1 ZUSAMMENFASSUNG
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BAUPHYSIK Andreas H. Holm Hochschule München Fraunhofer-Institut für Bauphysik - Holzkirchen Tel.: 08024 / 643-226 oder e-mail: [email protected] © Fraunhofer ZUSAMMENFASSUNG Bauphysik im Überblick Bauphysik Einführung Feuchte Wärme / Energie Wintersemester Akustik 1 Gegenstand der Bauphysik Die Bauphysik ist eine Anwendung der Physik auf Bauwerke und Gebäude Wärme Wärmeschutz der Gebäude aus den Gründen der Wohnhygiene, der Behaglichkeit und der Energieeinsparung sowie zur Vermeidung thermischer Schäden und Verformungen. Feuchte Feuchtigkeitsschutz der Baustoffe und deren baukonstruktiver Funktion gegen gefährdende Angriffe der Wasserdampfdiffusion mit Tauwasserbildung, des Schlagregens, der Erdfeuchte und durch drückendes und druckloses Wasser. Schall Schallschutz der Wohn- und Arbeitsbereiche gegen Verkehrslärm, Nachbarschafts-, Luft- und Trittschall, gegen Anlagen- und Installationsgeräusche sowie der raumakustischen Gestaltung für eine je nach Anforderung - optimale Hörbarkeit. ZEICHEN UND SYMBOLE Einige altgriechische Buchstaben Alpha Ny Beta Xi Gamma Pi Delta Rho Epsilon Sigma Eta Tau Theta Phi Kappa Psi Lambda Omega My Zeta © Fraunhofer 2 Begriffe, Formelzeichen, Einheiten Größe Formelzeichen Einheit Masse m Kg, g Volumen V m3 Dichte ρ kg/m3 Druck P Pa © Fraunhofer Begriffe, Formelzeichen, Einheiten Größe Formelzeichen Einheit Ԃ; θ °C Absolute Temperatur T K Temperaturdifferenz ΔԂ; Δθ; ΔT K Temperatur © Fraunhofer Begriffe, Formelzeichen, Einheiten Größe Formelzeichen Einheit Wärme Q kWh; Wh; J Leistung P kW; W=J/s = dQ dt Q W A q = Q W/m2 c kJ/(kg K) Wärmestrom Wärmestromdichte Spez. Wärmekapazität Im Baubereich: Wärme = Energie © Fraunhofer 3 Wichtige Definitionen und Umrechnungen Pa = N/m2 N = kg m /s2 N/m = kg/s2 J=W/s 1 kJ = 0,2778 Wh 1 Wh = 3,6 kJ © Fraunhofer KONSTRUKTIVER AUFBAU DER BAUTEILE Bauteile bilden die Hülle von Räumen und Gebäuden; sie bestehen meist aus mehreren Baustoffen bzw. Baustoffschichten. Wesentliche Bauteile sind: • Wände • Decken • Dächer • Fenster 4 Bauteile im Laufe der Zeit Energieagentur NRW Dämmstoffdicken im Laufe der Zeit Energieagentur NRW AUßENWÄNDE 5 MASSIVE AUßENWÄNDE Gebäudehülle – die Außenwand Für die Errichtung einer gut wärmegedämmten Außenwand sind viele Konstruktionen möglich, z.B.: • Monolitisches Mauerwerk • Mauerwerk mit Innendämmung • Zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung • Mauerwerk mit Wärmedämmputz • Mauerwerk mit Außendämmung (Hinterlüftete Vorhangfassade) • Mauerwerk mit Außendämmung (WärmedämmVerbundsystem/Thermohaut) • Mauerwerk mit transparenter oder transluzenter Wärmedämmung • Holzrahmen-, Holzskelett-, Brettlagenbau Einschalige Außenwände aus Mauerwerk Mauwerke aus: •Ziegel (hauptsächl. in Südtld.); erhöhter W´schutz mit Leichtziegeln, Dämmmörteln und Dämmputzen. p •Porenbetonsteine oder -platten; etwas besserer W´schutz, da sehr stark porosiert. •Bimsbetonsteine 6 Einschalige Außenwände aus Mauerwerk Dicke der Hintermauer in cm Konstruktionsdicke in cm 0,09 0,10* 0,12* 0,14 30,0 33,5 0,279 - 0,359 0,417 36,5 40,0 