Unsere Wärmebrückenwelt für Sie
Alles über Wärmebrücken - ein bauphysikalisches Kompendium.
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Einführung in die Thematik
Im Rahmen von Neubauvorhaben sowie beim Bauen im Bestand nimmt die Disziplin der Bauphysik je nach Komplexitiät und Nutzung des geplanten Gebäudes, einen immer höheren Stellenwert ein. Geplante Baukonstruktionen werden unter Berücksichtigung einer stetig wachsenden Palette an Bauprodukten immer vielseitiger. Nicht zuletzt sind es die energetischen Anforderungen an Baukörper, die Planer und Bauherren zunehmend vor Herausforderungen stellen. Ziel dieses Kompendiums ist es, insbesondere das Thema Wärmebrücken als komplexe Teildisziplin der Bauphysik näher zu betrachten.
Zu einem guten baulichen Wärmeschutz gehören nicht nur hochwärmedämmende Bauteile, sondern auch entsprechende Bauteilanschlüsse. Im Bereich dieser Anschlusssituationen sind zusätzliche Wärmeabflüsse und niedrigere raumseitige Bauteiloberflächentemperaturen während der Heizperiode zu erwarten. Zusätzliche Heizenergieverbräuche und die Möglichkeit der Tauwasser- und/oder Schimmelpilzbildung sind die Folge. Dabei ist zu beachten, dass sich der vorgenannte Wärmebrückeneffekt bei hochwärmedämmenden Bauteilen wesentlich stärker auswirken kann als bei Bauteilen mit geringem Wärmeschutz. Grund dafür ist der verhältnismäßig hohe Wärmedurchgang im Vergleich zum ungestörten Bauteilquerschnitt. Bei innen gedämmten Konstruktionen kann der Wärmebrückeneinfluss aufgrund der Vielzahl an Anschlusssituationen bis zu einem Drittel des gesamten Transmissionswärmeverlustes betragen.
Definitionen
Am Anfang einer Thematik sollten einige normkonforme Definitionen dargestellt werden, mit der Zielsetzung, eine klare Verständlichkeit zu erreichen. Die wichtigsten wärmetechnischen Rechengrößen im Zusammenhang mit der Berechnung und Simulation von Wärmebrücken werden nachfolgend erläutert:
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit gibt an, welche Wärmemenge Q innerhalb einer Stunde bei einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin durch eine 1 m dicke Schicht eines Stoffes über eine Fläche von 1 m² übertragen wird. Grundsätzlich kann ausgesagt werden, dass die Wärmeleitfähigkeit im Wesentlichen von der Rohdichte abhängig ist. Je größer die Rohdichte des betrachteten Stoffes, desto größer ist die Wärmeleitfähigkeit.
Entgegen dieses Grundsatzes kann es bei manchen Stoffen aufgrund von Konvektion oder Wärmestrahlung in offenporigen Strukturen trotz geringer Rohdichte zu erhöhtem Wärmedurchgang kommen. Weiterhin ist der Feuchtegehalt eines Stoffes ein wichtiger Faktor für die Wärmeleitfähigkeit. Hier gilt: Je größer der Feuchtegehalt (Masseprozent), desto größer ist die Wärmeleitfähigkeit. Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit von ausgewählten Bau- und Dämmstoffen nach DIN V 4108-04 und DIN EN 12524 können exemplarisch der aufgeführten Tabelle entnommen werden:
Wärmeübergang
Wärmeaustausch zwischen der Luft und einer angrenzenden festen Oberfläche bezeichnet man als Wärmeübergang. Dieser Wärmeübergang wird im Rahmen von wärmeschutztechnischen Berechnungen gemäß DIN EN ISO 6946 durch den Wärmeübergangswiderstand Rs definiert. Werte für den inneren Wärmeübergangswiderstand Rsi und den äußeren Wärmeübergangswiderstand Rse sind in der folgenden Tabelle angegeben, wobei insbesondere bei Wärmebrückensimulationen die normativen Werte der DIN 4108-02 maßgebend sind:
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Rsi in [m2*K/W]
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Rse in [m2*K/W] |
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gem. DIN EN ISO 6946 für wärmeschutztechnische Berechnungen: |
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Wärmestrom nach oben |
0,10 |
0,04 |
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Wärmestrom horizontal |
0,13 |
0,04 |
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Wärmestrom nach unten |
0,17 |
0,04 |
|
gem. DIN 4108-02 für Berechnungen zum Tauwasserausfall an Bauteiloberflächen: |
||
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Beheizte Räume |
0,25 |
0,04 |
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Unbeheizte Räume |
0,17 |
0,04 |
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Verglasung/Rahmen (abw. gem. DIN EN ISO 13788) |
0,13 |
0,04 |
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gem. DIN 4108-03 für stationäre Verfahren zur Berechnung von Diffusionsvorgängen nach Glaser: |
||
|
Wärmestrom horizontal/nach oben & Dachschrägen |
0,13 |
0,04 |
|
Wärmestrom nach unten |
0,17 |
0,04 |
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Belüftete Luftschichten (Außenoberfläche) |
