Wärmeschutz im Leichtbau

Einleitung

Bei der Planung von Gebäuden stellt sich zunächst die Frage, inwieweit erhöhen sich die Dämmdicken und somit die Kosten beim Einsatz von industriell vorgefertigten Sandwichelementen nach Einführung der Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagetechnik bei Gebäuden, kurz Energieeinsparverordnung (EnEV) genannt.

Die EnEV ist anzuwenden bei Gebäuden mit:

1. normalen Innentemperaturen > 19°C (§ 2 Nr.1 und 2).

2. mit niedrigen Innentemperaturen < 19°C (§ 2 Nr.3)

Ausgenommen sind Ställe, Betriebsgebäude, die dauernd offen gehalten werden, unterirdische Bauten, Unterglasanlagen zur Aufzucht von Pflanzen (Gärtnereien), Traglufthallen, Zelte usw.

Wegen der sehr hohen Wärmedämmfähigkeit der Sandwichelemente, vor allem mit einem Dämmkern aus Polyurethan, ergeben sich keine großen Änderungen gegenüber der früheren Wärmeschutzverordnung. Im Wirtschaftsbau mit Temperaturen < 19 °C ändern sich die Dämmdicken nicht.

Lediglich bei Gebäuden oder Gebäudeteilen, die über 19 °C und das mehr als 4 Monate (mit normalen Innentemperaturen) beheizt werden, ist in der Regel der Wärmeschutz etwas zu erhöhen. Alternativ ist auch eine Verbesserung der Heizanlage denkbar. Die Einplanung, z.B. einer Brennwertheizung, wirkt sich günstig auf die Dämmung aus, das bedeutet, die Dämmdicke der Sandwichelemente muss entsprechend geringer erhöht werden.


Wärmeleitfähigkeit / Wärmedämmung

Auf der Seite Grundlagen des Wärmschutzes wurde die Wärmeleitfähigkeit  schon behandelt. In Deutschland ist zwischen den Messwerten der Wärmeleitfähigkeit bei unterschiedlicher Temperatur und Feuchte, dem Nennwert der Wärmeleitfähigkeit und dem Bemessungswert  BW nach DIN 4108-4, Tabelle 1 zu unterscheiden.

Gegenüber den Nennwerten enthalten die Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit Zuschläge, die den Einfluss der Temperatur, des praktischen Feuchtgehaltes und der Alterung des Materiales berücksichtigen. Bei den Dämmstoffen wird der Nennwert auf Grund von Messwerten vom Hersteller deklariert.

Für Sandwichelemente sind die Bemessungswerte  (der Beiwert "BW" zu  wird meist weggelassen) jeweils durch Prüfungen im Rahmen der Zulassung zu ermitteln. Das Ergebnis wird, unter Berücksichtigung der Zuschläge, nach DIN 4108-4 zugeordnet. Das ist zur Zeit die Wärmeleitfähigkeitsgruppe WLG 025. Die gleich bleibende Größe des sehr guten Rechenwertes der Sandwichelemente mit Dämmkern Polyurethan von:

λ = 0,025 W/mK

ist im Rahmen der Fremdüberwachung fortlaufend nachzuweisen. Hierzu werden von einem unabhängigen Institut Proben direkt aus der laufenden Produktion beim Hersteller entnommen und untersucht. Dadurch ist eine gleich bleibende Qualität gewährleistet. Im Kühl- und Tiefkühlhausbau sowie für Aufgaben des Kälteschutzes können die etwas günstigeren Messwerte der Wärmeleitfähigkeit λ, die bei einem Dämmkern aus PUR bei 0,022 bis 0,024 W/mK liegen, angesetzt werden.
Vergleich der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Baustoffe

Gerade der Vergleich von Sandwichelementen mit einem Dämmkern aus Polyurethan (PUR) zu herkömmlichen Baustoffen zeigt, mit welch geringen Dämmdicken diese Elemente, bei gleicher Wärmedämmfähigkeit auskommen.

Zum Vergleich wurde eine 60 mm dicke Wand mit einem Wärmedurchlasswiderstand

R = 2,36 m² K / W

angenommen.

