im Bereich der Gebudehlle. Die erforderliche Entfeuchtung der Raumluft wird hierbei mittels einer Sorptionstechnik vorgenommen, wobei die frei werdende latente Wrme genutzt wird. Bild 19 verdeutlicht das Betriebskonzept whrend des Winters. In der bergangszeit zwischen Winter und Sommer steht tagsber infolge der solaren Einstrahlung hufig ein Energieberschuss zur Verfgung, whrend nachts im Regelfall eine Beheizung des Tropenhauses erforderlich ist. Whrend dieser Zeitrume im Frhjahr und Herbst kann die sich einstellende vertikale Temperaturschichtung besonders effektiv genutzt werden. Die Umlufttrme werden dazu in einem Umluftbetrieb eingesetzt, wobei zustzlich berschssige Wrmeenergie an den in einem der beiden Umlufttrme montierten Latentwrmespeicher (PCM; Phase Change Material) abgegeben wird. Bild 20 zeigt das entsprechende Betriebskonzept. Whrend der Nacht kann diese Wrmeenergie dann zeitverzçgert zur Beheizung eingesetzt werden. Whrend des Sommers mit einem hohen berschuss solarer Wrmegewinne besteht die bauphysikalische Anforderung im Wesentlichen darin, eine bermßige Erhitzung der Raumluft im Großen Tropenhaus unter Ausschluss einer anlagentechnischen Khlung zu vermeiden. Dies wird durch eine natrliche Belftung mit entsprechenden Lftungsquerschnitten in verschiedenen Hçhen erzielt. Bild 21 verdeutlicht den entspre-

Bild 19. Schema des Betriebskonzeptes des Großen Tropenhauses whrend des Winters

Betriebliche Energieeinsparpotenziale

Bild 20. Schema des Betriebskonzeptes des Großen Tropenhauses whrend der bergangszeit zwischen Winter und Sommer (Frhjahr und Herbst)

Bild 21. Schema des Betriebskonzeptes des Großen Tropenhauses whrend des Sommers

407

408

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

chenden Betriebszustand. Weiterhin hat in gewissem Maße die Hochdruck-Nebelanlage im Zuge der Befeuchtung der Raumluft einen khlenden Effekt, da die bençtigte Verdampfungswrme der Raumluft entzogen wird. 6.2

Berechnung des thermischen und hygrischen Zustands der Raumluft

Zur Optimierung der betrieblichen Energieeinsparpotenziale sowie zur Abstimmung der wesentlichen anlagentechnischen Parameter mit dem TGA-Planer wurden die drei bereits erwhnten exemplarischen Zustnde nher untersucht. In diesem Zusammenhang spielen aufgrund der vertikalen Schichtung der Raumluft insbesondere deren Zustandswerte hinsichtlich der Temperatur, der Feuchte und – damit zusammenhngend – der Dichte die entscheidende Rolle. Die bauphysikalische Planung erforderte daher die Durchfhrung entsprechender numerischer Berechnungen des zu erwartenden thermischen und hygrischen Zustands der Raumluft unter Bercksichtigung der diffusiven und konvektiven Transportanteile sowie unter Beachtung der Wechselwirkung mit den angrenzenden Bauteilen der Gebudehlle sowie des Erdreichs und der Pflanzen. 6.2.1

Grundlagen der Berechnungen

Die Berechnungen wurden auf Grundlage eines in [2] entwickelten Feldmodells vorgenommen. Das Modell wurde in diesem Zusammenhang auf die Software CFX [3] der Firma Ansys bertragen und an die speziellen Randbedingungen angepasst. Es wurden aufgrund der Symmetrie des Gebudes zunchst Berechnungen an einem zwei Meter langen Abschnitt in Querrichtung des Großen Tropenhauses durchgefhrt. An den Schnittflchen wurden Symmetrie-Randbedingungen angesetzt. Durch die Erfassung aller drei Komponenten der Geschwindigkeit in dem betrachteten Volumen wurde dem Umstand Rechnung getragen, dass die Turbulenz der Raumluft stets ein dreidimensionales Verhalten aufweist. Diese dennoch im Wesentlichen letztlich „zweidimensionalen“ Rechnungen dienten der Betrachtung einer Vielzahl von Varianten und damit einer ersten Optimierung. Einige Varianten wurden zustzlich an einem Modell des vollstndigen Tropenhauses berechnet. Dies war insbesondere aufgrund der beiden Umlufttrme erforderlich, die eine ausgeprgte dreidimensionale Strçmung bewirken. Bild 22 zeigt das Drahtmodell des vollstndig dreidimensional modellierten Tropenhauses. Das Lçsungsgebiet wurde fr die Berechnungen mittels Tetraedern und Prismen rumlich diskretisiert; Bild 23 zeigt das Gitter des vollstndig dreidimensional diskretisierten Tropenhauses in isometrischer Ansicht. Die Verwendung von Prismen im unmittelbaren Bereich der Gebudehlle diente der genauen Erfassung des dortigen konvektiven Wrmebergangs. Die Grçße

der einzelnen Volumina (Tetraeder) hing stark von deren Position im Raum ab. Whrend im Zentrum des Luftvolumens vergleichsweise große Tetraeder verwendet wurden, erfolgte in Bereichen mit starken Gradienten der Strçmung eine sehr viel feinere Diskretisierung. Dies betraf insbesondere die Bereiche der Zu- und Abluftçffnungen der haustechnischen Anlagen. Das Luftvolumen wurde in mehrere Zonen unterteilt, fr die im Rahmen der Berechnungen jeweils Quellterme angesetzt wurden. Die Verdunstung durch die Pflanzen sowie das ber die Hochdruck-Nebelanlage eingebrachte und verdunstende Wasser wurden auf diese Weise bercksichtigt. Die im Rahmen der Verdunstung bençtigte Verdampfungswrme wurde ebenfalls als Quellterm in Ansatz gebracht. Neben dem Luftvolumen erfolgte eine Diskretisierung der Randbeete, der Gehwege, des großen Mittelbeetes sowie – bei den dreidimensionalen Berechnungen – der Umfassungsbauteile der Felsenlandschaft. Die Luft wurde als Gemisch aus trockener Luft und Wasserdampf betrachtet. Die Luftdichte wurde in diesem Zusammenhang in Abhngigkeit der Temperatur und des Gehaltes an Wasserdampf auf Basis der thermischen Zustandsgleichung fr ein ideales Gas berechnet (vgl. Bild 12).Die Berechnung erfolgte instationr auf Basis der Navier-Stokes-Differenzialgleichungen. Es wurden fr jedes finite Volumen die Bilanzgleichungen fr Masse, Impuls in x, y und z-Richtung, Energie und Stoffkonzentration (Feuchte) aufgestellt und iterativ gelçst. Hinzu kamen zwei weitere partielle Differenzialgleichungen fr die turbulenten Transportgrçßen. In einem Zeitschritt ergeben sich somit 8 Unbekannte fr jedes finite Volumen der Raumluft. Fr die Festkçrper (Gehwege, Erdreich) wurde die Fourier-Differenzialgleichung gelçst; hierbei stellt die Temperatur die einzige Unbekannte dar. Luft- und Festkçrper-Volumina wurden durch Randbedingungen miteinander gekoppelt, sodass der konvektive Wrmebergang bercksichtigt wurde. Aufgrund der vergleichsweise geringen speicherfhigen Masse im Tropenhaus (die Pflanzen wurden in dieser Hinsicht nicht bercksichtigt) war es zur Vermeidung langer Rechenzeiten zweckmßig, fr jeden Lastfall – soweit mçglich – zunchst eine stationre Lçsung zu berechnen. In einigen Fllen war dies aufgrund der Schwierigkeit, fr stark auftriebsbeeinflusste Strçmungen eine Konvergenz zu erzielen, nur ansatzweise mçglich. Die Lçsung der stationren Berechnung wurde dann als Anfangsbedingung der jeweiligen instationren Berechnung verwendet. Im Rahmen der instationren Berechnung einer Strçmung infolge freier Konvektion stellt die Zeitschrittweite ein wesentliches Kriterium im Hinblick auf die Erzielung von Konvergenz dar. Im vorliegenden Fall betrug die maximal mçgliche Zeitschrittweite etwa 5 Sekunden. Die Berechnungen wurden auf einem leistungsfhigen PC durchgefhrt, wobei im Fall der dreidimensionalen Betrachtungen die Rechenzeit die jeweils simulierte Zeit berschritt. Daraus wird deutlich,

Betriebliche Energieeinsparpotenziale

409

Bild 22. Drahtmodell des dreidimensional modellierten Großen Tropenhauses

Bild 23. Gittermodell des dreidimensional modellierten Großen Tropenhauses in isometrischer Ansicht

dass entsprechende Berechnungen lediglich fr interessierende exemplarische Randbedingungen durchgefhrt werden kçnnen; die Betrachtung eines Jahreszyklus – wie etwa im Rahmen einer Gebudesimulation – ist nicht ohne Weiteres mçglich und aus bauphysikalischer Sicht auch nicht zweckmßig. 6.2.2

Randbedingungen der Berechnungen

Gemß dem zuvor beschriebenen Konzept wurden zwei Extremflle (kalte, wolkenlose Winternacht und heißer, wolkenloser Sommertag mit intensiver solarer Einstrahlung) sowie ein weiterer Lastfall betrachtet, bei dem hinsichtlich der Temperatur der Außenluft sowie der solaren Einstrahlung Durchschnittswerte eines Jahres angesetzt wurden (entsprechend etwa einem Tag zur Tag-Nacht-Gleiche). Fr den Lastfall „Winter“ wurde in Anlehnung an die DIN EN 12831 [4] ein Tag im Januar betrachtet. Hierbei

erfolgte fr den dreidimensionalen Fall die Berechnung fr die Stunden vor Sonnenaufgang (3.00 Uhr bis 5.00 Uhr), in denen die Lufttemperatur minimal ist. Fr den Lastfall „Jahresmittel“ wurden die in der DIN 4710 [5] angegebenen Durchschnittswerte der Temperatur der Außenluft eines Jahres bercksichtigt. Diese entsprechen etwa dem Klima der Monate April oder Oktober. Die Berechnung des Tagesgangs der Sonnenhçhe erfolgte fr einen Tag im April. Fr den Lastfall „Sommer“ wurde in Anlehnung an die VDI 2078 [6] ein Tag im Juli betrachtet, der eine sehr hohe Lufttemperatur aufweist. Hinsichtlich der Trbung der Atmosphre wurde der Mittelwert des Monats Juli abzglich der Standardabweichung angesetzt. Hieraus resultiert eine berdurchschnittliche kurzwellige Bestrahlung. Es wurden fr die dreidimensionalen Berechnungen die Mittagsstunden (12.00 Uhr bis 14.00 Uhr) des Tages bercksichtigt, da zu diesem Zeitpunkt Temperatur und kurzwellige Strahlung maximal sind.

410

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

Um den Einfluss einer nchtlichen Fensterlftung zu quantifizieren, wurden auf Basis des zweidimensionalen Modells Berechnungen bis 9.00 Uhr des folgenden Tages vorgenommen. 6.2.3

Ergebnisse der Berechnungen

Die Berechnungen zum Lastfall „Winter“ ergaben, dass mittels der Umlufttrme eine Verringerung des vertikalen Temperaturgradienten und damit eine effizientere Beheizung des Tropenhauses erzielt werden kann. In denjenigen Bereichen der Gebudehlle, in denen sich keine Luftauslsse der haustechnischen Anlagen befinden, sind abfallende Kaltluftstrçme vorhanden. Bild 24 zeigt die berechneten Temperaturen und Strçmungsvektoren zu einem Zeitpunkt kurz vor Sonnenaufgang. In Bild 25 ist erkennbar, dass bei den angesetzten extremen Randbedingungen die Taupunkttemperatur im Bereich der Gebudehlle unterschritten wird; in die-

sem Fall wird sich also zeitlich begrenzt Tauwasser an der Verglasung bilden. Die Berechnungen zum Lastfall „Jahresmittel“ ergaben, dass aufgrund der solaren Einstrahlung tagsber eine deutliche Erhçhung der Raumlufttemperatur festzustellen ist. Dies trifft auch bei einem Betrieb der Umlufttrme mit Wrmerckgewinnung zu, sodass bei entsprechender solarer Einstrahlung sogar eine natrliche Belftung vorgenommen werden kann. Fr den Lastfall „Sommer“ ergaben die Berechnungen, dass infolge der vorgesehenen Lftungsçffnungen auch bei intensiver solarer Einstrahlung keine schdliche berhitzung des Tropenhauses auftritt. Die Temperatur der Raumluft ist zwar zeitweise deutlich hçher als die Temperatur der Außenluft. Die Wrmeenergie kann jedoch berwiegend durch freie Lftung abgefhrt werden, wobei allerdings hohe Luftgeschwindigkeiten (çrtlich bis zu etwa 3,5 m/s) im Bereich der Gebudehlle auftreten. Bild 26 zeigt die berechneten Temperaturen

Bild 24. Lastfall „Winter“: berechnetes Temperatur- und Strçmungsfeld (Fassadenheizung im Betrieb, Nebelanlage nicht im Betrieb, Umluftzufuhr ber Umluftturm)

Bild 25. Lastfall „Winter“: berechnetes Feld der relativen Feuchte (Fassadenheizung im Betrieb, Nebelanlage nicht im Betrieb, Umluftzufuhr ber Umluftturm)

Betriebliche Energieeinsparpotenziale

411

Bild 26. Lastfall „Sommer“: berechnetes Temperatur- und Strçmungsfeld (alle Fenster geçffnet, Nebelanlage nicht im Betrieb)

Bild 27. Lastfall „Sommer“: berechnetes Feld der relativen Feuchte (alle Fenster geçffnet, Nebelanlage nicht im Betrieb)

und Strçmungsvektoren nach dem Mittag des betrachteten Tages. Die relative Luftfeuchte im Tropenhaus wird im Sommer maßgeblich durch die freie Lftung bestimmt; die entsprechenden Werte unterschreiten die Vorgaben der Botaniker dann deutlich (Bild 27). Es ist zur Erzielung der geforderten Luftfeuchte insofern zwingend der Einsatz der Hochdruck-Nebelanlage erforderlich. 6.3

Bewertung der Berechnungen

Whrend des Winters sind die Umlufttrme in zweierlei Hinsicht zweckmßig: Einerseits bewirken sie durch den Transport warmer Luft aus dem oberen Bereich des Raumvolumens in den unteren Bereich eine Verringerung des vertikalen Temperaturgradienten. Auf diese Weise wird die aufwrts gerichtete freie und erzwungene Konvektion entlang der Gebudehlle untersttzt, die im Hinblick auf die Tauwasserfreiheit wn-

schenswert ist (vgl. Bild 19). Andererseits wird durch die Umwlzung der Luft verhindert, dass die Temperatur çrtlich in einem wesentlichen Maße ber die SollTemperatur ansteigt; dies bedeutet eine grçßere energetische Effizienz sowohl hinsichtlich der Transmissionswrmeverluste als auch der Lftungswrmeverluste infolge Infiltration. Im Laufe der bergangszeiten zwischen Winter und Sommer (Frhjahr und Herbst) haben die Berechnungen die Prognose besttigt, dass ein Umluftbetrieb der Trme mit Wrmerckgewinnung mçglich und zweckmßig ist. Das hohe Raumvolumen und der sich infolgedessen einstellende vertikale Temperaturgradient kçnnen so gezielt zur energetisch effizienten, zeitverzçgerten Nutzung berschssiger solarer Wrmegewinne eingesetzt werden. Whrend des Sommers wird das Raumklima im Tropenhaus bei geçffneten Fenstern wesentlich durch die freie Lftung bestimmt. Die Temperatur der Innenluft ber-

412

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

Bild 28. Blick auf die Umlufttrme im Großen Tropenhaus nach der Grundsanierung

steigt diejenige der Außenluft „nur“ um bis zu etwa 8 bis 10 K. Der Verzicht auf eine anlagentechnische Khlung wird jedoch mit den vergleichsweise hohen Strçmungsgeschwindigkeiten im Bereich der Gebudehlle erkauft. Zudem mussten smtliche Zugnge zum Tropenhaus mit Schleusen ausgestattet werden, um bei Fensterlftung keine unbehaglichen Strçmungsgeschwindigkeiten durch die geçffneten Tren zu erhalten. 6.4

Bauliche Umsetzung

Die Errichtung zweier Umlufttrme im denkmalgeschtzten Großen Tropenhaus stellt einen erheblichen baulichen Eingriff in den Bestand dar. Die Trme wurden jedoch als abgestorbene Baumriesen „getarnt“

Bild 29. Blick auf Dsen der Hochdruck-Nebelanlage bei einem Umluftturm

und beeintrchtigen insofern weder in botanischer, noch in architektonischer oder denkmalpflegerischer Hinsicht das visuelle Erscheinungsbild des Großen Tropenhauses nach der Grundsanierung. Bild 28 zeigt die beiden Umlufttrme. Auch die weitere – fr den Besucher wahrnehmbare – Anlagentechnik wurde derart in den Ausbau integriert, dass eine optische Beeintrchtigung nicht gegeben ist (Bild 29) und der Besucher sich auch in dem nunmehr energetisch optimierten Großen Tropenhaus uneingeschrnkt dessen Bestimmung, nmlich der Besichtigung und Bewunderung der tropischen Pflanzen, widmen kann.

7

Zusammenfassung

Das nunmehr ber 100 Jahre alte und unter Denkmalschutz stehende Große Tropenhaus im Botanischen Garten Berlin wurde einer grundlegenden Sanierung unterzogen. Im Fokus stand hierbei die Vorgabe, den Energiebedarf mindestens zu halbieren. Zudem bestand die Forderung nach einer weitestgehenden Vermeidung der Bildung von Oberflchentauwasser an der Gebudehlle im Tropenhaus. Gleichzeitig wurden die Erwartungen der Botaniker hinsichtlich der Wachstumsbedingungen der Pflanzen gegenber dem Bestand deutlich angehoben, sodass infolge des angestrebten Raumklimas die entsprechenden Anforderungen an die Gebudehlle zustzlich verschrft wurden. Hinsichtlich der Bautechnik war insofern die Planung und Optimierung einer neuen Gebudehlle erforderlich, die unter Bercksichtigung von Architektur und Denkmalschutz insbesondere den Anforderungen hinsichtlich Energieeinsparung und Vermeidung einer Bildung von Oberflchentauwasser gerecht wurde. In dieser Hinsicht wurde eine Lçsung gefunden, bei der die Stahlrahmen der Gebudehlle als aktive Heizflche eingesetzt werden. Hierdurch wird ber die gesamte Gebudehlle das Tauwasserrisiko an den thermisch ungnstigsten Stellen – den Profilen und dem Glasrand-

Literatur

verbund – homogen und gezielt und somit energetisch gnstig weitestgehend vermieden. Darber hinaus bernimmt die Fassadenheizung einen Anteil der Heizlast und erhçht dadurch die Flexibilitt bei stark vernderlichem Außenklima und etwaigen Unterbrechungen der anderen Heizsysteme. Hinsichtlich des Betriebskonzeptes war es insbesondere erforderlich, den verschrften Anforderungen der Botaniker an das Raumklima gerecht zu werden und gleichzeitig durch eine mçglichst optimale Nutzung der solaren Wrmegewinne die geforderte Energieeinsparung mit zu ermçglichen. In diesem Zusammenhang wurde ein Konzept entwickelt, das mittels zweier als Urwaldbume getarnter Umlufttrme eine Ausnutzung der sich infolge freier Konvektion einstellenden vertikalen Temperaturschichtung im Großen Tropenhaus ermçglicht. Whrend des Winters wird auf diese Weise die aufwrts gerichtete freie und erzwungene Konvektion entlang der Gebudehlle untersttzt, die im Hinblick auf die Tauwasserfreiheit wnschenswert ist. Darber hinaus wird durch die Umwlzung der Luft verhindert, dass die Temperatur çrtlich in einem wesentlichen Maße ber die Soll-Temperatur ansteigt; dies bedeutet eine grçßere energetische Effizienz insbesondere hinsichtlich der Transmissionswrmeverluste. Im Laufe der bergangszeiten werden die Umlufttrme gezielt zur energetisch effizienten, zeitverzçgerten Nutzung berschssiger solarer Wrmegewinne mittels eines Latentwrmespeichers eingesetzt.

413

Die feierliche Wiedererçffnung des Großen Tropenhauses fand am 16. September 2009 statt. Insofern wird sich die mit der Grundsanierung erzielte Energieeinsparung in den folgenden Jahren auch unter Ansatz realer klimatischer Einwirkungen genau quantifizieren lassen. Auf Grundlage der vorgenommenen Planung lsst sich jedoch bereits jetzt klar feststellen: Energieeinsparung in einem Tropenhaus – kein Widerspruch!

8

Literatur

[1] HAAS Architekten BDA – Generalplaner + Architekten, Berlin. [2] Gçbelsmann, M.: Bestimmung des thermischen und hygrischen Zustands der Raumluft bei freier Konvektion. Dissertation TU Berlin, 2005. [3] Ansys: CFX – Computational Fluid Dynamics. [4] DIN EN 12831:2004-04: Heizsysteme in Gebuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast – Nationaler Anhang NA. [5] DIN 4710:2003-01: Statistiken meteorologischer Daten zur Berechnung des Energiebedarfs von heiz- und raumlufttechnischen Anlagen in Deutschland. [6] VDI 2078:1996-07: Berechnung der Khllast klimatisierter Rume (VDI-Khllastregeln).

414

D 3 Energieeinsparung in einem Tropenhaus – ein Widerspruch?

415

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt Wilfried Zapke

Prof. Dipl.-Ing. Wilfried Zapke Fachhochschule Hannover Institut fr Energie und Klimaschutz Stammestraße 115, 30459 Hannover Jahrgang 1945. Studium des Bauingenieurwesens an der Leibniz-Universitt Hannover, Diplom 1974. 1975–1977 Mitarbeiter in einem Ingenieurbro, 1977–1993 wissenschaftlicher Mitarbeiter und Abteilungsleiter im Institut fr Bauforschung e. V. in Hannover. Seit 1993 Professor an der Fachhochschule Hannover mit den Schwerpunkten Bauphysik, Baukonstruktion und Bauen im Bestand sowie Forschungsttigkeit. Mitglied in der Ingenieurkammer Niedersachsen, VDI; GIH und VFW. Zahlreiche Fachverçffentlichungen auf den Gebieten des Wrmeschutzes, der Energieeinsparung und des Bauens im Bestand. Leitbild: „Nichts ist so praktisch wie eine gute Theorie“ (Kurt Lewin).

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

416

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung

2

2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.6.5.1 2.6.5.2 2.6.5.3 2.6.5.4 2.6.5.5

Bestandsaufnahme und Messprogramm 418 Baukonstruktion 418 Heizung und Lftung 419 Beleuchtung 420 Wasser 420 Verbrauchserfassung aus Zhlerablesungen 421 Messdatenerfassung, Messdatenauswertung 421 Hallenbeleuchtung 421 Warmwasser 422 Hallentemperaturen 423 Gebudesimulation Ist-Zustand 423 Fazit 426 Baukonstruktion 426 Heizung 427 Lftung 427 Elektroinstallation 428 Wasserversorgung und Sanitrausstattung 428

3 3.1

Modulare Sanierungskonzepte Zur Systematik 428

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

417

3.2 3.3 3.4 3.5

Variante 0 – Instandsetzung 430 Sanierungsvariante I – EnEV 430 Sanierungsvariante II – „NEH im Bestand“ 431 Variante III – Passivhauselemente, bedarfsgerechte Fensterlftung, innovatives Abwassermanagement 432

4 4.1 4.2 4.3 4.4

Merkmale des Wrmedmmkonzeptes 434 Standardfall: Bauteile an Außenluft 434 Sonderfall: Bauteile an Erdreich 435 Simulation einer typischen Wintersituation 437 Simulation einer typischen Sommersituation 438

5 5.1 5.2

Energetische Qualittssicherung 439 Allgemeines 439 Luftdichtheitsmessung mittels „Blower-DoorTest“ 440 Gebudethermografie 441 berprfung des thermischen Verhaltens der Halle 443

5.3 5.4 6

Ausblick

445

7

Literatur

445

428

Einleitung

1

Einleitung

Bei lteren Sporthallen im Bestand gibt es bekanntermaßen einen enormen Sanierungsstau. Der schlechte Bauzustand durch unterbliebene Instandhaltung fhrt zu hohen Betriebskosten und zu teilweise extremen Energieverbruchen, die sich durch energetisch optimierte Sanierung drastisch reduzieren lassen. Gegenstand des Leuchtturm-Projektes „TV Bremen-Walle 1875“ war es, die bauliche und energetische Sanierung einer Sporthalle interdisziplinr geprgt so zu planen und umzusetzen, dass das Ergebnis als Modell fr eine Vielzahl weiterer anstehender Sporthallensanierungen dienen kann. Zu diesem Zweck hatte sich im Jahr 2004 ein Projektkonsortium gebildet, dem folgende Partner angehçrten: – BUME, Bro fr Umweltprojektmanagement und Energieberatung, Schwanewede, Dipl.-Soz.-Pd. Renate Bohrisch (Projektleitung, ffentlichkeitsarbeit, Finanzierungskonzept) – AWA-Ingenieure Dr. Bahlo & Ebeling, Uelzen, Dipl.-Ing. Bernd Ebeling (nachhaltiges Abwassermanagement) – dt +p Planungsgruppe und HK Planungsbro, Bremen, Dipl.-Ing. Harald Klein (Sanierungsplanung, Architektenleistung) – FH Hannover, Institut fr Energie und Klimaschutz, Prof. Dipl.-Ing. Wilfried Zapke (Baukonstruktion und Bauphysik, Wirtschaftlichkeit) – HS Bremen, Institut fr Informatik und Automation, Prof. Dr. -Ing. Manfred Mevenkamp (Messtechnik, Energiestrçme, Simulation) – PTG, Planungsbro Thomas Goldschmidt, Diepholz, Dipl.-Ing. Th. Goldschmidt (Sanitr, Heizung, Lftung) – IEB, Ingenieurbro fr Elektrotechnik GmbH, Lohne, Dipl.-Ing. Josef Bruns (Elektroinstallation, Beleuchtung) – HF Wiebe GmbH & Co. KG, Achim; Dipl.-Ing. Karsten Winkel (Beratung Sportstttenbau)

a) vor der Sanierung Bild 1. Sporthalle des TV Bremen-Walle 1875

417

– TV Bremen-Walle 1875, Dipl.-Ing. W. H. Walter, (1. Vorsitzender des TV Bremen 1875, Bauherr) Die 1979 als klassische 2-Feld-Sporthalle mit den lichten Sporthallenabmessungen 22,0 m · 44,0 m · 7,0 m erbaute Halle des TV Bremen-Walle war dringend sanierungsbedrftig. Das mit Berliner Welle eingedeckte Hallendach war undicht, die Steuerung fr die Heizungsanlage funktionierte nicht richtig, die Belftungsanlage arbeitete ineffizient und auch die Beleuchtungsregelung entsprach nicht den aktuellen Anforderungen. Mit Fçrdermitteln der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), der Stadt Bremen, der Klimaschutzagentur Bremer Energie-Konsens und des Bundesinstituts fr Sportwissenschaften wurde die Halle einer grundlegenden energetischen Sanierung unterzogen, wobei die Realisierung des Passivhausstandards im Fokus stand. Das Dach wurde komplett erneuert, die Außenwnde und Fundamente gedmmt, die Fenster ausgewechselt, eine moderne Heizungs- und Lftungstechnik sowie ein Lichtmanagement installiert. Ausgehend von einer detaillierten Bestandsaufnahme wurden diverse Sanierungsmodule generiert und zu drei Sanierungsvarianten verknpft, die sich jeweils in den Investitionskosten und der berechneten Einsparung bei Heizwrme, elektrischer Energie sowie Wasser unterschieden und Grundlage fr die Sanierungsentscheidung bildeten. Alle Sanierungsmodule wurden so entwickelt, dass sie sich problemlos auf andere Hallen bertragen lassen. Nach gut einem Jahr grundlegender Sanierung wurde die Sporthalle im August 2009 eingeweiht, nachdem insgesamt rund eine Million Euro investiert und die Halle whrend dieser Zeit auf einen mçglichst geringen Energieverbrauch getrimmt worden war. Im Vergleich zu frher bençtigte die Halle in der ersten Heizperiode rund 60 % weniger Heizenergie und Wasser und nur noch knapp die Hlfte des Stroms. Mithilfe eines permanenten Vorher-Nachher-Vergleichs der Energieverbruche im Zuge weiterer Untersuchungen und durch Optimierung der Steuerungstechnik sollen die Einsparungen noch weiter gesteigert werden, sodass die Sporthalle des TV-Bremen-Walle infolge der wrmetech-

b) nach der Sanierung

418

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

nischen Ertchtigung der Bausubstanz und der intelligenten Heizungs- und Lftungstechnik eine der energieeffizientesten und damit klimafreundlichsten Altbau-Sporthallen Deutschlands ist.

2

Bestandsaufnahme und Messprogramm

2.1

Baukonstruktion

Bei der Halle des TV Bremen 1875 handelt es sich um eine 2-Feld-Halle (21,00 m · 42,00 m) in relativ kompakter Bauweise. ber den Umkleide- und Funktionsrumen im Erdgeschoss liegen im Obergeschoss das Vereinsbro, ein Regieraum, ein Gymnastikraum und das Vereinslokal. Grundelement der Tragkonstruktion ist ein StahlbetonSkelett mit eingehngten Fertigwandelementen aus Porenbeton; im Bereich der Nebenrume besteht die Giebelwand aus zweischaligem Mauerwerk. Das unter 10 geneigte, undichte Satteldach ist mit asbesthaltigem Welleternit eingedeckt. ber ein im First angeordnetes Lichtband wird die Halle mit Tageslicht versorgt. Auf der leicht wrmegedmmten Bodenplatte aus Stahlbeton befindet sich ein nur wenige Jahre alter Schwingboden, in den Nebenrumen ein schwimmender Estrich mit unterschiedlichem Bodenbelag. Fenster besitzt die Sporthalle nur an der Sdwest-Lngsseite; es handelt sich um Aluminiumfester mit thermisch getrennten Profilen und Zweischeiben-Isolierverglasung. Die Eingangstr besteht aus bruchsicherem Einfachglas. Die Ergebnisse der Bestandaufnahme wurden in Raumbchern fr Hochbau und technische Gebudeausrstung dokumentiert und die Bauteilaufbauten in einem Bauteilkatalog mit den ermittelten U-Werten dargestellt. Einen kurzen berblick gibt Tabelle 1. Die Auswertung der aufgenommenen Daten zeigte, dass das Gebude insgesamt einen schlechten Dmmstandard aufweist, wenngleich die Anforderungen der damals gltigen EnEV an den Dmmstandard von „Nichtwohngebuden mit niedrigen Temperaturen“ erfllt wurden. Neben den blichen Instrumenten der Bestandsaufnahme wie Begehung, Sichtung von Unterlagen, Befragung der Betreiber wurden verfeinerte Methoden der Bestandsaufnahme angewandt: Hier lieferten Schadstoffmessungen, Thermografieuntersuchungen, Feuchtemessungen und Endoskopien Ergebnisse, die das Bild im Hinblick auf die Sanierungsmçglichkeiten und -notwendigkeiten gegenber einer bloßen Inaugenscheinnahme deutlich vernderten. Zum Zeitpunkt der Errichtung der Halle wurden Baustoffe verwendet, deren gesundheitsgefhrdende Wirkung erst nach und nach erkannt worden ist. So ist die fachgerechte Entsorgung der asbesthaltigen Dacheindeckung ein MUSS bei der Sanierung. Doch wie sieht es im Innenraum aus? Gezielt gesucht wurde nach: – PCB in den Dichtungsmassen der Außenwnde,

Tabelle 1. Wrmedurchgangskoeffizienten der Bauteile der wrmebertragenden Umfassungsflche Bauteil

U-Wert

Außenwnde (Regelausfhrung): Porenbeton-Wandplatten unterschiedlicher Dicke mit vorgesetzten Stahlbetonsttzen

0,31 W/m±K (Erdreich) bis 1,01 W/m±K

giebelseitige Außenwnde der 0,58 W/m±K Nebenrume: 2-schaliges Verblendmauerwerk mit 4 cm Wrmedmmung und 2 cm Luftschicht (HEGO-Luftschichtplatte) Hallendach: Asbestzementplatten (Berliner Welle), schlecht gedmmt und undicht

0,61 W/m±K

Hallenboden: Doppelschwingboden mit 4 cm Wrmedmmung, 1995 erneuert

0,56 W/m±K

Sohle Nebenrume: schwimmender Estrich mit unterschiedlichen Fußbodenbelgen

0,95 W/m±K

Lichtband (5,40 m · 24,00 m)

1,85 W/m±K

Fenster / Eingangstr

3,4 W/m±K / 5,2 W/m±K

– TCEP und TCPP (Flammschutzmittel und Weichmacher) im PU-Schaum des Prallschutzes, – Insektiziden oder Weichmachern im Teppichboden, – Schimmel wegen der Wasserflecken an der Dachunterseite und des auffallend modrigen Geruchs. Die Inspektion ergab: PCB konnte nicht nachgewiesen werden. Insektizide und Weichmacher wurden in geringer, aber unbedenklicher Konzentration gefunden. Hingegen ist die Konzentration an TCEP recht hoch. Da dieser Stoff unter anderem im Verdacht steht, Krebs auszulçsen, wird im Sinne einer Gefhrdungsminimierung ein Austausch des Prallschutzes im Zuge der Sanierung empfohlen.

Bild 2. Feuchtschaden auf der Dachunterseite

Bestandsaufnahme und Messprogramm

419

Bild 3. Wrmebrckenwirkung im Bereich der Frostschrze und der Fenster

Bild 4. Wrmebrckenwirkung am bergang Lichtband zur Dacheindeckung

Wie die sichtbare Feuchteeinwirkung im Bereich der abgehngten Decke (Bild 2) bereits vermuten ließ, war im Bereich der Wasserflecken ein unmittelbarer Pilzbefall vorhanden. Dass sich dieser nicht in der Raumluft widerspiegelte, ist dem berwiegend verborgenen Wachstum ber der abgehngten Decke geschuldet. Die Thermografieuntersuchungen, die an einem kalten Mrzmorgen bei einer Außentemperatur von ca. – 4 C durchgefhrt wurden, dokumentierten eklatante Wrmebrcken (Bilder 3 und 4). 2.2

Heizung und Lftung

Die Beheizung des Gebudes erfolgt ber einen ErdgasNiedertemperaturkessel aus dem Jahr 1994 mit einer Leistung von 225 kW. Es handelt sich um eine PumpenWarmwasserheizung mit 4 Heizkreisen. Der Hallenbereich wird durch zwei Umluftanlagen und eine Zuluftanlage mit reinem Außenluftbetrieb beheizt und gelftet; hier besteht erheblicher Handlungsbedarf, da zwar die installierte Heizleistung der vorhandenen Lftungsgerte den erforderlichen Wrmebedarf um den Faktor 5 bertrifft, die erforderliche Raumtemperatur im Aufenthaltsbereich der Sportler jedoch bei bestimmten Außentemperaturen dennoch nicht erreicht wird. Die Nebenrume fr den Sportbetrieb werden mit einer Zu- und Abluftanlage beheizt und gelftet. Als Zuluft

wird die vortemperierte Hallenluft eingespeist und anschließend am Zuluftheizregister auf die erforderliche Zulufttemperatur angehoben. Das Heizungs- und Lftungssystem der Nebenrume entspricht etwa dem Lftungs- und Wrmebedarf. Eine fr diese Halle geforderte individuelle Einstellung der einzelnen Rume ist aufgrund fehlender technischer Einrichtungen zur raumweisen Anpassung der Zulufttemperatur bzw. der Zuluftmenge nicht mçglich (Bild 5). Die vorhandene Regelungstechnik ist de facto nicht mehr existent. Es gibt nur noch die Wahl zwischen den Zustnden AN oder AUS. Die Beheizung der Halle sowie der Umkleiderume und der Sanitreinrichtungen erfolgt ber eine Luftheizung (2 Kreise). Die Rume im Obergeschoss werden konventionell ber Radiatoren beheizt, whrend der 4. Heizkreis einen Brauchwasserspeicher mit 488 l Inhalt erwrmt. Legt man die fr den Ist-Zustand berechnete erforderliche Kesselleistung von 147,34 kW zugrunde ist, die installierte Kesselleistung von 225 kW um 52 % berdimensioniert. Die Umwlzpumpen der 4 Heizkreise wurden zwar in den 1990iger-Jahren erneuert, sind aber dennoch berdimensioniert, weil die tatschlich bençtigten Wassermengen nicht berprft wurden. Alle statischen Heizflchen sind bereits mit Thermostatventilen zur individuellen Raumtemperaturregelung ausgestattet, sodass hier kein Handlungsbedarf besteht.

420

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Modellhafte Sanierung Sporthalle TV Bremen 1875 Raumbuch Technik

Raumbezeichnung: Halle zweiteilbar

Raum-Nr.: 0.01

Bauteil

Ausfhrung/Bestandsaufnahme

Bemerkungen

Heizungsinstallation/ Lftungsinstallation

Abluft: 4 · Gitter 225/1025 mm 2 · Gitter 225/525 mm Zuluft:

13 · Gitter 225/525 mm 13 · Gitter 125/525 mm Raumthermostat

Sanitrinstallation

–

Elektroinstallation

–

Bild 5. Raumbuch (auszugsweise)

2.3

Beleuchtung

Die Halle wird durch das Oberlichtband gut mit Tageslicht versorgt. Die knstliche Beleuchtung erfolgt mit 48 Leuchten 4 Rçhren (VVG) 71 Watt. Trotz einer Leistung von 13.632 W/h werden allerdings die erforderlichen 200 Lux nicht erreicht. Fr die Beleuchtung der Halle und Umkleiden gibt es eine zentrale Freischaltung. Die Notbeleuchtung der Rettungswege fehlt; Unterverteilung, Leuchten und Schalter sind defekt. Die Zweifeldhalle ist quer teilbar, die Beleuchtung aber lngs verkabelt, sodass auch bei teilweiser Nutzung die gesamte Hallenbeleuchtung eingeschaltet werden muss. 2.4

Wasser

Die vorhandene Sanitrausstattung der Sporthalle stellt im Wesentlichen den Stand der Technik zum Zeitpunkt der Errichtung dar, der jedoch den heutigen Ansprchen an den sparsamen Umgang mit Trinkwasser und an die

Trinkwasserhygiene nicht mehr gengt. So sind alle Waschbecken mit Zweigriffarmaturen fr die Zapfung von Kalt- und Warmwasser ausgestattet, die keine selbstttige Unterbrechung des Zapfvorgangs ermçglichen. Auch sind die vorhandenen Stand-WC-Becken mit Splksten ohne Spl-/Stopp-Funktion bzw. Zweimengensplung ausgestattet. Alle Urinalbecken sind mit Aufputz-Drucksplern fr Handbettigung ausgestattet. Die Duschrume verfgen bereits ber Duscharmaturen mit Selbstschlussfunktion; jedoch sind auch hier bereits einige Armaturen defekt, sodass aufgrund durchlaufender Duscharmaturen erhebliche, aber vermeidbare Verluste an Trinkwasser und Heizenergie auftreten. Auch die vorhandenen Duschkçpfe entsprechen mit Wasserdurchlaufmengen von ca. 20 l/min nicht mehr der heutigen Auffassung fr einen verantwortungsvollen Umgang mit Wasser. Schließlich ist die vorhandene Sanitrinstallation aufgrund ihrer Konstruktion nicht in der Lage, den gesetzlich geforderten Legionellenschutz zu gewhrleisten.

Bestandsaufnahme und Messprogramm

421

Tabelle 2. Verbrauchsdaten fr Heizenergie und Strom Verbrauchsjahr

Verbrauch kWh

Gradtagzahl K/d

Verbrauch kWh/Gt

Strom kWh

Lastspitzen kW

Wasser m

2000

249.274

3.318

75,13

68.407

24

716

2001

401.791

3.698

108,65

86.112

32

553

2002

346.184

3.546

97,63

89.475

32

814

2003

344.658

3.673

93,84

84.710

31

758

2004

302.830

3.685

82,18

83.539

32

650

2005

217.611

3.630

59,95

k. A.

29

704

2.5

Verbrauchserfassung aus Zhlerablesungen

Der Gasverbrauch im Jahr 2000 lag bei knapp 26.000 m und stieg zum Jahr 2001 auf fast 42.000 m, was einer Steigerung von ber 60 % entsprach. Die Analyse des Stromverbrauchs im gleichen Zeitraum ergab eine Steigerung des Stromverbrauchs von 68.407 kWh um 26 % auf 86.112 kWh. Ebenfalls auffllig war der sprunghafte Anstieg der Lastspitzen von 24 auf 32 kW. Daraus kann geschlossen werden, dass vermutlich mehrere Verbraucher unbemerkt gleichzeitig liefen. Der Grund fr die Verbrauchssenkung im Jahr 2005 drfte damit zu erklren sein, dass im Herbst 2004 ein automatisch arbeitendes Messsystem installiert worden ist, mit dessen Hilfe die Hochschule Bremen Messdaten ber die Energiestrçme im Verhltnis zu den Wetterdaten und der Nutzung der Halle erfasst. In diesem Kontext wurde der Durchfluss im Heizkreis der Halle von vorher knapp 7 m3/h auf unter 6 m3/h gedrosselt. Die Verbrauchsdaten fr Wasser weisen aus, dass der durchschnittliche tgliche Wasserverbrauch zwischen 1,6 und 2,1 m3 schwankte. 2.6

Messdatenerfassung, Messdatenauswertung

ber die Datenerfassung des automatischen Messsystems hinaus wurden die Zhlerstnde der Gesamtver-

brauchszhler durch Personal des TV 1875 regelmßig abgelesen. Dadurch konnten zustzlich zu den eher unspezifischen Jahresverbrauchsabrechnungen (s. oben) genauere Verbrauchsdaten bei – Gas, – Wasser Gesamtverbrauch, – Strom Außenanlagen (Pumpe), – Strom Gaststtte und – Strom Halle Gesamtverbrauch ermittelt werden. 2.6.1

Hallenbeleuchtung

Aufgrund der hohen Impulsrate des Hallenstromzhlers (1000 Impulse/kWh bei bis zu 12 kW Spitzenstromverbrauch der Hallenbeleuchtung) musste ein Frequenzteiler zur Anpassung an die Datenerfassungsrate des Messdatenerfassungssystems eingebaut werden. Gleichzeitig wurde ein Filter zur Reduktion der Einstreuungen eingebaut. Erst nach diesem Umbau startete die Strommessdatenerfassung am 6. 1. 2005 bei Zhlerstnden von 11.917 kWh (Halle) und 2181 kWh (Nebenrume). Der Gesamtverbrauch fr die Hallenbeleuchtung im Zeitraum 6.1.05 bis 31.3.05 betrug 8.821 kWh, also durchschnittlich etwa 104 kWh pro Tag. Bild 6 zeigt den Verlauf des elektrischen Energiebedarfs der Hallenbeleuchtung im ersten Vierteljahr 2005.

Bild 6. Stromverbrauch der Hallenbeleuchtung 6.1.05–31.3.05

422

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 7. Wochenverlufe des Stromverbrauchs der Hallenbeleuchtung (Viertelstundenwerte in [kWh]) im Februar 2005 (Jede Zeile beginnt mit einem Dienstag und endet mit dem Montag)

Es ergibt sich ein ber den Erfassungszeitraum relativ gleichmßiger Verlauf. ber die Ostertage war der Verbrauch geringer, was am etwas flacheren Anstieg der Kurve in den letzten 10 Mrztagen zu erkennen ist. Fr den Monat Februar wurden aus den Messdaten des Stromverbrauchs fr die Hallenbeleuchtung Viertelstunden-Mittelwerte der Leistung berechnet. Wochenweise dargestellt erkennt man das typische Nutzungsprofil der Halle. Der Verbrauch beim Betrieb der Halle liegt jeweils bei 3 kWh je Viertelstunde (Bild 7). 2.6.2

Warmwasser

Das Messdatenerfassungssystem lieferte fr die detaillierte Bestimmung des Warmwasserverbrauchs Mess-

werte der Vorlauf- und Zirkulationsvolumenstrçme sowie der Temperaturen von Kaltwasserzulauf, Warmwasservorlauf und Zirkulationsrcklauf am Brauchwasserspeicher. Aus den Daten wurden im Messprogramm die Wrmestrçme und Wrmemengen im Vorlauf (Nutzenergie) und auf der Zirkulationsleitung (Verluste) berechnet. Bild 8 zeigt die Monatssummen dieser Wrmemengen fr die Monate Januar bis November 2005. Der dargestellte Gesamtwrmebedarf umfasst die Summe aus der Nutzwrme an den Duschen und den Zirkulationsverlusten. Nicht enthalten sind die Speicherverluste, die wegen eines Fehlers des Wrmezhlers im Warmwasserheizkreis, der im Verlauf des Projektes nicht behoben werden konnte, nicht erfasst wurden.

Bestandsaufnahme und Messprogramm

423

Bild 8. Jahresgang des Warmwasser-Energieverbrauchs

Im Verlauf des Warmwasserenergieverbrauchs erkennt man eine Jahreszeitabhngigkeit mit einer Differenz zwischen Winter und Sommer von etwa 25 %, entsprechend ca. 400 bis 500 kWh/Monat. Das umgewlzte Zirkulationsvolumen betrgt mehr als 8000 Liter pro Tag. Die Zirkulation wird nur in den Nachtstunden abgeschaltet, sonst luft sie ohne Unterbrechung. Bei eingeschalteter Zirkulation stellt sich eine Temperaturdifferenz auf der Zirkulationsleitung von ca. 2,5 K ein. Damit ergibt sich eine Verlustwrmemenge von ca. 25 kWh pro Tag. 2.6.3

der Außenwnde. Bei freundlichem Wetter erreichen die Hallentemperaturen mehr als 20 C (Bild 10). Die Korrelation der Außentemperatur mit den nchtlichen Tiefstwerten und den Tag-Nacht-Schwankungen der Hallentemperaturen erkennt man im Monatsverlauf besonders deutlich (Bild 11). Wie erwhnt ist die Heizungsanlage in 4 Heizkreise unterteilt. Daher wurden zur detaillierten Erfassung der Wrmemengen in allen Heizkreisen Wrmemengenzhler installiert. Mit der automatischen Messdatenerfassung wurden im Jahresverlauf 2005 die in Bild 12 dargestellten Monatsverbruche gemessen.

Hallentemperaturen

Beim Vergleich der gemessenen Hallen- und Außentemperaturen zeigt sich eine starke Korrelation in Bezug auf Tag-Nacht-Temperaturschwankungen und nchtliche Tiefstwerte. In der Klteperiode Anfang Mrz 2005 sinken die Hallentemperaturen auf unter 14 C ab und erreichen erst gegen Mittag Werte, die einen sinnvollen Sportbetrieb gestatten (Bild 9). Auch bei hçheren Umgebungstemperaturen findet sich die starke Korrelation der Tag-Nacht-Schwankungen der Hallentemperatur mit der Außentemperatur. Diese ist ein deutlicher Hinweis auf schlechte Wrmedmmung und vergleichsweise geringe Speicherfhigkeit

2.6.4

Gebudesimulation Ist-Zustand

Im Rahmen des Projekts wurde der Jahresheizwrmebedarf mithilfe des Verfahrens gemß DIN V 18599 berechnet. Die dazu verwendeten Berechnungsalgorithmen erlaubten die hinreichend genaue Abschtzung der Energiebedarfsdifferenzen beim Vergleich von Sanierungsvarianten. Fragestellungen, bei denen das thermische Verhalten der Halle im Tagesverlauf eine Rolle spielt, wie z. B. die nchtliche Abkhlung und das Aufheizverhalten bei Nutzungsbeginn morgens oder die Ermittlung der Spitzentemperaturen im Zuge einer lngeren Hitzeperiode („Sommerfall“), erfordern dagegen Si-

424

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 9. Außentemperatur und Hallentemperaturen in einer Klteperiode

Bild 10. Hallentemperaturen bei milderen Temperaturen in der bergangszeit

Bestandsaufnahme und Messprogramm

Bild 11. Außen- und Hallentemperaturen im Monatsverlauf (Mrz 2005)

Bild 12. Monatliche Heizenergieverbruche an Wrmemengen im Jahresverlauf 2005

425

426

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 13. Außentemperatur und Heizleistung whrend der Klteperiode vom 3.02. bis 10. 02. 2005

mulationsrechnungen mit einem gengend detaillierten Modell des dynamischen Verhaltens der Hallentemperatur. Hierfr wurde die an der Hochschule Bremen verfgbare Standard-Simulationssoftware Matlab-Simulink eingesetzt. An dieser Stelle wird exemplarisch der simulierte Hallentemperaturverlauf auf der Grundlage der Messdaten fr die Außentemperatur und die Heizleistung in der Zeit vom 3.02. bis 10. 02. 2005 (Klteperiode) wiedergegeben (Bild 13). Er stimmt gut mit den gemessenen Werten berein, wobei fr die sonnigen Tage vom 5.02. bis 8.02.05 – in Anlehnung an die Hçhe der Temperaturanstiege im Tagesverlauf – Tagessummen der Einstrahlung von 1200, 1600, 2000 und 2400 Wh angesetzt wurden. Die Bodentemperatur des Erdreichs unter der Halle wurde mit 12 C angenommen. 2.6.5

Fazit

2.6.5.1 Baukonstruktion Der konstruktive Aufbau der Außenwnde ist in der Bausubstanz in Ordnung, entspricht aber den geltenden Wrmeschutzvorschriften nur mit Einschrnkungen. Der Zustand der Wnde wird daher zunchst in die Kategorie „Instandhaltung“ eingestuft. Mithin sind die nachfolgenden Maßnahmen erforderlich, um den Bestand zu sichern:

– Der Bewuchs ist zu entfernen. Beschdigte Beschichtungen des Wandaufbaus sind auszubessern. – Risse sind zu schließen. – Der Farbanstrich (vor allem der Porenbetonplatten) ist zu erneuern. – Die Verfugung zwischen den Platten muss zum Teil erneuert werden. Das Dach ist nach Alter und Zustand komplett sanierungsbedrftig. Nur die tragende Konstruktion aus Bindern und Sparrenpfetten ist davon ausgenommen. – Die Dacheindeckung besteht aus Asbestzementplatten und stellt somit eine potenzielle Gefahr dar. – Das Dach ist in der Oberflche stark verwittert und in den Eckbereichen sind die Dachtafeln zum Teil eingerissen. – Die Dacheindeckung ist undicht. Feuchtigkeitsschden sind sichtbar. – Die Glaswolledmmung (ca. 50 mm), die zwischen den Sparren eingebaut wurde, sollte ohnehin ausgewechselt werden (Einstufung als kanzerogen). Im Zuge der weiteren berlegungen ist allerdings die Tragfhigkeit der Dachkonstruktion unter Bercksichtigung der vernderten Belastung zu berprfen. – Die brettschichtverleimten Holzleimbinder weisen kleinere Querzugrisse auf. – Die Sparrenpfetten kçnnen – sofern erforderlich – zustzlich verstrkt werden.

Bestandsaufnahme und Messprogramm

Das Dachoberlichtband ist nach Alter und Zustand komplett sanierungsbedrftig. Es muss ersetzt werden. – Die Mehrkammerschalen des Oberlichtbandes sind oberseitig beschdigt. – Der Fußpunktanschluss des Oberlichtbandes ist ohne thermische Trennung ausgefhrt. Der Sportboden ist voll funktionsfhig. Akut liegt hier kein Handlungsbedarf vor. – Der Sportboden wurde 1995 im Rahmen seiner Sanierung mit einer 4 cm starken Dmmung versehen. Der Boden ist in einem guten Zustand. – Es ist zu prfen, ob die Berechnung nach DIN EN ISO 13370 Ansatzpunkte fr weitergehende Betrachtungen liefert. Der Zustand der Nebenraumbçden ist im Grundsatz zufriedenstellend. Hier sind nur kleinere Ausbesserungen erforderlich. – Die Oberflchen der Bodenbelge sowohl aus Linoleum wie auch die gefliesten Bereiche sind nur partiell auszubessern. – Es ist zu prfen, ob die Berechnung nach DIN EN ISO 13370 Ansatzpunkte fr weitergehende Betrachtungen liefert. Die Fenster- und Trelemente sind nach Alter und Zustand komplett sanierungsbedrftig. – Eine Reparatur der Fenster- und Trbeschlge ist nicht mçglich, da es dieses Fensterprogramm am Markt nicht mehr gibt. – Die Fenster- und Trelemente sind zum Teil undicht. Gummidichtungen liegen nicht an. 2.6.5.2 Heizung Allgemein: Die bestehende Wrmeerzeugungsanlage mit Verteilung ist in der Lage, das Gebude ausreichend mit Heizwrme zu versorgen. Aufgrund der errechneten Heizlast ist der vorhandene Wrmeerzeuger um ca. 52 % berdimensioniert. Der Heizkessel und die Verteilung befinden sich in einem relativ guten Zustand; auch die sichtbare Wrmedmmung ist bis auf die Lftungszentrale nahezu lckenlos vorhanden. Energieeffizienz: Die Anlage entspricht grundstzlich dem Stand der Technik. Der Wrmeerzeuger verfgt mit einem Abgasverlust von 6 % ber einen entsprechend hohen feuerungstechnischen Wirkungsgrad von 94 %, bezogen auf den unteren Heizwert und liegt somit 3 % ber dem gesetzlich vorgeschriebenen Mindestwert. Durch eine optimale Einstellung der vorhandenen Regelanlage, ist die Energieeffizienz noch steigerungsfhig. Aufgrund der konstruktiven Eigenschaften der vorhandenen Luftheizung im Hallenbereich, ist die Erreichung der erforderlichen Raumtemperatur bei Außentemperaturen unter 5 C nicht immer gegeben. Sportfunktionalitt: Die bestehende Luftheizung der Hallenbereiche ist aufgrund von Luftstrçmungen im Raum nicht fr alle Sportarten geeignet. Fr ruhigere Sportarten, wie z. B. Seniorensport oder Gymnastik im Liegen und Sitzen, ist dieses Beheizungssystem auf-

427

grund der Temperaturschichtung im Raum gnzlich ungeeignet. Lebensdauer: Die vorhandene Wrmeerzeugungsanlage unterliegt keinem gesetzlich geregelten maximalen Nutzungszeitraum. Bei Einhaltung der gesetzlichen Abgasverlustgrenzwerte und einer entsprechenden Wartung und Pflege kann die Anlage sicher noch 10 Jahre oder lnger betrieben werden. Wartungsaufwand: Der Wartungs- bzw. Reparaturaufwand wird sich aufgrund des Anlagenalters auf Dauer eher erhçhen als verringern. 2.6.5.3 Lftung Allgemein: Mit der effektiven Gesamt-Luftaustauschmenge von 3.300 m3/h stellt die Lftungsanlage den Außenluftbedarf fr 55 Sportler sicher. Aufgrund ihrer Konstruktion bzw. der Bauform der vorhandenen Luftaustrittsçffnungen wird mangels Eindringtiefe die geforderte Raumtemperatur im Aufenthaltsbereich der Sportler bei Außentemperaturen unter 5 C nicht immer erreicht. Die vorhandene Anlage ist somit nicht geeignet, die normativ geforderten Raum- und Behaglichkeitszustnde einzustellen und zu halten. Brandschutzklappen zur Trennung der Lftungszentrale vom brigen Hallenbereich fehlen gnzlich. Die vorhandene Regelung besteht nur noch aus EIN oder AUS. Energieeffizienz: Bedingt durch die Temperaturschichtung in der Halle befindet sich die wrmste Luftschicht unter dem wrmetechnisch schwchsten Bauteil des Gebudes, nmlich am Lichtband des Hallendaches; außerdem kçnnen, wie bereits dargestellt, im Aufenthaltsbereich der Sportler nicht immer behagliche Raumzustnde sichergestellt werden. Aufgrund dieser Tatsachen ist bei der vorhandenen Luftheizungsanlage ein effizienter Energieeinsatz nicht gegeben. Hinzu kommt das Fehlen einer Wrmerckgewinnung fr die Luftheizungsanlage der Nebenrume im Erdgeschoss. Hier wird die energiereiche Abluft der Nebenrume direkt an die Außenluft abgegeben. Die fehlende Energie zur Beheizung der Nebenrume muss dann durch den Heizkessel erzeugt und mittels Heizregister nachgefhrt werden. Sportfunktionalitt: Die bestehende Luftheizung der Hallenbereiche ist aufgrund von Luftstrçmungen im Raum nicht fr alle Sportarten geeignet. Fr ruhigere Sportarten, wie z. B. Seniorensport oder Gymnastik im Liegen und Sitzen, ist dieses Beheizungssystem aufgrund der Temperaturschichtung im Raum gnzlich ungeeignet. Die Luftheizung der Nebenrume hat auf die Sportfunktionalitt bezogen keine Bedeutung. Lebensdauer: Aufgrund des Gertezustands und des Anlagenalters ist eine Grundsanierung der Lftungsgerte dringend anzuraten; unter Umstnden stellt sich hierbei die Abgngigkeit einiger oder sogar aller vorhandenen Gerte heraus.

428

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Wartungsaufwand: Der Wartungsaufwand ist bei einer Luftheizung aufgrund der Vielzahl beweglicher und sicherheitstechnischer Bauteile gegenber anderen Systemen immer am hçchsten. Außerdem steigt er mit fortschreitendem Anlagenalter stetig an.

Bedienerfreundlichkeit: Die Bedienung der Armaturen und Sanitreinrichtungen ist fr jeden Nutzer einfach zu handhaben. Relativ selten vorkommende Bettigungsvarianten, wie Fuß- oder Knieventile, sind nicht vorhanden.

2.6.5.4 Elektroinstallation

Lebensdauer: Bei entsprechender Wartung und Pflege gibt es keine Einschrnkungen in der Lebensdauer.

Die Elektroinstallation entspricht nicht den heutigen Bestimmungen wie DIN-Vorschriften, VDE-Bestimmungen und dem Stand der Technik. Sie ist umstndlich zu bedienen. Die Aggregate sind nicht energieeffizient.

Wartungsaufwand: Aufgrund der recht einfachen Armaturenausstattung ist der Wartungsaufwand als gering einzustufen.

2.6.5.5 Wasserversorgung und Sanitrausstattung Allgemein: Die bestehende Trinkwasserversorgungsanlage ist in der Lage, fr alle Bereiche eine ausreichende Menge an Warm- und Kaltwasser zur Verfgung zu stellen. Aufgrund ihrer Konstruktion ist die vorhandene Sanitrinstallation nicht in der Lage, den gesetzlich geforderten Legionellenschutz zu gewhrleisten. Der Warmwasserbereiter und die sichtbaren Verteilleitungen sind optisch in einem recht guten Zustand. Die Wrmedmmung muss in Teilbereichen verbessert werden. Entsprechend der neuen Trinkwasserverordnung muss die Rohrleitungsfhrung den verschrften Bedingungen angepasst werden. Der nach DIN 1988 fr Anlagen aus metallenen Rohrleitungen vorgeschriebene Trinkwasserfilter fehlt. Energieeffizienz: Alle Duschstnde sind mit Selbstschlussarmaturen ausgestattet; jedoch sind einige bereits defekt und schließen nicht mehr vollstndig. Schlechter sieht es bei den Waschtischen aus. Hier sind keine wassersparenden Armaturen vorhanden; jedoch sind alle Einrichtungen grundstzlich funktionstchtig.

Bild 14. Systematik der Baubereiche

Aufgrund der starken Sanierungsbedrftigkeit der Halle war relativ schnell zu erkennen, dass die Einsparpotenziale bei Energie und Wasser Grçßenordnungen erreichen, die weit ber den Mçglichkeiten liegen, die man durch Nutzernderungen htte erreichen kçnnen. Insofern war eine umfassende energetische Sanierung die logische Konsequenz.

3

Modulare Sanierungskonzepte

3.1

Zur Systematik

Die sanierungsbeteiligten Planer lassen sich vereinfacht betrachtet den Bereichen „Hochbau“ und „Technische Gebudeausrstung“ zuordnen, whrend fr die praktische Umsetzung eine Unterteilung gemß nachfolgender Systematik folgt. Das bedeutet, dass die Sanierungsarbeiten zweckmßigerweise durch einen Generalunternehmer vorbereitet und ausgefhrt werden. Entsprechend dieser Systematik wurde bei der Vorbereitung und Festlegung geeigneter Sanierungsmçglichkeiten vorgegangen. Als bergeordnete Auswahlkriterien dienten einerseits die technische Machbarkeit und andererseits der einfache Gebudebetrieb (Sport-

Modulare Sanierungskonzepte

429

Tabelle 3. bersicht ber Wrmestandards Dmmstandard Status quo

Ertchtigung / Instandsetzung

EnEV

Die EnEV als die zurzeit gltige Vorschrift fr den Mindest-Wrmeschutz im Zuge von Sanierungsmaßnahmen

NEH

Niedrigenergiehaus-Standard im Bestand gemß Empfehlungen der Deutsche Energieagentur (DENA)

PH

Elemente des Passivhaus-Standards gemß der Vorgaben des Passivhausinstitutes Darmstadt

Tabelle 4. Zusammenhang zwischen Sanierungsmaßnahmen und Sanierungsmodulen Hochbaumodule

Technikmodule Heizung und Lftung

Technikmodule Elektroinstallation

Technikmodule Sanitrinstallation

Modul Ho 0

Modul HL 0

Modul E 0

Modul S 0

Instandsetzung

Reparatur, Maßnahmen zur Einhaltung der aktuellen sicherheitsrelevanten Vorschriften

Modul Ho 1

Modul HL 1

EnEV-Dmmstandard

Verbesserung der vorhandenen technischen Ausstattung

Modul Ho 2

Modul HL 2

Niedrig-Energie-Haus (Bestand)

Umsetzung Stand der Technik Wasserspar-Maßnahmen

Modul Ho 3

Modul HL 3

Passivhauselemente

Energieeffizientes Heizungs- und Lftungssystem, nachhaltiges Abwassermanagement

halle in eigener Regie) bei gleichzeitiger Betrachtung der Investitions- und Baunutzungskosten. Der Untergliederung in Hochbau und Technische Gebudeausrstung folgend werden nach Maßgabe der berlegungen zur energetischen Effizienzsteigerung neben einem auf notwendige Instandsetzungsmaßnahmen beschrnkten Ansatz insgesamt 3 Sanierungsstrategien verfolgt. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal im Hochbau ist der Bezug der definierten Module auf bestimmte Wrmedmmstandards (Tabelle 3), whrend die Module der TGA auf ein zunehmendes Niveau an technischer Qualitt unter den Gesichtspunkten Energieeffizienz und Nachhaltigkeit aufbauen. Damit werden, wie in Tabelle 4 dargestellt, modular zusammengesetzte Sanierungsbausteine mçglich, die entsprechend den jeweiligen Sanierungszielen zu homogenen Maßnahme- und Kostenpaketen kombiniert werden kçnnen. Die Unterteilung der Hochbaumodule nach Dmmstandards ist deshalb sinnvoll, weil die Berechnungen der Heizungs- und Lftungsanlagen auf Grundlage der erforderlichen Heizlast erfolgen. Diese Einteilung ist

Modul E 1

Modul E 2

Modul E 3

Modul S 1

Modul S 2

Modul S 3

auch deshalb sinnvoll, weil die einzelnen „Blçcke“ in der Regel von unterschiedlichen Fachingenieuren bearbeitet werden, die unter Abstimmung der gemeinsamen Schnittstellen parallel arbeiten kçnnen. Fr die Einschtzung der Effizienz der Sanierungsmaßnahmen ist neben den zu erwartenden Sanierungskosten die Einsparung an Energie maßgebend. Deren Ermittlung erfolgte nach DIN V 18599 „Energetische Bewertung von Gebuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Khlung, Lftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung“, und zwar mithilfe des gerade verçffentlichten Excel-Tools des IBP. Um die Situation des Einzelfalls so zutreffend wie mçglich erfassen zu kçnnen, war es notwendig, das Standardnutzungsprofil der DIN V 18599-10 in einigen Punkten zu modifizieren. Das trifft vor allem auf die Be- und Entlftung der Halle zu, die sich sowohl im Ist-Zustand als auch in den untersuchten Sanierungsvarianten aufgrund der hier angetroffenen Besonderheiten ber das Standardnutzungsprofil nicht hinreichend genau abbilden ließ.

430

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Tabelle 5. Instandsetzungsvariante Instandsetzungsvariante 0 Modul Ho 0

Modul HL 0

Modul E 0

Modul S 0

Instandsetzung

Reparaturen, Maßnahmen zur Einhaltung der geltenden sicherheitsrelevanten Vorschriften

Erhalt des baulichen Zustandes ohne zuDer technische Zustand wird erhalten. stzliche Dmmung, z. B. Dacherneuerung, Defekte Teile (Regelung) sind zu ersetzen. Haftungsrechtliche Vorschriften sind zu beachten. Fensterwartung Kosten Investitionskosten zum Erhalt des Gebudes

300.580,00 D

Kosten fr Gas, Strom, Wasser und Abwasser des zuknftigen Betriebs Wartungs- und Instandhaltungskosten des zuknftigen Betriebs

26.500,00 D 4.300,00 D

Die Folgekosten wurden auf der Basis der folgenden Daten (Kostenstand 2005) geschtzt. Arbeitspreis Strom: 0,18 D/kWh; Arbeitspreis: Gas 0,05 D/kWh; Arbeitspreis Wasser: 2,05 D/m3; Arbeitspreis Abwasser: 2,79 D/m3

Tabelle 6. Verbrauchsdaten

3.3

Energietrger

IST (2001–2004)

Variante 0 (wie 1999–2000)

Gas

348.870 kWh

250.000 kWh

Differenz zu IST Strom

28,2 % 80.660 kWh

Differenz zu IST

3.2

74.080 kWh 8,1 %

Variante 0 – Instandsetzung

Die Instandsetzungsvariante wurde untersucht, um im Wirtschaftlichkeitsvergleich der ausgearbeiteten Varianten die Kosten 1) gesondert bercksichtigen zu kçnnen, die bei einer reinen Instandsetzung einer Sporthalle ohnehin angefallen wren. Sie ist sozusagen die Nullvariante. Vorausgesetzt wird, dass das Gebude wieder in den Zustand versetzt wird, der zum Zeitpunkt der Errichtung geherrscht hat. Folglich werden Instandsetzungsmaßnahmen wie die Dacherneuerung und die unbedingt erforderlichen Reparaturen an der Haustechnik als Kosten angesetzt. Zudem muss diese Variante den aktuell geltenden Sicherheitsvorschriften gengen. Die zu erwartenden Energieverbruche nach Durchfhrung der oben beschriebenen Maßnahmen decken sich im Prinzip mit den bisherigen Verbrauchsdaten vor 2001, als die Regelung fr Lftung und Heizung noch funktionierte. Sie sind Tabelle 6 zu entnehmen.

1) „Sowieso-Kosten“ gegenber den zustzlichen Sanierungskosten gemß Sanierungsvarianten I bis III

Sanierungsvariante I – EnEV

Diese Variante fußt auf der geltenden Energieeinsparverordnung und der aktuellen Norm fr den Sportstttenbau und beinhaltet die dort vorgeschriebenen Anforderungen an Wrmedmmniveau und Belftung. Zustzlich zu den unter Modul Ho 0 genannten Maßnahmen soll das Gebude den Anforderungen der EnEV und der DIN 18042 gengen. Entsprechend wurden Vorgaben und Kosten fr Maßnahmen der Gebudeertchtigung errechnet, so z. B. eine erforderliche Dmmstrke von ca. 6 cm fr die Außenwand, 18 cm im Dach, Erneuerung der Fenster mit Zweischeiben-Isolierverglasung. Die Vorteile sind: – begrenztes Investitionsvolumen, – Wiederherstellung der Funktionsfhigkeit, – keine latenten haftungsrechtlichen Ansprche. Als Nachteile gelten: – geringe Einsparpotenziale, – unverndert hoher Wartungsaufwand, – keine nachhaltige Lçsung wegen in absehbarer Zeit zu erwartender Folgeinvestitionen, – verbleibende Problemzonen wie Wrmebrcke Außenwand/Fundament. In Anbetracht der Unsicherheit, die bei der Berechnung nach der DIN 18599 zum damaligen Zeitpunkt noch bestand, ist der zu erwartende Energiebedarf zustzlich auf der Grundlage angenommener Nutzungs- und Einschaltzeiten ermittelt worden. Dieser wurde dann mit den aktuellen Energiekosten bepreist und fr die Berechnung der zu erwartenden Nutzenergieeinsparung zugrunde gelegt. In Tabelle 9 sind die prozentualen Einsparpotenziale auf der Basis der Lastprofile fr diese Sanierungsvariante dargestellt.

431

Modulare Sanierungskonzepte Tabelle 7. Sanierungsvariante I Sanierungsvariante EnEV I Modul Ho 1

Modul HL 1

Modul E 1

Modul S 1

EnEV-Dmmstandard

Verbesserung der vorhandenen technischen Ausstattung

Außenwand WDVS Dacheindeckung KAL-ZIP Sportboden und Nebenraumboden nicht erneuern

Anpassung an geltende Vorschriften (z. B. Brandschutz) Luftkanal neu, Weitwurfdsen neue Regelung

Erneuerung der Elektroinstallation entsprechend der heutigen Vorschriften Anpassung der Elektroinstallation an die nderungen anderer Gewerke Austausch der Beleuchtungsanlage in der Halle

Instandsetzung der vorhandenen Anlagentechnik Maßnahmen nach TWVO Maßnahmen DVGW-W 551/553

Kosten Investitionskosten

529.520 D

Kosten fr Gas, Strom, Wasser und Abwasser des zuknftigen Betriebs

23.540 D

Wartungs- und Instandhaltungskosten des zuknftigen Betriebs

4.300 D

Die Folgekosten wurden auf der Basis der folgenden Daten geschtzt. Arbeitspreis Strom: 0,18 D/kWh; Arbeitspreis: Gas 0,05 D/kWh; Arbeitspreis Wasser: 2,05 D/m3; Arbeitspreis Abwasser: 2,79 D/m3

Tabelle 8. Energetische Kenngrçßen Sanierungsvariante I

Tabelle 9. Einsparpotenziale Variante I

Variante EnEV I

Energietrger

IST

Lastprofil I

Gas

348.870 kWh

188.420 kWh

80.660 kWh

57.430 kWh

Primrenergie

Nach DIN 18599 ermittelte Grçßen in kWh

Nach Lastprofil ermittelter Bedarf 1) in kWh

Differenz zu IST

633.030

Strom

Endenergie Heizung/RLT

357.735

Warmwasser

132.361

Beleuchtung

36.167

Hilfsenergien

18.387

Differenz zu IST

3.4

Nutzenergie Heizwrme

261.465

Khlbedarf

10.027

Warmwasser

108.125

165.970

22.448

1) Werte abweichend von der „Nutzenergie“ der DIN 18599

46 %

28,8 %

Sanierungsvariante II – „NEH 2) im Bestand“

Maßgabe fr diese Variante ist das Wirtschaftlichkeitsgebot. Handelsbliche Wrmedmmstoffe und -dicken werden mit einer technischen Gebudeausstattung auf dem „Stand der Technik“ kombiniert. Energiesparpotenziale sollen kostengnstig erschlossen werden. Die Vorteile sind: – Investition und Einsparpotenziale wirtschaftlich vertretbar. Als Nachteile gelten: – nicht unerheblicher Wartungsaufwand, – hoher Stromverbrauch durch Luftwechselrate gemß DIN 18042, – Folgekosten fr Wartung und Energie.

2) NEH: Niedrigenergiehaus; von der Deutschen Energieagentur empfohlener Dmmstandard fr Sanierung im Bestand

432

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Tabelle 10. Sanierungsvariante II Sanierungsvariante II Modul Ho 2

Modul HL 2

Modul E 2

Modul S 2

Niedrig-Energie-Haus

Stand der Technik wassersparender Maßnahmen

Außenwand WDVS Dacheindeckung KAL-ZIP Sportboden und Nebenraumboden nicht erneuern

Technikvariante angepasst an den gewhlten Dmmstandard Lftungsheizung mit Frischluftzufuhr ber Lftungsgert Zuluft fr den Duschbereich aus Halle Beheizung Duschbereich mit statischen Heizflchen

Energieeinsparung unter Kosten-/Nutzen-Prinzip Modul E 1 erweitert um hoch energieeffiziente Modernisierungsmaßnahmen: – Beleuchtungssteuerung durch Prsenzmelder – tageslichtabhngige Beleuchtungssteuerung – Steuerung der Heizung und Lftung unter Einsatz von Sensoren

Erneuerung der sanitren Einrichtungen Maßnahmen nach TWVO Maßnahmen DVGW-W 551/553 Einbau einer thermischen Solaranlage

Kosten Investitionskosten

740.327 D

Kosten fr Gas, Strom, Wasser und Abwasser des zuknftigen Betriebs

15.300 D

Wartungs- und Instandhaltungskosten des zuknftigen Betriebs

3.000 D

Die Folgekosten wurden auf der Basis der folgenden Daten geschtzt. Arbeitspreis Strom: 0,18 D/kWh; Arbeitspreis Gas: 0,05 D/kWh; Arbeitspreis Wasser: 2,05 D/m3; Arbeitspreis Abwasser: 2,79 D/m3

Tabelle 11. Energetische Kenngrçßen Sanierungsvariante II

Tabelle 12. Einsparpotenziale Variante II

Variante II NEH Stand der Technik

Nach DIN 18599 ermittelte Grçßen in kWh

Energietrger

IST

Lastprofil II

Gas

348.870 kWh

112.330 kWh

Primrenergie

596.873

Nach Lastprofil ermittelter Bedarf 1) in kWh

Differenz zu IST Strom

Endenergie Heizung/RLT

321.430

Warmwasser

132.398

Beleuchtung

36.167

Hilfsenergien

18.308

Heizwrme Khlbedarf

233.845

95.265

11.180

Warmwasser

108.125

17.066

Beleuchtung

36.167

13.221

824

23.754

Hilfsenergie Heizsystem Lufttransport

17.179

Warmwasser

305

80.660 kWh

Differenz zu IST

Nutzenergie

722

1) Werte abweichend von der „Nutzenergie“ der DIN 18599

67,8 % 37.670 kWh 53,3 %

In Anbetracht der Unsicherheit, die bei der Berechnung nach der DIN 18599 zum damaligen Zeitpunkt noch bestand, ist der zu erwartende Energiebedarf zustzlich auf der Grundlage angenommener Nutzungs- und Einschaltzeiten ermittelt worden. Dieser wurde dann mit den aktuellen Energiekosten bepreist und fr die Berechnung der zu erwartenden Nutzenergieeinsparung zugrunde gelegt. In Tabelle 12 sind die prozentualen Einsparpotenziale auf der Basis der Lastprofile bei dieser Sanierungsvariante dargestellt. 3.5

Variante III – Passivhauselemente, bedarfsgerechte Fensterlftung, innovatives Abwassermanagement

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sind die Maxime dieser Variante. Das Konzept der natrlichen und be-

Modulare Sanierungskonzepte

darfsgerechten Lftung vermeidet den Einsatz von Hilfsenergie weitestgehend. Die Folgekosten fr Wartung und Energieeinsatz sind minimiert. Urinseparation und WRG aus Grauwasser sind der innovative Teil der Variante. Vorteile: – hohe Energieeffizienz, – geringe Folgekosten zur Bewirtschaftung der Halle, – nutzerfreundliche und wartungsarme Technik, – sportfunktionale Belftung. Nachteile: – relativ hohe Investitionskosten, – Gewçhnungsbedrftigkeit fr die Nutzer. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Umsetzung des sog. Passivhausstandards bei der energetischen Sanierung der Sporthalle technisch mçglich und weitestgehend wirtschaftlich realisierbar ist. Um das avisierte Wrmedmmniveau zu erreichen, sollen die nichttransparenten Bauteile der wrmebertragenden Umfassungsflche (Außenwnde, Dach und Grndung) mit Wrmedmmschichten entsprechender Dicke versehen werden. Bei der Erneuerung der Fenster wird auf sog. Passivhausfenster zurckgegriffen. Die Außenwnde werden außenseitig gedmmt, was bauphysikalisch richtig ist und zugleich die Mçglichkeit erçffnet, die Hallenansichten durch Verwendung geeig-

433

neter Oberflchenmaterialien gestalterisch aufzuwerten. Die zwischen den Sttzen liegenden Flchen werden mit einer ca. 30 cm dicken Wrmedmmschicht versehen, sodass der U-Wert im sanierten Zustand bei knapp ber 0,10 W/(m±K) liegt. Da es im Bereich der außenliegenden Sttzen aufgrund der geometrischen Gegebenheiten nicht mçglich ist, diese Dmmstoffdicken mit konventionellen Dmmstoffen zu realisieren, wurde untersucht, ob es wirtschaftlich vertretbar ist, hier Vakuumisolationspaneele (VIP) einzusetzen. Vergleichsrechnungen zeigten bald, dass auch der partielle Einsatz von VIP unter konventionellen finanziellen Rahmenbedingungen nicht wirtschaftlich zu realisieren ist. Um den Wrmeschutz der Fenster zu verbessern, ist es am einfachsten, diese komplett auszuwechseln. Die neuen Fenster erhalten dann eine 3-fach-Verglasung, sodass der U-Wert der Fenster £ 1,0 W/(m±K) betrgt. Als Fensterrahmen werden thermisch entkoppelte, wrmegedmmte Aluminium-Profile vorgesehen. Es wurde auch untersucht, ob es sinnvollerweise mçglich ist, die alten Fenster zu belassen und in die neue Fassade eine zweite Fensterebene zu integrieren. Man wrde dann unter der Voraussetzung, dass die vorhandenen Fenster ihre Aufgaben noch hinreichend erfllen, eine sehr gut gedmmte Kastenfensterkonstruktion erhalten, die aus 2 Einfachfenstern mit je einer Zweischeibenverglasung

Tabelle 13. Sanierungsvariante III Sanierungsvariante III Modul Ho 3

Modul HL 3

Modul E 3

Passivhauselemente

Energieeffizientes Heizungslftungssystem, nachhaltiges Abwassermenagement

Außenwand WDVS Dacheindeckung KAL-ZIP Sportboden und Nebenraumboden nicht erneuern

Technikvariante angepasst an den gewhlten Dmmstandard Deckenstrahlheizung, auch zur Khlung einsetzbar geregelte Fensterlftung Zuluft fr Duschbereich aus Halle Beheizung Duschbereich mit statischen Heizflchen

Nachhaltige Energieoptimierung Modul E 2 mit zustzlichen Energieeinsparkomponenten wie – Tageslichtlenkung – Steuerung ber eine Visualisierung – Fernabfrage

Modul S 3

Erneuerung der sanitren Einrichtungen Maßnahmen nach TWVO Maßnahmen DVGW-W 551/553 Einbau einer thermischen Solaranlage wasserlose Urinale Urinseparationstoiletten und -tank Wrmerckgewinnung aus Grauwasser Grauwasserklranlage mit ortsnaher Versickerung

Kosten Investitionskosten

906.080 D

Kosten fr Gas, Strom, Wasser und Abwasser des zuknftigen Betriebs

7.530 D

Wartungs- und Instandhaltungskosten des zuknftigen Betriebs

3.500 D

Die Folgekosten wurden auf der Basis der folgenden Daten geschtzt. Arbeitspreis Strom: 0,18 D/kWh; Arbeitspreis: Gas 0,05 D/kWh; Arbeitspreis Wasser: 2,05 D/m3; Arbeitspreis Abwasser: 2,79 D/m3

434

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Tabelle 14. Energetische Kenngrçßen Sanierungsvariante III

Tabelle 15. Einsparpotenziale Variante III

Variante III: Passivhaus, natrlich kontrollierte Lftung, Deckenstrahlplatten

Nach DIN 18599 ermittelte Grçßen in kWh

Energietrger

IST

Lastprofil III

Gas

348.870 kWh

58.030 kWh

Primrenergie

241.295

Nach Lastprofil ermittelter Bedarf 1) in kWh

Differenz zu IST Strom

83,4 % 80.660 kWh

17.060 kWh

Differenz zu IST

78,8 %

Endenergie Heizung/RLT

126.546

Warmwasser

22.282

Beleuchtung

22.897

Hilfsenergien

11.841

Nutzenergie Heizwrme

105.869

Khlbedarf

6.888

44.866

Warmwasser

39.825

13.166

Beleuchtung

22.897

12.560

Hilfsenergie Heizsystem

1.221

Unter Zugrundelegung der auf der Basis der Lastprofile ermittelten Bedarfszahlen ergeben sich fr die Sanierungsvariante III Einsparungen fr Gas und Strom in der Grçßenordnung von 80 %. Diese Margen haben vorlufigen Charakter und werden im Zuge der Nachuntersuchung des Projekts, die in 2010 ansteht, mithilfe eines der inzwischen verfgbaren Softwareinstrumente nach DIN 18599 berprft. Ungeachtet dessen ist ein umfangreiches Messprogramm zur Erfassung der diversen Verbruche angelaufen.

4

Merkmale des Wrmedmmkonzeptes

4.1

Standardfall: Bauteile an Außenluft

3.776 Lufttransport

9.215

Warmwasser

1.404

722

1) Werte abweichend von der „Nutzenergie“ der DIN 18599

gebildet wird. Auch wurde berprft, ob Fensterelemente in der Sporthalle oder in Nebenrumen von ihrer Funktion her notwendig sind oder nicht. Die Vorteile liegen hierbei in der Verringerung des Wrmedurchgangs, Verbesserung des Einbruchschutzes und der Reduzierung der Kosten. So ist geplant, die ffnungen der Lftungsfenster in den Sanitrrumen zu schließen und hierdurch die Dmmeigenschaft der Gebudehlle zu verbessern. Das Dach der Sporthalle ist wie erwhnt abgngig. Die Dacheindeckung muss demnach ohnehin aufgenommen und durch eine neue ersetzt werden. Im neuen Dachaufbau finden 36 cm Wrmedmmstoff Platz. Bei einer Wrmeleitfhigkeit von 0,035 W/(mK) wird der U-Wert im sanierten Zustand bei 0,10 W/(m±K) liegen. Unter Bercksichtigung des sich unter dem Gebude bildenden Wrmesees ist die Beibehaltung des vorhandenen Fußbodenaufbaus mçglich. Die Fundamente werden mit einer umlaufenden Perimeterdmmung versehen. Zugleich wurden die Wrmeverluste gegen Erdreich einer genaueren Untersuchung unterzogen. In der Tabelle 15 sind die prozentualen Einsparpotenziale bei dieser Sanierungsvariante auf der Basis der Lastprofile dargestellt.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Umsetzung des sog. Passivhausstandards bei der energetischen Sanierung der Sporthalle technisch mçglich und weitestgehend wirtschaftlich realisierbar ist. Um das avisierte Wrmedmmniveau zu erreichen, sollen die nichttransparenten Bauteile der wrmebertragenden Umfassungsflche (Außenwnde, Dach und Grndung) mit Dmmschichten entsprechender Dicke versehen werden. Die Dacheindeckung der Sporthalle ist abgngig und muss ohnehin aufgenommen werden. Im neuen Dachaufbau finden 36 cm Wrmedmmstoff Platz. Hier ist jedoch die Tragfhigkeit bei der Auswahl des Dmmstoffs zu beachten. Bei einer Wrmeleitfhigkeit von 0,035 W/m±K wird der U-Wert im sanierten Zustand bei 0,10 W/m±K liegen. Um den Wrmeschutz der Fenster zu verbessern, ist es am sinnvollsten, die Fenster auszuwechseln. Die neuen Fenster erhalten eine 3-fach-Verglasung, sodass der U-Wert der Fenster £ 1,0 W/m±K liegt. Als Fensterrahmen werden thermisch entkoppelte, wrmegedmmte Aluminium-Profile eingesetzt. Alternativ wurde untersucht, ob es mçglich ist, die alten Fenster zu belassen und eine zweite Fensterebene in die Fassade zu integrieren. Man wrde dann unter Voraussetzung, dass die vorhandenen Fenster ihre Aufgaben noch hinreichend erfllen, eine sehr gut gedmmte Kastenfensterkonstruktion erhalten, die aus 2 Einfachfenstern mit je einer Zweischeibenverglasung besteht. Nach eingehender Prfung wurde diese Variante nicht weiter verfolgt.

Merkmale des Wrmedmmkonzeptes

435

Bild 15. Projekt Turnhalle, Bauteil Wand 4

Die Außenwnde werden außenseitig gedmmt, was bauphysikalisch richtig ist und zugleich die Mçglichkeit erçffnet, die Hallenansichten durch Verwendung geeigneter Oberflchenmaterialien gestalterisch aufzuwerten. Die zwischen den Sttzen liegenden Flchen kçnnen ohne Probleme mit einer ca. 30 cm dicken Wrmedmmschicht versehen werden. Da es im Bereich der außen vorgesetzten Sttzen nicht mçglich ist, dieses Dmmniveau zu realisieren, wurden hier die Dmmstoffdicken soweit reduziert, wie dies die gestalterischen Erfordernisse erlaubten. Die Beherrschung der Wrmebrckenproblematik stellt ansonsten keine Schwierigkeit dar, da die zustzliche Wrmedmmung grundstzlich auf der Außenseite der Gebudehlle erfolgt. 4.2

Sonderfall: Bauteile an Erdreich

Die thermische Verbesserung der Bodenplatte sollte zunchst mithilfe von VIP erfolgen, weil deren Wrmeleitfhigkeit 10 bis 15 % herkçmmlicher Dmmstoffe betrgt. Im Zuge von Demonstrationsprojekten sind mit diesem Sanierungsverfahren gute Erfahrungen gemacht worden, da zugleich die alten Aufbauhçhen beibehalten werden konnten. Weil aber der Schwingboden erst 1995 erneuert worden war, war es aus wirtschaftlichen Grnden wenig sinnvoll, diese Variante weiter zu verfolgen. Hinzu kommt, dass die Simulationsrechnungen fr den Altzustand der Halle gezeigt haben, dass der (schlecht gedmmte) Hallenboden eine wesentliche Funktion der Abfuhr sommerlicher Wrme in Hitzeperioden hat. Das Erdreich unter und neben der Halle verfgt ber Langzeit-Speichereigenschaften, die erhebliche Aus-

wirkungen auf das thermische Verhalten des Gebudes haben und bei der Berechnung des Heizenergiebedarfs bercksichtigt werden sollten. Der Temperaturgradient, der sich unterhalb der Bauwerksohle einstellt, hngt von der Bodenbeschaffenheit, dem Grundwasserspiegel und dem Wrmestrom an die Außenluft ber das Erdreich in der Umgebung des Gebudes ab. Dieser Wrmestrom fhrt in der kalten Jahreszeit zur Abkhlung des Erdreichs und damit zur Erhçhung der Verlustwrme durch die Bodenplatte des Gebudes. Zweck einer Perimeterdmmung ist es, diese Wrmeverluste zu verringern, um einen ausgeprgten „Wrmesee“ unter der Bodenplatte zu erzeugen. In der Planungsphase wurden durch Simulation die thermischen Verhltnisse am Streifenfundament der Sporthalle im Altzustand und fr die verschiedenen Sanierungsvarianten ermittelt. Das Rechenmodell fr die Untersuchung des Fußpunktes der Außenwnde fußt auf der Methode der finiten Elemente und unterliegt je nach Grçße der definierten Elemente mehr oder weniger großen Einschrnkungen. Angesichts dieser Zusammenhnge wurde das Modell nur soweit verfeinert, dass die Konstruktion als Ganzes in der fr die energetische Beurteilung notwendigen Genauigkeit dargestellt werden konnte. Insofern stimmen Rechenmodell und tatschliche Konstruktion bzw. untersuchte Sanierungsvarianten im Grundsatz berein, unterscheiden sich aber in fr die wrmeschutztechnische Beurteilung irrelevanten Einzelheiten. Die Gegenberstellung in den Bildern 16 und 17 verdeutlicht die Auswirkung einer am Fundament aufgebrachten senkrechten Perimeterdmmung im Zusammenspiel mit der Variante „Passivhauselemente“ auf die in diesem Bereich auftretenden Wrmebrckeneffekte.

436

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 16. Isothermenverlauf im Fundamentbereich Altzustand

Bild 17. Isothermenverlauf im Fundamentbereich mit Perimeterdmmung

Im brigen zeigt die Berechnung nach DIN EN ISO 13370, mit deren Hilfe der Wrmespeichereffekt des Erdreichs unter und neben einem Gebude bercksichtigt werden kann, dass mit der Perimeterdmmung der Fundamente ein Maximum des realisierbaren Heizenergieeinsparpotenzials im Bereich Sohle erreicht werden kann. Sie weist aus, dass man bereits im Altzustand in der Peripherie gnstigere Werte ansetzen kann, als sich bei Zugrundelegung der herkçmmlichen Berechnungsverfahren ergeben. Eine weitere Verbesserung ist mçg-

lich, indem man die umlaufenden Streifenfundamente von außen bis Unterkante Fundament (ca. 1,0 m) aufgrbt, eine Perimeterdmmung flchig anbringt und wieder verfllt. Hinzu kommt, dass eine Anhebung der Oberflchentemperatur im Bereich des Wandfußes berhaupt erst dann eintritt, wenn eine Perimeterdmmung eingesetzt wird. Die Halle des TV Bremen-Walle weist an der nçrdlichen Lngsseite eine Außenwand auf, die ber 2,50 m Hçhe an Erdreich grenzt. Statt die Wand bis zur Unterkante des Streifenfundaments aufzugraben und die Perimeterdmmung bis zur Sohle zu fhren, wird die Wrmedmmung im Bereich der erdberhrten Hangseite nur 1,00 m senkrecht (Frostgrenze) und dann 1,00 m leicht abfallend horizontal in den Hang eingebaut (Bild 18). Dieses Konzept ist wesentlich kostengnstiger realisierbar. Allerdings sind bisher keine vergleichbaren Projekte bekannt, sodass bezglich der Effizienz der Maßnahme keine Erfahrungswerte existieren. Das Ziel eines Teilprojektes ist es daher, die Wirksamkeit dieser innovativen Variante der Perimeterdmmung zu untersuchen, indem die Dmmwirkung evaluiert wird, und zwar mittels Langzeit-Bodentemperaturmessungen unter dem Hallenboden und an der Peripherie sowie mithilfe von Thermografie-Aufnahmen. Daneben wird die Sanierung der Halle insgesamt durch ein umfassendes Messprogramm evaluiert. Durch de-

Tabelle 16. U-Werte gegen Erdreich

Sohlplatte – Halle ohne zustzliche Dmmmaßnahmen, Altzustand Sohlplatte – Halle mit zustzlichen Dmmmaßnahmen im Randbereich der Frostschrze

U-Wert herkçmmliches Verfahren fr Sohlplatte in W/m2K

U-Wert DIN EN ISO 13370 (PerimeterMittelwert) in W/m2K

0,56

0,22

0,56

0,15

Merkmale des Wrmedmmkonzeptes

437

Bild 18. Außenwand-Detail, Perimeterdmmung bei Hanglage

taillierte Erfassung des elektrischen Energiebedarfs und der Heizenergie in den verschiedenen Heizkreisen werden die erreichten Energieeinsparungen quantifiziert. 4.3

Simulation einer typischen Wintersituation

Die Vorteile der nach Passivhausstandard gedmmten Halle gegenber den anderen Varianten zeigen sich in Frostperioden am deutlichsten. Fr den simulationsbasierten Vergleich wurde aus den aufgenommenen Messungen ein Zeitabschnitt ab 1. Mrz 2005 ausgewhlt, in dem die Außentemperatur ber mehrere Tage unter 0 C blieb und bis –12 C sank. Bild 19 zeigt das Ergebnis der Simulation fr die PassivhausVariante. In der Simulation wird eine gleichmßige Heizung mittels Deckenstrahlheizplatten zwischen 7:00 Uhr und 23:00 Uhr mit einer Heizleistung von 20 kW angenommen. Fr den gleichen Zeitraum ist außerdem ein Luftwechsel von 1000 m/h eingerechnet. Eine Vorwrmung der Zuluft ist in dieser Sanierungsvariante nicht vorgesehen, sodass der zugehçrige Lftungswrmestrom außentemperaturabhngig ist und im Simulationszeitraum bis zu 10 kW betrgt. Tatschlich soll in der modernisierten Halle die Lftung u. a. in Abhngigkeit von Anwesenheit und Luftqualitt geregelt werden. Der Volumenstrom und die zugehçrigen Wrmeverluste kçnnen dadurch auch deutlich geringer ausfallen.

Diese Regelung wird ebenso wie die Heizungsregelung in der Simulation allerdings nicht nachgebildet, um die energetischen Eigenschaften des Gebudes selbst deutlicher herauszustellen. Die Lftungswrmeverluste und der Wrmeeintrag der Solarstrahlung durch das Lichtband an den klaren Tagen (4.03. – 6.03.) sind im unteren Diagramm von Bild 19 dargestellt. Die Solarstrahlung fhrt an diesen Tagen zu einer Erhçhung der durchschnittlichen Hallentemperatur von etwa 1 C (oberes Diagramm). Insgesamt gengt die ausschließlich whrend der Nutzungszeit der Halle bereitgestellte Heizleistung von 20 kW auch ohne zustzliche solare Wrmegewinne, um die Halle auch in einer Dauerfrostphase tagsber auf 17 bis 19 C zu halten. Wegen des hohen Strahlungsanteils der Heizung ist damit eine sehr gute Bespielbarkeit der Halle gegeben. An den letzten drei Tagen ist in der Simulation die Heizleistung auf 10 kW reduziert. Die Hallentemperaturen sinken dadurch auf Werte zwischen 16 und 17,5 C. Damit wre die Bespielbarkeit auch in diesem Fall noch gegeben. Bemerkenswert ist, dass die Hallentemperatur in den Nachtstunden, in denen nicht geheizt wird, auch bei Außentemperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt nicht unter 16 C sinkt. Dadurch bleiben auch die Wandoberflchentemperaturen auf diesem Niveau. Mit der relativ niedrigen Lufttemperatur von 17 C ist deshalb eine wesentlich grçßere Behaglichkeit verbunden, als sie in

438

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 19. Simulation Wintersituation

einer konventionellen, schlecht gedmmten Halle bei gleicher Lufttemperatur gegeben wre. Der Vergleich der Temperaturverlufe in den Nachtstunden zeigt, dass auch bei großen Unterschieden in den Tiefstwerten der nchtlichen Außentemperaturen die Tiefstwerte der Hallentemperatur sich kaum unterscheiden. Hier wird der Einfluss des hohen Dmmstandards dieser Sanierungsvariante besonders deutlich. 4.4

Simulation einer typischen Sommersituation

Bei der vorliegenden Sanierungsplanung ist der Sommerfall als besonders kritisch anzusehen, da einerseits eine am Passivhausstandard orientierte Wrmedmmung realisiert werden soll, andererseits aber auch die Tageslichtnutzung durch ein Lichtband in der Decke vorgesehen werden soll. Die durch das Lichtband einfallende Solarstrahlung fhrt an klaren Sommertagen zu einem hohen Wrmeeintrag in die Halle. Dem steht wegen guter Dmmung und geringer Speicherfhigkeit der Hlle ein sehr geringer Wrmestrom in bzw. durch die Wnde gegenber. Die notwendige Khlung ist durch das Lftungssystem zu gewhrleisten.

Auf der Grundlage der Außentemperatur- und Strahlungsdaten whrend der Bestandsaufnahme erhlt man fr die mit 30 cm Wrmedmmverbundsystem gedmmte Halle die im Diagramm auf der folgenden Seite oben dargestellten Temperaturverhltnisse. Die Halle bleibt demnach mit Hallentemperaturen unter 25 C auch bei einer mehrtgigen Hitzephase gut bespielbar. Zur aktiven Khlung wird in dem zugrunde liegenden Modell die Lftung eingesetzt. Sie setzt ein, wenn die Hallentemperatur ber 20 C ansteigt, allerdings nur, wenn die Außentemperatur niedriger ist als die Hallentemperatur. Die Lftung arbeitet dann mit einem Volumenstrom von 1000 m/h. Die Khlleistung ist im mittleren Diagramm (Bild 20) als untere Kurve „Q_Lftung“ dargestellt und sorgt im Wesentlichen fr eine nchtliche Abkhlung der Halle. Fr das Lichtband wurden ein U-Wert von 1,1 W/m±K und ein g-Wert von 0,17 entsprechend der Sanierungsvariante nach Passivhausstandard angenommen. Die durch das Lichtband einfallende Strahlungsleistung ist im mittleren Diagramm als obere Kurve „QS_Lichtband“ dargestellt. Ihr Maximalwert betrgt etwas mehr als 15 kW.

Energetische Qualittssicherung

439

Bild 20. Simulation Sommersituation

Die im unteren Diagramm aufgefhrten Wrmestrçme in die Begrenzungsflchen der Halle zeigen deutlich, dass im Wesentlichen der Boden (obere Kurve) Wrme aufnimmt, also fr Khlung sorgt (positive Wrmestrçme reprsentieren in dieser Darstellung einen von der Halle in ein Bauteil gerichteten Wrmestrom).

5

Energetische Qualittssicherung

5.1

Allgemeines

Nachdem die Finanzierung der Baumaßnahmen nach lngerem Hin und Her endlich gesichert war, starteten die Sanierungsarbeiten der Sporthalle des TV BremenWalle 1875 pnktlich mit Beginn der Sommerferien am 10. 07. 2008, wobei auf die Sanierung des Sanitrbereichs bedauerlicher Weise aus Kostengrnden verzichtet werden musste. Zwei Wochen nach Ende der Sommerferien waren die Arbeiten zu einem großen Teil abgeschlossen. Das Dach war saniert, Fenster und Tren ausgetauscht und die Fundamentdmmung eingebracht. Auch die Arbeiten im Halleninneren (Hei-

zungsanlage, bedarfsgerechte Hallenlftung sowie Hallenbeleuchtung) waren abgeschlossen, sodass der Sportbetrieb wieder aufgenommen werden konnte. Witterungsbedingt konnte mit Außenarbeiten an der Fassade erst in der 37. KW begonnen werden. Die Winterwitterung verzçgerte darber hinaus die Fertigstellung der Restarbeiten an Wnden, Entwsserung und Außenanlagen bis Anfang Mrz, sodass die Fertigstellung der Arbeiten erst zum 24. 04. 2009 erfolgte und damit die Messergebnisse aus der Heizperiode 2008/09 nur einen Trend vermitteln kçnnen. Bei der Umsetzung energieeffizienter Sanierungsprojekte gehçrt die energetische Qualittssicherung zu den wesentlichen Bausteinen. Dabei geht es weniger um das Protokollieren bestimmter Herstellungsprozesse als um das Aufspren von Effizienzhemmnissen, ggf. auch -fehlern. Dies bezieht sich letztlich auf den gesamten Lebenszyklus von der Sanierungsplanung ber die Realisierungs- und Nutzungsphase bis hin zu einer neuerlichen Modernisierung. Energetische Qualittssicherung ist also als Gesamtsystem im Hinblick auf den Lebenszyklus eines Gebudes zu sehen. Sie kann daher auch als energetisches Monitoring der Nutzungsverhlt-

440

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

nisse und damit als eine Art Frhwarnsystem verstanden werden. Auf der anderen Seite steht die berwachung der energetischen Sanierungsplanung und vor allem der Ausfhrung. Leider besteht gerade hier in der Praxis ein immer wieder zu beobachtendes Missverhltnis: der Standard ist hoch, die Ausfhrung aber oft mangelhaft. Mit Luftdichtheitsnachweis (BlowerDoor-Test) und Thermografie stehen einfache und verlssliche Kontrollinstrumente zur Verfgung, die hier generell eingesetzt werden sollten.