0,13/0,17 |
0,08 |
|
Zweischaliges Mauerwerk (gem. DIN 1053-01) |
0,13/0,17 |
0,04 |
Unabhängig von den oben aufgeführten, normativen Vorgaben ist der äußere Wärmeübergangswiderstand bei Schichten, die an Erdreich angrenzen, grundsätzlich Rse= 0,00 [m2*K/W].
Wärmedurchlasswiderstand
Der Vorgang der Transmission in einer beliebigen Bauteilschicht wird allgemein als Wärmedurchgang bezeichnet. In diesem Zusammenhang wird der Wärmedurchlasswiderstand R einer Baustoff- bzw. Luftschicht auf einer Referenzfläche von 1 m² bei einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin zwischen der inneren und äußeren Oberfläche des Bauteils betrachtet. Je größer dieser Wärmedurchlasswiderstand R ist, desto besser ist die wärmedämmende Wirkung des Bauteils. Die Widerstandszahl ist der Quotient aus der Dicke d und der Wärmeleitfähigkeit λ des Bauteils.
Zur Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes Rg einer Luftschicht oder eines Luftraumes Ru stellt die DIN EN ISO 6946 abhängig von der Geometrie der betrachteten Schicht und dem Emissionsgrad der Oberflächen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Im Rahmen von Simulationen bzw. Berechnungen von Wärmebrücken sind diese in Abhängigkeit der betrachteten Konstruktion entsprechend anzuwenden.
Wärmebrücke
Gemäß DIN EN ISO 10211-1 sind Wärmebrücken: "Teil einer Gebäudehülle, wo der ansonsten normal zum Bauteil auftretende Wärmestrom deutlich verändert wird durch eine volle oder teilweise Durchdringung der Gebäudehülle durch Baustoffe mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit; einen Wechsel in der Dicke der Bauteile oder eine unterschiedlich große Innen- und Außenoberfläche"
Technische Regelwerke
Bei der Bewertung, Berechnung und Simulation von Wärmebrücken im Hochbau sind eine Reihe von normativen Regelwerken zu beachten. An dieser Stelle soll ein kompakter Überblick mit den relevantesten Normungen aufgeführt werden.
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Normkürzel |
Bezeichnung |
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DIN EN ISO 6946 |
Bauteile - Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient -
Berechnungsverfahren
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DIN 4108-02 |
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 2: Mindestanforderungen an
den Wärmeschutz
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DIN 4108-02 Beiblatt 2 |
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Wärmebrücken - Planungs- und
Ausführungsbeispiele
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DIN 4108-03 |
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 3: Klimabedingter
Feuchteschutz - Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und
Ausführung
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DIN 4108-04 |
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 4: Wärme- und
feuchteschutztechnische Bemessungswerte
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DIN EN ISO 10211 |
Wärmebrücken im Hochbau - Wärmeströme und Oberflächentemperaturen - Detaillierte Berechnungen |
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DIN EN ISO 10077-1 |
Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen - Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten - Teil 1: Allgemeines |
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DIN EN ISO 10077-2 |
Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen - Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten - Teil 2: Numerisches Verfahren für Rahmen |
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DIN EN ISO 13370 |
Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden - Wärmeübertragung über das Erdreich - Berechnungsverfahren |
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DIN 4108-07 |
Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden - Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele |
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DIN EN ISO 10456 |
Baustoffe und Bauprodukte - Wärme- und feuchtetechnische Eigenschaften - Tabellierte Bemessungswerte und Verfahren zur Bestimmung der wärmeschutztechnischen Nenn- und Bemessungswerte |
Ergänzend zu den oben aufgeführten Normungen gilt im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben grundsätzlich die aktuelle Fassung der Energieeinsparverordnung EnEV 2014. Bei Gebäuden sind gemäß § 7 Bauteile, die gegen Außenluft, das Erdreich oder Gebäudeteile mit wesentlich niedrigeren Innentemperaturen abgrenzen so auszuführen, dass die Anforderungen an den Mindestwärmeschutz und somit auch der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken im Hinblick auf Energieeinsparung sowie Schadensvermeidung eingehalten werden.