Die Wärmeübergangswiderstände Rsi und Rse blieben unberücksichtigt, da sie bei allen Beispielen gleich sind. Das folgende Bild zeigt verschiedene Baustoffe mit den erforderlichen Dicken bei gleicher Wärmedämmfähigkeit.

Die zuvor gezeigten Beispiele verdeutlichen die hohe Wärmedämmfähigkeit der Sandwichelemente.










Wärmebrücken

Schwachstellen im Wärmeschutz der Gebäudehülle werden als Wärmebrücken bezeichnet. Sie verursachen zusätzliche Wärmeverluste und stellenweise tiefere raumseitige Oberflächentemperaturen, was zu Unbehaglichkeitsgefühlen führt. Weiterhin werden Kondensatbildung und daraus folgend Schimmelbildung begünstigt.

Grundsätzlich sind Sandwichelemente mit zwei metallischen Deckschalen und einem Dämmkern aus Polyurethan oder Mineralwolle nahezu wärmebrückenfrei, da die beiden Deckschalen nur über die Wärmedämmung miteinander verbunden sind.

Ebenso sind die Längsfugen so gestaltet, dass sich äußere und innere Deckschale nicht berühren. Dies gilt für die Dach- wie auch für die Wandelemente.

Um diese hochwärmegedämmte Konstruktion auf die gesamte Hülle zu übertragen, ist auf eine richtige Planung der Anschlüsse und auf eine sorgfältige Montage durch eine Fachfirma zu achten.

Bei beheizten oder sogar höher beheizten Gebäude mit eventuell zusätzlich erhöhter Luftfeuchtigkeit sollte beim Dach auf auskragende Elemente verzichtet werden, um eine Wärmebrücke über die Unterschale zu vermeiden.

Lässt sich ein größerer Dachüberstand nicht vermeiden, so kann der Wärmefluss durch einen "thermischen Schnitt" an der inneren Deckschale unterbrochen werden. Die Ausführung erfolgt auf der Baustelle im Zuge der Montage. Zuvor ist eine statische Überprüfung erforderlich.

Generell ist festzuhalten, dass es bei auskragenden Bauteilen zu Wärmebrücken kommt. Dies gilt insbesondere bei Konstruktionsteilen aus Stahl und Stahlbeton. Daher sollte man sich bei der Planung genau überlegen, ob zur Gestaltung eines Gebäudes wirklich Überstände erforderlich sind.

Können die außen liegenden Tragglieder zum Beispiel an einem Stahlbetonringanker oder ähnlich befestigt werden, so bestehen diese Probleme nicht.

Für die Wandelemente gelten die gleichen Regeln wie beim Dach. So stellen zum Beispiel auskragende Elemente an der Attika ebenfalls eine Wärmebrücke dar.

Nachdem normalerweise aus statischen Gründen ein "thermischer Schnitt" nicht möglich ist, sollte zumindest eine rückseitige Dämmung im Außenbereich vorgesehen werden. Dies gilt insbesondere für weit auskragende Elemente.


Einfluss der Befestiger auf die Wärmeleitung

In der Praxis tritt immer wieder die Frage nach dem Einfluss der Befestiger auf die Wärmeleitung bei durchgeschraubten Dach- oder Wandelementen auf. Hierzu kann gesagt werden, dass die vermutet hohe Wärmeleitung nicht statt findet.

Einmal bestehen die Befestiger aus nicht rostendem Stahl, der eine Wärmeleitfähigkeit von nur 17 W/mK gegenüber von Normalstahl mit 50 W/mK aufweist und zum anderen sind die Sandwichelemente auf den Pfetten oder Riegel mit nur 2 bis 3 Schrauben pro m Pfette befestigt.

Daraus ergeben sich z.B. bei einer Wand mit einem Riegelabstand von 3,50 bis 4,00 m gleich 0,6 bis 0,8 Befestiger im Feldbereich und maximal 1.0 im Eckbereich pro m² Fläche.

Nach der Untersuchung des Forschungsinstitutes für Wärmeschutz e.V. in München beträgt die Differenz der Wärmedurchgangskoeffizienten U auf der Innenseite zwischen dem Befestiger und der Fläche einer 80 mm dicken Sandwichwand mit einem Dämmkern aus Polyurethan, befestigt auf Stahlriegel HEA 120 bei:

0,6 Schrauben pro m² > U = 0,004 W/(m² K)
0,8 Schrauben pro m² > U = 0,005 W/(m² K)
1,0 Schrauben pro m² > U = 0,006 W/(m² K)
Damit beträgt die Differenz des Wärmedurchgangskoeffizienten DU zwischen Befestiger und Fläche weit weniger als 3 % und ist damit nach der DIN EN ISO 6946 zu vernachlässigen.