Bild 21. Ergebnis der Blower-Door Messung bei Unterduck

5.2

Luftdichtheitsmessung mittels „Blower-Door-Test“

Das fr den Luftdichtheitsnachweis bençtigte Messsystem besteht im Grundsatz aus einem variablen Rahmen mit einer mehr oder weniger elastischen Folie und einem in diese Folie integrierten, drehzahlgeregelten Ventilator sowie einer Volumenstrommessvorrichtung und einem Differenzdruckmanometer. Der Rahmen mit Folie und Ventilator wird mçglichst luftdicht in eine Fenster- oder Trçffnung der Außenhlle eingebaut. Nachdem alle ffnungen der Gebudehlle geschlossen

Energetische Qualittssicherung

sind, wird mithilfe des Ventilators zwischen innen und außen eine Druckdifferenz erzeugt. Dabei misst man den Volumenstrom in Abhngigkeit der Differenzdruckverhltnisse, die zwischen 10 und 60 Pa variieren kçnnen. Die Druckdifferenzen entsprechen damit denen, die bei Windanstrçmung mit Windstrken von 3 bis 5 entstehen. Aus den Messergebnissen erhlt man durch Ausgleichsrechnung den Volumenstrom bei 50 Pa Druckdifferenz, in der Norm Leckagestrom genannt. Der mittlere Leckagestrom ist das arithmetische Mittel aus den Werten der Unterdruck- und berdruckmessung und dient als Ausgangswert fr die Berechnung weiterer Kennwerte. Die Luftwechselrate n50 (bei 50 Pa Druckdifferenz) ergibt sich durch Division mit dem Nettovolumen und dient zur Bewertung der Luftdichtheit des Gebudes. Sie ist die wichtigste Kennzahl im Zusammenhang mit der Luftdichtheit eines Gebudes. Sowohl die DIN 4108-7 als auch die EnEV schreiben die luftdichte Gebudehlle fr alle Neubauten vor. Die einzuhaltenden Grenzwerte lauten fr Gebude – mit raumlufttechnischen Anlagen n50 = 1,5 h–1 – ohne raumlufttechnische Anlagen n50 = 3,5 h–1 Beim Einbau raumlufttechnischer Anlagen (auch einfacher Abluftanlagen) werden demnach erhçhte Anforderungen an die Luftdichtheit gestellt, weil die anlagentechnisch eingestellten Luftvolumenstrçme nicht durch sogenannte Infiltrationsvolumenstrçme durch Gebudeundichtheiten gestçrt werden drfen. Fr Gebude mit sehr guten Wrmedmmeigenschaften ist ein Grenzwert von max. 0,6 h–1 einzuhalten. Als Richtwert dienen die Vorgaben des Passivhaus-Institutes (PHI) Darmstadt. Dieser Wert sollte bei der Sanierung erreicht bzw. unterschritten werden. Nachdem die Sanierungsarbeiten weitestgehend abgeschlossen waren, wurde die Sporthalle einer Luftdichtheitsmessung unterzogen. Es zeigte sich bald, dass es trotz des großen Volumens ausreichen wrde, mit nur einer Blower-Door-Messung zu arbeiten – bereits ein Indiz dafr, dass die Sporthalle nach der Sanierung wie geplant sehr luftdicht ist. Das Ergebnis der Blower-Door-Messung ist in Bild 21 dargestellt. Die Messpunkte werden sehr gut durch eine Regressionsgerade beschrieben. Denn es gibt keine nennenswerten Abweichungen. Das Messung weist im brigen aus, dass der nach den PHI-Richtlinien geforderte Richtwert von n50 = 0,6 h-1 exakt erreicht wurde. Da zugleich mithilfe einer Innenthermografie eine berprfung der Gebudehlle auf mçgliche Leckagen erfolgte, wurde zunchst nur eine Unterdruckmessung durchgefhrt, was nach DIN EN 13829 durchaus zulssig ist. Fr die nchste Heizperiode ist noch eine weitere Luftdichtheitsmessung – bestehend aus Unterdruckund berdruckmessung – geplant, um den tatschlichen Nutzungszustand dokumentieren zu kçnnen.

5.3

441

Gebudethermografie

Mithilfe der Thermografie entsteht ein Wrmebild, bei dem die Temperaturen als Farbflchen angezeigt werden. Die Empfindlichkeit und das Auflçsungsvermçgen sind sehr groß, sodass auch geringe Temperaturunterschiede ber grçßere Entfernungen zuverlssig gemessen werden kçnnen. Fr verwertbare Messergebnisse mssen bestimmte Voraussetzungen erfllt sein. Grundstzlich ist eine solche Untersuchung nur mçglich, wenn sich das zu untersuchende Objekt durch eine ausreichende Wrmestrahlung von der Umgebung abhebt. Gute Ergebnisse werden nur erreicht, wenn die Temperaturen im Innern eines Gebudes mindestens 15 C ber der Außentemperatur liegen. Aus diesem Grund kçnnen thermografische Untersuchungen nur bei niedrigen Außentemperaturen (Winterhalbjahr) durchgefhrt werden. Gnstig fr eine Gebudeanalyse sind die frhen Morgenstunden vor Sonnenaufgang, da dann die Erwrmung der Gebudehlle durch die Sonne keinen Einfluss auf die Messung hat und Reflexionen vermieden werden. Unter diesen Bedingungen wurden an der Sporthalle sowohl im Altzustand als auch nach der Sanierung Thermografieaufnahmen durchgefhrt. Die folgende Auswahl von Wrmebildern zeigt sowohl Außen- als auch Innenaufnahmen, wobei die Innenthermografie nach erfolgter Sanierung im Zuge des Blower-DoorTests mit Unterdruck durchgefhrt wurde, um potenzielle Luftleckagen orten zu kçnnen. Die Temperaturverteilung an der Nordwand ist wegen der besonderen Anordnung der dort eingebrachten Perimeterdmmung von besonderem Interesse. Im Alt-Zustand ist aus dem Halleninneren heraus die Erdreichgrenze deutlich zu erkennen (Bild 22). Die im Erdreich befindliche Stahlbeton-Sttzwand tritt als blauer Streifen hervor (JE = 12,7 C), whrend die darauf aufsetzende, der Außenluft ausgesetzte Porenbetonwand grn bis gelbgrn erscheint (ca. 16 C). Weiter bestehen erhebliche Wrmebrcken am bergang zum Dach und in der Gebudekante am Anschluss von Nord- und Ostwand. Dort wurde ein durchgngiger Abriss der Lngsvon der Querwand festgestellt. Nach der Sanierung ist oberhalb des Erdreichs die Wand mit 30 cm WDVS aus expandierten PolystyrolHartschaumplatten (Neopor) gedmmt, im Erdreich mit der Perimeterdmmung entsprechend Bild 18. Der bergang ist in der Thermografie (Bild 23) nur sehr schwach auszumachen. Zwischen dem nach wie vor unmittelbar an Erdreich grenzenden Bereich (bis ca. 1,50 m Hçhe) und dem darber liegenden mit Perimeterdmmung ist ein Unterschied gar nicht feststellbar. Die Dmmung des tiefer liegenden Erdreichs gegenber der Außenluft durch den horizontalen Teil der Perimeterdmmung hat demnach eine mit der direkten Dmmung der Wand vergleichbare Wirkung. Im bergangsbereich zwischen Außenwand und Fundament – dargestellt ist die Sdseite mit Halleneingang und Tr zum Hausanschlussraum – war im Alt-Zustand

442

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 22. Innenthermografie der Nordwand im Alt-Zustand (28. 02. 2004)

Bild 23. Innenthermografie der Nordwand nach dem Umbau (21. 02. 2009)

Bild 24. Außenthermografie der Sdwand im Alt-Zustand (28. 02. 2004)

deutlich eine linienfçrmige Wrmebrcke auszumachen, die sich auf der Thermografieaufnahme als gelber Streifen abzeichnet (Bild 24). Die Ursache fr die Wrmebrcke liegt in der ungengenden Wrmedmmung des Fußpunktes der aus Porenbeton gefertigten Außenwand, was durch die durchgefhrten Wrmebrckenberechnungen nachhaltig untermauert wird. Bei einer Außentemperatur von –3,4 C weist der bergangsbereich

Außenwand/Erdreich Temperaturen im Bereich von 3 bis 4 C auf (Punkt D und E) und liegt damit deutlich ber den Temperaturen auf der Außenwandoberflche. Außerdem ist deutlich zu erkennen, dass die transparenten Bauteile (Fenster und Tren bzw. Trbereiche) merklich hçhere Oberflchentemperaturen aufweisen. Hier besttigt sich, dass der Wrmeschutz der opaken Flchen besser ist als der der transparenten Bereiche.

Energetische Qualittssicherung

443

Bild 25. Außenthermografie der Sdwand nach dem Umbau (21. 02. 2009)

Nach der Verbesserung des Wrmeschutzes der Außenwand (30 cm WDVS aus expandierten Polystyrol-Hartschaumplatten) und der Ausstattung des Streifenfundamentes mit einer senkrechten Perimeterdmmung aus extrudierten Polystyrol-Hartschaumplatten ist eine linienfçrmige Wrmebrcke nicht mehr erkennbar (Bild 25). Die Punkte D und E, die wiederum den bergang von Außenwand und Erdreich beschreiben, weisen im Prinzip die gleichen Oberflchentemperaturen auf wie die Fassade. Da die Außentemperatur zum Messzeitpunkt bei 2,0 C lag, unterscheidet sich die Erdreichoberflche in der Farbgebung nicht von der Fassadenoberflche. Auch die verbesserte thermische Qualitt der Tren und Fenster, die im Zuge der Sanierung durch energetisch hochwertige Produkte ersetzt worden sind, wird durch die Thermografie besttigt. Lediglich im Bereich der Leibung ber den ffnungen werden mßig bis stark erhçhte Temperaturen festgestellt, die bei der Halleneingangstr auf eine undichte Schließfuge und bei der rechten Tr auf ein geçffnetes Oberlicht hinweisen. 5.4

berprfung des thermischen Verhaltens der Halle

Zum Nachweis der Wirksamkeit der durchgefhrten Sanierungsmaßnahmen wird die Sporthalle des TV Bremen-Walle-Projekts messtechnisch begleitet und evaluiert. Hierzu gehçrt u. a. die detaillierte Erfassung der Energiestrçme des Gebudes (elektrische Energie, Heizwrme). Insofern steht das Instrument einer besonderen Form der energetischen Qualittssicherung zur Verfgung. Nach der energetischen Sanierung ist das Heizungssystem nach wie vor in die folgenden Heizkreise aufgeteilt: 1. Heizung der Halle, Deckenstrahlplatten (31 kW, 60/40 C, ca. 1.400 l/h) 2. Warmwasserbereitung, Brauchwasserspeicher (64 kW, 80/60 C, ca. 3.000 l/h) 3. Statische Heizflchen, Nebenrume (7 kW, 60/40 C, ca. 320 l/h) 4. Statische Heizflchen, Gaststtte (6,5 kW, 60/40 C, ca. 300 l/h)

Es wurde also die Aufteilung aus dem Alt-Zustand beibehalten. Fr den Altzustand liegen aus der ersten Messphase detaillierte Verbrauchsdaten fr 2005 und teilweise fr 2006 vor. Da in den Heizperioden 2005 und 2009 vergleichbare Witterungsverhltnisse herrschten, gibt die Gegenberstellung der Daten der ersten Halbjahre von 2005 und 2009 erste, aussagekrftige Hinweise auf die mit dem Umbau der Halle erreichten Energieeinsparungen (Bild 26). Der Gasverbrauch fr die Halle wurde demnach durch die Modernisierung um ca. 62 % reduziert. Fr die Halle und die sonstigen Rume wird nur noch etwa ein Fnftel der frheren Heizenergie eingesetzt – bei durchweg sogar hçheren Raumtemperaturen. Bild 27 zeigt einen typischen Verlauf der Hallentemperaturen ber eine Woche whrend einer Klteperiode im Februar 2009. Whrend im Altzustand bei Frost die Hallentemperatur teilweise unter 14 C sank, lag sie im Winter 08/09 kaum unter 19 C. Nachts sinkt die Hallentemperatur selten um mehr als 2 C ab. Im Brauchwasserbereich ist ein erhçhter Heizenergieeinsatz festzustellen, der auf Wrmeverluste durch die Brauchwasserzirkulation zurckzufhren ist. Erweiterungen der Zirkulationsleitungen in Verbindung mit dem zur Legionellenprophylaxe vorgeschriebenen Mindestvolumenstrom in der Zirkulation fhren zu einer Wrmeverlustleistung von ca. 2 kW. Weitere Dmmung der Zirkulationsleitungen und Einstellung niedrigerer Vorlauftemperaturen sind Maßnahmen, mit denen eine Verringerung dieser Verluste erreicht werden soll. Beim Umbau der Sporthalle spielte auch die Modernisierung der Elektroinstallation eine wesentliche Rolle. Die Beleuchtung der Halle wurde erneuert, wobei die Lichtleistung den Vorgaben fr Schul- und Wettkampfsport entsprechend erhçht wurde, die Leuchten gleichzeitig aber ber ein Gebudebussystem tageslichtabhngig gedimmt werden. Trotz der erreichten, hçheren Beleuchtungsstrken fhren diese Maßnahmen zu einer deutlichen Einsparung elektrischer Energie. Ein weiterer, erheblicher Beitrag zur Energieeffizienz der

444

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

Bild 26. Gasverbrauch und Heizenergieverbruche in den vier Heizkreisen in den ersten Halbjahren 2005 und 2009

Bild 27. Hallen- und Außentemperatur im Februar 2009

Bild 28. Elektrischer Energiebedarf der Halle im Altzustand und nach der Modernisierung

Literatur

Halle ist der Wegfall eines Teils der Ventilatoren, die im Altzustand fr die Beheizung ber die Zuluft bençtigt wurden, sowie der Einsatz kleinerer und effizienterer Pumpen in den Heizkreisen. Bild 28 zeigt die Gegenberstellung des Stromverbrauchs der Halle (am Hausanschluss) in den Winterquartalen 2005 und 2006 (Altzustand) und des entsprechenden Verbrauchs im ersten Quartal 2009. Danach wurde durch die Modernisierung der elektrische Energiebedarf um 38 % reduziert. Im Vergleich der ersten Halbjahre 2005 (36512 kWh) und 2009 (21198 kWh) betrgt die Einsparung sogar 42 %. Die fr die ersten Auswertungen herangezogenen Daten stammen aus der Phase der Inbetriebnahme nach erfolgter Sanierung, in der viele Einstellungen z. B. bei den Heizkurven erst nach und nach justiert werden konnten. Mit den inzwischen weitestgehend optimierten Einstellungen der Steuerungssysteme sind in der kommenden Heizperiode noch weitere Verbesserungen der Ergebnisse zu erwarten.

6

Ausblick

Knapp 40 % aller Sportanlagen in Deutschland werden als sanierungsbedrftig eingestuft. Der Begriff „Sanierungsbedrftig“ orientiert sich am Allgemeinzustand, nicht am energetischen Sanierungsbedarf; hier kann von einem Anteil von 50 bis 65 % ausgegangen werden. Dieser Sanierungsstau im Sportstttenbestand enthlt eine Ressourcenverschwendung, die einerseits zur Belastung der Umwelt durch vermeidbare CO2-Emmisionen, zum Ausstoß anderer Schadstoffe und zu unnçtigem Wasserverbrauch beitrgt und andererseits die Unterhaltungskosten von Sportsttten maßlos in die Hçhe treibt. Die meisten Sporthallen entstanden in den 60erund 70er-Jahren. „In dieser Zeit des Booms im Sporthallenbau waren çkologische Fragen noch kein Thema. Angesichts knapper Kapazitten und steigender Nutzungszahlen musste es schnell und preiswert gehen. Viele Sporthallen wurden in Fertigteilbauweise und unter Einsatz von Produkten gebaut, die … aus heutiger Sicht als problematisch eingestuft werden. … Weitere Probleme entstehen durch veraltete Sanitr- und Heizungsanlagen sowie mangelhafte Wrmedmmung. Die ,Zeche‘ zahlen heute Umwelt und Betreiber gleichermaßen.“ 3) Diese Situation ist von einer derartigen Bedeutung, dass die Sportentwicklung insgesamt damit in Frage gestellt ist. Das wird auch durch eine Aussage aus dem Sport besttigt: „Ein Hauptproblem, wenn nicht das Problem bei der Sportstttenentwicklung, scheint derzeit ein bengstigender und weiter steigender Sanierungsbedarf zu sein. Dies gefhrdet die Funktionalitt und Attraktivitt

3) Wilken, Neuerburg: Umweltschutz im Sportverein, Aachen 1997

445

des Anlagenbestandes und wird damit immer mehr zu einem Engpassfaktor der Sportentwicklung.“ 4) Vor diesem Hintergrund wurde das Modellvorhaben „MeTuSa-lem“ konzipiert, das sich mit den praktischen Einsparmçglichkeiten in der Sporthalle des TV Bremen 1875 befasst. Das Projekt unterteilt sich in 3 Phasen. In den abgeschlossenen Projektphasen I und II wurden der Bestand detailliert erfasst, ein energetisches Modell simuliert, Sanierungsvarianten geplant, Nutzer und Hallentreiber befragt, die Ursachen von Sanierungshemmnissen im Sportstttenbestand betrachtet, ein Konzept fr einen ganzheitlichen Sanierungsansatz erarbeitet und schließlich energetisch saniert. In der Phase III werden die technischen Ergebnisse ber zwei Folgejahre evaluiert und dokumentiert. Zur weiteren Evaluation werden die Messungen in der Heizperiode 2009/2010 fortgesetzt.

7

Literatur

[1] Abu-Hamdeh, N. H.; Reeder, R. C.: Soil Thermal Conductivity: Effects of Density, Moisture, Salt Concetration, and Organic Matter, Soil Sci. Soc., 2000. [2] Behnisch, M.: Erfassung und Aufbereitung von Energieverbrauchsmessdaten einer Sporthalle mit LabVIEW. Diplomarbeit, Hochschule Bremen, 2008. [3] Blum et al.: Kalksandstein – Planung, Konstruktion, Ausfhrung. Hannover, 2004. [4] Bohrisch, R. et al.: MeTuSa-lem: Modellhafte energieoptimierte Turnhallensanierung – langfristig einsparend modernisieren. Abschlussbericht zum Fçrderprojekt von DBU (AZ 21019), BISP (VF07/14/01/2005), Bremer Energie-Konsens GmbH (12305U) und SBUV Bremen (AZ G216/04), 02/2006 (s. auch http://www.energiekonsens.de/Downloads/ Bauen/Schlussbericht_kurz.pdf) [5] DIN EN ISO 13370:2008-04: Wrmetechnisches Verhalten von Gebuden, Wrmebertragung ber das Erdreich, Berechnungsverfahren. Beuth-Verlag, Berlin, 2008. [6] DVGW, Technische Regel Arbeitsblatt W 551: Trinkwassererwrmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen; Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums; Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasserinstallationen. 2004. [7] ECOSAN-Ecological sanitation. Int. Symp. Sustainable Sanitation, Lbeck 2003, Materialsammlung. [8] FLiB e. V. (Hrsg.): Gebude – Luftdichtheit; Band 1, Kassel 2008. [9] Fouad, N. A.; Richter, TH.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen – Theorie, Anwendungsgebiete, praktische Umsetzung; Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2006.

4) Dr. Hans Jgemann, DSB, Vortrag des difu April 2005: „Sport- und Freizeitstttenplanung unter Vernderungsdruck“

446

D 4 Energetische Sanierung einer Sporthalle – Erfahrungen aus einem Modellprojekt

[10] Jçnsson, H.; R Stinzing, A.; Vinneras, B.; Salomon, E.: Guidelines on the Use of Urine and Faeces in Crop Production. EcoSanRes Publications Series, Report 2004-2, 35 S. www.ecosanres.org/news-publications.htm [11] Johansson, M.: Urine Separation – closing the nutrient cycle. 2001. www.stockholmvatten.se

[17] Senatsverwaltung fr Stadtentwicklung Berlin (Hrsg.): Innovative Wasserkonzepte, 2003. [18] Spindler, E. A.(Hrsg.): Die energieeffiziente Sporthalle. Heidelberg 2004.

[12] Kçnig, K. (Hrsg.): Regenwassernutzung. Ein Leitfaden fr Kommunen in Deutschland. Donaueschingen 2000.

[19] Spindler, E. A.(Hrsg.): Management und Modernisierung von Turn- und Sporthallen – PPP-Konzepte, zeitgemße Sanierung und energieeffiziente Nutzung. C. F. Mller Verlag, Heidelberg 2007.

[13] Lude, G.; Werner, J.: Das Passivhaus im Thiepvalareal. Energieeffizientes Bauen (EB), 2/2004. S. 17–20 und 3/2004, S. 11–16.

[20] Stumpf, M., Ternes, Th. A., Haberer, K. et al.: Nachweis von Arzneimitteln in Klranlagen und Fließgewssern. Vom Wasser, 86 (1996) S. 291–303.

[14] Lude, G., Werner, J., Kirtschig, Th.: Wrmebrcken am Fuß des Gebudes – Neue Lçsungsmçglichkeiten fr Sockelanschluss und erdberhrte Flchen bei Neubau und Sanierung. 7. Int. Passivhaustagung, Tagungsband, Hamburg, 02/2003.

[21] U.S. Department of Housing and Urban Development, Office of Policy Development and Research, Revised Builder’s Guide to Frost Protected Shallow Foundation, September 2004.

[15] Mevenkamp, M.; Zapke, W.: Untersuchung zur Nutzung des Erdreichs unter einer Sporthalle als Wrmespeicher im Rahmen der modellhaften Sanierung der Sporthalle des TV Bremen-Walle 1875 e. V., Fçrderung: Bundesinstitut fr Sportwissenschaft, Bonn 2009. [16] Miess, M.: Vergleichende Darstellung von meteorologischen Messergebnissen und Wrmehaushaltsuntersuchungen an drei unterschiedlichen Standorten in Norddeutschland. Ber. Inst. Klim. TH Hannover, Hannover 1968.

[22] Vuorelainen, O.: The temperatures under houses erected immediately on the ground and the heat losses from their foundation slab, Technical Research Centre of Finland, VTT Publications 55, Helsinki 1960. [23] Winblad, U. (ed.), Simpson-Hebert, M., et al.: Ecological Sanitation – revised and enlarged edition, Stockholm Environment Institute, 2004, 141 Seiten.

447

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel Torsten Schwarz, Rainer Wildmann, Georgios Schade, Gerhard Forg

Dipl.-Geograf Torsten Schwarz PassivHausKonzepte Projektplanungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH Kramerstraße 13, 30159 Hannover Studium der Wirtschaftsgeografie an der Universitt Hannover. 1990–1997 Planungsamt der Stadt Langenhangen. Projektleitung Stdtebauliche Entwicklungsmaßnahme Weiherfeld, u. a. Umsetzung Energiekonzept fr 3.000 Wohneinheiten (Vorgaben Energieeffizienz in Gebuden, Nahwrmekonzept). 1998–2000 Mitarbeit an der Umsetzung Passivhaussiedlung Hannover-Kronsberg im Rahmen des Projekts CEPHEUS (Cost Efficient Passive-Houses as European Standards). 2002 Grndung und Geschftsfhrung der PassivHausKonzepte Projektplanungs- und Entwicklungsgesellschaft, Hannover. Entwicklung von Energieeffizienzprojekten bis hin zum Passivhaus im (denkmalgeschtzten) Gebudebestand und Neubau. Entwicklung und Umsetzung des Contracting-Modells „PassivEnergie“ zur Finanzierung von energieeffizienzbedingten Investitions(mehr)kosten.

Dipl.-Ing. Architekt Rainer Wildmann PassivHausKonzepte Projektplanungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH Kramerstraße 13, 30159 Hannover Studium der Innenarchitektur und der Architektur an der Universitt Hannover. 1986–1989 Mitarbeiter im Architekturbro BKS und seit 1989 selbststndige Ttigkeit mit dem Schwerpunkt energieeffizienter Gebudeplanung fr Neu- und Altbauten. Neben diversen Niedrigenergie- und Passivhusern 1996 Planung des einzigen reinen Solarhauses nach dem Energiekonzept von Alois Schwarz. 2000 im Rahmen des Klimaschutzprojektes Expo Hannover Entwicklung und Umsetzung der Siedlung „Wohnen mit der Sonne“ im Passivhausstandard. 2002 Grndung PassivHauskonzepte Projektplanungs- und Entwicklungsgesellschaft gemeinsam mit Torsten Schwarz.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

448

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

Georgios Schade SMB Baugestaltungs-GmbH Im Sande 6, 30926 Seelze Ttigkeit in mehreren Baufirmen seit 1984. 1989 Grndung eines Lehmbaubetriebs – Erstellung von Lehminnendmmsystemen, Lehmputz. 1994 Grndung der Fa. SMBBaugestaltungs-GmbH – Erstellung von Lehmkuppelbauten unter Leitung von Prof. Minke, Entwicklung von Lehmputzsystemen fr die Bauindustrie, Mitarbeit an den Lehmbauregeln im Dachverband Lehm. 2003 Grndung der Fa. Lehmbautechnik (Beratung, Gutachten). 2004 Forschungsprojekt DBU Lehmputzentwicklung. 2008 Vortrag internationale Lehmbaufachtagung: Mineraldmmplatten und Lehmputz als Innendmmsystem. 2009 EU-Forschungsprojekt „Entwicklung eines Systems zur energetischen Sanierung von Altbauten mit Mineraldmmplatten und Lehmputz“ mit industriellen Partnern

Dipl.-Mineraloge Gerhard Forg Forg Bauconsult Kernerstraße 9, 69514 Laudenbach Studium der Geowissenschaften an der Universitt Heidelberg. Seit 1981 in der Baustoffbranche bei fhrenden Herstellern in Deutschland ttig. Arbeitsgebiete waren Entwicklung, Anwendungstechnik und Produktmanagement bei den Produktgruppen Putz und Estrich. In verschiedenen Fachausschssen der nationalen Verbnde ttig. Mitglied in nationalen und europischen Normenausschssen zum Thema Putz und Gips. Fachautor verschiedener Publikationen. Mitarbeit bei Lehmbauregeln und technischem Merkblatt Lehmputze sowie bei mehreren Merkblttern fr Putzanwendung. Seit 2009 eigenes Sachverstndigenbro mit den Schwerpunkten Putz (Gips, Lehm, Kalk), Estrich, angewandte Bauphysik, Schimmelsanierung und Baustoffe fr die Denkmalpflege.

Inhaltsverzeichnis 1

Einleitung

449

2

Projektbeschreibung

3

Sanierungs- und Nutzungsempfehlung

4

Zusammenfassung der bauphysikalischen Maßnahmen 451

5 5.1 5.1.1

Ausfhrung der Sanierungsarbeiten 455 Besonderheiten Bauphysik 455 Einbau neuer Fenster/Vorsatzfenster bei bestehenden und intakten Isolierfenstern 455

5.1.2

5.2 5.3 5.4

Feuchteschutznachweis Innendmmung mit Simulation des feuchtetechnischen Verhaltens einer Innendmmung im Fachwerkhaus 456 Gebudehlle 457 Innenwnde 458 Decken 460

6

Fazit

7

Literatur

449 451

461 461

Projektbeschreibung

1

Einleitung

Denkmalgerechte Sanierung von Fachwerkhusern – eine Aufgabenstellung, die den Eigentmer im Kontext insbesondere zu Denkmalbehçrde, Baugenehmigungsbehçrde und Finanzierungsinstitut oftmals ratlos zurcklsst. Wie kçnnen umsetzungsorientierte Projekte aussehen, die energieeffiziente bauphysikalisch optimierte Lçsungen in den Mittelpunkt stellen? Die These ist, dass Eigentmer mit fr sie berschaubaren, finanzierbaren und genehmigungsfhigen Umsetzungslçsungen zu Investitionen in ihre Immobilien motiviert werden kçnnen. Dieser Beitrag betrachtet die Sanierung von drei denkmalgeschtzten Fachwerkhusern in zentraler Lage der hannoverschen Altstadt, die die stdtische Wohnungsbaugesellschaft der Landeshauptstadt Hannover im Eigentum hatte. In der Landeshauptstadt Hannover sind die denkmalgeschtzten Fachwerkhuser von besonderer Bedeutung, da lediglich weniger als 20 Fachwerkgebude die Zerstçrungen des 2. Weltkriegs berstanden haben und heute im Stadtbild Hannovers von den fr Norddeutschland typischen historischen Bauten zeugen.

449

In einem çffentlichen Bieterverfahren wurden die drei Objekte 2005 zum Verkauf ausgeschrieben. Verkaufskriterien waren neben dem Kaufpreisangebot auch die Umsetzung denkmalgerechter Sanierung im historischen stdtebaulichen Bezug. Projektentwicklung und Planung erfolgte in der PassivHausKonzepte Projektplanungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH, Hannover. Als weiteres Umsetzungsziel wurde von hier aus das Energieeffizienzkriterium weiter verfolgt. Fr die Umsetzung des Projekts und die Bewirtschaftung wurde die Altstadtwohnen Kramerstraße KG gegrndet.

2

Projektbeschreibung

Dieser Beitrag betrachtet aufgrund des Baufortschritts die denkmalgerechte Sanierung eines FachwerkhausEinzeldenkmals (Kramerstraße 13, Baujahr etwa 1680 mit 511,4 m± Gebudenutzflche AN) im bebauten Umfeld in der Innenstadt der Landeshauptstadt Hannover (Bild 1). Das Fachwerkhaus steht an zentraler Stelle in einer Hauszeile und ist darber hinaus an der Rckseite im Erdgeschoss an ein Gebude angebaut. Eine Sanierung war nicht nur im Hinblick auf den zeitbedingten Zustand der Bausubstanz notwendig, sondern vor allem auch fr die Attraktivierung des kleinteiligen Quartiers „Altstadt“ im Kontext zum großflchigen Einzelhandel (Einkaufspassage am Hauptbahnhof).

Bild 1. Lage im Stadtgebiet

Bild 2. Lageplan

Bild 3. Messblatt ~2. Hlfte 19. Jh., markiertes Haus Kramerstraße 13 – damals als Nr. 5 bezeichnet

450

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

Bild 4. Kramerstraße etwa 1954 mit wieder aufgebauter Marktkirche

Bild 6. Straßenansicht (Oktober 2003)

Bild 5. Kramerstraße 13 nach abgeschlossener Sanierung 2009

Bild 7. Hofansicht (Oktober 2003)

Zusammenfassung der bauphysikalischen Maßnahmen

Ungewçhnlich ist der winklige Grundriss, den das aufstehende Gebude beschreibt und damit vollflchig dem Grundstck folgt (Bilder 2, 3). Die Nachbarhuser schließen mit etwas geringeren Trauf- und Firsthçhen an den beiden Giebelseiten auf ganzer Breite unmittelbar an. Auch rckwrtig, an der Sdfassade, ist ber die gesamte Hauslnge ein eingeschossiger Flachdachbau angebaut, der nicht zum Gebude gehçrt. Freiflchen sind dementsprechend nicht Bestandteil des Grundstcks. Nutzung vor der Modernisierung: Goldschmiede im Laden Erdgeschoss (altersbedingte Aufgabe); jeweils eine Wohnung in den Obergeschossen 1, 2 und 3 mit Erschließung von Bad und Kche ber das Treppenhaus; eine Wohnung im Dachgeschoss. Nutzung nach der Modernisierung: Inhabergefhrter Herrenausstatter im Erdgeschoss; in den Obergeschossen 1, 2 und 3 Bros (Planungsbro und Kommunikationsagentur); Wohnung im Dachgeschoss.

3

Sanierungs- und Nutzungsempfehlung

Auf eine ausfhrliche Zustandsbeschreibung, die als gutachterliche Untersuchung zum Verkauf vorlag, wird an dieser Stelle verzichtet [3]. Zusammenfassend stellt sich aus den Ergebnissen der Befunderhebung hinsichtlich Konstruktion, Ausstattung und bauhistorischer Zusammenhnge dar, dass die Gewçlbekeller und der aufgehende Fachwerkbau in der ursprnglichen Konstruktion wie auch in den Umbauten im Wesentlichen den regionalen Bautraditionen der jeweiligen Entstehungszeit entsprechen. Dabei spannt sich der zeitliche Bogen von den als sptmittelalterlich anzunehmenden Gewçlben ber das Fachgefge aus der Mitte des 17. Jahrhunderts und den umfassenden klassizistischen Umbaumaßnahmen bis zu kleineren Eingriffen des 19. und 20. Jahrhunderts. Durch die vielfltigen und oft nur partiell durchgefhrten Umbauten zeigt sich heute ein heterogenes Gefge, in dem keine Bauphase das Gesamtbild von Konstruktion und Gestaltung dominiert. Dennoch gibt es bauzeitlich eindeutig zuzuordnende und in sich wenig gestçrte Bereiche, denen ein hoher Erhaltungswert zugesprochen werden muss. Das Ziel einer denkmalgerechten Sanierung kann in diesem Sinne nur in der Erhaltung des Gebudes in seiner gesamtgeschichtlichen Struktur liegen. Die Schadensermittlung in der gutachterlichen Untersuchung [3] hat die Notwendigkeit grundlegender Sanierungsmaßnahmen an der Gebudekonstruktion dargelegt. Unabhngig davon bedarf es fr eine zeitgemße Nutzung auch einer vollstndigen Modernisierung der gesamten Gebudetechnik, Renovierung der Rumlichkeiten und Neustrukturierung der Raumdispositionen. In den vergangenen Jahren und Jahrzehnten wurden neben regelmßigen Wartungen und Instandhaltungen an der Gebudesubstanz ebenfalls bereichsweise Erneuerungen in der Haustechnik vorgenommen, so z. B.

451

an Bad- und Elektroinstallation, in der Gesamtheit entsprechen die Gegebenheiten aber nicht mehr dem allgemeinen Standard. Bei Umbau und Sanierung des Gebudes sind nicht nur die Belange des Denkmalschutzes und der Nutzungsbedrfnisse zu bercksichtigen, eine wesentliche Rolle kommt den rechtlichen Vorgaben der Niederschsischen Bauordnung und sonstiger, die Baumaßnahme betreffende Gesetze, Verordnungen und Richtlinien zu. Die Beibehaltung der Nutzung lsst nicht in jedem, eine Umnutzung im Prinzip in keinem Fall die Berufung auf den Bestandschutz zu. Als Beispiele seien hier insbesondere der ungengende Brandschutz, fehlende ordnungsgemße Rettungswege und fehlende Einstellpltze genannt. Unabhngig von den Herstellungspflichten bei einer Umnutzung sollte auch bei fortgesetzter Wohnnutzung die Ertchtigung des Brandschutzes und der Rettungswege hohe Prioritt haben. Allein schon aus der Grundstcksituation ergeben sich Zwnge zu Kompromissen und Sonderlçsungen, hinzu kommen die vorhandene Gebudekonstruktion und nicht zuletzt der Denkmalschutz. Partiell kann der Denkmalstatus des Gebudes hilfreich sein in der Entwicklung und Durchsetzung von Lçsungen, die dem historischen Bestand und der neuen Nutzung entgegenkommen. In der Regel sind diese Sonderlçsungen aufwendiger in der Planung und Abstimmung. Die in Tabelle 1 aufgefhrten Schwerpunkte hinsichtlich einer gleichermaßen kosten- und denkmalgerechten Sanierung wurden vorgeschlagen [3].

4

Zusammenfassung der bauphysikalischen Maßnahmen

Neben der gutachterlichen Befund-Untersuchung zu Konstruktion, Ausstattung und bauhistorischen Zusammenhngen [3] wurde nach Eigentumsbergang der Objekte im Rahmen eines Vorkonzeptes zur Bauphysik und Anlagentechnik eine Lçsung zur zuknftigen Versorgung der Gebude erarbeitet [4]. Ausgehend von der anspruchsvollen Zielsetzung, dass die Modernisierungsmaßnahmen nach dem Standard eines EnEV-2007-Neubaus durchgefhrt werden sollen, der zudem die Mçglichkeit zur Erlangung verschiedener Fçrdermittel erçffnet, wurden vom entmieteten und teilweise baukonstruktiv freigelegten Istzustand folgende bauphysikalische Maßnahmen geplant: – Dmmung der Außenwnde gegen Außenluft mit 80 mm Holzweichfaser, – Dmmung der Innenwnde zum unbeheizten Keller mit 100 mm Mineralwolle und Gipskartonplatte mit Lehmputz, – Dmmung der Innenwnde im Dachgeschoss zum unbeheizten Trockenraum etc. als Leichtbauwand mit ebenfalls 100 mm Mineralwolle, – Dmmung der Satteldcher mit 80 mm Mineralwolle unterhalb der Sparren und 120 mm in der Sparrenlage,

452

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

Tabelle 1. Schwerpunkte denkmalgerechter Sanierung A – Erhalt der in sinngebender Einheit B – Substanzschonende Behebung der berkommenen Teile der historischen Bau- Schadenursachen und Umbaumaßnahmen, Vermeidung von Eingriffen und weiteren Stçrungen in diesen Bereichen – Sptmittelalterliche Kellergewçlbe – Frhbarockes Fachwerkgefge: Außenwnde bis auf Nordseite, Holzbalkendecken, Dachwerk; neben der reinen Konstruktion gehçren auch Ausfachungen, Deckenfllungen und Putze dazu – Klassizistische Um- und Ausbauten: Nordfassade, tragende Innenwnde (soweit konstruktiv intakt), Lambrien, Trbltter und -bekleidungen, Ausfachungen, Fllungen und Putze – Grnderzeitliche Erdgeschossfassade, soweit haltbar die Treppenkonstruktion des 19. Jh., insbesondere der kaum gestçrte Lauf EG/1.OG – Befensterung des 19. Jh. – Ausstattungsfragmente des 17. Jh.: Erneute Wiederverwendung der beiden berkommenen Trbltter

C – Weitestmçgliche Anpassung der Raumstrukturen und Ausstattungen an zeitgemße Nutzungserwartungen unter Bercksichtigung der Gegebenheiten und Einbeziehung vorgenannter Punkte

– Entwicklung eines inneren Tragsystems – Schaffung sinnvoll zusammenhngender Nutzungsbereiche auf Basis der statisch intakten Teile des Bestandes: Entlastung des Kellergewçl– Ertchtigung des baulichen Brandschutbes; Stabilisierung oder kraftschlssige zes, z. B. Einbau einer RWA-Anlage, Teilerneuerung des Treppenraums; Wiezumindest einseitiger Ergnzung von derherstellung der KonstruktionszusamGeschossen und Wohnungstrennwnmenhnge in Gebudelngsrichtung den, u. a durch Trockenestriche und Gipskartonbeplankung, Einrichtung von – Sanierung der Außenwnde: ErneueSollbruchstellen an Kmpfern zur Nutrung nicht mehr tragfhiger Hçlzer, zung der straßenseitigen Fenster als (z. B. Grundschwellen) bzw. Reparatur 2. Rettungsweg, Entwicklung von Gauteilgeschdigter Hçlzer unter Anwenben mit Klappbrstung oder sonstiger dung traditioneller ReparaturverbinSonderlçsungen dungen; Entfernen schdigender bzw. ungeeigneter Spachtelungen, Anstriche – Erneuerung der Gebudetechnik, unter und Putze, stattdessen Anwendung besonderer Bercksichtigung der vornachweislich konstruktionsvertrglicher handenen Ausstattungen, z. B. keine Materialien und Techniken Anordnung von Heizkçrpern oder Heiz– Wiedereinbau entfernter Aussteifungselemente im Dachtragwerk, ggf. stçrungsarme Ergnzung durch Windenrispenbnder

leitungen vor Lambrien, keine Fhrung von Abwasserleitungen durch Konstruktionshçlzer etc. Die vorhandenen Schornsteine sind ggf. sinnvoll als Verteilerschchte zu benutzen, um weitere notwendige Deckendurchbrche zu vermindern

– Stabilisierung der Fachwerkaußenwnde mit verankerter Ziegelschale, außenseitige Dmmung und Bekleidung der freistehenden Wandpartien zur Vermeidung – Einrichtung von notwendigen Abstellflchen, insbesondere fr Mlltonnen von Folgeschden aufgrund eindringenetc. im Erdgeschoss der Feuchte und zur Verbesserung der bauphysikalischen Zusammenhnge in der vorhandenen Wandschichtung

– Dmmung des Spitzbodens mit 200 mm Mineralwolle in der Balkenlage, – Dmmung des Fußbodens im Keller/Verkaufsraum mit 100 mm formfestem Polystyrol, – Dmmung des Fußbodens zum unbeheizten Keller mit 100 mm Mineralwolle, – Dmmung des Fußbodens im Erweiterungsbereich mit insgesamt 160 mm Polystyrol, – Erneuerung der abgngigen Fenster gegen Wrmeschutzverglasung mit U = 1,00 W/m±K, g = 0,61 und (denkmalgerechten) Holzrahmen, – Vorsatzfenster bei bestehenden Isolierglsern als Kastenfenster mit Wrmeschutzverglasung mit U = 1,00 W/m±K, g = 0,61 und (denkmalgerechten) Holzrahmen. Alle dabei verwendeten Dmmstoffe sollten in der Qualitt mindestens in WLG 035 vorgesehen werden. In Bezug auf die zu whlende Anlagentechnik zeigte die Untersuchung, ausgehend von der verbesserten Bau-

physik, dass sich die Umstellung auf den Energietrger Fernwrme als sinnvoll erweist. Bereits wirtschaftliche Vorteile bei einer Zentralisierung ber den Energietrger Erdgas kçnnen so weiter optimiert werden. Der Aufbau einer Fernwrmeversorgung zieht folgende Maßnahmen nach sich: – Demontage vorhandene Hausanschlsse fr Erdgas, – Herstellen der Hausanschlsse fr Fernwrme, – Fernwrmebergabestationen bis 20 kW inklusive Regelung und Sicherheitsarmaturen, – Trinkwarmwasserspeicher einschließlich Ladeset, – Rohrleitungen ausschließlich in der Zentrale. Die Ergebnisse der festgelegten Modernisierungsmaßnahmen sind in Tabelle 2 zusammengestellt [4].

Zusammenfassung der bauphysikalischen Maßnahmen

453

Tabelle 2. Sanierung der Wohn- und Geschftseinheiten, Kramerstraße 13 in 30159 Hannover (Variante 1), bersicht Flchen

U-Wert [W/m±K]

Berechnungsfaktor [–]

Flche A [m±]

Temperaturdifferenz DT [K]

Transmissionswrmebedarf Qt [kW]

aw1 Außenwand 32–35 cm

0,32

1,00

265,52

34

2,89

aw2 Außenwand 20 cm/Gaube

0,38

1,00

43,77

34

0,57

da1 Schrgdach

0,18

1,00

55,02

34

0,34

da2 Spitzboden

0,17

1,00

51,30

30

0,26

iw2 Innenwand DG zu unbeheizten Rumen

0,31

1,00

30,74

30

0,29

fb2 Fußboden zum unbeheizten Keller

0,29

1,00

92,34

15

0,40

at1.1 Außentr

3,50

1,00

4,22

34

0,50

af1.1 Fenster neu

1,40

1,00

11,33

34

0,54

af1.2 Kastenfenster

0,98

1,00

65,82

34

2,19

Gesamtflche

620,06

Gesamt7,97 transmissionswrmebedarf

Tabelle 3. Sanierung Wohn- und Geschftseinheiten, Kramerstraße 13 in 30159 Hannover (Variante 1), Berechnungswerte V

Gebudevolumen [m3]

1598,00

A/V A/V-Verhltnis [1/m] (wrmebertragende Flche/Volumen)

0,39

QT

Transmissionswrmebedarf [kW] (aus obiger Berechnung)

7,97

QL

Lftungswrmebedarf [kW] (QL = V · 0,8 · roh · cp · dT ·beta)

7,27

QH Gebudewrmebedarf [kW] (QH = QT +zeta · QL)

11,61

454

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

Tabelle 3. Sanierung Wohn- und Geschftseinheiten, Kramerstraße 13 in 30159 Hannover (Variante 1), Berechnungswerte (Fortsetzung)

Ausfhrung der Sanierungsarbeiten

455

Tabelle 3. Sanierung Wohn- und Geschftseinheiten, Kramerstraße 13 in 30159 Hannover (Variante 1), Berechnungswerte (Fortsetzung)

5

Ausfhrung der Sanierungsarbeiten

Das Erreichen des EnEV-2007-Neubaustandards unter Einhaltung der Auflagen des Denkmalschutzes ist nur mçglich, wenn weitestgehend auf Maßnahmen auf der Gebudeinnenseite zurckgegriffen wird. Mit den ausgewhlten Maßnahmen werden die Randbedingung fr das Gebude zur Erreichung des EnEV-2007-Neubaustandards erfllt, die ausgewiesenen Werte bewegen sich aber an der zulssigen Grenze. Eine eventuell im weiteren Planungsprozess vorgenommene nderung von Maßnahmen mit genderten Energiedurchgangswerten ist daher fr die Zielerreichung als kritisch zu betrachten.

5.1

Besonderheiten Bauphysik

5.1.1

Einbau neuer Fenster/Vorsatzfenster bei bestehenden und intakten Isolierfenstern

Durch den Einbau hochwertiger Verglasungen einschließlich Rahmen und entsprechenden Dichtungen werden im Falle des Austausches bestehender Fenster U-Werte erreicht, die im Bereich von 1,40 W/m±K liegen; dieses gilt auch fr die Dachflchenfenster. Durch den Vorsatz einer solchen Verglasung vor intakte Isolierfenster, somit der Ausbildung von Kastenfenstern in einzelnen Bereichen, ergeben sich sogar U-Werte < 1,00 W/m±K. Durch das Einbringen einer Innendmmung auf die Außenwnde in Form einer Holzweichfaserplatte wird der U-Wert der Wnde aber deutlich unter 0,40 W/m±K ge-

456

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

setzt, sodass Gefhrdungen dieses Bauteils durch deutliche Verbesserungen der transparenten Hllflchen auszuschließen sind. 5.1.2

Feuchteschutznachweis Innendmmung mit Simulation des feuchtetechnischen Verhaltens einer Innendmmung im Fachwerkhaus

Im Rahmen der weitergehenden Untersuchungen wurde ein Feuchteschutznachweis ber das Einbringen einer 80 mm Mineraldmmplatte (Multipor) als Innendmmung fr die Außenwnde nach DIN 4108 gefhrt. In der Bewertung der bauphysikalischen Materialeigenschaften wurde der ursprnglich verfolgte Einsatz einer Holzweichfaserplatte nicht weiterverfolgt. Grnde hierfr waren: – generell gnstigeres Feuchtekapillarverhalten der Mineraldmmplatte gegenber der Holzweichfaserplatte (gnstigerer Sd-Wert), – die Mineraldmmplatte ist gegen Schwamm- und Schimmelbefall resistent, die Holzweichfaserplatte kann dagegen den Nhrboden fr Schwamm- und Schimmelbefall bilden. Eine unkompliziert zu montierende und wenige Schichten umfassende Innendmmung birgt ein geringeres Fehlerpotenzial und trgt somit zur Bauteilerhaltung bei. Besonders der Wunsch nach Erhaltung historischer Substanz und Nutzung entsprechend heutiger Anforderungen und Ansprche fhren dazu, die mçglichen Maßnahmen sehr genau auf ihre wirtschaftliche und technische Eignung zu berprfen. Speziell bei Fachwerk ist der Konstruktion eine besondere Bedeutung beizumessen. Die Kombination unterschiedlichster Materialien wie Holz, Ziegel, Naturstein, Lehm, Kalk, etc. und deren Verhalten bei vernderten raumklimatischen Verhltnissen fordern eine genaue Betrachtung. Als Voraussetzung fr die dauerhafte Funktion muss die Fassade vor aufsteigender Feuchtigkeit und Schlagregen geschtzt sein. Fr die Schlagregenbeanspruchung von Fachwerkfassaden gelten nachfolgende Ausfhrungsempfehlungen, die zu bercksichtigen sind: – Wetterabgewandte Fachwerkfassaden oder Fassaden, die durch benachbarte Bebauung geschtzt sind: Sichtfachwerk ist mçglich, es gelten die Mindestanforderungen an die Auswahl der Bau- und Dmmstoffe. – Freistehende Fachwerkfassaden bei geringer Schlagregenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppe I nach DIN 4108-3): Sichtfachwerk mçglich, eine Trocknung des Bauteils nach innen und außen muss sichergestellt sein. – Freistehende Fachwerkfassaden bei starker Schlagregenbeanspruchung (Beanspruchungsgruppe II und III nach DIN 4108-3): Zustzlich konstruktiver Regenschutz z. B. durch Verputzen, Bekleiden des Fachwerks usw. sowie hohe Ausfhrungsqualitt Fachwerk/Ausfachungen.

Der Erhalt der Diffusionsfhigkeit nach innen und außen ist zu beachten. Weiterhin sind bei der Innendmmung von Fachwerken einige Besonderheiten zu bercksichtigen, die dem Schutz der tragenden Holzkonstruktion dienen. Das verwendete Ausfachungsmaterial der Gefache sollte annhernd die gleiche Wrmeleitfhigkeit wie das Holz besitzen – z. B. Fichte 0,13 W/(mK). Die Luftdichtigkeit der Außenwand ist sicher herzustellen. Das Hinterstrçmen der Mineraldmmplatten muss verhindert werden. Dies erfolgte hier durch vollflchiges Aufbringen eines Lehmausgleichsputzes ber die tragende Holzkonstruktion und die Gefache, in den dann die Mineraldmmplatten vollflchig eingeschwommen wurden. Die Tauwassergefahr im Inneren der Wand ist bei einer Innendmmung zwangslufig zu bercksichtigen, da es durch die Dmmmaßnahme zu einer erhçhten Feuchtebelastung im Grenzbereich zwischen Innendmmung und bestehender Wandkonstruktion kommen kann. Zur Vermeidung von Tauwasserschden an der Holzkonstruktion infolge der Innendmmung werden nach WTA-Merkblatt 8-5-00/D fr „Innendmmsysteme“ u. a. folgende Maßnahmen empfohlen: – Begrenzung des Wrmedurchgangswiderstandes auf R = 0,8 m±K/W, – Verwendung eines kapillaraktiven Dmmstoffs, der einen Teil des anfallenden Tauwassers kapillar zum Raum hin zurckfhrt. Aufgrund der bauphysikalisch positiven Eigenschaften des Lehms wurde die Begrenzung des Wrmedurchgangswiderstandes von 0,8 m±K/W zugunsten einer dickeren Innendmmung verndert. Zum Einsatz kam hier eine 80 mm dicke Mineraldmmplatte. Der Einfluss der mineralischen Innendmmung auf das feuchtetechnische Verhalten der Fachwerkkonstruktion wurde mithilfe eines hygrothermischen Simulationsprogramms ber mehrere Jahre ermittelt. Durch diese Simulation kann im Gegensatz zum Glaserverfahren auch der Feuchtetransport, die Feuchteaufnahme in den verwendeten Materialien sowie deren Austrocknungsverhalten bercksichtigt werden. Weiterhin kçnnen instationre Randbedingungen vorgegeben und somit realittsnahe klimatische Verhltnisse simuliert werden. Fr die Simulation wurde ein mitteldeutsches Klima, aufgezeichnete Klimadaten zu Temperatur, Wind, relativer Luftfeuchte, direkter und indirekter Sonneneinstrahlung und Schlagregen gewhlt. Entsprechend DIN 4108 wurde ein konstantes Innenklima von 20 C und 50 % relativer Luftfeuchte angesetzt. Der Nachweis wurde mit eindimensionalen Simulationsberechnungen im Programm „Delphin“ (Institut fr Bauklimatik, TU Dresden) durchgefhrt. Es wurde ein Berechnungszeitraum von drei Jahren gewhlt. Rechnungsbeginn war dabei der 1. Oktober. Bild 8 zeigt den Flssigwassergehalt in der Dmmschicht aus Multipor ber den Berechnungszeitraum. Dieser Flssigwassergehalt ist die Summe aus Tauwasserbefall und Feuchteertrag aus Schlagregen ber die Ziegelschicht.

Ausfhrung der Sanierungsarbeiten

457

Bild 8. Flssigwassergehalt im Multipor ber den Berechnungszeitraum [1]

Das in der kalten Jahreshlfte im Multipor anfallende Flssigwasser trocknet in der warmen Jahreshlfte vollstndig wieder aus. Es erfolgt keine „Aufschaukelung“ des Wassergehaltes. Die Ziegelaußenseite sollte hydrophobiert werden. Die Werte fr den 5 cm Lehmschlag wurden anhand der Rohdichte geschtzt (l = 0,4). Im Ergebnis zeigt sich, dass es in der Tauperiode zu Kondensatbildung in der Ebene von Mineraldmmplatte/Lehmschlag kommen wird, die aber in der Verdunstungsperiode wieder deutlich aufgehoben wird. Eine Gefhrdung des Bauteils ist daher nicht zu erwarten. Die Sanierungsmaßnahmen werden nachfolgend anhand des Aufbaus der Fachwerkaußenwnde (von außen nach innen) beschrieben. Sie wurden mit dem Ziel des grçßtmçglichen Erhalts historischer Substanz durchgefhrt. 5.2

Gebudehlle

Die mehrlagigen Beschichtungen der Altanstriche auf den Fachwerkhçlzern außen wurden entfernt und durch einen neuen Anstrich ersetzt, der mit einem geringen Sd-Wert einen Feuchtedurchlass nach außen gewhrleistet und dem Holz eine neue Farbgestaltung gibt, da er sich aufgrund von mehrlagigen Altbeschichtungen, Rissen und Fehlstellen nicht mehr aufarbeiten ließ. Die Fachwerkfelder waren fast balkenbndig mit sehr großformatigen, dem Klosterformat hnlichen Back-

steinen in Kalkmçrtel ausgefacht. Die Ausfachungen wurden partiell mit denselben Backsteinen und Kalkmçrtel an einigen Fehlstellen ertchtigt. Die Balkenanschlussfuge wurde ca. 1 cm tief ausgekratzt, um dem neuen Kalkaußenputz eine optimale Anarbeitung an die Holzanschlsse zu ermçglichen. Die Putzanschlussfuge soll zum oberen Riegel einige Millimeter zurckversetzt ausgefhrt werden, und zum unteren Riegel balkenbndig sein, damit an der Außenwand anfallendes Regenwasser keine Eindringkanten im Bereich der waagerecht laufenden Hçlzer findet. Die Ausfhrung des Außenputzes als zweilagiger Kalktrassputz musste sehr dnnschichtig erfolgen, weil die Ausfachungen schon fast balkenbndig waren. Abschließend wurde der Kalkaußenputz nach Befeuchtungs- und Austrocknungszeit mit einem zweifachen Silikataußenanstrich beschichtet, der ebenfalls ber seinen geringen Sd-Wert eine Feuchtabgabe durch die Ausfachungen nach außen gewhrleistet. Die hohe kapillare Feuchtetransportfhigkeit der historischen Backsteine und des Kalkmçrtels und Kalkputzes untersttzt diesen Prozess erheblich. Durch die beschriebenen Sanierungsmaßnahmen wurde die Schlagregensicherheit hergestellt und die Mçglichkeit der Feuchteabgabe nach außen, im Vergleich zum Zustand vor der Sanierung, erheblich verbessert. Die gegenberliegende Bebauung ist im stdtebaulichen Kontext sehr eng und hoch, wodurch die Gefahr von Windlasten als sehr gering eingeschtzt werden

458

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

kann. Diese Faktoren sind neben dem einwandfreien Zustand der Dachentwsserung wichtig fr den schadensfreien Bestand eines Innendmmsystems. In diesem Zusammenhang ist auch noch die Gefahr von aufsteigender Feuchte als Risikofaktor auszuschließen. Bei diesem Objekt gab es jedoch durch den nachtrglich erstellten und feuchtegesperrten Erdgeschossbereich keinen Handlungsbedarf.

Hinter den Backsteinen im Fachwerk befand sich eine 2 bis 6 cm dicke Lehmschlagschicht, die aus dem fr Norddeutschland typischen Gemisch aus Lehm und Stroh besteht und weitestgehend erhalten blieb. Dieser Strohlehmschlag weist in der Regel ein Raumgewicht von ca. 1.100 kg/m auf und ist nach der Definition von Lehmbaustoffen [2, 5, 6] als Leichtlehm zu bewerten. Zur Berechnung der Wrmedurchgangswerte der Fachwerkaußenwand trgt er somit positiv bei. Das kapillare Feuchtetransportvermçgen von Lehm mit seiner sehr geringen Ausgleichsfeuchte wirkt konservierend auf die umschlossenen Hçlzer. Deshalb sollen Lehmbaustoffe direkt auf die Hçlzer ohne entkoppelnde Trennschichten aufgetragen werden, weil sonst der positive Einfluss des Lehms entfllt. Die Schden am Lehmschlag wurden mit Lehmputz als Ausgleichsmçrtel aufgefllt und ergnzt. Tiefe Stellen

wurden auch mit in Lehm eingeklebten Putztrgerplatten aufgefllt, um Trockenzeit zu sparen. Bei den Innenwnden (Bild 9) galt auch der Anspruch, mçglichst alle Lehmbaustoffe im Bestand zu erhalten. Der alte Lehmoberputz (Bild 10) wurde jedoch mit seinen alten Farbschichten komplett bis auf den Strohlehmschlag entfernt. Freigelegte Holzteile wurden mit Schilfmatten als Putztrger bekleidet (Bild 11), und anschließend wurde der zweilagige Lehmputz mit ganzflchiger Gewebeeinlage aufgebracht. Die Innenseite der Außenwand soll entsprechend der allgemeinen Maßtoleranzen fr Putzarbeiten planeben vorgeputzt werden (Bild 12). Lehmputzschichten auf Altlehmuntergrnden mit mehr als 10 mm Auftrag sind zu vermeiden und die Trocknung ist ggf. durch Beheizung und Trocknungsgert zu untersttzen. Der Lehmputz wurde aus einer direkt vor dem Haus platzierten Siloanlage (Bild 13) mit angeflanschter Maschinentechnik bis in den fnften Stock des Gebudes gepumpt und gesprht. Durch diese Technik mit Lehmtrockenmçrtel konnte selbst bei Dauerfrost stçrungsfrei durchgearbeitet werden. Die Lehmbauphase fand hauptschlich ber Winter 2007/2008 statt. Der zur Wrmeversorgung des Objekts installierte Fernwrmeanschluss wurde zur bauseitigen Wrmeversorgung mit einem in jedem Raum installierten provisorischen Heizkçrper in der Mitte des

Bild 9. Innenwand, Bestand

Bild 11. Schilfmatten als Putztrger

Bild 10. Innenwand, Bestand

Bild 12. Ausgleichsputzarbeiten

5.3

Innenwnde

Ausfhrung der Sanierungsarbeiten

459

Raumes genutzt. Durch zustzliche Bautrocknungsgerte konnten somit Trockenzeiten von Lehmputzschichten gewhrleistet werden, sodass der Einbau von 40 Tonnen Lehmputz nach vier Monaten abgeschlossen war.

Auf der getrockneten Lehmausgleichsschicht wurden die 8 cm starken Mineraldmmplatten mit Lehmmçrtel aufgeklebt (Bild 14), und zustzlich mit ca. vier Thermobefestigern im Fachwerkholz gehalten. Im Zuge der Mineraldmmplattenmontage konnte gleich mit dem Lehmputz die Unterputzlage mit ganzflchiger Gewebeeinlage aufgebracht werden. Alle ausgefhrten Lehmputzschichten vom Ausgleichsputz ber die Verklebung der Mineraldmmplatten (Bild 15) bis zur zweilagigen Lehmputzbeschichtung wurden mit der gleichen optimierten Lehmputzmischung ausgefhrt. Der rein mineralische Lehmputz weist sehr gute Hafteigenschaften in Kombination mit sehr geringem Trockenschwundverhalten auf. Durchgefhrte Laboruntersuchungen haben am verwendeten Produkt sehr gute feuchteregulierende Eigenschaften nachgewiesen. Der Lehmputz ist auch als hoch kapillarleitfhig einzustufen und bietet in Kombination mit den Mineraldmmplatten (Bild 16), die einen Sd-Wert von 3 aufweisen, somit auch nach innen einen sehr guten Feuchtedurchlass. Die gesamte Außenwand ist somit hohlraumfrei erstellt (Bild 17), dass keine Gefahr von Hinterstrçmung des Dmmsystems mit warmer Raumluft besteht. Die Gewebeeinlage garantiert die Rissfreiheit der Wandflchen (Bild 18). Auftretende Spannungen werden damit bis in die Innenecken Wand/Decke oder Wand/Wand abgefhrt.

Bild 14. Befestigung der Mineraldmmplatten (mechanisch)

Bild 16. Befestigung der Mineraldmmplatten (mechanisch)

Bild 15. Befestigung der Mineraldmmplatten (kleben)

Bild 17. Befestigung der Mineraldmmplatten (mechanisch)

Bild 13. Baustellenlogistik

460

D 5 Energetische Sanierung von Fachwerkhusern – Ausfhrungsbeispiel

Bild 18. Gewebeeinlage in Wandflchen

Bild 20. Schimmelbildung am Lehmputz

Bild 19. Vorbereitung der Wandflchen fr den Endanstrich

Bild 21. Endbeschichtung auf Lehmputz

Nach Austrocknung des Lehmunterputzes wurde die Lehmoberputzschicht aufgebracht und durch Reiben und Filzen streichfertig bearbeitet (Bild 19). Beim Auftrag von rein mineralischem Lehmputz auf Untergrnde im Bestand mit organischen Bestandteilen wie etwa Schilf oder Stroh kommt es nach einer Feuchtphase von mehr als 10 Tagen zu einer temporren Schimmelbildung (Bild 20). Die Kombination von Lehm und Stroh und Wasser erinnert hier etwas an das Verhalten von Blumenerde, die durch ihre Feuchtphase Keimen ein Wachstumsmilieu bietet. Dieser eher negative Effekt der kombinierten Naturbaustoffe konnte jedoch am beschriebenen Objekt durch aufmerksame Bautrocknung weitestgehend vermieden werden, sodass auch ein zgiger Bauablauf gewhrleistet war. Die raumseitige Endbeschichtung erfolgte mit Silikatinnenfarbe, damit auch hier der Feuchtedurchlass gewhrleistet bleibt (Bild 21). Durch die Materialwahl sind in der Wand hohe kapillare Feuchtetransporteigenschaften gegeben und alle verwendeten Materialien ermçglichen die Dampfdiffusion nach innen und außen. Da Fachwerkgebude durch ihre Tragkonstruktion (Holzstnder, Querschwellen, Rhme, Deckenbalken) Bewegungen aufweisen kçnnen, sind die Innenecken von mineralisch geputzten Flchen als Bewegungsfugen zu betrachten, die gebudeabhngig unterschiedliche Dynamik aufweisen. Bei sehr bewegungsdynamischen Bauwerken ist eine regelmßige malermßige

Pflege und Nacharbeit einzuplanen. Eine Ausfhrung aller Innenecken als Dehnfugen etc. stellt einen unwirtschaftlichen Aufwand dar und wird dem historischen Objekt nicht gerecht. Bei der Ausfhrung der Innenputzarbeiten am beschriebenen Objekt wurde zudem auf eine lotrechte Ausfhrung verzichtet. Die zu bearbeitenden Wandflchen wurden planeben bearbeitet, aber der im Laufe der Jahrhunderte entstandene teilweise schiefe Charakter von Wand- und Deckenflchen blieb erhalten. 5.4

Decken

Durch die Einbindungen von gemauerten Auskragungen im Anschluss Schornstein / Decke wiesen alle Decken im Bestand Schden, von leichten bis starken Rissen bis zu Hohl- und Fehlstellen, auf. Durch den zustzlichen Wunsch der Denkmalpflege, alte Farbschichten aus dem Jugendstil zu erhalten, kam es zu der Entscheidung, alle Decken mit einer zustzlichen Unterlattung zu versehen und diese mit Schilfmatten (Stabilrohr) zu bekleiden und mit einem zweilagigen Lehmputz mit Gewebeeinlage zu verputzen. Im zweiten Obergeschoss wurde zudem eine Decke restauratorisch aufgearbeitet. Abschließend bleibt abzuwarten, ob sich der kritische Bereich im Schornsteinanschluss, der hier nur mit Gewebeeinlage bearbeitet werden konnte, langfristig ruhig

Literatur

461

verhlt. Das Erstellen der Lehmdecken stellt im Vergleich zum blichen Trockenbau einen wesentlich hçheren Aufwand dar und konnte aus Kostengrnden auch nur an ca. 70 % der vorhandenen Decken ausgefhrt werden. Der gesamte Dachgeschossausbau wurde aus Kostengrnden als Trockenbau ausgefhrt. Wenn auf die wohngesunden Eigenschaften von Lehmbaustoffen Wert gelegt wird, so ist jedoch zu bedenken, dass die Decke oftmals ca. 60 % der gesamten respiratorischen Oberflche eines Raumes ausmacht und somit nicht unerheblich mit Lehmputz zur Verbesserung des Innenraumklimas beitragen kann.

6

Fazit

Ziel war die Modernisierung denkmalgeschtzter Fachwerkhuser aus dem 17. Jahrhundert zum energieeffizienten Gebude auf EnEV-2007-Neubauniveau (minus 30 %). Fr das Objekt Kramerstraße 13 wird mit den gewhlten Maßnahmen das Ziel zwar erreicht, die ausgewiesenen Werte bewegen sich aber knapp an der zulssigen Grenze. Der anspruchsvolle Zielwert konnte nur mit einer Innendmmung erreicht werden, die zuvor detailliert bauphysikalisch begutachtet wurde. Es wurde nachgewiesen, dass auch fr Fachwerkhuser bezahlbare energieeffiziente Modernisierungsmçglichkeiten fr eine Umsetzung durch das Handwerk zur Verfgung stehen. Insbesondere durch das kapillare Feuchtetransportvermçgen von Lehm ist positiv zu bewerten, dass der Lehm durch seine sehr geringe Ausgleichsfeuchte konservierend auf die umschlossenen Hçlzer wirkt. Kein anderer Baustoff konserviert Holz so gut wie Lehm. Die Kombination mit einer Mineraldmmplatte bewirkt, dass es in der Ebene Mineraldmmplatte/Lehmschlag zur Kondensatbildung kommt, die aber in der Verdunstungsperiode wieder aufgehoben wird.

Bild 23. Nachher – zu erkennen: Innendmmung, darauf Anbringung der denkmalgeschtzten hçlzernen LambrieInnenwandverkleidung. Restauratorische denkmalgerechte Aufarbeitung der Decke

Die Denkmalpflege konnte berzeugt werden, dass die Sanierung denkmalgeschtzter Details (z. B. einer hçlzernen Lambrie-Innenwandverkleidung) auch unter Energieeffizienzgesichtspunkten denkmalgerecht erfolgen kann.

7

Literatur

[1] Bestel, H.: Multipor als nachtrgliche Innendmmung auf Fachwerk. Xella-Technologie und Forschungsgesellschaft mbH. Emstal 2007. [2] Dachverband Lehm e. V. (Hrsg.): Lehmbau Regeln. Weimar 2008. [3] Gesellschaft fr Bauen und Wohnen Hannover mbH (GBH): Gutachterliche Untersuchung Fachwerkhaus Kramerstraße 13 in Hannover. Hannover 2004. [4] Ingenieurbro GMW GmbH: Vorkonzept Bauphysik und Anlagentechnik Kramerstraße 9, 13, 23. Hannover 2006. [5] Minke, G.: Das neue Lehmbau-Handbuch. Baustoffkunde, Konstruktionen, Lehmarchitektur, kobuch Verlag Staufen, 5. Auflage 2001.

Bild 22. Vorher – zu erkennen: planebene Anbringung der denkmalgeschtzten hçlzernen Lambrie-Innenwandverkleidung

[6] Minke, G.: Lehmmçrtel und Lehmsteine – Stoffkennwerte und ihre Ermittlung als Hilfe zur Vermeidung von Bauschden. In: Moderner Lehmbau 2003. Nachhaltiger Wohnungsbau – Zukunft kologisches Bauen. Hrsg.: Die Wille gGmbH 2003.

463

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau Jens Dieckmann, Frank Fingerloos, Jrgen Schnell

Dr.-Ing. Jens Holger Dieckmann Technische Universitt Kaiserslautern Lehrgebiet Bauphysik und Technische Gebudeausrstung Paul-Ehrlich-Straße, 67663 Kaiserslautern Jahrgang 1977, Studium des Bauingenieurwesens an der TU Kaiserslautern, Wissenschaftlicher Mitarbeiter und 2007 Promotion im Fachgebiet Bauphysik / Technische Gebudeausrstung der TU Kaiserslautern, bis heute Lehrbeauftragter, seit 2008 Energiebeauftragter und seit 2009 komm. Technischer Leiter an der TU Kaiserslautern.

Dr.-Ing. Frank Fingerloos Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e. V. Kurfrstenstraße 129, 10785 Berlin Jahrgang 1961, Studium des Bauingenieurwesens und 1990 Promotion an der Hochschule fr Bauwesen Cottbus. Von 1990 bis 2000 im Bereich der Technik der HOCHTIEF Construction AG, seit 2000 beim Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e. V., seit 2008 Lehrbeauftragter der Technischen Universitt Kaiserslautern „Sonderkapitel des Massivbaus“, seit 2008 ç. b. u. v. Sachverstndiger fr Beton- und Stahlbetonbau, seit 2009 Mitherausgeber des Beton-Kalenders.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

464

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

Prof. Dr.-Ing. Jrgen Schnell Technische Universitt Kaiserslautern Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion Paul-Ehrlich-Straße, 67663 Kaiserslautern Jahrgang 1953, Studium des Bauingenieurwesens an der TH Darmstadt. Promotion 1986, von 1990 bis 2002 Lehrbeauftragter der Ruhr-Universitt Bochum im Fach „Fugenloses Bauen“, langjhrige Ttigkeit in Planung und Bauausfhrung bei der Philipp Holzmann AG in Frankfurt am Main und Dsseldorf, seit 2002 Leiter des Fachgebietes Massivbau und Baukonstruktion an der TU Kaiserslautern, Prfingenieur fr Baustatik.

Inhaltsverzeichnis 1

Vorbemerkung

2 2.1 2.2 2.3 2.4

Hochwertige Nutzung 465 Allgemeines 465 Abdichtungsarten 465 Anforderungen in der Nutzungsklasse A Nutzerverhalten 466

3

Wasserundurchlssige Betonkonstruktionen 468 Ungerissene Bauteile 468 Gerissene Bauteile 468 Allgemeines 468 Rissarten und Rissursachen 468 Zeitpunkt des Auftretens von Trennrissen 469 Risse infolge Eigenspannungen 469 Risse infolge Last und Zwang 470 Selbstheilung von Trennrissen 471 Rissbreitenbeschrnkung 472 Strategien zum Umgang mit einer Trennrissgefahr 472

3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.3

465

4

465

4.1 4.2 4.3 4.4

Besondere Anforderungen an Betonkonstruktionen 473 Grundstze 473 Bodenaufbauten 473 Wandbekleidungen 474 TGA-Komponenten 475

5 5.1 5.2 5.3 5.4

Bauphysik 475 Wrmehaushalt 475 Wrmeschutz 475 Feuchtehaushalt 478 Tauwasser 480

6

Einfluss der anfallenden Feuchtemengen auf das Raumklima 480 Einfluss einzelner Feuchtequellen 480 Notwendiger Luftwechsel 480 Bemessungswerte des notwendigen Luftwechsels 481

6.1 6.2 6.3 7

Zusammenfassung

8

Literatur

484

483

Hochwertige Nutzung

1

Vorbemerkung

Wasserundurchlssige Bauwerke werden seit Jahrzehnten erfolgreich in Stahlbetonbauweise als Weiße Wannen hergestellt. Dabei bernimmt die Stahlbetonkonstruktion mit der Bodenplatte und den Umfassungswnden sowie ggf. der Decke neben ihrer statischen Funktion fr die Standsicherheit gleichzeitig die Abdichtungsfunktion ohne zustzliche Hautabdichtung gegenber Wasserzutritt von außen. Bei einer hochwertigen Nutzung von Rumen in bodenberhrten Untergeschossen, deren Umfassungsbauteile durch Bodenfeuchte oder Grundwasser beansprucht werden, sind besondere Aspekte zu beachten. Diese Aspekte haben eine besondere Bedeutung mit den in der DAfStbRichtlinie Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie) [1] erstmalig definierten Nutzungsklassen erhalten, die zunehmend Eingang in Bauvertrge finden. Hochwertig genutzte Rume in Untergeschossen erfordern besondere Aufmerksamkeit bei Planung, Ausschreibung und Bauausfhrung. Eine interdisziplinre Zusammenarbeit zwischen den Beteiligten (Bauherr, Architekt, Tragwerksplaner, TGA-Planer, Bauphysiker, Bauausfhrender) ist dabei von besonderer Bedeutung. Der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein E. V. hat deshalb ein DBV-Merkblatt Hochwertige Nutzung von Untergeschossen – Bauphysik und Raumklima [2] herausgegeben, welches sich mit den besonderen Anforderungen an hochwertig genutzte Bauwerke befasst und auf die notwendigen bauphysikalischen und raumklimatischen Maßnahmen eingeht. Die grundstzlichen Aussagen zu Bauphysik und Raumklima gelten dabei fr alle Rume in erd- und wasserberhrten Untergeschossen unabhngig von der Abdichtungsart (z. B. Schwarze oder Weiße Wanne). Darber hinaus wird im Merkblatt [2] auf die besonderen Anforderungen an Planung, Baukonstruktion und Ausfhrung der Weißen Wanne detailliert eingegangen (vgl. auch Hinweise in [3] und [4]).

2

Hochwertige Nutzung

2.1

Allgemeines

In der Entwurfsphase der Objektplanung ist mit dem Bauherrn zu klren, welche Nutzung ber welchen Zeitraum mit welchen Anforderungen – z. B. an das Raumklima – in den Rumen der Untergeschosse einzuplanen ist. Die WU-Richtlinie unterscheidet hierfr Nutzungsklassen, wobei zustzliche Anforderungen an das Raumklima gesondert zu vereinbaren sind. Mithilfe eines Baugrundgutachtens ist die Beanspruchung durch Grundwasser abzuklren. Danach sollte unter Hinzuziehung von Fachplanern die Entscheidung fr eine Abdichtungsart getroffen werden.

2.2

465

Abdichtungsarten

In der Praxis werden derzeit berwiegend zwei Bauarten zur Abdichtung von Bauwerken im Grundwasser eingesetzt: Schwarze Wanne: Zur wasserbeanspruchten Seite hin hautfçrmig abgedichtete Bauwerke auf der Basis von Abdichtungsstoffen nach DIN 18195; meist aus (schwarzen) Bitumenwerkstoffen bestehend. Weiße Wanne: Begrenzung der Wasserdurchlssigkeit einer ohnehin fr statische Zwecke vorgesehenen Betonkonstruktion durch besondere Maßnahmen in der Betontechnik, der Bewehrungswahl und bei der Ausbildung von Fugen und Bauteildurchdringungen derart, dass erforderliche Gebrauchseigenschaften nicht unzulssig beeinflusst werden. Die genannten Bauarten sind schon seit vielen Jahren im Einsatz. Zu beiden Ausfhrungsarten liegen positive und negative Erfahrungen auch fr hochwertig genutzte Rume vor, die sich nicht ohne Weiteres verallgemeinern lassen. Die Entscheidung fr eine Bauart hngt fr jedes einzelne Bauvorhaben von verschiedenen Randbedingungen ab, wie beispielsweise von den Nutzeranforderungen ber die gesamte Lebensdauer der Immobilie, von der geologischen Lage und der Wasserbeanspruchung, vom Bauablauf, von wirtschaftlichen Erwgungen usw. Einer der entscheidenden Vorteile einer Weißen Wanne ist die Mçglichkeit, Fehlstellen nachtrglich whrend der gesamten Lebensdauer der Immobilie zielsicher abdichten zu kçnnen, sofern die Zugnglichkeit der Wanneninnenflchen sichergestellt ist. Hufig kontrovers diskutiert werden Situationen, in denen die Innenoberflche des außenseitig mit Druckwasser belasteten wasserundurchlssigen Bauwerks aus Beton mit mehr oder minder diffusionsdichten Schichten, Bekleidungen oder Bodenaufbauten abgedeckt ist oder innenseitig gedmmt ist. 2.3

Anforderungen in der Nutzungsklasse A

Die Anforderungen aus der Nutzungsklasse A werden in [1] folgendermaßen beschrieben: „5.3 (2) Fr Bauwerke oder Bauteile der Nutzungsklasse A ist ein Feuchtetransport in flssiger Form (Wasserdurchtritt durch den Beton, durch Fugen, Arbeitsfugen und Sollrissquerschnitte, durch Einbauteile und Risse) nicht zulssig, d. h., Feuchtstellen auf der Bauteiloberflche als Folge von Wasserdurchtritt sind durch in der Planung vorgesehene Maßnahmen auszuschließen. 5.3 (3) Falls zustzlich zu den Anforderungen des Absatzes (2) Bauteiloberflchen ohne Tauwasserbildung, trockenes Raumklima oder beides gefordert werden, mssen in der Planung entsprechende raumklimatische (z. B. Heizung, Lftung zur Abfhrung der Baufeuchte) und bauphysikalische Maßnahmen (z. B. Wrmeschutz zur Vermeidung von Oberflchentauwasser) vorgesehen werden.“

466

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

Tabelle 1. Differenzierung der Nutzungsklasse A abhngig von raumklimatischen Anforderungen [2] 1

2

3

4

5

Klasse

Raumnutzung

Raumklima

Beispiele (informativ)

Maßnahmen 2)

1

A***

anspruchsvoll

warm, sehr geringe LuftArchive, Bibliotheken, Technikrume feuchte, geringe Schwan- mit feuchteempfindlichen Gerten kungsbreite der Klimawerte (Labor, EDV usw.), Lager fr stark feuchte- oder temperaturempfindliche empfindliche Gter

2

A**

normal

Wrmedmmung EnEV, warm, geringe Luftfeuchte, Rume fr dauerhaften Aufenthalt mßige Schwankungsbreite von Menschen, wie Versammlungs-, Heizung, Zwangslftung, der Klimawerte Bro-, Wohn-, Aufenthalts- oder ggf. Klimaanlage Umkleiderume, Verkaufssttten; Lager fr feuchteempfindliche Gter; Technikzentralen

3

A*

einfach

warm bis khl, natrliche Rume fr zeitweiligen Aufenthalt Luftfeuchte, große Schwan- von wenigen Menschen; ausgebaute kungsbreite der Klimawerte Kellerrume, wie Hobbyrume, Werksttten, Waschkche im Einfamilienhaus, Wschetrockenraum; Abstellrume

Wrmedmmung EnEV; ggf. ohne Heizung, natrliche Lftung (Fenster, Lichtschchte, ggf. nutzerunabhngig)

4

A 0 1)

untergeordnet

keine Anforderungen

–

einfache Technikrume (z. B. Hausanschlussraum)

Wrmedmmung EnEV, Heizung, Zwangslftung, Klimaanlage (Luftentfeuchtung)

1) Entspricht der WU-Richtlinie [1], 5.3 (2), u. U. ist eine Einordnung in Nutzungsklasse B mçglich. 2) Baukonstruktive Anforderungen an Zugnglichkeit der umschließenden Bauteile sind immer zu beachten.

Im DBV-Merkblatt Hochwertige Nutzung von Untergeschossen [2] wird darber hinaus eine Unterteilung der Nutzungsklasse A unabhngig von der Abdichtungsart in Unterklassen vorgeschlagen (Tabelle 1). Dies soll einen differenzierteren Bezug zwischen Anforderungen, Raumklima und technischen Maßnahmen herstellen. Die Unterklassen A* bis A*** decken die Rume nach [1], 5.3 (3) ab, die besondere Anforderungen an

das Raumklima stellen (Beispiel in Bild 1). Fr die Rume nach 5.3 (2) wird eine Basisklasse A 0 vorgeschlagen. Vor dem Hintergrund einer solchen Differenzierung kann dann die notwendige Kommunikation der Baubeteiligten erfolgen, die nicht nur zu einer klareren Formulierung der Bauaufgabe, sondern auch zu sicherer Planung und Kalkulation fhren sollte. Als Hilfsmittel wird hierzu in [2] eine Zustndigkeitsverteilung vorgeschlagen, anhand derer die Baubeteiligten Regelungen fr ein konkretes Projekt treffen und dokumentieren kçnnen (Tabelle 2). 2.4

Bild 1. Beispiel hochwertige Nutzung A** oder A*** in einem Untergeschoss mit Außenbauteilen aus wasserundurchlssigem Beton-Archivraum

Nutzerverhalten

Das Verhalten der Nutzer ist bei besonderen Anforderungen an das Raumklima von entscheidender Bedeutung. Wichtig ist eine nutzungsgerechte Lftung und Heizung der Rume. Der Feuchteeintrag durch Lften bei hohen Außentemperaturen, Waschen, Wschetrocknen, Sportausbung, Aquarienbetrieb, Kochen usw. kann zu Feuchte- und Schimmelpilzschden fhren, wenn diese Nutzungsarten unplanmßig in großem Umfang auftreten. Die falsche Bedienung von HeizungsLftungs- und Klimaanlagen kann die geplante Funktion infrage stellen. Eine Nutzeranweisung als Anlage eines Kauf- bzw. Mietvertrages ist zu empfehlen. Darber hinaus kann

Hochwertige Nutzung

467

2

3

4

5

6

7

Bauphysiker

Tragwerksplaner

TGA-Planer

1

Baugrundgutachter

Tabelle 2. Checkliste: Zustndigkeiten 8

Bauherr

Objektplaner

Bauausfuhrender ¨

Aufgabe

1

Festlegung der Nutzungsanforderungen, Definition Raumklima einschl. zulssiger Grenzwerte

V

M

2

Festlegung der Nutzungsklasse

M

V

3

Festlegung der Abdichtungsart

4

Vorgaben zu flexibler Umnutzbarkeit

5

EnEV-Nachweis, Bemessung Wrmedmmung, Nachweis Tauwasser und Wrmebrcken

6

Angabe von Beanspruchungsklasse und Bemessungswasserstand

V

7

Angabe chemische Zusammensetzung des anstehenden Wassers

V

8

Festlegung Bauteilabmessungen

9

Prognose Rissbreitennderung whrend der Nutzung

10

Entwurfsgrundsatz gemß WU-Richtlinie (evtl. differenziert nach Bauteilen)

M

V

11

Aufklrung des Bauherrn ber Konsequenzen aus Entwurfsgrundsatz

V

M

12

Risikoverteilung hinsichtlich Entwurfsgrundsatz

M

M

M

13

Planung aus dem Entwurfsgrundsatz erforderlich werdender Rissverfllarbeiten gemß [1], Abschnitt 7 (5).

M

V

M

14

Planung Zugnglichkeit fr Abdichtungsarbeiten whrend der Nutzung

V

15

Planung vertrglicher Oberflchenbelge/Beschichtungen

16

Planung und Konstruktion von Dehn-/Arbeits-/Sollrissfugen

M

17

Planung Heizung-, Klima-, Lftungskonzept

M

18

Betondeckung/Expositionsklasse/Mindestfestigkeitsklasse Beton

V

19

Rechenwert Betonzugfestigkeit des jungen Betons

V

M

20

Betonzusammensetzung

M

V

21

Planung und Durchfhrung der Nachbehandlung

22

Festlegung von Fllgut und Verfahren zur Abdichtung wasserfhrender Rissen oder Fehlstellen

M

M

V

23

Planung Zeitpunkt Abstellen Wasserhaltung und Zeitpunkt der Dichtheitsprfung

M

V

M

V V V

M

M M

M

V V

V

M

V Verantwortung (beinhaltet Verpflichtung zur Einbindung der Mitwirkenden und Beschaffung der Informationen) M Mitwirkung

M

V V

M V

V

468

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

es sinnvoll sein, nutzerbedingte Einflsse durch bautechnische und selbstttig funktionierende raumlufttechnische Anlagen weitgehend auszuschalten. Dies kann durch einfachste Systeme bis zu sensorgesteuerten Lftungs- und Klimaanlagen erreicht werden.

3

Wasserundurchlssige Betonkonstruktionen

3.1

Ungerissene Bauteile

Die Mindestdicken der Betonbauteile sind so zu whlen, dass diese unter Beachtung der Betondeckung, der erforderlichen Bewehrungslagen, Fugenabdichtungen und Einbauteile fachgerecht betoniert werden kçnnen und dass die tragende und die dichtende Funktion zustzlich zu allen anderen geforderten Eigenschaften erfllt werden kçnnen (siehe auch DBV-Merkblatt Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton [5]). Die empfohlenen Erfahrungswerte fr die Mindestbauteildicken der WU-Richtlinie [1] reichen bei sorgfltiger Bauausfhrung fr hochwertig genutzte Bauwerke grundstzlich aus. Grçßere Bauteildicken lassen in Bezug auf die Bauausfhrung robustere Konstruktionen erwarten. Es ist daher empfehlenswert, die Mindestbauteildicken bei anspruchsvoller Nutzung A*** unter Beanspruchungsklasse 1 eher grçßer zu whlen. Der raumseitige Feuchteaustritt in der Nutzungsphase ist fr ungerissene, fehlstellenfrei hergestellte Bauteile nach ausreichender Abtrocknung des berschusswassers vernachlssigbar gering. Das Arbeitsmodell fr den Feuchtetransport in einem ungerissenen Betonquerschnitt wird in DAfStb-Heft 555 Erluterungen zur DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton [5] ausfhrlich beschrieben. Hinsichtlich des Feuchtehaushaltes in den Rumen besteht kein Unterschied zwischen Schwarzer und Weißer Wanne, solange keine wasserfhrenden Trennrisse auftreten. 3.2

Gerissene Bauteile

3.2.1

Allgemeines

Ist fr Rume in Weißen Wannen eine hochwertige Nutzung vorgesehen, so mssen Planung und Bauausfhrung konsequent darauf abzielen, eine Trennrissbildung durch geeignete Konstruktion sowie Betonrezeptur und Nachbehandlung weitestgehend zu vermeiden. Die Erfahrung lehrt allerdings, dass dieses Ziel auch bei großen Anstrengungen nicht immer zielsicher erreicht werden kann. Ein Wasserdurchtritt durch WU-Konstruktionen kann nur durch Trennrisse, Stçrungen im Betongefge oder undichte Fugen auftreten. Entstehen in WU-Bauteilen mit einseitiger Wasserbeaufschlagung Trennrisse, so kçnnen diese allerdings große Wassermengen fhren. Deshalb muss einer grundstzlich nicht auszuschließenden Rissbildung große Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Risse sind fr die Entfaltung der Tragwirkung des Verbundbaustoffes Stahlbeton im Allgemeinen erforderlich und stellen auch im Gebrauchszustand grundstzlich keinen Mangel dar, solange die Rissbreiten auf ein vertrgliches Maß begrenzt werden kçnnen. Dabei sind unterschiedliche Rissarten zu unterscheiden. 3.2.2

Rissarten und Rissursachen

Im Zusammenhang mit wasserundurchlssigen Bauteilen sind vor allem folgende Rissarten zu diskutieren: Netzartige Risse Derartige Risse haben im Allgemeinen eine geringe Rissbreite und reichen nur wenige Zentimeter in ein Bauteil hinein. Sie zeigen eine netzartige Verteilung ohne Vorzugsrichtung (Krakelee - Risse). Sie tragen zur Wasserdurchlssigkeit nur insofern bei, als dass sie Auslçser fr Trennrisse infolge spterer Last- und Zwangbeanspruchung (s. u.) sein kçnnen. Ursache: Eigenspannungen durch Abfließen der Hydratationswrme und durch Austrocknung (Frhschwinden) obenflchennaher Querschnittsteile. Vermeidung: Schutz des jungen Betons gegen frhzeitige schnelle Abkhlung oder Austrocknung (Nachbehandlung, vgl. [7]), geeignete Betonzusammensetzung. Risse lngs der Bewehrung Solche Risse kçnnen an der Oberflche von horizontalen, vor allem dicken Bauteilen (z. B. Bodenplatten) auftreten. Sie kçnnen sehr breit werden (ber 1 mm) und folgen der oberflchennahen Bewehrung. Sie reichen i. d. R. von der Oberflche bis zur ußersten Bewehrungslage. Sie gefhrden nicht direkt die Wasserundurchlssigkeit, tragen aber wie netzartige Risse zu einer Vorschdigung des Querschnitts bei und sind unbedingt zu vermeiden. Bei starkem Setzen des Betons kann sich der Verbund zwischen Bewehrung und Beton lçsen und zu Wasserumlufigkeiten entlang der Bewehrung fhren. Ursache: Setzen des Frischbetons, Frhschwinden des noch plastischen Betons (Schrumpfen), Erschtterungen in der Erhrtungsphase des Betons. Vermeidung: Geeignete Betonzusammensetzung, ausreichende Verdichtung (Nachverdichtung), Schutz vor frhzeitigem Wasserverlust durch geeignete Nachbehandlung, Schutz vor Erschtterungen durch Baubetrieb insbesondere bei verformungsempfindlichen Bauteilen. Trennrisse Trennrisse sind Risse, die den gesamten Querschnitt durchtrennen. Nur diese Risse fhren zu einer Wasserdurchlssigkeit. Ursache: Zentrisch oder wenig exzentrisch wirkende Zugnormalkrfte (keine Druckzone im Querschnitt), hervorgerufen durch ußere Lasten oder durch Zwang.

Wasserundurchlssige Betonkonstruktionen

Biegerisse Biegerisse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie nicht den gesamten Querschnitt erfassen, da nur ein Querschnittsteil unter Zugspannungen steht. Die Druckzone bleibt ungerissen und stellt eine Wasserundurchlssigkeit sicher, sofern sie eine bestimmte Mindesthçhe aufweist (s. [1]). Ursache: Biegung mit und ohne Lngskraft (Druckzone im Querschnitt vorhanden) infolge ußerer Lasten oder durch Zwang. 3.2.3

Zeitpunkt des Auftretens von Trennrissen

Trennrisse treten dann auf, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt die auftretenden Zugspannungen die bis dahin erreichte Betonzugfestigkeit berschreiten. Die Zugfestigkeit ist – wie jeder Materialkennwert des Betons – eine relativ stark streuende Grçße. Ihr Mittelwert liegt bei blichen Betonzusammensetzungen im Endzustand bei ca. 3,0 MN/m±. Entsprechend große Zugkrfte sind erforderlich, um Risse zu erzeugen. Allerdings sorgen zuvor auftretende Eigenspannungen und Anrisse dafr, dass der wirksame Querschnitt geschwcht und damit die rissauslçsende Kraft reduziert wird. Bauen sich im Betonquerschnitt bereits whrend des Erhrtens Zugspannungen auf, weil die mit dem Abfließen der Hydratationswrme verbundene Verformung (Zusammenziehen beim Abkhlen) behindert wird, kann es schon zu diesem frhen Zeitpunkt zur Rissbildung kommen. In dieser Phase weist der Beton eine Zugfestigkeit auf, die grob abgeschtzt etwa der halben Endzugfestigkeit entspricht. Tatschlich hngt der zeitliche Ablauf der Entwicklung von Hydratationswrme und der effektiven Zugfestigkeit stark von der Betonrezeptur, dem Zeitpunkt des Ausschalens sowie klimatischen Randbedingungen ab. Diese Bedingungen mssen also im Einzelfall mit betontechnischem Sachverstand prognostiziert werden. Austrocknung und Schwinden und Abkhlung kçnnen auch whrend der Nutzungsphase grundstzlich zum

469

Aufbau von Zwangspannungen fhren. Wasserundurchlssige Bauteile, die an ihrer Außenseite berwiegend feuchtebeansprucht sind, sind aber dadurch gekennzeichnet, dass sie meist große Querschnittsabmessungen haben, das Schwinden in Hinblick auf Trennrisse von untergeordneter Bedeutung ist und nennenswerte raumseitige Abkhlung – zumal bei hochwertiger Nutzung – eher nicht auftritt. An der Bauteilaußenseite herrschen in Boden und Grundwasser ganzjhrig annhernd konstante Temperaturen. Daher erfolgt erfahrungsgemß die Rissbildung bei Weißen Wannen berwiegend zum Zeitpunkt des Abfließens der Hydratationswrme. 3.2.4

Risse infolge Eigenspannungen

blicherweise wird angenommen, dass bei der Verformung elastischer Bauteile die Querschnitte auch in der verformten Lage eben bleiben („Bernoulli-Hypothese“ vom Ebenbleiben der Querschnitte). Eigenspannungen entstehen in einem Querschnitt dann, wenn sich die einzelnen Querschnittsfasern infolge eines nichtlinearen Temperatur- oder Feuchtegradienten anders verformen wollen, als es der tatschlichen Querschnittsverzerrung entspricht. So fhrt z. B. das Abfließen der Hydratationswrme zu einem ausgeprgt nichtlinearen Temperaturgradienten, weil die Wrme innerhalb der ersten Tage nach dem Betonieren zu den Rndern hin abfließt und es im Bauteilinneren zunchst wrmer bleibt als an den Bauteilrndern (Bild 2). So entstehen Eigenspannungen, die im Bauteilinneren Druckspannungen (–) und am Bauteilrand Zugspannungen (+) bewirken. berschreiten die Randzugspannungen die erreichte Betonzugfestigkeit, so kommt es zum Einreißen und damit zu einer Vorschdigung. Durch geeignete Betonrezeptur und Nachbehandlung kçnnen die Eigenspannungen wirkungsvoll begrenzt werden. Eigenspannungen treten vçllig unabhngig vom statischen System auf und erzeugen weder Schnittgrçßen noch Auflagerkrfte.

Bild 2. Temperaturverlauf in einer Stahlbetonwand whrend des Abfließens der Hydratationswrme (links) und qualitativer Verlauf der zugehçrigen Eigenspannungen 24 Stunden nach dem Betonieren

470

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

3.2.5

Risse infolge Last und Zwang

Stahlbetonbauteile werden nur in Ausnahmefllen durch direkte Einwirkungen (Lasten) so beansprucht, dass annhernd zentrische Zugkrfte und dann in deren Folge Trennrisse auftreten kçnnen. Trennrisse entstehen ganz berwiegend infolge indirekter Einwirkungen (Zwang). Zwangschnittgrçßen unterscheiden sich ganz grundstzlich von Lastschnittgrçßen. Zwangschnittgrçßen entstehen – anders als Lastschnittgrçßen – ausschließlich in Tragsystemen, die in ihrer Verformung durch die Auflagerbedingungen behindert sind (statisch unbestimmte Systeme). Eine solche Verformungsbehinderung besteht zum Zeitpunkt des Abfließens der Hydratationswrme z. B. bei Bodenplatten durch Reibung auf dem Baugrund an ihrer Unterseite. Die Verformungsbehinderung kann durch Versprnge (z. B. Aufzugsunterfahrten) noch sprbar verstrkt werden. Hinzu kommt meist eine zustzliche Verformungsbeschrnkung durch Verbindung mit zuvor betonierten Plattenabschnitten (Bild 3). Bei Wnden wirkt sich zumeist die monolithische Verbindung mit zuvor betonierten und ausgekhlten Fundamenten oder Bodenplatten nachteilig aus. Die Rissgefahr wird also wesentlich auch durch den Bauablauf beeinflusst. Whrend eine Rissbildung innerhalb von statisch unbestimmten Tragwerken bei Lastschnittgrçßen lediglich eine Umverteilung nach sich zieht, fhrt sie bei Zwangschnittgrçßen immer zu deren Abbau. Fr Zwang infolge Schwinden und Temperaturnderung lsst sich eine Obergrenze der Dehnungen abschtzen, die im Allgemeinen nicht berschritten wird: Maximal auftretendes Schwindmaß: es » –40 10–5 @ –0,4 %. Bei wassergelagerten, dicken Bauteilen ist das Schwindmaß erheblich geringer. Bei einer grçßten Temperaturnderung (Abkhlung) von Dt = –40 K ergibt sich mit at = 10–5 K1 eine Dehnung von:

Bild 3. Mçgliche Rissbildung bei abschnittsweiser Herstellung von Bodenplatten (Draufsicht, schematisch)

Lage und Richtung von Rissen infolge Zwang sind vom statischen System abhngig. Bei Wnden auf zuvor hergestellten steifen Fundamenten entscheidet vor allem ihr Seitenverhltnis Lnge zu Hçhe (l/h) ber die Rissgefahr. – Kurze Wand (l/h £ 2), (Bild 4) Es besteht nur eine geringe Rissgefahr. Der obere Scheibenrand entspannt sich fast vollstndig, whrend direkt oberhalb des Fundamentes mçgliche Risse durch das steife Fundament „vernht“ werden. Es sind keine Risse ber die gesamte Wandhçhe zu erwarten und die Rissbreiten bleiben weitgehend unabhngig von der Menge der eingelegten Bewehrung klein. – Lange Wand (l/h > 2), (Bild 5) Es muss mit Trennrissbildung ber die gesamte Wandhçhe gerechnet werden. ber die gesamte Wandhçhe muss eine rissbreitenbeschrnkende Mindestbewehrung

eDt = –40 10–5 @ –0,4 %. Eine Abkhlung um 40 K kann allenfalls zum Zeitpunkt des Abfließens der Hydratationswrme erreicht werden. Bei vçlliger Verformungsbehinderung mssen diese Verkrzungen durch eine Verlngerung ausgeglichen werden. Damit betrgt die entsprechende maximale Zwangdehnung: eind = 0,4 + 0,4 = 0,8 % (= 8 mm/m) Die zentrische Zugfestigkeit des erhrteten Betons wird allerdings bereits bei etwa eind = 0,1 % erreicht. Deshalb sind einzelne Risse wahrscheinlich, sofern sich das Bauteil nicht unbehindert verkrzen kann. Einzelne Risse in grçßerem Abstand reichen dann in aller Regel dazu aus, den Zwang soweit abzubauen, dass keine weiteren Risse mehr entstehen. Zwangschnittgrçßen steigen deshalb in aller Regel nicht ber das Erstrissniveau hinaus an.

Bild 4. Rissbildung in kurzer Wand (schematisch)

Bild 5. Rissbildung in langer Wand (schematisch)

Wasserundurchlssige Betonkonstruktionen

471

Bild 6. Durchflussverhltnis q(t)/q0 von Kleinkçrperversuchen fr verschiedene Rissbreiten und berechnete Regressionskurven [9]

eingelegt werden, die lediglich zum Wandende hin gestaffelt werden kann.

Tabelle 3. Zu erwartende Feuchtemengen nach [9] resultierend aus Trennrissen mit begrenzter Rissbreite vor Selbstheilung

Ntzliche Hinweise zur Verteilung von Scheibenspannungen unter Abkhlung enthlt Heft 466 des DAfStb [8]. Zu beachten ist, dass die vorstehenden Regeln nur fr Bauteile mit konstanter Wanddicke, freiem oberen Rand und gleichmßiger Abkhlung ber die gesamte Wandhçhe gelten kçnnen. Andere Konstellationen fhren zu einer anderen Verteilung der Scheibenspannungen und kçnnen zu vom Regelfall deutlich abweichender Rissbildung fhren.

w [mm]

hw / hb [mWs / m]

Wasserdurchtritt q [l / (Std. m)]

0,20

£ 10

47,00

0,15

> 10

20,00

£ 15

30,00

> 15

9,00

£ 25

15,00

3.2.6

0,10

Selbstheilung von Trennrissen

Wenngleich Risse nach Mçglichkeit vermieden werden sollen, so ist ihr Entstehen mit vertretbarem Aufwand nicht vçllig auszuschließen. Auch feine Risse mit Rissbreiten bis 0,25 mm fhren bei entsprechendem einseitigem Wasserdruck große Mengen Wasser. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass die durchstrçmende Wassermenge in aller Regel mit der Zeit sprbar abnimmt. Dies haben systematische Untersuchungen von Edvardsen [9] besttigt. In Abhngigkeit von Rissbreite w und dem Druckgeflle hw/hb (hw: Druckhçhe des Wassers [m], hb: Bauteildicke [m]) wurden Durchflussmengen q (Liter/Std./Meter Risslnge) ermittelt (Tabelle 3). Diese Wassermengen wren fr Bauteile in Weißen Wannen vçllig inakzeptabel. Die Versuche besttigten aber auch, dass die zustrçmenden Wassermengen (in Abhngigkeit von den Rissbreiten) mit der Zeit stark abnehmen (Bild 6). Die zeitabhngige Abnahme des Wasserdurchflusses wird der sogenannten Selbstheilung der Risse zugeschrieben. Hierbei wird Calciumcarbonat infolge Reaktion der im Beton vorhandenen Calcium-Ionen mit den im Wasser gefhrten Carbonat-Ionen gebildet (Bild 7).