Arten von Wärmebrücken & Beispiele
Grundsätzlich werden folgende Arten von Wärmebrücken unterschieden:
Konstruktive und stoffbedingte Wärmebrücken
Besteht ein Bauteil in nebeneinander liegenden Bereichen aus Baustoffen mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten, so treten an den Übergängen zwischen den Bereichen Wärmebrücken auf. Dieser Effekt tritt auch auf, wenn in beiden Bereichen derselbe U-Wert vorliegt. Beispiele in der Praxis sind hier Sparren-/Gefachbereiche im Steildach, eine Stahlbetonstütze in einer Mauerwerks-Außenwand oder eine einbindende Geschossdecke.
Geometrische und formbedingte Wärmebrücken
Weicht ein Bauteil von der ebenen Form (z.B. Platte, Scheibe) ab, so entstehen an den geometrischen Diskontinuitäten (z.B. Ecken, Kanten) Wärmebrücken. Der Einfluss dieser Wärmebrücken ist dabei abhängig von dem Verhältnis zwischen wärmezuführender Innenoberfläche und wärmeabführender Außenoberfläche im Bereich der Wärmebrücke. Im ungünstigsten Fall steht einer großen Fläche auf der Bauteilaußenseite im Bereich der Wärmebrücke eine kleine Fläche auf der Bauteilinnenseite gegenüber (Kühlrippeneffekt). Dies ist insbesondere dort der Fall, wo ein dreidimensionaler Bauteilanschluss vorliegt.
Mischformen und sonstige Arten von Wärmebrücken
Bei einer Mischform treten beide Phänomene zusammen auf. Beispiele hierfür sind Au- ßenwanddurchdringungen bei Balkonplatten oder Deckendurchdringungen von Stützen. Weiterhin werden in der Literatur bisweilen auch lüftungsbedingte Wärmebrücken (Wärmeverluste an Undichtigkeiten in der Gebäudehülle) und umgebungsbedingte Wärmebrücken (Wärmeverluste an Stellen mit einer erhöhten Umgebungstemperatur) genannt. Im Sinne der DIN EN ISO 10211-1 werden diese Arten aufgrund fehlender, typischer Merkmale aber nicht als solche gewertet.
Berechnung & Simulation
Prinzip von Wärmebrückenberechnungen
Die Grundlage für eine rechnerische Untersuchung von Wärmebrücken bilden allgemein die DIN EN ISO 10211-1 sowie zusätzlich für linienförmige Wärmebrücken die DIN EN ISO 10211-2. Um Wärmeströme einer beliebigen Konstruktion zu berechnen und darzustellen gibt es grundsätzlich zwei numerische Verfahren, mit denen die Software-Programme arbeiten:
- FEM - Finite-Elemente-Methode
- FDM - Finite-Differenzen-Methode
Die verschiedenen Software-Hersteller nutzen größtenteils die FEM-Methode. Der Vorteil zeigt sich bei der Berechnung von schrägen Konstruktionen. Während die Die FDM-Methode "nur" rechteckige Felder berechnen kann, ist die FEM-Methode in der Lage, auch schräg verlaufende Bauteilflächen zu berechnen. Insbesondere bei komplexen Bauteilen wie z.B. Fensterprofilen oder Anschlussdetails bei Dachschrägen kann sich sich die FEM-Methode als die zeitlich günstigere Methode erweisen.
