Sachverständigenbüro Matthias Kanitz


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Baulicher Wärmeschutz

Sachgebiete > Bauphysik

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Im Sachgebiet
Bauphysik werden Probleme aus den Bereichen Wärmeschutz, Feuchteschutz, Schallschutz und Brandschutz behandelt.

Im Folgenden wird auf einige Begriffe eingegangen:

Baulicher Wärmeschutz
Der Begriff des baulichen Wärmeschutzes beinhaltet alle Maßnahmen, die auf baukonstruktiver und planerischer Seite zu einer Begrenzung des Wärmetransports durch die wärmeübertragenden Umfassungsflächen führen. Dabei sind unter dem Begriff der "wärmeübertragenden Umfassungsflächen" diejenigen Bauteile zu verstehen, die einem Temperaturgefälle ausgesetzt sind. Dies sind insbesondere Außenbauteile sowie Bauteile in zu niedrig oder nicht geheizten Gebäudeteilen.

Die Ziele des baulichen Wärmeschutzes liegen in

  • Bereitstellung eines gesunden Wohnklimas für den Nutzer - damit sind einerseits die Gewährleistung einer behaglichen Temperaturverteilung im Raum (möglichst geringe Differenzen zwischen den Oberflächentemperaturen der raumumschließenden Bauteile auf der Innenseite und der Raumluft) und andererseits hygienische Luftbedingungen (zur Vermeidung von Schimmelpilzen an den Wandoberflächen und damit auch in der Raumluft durch ausreichend hohe Innenoberflächentemperaturen) gemeint


  • Schutz der Baukonstruktion vor Feuchteschäden - damit sind alle Gesichtspunkte des Schutzes gegen Wasser in flüssiger Form (also Schlagregen, Tauwasser im Bauteilinneren sowie auf der Oberfläche, Stauwasser etc.) gemeint, die die Baukonstruktion schädigen und ihre wärmeschutztechnischen Eigenschaften und/oder die raumklimatischen Eigenschaften verschlechtern können


  • Einsparung der Primärenergie, die für die ordnungsgemäße Nutzung eines Gebäudes erforderlich wird. Damit soll die kostengünstige Verfügbarkeit und das Ausmaß der Nutzung der nutzbaren und nicht regenerativen Primärenergieträger wie Öl, Gas und Kohle vergrößert werden. Ebenso soll die Belastung der Atmosphäre mit Schadstoffen (hier vor allem Kohlendioxid CO2 zur Verlangsamung des Treibhauseffekts) reduziert werden.


Die Grundlage für die Gewährleistung eines ausreichenden baulichen Wärmeschutzes (bauordnungsrechtlicher Wärmeschutz) bilden die länderspezifischen Regelungen der Landesbauordnungen. Stellvertretend für die unterschiedlichen deutschen Landesbauordnungen formuliert die Musterbauordnung - MBO in § 15 (1):

  • "Gebäude müssen einen ihrer Nutzung und den klimatischen Verhältnissen entsprechenden Wärmeschutz haben."


Dazu werden als bautechnische Bestimmungen die Normengruppe der DIN 4108 (Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden) für den baulichen Mindestwärmeschutz sowie den Nachweis der feuchteschutztechnischen Mindestanforderungen im Wohnungsbau (s.o.) und für den Nachweis des energiesparenden Wärmeschutzes im Wohnungs- und Nichtwohnungsbau die jeweils gültige Energieeinsparverordnung - EnEV auf der Basis der vierten Novellierung des Energieeinsparungsgesetz (EnEG 2013 -gilt seit 13. Juli 2013) Das Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäuden wurde zum vierten Mal geändert und ist im Zusammenhang mit der gültigen EnEV zu beachten. Das EnEG formuliert in § 1 (Energiesparender Wärmeschutz bei zu errichtenden Gebäuden) die Anforderungen wie folgt:

  • (1) Wer ein Gebäude errichtet, das seiner Zweckbestimmung nach beheizt oder gekühlt werden muss, hat, um Energie zu sparen, den Wärmeschutz nach Maßgabe der nach Absatz 2 zu erlassenden Rechtsverordnung so zu entwerfen und auszuführen, dass beim Heizen und Kühlen vermeidbare Energieverluste unterbleiben.
  • (2) Die Bundesregierung wird ermächtigt, durch Rechtsverordnung mit Zustimmung des Bundesrates Anforderungen an den Wärmeschutz von Gebäuden und ihren Bauteilen festzusetzen. Die Anforderungen können sich auf die Begrenzung des Wärmedurchgangs sowie der Lüftungswärmeverluste und auf ausreichende raumklimatische Verhältnisse beziehen. Bei der Begrenzung des Wärmedurchgangs ist der gesamte Einfluss der die beheizten oder gekühlten Räume nach außen und zum Erdreich abgrenzenden sowie derjenigen Bauteile zu berücksichtigen, die diese Räume gegen Räume abweichender Temperatur abgrenzen. Bei der Begrenzung von Lüftungswärmeverlusten ist der gesamte Einfluss der Lüftungseinrichtungen, der Dichtheit von Fenstern und Türen sowie der Fugen zwischen einzelnen Bauteilen zu berücksichtigen.
  • (3) Soweit andere Rechtsvorschriften höhere Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz stellen, bleiben sie unberührt.


Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit ist ein materialspezifischer Kennwert, der für den trockenen Baustoff (Praxiswert) angegeben wird. Die Leitfähigkeit eines Baustoffes wird in W/(mK) angegeben. Wärmeleitfähigkeit ist die Wärmemenge, die in einer Sekunde durch 1 m² einer 1 m dicken Schicht eines Stoffes geleitet wird, wenn der Temperaturunterschied der beiden Oberflächen der Schichten konstant 1 K beträgt. Jeder Stoff bzw. Baustoff besitzt somit einen eigenen spezifischen Wert, um wärmetechnische Berechungen durchführen zu können. Je nachdem, wie der molekulare Aufbau eines Stoffes ist und wie hoch der Luftporengehalt (Rohdichte) des Stoffes ist, ergibt sich der Wert für die Wärmeleitfähigkeit.

Durch die Wärmeleitfähigkeit eines Baustoffes und der vorhandenen Dicke des Baustoffs lässt sich der sogenannte Wärmedurchgangskoeffizient bestimmen. Der Wärmedurchgangskoeffizient ist dabei das Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zur Schichtdicke und wird mit Lambda
bezeichnet.

Je kleiner der Lambda-Wert ist, umso schlechter wird Wärme weitergeleitet und umso besser ist die Wärmedämmung daraus hergestellter Konstruktionen. Baustoffe werden in Abhängigkeit ihrer Wärmeleitfähigkeit in Wärmeleitfähigkeitsgruppen (WLG 030, 040 usw.) eingeteilt. Bei gleicher Schichtdicke ist der Baustoff mit einem kleinerem Lambda-Wert vorzuziehen. Da Feuchtigkeit die Wärme gut leitet, ist die Wärmeleitfähigkeit in hohem Maße vom Feuchtegehalt und dem Entfeuchtungsverhalten (Adsorption und Desorption) der Baustoffe abhängig. Die Rechenwerte der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Stoffe sind der DIN 4108 zu entnehmen, ergänzende Werte dem Bundesanzeiger. Unabhängig von der Einbaudicke oder Einbauart beschreibt dieser Wert, wie gut oder schlecht ein Material Wärme weiterleitet. Ein Dämmstoff, also ein schlecht wärmeleitender Stoff, hat demnach eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, Metall oder Beton dagegen eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Der Feuchtegehalt (Wassergehalt) eines Baustoffes ist abhängig vom Material, der Struktur, der Temperatur und der den Baustoff umgebenden Luftfeuchtigkeit. Er kann auf das Trockengewicht (massebezogen, M%) oder auf das Volumen (volumenbezogen, Vol%) des Baustoffes bezogen werden. In der Praxis stellt sich unter üblichen Umgebungsbedingungen die Gleichgewichtsfeuchte (Bezugsfeuchte,Ausgleichsfeuchte) ein.


Wärmedurchgangskoeffizient
Der Wärmedurchgangskoeffizient (W/m²K) ist der Wärmestrom (Wärmeenergie pro Zeiteinheit) der durch 1 m² einer Schicht der Dicke s in [m] hindurchgelassen wird, wenn der Temperaturunterschied zwischen den Oberflächen 1 K beträgt.

