Vortrag Prof. Dr. Sorge
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Wärmedämmung eines Gebäudes - Fluch oder Segen Prof. Wolfgang Sorge beraten planen prüfen Inhalt Wärmedämmung eines Gebäudes Muss ich das? Lohnt sich das? Nützt es was? Motivation – freiwillig und verordnet Dämmung – warm, feucht, luftdicht? Dämmung – innen oder außen? Lohnt sich Dämmung – energetisch und wirtschaftlich? Förderung von Dämm-Maßnahmen Motivation Individuelle Ansprüche an das Gebäude Mehr als ein • „Dach über dem Kopf“ • • • • • • Behaglichkeit und Komfort Nachhaltigkeit Schadensfreiheit Ressourcenschutz Werterhalt Bezahlbarkeit Motivation Gebäude und Energie - die Herausforderung Notwendigkeit • Ressourcenschutz • Senkung der Schadstoffkonzentration, insbesondere CO2 • Umweltauswirkung reduzieren, wie Temperaturanstieg und Anstieg der Meeresspiegel Motivation Gebäude und Energie - die Herausforderung Energiedesign Architekten und Bauingenieure können • entwerfen und entwickeln • gesamtheitlich koordinieren und bewerten • energetische Anforderungen im Entwurf integrieren Motivation Gebäude und Energie - die Herausforderung Chancen • marktfähige, nachhaltige Immobilien • Behaglichkeit und Komfort • Nutzung lokaler Ressourcen und regenerativer Energien • Stärkung der lokalen Wirtschaft • weniger Konflikte in Gebieten mit konventionellen Ressourcen • Aufgaben für jeden Bauherren, für Architekten und Ingenieure Motivation Gebäude und Energie - die Herausforderung Gebäudeentwurf und energetischer Entwurf Beispiele zwischen unzureichend und gut Verordnete Anforderung: Entscheidung für Effizienz Strategien zur Energieeinsparung Suffizienz und Effizienz 1973 - 2012 Suffizienz: Askese oder Konsumverzicht Effizienz: Verhältnis von Energieausbeute zu Energieeinsatz Strategie: wenig Verbrauch – effiziente Technik – Nutzung regenerativer Energien Motivation Verordnete Anforderungen an Gebäude • • • • • Europäische Gebäuderichtlinie 2010 Energieeinsparungsgesetz, zuletzt geändert 2013 Energieeinsparverordnung 2014 Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung, 2016 DIN 4108-2:2013 Wärmeschutz und Energieeinsparung im Hochbau • ´zukünftig Gebäudeenergiegesetz GEG 2017 (Entwurf) Zusammenfügung des Energieeinsparungsgesetzes, der Energieeinsparverordnung und des Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetzes Energetische Anforderungen –EnEV 2014 • Energieeinsparverordnung EnEV 2014 Begrenzung der CO2 Emissionen durch Begrenzung des Primärenergiebedarfs Anforderungen an den Jahresprimärenergiebedarf die Transmissionswärmeverluste Definition von Referenzwerten („guter Standard“) , mit Verschärfung der Anforderung 1.1.2017 um 25% erfolgte keine Anpassung der Referenzwerte, es ist der Faktor 0,75 auf das Ergebnis anzuwenden umzusetzen mit Dämmung von Bauteilen energieeffizienter Gebäudetechnik mit Nutzung regenerativer Energien (Anwendung des Erneuerbare Energien- Wärme-Gesetz Dokumentation der Kennwerte (Energieausweis) Energetische Anforderungen –EnEV 2014 • Energieeinsparverordnung EnEV 2014 Ausstellung von Energieausweisen für Transparenz und Anreiz Anforderungen an Erstellung der Ausweise Energiebedarfsausweise für Neubauten für das fertiggestellte Gebäude Energiebedarfsausweise oder Energieverbrauchsausweise für Bestandsgebäude Aushangpflicht für Energieausweise