Das Ergebnis der Simulation hängt bei beiden Verfahren im Wesentlichen von der korrekten Wahl der Randparameter, der gewählten Netzdichte sowie der korrekten Eingabe der Bauteilgeometrien ab. Entscheidend sind hierbei konkret:
- Fehlerfreie Eingabe der Bauteilgeometrie: Schon 1mm Luftspalt kann zu erheblichen Verfälschungen führen.
- Wärmeübergangswiderstände: Insbesondere bei schlecht gedämmten Konstruktionen beeinflusst die korrekte Wahl das Ergebnis in erheblichem Maße. abgehängte Decken, Möblierung, Wand-/Deckenheizungen oder ähnliche nicht normative bauliche Randbedingungen sind ingenieurtechnisch zu berücksichtigen.
- Wärmeleitfähigkeit: Die wohl wichtigste Eigenschaft, insbesondere bei Wärmedämmstoffen. So können sich z.B. schlanke Dämmungen mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit bei der Berechnung von Ψ-Werten eines Fensteranschlusses aufgrund niedriger Isothermen-Verschiebung sehr positiv auswirken.
- Temperauren θi & θe: Grundsätzlich sind beim Nachweis des hygienischen Mindestwärmeschutzes die normativen Randbedingungen θi = 20°C; θe = -5°C maßgebend. Dennoch macht es bei insbesondere bei abweichenden Raumnutzungen Sinn, θi anzupassen (z.B. Schwimmbad). Weiterhin sollte θe beispielsweise bei der Auslegung von Heizbändern aufgrund der Betrachtung eines Worst Case-Szenario auf θe = -10°C ausgelegt werden.
- Relative Feuchte der Umgebungsluft Φi: Analog zur Temperatur sollte die relative Feuchte bei Abweichungen in der Raumnutzung angepasst werden. Sind aufgrund der bestimmungsgemäßen Nutzung erhöhte Feuchtelasten zu erwarten, sollten diese im Rahmen von Variantenbetrachtungen berücksichtigt werden.
Als Ergebnis einer Wärmebrückenberechnung erhält man in der einschlägigen Software den Isothermenverlauf mit farblicher Darstellung der Temperaturverteilung, den kältesten Punkt an der Innenoberfläche der Konstruktion sowie bei Bedarf Ψ- & χ-Werte.
Berechnung Temperaturfaktor fRsi
Gemäß DIN 4108-02 wird zur Beurteilung der wärmeschutztechnischen Qualität von Bauteilkonstruktionen und zur Einstufung einer möglichen Gefahr durch Schimmelpilzbildung der Temperaturfaktor fRsi herangezogen. Dieser wird wie folgt ermittelt:
fRsi Temperaturkorrekturfaktor
θsi Temperatur an der Bauteiloberfläche innen
θi Temperatur innen
θe Temperatur außen
Zur Vermeidung von Schimmelpilzbildung ist gemäß DIN 4108-02 die Bedingung fRsi ≥ 0,7 an jedem Punkt auf der Innenoberfläche einzuhalten. Hierbei gilt es zu beachten, dass dieser Grenzwert jedoch nur für Berechnungen unter Berücksichtigung der normativen Randbedingungen (θi = 20°C; θe = -5°C und Φi = 50 %) herangezogen werden kann. Ändert sich beispielsweise die relative Feuchte auf Φi = 60 %, erhöht sich der maximale Temperaturfaktor auf fRsi ≥ 0,81. Einfacher und praktikabler ausgedrückt, ist zur Sicherstellung eines hygienisch erforderlichen Mindestwärmeschutzes unter den normativen Randbedingungen gem. DIN 4108-02 an jedem Punkt der Innenoberfläche θsi ≥ 12,6 °C einzuhalten.
