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 Grundlagen des Wärmeschutzes Einleitung Aufgabe des Wärmeschutzes im Hochbau ist, ein angenehmes Raumklima für die sich in dem Gebäude aufhaltenden Menschen im Winter wie im Sommer zu schaffen und den Energieverbrauch zu optimieren. Dabei sind nicht nur die Bedingungen im Winter, sondern auch die im Sommer zu berücksichtigen. Spielte früher der Wärmeschutz im Hochbau eine eher untergeordnete Rolle, so gewann er in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Langsam erkannte man, dass die bisher genutzten Energieressourcen begrenzt sind und daher sorgsamer mit ihnen umgegangen werden muss. Darüber hinaus entwickelte sich auch ein verstärktes Umweltbewusstsein, was diesen Trend noch förderte. Wärmeschutz- / Energieeinsparverordnung Nach der ersten Ölkrise im Jahr 1973 erkannte man, dass die DIN 4108, Wärmeschutz im Hochbau allein, den Anforderungen nicht mehr entsprach. Darauf hin erließ die Bundesregierung im Jahr 1976 das erste Energieeinsparungsgesetz, das mit der Wärmeschutzverordnung 1977 durchgesetzt wurde. Es folgten die 2. Verordnung 1982 und die 3. Verordnung 1995. Am 01.02.2002 trat dann die heute gültige „Verordnung über den energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagetechnik bei Gebäuden“, kurz Energieeinsparverordnung oder nur -EnEV- genannt, in Kraft. Sie ist öffentlich rechtlich verbindlich und somit einzuhalten. Die Ausgestaltung, d.h. die konkrete Umsetzung und Anwendung, regeln die Bundesländer in eigener Verantwortung. Die EnEV stellt damit einen wichtigen Meilenstein zu dem Maßnahmenpaket des im Jahr 2000 beschlossenen Klimaschutzprogramms dar. Weitere Bestandteile dieses Programms sind in Abb. 7.6.1 dargestellt.
Abb. 7.6.1 Klimaschutzprogramm der Bundesregierung Mit der Energieeinsparverordnung EnEV, die jetzt auch die Heizanlage, die Trinkwassererwärmung, die Wärmebrücken und die Gebäudedichtheit beinhaltet, sollen nochmals bis zu 30 % an Energie bei Neubauten eingespart werden. Beim Gebäudebestand wurde eine Anpassung der bisherigen Wärmeschutz- sowie anlagetechnischen Anforderungen und Nachrüstpflichten nach dem technischen Fortschritt vorgenommen. Im Geltungsbereich werden, wie bisher in der Wärmeschutzverordnung, die Gebäude mit normalen Innentemperaturen (> 19°C) aufgeführt und die Gebäude mit niedrigen Innentemperaturen unverändert definiert. Als Anforderung für Gebäude mit normalen Innentemperaturen sind Höchstwerte des Jahres-Primärenergiebedarfs in Abhängigkeit von Gebäudeform A/Ve, einzuhalten. Mit der Festlegung auf die Primärenergie soll ein klarer Bezug zum politischen Ziel der CO 2-Reduktion geschaffen und Wettbewerbsverzerrungen für konkurrierende Energiesysteme vermieden werden. Des weiteren muss die energetische Qualität der Gebäudehülle den vorgegebenen Mindestwerten entsprechen. DIN 4108 Die DIN 4108 und die EnEV regeln die nationale Anwendung der vereinheitlichten europäischen und internationalen Normen. Für die Einhaltung der Mindestanforderungen und die Bemessung energiesparender Maßnahmen müssen folgende Teile der DIN 4108 beachtet werden: - Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz (2001-03) - Teil 4 Wärme- und Feuchtschutztechnische Bemessungswerte (Vornorm 2002-02) - Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und Jahresheizenergiebedarfs (Vornorm 2000, korrigierte Fassung ab 2003) - Teil 7: Luftdichtheit von Bauteilen und Anschlüssen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen (2001-08) - Beiblatt 2: Wärmebrücken; Planungs- und Ausführungsbeispiele (1998-08) Die DIN 4108-2 legt die Mindestanforderungen an die Wärmedämmung von Bauteilen und bei Wärmebrücken in der Gebäudehülle fest und gibt wärmeschutztechnische Hinweise für die Planung und Ausführung von Aufenthaltsräumen, die ihrer Bestimmung nach auf übliche Innentemperaturen von > 19 °C beheizt werden. Mindestwärmeschutz besagt, es darf an keiner Stelle der Innenoberfläche der Gebäudehülle zu Tauwasserbildung und unter normalen Bedingungen zu Schimmelbildung kommen. Dies gilt für die Flächen, wie auch für die Ecken. Wärmeübertragung / Wärmeleitung Bei Temperaturunterschieden innerhalb eines Stoffes oder zwischen verschiedenen Stoffen hat Wärme immer das Bestreben, einen Temperaturausgleich herbeizuführen. Die Wärme fließt dabei solange, bis ein Temperaturgleichgewicht erreicht ist. Die Maßeinheit für die Wärmemenge bzw. die Energieeinheit ist Joule (J) oder Wattsekunde (Ws). Um 1 kg Wasser von 14,5°C auf 15,5°C zu erwärmen, ist eine Energiemenge von 1,163 Wh (4.187 J) erforderlich. Dies entspricht dem Energieverbrauch einer 100-W-Glühbirne, die knapp 42 Sekunden brennt (vgl. Abb. 7.6.2).