0,232 0,254 0,301 0,349 42 5 42,5 46 0 46,0 - - 0 262 0,262 0 304 0,304 49,0 52,5 - - 0,229 0,267 U-Wert in W/(m2K) bei λR-Mauerstein Einschalige Außenwände aus Mauerwerk Eigenschaften: • mittlere Wärmeschutz bei Wandstärken meist > als 30 cm; 0,4 < U < 0,6 W/m²K • gute akustische Eigenschaften • f feuchtetechnisch h h i h unproblematisch; bl i h wegen der Schwere; keine Dampfsperren erforderlich; guter Schlagregenschutz bei geeigneten Putzen; • ökologisch unproblematisch Einschalige Außenwände aus Mauerwerk Verbreitung: • Mitteleuropa, in Süddeutschland fast ausschließlich; • dort traditionelle Bauart. 7 Einschalige Außenwände aus Mauerwerk Verbreitung: • Mitteleuropa, in Süddeutschland fast ausschließlich; • dort traditionelle Bauart. Einschalige Außenwände aus Mauerwerk http://www.bbs-hausbau.de/ Einschalige Außenwände aus Mauerwerk 8 Gebäudehülle – die Außenwand Innendämmung Kerndämmung Außendämmung Gebäudehülle – die Außenwand Innendämmung mit Kalziumsilikatplatte www.wego-austria.at www.deutsche-handwerker.info www.walter-bucher.ch IBHolm Architektur und E i b t Gebäudehülle – die Außenwand Innendämmung • Kalziumsilikatplatt e • Mineralwolle mit Dampfbremse • Ultraleichte Dämmsteine 9 Gebäudehülle – die Außenwand Innendämmung Mauerwerk mit Innendämmung Bei Neubauplanung grundsätzlich zu vermeiden! Bei Sanierung im Ausnahmefall (z.B. denkmalgeschützte Fassade) bei sorgfältiger Ausführung okay. Innendämmung wärmebrückenfrei anbringen! Sonst Tauwasserniederschlag und damit Schäden in der Baukonstruktion. Dampfbremse zwischen Innenputz und Innendämmung unerlässlich! Ausnahme: Kalziumsilikatplatte. Braucht keine Dampfbremse. Gebäudehülle – die Außenwand Innendämmung Innendämmung - Tauwasser Schallübertragung Brandschutz Wohnfläche Mieterbeeinträchtigung Kosten + bequeme Anbringung + rasches Wiederanheizen Einschalige Außenwände aus Mauerwerk 10 Einschalige Außenwände aus Mauerwerk www.bauunternehmen-werner.de www.mk-bauservice.de Einschalige Außenwände aus Mauerwerk Wärme-Dämmputz Mineralischer Baustoff, der z.B. mit Polysterol versetzt ist und dadurch eine Wärmeleitfähigkeit =0,08 W/mK erreichen kann. Vorraussetzung: <0,20 W/mK (und damit ca. 5mal schlechter als übliche Dämmstoffe). Vorteil Fugenlose Dämmschicht, die sich leicht allen geometrischen Formen von Putzgründen anpasst. Nachteil: Begrenzte Dämmstärke von 10cm, bei vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit Einschalige Wand mit Außendämmung Hinterlüftete Vorhangfassade www.baulinks.de www.baumarkt.de IBHolm Architektur und E i b t 11 Einschalige Wand mit Außendämmung Hinterlüftete Vorhangfassade Hauptsächlich im Gewerbebau eingesetzt Erlaubt eine repräsentative Fassadengestaltung Bietet einen besonders dauerhaften Witterungsschutz Dämmstoffstärke ist konstruktiv auf 18cm begrenzt Die Kosten für eine Vorhangfassade liegen abhängig vom Material zwischen 110-150 €/m² IBHolm Architektur und E i b t Einschalige Wand mit Außendämmung Einschalige Wand mit Außendämmung Mauerwerk mit Außendämmung (WDVS) www.energie-fachberater.de baupraxis.de 12 Einschalige Wand mit Außendämmung Mauerwerk mit Außendämmung (WDVS) Eignet sich sowohl für Neubau, als auch für den Bestand Preiswertestes Außenwanddämmsystem Ausführung nur vom Fachbetrieb Lebensdauer entspricht der Haltbarkeit des Außenputzes (Ausgeführte Dämmungen haben bereits mehr als 30 Jahre überdauert) Tragende Mauer liegt im „warmen“ Bereich Wärmebrücken werden reduziert Einschalige Wand mit Außendämmung Mauerwerk mit Außendämmung (WDVS) Problem „lebende“ Fassaden Seit ein paar Jahren sind Algen und Pilze als unerwünschte „Verzierungen“ von Thermohautfassaden zu beobachten. Vorab: kein gesundheitliches sondern ein ästhetisches Problem! Ursache: in klaren kalten Nächten Unterkühlung der Fassade gegenüber Umgebungstemperatur bei Taupunktunterschreitung Bildung von Kondenswasser Wasser in Verbindung mit z.B. Pollen und wenig Sonnenlicht mögliches Algenwachstum Einschalige Wand mit Außendämmung Eigenschaften: • sehr guter Wärmeschutz • 0,2 < U < 0,35 W/m²K; • Dämmstärken 8 - 16 cm; • Vorschicht Wärmebrückengefahr; günstig bei einbindenden Decken, wenn diese mit Dämmung überdeckt sind • akustisch i.a. ohne Probleme; • feuchtetechnisch ohne Probleme, wenn äußere Dämmschicht diffusionsoffen ist; • ökologisch i.a. unproblematisch 13 Einschalige Wand mit Außendämmung Einschalige Wand mit Außendämmung Fazit und Empfehlung • Bester winterlicher Wärmeschutz • Sehr hohe Behaglichkeit durch warme Innenwandoberflächen • Tauwasserfreiheit der Konstruktion • Schutz der Bausubstanz (Vermeidung von Schimmel, Dehnungsrissen und Wärmebrücken, Frostverlagerung nach außen) • Einsparung an Energieverbrauch über die Außenwand von 50-75% • Wirtschaftlichkeit durch hohe Energiekosteneinsparung • Verbesserte Wärmespeicherung und guter sommerlicher Wärmeschutz Einschalige Wand mit Außendämmung Außendämmung + + + Wetterschutz Fluchtlinie Kosten städtebauliches Bild thermische Beanspruchung sommerlicher Wärmeschutz Wärmebrücken 14 Einschalige Wand mit Außendämmung Zweischalige Wände IBHolm Architektur und E i b t Zweischalige Wände Eigenschaften: • mittlerer bis guter W´schutz • Luftschicht verringert W´schutz verhindert aber Benässung der Dämmschicht; • Luftschicht sollte 4 (2)cm dick sein; Schicht wird mit RL gemäß Tab.2 EN ISO6946 angesetzt. Äußere Schale zählt zum U-Wert. • sehr guter Schallschutz; • feuchtetechnisch unproblematisch; • ökologisch ohne Probleme 0,25 < U < 0,4 W/m²K IBHolm Architektur und E i b t 15 Zweischalige Wände Verbreitung : Traditionelle Wand in Nord- und Nordwestdeutschld. bestehend meist aus Kalksandstein (insbesondere die Innenschale) oder Ziegeln höherer Rohdichte; die Außenschale besteht häufig aus Klinkern (Hartbrandziegel). IBHolm Architektur und E i b t Zweischalige Wände IBHolm Architektur und E i b t Zweischalige Wände IBHolm Architektur und E i b t 16 Zweischalige Wände IBHolm Architektur und E i b t Zweischalige Wände Kerndämmung - Durchfeuchtung - Wärmestau in Vorsatzschale - Kosten - kaum nachträglich + bauphysikalisch optimal IBHolm Architektur und E i b t HOLZ- BZW. LEICHTBAU 17 Einführung - Holzbauweisen Beispiel eines Skelettbaus, eines Blockhausbaus, eines Rahmen-oder Tafelbaus Für alle Bauweisen gilt: Eine gute