Berechnung längenbezogener Wärmedurchgangskoeffzient (Ψ-Wert)
Der Ψ-Wert in [W/m*K] beschreibt den zusätzlichen Transmissionswärmeverlust einer linienförmigen Wärmebrücke. Er stellt die Differenz zwischen dem Wärmeverlust des gestörten (z.B. Fensteranschluss) Bereiches einer Schichtenfolge und dem Wärmeverlust dar, der bei einer gleich großen ungestörten Fläche auftreten würde.
Grundsätzlich gilt, je kleiner der Ψ-Wert, umso geringer ist der zusätzliche, durch die Wärmebrücke pro laufenden Meter verursachte Energieverlust. Er findet seine primäre Anwendung bei der Berechnung des detaillierten Wärmebrückennachweises im Rahmen von energetischen Bilanzierungen. Folgende Rechengrößen sind im Rahmen der Ψ-Wert-Berechnung zu bestimmen:
thermischer Leitwert
L2D in [W/m*K]
Der thermische Leitwert beschreibt den Wärmeverlust im Wärmebrückenbereich einer zweidimensionalen Wärmebrücke. Er wird durch zuvor definierte, geometrische & stoffbedingte Vorgaben bestimmt.
U-Werte der ungestörten Bauteilschichten
U in [W/m²*K]
Um eine Korrektur der Wärmeverluste aufgrund von Anschlusssituationen vorzunehmen, werden die U-Werte der angrenzenden, ungestörten Bauteilschichten benötigt. Je nach Konstruktion können auch mehr als zwei U-Werte erforderlich sein. Komplexe Bauteile wie z.B. Fensterrahmen können gem. DIN 4108-02 mit einem äquivalenten λ-Wert als Paneel gerechnet werden.
Längen der Bauteile im Modell
l in [m]
Um den Wärmeverlust einer Wärmebrücke bestimmen zu können, ist es notwendig, die entsprechende Einflusslänge der beteiligten Bauteile zu bestimmen. Hier gilt es analog zur energetischen
Bilanzierung den Außenmaßbezug zu verwenden. Die korrekte Bestimmung der Einflusslängen ist der DIN 4108-02 Beiblatt 2 zu entnehmen.
Der Ψ-Wert einer Bauteilkonstruktion errechnet sich wie folgt:
Am Beispiel einer Außenwandecke (vgl. Grafik) kann die Berechnung verdeutlicht werden. Angenommen der thermische Leitwert der abgebildeten Konstruktion beträgt als Ergebnis der Isothermenberechnung 1,03 W/m*K bei identischen U-Werten (U1/U2) von 0,306 W/m²*K und Einflusslängen (l1/l2) von 1,86 m:
Wie bei diesem Beispiel zu erkennen ist, können für Ψ auch negative Werte herauskommen. Dies hängt damit zusammen, ob innenmaßbezogen oder außenmaßbezogen gerechnet wird. Bei außenmaßbezogener Berechnung erfolgt bei einigen Wärmebrücken (klassisch hier die Außenwandecke) eine Überschätzung des Wärmeverlustes im ungestörten Bereich.
Grundsätzlich können folgende Aussagen im Rahmen von Ψ-Wert-Berechnungen getroffen werden:
- Bei Konstruktionen mit hochwärmegedämmten Bauteilschichten, jedoch thermisch schlechter Detailausbildung ergibt sich eine große Differenz und somit ein hoher Ψ-Wert. Aber: Der gesamte Wärmeverlust bleibt infolge des gut gedämmten Regelquerschnittes gering.
- Bei schlecht gedämmten Regelquerschnitten ergeben sich insgesamt so hohe Transmissionswärmeverluste, dass die Qualität der Detailausbildung aus energetischer Sicht nur einen geringen Stellenwert einnimmt. Somit ergibt sich bei solchen Konstruktionen ein eher kleiner Ψ-Wert. Gleichwohl kann die "Hebelwirkung" einer detaillierten Berechnung von Ψ-Werten im Rahmen von energetischen Bilanzierungen aufgrund der teils deutlich niedrigeren Wärmebrückenzuschläge enorm sein.
- Dämmschichten, die auch in den Anschlussbereichen weitergeführt werden, wirken sich sowohl auf den Gesamtwärmeverlust als auch auf den Wärmeverlust über die Wärmebrücke positiv aus (kleinere Werte).
