WHITEPAPER TECHNIK | Wärmeschutz
In den vergangenen Jahrzehnten haben sich die Heiztechnik und mit ihr die Anforderungen an Energieeinsparung und Klimaschutz drastisch verändert. Ab dem Jahr 2002 wurde mit Einführung der Energieeinsparverordnung ein ganzheitliches Bilanzierungsverfahren vorgeschrieben, das die Betrachtung der Gebäudehüllflächen mit der technischen Gebäudeausstattung verband und nicht allein die wärmetechnischen Eigenschaften der Bauteile betrachtete. 2020 wurde die EnEV abgelöst durch das Gebäudeenergiegesetz (GEG). Zusammen mit DIN 4108, Wärmeschutz und Energieeinsparung von Gebäuden, bildet das GEG die Grundlage für die Belange des Wärmeschutzes in Deutschland.
Erfahren Sie mehr über den Inhalt:
Aufgaben des Wärmeschutzes
Winterlicher Wärmeschutz
Sommerlicher Wärmeschutz
Wärmeschutzberechnung
Das Gebäudeenergiegesetz (GEG)
Grundlagen und Kennwerte
Feuchteschutz
Luftdichtheit
Wärmebrücken
Der Wärmeschutznachweis
Dämmstoffe
Dämm-Materialien
Mehr über das WHITEPAPER TECHNIK | Wärmeschutz
Aufgaben des Wärmeschutzes
Zusammen mit DIN 4108, Wärmeschutz und Energieeinsparung von Gebäuden, bildet das Gebäudeenergiegesetz (GEG) die Grundlage für die Belange des Wärmeschutzes in Deutschland.
Man unterscheidet winterlichen und sommerlichen Wärmeschutz. Im Wesentlichen ist damit die Vermeidung von übermäßigem Wärmeverlust im Winter und von übermäßigem Wärmeeintrag im Sommer gemeint. Zu diesen beiden tritt unterstützend der Schutz vor Feuchte.
Allgemeine Faktoren: Wärmeverlust im Winter / Wärmeeintrag im Sommer
- Wärmedurchlasswiderstand / Wärmedurchgangskoeffizienten der äußeren Bauteile
- Anordnung der einzelnen Schichten bei mehrschichtigen Bauteilen sowie wirksame Wärmekapazität der Außenflächen
- erhöhter Wärmestrom im Bereich der Wärmebrücken im Hinblick auf die dadurch reduzierten Temperaturen der Innenoberflächen
- Größe und Orientierung der Fenster, Gesamtenergiedurchlassgrad der Gläser
- Luftdichtheit der Bauteile und Anschlüsse
- Lüftung
Winterlicher Wärmeschutz
Winterlicher Wärmeschutz zielt zunächst darauf ab, den Wärmeverlust eines Gebäudes zu reduzieren. Das umfasst schonenden Ressourcenverbrauch und verminderten Kohlendioxidausstoß. Doch stehen ebenso der Schutz der Baukonstruktion vor Kondensat und die Innenraumhygiene im Fokus.
Wärmeverluste werden reduziert durch
- wärmedämmende Materialien und/oder zusätzlich Wärmedämmung
- Luft- und Winddichtung
- Feuchteschutz
- konstruktiv sowie durch Einbau von geeigneten Funktionsschichten (Abdichtung, Dampfsperre, Luftdichtung)
- Vermeidung von Wärmebrücken
Sommerlicher Wärmeschutz
Der sommerliche Wärmeschutz ist geprägt von geeigneter wärmespeichernder Materialverwendung sowie dem Einsatz von Verschattungs- und Sonnenschutzelementen sowie Sonnenschutzgläsern.
Schwere Konstruktionen reagieren langsamer auf Temperaturschwankungen, leichte schnell. Massive Bauteile glätten daher den Temperaturverlauf über den Tagesverlauf, Räume mit leichten Baustoffen unterstützen hingegen eine rasche Erwärmung der Raumluft.
Wärmeschutzberechnung
Das Gebäudeenergiegesetz (GEG)
Mit 1. November 2020 ist das neue Gebäudeenergiegesetz (GEG) schließlich in Kraft getreten. Es führt das Energieeinsparungsgesetz (EnEG), die Energieeinsparverordnung (EnEV) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) zusammen. Durch den Gesetzescharakter des GEG müssen die Nachweise erbracht und die Vorgaben eingehalten werden.
Grundlagen und Kennwerte
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit ist eine im Bauwesen zentrale Eigenschaft von Stoffen, von der sich die Wärmedämmeigenschaften unmittelbar ableiten. Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit, desto besser ist die Wärmedämmung.Die Wärmeleitfähigkeit beziffert den Wärmestrom, der bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin durch eine 1 m² große und 1 m dicke Schicht eines Stoffs geht. Die Wärmeleitfähigkeit wird mit dem Buchstaben λ bezeichnet. Die Einheit ist W/(mK).
Wärmetransport
Der Wärmetransport, der stets vom energiereicheren (höheren) zum energieärmeren (niedrigeren) Temperaturniveau stattfindet, kann erfolgen durch
- Wärmeleitung durch den Feststoff
- Wärmestrahlung innerhalb von Stoffporen
- durch Konvektion in Kammern und Poren der Stoffe
Wärmedurchgangskoeffizient: U-Wert
Die wärmeschutztechnische Qualität von Gebäude-Außenflächen (Dach, Wand, Fenster, Bodenplatte) wird mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten, dem sogenannten U-Wert, bezifferbar und damit vergleichbar. Der U-Wert bildet die Grundlage für die energetische Bewertung von Außenbauteilen.