in öffentlichen Gebäuden mit Nutzflächen über 250 m², private Gebäude mit starkem Publikumsverkehr und Fläche über 500 m² Pflicht zur Aushändigung des Energieausweises bei Verkauf oder Vermietung Energetische Anforderungen –Entwurf GEG 2017 • Gebäudeenergiegesetz GEG (im Februar 2017 im Bundeskabinett aber nicht verabschiedet, daher vorr. erst in der nächsten Legislaturperiode) Gesetz zur Einsparung von Energie und zur Nutzung Erneuerbarer Energien zur Wärme und Kälteerzeugung in Gebäuden Zusammenführung des Energieeinsparungsgesetzes, der Energieeinsparverordnung und des erneuerbare Energien Wärmegesetzes einheitliches Anforderungssystem für Neubauten, Integration von Energieeffizienz und erneuerbare Energien geringer Primärenergiebedarf durch energetisch hochwertigen baulichen Wärmeschutz, damit effiziente Energienutzung und Deckung des Energiebedarfs durch regenerative Energien Niedrigstenergiegebäude (für neu zu errichtende Gebäude der öffentlichen Hand ab 2019 einzuhalten) entspricht dem KfW 55 Standard ab 1.1.2018 für öffentliche Gebäude: Verschärfung gegenüber 1.1.16 26% bez. Jahresprimärenergiebedarf, 12% baulicher Wärmeschutz Motivation Verordnungen –welche Zielwerte? Gebäude nach EnEV Niedrigstenergiegebäude Klimaneutrales Gebäude Nahezu Null-Energiegebäude Niedrigenergiegebäude (nicht definiert) Energieeinsparungsgesetz Klimaschutzplan der Bundesregierung EU Gebäuderichtlinie 2010, umzusetzen bis 2019/21 ( im Entwurf Gebäudeenergiegesetz 2017) Baulicher Wärmeschutz No Stammtisching Vorurteile richtigstellen: Eine korrekt ausgeführte Wärmedämmung begünstigt in keinem Fall Schimmelpilzwachstum Wände atmen nicht Richtig lüften ist wichtig, wegen der dichten Fenster, nicht wegen der dichten Wärmedämmung Wärmedämmung ist Klimaschutz Motivation Verordnete Anforderungen an Wärmedämmungen QT Transmissionswärmeverluste QS solare Wärmegewinne QI interne Wärmegewinne QL Lüftungswärmeverluste QS solare Wärmegewinne Wärmetechnische Kennwerte Baustoffe und Baukonstruktionen Baustoffeigenschaft • Wärmeleitfähigkeit i.A. gilt: je leichter der Baustoff ist, umso geringer ist dessen Wärmeleitfähigkeit und umso höher ist die Dämmwirkung Wärmetechnische Kennwerte Baustoffe und Baukonstruktionen Bauteileigenschaft • Wärmedurchlasswiderstand R = d/ abhängig von der Dicke und der Wärmeleitfähigkeit Eigenschaft eines Bauteils zwischen „innen“ und „außen“ • Wärmedurchgangskoeffizient U-Wert Heizwärmeleistung in W je m² Bauteilfläche bei 1 K Temperaturdifferenz innen aussen Dämmung verordnet Was ist vorgeschrieben? • DIN 4108-2:2013-02 Wärmeschutz und Energieeinsparung im Hochbau Zielsetzung Mindestwärmeschutz zur Vermeidung von Bauschäden und Sicherstellung hygienischer Wohnverhältnisse Anforderungen an den Mindestwärmeschutz den sommerlichen Wärmeschutz die Tauwasserfreiheit und Schimmelpilzfreiheit von Oberflächen umzusetzen mit Dämmung von Bauteilen (Mindest-Wärmedurchlasswiderstände) Gewährleistung von Mindest-Oberflächentemperaturen auch im Bereich von Wärmebrücken ausreichender Wohnungslüftung (DIN Fachbericht 4108-8 und DIN 1946 Teil 6 ) Mindestwärmeschutz DIN 4108-2:2013-02 Ausschnitt aus Tabelle 3 DIN 4108-2:2013 Anforderungen an Wärmedurchgangskoeffizienten Erneuerung, Austausch, Sanierung von Bauteilen EnEV 2014 keine Verschärfung 2016, bisher keine