Planung, Ausführung und Pflege vorausgesetzt gibt es hinsichtlich der Lebensdauer und der Qualität von Holzbauten keinen Unterschied zu gängigen Massivbauten. Holzskelettbau Charakteristisch: aufgelöste, in einem relativ großen Raster geordnete Tragstruktur aus Stützen und Trägern. Ursprung: im traditionellen Fachwerkbau 18 Holzskelettbau seit Ende der 60er Jahre Architektur Brettschichtholz und StahlteilVerbindungen ermöglichen weitgespannte und dennoch filigrane Holzskelette Grundrissgestaltung sehr flexibel und individuell. individuell Konstruktion und Planung ist theoretisch nicht an ein Raster gebunden Holz-Massivbauweisen vorgefertigte Bauteile oder Module unterschiedlicher Formate. Konstruktion Tragwerk Bei den Wandelementen erfolgt die vertikale Lastabtragung flächig. Bei den meisten Systemen wirken die Elemente gleichzeitig aussteifend. Die Lastabtragung bei Deckenelementen kann je nach System ein- oder zweiachsig erfolgen.. Holz-Massivbauweisen 19 Blockbauweise Holzbohlen horizontal übereinander geschichtet Einschalig leichte Wand Holzrahmenbau / Holztafelbau Charakteristisch: Traggerippe möglichst gleicher Hölzer, die durch Holzwerkstoffplatten flächig beplankt sind Ursprung: im traditionellen Fachwerkbau 20 Holzrahmenbau / Holztafelbau vorkonfektionierten Holzbauteilen ausgeführten Wandelemente eignen sich ebenso gut zur Baustellenfertigung wie auch zur Vorfertigung kompletter Bauelemente Einschalig leichte Wand Eigenschaften: • sehr guter W´schutz • Schallschutz schwächer, da leichte Konstruktion • feuchtetechnisch unproblematisch mit innenliegenden Dampfsperren; • geeignet für Fertigbauteile; potentiell kostengünstig; • ökologisch unproblematisch 0,15 < U < 0,30 W/m²K Verbreitung: In Deutschld. wenig verbreitet, hauptsächlich in Skandinavien, Holland, Kanada, USA, Japan KELLER 21 Gebäudehülle – der Keller • Bei einem Einfamilienhaus können die Wärmeverluste im Kellerbereich bis zu 20% des Gesamtwärmeverlustes des Gebäudes betragen. • Bei einem unbeheizten Keller ist es sinnvoll, die Kellerdecke zu dämmen, um den Wärmeabfluss aus dem beheizten Wohnraum zu verhindern. • Bei einem beheizten Keller oder bei nicht unterkellerten beheizten Gebäuden ist es notwendig, gegen unzulässige Wärmeverluste und unzumutbare Fußkälte den Boden gegen das Erdreich zu dämmen. • Bei einem beheizten Keller sind außerdem die Kellerwand gegen Erdreich und eventuell die Innenmauer gegen unbeheizte Kellerräume zu dämmen. Gebäudehülle – der Keller Die Kellerboden und Kellerwand gegen das Erdreich www.beton.org Kellerwände (Perimeterdämmung) Eigenschaften: • Guter Wärmeschutz bei 8 cm Perimeterdämmung 0,2 < U < 0,4 W/m²K • Vermeidung von W´brücken • Nutzung der Kellerräume für Wohnzwecke möglich • bei sorgfältiger Abdichtung außen, keine Feuchteprobleme • okologisch keine Probleme IBHolm Architektur und E i b t 22 Kellerwände (Perimeterdämmung) IBHolm Architektur und E i b t Gebäudehülle – der Keller Die Kellerdecke Kellerdecken Eigenschaften: • Guter Wärmeschutz mitm zusätzlicherW´dämmschicht auf der Unterseite 0,25 < U < 0,4 W/m²K; • in schwerer Bauart gute akust. Eigenschaften i h f 23