Bild 7. Calciumcarbonatfahne nach Selbstheilung

472

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

In vielen Fllen liegen die erforderlichen Ausgangsstoffe vor. Ausnahmen bilden Wsser mit kalklçsender Kohlensure > 40 mg/l CO2 und einem pH-Wert < 5,5, weil diese Calciumcarbonat abbauen. Die Selbstheilung kann eine praktisch vollstndige Abdichtung eines Trennrisses bewirken. 3.2.7

Rissbreitenbeschrnkung

Durch eine geeignete Bewehrungsmenge und -fhrung lassen sich Risse im Gebrauchszustand in ihrer Breite nach DIN 1045-1 [10] wirkungsvoll beschrnken (vgl. auch DBV-Merkblatt Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau [7]). Ein angestrebter Rechenwert der Rissbreite wk entspricht dabei einem 70%- bis 95%-Quantilwert, sodass einzelne breitere Risse in Kauf genommen werden mssen. In der DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton [1] werden auf Grundlage von [9] fr Trennrissbreiten zulssige Rechenwerte angegeben, bei deren Einhaltung fr mit drckendem Wasser beaufschlagte Bauwerke grundstzlich eine Selbstheilung der Risse nach bis zu 50 Tagen erwartet werden darf: hw/hb £ 10: hw/hb > 10 £ 15: hw/hb > 15 £ 25:

wk = 0,20 mm wk = 0,15 mm wk = 0,10 mm

mit hw/hb Druckgeflle Druckhçhe des Wassers [m] hw hb Bauteildicke [m] Bei blichen Abmessungen ergibt sich damit bei Wnden meist ein Wert wk = 0,15 mm. Fr dicke Bodenplatten wird in der Regel eine zulssige rechnerische Rissbreite wk = 0,20 mm ermittelt. Feuchtstellen an der Bauteiloberflche kçnnen jedoch auch fr die Zeit nach Abschluss der Selbstheilung nicht vollstndig ausgeschlossen werden. Die Tabellenwerte gelten grundstzlich nur fr Risse mit sehr geringer zeitabhngiger nderung (Dw £ 0,1 · w). Fr Wnde, die an der Außenseite mit Bodenfeuchte oder nicht stauendem Sickerwasser beansprucht werden, wird eine rechnerische Rissbreite von wk £ 0,20 mm empfohlen. 3.3

Strategien zum Umgang mit einer Trennrissgefahr

Vor dem zuvor beschriebenen Hintergrund sind folgende Strategien zur Sicherstellung einer uneingeschrnkten Gebrauchstauglichkeit von hochwertig genutzten Rumen in Weißen Wannen zu diskutieren: Vermeiden von Trennrissen Das Konzept, Trennrisse zielsicher zu vermeiden, ist bevorzugt zu verfolgen. Es ist allerdings ußerst anspruchsvoll und setzt einen sehr hohen Aufwand an Planung und Koordination in Konstruktion, Betontech-

nik und Bauausfhrung voraus. Es erfordert vertiefte Kenntnisse und zudem Erfahrungen im Umgang mit WU-Bauwerken. Vor allem Betontechnik, Bauteilart sowie klimatische Randbedingungen whrend Bauzeit und Nutzung entscheiden ber den Erfolg einer Rissvermeidungsstrategie. Hinweise zur Reduzierung der Rissbildung in Stahlbetonbauwerken sind ausfhrlich im DBV-Merkblatt Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau [7] enthalten. Abwarten einer Selbstheilung Auf Begrenzung der Rissbreiten mit anschließender Selbstheilung darf in der Regel nur dann gesetzt werden, wenn der Bauablauf eine frhzeitige und vollstndige berprfung ihrer Wirksamkeit zulsst. Es muss also sichergestellt sein, dass die WU-Bauteile mit dem maßgebenden Wasserstand – z. B. durch Abschalten einer Wasserhaltung – ausgesetzt werden, bevor – Wasserzutritt im Gebude zu Schden fhren kann, – betroffene Bauteile infolge fortschreitenden Ausbaus nicht mehr frei zugnglich sind, – die Nutzung des Gebudes begonnen hat. Liegen maßgebende Hçchstwasserstnde deutlich oberhalb des Wasserstandes zum Zeitpunkt der Dichtheitsprfung, so kann eine berprfung der Wirksamkeit der Selbstheilung whrend der Bauzeit nicht erfolgen. Soll in Ausnahmefllen eine berprfung der Selbstheilung erst whrend der Nutzungsphase in Kauf genommen werden, so sind entsprechende vertragliche Regelungen zu treffen und eine freie Zugnglichkeit der wasserberhrten Bauteile whrend der Nutzungsphase ist sicherzustellen. Nachtrgliches Verpressen Verpressen von Rissen mit geeignetem Fllgut (Rissinjektion) fhrt zur zuverlssigen Abdichtung von Rissen [11]. Dabei kann ein hydraulisch bindender Fllstoff (Zementsuspension) mit begrenzt kraftschlssiger oder ein Polyurethanharz mit begrenzt dehnfhiger Wirkung verwendet werden. Ein erneutes Aufreißen der Trennrisse beim Einsatz einer Zementsuspension ist zwar mit der gnstigen Wirkung der Selbstheilung mit nunmehr verminderter Rissbreite verbunden. Eine Selbstheilung whrend der Nutzungsphase ist aber bei hochwertiger Nutzung auszuschließen. Ein erneutes Aufreißen von mit Polyurethanharz gefllten Rissen kann nur durch Wiederholung der Injektion abgedichtet werden. Wird auf Selbstheilung whrend der Rohbauzeit gesetzt, ist Verpressen gut geeignet, verbleibende Fehlstellen abzudichten. Insgesamt ist es aber fr hochwertig genutzte Rume kein akzeptables Konzept, anstelle eines Rissvermeidungskonzeptes ausschließlich eine Rissverpressung vorzusehen, zumal Risse auch nach Nutzungsbeginn auftreten kçnnen. Die WU-Richtlinie verlangt in Abschnitt 7 (5) fr jeden Fall eine vorsorgliche, planmßige Festlegung von nachtrglichen Dichtungsmaßnahmen.

Besondere Anforderungen an Betonkonstruktionen

Planmßiges Lften In den Erluterungen zur WU-Richtlinie wird in Abschnitt 3.23 dargestellt: „Eine vollstndig trockene Bauteiloberflche kann auch am Ende des Selbstheilungsprozesses nicht allgemein erwartet werden, es sei denn, planmßig zustzliche raumklimatische Maßnahmen werden ergriffen, die fr eine kontinuierliche Verdunstung der zur Bauteiloberflche gefhrten Feuchte sorgen.“ Und zu Abschnitt 8.5.3(4) heißt es dort: „Die Ausnutzung dieser Mçglichkeit – Durchfeuchtungen auch bei Nutzungsklasse A zu erlauben – setzt einen … hohen Klimatisierungsbedarf zur Sicherstellung einer stndigen Verdunstung der Feuchte auf der Innenseite des Bauteils voraus.“ In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Wirkung von Lftungsmaßnahmen nicht vorausschauend beurteilt werden kann, wenn die genaue Wasserdurchtrittsmenge nicht bekannt ist. Außerdem ist zu beachten, dass Lftungsanlagen keine gleichmßige Durchstrçmung von Rumen bewirken und auch z. B. die Oberflchenbeschaffenheit von Innenflchen Einfluss auf das Abtrocknungsverhalten hat. Lftungsanlagen sind also auf die sichere Abfhrung von Bau- und Nutzungsfeuchte zu dimensionieren. In aller Regel kçnnen sie zur Kompensation der Auswirkungen von wasserfhrenden Trennrissen nicht ausgelegt werden.

stoffen) vorgesehen, kçnnen diese erst dann aufgebaut werden, wenn ein Wasserdurchtritt durch die Weiße Wanne ausgeschlossen werden kann. Darber hinaus ist es besonders wichtig, dass die Betonoberflchen ausreichend abgetrocknet sind. Der Austrocknungsprozess hngt von Luftzirkulation, Lufttemperatur und relativer Luftfeuchte ab. Allgemein kann empfohlen werden, so spt wie mçglich Betonbauteile zu verkleiden oder besondere Maßnahmen zur Austrocknung zu treffen. Bei Anordnung innenliegender Wrmedmmungen sind mçgliche Wrmebrcken beim bergang von innenliegender zu außenliegender Wrmedmmung zu beachten. Wrmebrcken kçnnen zu deutlich niedrigeren raumseitigen Oberflchentemperaturen und damit zu Tauwasserausfall, Schimmelbildung und zu erhçhten Transmissionswrmeverlusten fhren. Im tief liegenden bergangsbereich Bodenplatte – Wand ist dies in der Regel wegen der Bodentemperaturen ber 10 C unkritisch. Im oberirdischen bergangsbereich eines dem Außenklima ausgesetzten Sockels ist die Tauwassergefahr grçßer und die Wrmebrcke sollte nach DIN 4108-2 [12] nachgewiesen bzw. ausgefhrt werden. Die in DIN 4108, Beiblatt 2 [13] aufgefhrten konstruktiven, form- und stoffbedingten Wrmebrcken sind ausreichend wrmegedmmt und brauchen nicht gesondert nachgewiesen zu werden. 4.2

4

Besondere Anforderungen an Betonkonstruktionen

4.1

Grundstze

Oberster Grundsatz sollte sein, bei drckendem Wasser von außen (Beanspruchungsklasse 1), die Zugnglichkeit der Bauteile der Weißen Wanne auch in der Nutzungsphase zu ermçglichen, um bei ggf. spteren Wasserdurchtritten diese frhzeitig erkennen und Abdichtungsmaßnahmen einleiten zu kçnnen. Der Aufwand zur Sicherstellung der Zugnglichkeit muss dabei verhltnismßig sein. Das Verhltnis zwischen Kosten einer Mngelbeseitigung und der Herstellung der Zugnglichkeit (z. B. durch Abbruch und Neuaufbau von Fußbçden) muss im Einzelfall bewertet werden. Werden bei Beanspruchungsklasse 1 innenliegende Bodenaufbauten oder Wandbekleidungen bei wasserundurchlssigen Betonkonstruktionen geplant oder ist die Zugnglichkeit der Betonoberflche durch Komponenten der Technischen Gebudeausrstung ausgeschlossen, sollten erst recht Maßnahmen ergriffen werden, die Rissbildung infolge spt auftretendem Zwang mçglichst sicher auszuschließen. Da bei starker Temperaturnderung whrend der Nutzung Zwang in den Außenbauteilen entstehen kann, ist insbesondere eine mçglichst gleichmßige Temperierung der Bauteile nach Einbau der Boden- oder Wandaufbauten bzw. der TGA-Komponenten anzustreben. Werden Boden- oder Wandaufbauten aus feuchteempfindlichen Baustoffen (z. B. Gips- oder Holzbau-

473

Bodenaufbauten

Werden bei Beanspruchungsklasse 1 schwimmende Bodenaufbauten oder Bodenaufbauten auf Trennlage oder auf einer Abdichtung mit Bitumenwerkstoffen nach DIN 18195-4 [14] geplant, ist es nicht ausreichend, in der WU-Konstruktion Trennrisse durch den Entwurfsgrundsatz „Trennrisse begrenzen“ auf eine Rissbreite zu begrenzen, die eine Selbstheilung der Risse ermçglicht. Die Selbstheilung kann in diesem Fall wegen des fehlenden Luftzutritts unter dem schwimmenden Estrich nicht eintreten. Die beschriebenen Bodenaufbauten wren nur dann mçglich, wenn sichergestellt ist, dass zum Zeitpunkt des Einbaus der Bodenaufbauten die Selbstheilung erfolgt ist und die Risse zu einem spteren Zeitpunkt nicht erneut wasserfhrend sein kçnnen. Beispiele fr Regelaufbauten fr Bodenplatten zeigt Bild 8. Außenliegende Wrmedmmung sollte bevorzugt werden. Die Dmmplatten kçnnen vorteilhafterweise in eine Druck ausgleichende und Lage sichernde Bitumendickschicht verlegt werden, die in Beanspruchungsklasse 1 ein mçgliches Hinterstrçmen durch Wasser behindern soll. Eine Kombination mit diffusionsoffenen Bodenbelgen ist zu empfehlen, um die Feuchtespeicherkapazitt der Bodenoberflche ausnutzen zu kçnnen und den Austrocknungsprozess (Baufeuchte) nicht zu behindern. Liegt die Wrmedmmung innen, sollte durch eine diffusionshemmende Schicht der Zutritt feuchtehaltiger Luft durch die diffusionsoffene Wrmedmmung an die khle Bodenplatte zur Vermeidung von Tauwasserausfall behindert werden.

474

a)

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

b)

Bild 8. Beispiele fr Regelaufbau Boden bei einer Weißen Wanne, Bkl. 1 (aus [2]); a) Wrmedmmung außen, b) Wrmedmmung innen (Wasserdurchtritt durch Risse unzulssig)

Bei Beanspruchungsklasse 1 und sehr großen Bodenplatten oder Nutzungsklassen A** bzw. A*** sind Bodenaufbauten zu empfehlen, die die Zugnglichkeit oder Kontrolle der Oberflche whrend der Nutzung ermçglichen. Verbundestriche oder vergleichbare Verbundsysteme (z. B. starre Oberflchenschutzsysteme), die einen dauerhaften Verbund zum Untergrund aufweisen, sind geeignete Bodenaufbauten auf Weißen Wannen. Im Falle einer spteren Rissçffnung oder einer Entstehung von neuen Rissen ist durchtretendes Wasser lokalisierbar und die Risse kçnnen nachtrglich dauerhaft durch Injektion abgedichtet werden. Als Oberflchenschutzsysteme sind dampfdiffusionsoffene oder dampfdiffusionsdichte Beschichtungen vorzusehen, die fr eine rckwrtige Feuchtebeanspruchung geeignet (geprft) sind. Die Auswahl der Beschichtung kann in Bezug auf die mechanische Beanspruchung der Beschichtung erfolgen.

a)

4.3

Wandbekleidungen

Beispiele fr einen Regelaufbau fr Außenwnde werden in Bild 9 dargestellt. Von der innenseitigen Anordnung dampfdiffusionsdichter Beschichtungen auf außenseitig gedmmten Wnden wird abgeraten, da die Feuchtespeicherkapazitt der Wandoberflche damit ungenutzt bleibt. Innenliegende Bekleidungen auf WU-Wnden sollten so konstruiert werden, dass sie leicht zu demontieren sind und aus feuchteunempfindlichen Baustoffen bestehen, um das nachtrgliche Freilegen und Verfllen von wasserfhrenden Rissen zu ermçglichen. Sie sollten so angebracht werden, dass keinerlei Hohlrume zwischen den einzelnen Schichten verbleiben. Von einer „natrlichen“ Hinterlftung ist abzuraten, da die Luftkonvektion nicht ausreicht, etwaig ausgefallenes Tauwasser abzulften. Verputzte Wandflchen sind ebenfalls geeignet, da sich Rissortung und Rissverfllung einfach realisieren lassen.

b)

Bild 9. Beispiele fr Regelaufbau Wand bei einer Weißen Wanne, Bkl. 1 (aus [2]); a) Wrmedmmung außen, b) Wrmedmmung innen (Wasserdurchtritt durch Risse unzulssig)

Bauphysik

475

Bild 10. Anordnung von TGA-Komponenten (Grundrissausschnitt) (aus [2]); a) ungnstig: Zugnglichkeit WU-Konstruktion fr Inspektion und Rissverfllung eingeschrnkt, b) gnstig: Zugnglichkeit WU-Konstruktion fr Inspektion und Rissverfllung gegeben

4.4

TGA-Komponenten

Komponenten der Technischen Gebudeausstattung sollten bei WU-Betonkonstruktionen, bei denen ein spterer Wasserdurchtritt nicht ausgeschlossen werden kann, so geplant werden, dass eine nachtrgliche Zugnglichkeit der Außenwnde von innen mit zumutbarem Aufwand mçglich ist. Die TGA-Komponenten sollten auch eine Zugnglichkeit der Bodenplatte ermçglichen. Zweckmßig ist es, die TGA-Komponenten so weit vor der Wand aufzustellen, dass ein ausreichender Raum fr die Durchfhrung von Injektionsarbeiten zur Verfgung steht (vgl. Bild 10). Als Mindestabstand fr den Arbeitsraum wird 0,50 m empfohlen. Dies gilt sinngemß auch fr das Aufstellen der TGA-Komponenten auf einer Bodenplatte.

5

Bauphysik

5.1

Wrmehaushalt

Der Wrmehaushalt in einem Gebude oder einem Gebudeteil wird im Wesentlichen von Wrmequellen und -senken bestimmt und beeinflusst die raumklimatischen Bedingungen sowohl in Bezug auf die Raumtemperatur als auch die relative Luftfeuchte. Im Sommer und im Winter sollen bei hochwertig genutzten Rumen die Raumtemperaturen in der Regel ber den Bodentemperaturen liegen. Um im Rauminneren eine konstante Mindesttemperatur beizubehalten (z. B. 19 C normal beheizt nach EnEV [15]), ist es grundstzlich erforderlich, dem Raum kontinuierlich eine mehr oder weniger große Energiemenge zuzufhren (ggf. auch im Sommer!). Die jeweilige Art der Beheizung und die Raumtemperatur muss individuell auf den Raum abgestimmt und den baulichen Gegebenheiten angepasst werden. Die hochwertig genutzten Rume sind i. d. R. mindestens normal zu beheizen. Ausnahmen sind Rume mit einfacher oder untergeordneter Nutzung (z. B. Technikrume; vgl. Tabelle 1) oder Khlrume.

Die Ermittlung der Heizlast erfolgt nach DIN EN 12831 [16] und der Khllast nach VDI 2078 [17]. Auf diesen Grundlagen sind die raumklimatischen Maßnahmen zu planen. 5.2

Wrmeschutz

Die Energieeinsparverordnung 2009 [15] definiert neben Anforderungen an den Primrenergiebedarf in ihrer Anlage 1, Tab. 2 auch Grenzwerte des maximalen spezifischen Transmissionswrmeverlustes fr neu zu errichtende Wohngebude. Es bestehen keine bestimmten Anforderungen an einzelne Bauteile. Das heißt, es ist mçglich, durch verbesserte Dmmmaßnahmen an Bauteilen Defizite in der Dmmwirkung an anderen Bauteilen auszugleichen. hnliches gilt fr neu zu errichtende Nichtwohngebude. Hierzu sind in [15], Anlage 2, Tab. 2 Anforderungen an den mittleren Wrmedurchgangskoeffizienten von opaken Bauteilen enthalten. Kompensationsmaßnahmen sind demnach nur an anderen opaken Bauteilen mçglich. Zur Sicherstellung des hygienisch erforderlichen Mindestwrmeschutzes in Bezug auf Tauwasser- und Schimmelpilzfreiheit nach DIN 4108-2 [12] reichen i. d. R. auch hçhere maximale Wrmedurchgangskoeffizienten aus. Gerade bei Außenbauteilen in Untergeschossen kann eine Kompensation mithilfe einer verstrkten Dmmung an oberirdischen Bauteilen wirtschaftlicher sein. In Anlage 3 der EnEV sind Anforderungen bei nderungen, Erweiterung und Ausbau bestehender Gebude sowie bei der Errichtung kleiner Gebude definiert. Bei „relevanten“ baulichen nderungen nach Anlage 3 sind Grenzwerte fr die Wrmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen sicherzustellen, um die Energieverluste und Wrmebrckeneffekte zu reduzieren. Bçden, Decken und Wnde, die an das Erdreich oder an unbeheizte Rume grenzen, sind bei einer Umwidmung der Rume in bestehenden Untergeschossen fr hochwertige Nutzung mindestens so zu ertchtigen, dass die Anforderungen nach [15], Tab. 2 erfllt sind. Beheizte Rume der Nutzungsklasse A werden normalen Innentemperaturen zugeordnet. Die Wrmedm-

476

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

Tabelle 4. Hçchstwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von Bauteilen ([15], Anlage 3, Tab. 1)

1

1

2

3

Bauteil

Maßnahme

max. Wrmedurchgangskoeffizient Umax 1) [W / (m± K)] fr Gebude mit Innentemperaturen 2)

Außenwnde

2

4

normal

niedrig

allgemein

0,45 (0,24) 3)

0,75 (0,35) 3)

nachtrgliche Bekleidung oder Dmmschicht

0,35 (0,24) 3)

3

Flachdcher

Neubau, nachtrgliche Bekleidung oder Dmmschicht

0,25 (0,20) 3)

0,40 (0,35) 3)

4

Decken und Wnde gegen unbeheizte Rume oder Erdreich

außenseitige Bekleidungen oder Verschalungen, Feuchtigkeitssperren oder Drnagen, Deckenbekleidungen auf der Kaltseite

0,40 (0,30) 3)

keine Anforderung

5

Neubau, Ersatz, innenseitige Bekleidungen oder Verschalungen an Wnden, Dmmschichten

0,50 (0,35) 3)

6

Fußbodenaufbauten auf der beheizten Seite

0,50 (0,50) 3)

1) Wrmedurchgangskoeffizient des Bauteils unter Bercksichtigung der neuen und der vorhandenen Bauteilschichten; fr die Berechnung opaker (lichtundurchlssiger) Bauteile ist DIN EN ISO 6946:1996-11 [18] zu verwenden. 2) Gebude mit normalen Innentemperaturen sind Gebude, die nach ihrem Verwendungszweck auf eine Innentemperatur von 19 C und mehr und jhrlich mehr als vier Monate beheizt werden. Gebude mit niedrigen Innentemperaturen sind Gebude, die nach ihrem Verwendungszweck auf eine Innentemperatur von mehr als 12 C und weniger als 19 C und jhrlich mehr als vier Monate beheizt werden. 3) Werte in Klammern: Anforderungen der EnEV 2009

Tabelle 5. Dmmstoffdicken und Wrmedurchgangskoeffizienten U 1

2

3

4

Wrmedurchgangskoeffizient U [W / (m± · K)]

erforderliche Dmmstoffdicke in [mm] 1) 2)

5

6

lR = 0,030

lR = 0,035

lR = 0,040

lR = 0,045

lR = 0,050

1

0,30

90

(110)

110

(125)

125

(145)

140

(160)

155

(180)

2

0,35

80

(90)

90

(105)

105

(120)

115

(135)

130

(150)

3

0,40

70

(75)

80

(90)

90

(100)

100

(115)

110

(125)

4

0,50

50

(60)

60

(65)

70

(75)

80

(85)

85

(95)

5

0,83 3)

30

(30)

35

(35)

40

(40)

45

(45)

50

(50)

1) angenommene Dicke Betonbauteil h = 240 mm, Dmmstoffdicken auf 5 mm gerundet, Klammerwerte unter Bercksichtigung von DU = 0,04 W/(m± K) als Zuschlag infolge Wassereinlagerung (vgl. allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen fr Perimeterdmmungen aus EPS und PUR); lieferbare Dmmstoffdicken der Hersteller sind zu beachten 2) Rechenwert der Wrmeleitfhigkeit lR in [W/(m · K)] 3) hygienisch erforderlicher Mindestwrmeschutz in Bezug auf Tauwasser- und Schimmelpilzfreiheit nach DIN 4108-2 [12] fr Außenwnde gegen Erdreich Weitere Annahmen: Wrmeleitfhigkeit von Normalbeton: lR = 2,0 W/(m K)

Bauphysik

a)

477

b)

Legende: (1) Beanspruchungsklasse 1, (2) Beanspruchungsklasse 2 Bild 11. Wrmedmmung eines Untergeschosses fr hochwertige Nutzung (Prinzip); a) außenliegend optimal, ohne Wrmebrcken, b) innenliegend, mit Wrmebrcken

mung ist auch fr den Schutz vor einem sommerlichen Tauwasserausfall an erdberhrten, tendenziell khleren Bauteilflchen in Untergeschossen i. d. R. erforderlich (Ausnahme: unbeheizte Rume mit Nutzungseinschrnkungen). Bei einer Außentemperatur von Boden und Grundwasser von 8 C bis 12 C ist bei Einhaltung von Umax nach EnEV 2007 mit einer Oberflchentemperatur von 16 C bis 17 C zu rechnen, wenn die Raumtemperatur mit mindestens 19 C gehalten wird. DIN 4108 Beiblatt 2 [13] enthlt Beispiele fr geeignete Ausfhrungen von Wrmebrcken. Tabelle 5 stellt den Zusammenhang zwischen Dmmstoffdicken an Betonbauteilen mit einer Dicke von 240 mm zum Wrmedurchgangskoeffizienten U her. Andere Betonbauteildicken verndern den Wrmedurchgangskoeffizienten nur unwesentlich. Die empfohlenen Werte ohne Klammern nach EnEV 2007 stellen grundstzlich einen ausreichenden Wrmeschutz von Untergeschossrumen in Gebuden (z. B. im Bestand) dar. Eine Kompensation nach EnEV 2009 ber die Dmmung an oberirdischen Bauteilen kann wirtschaftlicher sein. Ansonsten sind bei nderungen, Erweiterung und Ausbau bestehender Gebude sowie bei der Errichtung kleiner Gebude seit Oktober 2009 die Klammerwerte nach EnEV 2009 maßgebend. Die Wrmedmmung von Wnden und Bodenplatten sollte vorzugsweise durchgehend an der wasserberhrten Außenseite angeordnet werden, um Wrmebrcken zu vermeiden (Bild 11 a). Ist dies nicht mçglich (z. B. wegen zu hoher Auflasten, Bauablauf, Unzugnglichkeit, nachtrgliche Umnutzung usw.), sind besondere baukonstruktive Maßnahmen bei Anordnung einer innenliegenden Wrmedmmung erforderlich (Bild 11 b). Hauptkritikpunkt bei innenliegenden Wrmedmmungen auf Weißen Wannen ist die Verdeckung ggf. wasserfhrender Risse. Dazu kommen bei Wechseln zwi-

schen Innen- und Außendmmung die unvermeidbare Wrmebrcke sowie ein bei sehr ungnstigen Bedingungen (z. B. Lftung bei warmen Sommergewittern) mçglicher Tauwasserausfall hinter der Wrmedmmung. Da die Boden-Grundwassertemperatur i. d. R. ber +10 C liegt, sind die Wrmebrcken im Bereich des Bodenplatten-Wandanschlusses allerdings nicht so kritisch wie im oberirdischen Bauwerksbereich. Die Wrmeverluste sollten durch einen Fachplaner fr Bauphysik nachgewiesen werden. Der Baugrund bildet eine massereiche, wrmedmmende und -speichernde Bauteilumgebung, wobei eine starke Grundwasserstrçmung die Wrmespeicherung reduzieren bzw. verhindern kann. In DIN EN ISO 13788 [19] wird als vereinfachte Annahme fr Wrmebrckenuntersuchungen eine Bodentemperatur von +10 C angegeben. Mit zunehmender Entfernung von der luftberhrten Erdoberflche werden die Wrmeverluste erdberhrter Bauteile geringer. Erdberhrte Bodenplatten kçnnen daher geringer als Außenwnde wrmegedmmt werden. In der Mittelzone besonders ausgedehnter Bodenplatten (Wandabstand > 5 m) ist ein hoher Dmmaufwand besonders ineffektiv [12, 20]. Die Anordnung der Wrmedmmung kann der Wrmestromverteilung angemessen angepasst werden [20]. Hinweise zu den Wrmestrombedingungen an erdberhrten Bauteilen werden in DIN EN ISO 13370 [21] und DIN V 4108-6 [22], Tab. 3 und Anhang E, gegeben. Geeignete Wrmedmmstoffe mssen gegenber den Einwirkungen aus Boden und Grundwasser bestndig sein, ihre Dmmwirkung auch im Wasser behalten und eine ausreichende Druckfestigkeit und Steifigkeit aufweisen, um dem seitlichen Erddruck auf Wnde bzw. dem Sohldruck unter Bodenplatten standhalten zu kçnnen (Tabelle 6).

478

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

Tabelle 6. Geeignete Wrmedmmstoffe fr Verwendung im Boden 1

2

3

4

Dmmstoff

Produktnorm 1)

Wrmeleitfhigkeit l [W / (m · K)]

Druckfestigkeit [kN/m±] 2)

1

Polystyrolpartikelschaum (EPS)

DIN EN 13163 [23]

0,035 – 0,040

10 bis 60

2

Polyurethan-Hartschaum (PUR)

DIN EN 13165 [24]

0,025 – 0,030

20 bis 30

3

Polystyrolextruderschaum (XPS)

DIN EN 13164 [25]

0,035 – 0,045

60 bis 250

4

Schaumglas (CG)

DIN EN 13167 [26]

0,040 – 0,060

160 bis 380

1) Die Anwendung als außenliegende Wrmedmmung im drckenden Wasser und unter lastabtragenden Bauteilen ist ber allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (abZ) geregelt. Fr EPS und PUR ist immer eine abZ als Perimeterdmmung erforderlich. 2) Zulssige Dauerdruckspannung bei 2%-(tw. 5%-)Stauchung. Der Hersteller gibt die Langzeitdruckfestigkeit in der Codierung der europischen Produktnorm an, z. B. CC (2/1,5/50)180 ﬁ Wrmedmmstoff wird unter einer dauernden Belastung von 180 kN/m± nach 50 Jahren um weniger als 2 % seiner Anfangsdicke gestaucht. Die Kriechverformung ist dabei kleiner als 1,5 %.

5.3

Feuchtehaushalt

In Tabelle 7 werden Erfahrungswerte fr Raumklimadaten angegeben, die bei hochwertiger Nutzung als bliche Anforderungen unabhngig von der Art der Abdichtung und Lage des Raumes (ober- oder unterirdisch) gelten kçnnen. Dementsprechend wird empfohlen, wie diese Rume den Nutzungsklassen zugeordnet werden kçnnen, wobei die relative Luftfeuchte primres Kriterium ist. In der Praxis sind ggf. andere nutzerbezogene Zuordnungen mçglich und zu vereinbaren. Die Anhaltswerte der relativen Luftfeuchte richten sich nach der funktionalen Nutzung und dem Behaglich-

keitsempfinden des Menschen. Der Behaglichkeitsbereich ist der Bereich, in dem sich der Mensch am wohlsten fhlt. Dieser Wohlfhlzustand ist außer von der Kleidung und dem Aktivittsgrad (Grad der kçrperlichen Belastung) im Wesentlichen von vier Faktoren abhngig. Der Luft- bzw. Raumtemperatur, der Raumluftfeuchte, der Luftbewegung im Raum und der Temperatur der Umschließungsflchen. Im Bild 12 ist das Behaglichkeitsfeld fr Temperatur und relative Feuchte dargestellt. Das innere Feld stellt den Bereich dar, in dessen Grenzen der Mensch bei leichter sitzender Ttigkeit (Broarbeit) die Umgebung als behaglich empfindet. Das ußere Feld gibt den Be-

Tabelle 7. Anhaltswerte der Temperatur und relativen Luftfeuchte und Empfehlung fr Nutzungsklasse 1

2

3

4

Nutzungsklasse

Bedingungen

Temperatur [C]

Relative Luftfeuchte [ %]

A*

Nebenrume, Treppenhuser

10 bis 15

50 bis 70

Wschereien, Schwimmbder

20 bis 25

80 bis 95

Wohn- und Arbeitszimmer – im Sommerhalbjahr – im Winterhalbjahr

20 (bis 26) 20

50 bis 70 30 bis 55

4

Badezimmer

24

50 bis 100

5

Kaufhuser

18

50 bis 70

6

Betriebe Werksttten

18

40 bis 50

7

Theater, Turnhallen

15 bis 20

50 bis 80

Arztzimmer, Krankenhuser

24

40 bis 60

Archive

16 bis 20

40 bis 50

1 2 3

8 9

A**

A***

Bauphysik

479

Tabelle 8. Abschtzung der ausdiffundierenden Feuchtemengen durch die Austrocknung der luftseitigen Randzone von Betonbauteilen (aus [2])

1

Bild 12. Behaglichkeitsfeld beim Menschen fr Temperatur und relative Feuchte [27]

reich an, in welchen sich der Mensch noch behaglich fhlt. Außerhalb dieser Bereiche wird die Umgebung als zu feucht oder zu trocken empfunden. Fr Rume, bei denen die funktionale Nutzung im Vordergrund steht, wie spezielle Lagerrume, Produktionssttten, Technikrume usw., sind andere Kriterien fr die Raumluftbedingungen maßgebend als fr Rume, die vorwiegend dem Aufenthalt von Menschen dienen. Die Bedingungen wie Raumtemperatur, Luftfeuchte usw. sind im Einzelfall mit dem Bauherrn bzw. den Nutzern oder Planern abzustimmen. In den Tabellen 8 und 9 werden fr die Beurteilung des Feuchtehaushalts Schtzwerte fr die Mengen des Feuchteeintrags gegeben. Anhand dieser Werte kann nachvollzogen werden, dass die Menge ausdiffundierenden berschusswassers aus der Randzone von Betonkonstruktionen nach Beginn einer hochwertigen Nutzung (i. d. R. frhestens 3 Monate, besser 12 Monate nach dem Betonieren) mit 2 bis 6 g/(m±d) gegenber den Feuchteemissionen aus der Nutzung selbst sehr gering ist. Vor Beginn der Nutzung muss die whrend der Bauzeit eingetragene Baufeuchte (Innenbauteile, Niederschlge, Restwasser) weitgehend abgetrocknet werden. Untergeschosse sind hufig mit wenigen oder keinen Fenstern ausgestattet, sodass eine natrliche Belftung nur eingeschrnkt mçglich ist und somit von einer verzçgerten Austrocknung ausgegangen werden kann. Bei der Abschtzung der ausdiffundierenden Feuchtemenge nach Tabelle 9 ist darauf hinzuweisen, dass sich die Werte auf nicht abgedeckte Betonflchen beziehen. Sobald diffusionshemmende Schichten aufgebracht werden, wird die pro Zeiteinheit in den Raum eingetragene Feuchtemenge geringer und der Austrocknungszeitraum nimmt erheblich zu.

1

2

3

4

Alter des Betons [Tage d]

tglich ausim Zeittrocknende raum Feuchtigkeitsmenge [g / (m± · d)] 1)

8. bis 30.

16 bis 18

im Zeitraum austrocknende Feuchtigkeitsmenge [g / m±] 2)

3 Wochen » 400

2

31. bis 91.

8 bis 9

2 Monate » 500

3

92. bis 183.

6 bis 7

3 Monate » 550

4

184. bis 365. 4 bis 5

6 Monate » 750

5

ab 365.

–

2

–

1) Gilt fr blich zusammengesetzte Betone mit Wasserzementwerten zwischen 0,50 und 0,60 bei Zementgehalten zwischen 300 kg/m bis 360 kg/m. 2) Feuchtemenge ca. 2,5 l/m± im ersten Jahr, Durchschnittswerte bei 20 C Lufttemperatur und 65 % rel. Luftfeuchte.

Tabelle 9. Feuchteabgaben in Rumen bei einer Innentemperatur von 20 C [27]

1

1

2

3

Emittent

Quelle

Emission [g/h]

Mensch

leichte Aktivitt

30 bis 60

2

mittelschwere Arbeit

120 bis 200

3

schwere Arbeit

200 bis 300

Wannenbad

» 700

Duschen

» 2600

4

Bad

5 6

Kche

Koch- und Arbeitsvorgnge

600 bis 1200

7

Wschetrocknen

4,5 kg geschleudert

50 bis 200

4,5 kg tropfnass

100 bis 500

8 9

Blumen

5 bis 10

10

Wasserpflanzen

6 bis 8 (1 bis 5 [28])

11

Topfpflanzen

7 bis 15

12

mittelgroßer Gummibaum

10 bis 20

13 14

Pflanzen

Wasserfrei: Teich, Springoberflchen brunnen abgedeckt: Aquarium

» 40 g/(m± h) » 2 g/(m± h) [28]

480

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

5.4

Tauwasser

Der maximal aufnehmbare Wasserdampfgehalt nimmt mit der Lufttemperatur zu. Sinkt die Lufttemperatur unter eine Grenztemperatur, bei der die Luft 100 % relative Feuchte erreicht, kann die Luft ihre Feuchte nicht mehr im gasfçrmigen Zustand halten. Dabei schlgt sich Wasser an Oberflchen nieder, die eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur haben (z. B. im Bereich von Wrmebrcken). Tauwasserprobleme sind i. d. R. bei erdberhrten Bauteilen nicht zu erwarten, da wegen der Bodentemperaturen ‡ 10 C die Bauteiloberflchentemperaturen im Inneren, insbesondere mit der empfohlenen Wrmedmmung nach Tabelle 5 (mindestens EnEV 2007) ausreichend hoch sind. Erfahrungen zeigen, dass auch bei schlechterer Wrmedmmung (z. B. im Bestand) Tauwasserausfall unwahrscheinlich ist, wenn bei stationren Bedingungen (stndige Beheizung, keine starke Grundwasserstrçmung), der erdberhrte Baukçrper in eine „Wrmeblase“ eingehllt ist [20]. Die grçßte, kurzzeitige Tauwassergefahr besteht fr im Sommer unbeheizte Rume in Untergeschossen, wenn warme Außenluft mit hoher relativer Luftfeuchte (z. B. nach einem Sommergewitter) durch Lften auf die tendenziell khleren Raumumschließungsflchen gelangen kann. Schden kçnnen i. d. R. vermieden werden, wenn die kurzzeitig angefallene Tauwassermenge kurzfristig abtrocknen kann (z. B. ausreichendes Nachlften in khleren Nachtstunden). Es kann nicht nur durch Tauwasserausfall selbst zu Bauschden kommen, sondern auch durch Schimmelpilzbildung. Die Feuchtegrenze, unterhalb derer kein Wachstum von Schimmelpilzen auf Materialien stattfindet, liegt bei optimaler Temperatur und bei in Innenrumen i. d. R. ausreichendem Nhrstoffangebot bei ca. 70 % relativer Luftfeuchte an der Oberflche. Bei einer relativen Luftfeuchte von 80 % an der Oberflche sind die Wachstumsbedingungen fr fast alle innenraumrelevanten Schimmelpilzarten erreicht. Bei noch hçheren Oberflchenfeuchten kçnnen alle Schimmelpilzarten sowie Bakterien wachsen [28]. Um eine Erwrmung der Außenwnde zu ermçglichen, sollten volumenbildende Mçbel oder Ausbauelemente nicht an erdberhrten Außenwnden, insbesondere nicht an Wandecken, aufgestellt werden. Lsst sich dies nicht vermeiden, wird empfohlen, diese Elemente mit mindestens 50 mm Abstand zur erdberhrten Außenwand (bei schlecht gedmmten Wnden zur Außenluft besser 100 mm [28]) und mit entsprechender offener Aufstnderung anzuordnen, um eine Luftzirkulation zu ermçglichen.

6

Einfluss der anfallenden Feuchtemengen auf das Raumklima

6.1

Einfluss einzelner Feuchtequellen

Quellen fr den Feuchteintrag in einen Raum kçnnen Baufeuchte und Feuchte aus der Nutzung sein. Durch die heute sehr kurzen Errichtungszeiten und den frhen Nutzungsbeginn eines Gebudes spielt die Baufeuchte eine bedeutende Rolle. In den ersten Monaten der Nutzung stammt der grçßte Anteil der eingebrachten Feuchte in der Regel aus der Bauteiltrocknung (vgl. Tabelle 8). Der Feuchteeintrag aus der Bauteiltrocknung nimmt im Laufe der ersten Monate stetig ab. Ist ein konstanter Wert erreicht, ist i. d. R. die Feuchte aus der Nutzung (s. Tabelle 9) die entscheidende Quelle fr die Feuchtesituation im Raum. Die Dimensionierung der Lftungs- bzw. Klimaanlage ist nach der Summe der auftretenden Feuchtequellen zu dimensionieren.

6.2

Notwendiger Luftwechsel

Um anfallende Feuchte in Rumen abzufhren, ist eine Belftung oder Klimatisierung notwendig. Grundstzlich kommen hierfr natrliche Lftung, mechanische Lftung oder Klimatisierung mit kontrollierter Be- und Entfeuchtung infrage. Die natrliche (freie) Lftung ist auf Druckunterschiede infolge Wind- und/oder thermische Effekte zurckzufhren und von weiteren Einflssen wie z. B. der Einstellung der ffnungsflchen abhngig. Da diese variabel sind, kçnnen keine Maximal- oder Minimalgrenzwerte der Innenraumfeuchte sichergestellt werden. Durch bauliche Gegebenheiten wie Raumgrçße, -tiefe und -hçhe, innen liegende Rume ohne Fenster sowie hohe Khl- und Wrmelasten, bestimmte Komfortansprche oder gesetzliche Vorschriften wird bestimmt, ob und wie ein Raum mechanisch zu be- und entlften ist. Durch eine mechanische Lftung wird ein definierter Austausch der Raumluft mit der Außenluft erzeugt. Die Abfuhr von Raumluftfeuchte ist abhngig vom Außenklima. Bei hohen Außenlufttemperaturen mit hohen relativen Luftfeuchten (meist im Sommer) kann dem Raum durch Luftaustausch keine Feuchte entzogen werden. Angestrebte Grenzwerte (vgl. Tabelle 7) kçnnen aus bauphysikalischer Sicht nicht eingehalten werden. Legt man ein mittleres Außenklima eines Referenzortes einer Berechnung zugrunde, ergibt sich ein Zeitraum, in dem die mechanische Lftung grundstzlich nicht ausreicht (Bild 13). Unter realen Bedingungen weicht das Außenklima zudem deutlich von einem angenommenen Normklima ab. Es kçnnen sich auch außerhalb der kritischen Sommermonate Zeiten ergeben, in denen die Grenzwerte durch Luftaustausch nicht eingehalten werden kçnnen. Andererseits kann es aber auch im Sommer Stunden oder Tage geben, an denen eine ausreichende Entfeuchtung mittels mechanischer Lftung mçglich ist (Bild 14).

Einfluss der anfallenden Feuchtemengen auf das Raumklima

481

Bild 13. Bewertung der Lftungsmçglichkeiten ber gemitteltes Außenklima mittels mechanischer Lftung (Beispiel)

Bild 14. Realistische Lftungsmçglichkeiten im Jahresverlauf mittels mechanischer Lftung (Beispiel)

Es ist denkbar, eine mittels Innen- und Außensensoren gesteuerte Lftungsanlage so zu betreiben, dass diese nur zu Zeiten arbeitet, in denen es mçglich ist, schadlos mit unkonditionierter Außenluft zu lften. Eine weitere Mçglichkeit besteht darin, die Luft vor dem Einblasen in den Innenraum zum Beispiel ber einen Erdreichwrmetauscher mit Tauwasserabscheider abzukhlen. Somit wre es ber lngere Zeitrume mçglich, Feuchtigkeit mithilfe einer mechanischen Lftungsanlage abzufhren. Das dauerhafte Einhalten von Grenzwerten ist allerdings nicht zielsicher mçglich. Durch eine Klimatisierungsanlage mit kontrollierter Be- und Entfeuchtung kann bei entsprechender Dimensionierung ganzjhrig ein angestrebtes Raumklima erreicht werden. 6.3

Bemessungswerte des notwendigen Luftwechsels

Nachfolgend werden die Grundlagen zur Berechnung des notwendigen Luftwechsels beispielhaft fr bestimmte Nutzungsanforderungen bereitgestellt. Als Parameter fr das Innenraumklima sind die angestrebten Werte entsprechend der Nutzung (vgl. Tabelle 7) zu bercksichtigen. Im Einzelfall ist der notwendige Luftwechsel entsprechend der vereinbarten Innenklimaverhltnisse fr die geplante Nutzung zu berechnen. Als Eingangsgrçße dient die anfallende Feuchtemenge mD [g/h]. Bildet man als anfallende Feuchtemenge die Summe aus Baufeuchte und „Nutzungsfeuchte“ ergibt sich der gesamte notwendige Luftwechsel. Vereinfachend wird angenommen, dass die gesamte Wassermenge als Wasserdampf in der Raumluft vorliegt. Liegt die Feuchtigkeit in flssiger Form vor, z. B. als Wasser an der Bauteiloberflche, ist ein zustzlicher Energieaufwand notwendig, um das Wasser in seine gasfçrmige Phase als Wasserdampf in die Raumluft zu bringen. Das kann beispielsweise mit Hilfe eines Heizlfters am Ort der auftretenden Flssigkeit geschehen. Des Weiteren wird bei der nachfolgenden Betrachtung von dem idealisierten Zustand ausgegangen, dass die

Luftfeuchte im gesamten Raum gleichmßig verteilt ist. Dies ist in der Realitt allerdings nie der Fall, da schon die Raumlufttemperatur sich in einem Raum um mehrere Kelvin unterscheiden kann. Zum Beispiel ist es im Winter im Bereich einer Außenwandecke klter als an der Innenwand zum beheizten Nachbarraum. Demzufolge variiert auch die relative Luftfeuchte im Raum. Der notwendige Luftwechsel berechnet sich nach folgender Formel: V¼

mD cD,i cD,e

Te Ti

(1)

cD,i ¼ cs ji cD,e ¼ cs je Dabei ist: V auszutauschendes Luftvolumen [m/h] mD Massestrom anfallende Feuchte [g/h] cD absolute Feuchte [g/m3] cs Wasserdampfsttigungsdichte [g/m3] j relative Feuchte [ %] T Temperatur [ C] Indizes: i Innenraum e Außenluft Eine ausreichend genaue Berechnung ist mit der VerTe einfachung ¼ 1 durchfhrbar. Ti Somit ergibt sich [29]: V¼

mD ðcD,i cD,e Þ

(2)

Um ein ortspezifisches „Normaußenklima“ in der Berechnung zu bercksichtigen, kann je nach geografischer und topografischer Lage eines Gebudes ein Wert fr die mittlere Monatsaußentemperatur und Außenluftfeuchte dem Bericht [30] entnommen werden. Dort sind fr 54 deutsche Standorte monatliche Mittelwerte der Klimadaten vermerkt, welche auf Messwer-

482

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

ten des Deutschen Wetterdienstes der Jahre von 1961 bis 1990 beruhen. Die relative Luftfeuchte wird mit jeweils einem Monatswert abgebildet, whrend fr die Temperatur der Außenluft jeweils drei Monatswerte vorliegen. Neben dem monatlichen Temperaturmittel sind auch die durchschnittlichen monatlichen Maximal- und Minimalwerte der Temperatur abgebildet. Zur Berechnung des notwendigen Luftwechsels werden die durchschnittlichen Monatstemperaturen mit einem Sicherheitszuschlag versehen, um die oben genannten Vereinfachungen des Ansatzes nach Gl. (2) und die nicht abgebildeten Tagesschwankungen der Außenlufttemperatur zu kompensieren. Als Sicherheitszuschlag wird die mittlere monatliche Außentemperatur angehoben. Dadurch vergrçßert sich der Zeitraum, in dem ein schadloses Lften mit unkonditionierter Außenluft nicht mçglich ist. Der Betrag des Sicherheitszuschlags wird auf Basis der maximalen monatlichen Differenz am jeweiligen Ort zwischen der mittleren Monatstemperatur und der durchschnittlichen monatlichen Maximaltemperatur oder der durchschnittlichen monatlichen Minimaltemperatur bestimmt. Dadurch ergibt sich eine angehobene Außentemperaturkurve. DTSicherheit ¼ Tm,Monat, max Tm,Monat max (3) DTSicherheit ¼ Tm,Monat, min Tm,Monat Tm,Monat,angehoben ¼ Tm,Monat þ max DTSicherheit mit DTm,Monat DTm,Monat,max

mittlere, monatliche Außentemperatur maximale, mittlere, monatliche Außentemperatur

(4)

DTm,Monat,min DTm,Monat,angehoben

minimale, mittlere, monatliche Außentemperatur angehobene, mittlere, monatliche Außentemperatur

In die Berechnung gehen die angehobene mittlere monatliche Außentemperatur und die durchschnittliche relative Luftfeuchte ein. In Bild 15 ist fr den Standort Berlin-Tempelhof die gemittelte Jahreskurve grafisch dargestellt: Setzt man die entsprechenden Werte in Gl. (2) ein, ergibt sich fr ein beispielhaft angestrebtes Innenraumklima von beispielsweise 20 C und 50 % relativer Innenraumfeuchte der erforderliche Luftwechsel (Bild 16). Anhand dieses Diagramms kann fr den Standort BerlinTempelhof entsprechend der anfallenden Feuchtemenge der erforderliche Luftwechsel abgelesen werden. Es zeigt sich, dass bei einem angestrebten Innenklima von 20 C und 50 % relativer Luftfeuchte eine Feuchteabfuhr von Mai bis Oktober ber unkonditionierte Lftung grundstzlich rechnerisch nicht mçglich ist. Der notwendige Luftwechsel ist im Monat April am hçchsten, im Januar am niedrigsten. Fr andere Standorte ergeben sich je nach geografischer und topografischer Lage des Standortes andere erforderliche Luftwechsel, wobei an allen Standorten in den Sommermonaten eine Feuchteabfuhr ber Lftung rechnerisch nicht mçglich ist. Der hier gewhlte Ansatz beruht auf Monatsmittelwerten. Grundstzlich gibt es auch im Sommer durch die natrlichen tglichen und stndlichen Außenklimaschwankungen Zeiten, in denen eine Feuchteabfuhr durch natrliches oder mechanisches Lften mçglich ist. Auf der anderen Seite wird es im Winter und der bergangszeit (Frhjahr, Herbst) Phasen geben, in denen dies nicht mçglich ist.

Bild 15. Langjhrige Mittelwerte des Außenklimas fr den Standort Berlin-Tempelhof

Zusammenfassung

483

Bild 16. Erforderlicher Luftwechsel am Standort Berlin-Tempelhof

Inwieweit temporre Abweichungen von den vorgesehenen Raumklimadaten akzeptiert werden kçnnen, hngt von der Nutzungsanforderung ab. In Einzelrumen kann auch der zeitweise Betrieb von Raumluftentfeuchtern geeignet sein, kleinere Mengen Raumluftfeuchte abzufhren. Zwingend einzuhaltende Grenzwerte des Innenraumklimas sind mittels natrlicher und mechanischer Belftung nicht dauerhaft und zielsicher realisierbar. Auch bei einer Umnutzung sind Anforderung und Qualitt der ursprnglichen und der zuknftigen Nutzung der Rumlichkeiten abzugleichen und bei hçherwertiger Anforderung ist die raumklimatische Ausstattung der Rume entsprechend aufzustocken (vgl. Tabelle 1). Demnach kommen Rume der Nutzungsklassen A 0 und A* mit natrlicher Lftung aus, A** und A*** bençtigen i. d. R. mechanische Lftungsanlagen, ggf. sogar mit Entfeuchtungsfunktion.

7

Zusammenfassung

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der hochwertigen Nutzung von Untergeschossen in Weißen Wannen. Im Ergebnis lsst sich festhalten: – Eine Differenzierung der in der DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton (WURichtlinie) [1] definierten Nutzungsklasse A in Unterklassen A 0 bis A*** ist sinnvoll. – Eine eindeutige und frhzeitige Festlegung der Zustndigkeiten hinsichtlich der Beschreibung der Anforderungen in einem konkreten Projekt hat sich als fr alle Beteiligte vorteilhaft erwiesen. – Der Wassertransport durch ungerissene Bauteile von WU-Konstruktionen in Form von Dampfdiffusion ist in Hinblick auf das Raumklima unbedeutend. Es werden keine zustzlichen Maßnahmen zur Abfhrung von Wasserdampf erforderlich. Ungerissene

–

–

–

–

–

–

WU-Bauteile ohne Fehlstellen (Gefgefehlstellen, Umlufigkeit von Fugenbndern, Durchdringungen etc.) sind baupraktisch gleichwertig zu Außenbauteilen mit Schwarzabdichtung und Außenbauteilen ohne einseitige Wasserbeaufschlagung. Weil Wasserzutritt whrend der Nutzungszeit niemals mit 100%iger Sicherheit ausgeschlossen werden kann, ist eine Zugnglichkeit der Innenflchen einer Weißen Wanne mit vertretbarem Aufwand als Konstruktionsprinzip mçglichst weitgehend zu verwirklichen. Feuchte Flecken an Bauteilinnenoberflchen infolge von Undichtigkeiten der Wanne lassen sich auch mit mechanischen Lftungsanlagen meist nicht zielsicher abtrocknen. Der Wasserzufluss aus wasserfhrenden Rissen ist so groß, dass er mit Maßnahmen zur Raumklimatisierung nicht abgefhrt werden kann. Mit einer ausschließlich natrlichen Lftung bzw. mechanischen Lftung kann eine ganzjhrige Begrenzung der relativen Luftfeuchtigkeit auf hochbaubliche Werte nicht zielsicher erreicht werden. Bei Bedarf sind Lftungsmaßnahmen so anzuordnen, dass sie zustzlich zum Feuchteanfall aus der Raumnutzung whrend der Austrocknungszeit auch die Baufeuchte aus Außen- und Innenbauteilen, technischem Ausbau etc. abfhren kçnnen. Die Tauwassergefahr ist an den Oberflchen der Außenbauteile wegen der einseitigen Abkhlung durch das wasserfhrende Erdreich in der Regel grçßer als an Innenbauteilen. Die Tauwassergefahr steigt mit abnehmender Oberflchentemperatur der Bauteile, bei mangelnder Belftung (z. B. infolge Mçblierung an den Außenwnden) und im Sommer bei zugefhrter Außenluft mit hoher Temperatur und hoher relativer Luftfeuchte. Eine Außendmmung reduziert die Gefahr von Tauwasserbildung wirkungsvoll. Sofern die WU-Richtlinie zum Bestandteil vertraglicher Regelungen gemacht wird, empfiehlt es sich

484

D 6 Hochwertige Nutzung von wasserundurchlssigen Betonbauwerken im Hochbau

dringend, fr den Fall der Nichterfllung der Anforderungen technische als auch vertragliche Folgen festzulegen. Insgesamt kann festgestellt werden, dass bei umsichtiger und sachkundiger Vorgehensweise Rume in Weißen Wannen auch hochwertig genutzt werden kçnnen.

Haftwasser) und nichtstauendes Sickerwasser an Bodenplatten und Wnden, Bemessung und Ausfhrung.

8

[17] VDI-Richtlinie 2078:1996-07: Berechnung der Khllast klimatisierter Rume (VDI-Khllastregeln).

Literatur

[1] DAfStb-Richtlinie: Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie), Ausgabe 2003-11 und Berichtigung zur WU-Richtlinie, Ausgabe 2006-03. www.dafstb.de. [2] DBV-Merkblatt: Hochwertige Nutzung von Untergeschossen, Fassung Januar 2009. www.betonverein.de. [3] Lohmeyer, Ebeling: Weiße Wannen – einfach und sicher. Dsseldorf: Verlag Bau+Technik, 8. erweiterte und berarbeitete Auflage 2007. [4] Oswald, R.; Wilmes, K.; Kottje, J.: Weiße Wannen – hochwertig genutzt, Wasserundurchlssige Betonbauteile im Druckwasser mit hochwertig genutzten Innenrumen. Praxisbewhrung und Ausfhrungsempfehlungen zur Schichtenfolge und zu flankierenden Maßnahmen. Bauforschung fr die Praxis 80, Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2007. [5] DBV-Merkblatt: Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton, berarbeitete Fassung 2004. [6] DAfStb-Heft 555: Erluterungen zur DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton, Ausgabe 2006. [7] DBV-Merkblatt: Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau, Fassung Januar 2006. [8] DAfStb-Heft 466: Grundlagen und Bemessungshilfen fr die Rißbreitenbeschrnkung im Stahlbeton und Spannbeton sowie Kommentare – Hintergrundinformationen und Anwendungsbeispiele zu den Regelungen nach DIN 1045, EC 2 und Model Code 90, Ausgabe 1996-10. [9] Edvardsen, C. K.: Wasserdurchlssigkeit und Selbstheilung von Trennrissen in Beton, DAfStb-Heft 455, Beuth-Verlag, Berlin 1996. [10] DIN 1045-1:2008-08: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 1: Bemessung und Konstruktion. [11] Edvardsen, C. K.: Deterioration Modelling. Model verification through in-situ tests. Great Belt Link Tunnel (Denmark). Proc. 1PstP Internat. Symp. Safe & Reliable Tunnels, Prague February 2004. [12] DIN 4108-2:2003-07: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wrmeschutz. [13] DIN 4108, Beiblatt 2:2006-03: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Wrmebrcken – Planungsund Ausfhrungsbeispiele. [14] DIN 18195-4:2000-08: Bauwerksabdichtungen – Teil 4: Abdichtungen gegen Bodenfeuchte (Kapillarwasser,

[15] Verordnung ber energiesparenden Wrmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebuden (Energieeinsparverordnung – EnEV), Ausgabe 2007 und 2009. [16] DIN EN 12831:2003-08: Heizungsanlagen in Gebuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast.

[18] DIN EN ISO 6946:1996-01 (bzw. 2008-04): Bauteile – Wrmedurchlasswiderstand und Wrmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren. [19] DIN EN ISO 13788:2001-11: Wrme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Raumseitige Oberflchentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflchenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. [20] Oswald, R.: Der Wrmeschutz erdberhrter Bauteile. deutsche bauzeitung 140 (2006), Heft 7, S. 64–69. [21] DIN EN ISO 13370:2008-04: Wrmetechnisches Verhalten von Gebuden – Wrmebertragung ber das Erdreich – Berechnungsverfahren. [22] DIN V 4108-6:2003-06: Wrmeschutz und EnergieEinsparung in Gebuden – Teil 6: Berechnung des Jahresheizwrme- und des Jahresheizenergiebedarfs. [23] DIN EN 13163:2001-10 und Entwurf 2008-04: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS) – Spezifikation. [24] DIN EN 13165:2005-02 und Entwurf 2008-04: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum (PU) – Spezifikation. [25] DIN EN 13164:2001-10 und Entwurf 2008-04: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS) – Spezifikation. [26] DIN EN 13167:2001-10 und Entwurf 2008-04: Wrmedmmstoffe fr Gebude – Werkmßig hergestellte Produkte aus Schaumglas (CG) – Spezifikation. [27] Sedlbauer, K.; Holm, A.; Leistner, Ph.; Breuer, K.: Der Mensch in Aufenthaltsrumen – Risiko oder Behaglichkeit? Gesundheitsingenieur 127 (2006), Heft 4, S. 179 ff. [28] Umweltbundesamt, Innenraumlufthygienekommission „Leitfaden zur Ursachensuche und Sanierung bei Schimmelpilzwachstum in Innenrumen“ („Schimmelpilzsanierungsleitfaden“), Umweltbundesamt 2005. [29] Hohmann, Setzer, Wehling: Bauphysikalische Formeln und Tabellen, Werner Verlag, Haltern am See, Essen, Dorsten, 2004. [30] Schnell, J., Dieckmann, H., Heinrich, H., Loch, M.: Handhabung der Nutzungsklassen nach WU-Richtlinie (Ausgabe November 2003), Abschlussbericht zum DBV-Forschungsvorhaben 267, August 2007.

485

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung Jçrg Knackstedt, Ralf-Werner Boddenberg, Horst Herrmann

Dipl.-Ing. Jçrg Knackstedt Eternit AG, Leiter Marketing und Technik Im Breitspiel 20, 69126 Heidelberg Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Universitt Berlin, Abschluss 1975. Langjhrige Markt- und Entwicklungserfahrung auf dem Gebiet der VHF, Mitglied in Normenausschssen und langjhrige Mitgliedschaft im Sachverstndigenausschuss des DIBt mit Schwerpunkten Faserzement und VHF.

Prof. Dipl.-Ing. Ralf-Werner Boddenberg Hochschule Wismar, Fachgebiet Baustatik und Holzbau Philipp-Mller-Straße, 23962 Wismar Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Universitt Berlin, Abschluss 1980. Grndung und Leitung eines Ingenieurbros sowie Ttigkeit in der Baustoffindustrie 1981–1996. Seit 1996 Professor fr Baustatik und Holzbau an der Hochschule Wismar. Langjhrige Mitgliedschaft im Sachverstndigenausschuss des DIBt und in Normenausschssen mit Schwerpunkt Brandverhalten.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

486

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Prof. Dr.-Ing. Horst Herrmann Beuth-Hochschule fr Technik Fachbereich Mathematik, Physik, Chemie Luxemburger Straße 10, 13353 Berlin Studium des Flugzeug- und Kraftfahrzeugbaus an der FH Hamburg und der Flugtechnik an der Technischen Universitt Berlin, Abschluss 1975. Promotion zur Traglastberechnung von Rahmentragwerken, 1983. Grndung und Leitung eines Ingenieurbros. Seit 1987 Professor fr Mathematik der Technik an der Beuth Hochschule fr Technik, Berlin (ehemals TFB Berlin). Langjhrige Beraterttigkeit fr die Bauindustrie.

Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Technik 487 Verbreitung 487 Wirtschaftliche Vorzge 487 Verlegung auf Holz-Unterkonstruktionen 487 Verlegung auf Aluminium-Unterkonstruktionen 488 Nietbefestigung auf Aluminium-Unterkonstruktion 489 Rckseitige mechanische Befestigung auf Aluminium-Unterkonstruktion 490 Rckseitige Befestigung durch Kleben der Fassadentafel auf Aluminium-Unterkonstruktion 493 Einhaltung der Vorgaben aus der Energieeinsparverordnung 494 Brandschutz 495 Verbreitungsgrad der VHF und Erfahrungen mit dem Brandverhalten 495 Bauordnungsrechtliche Vorschriften fr den Brandschutz der VHF 496 Bestimmungen der Landesbauordnungen (LBO) fr Bauten, die nicht als Sonderbauten gelten 496 Bestimmungen fr Sonderbauten 498 Bestimmungen fr Hochhuser 498 Bestimmungen fr Industriebauten 498

2.7 2.8 2.9 2.10 3

Bestimmungen fr Krankenhuser 498 Bestimmungen fr Verkaufssttten 500 Zuordnung der europischen Klassen zu den bauaufsichtlichen Begriffen der MBO 500 Entwicklung von zustzlichen Prfungen fr Außenwandbekleidungen 501

3.8 3.9 3.9.1 3.9.2 3.9.3 3.9.4 3.9.5

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen 501 Zweck des Vorhabens 501 Typen von Fassadenkonstruktionen 501 Lastflle 502 Statische Modellbildung 502 Finite-Elemente-Modellbildung 503 Sicherheitskonzept 504 Stand der Normung fr Werkstoffe und Bauteile von Fassaden 505 Das Programm Windlast 505 Das Programm Fassadenstatik 508 Tragwerk 508 Lasten 510 Ergebnisse 510 Beispiel 512 Interpretation der Ergebnisse 513

4

Literatur und Bildnachweis

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

514

Technik

1

Technik

Vorgehngte hinterlftete Fassaden (VHF) sind Bestandteile einer klimagerechten Architektur. Sie entstanden in Gebieten mit rauem Klima als zweischalige, hinterlftete Fassaden. Dabei wurden die einschaligen Außenwnde durch zustzliche Wetterschalen vor Witterungseinflssen geschtzt. Die Vorteile dieser Bauweise gegenber einer einschaligen Wand sind bereits sehr frh erkannt worden. So erhielten zum Schutz gegen Schlagregen und Wind, aber auch zur gleichzeitigen Verbesserung des Wrmeschutzes, die Fachwerkgebude an der Wetterseite, in exponierten Lagen auch das gesamte Gebude, zustzliche Außenwandbekleidungen. Die fr die Bekleidung verwendeten Werkstoffe wurden heimischen Vorkommen entnommen. Sehr hufig war es eine Schieferbekleidung, die an der Mosel, am Mittelrhein, im Bergischen Land, im hessischen Mittelgebirge, in Thringen und in der Lausitz auch noch heute die Huser der Dçrfer und Kleinstdte schtzt. In Gebieten ohne Schiefervorkommen bekleidete man die Gebude mit Holzschindeln oder vertikalen Verbretterungen, so im westlichen Erzgebirge, in der Rhçn und im Hochschwarzwald. In Norddeutschland dienten waagerechte Stlpschalungen oder Tonziegel, an der Kste Vormauerschalen als Vorsatzschale. Dort wo es der Werkstoff (Ziegel oder Klinker) gestattete, oder wo eine gesonderte Unterkonstruktion fr die Befestigung der Bekleidung notwendig war, wurde ein definierter Spalt vorgesehen, in dem die Luft strçmen konnte. Schnell wurde erkannt, dass analog der Wirkungsweise einer hinterlfteten Dachhaut nicht nur der Bekleidungswerkstoff, sondern auch ein konstruktiv richtig ausgebildeter Hinterlftungsspalt die Schutzwirkung der Wetterschale verbessert. Hierauf wurde schon in Konstruktionsbchern des 19. Jahrhunderts hingewiesen. 1.1

Verbreitung

Heute ist die Anwendung als Wetterschale weit ber das ursprngliche Aufgabengebiet hinausgewachsen. Durch die industrielle Produktion von wetterbestndigem Plattenmaterial aus einer großen Palette von geeigneten Werkstoffen ist der Verbreitungsgrad der vorgehngten hinterlfteten Fassade in der zweiten Hlfte dieses Jahrhunderts stark angestiegen. Schtzungen der Industrie gehen davon aus, dass derzeit – der Gebudebestand in Deutschland etwa eine Fassadenflche von 5,2 Milliarden m± hat, – der Anteil der vorgehngten hinterlfteten Fassaden 15 % – also 800 Millionen m± betrgt und dass dies bei einer durchschnittlichen Fassadenflche von 800 m± je Gebude einen Bestand von – 1 Million Gebuden mit vorgehngten hinterlfteten Fassaden in Deutschland ergibt. Durch die große Auswahl an unterschiedlichen Bekleidungswerkstoffen und Materialkombinationen sowie die Mçglichkeiten einer sichtbaren oder verdeckten

487

Befestigung bietet das System der vorgehngten hinterlfteten Fassade eine ungewçhnlich hohe Gestaltungsvielfalt. 1.2

Wirtschaftliche Vorzge

Vorgehngte hinterlftete Fassaden erfordern eine vergleichsweise hçhere Erstinvestition. Wegen des geringen Wartungs- bzw. Instandhaltungsaufwands und der hohen Lebensdauer sind sie aus çkonomischer Sicht dennoch als gnstig zu bezeichnen. Vorgehngte hinterlftete Fassaden gehçren daher heute zu den erfolgreichsten Fassadensystemen. Eine aktuelle Fassadenmarktstudie des Fachverbandes „Baustoffe und Bauteile fr vorgehngte hinterlftete Fassaden e. V. (FVHF)“ belegt, dass Architekten die funktionale Sicherheit, die gestalterischen Mçglichkeiten und die geringe Schadensanflligkeit schtzen. Die Langlebigkeit ist Folge der konstruktiven Trennung von Dmmung und Bekleidung durch den Hinterlftungsraum. Bewhrte Werkstoffe sind HPL- und faserverstrkte Harzkompositplatten, Tafeln aus Faserzement, Keramik und Feinsteinzeug, Kupfer, Titanzink, Aluminium-Verbundplatten, Aluminiumtafeln und Ziegel. Außerdem kçnnen Trgerplattensysteme fr individuelle Applikationen mit Putz, Glas, Naturwerkstein, Keramik oder Metallen eingesetzt werden. 1.3

Verlegung auf Holz-Unterkonstruktionen

Außenwandbekleidungen auf Unterkonstruktionen aus Holz bestehen in der Regel aus folgenden Bestandteilen: – Bekleidung, – Traglattung aus Holz, – Konterlattung oder metallische Abstandhalter, – Befestigungs-, Verbindungs- und Verankerungselemente, – Dmmstoff und Dmmstoffhalter. Unterkonstruktionen aus Holz sind mit einem Holzschutz nach DIN 68800-2 zu schtzen. Die Trag- und Konterlatten der Gefhrdungsklasse GK 0 mssen unter den in der DIN 68800-2 genannten Voraussetzungen weder gegen Pilz- noch gegen Insektenbefall chemisch vorbeugend behandelt werden. Der Verzicht auf den vorbeugenden chemischen Holzschutz ist ein wesentlicher Beitrag zum Umweltschutz. Die Gefhrdungsklasse GK 0 bei Trag- und Konterlattung liegt vor, wenn: – die Einbaufeuchte unter 20 % liegt oder wenn sichergestellt ist, dass innerhalb einer Zeitspanne von 6 Monaten diese Holzfeuchte durch Austrocknung erreicht wird. – wenn geeignete Maßnahmen ergriffen worden sind, dass eine Holzfeuchte von 20 % im Gebrauchszustand nicht dauerhaft berschritten wird. Hierzu gehçren Maßnahmen zum Schutz vor Nutzungsfeuchte (z. B. Spritzwasser), Feuchte aus angrenzenden Bauteilen (Drnageschichten) und Tauwasser (Nachweis nach DIN 4108-3).

488

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Bild 1. Konterlattung

Bild 2. Metallische Abstandhalter

Bild 3. Befestigung an der Holz-Unterkonstruktion durch eine farbige Fassadenschraube

Falls diese Rahmenbedingungen nicht eingehalten werden, muss die Unterkonstruktion gemß DIN 68800-3 „Chemischer Holzschutz“ geschtzt werden. Zur sicheren Offenhaltung des Hinterlftungsspalts wird der Dmmstoff durch Verklebung oder mit Dmmstoffhaltern am Baukçrper befestigt. Zur Herstellung des Abstandes zwischen Baukçrper und Fassadentafel werden blicherweise zwei konstruktive Varianten eingesetzt. 1. Eine horizontal angeordnete Konterlattung wird verwendet, zwischen die der Dmmstoff eingebracht wird (Bild 1). Als Verbindungselemente zwischen Trag- und Konterlattung mssen ausziehfeste metallische Verbindungsmittel nach DIN 1052 verwendet werden, z. B. Sonderngel der Tragfhigkeitsklassen 1 bis 3. 2. Der Abstand zum Baukçrper wird durch eine Verankerung mit geeigneten Rahmendbeln hergestellt, die das Eigengewicht der Konstruktion aufnehmen kçnnen,

oder es werden bei grçßeren Dmmstoffdicken metallische Winkel- bzw. U-Abstandhalter mit thermischem Trennelement verwendet (Bild 2). Fassadentafeln werden an der Traglattung durch Holzschrauben mit geeignet großem Kopf befestigt. 1.4

Verlegung auf Aluminium-Unterkonstruktionen

Fr Fassaden von Neubauten und fr die Sanierung gibt es am Markt ein umfangreiches Angebot von Unterkonstruktionen aus Aluminium, das von der individuellen handwerklichen Lçsung bis zum Unterkonstruktion-System reicht. Die Standsicherheit ist in der Regel anhand der vorliegenden Technischen Baubestimmungen rechnerisch nachzuweisen. Falls der rechnerische Nachweis hiernach nicht zu erbringen ist, z. B. bei Systemen mit Klemmbefestigungen, ist

Technik

eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung fr die Konstruktion erforderlich. Außenwandbekleidungen auf Unterkonstruktionen aus Aluminium bestehen in der Regel aus folgenden Bestandteilen: – Bekleidung, – Aluminium-Tragprofile, – Abstandhalter, – Befestigungs-, Verbindungs- und Verankerungselemente, – Dmmstoff und Dmmstoffhalter, – Ergnzungsteile, Systemteile. Zur Verankerung der Wandhalter in der tragenden Wand sind bauaufsichtlich zugelassene Dbel (Schraub-Dbelkombinationen) zu verwenden. Die Vorgaben des Standsicherheitsnachweises fr die Lage der Fest- und Gleitpunkthalter und die Bestimmungen der jeweils gltigen Zulassung sind zu beachten. Der Einsatz thermischer Trennelemente zwischen der tragenden Wand und den Abstandhaltern verringert die Wrmebrckenwirkung der Unterkonstruktion aus Aluminium. Thermische Trennelemente dienen zur Verringerung der Wrmeleitung zwischen Baukçrper und Unterkonstruktion und werden von den Herstellern der Unterkonstruktionen angeboten. Im Bereich der Bewegungsfugen der Unterkonstruktion mssen in der Bekleidung die gleichen Bewegungen zwngungsfrei mçglich sein. Damit durch Kopp-

489

lung einzelner Tafeln ber vertikale Tragprofile aus Aluminium keine Zwngungen auftreten, drfen keine Stçße dieser Profile zwischen Befestigungspunkten einer Tafel ausgefhrt werden. Die Kopplung einzelner Tafeln ber Tragprofile aus Aluminium kann zu Schden fhren. Die Tragprofile der Unterkonstruktion mssen so ausgerichtet werden, dass die Fassadentafeln auf einer Ebene aufliegen und zwngungsfrei befestigt werden kçnnen. Eine Tafel darf gleichzeitig nur an Tragprofilen befestigt werden, deren Festpunkte auf gleicher Hçhe liegen. Hieraus abgeleitet muss z. B. an Fensterbrstungen eine Trennung der Profile ausgefhrt werden, um Profilstçße unter den Tafeln zu vermeiden. Das Konstruktionsprinzip von vorgehngten hinterlfteten Fassaden auf Aluminium-Unterkonstruktion ist in Bild 4 dargestellt. Aus der Vielfalt der Systeme sollen hier exemplarisch drei Kategorien von Verlegungen auf Aluminium-Unterkonstruktion dargestellt werden. 1.4.1

Nietbefestigung auf Aluminium-Unterkonstruktion

Ein sauberes Befestigungsbild wird durch exaktes und millimetergenaues Vorbohren der Fassadentafeln gewhrleistet. Damit sich zwngungsfreie Bewegungen tatschlich wie projektiert einstellen kçnnen, ist die ge-

Bild 4. Konstruktionsprinzip von VHF auf Aluminium-Unterkonstruktion

490

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Bild 5. Festpunkt und Gleitpunkt

Bild 6. Bohrlehre zur Zentrierung der Bohrung in der Unterkonstruktion

nau abgestimmte Einhaltung von Lochabstnden in der Fassadentafel und in der Unterkonstruktion von zentraler Bedeutung. Bild 5 zeigt, was hiermit gemeint ist: Das Zentrum der Bohrungen in der Unterkonstruktion muss exakt hinter dem Zentrum der Bohrung in der Fassadentafel liegen. Da Bohrungen in der Unterkonstruktion blicherweise auf der Baustelle ausgefhrt werden, ist es eine erhebliche Erleichterung, wenn werkseitig gebohrte Befestigungslçcher in der Tafel zur Zentrierung genutzt werden kçnnen. Bild 6 zeigt eine pragmatische Lçsung dieser Aufgabe durch eine spezielle Bohrlehre. Beim Setzen des Nietes muss darauf geachtet werden, dass kein dauerhafter Anpressdruck zwischen Nietkopf und Fassadentafel entsteht, der zu einer Haftreibung zwischen Tafel und Unterkonstruktion fhrt. Auch der

Bild 7. Fassadenniet mit farbigem Nietkopf

Niet muss selbstverstndlich eine bauaufsichtliche Zulassung haben und Befestigungs- und Randabstnde mssen sorgfltig eingehalten werden. 1.4.2

Rckseitige mechanische Befestigung auf Aluminium-Unterkonstruktion

Stellvertretend fr die am Markt angebotenen Systeme mit rckseitiger mechanischer Befestigung von Fassadentafeln auf Aluminium-Unterkonstruktionen wird ein System dargestellt, bei dem Faserzementtafeln mit einem Hinterschnittanker an Agraffen befestigt werden. Mit dem System Eternit-Tergo gestaltete Fassaden sind technisch und sthetisch auf hçchstem Niveau. Ihre Sichtseite zeigt keine Befestigungselemente. Folgende Merkmale kçnnen individuell gestaltet werden: – frei whlbare Rasterplanung bis zur vollen Formatgrçße 3100 mm · 1500 mm ohne sichtbare Befestigungspunkte, – offene Fugen oder Fugengestaltung mit Profilen aus Aluminium. – Befestigung mit Agraffen An der Tafelrckseite werden Agraffen mit Hinterschnittdbeln befestigt. Die auf diese Weise vorbereiteten Tafeln werden dann in die horizontalen Tragprofile der Unterkonstruktion eingehngt, justiert und gegen seitliches Verschieben mit dafr vorgesehenen Haltevorrichtungen dauerhaft gesichert. Die horizontalen

Technik

Bild 8. Faserzementtafeln Eternit-Textura auf Holzlattenunterkonstruktion

491

Bild 9. Faserzementtafeln Eternit-Natura mit rckseitiger Befestigung, Typ Eternit-Tergo

Bild 10. Rckseitige Befestigung Agraffen

Tragprofile sollten nach ca. 4 m unterbrochen werden, um unerwnschte Fugenunterschiede zwischen den Tafeln durch die große Ausdehnung des Aluminiumprofils zu vermeiden. Das Eigengewicht wird stets ber zwei justierbare Befestigungspunkte abgetragen. Der minimale Konstruktionsaufbau von der Vorderkante der 12 mm dicken Fassadentafel bis zum Wanduntergrund betrgt 100 mm. – Befestigung mit Plattentragprofilen An der Tafelrckseite werden Plattentragprofile mit Hinterschnittdbeln zwngungsfrei befestigt. Nach Ausrichtung der Tafeln werden die so vorgefertigten Elemente durch die Fugen mit den Tragprofilen der Unterkonstruktion verbunden. Das Eigengewicht wird ber zwei Befestigungspunkte abgetragen. Es muss eine detaillierte Ausfhrungsplanung nach Aufmaß des Bauwerks durchgefhrt werden, die als Grundlage fr die Vorgabe der individuellen Tafelzuschnitte dient. Fr die in Bild 12 gezeigte rckseitige

Befestigung mit einem Eternit-Hinterschnittdbel im System Eternit-Tergo liegt die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z 21.9-1534 vor. 1. Die individuell zugeschnittene, 12 mm dicke Fassadentafel wird rckseitig mit einer Hinterschnittbohrung versehen. Dies kann mit speziellen Bohrautomaten, Tisch- oder Handbohrmaschinen geschehen. 2. In das Bohrloch wird der noch ungespreizte Hinterschnittdbel eingesetzt. 3. Eine rostfreie Zylinderkopfschraube wird durch die Agraffe eingedreht und hierbei wird der Hinterschnittdbel gespreizt und ein Formschluss hergestellt. Eine Alternative zum Eternit-Hinterschnittdbel stellt die rckseitige Befestigung von Fischerwerke GmbH & Co. KG dar (im Folgenden kurz: Fischer), die mit einem Niet in eine ebenfalls hinterschnittene Bohrung montiert wird, siehe Bild 14.

492

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Bild 11. Rckseitige Befestigung mit Plattentragprofilen

Bild 12. Agraffenbefestigung mit einem Hinterschnittdbel in Faserzement

Bild 13. Arbeitsgnge fr den Hinterschnittdbel

1 Dorn 2 Niethlse 3 Dbelhlse Bild 14. Eternit-Tergo mit einer Nietbefestigung von Fischer

Die Hinterschnittbohrung kann unmittelbar nach dem Zuschnitt der Tafel erfolgen. Die Befestigung der Agraffe oder des Tragprofils erfordert nur einen Arbeitsgang, wobei keine zustzliche Unterlegscheibe verwendet werden muss, siehe Bild 15. Wenn man einbezieht, dass es sich bei Faserzement um ein relativ sprçdes Material handelt, dann versteht man,

dass es bei dieser Konstruktion besonders wichtig ist, die Agraffe dauerhaft zwngungsfrei zu montieren. Das heißt insbesondere, dass die Agraffe nicht gegen die Plattenrckseite geklemmt werden darf. Als Distanzhalter dient ein quadratischer Kragen am Hinterschnittdbel (Bild 13, B und C), der zusammen mit einer passenden Ausstanzung in der Agraffe dafr sorgt, dass

Technik

Zylindrisch Bohren

Hinterschneiden

Agraffen und Anker in das Bohrloch setzen

Anker mit Setzwerkzeug verspreizen

493

Gesetzter Anker mit Agraffe

Bild 15. Montageschritte der Nietbefestigung von Fischer

Bild 16. Festpunkt und Gleitpunkt

Bild 17. Faserzementtafeln Eternit-Natura auf Alu-Unterkonstruktion genietet

eine genaue horizontale Ausrichtung erhalten bleibt, obwohl die Agraffe nicht durch Haftreibung auf der Plattenrckseite fixiert ist. Gleitpunkte in Plattentragprofilen kçnnen dadurch realisiert werden, dass lngliche Stanzlçcher gefertigt werden, siehe Bild 16.

sehen. Hieraus ist zu erklren, warum bauaufsichtliche Zulassungen fr Kleben enge Regeln vorschreiben, die unbedingt eingehalten werden mssen. Denn das Unangenehme an Klebeverbindungen ist, dass ein Bruch meist ohne Vorankndigung und wie aus heiterem Himmel erfolgt. Daher wird im Folgenden exemplarisch ein zugelassenes System fr Faserzementtafeln dargestellt. Im ersten Schritt wird das Tragprofil gereinigt und mit einem Haftvermittler vorbehandelt. Zur Justierung der Klebenaht auf eine definierte Dicke wird ein selbstklebendes Montageband verwendet. Daneben wird eine ber die gesamte Tafellnge verlaufende Kleberraupe (in Bild 18 als Dreieck dargestellt) aufgetragen und die Tafel angesetzt und angepresst. Die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zur Befestigung von Fassadentafeln aus Faserzement auf einer Un-

1.4.3

Rckseitige Befestigung durch Kleben der Fassadentafel auf Aluminium-Unterkonstruktion

Jeder hat schon einmal etwas geklebt – und frustrierende Erfahrungen damit gemacht. Es sieht so einfach aus und es ist auch einfach, aber es hlt oft nicht. Der Grund: Beim Kleben mssen Fertigungsbedingungen peinlich eingehalten werden, wer improvisiert, hat das Nach-

494

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Bild 18. Vorbereitung der Klebung auf Tragprofil (links) und Stoßprofil (rechts)

Bild 19. Geklebtes System Faserzementtafel auf Aluminium-Unterkonstruktion

terkonstruktion aus Aluminium mit dem Klebesystem „SikaTack-Panel“ ermçglicht folgende Gestaltungsfreiheiten: – Frei whlbare Formate bis max. 3100 mm · 1500 mm, jedoch bezogen auf bestimmte Plattentypen und Tafeldicken von 8 mm oder 12 mm. – Die Klebenaht erzeugt eine kraftschlssige Befestigung, sodass keine zustzlichen mechanischen Befestigungen erforderlich sind. – Das geschlossene Fassadensystem aus Tafel, Kleber und Unterkonstruktion erfllt im eingebauten Zustand die Anforderung schwerentflammbar (Baustoffklasse DIN 4102 – B1). Fr die zulassungskonforme Ausfhrung mssen sich Verleger nach einer zweitgigen Schulung zertifizieren lassen. Eine Verlegung ist nur auf einer senkrechten (lotrechten) Unterkonstruktion aus Aluminium fr hinterlftete Fassaden zugelassen. Fr die Klebeverbindung sind Materialeigenschaften und Auftragsmengen in der Zulassung vorgeschrieben. Die Durchbiegung der Fassadentafel darf 1/100 der Sttzweite der Faserzementtafel im Feld und des eventuell vorhandenen Kragarms nicht berschreiten. Bei der Verarbeitung sind restriktive Klimavorgaben zu beachten: – Montagetemperatur +5 C bis +35 C fr den Montagezeitpunkt und einen Zeitraum von mindestens 5 Stunden danach, – relative Luftfeuchte £ 75 %, – Materialtemperatur ‡ 3 C ber Taupunkttemperatur, – Witterungs- und staubgeschtzte Montageumgebung.

Die zeitgenaue Einhaltung der Verarbeitungsschritte wie Anschleifen, Reinigen, Ablften usw. fr das Tragprofil und die Rckseite der Fassadentafel ist notwendig, um eine zuverlssige Befestigung zu gewhrleisten. 1.5

Einhaltung der Vorgaben aus der Energieeinsparverordnung

Am 1. Oktober 2009 tritt eine nderung der Energieeinsparverordnung (EnEV) in Kraft. Die Anforderungen an die Wrmedmmung von Außenwnden sind jedoch gegenber der bisher gltigen Fassung der EnEV nicht verndert worden. Die VHF kann fr unterschiedliche energetische Anforderungen mit einer individuell bemessenen Wrmedmmung ausgefhrt werden. Dabei ist jede gewnschte Dmmschichtdicke einsetzbar. Problemlos werden so U-Werte erreicht, die Niedrigenergiehuser auszeichnen und der knftig geltenden Energieeinsparverordnung EnEV entsprechen. Bezogen auf den Energiebedarf bewirkt die Dmmung die grçßtmçgliche Wrmespeicherung der innenliegenden Bauteile und hlt im Sommer die Hitze und im Winter die Klte ab. Dies fhrt zu einem ausgeglichenen, behaglichen Raumklima. Durch die messbare Reduzierung von Heizenergie minimiert die VHF den Kohlendioxid-Ausstoß, der als einer der grçßten Verursacher çkologischer Belastung gilt. Ein weiterer Mehrwert der VHF: Die kommende EnEV schrnkt die gestalterische Freiheit in keiner Weise ein. Alle Konditionen lassen sich mit der VHF problemlos erfllen.

Brandschutz

495

Tabelle 1. Hçchstwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten Umax und beispielhafte Dmmstoffdicken Nutzung

Hçchstwert fr Wrmedurchgangskoeffizienten Umax

Dmmstoffdicke der VHF Beispiel Glaswolle

Wohngebude

0,28 W / (m2 · K)

120 mm

Wohngebude bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von 0,24 W / (m2 · K) Bauteilen

140 mm

Nichtwohngebude Innentemperaturen 12 C bis < 19 C

0,35 W / (m2 · K)

80 mm

Nichtwohngebude

0,28 W / (m2 · K)

120 mm

Nichtwohngebude bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von Bauteilen

0,24 W / (m2 · K)

140 mm

2

Brandschutz

2.1

Verbreitungsgrad der VHF und Erfahrungen mit dem Brandverhalten

In den sechziger Jahren und zu Beginn der siebziger Jahre haben die Bundesanstalt fr Materialprfung und das staatliche Materialprfungsamt NordrheinWestfalen Naturbrandversuche im Maßstab 1:1 an dem in Bild 20 gezeigten Versuchsstand durchgefhrt. Hierbei wurde der Beitrag der VHF zur Brandweiterleitung von Geschoss zu Geschoss ber die Fassade sowohl an fensterlosen Wnden als auch an Lochfassaden untersucht. Der Aufbau der VHF bestand damals aus nichtbrennbaren Fassadentafeln auf einer Holzlattenunterkonstruktion. Anhand der Versuche ließen sich das Auftreten einer Brandweiterleitung im Hinterlftungsspalt beurteilen und Regeln zu deren Vermeidung aufstellen. Da die Erkenntnisse aus den damaligen Versuchen in das Bauordnungsrecht eingeflossen sind, kann man davon ausgehen, dass es eine sehr große Anzahl von Husern gibt, die nach den Bestimmungen der Bauordnung

mit VHF versehen wurden. Das Brandverhalten von Gebuden mit VHF ließ sich in diesem Zeitraum bei einer Vielzahl von Brandschadensereignissen durch Feuerwehren, Sachversicherer und Baubehçrden beobachten. Rckblickend auf den Zeitraum von 40 Jahren lsst sich also feststellen, dass ein umfangreiches Praxiswissen ber das Brandverhalten von vorgehngten hinterlfteten Fassaden besteht. Auf Anfrage wurde von den folgenden Institutionen, die sich mit Brandverhalten bzw. mit Brandbekmpfung und Brandschden beschftigen, Auskunft zu den vorliegenden Erfahrungen gegeben: – Deutsches Institut fr Bautechnik (DIBt), – Verband der Sachversicherer (VDS), – Feuerwehren von Berlin und Hamburg. Die schriftlich erhaltenen Aussagen sind zusammengefasst folgende: Dem DIBt sind keine Brandflle bekannt, die Anlass sein kçnnten, die bisher bliche Beurteilung hinterlfteter Außenwandbekleidungen, insbesondere mit nichtbrennbaren Dmmstoffen, zu ndern. Die Feuerwehren und der VDS teilten mit, dass nach ihren Erkenntnissen

Bild 20. Fassadenprfstand Ende der 60er-/Anfang der 70er-Jahre in Berlin

496

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

das Risiko der Brandweiterleitung durch hinterlftete Außenwandbekleidungen als gering eingestuft wird, wenn Bekleidungsmaterial und Dmmung aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen. Auch aufseiten der Fassadenhersteller, die bei Schadensfllen wirtschaftlich betroffen wren, sind keine Brandschutzprobleme von VHF bekannt. 2.2

Bauordnungsrechtliche Vorschriften fr den Brandschutz der VHF

Gravierende Vernderungen der bauordnungsrechtlichen Vorschriften sind derzeit auf Grundlage nationaler Bestrebungen nicht in Sicht. Die Brandschutzanforderungen an VHF sind zweifelsfrei geklrt und in Bauordnungen, Sonderbauverordnungen und Richtlinien eindeutig festgelegt. Wer einen berblick ber die Vorschriften fr alle 16 Bundeslnder bekommen mçchte, muss sich einigen Mhen unterziehen. Neben den Bestimmungen der LBOs sind in Abhngigkeit von Grçße, Nutzung und Ausstattung des Gebudes weitere Richtlinien und Verordnungen zu beachten. Die wesentlichen Bestimmungen fr Sonderbauten befinden sich in folgenden Rechtswerken: – Landesbauordnungen (LBOs) der 16 Bundeslnder, – Hochhausrichtlinien bzw. -verordnungen, – Verordnungen ber Garagen, – Verordnungen/Richtlinien ber den Bau und Betrieb von Beherbergungssttten/Gaststtten, – Baulicher Brandschutz im Industriebau, – Verordnungen/Richtlinien ber Versammlungssttten, – Verkaufsstttenverordnungen bzw. Verkaufsstttenrichtlinien, – Richtlinien ber Kindergrten, – Brandschutztechnische Anforderungen fr Heime, – Krankenhaus-Richtlinien, – Bauaufsichtliche Richtlinien fr Schulen, – Vorschriften fr fliegende Bauten. Die Bezeichnung der Richtlinien weicht von Bundesland zu Bundesland etwas ab. Nicht alle Bundeslnder haben zu jeder der oben genannten Gebudekategorien eine eigene Verordnung erlassen. Zustzlich gibt es von der Konferenz der fr Stdtebau, Bau- und Wohnungswesen zustndigen Minister und Senatoren der Lnder (ARGEBAU) herausgegebene Muster-Ordnungen und Muster-Richtlinien zu vielen der oben genannten Themengebiete. 2.3

Bestimmungen der Landesbauordnungen (LBO) fr Bauten, die nicht als Sonderbauten gelten

Die Brandschutzanforderungen der Landesbauordnungen an VHF fr Gebude unterhalb der Hochhausgrenze sind in den Tabellen 2 und 3 zusammengestellt. Die LBOs definieren zwei Hçhenkategorien bzw. fnf Gebudeklassen.

Hçhe in diesem Sinne ist das Maß der Fußbodenoberkante des hçchstgelegenen Geschosses, in dem ein Aufenthaltsraum mçglich oder ein Stellplatz vorgesehen ist, ber der Gelndeoberflche. Die Definition der Hçhe ist in den betreffenden Landesbauordnungen leicht unterschiedlich. Die nach der Gebudehçhe unterschiedlichen Anforderungen an den Brandschutz gehen auf die unterschiedlichen zum Einsatz kommenden Rettungsgerte der Feuerwehr zurck. In Tabelle 2 sind die Bestimmungen fr Bundeslnder gezeigt, die unterhalb der Hochhausgrenze nach zwei Hçhenkategorien unterscheiden: – bis 7 m: Gebude geringer Hçhe, – bis 22 m: Gebude mittlerer Hçhe. Tabelle 3 enthlt die Zusammenstellung der Bestimmungen der brigen Bundeslnder, die entsprechend der Muster-Bauordnung [9] fnf Gebudeklassen unterscheiden. Fr Gebude geringer und mittlerer Hçhe bzw. der Gebudeklassen 1 bis 5 reicht es aus, wenn schwerentflammbare Materialien fr die Außenwandbekleidung einschließlich der Dmmung und der Unterkonstruktion verwendet werden. In vielen Bundeslndern drfen Außenwandbekleidungen bei Gebuden geringer Hçhe bzw. der Gebudeklasse 1 bis 3 auch aus Baustoffen der Klasse B 2 (z. B. Holz) bestehen. Einige Bundeslnder machen dies jedoch von der Einhaltung zustzlicher Maßnahmen abhngig. Die Verwendung leichtentflammbarer Baustoffen ist in allen Landesbauordnungen ausgeschlossen. Die Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen – Teil I vom September 2008 [8] unternimmt den Versuch, die nicht nher festgelegte Anordnung der Landesbauordnungen sowie der Musterbauordnung zu geschossbergreifenden bzw. ber Brandwnde hinweg gefhrten Hohl- und Luftrumen von hinterlfteten Außenwandbekleidungen verbindlich technisch zu regeln und legt fest: – die Wrmedmmung muss nichtbrennbar sein, – die Tiefe des Hinterlftungsspalts darf bei einer Holz-Unterkonstruktion nicht grçßer als 50 mm und bei einer Metall-Unterkonstruktion nicht grçßer als 150 mm sein, – in jedem zweiten Geschoss mssen horizontale Brandsperren angeordnet werden, – Laibungen von ffnungen (Fenster, Tren) drfen unter bestimmten Bedingungen integraler Bestandteil von Brandsperren sein und – der Hinterlftungsspalt darf ber die Brandwand nicht hinweg gefhrt werden. Horizontale Brandsperren sind nicht erforderlich – bei çffnungslosen Außenwnden, – wenn durch die Art der Fensteranordnung eine Brandausbreitung im Hinterlftungsspalt ausgeschlossen ist und – bei Außenwandbekleidungen, die ausschließlich aus nichtbrennbaren Komponenten bestehen, wenn der Hinterlftungsspalt im Bereich der Laibungen von ffnungen umlaufend im Brandfall ber mindestens 30 Minuten formstabil verschlossen ist.

Brandschutz

497

Tabelle 2. Brandschutzanforderungen unterhalb der Hochhausgrenze nach Hçhenklassen Land

LBO Stand

Gebude geringer Hçhe

Gebude mittlerer Hçhe

Brandenburg 1)

07/09

B1 2) 3)

B1 2)

Niedersachsen

11/09

keine

B1 Halterungen B2, wenn keine Bedenken bestehen; kein brennendes Abtropfen bei Gebuden mit mehr als 2 Vollgeschossen

Nordrhein-Westfalen

12/09

bei £ 1 Wohnung keine, sonst bei B2 geeignete Maßnahmen gegen Brandausbreitung

B1

Rheinland-Pfalz

12/09

keine

B1 UK in B2 zulssig, wenn der Brandschutz gewhrleistet ist

1) Bei Außenwandkonstruktionen mit geschossbergreifenden Hohl- oder Luftrumen wie Doppelfassaden und hinterlfteten Außenwandbekleidungen sind gegen die Brandausbreitung besondere Vorkehrungen zu treffen. 2) Unterkonstruktionen aus normalentflammbaren Baustoffen kçnnen gestattet werden, wenn keine Bedenken wegen des Brandschutzes bestehen. 3) B2 zulssig, wenn durch geeignete Maßnahmen eine Brandausbreitung auf angrenzende Gebude verhindert wird.

Tabelle 3. Brandschutzanforderungen unterhalb der Hochhausgrenze nach Gebudeklassen Land

LBO Stand

Gebudeklassen 1, 2 und 3

Gebudeklassen 4 und 5

Baden-Wrttemberg

03/10

keine

B1 1)

Bayern

01/10

keine

B1 2)

Berlin

11/09

keine

B1 2)

Bremen

05/10

keine

B1 2)

Hamburg

12/09

keine

B1 2)

Hessen

12/09

keine

B1 2)

Mecklenburg-Vorpommern

05/06

keine

B1 2)

Saarland

04/08

keine 3)

B1 4)

Sachsen

12/09

keine

B1 2)

Sachsen-Anhalt

12/09

keine

B1 2)

Schleswig-Holstein

05/09

keine

B1 2)

Thringen

12/09

keine

B1 2)

Bei Außenwandkonstruktionen mit geschossbergreifenden Hohl- oder Luftrumen wie Doppelfassaden und hinterlfteten Außenwandbekleidungen sind gegen die Brandausbreitung besondere Vorkehrungen zu treffen. 1) Verkleidungen aus normalentflammbaren Baustoffen sind zulssig, wenn eine Brandbertragung auf hçher liegende Geschosse oder auf angrenzende Gebude nicht zu befrchten ist. 2) Unterkonstruktionen aus normalentflammbaren Baustoffen sind zulssig, wenn Außenwnde so ausgebildet sind, dass eine Brandausbreitung auf und in diesen Bauteilen ausreichend lange begrenzt ist. 3) Zulssig, wenn die Rettung von Menschen ber Rettungsgerte der Feuerwehr im Brandfall nicht gefhrdet ist und eine Brandausbreitung auf angrenzende Gebude oder Gebudeteile durch bauliche Vorkehrungen verhindert wird. 4) An Gebuden der Gebudeklasse 4 kçnnen Unterkonstruktionen aus normalentflammbaren Baustoffen gestattet werden, wenn der Brandschutz auf andere Weise gewhrleistet ist

498

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Die Hersteller von Fassadensystemen sehen diese Regelverschrfungen skeptisch und halten sie fr berflssig. Fr hinterlftete Fassaden wird sich durch den Einbau horizontaler Brandsperren die Schadensanflligkeit erhçhen, da die Hinterlftung durch sie behindert wird. Aus der Praxis sind seit Jahrzehnten keine Schadensflle bekannt, in denen geschossbergreifende Hohlrume signifikant zur Brandausbreitung beigetragen haben. Die Gefahr fr Leib und Leben bei einem Fassadenbrand ist ohnehin gering, da dieser sich im Außenbereich abspielt. Das Phnomen zeigt sich nur in Labortests, die entsprechend interpretiert wurden. 2.4

Bestimmungen fr Sonderbauten

Nur der kleinere Teil der erlassenen Sonderbau-Verordnungen und Sonderbau-Richtlinien trifft Festlegungen fr Außenwandbekleidungen. Festlegungen wurden ge-

Tabelle 4. Bundeslnder mit eigenen Sonderbauverordnungen/-richtlinien und Vorschriften zu Außenwandbekleidungen Hochhuser BadenWrttemberg

Industrie- Krankenbau huser

Verkaufssttten

3/00

2/97

4/07

1)

11/07

Berlin

1)

2)

Brandenburg

3/04

Bayern

Bremen

x

x

Hamburg

12/06

3/05

3/00

2)

2/02

08/03

Hessen

x

3/00

5/95

MecklenburgVorpommern

x

3/00

5/01

12/03

7/04

Niedersachsen NordrheinWestfalen

x

12/09

Rheinland-Pfalz

3/00

Saarland

1)

Sachsen

4/05

12/09 12/02

2.5

Bestimmungen fr Hochhuser

Hochhuser sind Gebude, in denen der Fußboden des obersten Geschosses, in dem Aufenthaltsrume vorgesehen sind, mehr als 22 m ber der festgesetzten Gelndeoberflche liegt. Die Bauordnungen fordern zwei voneinander unabhngige Rettungswege, die Bestandteil des Gebudes sein mssen. Aufgrund der langen Rettungswege und des damit verbundenen zeitlichen Aufwandes fr eine Rettung werden hçhere Anforderungen an die Nichtbrennbarkeit der Baustoffe und die Feuerwiderstandsdauer der Bauteile gestellt. Tabelle 5 zeigt die Bestimmungen, sofern Hochhausrichtlinien im betreffenden Bundesland erlassen wurden. In der Regel wird fr Bekleidung, Dmmstoff und Unterkonstruktion an Hochhusern die Baustoffklasse A gefordert. In vielen Lndern konnte nach der Muster-Hochhaus-Richtlinie (MHHR) nach Stand 5/81 bei çffnungslosen Wnden bis zu einer Hçhe von 30 m eine Ausfhrung in der Baustoffklasse B1 gestattet werden und stabfçrmige Unterkonstruktionen durften bedingt aus normalentflammbaren Baustoffen bestehen. Gemß der Muster-Hochhaus-Richtlinie nach Stand 4/2008 mssen Fassaden in all ihren Teilen aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen. Die Hochhausrichtlinie von Bayern erlaubt die Verwendung schwerentflammbarer Baustoffe bis zu einer Gebudehçhe von 30 m. 2.6

Bestimmungen fr Industriebauten

Industriebauten sind Gebude oder Gebudeteile im Bereich der Industrie und des Gewerbes, die der Produktion (Herstellung, Behandlung, Verwertung, Verteilung) oder Lagerung von Produkten oder Gtern dienen. Zehn Bundeslnder haben zwar eine eigene Industriebaurichtlinie erlassen, die Regelungen bezglich Außenwandbekleidungen sind jedoch bundeseinheitlich, siehe Tabelle 6.