Erfolgt die Befestigung auf Beton so reduziert sich der geringe Einfluss und bei Holzunterkonstruktion ist er nicht mehr feststellbar.


Verlauf der Wärmestromdichte

An der Trägerunterseite und an der Schraubenspitze findet keine Veränderung statt.
Sommerlicher Wärmeschutz

Der sommerliche Wärmeschutz soll in Innenräumen behagliche Temperaturen sicher stellen und dafür sorgen, dass auf Kühlung weitgehend verzichtet werden kann, zumal diese 3 bis 4 mal so energieaufwendig ist wie die Heizung im Winter.

Für das Behaglichkeitsempfinden des Menschen spielt nicht nur die Raumtemperatur, sondern auch das Verhältnis der relativen Luftfeuchte zur Temperatur eine Rolle. So wird eine hohe Luftfeuchtigkeit, besonders noch bei höheren Temperaturen, als unbehaglich empfunden.

Bei Gebäuden mit niedrig gehaltenen Innentemperaturen, <19°C, wie Werk- und Lagerhallen ist ein Nachweis für den sommerlichen Wärmeschutz nicht erforderlich.

Für Gebäude mit Innentemperaturen >19°C fordert die EnEV einen Nachweis, wenn der Fensterflächenanteil der gesamten Gebäudehülle 30% überschreitet. Unabhängig von der EnEV sind die Anforderungen der DIN 4108-2:2003-04 immer einzuhalten.

Der sommerliche Wärmeschutz ist in hohem Maße vom Gesamtenergiedurchlassgrad der transparenten Außenbauteile (Fenster, feste Verglasungen und Oberlichter), ihrem Sonnenschutz, ihrem Flächenanteil an der Außenschale und der Neigung der Fenster und Oberlichter abhängig.

Weiterhin spielen die Orientierung des Gebäudes nach der Himmelsrichtung, der Farbton der Hülle (dunkle Farben werden stärker aufgeheizt), die Lüftung der Räume, die Wärmespeicherfähigkeit, auch der innen liegenden Bauteile sowie die Wärmeleiteigenschaften der nichttransparenten Außenschale eine Rolle. Große Fensterflächen ohne Sonnenschutzmaßnahmen können zu einer Überhitzung führen.

Der sommerliche Wärmeschutz kann meist durch eine richtige Planung soweit beeinflusst werden, dass bei Gebäuden mit normaler Nutzung auf eine Kühlung verzichtet werden kann.

Zur Einhaltung eines guten Raumklimas empfiehlt sich zusätzlich zu einer guten Wärmedämmung der Gebäudehülle:

- Die Planung kompakter Gebäude mit möglichst wenig Außenflächen.
- Die Planung ausreichender Lüftungsmöglichkeiten, damit in der 2. Nachthälfte die warme Innenluft gegen kühle Außenluft ausgetauscht werden kann.
- Der Einbau von wärmespeichernden Bauteilen im Innern als Massivbauteile an Boden und Zwischenwände, um den Temperaturanstieg zeitlich zu verzögern.
- Die Fensterflächen möglichst gering halten und wo erforderlich einen hinterlüfteten Sonnenschutz auf der Außenseite vorzusehen.

Nach der DIN 4108-2:2003-04 dürfen die nachfolgenden Grenzwerte der Innentemperatur an nicht mehr als 10 % der Aufenthaltszeit (bei Wohngebäuden pro 24 h und bei Bürogebäuden pro 10 h) überschritten werden.
Qualität

Für die Sandwichbauweise selbst gibt es keine Norm. Daher muss für jedes Element eine "Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung" beim Deutschen Institut für Bautechnik in Berlin beantragt werden.

Die gleich bleibende Qualität der Elemente wird durch eine ständige Eigenüberwachung sowie eine Fremdüberwachung durch ein unabhängiges Institut gewährleistet.






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