18.07.2014

Wärmedämmung: Grundbegriffe

Der wichtigste Faktor zur Beurteilung des Heizenergiebedarfes eines Gebäudes ist der k-Wert der verschiedenen Teile der Gebäudehülle. Ebenfalls eine wichtige Rolle spielen die Lüftungswärmeverluste. Begriffe und Massnahmendetails, gefolgt von einem Excel-Rechner für Heiz-und Nebenkosten finden Sie hier.

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Wärmedämmung

Der k-Wert von Bauteilen der Gebäudehülle

Begriff
Der k-Wert in W/m²K gibt an, wie viel Wärmeleistung in Watt pro Quadratmeter Bauteil und °C Temperaturunterschied innen/ aussen durch das betreffende Bauteil fliesst. Über die Heizperiode und die durchschnittlichen Temperaturen aufsummiert, ergibt sich dann der Energieverlust in kWh/Jahr oder MJ/Jahr.

Der k-Wert lässt sich mit hinreichender Genauigkeit aus den Wärmeleitfähigkeiten λ in W/mK errechnen, welche materialspezifisch in Versuchen bestimmt werden. Ebenfalls lässt sich der k-Wert mit entsprechenden Messeinrichtungen im 24-Stunden-Versuch am Bau messen.

Grundsatz
Je niedriger der k-Wert, umso grösser ist die die Wirkung der Wärmedämmung. Grundsätzlich gilt ebenfalls, dass mit zunehmender Schichtdicke der Wärmedämmung der k-Wert immer kleiner, d. h. besser wird. Die Verbesserung erfolgt jedoch nicht linear, sondern degressiv.

k-Wert von Zweischalenmauerwerk in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Wärmedämmung (gilt analog auch für Aussendämmung).

 

Verstärkung der Dämmschicht in cmk-Wert-Verbesserung
von 2 auf 10 (Differenz 8)ca. 0,42
von 10 auf 18 (Differenz 8)ca. 0,12
von 18 auf 26 (Differenz 8)ca. 0,07
von 26 auf 34 (Differenz 8)ca. 0,02

Anmerkung
Aus der obigen Abbildung ergibt sich, dass eine beliebige Verstärkung der Schicht der Wärmedämmung nicht sinnvoll ist, auch wenn diese von Herstellern der Stoffe für Wärmedämmung propagiert wird:

 

  • Die letzten 16 cm im Beispiel kosten nur noch und bringen praktisch keine k-Wert-Verbesserung mehr.
  • Durch extreme Schichtstärken der Wärmedämmung werden alle Details bei Anschlüssen, Fensterstürzen usw. komplizierter. Bei nachträglicher Aussen- Wärmedämmung wird die Fensterleibung extrem tief mit entsprechendem Lichtverlust.
  • Die Schicht der Wärmedämmung ‹verbraucht› bei Neubauten nutzbare oder vermietbare Bruttogeschossfläche. Bei einem Einfamilienhaus zweistöckig mit ca. 10/10 m Grundfläche gehen durch 10 cm Dämmschicht ca. 8 m² Nutzfläche verloren!

Lüftungswärmeverluste

Aus hygienischen Gründen ist der notwendige Luftwechsel nutzungsabhängig vorgeschrieben. Beim Luftwechsel geht die in der warmen Raumluft enthaltene Energie verloren, sofern nicht bei Grossbauten künstliche Belüftung mit Wärmerückgewinnungsanlagen eingebaut wurde. Bei vorschriftsmässig gut mit Wärmedämmung gedämmten Bauten kommen die Lüftungswärmeverluste den Transmissionsverlusten durch die Gebäudehülle sehr nahe. Für ein kürzlich fertig gestelltes Wohn- und Geschäftshaus in Zürich betrugen z. B. die Lüftungswärmeverluste aus vorgeschriebenem Luftwechsel 119 MJ/m²a, gegenüber 146 MJ/m²a Verluste durch die Gebäudehülle. Die Lüftungswärmeverluste können nicht unter die durch den vorgeschriebenen Luftwechsel entstehenden Werte gesenkt werden. Bei Altbauten mit undichten Holzfenstern ist allerdings meist ein grösserer Luftwechsel vorhanden, mit entsprechendem Energieverlust. Dieser lässt sich durch neue Fenster eliminieren. Undichte Fenster führen zudem zu Zugerscheinungen, was in Fensternähe als ‹zu kalt› empfunden wird. Als Konsequenz werden dann die Heizkörper weiter aufgedreht, was die Transmissionsverluste steigert.

Achtung
Bei Altbauten ist die ungewollte Lüftung durch Undichtigkeiten der Fenster meistens der Grund, warum im Inneren keine Kondensatschäden entstehen. Beim Einbau neuer Fenster ohne zusätzliche Massnahmen können dann massive Schäden auftreten.