2/04

2.7

3/00

3/05

Die Definition der Muster-Krankenhausbauverordnung lautet: „Krankenhuser sind bauliche Anlagen mit Einrichtungen, in denen durch rztliche und pflegerische Hilfeleistung Krankheiten, Leiden oder Kçrperschden festgestellt, geheilt oder gelindert werden sollen oder Geburtshilfe geleistet wird und in denen die zu versorgenden Personen untergebracht und verpflegt werden kçnnen.“ Die Regelungen bezglich Außenwandbekleidungen sind derzeit bundeseinheitlich, siehe Tabelle 6.

7/08

Sachsen-Anhalt

x

1)

2)

SchleswigHolstein

x

1)

10/09

1)

6/97

Thringen

troffen fr Hochhuser, Industriebauten, Krankenhuser und Verkaufssttten. Tabelle 4 zeigt in welchen Bundeslndern eigene Bestimmungen zu diesen Sonderbauten existieren. In den brigen Bundeslndern kann von der Anwendung der jeweiligen Musterordnungen der ARGEBAU ausgegangen werden.

1) keine landesspezifische Richtlinie oder Muster-Industriebaurichtlinie 3/00 maßgeblich

Bestimmungen fr Krankenhuser

Brandschutz

499

Tabelle 5. Brandschutzanforderungen fr Hochhuser Bundesland

Stand

Bayern

5/83

Baden-Wrttemberg

1)

Berlin

1)

Brandenburg

6/08

Bremen

1)

Hamburg

1)

Hessen

4/08

Mecklenburg-Vorpommern

3/09

Niedersachsen

1)

Nordrhein-Westfalen

12/09

Rheinland-Pfalz

1)

Saarland

1)

Sachsen

1)

Sachsen-Anhalt

1)

Schleswig-Holstein

5/03

Thringen

1)

Muster-Hochhaus-Richtlinie

4/08

Gebudehçhe H [m] 22 < H < 30

H > 30

A fr Halterungen, Befestigungen, Bekleidung, UK und Dmmstoffe B1 fr Bekleidung bei Wnden ohne ffnungen erlaubt, außer bei Sicherheitstreppenrumen B2 fr stabfçrmige UK erlaubt, wenn Hinterlftungsspalt = 4 cm und Fenster- und Trleibungen nichtbrennbar abschließend

A

A

1) keine landesspezifische Richtlinie/Verordnung erlassen oder Muster-Hochhausrichtlinie maßgebend

Tabelle 6. Zulssige Baustoffklassen von Außenwandbekleidungen fr Industriebauten, Krankenhuser und Verkaufssttten

Industriebauten Grundflche > 2000 m2

B1

A

erdgeschossig, ohne selbstttige Feuerlçschanlage

mehrgeschossig bzw. ohne selbstttige Feuerlçschanlage

mehrgeschossig, mit selbstttigen Feuerlçschanlage Krankenhuser Baden-Wrttemberg

bis 2 Vollgeschosse

Brandenburg

unzulssig

obligatorisch

Nordrhein-Westfalen und Saarland

mehr als 1 Vollgeschoss

mehr als 5 Vollgeschosse

erdgeschossig bzw. mit Sprinkleranlage

sonstige Verkaufssttten ohne Sprinkleranlage

Verkaufssttten 1)

1) in Bayern und Brandenburg ist nur bei erdgeschossigen Verkaufssttten B1 zulssig

mehr als 2 Vollgeschosse

500

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

2.8

Bestimmungen fr Verkaufssttten

Die Vorschriften gelten fr jede Verkaufssttte, deren Verkaufsrume und Ladenstraßen einschließlich ihrer Bauteile eine Flche von insgesamt mehr als 2.000 m± haben. Verkaufssttten sind Gebude oder Gebudeteile, die ganz oder teilweise dem Verkauf von Waren dienen, mindestens einen Verkaufsraum haben und keine Messebauten sind. Zu einer Verkaufssttte gehçren alle Rume, die unmittelbar oder mittelbar, insbesondere durch Aufzge oder Ladenstraßen, miteinander in Verbindung stehen. Erdgeschossige Verkaufssttten sind Gebude mit nicht mehr als einem Geschoss, dessen Fußboden an keiner Stelle mehr als 1 m unter der Gelndeoberflche liegt; dabei bleiben Treppenraumerweiterungen sowie Geschosse außer Betracht, die ausschließlich der Unterbringung haustechnischer Anlagen und Feuerungsanlagen dienen. Die Brandschutzanforderungen an Fassaden von Verkaufssttten sind in fast allen Bundeslndern durch eigene Verordnungen geregelt. Erfreulich ist jedoch, dass die Regelungen im Hinblick auf Fassaden gleich sind. Erdgeschossige Gebude und Verkaufssttten mit Sprinkleranlagen drfen mit Fassaden der Baustoffklasse B1 bekleidet werden. Sonstige Verkaufssttten ohne Sprinkleranlagen drfen nur nichtbrennbare Außenwandbekleidungen haben. 2.9

Zuordnung der europischen Klassen zu den bauaufsichtlichen Begriffen der MBO

Nach europischen Normen werden Baustoffe in einer strker differenzierten Art klassifiziert. Folglich ist eine

grçßere Anzahl von Baustoffklassen als nach DIN 4102-1 definiert. In der Anlage 0.2.2 zur Bauregelliste A Teil 1, Ausgabe 2008/2, wird fr Deutschland die Zuordnung der europischen Klassen zu den bauaufsichtlichen Begriffen – normalentflammbar, – schwerentflammbar, – nichtbrennbar der Musterbauordnung (MBO) verbindlich festgelegt (s. Tabelle 7). Tabelle 7 enthlt nur die in Deutschland mindestens einzuhaltenden europischen Klassen. Das europische Klassifizierungssystem stellt jedoch eine sehr viel grçßere Anzahl von Klassen zur Verfgung, mit denen die Produkte gekennzeichnet sein kçnnen. Jeder nach europischer Norm klassifizierte Baustoff kann zwar einer bauaufsichtlichen Anforderung zugeordnet werden. Beachtet werden muss aber, dass nicht alle Baustoffe, die nach europischer Norm beispielsweise in Euroklasse „A“ fallen, die deutschen Kriterien fr „nichtbrennbare“ Baustoffe erfllen. Die Rauchentwicklung (s1, s2, s3) und das brennende Abtropfen/Abfallen (d0, d1, d2) werden abgestuft in Klassen ausgedrckt und sind ebenfalls wichtig fr eine Zuordnung zur bauaufsichtlichen Anforderung. In Deutschland ist Klasse s1 einzuhalten, wenn besondere Anforderungen an die Rauchentwicklung gestellt werden. Die Klasse d0 wird gefordert, wenn ein Baustoff im Brandfall nicht brennend abfallen oder abtropfen darf. Trotzdem ist mit dieser Tabelle der Bauregelliste A, Teil 1, Anlage 0.2.2, der Schritt von der deutschen bauaufsichtlichen Anforderung in die Euroklassifizierung fr Baustoffe auf eine erfrischend einfache und klare Weise mçglich.

Tabelle 7. Zuordnung der Klassifizierung des Brandverhaltens (ohne Bodenbelge) nach DIN EN 13501-1 zu bauaufsichtlichen Anforderungen Bauaufsichtliche Benennung

Zusatzanforderungen kein Rauch

kein brennendes Abfallen / Abtropfen

Nichtbrennbar

x

Schwerentflammbar

Europische Klasse nach DIN EN 13501-1

Klasse nach DIN 4102-1

x

A1

A1

x

x

A2

x

x

B, C -s1 d0

x

B, C -s3 d0

x

-s1 d0

A2 B1 1)

B, C -s1 d2 B, C -s3 d2

Normalentflammbar

Leichtentflammbar

x

D E

-s3 d0

D

-s3 d2

E

-d2

F

B2 1)

B3

1) Angaben ber hohe Rauchentwicklung und brennendes Abtropfen / Abfallen im Verwendbarkeitsnachweis und in der Kennzeichnung

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

2.10

501

Entwicklung von zustzlichen Prfungen fr Außenwandbekleidungen

In zwei deutschen Prfinstituten wird unter voneinander abweichenden Bedingungen jeweils ein Fassadenprfstand betrieben, in dem Fassaden einschließlich Unterkonstruktion und Dmmung im eingebauten Zustand geprft werden kçnnen. Brandversuche an Fassaden haben dort gezeigt, dass einige als schwerentflammbar eingestufte Baustoffe ein Brandverhalten zeigen, das gefhlsmßig eher als normalentflammbar einzuordnen wre. Da jedoch in Deutschland kein genormter Versuch zur Prfung existiert, gibt es auch keine Norm zur eigenstndigen Klassifizierung des Brandverhaltens von Fassaden. Nach ber zehnjhriger Existenz sollte eine dieser Versuchsanordnungen die Grundlage fr eine europische Prfnorm fr Fassaden werden. ber wichtige Details, wie z. B. Aufbringung der Brandlast und der Messmethode, bestand jedoch unter den beiden Prfinstituten keine Einigkeit. Im Oktober 2005 hat der Stndige Ausschuss fr das Bauwesen den Entwurf eines Mandates an CEN/ CENELEC bezglich der Normungsarbeit zur Untersuchung des Brandverhaltens von Fassaden endgltig abgelehnt. Begrndung: „Fr alle Produkte, die als Elemente eines Bekleidungssystems eingesetzt werden und die unabhngig voneinander am Markt platziert werden, ist fr das einzelne Element ein anderer Klassifizierungsansatz als bei der blichen Klassifizierung nicht praktikabel“. Mit anderen Worten heißt dies, dass die Variationsbreite der Kombinationen von Einzelelementen einer Fassade so groß ist, dass einzelnen Komponenten keine Materialeigenschaft aus diesem Versuch zugeschrieben werden kann. Damit ist dieses Verfahren ungeeignet zur Beurteilung des Brandverhaltens einzelner Komponenten einer VHF. Das Prfverfahren ließe sich nur auf Baustze fr Fassaden anwenden.

3

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

3.1

Zweck des Vorhabens

Die Berechnung von vorgehngten, hinterlfteten Fassadenkonstruktionen nach DIN 18516-1 ist von einer Vielzahl von Einflssen abhngig. Auf der Einwirkungsseite sind dies die komplexen Windlasten und auf der Widerstandsseite die aufwendigen Konstruktionen, die sich nicht durch wenige Parameter hinreichend beschreiben lassen. Die Berechnung ist auch deshalb aufwendiger geworden, weil die Umstellung der Berechnungsvorschriften auf Euro-Code (EC) und neuer DIN (DIN-neu) wesentlich mehr Einflsse bercksichtigt, als das bisher nach den alten DIN-Normen (DIN-alt) der Fall war. Fr den Berechnungsingenieur soll deshalb ein weitgehend automatisches Berechnungsverfahren vorgestellt werden, das sehr schnell zu einem Entwurf, einer Berechnung und einer Auswertung der Berechnung fhrt. An Beispielen soll dann der Einfluss der

Bild 21. FEM-Modell der Verformungen und Momente (als Falschfarben) einer Fassadentafel mit zwei Lagen Aluminium-Unterkonstruktion

Berechnung nach EC den Berechnungen nach alter DIN (DIN-alt) gegenbergestellt werden. 3.2

Typen von Fassadenkonstruktionen

Eternit-Fassadenkonstruktionen bestehen im Wesentlichen aus der Fassadentafel und der Unterkonstruktion. Fr Fassadentafeln stehen die Typen Textura, Natura und Pictura zur Verfgung, die sich bezglich ihrer Werkstoffkennwerte nicht unterscheiden. Die Fassadentafel bekleidet den Baukçrper und schtzt ihn gegen Witterungseinflsse. Die Unterkonstruktion ist der Teil des Tragwerks, der die Bekleidung mit dem Baukçrper verbindet, um Windlasten und das Eigenwicht von der Tafel zum Baukçrper zu leiten. Darber hinaus stellt die Unterkonstruktion den Bauraum zur Verfgung, um die Wrmedmmung aufzunehmen. Die Unterkonstruktion ist kein Produkt von Eternit. Profile werden von den Firmen „WS Fassadenelemente GmbH“, „Systea, Christian Pohl GmbH“, „BWM Dbel + Montagetechnik“, „Nauth-Fassadentechnik GmbH“ und „montaflex GmbH“ angeboten. Es wird zwischen kleinformatigen Fassadenkonstruktionen (Platten bis 0,4 m2 oder 5 kg Masse), sog. Stlpschalungen, und großformatigen Bekleidungen (Tafelgrçßen bis 3100 mm · 1500 mm) unterschieden. Hier werden nur großformatige Konstruktionen betrachtet. Die Unterkonstruktion kann verschiedene Ausfhrungen haben. Sie besteht aus einer oder mehreren Lagen von vertikalen und/oder horizontalen Holzlatten oder Aluminiumprofilen. An den Kreuzungspunkten sind die Latten bzw. Profile mit Verbindungselementen verbunden, am Baukçrper sind sie mit Verankerungselementen und an den Fassadentafeln mit Befestigungselementen befestigt. Mçgliche Konstruktionsausfhrungen sind: – Aluminium-Unterkonstruktion mit vertikalen Tragprofilen (Bild 4),

502

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Tabelle 8. Typen von Fassadenkonstruktionen Unterkonstruktion

Schicht

Material

Typ

1

2

Holz

v TL

VAE

v TL

v TL, h KL

VAE

v TL

VE

h KL

–

–

v-TP

Lager

v TP

–

–

–

–

h-TP

Lager

h TP

–

–

–

–

2 Lagen

VAE

v TP

VE

h PTP

–

–

3 Lagen

VAE

v TP

VE

h TP

VE

v PTP

geklebt

Lager

v TP

–

–

–

–

Aluminium

3

4

5

6

7

8

BE

Fassadentafel

Kleber

Dabei bedeuten: VAE Lager VE BE v, h

Verankerungselemente der Unterkonstruktion zum Bauwerk aufwendig konstruierte Lagerung der Unterkonstruktion zum Bauwerk Verbindungselement zwischen horizontalen und vertikalen Profilen / Latten Befestigungselement der Fassadentafel an der Unterkonstruktion vertikal, horizontal

– Aluminium-Unterkonstruktion mit horizontalen Tragprofilen, (Bild 11) – zwei Lagen Aluminium-Unterkonstruktion mit rckseitiger Befestigung, – drei Lagen Aluminium-Unterkonstruktion mit rckseitiger Befestigung, – Aluminium-Unterkonstruktion mit Sika-Tack geklebt (Bilder 18 und 19), – Holz-Unterkonstruktion mit vertikalen Traglatten und horizontalen Konterlatten (Bild 1), – Holz-Unterkonstruktion mit vertikalen Traglatten (Bild 2). Die erste Schicht ist immer die singulre (punktfçrmige) Verbindung der Unterkonstruktion der Fassade zum Bauwerk. Die letzte, die achte Schicht, ist die Fassadentafel. Die dritte, vierte, fnfte und sechste Schicht sind nicht bei allen Konstruktionen vorhanden. Alle gerade nummerierten Schichten sind kontinuierliche Bauteile wie Profile oder die Tafel. Alle Schichten mit ungerader Nummerierung sind singulre Verbindungen. Im Folgenden sollen exemplarisch die Modellbildung und Berechnung der Fassadenkonstruktion aus vertikalen Tragprofilen mit Aluminium-Unterkonstruktion beschrieben werden. 3.3

Lastflle

Fassadenkonstruktionen werden durch drei Lastflle beansprucht. Das sind: – Eigengewicht, – Windlast, Sog und – Windlast, Druck. Die Lastflle Windlast, Sog und Windlast, Druck treten zeitlich nacheinander ein und sind dabei stets mit dem Lastfall Eigengewicht berlagert. Die Berechnung der auftretenden Schnittkrfte wird als entkoppelt angese-

TL KL TP PTP

Traglatte Konterlatte Tragprofil Plattentragprofil

hen. Die Konstruktion wird deshalb fr alle drei Lastflle einzeln berechnet. Die Ermittlung der Lasten fr den Lastfall Eigengewicht ist einfach, da das Gewicht der Fassadentafel mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Das Gewicht der Unterkonstruktion sowie der Verankerungs- und Befestigungselemente wird dabei nicht bercksichtigt. Die Sog- und Drucklasten aus Windbelastung werden nach DIN 1055-4 bestimmt und als gleichmßig verteilt auf einer Fassadentafel angenommen. Die nhere Vorgehensweise wird weiter unten beschrieben. 3.4

Statische Modellbildung

Der Kraftfluss aus Eigengewicht und Windlast verluft von der Fassadentafel ber die Befestigungselemente zu den vertikalen Tragprofilen und von dort ber die Verankerungselemente in den Baukçrper, der fr die Berechnung als feste Wand angesehen wird. Die Kraftflsse in der Konstruktion sind von den Steifigkeiten der Tafel und der Profile abhngig, sodass ein vereinfachter Ansatz, der von einer Gleichverteilung der Krfte auf die Befestigungselemente der Tafel ausgeht, nicht zulssig ist. Auch Abschtzungen der Kraftverteilungen in Abhngigkeit von Abmessungen, Anzahl der Profile und anderen Konstruktionsparametern fhren nicht zum Ziel einer hinreichend genauen Bestimmung der Schnittkrfte und Spannungen [1, 2]. Dies kann nur mithilfe einer Berechnung nach der Methode der Finiten Elemente (FEM) erreicht werden, die den folgenden berlegungen zugrunde liegt. Die Grundzge der FEM werden als bekannt vorausgesetzt und hier nicht dargestellt. Die Aluminium-Profile werden auf Zug, Druck und Biegung beansprucht. Aus der Sicht der Technischen Mechanik handelt es sich also um Stab-Balkenelemen-

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

te. Die Elementsteifigkeitsmatrizen von Stben und Balken mit konstanten Querschnitten aus homogenem Material lassen sich sowohl aus den Differenzialgleichungen als auch aus dem Prinzip der virtuellen Verschiebung exakt im Rahmen der Annahmen (Ebenbleiben der Querschnitte, …) ermitteln. Bezglich der Tragprofile sind keine weiteren Annahmen und Einschrnkungen bei der Modellbildung notwendig. Stabilittsprobleme und Probleme der lokalen Krafteinleitung werden nicht bercksichtigt. Die Verankerungs- und Befestigungselemente werden jeweils durch Federn modelliert, die Krfte in eine oder drei Richtungen bertragen kçnnen. Die Federsteifigkeiten werden als sehr groß gegenber der Steifigkeit des Gesamttragwerks angenommen, sodass keine relevanten zustzlichen Verschiebungen an den Federn auftreten. Eine Verformungsberechnung ist nicht Gegenstand der Bewertung des Tragwerks, wenngleich die FEM-Berechnung nach der Deformationsmethode die Berechnung der Verformungen voraussetzt. Die ermittelten Federkrfte werden bei der Berechnungsauswertung den charakteristischen Werten der Verankerungsund Befestigungselemente gegenbergestellt. Die Verankerungselemente (Verbindung zwischen Baukçrper und Unterkonstruktion) sind Federn, die Krfte in horizontaler und vertikaler Richtung sowie senkrecht zum Baukçrper aufnehmen kçnnen. Aus den drei Federkrften ergibt sich ein Schrgzug, mit dem die Verankerungselemente belastet werden. Die Einleitung der Einzelkrfte in die Profile ist durch die Stab- und Balkentheorie abgedeckt. Bei den Befestigungselementen wird zwischen ein- und dreiwertigen Federelementen unterschieden. Alle Befestigungselemente haben eine Steifigkeit senkrecht zur Fassadentafel. Sie kçnnen somit im Lastfall Windsog Zugkrfte aufnehmen, die von der Fassadentafel auf die Unterkonstruktion bertragen werden. Diese Befestigungspunkte werden als Lospunkte bezeichnet. An genau zwei Stellen kçnnen Befestigungselemente zustzlich horizontale und vertikale Krfte bertragen. Sie dienen im Lastfall Eigengewicht der statisch bestimmten bertragung der Gewichtskraft der Fassadentafel auf die Tragprofile und werden als Festpunkte bezeichnet. Fr die Berechnung des Lastfalls Winddruck werden zwischen der Fassadentafel und den Tragprofilen weitere Federn eingebaut, die so steif sind, dass eine Durchdringung von Tafel und Profilen ausgeschlossen ist. Die auftretenden Federkrfte modellieren eine Kraftbertragung als „Streckenlast“ zwischen der Tafel und den Tragprofilen, auf denen die Tafel bei diesem Lastfall aufliegt. Das wesentliche Problem bei der Modellbildung ist die bertragung der Einzelkrfte der Befestigungselemente auf die Fassadentafel im Lastfall Windsog. Einzelkrfte in eine Platte einzuleiten, ist ein systematischer Fehler, da die Plattentheorie nur Flchenlasten im Inneren der Platte und Linienlasten am Rand der Platte kennt. Belastet man eine Platte im Rahmen der FEM dennoch mit einer Einzellast an einem Knotenpunkt, so sind die be-

503

rechneten Plattenmomente abhngig von der Feinheit des umgebenden Netzes der finiten Elemente. Eine eindeutige Aussage lsst sich nicht mehr machen. In einer gewissen Umgebung der Krafteinleitung ist dieser Zustand abgeklungen und man erhlt wieder (im Rahmen der Genauigkeit der FEM) verlssliche Ergebnisse. Real ist die von einem Befestigungselement eingeleitete Kraft auf einen sehr kleinen Tafelbereich beschrnkt. Die Art der Krafteinleitung ist dabei weitgehend unbekannt. Bis zum Versagen, also bis zum Auftreten eines charakteristischen Wertes, wird sich ein sehr komplexes Verhalten aus Rissbildung, plastischen Verformungen und großen Verschiebungen einstellen. Selbst wenn man dieses Verhalten modellieren kçnnte, wre der Aufwand fr die hier vorliegende Fragestellung nicht angemessen. Es wurde deshalb ein anderer Weg beschritten. Im Rahmen von Versuchen wurden Auszugswerte von Befestigungselementen aus einer kreisfçrmig gelagerten Tafel gemß der Prfanordnung der DIN 18516-1 ermittelt, siehe [7]. Diese Auszugswerte stellen charakteristische Werte fr das Zusammenwirken von Befestigungselement und Tafel dar. Bei der Berechnung der Konstruktion wird dann nur noch geprft, ob der berechnete Auszugswert zulssig ist. Bei der Bewertung der Tafel wird der entsprechende Bereich der Krafteinleitung ausgenommen. Erst außerhalb dieser begrenzten Krafteinleitungsbereiche wird die Tafelberechnung nach der Plattentheorie bewertet. Eine einzelne Fassadentafel ist in der Regel ber die Unterkonstruktion mit benachbarten Tafeln gekoppelt. Dieser Effekt wurde nur bedingt bercksichtigt. Ein Tafelverbund in vertikaler Richtung kann aus mehr als einer Tafel bestehen. Dies ist aber durch die Lnge der Profile begrenzt. Wird nur eine einzelne Tafel berechnet, wird der Verbund dadurch bercksichtigt, dass fr die vertikalen Tragprofile am Anfang und Ende jeweils eine Drehfessel um die horizontale Achse angebracht wird, die eine Symmetrie zur jeweils darber und darunter gelegenen Tafel simuliert. Sind die Randtragprofile gegenber der Tafel in horizontaler Richtung eingezogen, so ist kein Einfluss der jeweiligen linken und/oder rechten Nachbartafel vorhanden. Ist das nicht der Fall, sind an dem Randprofil links und rechts Fassadentafeln angeschlossen, so wird fr die Berechnung nur ein halbes Profil herangezogen. Die andere Profilhlfte ist dann der linken bzw. rechten Nachbartafel zugeordnet. 3.5

Finite-Elemente-Modellbildung

Der Vorteil der FEM liegt in ihrer universellen Anwendbarkeit, mindestens im Bereich der linearen Konstruktionsberechnung. Fertige Programme sind in großer Zahl als freie Software oder als Bezahlprogramme erhltlich. Der Nachteil liegt darin, dass die Modellgenerierung und -auswertung eine vertiefte Kenntnis der Methode sowie viel Erfahrung in der Anwendung voraussetzt. Selbst wenn dies gegeben ist, ist es ein zeitund fehleranflliger Prozess, ein einzelnes Modell zu erstellen und auszuwerten.

504

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Der Zweck des Vorhabens, nmlich ein sehr schneller Entwurf, eine Berechnung und Auswertung einer Fassadenkonstruktion, kann damit also nicht erreicht werden. Es wurde deshalb ein aufgabenspezifisches FEMProgramm erstellt, das die oben genannten Nachteile umgeht. Die Modellerstellung erfolgt dabei nicht in der „Sprache“ der FEM, sondern in der Sprache des Bauingenieurs, der die Fassadenkonstruktion entwirft. Es werden nur die Parameter der Konstruktion erfasst und daraus wird automatisch, fr den Anwender nicht sichtbar, ein Modell nach der FEM erstellt. Aus wenigen Eingabeparametern wird dadurch ein Modell erstellt, das zigtausend Zahlenwerte umfasst. Das hat darber hinaus den Vorteil, dass die Parameter auf ihre Zulssigkeit und gegenseitige Abhngigkeit geprft werden kçnnen. So fhrt die Auswahl eines Werkstoffes aus einer Liste der zulssigen Namen zur Generierung der Werkstoffkennwerte und der Zuordnung zu den Bauteilen. Oder die Vorgabe einer Tafelbreite fhrt dazu, dass die Auswahl der Anzahl der Tragprofile so beschrnkt wird, dass Mindest- und Maximalabstnde der Profile eingehalten werden. Ausgangspunkt der Erstellung des Netzes von finiten Elementen ist die Netzgenerierung der Tafel, die mit einem orthogonalen Netz berzogen wird. Die Feinheit des Netzes wird festgelegt durch die grçßte Kantenlnge eines Elements, die den Wert des Achtfachen der Tafeldicke nicht berschreiten darf. Außerdem muss das Netz so erstellt werden, dass an den Orten der Tragprofile jeweils auch vertikale Netzkanten der Tafel vorhanden sind und an den Orten der Befestigungselemente horizontale Netzkanten liegen. An den Kreuzungspunkten dieser Kanten kçnnen dann die Federelemente generiert werden, die die Befestigungselemente abbilden. Die Stab-Balkenelemente, die die Tragprofile abbilden, mssen mit der gleichen Teilung generiert werden wie das darunter liegende Tafelnetz, damit fr den Lastfall Winddruck die oben genannten Federelemente erstellt werden kçnnen, die das Aufliegen der Tafel auf den Profilen sicherstellen. Schließlich mssen die Tragprofile noch an den Stellen Teilungen aufweisen, an denen die Federelemente angreifen, die die Verankerungselemente abbilden. Nach der Erstellung des Modells erfolgt automatisch die Berechnung und Auswertung. Die FEM Berechnung erfolgt mit den Routinen des FEM Baukastens [4], die in das Programm zur Berechnung der Fassadenstatik eingebunden sind. Die Auswertung der Berechnung erfolgt ebenfalls automatisch. Dem Anwender werden dabei nicht Zustandslinien der Profile fr Momente gezeigt, sondern diese werden nach Extremwerten durchsucht und bewertet. Analoges gilt fr die Bewertung der Befestigungs- und Verankerungselemente sowie der Fassadentafel. Das Ergebnis der Berechnung wird dabei auf wenige Auslastungsparameter komprimiert und gipfelt in der Aussage „hlt“ oder „hlt nicht“. Eine Druckausgabe enthlt zustzliche Informationen, wie die wirkenden Krfte in alle Befestigungs- und Verankerungselementen sowie die Werte der Zustandslini-

en der Tragprofile an allen Netzpunkten. Damit kçnnen gegebenenfalls Nachberechnungen durchgefhrt werden, bei denen dann auch Stabilittsprobleme und Krafteinleitungsprobleme der Profile berechnet werden kçnnen, die nicht zum Umfang des Programms gehçren. 3.6

Sicherheitskonzept

Bisher wurde das Tragverhalten von Fassadenkonstruktionen auf der Grundlage von nationalen Vorschriften berechnet. Diese beruhen im Wesentlichen auf dem Konzept der zulssigen Spannungen. Alle Unsicherheiten bezglich der genauen Kenntnis der Belastungen, der mechanischen und mathematischen Modellbildung sowie der Materialkennwerte und der Abmessungen der Konstruktion werden bercksichtigt, indem die berechneten (vorhandenen) Spannungen zulssigen Werten gegenbergestellt werden, die eine ausreichende Sicherheit des Tragwerks gewhrleisten. svorh szul Dieses Verfahren ist einfach zu handhaben. Es erlaubt aber nicht, die unterschiedlichen Unsicherheiten der Einflusswerte einzeln zu bewerten. Die Entwicklung europischer Normen (EN) verfolgt neben dem Ziel, die Berechnungsverfahren in Europa zu harmonisieren, das weitere Ziel, diesen Mangel zu beheben und eine genauere Bestimmung der Lasten, der Materialerfassung und Modellbildung zu bercksichtigen. Ein Grundgedanke der EN ist das Konzept des Nachweises nach dem Verfahren der Teilsicherheitsbeiwerte [6]. Auf der Einwirkungsseite werden dabei charakteristische Einwirkungen (Lasten) bercksichtigt, die mit den Teilsicherheitsbeiwerten g F beaufschlagt werden. Diese Teilsicherheitsbeiwerte bercksichtigen alle Unsicherheiten, die sich aus der Erfassung der Lasten ergeben. Das sind Ungenauigkeiten bei der Kenntnis der Lastverteilungen, der Lastamplituden und der Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Lasten. Bercksichtigt werden dabei aber auch die Modellunsicherheiten, die sich z. B. bei einer Druckbelastung aus der Ungenauigkeit der Kenntnis der Wirkflche ergeben. Die Einwirkungen und deren Teilsicherheitsbeiwerte kçnnen dabei in weitere Unterwerte zerlegt werden. Die daraus resultierenden Lasten Ed sind die Bemessungslasten. Auf der Widerstandsseite werden charakteristische Tragwiderstnde Rk bestimmt und mit den inversen Teilsicherheitsbeiwerten g M abgemindert. Diese bercksichtigten die Ungenauigkeiten der Materialkennwerte und die Unsicherheiten der Modellbildung des Tragwerks. Daraus resultieren Bemessungswerte Rd der Tragwiderstnde. Sind nun die Bemessungswerte der Beanspruchungen kleiner oder gleich den Bemessungswerten der Tragwiderstnde, so ist der notwendige Sicherheitsnachweis erbracht. Da neben den stndigen Einwirkungen aus Eigengewicht nur Wind als vernderliche Einwirkung auftritt, erfolgt der Nachweis der Tragsicherheit in der Form:

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

wie oben beschrieben durchgefhrt. Die Zulassung umfasst auch den bergang von Schicht 8 zu 7 und den bergang von Schicht 7 zu 2 (Tragprofile).

Ed Rd Ed ¼ g G Gk þ g Q Qk Rd ¼ Rk =g M mit Ed Gk

Bemessungswert der Einwirkungen charakteristischer Wert der stndigen Einwirkungen (Eigengewicht) Qk charakteristischer Wert der vernderlichen Einwirkungen (Wind) g G ¼ 1,35 Teilsicherheitsbeiwert fr stndige Einwirkungen g Q ¼ 1,5 Teilsicherheitsbeiwert fr vernderliche Einwirkungen Bemessungswert des Tragwiderstands der Rd jeweiligen Fassadenkomponente charakteristischer Wert des TragwiderRk stands Teilsicherheitsbeiwert fr die BauteilgM eigenschaft Alle Teilsicherheitsbeiwerte g bercksichtigen auch die Modellunsicherheiten und Maßabweichungen. 3.7

Stand der Normung fr Werkstoffe und Bauteile von Fassaden

Leider sind nicht fr alle Werkstoffe und Bauteile einer Fassadenkonstruktion charakteristische Werte des Tragwiderstandes und zugehçrige Teilsicherheitsbeiwerte verbindlich in Normen oder Zulassungen festgeschrieben. Zurzeit stellt sich folgende Situation dar: – Werte fr die Fassadentafel (Schicht 8, s. Tabelle 8) und Befestigungselemente (Schicht 7) kçnnen der Allgemeinen bauaufsichtliche Zulassung [10] entnommen werden, in der die Bemessungswerte Rd des Tragwiderstandes fr ETERNIT-Fassadentafeln sowie fr Niete und Holzschrauben in jeweils zwei Abmessungen festgesetzt sind. Diese Werte werden aber nicht aus charakteristischen Werten des Tragwiderstands und Teilsicherheitsbeiwerten abgeleitet. Die Bercksichtigung der Bemessungswerte der Einwirkungen Ed wird dann

– Fr Unterkonstruktionen aus Aluminiumprofilen liegen keine Bemessungswerte des Tragwiderstandes nach dem neuen Sicherheitskonzept vor. Hier muss das alte Sicherheitskonzept der zulssigen Spannungen angewendet werden. Werte fr zulssige Spannungen fr die Lastflle H und HZ erhlt man aus DIN 4113-1/A1 [11]. Die Windlast wird nach DIN 1055-4 ermittelt, allerdings ohne die Bercksichtigung von Teilsicherheitsbeiwerten, die das alte Sicherheitskonzept nicht kennt. Stabilittsprobleme werden im Rahmen dieses Vorhabens nicht bercksichtigt. – Vollstndig umgesetzt ist das neue Sicherheitskonzept bei der Berechnung der Verankerungsmittel (Schicht 1). Hier liegen ETA-Zulassungen (European Organization for Technical Approvals) vor, die charakteristische Werte des Tragwiderstandes festsetzen. Teilsicherheitsbeiwerte liegen nach ETAG 020 [12] fr die Untergrnde Normalbeton, Porenbeton und Mauerwerk vor. Die Bercksichtigung der Bemessungswerte der Einwirkungen wird wie oben beschrieben durchgefhrt. Der bergang von Schicht 1 zu Schicht 2 ist damit nicht abgedeckt und wird im Rahmen dieses Vorhabens nicht bercksichtigt. 3.8

Das Programm Windlast

Die Erfassung der Windlast, deren Bercksichtigung in DIN 1055-4 [5] geregelt ist, war in der alten Fassung (DIN 1055-4:1986-08) noch relativ bersichtlich, aber auch entsprechend ungenau festgelegt. Es gab drei Einflussgrçßen: – die Einbauhçhe der Fassadentafel, – die Einbauposition am Rand oder im Normalbereich des Gebudes und – die Winddurchlssigkeit (oder Nicht-Durchlssigkeit) der Fassadenkonstruktion (ehemals in DIN 18516-1:1999-12). Bei der Einbauhçhe wurde zwischen den Bereichen bis 8, 20, 100 oder ber 100 m unterschieden. Der Randbereich war ein Streifen von 2 m Breite an allen Kanten

Tabelle 9. Nachweisverfahren fr Werkstoffe und Bauteile einer Fassadenkonstruktion Nachweisverfahren Bauteil

Einwirkungen

Fassadentafel und Befestigungselemente

Windlast DIN 1055-4

g Q ¼ 1,5

Eigengewicht

g G ¼ 1,35

Profile

Verankerungselement

505

Widerstand

Windlast DIN 1055-4

gQ ¼ 1

Eigengewicht

gG ¼ 1

Windlast DIN 1055-4

g Q ¼ 1,5

Eigengewicht

g G ¼ 1,35

Bemessungswerte nach [10]

szul nach DIN 4113/A1 [11]

charakteristische Werte und Teilsicherheitsbeiwerte nach ETAG 020 [12]

506

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Bild 22. Dialog Windlast

Bild 23. Dialog Windlast

eines quaderfçrmigen Baukçrpers und die Winddurchlssigkeit ergab sich aus der Konstruktion der Fassadenbekleidung. Als Ergebnis dieser Parameter erhielt man eine Sog- und eine Druckbelastung, die zu bercksichtigen waren. Die Unzulnglichkeit dieser Lasterfassung wird z. B. ersichtlich, wenn man sich vorstellt, dass an der Nordseekste sicher andere Windbelastungen auftreten als im Kern einer Großstadt im Binnenland. Die neue Fassung der DIN 1055-4:2005-03 bercksichtigt die Einflsse des Auftretens und der Grçße der Windlasten wesentlich genauer. Die wichtigsten Einflussgrçßen sind jetzt: – die Einbauhçhe der Fassadentafel, – die Einbauposition eingeteilt in Wandflchen, – die Winddurchlssigkeit (oder Nicht-Durchlssigkeit) der Fassadenkonstruktion, – die Tafelgrçße (Lasteinzugsflche), – Windzonen (Standortabhngigkeit), – die Hçhe des Baugrundes ber NN, – die Gelndekategorie und – topologische Einflsse wie Hgel und Gelndestufen. Die Einbauhçhe kann als kontinuierliches Maß anstelle von Hçhenbereichen bercksichtigt werden. Die Einbauposition wird nicht mehr nur nach Rand- oder Normalbereich unterschieden, sondern durch 5 verschiedene Wandflchenbereiche (A bis E) erfasst, deren Auftreten und Abmessungen bei einem quaderfçrmigen Baukçrper von den Proportionen der Quaderhçhe, -breite, -lnge und Windanstrçmrichtung abhngen. Es gibt vier verschiedene Windzonen (1 bis 4). Die geltende Windzone ist abhngig von dem Standort des Tragwerks in Deutschland. Die Zugehçrigkeit des Standorts zu einer Zone kann entweder (in Grenzfllen sehr ungenau) aus einer Windzonenkarte bestimmt werden oder sehr viel eindeutiger ber eine tabellarische Zuordnung, die nach Bundesland, Gemeinde, Kreis und ggf.

Stadt geordnet ist. Das Gelnde, in dem das Tragwerk sich befindet, wird in vier Kategorien (I bis IV) sowie verschiedene Mischformen unterteilt. Dabei wird bercksichtigt, wie frei sich der Wind bewegen kann bzw. wie viel Abminderung durch benachbarte Gebude oder Gelndeformationen zu erwarten ist. Diese sehr genaue Mçglichkeit der Windlasterfassung ist in der praktischen Anwendung fehleranfllig, wenn

Bild 24. Windzonen

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

507

sie jeweils als Einzelauswertung erfolgt. Hier ist fr die Fassadenberechnung eine rechnergesttzte Vorgehensweise notwendig, die sich in zwei Einzelschritte unterteilt. Der Statiker braucht: – zunchst einen berblick, der ihm zeigt, welche Wandflchen (horizontale Lastabhngigkeit) in welchen Bereichen des Bauwerks auftreten und welche Druck- bzw. Soglasten (in vertikaler Lastabhngigkeit) dort zu bercksichtigen sind und – in der Phase der konkreten Berechnung einer einzelnen Fassadentafel eine automatische Bestimmung der Druck- und Soglasten in Abhngigkeit aller genannten Parameter. Fr beide Schritte wurden Programme entwickelt. Die Erstellung des Lastberblicks realisiert das Programm Windlast, das in diesem Abschnitt beschrieben wird. Die konkrete Berechnung einer einzelnen Fassadentafel realisiert das Programm Fassadenstatik, das im Abschnitt 3.9 dargestellt wird. Der Benutzer des Programms Windlast wird durch den Dialog gefhrt, indem er in einem „Notizbuch“ (Bild 22) nach der Erfassung der Gebude- und Tafelabmessungen zunchst noch ber vier Ja-Nein-Fragen festlegt, ob die

konstruktive Ausbildung der Fassade die Bedingungen der Winddurchlssigkeit erfllt. Eine direkte Zahleneingabe ist bei den Parametererfassungen nicht mçglich. Zahlenwerte werden immer ber „Drehrder“ verstellt und kçnnen dabei nur in zulssigen Wertebereichen verndert werden. Alle abhngigen Zahlenwerte werden synchron angepasst. Auf der zweiten Dialogseite (Bild 23) werden die Gelndekategorie, die Baugrundhçhe ber NN (Meereshçhe) und die Windzone festgelegt. Die Windzone kann in einem separaten Dialog aus einer Tabelle in Form einer Baumstruktur entnommen werden (Bild 24). Abschließend wird der Teilsicherheitsbeiwert gQ festgelegt, dessen Voreinstellungswert 1,5 ist. Das Ergebnis ist ein symbolisches Bild des Baukçrpers mit proportionalen Abmessungen und der grafischen Anzeige der Wandflchen nach [5] (Bilder 25 und 26) sowie deren Abmessungen. In der Legende sind die minimalen (unten) und maximalen (oben) Drcke angegeben, die diesen Wandflchen zugeordnet sind. ber einen MenDialog kann dabei ausgewhlt werden, ob – der Wind auf die Gebudeseite 1 (im Bild links) oder – die Gebudeseite 2 einwirkt oder

Bild 25. Wandflchen „Wind von links“

Bild 26. Wandflchen „Extremwerte Sog“

508

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

– ob Extreme der Belastungen gezeigt werden sollen, wenn bercksichtigt wird, dass der Wind aus allen Richtungen kommen kann. Nachdem damit ein berblick ber die Belastungen aus Wind erstellt wurde, kann die statische Berechnung der einzelnen Fassadentafel durchgefhrt werden. Dies ist Aufgabe des Programms Fassadenstatik.

3.9

Das Programm Fassadenstatik

Das Programm wird ber ein Men gesteuert (s. Bild 35). Die wesentlichen Men-Punkte und Unterpunkte, „Generieren/Tragwerk“, „Generieren/Lasten“ und „Protokoll“ werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. 3.9.1

Tragwerk

In Bild 27 wurde das Tafelmaterial Textura ausgewhlt. Der Bemessungswert der Biegefestigkeit und die anderen Materialkennwerte ergeben sich dann laut Zulassung [10]. Die Tafelhçhe und -breite werden festgelegt. Dabei kçnnen die maximalen angebotenen Abmessungen der Tafelformate nicht berschritten werden. Die Anzahl der bereinander liegenden Tafeln auf einem Profilstrang wird in Bild 28 festgelegt. Die Achsenbreite (die horizontale Mittellinie zwischen zwei nebeneinander angeordneten Tafelreihen) und die Achsenhçhe ergeben sich, nachdem auch die Fugenbreite festgelegt wurde. Die Tafeldicke kann aus den fr Textura verfgbaren Werten ausgewhlt werden. Bild 29 zeigt, dass die Wahl des Herstellers einer Unterkonstruktion die Festlegung des Materials und dessen Eigenschaften zur Folge hat sowie die Auswahl der verfgbaren Profile ermçglicht, siehe Bild 31. In Bild 30 wird zunchst die Anzahl der Tragprofile eingestellt. Auch hier sind nur solche Werte zulssig,

Auch die Erfassung des Tragwerks wird mithilfe eines Dialogs in Form eines „Notizbuchs“ durchgefhrt. Das Notizbuch besteht aus mehreren Seiten, zwischen denen vor- und zurckgeblttert werden kann. Die weitgehend selbsterklrenden Seiten sind in den Bildern 27 bis 34 dargestellt.

Bild 27. Tafelmaterial

Bild 28. Tafelabmessungen

Bild 29. Unterkonstruktion

Bild 30. Profilanordnungen

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

509

die Mindest- und Maximalabstnde bercksichtigen. Danach kçnnen die Randabstnde und die Feldabstnde (sofern diese nicht konstant sind) angegeben werden. Im Dialog nach Bild 31 werden die verfgbaren Profile zur Auswahl angeboten. Die Querschnittswerte ergeben sich abhngig von der Profilwahl. Ein zu Bild 31 analoger Dialog wird fr die Auswahl des rechten Randprofils und der Feldprofile durchgefhrt. Als Befestigungselement ist nach der Zulassung [10] ein Niet vorgegeben, siehe Bild 32. Die Lnge des Niets (18 bzw. 25 mm) verndert sich automatisch mit der vorher gewhlten Tafeldicke, wobei beide Niete gleiche Bemessungswerte der Tragfhigkeit haben. Der maximale Bemessungswert der Tragfhigkeit fr Querkraft und der maximaler Bemessungswert der Tragfhigkeit fr die Normalkraft (Auszugskraft) werden angeben. Bei der folgenden Berechnung wird der Normalkraftwert infolge der wirkenden Querkraft entsprechend den Vorgaben der Zulassung abgemindert. Außerdem wer-

den die Anzahl der Niete pro Profil sowie die Randabstnde angegeben. Die Feldabstnde werden immer als quidistant angenommen. Ein analoger Dialog folgt fr die Lager (Verankerungselemente), siehe Bilder 33 und 34. Da fr die Interaktion von Lager und Baukçrper ein Nachweis nach dem Verfahren der Teilsicherheitsbeiwerte durchgefhrt wird, kann fr ein Verankerungselement, das der Anwender aus einem externen Katalog ausgesucht hat, der charakteristische Wert fr den Schrgzug eingestellt werden. Der Teilsicherheitsbeiwert ist von der Beschaffenheit des Untergrunds abhngig. Er betrgt 1,8 fr Normalbeton, 2,5 fr Mauerwerk, 2 fr Porenbeton oder er kann fr andere Untergrnde frei eingestellt werden, wie in Bild 34 gezeigt. Als Ergebnis dieses Dialogs sieht der Anwender ein symbolisches Bild der Konstruktion. Dargestellt ist die Tafel selbst mit einem FEM-Netz, das zwar den realen Netzabmessungen entspricht, aber nur symboli-

Bild 31. Profiltyp

Bild 32. Befestigungselemente

Bild 33. Lageranordnung

Bild 34. Kennwerte

510

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Bild 35. Modell der Fassadentafel

schen Charakter hat, da der Anwender mit der FEMBerechnung selbst nicht befasst ist. Damit die Profile sichtbar werden, werden diese ebenfalls dargestellt, obwohl sie real hinter der Tafel liegen. Weiterhin sind die Tragprofile, die Verankerungselemente und die Befestigungselemente dargestellt. Alle Bauteilanordnungen sind vermaßt und Los- sowie Festpunkte der Befestigungselemente lassen sich durch Farbangaben unterscheiden, siehe Bild 35. 3.9.2

Lasten

Den ebenfalls selbsterklrenden Dialog zur Lasterfassung zeigen die Bildern 36 bis 38. Im Gegensatz zum Programm Windlast, das zum Ziel hat, einen Gesamtberblick ber die Windlastverteilung zu vermitteln, geht es jetzt darum die Windlast an einer bestimmten Stelle des Bauwerks, nmlich am Einbauort der Einzeltafel, zu bestimmen. In Bild 36 werden zunchst die Gebudeabmessungen festgelegt. Die Tafelabmessungen werden aus Bild 28 bernommen und dienen hier nur der Information. Schließlich wird die Tafelposition durch die Maße H und R1 festgelegt. Die „Relevanten Wandflchen“ beziehen sich auf gleichnamige Werte nach DIN 1055-4 [5]. In Bild 37 werden wie in Bild 23 Bedingungen fr eine vorgehngte, hinterlftete Fassade abgefragt. Die aerodynamischen Beiwerte sind nach [5] das Resultat der bisherigen Parametereingabe.

Zwischen den Dialogschritten nach Bild 37 und 38 erfolgt eine Erfassung der Windzonen und Gelndekategorien. Dieser Dialog ist demjenigen nach Bild 23 und 24 weitgehend gleich. Das Eigengewicht ist mit großer Genauigkeit bekannt und wird dementsprechend mit einem kleinen Teilsicherheitsbeiwert g G ¼ 1; 35 bercksichtigt. Der Teilsicherheitsbeiwert fr die Windlasten wird standardmßig als g Q ¼ 1; 5 angegeben. Er kann fr eine einzelne Berechnung aber abweichend festgelegt werden. Unabhngig von den vorherigen Eingaben lassen sich die Eingabefelder fr die Bemessungswerte fr eine unabhngige Eingabe frei schalten. 3.9.3

Ergebnisse

Nachdem die Menfunktion „Berechnen“ ausgewhlt wurde, erfolgt die eigentliche Fassadenberechnung, die je nach PC-Modell und seiner Rechnerleistung bis zu einigen Minuten in Anspruch nehmen kann. Danach liegen alle Berechnungsergebnisse vor. Diese werden in Form der prozentualen Ausnutzung der Tragwerkskomponenten in einem weiteren „Notizbuch“ angezeigt. Die erste Seite (der erste Karteikartenreiter) zeigt eine bersicht. Weitere Seiten geben Ergebnisse zu einzelnen Bauteilen an, siehe Bilder 39 und 40. Ausnutzungen ber 100 % geben das Versagen der jeweiligen Bauteile an.

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

Bild 36. Tafelposition

Bild 37. Bedingungen fr Hinterlftung und aerodynamische Beiwerte

Bild 38. Teilsicherheitsbeiwerte und Bemessungswerte der Einwirkungsseite

Bild 39. Ergebnisse

Bild 40. Ausnutzung der Tragfhigkeit

511

512

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

Tabelle 10. Parameter der Fassadentafel und der Unterkonstruktion nach DIN 1055 Fassadentafel

alt

neu

Achsenhçhe, -breite, Fugenbreite

2510, 1260, 10

Typ

Tafelhçhe, -breite, -dicke

2500, 1250, 8

Anzahl pro Profil

Material

Textura

E-Modul, Querkontraktionszahl

Bemessungswert der Biegefestigkeit

Profile der Unterkonstruktion Hersteller Material

6.00

–

–

9.00

alt

neu

WS Fassadenelemente GmbH AlMgSi 0.5 F25

E-Modul

AW 6060 T66

70000

zul. Spannung Anzahl vertikaler Tragprofile Randabstand, Feldabstand

115

alt

100 3

4 80, 780

zul. Normalkraft im Feld, am Rand

669, 561

–

818

–

Bemessungswert der Tragfhigkeit fr Normalkraft im Feld, am Rand

–

1005, 840

Bemessungswert der Tragfhigkeit fr Querkraft am Festpunkt

–

1107

Verankerungselement

alt

neu

zul. Querkraft am Festpunkt

Anzahl pro Profil

3

Abstand

1255

zul. Schrgzug

800

–

charakteristischer Wert des Schrgzugswiderstandes

–

3000

Bemessungswert, Teilsicherheitsbeiwert gM

–

1666, 1.8 Untergrund Beton

Gebudeabmessungen

alt

neu

30, 600

Randprofil

T 110/45/2

Feldprofil

L 45/45/2

Hçhe

1) Seite, auf der die Tafel eingebaut wird.

3.9.4

neu

Niet 4*18-K15

Rand-, Feldabstand

15000, 0.25

zul. Spannung

Befestigungselement

Beispiel

Die Unterschiede, die sich aus der Berechnung einerseits nach dem Konzept der zulssigen Spannungen (DIN, alt) und anderseits nach DIN 1055, neu ergeben, sollen an einem Beispiel verdeutlicht werden. In der folgenden Tabelle 10 sind Parameter der Fassadentafel und der Unterkonstruktion angegeben. Alle Lngenangaben sind in mm und alle Kraftangaben in kN gegeben. Die Parameter des Einbauortes der Fassadentafel am Gebude und des Gebudestandortes sind in den Tabelle 11 angegeben. Die Fassade ist nicht winddurchlssig. Der Fall A (Binnenland) entspricht einem Mischprofil der Gelndekategorien I und II und der Fall B (Kstennhe) einem Mischprofil der Gelndekategorien II und III. Der Teilsicherheitsbeiwert betrgt fr die Windlast g Q ¼ 1; 5 und fr das Eigengewicht g G ¼ 1; 35. Damit ergeben sich die in Tabelle 12 zusammengestellten Lasten bzw. Bemessungswerte der Einwirkungsseite.

20 bis 100

45

Breite 1 1)

–

25

Breite 2

–

13

Tabelle 11. Parameter des Einbauortes der Fassadentafel Fall

Einbauhçhe

1

20 m

Randabstand 1m

2

3m

3

12 m

4

45 m

1m

5

3m

6

12 m

Fall

Standort

Windzone

A

Binnenland

1

B

Kstennhe

3

Statische Berechnung von Fassadenkonstruktionen

513

Tabelle 12. Lasten, Bemessungswerte der Einwirkungsseite [kN/m2] Fall

1A

DIN, alt

DIN, neu

Druck

Sog

Eigengewicht

0,80

1,60

0,18

Druck

Sog

Eigengewicht 0,243

0,950

1,372

1,762

2,544

0,950

1,372

2B

1,762

2,544

3A

0,950

1,003

3B

1,762

1,860

1,283

1,852

2,193

3,166

1,283

1,852

5B

2,193

3,166

6A

1,283

1,355

6B

2,193

2,316

1B 2A

4A

0,80

0,56

1,10

2,20

1,10

0,77

4B 5A

Tabelle 13. Berechnungsergebnisse: Ausnutzungsgrad in %, bezogen auf die zulssigen Grçßen bzw. Bemessungswerte der Tragfhigkeit Fall

1A

DIN, alt

DIN, neu

Tafel

Profile

Bfe

Vae

Tafel

Profile

Bfe

Vae

138

191

169

220

79

84

102

91

146

156

190

168

1B 2A

79

84

102

91

2B

83

78

69

77

146

156

190

168

3A

66

71

75

66

3B 4A

190

263

232

303

4B 5A

115

107

81

106

123

131

139

123

106

113

138

122

182

194

236

209

106

113

138

122

5B

182

194

236

209

6A

89

95

101

90

6B

153

163

173

153

Werte grçßer als 100 %, die den jeweils zulssigen Wert fr das Bauteil berschreiten, sind grau hinterlegt, es handelt sich also um eine nicht zulssige Fassadenkonstruktion.

3.9.5

Interpretation der Ergebnisse

Beim Nachweis der Tragsicherheit von Unterkonstruktionen aus Holz als auch aus Aluminium mssen Querschnittsschwchungen (Bohrungen, Durchbrche, Aussparungen, etc.) bei den allgemeinen Nachweisen der Querschnittstragfhigkeit bercksichtigt werden. Alu-

minium-Profile mssen zustzlich bezglich ihrer Stabilitt (Knicken, Kippen, Beulen) nachgewiesen werden. Durch die FEM-Berechnung werden diese Nachweise fr Holzlatten und Aluminium-Profile nicht erbracht. Die berechneten Ausnutzungsgrade nach Tabelle 10 fr diese Fassadenbestandteile beziehen

514

D 7 Vorgehngte hinterlftete Fassaden – Technik, Brandschutz und statische Berechnung

sich nur auf ungeschwchte, nicht stabilittsgefhrdete Querschnitte. Weitere Tragsicherheitsnachweise kçnnen dort erforderlich sein. Die Berechnung nach der alten DIN unterscheidet keine Standortabhngigkeit und kennt keine Windzonen. Die Ergebnisse fr die Flle A und B sind deshalb immer gleich. Ebenso werden die Flle 2 und 3 sowie 5 und 6 nicht unterschieden, da dies nach DIN 1055-4 beides Einbauorte am Gebude sind, die als Normalbereich bezeichnet werden. Der Auslegefall ist nach alter DIN offensichtlich eine Tafel im Normalbereich (nicht Randbereich) bei einer Einbauhçhe bis 20 m. Hier liegt der Ausnutzungsgrad fr alle Bauteile unter 84 %. Dies stimmt mit einer Berechnung nach DIN, neu berein, wenn der Gebude-Standort im Binnenland in Windzone 1 liegt. In kstennahen Bereichen mit in Windzonen 3 oder 4 ist die rechnerische Standsicherheit nicht mehr gewhrleistet. Im Binnenland ist darber hinaus auch noch der Fall des Einbauortes im Randbereich bei einer Einbauhçhe unter 20 m mçglich und der Einbauort in der Gebudemitte (siehe Bild 5, Wandflche C) bei einer Einbauhçhe am oberen Rand, also bei 45 m und darunter.

4

Literatur und Bildnachweis

[1] Hees, G.; Wulf, A.: Ermittlung der Bemessungsmomente in großformatigen Fassadenplatten. Bautechnik 6/1978, S. 203–207. [2] Hees, G.; Latzke, E; Rubert, A.: Tragverhalten einer großformatigen, dnnwandigen, punktgesttzten Platte auf nachgiebiger Unterkonstruktion unter Windbelastung. Bautechnik 3/1982, S. 86–92. [3] Hees, G.; Ler, R.; Latzke, E.: Berechnung der Bemessungsmomente und Sttzkrfte starr lochrandgesttzter elastischer Platten unter Gleichlast, Bautechnik 5/1985,S. 170–175. [4] Herrmann, H.: FEM Baukasten, http://public.beuthhochschule.de/~herrmann.

[5] DIN 1055-4:2005-03: Einwirkungen auf Tragwerke; Teil 4: Windlasten. [6] DIN 1055-100:2001-03: Einwirkungen auf Tragwerke; Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln. [7] Eligehausen, R.: Gutachterliche Stellungnahme zur Frage der Eignung des Tergo-Hinterschnittdbels zur rckseitigen Befestigung 12 mm dicker Eternit-Fassadentafeln. Institut fr Werkstoffe im Bauwesen, Stuttgart, 30. November 1999. [8] Muster-Liste der Technische Baubestimmungen – Teil I, nderungen – September 2008. [9] Musterbauordnung – MBO, Fassung November 2002, zuletzt gendert durch Beschluss der Bauministerkonferenz vom Oktober 2008. [10] Deutsches Institut fr Bautechnik: Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-31.1-34 „Faserzementtafeln EternitFassadentafeln zur Bekleidung von Außenwnden“, vom 21. 12. 2006. [11] DIN 4113-1/A1:2002-03: Aluminiumkonstruktionen unter vorwiegend ruhender Belastung – Berechnung und bauliche Durchbildung. [12] ETAG 020:2006-03: Leitlinie fr die europische technische Zulassung fr Kunststoffdbel als Mehrfachbefestigung von nichttragenden Systemen zur Verankerung im Beton und Mauerwerk.

Bildnachweis Bild 8: Verwaltungsgebude der Pollmeier Massivhaus GmbH, Creuzburg / Seelinger + Vogels Architekten, Darmstadt. Bild 9: Neufert Meisterhaus, Darmstadt / P. Karle/ R. Buxbaum Freie Architekten Diplom Ingenieure, Darmstadt. Bild 17: Brogebude Supfina Grieshaber GmbH & Co. KG, Remscheid / Feuerstein + Gerken, Freie Architekten, Mnchen.

515

D 8 Wrmedmmverbundsysteme Frank U. Vogdt

Univ. Prof. Dr.-Ing. Frank U. Vogdt Technische Universitt Berlin Institut fr Bauingenieurwesen Fachgebiet Bauphysik und Baukonstruktionen Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin Geboren 1956 bei Hamburg. Studium Bauingenieurwesen von 1976 bis 1982 an der Technischen Universitt Berlin. Nach Stationen in der Wissenschaft und in Planungsbros Promotion 1994 an der TU Berlin. Anschließend leitende Ttigkeit in der Baustoffindustrie. Ab 1997 Leiter der Abteilung „Nachhaltiges Bauen, Baukonstruktionen, Baustoffe“ am Institut fr Erhaltung und Modernisierung von Bauwerken e. V. (IEMB) – einem Institut an der TU Berlin – von 1998 bis 2008 stellvertretender Institutsdirektor des IEMB. Seit 1999 bestelltes Mitglied in verschiedenen Sachverstndigenausschssen des Deutschen Instituts fr Bautechnik (DIBt) und darber hinaus Mitglied in diversen nationalen und internationalen Gremien – wie z. B. dem runden Tisch nachhaltiges Bauen. Seit 2002 Partner der Partnerschaftsgesellschaft Ingenieure fr das Bauwesen Professor Hillemeier & Partner (IFDB), Berlin. Im April 2007 Berufung zum Leiter des Fachgebiets Bauphysik und Baukonstruktionen im Institut fr Bauingenieurwesen an der Fakultt VI Planen Bauen Umwelt der Technischen Universitt Berlin. Ttigkeits- und Forschungsschwerpunkte sind neben den klassischen Bereichen der Bauphysik insbesondere die Nachhaltigkeit im Bauwesen mit dem Fokus Lebenszyklusanalysen und Energieeinsparung, die Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit von Hochbaukonstruktionen sowie die Instandhaltung und Modernisierung des Gebudebestands.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

516

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Inhaltsverzeichnis 1

Historie

2 2.1 2.2 2.3

Bauaufsichtliche Regelung Entwicklung 517 Derzeitiger Stand 517 Weitere Regelungen 519

3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2

WDVS-Konstruktionen 519 Systemberblick 519 Systemgruppen 520 Geklebte Polystyrolsysteme 520 Systeme mit geklebten und gedbelten Mineralwolle-Dmmplatten 521 Systeme mit geklebten MineralwolleLamellen 522 WDVS mit Schienenbefestigung 522 Komponenten 523 Tragender Untergrund 523 Mineralische Untergrnde 523 Vorsatzschichten des Großtafelbaus 523 Hçlzerne Untergrnde 523 Verankerung 524 Verklebung 524 Dbel 525 Dmmstoff 525 Polystyrol-Hartschaum 526 Mineralwolleplatten und Mineralwolle-Lamellenplatten 527 Weitere Dmmstoffe 527 Putzsysteme und andere Bekleidungen 527 Putzsysteme 527 Angesetzte keramische Bekleidung 530

3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2 3.3.3.3 3.3.4 3.3.4.1 3.3.4.2 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.2.1

517 517

Anforderungen 531 Standsicherheit 531 Anforderungen 531 Nachweise 532 Eigengewicht und hygrothermische Beanspruchung 532 4.1.2.2 Windsoglasten 534 4.1.3 Regelungen bezglich der Ausfhrung der verschiedenen Systeme 536 4.1.3.1 WDVS mit angeklebten Dmmstoffplatten aus Polystyrol-Partikelschaum 536 4.1.3.2 WDVS mit angeklebten und angedbelten Dmmstoffplatten 537

4.1.3.3 WDVS mit angeklebten MineralwolleLamellen 537 4.1.3.4 WDVS mit Schienenbefestigungen 537 4.2 Brandschutz 538 4.2.1 Anforderungen 538 4.2.2 Regelungen bezglich der Ausfhrung der verschiedenen Systeme 539 4.2.2.1 Systeme mit hochpolymeren Dmmstoffen 539 4.2.2.2 Systeme mit Mineralwolle- oder Mineralschaum-Dmmstoffen 541 4.3 Wrmeschutz 541 4.3.1 Anforderungen 541 4.3.2 Nachweise 541 4.3.2.1 Winterlicher Wrmeschutz 541 4.3.2.2 Sommerlicher Wrmeschutz 542 4.4 Schallschutz 543 4.4.1 Anforderungen 543 4.4.2 Nachweise 543 4.4.2.1 Nachweis nach DIN 4109 543 4.4.2.2 Nachweis nach DIN EN 12354 546 4.5 Feuchte- und Witterungsschutz 547 4.5.1 Tauwasserbildung im Wandinneren 547 4.5.2 Tauwasserbildung auf Bauteilinnenoberflchen 548 4.5.3 Schimmelpilzbildung 548 4.5.4 Schlagregenschutz 549 4.5.4.1 Anforderungen 549 4.5.4.2 Nachweise 549 4.5.5 Spritzwasser 550 4.6 Gebrauchstauglichkeit 551 4.6.1 Hygrothermische Wechselbeanspruchung 551 4.6.2 Stoßfestigkeit 551 4.6.3 Oberflchenverschmutzung 552 4.6.4 Veralgungen 552 4.7 Dauerhaftigkeit 553 4.7.1 Dauerhaftigkeit einzelner Komponenten 553 4.7.1.1 Dbel 553 4.7.1.2 Dmmstoffe 554 4.7.1.3 Glasfasergewebeeinlage 554 4.7.2 Dauerhaftigkeit des Gesamtsystems 555 4.7.2.1 Versuchstechnische Prfung 555 4.7.2.2 Baupraktische Untersuchungen 555 4.8 Wirtschaftlichkeit 555 5

Literatur

556

Bauaufsichtliche Regelung

1

Historie

Bereits in den 1950er-Jahren wurden erste Wrmedmm-Verbundsysteme (WDV-Systeme) entwickelt [1], die aus Polystyrol-Hartschaumplatten bestanden, mit Kunststoff-Dispersionsklebern am tragenden Untergrund verklebt und anschließend mit entsprechendem Putz versehen wurden [2]. Die erste beurkundete Verwendung von WDV-Systemen auf einem Wohngebude erfolgte im Jahr 1957 [3]. Der systematische Einsatz dieser Wanddmmung erfolgte in den 1960er-Jahren zunchst auf Betonsilos fr Zucker, Mehl und andere landwirtschaftliche Produkte, um Kondensatbildung an den Innenseiten des Silos zu vermeiden. Seit mehr als 40 Jahren werden Weiterentwicklungen derartiger Systeme auf der Basis von expandiertem Polystyrol-Hartschaum (EPS) mit Dnnputzsystem – in der Regel Kunstharzputz – in großem Umfang eingesetzt [4]. Seit 1977 kamen WDV-Systeme mit Mineralwolleplatten und mineralischem Dickputzsystemen zur Anwendung. Bis zum Jahr 2006 wurden ca. 700 Mio. m± WDVS ausgefhrt [5]. Sie wurden vor allem im Bereich der Sanierung und Modernisierung eingesetzt.

2

Bauaufsichtliche Regelung

2.1

Entwicklung

Trotz des langjhrigen Einsatzes von WDV-Systemen wurden erst 1980 bzw. 1984 die ersten bauaufsichtlichen Regelungen wie folgt eingefhrt: – Kunstharzbeschichtete WDV-Systeme. Mitteilungen des IfBt 4/1980 [6]. – Zur Standsicherheit von WDV-Systemen mit Mineralwolledmmstoffen und mineralischem Putz. Mitteilungen des IfBt 6/1984 [7]. Eine weitergehende baurechtliche Regelungsnotwendigkeit wurde nicht gesehen, zumal die brandschutztechnischen Belange durch Prfbescheide (Prfzeichen PA-III) des Deutschen Instituts fr Bautechnik (DIBt) geregelt wurden. Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen wurden anfangs nur fr Systeme erteilt, bei denen z. B. nichtgenormte Baustoffe – wie Fibersilikat-Verbundplatten – Verwendung fanden. Aufgrund der von einigen Bauaufsichtsmtern zu den damaligen Regelungen geußerten Bedenken [8] wurde vom IfBt ein Arbeitskreis eingesetzt, der die 1984 erlassenen Richtlinien [7] berarbeitete und ergnzte. Hieraus ging die Regelung „Zum Nachweis der Standsicherheit von Wrmedmm-Verbundsystemen mit Mineralwolle-Dmmstoffen und mineralischem Putz“ hervor (Mitteilungen des IfBt 4/1990 [9]). Mit Einfhrung der Bauprodukten-Richtlinie [10] entfiel die Rechtsgrundlage fr die Erteilung von Prfzeichen, sodass der nach den Landesbauordnungen bzw. der Musterbauordnung geforderte Nachweis der Brauchbarkeit – insbesondere im Hinblick auf den Brandschutz – zuknf-

517

tig durch Normen oder allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen geregelt werden musste. Da fr die Erarbeitung von europischen Normen fr die WDV-Systeme zunchst kein Mandat erteilt wurde, wurden WDV-Systeme seit Januar 1997 durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen geregelt. In diesen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen wurden auch die Fragen der Standsicherheit, der Dauerhaftigkeit und der Gebrauchstauglichkeit geregelt. Dabei erfolgte die Beurteilung der Gebrauchsfhigkeit im Wesentlichen auf Grundlage der durch die „European Organisation for Technical Approvals (EOTA)“ erarbeiteten Leitlinie fr „External thermal insulation composite systems (ETICS)“ [11]. 2.2

Derzeitiger Stand

Wrmedmm-Verbundsysteme werden in der Bauregelliste B, Teil 1 [12] als Bausatz im Geltungsbereich von Leitlinien fr die europische technische Zulassung (ETA, European Technical Approval) in Tabelle 3, lfd. Nr. 3.3 angegeben. In die Bauregelliste B werden die Bauprodukte aufgenommen, die nach Vorschriften der Mitgliedsstaaten der Europischen Union und der Vertragsstaaten des Abkommens ber den europischen Wirtschaftsraum zur Umsetzung der Richtlinien der Europischen Gemeinschaft in den Verkehr gebracht und gehandelt werden drfen und die die CE-Kennzeichnung tragen. Dabei werden im Teil 1 der Bauregelliste B – unter Angabe der vorgegebenen technischen Spezifikation oder Zulassungsleitlinie – Bauprodukte aufgenommen, die aufgrund des Bauproduktengesetzes (BauPG) in den Verkehr gebracht und gehandelt werden. In Abhngigkeit vom Verwendungszweck wird festgelegt, welche Klassen- und Leistungsstufen, die in den technischen Spezifikationen oder Zulassungsleitlinien festgelegt sind, von den Bauprodukten erfllt sein mssen. Welcher Klasse oder Leistungsstufe ein Bauprodukt dann entspricht, muss aus der CE-Kennzeichnung erkenntlich sein. Fr den Bausatz Wrmedmm-Verbundsysteme existiert die europische Leitlinie ETAG 004 [13]. Eine Leitlinie fr europische technische Zulassungen (European Technical Approval Guideline (ETAG)) bildet die Grundlage fr die technische Beurteilung der Brauchbarkeit eines Produkts fr einen vorgesehenen Verwendungszweck im Rahmen des Zulassungsverfahrens. Sie ist verbindlich fr die Erteilung von Zulassungen fr die entsprechenden Produkte. Die europischen technischen Zulassungen fr Bauprodukte und Baustze macht das Deutsche Institut fr Bautechnik unter www.dibt.de/zulassungen/bestellservice fr erteilte /zulassungen/zulassungen/europa (ETZ) çffentlich bekannt. Damit ist das Inverkehrbringen und Handeln der Bauprodukte und Baustze geregelt. Fr die Verwendung dieser Produkte ist zu beachten, dass das Schutz- und Sicherheitsniveau weiterhin natio-

518

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Bild 1. Bauaufsichtliche Regelung zum Inverkehrbringen und Verwenden von Bauprodukten [15]

nal in den einzelnen Mitgliedsstaaten geregelt wird. Somit werden die Klassen- und Leistungsstufen der Leistungsmerkmale, die von den Bauprodukten in Abhngigkeit vom Verwendungszweck erfllt werden mssen, weiterhin national festgelegt. Dies erfolgt in Deutschland durch die Liste der Technischen Baubestimmungen [14] mit dem Teil II. Hier werden in den entsprechenden Anlagen 1 und 18 zu [10] die fr den Anwendungszweck erforderlichen Stufen und Klassen benannt. Wrmedmm-Verbundsysteme werden im Hinblick auf die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit in zwei Anwendungsgruppen unterteilt. Zur Gruppe I gehçren WDVS, die folgende Anforderungen erfllen: – Es handelt sich um rein geklebte Systeme ohne mechanische Befestigungsmittel. – Als Dmmstoffe werden Mineralwolleplatten oder -lamellen nach DIN EN 13162 [16] oder expandierter Polystyrol-Hartschaum nach DIN EN 13163 [17] verwendet. – Die Dmmstoffdicke betrgt maximal 200 mm. – Die Bewehrung des Unterputzes besteht aus Textilglas-Gittergewebe. – Die Mindesthaftzugfestigkeit zwischen Unterputz und Dmmstoff betrgt 0,08 N/mm±. – Die Querzugfestigkeit des Dmmstoffs unter trockenen Bedingungen betrgt mindestens 0,08 N/mm±. Bei Mineralwolledmmstoffen wird zustzlich ein Schubmodul von mindestens 1,0 N/mm± gefordert.

– Die Haftzugfestigkeit des Klebemçrtels betrgt mindestens • zwischen Klebemçrtel und Untergrund – unter trockenen Bedingungen bzw. nach siebentgiger Rcktrocknung: 0,25 N/mm± – nach zweistndiger Rcktrocknung: 0,08 N/mm± • zwischen Klebemçrtel und Dmmstoff – unter trockenen Bedingungen bzw. nach siebentgiger Rcktrocknung: 0,08 N/mm± – nach zweistndiger Rcktrocknung: 0,03 N/mm± Zur Gruppe II gehçren alle WDVS, die nicht der Gruppe I zugeordnet werden kçnnen. Des Weiteren werden weitere Bestimmungen fr die Anwendung der WDVS genannt. Bei Anwendung der WDVS der Gruppe I ist Folgendes einzuhalten: – Die Einwirkungen aus Wind drfen nicht grçßer sein als fr 100 m Hçhe gemß DIN 1055-4:1986-01 [18]. – Der Untergrund, auf dem das WDVS aufgebracht wird, muss aus Mauerwerk oder Beton mit oder ohne Putz bestehen. – Die Abreißfestigkeit der Oberflche des Untergrundes muss mindestens 0,08 N/mm± betragen. – Der Dmmstoff muss grundstzlich vollflchig verklebt werden. Abweichend davon darf der Klebeflchenanteil bis auf 40 % reduziert werden, solange mindestens 0,03 N/mm± horizontale Flchenlast

WDVS-Konstruktionen

ber die Klebung auf den Untergrund abgeleitet werden kann. Alle WDVS der Gruppe II sowie WDVS der Gruppe I, die von den vorstehenden Anwendungsregeln abweichen, bedrfen fr die Anwendung einer nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung. Darber hinaus bençtigen WDVS, bei denen Anforderungen an den Brandschutz oder Schallschutz gestellt werden, grundstzlich eine nationale allgemeine bauaufsichtliche Zulassung. Der derzeitige Stand der bauaufsichtlichen Regelung fr Wrmedmm-Verbundsysteme ist somit in den jeweiligen nationalen und europischen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt. 2.3

Weitere Regelungen

– Die nationale Vornorm DIN V 18559 [19] beinhaltet weder Anforderungen noch Bemessungsgrundlagen, sondern dient vielmehr zur Begriffsbestimmung; sie ist fr baupraktische Belange ohne Bedeutung. – In DIN 18515-01 und -02 [20] werden angemçrtelte Fliesen oder Platten bzw. angemauerte Verblender auf Aufstandsflchen geregelt. Da sie die typischen WDVS-Konstruktionen nicht behandeln, wird die Verwendung von keramischen Bekleidungen auf WDVS nunmehr auch in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt. – Die nationale Norm DIN 55699 [21] beinhaltet Verarbeitungshinweise.

Bild 2. bersicht marktblicher WDV-Systeme

519

– Des Weiteren sind DIN EN 13499 [22] und DIN EN 13500 [23] als europische Normen, die den Status einer Deutschen Norm haben, zu nennen. Hier werden Wrmedmm-Verbundsysteme (WDVS) aus expandiertem Polystyrol bzw. aus Mineralwolle geregelt. Durch das zustndige technische Komitee CEN/TC 88 wurde die Mandatierung beantragt, um diese Normen in europische harmonisierte Normen zu berfhren.

3

WDVS-Konstruktionen

3.1

Systemberblick

Derzeit wird eine Vielzahl unterschiedlicher WDVSystemvarianten angeboten. In Bild 2 sind die blichen Systeme in Abhngigkeit von – der Verankerung an der tragenden Konstruktion, – dem gewhlten Wrmedmmstoff sowie – der Art der Beschichtung zusammengestellt. Entsprechend den Verankerungsvarianten werden die WDV-Systeme in den Zulassungen wie folgt gruppiert: – ausschließlich verklebte (teil- bis vollflchig) WDVS, – verklebte und verdbelte WDVS, – ausschließlich verdbelte WDVS (ggf. mit konstruktiver Zusatzverklebung) und – mechanisch befestigte WDVS (mit Schienenbefestigung).

520

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Da die Eigenschaften von WDV-Systemen wesentlich durch die Abstimmung der Materialkomponenten – wie z. B. der Kombination von Dmmung und Putzsystem oder von Unter- und Oberputz – bestimmt werden, drfen nur systemkonforme Materialien verwendet werden. Der Austausch einzelner Komponenten oder die Kombination einzelner Komponenten unterschiedlicher Hersteller ist unzulssig. Die Zulassungen – national oder europisch – sind somit auch als „System-Zulassungen“ zu verstehen, da im Rahmen der Zulassungsprfungen – insbesondere im Hinblick auf die Gebrauchsfhigkeit – Systemprfungen durchgefhrt werden. 3.2

Systemgruppen

3.2.1

Geklebte Polystyrolsysteme

Bei geklebten Polystyrolsystemen (Bild 3) werden die Polystyrolplatten nach DIN EN 13163 [17] mit einem Flchenanteil von mindestens ca. 40 % am Verankerungsgrund verklebt. Als Mindestquerzugfestigkeit der Dmmplatten werden bQZ ‡ 100 kN/m± gefordert. Die Anforderungen an den Verankerungsgrund fr verklebte Systeme entsprechend Abschnitt 3.3.1 sind zu bercksichtigen. Die flchenanteilige Verklebung erfolgt entweder nach der Wulst-Punkt-Methode oder mit einem maschinellen manderfçrmigen Klebemçrtelauftrag. Bei der Wulst-Punkt-Methode wird die Plattenrckseite mit einem an den Rndern umlaufenden Wulst versehen und zustzlich in die Plattenmitte ein Klebestreifen oder mehrere Mçrtelbatzen gesetzt (Bild 4). In die Dmmplattenstçße darf kein Klebemçrtel gelangen. Durch den umlaufenden Wulst soll sichergestellt werden, dass eine Verschiebung der Dmmplattenrnder infolge Temperaturnderungen oder Restschwinden sowie insbesondere ein Aufschsseln der Platten behindert und damit eine Zwangsbeanspruchung des Putzes im Dmmplattenstoßbereich erheblich reduziert wird.

Bild 4. Mçrtelauftrag nach der Wulst-Punkt-Methode

a)

b) Bild 3. Geklebtes Polystyrolsystem; a) Unterputz d = 4 bis 6 mm, b) Unterputz aus bewehrtem Leichtputz

Statt einer Verklebung nach der Wulst-Punkt-Methode ist auch eine manderfçrmige Teilflchenverklebung mit einem Flchenanteil von mindestens ca. 60 % mçglich (Bild 5). Dabei wird der Klebemçrtel maschinell auf den tragenden Untergrund aufgebracht. Die Polystyrolplatten, die wie auch andere Dmmplattentypen im Verband zu verlegen sind, werden durch ein leichtes Hin- und Herschieben in Plattenebene bei

Bild 5. Manderfçrmige Teilflchenverklebung bei maschinellem Klebemçrtelauftrag auf den tragenden Untergrund

WDVS-Konstruktionen

521

Bild 6. Schwindkurven von Polystyrol-Hartschaumplatten. Deutlich erkennbar ist, dass das Schwinden in den ersten drei Monaten am grçßten ist

gleichzeitigem Andruck so an den bereits verlegten Platten ausgerichtet, dass die Verlegung „press“ und eben – ohne Versatz – erfolgt. Dabei erweist sich eine Plattenrandausbildung mit Stufenfalz als hilfreich. Ein gegebenenfalls entstandener Versatz in der Plattenebene muss abgeschliffen werden, um eine unstetige Putzdickennderung und eine damit einhergehende Rissgefhrdung des Putzes zu verhindern. Die in den Entwicklungsjahren bei Polystyrolsystemen vereinzelt aufgetretenen Rissbildungen im Putz oberhalb der Dmmstoffplattenstçße waren auf das Schwindverhalten der Dmmplatten infolge des Ausdiffundierens von Treibmitteln zurckzufhren. Dieser Schwindvorgang erstreckt sich ber 2 bis 2,5 Jahre (Bild 6). Da der berwiegende Anteil der Schwindverkrzungen innerhalb der ersten zwei Monate nach Herstellung erfolgt ist, werden von den Systemanbietern nur noch „ausreichend abgelagerte“ Dmmplatten ausgeliefert. Als „ausreichend abgelagert“ gelten Dmmplatten, deren irreversible Lngennderung £ 0,15 % betrgt. Auf die Dmmplatten wird in der Regel ein mineralisches kunstharzmodifiziertes Putzsystem (Marktanteil ca. 90 %), seltener ein reines Kunstharzsystem (Marktanteil ca. 10 %) aufgebracht. Bei den mineralischen Putzsystemen kommen entweder Dnn- oder Dickputzsysteme zur Anwendung. 3.2.2

weis der Standsicherheit der Dbel im tragenden Untergrund sind die jeweiligen nationalen oder europischen Zulassungen der Dbel zu beachten. Da eine dauerhafte Wirksamkeit der Verklebung auf „mrben“ Untergrnden beim Standsicherheitsnachweis in der Regel nicht vorausgesetzt werden kann, kçnnen gedbelte Systeme auch bei ungnstigerem Untergrund (Altputz etc.) Anwendung finden. Mindestanforderungen an die Abreißfestigkeit/Haftzugfestigkeit des Untergrundes werden somit nicht gestellt.

a)

Systeme mit geklebten und gedbelten Mineralwolle-Dmmplatten

Bei geklebten und gedbelten Mineralwolle-Dmmplattensystemen (Bild 7) erfolgt zustzlich zur Verklebung nach der Wulst-Punkt-Methode eine Verdbelung. Dabei ist zwischen Systemen, – bei denen der Dbelteller direkt auf der Dmmplattenoberseite aufliegt und – bei denen der Dbelteller das Gewebe umfasst, zu unterscheiden. Es drfen nur bauaufsichtlich zugelassene Dbel verwendet werden. Die erforderliche Anzahl der Dbel ist der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung in Abhngigkeit von den jeweiligen Windsog-Bereichen sowie der Lage des Dbeltellers zu entnehmen. Fr den Nach-

b) Bild 7. Geklebte und gedbelte Mineralfaserdmmplattensysteme; a) Dbelteller umfasst Gewebe, b) Dbelteller unterhalb Gewebe

522

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

3.2.3

Systeme mit geklebten Mineralwolle-Lamellen

Mineralwolle-Lamellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralwollen vorwiegend senkrecht zur Plattenebene ausgerichtet sind und somit eine derart hohe Querzugfestigkeit – Mindestanforderung bQZ ‡ 80 kN/m± – gegeben ist, sodass eine reine Verklebung am Verankerungsgrund zur Aufnahme der Windsogkrfte ausreicht (Bild 8). Dabei wird eine vollflchige Verklebung (100 %) vorgeschrieben. Um eine ausreichende Haftung des Klebers auf der Lamellenoberflche zu gewhrleisten, muss der Kleber in einem ersten Arbeitsschritt in die Oberflche der Mineralwolle-Lamellen „einmassiert“ werden, bevor der eigentliche Kleberauftrag erfolgt. Dabei darf das „Einmassieren“ nicht so stark erfolgen, dass die oberflchennahen Mineralfasern brechen. Bei Verwendung vorbeschichteter Lamellen darf der Klebemçrtel auch vollflchig auf den Wand-Untergrund aufgetragen werden. Unmittelbar vor dem Ansetzen der Lammellenplatten ist der Klebemçrtel mit einer Zahntraufel aufzukmmen. Die Dmmstoffplatten sind unverzglich, sptestens nach zehn Minuten mit der beschichteten Seite in das frische Klebemçrtelbett einzudrcken, einzuschwimmen und anzupressen. Fr beschichtete Platten kçnnen Sonderregelungen geltend gemacht werden (50 % Verklebung), wenn entsprechende Nachweise vorgelegt werden und eine Teilflchenverklebung explizit nach Zulassung mçglich ist. Im Bereich erhçhter Windsoglasten im Randbereich eines Gebudes ist eine zustzliche Verdbelung mit bauaufsichtlich zugelassenen Dbeln (Dbelteller ‡ 140 mm) erforderlich. Die erforderliche Anzahl der Dbel ist den bauaufsichtlichen Zulassungen der Lamellensysteme zu entnehmen. Die Zulassungen fr die Dbel sind ebenfalls zu beachten. Auf die Mineralwollelamellen wird in der Regel ein mineralisches, kunstharzmodifiziertes Putzsystem aufgebracht.

Bild 8. Vollflchig verklebtes Mineralfaserlamellensystem

3.2.4

WDVS mit Schienenbefestigung

WDV-Systeme mit einer Schienenbefestigung (Bild 9) haben den Vorteil, grçßere Unebenheiten des Untergrundes durch Distanzscheiben ausgleichen zu kçnnen. Die Wrmedmmstoff-Platten sind stirnseitig umlaufend mit einer Nut versehen, in die vertikale Befestigungsschienen sowie horizontale T-Profile greifen. Bei Systemen mit Polystyrol-Dmmplatten, die eine Querzugfestigkeit von bQZ ‡ 150 kN/m± (Typ TR 150) aufweisen mssen, werden im Abstand a = 50 cm horizontale PVC-Befestigungsschienen angeordnet, die im Abstand von e = 30 cm mit Dbeln ˘ 10 mm im tragenden Untergrund und somit mit 6,7 Dbeln/m± verankert sind. Im Abstand a = 50 cm sind vertikale PVCT-Profile angeordnet, die an ihren Enden ausgeklinkt sind und in diesem Bereich unter den Flansch des horizontalen Profils greifen. Bei Systemen mit Mineralwolle-Dmmplatten (Typ TR 15, annhernd vergleichbar mit ehemals Typ HD: sQZ ‡ 14 kN/m±) werden vergleichbare Profile in der Regel aus Aluminium verwendet. Der Abstand der horizontalen Schienen betrgt a = 62,5 cm, der der vertikalen Profile a = 80 cm. Die horizontalen Profile werden meistens im Abstand von e = 30 cm durch Dbel verankert. Neben der Schienenbefestigung wird fr die Dmmplatte die Anordnung eines zustzlichen Mçrtelbatzens in Plattenmitte gefordert. Dabei wird bei Systemen mit Polystyrol-Dmmplatten eine 10%ige Verklebung,

Bild 9. WDV-Systeme mit Schienenbefestigung

WDVS-Konstruktionen

also ein Mçrtelbatzen, bei Systemen mit Mineralwolleplatten eine 20%ige Verklebung, also zwei Mçrtelbatzen, ausgefhrt. Aus brand- und wrmeschutztechnischen Grnden wird ein durchgehender Klebemçrtelwulst am unteren sowie oberen Rand des WDV-Systems sowie umlaufend im Bereich von Fensterçffnungen gefordert, um ein Hinterstrçmen der Dmmplatten durch die Außenluft zu verhindern. Zur Aufnahme der Windsoglasten wird bei Mineralwollesystemen die zustzliche Verdbelung (Dbelteller ˘ > 60 mm) in Plattenmitte entsprechend Zulassung erforderlich. Bei Systemen mit Polystyrol-Dmmplatten kann im Randbereich ein Zusatzdbel (Dbelteller ˘ 60 mm) erforderlich werden. Auf Polystyrolsysteme wird entweder ein mineralisches, kunstharzmodifiziertes oder ein reines Kunstharzsystem aufgebracht, auf Mineralwollesysteme ein mineralisches, kunstharzmodifiziertes Putzsystem. 3.3

Komponenten

3.3.1

Tragender Untergrund

Der Untergrund fr WDVS muss tragfhig, trocken, staub- und fettfrei sowie ausreichend eben sein. An die erforderliche Ebenheit e des Untergrundes sind – bezogen auf eine Messlnge von 1 m – folgende Anforderungen zu stellen: – verklebte Systeme: e £ 1,0 cm – verklebte und verdbelte Systeme: e £ 2,0 cm – mechanisch befestigte Systeme (Schienenbefestigung): e £ 3,0 cm Bei grçßeren Unebenheiten mssen gegebenenfalls Ausgleichsmçrtelschichten aufgebracht werden. 3.3.1.1 Mineralische Untergrnde Bei Neubauten gelten Oberflchen von Mauerwerksund schalçlfreien Betonwnden ohne weiteren Nachweis auch fr ausschließlich verklebte WDVS als ausreichend tragfhig. Beim Bauen im Bestand – insbesondere bei vorhandenen Altputzen oder Altanstrichen – ist bei der Verwendung von ausschließlich verklebten Systemen durch Sachkundige eine ausreichende Haftzugfestigkeit der vorhandenen Wandoberflche festzustellen. In Zweifelsfllen ist durch stichprobenartige Haftzugversuche nachzuweisen, dass die Mindestabreißfestigkeit – bei teilflchiger Verklebung (‡ 40 %) ‡ 0,08 N/mm± (‡ 80 kN/m±) und – bei vollflchiger Verklebung ‡ 0,03 N/mm± (‡ 30 kN/m±) betrgt. Bei verklebten Systemen mssen die Oberflchen frei von Verschmutzungen, wie z. B. Staub, len, Fetten, Algen o. . sein. Bei Altanstrichen muss die Vertrglichkeit (z. B. mit kunststoffmodifizierten Klebemçrteln) berprft werden, da negative Wechselwirkungen – wie Verseifungen –, die zu einer Abminderung der Haftzugfestigkeit fhren, nicht auszuschließen sind.

523

Bei verdbelten Systemen sind – sofern die Materialgte der Wandbaustoffe nicht zweifelsfrei aus Planungsunterlagen zu entnehmen sind – stichprobenartige Ausziehversuche durchzufhren, um die zulssige Dbelauszugskraft festlegen zu kçnnen. Gleiches gilt bei Wandbaustoffen, fr die in der bauaufsichtlichen Zulassung der Dbel keine Angaben zu den zulssigen Dbelauszugskrften gemacht werden. 3.3.1.2 Vorsatzschichten des Großtafelbaus WDV-Systeme mssen begrenzte Bewegungen des Untergrundes – wie z. B. im Bereich von Rissen – schadensfrei berbrcken kçnnen. Bei einer nachtrglichen Dmmung von Gebuden in Großtafelbauart mit WDV-Systemen ergeben sich hygrothermisch bedingten Fugenbewegungen zwischen den Vorsatzschichten von Dreischichtenplatten, die berbrckt werden mssen. Nach dem Aufbringen des WDV-Systems trocknet die Vorsatzschicht der Dreischichtenplatte ber einen Zeitraum von mehreren Jahren aus. Hieraus ergibt sich einerseits der positive Effekt, dass der Korrosionsfortschritt der in der Vorsatzschicht liegenden Bewehrung wirksam gestoppt wird, wie Labor- und Freilanduntersuchungen an der Technischen Universitt Berlin zeigten [24]. Andererseits fhrt aber die Austrocknung dazu, dass sich die Vorsatzschichten hinter dem Wrmedmm-Verbundsystem verkrzen. Zur Abschtzung der berbrckbaren Fugenaufweitungen unterschiedlicher Wrmedmm-Verbundsysteme wurden sowohl Berechnungen (Universitt Bochum, Technische Universitt Berlin, Universitt Dortmund) als auch Versuche unter Klimawechselbeanspruchung (Universitt Bochum, Technische Universitt Berlin) durchgefhrt. Dabei ist im Rahmen der Versuche oder Berechnungen nachzuweisen, dass infolge der Fugenaufweitung im Untergrund ggf. auftretende Risse im Putz des WDV-Systems in ihrer Breite auf w £ 0,2 mm begrenzt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen bilden die Grundlage fr die Aufnahme oder den Ausschluss des Anwendungsbereiches der „Großtafelbauart mit Dreischichtenplatten“ in der bauaufsichtlichen Zulassung der einzelnen Systeme. 3.3.1.3 Hçlzerne Untergrnde Im Holzrahmenbau werden zur Energieeinsparung immer hufiger zustzlich zur Gefachdmmung außenseitig Wrmedmm-Verbundsysteme eingesetzt. Dabei kommen bevorzugt WDVS zum Einsatz, die auf die ußere Beplankung ohne zustzliche mechanische Sicherung verklebt werden. Als Wrmedmmstoff des WDVS werden berwiegend expandiertes Polystyrol, Holzfaserdmmplatten und in geringerem Umfang Mineralwollelamellenplatten eingesetzt. An der Technischen Universitt Berlin wurden umfangreiche Untersuchungen durchgefhrt, um objektive Kriterien fr die Standsicherheit und Dauerhaftigkeit der

524

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Tabelle 1. Empfehlungen und Grenzen fr die Anwendung der verschiedenen Klebemçrtelarten auf kunstharzgebundenen Holzwerkstoffplatten sowie auf Gipsfaserplatten Eignung von Klebemçrtel – Beplankungswerkstoff – Kombinationen Klebemçrtelart

Beplankung Kunstharzgebundene Holzwerkstoffplatten große / grobe / dicke Spne

Gipsfaserplatten mßig feine / feine Spne GF 1

ungeschliffen

geschliffen

geschliffen

Kunststoffklebemçrtel 1)

+

++

++

Mischklebemçrtel 2)

+

+

++

+

Mineral.geb. Kl. 3)

–

–

+ 4)

+

+

Die Symbole geben die Eignung der verschiedenen Klebemçrtel auf den Beplankungswerkstoffen an: ++ Diese Kombination Klebemçrtel – Beplankungswerkstoff ist gut geeignet, eine gute Einarbeitung des Klebemçrtels mit dem Kammspachtel in die Oberflche der Beplankung ist zu empfehlen. + Diese Kombination Klebemçrtel – Beplankung ist geeignet; eine gute Einarbeitung des Klebemçrtels mit dem Kammspachtel in die Oberflche der Beplankung ist durchzufhren. – Diese Kombination Klebemçrtel – Beplankungswerkstoff ist nicht geeignet.

1) kunststoffgebundene Klebemçrtel 2) kunststoffgebundene Klebemçrtel mit einer Portlandzementzugabe von £ 5 M.- % bezogen auf die verarbeitungsfertige Kunststoffdispersion 3) mineralisch gebundene Klebemçrtel mit einem Kunststoffvergtungsanteil > 2,5 M.- % bezogen auf die Trockenmçrtelmasse bzw. kunststoffgebundene Klebemçrtel mit einer Portlandzementzugabe von > 5 M- % bezogen auf die verarbeitungsfertige Kunststoffdispersion 4) die jahreszeitliche Schwankung des Feuchtegehalts in der Außenbeplankung ist bei der Verwendung dieser Klebemçrtel nach dem Erkenntnisstand der vorliegenden Arbeit auf maximal 5 M.- % zu begrenzen

Verklebung von WDVS auf Beplankungswerkstoffen des Holzrahmenbaus zu schaffen [25]. Zur Verklebung von WDVS auf Beplankungen des Holzrahmenbaus werden derzeit im Wesentlichen drei Klebemçrtelarten eingesetzt: – kunststoffgebundene Klebemçrtel, – mineralisch gebundene Klebemçrtel mit Kunststoffvergtung und – Mischklebemçrtel (kunststoffgebundene Klebemçrtel mit Portlandzementzugabe). Als Beplankungswerkstoffe werden verwendet: – geschliffene Holzspan-Flachpressplatten mit feinen, homogen verteilten Spnen, – geschliffene und ungeschliffene Holzspan-Flachpressplatten mit groben Spnen, – geschliffene und ungeschliffene OSB3-Platten sowie – Gipsfaserplatten mit hydrophober Oberflche. Durch den Feuchteeintrag nach dem Auftrag des Klebemçrtels des WDVS entsteht bei kunstharzgebundenen Holzwerkstoffplatten eine inhomogene Dickenquellung. Diese wesentlich grçßeren und ungleichmßigen hygrisch bedingten Verformungen fhren dazu, dass die Verklebung auf Holzwerkstoffplatten grçßeren Beanspruchungen als auf mineralischen Untergrnden ausgesetzt ist. So entstehen Druck- und Zugbeanspruchungen in der Grenzflche zwischen grobspanigen Holzwerkstoffen und schnell aushrtenden, mineralisch gebundenen vergteten Klebemçrteln. Der Quelldruck der Holzspne fhrt bei den schnell aushrtenden und damit nur noch wenig verformbaren mineralisch gebundenen

vergteten Klebemçrteln zu Zwngungsbeanspruchungen und partiellen Adhsionsbrchen. Im Gegensatz dazu kçnnen kunststoffgebundene Klebemçrtel die Quellverformungen durch eigene Verformungen ausgleichen, da diese beim Auftreten der Quellverformungen aufgrund der langsamer voranschreitenden Festigkeitsentwicklung weitestgehend zwngungsfrei verformbar sind. Die Eignung der unterschiedlichen Klebemçrtel auf den verschiedenen Beplankungswerkstoffen von Wnden in der Holzrahmenbauart ist zusammenfassend in Tabelle 1 angegeben. 3.3.2

Verankerung

3.3.2.1 Verklebung Die Klebemasse eines WDV-Systems kann mit dem Material des Unterputzes identisch sein. Nach [26] stehen als Klebemçrtel blicherweise Materialien folgender Konzeption zur Verfgung: – Klebemasse auf der Basis einer Kunststoffdispersion (Dispersions-Klebstoff), gefllt, ohne weitere Zustze verarbeitbar; – Klebemasse auf der Basis einer Kunststoffdispersion, gefllt, unmittelbar vor der Verarbeitung mit Zement zu versetzen; – Klebemasse, hergestellt aus einer Trockenmischung aus Quarzsand und Zement, unter Zusatz von Kunststoffdispersion; – Klebemasse, in Pulverform, werksgemischt, zum Ansteigen mit Wasser.

WDVS-Konstruktionen

Bei teilflchig verklebten Systemen nach Abschnitt 3.2.1 und verklebten und verdbelten Systemen nach Abschnitt 3.2.2 erfolgt die Verklebung nach der WulstPunkt-Methode oder nach maschinellem Klebemçrtelauftrag auf den tragenden Untergrund. Dabei wird die Plattenrckseite mit einem an den Rndern umlaufenden Wulst versehen und zustzlich in Plattenmitte ein Klebestreifen oder zwei Mçrtelbatzen gesetzt. Bei Systemen mit Mineralwolle-Lamellen wird eine vollflchige Verklebung (100 %) vorgeschrieben. Wie bereits in Abschnitt 3.2.3 beschrieben, muss der Kleber dabei in einem ersten Arbeitsschritt in die Oberflche der Mineralwolle-Lamellendmmplatte „einmassiert“ werden, um eine ausreichende Haftung des Klebers auf der Lamellenoberflche zu gewhrleisten. Erst dann erfolgt der eigentliche Kleberauftrag. Fr beschichtete Lamellen-Platten kçnnen Sonderregelungen geltend gemacht werden (50 % Verklebung) wenn entsprechende Nachweise vorgelegt werden und eine Teilflchenverklebung nach Zulassung mçglich ist. Bei Systemen mit Schienenbefestigung nach Abschnitt 3.2.4 ist die Anordnung eines zustzlichen Mçrtelbatzens in Plattenmitte zwingend erforderlich. Dabei wird bei Systemen mit Polystyrol-Dmmplatten eine 10%ige Verklebung, also ein Mçrtelbatzen, bei Systemen mit Mineralwolleplatten eine 20%ige Verklebung, also zwei Mçrtelbatzen, ausgefhrt. Zustzlich wird aus wrmeschutztechnischen Grnden ein durchgehender Klebemçrtelwulst am unteren sowie oberen Rand des WDV-Systems sowie im Bereich von Fensterçffnungen gefordert, um ein Hinterstrçmen der Dmmplatten durch die Außenluft zu verhindern. 3.3.2.2 Dbel Bei Wrmedmm-Verbundsystemen finden folgende Dbel Anwendung: – Schraubdbel (Bild 10), – Schlagdbel (Bild 11) sowie – Setzdbel.