Wärmedurchlaßwiderstand
Da Bauteile meistens aus mehreren Schichten und Baustoffen bestehen, muss man den Wärmeverlust durch die Summe der Widerstände bestimmen, die jeder einzelne Baustoff liefert. Hierfür wird der Kehrwert des Wärmedurchlaßkoeffizienten gebildet, der sogenannte Wärmedurchlaßwiderstand 1 /


Wärmeübergangskoeffizient
Auch Luftschichten leisten einen Beitrag zur Wärmedämmung. Diese Werte sind jedoch schwer zu erfassen, da sie von der Strahlung bzw. Oberflächenfarbe des Stoffes und auch z.B. von der Struktur des Stoffes abhängig sind. Deshalb wurden für die wärmetechnischen Berechnungen einheitliche spezielle Werte für Innen bzw. Aussen festgelegt.

Wärmedurchgangskoeffizient und U-Wert
Die Summe der Wärmedurchlaßwiderstände der Baustoffe und der Wärmeübergangswiderstände der Luftschichten ergibt den Wärmedurchgangswiderstand des gesamten Bauteils. Der Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes ergibt den Wärmestrom in W pro Stunde, der pro m² bei 1 K Temperaturdifferenz ein Bauteil durchquert.
Dieser Wert ist der kennzeichnende Wert für den baulichen Wärmeschutz. Die Bezeichnung für diesen Wärmedurchgangskoeffizienten ist der U-Wert (früher k-Wert).

Wärmebrücken
Es werden ausführungsbedingte, geometrische und stoffliche oder konstruktionsbedingte Wärmebrücken unterschieden.

  • ausführungsbedingte Wärmebrücken: Außenwandanschlüsse der Fenster werden mit fehlender oder unzureichender Dämmung ausgeführt, mangelnde Winddichtheit der Dampfbremse in Dächern u.ä.
  • geometrische Wärmebrücken: Die wärmeaufnehmende Innenoberfläche ist größer als die wärmeabgebende Aussenoberfläche (beispielsweise bei Außenecken)
  • stoffliche Wärmebrücken: Wenn sich Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten nebeneinander liegend oder gegenseitig durchdringen. (beispielsweise im Holzbau Schwellen oder Rähme in der Dämmschicht, aussteifende Stahlstützen im Mauerwerk, auskragende Balkonplatten usw.)


In der kalten Jahreszeit kommt es an Wärmebrücken von Gebäuden zu lokalen Temperaturabsenkungen. Kühlt ein Bauteil unter die Taupunkttemperatur ab, entsteht dort Tauwasser. Als Folge der lokalen Unterschreitungen der Taupunkttemperatur der Luft kann dann Schimmelpilzbildung auftreten. Dazu muss kein Wasser in flüssiger Form vorliegen. Es reicht aus, wenn an der Materialoberfläche eine relative Luftfeuchtigkeit von 80% über einen Zeitraum von 5 Tagen vorliegt.
Mittels Computerprogrammen können die minimalen Oberflächentemperatur auf der warmen Seite einer Außenwand nachgewiesen werden. Für Bestandsbauten ist es jedoch oftmals kritisch die entsprechenden Materialangaben zu erhalten. Liegt die kritische Oberflächentemperatur nicht unter 12,6°C, ist im Regelfall nicht mit Schimmelpilzbildung zu rechnen.
Für die Durchführung eines detaillierten Wärmebrückennachweises nach der DIN 4108-6 ist eine nachvollziehbare Darstellung der Berechnung unverzichtbar.
(Quelle: dena Leitfaden Wärmebrückenwirkung in der Bestandssanierung)
Folgende Inhalte sollte diese Dokumentation mindestens beinhalten:

  • Gebäudepläne mit Bemaßung
  • Auflistung und Längenaufmaß der Wärmebrücken
  • Bildliche Darstellung der relevanten Details
  • U-Werte und Konstruktionsbeschreibung der Flächenbauteile
  • Quellenangabe, auf welcher Grundlage die einzelnen Y-Werte ermittelt sind
  • Zusammenfassung der Wärmebrückenverluste


Untersuchungen zeigen, dass Wärmebrücken bei hoch gedämmten Konstruktionen einen Anteil über 20 % an den Energieverlusten erreichen können.
Kritische Bauteile sind besonders:

  • auskragende Balkonplatten
  • einbindende Deckenplatten
  • Fensterlaibungen, um nur einige zu nennen.



Baulicher Wärmeschutz nach EnEV
Die Verschärfung der Wärmeschutzanforderungen in den letzten 25 Jahren hat das Bauen nachhaltig verändert. Gebäude sind nach der geltenden EnEV so auszuführen, dass der Jahres-Primärenergiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung und Kühlung den Wert eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie und Nutzfläche nicht überschreitet. Die Energieeinsparverordnung ist ein Gesetz und damit - im Gegensatz zu DIN Normen - verbindlich anzuwenden. Der Geltungsbereich erstreckt sich von Wohngebäuden über Bürogebäuden bis zu Industriegebäuden. Es gibt allerdings auch Ausnahmen, die in der EnEV beschrieben sind.
Aktuelle Auslegungen der geltenden Energieeinsparverordnung (EnEV) sind auf der Seite des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) verfügbar.