Abb. 7.6.2 Energiezufuhr zur Erwärmung von 1 kg Wasser um 1 Kelvin
Abb. 7.6.3 Definition und Einheit der Wärmeleitfähigkeit l
Spezifische Wärme c Die spezifische Wärme c in kJ /(kg•K) gibt an, wie viele Kilo-Joule erforderlich sind, um die Temperatur von 1 kg eines Stoffes um 1 K (1 Kelvin) zu erhöhen. Bei Baustoffen wird die Wärmeübertragung durch die Eigenschaft der Wärmeleitfähigkeit ausgedrückt. list das Maß für die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes. Sie ist die Wärmemenge, die einer Stunde durch 1 m 2 einer 1 m dicken Schicht eines Stoffes in Richtung des Temperaturgefälles hindurch geleitet wird, wenn der Temperaturunterschied der beiden Oberflächen 1 K beträgt und die übrigen vier Flächen des Würfels gegen eine Wärmeabgabe geschützt sind (vgl. Abb. 7.6.3). Je kleiner die Wärmeleitfähigkeit, um so besser ist die Wärmedämmung eines Baustoffes bei gleicher Dicke.
Abb. 7.6.4 Wärmedurchlasswiderstand R für einschichtige Bauteile Abb. 7.6.5 Wärmedurchlasswiderstand R für mehrschichtige Bauteile
Wärmedurchlasswiderstand R Das Wärmedämmvermögen eines Bauteils wird durch den Wärmedurchlasswiderstand R (früher 1/ L) gekennzeichnet. Zu seiner Ermittlung ist die Dicke der betreffenden Schicht (in Meter) durch die Stoff bezogene Wärmeleitfähigkeit l in W/(m·K) zu dividieren. R für einschichtige Bauteile R für mehrschichtige Bauteile Bei mehrschichtigen Bauteilen ist für jede Schicht nach diesem Rechenverfahren der Einzelwert festzustellen. Die Summe aller Einzelwerte ergibt dann den Wärmedurchlasswiderstand R für das gesamte Bauteil. Je größer R um so besser ist die Wärmedämmung. Wärmeübergangswiderstände Rsi, Rse Zur Bestimmung des Wärmedurchgangs durch ein Bauteil muss noch der innere und äußere Wärmeübergangswiderstand R si und R se bekannt sein. Es handelt sich um den Widerstand der Luftgrenzschicht gegen den Übergang von Wärme aus der Innenluft zum Bauteil und von diesem zur Außenluft.
Rsi= Wärmeübergangswiderstand Dach / Wand auf der Innenseite(früher 1/ a i) Rse = Wärmeübergangswiderstand Dach / Wand auf der Außenseite (früher 1/ a a) Die Wärmeübergangswiderstände sind entsprechend der Bauteillage (vertikal, horizontal) und der äußeren Anströmung (freie Anströmung, hinterlüftet, nicht hinterlüftet) normiert, vergleiche nachfolgende Tabelle in Abb. 7.6.6.
Abb. 7.6.6 Tabelle: Wärmeübergangswiderstände R si , R se
Abb. 7.6.7 Ermittlung des Wärmedurchgangswiderstandes R T
Sie sind für einen Emissionsgrad der Oberflächen von e = 0,9 und bei einer Windgeschwindigkeit von n= 4 m/s an der äußeren Oberfläche ermittelt worden (vgl. Abb. 7.6.6).
Wärmedurchgangswiderstand R T Die Summe aller Widerstände, die Wärmedurchlasswiderstände der Bauteilschichten und die Wärmeübergangswiderstände der Luftschichten ergibt den Wärmedurchgangswiderstand R T , den das gesamte Bauteil dem Wärmestrom entgegensetzt. Wärmedurchgangskoeffizient U Mit dem Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes erhält man den Wärmedurchgangskoeffizienten U als kennzeichnende Bauteilgröße für den baulichen Wärmeschutz
Der U-Wert ist von grundlegender Bedeutung für die Berechnung des Heizwärmebedarfs eines Gebäudes. Je größer der R Tund je kleiner der U-Wert, um so besser ist die Wärmedämmung. Literatur Zum besseren Verständnis sind die wärmetechnischen Symbole der physikalischen Größen in der bisher gebräuchlichen Form und in den heute zu verwendenden genormten Größen noch einmal gegenübergestellt.
Weitere Informationen finden Sie in unserem Ordner unter 7.2.1, 7.2.2 und 7.2.3 „Bauen nach der neuen Energieeinsparverordnung“. Mehr zu diesem Thema erfahren Sie in unserem GALILEO - Beitrag 7.7 Wärmeschutz im Leichtbau.
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