Verschärfung im Entwurf des GEG 2017 Bagatellgrenze 10% der Bauteilfläche Anforderungen an Wärmedurchgangskoeffizienten Nachrüstverpflichtung EnEV 2014 Oberste, zugängliche Geschossdecken, die nicht die Anforderungen der DIN 4108-2:2013-02 erfüllen Dämmverpflichtung U-Wert maximal 0,24 W/(m²K). Ausnahme bei Sanierung eines Sparrendachs Bei Dämmung von Deckenzwischenräumen oder Sparrenzwischenräumen gilt: Ist die Dämmschichtdicke wegen einer innenseitigen Bekleidung oder der Sparrenhöhe begrenzt, so gilt die Anforderung als erfüllt, wenn die nach anerkannten Regeln der Technik höchstmögliche Dämmschichtdicke (bei einem Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,035 W/(m·K)) eingebaut wird Referenzwerte Wohngebäude Neubau Gebäudehülle EnEV 2014 Empfehlung: mit strengerer Anforderung 2016: Werte um 25% reduzieren dickere Dämmungen lohnen sich nicht? Wo liegt das Optimum? heute übliche Dämmstoffdicken U – Wert Welche Dämmstoffdicken „lohnen sich“ ? Energetische Amortisation Betrachtung der grauen Energie Ergebnisse Bachelorarbeit Susanne Kauert Wirtschaftliche Amortisation Betrachtung der Investitionskosten und der Betriebskosten Energieeinsparung Ersparte Energiekosten Investitionskosten Graue Energie 0,5 … 10 Jahre 7 … 30 Jahre Zeit Wärmestrom und Oberflächentemperatur Berechnung des Temperaturverlaufes aus den Lufttemperaturen innen (i) und außen (e), den Wärmeübergangswiderständen innen (Rsi) und außen (Rse), und den Wärmedurchlasswiderständen der einzelnen Bauteilschichten (R1 bis Rn) Wärmestromdichte durch ein Bauteil q = U x (i - e) Oberflächentemperatur si= i - Rsix q si= i - Rsix U x (i - e) Oberflächentemperatur – Behaglichkeit und kein Schimmel Temperaturverlauf zwischen innen und aussen Behaglichkeit: empfundene Temperatur ist Mittelwert aus Luft- und Oberflächentemperatur Oberflächentemperatur und Behaglichkeit U = 0,5 W/(m²K) U = 1,0 W/(m²K) U = 1,5 W/(m²K) 30 Thermische Behaglichkeit Raumlufttemperatur θL noch behaglich 28 unbehaglich warm Raumumschließungs- 26 flächentemperatur θU 24 22 behaglich 20 18 16 14 12 U = 2,5 W/(m²K) Raumlufttemperatur 20 °C Quelle: Frank, 1975 U = 0,1 W/(m²K) Oberflächentemperatur [°C] Außenlufttemperatur -10 °C 10 12 unbehaglich kalt 14 16 18 20 22 24 26 28 Raumlufttemperatur [°C] Behaglichkeit: empfundene Temperatur Mittelwert aus Luft- und Oberflächentemperatur Auswirkung einer mangelhaften Wärmedämmung Schimmelpilzbildung Auswirkung einer mangelhaften Wärmedämmung Schimmelpilzbildung In der Luft vorhandener Staub sammelt sich an feuchten Stellen Staub mit Tapetenklebern, Emulsions- und Dispersionsanstrichen bilden Nährboden für Sporen der Schimmelpilze Aufgrund der Kapillarkondensation bildet sich im bauüblichen Temperaturbereich bei einer rel. Feuchte von 80 % vor den Bauteiloberflächen Schimmelpilz. Raumlufttemperatur 20°C, rel. Luftfeuchte 50%: Taupunkttemperatur 9,3 °C Schimmelpilzkriterium bei 80% rel. Feuchte: Oberflächentemperatur 12,6 °C Temperaturfaktor Taupunkttemperatur [°C] Wird feuchte Luft abgekühlt, so steigt die rel. Luftfeuchte an. Wird sie erwärmt, reduziert sich die rel. Luftfeuchte. Der absolute Wassergehalt bleibt hierbei unverändert. Bei einer Abkühlung der Luft unter die Taupunkttemperatur, fällt Tauwasser (=Kondensat) aus. Anforderungen an die Gebäudewärmedämmung Wärmebrückenwirkung