Berechnung Wärmebrückenzuschlag ΔUWB
Die Berechnung des Wärmebrückenzuschlages ΔUWB im Rahmen von energetischen Bianzierungen (EnEV-Nachweis/Energieausweise/KfW) erfolgt auf Basis der errechneten Ψ-Werte (vgl. oben) von den maßgeblichen Detailausbildungen des betrachteten Gebäudes. Er kann sich unabhängig von der Größe des Gebäudes je nach Komplexität der Baukonstruktion aus bis zu 30 verschiedenen Wärmebrückensimulationen zusammensetzen.
Welche Wärmebrücken im Rahmen der detaillierten Berechnung berücksichtigt werden müssen und welche vernachlässigt werden können, hängt stark vom jeweiligen Gebäude ab. Entscheidend ist hier ein maßgeblicher Einfluss der Anschlusssituation auf den Gesamt-Transmissionswärmeverlust des Gebäudes. So macht es beispielsweise wenig Sinn, die Detailausbildungen einer Hauseingangstür zu simulieren, da die kurzen Einflusslängen der Wärmebrücken hier zu einem sehr geringen Anteil am Gesamt-Transmissionswärmeverlust führen. Grundsätzlich gilt folgende Orientierung:
Zu berücksichtigende Wärmebrücken
- Gebäudekanten- bzw. Anschlüsse (z.B. Traufe, Ortgang, Bodenplatte zur aufgehenden Außenwand)
- Grundsätzlich alle Laibungen, Stürze & Brüstungen bei Fenster- & Fenstertüren
- Einbindende Decken- & Wandkonstruktionen
- Auskragende Bauteile (z.B. Balkonplatten)
Vernachlässigbare Wärmebrücken
- Anschlüsse zwischen gleichartigen Konstruktionen (z.B. Außenwandecke)
- Vereinzelt auftretende Türanschlüsse
- Einbindende Decken- & Wandkonstruktionen sofern außen eine durchgehende Dämmschicht appliziert ist
- punktförmige Wärmebrücken (z.B. Befestigungen für Fallrohre)
Wie im vorherigen Abschnitt bereits erläutert, können bei der Berechnung von Ψ-Werten, insbesondere bei Außenwandecken, auch negative Ergebnisse herauskommen. Da bei der Berechnung von ΔUWB der Grundsatz "je kleiner desto besser" gilt, sollten auch vermeintlich vernachlässigbare Wärmebrücken stets beachtet werden um einen möglichst kleinen Wärmebrückenzuschlag zu erzielen. Im Sinne der DIN 4108-02 in Verbindung mit der EnEV ist diese Vorgehensweise erlaubt. Konkret errechnet sich der Wärmebrückenzuschlag ΔUWB in (W/m²*K) wie folgt:
Wobei Fx den entsprechenden Temperaturkorrekturfaktor (z.B. zu unbeheizten Räumen, AW an Erdreich, etc.) darstellt und AT die gesamte, wärmeübertragende Umfassungsfläche des betrachteten Gebäudes.
Warum diesen großen Aufwand betreiben?
Kurz gesagt: Weil es sich lohnt! Unsere Erfahrung im Rahmen von EnEV-Nachweisen oder KfW-Begleitungen zeigt, dass sich ein detaillierter Nachweis unabhängig vom Nutzungsprofil oder Größe eines Gebäudes ökonomisch lohnt. Vor allem dann, wenn er kostengünstig erstellt wird.
Betrachtet man exemplarisch den Transmissionswärmeverlust eines beliebigen Gebäudes, wird schnell klar, das bei Dämmstoffdicken d ≥ 160 mm (bei λ < 0,035 W/m*K) an Außenwand, Dach und Keller, kein nennenswerter Einspareffekt mehr zu verzeichnen ist. Die Grenze einer sinnvollen Dämmstoffdicke bei konventionellen Dämmstoffen kann in Abhängigkeit des Anwendungsgebietes und der Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von d = 160 - 220 mm angegeben werden. Weiterhin sprechen häufig architektonische und/oder konstruktive Bedingungen gegen Dämmschichtdicken d ≥ 160 mm.