Dampfdiffusion

Dampfdiffusion ist ein physikalischer Vorgang, der mit wärmetechnischen Vorgängen untrennbar und unvermeidbar verknüpft ist. Er bezeichnet die Wanderung von Luftfeuchtigkeit durch Bauteile nach bestimmten Gesetzmässigkeiten.

Luftfeuchtigkeit
Luft enthält stets einen gewissen Anteil von gasförmigem, nicht sichtbarem Wasserdampf. Warme Luft kann mehr Wasser aufnehmen als kalte Luft (Haare trocknen mit dem Fön). Bei jeder Temperatur gibt es einen Sättigungsdampfdruck und eine Sättigungswassermenge. Wird die Sättigungsgrenze z. B. infolge Abkühlung unterschritten, fällt Wasser in Form von Wassertropfen aus und bildet Nebel oder Tau. Die in Luft einer bestimmten Temperatur vorhandene Feuchtigkeit wird als relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet in % der Sättigungswassermenge. Für Raumluft von 20 °C beträgt der Sättigungsdampfdruck 2338 Pa (Pascal = N/m²), die Luft enthält dann eine Wassermenge von 17,31 g/m³. Bei bauüblicher relativer Luftfeuchtigkeit von 50 % beträgt die Wassermenge die Hälfte, der Dampfdruck wird 1169 Pa. Im Winter herrscht in Aussenluft von -10 °C ein Sättigungsdampfdruck von nur 260 Pa, die Sättigungswassermenge wäre dann 2,14 g/m³. Als Rechenwert wird im Winter von 80 % rel. Luftfeuchtigkeit ausgegangen, was einem Dampfdruck von 207 Pa entspricht.

Dampfdiffusion
Entsprechend dem Dampfdruckgefälle wandert Luftfeuchtigkeit vom Bereich des höheren zum niedrigeren Dampfdruck, in der Praxis im Normalfall von der Warmseite innen zur Kaltseite aussen.

Dampfdiffusionswiderstand
Alle Bauteile sind mehr oder weniger dampfdurchlässig. Das Mass wird mit der dimensionslosen Zahl μ oder mit dem Wert SD in Meter bezeichnet. Poröse Baumaterialien wie Holz, Backstein oder Stoffe für Wärmedämmung haben einen geringen Diffusionswiderstand. Dichte Betonschichten oder Polyethylenfolien haben eine stark dampfbremsende Wirkung. Glas und Metallschichten, auch als dünne Folien, sind praktisch dampfdicht, sie sind Dampfsperren. In der Praxis werden leider auch nur dampfbremsende Schichten oft als Dampfsperre bezeichnet, was falsch ist.

Diffusionsberechnung
Der Bauphysiker Glaser hat ein Verfahren entwickelt, wie der Dampfdruckverlauf in Bauteilen berechnet werden kann. Diese Rechenmethode dient heute weltweit als Hilfsmittel der Diffusionsberechnung und ist auch Grundlage der einschlägigen Vorgaben für Wärmedämmung in den SIA-Normen.

Kondensatbildung

Es wird unterschieden zwischen Innenkondensat und Oberflächenkondensat, obwohl die Ursache dieselbe ist.

Innenkondensat
Bildung von Innenkondensat tritt auf, wenn der durch ein Bauteil wandernde Dampf so weit abgekühlt wird, dass der Sättigungsdampfdruck erreicht wird. Dann fällt Wasser in Tröpfchenform aus. Dies geschieht z. B. auf der Innenseite wenig dampfdurchlässiger Schichten wie bei Aussenputz aus Kunststoff. Die Folge sind Putzschäden.

Oberflächenkondensat
Oberflächenkondensat tritt auf, wenn die Raumluft an inneren Oberflächen so weit abgekühlt wird, dass der Sättigungsdampfdruck erreicht wird. Dies ist z. B. bei normaler Raumluft mit 20 °C und 50 % rel. Feuchtigkeit der Fall, wenn infolge Wärmebrücken die innere Oberflächentemperatur weniger als 9,5 °C beträgt. Folge sind die sattsam bekannten ‹Grauschäden› in Aussenecken, welche nichts anderes sind als Schimmelbildung infolge Feuchtigkeitsanfalls. Ebenfalls eine Folge von Innenkondensat ist Schwitzwasser am unteren Rand von Isolierglasscheiben. Sowohl Innenkondensat wie Oberflächenkondensat müssen bei Bauten verhindert oder in zulässigen Grenzen gehalten werden. Probleme der Wärmedämmung treten vor allem auf bei nachträglicher, unsachgemässer wärmetechnischer Verbesserung von Altbauten.

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