minimieren Tauwasserschutz - Anforderungen an Bauteile Temperaturfaktor Ecken von Außenbauteilen mit gleichartigem Aufbau, deren Einzelkomponenten die Anforderungen an den Mindestwärmeschutz erfüllen, bedürfen keines gesonderten Nachweises. Alle konstruktiven, formbedingten und stoffbedingten Wärmebrücken, die beispielhaft in DIN 4108 Beiblatt 2 aufgeführt sind, sind ausreichend wärmegedämmt. Es muss kein zusätzlicher Nachweis geführt werden. Für alle davon abweichenden Konstruktionen muss der Temperaturfaktor an der ungünstigsten Stelle die Mindestanforderung fRsi 0,7 erfüllen. si e fRsi i e mit: si raumseitige Oberflächentemperatur i Innenlufttemperatur e Außenlufttemperatur speichern oder dämmen? Speichern • im jahreszeitlichen Wechsel mit Gebäuden nicht möglich • im Tag- Nachtwechsel mit oberflächennahen schweren Bauteilschichten möglich wichtig im Sommer, weniger von Bedeutung im Winter Dämmen • Verminderung der Transmissionswärmeverluste Kennzeichnung durch den U-Wert Wärmeleistung 1W je m² Bauteilfläche bei 1 K Temperaturdifferenz U= 1,4 W/m²K, 20°C innen, 0°C außen: q= 28 W/m² U= 0,2W/m²K q= 4 W/m² U-Wert Heizleistung 1W 1m² 1K Temperaturdifferenz innen aussen Sonne wärmt –auch die opaken (nichttransparenten) Flächen? Fenster • Abminderung Solarstrahlung durch das Glas: 40% bis 60% Wärme bleibt im Raum Wände und Dächer • Abminderung Solarstrahlung: 100% aber Aufheizung des Bauteils bei Massivbauten weniger als 1% im Raum nutzbar Ein Teil der Wärme geht nachts durch Abstrahlung verloren Gebäude atmen? Baustoffe und Wasserdampfaustausch Luftwechsel gezielt nach Anforderung • Fenster öffnen • Lüftungsanlage Gebäudehüllen müssen luftdicht sein • keine unkontrollierten Lüftungswärmeverluste • keine Bauschäden durch Feuchte • keine Zugerscheinungen Feuchteaustausch durch Lüftung • 100 mal mehr als durch Wasserdampfdiffusion wichtig: • sorptionsfähige (feuchteaufnahmefähige) Oberflächen Menschen müssen atmen, nicht die Gebäudehülle! Innenseitige Unterlüftungen von Dämmungen – Unzureichende Luftdichtheit der Konstruktion Zugerscheinungen und Energieverluste Dämmungen brennen? haben Algen? Entsorgung ungeklärt? Baumaterialien nach Brandschutzanforderung und Wunsch auswählen schwer entflammbar ist nicht nichtbrennbar Algen vermeiden durch dickere Putze und schwere Dämmungen Wärmespeichervermögen der Deckschicht erhöhen, kein Biozid Recycling, Entsorgung, Sondermüll mineralische Dämmstoffe recyclebar, andere nur thermisch verwertbar FAZ Richtig bauen.de Bauforum.de Dämmung individuell Materialien Mineralfaser Holzfaser Zellulose Schaumkunststoffe leichte mineralische Baustoffe gdi Dämmstoffe Dämm-Konstruktionen aussen innen Alternativen beim baulichen Wärmeschutz Auswahlkriterien Bewertungskriterien für die Dämmstoffe und Konstruktionen Energieeffizienz - gesamtheitlich Nachhaltigkeit Verfügbarkeit Ökologie Wiederverwertbarkeit Wirtschaftlichkeit Risiken Schadensanfälligkeit / Langlebigkeit Ausführung Schallschutz Raumklima Komfort der Bewohner Alternativen beim baulichen Wärmeschutz Welche Alternativen? Alternativen zu Polystyrol-WDVS WDVS Mineralfaser Mineralschaum Polyurethan Schaumglas Holzfaser Hinterlüftete Fassaden Kerngedämmte Fassaden Monolithische Bauweise Gefüllte und porosierte Hochlochziegel Porenbeton-Mauerwerk Gefüllte Leichtbetonsteine