Der U-Wert beziffert jenen Wärmestrom, der von der Innenoberfläche zur Außenoberfläche eines Bauteils auf einer Fläche von 1 m² bei einer Temperaturdifferenz von 1 K fließt. In den U-Wert fließen die Schichtstärken der Bauteilschichten in m und die Wärmeleitfähigkeit λ der Baustoffe sowie die Wärmeübergangswiderstände auf beiden Seiten der Konstruktion ein.
Wärmespeicherfähigkeit
Stoffe speichern Wärme, die in der Folge abgegeben wird. Je höher die Rohdichte eines Stoffs, desto mehr Wärme kann er speichern. Dies wird noch von der spezifischen Wärmekapazität, einer Stoffkonstante, modifiziert.
Feuchteschutz
Mangelnder Feuchteschutz führt zu Regenwasserbelastung oder Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen, was die Wärmeschutzeigenschaften von Baumaterialen, insbesondere Dämmstoffen, empfindlich beeinträchtigt. Der Feuchteschutz muss nach DIN 4108-3, Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden, Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung, nachgewiesen werden.
Dreistufiges Nachweissystem nach DN 4108-3
Die beste Möglichkeit ist die Wahl einer nachweisfreien Konstruktion.Falls die Konstruktion nicht nachweisfrei ist, muss der Tauwassernachweis mittels des Bilanzperiodenverfahrens (Glaser-Verfahren) zu erbringen.
Ist dieses Berechnungsverfahren nicht anwendbar, wie bei klimatisierten Wohn- oder wohnähnlichen Nutzungen oder bei klimatisierten Gebäudetypen wie Schwimmbädern, muss eine hygrothermische Simulation durchgeführt werden.
Nachweisfreie Wand- und Deckenkonstruktionen
Zahlreiche in DIN 4108-3 aufgelisteten Konstruktionen gelten bei Beachtung bestimmter Diffusionswerte in Bezug auf Tauwasseranfall als nachweisfrei.
Luftdichtigkeit
Die Luftdichtheitsschicht muss raumseitig der gedämmten Dachkonstruktion liegen. Die Luftdichtheitsschicht ist häufig identisch mit der Dampfsperre.
Luftvolumenstrom
Gemäß DIN EN ISO 9972 darf der gemessene Luftvolumenstrom n50 bei natürlicher Lüftung einen Wert von 3,0 h-1 nicht überschreiten. Bei Vorhandensein einer raumlufttechnischen Anlage muss der Maximalwert von 1,0 h-1 betragen.Wärmebrücken
Wärmebrücken sind flächige Stellen an Gebäudeaußenteilen, wo der Wärmestrom aus dem Innenbereich größer ist als in der übrigen Gebäudehülle. Sie verursachen Wärmeverlust und vor allem Tauwasserausfall.
Wärmebrücken sind daher so auszubilden, dass an Bauteiloberflächen oder im Innern von Bauteilen kein Tauwasser ausfällt.
Typische Wärmebrücken
- Tür- und Fensteranschlüsse
- Kanten und Ecken an Wand/Decke
- Innenwandanschlüsse
- einbindende Deckenplatten
- auskragende Bauteile (Balkonplatte, Vordach, Attika)
- einragende Bauteile (Stützen in Dach)
Wärmebrückenbeiblatt: Beiblatt 2 der DIN 4108
Das sogenannte Wärmebrücken-Beiblatt zur DIN 4108 enthält Beispiele für Anschlussausbildungen, um Konstruktionsempfehlungen auszusprechen und ein Referenzniveau für die Güte einer Anschlussausbildung festzulegen.Der Wärmeschutznachweis
Der Wärmeschutznachweis ist ein vom Planer zu erstellender bautechnischer Nachweis zur Erlangung der Baugenehmigung vor Baubeginn. Er darf nicht mit dem Energieausweis verwechselt werden. Die gesetzliche Grundlage des Wärmeschutznachweises ist das Gebäudeenergiegesetz.
Dämmstoffe
Wärmedämmstoffe zeichnen sich insbesondere durch ihre geringe Rohdichte, eine spezifische Struktur und die sich so ergebende geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Man unterscheidet zwischen dem Bemessungswert und dem Nennwert der Wärmeleifähigkeit. Zu Berechnungen gemäß dem Gebäudeenergiegesetz (GEG) ist der Bemessungswert zu verwenden. Dämmstoff-Hersteller geben in ihren technischen Angaben und Datenblättern jedoch häufig (auch) den Nennwert an, der stets niedriger (günstiger) liegt.
Dämm-Materialien
Dämmstoffe aus Kunststoff
Aus Polystyrol, Polyurethan, Phenolharz u.a.
Anwendung an Gebäudehülle, in feuchtebelasteten Bereichen.
Mineralische Dämmstoffe
Mineralschaum, Schaumglas, Kalziumsilikat, Vakuum-Isolationspaneele.
Anwendung an Gebäudehülle, Bodenplatten, in feuchtebelasteten Bereichen, als Innendämmung.
Natürliche Dämmstoffe
Kork, Schafwolle, Baumwolle, Flachs, Hanf, Kokos, Holzfasern, Holzwolle; ebenso Blähton, Blähperlit oder Naturbims.
Neben Platten und Matten kommen zur Anwendung:
Schüttungen aus Faserstoffen oder mineralischen Dämmstoffen.
Einblasdämmung aus mineralischen Stoffen (Mineralwolle) oder organischen Stoffen (Zellulose, Hanf; seltener Kunststoffe).
Ortschaum aus Schaumkunststoffen.
Anwendung: zum Ausschäumen, in der Gebäudetechnik.
Vorgefertigte Elemente, Schalen aus Schaumkunststoffen, Faserdämmstoffen.
Anwendung zur Rohrleitungsdämmung, in der Gebäudetechnik.