525

Bei Schraub- oder Schlagdbeln wird die Dbelhlse durch das Hineinschrauben der Dbelschraube bzw. das Hineinschlagen des Nagels gespreizt, sodass der fr die Tragfhigkeit notwendige Reibschluss erzielt wird. Fr WDVS, bei denen die Dbel statisch zwingend erforderlich sind – z. B. WDVS mit Mineralwolle-Dmmplatten – drfen nur bauaufsichtlich zugelassene Dbel Anwendung finden. Angaben hierzu finden sich in den jeweiligen bauaufsichtlichen Zulassungen der WDVSysteme. Nach der Liste der technischen Baubestimmungen [14] drfen Kunststoffdbel nur dann bei WrmedmmVerbundsystemen (WDVS) eingebaut werden, wenn die Verwendung dieser Dbel – in der europischen technischen Zulassung (ETA) des Wrmedmm-Verbundsystems oder – in einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt ist. Die nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen bzw. die europischen Zulassungen (auf Grundlage ETAG 014 [27]) mit zugehçrigen nationalen Verwendungszulassungen fr die Dbel selbst sind ebenfalls zu beachten. Zu den Dbeln gehçren auch die Dbelteller, die in der Regel einen Durchmesser von 60 mm besitzen und aus Kunststoff bestehen. In der Regel sind die Dbelteller direkt an die Dbelhlsen angeformt. Bei einigen anderen Systemen werden sie auf die Dbelhlse aufgesteckt. 3.3.3

Dmmstoff

Als Dmmstoffe kommen vorwiegend zur Anwendung: – Polystyrol-Partikelschaum-Platten, – Mineralwolle-Platten, – Mineralwollelamellen. Weitere Zulassungen liegen zum Beispiel vor fr: – Phenolharz-Hartschaum, – Mineralschaum-Platten, – Mineralschaum-Mineralwollelamellen-Verbundplatten, – Holzfaserdmmplatten.

Bild 10. Schraubdbel zur Befestigung von WDVS

Bild 11. Schlagdbel zur Befestigung von WDVS

526

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Bild 12. Verlegung von WDVS-Dmmplatten im Verband bzw. mit Verzahnung

Bild 13. Stoßfugenfreie Verlegung von WDVS-Dmmplatten im Bereich von Wandçffnungsecken

Unabhngig vom Materialtyp sind die Dmmplatten dicht gestoßen im Verband zu verlegen (Bild 12). Dies gilt auch fr Bauwerkskanten, an denen eine verzahnte Verlegung auszufhren ist. Stoßfugen im Bereich der Ecken von Wandçffnungen sind unzulssig (Bild13). In Ausnahmefllen nicht dicht gestoßene Fugen sind nachtrglich materialgleich vollstndig zu verfllen. Die anwendungsbezogenen Anforderungen sind in DIN V 4108-10 fr das Anwendungsgebiet WAP (Außendmmung der Wand unter Putz) geregelt. Die Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit sind in DIN V 4108-4 aufgefhrt. Darber hinaus wurden vielfach allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen fr Dmmstoffe erwirkt, die zu deutlich gnstigeren Bemessungswerten der Wrmeleitfhigkeit fhren. In brandschutztechnischer Hinsicht ist die quivalenz zwischen der europischen Klassifizierung und den bauaufsichtlichen Anforderungen zu berprfen. Bei zustzlich mit einem -Zeichen versehenen Produkten sind die Brandschutzklassen sowohl nach DIN 4102 bzw. der bauaufsichtlichen Anforderung als auch nach der europischen Klassifizierung angegeben.

geprft wird, muss 100 kN/m± (Typ TR 100) betragen. Bei Systemen mit Schienenbefestigung werden Polystyroldmmplatten verwendet, die eine Mindestquerzugfestigkeit von sQZ ‡ 150 kN/m± (Typ TR 150) aufweisen mssen. Die Dmmplatten kçnnen in ihrem Gefge im Nachhinein elastifiziert werden, indem das Stoffgefge durch Walzen zum Teil zerstçrt wird. Durch diese Maßnahme wird unter anderem die dynamische Steifigkeit der Platten deutlich reduziert, sodass die Schalldmmung von Wnden mit WDVS, bei denen die Dmmplatten aus elastifiziertem Polystyrol bestehen, deutlich hçher ist im Vergleich zu Wnden, bei denen die Dmmplatten des WDVS nicht elastifiziert sind. Zu beachten ist aber, dass die Querzugfestigkeit elastifizierter Dmmstoffplatten nur ungefhr ein Drittel derer nicht elastifizierter Dmmstoffplatten betrgt. Als Weiterentwicklung sind darber hinaus PolystyrolPartikelschaumplatten zu nennen, die durch den Zusatz von Grafit- oder Aluminiumpartikeln eine geringere Wrmestrahlungsbertragung im Zwickelbereich der Polystyrolkgelchen aufweisen. Hierdurch wird die Wrmeleitfhigkeit auf 0,035 W/(m · K) reduziert. Fr die Wrmedmmung von WDVS werden zum berwiegenden Teil Polystyrol-Partikelschaumplatten verwendet. Der Anwendung sind im Wesentlichen dadurch Grenzen gesetzt, dass das Material nur schwer entflammbar nach DIN 4102 ist, sodass die Dmmplatten entsprechend der Bauordnung nur bis zur Hochhausgrenze verwendet werden drfen. Zwei Eigenschaften des expandierten Polystyrols mssen beachtet werden: – Die Dmmplatten sind vor langeinwirkender UVStrahlung zu schtzen, da sonst oberflchliche Strukturzerstçrungen mçglich sind. Bei Dmmplatten, die whrend einer lngeren Zeit ungeschtzt der Sonne ausgesetzt sind, sind die staubfçrmigen Zersetzungsprodukte durch sorgfltiges Abwischen zu entfernen, damit der Haftverbund zu dem auf die Dmmplatten aufgebrachten Putz nicht aufgehoben wird.

3.3.3.1 Polystyrol-Hartschaum Polystyrol-Hartschaum ist ein berwiegend geschlossenzelliger, harter Schaumstoff. Nach der Herstellung ist zu unterscheiden zwischen Partikelschaumstoff aus verschweißtem, geblhtem Polystyrolgranulat (EPS = expandierte Polystyrol-Hartschaumplatten) und extrudergeschumtem Polystyrolschaumstoff (extrudierter Polystyrolschaumstoff, XPS). Polystyrol-Partikelschaumstoff (EPS) Die Eigenschaften der expandierten Polystyrolplatten sind in DIN EN 13163 geregelt [17]. Bei geklebten Polystyrolsystemen werden Platten mit einer maximalen Plattendicke von 400 mm verwendet. Die Mindestquerzugfestigkeit, die nach DIN EN 1607

WDVS-Konstruktionen

– Nach der Herstellung der Platten tritt ein gewisser Schwindprozess auf, der aus der herstellungsbedingten Feuchte folgt und innerhalb eines Monats nach der Herstellung der Platten bis zu ca. 1,5 % betragen kann. Aber auch bei abgelagerten Platten kann nach einem Monat noch ein Nachschwinden durch das Herausdiffundieren der noch vorhandenen, unter einem berdruck stehenden Treibmittelgase erfolgen (vgl. Bild 6). Die durch das Schwinden der Platten entstehenden Verformungen sind nicht zu unterschtzen: Bei einer Nachschwindung von 2,8 – 1,5 = 1,3 % verkrzt sich eine 1 m lange Dmmstoffplatte um 1,3 mm. Um Risse in dem auf das WDVS aufgebrachten Putzsystem zu vermeiden, ist unbedingt darauf zu achten, dass nur ausreichend abgelagerte Dmmstoffplatten verwendet werden, bei denen das Nachschwinden schon weitgehend abgeschlossen ist. Extrudiertes Polystyrol (XPS) Extrudierte Polystyrol-Hartschaumplatten werden kontinuierlich als Schaumstoffstrang hergestellt. Im Extruder wird Polystyrol aufgeschmolzen und durch Zugabe eines Treibmittels durch eine breite Schlitzdse ausgetragen. Der hergestellte Schaumstoffstrang kann zurzeit in Dicken zwischen 20 und 200 mm hergestellt werden. Nach dem Durchlaufen einer Khlzone wird der Schaumstoffstrang zu Platten gesgt und es werden die Plattenrnder besumt. Danach werden die Dmmplatten bis zur Maßkonstanz gelagert. Bei der Herstellung der extrudergeschumten Platten entsteht an den Deckflchen eine glatte, dichte Schumhaut. Um die Haftung des Putzes auf diesen glatten Oberflchen zu verbessern, wird die Schumhaut hufig abgefrst, sodass eine raue Oberflche entsteht.

527

Mineralwolle-Dmmplatten Dmmstoffplatten aus Mineralwolle sind in DIN EN 13162 [16] geregelt und mssen darber hinaus aus Brandschutzgrnden der Baustoffklasse A nach DIN 4102-1 oder der europischen Klasse A1 oder A2-s1,d0 nach DIN EN 13501-1 [28] entsprechen. Bei verklebten und verdbelten WDVS werden hinsichtlich der Mindestquerzugfestigkeit, die Anwendungstypen TR 1 (frher Typ WV), TR 7,5 (frher Typ WD) oder TR14 (frher Typ HD) angeboten. Es sind derzeit maximale Dmmplattendicken bis 300 mm zugelassen. Mineralwolle-Lamellen Mineralwolle-Lamellen mssen ebenfalls nicht brennbar (DIN 4102-A nach DIN 4102-1 oder europische Klasse A1 oder A2-s1,d0 nach DIN EN 13501-1) sein und DIN EN 13162 [29] entsprechen. Bei ausschließlich verklebten WDVS wird eine Mindestquerzugfestigkeit von 0,08 N/mm± (80 kN/m±) gefordert. Es sind maximale Dmmplattendicken bis 200 mm zugelassen. Die Mineralwolle-Lamellen kçnnen unbeschichtet, einseitig beschichtet oder beidseitig beschichtet sein. Die beidseitige Beschichtung ermçglicht eine schnellere Verarbeitung der Dmmplatten; die Beschichtung ist wasserabweisend, sodass der Witterungsschutz auch dann gegeben ist, wenn diese whrend einer lngeren Zeit ungeschtzt der Witterung ausgesetzt sind. Es kann nicht nachdrcklich genug darauf hingewiesen werden, dass Mineralwolle-Dmmplatten unter dem Einwirken von Feuchtigkeit erheblich an Festigkeit verlieren. Daraus folgt, dass das WDVS konstruktiv so ausgebildet werden muss, dass kein Wasser an die Dmmplatten gelangen kann. 3.3.3.3 Weitere Dmmstoffe

3.3.3.2 Mineralwolleplatten und Mineralwolle-Lamellenplatten Mineralwolle-Dmmstoffe bestehen aus knstlichen Mineralwollen, die aus einer silikatischen Schmelze (z. B. aus Glas oder Gestein-Basalt) gewonnen werden. Die Fasern werden je nach den angestrebten Eigenschaften des Dmmstoffes mit Kunstharzen gebunden. Die Bindemittel bestehen im Wesentlichen aus Phenol, Formaldehyd und Zugaben von Harnstoff, Ammoniak und Ammoniumsulfat. Diese in Wasser gelçsten Bestandteile werden bei der Herstellung dem Faserstrang zugegeben. Neben den Bindemitteln wird Mineralçl mit einem Massenanteil um 0,5 % zur Bindung von Staub und ein zustzliches Hydrophobierungsmittel eingesetzt. Aufgrund der bei der Produktion erzielten Faserorientierung werden Dmmplatten mit im Wesentlichen liegenden Fasern und Lamellen unterschieden. Bei den Lamellen sind die Fasern im Wesentlichen in Richtung der Plattendicke orientiert, da die Lamellenplatten senkrecht zur Laufrichtung des Transportbandes herausgeschnitten werden, woraus sich maximale Plattenhçhen von 20 cm ergeben.

Mineralschaumplatten mssen in der gesamten Masse hydrophobiert sein. Die Mindestquerzugfestigkeit betrgt 0,08 N/mm± (80 kN/m±). Mineralschaum-Mineralwollelamellen-Verbundplatten bestehen aus Mineralschaumplatten, die werkseitig mit Mineralwolle-Lamellen verklebt werden. Sowohl zu WDVS mit Mineralschaum-Mineralwollelamellen-Verbundplatten als auch mit Mineralschaumplatten liegen derzeit nur wenige praktische Langzeiterfahrungen vor. Darber hinaus kçnnen insbesondere im Anwendungsbereich des Holztafelbaus Dmmstoffe als Holzfaserdmmplatten nach DIN EN 13171 zur Anwendung kommen. 3.3.4

Putzsysteme und andere Bekleidungen

3.3.4.1 Putzsysteme Die Putzsysteme marktblicher WDV-Systeme bestehen aus einem Unterputz mit Glasfasergewebeeinlage – nach DIN 18559 [19] „Armierungsmasse mit einem Armierungsgewebe“ genannt – und einem Oberputz – nach [19] „Schlussbeschichtung“ genannt.

528

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

In Abhngigkeit von der Schichtdicke wird zwischen Dnnputz- und Dickputzsystemen unterschieden. Zu den Dnnputzsystemen gehçren – Kunstharzsysteme mit Gesamtdicken (Ober- und Unterputz) von ca. 4 bis 6 mm sowie – kunststoffdispersions-modifizierte mineralische Systeme mit Gesamtdicken von ca. 5 bis 10 mm. Zu den Dickputzsystemen gehçren – mineralische – in der Regel – Leichtputzsysteme, mit Gesamtdicken von ca. 8 bis 16 mm. Zunchst wird eine Unterputzschicht aufgetragen, an die die Glasfasergewebebewehrung – je nach çrtlicher Gegebenheit mit vertikaler oder horizontaler Gewebebahnenausrichtung – mit einer Kelle flchig angedrckt wird, bis der Mçrtel das Gewebe umhllt. Anschließend wird eine zweite Unterputzschicht „nass in nass“ bis zur endgltigen Unterputzschichtdicke derart aufgetragen, dass eine vollstndige hohlraumfreie Einbettung des Gewebes gegeben ist. Einige Systemhersteller bieten zur Verbesserung der Haftzugfestigkeit zwischen Unter- und Oberputz-Grundierungen an. Abschließend erfolgt die Endbeschichtung mit einem Oberputz. Glasgewebebewehrung Das Bewehrungsgewebe (Glasgewebe) hat – vergleichbar mit der Stahlbewehrung im Stahlbeton – unter anderem die Funktion, die in jedem mineralischen Baustoff auftretenden Rissbreiten auf ein unschdliches Maß zu beschrnken.

Das Gewebe ist ungefhr im ußeren Drittelspunkt der Putzdicke anzuordnen und mit einer berlappungsbreite ‡ 100 mm auszufhren. Es gehçrt zu den allgemein anerkannten Regeln der Technik, eine ausreichend große Diagonalbewehrung (ca. 400 mm/200 mm) entsprechend Bild 14 an einspringenden Ecken von Fenster- bzw. Trçffnungen auszufhren (s. DIN 55699 [21] sowie Ausfhrungsempfehlungen der WDVS-Hersteller). Eine Vielzahl von Rissen im Bereich von Fensterecken, bei denen diese Bewehrung fehlte, belegt diese Empfehlung nachdrcklich. Fr Gebudeecken oder Kanten von Fenster- bzw. Trlaibungen kçnnen Eckschutzgewebe mit und ohne zustzlich angearbeitete Kunststoff- oder Metallwinkel aus nichtrostendem Stahl verwendet werden. Gebudedehnfugen der tragenden Konstruktion sind in das WDV-System durchgehend aufzunehmen und im Putz z. B. durch Dehnprofile mit ankaschiertem Gewebestreifen auszubilden. Unterputz Als Unterputze werden verwendet: – mineralische Werktrockenmçrtel, – Dispersionsmçrtel • ohne Zementzugabe sowie • mit Zementzugabe. Bei Dnnputzsystemen ist das Material des Unterputzes vielfach mit dem Material des Klebemçrtels identisch. Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Gebrauchsfhigkeit eines Putzsystems

Bild 14. berlappung der Bewehrung im Bereich der Bahnenstçße sowie Anordnung von Zusatzbewehrungen im Bereich einspringender Ecken

WDVS-Konstruktionen

529

Tabelle 2. Materialkennwerte Unterputzmatrix [22, 64, 65] Mineralischer Putz

3

Kunstharzputz

Normalputz

Leichtputz

Rohdichte

r [kg/m ]

2.200

1.600

1.100

Wrmeleitfhigkeit

l [W/(m K)]

0,87

0,87

0,70

Spezifische Wrmespeicherkapazitt

1.000

1.000

1.400

c [J/(kg K)]

Thermischer Lngennderungskoeffizient

8 bis 11 10–6

6 10–6

50 10–6

aT [K–1] 10 10–6

10 10–6

50 10–6

0,14

0,10

0,015

0,015

0,40

Hygrischer Lngennderungskoeffizient

aF [ % ]

Schwindmaß

es,¥ [ %]

Restschwindmaß

es,R [ %]

–1

2

Matrix – Zugbruchspannung

sP,u [N/mm ]

1,2

0,5 bis 0,6

12,4

Matrix – Zugbruchdehnung

eP,u [ %]

0,017 bis 0,030

0,030 bis 0,040

0,95

7.000 bis 8.000

1.100 bis 1.650

1.300

Zugelastizittsmodul

2

E [N/mm ]

werden wesentlich von der Putzmatrix (unbewehrter Putz) bestimmt. In Tabelle 2 sind die Materialkennwerte blicher Unterputze auf Grundlage von [29–31] zusammengefasst. Unter dem wirksamen Restschwindmaß es,R ist der Anteil der freien unbehinderten Schwindverformung es,¥ zu verstehen, der bei einer vollstndigen Behinderung der Schwindverformung nicht durch Relaxation abgebaut wird, sondern zwngungswirksam bleibt. Wie die in [29] beschriebenen Versuche ergaben, baut sich ca. 85 % der theoretischen Zwangsspannung bei Leichtputz und 90 bis 95 % bei Normalputz durch Relaxation ab. Diese Ergebnisse werden durch [8] besttigt. Hier wird der Elastizittsmodul im Lastfall Schwinden um den Faktor 1/9 und somit um ca. 90 % abgemindert. Oberputz Als Oberputz werden eingesetzt: – mineralisch-hydraulische Putze als • Struktur- (in der Regel Leichtputze) oder • Edelkratzputze, – wasserglasgebundene Putze (Silikatputze) – auch als Strukturputze, – kunstharzgebunden Putze oder – Siliconputze. Von den mineralisch-hydraulischen Putzen als Strukturund Edelkratzputz abgesehen, wird die Struktur des Oberputzes vom Durchmesser des Grçßtkorns (d = 2 bis 6 mm) bestimmt. Die Putze werden als Werktrockenmçrtel, als Sackware oder bei Bindemitteln aus Silikaten (Wasserglsern) und/oder Kunstharzdispersionen in Eimern geliefert.

Den Putzen werden in der Regel werkmßig Zusatzmittel zugegeben, um – das Wasserrckhaltevermçgen zu erhçhen und damit die Gefahr des „Verdurstens“ infolge von zu schnellem Wasserentzug zu verhindern, – die Verarbeitungseigenschaften zu verbessern, – die Haftzugfestigkeit zum Untergrund durch Kunstharzzustze zu erhçhen, – das Wasserdampfdiffusionsverhalten, z. B. durch Luftporenbildner, zu verbessern und – wasserabweisende Eigenschaften durch eine Reduzierung der Kapillaritt mit hydrophobierend wirkenden Zusatzmitteln zu erreichen [32]. Als Zusatzstoffe werden Pigmente sowie Fasern unterschiedlicher Lngen und Materialtypen verwendet. Der Oberputz dient in der Regel als Witterungsschutz – sofern nicht bereits der Unterputz nach [13] als „wasserabweisend“ eingestuft werden kann. Der Oberputz bestimmt im Wesentlichen die Struktur der Oberflche, also die Fassade im engeren Sinne. Da Rissbildungen – auch mit Rissbreiten, die im Hinblick auf die Gebrauchsfhigkeit als unbedenklich zu beurteilen sind (Abschn. 4.5.4) – bei Glattputzsystemen optisch deutlicher hervortreten, ist, wie bei konventionellen Außenputzsystemen auch, eine Ausfhrung von Struktur- oder Edelkratzputzen anzuraten. Neben den Oberputzen werden als Außenwandbekleidung – kunstharzgebundene Flachverblender, – Ziegelriemchen oder Spaltplatten, – keramische Fliesen sowie – Naturwerkstein verwendet.

530

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

3.3.4.2 Angesetzte keramische Bekleidung Schden an massiven Außenwnden mit keramischen Belgen traten in der Vergangenheit relativ hufig auf. Aus diesem Grunde ist der Haftmechanismus zwischen keramischen Außenwandbekleidungen und dem Ansetzmçrtel im Rahmen eines Forschungsauftrages in der Technischen Universitt Berlin nher untersucht worden [33]. Die dauerhafte Wirksamkeit des Haftverbundes zwischen Keramik und Mçrtel wird von – der Keramik, – dem Ansetzmçrteln, – dem Fugenmçrtel und – dem Unterputz – einschließlich Gewebeeinlage beeinflusst. Der Haftverbund wird maßgeblich durch drei Mechanismen bzw. deren Kombinationen beschrieben: – Vermçrtelung (mechanische Adhsion), – Verklebung (thermodynamische Adhsion), – Verzahnung (Profilierung der Keramikrckseite). Der maßgebliche Haftmechanismus bei einer Vermçrtelung ist das Prinzip der mechanischen Adhsion. Es bildet sich eine Verklammerung der Mçrtelmatrix mit den rauen Oberflchen der Keramikrckseiten aus. Eine makroskopische Verklammerung durch eine Profilierung der Keramikrckseite – z. B. mit „Schwalbenschwnzen“ bei Spaltplatten – stellt dabei im eigentlichen Sinn keinen Haftmechanismus dar, sondern ist eine Sicherung gegen das Herabfallen der Keramik, weil die Verzahnung erst dann wirksam wird, wenn die anderen Haftmechanismen bereits versagt haben. Keramik Der Porenstruktur der Keramikrckseite (Haftflche) kommt eine besondere Bedeutung fr den Verbund zwischen Keramik und Mçrtel zu. Die maßgeblichen Parameter zur Beschreibung der Rauigkeit der Keramikrckseiten sind das Volumen und die Grçße der Poren. Keramische Produkte mit einer ausreichenden Anzahl von Poren (Porenvolumen) oberhalb einer bestimmten Porengrçße (Porenradius) ermçglichen in idealer Weise eine mikroskopische Verklammerung der Mçrtelmatrix mit der Keramikrckseite. Durch die Einfhrung von Grenzwerten fr keramische Produkte hinsichtlich deren Porenvolumenverteilung im Bereich der Haftflchen wurden die Voraussetzungen fr die dauerhafte Ausfhrung keramischer Außenwandbekleidungen geschaffen. Die ermittelten Grenzwerte fr die Porigkeit sind in DIN 18515-1 „Außenwandbekleidungen – Angemçrtelte Fliesen oder Platten“, Ausgabe 1998 als auch fr die Erteilung bauaufsichtlicher Zulassungen fr WDVS mit keramischen Bekleidungen bernommen worden. Fr keramische Bekleidungen mit einem Ansetzmçrtel nach DIN 18515-1 gilt: – Porenvolumen der haftvermittelnden Schicht der Keramikrckseite Vp ‡ 20 mm/g

– Porengrçßenverteilung der Keramikrckseite mit einem Porenradienmaximum rp > 0,2 mm Die Wasseraufnahme der keramischen Platten bei WDVS wird in Abhngigkeit von den verwendeten Wrmedmmplatten wie folgt begrenzt: w £ 3,0 % bei WDVS mit Mineralwolle-Dmmstoffen (einsetzbar sind demnach nur keramische Bekleidungen mit niedriger Wasseraufnahme – Gruppe 1) w £ 6,0 % bei WDVS mit Polystyrol-Dmmstoffen (einsetzbar sind demnach keramische Bekleidungen mit niedriger Wasseraufnahme – Gruppe 1 und mittlerer Wasseraufnahme Gruppe 2 a) Keramische Fliesen und Platten mit einer Wasseraufnahme von mehr als 6 % sollten nicht fr WDVS mit keramischen Bekleidungen verwendet werden. Produkte mit hçherer Wasseraufnahme kçnnen nur dann eingesetzt werden, wenn durch eine zustzliche Hydrophobierung der Bekleidungsschicht eine geringe Wasseraufnahme am Gesamtsystem nachgewiesen wird. Durch die erhçhte Wasseraufnahme wird die Haftzugfestigkeit zwischen Mçrtel und Keramik bei Frost-Tau-Wechselbeanspruchung empfindlich verringert. Ansetzmçrtel Fr Dnnbettmçrtel bestehen aufgrund der geringen Schichtdicke des Mçrtelauftrages im Dnnbettverfahren hohe Anforderungen an die Rezeptur und Verarbeitungseigenschaften. Als Ansetzmçrtel fr keramische Bekleidungen kçnnen Mçrtel mit einem Prfzeichen nach DIN 18156 – M eingesetzt werden. Fr keramische Bekleidungen, die die Grenzwerte der Porengrçßenverteilung berschreiten, kçnnen nachgewiesene, hochvergtete Ansetzmçrtel verwendet werden, deren Eignung in Kombination mit der ausgewhlten Keramik nachgewiesen wurde. Gemß DIN 18156-2 bzw. DIN EN 1348 gilt fr die erforderliche Haftzugfestigkeit bHZ > 0,50 N/mm± nach vorgegebener Beanspruchung. Hierzu ist insbesondere die Haftzugfestigkeit nach Frost-Tau-Wechselbeanspruchung nachzuweisen. Fr die Ausfhrung von WDVS mit keramischen Bekleidungen ist ausschließlich das kombinierte Ansetzverfahren (Floating-Buttering-Verfahren) anzuwenden, bei dem sowohl der Untergrund als auch die Fliese mit Mçrtel bestrichen wird. Fugenmçrtel Es sind nur hydrophobierte Fugenmçrtel mit geringer Rissbildungsneigung zu verwenden. Das eingesetzte Hydrophobierungsmittel muss dauerhaft wirksam sein. Der Wasseraufnahmekoeffizient gemß DIN 52617 soll betragen: wt £ 0,10 kg/m2h1/2

Anforderungen

Unterputz An den Unterputz werden folgende Anforderungen gestellt: – Wasseraufnahmekoeffizient wt gemß DIN 52617: wt £ 0,50 kg/m±h1/2 – Erforderliche Querzugfestigkeit des Unterputzes nach knstlicher Bewitterung (EOTA-Prfzyklen sowie 25 Frost-Tau-Wechselzyklen): ßQZ ‡ 0,10 N/mm± Fr WDVS mit keramischen Bekleidungen werden generell Unterputze mit hçherer Haftzugfestigkeit empfohlen. Leichtputze sind fr diese Systeme auf keinem Fall geeignet. Es wird weiterhin eine Begrenzung der Schwindzahl auf es, 28 d £ 1,0 mm/m empfohlen. Gewebeeinlage Bei WDVS mit angemçrtelten keramischen Bekleidungen weisen die Unterputze noch nach zwei Jahren eine relativ hohe Alkalitt (pH > 11) auf, da die Keramik das Einwirken des in der Luft vorhandenen Kohlendioxids auf den Unterputz – und damit die Karbonatisierung – verhindert. Da die Bewehrung des Unterputzes aber langfristig seine Festigkeit behalten muss, ist eine besonders alkaliresistente Bewehrung bei WDVS mit keramischer Bekleidung zu fordern. Nach den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen wird eine Prfung entsprechend den Regelungen des DIBt gefordert (Abschn. 4.7.1.3).

4

Anforderungen

Kaum eine andere Baukonstruktion ist vielfltigeren Beanspruchungen ausgesetzt als eine Außenwandkonstruktion. Diese Beanspruchungen sind im Einzelnen: – Eigenlasten, – Winddruck- und Windsoglasten, – Schnee- und Eislasten, – Temperaturwechselbeanspruchung, – Feuchtewechselbeanspruchung, – Schlagregenbeanspruchung, – UV-Beanspruchung, – chemische Beanspruchung durch Luftschadstoffe oder Reinigungsmittel sowie – Vandalismus. Hieraus leiten sich folgende Anforderungen in statischkonstruktiver sowie in bauphysikalischer Hinsicht ab, die dauerhaft erfllt werden mssen: – Standsicherheit, – Brandschutz, – Wrmeschutz, • winterlich • sommerlich – Schallschutz, – Feuchte- und Witterungsschutz, – Gebrauchstauglichkeit, – Dauerhaftigkeit, – Wirtschaftlichkeit, – Hygiene und Gesundheitsschutz,

531

– kologie sowie – sthetik. Durch die Vielzahl mçglicher Konstruktionsvarianten bieten dabei insbesondere Wrmedmm-Verbundsysteme WDVS die Mçglichkeit, fr jeden Anwendungsfall individuell optimierte Lçsungen zu whlen. 4.1

Standsicherheit

Der Nachweis der Standsicherheit wird fr den in der Zulassung beschriebenen Anwendungsbereich bereits im Rahmen des Zulassungsverfahrens erbracht. Unter anderem ergeben sich hieraus die Anforderungen an – den Untergrund (Beschaffenheit, Abreißfestigkeit, Ebenheit, etc.), – die Verankerung (Befestigungsart, Verklebungsanteil, Anzahl der Dbel, etc.) und – die WDVS-Komponenten (Querzugfestigkeit, Abreißfestigkeit, etc.). 4.1.1

Anforderungen

Die Standsicherheit der Außenwandkonstruktion muss dauerhaft gewhrleistet sein (MBO § 12 [34]). Das bedeutet, dass die Anordnung von WDVS sowohl fr Neubauten als auch fr Altbauten im Rahmen von Modernisierungs- bzw. Instandsetzungsmaßnahmen bauaufsichtlich anzeigepflichtig sind. Der Standsicherheitsnachweis der WDVS – gegebenenfalls einschließlich der Unterkonstruktion – ist unter Hinweis auf die nationale allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) bzw. die europische Zulassung (ETA) zu fhren. Als Beanspruchungen sind zu nennen: – Eigenlast G (DIN 1055-03), – Winddruck- und Windsoglasten jederzeit wD, wS (DIN 1055-04:1986-01) [18], zuknftig QW (DIN 1055-04: 2005-03) [35] – thermische Wechselbeanspruchung durch tages- und jahreszeitliche Lufttemperaturnderungen DTe, – Sonnenstrahlung IS,ß (Globalstrahlung), – hygrische Beanspruchung durch • Erstschwinden es,¥ • jahreszeitliche Luftfeuchtenderung DFe und • Schlagregen. Im Hinblick auf die hygrothermische Beanspruchung wurde in [29] eine statistische Auswertung der Wetterdaten fr drei reprsentative Orte in Deutschland whrend eines Zeitraums von 20 Jahren durchgefhrt. Die im Folgenden angegebenen Beanspruchungsgrçßen wurden durch eine instationre Wrmestromberechnung fr ein sdwestorientiertes WDV-System (dWD = 80 mm) unter Bercksichtigung der Sonnenstrahlung IS,ß bei Variation des Absorptionsgrades des Putzes aS als extremale Putztemperatur QR ermittelt: – Sommer: QR = 73 C aS = 0,8 aS = 0,5 QR = 59 C QR = 46 C aS = 0,2 – Winter: aS = 0,2 bis 0,8 QR = –21 C

532

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Infolge zunehmender Verschmutzung der Oberflche ergibt sich auch bei ursprnglich rein weißen Putzoberflchen eine erhebliche Erhçhung des Absorptionsgrades auf aS » 0,5. Als Jahresmittelwert der Lufttemperatur wurde in Abhngigkeit von der geografischen Lage QR,am = 8,1 bis 9,0 C ermittelt. Der thermischen Beanspruchung ist die jeweils zeitgleiche hygrische Beanspruchung zu berlagern. Fr die relative Luftfeuchte wurden in Abhngigkeit von der geografischen Lage folgende charakteristischen Grçßen als Wochenwerte (5%-Fraktilwert mit 75%iger Aussagewahrscheinlichkeit) festgestellt: – maritime Lage: min Fe = 55 % r. F. max Fe = 98 % r. F. Jahresmittelwert Fe,am = 83 % r. F. – kontinentale Lage: min Fe = 37 % r. F. max Fe = 98 % r. F. Jahresmittelwert Fe,am = 76 % r. F. Zustzlich ist die Zwangsbeanspruchung aus Erstschwinden, die jedoch in hohem Maße durch Relaxation abgebaut wird, zu bercksichtigen. 4.1.2

Nachweise

Fr Wrmedmm-Verbundsysteme, die in europischen oder nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt sind, ist der Nachweis der Standsicherheit fr den beschriebenen Anwendungsbereich grundstzlich bereits im Rahmen des Zulassungsverfahrens erbracht worden. Dabei werden folgende Beanspruchungen nachgewiesen: – Lastfall Eigengewicht (LF G) Das Eigengewicht der Putzschicht und der Wrmedmmplatten schwankt je nach Konstruktion zwischen ca. 10 und 50 kg/m± (0,1 bis 0,5 kN/m±) und ist sicher in den Untergrund weiterzuleiten. – Lastfall Windsog (LF wS) Als maximale Windsogkrfte sind derzeit die Werte nach DIN 1055-4:1986-01 [18] anzusetzen. Nach bauaufsichtlicher Einfhrung ist spter DIN

1055-4:2005-03 [35] zu bercksichtigen. Die Windsogbeanspruchung wirkt senkrecht zur Putzebene des WDVS. – Lastfall hygrothermische Beanspruchung (LF eH+T) Neben dem Erstschwinden eS der Putzschicht, das durch das ausgeprgte Relaxationsverhalten des jungen Putzes nur zu geringen Zwngungsspannungen fhrt, treten in der Putzschicht Temperaturdehnungen eT = aT DT und auch weitere hygrische Dehnungen eH = aF DF infolge nderungen der Ausgleichsfeuchte auf. Je nach Ausbildung des WDVS kçnnen die folgenden Tragmodelle zum Abtrag der verschiedenen Beanspruchungen und zum Nachweis der Standsicherheit angewendet werden. 4.1.2.1 Eigengewicht und hygrothermische Beanspruchung System Sowohl die Beanspruchung aus dem Eigengewicht der Putzschicht einschließlich Wrmedmmung als auch die hygrothermische Beanspruchung wirken als eingeprgte Krfte bzw. Verformungen innerhalb der Putzebene und fhren zu einer Schubbeanspruchung des Wrmedmm-Verbundsystems (vgl. Bild 15). Deshalb ist der Lastfall Eigenlast (LF G) mit dem Lastfall der

a)

b)

Bild 15. Tragmodelle zum Lastabtrag des Eigengewichtes bzw. zur Aufnahme thermisch-hygrischer Beanspruchungen; a) verklebtes System, b) verklebtes und verdbeltes System

Bild 16. Schubtragverhalten von WDVS mit Dmmplatten aus Polystyrol-Partikelschaum bei unterschiedlichen Befestigungsarten [36]

Anforderungen

hygrothermischen Beanspruchung (LF eT, es, eF) zu berlagern und die resultierende Schubbeanspruchung sowie ggf. die maximale Dbelkopfverschiebung nachzuweisen. Die maximale Schubspannung aus dem Lastfall Eigengewicht betrgt bei blichen Systemen 0,5 kN/m± und kann aufgrund der sehr großen aufnehmbaren Schubkrfte bzw. Schubspannungen (vgl. Bild 16) von zumindest teilflchig verklebten WDVS bei Standsicherheitsnachweisen vernachlssigt werden (Sicherheitsfaktoren zwischen 50 und 100). Die Dehnungen der Putzschicht infolge hygrothermischer Beanspruchung fhren neben Zwangspannungen im Bereich der Putzschicht zu Verformungen an den freien Wandrndern der Putzschicht. Die Grçße der maximalen Randverformungen max uR eines unendlich langen Wandstreifens kann mithilfe einer nichtlinearen FEM-Analyse unter Ansatz nichtlinearer anisotroper Materialmodelle fr die Wrmedmmung und die Putzschicht ermittelt werden [36] oder berschlglich abgeschtzt werden zu: sﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃﬃ E P dP eS,1 aT,P DT þ aF,P DF þ max uR ¼ GWD =dWD 3 Es bedeuten: Elastizittsmodul der Putzschicht EP dP Dicke der Putzschicht GWD Schubmodul der Wrmedmmung dWD Dicke der Wrmedmmung aT,P Wrmedehnzahl der Putzschicht DT maximal auftretende Temperaturdifferenz in der Putzschicht gegenber der Einbautemperatur (vereinfacht: DT = +70/–30 K) aF,P Feuchtedehnzahl der Putzschicht [36] (vereinfacht: 10–5 · 1/( % r. F.)) DF maximal auftretende Feuchtedifferenz in der Putzschicht gegenber Jahresmittelwert der relativen Luftfeuchte (vereinfacht: DF = +10/–20 % r. F.) eS,1 Endschwindmaß der Putzschicht (der Faktor 1/3 bercksichtigt die Relaxation des Putzes) Auch fr mechanisch befestigte Systeme (Schienensysteme) mit zustzlicher Verklebung (vgl. Bild 9) werden die Beanspruchungen aus Eigengewicht und hygrothermischer Beanspruchung der Verklebung zugewiesen. Die Verklebung ist damit statisch zwingend erforderlich. Ein Verzicht auf die Verklebung ist nicht zulssig, da bei rein mechanischer Befestigung große Verformungen im Bereich der Wrmedmmplatten entstehen.

533

gewichtsversuche mit Dmmstoffdicken dWD = 60 mm durchgefhrt wurden, wird diese Verformung bei davon abweichenden Dicken mit einem Faktor, der dem Verhltnis des Hebelarms dWD/60 mm entspricht, multipliziert, sodass sich die Dbelkopfverformung aus Eigengewicht zu – dWD = 60 mm: uD,g = 0,10 mm – dWD = 100 mm: uD,g = 0,17 mm – dWD = 150 mm: uD,g = 0,25 mm ergibt. Die Verformung aus der hygrothermischen Beanspruchung wird als maximale Randverformung unter Zugrundelegung der maßgebenden Lastfallkombination des Lastfalls „Schwinden“ in berlagerung mit einer Temperaturreduzierung des Putzes um 30 K ermittelt. Die vorhandene Gesamtverformung ergibt sich somit zu vorh uD, ges = uD,g + uD,S + uD,T Die vorhandene Dbelkopfverschiebung vorh uD,ges ist gegenber der aufnehmbaren Dbelkopfverschiebung zul uD abzugrenzen. Zur Festlegung der erforderlichen Sicherheit g wird dabei das Kriterium der Tragfhigkeit maßgebend, da die Standsicherheit eines WDV-Systems nach [8] auch bei Versagen der Verklebung gewhrleistet sein muss. Dabei wird ein globaler Sicherheitsbeiwert erf gD,u = 2,0 gegenber der Stahlzugfestigkeit Rm und erf gD,el = 1,5 gegenber der Streckgrenze Rel angesetzt, wobei vereinfachend und somit auf der sicheren Seite liegend die Spannung der Randfaser bemessungsmaßgebend wird. Eine weitere Traglasterhçhung bis zum vollstndigen Durchplastizieren des Querschnitts wird nicht ausgenutzt. Die maximale Dbelkopfverschiebung bei Erreichen der Stahlzugfestigkeit in der Randfaser ergibt sich zu: uD ¼ mit Rm lD dS dK ED

2 Rm I2D 3 dS=K ED

= 500 N/mm± fr Festigkeitsklasse 5.8 = dWD + dS [mm] Schaftdurchmesser [mm] Kerndurchmesser [mm] = 210.000 N/mm±

Nach [8] kann darber hinausgehend ein spannungsloser Schlupf des Dbeltellers am Schraubenkopf uSL = 0,2 mm angesetzt werden, sodass sich die aufnehmbare Gesamtverformung zul uD ergibt zu zul uD = uD + uSL und die vorhandene Sicherheit

Gegebenenfalls vorhandene Verdbelung Der Nachweis der Dbelkopfverschiebung erfolgt unter Bercksichtigung des Lastfalls „Eigengewicht“ und des Lastfalls „hygrothermische Beanspruchung“. Dabei kann der Lastfall „Eigengewicht“ nach [37] bei blichen Systemen pauschal ber eine zustzliche Dbelkopfverschiebung uD,g = 0,1 mm bercksichtigt werden – wie Versuche nach [8] besttigen. Da die Eigen-

vorh g ¼

zul uD vorh uD

Der Nachweis der Begrenzung der Dbelkopfverschiebung wird bereits im Rahmen des Zulassungsverfahrens erbracht. Des Weiteren ist auf die nationalen bauaufsichtlichen Zulassungen der Dbel hinzuweisen, nach denen bei

534

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

vernderlichen Biegebeanspruchungen (z. B. infolge Temperatur-Wechselbeanspruchung) der Spannungsausschlag sA = € 50 N/mm± um den Mittelwert sM, bezogen auf den Kernquerschnitt der Schraube, zu begrenzen ist. 4.1.2.2 Windsoglasten Grundstzlich erfolgt der Nachweis fr den Lastfall Windsog – fr rein verklebte Systeme als Nachweis der Querzug- bzw. Haftzugfestigkeit und – fr verklebte und verdbelte Systeme als Nachweis • des Dbeltellerkrempelns oder • des Dbelkopfdurchzugs durch die Wrmedmmung bzw. • des Dbelauszugs aus dem Untergrund. Fr Winddruck- bzw. Windsoglasten wird derzeit noch explizit DIN 1055-04:1986-01 [18] in Bezug genommen. Die Windlasten sind fr prismatische Baukçrper in Tabelle 3 in Abhngigkeit von der Gebudehçhe und den Gebudeabmessungen zusammengefasst. Dabei ist insbesondere auf die erhçhten Windsoglasten in den Randbereichen entsprechend DIN 1055-04 hinzuweisen. Tabelle 3. Windsoglasten [kN/m±] nach DIN 1055-04:1986-01 [18] Gebudehçhe H [m]

Normalbereich allgemein

turmartig

Randbereich

0 bis 8

0,25

0,35

1,00

8 bis 20

0,40

0,56

1,60

20 bis 100

0,55

0,77

2,20

Mit der bauaufsichtlichen Einfhrung von DIN 1055-4:2005-03 [35] werden sich die Windlasten regional entsprechend der Karte der Windgeschwindigkeitszonen gegenber der derzeitigen Regelung erhçhen. Dieses wird zuknftig bei der Bestimmung der Dbelanzahl in Abhngigkeit von den Windsogkrften bei verdbelten Systemen zu bercksichtigen sein. Inwieweit dieses auch Einfluss auf den Klebeflchenanteil u. a. bei rein verklebten Systemen hat, wird derzeit im DIBt diskutiert.

a)

b)

Rein verklebte Systeme Bei den rein verklebten Wrmedmm-Verbundsystemen (vgl. Bilder 3 und 8) werden die Windsoglasten wS ber die mindestens 40%ige Verklebung der Dmmplatten in den Untergrund weitergeleitet (vgl. Bild 17 a). Durch Festlegung von Mindestanforderungen an die Querzugfestigkeit der Dmmplatten sowie an die Abreißfestigkeiten zwischen Kleber und Dmmplatten und schließlich zwischen Dmmplatten und Unterputz gilt der Nachweis der Standsicherheit fr diese Beanspruchung als erbracht. Verklebte und verdbelte Systeme Versuchstechnische Ermittlung der erforderlichen Dbelzahl im Rahmen des Zulassungsverfahrens Bei WDVS mit Verklebung und Verdbelung (Bild 7) wird rechnerisch davon ausgegangen, dass die Windsogkrfte allein ber die Verdbelung in den Untergrund weitergeleitet werden (Bild 17 b). Die Festlegung der erforderlichen Dbelanzahl erfolgt durch entsprechende Bauteilversuche, wobei ein globaler Sicherheitsbeiwert von g = 3,0 im trockenen und g = 2,25 im durchfeuchteten Zustand des WDVS zugrunde gelegt wird. Die zulssige Windsogbeanspruchung eines WDV-Systems wird versuchstechnisch nach zwei unterschiedlichen Methoden untersucht: a) nach dem Verfahren „Berlin“ (Bild 18) b) nach dem Verfahren „Dortmund“ (Bild 19). Bei dem Verfahren „Berlin“ wird das zu prfende WDV-System auf eine Wand aufgebracht, um das WDV-System wird ein Widerlagerrahmen montiert, auf dem die Unterdruckglocke luftdicht angeschlossen wird. Der Luftraum zwischen der außenseitigen Glasscheibe und dem WDV-System wird mithilfe einer Unterdruckpumpe evakuiert, sodass der Lastfall Windsog weitgehend naturgetreu simuliert wird. Der Vorteil dieses Prfverfahrens besteht darin, dass die Verformungen des WDV-System gemessen werden kçnnen und dass das Bruchverhalten visuell whrend des Versuchs beobachtet werden kann. Zudem sind dynamische Schwelllastbeanspruchungen mçglich. Beim Verfahren „Dortmund“ wird die Windsogkraft durch auf das WDV-System aufgeklebte Schaumstoffblçcke eingeleitet, die an einem starren Haupt einer Prfmaschine angeklebt sind. Durch die Zwischen-

Bild 17. Tragmodelle zum Lastabtrag der Beanspruchung aus Windsog; a) ausschließlich verklebte WDVS, b) verklebtes und verdbeltes WDVS (Verklebung wird rechnerisch nicht angesetzt)

Anforderungen

535

Bild 19. Verfahren „Dortmund“ zur Simulation von Windsogbeanspruchungen

Ermittlung der erforderlichen Dbelzahl nach Zulassung – national abZ In den nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen wird der Nachweis im Zulassungsverfahren erbracht. Die erforderliche Dbelanzahl kann in Abhngigkeit der Windlastzonen direkt den Zulassungen entnommen werden (Tabelle 4).

Bild 18. Verfahren „Berlin“ zur Simulation von Windsogbeanspruchungen

– europisch ETA Nach den europischen Zulassungen sind fr den Lastfall „Windsog“ folgende Nachweise zu fhren: a) Nachweis der Verankerung der Dbel im Untergrund (Wand)

schaltung des Schaumstoffes zwischen der Prfmaschine und dem WDV-System soll eine weitgehend gleichmßige Krafteinleitung in das WDV-System sichergestellt werden. Der Vergleich beider Verfahren zeigt weitgehend bereinstimmende Ergebnisse. Die maßgeblichen Versagensmechanismen unter Windsogbeanspruchung sind der Durchzug des Dbelkopfes durch die Wrmedmmung oder ein Biegebruchversagen der punktgesttzten Putzschicht mit gleichzeitigem Abreißen vom Dmmstoff. Ein Herausziehen der Dbel aus dem Verankerungsgrund tritt bei fachgerechter Auswahl der Dbellastklasse in Abhngigkeit vom Verankerungsgrund nicht auf.

Sd £ NRd dabei ist Sd = g F · W NRd = NRk / gM,U mit Sd NRd W NRk

Bemessungswert der Windsoglast Bemessungswert der Beanspruchbarkeit des Dbels Einwirkungen aus Wind charakteristische Zugtragfhigkeit des Dbels (gemß Anhang der jeweiligen Dbel-ETA)

Tabelle 4. Erforderliche Mindestdbelanzahl bei Dbelteller ˘ 60 mm fr den Lastfall Windsogbeanspruchung bei blichen WDVS Dicke

Dbellastklasse

H£8m

(mm)

(kN/Dbel)

Flche

Polystyrolpartikelschaum

40–55

‡ 0,15

60–100

Mineralfaser Typ TR15

Dmmstoff

Lamellen

8 m < H < 20 m

20 m < H < Anwendungsgrenze

Rand

Flche

Rand

Flche

Rand

5

8

5

10

6

14

‡ 0,15

4

8

4

10

6

14

40–55

‡ 0,15

5

8

5

10

6

14

60–120

‡ 0,15 ‡ 0,25

4 4

4 8

4 4

8 10

4 6

10 14

‡ 0,20 ˘ 140 mm

4

5

4

8

4

11

536 gF gM,U

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

1,5 (Sicherheitsbeiwert fr die Einwirkungen aus Wind) Sicherheitsbeiwert des Ausziehwiderstandes der Dbel aus dem Untergrund nach ETA des jeweiligen Dbeltyps

b) Nachweis des WDVS

die unter Windsogbeanspruchung auftreten, sind zum einen ein Ausbrechen der Dmmplatte im Bereich der Auflagerung auf den Halteschienen und zum anderen das Durchziehen (Durchknçpfen) des Dbelkopfes durch die Halteschiene. 4.1.3

Sd £ R d dabei ist Rd ¼

RFl¨ache nFl¨ache þ RFuge nFuge g M;S

mit Rd RFuge, RFlche nFuge, nFlche gM,S

Bemessungswert des Widerstandes des WDVS Die aus dem WDVS resultierende Versagenslast (Mindestwert) im Bereich bzw. nicht im Bereich der Plattenfugen Anzahl der Dbel (je m±) die im Bereich bzw. nicht im Bereich der Plattenfugen gesetzt werden. 2,0 (Sicherheitsbeiwert des Widerstandes des WDVS)

c) Mindestdbelanzahl Mindestens in jede T-Fuge der Dmmstoffplatten ist ein Dbel zu setzen, wobei 4 Dbel pro m± nicht unterschritten werden drfen. Systeme mit Schienenbefestigung Bei WDVS mit Schienenbefestigung (Bild 9) werden die Windsogkrfte ber die Halteschienen (vgl. Bild 20) und die erforderlichen Zusatzdbel in Dmmplattenmitte in den Untergrund eingeleitet. Die Festlegung der erforderlichen Dbelanzahl erfolgt durch entsprechende Bauteilversuche. Die mçglichen Bruchmechanismen,

Regelungen bezglich der Ausfhrung der verschiedenen Systeme

Die wichtigsten Regelungen fr die einzelnen Systeme, die sich aus dem Standsicherheitsnachweis ergeben, sind nachfolgend stichpunktartig zusammengestellt. Bei den mit *) gekennzeichneten Anforderungen sind die in den Zulassungen genannten systemspezifischen Werte einzuhalten. 4.1.3.1 WDVS mit angeklebten Dmmstoffplatten aus Polystyrol-Partikelschaum a) tragender Untergrund – klebegeeignet (z. B. Mauerwerk gemß DIN 1053, Stahlbeton u. .), Wandoberflche fest, trocken, staubfrei, frei von ungeeigneten Altbeschichtungen, – erforderliche Mindestabreißfestigkeit (Prfung gemß DIN 18555-6), – erf bHZ ‡ 0,08 N/mm±, – Unebenheiten bis 1 cm/m drfen mithilfe der Verklebung ausgeglichen werden. Grçßere Unebenheiten sind mit einem geeigneten Mçrtel auszugleichen. b) Verklebung – Aufbringen des Klebemçrtels auf die Dmmplatten mit „Wulst-Punkt-Methode“ (Bild 4), bzw. maschinell, manderfçrmig (Bild 5), – Mindestverklebungsflche 40 % bzw. 60 % *), bezogen auf die Flche einer Dmmplatte, – Abreißfestigkeit zwischen Kleber und Dmmstoff auch nach Wasserlagerung bHZ ‡ 0,08 N/mm±. c) – – –

Dmmplatten Polystyrol-Partikelschaum nach DIN EN 13163 Plattendicke dWD £ 400 mm, Mindestquerzugfestigkeit bQZ ‡ 0,1 N/mm±.

d) Unterputz/Glasfasergewebe – Glasfasergewebe aus E-Glas mit Kunststoffbeschichtung, – Mindestreißfestigkeit Gewebe gemß DIN 53857-1: Anlieferungszustand: bT ‡ 1,75 kN / 5 cm *) 28 Tage 5 % Natronlauge bei 23 C: bT, 23 ‡ 0,85 kN / 5 cm *) 6 Stunden alkalische Lçsung bei 80 C: bT, 80 ‡ 0,75 kN / 5 cm *) – Abreißfestigkeit zwischen Unterputz und Dmmstoff im nassen Zustand bHZ ‡ 0,03 N/mm±. Bild 20. Tragmodelle zum Lastabtrag der Windsogkrfte ber die Halteschienen des WDVS

e) Anwendungsbereich – bis „Hochhausgrenze“, – WDVS ist schwer entflammbar (DIN 4102 – B1).

Anforderungen

4.1.3.2 WDVS mit angeklebten und angedbelten Dmmstoffplatten a) tragender Untergrund – geeignet fr Verdbelung, – Unebenheiten bis 2 cm/m drfen mithilfe der Verklebung ausgeglichen werden. Grçßere Unebenheiten sind mit geeignetem Mçrtel auszugleichen. b) Verklebung – Aufbringen des Klebemçrtels auf die Dmmplatten mit „Wulst-Punkt-Methode“ (Bild 4), – Mindestverklebungsflche 40 % *), – Abreißfestigkeit zwischen Kleber und Dmmstoff (Polystyrol-Partikelschaum) auch im nassen Zustand bHZ ‡ 0,08 N/mm±. c) Dmmplatten – Polystyrol-Partikelschaum nach DIN EN 13163, schwer entflammbar, Plattendicke dWD £ 300 mm, Mindestquerzugfestigkeit bQZ ‡ 0,1 N/mm± (100 kN/m±), – Mineralwolle-Dmmstoffplatten nach DIN EN 13162, nichtbrennbar, Plattendicke 40 mm £ dWD £ 300 mm d) Unterputz/Glasfasergewebe – Glasfasergewebe aus E-Glas mit Kunststoffbeschichtung, – Mindestreißfestigkeit Gewebe gemß DIN 53857-1: – Anlieferungszustand: bT ‡ 1,75 kN/5 cm 28 Tage 5 % Natronlauge bei 23 C: bT, 23 ‡ 0,85 kN/5 cm *) Stunden alkalische Lçsung bei 80 C: bT, 80 ‡ 0,75 kN/5 cm *) Abreißfestigkeit Unterputz/Dmmstoff im nassen Zustand: £ 30 % bezogen auf den trockenen Zustand. e) Dbel – Verwendung bauaufsichtlich zugelassener Dbel, – Mindestanzahl an Dbeln (Dbelteller ˘ 60 mm) fr WDVS gemß Tabelle 4 f) Anwendungsbereich – mit Polystyrol-Dmmplatten als schwer entflammbares System (DIN 4102 – B1) bis zur Hochhausgrenze, – mit Mineralwolle-Dmmplatten und mineralischen Putzsystemen als unbrennbares System (DIN 4102 – A) bis 100 m Gebudehçhe. 4.1.3.3 WDVS mit angeklebten MineralwolleLamellen a) tragender Untergrund – klebegeeignet (z. B. Mauerwerk gemß DIN 1053, Stahlbeton etc.), Wandoberflche fest, trocken, staubfrei, frei von ungeeigneten Altbeschichtungen, – erforderliche Mindestabreißfestigkeit (Prfung gemß DIN 18555-6), erf bHZ ‡ 0,08 N/mm±, *) siehe Hinweis unter Abschnitt 4.1.3

537

– Unebenheiten bis 1 cm/m drfen mithilfe der Verklebung ausgeglichen werden. Grçßere Unebenheiten sind mit einem geeigneten Mçrtel auszugleichen. b) Verklebung – Der Klebemçrtel muss in die Lamelle eingearbeitet werden (Pressspachtelung), anschließend wird eine zweite Lage Klebemçrtel vollflchig mit Kammspachtel aufgebracht. – Verklebungsflche 100 % (bei vorbeschichteten Lamellen ‡ 50 % *) – Abreißfestigkeit zwischen Kleber und Dmmstoff bHZ ‡ 0,08 N/mm± (trockener Zustand) bHZ ‡ 0,03 N/mm± (nasser Zustand). c) Dmmplatten – Mineralwollelamellen, nichtbrennbar (DIN 4102 – A), Plattendicke 40 mm £ dWD £ 200 mm, – Mindestquerzugfestigkeit bQZ ‡ 0,08 N/mm±, – Mindestschubmodul G ‡ 1,0 N/mm± geprft nach DIN EN 12090. d) Unterputz/Glasfasergewebe – Glasfasergewebe aus E-Glas mit Kunststoffbeschichtung, – Mindestreißfestigkeit Gewebe gemß DIN 5385-1: – Anlieferungszustand: bT ‡ 1,75 kN / 5 cm *) 28 Tage 5 % Natronlauge bei 23 C: bT, 23 ‡ 0,85 kN / 5 cm *) Stunden alkalische Lçsung bei 80 C: bT, 80 ‡ 0,75 kN / 5 cm *) Abreißfestigkeit zwischen Unterputz und Dmmstoff im nassen Zustand bHZ ‡ 0,03 N/mm±. e) – – –

Anwendungsbereich bis Gebudehçhe £ 100 m, WDVS ist nichtbrennbar (DIN 4102 – A), ber 20 m Hçhe ist eine Verdbelung mit bauaufsichtlich zugelassenen Dbeln und Dbeltellern ˘ 60 mm durch das Glasfasergewebe oder mit Dbeltellern ˘ 140 mm unterhalb des Gewebes zumindest im Randbereich des Gebudes erforderlich (vgl. systemspezifischen Werte der bauaufsichtlichen Zulassung).

4.1.3.4 WDVS mit Schienenbefestigungen a) tragender Untergrund – geeignet fr Verdbelungen, – Unebenheiten bis 3 cm/m drfen durch Unterftterung der Halteschienen ausgeglichen werden. Grçßere Unebenheiten sind mit einem geeigneten Mçrtel auszugleichen. b) Verklebung – Aufbringen des Klebemçrtels auf die Dmmplatten als Mçrtelbatzen, – Mindestverklebungsflche 10 % (Polystyrolplatten) bzw. 20 % (Mineralwolleplatten).

538

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

c) Dmmplatten – Polystyrol-Partikelschaum, schwer entflammbar, Anwendungstyp, Plattendicke 60 mm £ dWD £ 200 mm, Mindestquerzugfestigkeit bQZ ‡ 0,15 N/mm±, – Mineralwolle-Dmmstoffplatten nach DIN EN 13162, nichtbrennbar (DIN 4102 – A), Plattendicke 60 mm £ dWD £ 200 mm, Mindestquerzugfestigkeit bQZ ‡ 14 kN/m±. d) Halte- und Verbindungsschienen – Schienen aus Aluminium AlMgSi 0,5 F 22 (DIN 1748-1) fr Mineralwolleplatten, – Schienen aus PVC-hart (DIN 7748, PVC-U, EDLP, 080-25-28) fr Polystyrol-Hartschaumplatten, – Dbelkopfdurchzugskraft ‡ 0,70 kN, – Befestigung der Halteschienen mit Dbeln (Kragenkopf ˘ 16 mm) im Abstand von 30 cm. e) Unterputz/Glasfasergewebe – Glasfasergewebe aus E-Glas mit Kunststoffbeschichtung, – Mindestreißfestigkeit Gewebe gemß DIN 53857-1: – Anlieferungszustand: bT ‡ 1,75 kN / 5 cm *) 28 Tage 5 % Natronlauge bei 23 C: bT, 23 ‡ 0,85 kN / 5 cm *) Stunden alkalische Lçsung bei 80 C: bT, 80 ‡ 0,75 kN / 5 cm *) Abfall der Abreißfestigkeit zwischen Unterputz und Dmmstoff im nassen Zustand: £ 30 % bezogen auf den trockenen Zustand. f) Verdbelung – Zustzliche Dbel (Tellerdurchmesser 60 mm) je Platte gemß Tabelle 4. g) Anwendungsbereich – mit Polystyrol-Dmmplatten und PVC-Halteschienen als schwer entflammbares System bis zur Hochhausgrenze, – mit Mineralwolle-Dmmplatten und Halteschienen aus Aluminium sowie einem mineralischen Putzsystem als unbrennbares System (DIN 4102 – A) bis 100 m Gebudehçhe. 4.2

Brandschutz

4.2.1

Anforderungen

Im Hinblick auf den Brandschutz sind die Anforderungen nach DIN 4102 [38] und der Muster- bzw. Landesbauordnung zu erfllen, in denen die Verwendung von nichtbrennbaren bzw. schwer entflammbaren Baustoffen geregelt ist. Die zustzlichen Bestimmungen der Richtlinien fr die Verwendung brennbarer Baustoffe im Hochbau [38] sind zu beachten.

*) siehe Hinweis unter Abschnitt 4.1.3

In Deutschland wurde bisher die Klassifizierung der Baustoffe hinsichtlich der Brennbarkeit in fnf Klassen nach DIN 4102-1 [38] vorgenommen: A nichtbrennbar A1 – Baustoffe ohne brennbare Bestandteile A2 – Baustoffe mit brennbaren Bestandteilen B brennbar B1 – schwer entflammbar B2 – normal entflammbar B3 – leicht entflammbar Entsprechend der europischen Normung werden nach EN 13501-1 [28] folgende Klassifizierungen hinsichtlich der Brennbarkeit von Baustoffen vorgenommen: A1 + A2 kein Beitrag zum Brand B sehr begrenzter Brandbeitrag bezglich – Wrmeausbreitung – Flammenausbreitung – Rauchausbreitung C begrenzter Brandbeitrag D hinnehmbarer Brandbeitrag E hinnehmbares Brandverhalten – hinnehmbare Entzndbarkeit – begrenzte Flammenausbreitung F keine Brandschutzleistung Neben den oben aufgefhrten Hauptkriterien werden zustzlich die Rauchentwicklung (s = smoke) und das brennende Abtropfen (d = droplet) von Baustoffen in mehreren Stufen klassifiziert. Die Rauchklassen sind mit s1, s2 und s3 festgelegt und fr das brennende Abtropfen erfolgt die Klassifizierung mit d0, d1 und d2. Auf nationaler Ebene kçnnen die Anforderungen im Hinblick auf die Brennbarkeit der Baustoffe von den einzelnen Lndern nach eigenem Ermessen festgelegt werden. Die Umsetzung der europischen Klassen in die in Deutschland vorgesehenen bauaufsichtlichen Anforderungen geschieht nherungsweise nach Tabelle 5 [40]. Durch die differenziertere Beurteilung der Baustoffe ergeben sich auch vernderte Beurteilungen in brandschutztechnischer Hinsicht: Anders als nach der bisherigen Klassifizierung entsprechend DIN 4201-1 [38] erfllt also nicht jeder Baustoff der Klasse A die Anforderungen an nichtbrennbare Baustoffe; so stellt eine Klassifizierung A2 – s2 d0 oder A2 – s1 d1 einen „schwerentflammbaren“ Baustoff dar. Im Hinblick darauf, dass die Prfeinrichtungen in den einzelnen europischen Lndern zurzeit noch nicht zu gleichen Ergebnissen hinsichtlich der brandschutztechnischen Klassifizierung fhren, ist die Klassifizierung – mit Ausnahme A1 – nach europischen Normen noch nicht sinnvoll mçglich. Zurzeit sollte im Rahmen der nationalen berwachung (-Zeichen) die Einstufung hinsichtlich der Brennbarkeit zustzlich nach den Bauordnungen erfolgen (siehe hierzu Bauregelliste B Teil 1, Anlage 03 [12]).

Anforderungen

539

Tabelle 5. Klassifizierung des Brandverhaltens von Wrmedmmstoffen nach europischen Normen sowie die dazugehçrigen Anforderungen [40] Bauaufsichtliche Anforderungen

Zusatzanforderungen

Europische Klasse nach Klassen nach DIN EN 13501-1 [49] DIN 4102-1 [38]

kein Rauch

brennendes Abfallen/ Abtropfen

nichtbrennbar

X

X

A1

A1

mindestens

X

X

A2 – s1 d0

A2

X

X

B – s1 d0 C – s1 d0

B1 1)

X

A2 – s2 d0 A2 – s3 d0 B – s2 d0 B – s3 d0 C – s2 d0 C – s3 d0

schwerentflammbar

X

A2 – s1 d1 A2 – s1 d2 B – s1 d1 B – s1 d2 C – s1 d1 C – s1 d2

mindestens

normalentflammbar

A2 – s3 d2 B – s3 d2 C – s3 d2 X

D – s1 d0 D – s2 d0 D – s3 d0 E

B2 1)

D – s1 d2 D – s2 d2 D – s3 d2 mindestens leichtentflammbar

E – d2 F

B3

1) Angaben ber hohe Rauchentwicklung und brennendes Abtropfen/Abfallen im Verwendbarkeitsnachweis und in der Kennzeichnung

4.2.2

Regelungen bezglich der Ausfhrung der verschiedenen Systeme

4.2.2.1 Systeme mit hochpolymeren Dmmstoffen WDVS mit Dmmstoffen aus Polystyrol-Hartschaum oder Polyurethan-Hartschaum werden im eingebauten Zustand der Baustoffklasse DIN 4102 – B1 zugeordnet und drfen nur bis zur Hochhausgrenze (Fußboden des hçchstgelegenen Aufenthaltsraums £ 22 m ber Gelndeoberflche) verwendet werden. Bei Gebuden, die direkt an Nachbargebude angrenzen, ist ein Streifen b ‡ 1 m im Bereich der Haustrennwand aus nichtbrennbarem Material (Baustoffklasse A) anzuordnen(vgl. [41]), um im Falle eines Brandes einen Brandberschlag von einem Gebude auf das Nachbargebude zu vermeiden (Bild 21).

Bei Polystyrol-WDVS mit Dmmplattendicken ber 100 mm mssen Zusatzmaßnahmen ergriffen werden, um im Brandfall ein Wegschmelzen des Polystyrols zu verhindern. Hierzu sind drei Alternativen zu nennen: a) Mineralwolle-Lamellen oberhalb von Wandçffnungen, b) doppelt vorgelegte Glasgewebebewehrung des Putzes im Sturzbereich, c) umlaufender Brandriegel. a) Mineralwolle-Lamellen oberhalb von Wandçffnungen Oberhalb jeder Fenster- oder Trçffnung muss im Sturzbereich ein mindestens 200 mm hoher Mineralwolle-Lamellendmmstreifen Baustoffklasse A nach DIN 4102-1 oder der europischen Klasse A1 oder

540

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Bild 21. Zustzliche Anforderungen an den Brandschutz im Bereich von Gebudetrennfugen von Reihenhusern – Details im Bereich versetzter Gebude (aus [41])

A2-s1,d0 nach DIN EN 13501-1 angeordnet werden (Bild 22). Gleiches gilt fr die Leibung im Sturzbereich. In den bauaufsichtlichen Zulassungen heißt es: Bei Dmmstoffplatten mit Dicken ber 100 mm muss aus Brandschutzgrnden oberhalb jeder ffnung im Bereich der Strze ein mindestens 200 mm hoher und mindestens 300 mm seitlich berstehender (links und rechts der ffnung) nichtbrennbarer Mineralwolle-Dmmstreifen (Baustoffklasse DIN 4102-A nach DIN 4102-1 [38] oder der europischen Klasse A1 oder A2-s1,d0 nach DIN EN 13501-1 [28]) vollflchig angeklebt werden, im Kantenbereich ist das Bewehrungsgewebe zustzlich mit Gewebe-Eckwinkeln zu verstrken. Werden hierbei auch Laibungen gedmmt, ist fr die Dmmung der horizontalen Laibung im Sturzbereich ebenfalls nichtbrennbarer Mineralwolle-Dmmstoff (Baustoffklasse DIN 4102 – A nach DIN 4102-1 oder der europischen Klasse A1 oder A2 – s1,d0 nach DIN EN 13501-1) zu verwenden. Fr andersartige Einbausituationen, z. B. bei rohbaubndigen Rollladenksten oder bei Vorsatzrollladen-

ksten kçnnen Konstruktionsvarianten genannt werden, die auf umfangreichen Brandversuchen [42] basieren (Bilder 23 und 24). b) doppelt vorgelegte Glasgewebebewehrung des Putzes im Sturzbereich In einzelnen Zulassungen fr WDVS wird eine gleichwertige Alternativlçsung angegeben, die im Rahmen von Sonderprfungen fr Systeme mit expandierten Polystyrol-Hartschaumplatten, die mit Graphit – bzw. Aluminiumpartikeln zur Reduzierung der Wrmeleitfhigkeit versehen sind, nachgewiesen wurden. Bei diesen Systemen wird eine zustzlich vorgelegte Gewebeschlaufe entsprechend Bild 25 ausgefhrt. c) umlaufender Brandriegel Als dritte Lçsung kann die Ausfhrung eines umlaufender Mineralwolle-Dmmstreifen in Geschossdeckenebene eines jeden bzw. maximal eines jeden zweiten Geschosses genannt werden.

Bild 22. Nichtbrennbare Wrmedmmung (Mineralfaserdmmung) im Bereich der Fensterçffnungen zur Vermeidung eines Brandberschlages bei WDVS mit Dmmplatten aus Polystyrol (d > 100 mm)

Anforderungen

541

Bild 23. Wie Abb. 22, bei Anordnung eines rohbaubndigen Rollladenkastens (nach [31])

Bild 24. Wie Abb. 22, bei Anordnung eines vorgesetzten Rollladenkastens (nach [31])

4.2.2.2 Systeme mit Mineralwolle- oder Mineralschaum-Dmmstoffen WDVS mit Mineralwolle- oder Mineralschaum-Dmmplatten sind im eingebauten Zustand der Baustoffklasse A2 zuzuordnen und kçnnen somit ber die Hochhausgrenze hinausgehend bis zu einer Gebudehçhe von 100 m (diese Hçhenbegrenzung ergibt sich aus der Windbeanspruchung) eingesetzt werden.

Bild 25. Alternativlçsung zu Abb. 22, sofern in Zulassung explizit angegeben

4.3

Wrmeschutz

4.3.1

Anforderungen

Die Anforderungen an den winterlichen wie an den sommerlichen Wrmeschutz sind festgelegt in: – DIN 4108-2 [43] sowie – Energieeinsparverordnung (EnEV) [44]. 4.3.2

Nachweise

4.3.2.1 Winterlicher Wrmeschutz Nach den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen ist fr den rechnerischen Nachweis des Wrmeschutzes fr die Dmmstoffplatten der Bemessungswert der Wrme-

542

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

leitfhigkeit gemß DIN V 4108-04 [46] anzusetzen. Bei Verwendung von Dmmstoffplatten, die darber hinausgehend eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zur Festlegung des Bemessungswertes der Wrmeleitfhigkeit haben, darf dieser Wert entsprechend den Regelungen der Zulassung in Ansatz gebracht werden. Fr den Klebemçrtel und das Putzsystem wird in der Regel ein R-Wert von 0,02 (m± · K)/W angesetzt. Im Hinblick auf die Minderung des Wrmebrckeneinflusses ist auf DIN 4108, Beiblatt 2 [47] hinzuweisen. Bei WDV-Systemen mit Verdbelung wird der Einfluss der punktuellen Wrmebrcken infolge der Dbel durch einen Zuschlag als c-Wert zum Wrmedurchgangskoeffizienten des unverdbelten Systems UO [W/(m± K)] erfasst:

n c

Anzahl der Dbel je m± Außenwandflche (i. M. 7 Dbel/m±) punktfçrmiger Wrmebrckeneinfluss eines Dbels [W/K] c = 0,008 W/K fr Dbelklasse (1) = 0,006 W/K fr Dbelklasse (2) = 0,004 W/K fr Dbelklasse (3) = 0,002 W/K fr Dbelklasse (4)

Aufgrund von Messungen und Berechnungen sind die Werte c in Abhngigkeit vom Dbeltyp vom DIBt entsprechend Bild 26 festgelegt worden. Eine Absenkung der Temperatur auf der inneren Wandoberflche infolge der Dbel ist jedoch fr bliche Wandkonstruktionen vernachlssigbar: Der Temperaturabfall ist in der Praxis nicht grçßer als 0,1 bis 0,2 K.

U = UO + n c

4.3.2.2 Sommerlicher Wrmeschutz

mit U Wrmedurchgangskoeffizient der Außenwand unter Bercksichtigung der durch die Dbel verursachten Wrmebrcken [W/(m± K)] UO Wrmedurchgangskoeffizient der Außenwand ohne die durch die Dbel verursachten Wrmebrcken [W/(m± K]

Der Nachweis des sommerlichen Wrmeschutzes ist nach der Energieeinsparverordnung EnEV mit dem in DIN 4108-2 beschriebenen Verfahren grundstzlich fr smtliche Rume von Wohn- und Nichtwohngebuden zu fhren. Nur bei Wohngebuden mit einem Fensterflchenanteil unter 30 % kann der Nachweis auf einzelne, kritische Rume beschrnkt werden.

Bild 26. c-Werte in Abhngigkeit vom Dbeltyp

Tabelle 6. Zu bercksichtigender Wrmebrckeneinfluss bei berschreitung der durchschnittlichen Dbelanzahl in Abhngigkeit von der Dbelklasse d £ 50 mm

50 < d £ 100 mm

100 < d £ 150 mm

d > 150 mm

Dbelklasse

n>5

n>3

n>2

n>1

(1) Dbel mit Stahlschraube (˘ 10 mm), nicht geschtzter Schraubenkopf

n>7

n>4

n>3

n>2

(2) Dbel mit Stahlschraube (˘ 8 mm), nicht geschtzter Schraubenkopf

n > 10

n>6

n>4

n>3

(3) Dbel mit galvanisch verzinkter Stahlschraube, kunststoffumspritzter Schraubenkopf

n > 20

n > 12

n>8

n>6

(4) Dbel mit Edelstahlschraube, kunststoffumspritzter Schraubenkopf

Anforderungen

Ziel der Anforderungen ist es, auf eine aktive, maschinelle Khlung oder Klimatisierung verzichten zu kçnnen und durch passive Maßnahmen – wie z. B. durch eine schwere Bauart mit einer hohen speicherfhigen Masse – eine berhitzung zu vermeiden. Obwohl die tragende Konstruktion der Außenwnde, welche in der Regel aus massiven Wandbaustoffen besteht, bei dem berschlgigen Verfahren nach DIN 4108-02 rechnerisch nur begrenzt als speicherfhige Masse in Ansatz gebracht werden darf, wird der sommerliche Wrmeschutz verbessert, da die tragende Konstruktion infolge des hohen Wrmedurchlasswiderstandes des WDV-Systems vom Außenklimaverlauf weitestgehend entkoppelt wird, wie instationre Wrmestromberechnungen zeigen. 4.4

Schallschutz

Bei einer Außenwand mit WDVS handelt es sich um einen 2-Massen-Schwinger (Masse 1 = Putzsystem; Masse 2 = tragende Wandkonstruktion), dessen Massen ber eine Feder (Wrmedmmung, Verdbelung) miteinander gekoppelt sind (Bild 27). Hieraus kçnnen sich bei bestimmten WDVS (steife Verankerung, steife Wrmedmmung oder leichte Putzsysteme) Einbrche im frequenzabhngigen Schalldmm-Maß infolge Resonanz ergeben, die durch einen Korrekturwert als Abminderung bercksichtigt werden mssen. Bei anderen Systemen zeigt sich wiederum eine Verbesserung des Schalldmm-Maßes. 4.4.1

Anforderungen

Die Anforderungen an den Schallschutz gegen Außenlrm sind DIN 4109 [48] in Abhngigkeit von der Nutzung des Gebudes und dem maßgeblichen Außenlrmpegel zu entnehmen. Zuknftig ist entsprechend DIN EN 12354 [49] auch die Frequenzabhngigkeit der Außenlrmquellen, wie fr schnellen Schienenverkehr oder innerstdtischen Verkehrslrm, durch Spektrum-Anpassungswerte zu bercksichtigen. 4.4.2

Nachweise

Beim Nachweis des vorhandenen Schalldmm-Maßes einer Außenwand mit einem WDV-System muss der Einbruch des frequenzabhngigen Schalldmm-Maßes infolge Resonanz bercksichtigt werden. Bei Wnden mit Fenstern oder Tren wird dann das resultierende Schalldmm-Maß in Abhngigkeit von dem Schalldmm-Maß der Wand mit WDVS und dem Schalldmm-Maß der Fenster ermittelt. Dieses resultierende Schalldmm-Maß wird den Anforderungen nach DIN 4109 gegenber gestellt. Bei hohem Fensterflchenanteil dominiert der Einfluss der i. d. R. schlechter schalldmmenden Fenster gegenber der Wandkonstruktion.

543

Bild 27. Masse-Feder-Masse-Modell einer Massivwand mit WDVS

4.4.2.1 Nachweis nach DIN 4109 Fr den Nachweis des Schallschutzes nach DIN 4109 [48] ist der Rechenwert des bewerteten SchalldmmMaßes R0w,R der Wandkonstruktion entsprechend der nationalen bzw. europischen Zulassungen nach folgender Gleichung zu ermitteln: R0w,R = R0w,R,o + DRw,R mit R0w,R,o Rechenwert des bewerteten Schalldmm-Maßes der Massivwand ohne WDVS, ermittelt nach Beiblatt 1 zu DIN 4109 [50] in dB DRw,R Korrekturwert in dB Die Korrekturwerte DRw,R kçnnen fr das jeweilige WDVS aus – der entsprechenden nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung oder – der nationalen Anwendungszulassung zur jeweiligen europischen Zulassung (ETA) als – auf der sicheren Seite liegender Wert oder – in Abhngigkeit vom konkreten Systemaufbau nach einem Rechenverfahren ermittelt werden. Der genauere rechnerische Nachweis bercksichtigt den Einfluss von – der Lage der Resonanzfrequenz f0, – ggf. vorhandenen Dbel, – dem Flchenanteil der Verklebung sowie – verschiedenen Trgerwnden wie folgt: DRw,R = DR0w,S + KDbel + KKlebung + KTrgerwand Resonanzfrequenz Der Einfluss der Resonanzfrequenz f0 auf das bewertete Schalldmm-Maß wird durch den Korrekturwert DR0w,S beschrieben. Die Lage der Resonanzfrequenz wird durch die Grçße der Massen m1 und m2 sowie die Federsteifigkeit s0 bestimmt. Da die flchenbezogene Masse einer Massivwand deutlich grçßer als die der ußeren

544

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Bekleidung ist, vereinfacht sich die Berechnung der Resonanzfrequenz f0 wie folgt: rﬃﬃﬃﬃﬃﬃ s0 f0 ¼ 160 m1 mit s0 dynamische Steifigkeit der Dmmschicht in MN/m. Sie ist nach DIN EN 29052-01 an Proben zu bestimmen, die nicht einer vorherigen Druckbeanspruchung unterzogen wurden. Der rechnerische Ansatz erfolgt mit den nach DIN EN 13163 ff. angegebenen Stufen m1 flchenbezogene Masse der ußeren Bekleidung in kg/m± Vergleicht man das frequenzabhngige SchalldmmMaß R von einer massiven Außenwand mit und ohne WDVS (Bild 28), so kçnnen drei Frequenzbereiche unterschieden werden:

Bild 28. Frequenzabhngiges Schalldmm-Maß R einer Massivwand mit und ohne WDVS [41]

– Bereich 1: Im Frequenzbereich unterhalb der Resonanzfrequenz schwingen beide Massen gleichphasig, als wren sie starr gekoppelt. Es ergibt sich durch das WDVS keine Vernderung der Schalldmmung gegenber einem einschaligen gleichschweren Bauteil. Die frequenzabhngige Schalldmmung erhçht sich um 6 db je Oktave (Frequenzverdoppelung).

– Bereich 3: Oberhalb der Resonanzfrequenz schwingt die Masse der Bekleidung mit einer derart hohen Frequenz, dass die schwere tragende Wand diesen Schwingungen nicht mehr folgen kann. Es tritt eine Entkopplung der beiden Massen ein. Die Amplituden werden kleiner als die Anregung. Die Schalldmmung wird durch die Anordnung des WDVS erheblich verbessert (12 dB je Oktave).

– Bereich 2: Im Bereich der Resonanzfrequenz schwingen beide Massen gegenphasig. Die Eigenschwingung des Systems stimmt mit der Anregungsfrequenz berein (Resonanz). Die Amplituden sind grçßer als die Anregung, dadurch wird die Schalldmmung erheblich verschlechtert.

Fr die Schalldmmung der Außenwand mit WDVS ist die Lage der Resonanzfrequenz in Bezug auf den bauakustisch relevanten Frequenzbereich von besonderer Bedeutung. Je grçßer die dynamische Steifigkeit der Dmmschicht und je kleiner die Masse der Bekleidung, umso grçßer ist die Resonanzfrequenz. Fr baubliche Randbedin-

Bild 29. Resonanzfrequenz von Massivwnden mit WDVS in Abhngigkeit von der dynamischen Steifigkeit s0 und der flchenbezogenen Masse des Außenputzes oder der Bekleidung [51]

Anforderungen

545

Tabelle 7. Dynamischer Elastizittsmodul Edyn in MN/m± [51] Dmmstoffart

Dynamischer Elastizittsmodul Edyn (MN/m±)

expandierte Polystyrol-Platten (EPS)

4,800

expandierte Polystyrol-Platten, elastifiziert (EEPS)

0,680

Mineralwolle-Lamellen

5,150

Mineralwolle-Dmmplatten (Typ HD, TR 14), 0,480 Anwendungstyp WD, TR 7,5 Mineralwolle-Dmmplatten, Anwendungstyp WV, TR 1

0,440

Bild 30. Korrektur der Schalldmmung DRw,S [dB] in Abhngigkeit von der Resonanzfrequenz f0 [Hz] [51]

gungen lsst sich die Resonanzfrequenz entsprechend Bild 29 ermitteln. Geringe Resonanzfrequenzen fhren entsprechend Bild 30 zu einer Verbesserung der Schalldmmung. Geringe Resonanzfrequenzen ergeben sich aus einer hohen flchenbezogenen Masse der Bekleidung und einer geringen dynamischen Steifigkeit des Dmmstoffs. Fr die dynamische Steifigkeit s0 gilt: s0 ¼

Edyn d

mit Edyn dynamischer Elastizittsmodul in MN/m± (Tabelle 7) d Dmmstoffdicke in m

Bild 31. Einfluss einer Verdbelung, Korrekturwert KDbel in Abhngigkeit vom resonanzfrequenzbezogenen Verbesserungsmaß DRw,S [dB] (aus [51]) fr 4 Dbel je m±

Je kleiner also der dynamische Elastizittsmodul und je dicker der Dmmstoff, umso kleiner die dynamische Steifigkeit. Je kleiner die dynamische Steifigkeit und je grçßer die flchenbezogene Masse der Bekleidung, umso kleiner ist die Resonanzfrequenz und umso besser die Schalldmmung. Verdbelung Eine Verdbelung von WDVS fhrt in der Regel zu einer Verminderung der Schalldmmung. Die Dbel wirken als „Schallbrcken“ bzw. als zustzliche Versteifung des Systems. Dabei ist die Minderung durch die Verdbelung umso grçßer, je niedriger die Resonanzfrequenz des unverdbelten Systems ist (Bild 31). Bei WDVS mit hçherer dynamischer Steifigkeit des Dmmstoffs wirkt sich die Verdbelung nur geringfgig aus. Klebeflchenanteil Mit zunehmendem Klebeflchenanteil vermindert sich die Schalldmmung des Systems (Bild 32).

Bild 32. Einfluss des Klebeflchenanteils, Korrekturwert KKlebung in [dB] (aus [51])

546

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Tabelle 8. Korrekturwert KTrgerwand [dB] in Abhngigkeit vom bewerteten Schalldmm-Maß der Trgerwand [51] Resonanzfrequenz f0 [Hz]

Bewertetes Schalldmm-Maß der Trgerwand Rw [dB] 43–45

46–48

49–51

52–54

55–57

58–60

f0 £ 60 Hz

10

7

3

0

–3

–7

60 Hz < f0 £ 80 Hz

9

6

3

0

–3

–6

80 Hz < f0 £ 100 Hz

8

5

3

0

–3

–5

100 Hz < f0 £ 140 Hz

6

4

2

0

–2

–4

140 Hz < f0 £ 200 Hz

4

3

1

0

–1

–3

200 Hz < f0 £ 300 Hz

2

1

1

0

–1

–1

300 Hz < f0 £ 400 Hz

0

0

0

0

0

0

400 Hz < f0 £ 500 Hz

–1

–1

0

0

0

1

500 Hz < f0

–2

–1

–1

0

1

1

Ein baublicher Klebeflchenanteil von 40 bis 100 % fhrt zu einer Verminderung des Schalldmm-Maßes um 0 bis 3 dB.

Zunchst wird das Schalldmm-Maß der Massivwand mit WDVS ermittelt, indem das Schalldmm-Maß der Massivwand ohne WDVS um den Einfluss des WDVS DRw,R korrigiert wird. Da nach dem neuen Nachweisverfahren nach DIN EN 12354 [49] die verschiedenen Schallbertragungswege einzeln betrachtet werden, muss der Wert dann nach dem in Beiblatt 3 zu DIN

4109 [52] angegebenen Verfahren in das bewertete Schalldmm-Maß Rw – also ohne Bercksichtigung der Flankenbertragung – umgerechnet werden. Nach DIN EN 12354 [49] ist des Weiteren das Außenlrmspektrum zu bercksichtigen. Innerstdtischer Verkehr, insbesondere von LKW, aber auch Propellerflugzeuge oder Dsenflugzeuge in großem Abstand haben ein berwiegend tief- und mittelfrequentes Schallpegelspektrum (Bild 33). Schienenverkehr mit mittlerer oder hoher Geschwindigkeit, Autobahnverkehr oder Dsenflugzeuge in kleinem Abstand haben ein berwiegend mittel- bis hochfrequentes Schallpegelspektrum (Bild 34). In Abhngigkeit vom Frequenzspektrum der Lrmquelle kann es somit sinnvoll werden, dass WDVS so zu whlen, dass die Resonanzfrequenz der gesamten Wandkonstruktion außerhalb des Maximalpegels des Außenlrms liegt (Bilder 32 und 33: grau – ungnstige Lage der Resonanzfrequenz, schwarz – gnstige Lage). Die neuen europischen Mess- und Bewertungsnormen geben deshalb neben dem Schalldmm-Maß Rw sogenannte Spektrum-Anpassungswerte an. Der SpektrumAnpassungswert C gilt dabei fr berwiegend mittelund hochfrequenten Außenlrm. Der Wert Ctr gilt fr berwiegend tief- und mittelfrequenten Außenlrm. Der

Bild 33. WDVS bei tieffrequentem Außenlrm [41]

Bild 34. WDVS bei hochfrequentem Außenlrm [41]

Tragende Wand Der Korrekturwert KTrgerwand kann in Abhngigkeit der Resonanzfrequenz des WDVS und vom bewerteten Schalldmm-Maß der Trgerwand aus der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung entnommen werden (Tabelle 8). Es zeigt sich, dass das bewertete Schalldmm-Maß der Trgerwand bei einem WDVS mit geringer Resonanzfrequenz von grçßerer Bedeutung ist, whrend bei hohen Resonanzfrequenzen des WDVS der Einfluss der Trgerwand von geringerer Bedeutung ist. 4.4.2.2 Nachweis nach DIN EN 12354

Anforderungen

Spektrum-Anpassungswert wird auf das SchalldmmMaß aufaddiert. Darber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass bei einschaligen Außenwnden mit Außendmmung die positiven Eigenschaften von Massivwnden auch im Hinblick auf die Flankendmmung in vollem Umfang ausgeschçpft werden kçnnen. 4.5

Feuchte- und Witterungsschutz

Im Hinblick auf den Feuchte- und Witterungsschutz sind folgende Beanspruchungsarten zu unterscheiden: – Tauwasserbildung • im Wandinnern sowie • auf den inneren Wandoberflchen, – Schimmelpilzgefhrdung, – Schlagregen- und – Spritzwasserbeanspruchung. 4.5.1

Tauwasserbildung im Wandinneren

Nach DIN 4108-3 [53] ist nachzuweisen, dass das gegebenenfalls in der Tauperiode (Wintermonate) im Innern der Bauteile anfallende Tauwasser whrend der Verdunstungsperiode (Sommermonate) wieder ausdiffundieren kann. Gleichzeitig wird die anfallende Tauwassermenge – auf 1,0 kg/m± bei kapillar wasseraufnahmefhigen Bauteilschichten und – auf 0,5 kg/m± bei kapillar nicht wasseraufnahmefhigen Bauteilschichten begrenzt. Eine weitere Voraussetzung fr die Erfllung des Tauwasserschutzes nach DIN 4108-3 ist die Begrenzung der Erhçhung des massebezogenen Feuchtegehalts auf £ 5 M.- % im Allgemeinen bzw. auf £ 3 M.- % bei Holz oder Holzwerkstoffen. Dabei werden HolzwolleLeichtbauplatten und Mehrschicht-Leichtbauplatten

547

aus Schaumkunststoffen und Holzwolle nach DIN 1101-01, die bei einigen WDV-Systemen als Wrmedmmmaterial eingesetzt werden, ausdrcklich von dieser Anforderung ausgenommen (DIN 4108-03, Abschn. 4.2.1 e). Bei folgenden Außenwandkonstruktionen kann – unter der Voraussetzung eines ausreichenden Wrmeschutzes nach DIN 4108-02 [43] – auf einen Nachweis des Tauwasserausfalls infolge Dampfdiffusion verzichtet werden. Ein- und zweischaliges Mauerwerk, Wnde aus Normalbeton, Wnde aus gefgedichtem oder haufwerksporigen Leichtbeton jeweils mit Innenputz und folgenden Außenschichten: – Putz nach DIN 18550-1 oder Verblendmauerwerk – angemçrtelte oder angemauerte Bekleidungen nach DIN 18515-1 oder DIN 18515-2 bei einem Fugenanteil von mindestens 5 %, – Außendmmungen nach DIN 1102 oder nach DIN 18550-3 oder durch ein zugelassenes WrmedmmVerbundsystem. Bezglich der Tauwasserbildung bei WDVS mit keramischen Bekleidungen ist ein Diffusionsnachweis entsprechend DIN 4108-3 [53] zu fhren. Hierzu ist in Bild 35 der wirksame Diffusionswiderstand keramischer Bekleidungen in Abhngigkeit vom Fugenanteil in Anlehnung an [54] dargestellt. Diese rechnerisch ermittelten Werte wurden durch Versuche weitestgehend besttigt [33]. Anzumerken ist, dass die Beurteilung von Außenwnden mit keramischen Belgen nach dem in DIN 4108 angegebenen Glaserverfahren zu einer Fehleinschtzung fhren kann, weil der Einfluss von Schlagregen und insbesondere der Einfluss der in den tragenden Wnden enthaltenen Bauwerksfeuchtigkeit unbercksichtigt bleiben. Die Beurteilung solcher Wnde sollte besser mit instationren Berechnungsverfahren erfolgen (z. B. mit dem Programmsystem WUFl; das vom Institut fr Bauphysik vertrieben wird).

Bild 35. Wirksamer Wasserdampfdiffusionsdurchlasswiderstand keramischer Belge in Abhngigkeit vom Fugenanteil [54]

548

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

4.5.2

Tauwasserbildung auf Bauteilinnenoberflchen

Zur Vermeidung von Tauwasserbildung auf den Innenoberflchen der Außenbauteile wird die minimale Bauteilinnenoberflchentemperatur unter Zugrundelegung einer Außentemperatur von –5 C nach DIN 4108-2 ermittelt und berprft, ob unter den jeweiligen raumklimatischen Bedingungen die Taupunkttemperatur unterschritten wird. Der normative Nachweis der Tauwasserfreiheit auf Bauteiloberflchen – insbesondere im Bereich von Wrmebrcken – geschieht nach DIN 4108-2 [43]. Ecken und Kanten von Bauteilen mit gleichartigem Aufbau, deren Einzelkomponenten die Anforderungen nach DIN 4108-2, Tab. 3 hinsichtlich des Mindestwrmeschutzes erfllen, bedrfen keines besonderen Nachweises. Im Einzelfall sollten besondere Randbedingungen bercksichtigt werden – wie ein stark behinderter Wrmebergang durch Mçblierung, Vorhnge o. . sowie konstruktive oder geometrische Wrmebrcken. 4.5.3

Schimmelpilzbildung

Umfangreiche Untersuchungen (u. a. [55]) zeigen, dass bereits eine relative Luftfeuchte von zeitweise 80 % ausreichend ist, um Schimmelpilzbildung zu fçrdern. Durch den inneren Wrmebergang ergibt sich in der kalten Jahreszeit an der Innenoberflche der Außenbauteile eine gegenber der Raumlufttemperatur geringere Temperatur. Bei gleich bleibender absoluter Luftfeuchte erhçht sich damit die relative Luftfeuchte in diesen oberflchennahen Bereichen. Insbesondere im Bereich von Wrmebrcken (also Bereichen mit gegenber dem normalen Flchenbereich ohnehin geringeren Temperaturen an der Innenoberflche) kann dann die Voraussetzung fr Schimmelpilzbildung gegeben sein. Nach DIN 4108-2 wird deshalb folgende Anforderung an den Temperaturfaktor fRSi an der ungnstigsten Stelle (maßgebende Wrmebrcke) gestellt, der bei den unten angegebenen Randbedingungen entsprechend DIN 4108-2 zu einer raumseitigen Oberflchentemperatur von Qsi ‡ 12,6 C fhrt: fRsi ¼

Qsi Qe 0; 70 Qi Qe

mit Qsi maßgebende, raumseitige Oberflchentemperatur Qi Innenlufttemperatur (Qi = 20 C nach DIN 4108-2) Qe Außenlufttemperatur (Qe = –5 C nach DIN 4108-2) Hieraus ergibt sich, dass die Oberflchentemperatur Qsi mindestens 12,6 C betragen muss. Ein ordnungsgemßes Lftungsverhalten (relative Luftfeuchte Fi £ 50 %) und Heizverhalten (Lufttemperatur Qi ‡ 20 C) des Nutzers wird dabei vorausgesetzt. Unter diesen Voraussetzungen stellt sich an der Oberflche eine maximale relative Luftfeuchte Fsi von 80 % ein, sodass die Gefahr einer Schimmelpilzbildung in

Tabelle 9. Rsi-Werte nach DIN EN ISO 1021-1 Obere Raumhlfte

Rsi = 0,25 (m± K)/W

Untere Raumhlfte

Rsi = 0,35 (m± K)/W

Hinter Mçbeln

Rsi = 0,50 (m± K)/W

Hinter Einbauschrnken

Rsi = 1,00 (m± K)/W

Tabelle 10. Temperaturrandbedingungen zur Wrmebrckenberechnung (DIN 4108-2) Gebudeteil bzw. Umgebung

Temperatur a) Q [ C]

Keller

10

Erdreich

10

Unbeheizte Pufferzone

10

Unbeheizter Dachraum

–5

a) Randbedingungen nach DIN EN ISO 10211-1

diesem Fall ausgeschlossen werden kann. Hinweise zum sachgerechten Nutzerverhalten kçnnen [56–58] entnommen werden. Fr die Berechnung der raumseitigen Oberflchentemperatur kann der Temperaturfaktor z. B. aus Tabellenwerken entnommen werden. Ist dieses nicht der Fall, weil die zu untersuchende Konstruktion dort nicht aufgefhrt ist, kann die Konstruktion mit einem Wrmebrckenprogramm nach der Finite-Element-Methode untersucht werden. Bei dieser Berechnung sind die Randbedingungen nach DIN 4108-2 wie folgt anzusetzen: – Innenlufttemperatur Qi = 20 C; – relative Luftfeuchte innen Fi = 50 %; – auf der sicheren Seite liegende kritische zugrunde gelegte Luftfeuchte nach DIN EN ISO 13788 fr Schimmelpilzbildung auf der Bauteiloberflche Fsi = 80 %; – Außenlufttemperatur Qe = –5 C; – Wrmebergangswiderstand, innen: Rsi = 0,25 (m± · K)/W (beheizte Rume); Rsi = 0,17 (m± · K)/W (unbeheizte Rume); – Wrmebergangswiderstand, außen: Rse = 0,04 (m± · K)/W. Abweichend zu DIN 4108-2 sind in DIN EN ISO 1021-1 auch in Abhngigkeit von der Mçblierung weitere Werte fr Rsi angegeben (vgl. Tabelle 9) Bei Wrmebrcken in Bauteilen, die an das Erdreich oder an unbeheizte Kellerrume und Pufferzonen grenzen, muss von den in Tabelle 10 angegebenen Randbedingungen ausgegangen werden. Es ist der Nachweis zu fhren, dass unter Zugrundelegung der genannten Randbedingungen wiederum gilt: min Qsi ‡ 12,6 C

Anforderungen

4.5.4

Schlagregenschutz

4.5.4.1 Anforderungen Nach DIN 4108-3 [53] werden je nach – regionalen, klimatischen Bedingungen (Regen, Wind), – çrtlicher Lage (Bergkuppe, Tal) sowie – Gebudeart (Hochhaus, eingeschossiges Gebude) Beanspruchungsgruppen I (geringe Schlagregenbeanspruchung) bis III (starke Schlagregenbeanspruchung) definiert. 4.5.4.2 Nachweise Kapillare Wasseraufnahme In DIN 4108-3 [53] werden Beispiele genormter Wandkonstruktionen angegeben, die den Anforderungen an die jeweiligen Beanspruchungsgruppen gengen, ohne andere Konstruktionen mit entsprechend gesicherter, praktischer Erfahrung – wie z. B. WDV-Systeme – auszuschließen (Tabelle 11). Als wasserhemmende Putzsysteme werden nach DIN V 18550 [59] und DIN EN 998-1 [60] Putze bestimmter Mçrtelgruppen angegeben. Wasserabweisende Putzsysteme werden nach [59] ber folgende Anforderungen definiert, die nach DIN EN 1015-18 und DIN EN 1015-19 zu prfen sind: – Wasseraufnahmekoeffizient w w £ 0,5 kg/(m± h0,5) w £ 1,0 kg/(m± h0,5) (bei Prfung im Alter von 28 d) – diffusionsquivalente Luftschichtdicke sd sd £ 2,0 m – Produkt w sd w sd £ 0,2 kg/(m± h0,5) Die Prfung der wasserabweisenden Eigenschaften wird im Rahmen des Zulassungsverfahrens fr WDVSysteme durchgefhrt. Der Wasseraufnahmekoeffizient wird dabei mithilfe des Kapillarittstests nach der ETAG-Leitlinie [13] ermittelt.

549

Eine Auswertung von ca. 150 allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen [61] im Hinblick auf wasserabweisende Eigenschaften der Putzsysteme ist Bild 36 zu entnehmen. Der berwiegende Anteil der dort beschriebenen Putzsysteme erfllt die Anforderungen der Schlagregengruppe III. Rissbreitenbeschrnkung Im Hinblick auf den dauerhaften Schlagregenschutz ist neben der kapillaren Wasseraufnahme eine Rissbreitenbeschrnkung im Putzsystem erforderlich. Zur Untersuchung der zulssigen Rissbreiten wurden an der Technischen Universitt Berlin umfangreiche Untersuchungen durchgefhrt. Die Ergebnisse der durchgefhrten Versuche kçnnen wie folgt zusammengefasst werden: – Die in das WDVS eindringende Wassermenge ist abhngig von den Eigenschaften und – bei Mineralwolledmmung – dem Alterungszustand der Wrmedmmung bzw. des Putzes. Die klimatische Vorbelastung („Belastungsvorgeschichte“) des WDVS wirkt sich auf die Wasserverteilung in unmittelbarer Rissnhe aus. – Fr Risse mit sich nicht ndernden Rissbreiten und mit einer Rissbreite von ca. 0,1 mm wurden nur sehr kleine Wassereindringmengen festgestellt. Mehrfach nahm der Wassereindrang im Laufe des Versuches so stark ab, dass kein Wasserzutritt mehr vorlag („Selbstheilung“ von Rissen). – In WDVS mit Putzen auf Polystyroldmmung tritt weniger Wasser ein als in vergleichbaren Systemen mit Putzen auf Mineralwolledmmung – Die Querzugfestigkeit zwischen Putz und Mineralwolle-Wrmedmmung wird durch Wassereinfluss irreversibel herabgesetzt. Auch nach einer Rcktrocknung wird die Ausgangsfestigkeit nicht wieder erreicht.

Tabelle 11. Zuordnung von WDVS im Hinblick auf die Schlagregen-Beanspruchungsgruppen entsprechend DIN 4108-3 [43] Beanspruchungsgruppe I

Beanspruchungsgruppe II

Beanspruchungsgruppe III

geringe Schlagregenbeanspruchung

mittlere Schlagregenbeanspruchung

starke Schlagregenbeanspruchung

Außenputz ohne besondere Anforderungen an den Schlagregenschutz nach DIN 18550-1 auf

Wasserhemmender Außenputz nach DIN 18550-1 auf

Wasserabweisender Außenputz nach DIN 18550-1 bis DIN 18550-4 oder Kunstharzputz nach DIN 18558 auf

Holzwolle-Leichtbauplatten und Mehrschicht-Leichtbauplatten nach DIN 1101, ausgefhrt nach DIN 1102 Außenwnde mit im Dickbett oder Dnnbett angemçrtelten Fliesen oder Platten nach DIN 18515-1

Außenwnde mit im Dickbett oder Dnnbett angemçrtelten Fliesen oder Platten nach DIN 18515-1 mit wasserabweisendem Ansetzmçrtel

Wnde mit Außendmmung durch ein Wrmedmmputzsystem nach DIN 18550-3 oder durch ein zugelassenes Wrmedmmverbundsystem

550

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Bild 36. Auswertung von WDVS-Putzsystemen im Hinblick auf wasserabweisende Eigenschaften [61]

– Die Haftzugfestigkeit des WDVS ist von der Verteilung des eingedrungenen Wassers in der MineralwolleWrmedmmung abhngig. Dringt das Wasser tief in den Dmmstoff ein (z. B. durch Diffusionsvorgnge), so wird die Haftzugfestigkeit strker herabgesetzt als bei einer Anlagerung der Feuchte zwischen Putz und Wrmedmmung. Auch hier ist der Einfluss der Rissbreite signifikant. Insbesondere ist auf den sprunghaften Abfall der Haftzugfestigkeit ab w = 0,3 mm hinzuweisen (Bild 37). – Aufgrund des signifikanten Abfalls der Haftzugfestigkeit zwischen dem Putz und den Mineralwolledmmplatten sowie des gnstigeren Verhaltens von WDVS mit einer Wrmedmmung aus Polystyrol wird folgende Regelung fr die zulssige Rissbreite allein unter Bercksichtigung technischer Aspekte vorgeschlagen: • Putz auf Mineralwolledmmung w £ 0,2 mm • Putz auf Polystyroldmmung w £ 0,3 mm.