Bei der energetischen Bilanzierung gem. EnEV in Verbindung mit der einschlägigen Normung (insb. DIN V 18599) können verschiedene Wärmebrückenzuschläge gewählt werden. Die nachfolgende Übersicht zeigt die enorme Hebelwirkung von detaillierten Wärmbrückennachweisen bei der Berechnung des Gesamt-Transmissionwärmeverlustes HT:
Pauschal - ohne Nachweisführung:
ΔUWB = 0,10 W/m²*K
höchster Zuschlag auf HT
Gleichwertigkeitsnachweis gem. DIN 4108:
ΔUWB = 0,05 W/m²*K
Reduzierung Zuschlag: 50%
Detaillierte Berechnung:
ΔUWB ≤ 0,05 W/m²*K
Reduzierung Zuschlag: bis zu 100%
In der Praxis kann eine detaillierte Wärmebrückenberechnung den berechneten Transmissionswärmverlust im Rahmen energetischer Bilanzierungen häufig um bis zu 25% reduzieren. Ob als "Notnagel" bei Wärmeschutznachweisen, Korrektur überschätzter Wärmeverluste oder zur Erreichung von KfW-Effizienzhausstandards: Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie!
Berechnung punktbezogener Wärmedurchgangskoeffzient (χ-Wert)
Analog zur Bestimmung des Ψ-Wertes bei linienförmigen Wärmebrücken (vgl. oben), kann auch mit Hilfe des thermischen Leitwertes eine Berechnung des χ-Wertes erfolgen. Hier ist jedoch eine dreidimensionale Wärmebrückensimulation notwendig, die als Ergebnis den thermischen Leitwert L3D zur Folge hat. χ errechnet sich somit wie folgt:
Der χ-Wert (Chi) wird primär im Rahmen von Wärmebrückenzuschlägen verwendet. Im Nachfolgenden therm-blog >> Beitrag wird das Thema "Wärmebrückenzuschlag bei Fassadensystemen" näher erläutert.
Worum geht's?
- Einfluss von Anker- & Konsolsystemen bei VHF oder zweischaligen Außenwänden auf U-Wert-Berechnung wird häufig vollkommen unterschätzt oder gar ignoriert
- Die Korrektur des Wärmedurchgangskoeffizienten – Δuf kann je nach Befestigungselement bis zu + 50% betragen
- Das Problem: Nachweis Transmissionswärmeverlust (U-Wert, H‘T & Umax) selbst bei dicken Dämmschichten nicht mehr eingehalten
Der therm-blog >> Beitrag, welcher als Youtube-Video für unsere blog-Abonnenten verfügbar ist, schließt auf folgendes Fazit im Rahmen der Ermittlung des U-Wertes und der Berücksichtigung des Wärmebrückenzuschlages bei Fassadensystemen:
- z.T. enorme Auswirkungen durch Befestigungssysteme auf U-Wert – selbst bei „einfachen“ Fassaden!
- Einfluss von punktförmigen Wärmebrücken ist zwangsläufig zu berechnen & beachten
- Anzahl der verbauten Befestigungselemente bezogen auf die relevante Bauteilschicht muss bekannt sein
- Im Rahmen der Planung sollte immer ein Sicherheitszuschlag - bezogen auf die Anzahl der Befestigungselemente - gewählt werden (Anzahl Anker „aufrunden“)
- zur Reduzierung der Wärmebrückenverluste ist eine thermische Trennung oder Manschettensystem zu wählen
Wärmebrückennachweise
Die quantitative Bestimmung der Wärmebrückenwirkungen, die zur Führung normativer Nachweise erforderlich sind, können auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Grundsätzlich ist die Bestimmungssystematik abhängig von der Art der Nachweisführung. Grundsätzlich kann im Rahmen von Wärmebrückennachweisen folgende Differenzierung erfolgen:
- Einhaltung des Mindestwärmeschutzes gemäß DIN 4108-02 zur Sicherstellung schadensfreier Konstruktionen
- Wärmbrückenberechnungen zur Bestimmung von exakten Wärmeverlusten an der thermischen Gebäudehülle (insb. Anschlusssituationen)
Die nachfolgende Tabelle gibt einen kompakten Überblick, welches Verfahren bei welcher Zielsetzung angewendet wird:
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Zielsetzung: |