Die Bundesregierung hat am 6. Februar 2013 die vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie vorgelegten Entwürfe zur Änderung des Energieeinsparungsgesetzes und zur Änderung der Energieeinsparverordnung beschlossen.
Im Hinblick auf die Einführung des Niedrigstenergiestandards für Neubauten soll die
Gesetzesänderung auch das Energiekonzept der Bundesregierung vom 28. September
2010 sowie den Energiewendebeschluss vom 6. Juni 2011 umsetzen (Einführung klimaneutraler
Neubauten ab 2020).


Von der Kreditanstalt für Wiederaufbau werden energiesparende Bauweisen, die über das gesetzlich geforderte Mindestmaß hinausgehen gefördert. Durch die Maßnahmen werden jedes Jahr rund vier MillionenTonnen des klimaschädlichen Kohlendioxids eingespart. Mehr zu diesem Thema finden Sie unter im Internet auf der Seite der KfW Bank.

Lüftungswärmeverluste
Von erheblichem Einfluss auf den Energieverbrauch bei Niedrigenergiehäusern ist die Luftwechselrate. Die wärmeübertragenden Umfassungsflächen einschließlich der Fugen sind dauerhaft luftundurchlässig herzustellen. (Mauerwerk, Betonfertigteile, Fenster usw.) Daraus stellt sich die Frage, ob der natürliche Luftwechsel über die Fugenundichtigkeiten bspw. von Fenstern ausreicht. Die Bauordnungen der Länder fordert allgemein eine "ausreichende Lüftung der Wohn- und Aufenthaltsräume". Unterschieden wird technisch gesehen zwischen freien und ventilatorgestützten Lüftungssystemen. Die Lüftung zur Abführung von nutzungsbedingt entstandener Feuchtigkeit (Kochen, Duschen, Verdunstung usw.) dient vorrangig dem Bautenschutz - vorrangig der Vermeidung von Schimmelbildung.
Konsequenterweise muss bei neu errichteten Gebäuden auf Grund der Dichtigkeit der äußeren Hülle und der arbeitsbedingten Abwesenheit der Nutzer eine nutzerunabhängige Lüftung sichergestellt werden. (Dies gilt natürlich auch für modernisierte Gebäude, bei denen neue, dichte Fenster eingebaut wurden) Genaue Anforderungen an die Berechnung und Ermittlung des Außen- Luftvolumenstromes durch Infiltration sind in der seit Mai 2009 geltenden Fassung der DIN 1946 Teil 6 - Raumlufttechnik - enthalten.

Sommerlicher Wärmeschutz
Die EneV verlangt für Wohngebäude ausdrücklich die Einhaltung des sommerlichen Wärmeschutzes gemäß DIN 4108 Teil 2. Die Erleichterungen in der Vergangenheit, die an den Fensterflächenanteil der Fassaden gebunden waren (30% Regel) sind mit Inkrafttreten der EnEV 2009 ersatzlos gestrichen. Die maximalen Raumtemperaturen haben großen Einfluß auf das Wohlbefinden der Nutzer. Nach DIN 4108-2 sollen bestimmte Sonneneintragskennwerte für kritische Räume oder Raumgruppen nicht überschritten werden. Unter bestimmten Bedingungen kann ein vereinfachtes Nachweisverfahren zur Anwendung kommen. Dies setzt voraus, dass eine bestimmte Grenz-Raumtemperatur in nicht mehr als 10% der Aufenthaltszeit überschritten wird.
Die Einteilung in Bauarten erfolgt durch die Ermittlung der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit des betrachteten Raumes nach DIN 4106 Teil 6. Dabei ist folgende Einstufung vorzunehmen:

  • Leichte Bauart: Gebäude ohne Festlegung der Baukonstruktion, Holzständerkonstruktionen, leichter Dachgeschossausbau, abgehängte Decken
  • Mittlere Bauart: Wohnräume in Gebäuden aus Wärmedämmziegeln und massiver Innenausbau
  • Schwere Bauart: Wohngebäude in Ziegelgebäuden aus Hlz mit ? < 1,0 Kg/dm³ und massivem Innenausbau

Wärmedämmmaterialien, die neben einer geringen Wärmeleitfähigkeit auch eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen, ermöglichen neben einer wirksamen Wärmedämmung im Winter durch die größere Phasenverschiebung auch eine wirksame Verzögerung des Hitzedurchgangs im Sommer.