Bild 37. Relativer Abfall der Haftzugfestigkeit von Putzen auf Mineralfaser-Dmmstoffen in Abhngigkeit von der Rissbreite im Putz

Nach dem europischen Regelwerk [22, 23] wird in bereinstimmung mit der Putznorm DIN 18550 einheitlich festgelegt: zul w = 0,2 mm Hufig wirken sich Risse im Putz auf die sthetische Erscheinung eines Gebudes aus, weil sich an den durchfeuchteten Putzrndern nach Regenfllen Staubansammlungen bilden oder sich die Risse aufgrund des in den Rissen gespeicherten Wassers nach dem Abtrocknen der Putzoberflche markieren. Es ist darauf hinzuweisen, dass in stark strukturierten Putzen Risse als optisch weniger stçrend empfunden werden im Vergleich zu Rissen im Bereich von Glattputzen. 4.5.5

Spritzwasser

Der Sockelbereich ist einer erhçhten Spritzwasserbeanspruchung ausgesetzt. Fr den Spritzwasserbereich (£ 30 cm ber Gelndeoberflche) sind besondere konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, wie z. B. wasserabweisende Sockelputze. Bei entsprechender Einfrbung (Pigmentierung) des Putzes sind Eindunklungen weniger stçrend, die sich aufgrund der erhçhten Feuchtebeanspruchung ergeben kçnnen. Darber hinaus ist zu empfehlen, an den Gebudeaußenflchen einen ca. 50 cm breiten und 20 cm tiefen Kiesstreifen anzuordnen, um die Bildung von Spritzwasser bei Niederschlgen und eine damit einhergehende Verschmutzung der Oberflche zu reduzieren. Harte Belge (z. B. Gehwegpflaster, Erdreich, Rasen) sollten aufgrund hçherer Reflexion des Niederschlags nicht direkt an den Sockelbereich anschließen. WDV-Systeme sollen nicht in das Erdreich einbinden, um eine dauernde Feuchtebeanspruchung, die in jedem

Anforderungen

Fall zumindest durch Bodenfeuchtigkeit gegeben ist, auszuschließen. Sofern ein Einbinden nicht vermeidbar ist, sind im Erdreich vorzugsweise allgemein bauaufsichtlich zugelassene Perimeterdmmungen zu verwenden. Die erhçhten Anforderungen bezglich der Stoßfestigkeit im Sockelbereich sind zu beachten. 4.6

4.6.1

Hygrothermische Wechselbeanspruchung

Tragende Konstruktion Durch die außenliegende Wrmedmmung wird die tages- und jahreszeitliche Temperaturamplitude der tragenden Schicht im Vergleich zu anderen – z. B. monolithischen – Konstruktionen erheblich reduziert. Dieses fhrt zu geringeren Zwngungs- und Eigenspannungen und damit zu einer hçheren Rissesicherheit. Dbel Infolge der hygrothermischen Wechselbeanspruchung der Putzschicht ergibt sich eine wechselnde Dbelkopfauslenkung. Im Hinblick auf die Langzeitbestndigkeit der Dbel ist entsprechend den nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Dbelzulassungen nachzuweisen, dass die Schwingungsbreite begrenzt wird. Dabei wird festgelegt, dass der Spannungsausschlag sA um den Mittelwert sM die Grçße 50 N/mm± nicht berschreiten darf, wenn die Lastspielzahl N ‡ 104 betrgt. Auf Grundlage einer Abschtzung ergibt sich nach [8], dass bei blichen WDV-Systemen und Dbeln des Durchmessers von 8 mm die o. g. sA-Bedingung in der Regel eingehalten wird. Bei WDV-Systemen mit grçßerer Dehnsteifigkeit des Putzsystems und/oder geringeren Dmmstoffdicken und Dbeln grçßeren Durchmessers (z. B. ˘ 10 mm) sind Spannungsberschreitungen jedoch mçglich. 4.6.2

Tabelle 12. Beanspruchungsgruppen fr die Stoßfestigkeit von WDVS nach ETAG 004 [13] Nutzungs- Beschreibung kategorie I

Ein der ffentlichkeit leicht zugnglicher und gegen Stçße mit harten Kçrpern ungeschtzter Bereich in Erdbodennhe, der jedoch keiner abnorm starken Nutzung ausgesetzt ist.

II

Ein Bereich, der Stçßen durch geworfene oder mit dem Fuß gestoßene Gegenstnde ausgesetzt ist, sich jedoch an çffentlich zugnglichen Stellen befindet, wo die Hçhe des Systems die Grçße des Stoßes begrenzt; oder in niedrigeren Bereichen, wo ein Zugang zum Gebude in erster Linie durch Personen erfolgt, die einen Grund haben, Sorgfalt walten zu lassen.

III

Ein Bereich, in dem Beschdigungen durch Personen oder geworfene oder mit dem Fuß gestoßene Gegenstnde unwahrscheinlich sind.

Gebrauchstauglichkeit

Im Hinblick auf die Gebrauchstauglichkeit sind insbesondere – die Wechselbeanspruchungen durch Temperaturund Feuchtewechsel bezglich mçglicher Zwangbeanspruchungen, – die Stoßfestigkeit sowie – die Verschmutzung und – Veralgung zu bercksichtigen.

Stoßfestigkeit

WDVS mssen eine ausreichende Stoßfestigkeit aufweisen. Stoßeinwirkungen werden wie folgt unterschieden: – Stoßeinwirkungen von kleinen, harten Kçrpern, die beispielsweise die Einwirkung von geworfenen Steinen o. . simulieren. – Stoßeinwirkungen von großen, weichen Kçrpern, die beispielsweise das Anlehnen an die Außenwand von Menschen simulieren.

551

– Festigkeit gegen Durchstoßen von spitzen Kçrpern bei Putzsystemen mit einer Gesamtdicke von weniger als 6 mm. – Die Beanspruchung durch Vandalismus ist durch Versuche nicht erfassbar. Die Anforderungen an die Stoßfestigkeit sind abhngig von der Beanspruchung und Lage der Außenwand (z. B. Erdgeschoss straßenseitig oder obere Stockwerke). Die Beanspruchungsgruppen fr Stoßeinwirkungen sind als Nutzungskategorien entsprechend der ETAG 004 [13] in Tabelle 12 aufgefhrt. Die Prfung des Widerstands gegenber harten Stçßen wird entsprechend [13] nach ISO 7892:1988 [62] mithilfe von Stahlkugelpendeln definierter Kugelmasse und Pendellnge berprft. In Abhngigkeit vom Schdigungsgrad, den der Abdruck der Stahlkugel nach Versuchsdurchfhrung hinterlsst, werden die WDVS als geeignet fr die Beanspruchungsgruppen I bis III (Tabelle 13) eingestuft und in den ETAs angegeben. Bei Dnnputzsystemen wird zustzlich ein Perforationstest durchgefhrt, bei dem ein Stahlstempel definierten Durchmessers mit einer Federkraft auf die WDVSOberflche geschossen wird. Im Rahmen des Zulassungsverfahrens erfolgen die Versuche nach ETAG 004 [13] entweder an einer Prfwand nach einer knstlichen klimatischen Vorbeanspruchung durch Wrme/Regen- und Wrme/Klte-Zyklen (Abschn. 4.7.2) oder an Prfkçrpern, die durch eine Wasserlagerung knstlich gealtert wurden. Nach den bisher noch nicht bauaufsichtlich relevanten Normen DIN EN 13499 [22] und DIN EN 13500 [23] (Abschn. 1.3) werden Prfungen zur Bestimmung der Schlagfestigkeit nach EN 13497 [63] und des Eindringwiderstands nach EN 13498 [64] gefordert.

552

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

Tabelle 13. Zuordnung der Beanspruchungsgruppe hinsichtlich der Stoßfestigkeit nach ETAG 004 [13]

Stoß 10 Joules Stoß 3 Joules

Kategorie III

Kategorie II

Kategorie I

–

Putz nicht durchdrungen 2)

Keine Beschdigung 1)

Putz nicht gerissen

Keine Beschdigung

Putz nicht

durchdrungen 2)

Durchstoß 3)

Perfotest

Kein bei Verwendung eines Stempels von 20 mm

Durchstoß 3)

Kein bei Verwendung eines Stempels von 12 mm

Kein Durchstoß 3) bei Verwendung eines Stempels von 6 mm

1) Oberflchliche Beschdigung, vorausgesetzt, dass keine Risse aufgetreten sind, wird als „keine Beschdigung“ angesehen. 2) Das Versuchsergebnis wird als „durchdrungen“ eingestuft, wenn eine runde Rissbildung zu beobachten ist, die bis zur Wrmedmmung hindurchgeht. 3) Das Versuchsergebnis wird als „durchstoßen“ eingestuft, wenn bei mindestens 3 von 5 Stçßen eine Zerstçrung des Putzes bis unterhalb der Bewehrung aufgetreten ist.

Zur Bestimmung der Schlagfestigkeit nach EN 13497 [63] wird die Schlagarbeit von 2 bzw. 10 J mithilfe einer Stahlkugel erzeugt, die auf die Oberflche eines horizontal angeordneten WDVS-Prfkçrpers fllt. Alle auftretenden Schden, wie z. B. das Sichtbarwerden der Bewehrung, ein sichtbares Ablçsen der Putzschichten oder das Durchschlagen des bewehrten Unterputzes werden qualitativ bewertet. Alternativ zu dieser Prfung kann auch ein Pendelschlagversuch nach ISO 7892 [62] erfolgen. Bei der Bestimmung des Eindringwiderstandes nach EN 13498 [64] wird eine halbkugelfçrmige Eindringvorrichtung in die Oberflche des WDVS gedrckt und die Hçchstkraft des Eindringwiderstandes bestimmt. Die nach [63] und [64] durchzufhrenden Prfungen erfolgen an Probenkçrpern, die entsprechend der jeweiligen WDVS-Produktnorm zu konditionieren sind. In Abhngigkeit vom Prfergebnis werden die WDVS nach EN 13499 [22] bzw. DIN EN 13500 [19] entsprechend Tabelle 14 den jeweiligen Stufen zugeordnet. Tabelle 14. Stufen der Schlagfestigkeit und des Eindringwiderstandes nach DIN EN 13499 [22] bzw. DIN EN 13500 [23]

Schlagfestigkeit

Eindringwiderstand

4.6.3

Stufe

Anforderung

I2

keine Schden bei 2 J

I10

keine Schden bei 10 J

PE200

> 200 N

PE500

> 500 N

Oberflchenverschmutzung

Mit zunehmender Lebensdauer der WDV-Systeme ergibt sich, wie bei anderen Bauarten auch, eine zunehmende Verschmutzung der Putzoberflche. Diese fhrt zu einer Erhçhung des Absorptionsgrades fr Sonnenstrahlung, die gegebenenfalls im Hinblick auf die Ermittlung der thermischen Beanspruchung zu bercksichtigen ist (Abschn. 4.1.2.1).

Da eine gleichmßige Verschmutzung optisch als weniger stçrend empfunden wird, ist durch geeignete konstruktive Maßnahmen sicherzustellen, dass z. B. durch das von horizontalen Flchen (Fenster-, Sohlbnken, AttikaAbdeckblechen o. .) ablaufende Niederschlagswasser keine Schmutzlufer entstehen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass vermeidbare Fassadenverschmutzungen nach einem Urteil des OLG Stuttgart als Baumngel zu bewerten sind [65]. Der Verursacher dieser Mngel haftet fr deren Behebung. 4.6.4

Veralgungen

Zu den Oberflchenverschmutzungen zhlen auch die Ansiedlung von Algen und Flechten. Die Algen zhlen zu den niederen Pflanzen; es handelt sich um einzellige Organismen mit einer Gesamtgrçße von etwa 10 mm [66]. Die Vermehrung der Algen geschieht durch Zellteilung, wobei sie sich bei gnstigen Lebensbedingungen alle vier Stunden verdoppeln. Fr das Wachstum der Algen sind Wasser bzw. eine hohe relative Luftfeuchtigkeit, Licht, Kohlendioxid, Stickstoffverbindungen, Phosphate und Schwefelverbindungen erforderlich. Diese Komponenten sind in der uns umgebenden Atmosphre vorhanden. Vornehmlich im Bereich von Seen, Biotopen oder feuchten Gebieten gedeihen Algen krftig; aber auch an den nach Norden und Westen ausgerichteten Außenwnden wachsen Algen bei hoher Schlagregenbeanspruchung. Flechten stellen eine Lebensgemeinschaft von Pilzen und Algen dar. Die Algenzellen sind im Pilzmyzel eingebettet und so vor Austrocknung und Witterungseinflssen geschtzt. Whrend die Algen fr ihre Existenz auf Wasser angewiesen sind, kçnnen Flechten auch auf trockenen, sonnigen Flchen wachsen. Das zum Wachsen bençtigte Wasser kann periodisch zugefhrt werden; whrend lngerer Trockenperioden sterben Flechten nicht ab, sondern verharren in einem Ruhezustand bis zur erneuten Zufuhr von Wasser. Das Wachstum von Flechten und insbesondere von Algen auf Wrmedmm-Verbundsystemen wird durch folgende Faktoren begnstigt [67–69]:

Anforderungen

– Durch die gute Wrmedmmung der WDVS wird die Putzoberflche im Winter khl gehalten, sodass die Abtrocknung feuchter Putzoberflchen verzçgert wird. In den Nachtstunden – insbesondere bei unbedecktem Himmel – kann es zudem durch die Wrmeabstrahlung zu einer Unterkhlung des Putzes gegenber der Außenluft kommen, mit der Gefahr der Tauwasserbildung. Damit sind fr das Wachstum der Algen und Flechten gnstige Lebensbedingungen gegeben. – Whrend mineralische Putze Wasser schnell speichern und es auch schnell wieder abgeben, verhalten sich Kunststoffputze bzw. kunststoffmodifizierte Putze in hygrischer Hinsicht trger, sodass auch hier whrend lngerer Zeitrume das fr das Algenwachstum notwendige Wasser zur Verfgung steht. Es kommt hinzu, dass Kunststoffputze auch ein hohes Sorptionsverhalten aufweisen, sodass zustzlich auch whrend lngerer Zeitrume gnstige Lebensbedingungen fr das Algenwachstum herrschen. – Algen und Flechten auf WDVS verursachen keine Bauschden, weil die Algen zum Wachsen nicht die Bestandteile des Putzes assimilieren; sie beziehen ihre Nahrung aus der Umwelt. Andererseits stellt ein Algenbefall eine sthetisch/optische Beeintrchtigung dar. Als vorbeugende Maßnahme kçnnen bei Neubauten dem Putz Biozide beigefgt werden, die das Algen-/ Flechtenwachstum verhindern. Nach [67] muss ein Biozid in die Algenzelle eindringen kçnnen. Dazu muss es wasserlçslich sein. Die Wasserlçslichkeit muss so groß sein, dass eine wirksame Konzentration des Biozids in die Zelle eindringen kann. Andererseits muss die Lçslichkeit so gering sein, dass das Biozid vom Regen nicht ausgewaschen wird. Insofern lassen sich keine allgemeingltigen Aussagen ber die Wirkungsdauer von Bioziden treffen – nur die, dass die Wirksamkeit zeitlich auf jeden Fall begrenzt ist. Die Wirkungsdauer von Bioziden ist bei Kunststoffputzen grçßer als bei mineralischen Putzen. ber die Umweltvertrglichkeit liegen derzeit keine gesicherten Angaben vor. – Auf alkalischen Substraten mit pH-Werten > 9,5 sind Algen und Pilze im Allgemeinen nicht lebensfhig. Die anfnglich hohe Alkalitt von Kalkhydratund Zementputzen wird aufgrund der geringen Masse der Putze und der damit verbundenen geringen chemischen Pufferkapazitt durch die Karbonatisierung relativ schnell neutralisiert. Kaliwasserglas enthaltene Putze verhalten sich im Prinzip gnstiger. Das whrend der Karbonatisierung der Wasserglasbinder entstehende Kaliumkarbonat bildet ein chemisch hçher basisches System. Das relativ leicht lçsliche Kaliumkarbonat wird jedoch durch Regenwasser ausgewaschen. Deshalb haben auch die wasserglasgebundenen Putzsysteme nur eine zeitlich begrenzte Widerstandskraft gegen Algenbewuchs. – Hohe und lnger anhaltende Oberflchenfeuchten von 90 bis 100 % rel. Feuchte fçrdern das Algenwachstum. Geringfgig erscheinende Temperaturunterschiede von

553

0,1 bis 0,2 K, die z. B. im Bereich von Wrmebrcken in Wrmedmm-Verbundsystemen (z. B. punktuelle Wrmebrcken durch Verdbelung) auftreten, zeigen, dass bereits eine geringe Steigerung der Temperatur zu einem deutlich geringeren Algenbefall fhren). Derzeit werden verschiedene bauphysikalische bzw. chemisch-baustofftechnische Lçsungsanstze zur Vermeidung einer Veralgung untersucht: – Bauphysikalische Lçsungsanstze: Einfrbung der Oberflchen mit dunklen Farben zur Erhçhung der Strahlungsenergiegewinne bei gleichzeitiger Erhçhung der Speichermasse bzw. der spezifischen Wrmespeicherkapazitt (ggf. unter Nutzung latent wrmespeichernder Systeme).

•

– Chemisch-baustofftechnische Lçsungsanstze: • Einsatz von Putzen bzw. Beschichtungssystemen mit mikroglatter hydrophober Oberflche zur Minderung der Feuchtigkeitsaufnahme sowie einer mçglichen Verschmutzung, z. B. durch hydrophobierend wirkende wasserdampfdiffusionsoffene Silikonharz-Beschichtungen mit Lotuseffekt. ber die Langzeitwirksamkeit der Anstrichsysteme mit Lotus-Effekt gibt es zurzeit noch wenig Aussagen. • Einsatz von infrarotreflektierenden Beschichtungen, die durch eine geringere langwellige Emission den Strahlungsaustausch mit dem Nachthimmel reduzieren und damit die Gefahr der Unterkhlung vermindern. Die Entwicklung geeigneter Maßnahmen zur Vermeidung von Algen- und Flechtenbefall ist noch nicht abgeschlossen. 4.7

Dauerhaftigkeit

Die Dauerhaftigkeit wird insbesondere durch die Bestndigkeit einzelner Komponenten und des Gesamtsystems gegenber mechanischen und hygrothermischen Wechselbeanspruchungen, UV-Beanspruchung sowie mçglichem chemischen Angriff – z. B. auch durch Luftschadstoffe oder Reinigungsmittel – bestimmt. 4.7.1

Dauerhaftigkeit einzelner Komponenten

4.7.1.1 Dbel An die Dbel in WDVS werden im Hinblick auf die Langzeitbestndigkeit folgende Anforderungen gestellt: – Dauerhaftigkeit der Dbelmaterialien, – Begrenzung der wechselnden Dbelkopfauslenkung (Abschn. 4.1.2.1). Die Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Kunststoffdbeln erfolgt nach der ETAG 014 [27] fr die Metallteile sowie die Kunststoffhlse. Besondere Nachweise, dass Korrosion nicht auftreten kann, sind nicht erforderlich, wenn die Kunststoffdbel gegen Korrosion der Stahlteile, wie nachstehend angegeben, geschtzt sind:

554

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

– Wenn die Metallteile der Kunststoffdbel aus Stahl mit Zinkbeschichtung bestehen und sichergestellt ist, dass nach dem Einbau des Kunststoffdbels der Bereich des Metallteilkopfes gegen Feuchtigkeit so geschtzt ist, dass im Bereich des Kunststoffhlsenschlitzes kein Kondenswasser vorhanden ist. Der Schutz des Metallteilkopfes aus Stahl mit Zinkbeschichtung ist nicht erforderlich, wenn das Metallteil des Kunststoffdbels mit mindestens 50 mm Dmmmaterial bedeckt ist (z. B. Befestigung von Profilen). – Der Schutz des Metallkopfes ist ebenfalls nicht erforderlich, wenn das Metallteil aus nichtrostendem Stahl einer geeigneten Stahlgruppe – A2 oder A4 gemß ISO 3506 oder gleichwertig – besteht. Werden andere als die oben aufgefhrten Korrosionsschutzmaßnahmen (Material oder Beschichtung) gewhlt, ist die Korrosionsschutzwirkung unter Anwendungsbedingungen nachzuweisen, die die Aggressivitt der verschiedenen Umwelteinflsse bercksichtigen. Die Dauerhaftigkeit der Kunststoffhlse wird in Bezug auf hohe Alkalitt (pH = 13,2) geprft. 4.7.1.2 Dmmstoffe Im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit von Polystyroldmmstoffen ist auf die Alterung durch UV-Strahlung hinzuweisen. So darf eine Polystyroldmmung nicht ber lngere Zeitrume – gemeint sind mehrere Wochen – der Sonnenstrahlung ausgesetzt sein, da sich infolge oberflchennaher Alterung abmehlende Zersetzungsprodukte bilden, die keine ausreichende Haftung zwischen Dmmplatte und Unterputz gewhrleisten. Um einen hinreichenden Haftgrund wiederherzustellen, ist die Dmmung bis in ausreichende Tiefe abzuschleifen und vom Schleifstaub grndlich zu subern. In [70] werden Untersuchungen zum Alterungsverhalten von Dmmstoffen unter simulierter klimatischer Wechselbeanspruchung beschrieben. Dabei wurden als knstliche Bewitterung – Wrme-Feuchte-Zyklen mit • Beregnung oder • Wasserlagerung, – Frost-Tau-Wechsel mit • Beregnung oder • Wasserlagerung und – Diffusionstests (Wasserdampf, Wrme und Befrostung) sowie Kombinationen davon durchgefhrt und die nderungen der Materialeigenschaften der Haftzugfestigkeit sowie des Schubmoduls bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: – Bei den Versuchen an Polystyrolsystemen wurden keine signifikanten Vernderungen der Haftzugfestigkeit infolge Bewitterung festgestellt. – Bei den Systemen mit Mineralwolledmmung wurde unter Feuchteeinwirkung ein erheblicher Abfall der

Haftzugfestigkeit ermittelt. Dieser ist auf eine Schwchung der Faserbindung durch eindiffundierende OHGruppen zurckzufhren. Die prozentualen Festigkeitsverluste waren bei Mineralwolle-Dmmplatten in der Regel grçßer als bei Mineralwolle-Lamellen; ein Beweis dafr, dass bei Mineralwolle-Lamellen mit ihren vorwiegend senkrecht zur Plattenebene ausgerichteten Fasern die Mineralwolleeigenfestigkeit wirksam wird. Die Restfestigkeit der Lamellensysteme und der Systeme mit liegenden Mineralwollen Typ TR 15 (Querzugfestigkeit ‡ 15 kPa; annhernd vergleichbar mit ehemals Typ HD) wiesen auch nach Bewitterung noch eine hohe Sicherheit (g » 5) gegenber der maximalen Windsoglast auf. – Bei Mineralwolle-Lamellen und MineralwolleDmmplatten wurde eine vergleichbare Abminderung der Schubsteifigkeit in Abhngigkeit von der Bewitterungsdauer auf ca. 25 bis 50 %, bezogen auf nichtbewitterte/ungealterte Platten, festgestellt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Durchfeuchtung von Wrmedmm-Verbundsystemen mit MineralwolleDmmung zwingend ausgeschlossen werden muss. Dieses gilt auch fr den Bauzustand. Lngere Zeit der Witterung ausgesetzte Mineralwolle-Dmmplatten sind ggf. zu entfernen oder es ist eine berprfung der ausreichenden Querzugfestigkeit durchzufhren. 4.7.1.3 Glasfasergewebeeinlage Fr die Glasfaserbewehrung des Putzes ist eine ausreichende Langzeitbestndigkeit – insbesondere im Hinblick auf das alkalische Milieu des umgebenden Putzes – zu fordern. Die Alkaliresistenz (AR) der Glasgewebe wird dabei in der Regel durch eine Kunststoffschlichte, die das Gewebe ummantelt, erzielt, da als Grundmaterial fr das Gewebe meistens ein E-Glas zur Anwendung kommt, das nicht alkaliresistent ist. Der Nachweis der Langzeitbestndigkeit des Glasfasergewebes erfolgt derzeit bei den nationalen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen nach einem Vorschlag des DIBt in Form einer knstlichen Alterung bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen entsprechend Tabelle 15. Dabei mssen nach der Lagerung die Mindestwerte der vorgeschriebenen Reißfestigkeit eingehalten werden.

Tabelle 15. Erforderliche Reißfestigkeit des Glasgewebes nach knstlicher Alterung (DIBt) Lagerzeit und Temperatur

Lagermedium

Mindestreißfestigkeit ‡ 1,75 kN / 5 cm

Nullversuche

‡ 0,85 kN / 5 cm

28 d bei +23 C

5 % NaOH

26 h bei +80 C

alkal. Lçsung pH = 12,5 ‡ 0,75 kN / 5 cm

Anforderungen

Nach der ETAG 004 [13] erfolgt die Prfung der Dauerhaftigkeit des Textilglasgitters an Proben im Anlieferungszustand und nach Alterung durch Lagerung in einer alkalischen Lçsung ber einen Zeitraum von 28 Tagen bei 23 C. Nach Alterung muss die Reißfestigkeit mindestens 50 % der Festigkeit im Anlieferungszustand und mindestens 20 N/mm betragen. Diese Arten der Prfung der Langzeitbestndigkeit werden derzeit in der Fachwelt kontrovers diskutiert, da auf Grundlage von Ringversuchen festgestellt wurde, dass – die Ergebnisse sehr hohen versuchsbedingten Streuungen unterliegen und – nahezu smtliche am Markt vertretenen Gewebe trotz der nachgewiesenen Praxisbewhrung eine unzureichende Reißfestigkeit nach Lagerung entsprechend Tabelle 15 besitzen. Dieser Umstand wird auf die unrealistisch hohe alkalische Beanspruchung zurckgefhrt und es wird des Weiteren argumentiert, dass die tatschliche Alkalitt der dnnen Putzschicht durch die Karbonatisierung relativ kurzfristig abgebaut wird. Untersuchungen an der Technischen Universitt Berlin haben gezeigt, dass in der Regel nach maximal 4 Wochen mineralische Leichtputzschichten so stark durchkarbonatisiert sind (pH < 8), dass eine Gefhrdung der Glasfasern durch die Alkalitt des Putzes ausgeschlossen ist. Weitere Untersuchungen an einem ausgefhrten Objekt zeigten, dass die Reißfestigkeit des dort verwendeten Gewebes von einer Anfangsfestigkeit von 1,6 kN / 5 cm nur geringfgig auf 1,5 kN / 5 cm nach 15-jhriger Standzeit abgenommen hat, whrend bei gleichem Gewebe nach knstlicher Alterung die Mindestreißfestigkeit nicht eingehalten wird. 4.7.2

Dauerhaftigkeit des Gesamtsystems

4.7.2.1 Versuchstechnische Prfung Sofern das Langzeitverhalten von WDV-Systemen – insbesondere unter hygrothermischer Wechselbeanspruchung – nicht anderweitig nachgewiesen werden kann, erfolgt nach ETAG 004 [13] die Prfung anhand einer Prfwand (Flche ‡ 6 m±, Breite ‡ 2,5 m, Hçhe ‡ 2,0 m) mit einer an der Ecke der Prfwand angeordneten ffnung (Breite 0,4 m, Hçhe 0,6 m). Diese Prfwand wird einer knstlichen klimatischen Wechselbeanspruchung wie folgt ausgesetzt: – 80 Wrme/Regen-Zyklen: • Erwrmung auf 70 C (Anstieg whrend einer Stunde) und Aufrechterhalten der Temperatur von (70 – 5) C und 10 bis 15 % rel. Feuchte whrend zwei Stunden (insgesamt 3 Stunden), • Besprhen mit Wasser whrend 1 Stunde (Wassertemperatur (+15 – 5) C, Wassermenge 1 l/m± min), • Ruhen whrend zwei Stunden (Entwsserung). – 5 Wrme/Klte-Zyklen Nach mindestens 48 Stunden nachfolgender Konditionierung bei Temperaturen zwischen 10 bis 25 C und

555

einer relativen Feuchtigkeit von mindestens 50 % wird die gleiche Prfwand 5 Wrme/Klte-Zyklen von 24 Stunden Dauer mit folgenden Phasen ausgesetzt: • 7-stndige Beanspruchung bei (50 – 5) C (Anstieg whrend 1 Stunde) und maximal 10 % rel. Feuchte (insgesamt 8 Stunden), • 14-stndige Beanspruchung bei (–20 – 5) C (Absenkungsdauer 2 Stunden) (insgesamt 16 Stunden). Zur Beurteilung zur Langzeitbestndigkeit erfolgt whrend und nach der klimatischen Wechselbeanspruchung eine visuelle berprfung im Hinblick auf Riss- oder Blasenbildung, Loslçsen oder Haftverlust etc. Nach Beendigung der klimatischen Wechselbeanspruchung kçnnen weitere Versuche zur Bestimmung einer etwaigen Minderung der Quer- oder Haftzugfestigkeit sowie der Stoßfestigkeit durchgefhrt werden. Nach neuen Untersuchungen von Rçder [25] ist in bereinstimmung mit Knzel [71] der oben aufgefhrten Bewitterungszyklen nur bedingt fr die berprfung der Langzeitbestndigkeit von WDVS geeignet, da es aufgrund der entstehenden Umkehrdiffusion im Bereich der WDVS zu einer unrealistisch hohen Feuchteansammlung in der Wrmedmmung kommt, sodass insbesondere WDVS mit Mineralwolledmmungen zu ungnstig verteilt werden. 4.7.2.2 Baupraktische Untersuchungen Wrmedmm-Verbundsysteme werden seit mehr als fnf Jahrzehnten verwendet. Das Fraunhofer-Institut fr Bauphysik hat in einer Studie das Langzeitverhalten der Wrmedmm-Verbundsysteme an mehreren Objekten untersucht [71], wobei das Alter der berprften WDVS zwischen 19 und 35 Jahren betrug. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: – Schden an WDVS treten im Vergleich zu Wnden mit Putz nach DIN 18550 seltener auf. Auch Schden aufgrund von Stoßbeanspruchungen treten relativ selten auf. – Es herrscht eine relativ hohe Anflligkeit gegenber Algenbefall; diese kann derzeit durch biozid eingestellte Putzsysteme und geeignete Farbbeschichtungen – zumindest zeitlich begrenzt – kompensiert werden. – Der Wartungsaufwand und die Wartungshufigkeit bei WDVS entsprechen Konstruktionen mit Putz nach DIN 18550. Dies gilt auch fr die Dauerhaftigkeit. 4.8

Wirtschaftlichkeit

Die Wirtschaftlichkeit ist nicht nur unter dem Aspekt der Minimierung der Erstinvestitionskosten, sondern insbesondere unter Bercksichtigung der Nutzungsphase – z. B. Heizenergiekosten oder Instandhaltungskosten – zu betrachten. Gerade WDVS bieten hierzu kostengnstige Mçglichkeiten, hochdmmende Konstruktionen zu erzielen, die zudem eine hohe Dauerhaftigkeit aufweisen.

556

D 8 Wrmedmmverbundsysteme

5

Literatur

[1] Stehno, G.: Wrmedmm-Verbundsystem mit Dnnputzauflage. Bautenschutz, Bausanierung (9), S. 40–48. [2] Cziesielski, E.; Vogdt, F. U.: Schden an WrmedmmVerbundsystemen. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2. Auflage 2006 (Schadensfreies Bauen; 20). [3] WTA-Merkblatt 2-12-10: Wrmedmm-Verbundsysteme: Wartung, Instandsetzung, technische und energetische Verbesserung, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft fr Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e. V. (in Bearbeitung). [4] Capatect, Architektenbrief 13: Sind Wrmedmm-Verbundsysteme dauerhaft? Ausgabe April 1990.

[17] DIN EN 13163:2009-02: Werkmßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS), Spezifikation. [18] DIN 1055-4:1986-08: Lastannahmen fr Bauten, Verkehrslasten, Windlasten bei nicht schwingungsanflligen Bauwerken. [19] DIN EN ISO 9229:2007-11: Wrmedmm-Verbundsysteme; Begriffe, allgemeine Angaben. [20] DIN 18515-1:1998-08: Außenwandbekleidungen, Angemçrtelte Fliesen oder Platten, Grundstze fr Planung und Ausfhrung. [21] DIN 55699:2005-02: Verarbeitung von WrmedmmVerbundsystemen.

[5] Feldhusen, G.: Von Null auf 700 (Mio. m±). Deutsches Ingenieurblatt, Special im Heft 4, 2007.

[22] DIN EN 13499:2003-12: Außenseitige WrmedmmVerbundsysteme (WDVS) aus expandiertem Polystyrol, Spezifikation.

[6] Mitteilungen IfBt: Kunstharzbeschichtete WrmedmmVerbundsysteme. 1980, Heft 4.

[23] DIN EN 13500:2003-12: Außenseitige WrmedmmVerbundsysteme (WDVS) aus Mineralwolle, Spezifikation.

[7] Mitteilungen IfBt: Zur Standsicherheit von Wrmedmm-Verbundsystemen mit Mineralwolle-Dmmstoffen und mineralischem Putz. 1984, Heft 6.

[24] Marquardt, H.: Korrosionshemmung in Betonsandwichwnden durch nachtrgliche Wrmedmmung. Dissertation, verçffentlicht in: Berichte aus dem konstruktiven Ingenieurbau, TU Berlin, Heft 14, Berlin (D 83), 1992

[8] Schfer, G.: Zum Standsicherheitsnachweis von Wrmedmm-Verbundsystemen mit Klebung und Verdbelung, Bauphysik 12 (1990), Heft 4, S. 97–103. [9] Mitteilungen IfBt: Zum Nachweis der Standsicherheit von Wrmedmm-Verbundsystemen mit MineralwolleDmmstoffen und mineralischem Putz. 1990, Heft 4 sowie ebenfalls abgedruckt in Bauphysik 12 (1990), Heft 4, S. 123–125. [10] Richtlinie des Rates 89/106/EWG vom 21. 012. 1988, gendert durch die Richtlinie des Rates 93/68/EWG, in Deutschland umgesetzt durch „Gesetz ber das Inverkehrbringen von und den freien Warenhandel mit Bauprodukten zur Umsetzung der Richtlinie 89/106/EWG des Rates vom 21. Dezember 1988 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten ber Bauprodukte (Bauproduktengesetz – BauPG)“ vom 10. August 1992. [11] Draft pr EN XXX: External thermal insulation composite systems (ETICS), Juli 1993. [12] Bauregelliste A, Bauregelliste B und Liste C, Ausgabe 2009/1, DIBt Mitteilungen – Berlin 40 (2009), Sonderheft 38. [13] European Technical Approval Guideline, ETAG 004, Schriften des Deutschen Institut fr Bautechnik, Reihe LL, Heft 004, Berlin, 2001. [14] Liste der Technischen Baubestimmungen, Teil II, Anwendungsregelungen fr Bauprodukte und Baustze nach europischen technischen Zulassungen und harmonisierten Normen nach der Bauproduktenrichtlinie, Ausgabe September 2005, DIBt Mitteilungen 1/2006.

[25] Rçder, J.: Zur Verklebung von WDVS auf Beplankungswerkstoffen des Holzrahmenbaus. Dissertation an der Technischen Universitt Berlin (D 83) 2006. [26] Bundesausschuß Farbe und Sachwertschutz: Technische Richtlinien fr die Verarbeitung von WrmedmmVerbundsystemen, Merkblatt Nr. 21, Frankfurt/Main, 1995. [27] European Technical Approval Guideline, ETAG 014, EOTA, Brssel, Ausgabe Januar 2002. [28] DIN EN 13501-1:2007-05: Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. [29] Vogdt, F. U.: Beanspruchung von Wrmedmm-Verbundsystemen infolge hygrisch und thermisch bedingter Verformungen von Vorsatzschichten des Großtafelbaues, Dissertation an der Technischen Universitt Berlin (D 83) 1995. [30] Miedler, K.: Untersuchungen an Wrmedmm-Verbundsystemen mit Polystyrol-Hartschaumplatten und Dnnputz hinsichtlich ihrer Verwendung im Hochbau. Dissertation 1985 an der TU Innsbruck. [31] Oberhaus, H.: Zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit mineralischer Wrmedmm-Verbundsysteme. Dissertation, Universitt Dortmund, 1993. [32] Meier, H. G.: Putzsysteme. Bautenschutz, Heft 9/94, S. 63–67.

[15] Vogdt, F. U. et al.: Endbericht zum Forschungsprojekt „Qualittssicherung fr Bauprodukte in Verbindung mit der Marktberwachung“, Technische Universitt Berlin, 2009.

[33] Cziesielski, E.; Himburg, S.: Entwicklung eines mathematischen Modells zur Standsicherheit von WrmedmmVerbundsystemen mit keramischen Bekleidungen sowie Untersuchung zur Langzeitbestndigkeit. Forschungsbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Nr. 9755, zu beziehen ber den Industrieverband keramische Fliesen und Platten, Mittelstedter Weg 19 in 61348 Bad Homburg.

[16] DIN EN 13162:2009-02: Werkmßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle (MW), Spezifikation.

[34] Musterbauordnung www.bauordnungen.de.

(MBO)

vom

08. 11. 2002,

Literatur

557

[35] DIN 1055-4:2005-03: Einwirkungen auf Tragwerke, Windlasten.

[54] Marx, H. G.: Keramische Belge und Bekleidungen. Verlagsgesellschaft Rudolf Mller, Kçln, 1995.

[36] Schrepfer, T.: Zur Auswahl und Beurteilung der Gebrauchsfhigkeit faserbewehrter Putze fr WrmedmmVerbundsysteme. Dissertation TU Berlin, 1995.

[55] Reiß, J.: Schimmelpilze – Lebensweise, Nutzen, Schaden, Bekmpfung. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin 1998.

[37] Cziesielski, E.; Safarowsky, K.: Wrmedmm-Verbundsysteme. In: Mauerwerk-Kalender 1990, S. 483–497. [38] DIN 4102-01:1998-05: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Baustoffe, Begriffe, Anforderungen und Prfungen. [39] Institut fr Bautechnik: Richtlinien fr die Verwendung brennbarer Baustoffe im Hochbau (RbBH). Berlin 1978. [40] Herzog, I.: Die europische Klassifizierung des Brandverhaltens von Wrmedmmstoffen. Wksb Heft 50, 2002. Herausgeber Saint-Gobain Isover G+H AG, Ludwigshafen. [41] KS-Info (Hrsg.): Planung, Konstruktion, Ausfhrung, 4. Auflage, Hannover, 2003. [42] Fachverband WDVS (Hrsg.): Gedmmte Fassadensysteme, Brandverhalten von WDVS [43] DIN 4108-02:2003-07: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden, Mindestanforderungen an den Wrmeschutz. [44] Verordnung ber energiesparenden Wrmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebuden (Energieeinsparverordnung – EnEV), 02. 12. 2004, BGBl. I., S. 3146 [45] Energieeinsparungsgesetz in der Fassung der Bekanntmachung vom 1. September 2005 (BGBl. I S. 2684), Neugefasst durch Bek. v. 1. 9.2005 I 2684; gendert durch Art. 1 G v. 28. 03. 2009 BGBl. I S. 643. [46] DIN V 4108-04:2007-06: Wrmeschutz und EnergieEinsparung in Gebuden, Wrme- und Feuchteschutztechnische Bemessungswerte. [47] DIN 4108-Bbl.2:2006-03: Wrmeschutz und EnergieEinsparung in Gebuden, Wrmebrcken, Planungs- und Ausfhrungsbeispiele. [48] DIN 4109:1989-11: Schallschutz im Hochbau, Anforderungen und Nachweise. [49] DIN EN 12354-3:2000-09: Bauakustik; Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebuden aus den Bauteileigenschaften; Luftschalldmmung gegen Außenlrm. [50] DIN 4109, Bbl.1:1989-11: Schallschutz im Hochbau; Ausfhrungsbeispiele und Rechenverfahren: [51] Metzen, A.: Technische Systeminfo 7, WrmedmmVerbundsysteme zum Thema Schallschutz. Fachverband Wrmedmm-Verbundsysteme e. V. (Hrsg.), 2. Auflage, Baden-Baden, November 2003. [52] DIN 4109, Bbl.3:1996-06: Schallschutz im Hochbau; Berechnung von R0w,R fr den Nachweis der Eignung nach DIN 4109 aus Werten des im Labor ermittelten SchalldmmMaßes Rw. [53] DIN 4108-03:2001-07: Wrmeschutz und Energieeinsparung in Gebuden; Klimabedingter Feuchteschutz; Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise fr Planung und Ausfhrung.

[56] Umweltbundesamt (Hrsg.): Hilfe! Schimmel im Haus. Ursachen – Wirkungen – Abhilfe, Berlin 2004. [57] Deutsche Energie Agentur (Hrsg.): Gesund Wohnen durch richtiges Lften und Heizen, Berlin 2004. [58] Oster, N.; Bredemeyer, J.; Schmidt, Th.: Nutzereinfluss auf Schden an Gebuden. Schadenfreies Bauen, Band 42, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2007. [59] DIN V 18550:2005-04: Putz und Putzsysteme, Ausfhrung. [60] DIN EN 998-01:2003-09: Festlegungen fr Mçrtel im Mauerwerksbau; Putzmçrtel. [61] Vogdt, F. U.: Auswertung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen, im Verein Sddeutscher Kalksandsteinwerke e. V.: Kostenbewusstes Bauen, Vortragsreihe 2000, Tagungsband, S. 83–114. [62] ISO 7892:1988: Vertikale Bauwerksteile, Prfung der Stoßfestigkeit, Stoßkçrper und allgemeine Prfverfahren. [63] EN 13497:2003-02: Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen, Bestimmung der Schlagfestigkeit von außenseitigen Wrmedmm-Verbundsystemen (WDVS). [64] EN 13498:2003-02: Wrmedmmstoffe fr das Bauwesen, Bestimmung des Eindringwiderstandes von außenseitigen Wrmedmm-Verbundsystemen (WDVS). [65] Dçbereiner, W.: Hinterlftete Außenwandschale aus beschichteten Asbestzementtafeln. Vermeidbare Verschmutzung der Fassaden. – Zuschrift – Bauschden Sammlung, Bd. 4. Forum-Verlag, Stuttgart, 1981. [66] Grochal, P.: Algen auf Fassaden. Das Deutsche Malerblatt, 1987, Heft 9. [67] Blaich, J.: Algen und Pilze auf Fassaden. Tagungsmappe der Firma Koch Marmorit GmbH, Ellighofen 6, 79283 Bollschweil. Architekten-Fachgesprche 1998 in Mnchen. [68] Blaich, J.: Algen auf Fassaden. Berichtsband zu den Aachener Bausachverstndigentagen 1998, Bauverlag, Wiesbaden und Berlin, 1998 (s. auch [60]). [69] Blaich, J.: Außenwnde mit Wrmedmm-Verbundsystemen. Algen und Pilzbewuchs. Deutsches Architektenblatt (DAB), Heft 10, 1999; Bauschden-Sammlung Band 13. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart. [70] Cziesielski, E.; Fechner, O.: Wrmedmm-Verbundsysteme. – Untersuchung zur Gebrauchsfhigkeit gerissener Putzsysteme. Abschlußbericht im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Bauphysik der Außenwnde. IRB-Verlag, Stuttgart, 1998. [71] Fraunhofer Institut fr Bauphysik: Langzeitverhalten von Wrmedmm-Verbundsystemen. Kurzmitteilung Nr. 461, 2005, Verfasser: H. Knzel, H. M. Knzel, K. Sedlbauer.

E Materialtechnische Tabellen

561

E

Materialtechnische Tabellen Rainer Hohmann

Prof. Dr.-Ing. Rainer Hohmann Fachhochschule Dortmund Fachbereich Architektur, Fachgebiet Bauphysik Emil-Figge-Straße 40, 44047 Dortmund Jahrgang 1960. Studium des Bauingenieurwesens an der Universitt Essen. Mitarbeiter in einem bauphysikalischen Gutachterbro. Wissenschaftlicher Assistent am Institut fr Bauphysik und Materialwissenschaft der Universitt Essen. 1996 Promotion. Technischer Leiter fr Abdichtungssysteme in der Industrie. Seit 2000 Professor fr Bauphysik im Fachbereich Architektur der FH Dortmund. Staatlich anerkannter Sachverstndiger fr Schall- und Wrmeschutz, NRW. Mitglied im Ausschuss der DIN V 18197 „Abdichten von Fugen in Beton mit Fugenbndern“, der DIN 18541 „Fugenbnder aus thermoplastischen Kunststoffen zur Abdichtung von Fugen in Ortbeton“, im DAfStb-Ausschuss „Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton“ und im DIBt-Sachverstndigenausschuss „Bauwerks- und Dachabdichtung“.

Bauphysik-Kalender 2010 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2010 Ernst & Sohn, Berlin ISBN 978-3-433-02938-1

562

E

Materialtechnische Tabellen

Inhaltsverzeichnis 1

Vorbemerkungen

2

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

3

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

4

Literatur

648

563 566 617

Vorbemerkungen

1

563

Vorbemerkungen

Im Folgenden werden wrme- und feuchtetechnische sowie schallschutztechnische und raumakustische Kennwerte von Baustoffen und Materialien tabellarisch als Zahlenwerte oder grafisch in Diagrammform angegeben. Neben den wesentlichen Tabellen aus den der-

zeit gltigen DIN-Normen wurden aus der Literatur ergnzende Stoffwerte zusammengestellt. Die folgende Zusammenstellung gibt einen berblick ber die Tabellen und dient als Wegweiser.

bersichtstabelle – A. Wrme- und feuchteschutztechnische Kennwerte Kenngrçßen

Quelle

Wrmeleitfhigkeit l und Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen

Wrmedurchlasswiderstnde R

Wrmebergangswiderstnde

Erdreich

Tore und Tren

Fenster und Verglasung

Tabelle

Seite

DIN V 4108-4, Tabelle 1

1

566

DIN V 4108-4,Tabelle 2 und DIN V 4108-4/A1, Tabelle 2

2

575

DIN V 4108-4, Tabelle 3

3

579

DIN EN 12524, Tabelle 1

4

579

Decken

DIN V 4108-4, Tabelle 7

5

585

Luftschichten

DIN EN ISO 6946, Tabelle 2

6

586

Dachrume

DIN EN ISO 6946, Tabelle 3

7

586

Rsi, Rse

DIN EN ISO 6946, Tabelle 1

8

586

Rse fr unterschiedliche Windgeschwindigkeiten

DIN EN ISO 6946, Tabelle A.2

9

587

Wrmeleitfhigkeiten

DIN EN ISO 13370, Tabelle 1

10

587

DIN EN ISO 13370, Tabelle G.1

11

587

Bemessungswerte DU,BW von Toren

DIN V 4108-4, Tabelle 14

12

588

Bemessungswerte DU,BW von Tren

DIN 4108-4, Tabelle 8

12a

588

Wrmedurchgangskoeffizienten von Fenstern und Fenstertren Uw

DIN V 4108-4, Tabelle 8

13

588

Zuordnung der Uf-Werte von Einzelprofilen zu einem Uf,BWBemessungswert fr Rahmen

DIN V 4108-4, Tabelle 9

14

590

Korrekturwerte DUw zur Berechnung der DIN V 4108-4,Tabelle 10 Uw,BW-Bemessungswerte

15

590

Luftdichtheit von Fenstern und FensterDIN V 4108-4, Tabelle 11 tren

16

590

Korrekturwerte DUg zur Berechnung der DIN V 4108-4,Tabelle 12 Bemessungswerte Ug,Bw

17

591

Richtwerte fr den Gesamtenergiedurchlassgrade transparenter Bauteile

DIN V 4108-6, Tabelle 6

18

591

DIN 4108-2, Tabelle 7

19

592

Typische Abminderungsfaktoren FC von Sonnenschutzvorrichtungen

Rohrdmmungen

DIN V 4108-6, Tabelle 7

20

593

Korrekturfaktoren c fr den Gesamtenergiedurchlassgrad

DIN V 4108-4, Tabelle 12

21

593

Wrmedurchgangskoeffizienten fr Lichtkuppeln

DIN V 4108-4, Tabelle 13

22

593

Dmmstoffdicken bei Rohrleitungen

DIN V 4108-4/A1, Tabelle 15

22a

594

564

E

Materialtechnische Tabellen

Kenngrçßen Physikalische Kennwerte Wasser, Wasserdampf, Eis

Sonstige Kennwerte

Feuchteschutztechnische Kennwerte

Quelle

Tabelle

Seite

Physikalische Kenngrçßen fr Wasser, Wasserdampf und Eis

Literatur

23

595

Sttigungsdampfdruck und volumenbezogener Feuchtegehalt

DIN EN ISO 13788, Anhang E, Tabelle E.1

24

595

Wasserdampfsttigungsdruck pS

DIN E 4108-3, Tabelle A.3

25

596

Werte der Konstanten a, b, n

DIN E 4108-3, Tabelle A.4

26

597

Taupunkttemperatur qS

DIN E 4108-3, Tabelle A.2

27

598

28

599

Emissionsfaktoren, Absorptionsfaktoren Literatur und Strahlungskonstanten Richtwerte fr Strahlungsabsorption

DIN 4108-6, Tabelle 8

29

599

Wrmeausdehnungskoeffizient aT

Literatur

30

600

Spezifische und volumenbezogene Wrmekapazitt weiterer Stoffe

Literatur

31

601

Rohdichte, Porositt, spezifische Wrmekapazitt, Wrmeleitfhigkeit, feuchtebedingte Zunahme der Wrmeleitfhigkeit, Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl, Bezugsfeuchtegehalt, freie Wassersttigung, Wasseraufnahmekoeffizient

Literatur

32

602

Flssigtransportkoeffizienten ausgewhlter Baustoffe

Literatur

33

607

Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe

Literatur

33

607

34

611

Feuchtebereichabhngige Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen einiger Baustoffe

Literatur

35

612

Feuchteschutztechnische Eigenschaften und spezifische Wrmekapazitt von Wrmedmm- und Mauerwerksstoffen

DIN EN 12524, Tabelle 2

36

613

Wasserdampfdiffusionsquivalente LuftDIN EN 12524, Tabelle 3 schichtdicke von Folien

37

615

Ausgleichsfeuchtegehalte von Baustoffen

DIN V 4108-4, Tabelle 4

38

615

Umrechnungsfaktoren fr den Feuchtegehalt von Wandbaustoff

DIN V 4108-4, Tabelle 5

39

616

Zuschlagswerte Z

DIN 4108-4, Tabelle 6

39a

616

Vorbemerkungen

565

B. Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Kenngrçßen

Quelle

Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R

Tabelle

Seite

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 1

40

617

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 5

44

619

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 8

46

622

47

622

48

624

Montagewnde aus Gipskartonplatten in Stnderbauart nach DIN 18183 mit DIN 4109, Bbl. 1/A1, Tabelle 23 umlaufend dichten Anschlssen an Wnden und Decken

49

625

Trennbauwnde in Holzbauart unter Verwendung von biegeweichen Schalen DIN 4109, Bbl. 1, aus Gipskartonplatten oder SpanplatTabelle 24 ten oder verputzten Holzwolle-Leichtbauplatten

50

626

Massivdecken

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 12

52

630

Biegesteife Wnde und Decken als trennende Bauteile

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 13

53

630

Zweischalige Wnde aus biegeweichen DIN 4109, Bbl. 1, Schalen und Holzbalkendecken als Tabelle 14 trennende Bauteile

54

631

Trennende Bauteile mit biegeweichen Vorsatzschalen, schwimmendem Estrich/Holzfußboden oder biegeweichen Schalen

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 15

56

631

Massivdecken in Gebuden in MassivDIN 4109, Bbl. 1, bauart ohne/mit biegeweicher UnterTabelle 16 decke

57

632

Massive Treppenlufe und Treppenpodeste

58

632

Einschalige biegesteife Wnde und Decken Einschaliges, in Normalmçrtel gemauertes Mauerwerk

Einschalige, biegesteife Wnde mit einer biegeweichen Vorsatzschale

Zweischalige Wnde aus zwei biegeDIN 4109, Bbl. 1, weichen Schalen aus Gipskartonplatten Tabelle 9 oder Spanplatten DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 10

Korrekturwerte fr das bewertete Schalldmm-Maß R0w,R

KL,1

KL,2

quivalenter bewerteter Norm-Trittschallpegel Ln,w,eq,R

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 20

566

E

Materialtechnische Tabellen

Kenngrçßen

Quelle

Tabelle

Seite

Schwimmende Estriche und schwimmend verlegte Holzfußbçden auf Massivdecken

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 17

59

633

Weichfedernde Bodenbelge fr Massivdecken

DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 18

60

634

Literatur

61

635

Beispiele fr den praktischen Schallabsorptionsgrad aS und Angaben zum bewerteten Schallabsorptionsgrad aw

DIN EN ISO 11654 Tabelle B.2

62

643

Beispiele fr die frequenzabhngige quivalente Schallabsorptionsflche A von Personen und Gesthl

DIN EN ISO 11654 Tabelle B.3

63

644

Beispiele fr den Schallabsorptionsgrad as fr eine frequenzabhngige Dimensionierung

DIN 18041, Tabelle B.1

64

645

Schallwellenwiderstand Z

Literatur

65

646

Dynamischer Elastizittsmodul Edyn, Dehnwellengeschwindigkeit CD, Verlustfaktor h

Literatur

66

646

Trittschallverbesserungsmaß DLw,R

Schallabsorptionsgrade aS

2

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

kg/m

3

1

Putze, Mçrtel und Estriche

1.1

Putze

1.1.1

Putzmçrtel aus Kalk, Kalkzement und hydraulischem Kalk

(1800)

1,00

15/35

1.1.2

Putzmçrtel aus Kalkgips, Gips, Anhydrit und Kalkanhydrit

(1400)

0,70

10

1.1.3

Leichtputz

< 1300

0,56

1.1.4

Leichtputz

£ 1000

0,38

1.1.5

Leichtputz

£ 700

0,25

1.1.6

Gipsputz ohne Zuschlag

(1200)

0,51

Anmerkungen siehe Seite 575.

15/20

10

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

567

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

(‡ 200)

0,060 0,070 0,080 0,090 0,100

5/20

(1100)

0,70

50/200

kg/m 1.1.7

Wrmedmmputz nach DIN 18550-3 Wrmeleitfhigkeitsgruppe

060 070 080 090 100

3

1.1.8

Kunstharzputz

1.2

Mauermçrtel

1.2.1

Zementmçrtel

(2000)

1,60

1.2.2

Normalmçrtel NM

(1800)

1,20

1.2.3

Dnnbettmauermçrtel

(1600)

1,00

1.2.4

Leichtmauermçrtel nach DIN 1053-1

£ 1000

0,36

1.2.5

Leichtmauermçrtel nach DIN 1053-1

£ 700

0,21

1.2.6

Leichtmauermçrtel

250 400 700 1000 1500

0,10 0,14 0,25 0,38 0,69

1.3

Estriche

1.3.1

Asphalt

1.3.2

Zement-Estrich

(2000)

1.3.3

Anhydrit-Estrich

(2100)

1,20

1.3.4

Magnesia-Estrich

1400 2300

0,47 0,70

2

Beton-Bauteile

2.1

Beton nach DIN EN 206-1

2.2

Leichtbeton und Stahlleichtbeton mit geschlossenem Gefge nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2, hergestellt unter Verwendung von Zuschlgen mit porigem Gefge nach DIN 4226-2 ohne Quarzsandzusatz d)

Anmerkungen siehe Seite 575.

15/35

5/20

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579) 1,40 15/35

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579) 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000

0,39 0,44 0,49 0,55 0,62 0,70 0,79 0,89 1,00 1,30 1,60

70/150

568

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 900 1000

0,11 0,13 0,15 0,15 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,25 0,29 0,31

5/10

1600 1800

0,81 1,10

3/10

2000

1,40

5/10

600 700 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0,22 0,26 0,28 0,36 0,46 0,57 0,75 0,92 1,20

5/15

400 450 500 550 600 650 700 750 800 900 1000 1100 1200 1300

0,12 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,20 0,22 0,24 0,27 0,32 0,37 0,41 0,47

5/15

kg/m 2.3

Dampfgehrteter Porenbeton nach DIN 4223-1

2.4

Leichtbeton mit haufwerkporigem Gefge

2.4.1

– mit nichtporigen Zuschlgen nach DIN 4226-1, z. B. Kies

2.4.2

– mit porigen Zuschlgen nach DIN 4226-2, ohne Quarzsandzusatz d)

2.4.2.1 – ausschließlich unter Verwendung von Naturbims

Anmerkungen siehe Seite 575.

3

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

569

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

2.4.2.2 – ausschließlich unter Verwendung von Blhton

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

kg/m3

W/(m · K)

–

400 450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,21 0,23 0,26 0,30 0,35 0,39 0,44 0,50 0,55 0,60 0,68 0,76

5/15

400 500 600 700 800

0,20 0,22 0,24 0,27 0,29

5/10

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,11 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,25

5/10

800 900 1000 1200 1400

0,29 0,32 0,37 0,47 0,58

5/10

750 900 1000 1200

0,35 0,41 0,47 0,58

5/10

800

0,25

4/10

3

Bauplatten

3.1

Porenbeton-Bauplatten und Porenbeton-Planbauplatten, unbewehrt nach DIN 4166

3.1.1

Porenbeton-Bauplatten (Ppl) mit normaler Fugendicke und Mauermçrtel nach DIN 1053-1 verlegt

3.1.2

3.2

3.3

3.4

Porenbeton-Planbauplatten (Pppl), dnnfugig verlegt

Wandplatten aus Leichtbeton nach DIN 18162

Wandbauplatten aus Gips nach DIN EN 12859, auch mit Poren, Hohlrumen, Fllstoffen oder Zuschlgen

Gipskartonplatten nach DIN 18180

Anmerkungen siehe Seite 575.

570

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

kg/m 4

Mauerwerk, einschließlich Mçrtelfugen

4.1

Mauerwerk aus Mauerziegeln nach DIN V 105-100, DIN V 105-5 und DIN V 105-6 bzw. Mauerziegel nach DIN EN 771-1 in Verbindung mit DIN 20000-401

4.1.1

Vollklinker, Hochlochklinker, Keramikklinker

4.1.2

4.1.3

4.1.4

Vollziegel, Hochlochziegel, Fllziegel

Hochlochziegel mit Lochung A und B nach DIN 105-2, DIN V 105-100 bzw. LD-Zielgel nach DIN 771-1 in Verbindung mit DIN 20000-401

Hochlochziegel HLzW und Wrmedmmziegel WDz nach DIN V 105-100 bzw. LD-Ziegel nach DIN EN 771-1 in Verbindung mit E DIN 20000-401, Sollmaß h = 238 mm

Anmerkungen siehe Seite 575.

3

NM/DM f)

1800 2000 2200 2400

0,81 0,96 1,20 1,40

50/100

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

0,50 0,58 0,68 0,81 0,96 1,20 1,40

5/10

LM21/ LM36 f)

NM/DM f)

550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

0,27 0,28 0,30 0,31 0,33 0,34 0,36 0,37 0,38 0,40

0,32 0,33 0,35 0,36 0,38 0,39 0,41 0,42 0,44 0,45

5/10

550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

0,19 0,20 0,20 0,21 0,22 0,23 0,23 0,24 0,25 0,26

0,22 0,23 0,23 0,24 0,25 0,26 0,26 0,27 0,28 0,29

5/10

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

571

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

kg/m 4.2

4.3

4.4

3

NM/DM f)

Mauerwerk aus Kalksandsteinen nach DIN V 106

1000 1200 1400

0,50 0,56 0,70

5/10

Mauerwerk aus Kalksandsteinen nach DIN EN 771-2 in Verbindung mit DIN 20000-402

1600 1800 2000 2200

0,79 0,99 1,10 1,30

15/25

Mauerwerk aus Httensteinen nach DIN 398

1000 1200 1400 1600 1800 2000

0,47 0,52 0,58 0,64 0,70 0,76

70/100

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,11 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,25

5/10

Mauerwerk aus Porenbeton-Plansteinen (PP) nach DIN V 4165-100 bzw. DIN EN 771-4 in Verbindung mit DIN 20000-404

4.5

Mauerwerk aus Betonsteinen

4.5.1

Hohlblçcke (Hbl) nach DIN V 18151-100, Gruppe 1 e)

Steinbreite, in cm

Anzahl der Kammerreihen

17,5 20,0 24,0 30,0 36,5 42,5 49,0

2 2 2–4 3–5 4–6 6 6

Anmerkungen siehe Seite 575.

LM21/ LM36 f) i) DM f) i) 450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1200 1400 1600

0,20 0,22 0,23 0,24 0,26 0,28 0,31 0,34

0,21 0,23 0,24 0,25 0,27 0,29 0,32 0,36

NM f) 0,24 0,26 0,27 0,29 0,30 0,32 0,35 0,39 0,45 0,53 0,65 0,74

5/10

572

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

kg/m 4.5.2

4.5.3

4.5.4

3

Anzahl der Kammerreihen

11,5 15,0 17,5 30,0 36,5 42,5 49,0

1 1 1 2 3 5 5

Vollblçcke (Vbl, S-W) nach DIN V 18152-100

Vollblçcke (Vbl) und Vbl-S nach DIN V 18152-100 aus Leichtbeton mit anderen leichten Zuschlgen als Naturbims und Blhton

LM21/ DM f) i)

NM f)

450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1200 1400 1600

0,22 0,24 0,26 0,27 0,29 0,30 0,34 0,37

0,23 0,25 0,27 0,28 0,30 0,32 0,36 0,40

0,28 0,29 0,31 0,32 0,34 0,36 0,41 0,46 0,52 0,60 0,72 0,76

5/10

450 500 550 600 650 700 800 900 1000

0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,21 0,25 0,28

0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,23 0,26 0,29

0,18 0,20 0,21 0,22 0,23 0,25 0,27 0,30 0,32

5/10

450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1200 1400

0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,29 0,32 0,34

0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,30 0,32 0,35

0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,36 0,39 0,42 0,49 0,57

5/10

0,62 0,68 0,74

10/15

1600 1800 2000 Anmerkungen siehe Seite 575.

–

LM36 f) i)

Hohlblçcke (Hbl) nach DIN V 18151-100 und Hohlwandplatten nach DIN 18148, Gruppe 2

Steinbreite, in cm

W/(m · K)

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

573

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

kg/m 4.5.5

3

Vollsteine (V) nach DIN 18152-100 450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1200 1400

W/(m · K) LM21/ DM f) i)

NM f)

0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,27 0,30 0,33 0,36

0,22 0,23 0,25 0,26 0,27 0,29 0,32 0,35 0,38

0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,37 0,40 0,43 0,46 0,54 0,63

1600 1800 2000 4.5.6

Mauersteine nach DIN 18153-100 aus Beton bzw. DIN EN 771-3 in Verbindung mit DIN V 20000-403

–

LM36 f) i)

0,74 0,87 0,99

5/10

10/15

800 900 1000 1200

0,60 0,65 0,70 0,80

5/15

1400 1600 1800 2000 2200 2400

0,90 1,10 1,20 1,40 1,70 2,10

20/30

5

Wrmedmmstoffe – siehe DIN V 4108-4, Tabelle 2 und Tabelle 3 (siehe auch Tabelle 2, S. 575 und Tabelle 3, S. 579)

6

Holz- und Holzwerkstoffe

7

Belge, Abdichtstoffe und Abdichtungsbahnen

7.1

Fußbodenbelge

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579)

7.2

Abdichtstoffe

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579)

7.3

Dachbahnen, Dachabdichtungsbahnen

7.3.1

Bitumendachbahn nach DIN 52128

(1200)

7.3.2

Nackte Bitumenbahnen nach DIN 52129

(1200)

0,17

2000/20000

7.3.3

Glasvlies-Bitumendachbahnen nach DIN 52143

–

0,17

20000/60000

7.3.4

Kunststoff-Dachbahn nach DIN 16729 (ECB)

–

–

50000/75000 (2,0K) 70000/90000

Anmerkungen siehe Seite 575.

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579)

0,17

10000/80000

574

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

kg/m

3

7.3.5

Kunststoff-Dachbahn nach DIN 16730 (PVC-P)

–

–

10000/30000

7.3.6

Kunststoff-Dachbahn nach DIN 16731 (PIB)

–

–

400000/ 1750000

7.4

Folien

7.4.1

PTFE-Folien Dicke d ‡ 0,05 mm

–

–

10000

7.4.2

PA-Folie Dicke d ‡ 0,05 mm

–

–

50000

7.4.3

PP-Folie Dicke d ‡ 0,05 mm

–

–

1000

(£ 100) (£ 100) (£ 200) (£ 600) (£ 400) (£ 1000) (£ 1200) (£ 1500)

0,060 0,070 0,055 0,13 0,16 0,19 0,22 0,27

3

(15)

0,050

3

(1800)

0,70

3

Siehe [10]

Stoffe g)

8

Sonstige gebruchliche

8.1

Lose Schttungen, abgedeckt h)

8.1.1

– aus porigen Stoffen: Blhperlit Blhglimmer Korkschrot, expandiert Hftenbims Blhton, Blhschiefer Bimskies Schaumlava

8.1.2

– aus Polystyrolschaumstoff-Partikeln

8.1.3

– aus Sand, Kies, Splitt (trocken)

8.2

Fliesen

8.3

Glas

8.4

Natursteine

8.5

Lehmbaustoffe

8.6

Bçden, naturfeucht

8.7

Keramik und Glasmosaik

Anmerkungen siehe Seite 575.

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579) 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0,14 0,17 0,21 0,25 0,30 0,35 0,47 0,59 0,73 0,91 1,10 Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579)

5/10

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

575

Tabelle 1. Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit und Richtwerte der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen (DIN V 4108-4, Tabelle 1) [6] (Fortsetzung) Zeile

Stoff

Rohdichte a), b)

Bemessungswert der Wrmeleitfhigkeit

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl c)

r

l

m

W/(m · K)

–

kg/m 8.8

Metalle

8.9

Gummi

3

Siehe [10] (siehe auch Tabelle 4, S. 579) f) Bezeichnung der Mçrtelarten nach DIN 1053-1: NM – Normalmçrtel; LM21 – Leichtmçrtel mit l = 0,21 W/(m · K); LM36 – Leichtmçrtel mit l = 0,36 W/(m · K); DM – Dnnbettmçrtel. g) Diese Stoffe sind hinsichtlich ihrer wrmeschutztechnischen Eigenschaften nicht genormt. Die angegebenen Wrmeleitfhigkeitswerte stellen obere Grenzwerte dar. h) Die Dichte wird bei losen Schttungen als Schttdichte angegeben. i) Wenn keine Werte angegeben sind, gelten die Werte der Spalte „NM“

a) Die in Klammern angegebenen Rohdichtewerte dienen nur zur Ermittlung der flchenbezogenen Masse, z. B. fr den Nachweis des sommerlichen Wrmeschutzes. b) Die bei den Steinen genannten Rohdichten entsprechen den Rohdichteklassen der zitierten Stoffnormen. c) Es ist jeweils der fr die Baukonstruktion ungnstigere Wert einzusetzen. Bezglich der Anwendung der m-Werte siehe DIN 4108-3. d) Bei Quarzsand erhçhen sich die Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit um 20 %. e) Die Bemessungswerte der Wrmeleitfhigkeit sind bei Hohlblçcken mit Quarzsandzusatz fr 2 K Hbl um 20 % und fr 3 K Hbl bis 6 K Hbl um 15 % zu erhçhen.

Tabelle 2. Zeile 5 von DIN 4108-4, Tabelle 1 fr Wrmedmmstoffe nach harmonisierten europischen Normen (DIN V 4108-4, Tabelle 2) [6] Zeile

5.1

5.2

Stoff

Mineralwolle (MW) nach DIN EN 13162

Expandierter Polystyrolschaum (EPS) nach DIN EN 13163

Anmerkungen siehe Seite 578.

Kategorie I

Kategorie II

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl a) m

Nennwert

Bemessungswert

Grenzwert

Bemessungswert

lD

l b)

lgrenz c)

l d)

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

0,036 0,037 0,038 0,040 0,041 0,042 – – – 0,060

0,0290 0,0299 0,0309 0,0319 0,0329 0,0338 – – – 0,0480

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

1

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

0,036 0,037 0,038 0,040 0,041 0,042 – – – 0,060

0,0290 0,0299 0,0309 0,0319 0,0329 0,0338 – – – 0,0480

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

20/100

576

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 2. Zeile 5 von DIN 4108-4, Tabelle 1 fr Wrmedmmstoffe nach harmonisierten europischen Normen (DIN V 4108-4, Tabelle 2) [6] (Fortsetzung) Zeile

5.3

5.4

5.5

5.6

Stoff

Extrudierter Polystyrolschaum (XPS) nach DIN EN 13164

Polyurethan-Hartschaum (PUR) nach DIN EN 13165 e)

Phenolharz-Hartschaum (PF) nach DIN EN 13166

Schaumglas (CG) nach DIN EN 13167

Kategorie I

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl a) m

Bemessungswert

Grenzwert

Bemessungswert

lD

l b)

lgrenz c)

l d)

0,026 0,027 0,028 0,029 0,030 – – – 0,040

0,031 0,032 0,034 0,035 0,036 – – – 0,048

0,0252 0,0261 0,0271 0,0280 0,0290 – – – 0,0385

0,026 0,027 0,028 0,029 0,030 – – – 0,040

80/250

0,020 0,021 0,022 0,023 0,024 0,025 – – – 0,040

0,024 0,025 0,026 0,028 0,029 0,030 – – – 0,048

0,0195 0,0204 0,0214 0,0223 0,0233 0,0242 – – – 0,0428

0,020 0,021 0,022 0,023 0,024 0,025 – – – 0,045

40/200

0,020 0,021 0,022 0,023 0,024 0,025 – – – 0,035

0,024 0,025 0,026 0,028 0,029 0,030 – – – 0,042

0,0195 0,0204 0,0214 0,0223 0,0233 0,0242 – – – 0,0338

0,020 0,021 0,022 0,023 0,024 0,025 – – – 0,035

10/60

0,038 0,039 0,040 – – – 0,055

0,046 0,047 0,048 – – – 0,066

0,0366 0,0375 0,0385 – – – 0,0529

0,038 0,039 0,040 – – – 0,055

f)

0,072 0,073 0,074 0,076 0,077 0,078 – – – 0,12

0,0576 0,0585 0,0595 0,0604 0,0614 0,0623 – – – 0,957

0,060 0,061 0,062 0,063 0,064 0,065 – – – 0,10

5.7

Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN EN 13168

5.7.1

Holzwolle-Platten (WW)

Anmerkungen siehe Seite 578.

Kategorie II

Nennwert

0,060 0,061 0,062 0,063 0,064 0,065 – – – 0,10

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

577

Tabelle 2. Zeile 5 von DIN 4108-4, Tabelle 1 fr Wrmedmmstoffe nach harmonisierten europischen Normen (DIN V 4108-4, Tabelle 2) [6] (Fortsetzung) Zeile

5.7.2

Stoff

Kategorie II

Bemessungswert

Grenzwert

Bemessungswert

lD

l b)

lgrenz c)

l d)

0,031 0,046 0,047 – – – 0,065

0,037 0,055 0,056 – – – 0,078

0,0299 0,0443 0,0452 – – – 0,0624

0,031 0,046 0,047 – – – 0,065

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl a) m

Holzwolle-Mehrschichtplatten nach DIN EN 13168 (WWC) mit expandiertem Polystyrolschaum (EPS) nach DIN EN 13163

mit Mineralwolle (MW) nach DIN EN 13162

Holzwolledeckschicht(en) nach DIN EN 13168

5.8

Kategorie I Nennwert

Blhperlit (EPB) nach DIN EN 13169

Anmerkungen siehe Seite 578.

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

0,036 0,037 0,038 0,040 0,041 0,042 – – – 0,060

0,0290 0,0299 0,0309 0,0319 0,0329 0,0338 – – – 0,0480

0,030 0,031 0,032 0,043 0,034 0,035 – – – 0,050

20/50

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

0,036 0,037 0,038 0,040 0,041 0,042 – – – 0,060

0,0290 0,0299 0,0309 0,0319 0,0329 0,0338 – – – 0,0480

0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 – – – 0,050

1

0,10 0,11 0,12 0,13 0,14

0,12 0,13 0,14 0,16 0,17

0,0957 0,1090 0,1190 0,1280 0,1380

0,10 0,11 0,12 0,13 0,14

2/5

0,045 0,046 0,047 – – – 0,065

0,054 0,055 0,056 – – – 0,078

0,0432 0,0443 0,0452 – – – 0,0624

0,045 0,046 0,047 – – – 0,065

5

578

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 2. Zeile 5 von DIN 4108-4, Tabelle 1 fr Wrmedmmstoffe nach harmonisierten europischen Normen (DIN V 4108-4, Tabelle 2) [6] (Fortsetzung) Zeile

5.9

5.10

5.11

Stoff

Expandierter Kork (ICB) nach DIN EN 13170 g)

Holzfaserdmmstoff (WF) nach DIN EN 13171 g)

Kategorie I

Kategorie II

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl a) m

Nennwert

Bemessungswert

Grenzwert

Bemessungswert

lD

l b)

lgrenz c)

l d)

0,040 0,041 0,042 0,043 0,044 0,045 – – – 0,055

0,049 0,050 0,052 0,053 0,054 0,055 – – – 0,067

0,0368 0,0377 0,0386 0,0395 0,0404 0,0413 – – – 0,0504

0,040 0,041 0,042 0,043 0,044 0,045 – – – 0,055

5/10

0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 0,038 0,039 0,040 – – – 0,060

0,039 0,040 0,042 0,043 0,044 0,045 0,046 0,048 0,049 – – – 0,073

0,0303 0,0312 0,0322 0,0331 0,0340 0,0350 0,0359 0,0368 0,0378 – – – 0,0565

0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 0,038 0,039 0,040 – – – 0,060

5

0,120

0,057 0,066 0,075 0,085 0,094

0,060 0,070 0,080 0,090 0,100

0,192

0,113 0,132 0,150

0,120 0,140 0,160

Wrmedmmputz nach DIN EN 998-1 der Kategorie T1 T1 T1 T1 T2 T2 T2

a) Es ist jeweils der fr die Baukonstruktion ungnstigere Wert einzusetzen. Bezglich der Anwendung der m-Werte siehe DIN 4108-3. b) l = lD · 1,2 c) Der Wert lgrenz ist im Rahmen der technischen Spezifikationen des jeweiligen Dmmstoffs festzulegen. d) l = lgrenz · 1,05. e) Bei der Ermittlung von Bemessungswerten nach der Kategorie II darf abweichend von dem in der Tabelle angegebenen Verfahren alternativ wie folgt vorgegangen werden. l = lgrenz · (1 + Z), der

5/20

Zuschlagswert Z ist nach der jeweils gltigen Bauregelliste A Teil 1, Anlage 5.2 zu ermitteln. f) Praktisch dampfdicht, DIN EN 12086 oder DIN EN ISO 12572: sd ‡ 1500 m. g) In den Zeilen 5.9 und 5.10 ist die Umrechnung der Feuchte bereits realisiert, in der Zeile 5.9 ist die Umrechnung l = lD · 1,23 und l = lgrenz · 1,1 sowie in der Zeile 5.10 l = lD · 1,23 und l = lgrenz · 1,07.

579

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 3. Wrmedmmstoffe nach nationalen Normen (DIN V 4108-4, Tabelle 3) [6] Zeile

Stoff

Rohdichte

Bemessungwert der Wrmeleitfhigkeit

r kg/m3

l W/(m · K)

1

Schaumstoffkunststoffe, an der Verwendungsstelle hergestellt

1.1.

Polyurethan (PUR)-Ortschaum nach DIN 18159-1 (Treibmittel CO2) Wrmeleitfhigskeitsgruppe 035 040

1.2

1.3

Harnstoff-Formaldehyd (UF)-Ortschaum nach DIN 18159-2 Wrmeleitfhigkeitsgruppe 035 040 Holzfaserdmmstoffe nach DIN V 4108-10 und DIN EN 13171 Wrmeleitfhigkeitsgruppe 035 040 045 050 055 060

Richtwert der WasserdampfDiffusionswiderstandszahl a)

(> 45)

0,035 0,040

30/100

(‡ 10)

0,035 0,040

1/3

0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060

5

(110 bis 450)

a) Es ist jeweils der fr die Baukonstruktion ungnstigere Wert einzusetzen. Bezglich der Anwendung der m-Werte siehe DIN 4108-3.

Tabelle 4. Wrmeschutztechnische Bemessungswerte fr Baustoffe, die gewçhnlich bei Gebuden zur Anwendung kommen (DIN EN 12524, Tabelle 1) [10] Stoffgruppe oder Anwendung

Rohdichte r

Spezifische Wrmespeicherkapazitt cp

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m trocken

feucht

W/(m · K)

J/(kg · K)

–

–

2100

0,70

1000

50000

50000

Als Stoff

1050

0,17

1000

50000

50000

Membran/Bahn

1100

0,23

1000

50000

50000

1800

1,15

1000

100

60

2000

1,35

1000

100

60

2200

1,65

1000

120

70

Hohe Rohdichte

2400

2,00

1000

130

80

Armiert (mit 1 % Stahl)

2300

2,30

1000

130

80

Armiert (mit 2 % Stahl)

2400

2,50

1000

130

80

kg/m Asphalt Bitumen

3

Bemessungswrmeleitfhigkeit l

Beton 1) Mittlere Rohdichte

Anmerkungen siehe Seite 584.

580

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 4. Wrmeschutztechnische Bemessungswerte fr Baustoffe, die gewçhnlich bei Gebuden zur Anwendung kommen (DIN EN 12524, Tabelle 1) [10] (Fortsetzung) Stoffgruppe oder Anwendung

Fußbodenbelge

Gase

Glas

Wasser

Rohdichte r

Bemessungswrmeleitfhigkeit l

Spezifische Wrmespeicherkapazitt cp

kg/m3

W/(m · K)

Gummi

1200

Kunststoff

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m trocken

feucht

J/(kg · K)

–

–

0,17

1400

10000

10000

1700

0,25

1400

10000

10000

Unterlagen, porçser Gummi oder Kunststoff

270

0,10

1400

10000

10000

Filzunterlage

120

0,05

1300

20

15

Wollunterlage

200

0,06

1300

20

15

Korkunterlage

< 200

0,05

1500

20

10

Korkfliesen

> 400

0,065

1500

40

20

Teppich/Teppichbçden

200

0,06

1300

5

5

Linoleum

1200

0,17

1400

1000

800

Trockene Luft

1,23

0,025

1008

1

1

Kohlendioxid

1,95

0,014

820

1

1

Argon

1,70

0,017

519

1

1

Schwefelhexafluorid

6,36

0,013

614

1

1

Krypton

3,56

0,009

245

1

1

Xenon

5,68

0,0054

160

1

1

Natronglas (einschließlich Floatglas)

2500

1,00

750

¥

¥

Quarzglas

2200

1,40

750

¥

¥

Glasmosaik

2000

1,20

750

¥

¥

Eis bei –10 C

920

2,30

2000

Eis bei 0 C

900

2,20

2000

Schnee, frisch gefallen (< 30 mm)

100

0,05

2000

Neuschnee, weich (30 … 70 mm)

200

0,12

2000

Schnee, leicht verharscht (70 … 100 mm)

300

0,23

2000

Schnee, verharscht (< 200 mm)

500

0,60

2000

Wasser bei 0 C

1000

0,60

4190

Wasser bei 40 C

990

0,63

4190

Wasser bei 80 C

970

0,67

4190

Anmerkungen siehe Seite 584.

581

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 4. Wrmeschutztechnische Bemessungswerte fr Baustoffe, die gewçhnlich bei Gebuden zur Anwendung kommen (DIN EN 12524, Tabelle 1) [10] (Fortsetzung) Stoffgruppe oder Anwendung

Metalle

Massive Kunststoffe

Gummi

Rohdichte r

Bemessungswrmeleitfhigkeit l

Spezifische Wrmespeicherkapazitt cp

kg/m3

W/(m · K)

Aluminiumlegierungen

2800

Bronze

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m trocken

feucht

J/(kg · K)

–

–

160

880

¥

¥

8700

65

380

¥

¥

Messing

8400

120

380

¥

¥

Kupfer

8900

380

380

¥

¥

Gusseisen

7500

50

450

¥

¥

Blei

11300

35

130

¥

¥

Stahl

7800

50

450

¥

¥

Nichtrostender Stahl

7900

17

460

¥

¥

Zink

7200

110

380

¥

¥

Acrylkunststoff

1050

0,20

1500

10000

10000

Polykarbonate

1200

0,20

1200

5000

5000

Polytetrafluorethylenkunststoff (PTFE)

2200

0,25

1000

10000

10000

Polyvinylchlorid (PVC)

1390

0,17

900

50000

50000

Polymethylmethacrylat (PMMA)

1180

0,18

1500

50000

50000

Polyazetatkunststoff

1410

0,30

1400

100000

100000

Polyamid (Nylon)

1150

0,25

1600

50000

50000

Polyamid 6,6 mit 25 % Glasfasern

1450

0,30

1600

50000

50000

Polyethylen/hoher Rohdichte

980

0,50

1800

100000

100000

Polyethylen/niedriger Rohdichte

920

0,33

2200

100000

100000

Polystyrol

1050

0,16

1300

100000

100000

Polypropylen

910

0,22

1800

10000

10000

Polypropylen mit 25 % Glasfasern

1200

0,25

1800

10000

10000

Polyurethan (PU)

1200

0,25

1800

6000

6000

Epoxyharz

1200

0,20

1400

10000

10000

Phenolharz

1300

0,30

1700

100000

100000

Polyesterharz

1400

0,19

1200

10000

10000

Naturkautschuk

910

0,13

1100

10000

10000

Neopren (Polychloropren)

1240

0,23

2140

10000

10000

Butylkautschuk (Isobutylenkautschuk) hart/heiß geschmolzen

1200

0,24

1400

200000

200000

Anmerkungen siehe Seite 584.

582

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 4. Wrmeschutztechnische Bemessungswerte fr Baustoffe, die gewçhnlich bei Gebuden zur Anwendung kommen (DIN EN 12524, Tabelle 1) [10] (Fortsetzung) Stoffgruppe oder Anwendung

Bemessungswrmeleitfhigkeit l

Spezifische Wrmespeicherkapazitt cp

kg/m3

W/(m · K)

60 bis 80

Hartgummi (Ebonit), hart

Gips

Putze und Mçrtel

feucht

J/(kg · K)

–

–

0,06

1500

7000

7000

1200

0,17

1400

¥

¥

Ethylen-Propylenedien, Monomer (EPDM)

1150

0,25

1000

6000

6000

Polyisobutylenkautschuk

930

0,20

1100

10000

10000

Polysulfid

1700

0,40

1000

10000

10000

Butadien

980

0,25

1000

100000

100000

Silicagel (Trockenmittel)

720

0,13

1000

¥

¥

Silikon ohne Fllstoff

1200

0,35

1000

5000

5000

Silikon mit Fllstoff

1450

0,50

1000

5000

5000

Silikonschaum

750

0,12

1000

10000

100000

Urethan-/Polyurethanschaum (als wrmetechnische Trennung)

1300

0,21

1800

60

60

Weichpolyvinylchlorid (PVC-P) mit 40 % Weichmacher

1200

0,14

1000

100000

100000

Elastomerschaum, flexibel

60 bis 80

0,05

1500

10000

10000

Polyurethanschaum (PU)

70

0,05

1500

60

60

Polyethylenschaum

70

0,05

2300

100

100

Gips

600

0,18

1000

10

4

Gips

900

0,30

1000

10

4

Gips

1200

0,43

1000

10

4

Gips

1500

0,56

1000

10

4

Gipskartonplatten 2)

900

0,25

1000

10

4

Gipsdmmputz

600

0,18

1000

10

6

Gipsputz

1000

0,40

1000

10

6

Gipsputz

1300

0,57

1000

10

6

Gips, Sand

1600

0,80

1000

10

6

Kalk, Sand

1600

0,80

1000

10

6

Zement, Sand Erdreich

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m trocken

Schaumgummi

Dichtungsstoffe, Dichtungen und wrmetechnische Trennungen

Rohdichte r

1800

1,00

1000

10

6

Ton oder Schlick oder Schlamm

1200 bis 1800

1,5

1670 bis 2500

50

50

Sand und Kies

1700 bis 2200

2,0

910 bis 1180

50

50

Anmerkungen siehe Seite 584.

583

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 4. Wrmeschutztechnische Bemessungswerte fr Baustoffe, die gewçhnlich bei Gebuden zur Anwendung kommen (DIN EN 12524, Tabelle 1) [10] (Fortsetzung) Stoffgruppe oder Anwendung

Gestein

Rohdichte r

Bemessungswrmeleitfhigkeit l

Spezifische Wrmespeicherkapazitt cp

kg/m3

W/(m · K)

Kristalliner Naturstein

2800

Sediment-Naturstein

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m trocken

feucht

J/(kg · K)

–

–

3,5

1000

10000

10000

2600

2,3

1000

250

2

Leichter Sediment-Naturstein

1500

0,85

1000

30

20

Porçses Gestein, z. B. Lawa

1600

0,55

1000

20

15

Basalt

2700 bis 3000

3,5

1000

10000

10000

Gneis

2400 bis 2700

3,5

1000

10000

10000

Granit

2500 bis 2700

2,8

1000

10000

10000

Marmor

2800

3,5

1000

10000

10000

2000 bis 2800

2,2

1000

1000

800

Kalkstein, extraweich

1600

0,85

1000

30

20

Kalkstein, weich

1800

1,1

1000

40

25

Kalkstein, halbhart

2000

1,4

1000

50

40

Kalkstein, hart

2200

1,7

1000

200

150

Kalkstein, extrahart

2600

2,3

1000

250

200

Sandstein (Quarzit)

2600

2,3

1000

40

30

Naturbims

400

0,12

1000

8

6

Kunststein

1750

1,3

1000

50

40

Dachziegelsteine

Ton

2000

1,0

800

40

30

Beton

2100

1,5

1000

100

60

Platten

Keramik/Porzellan

2300

1,3

840

Kunststoff

1000

0,20

1000

10000

10000

500

0,13

1600

50

20

Schiefer

Konstruktionsholz 3) Holzwerkstoffe

¥

700

0,18

1600

200

50

Sperrholz 4)

300

0,09

1600

150

50

Sperrholz 4)

500

0,13

1600

200

70

Sperrholz 4)

700

0,17

1600

220

90

Sperrholz 4)

1000

0,24

1600

250

110

Zementgebundene Spanplatte

1200

0,23

1500

50

30

Spanplatte

300

0,10

1700

50

10

Spanplatte

600

0,14

1700

50

15

Spanplatte

900

0,18

1700

50

20

Anmerkungen siehe Seite 584.

584

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 4. Wrmeschutztechnische Bemessungswerte fr Baustoffe, die gewçhnlich bei Gebuden zur Anwendung kommen (DIN EN 12524, Tabelle 1) [10] (Fortsetzung) Stoffgruppe oder Anwendung

Rohdichte r

Bemessungswrmeleitfhigkeit l

Spezifische Wrmespeicherkapazitt cp

kg/m3

W/(m · K)

OSB-Platten

650

Holzfaserplatte, einschließlich MDF 5)

WasserdampfDiffusionswiderstandszahl m trocken

feucht

J/(kg · K)

–

–

0,13

1700

50

30

250

0,07

1700

5

2

Holzfaserplatte, einschließlich MDF 5)

400

0,10

1700

10

5

Holzfaserplatte, einschließlich MDF 5)

600

0,14

1700

10

12

Holzfaserplatte, einschließlich MDF 5)

800

0,18

1700

10

20

Anmerkung 1: Fr Computerberechnungen kann der ¥-Wert, wie z. B. 106, ersetzt werden. Anmerkung 2: Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen sind als Werte nach den in prEN ISO 12571:1999, Wrme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und -produkten – Bestimmung der Wasserdampfdurchlssigkeit, festgelegten „Dry-cup-“ und „Wet-cup-Verfahren“ angegeben. 1) Die Rohdichte von Beton ist als Trockenrohdichte gegeben. 2) Die Wrmeleitfhigkeit schließt den Einfluss der Papierdeckschichten ein. 3) Die Rohdichte von Nutzholz und Holzfaserplattenprodukten ist die Gleichgewichtsdichte bei 20 C und 60 % relativer Luftfeuchte.

4) Als Interimsmaßnahme und bis zum Vorliegen hinreichend zuverlssiger Daten kçnnen fr Hartfaserplatten/ wood panels (SWP) und Bauholz mit Furnierschichten (LVL, laminated veneer lumber) die fr Sperrholz angegebenen Werte angewendet werden. 5) MDF bedeutet Medium Density Fibreboard/mitteldichte Holzfaserplatte, die im sog. Trockenverfahren hergestellt worden ist.

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

585

Tabelle 5. Wrmedurchlasswiderstand R von Decken (DIN V 4108-4, Tabelle 7) [6] Zeile

Deckenart und Darstellung

Dicke s mm

Wrmedurchlasswiderstand R (m2 · K)/W im Mittel

an der ungnstigsten Stelle

1

Stahlbetonrippen- und Stahlbetonbalkendecken nach DIN 1045-1, DIN 1045-2 mit Zwischenbauteilen nach DIN 4158

1.1

Stahlbetonrippendecke (ohne Aufbeton, ohne Putz)

120 140 160 180 200 220 250

0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26

0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12

1.2

Stahlbetonbalkendecke (ohne Aufbeton, ohne Putz)

120 140 160 180 200 220 240

0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28

0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12

2.1

Ziegel als Zwischenbauteile nach DIN 4160 ohne Querstege (ohne Aufbeton, ohne Putz)

115 140 165

0,15 0,16 0,18

0,06 0,07 0,08

2.2

Ziegel als Zwischenbauteile nach DIN 4160 mit Querstegen (ohne Aufbeton, ohne Putz)

190 225 240 265 290

0,24 0,26 0,28 0,30 0,32

0,09 0,10 0,11 0,12 0,13

3

Stahlsteindecken nach DIN 1045 aus Deckenziegeln nach DIN 4159

3.1

Ziegel fr teilvermçrtelbare Stoßfugen nach DIN 4159

115 140 165 190 215 240 265 290

0,15 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,36

0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13

3.2

Ziegel fr vollvermçrtelbare Stoßfugen nach DIN 4159

115 140 165 190 215 240 265 290

0,13 0,16 0,19 0,22 0,25 0,28 0,31 0,34

0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13

4

Stahlbetonhohldielen nach DIN 1045-1, DIN 1045-2 65 80 100

0,13 0,14 0,15

0,03 0,04 0,05

(ohne Aufbeton, ohne Putz)

586

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 6. Wrmedurchlasswiderstand, in (m2 · K)/W, von ruhenden Luftschichten – Oberflchen mit hohem Emissionsgrad (DIN EN ISO 6946, Tabelle 2) [8] 2) Dicke der Luftschicht mm

Richtung des Wrmestromes Aufwrts

Horizontal

Abwrts

0

0,00

0,00

0,00

5

0,11

0,11

0,11

7

0,13

0,13

0,13

10

0,15

0,15

0,15

15

0,16

0,17

0,17

25

0,16

0,18

0,19

50

0,16

0,18

0,21

100

0,16

0,18

0,22

300

0,16

0,18

0,23

Anmerkung: Zwischenwerte kçnnen mittels linearer Interpolation ermittelt werden. 2)

Bauteil mit schwach belfteten Luftschichten 2

2

Bauteil mit stark belfteter Luftschicht

ffnungen zwischen Luftschicht und Außenluft

> 500 mm bis 1500 mm je m Lnge fr vertikale Luftschichten > 500 mm2 bis 1500 mm2 je m2 Oberflche fr horizontale Luftschichten

> 1500 mm2 je m Lnge fr vertikale Luftschichten > 1500 mm2 je m2 Oberflche fr horizontale Luftschichten

Bemessungswert

Hlfte des entsprechenden Wrmedurchlasswiderstandes der obigen Tabelle 14. Wenn der Wrmedurchlasswiderstand der Schicht zwischen Luftschicht und Außenumgebung 0,15 (m2 · K)/W berschreitet, muss mit einem Hçchstwert von 0,15 (m2 · K)/W gerechnet werden.

Der Wrmedurchgangswiderstand eines Bauteils mit stark belfteter Luftschicht wird berechnet, indem der Wrmedurchlasswiderstand der Luftschicht und aller Schichten zwischen Luftschicht und Außenluft vernachlssigt wird und ein ußerer Wrmebergangskoeffizient verwendet wird, der dem bei ruhender Luft entspricht.

Tabelle 7. Wrmedurchlasswiderstand Ru von Dachrumen (DIN EN ISO 6946, Tabelle 3) [8] Zeile

Beschreibung des Daches

Ru (m2 · K)/W

1

Ziegeldach ohne Pappe, Schalung oder hnlichem

0,06

2

Plattendach oder Ziegeldach mit Pappe oder Schalung oder hnlichem unter den Ziegeln

0,20

3

Wie 2, jedoch mit Aluminiumverkleidung oder einer anderen Oberflche mit geringem Emissionsgrad an der Dachunterseite

0,30

4

Dach mit Schalung und Pappe

0,30

Anmerkung: Die Werte in dieser Tabelle enthalten den Wrmedurchlasswiderstand des belfteten Raums und der (Schrg-)Dachkonstruktion. Sie enthalten nicht den ußeren Wrmebergangswiderstand Rse.

Tabelle 8. Wrmebergangswiderstnde in (m2 · K)/W (DIN EN ISO 6946, Tabelle 1) [8] Wrmebergangswiderstand

Richtung des Wrmestromes Aufwrts

Horizontal

Abwrts

Rsi

0,10

0,13

0,17

Rse

0,04

0,04

0,04

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 9. Werte fr den ußeren Wrmebergangswiderstand Rse fr unterschiedliche Windgeschwindigkeiten (DIN EN ISO 6946, Tabelle A.2) [8] 1) Windgeschwindigkeit m/s

Rse (m2 · K)/W

1

0,08

2

0,06

3

0,05

4

0,04

5

0,04

7

0,03

10

0,02

587

Hinweis: Nach DIN EN ISO 10211-1 [9] werden zur Berechnung der Oberflchentemperaturen folgende Werte fr den inneren Wrmebergangswiderstand empfohlen: Verglasung Rsi = 0,13 (m2 · K)/W Obere Raumhlfte Rsi = 0,25 (m2 · K)/W Untere Raumhlfte Rsi = 0,35 (m2 · K)/W Wrmebergang wird durch Gegenstnde z. B. durch Mçbel erheblich beeintrchtigt Rsi = 0,50 (m2 · K)/W DIN E 4108-2 [5] nennt im Hinblick auf die Vermeidung von Schimmelpilzbildung einen inneren Wrmebergangswiderstand: Rsi = 0,25 (m2 · K)/W In [3] werden im Hinblick auf die Vermeidung von Schimmelpilzbildung folgende Wrmebergangswiderstnde genannt: Einbauschrnke Rsi = 1,00 (m2 · K)/W Freistehende Schrnke vor einer Wand Rsi = 0,50 (m2 · K)/W Gardinen vor einer Wand Rsi = 0,25 (m2 · K)/W

1) Wrmedurchlasswiderstnde von ruhenden Luftschichten, schwach belfteten Luftschichten und stark belfteten Luftschichten werden in DIN EN ISO 6946 [8] angegeben.

Liegen fr die Wrmebergangswiderstnde keine besonderen Angaben ber Randbedingungen vor, so gelten fr Wrmestromrichtungen € 30 zur horizontalen Ebene (ebene Oberflchen) die in Tabelle 8 angegebenen Werte. Bei abweichenden Randbedingungen siehe DIN EN ISO 6946 [8].

Fr die wrmetechnischen Eigenschaften des Erdreichs kçnnen folgende Werte angewandt werden: – Werte, die fr die tatschliche Lage ber einer der Breite des Gebudes entsprechenden Tiefe unter Bercksichtigung des blichen Feuchtegehaltes ermittelt wurden, – bei bekannter Beschaffenheit des Erdreichs, kçnnen die Werte der Tabelle 15 verwendet werden, – andernfalls werden folgende Werte angenommen: l = 2,0 W/(m · K), r · c = 2,0 · 106 J/(m3 · K).

Tabelle 10. Wrmetechnische Eigenschaften des Erdreichs (DIN EN ISO 13370, Tabelle 1) [11] Kategorie

Beschreibung

Wrmeleitfhigkeit l W/(m · K)

Volumenbezogene Wrmekapazitt r·c J/(m3 · K)

1

Ton oder Schluff

1,5

3,0 . 106

2

Sand oder Kies

2,0

2,0 . 106

3

homogener Felsen

3,5

2,0 . 106

Tabelle 11. Wrmeleitfhigkeit des Erdreichs (DIN EN ISO 13370, Tabelle G.1) [11] Sttigungsgrad S

kg/m3

Massebezogener Feuchtegehalt u kg / kg

Schluff

1400 bis 1800

0,1 bis 0,3

Ton

1200 bis 1600

0,2 bis 0,4

Art des Erdreichs

Trockenrohdichte r

Wrmeleitfhigkeit l

Reprsentative Werte fr l

%

W/(m · K)

W/(m · K)

70 bis 100

1,0 bis 2,0

1,5

80 bis 100

0,9 bis 1,4

1,5

Torf

400 bis 1100

0,05 bis 2,0

0 bis 100

0,2 bis 0,5

–

Trockener Sand

1700 bis 2000

0,04 bis 0,12

20 bis 60

1,1 bis 2,2

2,0

Nasser Sand

1700 bis 2100

0,10 bis 0,18

85 bis 100

1,5 bis 2,7

2,0

2000 bis 3000

1)

1)

2,5 bis 4,5

3,5

Felsen

1) blicherweise sehr gering (Feuchtegehalt < 0,03) mit Ausnahme von porçsem Gestein.

588

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 12. Bemessungswerte des Wrmedurchgangkoeffizienten UD,BW von Toren in Abhngigkeit der konstruktiven Merkmale (DIN V 4108-4, Tabelle 14) [6] Konstruktionsmerkmale

Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten UD,BW W/(m2 · K)

Tore a) mit einem Torblatt aus Metall (einschalig, ohne wrmetechnische Trennung)

6,5

Tore a)

mit einem Torblatt aus metall- oder holzbeplankten Paneelen aus Dmmstoffen (l £ 0,04 W/(m · K) bzw. RD ‡ 0,5 (m2 · K)/W bei 15 mm Schichtdicke)

2,9

Tore a) mit einem Torblatt aus Holz und Holzwerkstoffen, Dicke der Torfllung ‡ 15 mm

4,0

Tore a)

3,2

mit einem Torblatt aus Holz und Holzwerkstoffen, Dicke der Torfllung ‡ 25 mm

a) Unter Tor wird hier verstanden: Eine Einrichtung, um eine ffnung zu schließen, die in der Regel fr die Durchfahrt von Fahrzeugen vorgesehen ist. Der allgemeine Begriff fr „Tor“ ist in DIN EN 12433-1 definiert.