geforderter Wärmebrückennachweis: |
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1 |
Bestimmung der minimalen Oberflächentemperatur an Bauteiloberflächen zur Bewertung des Tauwasserausfallrisikos und zur Vermeidung von Schimmelpilzbefall |
Bestimmung des Temperaturfaktors fRsi (2D & 3D-Simulationen) gem. DIN EN ISO 10211 i.V. mit DIN 4108-02 |
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2 |
Ansatz eines verminderten Wärmebrückenzuschlages ∆UWB = 0,05 W/m²K auf die Transmissionswärmeverluste im Rahmen von energetischen Bilanzierungen |
Gleichwertigkeitsnachweis gem. DIN 4108-02 Beiblatt 2 |
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3 |
Ansatz eines verminderten Wärmebrückenzuschlages ∆UWB < 0,05 W/m²K auf die Transmissionswärmeverluste im Rahmen von energetischen Bilanzierungen |
Bestimmung der längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten (Ψ-Wert) Psi mit Hilfe einer zweidimensionalen Simulation |
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4 |
Ansatz eines verminderten Wärmebrückenzuschlages ∆UWB > 0,025 < 0,035 W/m²K auf die Transmissionswärmeverluste im Rahmen von KfW-Nachweisen – (KfW-Wärmebrückenkurzverfahren) |
Anwendung des KfW-Wärmebrücken-Kurzverfahrens unter Berücksichtigung der Gebäudeanforderungen & Einhaltung der KfW-Wärmebrückenempfehlungen |
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5 |
Bestimmung des zusätzlichen Wärmeverlustes von punktförmigen Wärmebrücken (z.B. Befestigungselemente in einer VHF) als Zuschlag auf einen Wärmedurchgangskoeffizienten |
Bestimmung des punktbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten (χ-Wert) Chi durch eine dreidimensionale Simulation |
Wärmebrückenkataloge
Um z.B. eine Gleichwertigkeit einer bestimmten Wärmebrücke vergleichen zu können, gibt es diverse Wärmebrückenkataloge von verschiedenen Anbietern. Häufig werden Wärmebrückenkataloge durch Unternehmen oder industrielle Berufsverbände zur Verfügung gestellt, die dann insbesondere für spezielle Bauarten (z.B. Massivbauweise mit KS-Mauerwerk) entsprechende Details vorhalten.
Warum Wärmebrückenkataloge?
Im Rahmen von Neubauvorhaben kann eine Berücksichtigung der aufgeführten Details dieser Kataloge in einer frühen Leistungsphase sinnvoll sein um im laufenden Planungsprozess eine wärmebrückenminimierte Baukonstruktion realisieren zu können. Nachfolgend sind die umfangreichsten Wärmebrückenkataloge aufgeführt:
- XELLA Wärmebrückenkatalog - typische Konstruktionen für den Holzbau & Modernisierung https://www.ytong-silka.de/software.php
- KS-ORIGINAL KALKSANDSTEIN Wärmebrückenkatalog - umfangreiche Detailsammlung für den Massivbau mit Kalksandstein-Mauerwerk https://www.ks-original.de/de/downloads/ks-waermebrueckenkatalog
- InformationszentrumZentrum Beton GmbH - interaktiver Wärmebrückenkatalog für den Betonbau https://planungsatlas-hochbau.de/waermeschutz
- UNIPOR Ziegel Marketing GmbH - Wärmebrückenkatalog für Passivhäuser bei monolithischen Wandsystemen https://www.unipor.de/waermebrueckenkatalog
- KfW-Wärmebrückenkatalog - zur Anwendung des KfW-Wärmebrückenkurzverfahrens https://www.kfw.de/partner/KfW-Partnerportal/Architekten-Bauingenieure-Energieberater/Arbeitshilfen-Service
- Bundesamt Energie BFE (Schweiz) - Publikation Wärmebrückenkatalog im Hochbau (inkl. ausgewählter χ-Werte) http://www.bfe.admin.ch/dokumentation/publikationen/index
therm-ings
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