Phasenverschiebung
Als Phasenverschiebung wird die Zeitspanne bezeichnet, die zwischen dem Auftreten der höchsten Temperatur-amplitude außenseitig und der entsprechenden innenseitigen Temperaturamplitude liegt. Liegen die Werte im Bereich von 9 bis 12 Stunden, kann die Konstruktion einen Teil der Wärme aus der wärmeren Tagesphase speichern und in der kühleren Nachtphase sofort wieder nach außen abgeben, wodurch auf der Innenseite ein angenehmeres Temperaturniveau gehalten werden kann.


Weiter interessante Informationen können auf der Internetseite der Deutschen Energie Agentur (dena) entnommen werden.

Mit Hilfe entsprechender Software können verschiedene Planungsstände bzw. bei einem Ortstermin angetroffene Einbauzustände simuliert werden. Auf den nachfolgenden Bildern wurde der Fensteranschlag eines Wohngebäudes nachgerechnet, bei dem der Anschlag des Rahmens an verschiedenen Stellen positioniert wurde. Als Ergebnis werden der Verlauf der Isothermen dargestellt und es kann überprüft werden, an welcher Stelle in der Konstruktion Tauwasser anfällt.

Infrarot-Thermografie

Die Infrarot-Thermografie beruht auf dem physikalischen Prinzip, dass jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (-273,15°C oder 0°K) eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Zwischen der Oberflächentemperatur eines Körpers und der Zusammensetzung der von ihm ausgesandten Strahlung besteht dabei ein Zusammenhang. Bei einer Wärmebildkamera wird dabei mittels einem Bolometer (Strahlungssensor) Infrarotstrahlung sichtbar gemacht und zu Fotos verarbeitet.
Sichtbares Licht ist eine elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen etwa 400 und 750 Nanometer. Infrarotlicht ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der sich an der langwelligen Seite der sichtbaren Strahlung bei einer Wellenlänge von ca. 760 nm anschließt und sich bis zu etwa 1 mm Wellenlänge erstreckt. Für die bautechnische Temperaturmessung ist dabei der Bereich von ca. 7,5 µm bis ca. 14 µm Wellenlänge von Bedeutung.
Die Abfolge der Farben im elektromagnetisch sichtbaren Spektrum ist vereinfacht in der Folge:

  • blauer Anteil (von 0.4 bis 0.5 µm)
  • grüner Anteil (von 0.5 bis 0.6 µm)
  • roter Anteil (von 0.6 bis 0.7 µm)


Die Anwendung der Bauthermografie reicht von der Zustandserfassung der Wärmedämmung von Gebäuden über die Qualitätssicherung bei der Ausführung, Leckageortung, das Orten verdeckter Konstruktionselemente (Fachwerk, Fußbodenheizung u.a.) bis hin zum Aufspüren von Luftundichtigkeiten in Verbindung mit einer Blower-Door-Prüfung. Gerade bei der Suche nach den Ursachen von Schimmelpilzbildung können mit Hilfe des Blower-Door-Tests und einer Thermografiekamera verdeckte Schäden erkannt und eingegrenzt werden.


Fenstereinbau / geometrische Wärmebrücke

Wärmebildkamera
Mit dem Einsatz der Wärmebildkamera können vielfältige Problemfälle / Schwachstellen in der Bauausführung sichtbar gemacht werden. Das Einsatzgebiet reicht von der Überprüfung des Einbaus von Fenstern, der Prüfung der wärmebrückenfreien Montage einer Fassadendämmung, Sichtbarmachung von geometrischen und / oder stofflichen Wärmebrücken usw.
Gerade bei dem Ausbau von Dachgeschossen und der dabei notwendigen dichten Anbringung der Dampfbremse ist die Wärmebildkamera eine gute Hilfe die Dichtheit der Ausführung zu prüfen.
Für das Aufspüren von Schwachstellen in der bauphysikalischen Konstruktion gerade bei Außenwänden, die dann oftmals die Ursache von Schimmel darstellen, ist der Einsatz dieser Kamera ebenfalls sehr hilfreich.


Leckagen Dampfbremse
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