Tabelle 12 a. Bemessungswerte des Wrmedurchgangskoeffizienten UD,BW von Tren in Abhngigkeit der konstruktiven Merkmale (DIN 4108-4, Tabelle 8) [6] Konstruktionsmerkmale

Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten UD,BW W/(m2 · K)

Tren aus Holz, Holzwerkstoffen und Kunststoff

2,9

Tren aus Metallrahmen und metallenen Bekleidungen

4,0

Tabelle 13. Nennwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten von Fenstern und Fenstertren Uw in Abhngigkeit vorn Nennwert des Wrmedurchgangskoeffizienten fr Verglasung Ug und vom Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten des Rahmens Uf,BW (DIN V 4108-4, Tabelle 8) [6 b] Uf,BW nach DIN V 4108-4, Tabelle 9 W/(m2 · K) b)

0,8

1,0

1,2

1,4

1,8

2,2

2,6

3,0

3,4

3,8

7,0

Art der Verglasung

Ug a) W/(m2 · K)

Einfachglas

5,7

4,2

4,3

4,3

4,4

4,5

4,6

4,8

4,9

5,0

5,1

6,1

ZweischeibenIsolierverglasung

3,3

2,6

2,7

2,8

2,8

2,9

3,1

3,2

3,4

3,5

3,6

4,4

3,2

2,6

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

3,2

3,3

3,4

3,5

4,3

3,1

2,5

2,6

2,6

2,7

2,8

2,9

3,1

3,2

3,3

3,5

4,3

3,0

2,4

2,5

2,6

2,6

2,7

2,9

3,0

3,1

3,3

3,4

4,2

2,9

2,4

2,4

2,5

2,5

2,7

2,8

3,0

3,1

3,2

3,3

4,1

2,8

2,3

2,4

2,4

2,5

2,6

2,7

2,9

3,0

3,1

3,3

4,1

2,7

2,2

2,3

2,3

2,4

2,5

2,6

2,8

2,9

3,1

3,2

4,0

2,6

2,2

2,3

2,3

2,4

2,5

2,6

2,8

2,9

3,0

3,1

4,0

2,5

2,1

2,2

2,3

2,3

2,4

2,6

2,7

2,8

3,0

3,1

3,9

2,4

2,1

2,1

2,2

2,2

2,4

2,5

2,7

2,8

2,9

3,0

3,8

2,3

2,0

2,1

2,1

2,2

2,3

2,4

2,6

2,7

2,8

2,9

3,8

2,2

1,9

2,0

2,0

2,1

2,2

2,3

2,5

2,6

2,8

2,9

3,7

Anmerkungen siehe Seite 589.

Uw W/(m2 · K)

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

589

Tabelle 13. Nennwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten von Fenstern und Fenstertren Uw in Abhngigkeit vorn Nennwert des Wrmedurchgangskoeffizienten fr Verglasung Ug und vom Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten des Rahmens Uf,BW (DIN V 4108-4, Tabelle 8) [6 b] (Fortsetzung) Uf,BW nach DIN V 4108-4, Tabelle 9 W/(m2 · K) b)

0,8

1,0

1,2

1,4

1,8

2,2

2,6

3,0

3,4

3,8

7,0

Art der Verglasung

Ug a) W/(m2 · K)

ZweischeibenIsolierverglasung

2,1

1,9

1,9

2,0

2,0

2,2

2,3

2,4

2,5

2,7

2,8

3,6

2,0

1,8

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,4

2,5

2,6

2,7

3,6

1,9

1,7

1,8

1,8

1,9

2,0

2,1

2,3

2,4

2,5

2,7

3,5

1,8

1,6

1,7

1,8

1,8

1,9

2,1

2,2

2,4

2,5

2,6

3,4

1,7

1,6

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,2

2,3

2,4

2,5

3,3

1,6

1,5

1,6

1,6

1,7

1,8

1,9

2,1

2,2

2,3

2,5

3,3

1,5

1,4

1,5

1,6

1,6

1,7

1,9

2,0

2,1

2,3

2,4

3,2

1,4

1,4

1,4

1,5

1,5

1,7

1,8

2,0

2,1

2,2

2,3

3,1

1,3

1,3

1,4

1,4

1,5

1,6

1,7

1,9

2,0

2,1

2,2

3,1

1,2

1,2

1,3

1,3

1,4

1,5

1,7

1,8

1,9

2,1

2,2

3,0

1,1

1,2

1,2

1,3

1,3

1,5

1,6

1,7

1,9

2,0

2,1

2,9

1,0

1,1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,7

1,8

1,9

2,0

2,9

2,3

1,9

2,0

2,1

2,1

2,2

2,4

2,5

2,7

2,8

2,9

3,7

2,2

1,9

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

2,5

2,6

2,7

2,8

3,6

2,1

1,8

1,9

1,9

2,0

2,1

2,2

2,4

2,5

2,6

2,8

3,6

2,0

1,7

1,8

1,9

1,9

2,0

2,2

2,3

2,5

2,6

2,7

3,5

1,9

1,7

1,7

1,8

1,8

2,0

2,1

2,3

2,4

2,5

2,6

3,4

1,8

1,6

1,7

1,8

1,8

1,9

2,1

2,2

2,4

2,5

2,6

3,4

1,7

1,6

1,6

1,7

1,7

1,8

1,9

2,1

2,2

2,4

2,5

3,3

1,6

1,5

1,6

1,6

1,7

1,8

1,9

2,1

2,2

2,3

2,5

3,3

1,5

1,4

1,5

1,6

1,6

1,7

1,9

2,0

2,1

2,3

2,4

3,2

1,4

1,4

1,4

1,5

1,5

1,7

1,8

2,0

2,1

2,2

2,3

3,1

1,3

1,3

1,4

1,4

1,5

1,6

1,7

1,9

2,0

2,1

2,2

3,1

1,2

1,2

1,3

1,3

1,4

1,5

1,7

1,8

1,9

2,1

2,2

3,0

1,1

1,2

1,2

1,3

1,3

1,5

1,6

1,7

1,9

2,0

2,1

2,9

1,0

1,1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,7

1,8

1,9

2,0

2,9

0,9

1,0

1,1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,6

1,7

1,8

2,0

2,8

0,8

0,9

1,0

1,1

1,1

1,3

1,4

1,5

1,7

1,8

1,9

2,7

0,7

0,9

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,5

1,6

1,7

1,8

2,6

0,6

0,8

0,9

0,9

1,0

1,1

1,2

1,4

1,5

1,6

1,8

2,6

0,5

0,7

0,8

0,9

0,9

1,0

1,2

1,3

1,4

1,6

1,7

2,5

DreischeibenIsolierverglasung

Uw W/(m2 · K)

a) Nennwert des Wrmedurchgangskoeffizienten Ug nach DIN V 4108-4, Abschnitt 5.3.3. b) Die Bestimmung des Uf-Wertes erfolgt aufgrund – von Messungen nach E DIN EN 12412-2 oder – Berechnung nach E DIN EN ISO 10077-2 oder – Ermittlung nach DIN EN ISO 10077-1:2000-11, Anhang D.

Bei Verwendung von unterschiedlichen Uf-Werten innerhalb eines Fensters ist der maßgebende Uf-Wert flchengewichtet aus den einzelnen Uf-Werten zu berechnen. Anmerkung: Die Nennwerte der Wrmedurchgangskoeffizienten Uw fr Fenster und Fenstertren nach DIN V 4108-4, Tabelle 9 sind fr die Standardgrçße 1,23 m 1,48 m, abgeleitet aus europischen Normen.

590

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 14. Zuordnung der Uf-Werte von Einzelprofilen zu einem Uf,BW-Bemessungswert fr Rahmen (DIN V 4108-4, Tabelle 9) [6 b] Uf-Wert fr Einzelprofile

Uf,Bw-Bemessungswert 2

W/(m · K) < 0,9

0,8

‡ 0,9

< 1,1

1,0

‡ 1,1

< 1,3

1,2

‡ 1,3

< 1,6

1,4

‡ 1,6

< 2,0

1,8

‡ 2,0

< 2,4

2,2

‡ 2,4

< 2,8

2,6

‡ 2,8

< 3,2

3,0

‡ 3,2

< 3,6

3,4

‡ 3,6

< 4,0

3,8

‡ 4,0

7,0

Anmerkung: Die Uf-Werte von verschiedenen Profilen bzw. Profilkombinationen eines Profilsystems werden durch den Uf-Wert des wrmeschutztechnisch ungnstigsten Profils beschrieben.

Tabelle 15. Korrekturwerte DUw zur Berechnung der Uw,BW-Bemessungswerte (DIN V 4108-4, Tabelle 10) [6 b] Bezeichnung des Korrekturwertes

Korrektur fr wrmetechnisch verbesserten Randverbund des Glases a) Korrekturen fr Sprossen a), b) – aufgesetzte Sprossen – Sprossen im Scheibenzwischenraum (einfaches Sprossenkreuz) – Sprossen im Scheibenzwischenraum (mehrfache Sprossenkreuze) – Glasteilende Sprossen

Korrekturwert DUw W/(m2 · K)

Grundlage

– 0,1

Randverbund erfllt die Anforderung nach Anhang C

€ 0,0

Randverbund erfllt die Anforderung nach Anhang C nicht

€ 0,0 + 0,1 + 0,2

Abweichungen in den Berechnungsannahmen und bei der Messung

+ 0,3

a) Korrektur entfllt, wenn bereits bei Berechnung oder Messung bercksichtigt. b) Eine detaillierte Untersuchung zum Einfluss von Sprossenkonstruktionen auf den Wrmedurchgangskoeffizienten von Fenstern ist in H. Froelich u. a. „Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Sprossenkonstruktionen auf den Wrmedurchgang von Fenstern“, ift Rosenheim, Februar 2001, angegeben.

Tabelle 16. Luftdichtheit in Abhngigkeit der Konstruktionsmerkmale von Fenstern und Fenstertren (DIN V 4108-4, Tabelle 9) [6] Konstruktionsmerkmale

Klasse nach DIN EN 12207

Holzfenster (auch Doppelfenster) mit Profilen nach DIN 68121-1 ohne Dichtung

2

Alle Fensterkonstruktionen mit alterungsbestndiger, leicht auswechselbarer, weichfedernder Dichtung, in einer Ebene umlaufend angeordnet

3

Alle Außentrkonstruktionen mit alterungsbestndiger, leicht auswechselbarer, weichfedernder Dichtung, in einer Ebene umlaufend angeordnet

2

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 17. Korrekturwerte DUg zur Berechnung der Bemessungswerte Ug,Bw (DIN V 4108-4, Tabelle 10) [6] Korrekturwert DUg W/(m2 · K)

Grundlage

+ 0,1

Sprossen im Scheibenzwischenraum (einfaches Sprossenkreuz)

+ 0,2

Sprossen im Scheibenzwischenraum (mehrfache Sprossenkreuze)

Tabelle 18. Richtwerte fr den Gesamtenergiedurchlassgrad transparenter Bauteile (DIN V 4108-6, Tabelle 6) [6a] Transparentes Bauteil

Gesamtenergiedurchlassgrad

Verglasungen

g^

– Einfachverglasung

0,87

– Doppelverglasung

0,75

– Wrmeschutzverglasung, doppeltvergast mit selektiver Beschichtung

0,50 bis 0,70

– Dreifachverglasung, normal

0,60 bis 0,70

– Dreifachverglasung, mit 2-fach selektiver Beschichtung

0,35 bis 0,50

– Sonnenschutzverglasung

0,20 bis 0,50

Transparente Wrmedmmung

gn

– Transparente Wrmedmmung, 100 mm bis 120 mm; 0,8 W/(m2 · K) £ U £ 0,9 W/(m · K) – Absorbierende opake Wrmedmmschicht mit einfacher Glasabdeckung, 100 mm

0,35 bis 0,60 etwa 0,10

Tabelle 18 a. Gesamtenergiedurchlassgrad und Lichttransmissionsgrad in Abhngigkeit der Konstruktionsmerkmale (DIN V 4108-4, Tabelle 11) [6] Gesamtenergiedurchlassgrad gBW

Lichttransmissionsgrad tBW

Einfachscheibe (unabhngig von der Dicke)

0,80

0,85

2-fach-Isolierglas mit Luft oder Gasfllung, ohne Beschichtung

0,75

0,80

2-fach-Wrmeschutzglas mit Luft oder Gasfllung, mit einer infrarotreflektierenden Beschichtung (low e-Schicht)

0,50

0,70

3-fach-Wrmeschutzglas mit Luft oder Gasfllung, mit zwei infrarotreflektierenden Beschichtungen (low e-Schicht)

0,40

0,60

0,30

0,50

Verglasung

2-fach-Isolierglas mit Sonnenschutzbeschichtung (i. d. R. auf Pos. 2)

591

592

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 19. Anhaltswerte fr Abminderungsfaktoren FC von fest installierten Sonnenschutzvorrichtungen (DIN 4108-2, Tabelle 8) [4] Beschaffenheit der Sonnenschutzvorrichtung

Abminderungsfaktor FC

Ohne Sonnenschutzvorrichtung a)

1,0

Innen liegend und zwischen den Scheiben

liegend b)

– weiß oder reflektierende Oberflche mit geringer Transparenz c)

0,75

– helle Farben und geringe Transparenz c)

0,80

– dunkle Farben und hçhere Transparenz c)

0,90

Außen liegend – drehbare Lamellen, hinterlftet – Jalousien und Stoffe mit geringer

0,25 Transparenz c),

hinterlftet

0,25

– Jalousien, allgemein

0,40

– Rolladen, Fensterlden

0,30

– Vordcher, Loggien, freistehende Lamellen d)

0,50

–

Markisen d),

oben und seitlich ventiliert

0,40

–

Markisen d),

allgemein

0,50

a) Die Sonnenschutzvorrichtung muss fest installiert sein. bliche dekorative Vorhnge gelten nicht als Sonnenschutzvorrichtung. b) Fr innen und zwischen den Scheiben liegende Sonnenschutzvorrichtungen ist eine genauere Ermittlung zu empfehlen, da sich erheblich gnstigere Werte ergeben kçnnen. c) Eine Transparenz der Sonnenschutzvorrichtung unter 10 % gilt aus gering. d) Dabei muss nherungsweise sichergestellt sein, dass keine direkte Besonnung des Fensters erfolgt. Dies ist der Fall, wenn – bei Sdorientierung der Abdeckwinkel b ‡ 50 ist; – bei Ost- oder Westorientierungen der Abdeckwinkel entweder b ‡ 85 oder g ‡ 115 ist. Zu den jeweiligen Orientierungen gehçren Winkelbereiche € 22,5 . Bei Zwischenorientierungen ist der Abdeckwinkel b ‡ 80 erforderlich.

Vertikalschnitt durch Fassade

Horizontalschnitt durch Fassade

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 20. Typische Abminderungsfaktoren FC von Sonnenschutzvorrichtungen (DIN V 4108-6, Tabelle 7) [6a] Sonnenschutzvorrichtung

Abminderungsfaktor FC

Ohne Sonnenschutzvorrichtung

1,0

Innen liegend und zwischen den Scheiben liegend a) – weiß oder reflektierende Oberflche mit geringer Transparenz a) – helle Farben und geringe

0,75

Transparenz b)

0,80

Transparenz b)

0,90

– Jalousien, drehbare Lamellen, hinterlftet

0,25

– Jalousien, Rolladen, Fensterlden

0,30

– Vordcher, Loggien

0,50

– Markisen, oben und seitlich ventiliert

0,40

– Markisen, allgemein

0,50

– dunkle Farben und hçhere Außen liegend

a) Fr innen und zwischen den Scheiben liegende Vorrichtungen ist eine genaue Ermittlung zu empfehlen, da sich erheblich gnstigere Werte ergeben kçnnen. b) Eine Transparenz der Sonnenschutzvorrichtung unter 15 % gilt als gering, ansonsten als erhçht.

Tabelle 21. Korrekturfaktoren c fr den Gesamtenergiedurchlassgrad (DIN V 4108-4, Tabelle 12) [6] Außenscheibe Dicke d mm

Korrekturfaktor c bei Schichttyp en £ 0,1

en > 0,1

4 bis 6

1,00

1,00

7 bis 10

0,90

0,85

11 bis 14

0,85

0,80

> 14

0,75

0,70

Messung ist mit dickerer Außenscheibe erfolgt

1,00

1,00

Der Bemessungswert g fr den Gesamtenergiedurchlassgrad eines Isolierglases wird bestimmt aus dem Wert g, fr den Gesamtenergiedurchlassgrad nach DIN V 4108-4, Abschnitt 5.3.5 durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor c. Fr den Bemessungswert des Gesamtenergiedurchlassgrades g gilt in jedem Fall g = g0 · c Fr dickere Innenscheiben kann der festgelegte g-Wert weiter verwendet werden.

Tabelle 22. Wrmedurchgangskoeffizienten fr Lichtkuppeln und Dachlichtbnder (DIN V 4108-4, Tabelle 13) [6] Lichtkuppeln

Bemessungswert des Wrmedurchgangskoeffizienten U W/(m2 · K)

Zweischalig

3,5

Dreischalig

2,5

593

50

60 72,1

15

18

22

28

35

42

54

64 76

89

108 b), c)

10

15

20 b)

25

32

40

50

65

80

100 b)

100

80

65

50

40

32

25

20

15

10

8

6

114,3

88,9

76,1

60,3

48,3

42,2

33,7

26,9

21,3

17,2

13,5

10,2

4

3

1

2

1

1

1

3/4

1/2

3/8

1/4

1/8

105,3

80,9

68,9

53,1

41,9

36

27,3

21,7

16,1

12,6

8,9

6,2

W/(m · K) 0,125 0,126 0,137 0,145 0,154 0,165 0,170 0,187 0,191 0,216 0,179 0,200 0,205 0,208 0,198 0,207 0,201 0,208 0,201 0,201 0,206 0,201 0,206 0,205 0,213

Wrme durch gangskoeffizient a) 0,030 W/(m · K) 14 14 15 15 15 15 15 15 15 16 23 23 23 28 30 33 39 42 47 56 54 66 63 78 79

0,025 W/(m · K) 10 10 10 10 11 11 11 11 11 12 17 18 18 21 23 25 29 32 35 43 41 50 48 60 60

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 30 30 30 36 39 42 50 53 60 72 69 85 81 100 100

0,035 W/(m · K) 28 28 27 27 27 26 26 26 26 25 39 38 38 46 50 53 63 67 76 91 87 107 102 126 125

0,040 W/(m · K)

38 38 37 36 35 34 34 33 33 32 49 48 47 57 62 66 79 83 94 113 107 133 126 156 154

0,045 W/(m · K)

Mindestdicke der Dmmschicht in mm bezogen auf eine Wrmeleitfhigkeit von

a) Wrmebergangskoeffizient innen: nicht bercksichtigt; Wrmebergangskoeffizient außen: 10 W/(m± · K). b) Nicht in E DIN EN 1057 enthalten. c) Errechnete Werte.

Anmerkung: Wenn Zwischenwerte als Nennwerte produktionsbedingt bestehen, sind die in der Tabelle 16 genannten Mindestdmmschichtdicken linear zu interpretieren und auf ganze Millimeter aufzurunden.

103 b), c)

84,9

39

32

25

19

16

13

10

12

10

8

10

Mindestdicke nach EnEV 0,035 W/(m · K) (100 %) mm 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 30 30 30 36 39 41,9 50 53,1 60 72,1 68,9 84,9 80,9 100 100

E

8

Kupferrohre Cu Stahlrohre Fe nach E DIN EN 1057 nach DIN EN 10255 (mittlere Reihe) Nennweite Rohraußen- Rohrinnen- Nennweite Nennaußen- Gewinde- Rohrinnendurchdurchdurchgrçße durchmesser messer messer messer mm mm DN mm max DN mm max.

594 Materialtechnische Tabellen

Tabelle 22 a. Dmmstoffdicken bei Rohrleitungen – Bestimmung von Dmmstoffdicken bei Einhaltung der Mindestanforderung der EnEV (DIN V 4108-4, Tabelle 15) [6]

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 23. Physikalische Kenngrçßen fr H2O (Wasser, Wasserdampf und Eis) (aus [27]) Aggregatzustand flssig

gasfçrmig

fest

1000 (4 C)

0,80 (20 C)

917 (0 C)

Viskositt

1,0 (20 C)

12,5 (100 C)

2,6 (–10 C)

Pa · s

Spezifische Wrmekapazitt

4,18 (20 C)

1,84 (20 C)

2,09 (0 C)

kJ/(kg · K)

Wrmeleitfhigkeit

0,59 (20 C)

0,105 (100 C)

2,22 (0 C)

W/(m · K)

Verdampfungswrme

2500 (0 C)

2250 (100 C)

2830 (0 C)

kJ/kg

–

–

334 (0 C)

kJ/kg

0,073 (20 C)

–

–

N/m

Dichte

Schmelzwrme Oberflchenspannung

kg/m3

Tabelle 24. Sttigungsdampfdruck und volumenbezogener Feuchtegehalt (DIN EN ISO 13788, Anhang E, Tabelle E.1) [11a] q C

Psat Pa

usat kg/m3

q C

Psat Pa

usat kg/m3

–20

103

0,00088

11

1312

0,00999

–19

113

0,00096

12

1402

0,01064

–18

124

0,00105

13

1497

0,01132

–17

137

0,00115

14

1598

0,01204

–16

150

0,00126

15

1704

0,01280

–15

165

0,00138

16

1817

0,01360

–14

181

0,00151

17

1937

0,01444

–13

198

0,00165

18

2063

0,01533

–12

217

0,00180

19

2196

0,01626

–11

237

0,00196

20

2337

0,01725

–10

259

0,00213

21

2486

0,01828

–9

283

0,00232

22

2642

0,01937

–8

309

0,00252

23

2808

0,02051

–7

338

0,00274

24

2982

0,02171

–6

368

0,00298

25

3166

0,02297

–5

401

0,00324

26

3359

0,02430

–4

437

0,00351

27

3563

0,02568

–3

475

0,00381

28

3778

0,02714

–2

517

0,00413

29

4003

0,02866

–1

562

0,00447

30

4241

0,03026

0

611

0,00484

31

4490

0,03194

1

656

0,00518

32

4752

0,03369

2

705

0,00555

33

5027

0,03552

3

757

0,00593

34

5316

0,03744

4

813

0,00634

35

5619

0,03945

5

872

0,00678

36

5937

0,04155

6

935

0,00724

37

6271

0,04374

7

1001

0,00773

38

6621

0,04603

8

1072

0,00825

39

6987

0,04843

40

7371

0,05092

9

1147

0,00880

10

1227

0,00938

Erluterung: Psat = Ps und usat = cs

595

596

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 25. Wasserdampfsttigungsdruck ps im Temperaturbereich von 30,9 C bis –20,9 C (DIN 4108-3, Tabelle A.3) [5] Ganzzahlige Werte der Temperatur q C

Dezimalwerte der Temperatur q C ,0

,1

,2

,3

,4

,5

,6

,7

,8

,9

Wasserdampfsttigungsdruck pS [Pa]

30 29 28 27 26

4244 4006 3781 3566 3362

4269 4030 3803 3588 3382

4294 4053 3826 3609 3403

4319 4077 3848 3631 3423

4344 4101 3871 3652 3443

4369 4124 3894 3674 3463

4394 4148 3916 3695 3484

4419 4172 3939 3717 3504

4445 4196 3961 3793 3525

4469 4219 3984 3759 3544

25 24 23 22 21

3169 2985 2810 2645 2487

3188 3003 2827 2661 2504

3208 3021 2845 2678 2518

3227 3040 2863 2695 2535

3246 3059 2880 2711 2551

3266 3077 2897 2727 2566

3284 3095 2915 2744 2582

3304 3114 2932 2761 2598

3324 3132 2950 2777 2613

3343 3151 2968 2794 2629

20 19 18 17 16

2340 2197 2065 1937 1818

2354 2212 2079 1950 1830

2369 2227 2091 1963 1841

2384 2241 2105 1976 1854

2399 2254 2119 1988 1866

2413 2268 2132 2001 1878

2428 2283 2145 2014 1889

2443 2297 2158 2027 1901

2457 2310 2172 2039 1914

2473 2324 2185 2052 1926

15 14 13 12 11

1706 1599 1498 1403 1312

1717 1610 1508 1413 1321

1729 1621 1518 1422 1330

1739 1631 1528 1431 1340

1750 1642 1538 1441 1349

1762 1653 1548 1451 1358

1773 1663 1559 1460 1367

1784 1674 1569 1470 1375

1795 1684 1578 1479 1385

1806 1695 1588 1488 1394

10 9 8 7 6

1228 1148 1073 1002 935

1237 1156 1081 1008 942

1245 1163 1088 1016 949

1254 1171 1096 1023 955

1262 1179 1103 1030 961

1270 1187 1110 1038 968

1279 1195 1117 1045 975

1287 1203 1125 1052 982

1296 1211 1133 1059 988

1304 1218 1140 1066 995

5 4 3 2 1 0

872 813 759 705 657 611

878 819 765 710 662 616

884 825 770 716 667 621

890 831 776 721 672 626

896 837 781 727 677 630

902 843 787 732 682 635

907 849 793 737 687 640

913 854 798 743 691 645

919 861 803 748 696 648

925 866 808 753 700 653

0 1 2 3 4 5

611 562 517 476 437 401

605 557 514 472 433 398

600 552 509 468 430 395

595 547 505 464 426 391

592 543 501 461 423 388

587 538 496 456 419 385

582 534 492 452 415 382

577 531 489 448 412 379

572 527 484 444 408 375

567 522 480 440 405 372

– 6 – 7 – 8 – 9 –10

368 337 310 284 260

365 336 306 281 258

362 333 304 279 255

359 330 301 276 253

356 327 298 274 251

353 324 296 272 249

350 321 294 269 246

347 318 291 267 244

343 315 288 264 242

340 312 286 262 239

– – – – – –

597

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 25. Wasserdampfsttigungsdruck ps im Temperaturbereich von 30,9 C bis –20,9 C (DIN 4108-3, Tabelle A.3) (Fortsetzung) Ganzzahlige Werte der Temperatur q C

Dezimalwerte der Temperatur q C ,0

,1

,2

,3

,4

,5

,6

,7

,8

,9

Wasserdampfsttigungsdruck pS [Pa]

–11 –12 –13 –14 –15

237 217 198 181 165

235 215 197 180 164

233 213 195 178 162

231 211 193 177 161

229 209 191 175 159

228 208 190 173 158

226 206 188 172 157

224 204 186 170 155

221 202 184 168 153

219 200 182 167 152

–16 –17 –18 –19 –20

150 137 125 114 103

149 136 124 113 102

148 135 123 112 101

146 133 122 111 100

145 132 121 110 99

144 131 120 109 98

142 129 118 107 97

141 128 117 106 96

139 127 116 105 95

138 126 115 104 94

Nherungsweise kann der Wasserdampfsttigungsdruck ps mit folgender Gleichung (DIN E 4108-3, Gl. A.12) beschrieben werden: q n ps ¼ a b þ 100

Tabelle 26. Werte der Konstanten a, b und n, angegeben fr verschiedene Temperaturbereiche (DIN 4108-3, Tabelle A.4) [5] Temperatur q C

Konstante 0 < q < 30

–20 < q < 0

a, in [Pa]

288,68

4,689

b

1,098

1,486

n

8,02

12,30

598

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 27. Taupunkttemperatur qS der Luft in Abhngigkeit von Temperatur und relativer Luftfeuchte (DIN E 4108-3, Tabelle A.2) [5] Taupunkttemperatur qS der Luft in C, bei einer relativen Luftfeuchte f von

Lufttemperatur q C

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

30

10,5

12,9

14,9

16,8

18,4

20,0

21,4

22,7

23,9

25,1

26,2

27,2

28,2

29,1

29

9,7

12,0

14,0

15,9

17,5

19,0

20,4

21,7

23,0

24,1

25,2

26,2

27,2

28,1

28

8,8

11,1

13,1

15,0

16,6

18,1

19,5

20,8

22,0

23,2

24,2

25,2

26,2

27,1

27

8,0

10,2

12,2

14,1

15,7

17,2

18,6

19,9

21,1

22,2

23,3

24,3

25,2

26,1

26

7,1

9,4

11,4

13,2

14,8

16,3

17,6

18,9

20,1

21,2

22,3

23,3

24,2

25,1

25

6,2

8,5

10,5

12,2

13,9

15,3

16,7

18,0

19,1

20,3

21,3

22,3

23,2

24,1

24

5,4

7,6

9,6

11,3

12,9

14,4

15,8

17,0

18,2

19,3

20,3

21,3

22,3

23,1

23

4,5

6,7

8,7

10,4

12,0

13,5

14,8

16,1

17,2

18,3

19,4

20,3

21,3

22,2

22

3,6

5,9

7,8

9,5

11,1

12,5

13,9

15,1

16,3

17,4

18,4

19,4

20,3

21,2

21

2,8

5,0

6,9

8,6

10,2

11,6

12,9

14,2

15,3

16,4

17,4

18,4

19,3

20,2

20

1,9

4,1

6,0

7,7

9,3

10,7

12,0

13,2

14,4

15,4

16,4

17,4

18,3

19,2

19

1,0

3,2

5,1

6,8

8,3

9,8

11,1

12,3

13,4

14,5

15,5

16,4

17,3

18,2

18

0,2

2,3

4,2

5,9

7,4

8,8

10,1

11,3

12,5

13,5

14,5

15,4

16,3

17,2

17

–0,6

1,4

3,3

5,0

6,5

7,9

9,2

10,4

11,5

12,5

13,5

14,5

15,3

16,2

16

–1,4

0,5

2,4

4,1

5,6

7,0

8,2

9,4

10,5

11,6

12,6

13,5

14,4

15,2

15

–2,2

–0,3

1,5

3,2

4,7

6,1

7,3

8,5

9,6

10,6

11,6

12,5

13,4

14,2

14

–2,9

–1,0

0,6

2,3

3,7

5,1

6,4

7,5

8,6

9,6

10,6

11,5

12,4

13,2

13

–3,7

–1,9

–0,1

1,3

2,8

4,2

5,5

6,6

7,7

8,7

9,6

10,5

11,4

12,2

12

–4,5

–2,6

–1,0

0,4

1,9

3,2

4,5

5,7

6,7

7,7

8,7

9,6

10,4

11,2

11

–5,2

–3,4

–1,8

–0,4

1,0

2,3

3,5

4,7

5,8

6,7

7,7

8,6

9,4

10,2

10

–6,0

–4,2

–2,6

–1,2

0,1

1,4

2,6

3,7

4,8

5,8

6,7

7,6

8,4

9,2

%

Zwischenwerte drfen nherungsweise gradlinig interpoliert werden.

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 28. Emissionsfaktoren, Absorptionsfaktoren und Strahlungskonstanten einiger Stoffe [19] Stoff

Strahlungskonstante C zwischen 0 und 100 C

Emissionsfaktor e bei etwa 20 C

Absorptionsfaktor fr Sonnenstrahlung (kurzwellige Strahlung) as

W/(m2 · K4)

–

–

Metalle Aluminium, walzblank

0,23

0,04

Kupfer, poliert

0,18

0,03

Stahl, geschmirgelt

1,40

0,25

Stahl, verrostet

4,90

0,61

Stahl, Walzhaut

5,23

0,77

0,87

Emaillelack, schwarz

5,25

0,95

0,90

Heizkçrperlack

5,40

0,93

lfarbe usw., dunkel

5,20

0,90

0,87

Beton

5,45

0,96

0,55

Gips

5,23

0,90

0,32

Holz

5,40

0,94

0,40

Anstriche

Mineralische Baustoffe

Putz, grau

5,45

0,97

0,65

Putz, weiß

5,45

0,97

0,36

Ziegelstein, rot

5,35

0,93

0,55

Dachpappe

5,35

0,90

0,90

Eis

5,50

0,97

Floatglas (6 mm)

5,25

0,91

Sonstiges

0,12

Tabelle 29. Richtwerte fr den Strahlungsabsorptionsgrad verschiedener Oberflchen im energetisch wirksamen Spektrum des Sonnenlichts (DIN V 4108-6, Tabelle 8) [6a] Oberflche Wandflchen

Dcher (Beschaffenheit)

Strahlungsabsorptionsgrad a heller Anstrich

0,4

gedeckter Anstrich

0,6

dunkler Anstrich

0,8

Klinkermauerwerk

0,8

helles Sichtmauerwerk

0,6

ziegelrot

0,6

dunkle Oberflche

0,8

Metall (blank)

0,2

Bitumendachbahn (besandet)

0,6

599

600

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 30. Wrmeausdehnungskoeffizient aT verschiedener Baustoffe aT 10–6/K

Quelle

Stahl

11,5

[18]

Eisen

123

[18]

Aluminium

23,8

[18]

Kupfer

16,5

[18]

Messing

18,4

[18]

Beton

9–12

[19]

Gasbeton

6–8

[19]

Kalksandsteine

8,0

[28]

Mauerziegel DIN 105

6,0

[28]

2,8–4,8

[19]

Ziegel, Fliesen

5–8

[19]

Leichtbetonsteine

10

[28]

Leichtbetonsteine mit vorwiegend Blhton als Zuschlag

8

[28]

Leichtbetonsteine mit Bimszuschlgen

6,0–8,9

[21]

Leichtbetonsteine mit Blhtonzuschlag

5,9–7,3

[21]

Porosierte Leichthochlochziegel

Material Metalle

Mineralische Baustoffe

Klinker

5,2–7,2

[21]

Betonsteine

10

[28]

Porenbetonsteine

8

[28]

Porenbeton

8

[30]

Vollklinker

4

[30]

Httensteine

Natursteine

8,0–10,0

[30]

Edelputze

4,6–9

[18]

Granit, Syenit

5–11

[28]

7,4

[12]

7

[18]

Dichte Kalksteine, Dolomite, Marmore

5–10

[28]

Sonstige Kalksteine

4–12

[28]

Quarzitischer Sandstein

8–12

[28]

Sonstiger Sandstein

8–12

[28]

Diorit, Gabbro

4–8

[28]

Granite, Arkosen, Quarzporphyre Kalkstein

Porphyre

5

[28]

Basalt

5–8

[28]

Diabas

4–7

[28]

Trachyt

12,5

[28]

Quarzit, Grauwacke

10–12

[28]

Vulkanische Tuffsteine

6–10

[28]

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

601

Tabelle 30. Wrmeausdehnungskoeffizient aT verschiedener Baustoffe (Fortsetzung) aT 10–6/K

Quelle

Travertin

4–12

[28]

Marmore

4,5

[12]

Quarzite, Kieselschiefer, Kalksandstein

11,8

[12]

Tonschiefer

10,1

[12]

Material Natursteine (Fortsetzung)

Dolomite, Magnesite Feuerfeste Steine

8,5

[12]

5,2–6,5

[18]

5–6,3

[18]

5,5–6,8

[18]

Polystyrol-Hartschaum

68

[18]

Polyurethan-Hartschaum

70

[18]

Bauxitsteine Quarzschamottesteine Schamottesteine

Dmmstoffe

Holz

Kunststoffe

Styrodur

65

[18]

Schaumglas

8,5

[18]

Vollholz II Faser

3–10

[19]

Vollholz ^ Faser

25–60

[19]

PVC, hart

70–80

[19]

125–180

[19]

8–9

[19]

r kg/m3

Spezifische Wrmekapazitt c kJ/(kg · K)

Volumenbezogene Wrmekapazitt r·c kJ/(m3 · K)

Aluminium

2700

0,80

2160

Kupfer

8900

0,40

3560

Stahl

7850

0,50

3925

Bimsbeton

1000

1,05

1050

Stahlbeton

2400

1,09

2616

Gipsdielen

1000

0,84

840

PVC, weich Sonstiges

Glas

Tabelle 31. Spezifische und volumenbezogene Wrmekapazitt weiterer Stoffe [19] Werkstoff

Metalle

Mineralische Baustoffe

Rohdichte

Granit, Gneis

2500

0,84

2100

Kalkstein, Sandstein

1800

0,88

1584

Kalkputz, Gipsputz

1600

0,92

1472

Zementputz

2200

1,05

2310

Steingut

2300

0,84

1932

Ziegel

1850

0,84

1554

Schamotte

1800

0,80

1440

602

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 31. Spezifische und volumenbezogene Wrmekapazitt weiterer Stoffe [19] (Fortsetzung) Werkstoff

Rohdichte

Holz

Dmmstoffe

Sonstiges

r kg/m3

Spezifische Wrmekapazitt c kJ/(kg · K)

Volumenbezogene Wrmekapazitt r·c kJ/(m3 · K)

Eiche

820

2,39

1960

Kiefer

550

2,72

1496

Buche

720

2,51

2023

Sperrholz

600

2,72

1632

PS-Hartschaum

25

1,38

35

PU-Hartschaum

35

1,38

48

Holzwolleplatten

400

2,30

920

Glaswolle

100

0,84

84

Steinwolle

120

0,84

101

Schaumglas

150

0,84

126

Wasser

1000

4,19

4190

Luft (0 C)

1,29

1,00

1,29

Bitumen

1100

1,70

1870

Glas

2500

0,84

2100

Tabelle 32. Feuchte- und wrmetechnische Kenngrçßen [15] Material

Rohdichte Porositt

r kg/m

p 3

3

m /m

3

Spezif. Wrmekapazitt

Wrmeleitfhigkeit

Feuchte- Wasser- Bezugsbedingte dampffeuchteZunahme Diffusions- gehalt der widerWrmeleit- standszahl fhigkeit

Freie Wassersttigung

ctr

ltr

mtr

Uf

J/(kg · K) W/(m · K) % / M.- %

U80

–

kg/m

3

kg/m

Wasseraufnahmekoeffizient

A 3

2

w 0,5

kg/(m · s ) kg/(m2 · h0,5)

Natursteine Baumberger Sandstein

1980

0,23

850

1,7

8

20

35,6

210

0,043

2,58

Cottaer Sandstein

2050

0,22

850

1,8

8

15

12

180

0,095

5,7

Krensheimer Muschelkalk

2440

0,13

850

2,25

8

140

2,5

75

j)

Oberkirchener Sandstein

2150

0,14

850

2,3

8

32

3,4

110

0,05

3

Rthener Sandstein

1950

0,24

850

1,7

8

17

12,4

200

0,286

17,16

Sander Sandstein

2120

0,17

850

1,6

8

33

19

130

0,021

1,26

Ummendorfer Sandstein

2080

0,227

850

1,7

8

14

0,075

170

0,26

15,6

Worzeldorfer Sandstein

2263

0,13

850

1,8

8

26

10,4

110

0,016

0,96

Zeitzer Sandstein

2300

0,05

850

2,3

8

70

6

40

0,0025

0,15

Anmerkungen siehe Seite 606.

603

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 32. Feuchte- und wrmetechnische Kenngrçßen [15] (Fortsetzung) Material

Rohdichte Porositt

Spezif. Wrmekapazitt

Wrmeleitfhigkeit

Feuchte- Wasser- Bezugsfeuchtebedingte dampfZunahme Diffusions- gehalt der widerWrmeleit- standszahl fhigkeit

Freie Wassersttigung

ctr

ltr

mtr

U80

Uf

J/(kg · K) W/(m · K) % / M.- %

–

kg/m3

kg/m3

Wasseraufnahmekoeffizient

r

p

kg/m3

m3/m3

Beton w/z = 0,5

2300

0,18

850

1,6

8

180

85

150

0,003

0,18

Beton B 15

2200

0,18

850

1,6

8

92

8

175

0,016

0,96

A

w

kg/(m2 · s0,5) kg/(m2 · h0,5)

Mineralische Baustoffe

Beton B 25 (HOZ)

2220

0,18

850

1,6

8

105

8

160

0,019

1,14

Beton C 35/45

2220

0,16

850

1,6

8,0

248

8

147

0,009

0,54

Calziumsulfat-Fließestrich (obere Schicht)

1960

0,23

850

1,6

1,0

18,0

8,0

185,0

0,212

12,72

Calziumsulfat-Fließestrich (untere Schicht)

1910

0,237

850

1,6

1,0

18,0

8,0

168,0

0,148

8,88

Zement-Fließestrich (mittlere Schicht)

1970

0,177

850

1,6

1,0

69,0

8,0

152,0

0,016

0,96

Zement-Fließestrich (obere Schicht)

1890

0,2

850

1,6

1,0

58,0

8,0

168,0

0,025

1,5

Zement-Fließestrich (untere Schicht)

1990

0,175

850

1,6

1,0

99,0

8,0

145,0

0,012

0,72

Entsalzungskompresse

1000

0,35

850

0,14

3,7

12,0

34,0

342,0

0,0

0

Hydraulischer Kalkmçrtel mit feinem Zuschlag

1700

0,35

850

0,8

6,29

14,8

12,07

249,5

0,087

5,22

Hydraulischer Kalkmçrtel mit grobem Zuschlag

1830

0,27

850

0,7

9,98

20,0

10,23

211,0

0,067

4,02

Kalkmçrtel, fein

1785

0,28

850

0,7

6,25

15,0

6,53

274,6

0,153

9,18

Kalkzementmçrtel mit feinem Zuschlag

1880

0,28

850

0,6

10,25

50,0

25,66

210,0

0,057

3,42

Kalkzementmçrtel mit grobem Zuschlag

1910

0,25

850

0,8

7,03

45,9

24,65

200,0

0,085

5,1

Sanierputz

1150

0,6

850

0,13

3,876

12,3

44,54

163,2

0,002

0,12

Innenputz (Gipsputz)

850

0,65

850

0,2

8

8,3

6,3

400

0,287

17,22

Kalkputz

1600

0,3

850

0,7

8

7

30

250

0,047

2,82

Kalksandstein (r = 1900 kg/m3)

1900

0,29

850

1

8

28

25

250

0,045

2,7

Kalkzementputz

1900

0,24

850

0,8

8

19

45

210

0,03

1,8

Kalkzementputz (w = 1,0 kg/m2·h0,5)

1900

0,24

850

0,8

8

19

45

210

0,017

1,02

Kunstharzoberputz

1100

0,12

850

0,7

0

1000

10

100

0,0013

0,078

Zementputz

2000

0,3

850

1,2

10

25

35

280

0,0076

0,456

Porenbeton (r = 400 kg/m3)

400

0,81

850

0,1

3,7

7,9

8,4

380

0,056

3,36

Porenbeton, alte Rezeptur (r = 400 kg/m3)

400

0,81

850

0,1

3,7

7

11

340

0,052

3,12

604

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 32. Feuchte- und wrmetechnische Kenngrçßen [15] (Fortsetzung) Material

Rohdichte Porositt

Spezif. Wrmekapazitt

Wrmeleitfhigkeit

Feuchte- Wasser- Bezugsfeuchtebedingte dampfZunahme Diffusions- gehalt der widerWrmeleit- standszahl fhigkeit

Freie Wassersttigung

ctr

ltr

mtr

U80

Uf

J/(kg · K) W/(m · K) % / M.- %

–

kg/m3

kg/m3

Wasseraufnahmekoeffizient

r

p

kg/m3

m3/m3

Porenbeton (r = 500 kg/m3)

500

0,77

850

0,12

3,7

8

9,8

435

0,067

4,02

Porenbeton, alte Rezeptur (r = 600 kg/m3)

600

0,72

850

0,14

3,7

8

17

470

0,083

4,98

Porenbeton (r = 600 kg/m3)

600

0,72

850

0,14

3,7

8,3

10,7

470

0,0832

4,99

Bimsbeton

664

0,67

850

0,14

10,0

4,0

28,0

291,0

0,047

2,82

A

w

kg/(m2 · s0,5) kg/(m2 · h0,5)

Vollziegel, alt

1800

0,31

850

0,6

15

15

4,5

230

0,36

21,6

Vollziegel, extrudiert

1650

0,41

850

0,6

15

9,5

9,2

370

0,4

24

Vollziegel, handgestrichen

1725

0,38

850

0,6

15

17

2,7

200

0,3

18

Vollziegelmauerwerk

1900

0,24

850

0,6

15

10

18

190

0,11

6,6

Historischer Wiener Ziegel

1560

0,38

850

0,6

8,5

14,9

11,8

387

0,583

35

Hochdmmender Ziegel

600

0,77

850

0,12

10,0

16,0

11,0

188,0

0,095

5,7

Hochdmmender Ziegel

650

0,74

850

0,13

10,0

15,0

15,0

178,0

0,097

5,82

Kalksandstein

1830

0,35

850

1,0

7,999

34,1

27,5

257,1

0,059

3,54

Gipskartonplatte

850

0,65

850

0,2

8

8,3

6,3

400

0,287

17,2

Gipsfaserplatte

1153

0,52

1200

0,32

–

16

35

399,7

–

–

CaSi-Platte (Lneburg)

230

0,9

920

0,05

1,656

3,23

4,76

849,7

1,667

100

CaSi-Platte (Washington)

230

0,9

920

0,05

1,656

2,93

8,27

833,06

1,26

75,6

EPS (PolystyrolPartikelschaum) l = 0,04 W/(m·K) r = 15 kg/m3

15

0,95

1500

0,04

–

30

0

0

0

0

EPS (PolystyrolPartikelschaum) l = 0,04 W/(m·K) r = 30 kg/m3

30

0,95

1500

0,04

–

50

0

0

0

0

Flachsdmmplatte

38

0,95

1600

0,038

0,5

1,5

5,0

348

0,027

1,62

Hobelspnedmmung Holz S 45

65

0,95

2100

0,045

0

2,5

9,6

426

1,0

60

Holzfaserdmmplatte (WLG 040)

155

0,981

2000

0,042

0,5

3,0

19,0

980

0,007

0,42

Holzfaserdmmplatte

159

0,89

1700

0,04

0,5

2,6

26,0

830

0,0018

0,11

Holzfaserdmmplatte

165

1,00

2000

0,04

0,5

2,9

27,0

999

0,0015

0,09

Holzweichfaserplatte

165

0,083

2100

0,044

0,5

3,3

17,3

526

0,0033

0,198

KlimatecFlock

50

0,95

2000

0,038

0,5

1,8

5,5

426

0,3

18

Mineralische Dmmplatte

115

0,95

850

0,043

3,7

3,4

4,5

297

0,03

1,82

Dmmstoffe

605

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 32. Feuchte- und wrmetechnische Kenngrçßen [15] (Fortsetzung) Material

Rohdichte Porositt

Spezif. Wrmekapazitt

Wrmeleitfhigkeit

Feuchte- Wasser- Bezugsfeuchtebedingte dampfZunahme Diffusions- gehalt der widerWrmeleit- standszahl fhigkeit

Freie Wassersttigung

ctr

ltr

mtr

U80

Uf

J/(kg · K) W/(m · K) % / M.- %

–

kg/m3

kg/m3

Wasseraufnahmekoeffizient

r

p

kg/m3

m3/m3

Mineralfaserplatte

112

0,94

850

0,036

2,0

5,2

5,6

554

0,231

13,86

Kork l = 0,04 W/(mK)

150

0,9

1880

0,04

–

10

0

0

0

0

Mineralfaser l = 0,04 W/(m·K)

60

0,95

850

0,04

–

1,3

0

0

0

0

PF (Phenolharzschaum) l = 0,04 W/(m·K)

43

0,95

1500

0,04

–

30

0

0

0

0

PU (Polyurethanschaum) l = 0,025 /(m·K)

40

0,95

1500

0,025

–

50

0

0

0

0

PU (Polyurethanschaum) l = 0,03 W/(m·K)

40

0,95

1500

0,03

–

50

0

0

0

0

UF (HarnstoffFormaldehydharz) l = 0,04 W/(m·K)

13

0,95

1500

0,04

–

2

0

0

0

0

XPS-Kern (extrudiertes Polystyrol) l = 0,03 W/(m·K)

40

0,95

1500

0,03

–

100

0

0

0

0

XPS-Schumhaut (extrudiertes Polystyrol) l = 0,04 W/(m·K)

40

0,95

1500

0,03

–

450

0

0

0

0

Zellulosefaser l = 0,04 W/(m·K)

70

0,95

2500

0,04

1

1,5

1

1

1

60

Schaumglas

120

0,25

850

0,045

0,0

10000

8,4

380

0,056

685

0,72

1500

0,13

1,3

8

115

500

0,0073

0,438

685

0,72

1500

0,13

1,3

140

115

500

0,0007

0,042

A

w

kg/(m2 · s0,5) kg/(m2 · h0,5)

Holz und Holzwerkstoffe Eiche longitudinal Eiche radial 3

Fichte (r = 600 kg/m )

600

0,2

2000

0,16

3,272

132,6

72,09

121,87

0,001

0,06

Fichte longitudinal

455

0,73

1500

0,09

1,3

4,3

80

600

0,007

0,42

0,004

0,24

Fichte radial

455

0,73

1500

0,09

1,3

130

80

600

Hartholz

650

0,47

1500

0,13

1,3

200

98

370

Holzfaserplatte

300

0,8

1500

0,05

1,5

12,5

45

150

MDF-Platte

750

0,64

1880

0,101

1,5

33

33

636

0,047

2,82

bautechnische MDF-Platte 530

528,0

0,8

2000,0

0,1

1,5

12,0

70,0

667,0

0,0012

0,072

bautechnische MDF-Platte 510

508,0

0,667

1700,0

0,12

1,5

15,0

66,0

667,0

0,0012

0,072

HWL-Bauplatte

450

0,55

1500

0,08

2,5

9

68

350

OSB-Platte

555

0,6

1880

0,101

1,5

287

37

593

OSB-Platte

600

0,6

1880

0,101

1,5

650

1,0

1,0

606

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 32. Feuchte- und wrmetechnische Kenngrçßen [15] (Fortsetzung) Material

Rohdichte Porositt

Freie Wassersttigung

Spezif. Wrmekapazitt

Wrmeleitfhigkeit

Feuchte- Wasser- Bezugsfeuchtebedingte dampfZunahme Diffusions- gehalt widerder Wrmeleit- standszahl fhigkeit

ctr

ltr

mtr

U80

Uf

J/(kg · K) W/(m · K) % / M.- %

–

kg/m3

kg/m3

r

p

kg/m3

m3/m3

OSB-Platte

630

0,6

1500

0,13

1,5

650

1,5

1,0

OSB-Platte

670

0,6

1300

0,09

1,5

240

86

600

Pressspanplatte

600

0,5

1500

0,11

1,5

70

90

400

Furniersperrholz Buche BFU-BU

708

0,53

2500

0,12

1,5

242

101

Furniersperrholz BFU 100

427

0,66

2500

0,12

1,5

188

Furnierschichtholz

462

0,63

2500

0,13

1,5

156

Sperrholzplatte

500

0,5

1500

0,1

1,5

Sperrholzplatte

578

0,8

1880

0,102

1,0

Spanplatte grob (MSB) Spanplatte V 100

Wasseraufnahmekoeffizient

A

w

kg/(m2 · s0,5) kg/(m2 · h0,5)

1,5

90

530

0,0045

0,27

70

572

0,0022

0,13

76

525

0,0022

0,13

700

75

350

917

70

578

664

0,59

2500

0,12

1,5

92

91

590

0,0018

0,11

620,0

0,74

2500,0

0,12

1,5

44,0

110

738,0

–

–

0,0015

0,09

Dreischichtplatte Fichte

454

0,56

2500

0,12

1,5

203

73

534

Weichholz

400

0,73

1500

0,09

1,3

200

60

575

Luftschichten Luftschicht 5 mm

1,3

0,999

1000

0,047

–

0,79

0

0

0

0

Luftschicht 10 mm

1,3

0,999

1000

0,071

–

0,73

0

0

0

0

Luftschicht 20 mm

1,3

0,999

1000

0,13

–

0,56

0

0

0

0

Luftschicht 25 mm

1,3

0,999

1000

0,155

–

0,51

0

0

0

0

Luftschicht 30 mm

1,3

0,999

1000

0,18

–

0,46

0

0

0

0

Luftschicht 40 mm

1,3

0,999

1000

0,23

–

0,38

0

0

0

0

Luftschicht 50 mm

1,3

0,999

1000

0,28

–

0,32

0

0

0

0

Dachbahn V 13 a)

2400

0,001

1000

0,5

–

50000

–

–

–

–

Kraftpapier

800

0,6

1500

4,2

–

b)

Natronkraftpapier

120

0,6

1500

0,42

–

1250 c)

1,8

11,2

–

–

PA-Folie d)

65

0,001

2300

2,9

–

75000

1,8

11,2

0

0

PE-Folie e)

130

0,001

2300

2,3

–

33500

–

–

–

–

PE-Folie f)

130

0,001

2300

2,3

–

13500

Intello

115

0,086

2500

2,4

–

26000

6,6

84

–

–

Vario KM Duplex

83

0,111

1800

1,0

–

4000

3,5

110

–

–

PVC-Dachbahn

1000

0,0002

1500

0,16

–

g)

0

0

0

0

Polyolefin-Spinnvlies (Unterspannbahn)

590

0,001

1500

1,6

–

h)

Vinyltapete

471

0,01

2300

23

Folien

a) sd = 100 m f) sd = 2 m

b) sd = 0,4 m g) sd = 15 m

c) sd = 3 m h) sd = 0,04 m

d) sd = 3,8 m i) sd = 0,2 m

i)

e) sd = 5 m j) keine Messung mçglich – zu inhomogen

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 33. Flssigtransportkoeffizienten und Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe [15] Baumberger Sandstein (r = 1980 kg/m3)

Gipsputz (r = 850 kg/m3)

Kalkputz (r = 1600 kg/m3)

Kalksandstein (r = 1900 kg/m3)

607

608

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 33. Flssigtransportkoeffizienten und Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe (Fortsetzung) Kalkzementputz (r = 1900 kg/m3)

Oberkirchener Sandstein (r = 2150 kg/m3)

Porenbeton (r = 600 kg/m3)

Vollziegelmauerwerk (r = 1900 kg/m3)

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 33. Flssigtransportkoeffizienten und Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe (Fortsetzung) Vollziegel, alt (r = 1800 kg/m3)

Furnierschichtholz (r = 462 kg/m3)

Furniersperrholz BFu 100 (r = 427 kg/m3)

Spanplatte grob (MSB) (r = 159 kg/m3)

609

610

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 33. Flssigtransportkoeffizienten und Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe (Fortsetzung) Dreischichtplatte Fichte (r = 454 kg/m3)

Holzfaserdmmplatte (r = 159 kg/m3)

Holzweichfaserplatte (r = 168 kg/m3)

Gipskartonplatte (r = 850 kg/m3)

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

611

Tabelle 34. Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe

Quelle: [27]

Quelle: [27]

Quelle: [27]

Quelle: [27]

Quelle: [26]

Quelle: [26]

Quelle: [26]

Quelle: [26]

612

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 34. Sorptionsisothermen ausgewhlter Baustoffe (Fortsetzung)

Quelle: [17]

Quelle: [20]

Tabelle 35. Feuchtebereichabhngige Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen einiger Baustoffe Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen m fr

Material

Quelle

funtere Grenze [%] / fobere Grenze [%] 0/52

0/55

3/50 52/75 44/63 55/65 50/93 65/75 75/85 85/93 75/86 80/90 86/96

Baumberger Sandstein

–

–

20,0

–

17,0

–

14,0

–

–

–

–

8,8

–

[25]

Oberkirchener Sandstein

–

–

32,0

–

30,0

–

28,0

–

–

–

–

18,0

–

[25]

Rthener Sandstein

–

–

17,0

–

16,0

–

13,0

–

–

–

–

9,4

–

[25]

Sander Sandstein

–

–

33,0

–

30,0

–

22,0

–

–

–

–

13,0

–

[25]

–

–

8,3

–

–

–

7,3

–

–

–

–

–

–

[25]

Gipsputz

9,0

–

–

4,4

–

–

–

–

2,9

2,1

–

–

–

[29]

Gipsputz

–

8,6

–

–

–

8,7

–

7,8

–

–

8,6

–

4,8

[32]

Gipssandputz

–

10,9

–

–

–

9,1

–

8,9

–

–

9,2

–

5,3

[32]

Kalkgipsputz

11,7

–

–

5,6

–

–

–

–

3,3

2,8

–

–

–

[29]

Kalkgipsputz

–

8,2

–

–

–

8,3

–

8,0

–

–

9,4

–

4,2

[32]

Kalksandstein

–

–

28,0

–

24,0

–

18,0

–

–

–

–

13,0

–

[25]

Kalktrassputz

–

7,2

–

–

–

6,4

–

5,8

–

–

7,0

–

3,9

[32]

Natursteine

Mineralische Baustoffe Gips

Kalkzementputz

11,5

–

–

6,6

–

–

–

–

3,7

3,2

–

–

–

[29]

Kalkzementputz

–

13,5

–

–

–

13,7

–

14,0

–

–

13,5

–

4,5

[32]

78,8

–

–

24,8

–

–

–

–

17,8

9,7

–

–

–

[29]

–

–

7,6

–

–

–

6,7

–

–

–

–

–

–

[25]

Normalbeton Porenbeton

613

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte Tabelle 35. Feuchtebereichabhngige Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen einiger Baustoffe (Fortsetzung) Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen m fr

Material

Quelle

funtere Grenze [%] / fobere Grenze [%] 0/52 Vollziegel Zementputz

0/55

3/50 52/75 44/63 55/65 50/93 65/75 75/85 85/93 75/86 80/90 86/96

–

–

9,5

–

8,8

–

8,0

–

–

–

–

6,9

–

[25]

14,8

–

–

10,7

–

–

–

–

9,8

6,6

–

–

–

[29]

Holz und Holzwerkstoffe Buche

123,3

–

–

58,3

–

–

–

–

12,4

8,4

–

–

–

[29]

Fichte

166,2

–

–

46,6

–

–

–

–

12,1

5,6

–

–

–

[29]

Kiefer

171,7

–

–

47,7

–

–

–

–

19,1

3,1

–

–

–

[29]

Lrche

135,1

–

–

40,3

–

–

–

–

16,1

10,8

–

–

–

[29]

Spanplatte

76,5

–

–

45,4

–

–

–

–

28,3

21,9

–

–

–

[29]

HWL fein

2,7

–

–

1,3

–

–

–

–

1,4

1,5

–

–

–

[29]

HWL grob

2,8

–

–

1,7

–

–

–

–

1,7

1,3

–

–

–

[29]

Mineralfaserplatte

2,9

–

–

1,4

–

–

–

–

2,4

1,7

–

–

–

[29]

Raufaser

90,8

–

–

42,9

–

–

–

–

8,4

4,6

–

–

–

[29]

Tapete, geprgt 130 g/m2

137,6

–

–

87,7

–

–

–

–

19,1

7,2

–

–

–

[29]

97,4 Tapete, 120 g/m2 mit 45 g/m2 Aufdruck aus Plastisole (PVC), ausgeschumt

–

–

56,0

–

–

–

–

14,7

8,8

–

–

–

[29]

Dmmstoffe

Sonstiges

Tabelle 36. Feuchteschutztechnische Eigenschaften und spezifische Wrmekapazitt von Wrmedmm- und Mauerwerksstoffen (DIN EN 12524, Tabelle 2) [10] Werkstoff

Rohdichte

r kg/m

Feuchtegehalt 1) bei 23 C, 50 % relativer Luftfeuchte u

3

kg/kg

y 3

m /m

Feuchtegehalt 1) UmrechWasserdampf- Spezifische Wrmebei 23 C, nungsfaktor Diffusions80 % relativer fr den widerstandszahl kapazitt Luftfeuchte Feuchtegehalt m u

3

kg/kg

y 3

m /m

3

fu

fy

–

–

–

–

J/(kg · K)

trocken feucht

cp

Expandierter Polystyrol-Hartschaum 10 bis 50

0

0

4

60

60

1450

Extrudierter Polystyrol-Hartschaum

20 bis 65

0

0

2,5

150

150

1450

Polyurethan-Hartschaum

28 bis 55

0

0

3

60

60

1400

Mineralwolle

10 bis 200

0

0

4

1

1

1030

Phenolharz-Hartschaum

20 bis 50

0

0

5

50

50

1400

Schaumglas

100 bis 150

0

0

0

¥

¥

1000

Perliteplatten

140 bis 240

0,02

0,03

0,8

5

5

900

Anmerkungen siehe Seite 614.

614

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 36. Feuchteschutztechnische Eigenschaften und spezifische Wrmekapazitt von Wrmedmm- und Mauerwerksstoffen (DIN EN 12524, Tabelle 2) [10] (Fortsetzung) Werkstoff

Rohdichte

r kg/m

Feuchtegehalt 1) bei 23 C, 50 % relativer Luftfeuchte y

u 3

kg/kg

3

m /m

Wasserdampf- Spezifische Feuchtegehalt 1) Umrechbei 23 C, nungsfaktor DiffusionsWrme80 % relativer fr den widerstandszahl kapazitt Luftfeuchte Feuchtegehalt m u

3

kg/kg

y 3

m /m

3

fu

fy

trocken feucht

cp

–

–

–

–

J/(kg · K)

Expandierter Kork

90 bis 140

0,008

0,011

6

10

5

1560

Holzwolle-Leichtbauplatten

250 bis 450

0,03

0,05

1,8

5

3

1470

Holzfaserdmmplatten

150 bis 250

0,1

0,16

1,5

10

5

1400

Harnstoff-Formaldehydschaum

10 bis 30

0,1

0,15

0,7

2

2

1400

Polyurethan-Spritzschaum

30 bis 50

3

60

60

1400

Lose Mineralwolle

15 bis 60

4

1

1

1030

Lose Zellulosefasern

20 bis 60

0,11

0,18

0,5

2

2

1600

Blhperlite-Schttung

30 bis 150

0,01

0,02

3

2

2

900

Schttung aus expandiertem Vermiculit

30 bis 150

0,01

0,02

2

3

2

1080

Blhtonschttung

200 bis 400

0

0,001

4

2

2

1000

0

0

0

0

Polystyrol-Partikelschttung

10 bis 30

0

0

4

2

2

1400

Vollziegel (gebrannter Ton)

1000 bis 2400

0,007

0,012

10

16

10

1000

Kalksandstein

900 bis 2200

0,012

0,024

10

20

15

1000

Beton mit Bimszuschlgen

500 bis 1300

0,02

0,035

4

50

40

1000

Beton mit nichtporigen Zuschlgen und Kunststein

1600 bis 2400

0,025

0,04

4

150

120

1000

Beton mit Polystyrolzuschlgen

500 bis 800

0,015

0,025

5

120

60

1000

Beton mit Blhtonzuschlgen

400 bis 700

0,02

0,03

2,6

6

4

1000

Beton mit berwiegend Blhbetonzuschlgen

800 bis 1700

0,2

0,03

4

8

6

1000

Beton mit mehr als 70 % geblhter Hochofenschlacke

1100 bis 1700

0,02

0,04

4

30

20

1000

Beton mit vorwiegend aus hochtemperatur-behandeltem taubem Gestein aufbereitet

1100 bis 1500

0,02

0,04

4

15

10

1000

Porenbeton

300 bis 1000

0,026

0,045

4

10

6

1000

Beton mit Leichtzuschlgen

500 bis 2000

0,03

0,05

4

15

10

1000

Mçrtel (Mauermçrtel und Putz-Mçrtel)

250 bis 2000

0,04

0,06

4

20

10

1000

1) Die angegebenen Werte werden allgemein nicht berschritten.

Wrme- und feuchtetechnische Kennwerte

615

Tabelle 37. Wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke (Wasserdampfdurchlasswiderstand) von Folien (DIN EN 12524, Tabelle 3) [10] Produkt / Stoff

Wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke sd m

Polyethylenfolie 0,15 mm

50,0

Polyethylenfolie 0,25 mm

100,0

Polyesterfolie 0,2 mm

50,0

PVC-Folie

30,0

Aluminium-Folie 0,05 mm

1500,0

PE-Folie (gestapelt) 0,15 mm

8,0

Bituminiertes Papier 0,1 mm

2,0

Aluminiumverbundfolie 0,4 mm

10,0

Unterdeck- und Unterspannbahn fr Wnde

0,2

Beschichtungsstoff

0,1

Glanzlack

3,0

Vinyltapete

2,0

Anmerkung: Die wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke eines Produktes wird als Dicke einer unbewegten Luftschicht mit dem gleichen Wasserdampfdurchlasswiderstand wie das Produkt angegeben.

Die Dicke der Produkte in DIN EN 12524, Tabelle 3 wird normalerweise nicht gemessen und kann auf dnne Produkte mit einem Wasserdampfdurchlasswiderstand bezogen werden. Die Tabelle gibt Dicken-Nennwerte als Hilfe zur Identifizierung des Produktes an.

Tabelle 38. Ausgleichsfeuchtegehalte von Baustoffen (DIN V 4108-4, Tabelle 4) [6] Zeile

Baustoffe

1

Beton mit geschlossenem Gefge mit porigen Zuschlgen

0,13

2.1

Leichtbeton mit haufwerkporigem Gefge mit dichten Zuschlgen nach DIN 4226-1

0,03

2.2

Leichtbeton mit haufwerkporigem Gefge mit porigen Zuschlgen nach DIN 4226-2

0,045

3

Gips, Anhydrit

0,02

4

Gussasphalt, Asphaltmastix

5

Holz, Sperrholz, Spanplatten, Holzfaserplatten, Schilfrohrplatten und -matten, organische Faserdmmstoffe

0,15

6

Pflanzliche Faserdmmstoffe aus Seegras, Holz-, Torf- und Kokosfasern und sonstige Fasern

0,15

2

Weitere Ausgleichsfeuchtegehalte sind DIN EN 12524:2000-07, Tabelle 2 zu entnehmen.

Feuchtegehalt u kg/kg

0

616

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 39. Umrechnungsfaktoren fr den Feuchtegehalt von Wandbaustoffe (DIN V 4108-4, Tabelle 5) [6] Zeile

Mauerwerk- und Wandkonstruktionen, Mçrtel, Estriche

Umrechnungsfaktor Fm a)

1

Mauerziegel

1,13

2

Kalksandstein

1,27

3

Porenbeton

1,20

4

Beton mit Blhtonzuschlgen

1,08

5

Beton mit berwiegend Blhtonzuschlgen

1,13

6

Beton mit Bimszuschlgen

1,15

7

Beton mit Polystyrolzuschlgen

1,13

8

Beton mit mehr als 70 % geblhter Hochofenschlacke

1,17

9

Beton mit Zuschlgen, vorwiegend bei hohen Temperaturen aus taubem Gestein aufbereitet

1,17

10

Beton mit Leichtzuschlgen

1,22

11

Mçrtel (Mauermçrtel und Putzmçrtel)

1,27

12

Beton mit nichtporigen Zuschlgen und Kunststein

1,17

13

Beton mit geschlossenem Gefge und mit porigen Zuschlgen

1,45

14

Gips, Anhydrit

1,25

15

Steinholz

1,60

16

Asphalt, Bitumen

1,00

a) Fm bezogen auf den Trockenwert der Wrmeleitfhigkeit.

Tabelle 39 a. Zuschlagswerte fr Wrmedmmstoffe (DIN V 4108-4, Tabelle 6) [6] Zeile 1 1.1

Stoffe

Zuschlagswert Z

anorganische Stoffe in loser Schttung expandiertes Gesteinsglas (z. B. Blhperlit)

0,05

1.2

sonstige anorganische Stoffe

0,05

3

pflanzliche Faserdmmstoffe

3.1

Kokosfasern

0,10

3.2

sonstige pflanzliche Fasern

0,20

4

synthetische Faserdmmstoffe

0,20

6

Holzfaserplatten nach DIN EN 622

0,15

7

Harnstoff-Formaldehydharz (UF)-Ortschaum nach DIN 18159-2

0,10

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

3

617

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

Tabelle 40. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R 1), 2) von einschaligen, biegesteifen Wnden und Decken (Rechenwerte), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 1) [7] Zeile

Flchenbezogene Masse m0 kg/m2

Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R dB

1

85 1)

34

2

90 1)

35

3

95 1)

36

4

105 1)

37

5

115 1)

38

6

125 1)

39

7

135

40

8

150

41

9

160

42

10

175

43

11

190

44

12

210

45

13

230

46

14

250

47

15

270

48

16

295

49

17

320

50

18

350

51

19

380

52

20

410

53

21

450

54

22

490

55

23

530

56

24

580

57

25 4)

630

58

26 4)

680

59

27 4)

740

60

28 4)

810

61

29 4)

880

62

30 4)

960

63

31 4)

1040

64

1) Gltig fr flankierende Bauteile mit einer mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel von etwa 300 kg/m2. Weitere Bedingungen fr die Gltigkeit der Tabelle siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.1. 2) Messergebnisse haben gezeigt, dass bei verputzten Wnden aus dampfgehrteten Gasbeton und Leichtbeton mit Blhtonzuschlag mit Steinrohdichte £ 0,8 kg/dm3 bei einer flchenbezogenen Masse bis 250 kg/m2 das bewertete Schalldmm-Maß R0w,R um 2 dB hçher angesetzt werden kann. Das gilt auch fr zweischali-

ges Mauerwerk, sofern die flchenbezogene Masse der Einzelschale m0 £ 250 kg/m2 betrgt. 3) Sofern Wnde aus Gips-Wandbauplatten nach DIN 4103 Teil 2 ausgefhrt und am Rand ringsum mit 2 mm bis 4 mm dicken Streifen aus Bitumenfilz eingebaut werden, darf das bewertete Schalldmm-Maß R0w,R um 2 dB hçher angesetzt werden. 4) Diese Werte gelten nur fr die Ermittlung des Schalldmm-Maßes zweischaliger Wnde aus biegesteifen Schalen nach DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 2.3.2.

618

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 41. Abminderungen fr DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 1 (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 2) [7] Zeile

Rohdichteklasse

Rohdichte

Abminderung 3

1

> 1,0

> 1000 kg/m

2

£ 1,0

£ 1000 kg/m3

100 kg/m3 50 kg/m3

Tabelle 42. Wandrohdichten einschaliger, biegesteifer Wnde aus Steinen und Platten (Rechenwerte) (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 3) [7] Zeile

Stein-/Plattenrohdichte 1) rN

Wandrohdichte 2) 3) rw Normalmçrtel

kg/m3

kg/m3

Leichtmçrtel (Rohdichte £ 1000 kg/m3) kg/m3

1

2200

2080

1940

2

2000

1900

1770

3

1800

1720

1600

4

1600

1540

1420

5

1400

1360

1260

6

1200

1180

1090

7

1000

1000

950

8

2900

910

860

9

800

820

770

10

700

730

680

11

600

640

590

12

500

550

500

13

400

460

410

1) Werden Hohlblocksteine nach DIN 106 Teil 1, DIN 18151 und DIN 18153 umgekehrt vermauert und die Hohlrume satt mit Sand oder mit Normalmçrtel gefllt, so sind die Werte der Wandrohdichte um 400 kg/m3 zu erhçhen. 2) Die angegebenen Werte sind fr alle Formate der in DIN 1053 Teil 1 und DIN 4103 Teil 1 fr die Herstellung von Wnden aufgefhrten Steine bzw. Platten zu verwenden.

3) Dicke der Mçrtelfugen von Wnden nach DIN 1053 Teil 1 bzw. DIN 4103 Teil 1 bei Wnden aus dnnfugig zu verlegenden Plansteinen und -platten siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 2.2.2.1.

Tabelle 43. Flchenbezogene Masse von Wandputz (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 4) [7] Zeile

Putzdicke mm

Flchenbezogene Masse m0 von Kalkgipsputz, Gipsputz kg/m

2

Kalkputz, Kalkzementputz, Zementputz kg/m2

1

10

10

18

2

15

15

25

3

20

–

30

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

619

Tabelle 44. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R von einschaligem, in Normalmçrtel gemauertem Mauerwerk (Ausfhrungsbeispiele, Rechenwerte), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 5) [7] Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R*

1 2

Rohdichteklasse der Steine und Wanddicke der Rohwand bei einschaligem Mauerwerk Beiderseitiges Sichtmauerwerk

Beiderseitig je 10 mm Putz PIV (Gips- oder Kalkgipsputz)

Beiderseitig je 15 mm Putz PI, PII, PIII (Kalk-, Kalkzement- oder Zementputz)

20 kg/m2

50 kg/m2

SteinRohdichteklasse

Wanddicke mm

SteinRohdichteklasse

Wanddicke mm

SteinRohdichteklasse

Wanddicke mm

0,6

175

0,5 2)

175

0,4

115

115

0,7 2)

115

0,6 3)

100 80

0,9 1,2

100

0,8

100

0,7 3)

4

1,4

80

1,2

80

0,8 3)

70

5

1,6

70

1,4

70

–

–

6

0,5

240

0,5 2)

240

0,5 2)

175

175

0,7 3)

175

0,7 3)

115

3

37

7

0,8 1,2

115

1,0 3)

115

1,2

80

9

1,8

80

1,6

80

1,4

70

10

2,2

70

1,8

70

–

–

11

0,7

240

0,6 3)

240

0,5 2)

240

175

0,8 3)

175

0,6 3)

175 115

8

40

12

0,9 1,4

115

1,2

115

1,0 4)

14

2,0

80

1,6

100

1,2

100

15

–

–

1,8

80

1,4

80

16

–

–

2,0

70

1,6

70

17

0,9

240

0,8 3)

240

0,6 2)

240 175

13

42

1,2

175

1,2

175

0,9 3)

19

2,0

115

1,8

115

1,4

115

20

2,2

100

2,0

100

1,8

100

21

0,8

300

0,8 3)

300

0,6 2)

300

1,0

240

1,0 3)

240

0,8 3)

240

23

1,6

175

1,4

175

1,2

175

24

2,2

115

2,2

115

1,8

115

18

22

45

47

Anmerkungen siehe Seite 620.

620

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 44. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R von einschaligem, in Normalmçrtel gemauertem Mauerwerk (Ausfhrungsbeispiele, Rechenwerte), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 5) [7] (Fortsetzung) Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R*

Rohdichteklasse der Steine und Wanddicke der Rohwand bei einschaligem Mauerwerk Beiderseitiges Sichtmauerwerk

Beiderseitig je 10 mm Putz PIV (Gips- oder Kalkgipsputz)

Beiderseitig je 15 mm Putz PI, PII, PIII (Kalk-, Kalkzement- oder Zementputz)

20 kg/m2

50 kg/m2

SteinRohdichteklasse

Wanddicke mm

SteinRohdichteklasse

Wanddicke mm

SteinRohdichteklasse

Wanddicke mm

25

0,8

490

0,7

490

0,6

490

26

1,0

365

1,0

365

0,9

365

27

52

1,4

300

1,2

300

1,2

300

28

1,6

240

1,6

240

1,4

240

29

–

–

2,2

175

2,0

175

30

0,8

490

0,8

490

0,7

490

31

1,2

365

1,2

365

1,2

365

32

53

1,4

300

1,4

300

1,2

300

33

1,8

240

1,8

240

1,6

240

34

–

–

–

–

2,2

175

35

1,0

490

0,9

490

0,9

490

1,4

365

1,4

365

1,2

365

37

1,8

300

1,6

300

1,6

300

38

2,2

240

2,0

240

2,0

240

39

1,2

490

1,2

490

1,2

490

1,6

365

1,6

365

1,6

365

2,0

300

2,0

300

1,8

300

36

40 41

55

57

1) Gltig fr flankierende Bauteile mit einer mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel von etwa 300 kg/m2. Weitere Bedingungen fr die Gltigkeit der Tabelle 5 siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.1. 2) Bei Schalen aus Gasbetonsteinen und -platten nach DIN 4165 und DIN 4166 sowie Leichtbetonsteinen mit Blhton als Zuschlag nach DIN 18151 und DIN 18152 kann die Stein-Rohdichteklasse um 0,1 niedriger sein.

3) Bei Schalen aus Gasbetonsteinen und -platten nach DIN 4165 und DIN 4166 sowie Leichtbetonsteinen mit Blhton als Zuschlag nach DIN 18151 und DIN 18152 kann die Stein-Rohdichteklasse um 0,2 niedriger sein. 4) Bei Schalen aus Gasbetonsteinen und -platten nach DIN 4165 und DIN 4166 sowie Leichtbetonsteinen mit Blhton als Zuschlag nach DIN 18151 und DIN 18152 kann die Stein-Rohdichteklasse um 0,3 niedriger sein.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

621

Tabelle 45. Eingruppierung von biegeweichen Vorsatzschalen von einschaligen, biegesteifen Wnden nach ihrem schalltechnischen Verhalten (Maße in mm), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 7) [7] Zeile

Gruppe 1)

Wandausbildung

Beschreibung Vorsatzschale aus Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN 1101, Dicke ‡ 25 mm, verputzt, Holzstiele (Stnder) mit Abstand ‡ 20 mm vor schwerer Schale freistehend, Ausfhrung nach DIN 1102

1

2 B (ohne bzw. federnde Verbindung der Schalen)

3

Vorsatzschale aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, Ausfhrung nach DIN 18181 oder aus Spanplatten nach DIN 68763, Dicke 10 mm bis 16 mm, Holzstiele (Stnder) mit Abstand ‡ 20 mm vor schwerer Schale freistehend 2), mit Hohlraumfllung 3) zwischen den Holzstielen Vorsatzschale aus Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN 1101, Dicke ‡ 50 mm, verputzt, freistehend mit Abstand von 30 mm bis 50 mm vor schwerer Schale, Ausfhrung nach DIN 1102, bei Ausfhrung des Hohlraumes nach Fußnote 3 ist ein Abstand von 20 mm ausreichend Vorsatzschale aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, und Faserdmmplatten 4), Ausfhrung nach DIN 18181, an schwerer Schale streifen- oder punktfçrmig angesetzt

4

Vorsatzschale aus Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN 1101, Dicke ‡ 25 mm, verputzt, Holzstiele (Stnder) an schwerer Schale befestigt, Ausfhrung nach DIN 1102

5 A (mit Verbindung der Schalen) 6

1) In einem Wand-Prfstand ohne Flankenbertragung (Prfstand DIN 52210-P-W) wird das bewertete Schalldmm-Maß Rw,P einer einschaligen, biegesteifen Wand durch Vorsatzschalen der Zeilen 1 bis 4 um mindestens 15 dB, der Zeilen 5 und 6 um mindestens 10 dB verbessert.

Vorsatzschale aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, Ausfhrung nach DIN 18181, oder aus Spanplatten nach DIN 68753, Dicke 10 mm bis 16 mm, mit Hohlraumausfllung 3), Holzstiele (Stnder) an schwerer Schale befestigt 2) 2) Bei diesen Beispielen kçnnen auch Stnder aus C-Wandprofilen aus Stahlblech nach DIN 18182 Teil 1 verwendet werden. 3) Faserdmmstoffe nach DIN 18165 Teil 1, Nenndicke 20 mm bzw. ‡ 60 mm, lngenbezogener Strçmungswiderstand X ‡ 5 kNs/m4. 4) Faserdmmstoffe nach DIN 18165 Teil 1, Anwendungstyp WV-s, Nenndicke ‡ 40 mm, s0 ‡ 5 MN/m3.

622

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 46. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R von einschaligen, biegesteifen Wnden mit einer biegeweichen Vorsatzschale nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 7 (Rechenwerte), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 8) [7] Zeile

R0w,R

Flchenbezogene Masse der Massivwand kg/m2

1), 2)

dB

1

100

49

2

150

49

3

200

50

4

250

52

5

275

53

6

300

54

7

350

55

8

400

56

9

450

57

10

500

58

1) Gltig fr flankierende Bauteile mit einer mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel von etwa 300 kg/m2. Weitere Bedingungen fr die Gltigkeit der Tabelle siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.1.

2) Bei Wandausfhrungen nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 7, Zeilen 5 und 6, sind diese Werte um 1 dB abzumindern.

Tabelle 47. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R von zweischaligen Wnden aus zwei biegeweichen Schalen aus Gipskartonplatten oder Spanplatten (Rechenwerte) (Maße in mm), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 9) [7] Zeile

Wandausbildung mit Stielen (Stndern), Achsabstand ‡ 600, ein- oder zweilagige Bekleidung 1)

1

Anzahl der Lagen je Seite

MindestSchalenabstanddicke 2)

MindestDmmschicht-/ Nenndicke sD

1

R0w,R 3)

38 60

40

2

2

46

3

1

45 50

4

2

5

2

Anmerkungen siehe Seite 623.

40 49

100

80

50

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

623

Tabelle 47. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R von zweischaligen Wnden aus zwei biegeweichen Schalen aus Gipskartonplatten oder Spanplatten (Rechenwerte) (Maße in mm), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 9) [7] (Fortsetzung) Anzahl der Lagen je Seite

MindestSchalenabstanddicke 2)

MindestDmmschicht-/ Nenndicke sD

R0w,R 3)

6

1

100

60

44

7 4)

1

125

2 · 40

49

8 4)

1

160

40

49

9 4)

2

200

80 oder 2 · 40

50

Zeile

Wandausbildung mit Stielen (Stndern), Achsabstand ‡ 600, ein- oder zweilagige Bekleidung 1)

1) Bekleidung aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, 12,5 mm oder 15 mm dick, oder aus Spanplatten nach DIN 68763, 13 mm bis 16 mm dick. 2) Faserdmmstoffe nach DIN 18165 Teil 1, Nenndicke 40 mm bis 80 mm, lngenbezogener Strçmungswiderstand X ‡ 5 kNs/m4.

3) Gltig fr flankierende Bauteile mit einer mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel von etwa 300 kg/m2. Weitere Bedingungen fr die Gltigkeit der Tabelle siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.1. 4) Doppelwand mit ber gesamter Wandflche durchgehender Trennfuge.

624

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 48. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R von zweischaligen Wnden aus biegeweichen Schalen aus verputzten HolzwolleLeichtbauplatten (HWL) nach DIN 1101 (Rechenwerte) (Maße in mm), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 10) [7] Zeile

Wandausbildung 1)

1

2

Dicke der HWLPlatten sHWL mm

25 oder 35

R0w,R 3)

mm

Dmmschichtdicke 2), Nenndicke sD mm

‡ 100

–

50

30 bis 50

–

Schalenabstand s

‡ 50

50 20 bis < 30

1) Ausfhrung nach DIN 1102. 2) Faserdmmstoffe nach DIN 18165 Teil 1, Nenndicke ‡ 20 mm, lngenbezogener Strçmungswiderstand X ‡ 5 kNs/m4.

dB

‡ 20

3) Gltig fr flankierende Bauteile mit einer mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel von etwa 300 kg/m2. Weitere Bedingungen fr die Gltigkeit der Tabelle siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.1. Vergleiche auch Rw,R-Werte nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 24.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

625

Tabelle 49. Bewertete Schalldmm-Maße Rw,R fr Montagewnde aus Gipskartonplatten in Stnderbauart nach DIN 18183 mit umlaufend dichten Anschlssen an Wnden und Decken (Rechenwerte) (Maße in mm), (DIN 4109, Bbl. 1/A1, Tabelle 23) [7a] Spalte

1

2

3

4

5

6

Zeile

Ausfhrungsbeispiele

sB a)

C-Wandprofil b)

Mindestschalenabstand s

Mindestdmmschichtdicke sD

Rw,R

dB

1

CW 50 x 0,6

50

40

39

2

CW 75 x 0,6

75

40

39

40

41

60

42

80

43

40

46

40

46

60

49

40

47

80

50

3

12,5 CW 100 x 0,6

4

100

5 6

CW 50 x 0,6

50

CW 75 x 0,6

75

7 8

2 x 12,5

9 CW 100 x 0,6

100

11

12

CW 50 x 0,6

105

80

58

CW 100 x 0,6

205

80

59

2 x 12,5 14

a) Dicke der Beplankung aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, verarbeitet nach DIN 18181, Fugen verspachtelt. Die flchenbezogene Masse der Gipskartonplatten muss mindestens 8,5 kg/m2 betragen. b) Kurzzeichen fr das C-Wandprofil und die Blechdicke nach DIN 18182-1. 1 Weichfedernde Zwischenlage (siehe unteres Bild).

626

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 50. Bewertete Schalldmm-Maße Rw,R von Trennwnden in Holzbauart unter Verwendung von biegeweichen Schalen aus Gipskartonplatten 1) oder Spanplatten 1) oder verputzten Holzwolle-Leichtbauplatten 2) (Rechenwerte) (Maße in mm), (DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 24) [7] Spalte

1

2

3

4

5

Zeile

Ausfhrungsbeispiele

Anzahl der Lagen je Schale

Mindestschalenabstand s mm

Mindestdmmschichtdicke sD mm

Rw,R

dB

Einfachstnderwnde

1

1

38 60

2

2

3

1

40 46

100

60

43

Doppelstnderwnde

4

1

53

125 5

2

6

1

Anmerkungen siehe Seite 627.

40 60

160

40

53

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

627

Tabelle 50. Bewertete Schalldmm-Maße Rw,R von Trennwnden in Holzbauart unter Verwendung von biegeweichen Schalen aus Gipskartonplatten 1) oder Spanplatten 1) oder verputzten Holzwolle-Leichtbauplatten 2) (Rechenwerte) (Maße in mm), (DIN 4109, Bbl. 1, Tabelle 24) [7] (Fortsetzung) Spalte

1

2

3

4

5

Zeile

Ausfhrungsbeispiele

Anzahl der Lagen je Schale

Mindestschalenabstand s mm

Mindestdmmschichtdicke sD mm

Rw,R

dB

Doppelstnderwnde

7

2

200

80

65

8

1

‡ 100

–

55

–

90

80

57

Haustrennwand

9

1) Bekleidung aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, 12,5 mm oder 15 mm dick, Spanplatten nach DIN 68769, 13 mm bis 16 mm dick. 2) Bekleidung aus verputzten Holzwolleleichtbauplatten nach DIN 1101, 25 mm oder 35 mm dick, Ausfhrung nach 1102. 3) Hier darf – abweichend von Zeile 1 – je Seite fr die ußere Lage auch eine 9,5 mm dicke Gipskartonplatte nach DIN 18180 verwendet werden.

4) Beide Wandhlften sind auf gesamter Flche auch im Anschlussbereich an die flankierenden Bauteile voneinander getrennt. 5) Voraussetzung ist, dass die flankierenden Wnde nicht durchlaufen; die Fassadenfuge kann dauerelastisch, mit Abdeckprofilen oder Formteilen geschlossen werden. 6) Verputzte Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN 1101, Dicke ‡ 50 mm, Ausfhrung nach DIN 1102.

628

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 51. Massivdecken, deren Luft- und Trittschalldmmung in DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 12 und 16 angegeben ist (Maße in mm), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 11) [7] Zeile

Deckenausbildung

Massivdecken ohne Hohlrume, gegebenenfalls mit Putz 1

Stahlbeton-Vollplatten aus Normalbeton nach DIN 1045 oder aus Leichtbeton nach DIN 4219 Teil 1

2

Gasbeton-Deckenplatten nach DIN 4223

Massivdecken mit Hohlrumen, gegebenenfalls mit Putz 3

Stahlsteindecken nach DIN 1045 mit Deckenziegeln nach DIN 4159

4

Stahlbetonrippendecken und -balkendecken nach DIN 1045 mit Zwischenbauteilen nach DIN 4158 oder DIN 4160

5

Stahlbetonhohldielen und -platten nach DIN 1045 Stahlbetondielen aus Leichtbeton nach DIN 4028 Stahlbetonhohldecken nach DIN 1045

6

Balkendecken ohne Zwischenbauteile nach DIN 1045

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

629

Tabelle 51. Massivdecken, deren Luft- und Trittschalldmmung in DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 12 und 16 angegeben ist (Maße in mm), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 11) (Fortsetzung) Zeile

Deckenausbildung

Massivdecken mit biegeweicher Unterdecke 7

Massivdecken nach Zeilen 1 bis 6

8

Stahlbetonrippendecken nach DIN 1045 oder Plattenbalkendecken nach DIN 1045 ohne Zwischenbauteile

1) Zum Beispiel Putztrger (Ziegeldrahtgewebe, Rohrgewebe) und Putz, Gipskartonplatten nach DIN 18180, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN 1101, Dicke ‡ 25 mm, verputzt.

2) Im Hohlraum sind schallabsorbierende Einlagen vorzusehen, z. B. Faserdmmstoff nach DIN 18165 Teil 1, Nenndicke 40 mm, lngenbezogener Strçmungswiderstand X ‡ 5 kNs/m4.

630

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 52. Bewertetes Schalldmm-Maß R0w,R 1) von Massivdecken (Rechenwerte) (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 12) [7] Zeile

Flchenbezogene Masse der Decke 3) kg/m2

R0w,R in dB 2) Einschalige Massivdecke, Estrich und Gehbelag unmittelbar aufgebracht

Einschalige Massivdecke mit schwimmendem Estrich 4)

Massivdecke mit Unterdecke 5) Gehbelag und Estrich unmittelbar aufgebracht

Massivdecke mit schwimmendem Estrich und Unterdecke 5)

1 2 3

500 450 400

55 54 53

59 58 57

59 58 57

62 61 60

4 5 6

350 300 250

51 49 47

56 55 53

56 55 53

59 58 56

7 8

200 150

44 41

51 49

51 49

54 52

1) Zwischenwerte sind linear zu interpolieren. 2) Gltig fr flankierende Bauteile mit einer mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel von etwa 300 kg/m2. Weitere Bedingungen fr die Gltigkeit der Tabelle siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.1. 3) Die Masse von aufgebrachten Verbundestrichen oder Estrichen auf Trennschicht und vom unterseitigen Putz ist zu bercksichtigen.

4) Und andere schwimmend verlegte Deckenauflagen, z. B. schwimmend verlegte Holzfußbçden, sofern sie ein Trittschallverbesserungsmaß DLw ‡ 24 dB haben. 5) Biegeweiche Unterdecke nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 11, Zeilen 7 und 8, oder akustisch gleichwertige Ausfhrungen.

Hinweis: Die angegebenen Rechenwerte fr das bewertete Schalldmm-Maß gelten fr die in der Tabelle 52 dargestellten Massivdecken. Tabelle 53. Korrekturwerte KL,1 fr das bewertete Schalldmm-Maß R0w,R von biegesteifen Wnden und Decken als trennende Bauteile nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabellen 1, 5, 8 und 12 bei flankierenden Bauteilen mit der mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 13) [7] Zeile

Art des trennenden Bauteils

1

Einschalige, biegesteife Wnde und Decken nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 1, 5 und 12, Spalte 2

2

Einschalige, biegesteife Wnde mit biegeweichen Vorsatzschalen nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 8

3

Massivdecken mit schwimmendem Estrich oder Holzfußboden nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 12, Spalte 3

4

Massivdecken mit Unterdecke nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 12, Spalte 4

5

Massivdecken mit schwimmendem Estrich und Unterdecke nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 12, Spalte 5

1) m0L,mittel ist rechnerisch nach DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.2.2 zu ermitteln.

KL,1 in dB fr mittlere flchenbezogene Massen m0L,mittel 1) in kg/m2 400

350

300

250

200

150

100

0

0

0

0

–1

–1

–1

+2

+1

0

–1

–2

–3

–4

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

631

Tabelle 54. Korrekturwerte KL,1 fr das bewertete Schalldmm-Maß R0w,R von zweischaligen Wnden aus biegeweichen Schalen nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 9 und 10 und von Holzbalkendecken nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 19 als trennende Bauteile bei flankierenden Bauteilen mit der mittleren flchenbezogenen Masse m0L,mittel (DIN 4109, Beiblatt 1 Tabelle 14) [7] R0w,R der Trennwand bzw. -decke fr m0L,mittel von etwa 300 kg/m2 dB

Zeile

KL,1 in dB fr mittlere flchenbezogene Massen m0L,mittel 1) in kg/m2 450

400

350

300

250

200

150

1

50

+4

+3

+2

0

–2

–4

–7

2

49

+2

+2

+1

0

–2

–3

–6

3

47

+1

+1

+1

0

–2

–3

–6

4

45

+1

+1

+1

0

–1

–2

–5

5

43

0

0

0

0

–1

–2

–4

6

41

0

0

0

0

–1

–1

–3

1) m0L,mittel ist rechnerisch nach DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.2.3 oder mit Hilfe des Diagramms nach DIN 4109, Beiblatt 1, Bild 4 zu ermitteln.

Die Berechnung der mittleren Flchenmasse m0L,mittel der flankierenden Bauteile erfolgt in Abhngigkeit der Flchenmasse. Die Berechnungsanstze sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.

Tabelle 55. Ermittlung der mittleren Flchenmasse der flankierenden Bauteile nach DIN 4109, Beiblatt 1 [7] m0L,mittel

Bauart Massivbauten mit biegesteifer Anbindung DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.2.2, Gl. 1 der flankierenden Bauteile Holz- und Skelettbauten mit biegeweicher DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 3.2.3, Gl. 2 Anbindung der flankierenden Bauteile

n 1 X m0 n i¼1 L;i

( ) n 2;5 0;4 1 X m0L;i n i¼1

m0L,mittel Mittlere Flchenmasse der flankierenden Bauteile in kg/m2 m0L,i Flchenmasse des i-ten nichtverkleideten flankierenden Bauteils in kg/m2 n Anzahl der nichtverkleideten massiven flankierenden Bauteile

Tabelle 56. Korrekturfaktor KL,2 fr das bewertete Schalldmm-Maß R0w,R von trennenden Bauteilen mit biege- weichen Vorsatzschalen, schwimmendem Estrich/Holzfußboden oder biegeweichen Schalen (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 15) [7] Zeile

Anzahl der flankierenden biegeweichen Bauteile oder flankierenden Bauteile mit biegeweicher Vorsatzschale

KL,2 dB

1

1

+1

2

2

+3

3

3

+6

632

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 57. quivalenter bewerteter Norm-Trittschallpegel Ln,w,eq,R von Massivdecken in Gebuden in Massivbauart ohne/mit biegeweicher Unterdecke (Rechenwerte), (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 16) [7] Zeile

Deckenart

Flchenbezogene Masse 1) der Massivdecke ohne Auflage kg/m2

Ln,w,eq,R 2) dB ohne Unterdecke

mit Unterdecke

1

135

86

75

2

160

85

74

3

190

84

74

225

82

73

270

79

73

320

77

72

7

380

74

71

8

450

71

69

9

530

69

67

4 5 6

Massivdecken nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 11 (siehe Tabelle 70)

1) Flchenbezogene Masse einschließlich eines etwaigen Verbundestrichs oder Estrichs auf Trennschicht und eines unmittelbar aufgebrachten Putzes. 2) Zwischenwerte sind gradlinig zu interpolieren und auf ganze dB zu runden.

3), 4)

3) Biegeweiche Unterdecke nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 11, Zeilen 7 und 8, oder akustisch gleichwertige Ausfhrungen. 4) Bei Verwendung von schwimmenden Estrichen mit mineralischen Bindemitteln sind die Tabellenwerte fr Ln,w,eq,R um 2 dB zu erhçhen (z. B. Zeile 1, Spalte 4: 75 + 2 = 77 dB).

Tabelle 58. quivalenter bewerteter Norm-Trittschallpegel Ln,w,eq,R und bewerteter Norm-Trittschallpegel L0n,w,R fr verschiedene Ausfhrungen von massiven Treppenlufen und Treppenpodesten unter Bercksichtigung der Ausbildung der Treppenraumwand (Rechenwert) (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 20) [7] Zeile

Treppen und Treppenraumwand

Ln,w,eq,R dB

L0n,w,R dB

1

Treppenpodest 1), fest verbunden mit einschaliger, biegesteifer Treppenraumwand (flchenbezogene Masse ‡ 380 kg/m2)

66

70

2

Treppenlauf 1), fest verbunden mit einschaliger, biegesteifer Treppenraumwand (flchenbezogene Masse ‡ 380 kg/m2)

61

65

Treppenlauf 1), abgesetzt von einschaliger, biegesteifer Treppenraumwand

58

58

3

4

Treppenpodest 1), fest verbunden mit Treppenraumwand, und durchgehende Gebudetrennfuge nach DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 2.3

£ 53

£ 50

5

Treppenlauf 1), abgesetzt von Treppenraumwand, und durchgehende Gebudetrennfuge nach DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 2.3

£ 46

£ 43

6

Treppenlauf 1), abgesetzt von Treppenraumwand, und durchgehende Gebudetrennfuge nach DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 2.3, auf Treppenpodest elastisch gelagert

38

42

1) Gilt fr Stahlbetonpodest oder -treppenlauf mit einer Dicke d ‡ 120 mm.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

633

Tabelle 59. Trittschallverbesserungsmaß DLw,R von schwimmenden Estrichen 1) und schwimmend verlegten Holzfußbçden auf Massivdecken (Rechenwerte) (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 17) [7] Zeile

DLw,R dB

Deckenauflage; schwimmende Bçden mit hartem Bodenbelag

mit weichfederndem Bodenbelag 2) DLw,R ‡ 20 dB

1

Gussasphaltestriche nach DIN 18560 Teil 2 mit einer flchenbezogenen Masse m0 ‡ 45 kg/m2 auf Dmmschicht aus Dmmstoffen nach DIN 18164 Teil 2 oder DIN 18165 Teil 2 mit einer dynamischen Steifigkeit s0 von hçchstens 50 MN/m3 40 MN/m3 30 MN/m3 20 MN/m3 15 MN/m3 10 MN/m3

20 22 24 26 27 29

20 22 24 26 29 32

2

Estriche nach DIN 18560 Teil 2 mit einer flchenbezogenen Masse m0 ‡ 70 kg/m2 auf Dmmschicht aus Dmmstoffen nach DIN 18164 Teil 2 oder DIN 18165 Teil 2 mit einer dynamischen Steifigkeit s0 von hçchstens 50 MN/m3 40 MN/m3 30 MN/m3 20 MN/m3 15 MN/m3 10 MN/m3

22 24 26 28 29 30

23 25 27 30 33 34

3

Unterbçden aus Holzspanplatten nach DIN 68771 auf Lagerhçlzern mit Dmmstreifen-Unterlagen aus Dmmstoffen nach DIN 18165 Teil 2 mit einer dynamischen Steifigkeit s0 von hçchstens 20 MN/m3; Breite der Dmmstreifen mindestens 100 mm, Dicke im eingebauten Zustand mindestens 10 mm; Dmmstoffe zwischen den Lagerhçlzern nach DIN 18165 Teil 1, Nenndicke ‡ 30 mm, lngenbezogener Strçmungswiderstand X ‡ 5 kNs/m4

24

–

4

Unterbçden nach DIN 68771 aus mindestens 22 mm dicken Holzspanplatten nach DIN 68763, vollflchig verlegt auf Dmmstoffen nach DIN 18165 Teil 2 mit einer dynamischen Steifigkeit s0 von hçchstens 10 MN/m3

25

–

Schwimmende Estriche

Schwimmende Holzfußbçden

1) Wegen der Ermittlung der flchenbezogenen Masse von Estrichen siehe DIN 4109, Beiblatt 1, Abschnitt 2.6.3. 2) Wegen der mçglichen Austauschbarkeit von weichfedernden Bodenbelgen nach DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 18, die sowohl

dem Verschleiß als auch besonderen Wnschen der Bewohner unterliegen, drfen diese bei dem Nachweis der Anforderungen nach DIN 4109 nicht angerechnet werden.

634

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 60. Trittschallverbesserungsmaß DLw,R von weichfedernden Bodenbelgen fr Massivdecken (Rechenwerte) (DIN 4109, Beiblatt 1, Tabelle 18) [7] Zeile 1

DLw,R dB

Deckenauflagen, weichfedernde Bodenbelge

14 1), 2)

Linoleum-Verbundbelag nach DIN 18173

PVC–Verbundbelge 2

PVC–Verbundbelag mit genadeltem Jutefilz als Trger nach DIN 16952 Teil 1

13 1), 2)

3

PVC–Verbundbelag mit Korkment als Trger nach DIN 16952 Teil 2

16 1), 2)

4

PVC–Verbundbelag mit Unterschicht aus Schaumstoff nach DIN 16952 Teil 3

16 1), 2)

5

PVC–Verbundbelag mit Synthesefaser-Vliesstoff als Trger nach DIN 16952 Teil 4

13 1), 2)

Textile Fußbodenbelge nach DIN 6

61151 3)

Nadelvlies, Dicke = 5 mm

20

Polteppiche 4) 7

Unterseite geschumt, Normdicke a20 = 4 mm nach DIN 53855 Teil 3

19

8

Unterseite geschumt, Normdicke a20 = 6 mm nach DIN 53855 Teil 3

24

9

Unterseite geschumt, Normdicke a20 = 8 mm nach DIN 53855 Teil 3

28

10

Unterseite ungeschumt, Normdicke a20 = 4 mm nach DIN 53855 Teil 3

19

11

Unterseite ungeschumt, Normdicke a20 = 6 mm nach DIN 53855 Teil 3

21

12

Unterseite ungeschumt, Normdicke a20 = 8 mm nach DIN 53855 Teil 3

24

1) Die Bodenbelge mssen durch Hinweis auf die jeweilige Norm gekennzeichnet sein. Das maßgebliche Trittschallverbesserungsmaß DLw,R muss auf dem Erzeugnis oder der Verpackung angegeben sein. 2) Die in den Zeilen 1 bis 5 angegebenen Werte sind Mindestwerte; sie gelten nur fr aufgeklebte Bodenbelge.