Verbund-Mauerwerk aus Tragschale, Dämmkern und Außenschale Holz-Rahmenbauweise Wärmedämmung innen oder außen? Dämmung außen ist der Regelfall Dämmung innen die Ausnahme für Sonderfälle z.B. nachträgliche Dämmung einer historischen Fassade Sonderfall Innendämmung Dämmung mit kapillaraktiven Dämmsystemen Denkmalschutz/Bauablauf Kapillarität/Diffusität Schadensfreiheit/Detailausbildung Instationäre Nachweisverfahren Feuchtetransportvorgängen Anforderungen aus Bauordnung und der Normung Konventionelle Berechnungsverfahren DIN 4108-3 und DIN EN 13788 Gültigkeitsgrenzen Anwendungsfälle für ein- und zweidimensionale Berechnungen Schalllängsleitung Innendämmung effizienter Wärmeschutz bei denkmalgeschützter Fassade Ausgangszustand Denkmalgeschützte Außenfassade, außen: Klinkermauerwerk innen: Vollziegelmauerwerk (Oberfläche sehr uneben, brüchig) Anforderungen: energieeffizienter Wärmeschutz durch Innendämmung behagliches Raumklima durch hohe Oberflächentemperatur Bauablauf/Bauzeitenplan Innendämmung genau geplant Planungsphase Vorplanung/Entwurfsplanung: Entwicklung Vorteile kapillaraktiver Innendämmung Bauablauf Detailausbildung Entwicklung/Optimierung der Maßnahmen durch Wärmebrückenberechnungen und instationäre Nachweisverfahren zur Dampfdiffusion Vertikalschnitt Innendämmung genau ausgeführt Maßnahme Ausgleichsputz zur Schaffung einer planen Oberfläche (vollflächiges Kleben der Innendämmung, Klebeebene für Anschluss von Baufolien) Innendämmung aus 6 cm dicken Mineraldämmplatten, Multipor Innenputz aus Multipor Leichtmörtel mit Armierungsgewebe Innendämmung und Holzbalkendecken Ausgangszustand Denkmalgeschützte Außenfassade, außen: Sandstein innen: Hochlochziegel, verputzt Geschossdecken als Holzbalkendecke Anforderungen: energieeffizienter Wärmeschutz durch Innendämmung Problematik: Innendämmung führt zu geringeren Materialtemperaturen Erhöhte Poren-Luftfeuchte Schädigung der Balkenköpfe Kapillaraktive Innendämmung ermöglicht beschleunigtes Austrocknen Innendämmung und Holzbalkendecken Maßnahmen Entwicklung/Optimierung der Maßnahmen durch Wärmebrückenberechnungen und instationäre Nachweisverfahren zur Dampfdiffusion Innendämmung und Holzbalkendecken Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports Beispiel: Randbedingungen, Feuchtereferenzjahr des DWD Temperaturen Außenluft und Raumluft Relative Luftfeuchte: Außenluft und Raumluft Simulationsergebnisse Porenluftfeuchte am 03. November Porenluftfeuchte am 25. Januar baulicher Wärmeschutz Wirtschaftlichkeit - Nachhaltigkeit Ziele der Bundesregierung Global (sektorübergreifend): bis 2020 bis 2050 Treibhausgasemissionen reduzieren (Referenzjahr 1990): um 40 % um 80 % Primärenergieverbrauch verringern (Referenzjahr 2008): um 20 % um 50 % Sektorspezifische Ziele (Gebäudesektor): • Zentrales Ziel: Einsatz fossiler Brennstoffe in Gebäuden bis 2050 um 80% senken (Verbesserung der thermischen Hülle + Einsatz erneuerbarer Energien) • Nahezu klimaneutraler Gebäudebestand bis 2050 • Neubauten ab 2020 klimaneutral • Jedoch gilt weiterhin: „technische und wirtschaftliche Vertretbarkeit muss beachtet werden“ Energie- und CO2 - Einsparziele notwendige Maßnahmen: Dämmung und Effizienz der Technik Zielwert 2030: Absenkung um 60%, d.h. auf 40% des heutigen Wertes baulicher Wärmeschutz Wirtschaftlichkeit - Nachhaltigkeit Auszug aus: Energie- und Klimaschutzmonitor 2012 Angestrebte Entwicklung für den Gebäudebestand Prognose: Modellberechnung gemäß Energie- und Klimaschutzmonitor 2012; Quelle BMVI Lohnt sich Dämmung -energetisch? Herstellenergie versus Heizenergieeinsparung U – Wert Opake Bauteile Zukunft U<= 0,1…0,15 W/m²K EnEV 14 (2016)U = 0,20 W/m²K Quelle BMVBS U – Wert transparente Bauteile Zukunft U<= 0,8 …0,7 W/m²K EnEV 14 (2016)U = 1,3 bzw.0,9 W/m²K Quelle BMVBS Lohnt sich Dämmung -wirtschaftlich? Investitionskosten versus Heizkosteneinsparung Lohnt sich Dämmung -energetisch Graue Energie versus Einsparung Datenbasis EPD environmental-product-declaration „Umwelt-Produkt-Deklarationen“ Einsparung EPS MW Lohnt sich Dämmung -wirtschaftlich? Investitionskosten versus Heizkosteneinsparung baulicher Wärmeschutz Wirtschaftlichkeit - Nachhaltigkeit Graue Energie (Primärenergiebedarf für die Dämmstoffherstellung) Graue Energie in kWh/m³ 1500 PU-Platten XPS 1000 Schaumglas = 160 kg/m³ EPS Hartschaumplatte, Harnstoffformaldehyd 500 Mineralwolle Perlite Kork Calciumsilikat-Platte Zellulose 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit in W/(mK) 0,05 0,06 baulicher Wärmeschutz Wirtschaftlichkeit - Nachhaltigkeit Graue Energie versus eingesparte Primärenergie (des letzten Zentimeters Dämmung) λ = 0,03W/mK Über 30 Jahre eingesparte Energie in kWh/m² und graue Energie in kWh/m² eines bzw. des letzten Zentimeters Dämmung 14 λ = 0,035W/mK λ = 0,04W/mK 12 PU-Platten XPS 10 Schaumglas = 160 kg/m³ 8 6 EPS Harnstoffformaldehyd Mineralwolle 4 2 0 10 15 20 25 30 Dicke der Dämmung d in cm 35 40 baulicher Wärmeschutz Wirtschaftlichkeit – Nachhaltigkeit Fazit Ab Dämmstoffdicken von 25 – 40 cm (in Abhängigkeit des Dämmmaterials) kann die Aufwendung für die Herstellung des Dämmstoffes innerhalb der üblichen Standzeit nicht mehr eingespart werden (Graue Energie). Wärmedurchgangskoeffizienten unter 0,1 W/(m²K) sind mit den zur Verfügung stehenden Dämmmaterialien nicht sinnvoll. Maximale jährliche Kosteneinsparungen lassen sich mit folgenden Dämmstoffdicken (Durchschnittswerte) realisieren: Außenwand: 10 cm bis 18 cm, Dach: 18 cm bis 30 cm, Kellerdecke: 6 cm bis 12 cm Aber: CO2 Einsparziele lassen sich nur mit langfristigen Kostenbetrachtungen und Betrachtung des lokalen und globalen Umweltschutzes realisieren In kalten Klimazonen (Deutschland) mit hohen Gradtagszahlen sollten die oben genannten Dämmstoffdicken noch erhöht werden. Energetische Sanierungen rechnen sich i. A. nur im Zusammenhang mit Sowieso anstehenden Sanierungsarbeiten. Kosteninformation BKI Baukosten Kostenspanne in € Kosteninformation BKI Baukosten Kostenspanne in € Förderung KfW Programme für Neubauten und Sanierung Bei allen Förderprogrammen gilt: zugelassenen Berater/ Experten beauftragen Antrag stellen und genehmigen lassen, erst dann Firmen mit der Ausführung beauftragen Nachweis über die vollständige Maßnahme einholen Förderung 10.000 Häuser Programm EnergieSystemHaus - Sanierung (mind. KfW 115) - Neubau (mind. KfW 55) Förderung 10.000 Häuser Programm Informationen: Energieatlas Bayern Informationsbroschüre der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau www.bayika Infos für Bauherren Planer Dämmen –ein Segen– aber individuell angepasst Individuelle Gebäude erfordern individuelle Lösungen