3) Die textilen Bodenbelge mssen auf dem Produkt oder der Verpackung mit dem entsprechenden DLw,R der Spalte 2 und mit der Werksbescheinigung nach DIN 50049 ausgeliefert werden. 4) Pol aus Polyamid, Polypropylen, Polyacrylnitril, Polyester, Wolle und deren Mischungen.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde Mauerwerk, Beton, Putz 1 2 3 4

1 2 3 4

Beton, unverputzt [14] Kalkzementputz [14] Bimsbeton (r » 550 kg/m3, r » 3 kPas/m2, d = 50 mm, dw = 0 mm) [13] Akustik-Spritzputz (r » 500 kg/m3, d = 20 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,02

0,02

0,03

0,04

0,05

0,05

2

0,03

0,03

0,02

0,04

0,05

0,08

3

0,20

0,40

0,60

0,30

0,40

0,40

4

0,10

0,20

0,60

0,90

0,80

0,70

Papiertapete auf Putz [31] Mauerwerk, Ziegel verfugt [31] Bimsbeton unverputzt [31] Gasbeton unverputzt [31] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,02

0,03

0,04

0,05

0,07

0,08

2

0,16

0,13

0,15

0,13

0,13

0,14

3

0,15

0,38

0,55

0,61

0,60

0,63

4

0,12

0,13

0,14

0,15

0,23

0,34

1 Kalkzementputz [19] 2 Sichtbeton [19] 3 Akustikputz (d = 12 mm) [19] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,03

0,03

0,04

0,04

0,05

0,06

2

0,01

0,01

0,01

0,02

0,03

0,03

3

0,04

0,15

0,26

0,41

0,69

0,89

1 Ziegelmauer, unverputzt [1] 2 Tapete auf Mauerwerk [1] 3 Mauerwerk aus Hochlochziegeln [1] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,02

0,03

0,03

0,04

0,05

0,06

2

0,02

0,03

0,04

0,05

0,07

0,08

3

0,11

0,22

0,36

0,32

0,55

0,43

Anmerkungen siehe Seite 642.

635

636

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Gipskarton-, Gipskartonlochplatten 1 Gipskartonplatte (d = 9,5 mm, m0= 9,3 kg/m2, dw = 60 mm) [13] 2 Gipskartonplatte (d = 9,5 mm, m0= 9,3 kg/m2, dw = 120 mm) [13] 3 Gipskartonlochplatte (d = 9,5 mm, m0= 8,5 kg/m2, e = 5 %, dw = 60 mm) [13] 4 Gipskartonlochplatte (d = 9,5 mm, m0= 8,5 kg/m2, e = 5 %, dw = 120 mm) [13] 5 Gipskartonlochplatte (d = 9,5 mm, m0= 8,5 kg/m2, e = 5 %, dw = 240 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,25

0,12

0,07

0,05

0,05

0,05

2

0,20

0,10

0,07

0,05

0,05

0,05

3

0,20

0,65

0,85

0,35

0,20

0,15

4

0,20

0,75

0,55

0,30

0,25

0,20

5

0,35

0,50

0,35

0,45

0,25

0,25

1 Gipskartonplatte (d = 9,5 mm, m0= 8,5 kg/m2, e = 8 %) auf Holzleisten (Abstand: 500 mm / 750 mm), dw = 60 mm, mit 40 mm Mineralfaserplatten hinterlegt [14] 2 Gipskartonplatte (d = 9,5 mm, m0= 8,5 kg/m2, e = 8 %) auf Holzleisten (Abstand: 500 mm / 750 mm), dw = 120 mm, mit 40 mm Mineralfaserplatten hinterlegt [14] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,18

0,59

0,87

0,38

0,24

0,33

2

0,18

0,74

0,54

0,32

0,25

0,32

1 Gipskartonlochplatte mit Mineralwolleauflage (GK-Platte: d = 9,5 mm, e = 15 %, Mineralwolleauflage in Folie: d » 40 mm, r » 80 kg/m3, r » 20 kPas/m2, dw = 200 mm) [13] 2 Gipskartonlochplatte mit Mineralwolleauflage (GK-Platte: d = 9,5 mm, e = 15 %, Mineralwolleauflage in Folie: d » 40 mm, r » 80 kg/m3, r » 20 kPas/m2, dw = 350 mm) [13] 3 Gipskartonlochplatte mit Mineralwolleauflage (GK-Platte: d = 9,5 mm, e = 15 %, Mineralwolleauflage in Folie: d » 40 mm, r » 80 kg/m3, r » 20 kPas/m2, dw = 600 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,50

0,80

0,90

0,60

0,45

0,30

2

0,60

0,90

0,90

0,65

0,45

0,30

3

0,75

0,70

0,90

0,70

0,45

0,30

Anmerkungen siehe Seite 642.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Gipskarton-, Gipskartonlochplatten 1 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 8 mm Rundlochung, e = 15,5 %) mit Mineralfaserauflage (d » 20 mm, m0 » 0,6 kg/m2) und Faservlies, dw = 60 mm [22] 2 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 8 mm Rundlochung, e = 15,5 %) mit Mineralfaserauflage (d » 20 mm, m0 » 0,6 kg/m2) und Faservlies, dw = 400 mm [22] 3 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 8 mm Rundlochung, e = 15,5 %) ohne Mineralfaserauflage, dw = 60 mm [22] 4 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 8 mm Rundlochung, e = 15,5 %) ohne Mineralfaserauflage, dw = 400 mm [22] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,68

0,93

0,76

0,84

0,56

0,65

2

0,29

0,55

1,07

0,86

0,45

0,56

3

0,56

0,84

0,53

0,56

0,43

0,48

4

0,16

0,23

0,67

0,82

0,48

0,69

1 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 15 mm Rundlochung, e = 19,6 %) mit Mineralfaserauflage (d » 20 mm, m0 » 0,6 kg/m2) und Faservlies, dw = 60 mm [22] 2 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 15 mm Rundlochung, e = 19,6 %) mit Mineralfaserauflage (d » 20 mm, m0 » 0,6 kg/m2) und Faservlies, dw = 400 mm [22] 3 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 15 mm Rundlochung, e = 19,6 %) ohne Mineralfaserauflage, dw = 60 mm [22] 4 Gipskartonlochplatte (d = 12,5 mm, 15 mm Rundlochung, e = 19,6 %) ohne Mineralfaserauflage, dw = 400 mm [22] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,66

0,90

0,77

0,83

0,63

0,71

2

0,29

0,52

1,08

0,87

0,53

0,70

3

0,56

0,86

0,51

0,55

0,43

0,50

4

0,15

0,21

0,62

0,80

0,46

0,63

Mineralfaserplatten 1 Mineralfaserplatte mit transparenter Vliesabdeckung (r = 30–50 kg/m3, r » 10 kPas/m2, d = 20 mm, dw = 0 mm) [13] 2 Mineralfaserplatte mit transparenter Vliesabdeckung (r = 30–50 kg/m3, r » 10 kPas/m2, d = 30 mm, dw = 0 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,10

0,25

0,55

0,80

0,95

1,00

2

0,15

0,30

0,60

0,90

1,00

1,00

Anmerkungen siehe Seite 642.

637

638

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Mineralfaserplatten 1 Mineralfaserplatte mit transparenter Vliesabdeckung (r = 70–80 kg/m3, r » 20 kPas/m2, d = 20 mm, dw = 100 mm) [13] 2 Mineralfaserplatte mit transparenter Vliesabdeckung (r = 70–80 kg/m3, r » 20 kPas/m2, d = 30 mm, dw = 0 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,10

0,40

0,85

0,90

0,95

1,00

2

0,30

0,70

0,75

0,90

0,95

1,00

1 Mineralfaserplatte ohne Vliesabdeckung (r = 100–150 kg/m3, r » 40 kPas/m2, d = 15 mm, dw = 0 mm) [13] 2 Mineralfaserplatte ohne Vliesabdeckung (r = 100–150 kg/m3, r » 40 kPas/m2, d = 15 mm, dw = 50 mm) [13] 3 Mineralfaserplatte ohne Vliesabdeckung (r = 100–150 kg/m3, r » 40 kPas/m2, d = 15 mm, dw = 300 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,05

0,10

0,35

0,65

0,90

1,00

2

0,20

0,35

0,60

0,70

0,90

1,00

3

0,40

0,65

0,70

0,75

0,90

1,00

1 Mineralfaserplatte ohne Vliesabdeckung (r = 100–150 kg/m3, r » 40 kPas/m2, d = 40 mm, dw = 0 mm) [13] 2 Mineralfaserplatte ohne Vliesabdeckung (r = 100–150 kg/m3, r » 40 kPas/m2, d = 40 mm, dw = 50 mm) [13] 3 Mineralfaserplatte ohne Vliesabdeckung (r = 100–150 kg/m3, r » 40 kPas/m2, d = 40 mm, dw = 300 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,15

0,30

0,65

0,85

1,00

1,00

2

0,25

0,65

0,80

0,85

1,00

1,00

3

0,45

0,70

0,80

0,85

1,00

1,00

Holzwolle-Leichtbauplatten 1 Holzwolle-Leichtbauplatte (r » 400 kg/m3, r » 1 kPas/m2, d = 35 mm, dw = 0 mm) [13] 2 Holzwolle-Leichtbauplatte (r » 400 kg/m3, r » 1 kPas/m2, d = 35 mm, dw = 50 mm) [13] 3 Holzwolle-Leichtbauplatte (r » 400 kg/m3, r » 1 kPas/m2, d = 35 mm, dw = 300 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,05

0,10

0,15

0,45

0,60

0,65

2

0,10

0,15

0,35

0,45

0,50

0,65

3

0,25

0,35

0,20

0,40

0,50

0,65

Anmerkungen siehe Seite 642.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Holzwolle-Leichtbauplatten 1 Holzwolle-Leichtbauplatte, zementgebunden [14] (5 mm Spanbreite, d = 25 mm, r = 400 kg/m3, dw = 0 mm) 2 Holzwolle-Leichtbauplatte, zementgebunden [14] (5 mm Spanbreite, d = 25 mm, r = 400 kg/m3, dw = 270 mm) 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,02

0,05

0,10

0,29

0,50

0,42

2

0,13

0,34

0,21

0,21

0,31

0,43

Holzspan-, Sperrholz- und Hartfaserplatten 1 Holzspanplatte (d = 19 mm, m0= 13,5 kg/m2, dw = 60 mm) [13] 2 Holzspanplatte (d = 19 mm, m0= 13,5 kg/m2, dw = 120 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,25

0,12

0,10

0,07

0,05

0,05

2

0,20

0,12

0,10

0,07

0,05

0,05

1 Sperrholzplatte (d = 4 mm, m0= 2,9 kg/m2) auf Holzleisten (Abstand: 500 mm / 750 mm), dw = 60 mm, mit 40 mm Mineralfaserplatten hinterlegt [14] 2 Sperrholzplatte (d = 4 mm, m0= 2,9 kg/m2) auf Holzleisten (Abstand: 500 mm / 750 mm), dw = 120 mm, mit 40 mm Mineralfaserplatten hinterlegt [14] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,50

0,20

0,12

0,06

0,05

0,10

2

0,43

0,16

0,11

0,05

0,05

0,09

1 Sperrholzplatte (d = 4 mm, m0= 2,9 kg/m2) auf Holzleisten (Abstand: 500 mm / 750 mm), dw = 60 mm [14] 2 Sperrholzplatte (d = 4 mm, m0= 2,9 kg/m2) auf Holzleisten (Abstand: 500 mm / 750 mm), dw = 120 mm [14] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,22

0,12

0,14

0,06

0,04

0,09

2

0,47

0,10

0,10

0,04

0,07

0,08

Anmerkungen siehe Seite 642.

639

640

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Holzwolle-Leichtbauplattenplatten 1 Hartfaserplatte (d = 3,5 mm, m0= 3,3 kg/m2, dw = 60 mm) [13] 2 Hartfaserplatte (d = 3,5 mm, m0= 3,3 kg/m2, dw = 120 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,65

0,20

0,12

0,07

0,05

0,05

2

0,45

0,15

0,07

0,05

0,05

0,05

Metalllochkassetten 1 Metalllochkassette (d » 0,5 mm, e » 15 %) mit Mineralwolleauflage (d » 40 mm, r » 80 kg/m3, r » 20 kPas/m2), in Folie (d » 0,05 mm), dw = 200 mm [13] 2 Metalllochkassette (d » 0,5 mm, e » 15 %) mit Mineralwolleauflage (d » 40 mm, r » 80 kg/m3, r » 20 kPas/m2), in Folie (d » 0,05 mm), dw = 400 mm [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,35

0,70

0,75

0,85

0,80

0,60

2

0,45

0,70

0,75

0,85

0,80

0,60

Fußbçden und Bodenbelge 1 2 3 4

Holzfußboden auf Leisten [19] Parkettfußboden, fest aufliegend [19] Teppich, d » 6 mm [19] Teppich, d » 7–10 mm [19] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,15

0,11

0,10

0,07

0,06

0,06

2

0,04

0,04

0,05

0,06

0,06

0,06

3

0,02

0,04

0,06

0,20

0,30

0,35

4

0,04

0,07

0,12

0,30

0,50

0,80

1 Nadelfilz (d = 4–6 mm) [19] 2 Velour (d = 7–8 mm) [19]

125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,03

0,03

0,07

0,13

0,25

0,45

2

0,03

0,04

0,10

0,25

0,45

0,55

Anmerkungen siehe Seite 642.

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Fußbçden und Bodenbelge 1 Korkparkett [1] 2 Holzparkett auf Estrich o. . geklebt, versiegelt [1] 3 Holzparkett auf Estrich o. . geklebt, unversiegelt [1] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,04

0,03

0,05

0,11

0,07

0,02

2

0,02

0,03

0,04

0,05

0,05

0,10

3

0,04

0,04

0,06

0,12

0,10

0,17

Vorhnge 1 Vorhang aus Baumwollstoff (gespannt) (m0= 0,4 kg/m2, d = 1,6 mm, Rs = 2,8 kPas/m, dw = 0 mm) [13] 2 Vorhang aus Baumwollstoff (gespannt) (m0= 0,4 kg/m2, d = 1,6 mm, Rs = 2,8 kPas/m, dw = 70 mm) [13] 3 Vorhang aus Baumwollstoff (gespannt) (m0= 0,4 kg/m2, d = 1,6 mm, Rs = 2,8 kPas/m, dw = 220 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,02

0,02

0,03

0,10

0,25

0,50

2

0,10

0,15

0,50

0,75

0,80

0,80

3

0,25

0,60

0,75

0,60

0,70

0,75

1 Vorhang aus Baumwollstoff (hngend, zweifach gefaltet) (m0= 0,4 kg/m2, d = 1,6 mm, Rs = 2,8 kPas/m, dw = 0 mm) [13] 2 Vorhang aus Baumwollstoff (gespannt) (m0= 0,4 kg/m2, d = 1,6 mm, Rs = 2,8 kPas/m, dw = 70 mm) [13] 3 Vorhang aus Baumwollstoff (gespannt) (m0= 0,4 kg/m2, d = 1,6 mm, Rs = 2,8 kPas/m, dw = 220 mm) [13] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,02

0,10

0,30

0,70

0,90

1,00

2

0,02

0,20

0,70

0,95

0,95

1,00

3

0,06

0,40

0,75

0,95

0,95

1,00

Publikum, Sthle 1 2 3 4 *

Publikum auf Holzstuhl* [13] Publikum auf Polsterstuhl* [13] Holzstuhl unbesetzt* [13] Polsterstuhl unbesetzt* [13] Schallabsorptionsfche in m2 je Objekt 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,40

0,60

0,75

0,80

0,85

0,80

2

0,60

0,75

0,80

0,85

0,90

0,85

3

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

4

0,06

0,60

0,70

0,80

0,80

0,80

Anmerkungen siehe Seite 642.

641

642

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 61. Schallabsorptionsgrade verschiedener Baustoffe, Materialien und Gegenstnde (Fortsetzung) Publikum, Sthle 1 Holzstuhl (Werte je Stuhl) [19] 2 Polsterstuhl (Werte je Stuhl) [19] 3 Theaterklappstuhl (gepolstert) [19] 125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,03

0,03

0,04

0,05

0,05

0,05

2

0,08

0,15

0,25

0,29

0,43

0,39

3

0,25

0,30

0,30

0,30

0,30

0,30

Fenster, Tr 1 Fenster, geschlossen [19] 2 Tr, Sperrholz, lackiert [19]

125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

1

0,10

0,15

0,10

0,05

0,03

0,02

2

0,12

0,10

0,08

0,05

0,05

0,05

Weitere Absorptionsgrade siehe z. B. [1, 2, 13, 14, 16, 19, 31] d r m0 dw Rs r e

Dicke [mm] Rohdichte [kg/m3] Flchenmasse [kg/m2] Wandabstand [mm] spezifischer Strçmungswiderstand [kPas/m] lngenbezogener Strçmungswiderstand [kPas/m2] Lochanteil [–]

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte

643

Tabelle 62. Beispiele fr den praktischen Schallabsorptionsgrad as und Angaben zum bewerteten Schallabsorptionsgrad aw nach DIN EN ISO 11654, DIN E 18041, Anhang B, Tabelle B.2 [10a] Spalte Material Zeile

aw

as fr die Oktavband-Mittenfrequenz in Hz 125

250

500

1000

2000

4000

1

Mineralfaserplatte – Dicke 20 mm; Abdeckung: transparentes Faservlies r = 30 bis 50 kg/m3; r =10 kPa·s/m; ohne Wandabstand

0,10

0,25

0,55

0,80

0,95

1,00

0,55 (H)

2

Mineralfaserplatte – Dicke 50 mm; Abdeckung: transparentes Faservlies r = (30 bis 50) kg/m3; r = 10 kPa·s /m2; ohne Wandabstand

0,25

0,65

0,85

1,00

1,00

1,00

0,60 (M,H)

3

Mineralfaserplatte – Dicke 50 mm; Abdeckung: transparentes Faservlies r = (70 bis 80) kg/m3; r = 20 kPa·s/m2; Wandabstand 10 cm

0,45

0,90

0,95

0,95

1,00

1,00

1,00

4

Mineralfaserplatte – Dicke 15 mm; ohne Abdeckung; r = (100 bis 150) kg/m3; r = 40 kPa·s/m2; ohne Wandabstand

0,05

0,10

0,35

0,65

0,90

1,00

0,35 (M,H)

5

Mineralfaserplatte – Dicke 40 mm; ohne Abdeckung; r = (100 bis 150) kg/m3; r = 40 kPa·s/m2; ohne Wandabstand

0,15

0,30

0,65

0,85

1,00

1,00

0,60 (M,H)

6

Glasfasermatte – Dicke 40 mm; ohne Abdeckung; r = 70 kg/m3; r = 10 kPa·s/m2; ohne Wandabstand

0,30

0,50

0,70

0,90

0,95

1,00

0,75 (H)

7

Weichschaumstoffplatte Dicke 35 mm; r = (10 bis 15) kg/m3; r = 10 kPa·s/m2; ohne Wandabstand

0,10

0,25

0,65

0,90

1,00

1,00

0,55 (M,H)

8

Weichschaumstoffplatte Dicke 100 mm; r = (10 bis15) kg/m3; r =10 kPa·s/m2; ohne Wandabstand

0,35

0,80

0,90

1,00

1,00

1,00

1,00

9

Holzwoll-Leichtbauplatte Dicke 35 mm; r = 400 kg/m3, r = 1 kPa·s/m2; ohne Wandabstand

0,05

0,10

0,15

0,45

0,60

0,65

0,25 (H)

Holzwolle-Leichtbauplatte Dicke 35 mm; r = 400 kg/m3, r = 1 kPa·s/m2; Wandabstand 30 mm

0,25

0,35

0,20

0,40

0,50

0,65

0,30 (L,H)

10

644

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 62. Beispiele fr den praktischen Schallabsorptionsgrad as und Angaben zum bewerteten Schallabsorptionsgrad aw nach DIN EN ISO 11654, DIN E 18041, Anhang B, Tabelle B.2 [10a] (Fortsetzung) aw

as fr die Oktavband-Mittenfrequenz in Hz

Spalte Material Zeile

125

250

500

1000

2000

4000

11

Akustik-Spritzputz, Dicke 20 mm; r = 500 kg/m3

0,10

0,20

0,60

0,90

0,80

0,70

0,50 (M,H)

12

Gipskartonlochplatte (9,5 mm; e = 15 %) mit Mineralwolleauflage 20 mm r = (30 bis 40) kg/m3; r = 10 kPa·s/m2; Wandabstand 20 mm

0,40

0,95

0,90

0,70

0,65

0,65

0,70 (L,M)

13

Gipskartonlochplatte (9,5 mm; e = 10 %) mit Polyestervlies (0,2–0,5 mm); Wandabstand 20 mm

0,45

0,70

0,65

0,65

0,65

0,65

0,65 (L)

14

Metalllochkassette (0,5 mm; e = 20 %) mit Mineralfaserplatte 25 mm (r = 35 kg/m3; r = 10 kPa·s/m2; Wandabstand 25 mm

0,20

0,40

0,90

1,00

1,00

1,00

0,70 (M,H)

Tabelle 63. Beispiele fr die frequenzabhngige quivalente Schallabsorptionsflche A von Personen und Gesthl nach DIN E 18041, Anhang B, Tabelle B.3 [10a] Spalte Zeile

1

1

2

3

4

5

6

7

2

Personen; Gesthl

quivalente Schallabsorptionsflche A in m in den Oktavband-Mittenfrequenzen in Hz 125

250

500

1 000

2000

4 000

2

0,08

0,16

0,25

0,32

0,33

0,34

2

0,5 m /Person, sitzend auf Holzgesthl

0,18

0,26

0,55

0,68

0,78

0,78

2

0,12

0,18

0,35

0,56

0,68

0,74

4

2

6 m /Person, stehend

0,12

0,19

0,42

0,66

0,86

0,94

5

Klappstuhl aus Holz, unbesetzt

0,02

0,02

0,02

0,04

0,04

0,03

6

Einfacher Polsterstuhl, mit Textilbezug

0,15

0,25

0,30

0,35

0,40

0,40

7

Einfacher Polsterstuhl mit Lederbezug

0,05

0,15

0,20

0,10

0,03

0,03

8

Gepolsterter Theaterklappstuhl

0,25

0,30

0,30

0,30

0,30

0,30

2 3

1,0 m /Person, sitzend auf Holzgesthl 6 m /Person, sitzend

2

9

Musiker mit Instrument: 1,1 m /Person

0,16

0,42

0,87

1,07

1,04

0,94

10

Musiker mit Instrument: 2,3 m2/Person

0,03

0,13

0,43

0,70

0,86

0,99

11

Chorsnger

0,15

0,30

0,40

0,45

0,45

0,55

12

Schler in Unterrichtsrumen an Holztischen: 3 m2/Person

0,14

0,20

0,32

0,54

0,58

0,70

645

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Tabelle 64. Beispiele fr den Schallabsorptionsgrad as fr eine frequenzabhngige Dimensionierung nach DIN 18041 Tabelle B.1 [10a] Spalte Zeile

1

2

3

4

15

16

17

as fr die Oktavband-Mittenfrequenzen in Hz

Material 125

250

500

1000

2000

4000

Mauerziegelwand, unverputzt, Fugen ausgestrichen

0,03

0,03

0,03

0,04

0,05

0,06

Mauerwerk aus Hohllochziegeln, Lçcher sichtbar, 6 cm vor Massivwand, Hohlraum leer

0,11

0,22

0,36

0,32

0,55

0,43

3

Kalkzementputz

0,03

0,03

0,02

0,04

0,05

0,05

4

Glattputz

0,02

0,02

0,03

0,03

0,04

0,06

5

Tapete auf Kalkzementputz

0,02

0,03

0,04

0,05

0,07

0,08

6

Spiegel, vor der Wand

0,12

0,10

0.05

0,04

0,02

0,02

7

Tr, Holz, lackiert

0,10

0,08

0,06

0,05

0,05

0,05

8

Stuckgips, unverputzter Beton

0,02

0,02

0,03

0,04

0,05

0,05

9

Marmor, Fliesen, Klinker

0,01

0,01

0,02

0,02

0,03

0,03

10

Fenster (Isolierverglasung, Kasten- und Verbundfenster)

0,28

0,20

0,10

0,06

0,03

0,02

11

Parkettfußboden, aufgeklebt

0,04

0,04

0,05

0,06

0,06

0,06

12

Parkettfußboden, auf Blindboden

0,20

0,15

0,10

0,10

0,05

0,10

13

Parkettfußboden, hohlliegend

0,15

0,07

0,07

0,06

0,06

0,06

14

Teppichboden, bis 6 mm Florhçhe

0,02

0,04

0,06

0,20

0,30

0,35

15

Teppichboden, 7 mm bis 10 mm Florhçhe

0,04

0,07

0,12

0,30

0,50

0,80

16

Bhnençffnung mit Dekoration

0,40

0,40

0,60

0,70

0,80

0,80

17

PVC-Fußbodenbelag (2,5 mm dick) auf Betonboden

0,01

0,02

0,01

0,03

0,05

0,05

18

Linoleum auf Beton

0,02

0,02

0,03

0,03

0,04

0,04

19

Gipskartonplatten 9,5 mm dick, 60 mm Wandabstand, Hohlraum kassettiert

0,31

0,08

0,04

0,07

0,09

0,08

20

Gipskarton-Verbundplatten 9,5 mm dick, 60 mm Wandabstand, Hohlraum kassettiert, mit Faserdmmstoffplatte gefllt

0,25

0,17

0,04

0,08

0,08

0,09

21

Furnierte Holz- oder Spanplatte dicht vor festem Untergrund

0,04

0,04

0,05

0,06

0,06

0,06

22

4 mm Hartfaserplatte, kassettiert ohne Dmmstoff, Wandabstand 60 mm

0,22

0,19

0,14

0,07

0,05

0,05

23

4 mm Hartfaserplatte, kassettiert mit 40 mm Mineralwolleplatte, Wandabstand 60 mm

0,67

0,21

0,14

0,07

0,06

0,05

1 2

646

E

Materialtechnische Tabellen

Tabelle 64. Beispiele fr den Schallabsorptionsgrad as fr eine frequenzabhngige Dimensionierung nach DIN 18041 Tabelle B.1 [10a] (Fortsetzung) Spalte Zeile

1

2

3

4

15

16

17

as fr die Oktavband-Mittenfrequenzen in Hz

Material 125

250

500

1000

2000

4000

24

4 mm Hartfaserplatte, kassettiert ohne Dmmstoff, Wandabstand 120 mm

0,26

0,15

0,06

0,05

0,05

0,05

25

Gipskartonplatte, 9,5 mm dick, 25 mm Wandabstand

0,27

0,16

0,10

0,08

0,11

0,12

26

Kino-Bildwand

0,10

0,10

0,20

0,30

0,50

0,60

27

Bcherregal in Bibliotheken, bezogen auf die vertikale Buchrckenflche vor einer Rckwand

0,30

0,40

0,40

0,30

0,30

0,20

Tabelle 65. Schallwellenwiderstand Z 1) fr verschiedene Stoffe [19] Stoff

Schallwellenwiderstand Z kg/(m2 · s)

Aluminium

14,00 · 106

Beton

8,00 · 106

Gummi

0,04–0,3 · 106

Kork

0,12 · 106

Luft (20 C)

4,14 · 102

Mauerwerk

7,20 · 106

Stahl

39,00 · 106

Tannenholz

1,20 · 106

Wasser

1,45 · 106

1) Auch Schall-Kennimpedanz oder Schallwellenkennwiderstand.

Tabelle 66. Dynamischer Elastizittsmodul, Dehnwellengeschwindigkeit, Verlustfaktor verschiedener Materialien Material

Rohdichte

Elastizittsmodul

r

Verlustfaktor

Edyn

Dehnwellengeschwindigkeit cD

Quelle

kg/m3

MN/m2

m/s

–

Asphaltestrich

2200

6000–15000

1500–2600

0,03–0,3

[31]

Gipskartonplatten

950

3300

1850

0,012

[14]

Leichtbeton

800–1400

1500–3000

1200–1700

0,015

[31]

Porenbeton, Gasbeton

600–700

1400–2000

1400–1700

0,01

[31]

Stahlbeton

2100

29,5 · 1000

3750

0,01–0,06

[31]

Zementestrich

2200

30 · 1000

3700

–

[31]

Ziegelmauerwerk

1700

3000–12000

2650

0,01–0,02

[14]

h

Mineralische Baustoffe

647

Schallschutztechnische und akustische Kennwerte Tabelle 66. Dynamischer Elastizittsmodul, Dehnwellengeschwindigkeit, Verlustfaktor verschiedener Materialien (Fortsetzung) Material

Rohdichte

Elastizittsmodul

r

Edyn

kg/m

3

Dehnwellengeschwindigkeit cD

Verlustfaktor

MN/m

m/s

–

2

Quelle

h

Holz, Holzwerkstoffe Eichenholz

700

2000–10000

1700–3800

0,01

[14]

Hartfaserplatten

1000

3000–4500

1700–2100

0,015

[31]

Holzspanplatten

650

4500

2600

0,01–0,03

[14]

Nadelholz

500

1000–5000

1400–3200

0,01

[14]

Sperrholz

600

5400

3000

0,013

[14]

700

100–200

380–540

0,08

[14]

Mineralfaserplatten

80–130

0,15–0,4

0,1

[31]

Naturkork

230–280

15–25

0,13–0,17

[31]

9–12

0,6–0,12

12–15

1,2–2

[31]

15–20

2–4

[31]

20–25

4–8

[31]

25–30

8–30

[31]

Schaumglas

130–160

1300–1600

Weichfaserdmmplatten

200–300

10–16

Kautschuk / Gummi (40 Shore-A-Hrte)

1000

5

Kautschuk / Gummi (55 Shore-A-Hrte)

1200

Kautschuk / Gummi (65 Shore-A-Hrte)

1200

Dmmstoffe Holzwolleleichtbauplatten

Polystyrol-Partikelschaum

400–450

[31]

3100

0,01

[14]

0,14

[31]

70

0,04

[31]

10

90

0,08

[31]

15

120

0,12

[31]

Kunststoffe, Gummi

Polyvinylchlorid, hart

1300

2700

1450

0,04

[31]

Polystyrol, hart (PS)

1050

3000

1670

0,01

[31]

PVC-Hartschaum

40–60

10–30

500–700

0,03–0,06

[31]

Aluminium

2700

74000

5200

7 · 10–5

[31]

Blei

11300

17000

1300

0,02–0,3

[14]

Kupfer

8900

125000

3700

0,001

[31]

Stahl

7800

200000

5100

1 · 10–4

[31]

2500

(6–8) · 104

4900–5700

0,001

[31]

1,2

0,14

–

–

31]

Metalle

Sonstiges Glas Luft (20 C, stehend, adiabatischer Zustand)

Fr weitere Materialien sind Angaben des dynamischen Elastizittsmoduls, der Dehnwellengeschwindigkeit und des Verlustfaktors z. B. in [14] und [31] zu finden.

648

E

4

Literatur

Materialtechnische Tabellen

[1] Bobran, H. W., Bobran, I.: Handbuch der Bauphysik, 7. Auflage. Braunschweig, Vieweg, 1995.

chenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. November 2001.

[2] Bundesanstalt fr Arbeitsschutz (Hrsg.): Produkte zur Lrmminderung. Essen, Verlag TV Rheinland.

[12] Dettling, H.: Die Wrmedehnung des Zementgesteines, der Gesteine und der Betone. Schriftenreihe des Otto-GrafInstituts der Technischen Hochschule Stuttgart (1962), Heft 3.

[3] Cziesielski, E.: Denkanstçße zu einem Sicherheitskonzept in der Bauphysik, dargestellt am Beispiel der Schimmelpilzbildung. [4] DIN 4108 – Teil 2: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Mindestanforderungen an den Wrmeschutz, Juli 2003. [5] DIN 4108 – Teil 3: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen und Hinweise fr Planung und Ausfhrung, Juli 2001. [6] DIN V 4108 – Teil 4: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Wrme- und feuchteschutztechnische Kennwerte, Juni 2007. [6a] DIN V 4108: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Berechnung des Jahresheizwrme- und des Jahresheizenergiebedarfs, Juni 2003. [6b] DIN V 4108 – Teil 4: Wrmeschutz und Energie-Einsparung in Gebuden – Wrme- und feuchteschutztechnische Kennwerte, Juli 2004. [7] DIN 4109 Beiblatt 1, Schallschutz im Hochbau; Ausfhrungsbeispiele und Rechenverfahren, 1989. [7a] DIN 4109 Beiblatt 1/A1, Schallschutz im Hochbau; Ausfhrungsbeispiele und Rechenverfahren. nderung A1, 2003. [8] DIN EN ISO 6946: Bauteile – Wrmedurchlasswiderstand und Wrmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren, April 2008. [8a] DIN E 6946 A2 Bauteile – Wrmedurchlasswiderstand und Wrmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren, 2003. [9] DIN EN ISO 10211 – Teil 1: Wrmebrcken in Hochbau – Wrmestrçme und Oberflchentemperaturen: Allgemeine Berechnungsverfahren, November 1995. [9a] DIN EN ISO 11654, Alustik – Schallabsorber fr die Anwendung in Gebuden – Bewertung der Schallabsorption, 1997. [10] DIN EN 12524: Baustoffe und -produkte – Wrme- und feuchtetechnische Eigenschaften – Tabellierte Bemessungswerte, Juli 2000 (ersatzlos zurckgezogen im Februar 2009). [10a] DIN E 18041, Hçrsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Rumen, 2003. [11] DIN EN ISO 13370: Wrmetechnisches Verhalten von Gebuden – Wrmebertragung ber das Erdreich – Berechnung, Dezember 1998. [11a] DIN EN ISO 13788: Wrme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Raumseitige Oberflchentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberfl-

[13] Fasold, W., Veres, E.: Schallschutz + Raumakustik in der Praxis. Berlin, Verlag fr Bauwesen, 1998. [14] Fasold, W., Winkler, H., Sonntag, E.: Bauphysikalische Entwurfslehre, Bau- und Raumakustik. Berlin, VEB Verlag fr das Bauwesen, 1987. [15] Fraunhofer Institut fr Bauphysik: WUFI-Datenbank. Holzkirchen, Dezember 2005. [16] Furrer/Lauber: Raum- und Bauakustik, Lrmabwehr, 3. Auflage. Stuttgart, Birkhuser, 1972. [17] Garrecht, H.: Porenstrukturmodelle fr den Feuchtehaushalt von Baustoffen mit und ohne Salzbefrachtung und rechnerische Anwendung auf Mauerwerk. Karlsruhe, Universitt, Diss., 1992. [18] G+H Isover (Hrsg.): Wrmetechnisches Handbuch. Ludwigshafen, 1988. [19] Hohmann, R., Setzer, M. J., Wehling, M.: Bauphysikalische Formeln und Tabellen – Wrmeschutz – Feuchteschutz – Schallschutz, 4., berarbeitete Auflage. Werner Verlag, Dsseldorf, 2004. [20] Hohmann, R.: Bestimmung der Feuchtepufferfunktion von Innenputzen. Essen, Universitt GH, Diss., 1996. [21] Jeran, A., Bernsdorf, P., Grimm, H., Busch, J.: Temperatur- und Feuchtedehnung von Mauersteinen bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen. Bautenschutz und Bausanierung 9 (1986), H. 4, S. 174–183. [22] Knauf: Knauf Akustikdesign-Decken. Iphofen, Mai 2000. [23] Holm, A., Krus, M., Schmidt, T.: Ermittlung der Kapillartransportkoeffizienten mineralischer Baustoffe aus dem w-Wert. Bauinstandsetzen 3 (1997), H. 1, S. 219–234. [24] Krus, M., Holm, A.: Bestimmung des Transportkoeffizienten fr die Weiterverteilung aus einfachen Trocknungsversuchen und rechnerischer Anpassung. Bauinstandsetzen 3 (1997), H. 1, S. 33–52. [25] Krus, M.: Feuchtetransport- und Speicherkoeffizienten porçser mineralischer Baustoffe. Theoretische Grundlagen und neue Meßtechniken. Stuttgart, Universitt, Diss., 1995. [26] Knzel, H. M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wrme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. Stuttgart, Universitt, Diss., 1994. [27] Lutz, P., Jenisch, R., Klopfer, H., Freymuth, H., Krampf, L.: Lehrbuch der Bauphysik, 3. Auflage. Stuttgart, Teubner-Verlag, 1994. [28] Irmschler, H. J., Schubert, P. (Hrsg): Mauerwerk-Kalender 2000. Berlin, Ernst & Sohn, 2000.

Literatur [29] Otto, F.: Einfluß von Sorptionsvorgngen auf die Raumluftfeuchte – Entwicklung von Kenngrçßen zur Beschreibung des hygrischen Verhaltens von Rumen. Universitt GH Kassel, Diss., 1995. [30] Pilny, F.: Risse und Fugen in Bauwerken. Springer-Verlag, Wien, New York, 1981.

649

[31] Schmidt, H.: Schalltechnisches Taschenbuch, 5., neubearbeitete und erweiterte Auflage, Dsseldorf, VDI-Verlag, 1996. [32] Setzer, M. J., Hohmann, R.: Zwischenbericht zum DFGForschungsvorhaben SE 336/29- 3 „Innenputze“, Essen, November 1995.

651

Stichwortverzeichnis A Abdichtung, Fenster 334 Abgabe gefhrlicher Substanzen 44 Abluftanlage 376 Abminderungsfaktor von Sonnenschutzvorrichtungen 592 f. Absorptionsfaktoren 599 Absorptionsgrad 276 Aerogel 95–97 – Anwendungsbereiche 96 – Baustoffklasse 96 – Festigkeit 96 – gesundheitliche Aspekte 96 f. – Herstellung 95 f. – Kenngrçßen 96 – Materialkosten 96 – çkologische Aspekte 96 f. – Rohdichte 96 – Verarbeitung 96 – Wrmeleitfhigkeit 96 Agraffe 491 akustische Kennwerte 565 f., 617–647 allgemeine bauaufsichtliche Zulassung fr Wrmedmmverbundsysteme 517 Altbau 221 – Blower-Door-Messung 327 – Definition 48 – Sanierung 221 Aluminium-Unterkonstruktion fr vorgehngte hinterlftete Fassaden (VHF) 488–494 Ammoniumphosphat 94 Ammoniumsulfat 94 Ansetzmçrtel fr Wrmedmmverbundsysteme 530 Anwendungskurzzeichen 42 Ausfachung 297 Ausgleichsfeuchtegehalt 615 Außendmmung – ausgesparte 349 f. – (und) Fensterposition 350 f. – historisierende 350 – vollflchige 349 Außenthermogramm 286, 290–292, 311 Außenwand – hinterlftete 310 f. – ohne Wrmedmmung, Datenblatt 225–228 Außenwandecke, Schimmelpilzbildung 298 B Balkenkopf 175–181 – Dmmung 178 – Feuchtefeld 177 – hinterstrçmter 176 – Strçmungsfeld 178 Baualtersklassen 269 Baudenkmal, Definition 334 Bauelemente, Leckage 333 Baufeuchte 479 f.

Baumwolle 97 f. – Anwendungsbereiche 97 f. – Baustoffklasse 98 – Festigkeit 98 – gesundheitliche Aspekte 98 – Herstellung 97 – Kenngrçßen 98 – Materialkosten 98 – çkologische Aspekte 98 – Rohdichte 98 – Verarbeitung 97 f. – Wrmeleitfhigkeit 98 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 98 Bauprodukte, Brandverhaltensprfung 41 Bauproduktenrichtline (BPR) 33 Bauproduktenverordnung 43 Baustoffe – Brennbarkeit 84 – Dauerhaftigkeit 44 – Klassifizierung 84 – Rauchentwicklung 84 – Wrmedmmstoffe 84 Baustoffklassen 84, 86, 88 – Aerogel 96 – Baumwolle 98 – Blhglas 99 – Blhton 101 – Brandschutz 84 – deutsche 39 – Flachs 102 – Getreidegranulat 103 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – Kalziumsilikat 110 – Kieselsure, pyrogene (HDK) 127 – Kokos 111 – Kork 113 – Melaminharzschaum 114 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117 – Perlite 118 – Phenolharz 119 – Polyester 120 – Polystyrol – – expandiertes (EPS) 122 – – extrudiertes (XPS) 124 – Polyurethan (PUR) 126 – Schafwolle 128 – Schaumglas 130 – Schilfrohr 131 – Seegras 132 – Stroh 133 – transparente Wrmedmmung (TWD) 134 – Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 136 – Vakuumisolationspaneele (VIP) 139 – Vermiculite 140

652

Stichwortverzeichnis

– Zellelastomere 141 – Zellulose 143 Bauteilanschluss – Fuge 323 – Leckage 331 f. Bauteiltrocknung 480 Beleuchtung, Energiebedarf 265 Beschichtung – dampfdiffusionsdichte 474 – dampfdiffusionsoffene 474 Beton, Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl betriebstechnische Anlagen, Produktnormen 35 Bibliothek, Blower-Door-Messung 330 Biegeriss 469 biegesteife Wand – bewertetes Schalldmm-Maß, Korrekturwerte Bilanzierungsregeln, vereinfachte 18 f. Bindemittel 93 f. – Bitumen 93 – Kunstharz 93 – Latex 94 – Lignin 93 – Magnesit 94 – Suberin 93 – Zement 94 Bitumen 93 Bitumendach mit Dampfbremse 182 Blhglas 98–100 – Anwendungsbereiche 99 – Baustoffklasse 99 – Festigkeit 99 – gesundheitliche Aspekte 100 – Herstellung 98 f. – Kenngrçßen 99 – Materialkosten 99 – çkologische Aspekte 100 – Rohdichte 99 – Verarbeitung 99 – Wrmeleitfhigkeit 99 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, Blhton 100 f. – Anwendungsbereiche 100 f. – Baustoffklasse 101 – Festigkeit 101 – gesundheitliche Aspekte 101 – Herstellung 100 – Kenngrçßen 101 – Materialkosten 101 – çkologische Aspekte 101 – Rohdichte 101 – Verarbeitung 100 f. – Wrmeleitfhigkeit 101 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, Blower-Door-Messung 306, 315–337, 440 f. – Altbau 327 – Ausfhrungsfehler 328 – Bibliothek 330 – Brandabschnitte 325 – Druckverteilungsprfung 327

81

630

99

101

– Fabrikgebude 329 f. – Fçrderprogramm 336 – Gebudevorbereitung 327 – Gerte 325 f. – – 3-Loch-Plane 326 – – dezentrales Geblse 325 – – Differenzdruckmessgert 326 – – Fçrderleistung 335 – – Geblseanzahl 335 – – Geblseleistung 336 – – Minneapolis Blower-Door 325 – große Gebude 324–328 – Lagerhalle 329 – Messabschnitte 325 – Nichtwohngebude 324, 336 – Planungsfehler 328 – Produktionshalle 329 – (als) Qualittsmerkmal 336 – Schule 330 – Verwaltungsgebude 324, 329 Boden gegen Erdreich, Datenblatt 233 Bodenbelag, Trittschallverbesserungsmaß 634 Bodenheizung 406 Bodenplatte, Wrmedmmung 477 Borate 94 BPR 33 Brandabschnitte, Blower-Door-Messung 325 Brandklassen, europische 39, 41 – Hauptklasse 39 – Klasse F 39 Brandschutz 84 f. – bauordnungsrechtliche Vorschriften 496 – Baustoffklassen 84 – Gebude geringer Hçhe 496 – Gebude mittlerer Hçhe 496 – Gebude unterhalb der Hochhausgrenze 497 – Hochhuser 498 f. – Industriebauten 498 – Klassifizierung 84 – Krankenhuser 498 f. – Landesbauordnungen 496–498 – Sonderbauten 498 – Verkaufssttten 499 – vorgehngte hinterlftete Fassaden (VHF) 495–501 – Wrmedmmstoffe 84 f. – Wrmedmmverbundsysteme 538–541 Brandverhaltensklassen von Wrmedmmstoffen 85 Brandverhaltensprfung von Bauprodukten 41 Brandverhaltensvorschriften 39 Brandverhalten von Wrmedmmstoffen 198, 203 C CaFD-Programm 175 Cavity Fluid Dynamics siehe CaFD CE-Kennzeichen 37, 77 – Bezeichnungsschlssel 38 f. – – CC(2/1, 5/50)120 38 – – CS(10\Y)300 38

Stichwortverzeichnis

– – FT2 39 – – T1 38 – – WD(V)3 39 Committee European de Standardization (CEN) 34 COND-Programm 169–174 – Dampfdruckprofil 174 – Feuchteprofil 170 f., 173 f. – Sttigungsdruckprofil 174 – Temperaturprofil 170 f., 173 f. CO2-quivalent 47, 62, 221 CO2-Einsparung 47 CO2-Emissionen siehe auch CO2-quivalent 47, 223 CO2-Gebudesanierungsprogramm 6 CO2-Minderung 47 CO2-Vermeidungskosten 45–53 D Dach – Bitumendach 182 – Flachdach – – aus Holz 181–186 – – Leckage 312 – Grndach siehe dort – gegen Außenluft, Datenblatt 224, 234–239 – Umkehrdach 183 Dachlichtband, Wrmedurchgangskoeffizient 593 Dachrume, Wrmedurchlasswiderstand 586 Dmmstoffe siehe Wrmedmmstoffe Dampfdruckprofil nach COND 174 Dampf-Porenwassertransport, analytische Modellierung 159–168 Dauerhaftigkeit – Baustoffe 44 – Bauwerke 44 – Definition 189 – Wrmedmmverbundsysteme 553–555 Decke – bewertetes Schalldmm-Maß 617 – – Korrekturwerte 630 – gegen unbeheizte Rume, Datenblatt 230–232 – Holzbalkendecke 631 – Massivdecke siehe dort – Wrmedurchlasswiderstand 585 Dehnwellengeschwindigkeit 646 f. DELPHIN-Computercode 150 Denkmal, Definition 344 denkmalgeschtztes Bauwerk, Definition 344 Denkmalschutz 451 – Baugeschichtsanalyse 345–347 – traditionelle Optimierung 347 f. Denkmalwert 344 Dichtungsmaterial von Fugen 319 Differenzdruckprfung 306 Diffusionskoeffizienten von Wrmedmmstoffen 204 Diffusionsverhalten von Wrmedmmstoffen 204 Diffusivitt von Kalziumsilikat 160 Dimensionsstabilitt von Wrmedmmstoffen 206 f. DIN 4108 9, 42 f., 191, 319 DIN EN 13829 320

653

DIN EN ISO 13370 436 DIN V 18599 9, 29, 423 Druckdifferenz, knstliche 321 Druckfestigkeit – Mineralwolle 197 – Polystyrol, extrudiertes (XPS) 216 f. – Schaumglas 197 – Wrmedmmstoffe 200 f. Druckspannung – Mineralwolle 197 – Schaumglas 197 Dbel fr Wrmedmmverbundsysteme 525, 533 f., 542, 551, 553 f. Durability siehe Dauerhaftigkeit Durchdringung, Leckage 332 f. Durchfeuchtung 307, 310–313 – Zunahme 165 E EEWrmeG 6, 247 Einhof des Allguer Typs 354 einschalige biegesteife Wand – bewertetes Schalldmm-Maß 617 – (mit) biegeweicher Vorsatzschale – – bewertetes Schalldmm-Maß 622 – – schalltechnisches Verhalten 621 – Rohdichte 618 einschaliges Mauerwerk, bewertetes Schalldmm-Maß 619 f. Elastizittsmodul, dynamischer 646 f. – Wrmedmmstoffe 83 f. – Wrmedmmverbundsysteme 545 Emissionsfaktoren 599 Emissionsgrad 277–279 Emissionshandel 48 EN 15715 41 f. Endenergiebedarf 60 energetische Sanierung siehe unter Sanierung Energieaufwand, kumulierter (KEA) 221 Energieausweis 6, 24–29, 247, 255–261, 371 – Ausstellungsberechtigung 260 f. – Bedarfsausweis 26–28, 260 – Gltigkeit 256 – Modernisierungsempfehlung 256 – Verbrauchsausweis 26, 260 Energiebilanz 247 Energieeffizienz 256 – Verbesserung 352–366 – – erdberhrtes Mauerwerk 361–363 – – Lebensstileinfluss 356, 358 – – Nachhaltigkeitszertifikat 366 – – Reboundeffekte 357 – – Risikobeurteilung 361 – – Wirtschaftlichkeit 355 Energieeinsparung in einem Tropenhaus 393–413 Energieeinsparverordnung (EnEV) 3–30, 245–272, 317, 475 – 140 %-Regel 21 – Abluftanlage, zentrale 11

654 – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Stichwortverzeichnis

Bagatellgrenze 21, 252 f. Bauteilanforderungen 21 f. Befreiung 23, 25 Beleuchtung 18 Bestandsgebude 21–23 Bezugsflche 23 f. Bilanzierungsregeln, vereinfachte 18 f. Energieausweis siehe dort Energieverbrauchskennwert 270–272 Fçrdermittel 451 Gebudebestand, Anforderungen 251–255 Gebudehlle – Anforderungen 7 – Luftdichtheit 11, 14 Geltungsbereich 6 f. Heizenergieverbrauchskennwert 271 Heizkessel 21 Jahres-Primrenergiebedarf 7, 9–11, 248 Klimaanlagen 23 Khlenergiebedarf 17 Khlung, aktive 11 Nachrstpflichten 21, 23, 254 Novellierung 6–23 Nutzungsprofile 12, 19 oberste Geschossdecke 23 Ordnungswidrigkeit 26 Primrenergiebedarf 6 f., 9–11, 248 Primrenergiefaktor 8 Raumlufttechnik 17 Referenzgebude 7 – Wrmeschutz 9, 14 – Wohngebude 10 Referenzgebude-Verfahren 247, 249 Schornsteinfeger 25 f. Sonnenschutzvorrichtung 11, 14, 265 Strom aus erneuerbaren Energien 24 Stromverbrauchskennwert 271 Tageslichtversorgung 14 Transmissionswrmeverlust 12, 248, 250 Unternehmenserklrung 25 f. Verantwortliche 25 vereinfachtes Verfahren fr Nichtwohngebude 19–21 – verglaste Bauteile 14 – Vollzug 25 – (fr) vorgehngte hinterlftete Fassaden (VHF) 494 – Wrmebereitstellung 11 – Wrmebrcken 24, 265 – Wrmedurchgangskoeffizient, mittlerer 19 – Wrmeerzeuger 14 – Wrmeschutz, sommerlicher 12, 19 – Wrmeverteilungsleitungen 23 – Warmwasserbereitung 14 – – elektrische 11 f. – Warmwasserleitungen 23 Energieflussbild des Stromverbrauchs von Haustechnik 378 Energieverbrauchskennwert 270–272

– Witterungsbereinigung 271 Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) 33 EnEV siehe Energieeinsparverordnung Entfeuchtung 399 EPBD 33 EPS siehe Polystyrol, expandiertes Erdreich – Wrmekapazitt, volumenbezogene 587 – Wrmeleitfhigkeit 587 Erdsonde 385 Erneuerbare-Energien-Wrmegesetz (EEWrmeG) 6, 247 – Energieeffizienz, Steigerung 6 – Marktanreizprogramm 6 – Wrmebedarfsdeckung 6 Estrich – bewertetes Schalldmm-Maß, Korrekturwerte 631 – Trittschallverbesserungsmaß 633 ETA fr WVDS 517 ETAG 004 517 Eternit-Hinterschnittdbel 491 Eternit-Natura 491 Eternit-Tergo 491 – (mit) Nietbefestigung 492 Eternit-Textura 491 Europische technische Zulassung (ETA) fr Wrmedmmverbundsysteme 517 European Technical Approval Guideline siehe ETAG F Fabrikgebude, Blower-Door-Messung 329 f. Fachwerk 252 Fachwerkhaus 154–157 – Sanierung – – denkmalgerechte 449 – – energetische 447–461 Fachwerkwand mit Feuchtefeld 156 Fassade, vorgehngte hinterlftete (VHF) siehe dort Fassadendmmung – energetische Betrachtung 60 f. – Investitionsrechnung – – dynamisches Verfahren 65–67 – – statisches Verfahren 64 f. – çkologische Betrachtung 62 f. – çkonomische Betrachtung 63–67 Fassadenheizung 401, 406 Fassadenprfstand 495 FCKW 92 f. Fenster – Abdichtung 331 – Datenblatt 241 – Luftdichtheit 590 – Thermogramm 301–303, 333 – Wrmedurchgangskoeffizient 588 f. Fenstertren – Luftdichtheit 590 – Wrmedurchgangskoeffizient 588 f. Festigkeit von Wrmedmmstoffen

Stichwortverzeichnis

– Aerogel 96 – Baumwolle 98 – Blhglas 99 – Blhton 101 – Flachs 102 – Getreidegranulat 103 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – Kalziumsilikat 110 – Kieselsure, pyrogene (HDK) 127 – Kokos 111 – Kork 113 – Melaminharzschaum 114 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117 – Perlite 118 – Phenolharz 119 – Polyester 120 – Polystyrol – – expandiertes (EPS) 122 – – extrudiertes (XPS) 124 – Polyurethan (PUR) 126 – Schafwolle 128 – Schaumglas 130 – Schilfrohr 131 – Seegras 132 – Stroh 133 – Vermiculite 140 – Zellelastomere 141 – Zellulose 143 Feuchteeintrag 318 Feuchtefeld 153 – (im) Balkenkopf 177 – (in) Fachwerkwand 156 Feuchtegehalt – Ausgleichsfeuchtegehalt 615 – Umrechnungsfaktoren 616 – volumenbezogener 595 Feuchtehaushalt von wasserundurchlssigen Bauwerken 478 f. Feuchteprofil nach COND 170 f., 173 f. Feuchteschutz – Glaser-Nachweis 81 – Wrmedmmstoffe 80 f. – Wrmedmmverbundsysteme 547–555 feuchtetechnische Kennwerte 566–616 – Mauerwerksstoffe 613 f. – bersicht 563 f. – Wrmedmmstoffe 613 f. Feuchtetransport 465 – schematische Darstellung 159 Feuchteverteilung, schematische Darstellung 159 Feuchtewelle 157 Feuchtewerte – hygroskopische 163 – berhygroskopische 163 Findley-Extrapolation 210–212 Flachdach

655

– Holzflachdach siehe dort – Leckage 312 Flachs 101 f. – Anwendungsbereiche 102 – Baustoffklasse 102 – Festigkeit 102 – gesundheitliche Aspekte 102 – Herstellung 101 f. – Kenngrçßen 102 – Materialkosten 102 – çkologische Aspekte 102 – Rohdichte 102 – Steifigkeit, dynamische 102 – Strçmungswiderstand 102 – Verarbeitung 102 – Wrmeleitfhigkeit 102 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 102 Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) 92 f. Flssigtransportkoeffizienten 607–610 Focal-Plane-Array(FPA)-Kamera 281 f. Focal-Plane-Array(FPA)-Thermografiesysteme 282–284 Folien – wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke 615 – Wasserdampfdurchlasswiderstand 615 Fourier-Differenzialgleichung 408 FPA 281 ff. Fugen – Bauteilanschlussfuge 323 – Dichtungsmaterial 319 Fugenmçrtel fr Wrmedmmverbundsysteme 530 Fußbodenheizung 385 G Gasressourcen, Verknappung 57 Gebudehlle – Kaltluftabfall 396 – Luftdichtheit 11, 14 Gebuderichtlinie 2002/91/EG 29 f., 343 Gebudetypologie 48 Gebudewinkel, eindringende Feuchtewelle 157 Gebudezonierung 263 Gebrauchstauglichkeit von Wrmedmmverbundsystemen 551 GEMIS 221 Gesamtenergiedurchlassgrad – Isolierglas 593 – transparente Bauteile 591 – transparente Wrmedmmung (TWD) 134 Getreidegranulat 103 – Anwendungsbereiche 103 – Baustoffklasse 103 – Festigkeit 103 – gesundheitliche Aspekte 103 – Herstellung 103 – Kenngrçßen 103 – Materialkosten 103 – çkologische Aspekte 103

656

Stichwortverzeichnis

– Rohdichte 103 – Verarbeitung 103 – Wrmeleitfhigkeit 103 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 103 Gewchshaus 395 Gewebeeinlage fr Wrmedmmverbundsysteme 531 Gipskartonplattenwand, bewertetes Schalldmm-Maß 625 Glaser-Nachweis zum Feuchteschutz 81 Glasfaser, Wrmeleitfhigkeit 76 Glasfasergewebebewehrung fr Wrmedmmverbundsysteme 528, 554 f. Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS) 221 Global Warming Potential (GWP100) 62, 93 gotisches Hofhaus 353 Grndach 214–217 – (mit) Dampfbremse 182 – feuchtegeschdigtes 181 Grundbescheid 38 Grnderzeithaus 149–153, 354 GWP100 62, 93 H Hanf 104 f. – Anwendungsbereiche 104 f. – Baustoffklasse 105 – Festigkeit 105 – gesundheitliche Aspekte 105 – Herstellung 104 – Kenngrçßen 105 – Materialkosten 105 – çkologische Aspekte 105 – Rohdichte 105 – Steifigkeit, dynamische 105 – Strçmungswiderstand 105 – Verarbeitung 104 f. – Wrmeleitfhigkeit 105 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 105 Haustechnik – Energieflussbild des Stromverbrauchs 378 – Produktnormen 35 HBCD 94 HDK 76, 126 f. Heizenergiebedarf 47 Heizenergieverbrauchskennwert 271 Heizleitung, Dokumentation 309 f. Heizperiodenbilanzverfahren 249 Heizungsrohr im Sockelbereich 178 Heizwrmebedarf 47 Hexabromcyclododecan (HBCD) 94 Hinterschnittbohrung 492 historisch wertvolle Bauten 344 Hochhaus, Brandschutz 498 f. Holzbalkendecke – bewertetes Schalldmm-Maß, Korrekturwerte 631 Holzbautrennwand, bewertetes Schalldmm-Maß 626 f. Holzfaser 105–107

– Anwendungsbereiche 106 – Baustoffklasse 106 – Festigkeit 106 – gesundheitliche Aspekte 106 f. – Herstellung 105 f. – Kenngrçßen 106 – Materialkosten 106 – çkologische Aspekte 106 f. – Rohdichte 106 – Steifigkeit, dynamische 106 – Strçmungswiderstand 106 – Verarbeitung 106 – Wrmeleitfhigkeit 106 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 106 Holzflachdach, begrntes 181–186 Holzfußboden – bewertetes Schalldmm-Maß, Korrekturwerte 631 – Trittschallverbesserungsmaß 633 Holz-Unterkonstruktion fr vorgehngte hinterlftete Fassaden (VHF) 487 f. Holzwolle-Leichtbauplatten 107–109 – Anwendungsbereiche 108 f. – Baustoffklasse 109 – Festigkeit 109 – gesundheitliche Aspekte 109 – Herstellung 107 f. – Kenngrçßen 109 – Materialkosten 109 – çkologische Aspekte 109 – Rohdichte 109 – Steifigkeit, dynamische 109 – Strçmungswiderstand 109 – Verarbeitung 108 f. – Wrmeleitfhigkeit 109 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 109 Holzwolle-Mehrschichtplatten siehe HolzwolleLeichtbauplatten Hydratationswrme, Abfließen 469 I Industriebauten, Brandschutz 498 Infiltrationsluftwechsel 263 Infrarotstrahlung 275 f. Infrarotthermografie 273–314 Innendmmung 252, 363, 455, 461 – Außenbauteile 147–186 – Feuchteverlauf hinter 152, 155 – kapillar aktive 150 – Kondensatmenge hinter 155 – Sichtmauerwerk, regenbelastetes 157 f. – Temperaturverlauf hinter 152 Innenthermogramm 286, 292 f. Inspektion, Definition 58 Instandhaltung – Definition 58 – konventionelle 62 Instandsetzung, Definition 58 Integriertes Energie- und Klimaprogramm 5 f. Isolierglas, Gesamtenergiedurchlassgrad 593

Stichwortverzeichnis

J Jahresarbeitszahl 388 Jute 94 K Kaltluftabfall an der Gebudehlle 396 Kalziumsilikat 109 f. – Anwendungsbereiche 110 – Diffusivitt 160 – Festigkeit 110 – gesundheitliche Aspekte 110 – Herstellung 109 f. – Kenngrçßen 110 – Materialkosten 110 – çkologische Aspekte 110 – Porenwasserleitfhigkeit 160 – Rohdichte 110 – Verarbeitung 110 – Wrmeleitfhigkeit 110 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 110 Kapillarrohrmatte 384 KEA 221 Kellerwand ohne Wrmedmmung, Datenblatt 229 keramische Bekleidung fr Wrmedmmverbundsysteme 530 f. KfW-Effizienzhaus 262 KfW-Programme 6 Kieselsure, pyrogene (HDK) 126 f. – Anwendungsbereiche 127 – Baustoffklasse 127 – Festigkeit 127 – gesundheitliche Aspekte 127 – Herstellung 126 f. – Kenngrçßen 127 – Materialkosten 127 – çkologische Aspekte 127 – Rohdichte 127 – Verarbeitung 127 – Wrmeleitfhigkeit 76, 127 Klassen in harmonisierten Normen 34 Klebemçrtel, maschineller 520 Klimagasemission 376 Kohlendioxid siehe auch CO2 93 Kokos 110 f. – Anwendungsbereiche 111 – Baustoffklasse 111 – Festigkeit 111 – gesundheitliche Aspekte 111 – Herstellung 110 f. – Kenngrçßen 111 – Materialkosten 111 – çkologische Aspekte 111 – Rohdichte 111 – Steifigkeit, dynamische 111 – Verarbeitung 111 – Wrmeleitfhigkeit 111 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 111 Kondensatmenge – Abnahme 168

657

– Berechnung 164 – innere 166 f. – Zunahme 168 Konformittsbescheinigung 37–39 – Systeme 38 Konformittsprfung 39 Konvektion 79, 318 Kork 111–113 – Anwendungsbereiche 112 – Baustoffklasse 113 – Festigkeit 113 – gesundheitliche Aspekte 113 – Herstellung 111 f. – Kenngrçßen 113 – Materialkosten 113 – çkologische Aspekte 113 – Rohdichte 113 – Steifigkeit, dynamische 113 – Verarbeitung 112 – Wrmeleitfhigkeit 76, 113 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 113 Krankenhaus, Brandschutz 498 f. Khlsegel 388 Khlung, passive 376 kumulierter Energieaufwand (KEA) 221 Kundt’sches Rohr 81 Kunstharz 93 L Lagerhalle, Blower-Door-Messung 329 Laibung, Wrmedmmung 304 f. Latentwrmespeicher 384, 406 Latex 94 Lebensdauer, Definition 189 Leckageflche, quivalente 335 Leckagekurve 334 Leckagestrom V_ 50 323, 334 Lehmputz 453 Lehmschlag 453, 457 Lichtkuppel, Wrmedurchgangskoeffizient 593 Lichttransmissionsgrad – transparente Bauteile 591 – transparente Wrmedmmung (TWD) 134 Lifetime 189 Lignin 93 Luftdichtheit 317 f., 382 – Definition 317 – Fenster 590 – Fenstertren 590 – Gebudehlle 11, 14 – innere Leckage 325 – Leckageortung 321 – Qualittssicherung 320 Luftdichtheitsebene 318–321 – (durch) Klebeband hergestellte 331 Luftdichtheitskonzept 319 Luftdichtheitsmaterialien 333 Luftdichtheitsmessung, vorgezogene 320 Luftdichtheitsnachweis 321

658

Stichwortverzeichnis

Luftdichtheitsschicht 320 Luftdichtungsbahn 331 Luftdurchlssigkeit 334 – (an) großen Gebuden 329 f. Luftgeschwindigkeitsmessgert 322 Luftschalldmmung von Massivdecken 628 f. Luftschichtdicke, wasserdampfdiffusionsquivalente 80, 615 Lftungsanlage – mechanische 385 – Wrmerckgewinnungsgrad 386 Luftuntersplung 307 Luftvolumenstrom 323 Luftwechsel in wasserundurchlssigen Bauwerken 480–483 Luftwechselrate 317, 334, 336, 381 – Grenzwerte 323 M Magnesit 94 Marktanteile von Wrmedmmstoffen 88 Maßhaltigkeit von Wrmedmmstoffen 198 Massivdecke – bewertetes Schalldmm-Maß 630 – Luftschalldmmung 628 f. – Norm-Trittschallpegel, quivalenter bewerteter 632 – Trittschalldmmung 628 f. Materialkosten von Wrmedmmstoffen – Aerogel 96 – Baumwolle 98 – Blhglas 99 – Blhton 101 – Flachs 102 – Getreidegranulat 103 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – Kalziumsilikat 110 – Kieselsure, pyrogene (HDK) 127 – Kokos 111 – Kork 113 – Melaminharzschaum 114 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117 – Perlite 118 – Phenolharz 119 – Polyester 120 – Polystyrol – – expandiertes (EPS) 123 – – extrudiertes (XPS) 124 – Polyurethan (PUR) 126 – Schafwolle 128 – Schaumglas 130 – Schilfrohr 131 – Seegras 132 – Stroh 133 – transparente Wrmedmmung (TWD) 134 – Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 136

– Vakuumisolationspaneele (VIP) 139 – Vermiculite 140 – Zellelastomere 141 – Zellulose 143 Mauerwerk, einschaliges siehe dort Mauerwerksstoffe – feuchtetechnische Kennwerte 613 f. – Wrmekapazitt, spezifische 613 f. Melaminharzschaum 113 f. – Anwendungsbereiche 113 f. – Baustoffklasse 114 – Festigkeit 114 – gesundheitliche Aspekte 114 – Herstellung 113 – Kenngrçßen 114 – Materialkosten 114 – çkologische Aspekte 114 – Rohdichte 114 – Strçmungswiderstand 114 – Verarbeitung 113 f. – Wrmeleitfhigkeit 114 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 114 MHHR 498 Mikrobolometer 282 Mineraldmmplatten 457 – Befestigung 459 Mineralfaser 93 – Wrmeleitfhigkeit 76 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81 Mineralschaum 114 f. – Anwendungsbereiche 115 – Baustoffklasse 115 – Festigkeit 115 – gesundheitliche Aspekte 115 – Herstellung 114 – Kenngrçßen 115 – Materialkosten 115 – çkologische Aspekte 115 – Rohdichte 115 – Steifigkeit, dynamische 115 – Verarbeitung 115 – Wrmeleitfhigkeit 115 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 115 Mineralwolle 115–117, 192 – Anwendungsbereiche 116 f. – Baustoffklasse 117 – Druckfestigkeit 197 – Druckspannung 197 – Festigkeit 117 – gesundheitliche Aspekte 117 – Herstellung 115 f. – Kenngrçßen 117 – Materialkosten 117 – çkologische Aspekte 117 – Rohdichte 117 – Steifigkeit, dynamische 117 – Strçmungswiderstand 117 – Verarbeitung 116 f. – Wrmeleitfhigkeit 117, 196

Stichwortverzeichnis

– Wasseraufnahme 208 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 117 – Zugfestigkeit 198 Mineralwolle-Dmmplatten fr Wrmedmmverbundsysteme 521, 527, 537 Mineralwolle-Lamellen fr Wrmedmmverbundsysteme 522, 527, 537 Minneapolis Blower-Door 325 Modernisierung, Definition 58 Molke 94 Monatsbilanzierung 266 Muster-Hochhaus-Richtlinie (MHHR) 498 N Nachtlftung 388 Navier-Stokes-Differenzialgleichung 408 Nichtwohngebude – Blower-Door-Messung 324, 336 – energetische Sanierung 369–391 Niedrigenergiehaus 296 Norm-Trittschallpegel, quivalenter bewerteter 632 Normen – harmonisierte 34 – Produktnormen 35 f. – Prfnormen 39 ff. – Thermografie 289 f. – Wrmedmmstoffe 190 Nutzungszyklusbilanzierung 376 O Oberflchenverschmutzung von Wrmedmmverbundsystemen 552 Oberputz fr Wrmedmmverbundsysteme 529 ko-Bilanzierung 221 çkologische Kennwerte 219–241 lressourcen, Verknappung 57 P Pentan 93 Perimeterdmmung 436 Perlite 117 f. – Anwendungsbereiche 118 – Baustoffklasse 118 – Festigkeit 118 – gesundheitliche Aspekte 118 – Herstellung 117 f. – Kenngrçßen 118 – Materialkosten 118 – çkologische Aspekte 118 – Rohdichte 118 – Verarbeitung 118 – Wrmeleitfhigkeit 118 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 118 Phenolharz 119 – Anwendungsbereiche 119 – Baustoffklasse 119 – Festigkeit 119 – gesundheitliche Aspekte 119 – Herstellung 119

659

– Kenngrçßen 119 – Materialkosten 119 – çkologische Aspekte 119 – Rohdichte 119 – Verarbeitung 119 – Wrmeleitfhigkeit 119 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 119 Plattentragprofil 492 Polyester 119 f. – Anwendungsbereiche 120 – Baustoffklasse 120 – Festigkeit 120 – gesundheitliche Aspekte 120 – Herstellung 119 f. – Kenngrçßen 120 – Materialkosten 120 – çkologische Aspekte 120 – Rohdichte 120 – Strçmungswiderstand 120 – Verarbeitung 120 – Wrmeleitfhigkeit 120 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 120 Polystyrol – expandiertes (EPS) 94, 120–123, 201, 203, 211, 217 – – Anwendungsbereiche 122 – – Baustoffklasse 122 – – Dickennderung von Trittschalldmmplatten 212 – – Festigkeit 122 – – gesundheitliche Aspekte 123 – – Herstellung 120–122 – – Kenngrçßen 122 f. – – Materialkosten 123 – – çkologische Aspekte 123 – – Rohdichte 122 – – Steifigkeit, dynamische 123 – – Verarbeitung 122 – – Wrmeleitfhigkeit 76, 122 – – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 122 – extrudiertes (XPS) 92, 123–125, 199 – – Anwendungsbereiche 123 f. – – Baustoffklasse 124 – – Druckbeanspruchung 216 – – Druckfestigkeit 216 f. – – Festigkeit 124 – – Feuchtegehalt 215 – – gesundheitliche Aspekte 124 f. – – Herstellung 123 – – Kenngrçßen 124 – – Materialkosten 124 – – çkologische Aspekte 124 f. – – Rohdichte 124 – – Steifigkeit, dynamische 124 – – Verarbeitung 123 f. – – Wrmeleitfhigkeit 76, 124 – – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 124

660

Stichwortverzeichnis

– (fr) Wrmedmmverbundsysteme 520 f., 526 f., 536 Polyurethan (PUR) 92, 125 f., 199 – Anwendungsbereiche 125 f. – Baustoffklasse 126 – Dickennderung 207 – Festigkeit 126 – gesundheitliche Aspekte 126 – Hartschaumplatten, Zeitstand-Druckkurven 211 – Herstellung 125 – Kenngrçßen 126 – Materialkosten 126 – çkologische Aspekte 126 – Rohdichte 126 – Verarbeitung 125 f. – Wrmeleitfhigkeit 76, 126, 199 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 126 – Zellgasnderung 199 f. Porenwasserleitfhigkeit von Kalziumsilikat 160 Primrenergie 221 Primrenergieinhalt 376 Produktionshalle, Blower-Door-Messung 329 Produktnormen – betriebstechnische Anlagen 35 – Haustechnik 35 – Wrmedmmstoffe 35 – – an der Verwendungsstelle hergestellte 36 f. – Wrmedmmung im Tiefbau 36 Prfnormen – harmonisierte europische 39 – Wrmedmmstoffe 40 f. PUR siehe Polyurethan Putz, flchenbezogene Masse 618 Putzsysteme fr Wrmedmmverbundsysteme 527–529 pyroelektrischer Detektor 282 Q Quantendetektor 281, 284 R Rauchabzugsçffnung 322 f. Rauchentwicklungsrate 84 Raumklimaverbesserung 461 Raumluftturbulenz 408 Referenzgebude siehe unter Energieeinsparverordnung Referenzthermogramm 284 Reflexionsgrad 276 Reihenhaus der Klassischen Moderne 355 Richtpreise von Wrmedmmstoffen 92 Riss – Biegeriss 469 – (infolge) Eigenspannung 469 – (infolge) Last 470 f. – Trennriss siehe dort – (infolge) Zwang 470 f. Rissarten 468 f. Rissbreitenbeschrnkung 472

– Wrmedmmverbundsysteme 549 f. Rissursachen 468 f. Rohdichte 75, 566–575, 579–584, 601 f. – Aerogel 96 – Baumwolle 98 – Blhglas 99 – Blhton 101 – einschalige biegesteife Wnde 618 – Flachs 102 – Getreidegranulat 103 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – Kalziumsilikat 110 – Kieselsure, pyrogene (HDK) 127 – Kokos 111 – Kork 113 – Melaminharzschaum 114 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117 – Perlite 118 – Phenolharz 119 – Polyester 120 – Polystyrol – – expandiertes (EPS) 122 – – extrudiertes (XPS) 124 – Polyurethan (PUR) 126 – Schafwolle 128 – Schaumglas 130 – Schilfrohr 131 – Seegras 132 – Stroh 133 – transparente Wrmedmmung (TWD) 134 – Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 136 – Vakuumisolationspaneele (VIP) 139 – Vermiculite 140 – Wrmedmmstoffe 85, 91, 579 – Zellelastomere 141 – Zellulose 143 Rohrleitungen, Wrmedmmschichtdicke 594 ruhende Luftschichten, Wrmedurchlasswiderstand 586 S Sanierung 219–241 – apparative 48 – bauliche 48 – Definition 58 – denkmalgerechte, Fachwerkhaus 449 – energetische 47, 369–391 – – Baukonstruktion 426 f. – – Beleuchtung 420 – – Bestandsaufnahme 418–428 – – erdreichberhrende Bauteile 435–437 – – Fachwerkhaus 447–461 – – Gebudesimulation 423–426 – – Heizung 419 – – Luftdichtheitsmessung 440 f. – – Lftung 419

Stichwortverzeichnis

– – Messdatenerfassung 421–428 – – Modellvorhaben 445 – – modulare Konzepte 428–434 – – Passivhauselemente 432–434 – – Qualittssicherung 439–445 – – Sporthalle 415–446 – – Thermografie 441–443 – – Verbrauchserfassung 421 – – Wrmedmmkonzept 434–439 – – Warmwasserversorgung 428 Sankey-Diagramm 379 Sttigungsdampfdruck 595 Sttigungsdruckprofil nach COND 174 SBI-Test 85 scannende Kamera 281 Scanner-Thermografiesysteme 281 Schafwolle 127 f. – Anwendungsbereiche 128 – Baustoffklasse 128 – Festigkeit 128 – gesundheitliche Aspekte 128 – Herstellung 127 f. – Kenngrçßen 128 – Materialkosten 128 – çkologische Aspekte 128 – Rohdichte 128 – Steifigkeit, dynamische 128 – Strçmungswiderstand 128 – Verarbeitung 128 – Wrmeleitfhigkeit 128 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 128 Schallabsorptionsflche, quivalente 81 f. – Gesthl 644 – Personen 644 Schallabsorptionsgrad 81 f., 635–642, 645 f. – bewerteter 643 f. – praktischer 643 f. Schalldmm-Maß, bewertetes – Decken 617 – einschalige biegesteife Wnde 617 – – (mit) biegeweicher Vorsatzschale 622 – einschaliges Mauerwerk 619 f. – Gipskartonplattenwnde 625 – Holzbautrennwnde 626 f. – Korrekturwerte – – biegesteife Wnde 630 – – Decken 630 – – Estrich 631 – – Holzbalkendecken 631 – – Holzfußboden 631 – – zweischalige Wnde aus biegeweichen Schalen 631 – Massivdecken 630 – zweischalige Wnde aus biegeweichen Schalen 622–624 Schallreflexionsgrad 81 Schallschutz 81–84 – Wrmedmmstoffe 81–84 – Wrmedmmverbundsysteme 543

661

schallschutztechnische Kennwerte 565 f., 617–647 Schallwellenwiderstand 646 Schaumglas 128–130 – Anwendungsbereiche 129 f. – Baustoffklasse 130 – Druckfestigkeit 197 – Druckspannung 197 – Festigkeit 130 – gesundheitliche Aspekte 130 – Herstellung 128 f. – Kenngrçßen 130 – Materialkosten 130 – çkologische Aspekte 130 – Rohdichte 130 – Verarbeitung 129 f. – Wrmeleitfhigkeit 130 – Wasseraufnahme 208 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81,130 Schienenbefestigung fr Wrmedmmverbundsysteme 522 f., 536–538 Schilfrohr 130 f. – Anwendungsbereiche 131 – Baustoffklasse 131 – Festigkeit 131 – gesundheitliche Aspekte 131 – Herstellung 130 f. – Kenngrçßen 131 – Materialkosten 131 – çkologische Aspekte 131 – Rohdichte 131 – Verarbeitung 131 – Wrmeleitfhigkeit 131 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 131 Schimmelpilzbildung 307 – Außenwandecke 298 – Wrmedmmverbundsysteme 548 Schlagregenschutz fr Wrmedmmverbundsysteme 549 f. Schlagregensicherheit 457 Schornstein, unverputzter – Thermogramm 331 Schule, Blower-Door-Messung 330 Schwachstellenbeseitigung, Definition 58 Schwarze Wanne 465 Seegras 131 f. – Anwendungsbereiche 132 – Baustoffklasse 132 – Festigkeit 132 – gesundheitliche Aspekte 132 – Herstellung 131 f. – Kenngrçßen 132 – Materialkosten 132 – çkologische Aspekte 132 – Rohdichte 132 – Verarbeitung 132 – Wrmeleitfhigkeit 132 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 132 Sichtmauerwerk, regenbelastetes – Innendmmung 157 f.

662

Stichwortverzeichnis

Single-Burning-Item(SBI)-Test 85 Slicing 203–205 Soda 94 Sonderbauten, Brandschutz 498 Sonnenschutzvorrichtung 11, 14, 265, 379 – Abminderungsfaktor 592 f. Sorptionsisothermen 607–612 Spritzwasserbeanspruchung von Wrmedmmverbundsystemen 550 f. Stadtvilla, grnderzeitliche 354 Stahl, Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81 Steifigkeit, dynamische 83 – Flachs 102 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – Kokos 111 – Kork 113 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117 – Polystyrol – – expandiertes (EPS) 123 – – extrudiertes (XPS) 124 – Schafwolle 128 – Vermiculite 140 – Wrmedmmstoffe 83 – Zellulose 143 Steinwolle, Wrmeleitfhigkeit 76 Stoßfestigkeit von Wrmedmmverbundsystemen 551 f. Strahlung 79 Strahlungsabsorptionsgrad 599 Strahlungsgesetze 276–280 Strahlungskonstanten 599 Stroh 132 f. – Anwendungsbereiche 132 f. – Baustoffklasse 133 – Festigkeit 133 – gesundheitliche Aspekte 133 – Herstellung 132 – Kenngrçßen 133 – Materialkosten 133 – çkologische Aspekte 133 – Rohdichte 133 – Verarbeitung 132 f. – Wrmeleitfhigkeit 133 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 133 Strçmungswiderstand – Flachs 102 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – lngenbezogener 82 f. – Melaminharzschaum 114 – Mineralwolle 117 – Polyester 120 – Schafwolle 128 – Zellulose 143 Stromverbrauchskennwert 271

Stufen in harmonisierten Normen 34 Sturz – Thermogramm 299 – ungedmmter 299 f. Sttzfasern 94 Suberin 93 T Taupunkttemperatur 598 Tauwasserausfall 81 Tauwasserbildung – Wrmedmmverbundsysteme 547 f. – wasserundurchlssige Bauwerke 480 Tauwasserfilm 396 Tauwasserfreiheit 397 Temperaturgradient 411 Temperaturleitzahl 77 f. – Anhaltswerte 79 Temperaturprofil nach COND 170 f., 173 f. Temperaturstrçmungsfeld 410 Textilfasern 94 thermischer Detektor 281 f. thermische Trennung 303 f. Thermoanemometer 322 Thermografie 273–314, 322, 441–443 – Anwendung 293–298 – Dokumentation 287 – Fehlmessung 279, 291 – Kameratechnik 281–284 – (zur) Lokalisierung von Luftundichtigkeiten 305–309 – Normen 289 f. – physikalische Grundlagen 275–280 – Richtlinien 289 f. – Vorschriften 289 f. Thermogramm 279 f., 284–289 – Außenthermogramm 286, 290–292, 311 – Darstellungsneutralitt 285 – Farbskala 284 – Farbtçne 284 – Fenster 301–303, 333 – Gestaltungsregeln 285 – Innenthermogramm 286, 292 f. – Referenzthermogramm 284 – Schornstein, unverputzter 331 – Sturz 299 Tore, Wrmedurchgangskoeffizient 588 Transmissionsgrad 276 Transmissionswrmestrom 60 Transmissionswrmeverlust 12, 221, 248 – spezifischer 250 transparente Bauteile – Gesamtenergiedurchlassgrad 591 – Lichttransmissionsgrad 591 f. transparente Wrmedmmung (TWD) 133 f. – Anwendungsbereiche 134 – Baustoffklasse 134 – Gesamtenergiedurchlassgrad 134 – gesundheitliche Aspekte 134

Stichwortverzeichnis

– Herstellung 133 f. – Kenngrçßen 134 – Lichttransmissionsgrad 134 – Materialkosten 134 – çkologische Aspekte 134 – Rohdichte 134 – Verarbeitung 134 – Wrmedurchlasswiderstand 134 – Wrmeleitfhigkeit 134 Treibhauspotenzial 62 Treibmittel 92 f., 199 f. – Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) 92 f. – globales Erwrmungspotenzial 93 – Kohlendioxid 93 – Pentan 93 – Polystyrol, extrudiertes (XPS) 92 – Polyurethan (PUR) 92 Trennriss 468 f. – Selbstheilung 471 f. – Vermeidung 472 Treppenlufe – Norm-Trittschallpegel, quivalenter bewerteter 632 Treppenpodeste – Norm-Trittschallpegel, quivalenter bewerteter 632 Trittschalldmmung von Massivdecken 628 f. Trittschallpegel 632 Trittschallverbesserungsmaß – Estrich 633 – Holzfußboden 633 – weichfedernder Bodenbelag 634 Trocknungsperiode, sommerliche 167 Tropenklima 395 Tren, Wrmedurchgangskoeffizient 588 TWD 133 f. U bereinstimmungszeichen 191 bereinstimmungszertifikat 191 Umbau, Definition 58 Umkehrdach 183 Umluftbetrieb 411 Unterputz fr Wrmedmmverbundsysteme 528 f., 531 -Zeichen 191 V Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 134–137 – Anwendungsbereiche 136 – Baustoffklasse 136 – gesundheitliche Aspekte 136 f. – Herstellung 134–136 – Kenngrçßen 136 – Materialkosten 136 – çkologische Aspekte 136 f. – Rohdichte 136 – Schallschutz 136 – Sttzkern 135

663

– Verarbeitung 136 – Wrmeleitfhigkeit 136 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 136 Vakuumisolationspaneele (VIP) 137–139, 196 f. – Anwendungsbereiche 139 – Baustoffklasse 139 – Folientypen 138 – gesundheitliche Aspekte 139 – Herstellung 137–139 – Kenngrçßen 139 – Materialkosten 139 – çkologische Aspekte 139 – Rohdichte 139 – Sttzkern 137 – Verarbeitung 139 – Wrmeleitfhigkeit 139 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 139 Veralgung von Wrmedmmverbundsystemen 552 f. Verdunstung 397 Verglasungsarten, Datenblatt 240 Verlustfaktoren 646 f. Vermiculite 139 f. – Anwendungsbereiche 140 – Baustoffklasse 140 – Festigkeit 140 – gesundheitliche Aspekte 140 – Herstellung 139 f. – Kenngrçßen 140 – Materialkosten 140 – çkologische Aspekte 140 – Rohdichte 140 – Steifigkeit, dynamische 140 – Verarbeitung 140 – Wrmeleitfhigkeit 76, 140 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 140 Verwaltungsgebude, Blower-Door-Messung 324, 329 VHF siehe vorgehngte hinterlftete Fassade VIP siehe Vakuumisolationspaneele VIS siehe Vacuum Insulating Sandwich vorgehngte hinterlftete Fassade (VHF) 485–514 – Aluminium-Unterkonstruktion 488–494 – Befestigung 487–494 – Brandschutz 495–501 – (nach) Energieeinsparverordnung (EnEV) 494 – Holz-Unterkonstruktion 487 f. – statische Berechnung 501–514 – Vorzge 487 Vorketten, Definition 47 W Wand – Außenwand siehe dort – biegesteife siehe dort – einschalige biegesteife siehe dort – Fachwerkwand siehe dort – Gipskartonplattenwand siehe dort – Holzbautrennwand siehe dort – Kellerwand siehe dort

664

Stichwortverzeichnis

– Wrmedmmung 477 – zweischalige siehe dort Wrmeausdehnungskoeffizient 600 f. Wrmebildtechnik 275 Wrmebrcken 24, 265, 292, 295, 473 – Beheizung 399 – geometrische 293 f. – stoffbedingte 293 – (bei) Wrmedmmverbundsystemen 542 Wrmedmmschichtdicke – Entwicklung 94 f. – Rohrleitungen 594 Wrmedmmstoffe 71–146 – Abmessungen 198 – Aerogel 95–97 – Alterung 213 – an der Verwendungsstelle hergestellte, Produktnormen 36 f. – Anforderungen 191–194 – anorganische 87 – Anwendungen 217 f. – – Beispiele 89 f., 192 – – Gebiete 192 f. – – nicht genormte 193 f. – – Typen 88 – baukonstruktive Aspekte 87–91 – Baumwolle 81, 97 f. – bauphysikalische Aspekte 91 – Baustoffe 84 – Baustoffklassen siehe dort – Berechnungsmodelle 212 f. – – WUFI-Programm 212 – Bindemittel 93 f. – Blhglas 81, 98–100 – Blhton 81, 100 f. – Brandschutz 84 f. – Brandverhalten 198, 203 – Brandverhaltensklassen 85 – Dicke 61 – Dickennderung 201 f. – Diffusionskoeffizienten 204 – Diffusionsverhalten 204 – Dimensionsnderung 201 f. – Dimensionsstabilitt 206 f. – Druckfestigkeit nach Ablagerungszeiten 200 f. – Eigenschaften 90, 193 – Einsatzgebiete 89 – Elastizittsmodul, dynamischer 83 f. – Festigkeit siehe dort – Feuchteschutz 80 f. – feuchtetechnische Kennwerte 613 f. – Flachs 81, 101 f. – Flammschutzmittel 94 – Frost-Tau-Wechselbeanspruchung 208 f. – geschlossenzellige 80 – Getreidegranulat 81, 103 – Hanf 81, 104 f. – Holzfaser 81, 105–107 – Holzwolle-Leichtbauplatten 81, 107–109

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Kalziumsilikat 81, 109 f., 160 Kieselsure, pyrogene (HDK) 76, 126 f. Kokos 81, 110 f. Kork 76, 81, 111–113 Kriechverhalten – Extrapolation nach Findley 212 – Langzeitkriechverhalten 209 f. Kurzzeichen 89 f. Laborversuche 194–213 Langzeitverhalten 187–218 Marktanteile 88 Maßhaltigkeit 198 Materialkosten siehe dort Melaminharzschaum 113 f. Mineralschaum 114 f. Mineralwolle 115–117, 192, 196–198, 208 Normen 190 Objektuntersuchung 213–217 offenporige 80 çkologische Aspekte 91 f. çkonomische Aspekte 92 organische 87 Perlite 81, 117 f. Phenolharz 119 Polyester 81, 119 f. Polystyrol 520 f., 526 f., 536 – expandiertes (EPS) 76, 81, 120–123, 201, 203, 211 f., 217 – extrudiertes (XPS) 76, 81, 123–125, 199, 215–217 Polyurethan (PUR) 81, 92, 125 f., 199 f., 207, 211 Produkteigenschaften 90 Produktnormen 35 Prfmethoden, Normen 190 Prfnormen 40 f. Reifeprozess 217 Richtpreise 92 Rohdichte 85, 91, 579 Schafwolle 81, 127 f. Schallschutz 81–84 Schaumglas 81, 128–130, 197, 208 Schilfrohr 81, 130 f. Seegras 131 f. Steifigkeit, dynamische siehe dort Stroh 132 f. Strçmungswiderstand siehe dort Sttzfasern 94 Tests – Kurzzeittests 195–198 – Langzeittests 198–203 – zeitraffende 203–212 transparente Wrmedmmung (TWD) 133 f. Treibmittel 92 f. bersicht 87 Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 134–137 Vakuumisolationspaneele (VIP) 137–139, 196 f. Verformung – (bei) Druck- und Temperaturbeanspruchung 207 – Wasseraufnahme 207 f.

Stichwortverzeichnis

– – – –

Vermiculite 76, 81, 139 f. (fr) Wrmedmmverbundsysteme 525 f., 554 Wrmekapazitt, spezifische siehe auch dort 613 f. Wrmeleitfhigkeit siehe auch dort 91, 195–197, 199, 203–206, 215 f., 579 – – (nach) Ablagerungszeiten 199 – – (nach) Alterung 203–206 – – Lagertemperaturabhngigkeit 205 f. – Wrmeschutz 75–80 – Wasseraufnahme 214 f. – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl siehe auch dort 575–579 – Zellelastomere 140 f. – Zellulose 76, 81, 141–143 – Zugfestigkeit 198 – Zustze fr Brand- und Feuchteschutz 94 – – Ammoniumphosphat 94 – – Ammoniumsulfat 94 – – Borate 94 – – Hexabromcyclododecan (HBCD) 94 – – Molke 94 – – Soda 94 – Zusatzstoffe 92–94 – Zuschlagswerte 616 – zyklische Belastung 209 Wrmedmmstoffgerst, Wrmeleitfhigkeit 80 Wrmedmmung – Außendmmung 349 f. – Balkenkopf 178 – Bodenplatten 477 – Fassaden siehe Fassadendmmung – Hinterstrçmung 459 – Innendmmung siehe dort – Laibung 304 f. – (im) Tiefbau, Produktnormen 36 – transparente Wrmedmmung (TWD) 133 f. – Wnde 477 Wrmedmmverbundsystem (WDVS) 198, 515–557 – allgemeine bauaufsichtliche Zulassung 517 – Anforderungen 531–555 – Ansetzmçrtel 530 – bauaufsichtliche Regelung 517–519 – Brandschutz 538–541 – Dmmstoff 525 f. – Dauerhaftigkeit 553–555 – Dbel 525, 533 f., 542, 551, 553 f. – dynamischer Elastizittsmodul 545 – ETAG 004-Leitlinie 517 – europische technische Zulassung (ETA) 517 – Feuchteschutz 547–551 – Fugenmçrtel 530 – Gebrauchstauglichkeit 551 – Gewebeeinlage 531 – Glasfasergewebebewehrung 528, 554 f. – Historie 517 – Inverkehrbringen 517 – keramische Bekleidung 530 f. – Mineralwolle-Dmmplatten 521, 527, 537 – Mineralwolle-Lamellen 522, 527, 537

– Oberflchenverschmutzung 552 – Oberputz 529 – Polystyrol 520 f., 526 f., 536 – Putzsysteme 527–529 – Resonanzfrequenz 543 – Rissbreitenbeschrnkung 549 f. – Schallschutz 543–547 – Schienenbefestigung 522 f., 536–538 – Schimmelpilzbildung 548 – Schlagregenschutz 549 – Spritzwasserbeanspruchung 550 f. – Standsicherheit 531–538 – Stoßfestigkeit 551 f. – Tauwasserbildung 547 f. – bersicht 519 – Untergrund – – hçlzerner 523 f. – – mineralischer 523 – – tragender 523 – – Vorsatzschichten 523 – Unterputz 528 f., 531 – Veralgung 552 f. – Verklebung 520, 524 f. – – (mit) maschinellem Klebemçrtel 520 – – Wulst-Punkt-Methode 520 – Verwendung 517 – Wrmebrcken 542 – Wrmedmmstoffe 525 f., 554 – Wrmeschutz 541–543 – Wasseraufnahme, kapillare 549 – Wirtschaftlichkeit 555 Wrmedurchgangskoeffizient 77 – Dachlichtbnder 593 – (nach) Energieeinsparverordnung (EnEV) 19 – Fenster 588 f. – Fenstertren 588 f. – Lichtkuppeln 593 – mittlerer 19 – Tore 588 – Tren 588 – wrmebertragende Umfassungsflche 251 Wrmedurchlasswiderstand 77 – Dachrume 586 – Decken 585 – Mindestanforderungen 77 – Mindestwerte nach DIN 4108-2 78 – Nennwert 43 – ruhende Luftschichten 586 – transparente Wrmedmmung (TWD) 134 Wrmeenergie, latente 401 Wrmehaushalt von wasserundurchlssigen Bauwerken 475 Wrmekapazitt – spezifische 77, 579–584, 601 f. – – Aerogel 96 – – Anhaltswerte 79 – – Baumwolle 98 – – Blhglas 99 – – Blhton 101

665

666

Stichwortverzeichnis

– – Flachs 102 – – Getreidegranulat 103 – – Hanf 105 – – Holzfaser 106 – – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – – Kalziumsilikat 110 – – Kieselsure, pyrogene (HDK) 127 – – Kokos 111 – – Kork 113 – – Mauerwerksstoffe 613 f. – – Mineralschaum 115 – – Mineralwolle 117 – – Perlite 118 – – Phenolharz 119 – – Polyester 120 – – Polystyrol – – – expandiertes (EPS) 122 – – – extrudiertes (XPS) 124 – – Polyurethan (PUR) 126 – – Schafwolle 128 – – Schaumglas 130 – – Schilfrohr 131 – – Seegras 132 – – Vermiculite 140 – – Wrmedmmstoffe 613 f. – – Zellulose 143 – volumenbezogene 601 f. – – Erdreich 587 Wrmeleitfhigkeit 75–77 – Abhngigkeiten 75 f. – – Feuchtegehalt 75 f. – – Rohdichte 75 – – Systemdruck 76 – – Temperatur 75 f. – Aerogel 96 – Baumwolle 98 – Bemessungswerte 77, 566–575, 579–584 – – (nach) Kategorie II 43 – Bestimmung 77 – Blhglas 99 – Blhton 101 – Erdreich 587 – Flachs 102 – Getreidegranulat 103 – Glasfaser 76 – Grenzwert 43 – Hanf 105 – Holzfaser 106 – Holzwolle-Leichtbauplatten 109 – Kalziumsilikat 110 – Kieselsure, pyrogene (HDK) 76, 127 – Kokos 111 – Kork 76, 113 – Melaminharzschaum 114 – Mineralfaser 76 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117, 196 – Nennwert 43 – Perlite 118

– – – – – – – – – – – – – – – – –

Phenolharz 119 Polyester 120 Polystyrol – expandiertes (EPS) 76, 122 – extrudiertes (XPS) 76, 124 Polyurethan (PUR) 76, 126, 199 Schafwolle 128 Schaumglas 130 Schilfrohr 131 Seegras 132 Steinwolle 76 Stroh 133 transparente Wrmedmmung (TWD) 134 Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 136 Vakuumisolationspaneele (VIP) 139 Vermiculite 76, 140 Wrmedmmstoffe 91, 195–197, 199, 203–206, 215 f., 579 – Wrmedmmstoffgerst 80 – Zellelastomere 141 – Zellulose 76, 143 Wrmerckgewinnung 411 Wrmerckgewinnungsgrad einer Lftungsanlage 386 Wrmeschutz 75–80 – sommerlicher 12, 19 – Wrmedmmstoffe 75–80 – Wrmedmmverbundsysteme 541–543 – wasserundurchlssige Bauwerke 475–478 Wrmestromdichte 152 wrmetechnische Kennwerte 566–616 – bersicht 563 f. Wrmebergangswiderstand 586 – ußerer 587 Wrmebertragung 78 f. – Konvektion 79 – Leitung 79 – Strahlung 79 Wartung, Definition 58 Wasser, physikalische Kenngrçßen 595 Wasseraufnahme, kapillare – Wrmedmmstoffe 214 f. – Wrmedmmverbundsysteme 549 Wasserdampfbremsbahn 320 Wasserdampfbremse – (im) Bitumendach 182 – (im) Grndach 182 – sd-Wert 183 wasserdampfdiffusionsquivalente Luftschichtdicke 80 – Folien 615 Wasserdampfdiffusionskoeffizient 168 Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 80 f., 612 f. – Baumwolle 81, 98 – Beton 81 – Blhglas 81, 99 – Blhton 81, 101 – Flachs 81, 102 – Getreidegranulat 81, 103

Stichwortverzeichnis

– Hanf 81, 105 – Holzfaser 81, 106 – Holzfaserplatten 81 – Holzwolle-Leichtbauplatten 81, 109 – Kalziumsilikat 81, 110 – Kokos 81, 111 – Kork 81, 113 – Melaminharzschaum 114 – Mineralfaser 81 – Mineralschaum 115 – Mineralwolle 117 – Perlite 81, 118 – Phenolharz 119 – Polyester 81, 120 – Polystyrol – – expandiertes (EPS) 81, 122 – – extrudiertes (XPS) 81, 124 – Polyurethan (PUR) 81, 126 – Richtwerte 566–578 – Schafwolle 81, 128 – Schaumglas 81, 130 – Schilfrohr 81, 131 – Seegras 132 – Stahl 81 – Stroh 133 – Vacuum Insulating Sandwich (VIS) 136 – Vakuumisolationspaneel (VIP) 139 – Vermiculite 81, 140 – Wrmedmmstoffe 575–579 – Zellelastomere 141 – Zellulose 81, 143 Wasserdampfdurchlasswiderstand von Folien 615 Wasserdampfsttigungsdruck 81, 596 f. wasserundurchlssige Bauwerke – Beschichtung 474 – Bodenaufbauten 473 f. – Feuchtehaushalt 478 f. – gerissene Bauteile 468–472 – Luftwechsel 480–483 – Nutzung, hochwertige 463–484 – Nutzungsklassen 465 – Tauwasserbildung 480 – TGA-Komponenten 475 – ungerissene Bauteile 468 – Wandbekleidungen 474 – Wrmehaushalt 475 – Wrmeschutz 475–478 WDVS siehe Wrmedmmverbundsystem

667

weichfedernder Bodenbelag, Trittschallverbesserungsmaß 634 Weiße Wanne 465 Wohnungslftungsanlagen, Energiebedarf 266 WUFI-Programm 212 Wulst-Punkt-Methode fr Wrmedmmverbundsysteme 520 X XPS siehe Polystyrol, extrudiertes Z Zellelastomere 140 f. – Anwendungsbereiche 141 – Baustoffklasse 141 – Festigkeit 141 – gesundheitliche Aspekte 141 – Herstellung 140 f. – Kenngrçßen 141 – Materialkosten 141 – çkologische Aspekte 141 – Rohdichte 141 – Verarbeitung 141 – Wrmeleitfhigkeit 141 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 141 Zellulose 141–143 – Anwendungsbereiche 142 f. – Baustoffklasse 143 – Festigkeit 143 – gesundheitliche Aspekte 143 – Herstellung 141 f. – Kenngrçßen 143 – Materialkosten 143 – çkologische Aspekte 143 – Rohdichte 143 – Steifigkeit, dynamische 143 – Strçmungswiderstand 143 – Verarbeitung 142 f. – Wrmeleitfhigkeit 76, 143 – Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl 81, 143 Zement 94 Ziegelausfachung 154 Zugfestigkeit – Mineralwolle 198 – Wrmedmmstoffe 198 Zuschlagswerte fr Wrmedmmstoffe 616 zweischalige Wand aus biegeweichen Schalen – bewertetes Schalldmm-Maß 622–624 – – Korrekturwerte 631