Bauphysik - Bildungsnetz Schweizer Schreiner

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4 Naturlehre
K APITEL 4.2
1
«Schreiner Fachkunde»
Lehrmittel für die Grundausbildung an der
Berufsfachschule
Alle Rechte vorbehalten. Die Vervielfältigung, Aufnahme,
Speicherung und Wiedergabe durch irgendwelche
Datenträger (EDV, Mikrofilm usw.), auch einzelner Teile,
Texte oder Bilder, ist untersagt.
Genossenschaft
Copyright © 2013 by
Eigenverlag: Bildungsnetz Schweizer Schreiner
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Schreiner Fachkunde
4.2
Bauphysik
Die Monte-Rosa-Hütte – ein bauphysikalisches Wunderwerk
Ungefähr 100 Meter oberhalb der heutigen Monte-Rosa-Hütte SAC,
hoch über Zermatt, steht die modernste Berghütte der Welt. Für den
«Bergkristall» auf rund 2900 Meter über dem Meeresspiegel sind der
Schweizer Alpen-Club SAC und die Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich gemeinsam verantwortlich.
Auf einem oktagonalen Stahlbetonsockel mit einem Durchmesser von
16 m wurden fünf Geschosse gebaut, die 120 Übernachtungsgästen
Platz bieten. Das neue Gebäude, das digital geplant und im CNC-Zuschnitt in Holzbauweise mit Aluminiumhülle erstellt wurde, verwirklicht
den Gedanken nachhaltiger Energienutzung.
Eine Photovoltaikanlage an der Südfassade, eine Belüftungsanlage mit
Wärmerückgewinnung, ein Wasserkreislauf für die Toilettenanlage und
die Waschmaschine sowie eine intelligente und vernetzte Haustechnik ermöglichen der Hütte, ohne Strom- und Wasseranschluss 90%
der benötigten Energie regenerativ zu erzeugen.
www.section-monte-rosa.ch (SAC)
www.neuemonterosahuette.ch (ETH)
2
K APITEL 4.2
4 Naturlehre
Schreiner Fachkunde
Bauphysik und Wärmedämmstoffe
4.2.1Schutzfunktionen
4.2.2Temperatur
4.2.3Luftfeuchtigkeit
4.2.4 Unterschiede zwischen den Dämmungsarten
4.2.5Sanierung
4.2.6 Funktion der Bauteilschichten
4.2.7MINERGIE
4.2.8Fenstersysteme
4.2.9 IR-Thermografie (Wärmebilder)
4.2.10Schallschutz
5
5
6
10
12
15
16
18
21
23
25
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Quellen
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eye of science
Baucheck-Tanner
Isover SA
Isover SA
Isover SA
Baucheck-Tanner
Suva
Topakustik
Holz-Fenster
Dämmschicht
Luftdichtung
Tragende Schicht
Installationsebene
Innenbekleidung
Fenstersysteme
Bauteilschichten
Komfortlüftung
Module
Standards
4_02_bauphysik.mmap - 06.05.2013 - The Mindjet Team
Fassade
Hinterlüftung
Dämmschutzschicht
Fensterbau
Verglasung
Kunststoffenster
Holz/Alu-Fenster
IR-Thermografie
Tonhöhe (Frequenz)
Schallausbreitung
Minergie
Schallverhalten
Lautstärke (Schalldruck)
Schallabsorption
Luftschalldämmung
Körperschalldämmung
«Schreiner Fachkunde»
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Bauphysik
Schall
Folien
Taupunktprofile
Kerndämmung
Aussendämmung
Klebebänder
Dampfsperren
Dampfbremsen
Folienarten
Luftschichtdicke
Wasserdampfdiffusion
Innendämmung
Luftfeuchte
Schallschutz
Feuchteschutz
Witterungsschutz
Luftdichtung
Sommerlicher Wärmeschutz
Temperatur
Wärmeleitfähigkeit
Wärmetransport
Wärmeausdehnung
Wärmewirkung
Einheiten
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Winterlicher Kälteschutz
Sanierung
Dämmungsarten
Schutzfunktion
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Schreiner Fachkunde
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4
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5
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4.2
Wärmeschutz
Bauphysik und Wärmedämmstoffe
Was ist Bauphysik?
Ein Gebäude ist sehr wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt.
Sonne, Wind, Regen und Frost wirken von aussen. Ein ständiger Wärme- und Wasserdampfstrom dringt von innen durch die Bauteile nach
aussen. Schallemissionen breiten sich innerhalb des Gebäudes aus
bzw. dringen als Verkehrslärm von aussen ein.
In der Bauphysik geht es darum, die Auswirkungen dieser verschiedenen Einflüsse auf das Bauwerk selber und auf den Menschen als
Bewohner zu verstehen. Bauphysik hat das Ziel, Bautechnik und Baumaterialien so zu wählen und einzusetzen, dass das Bauwerk selber
keinen Schaden erleidet und gleichzeitig ein dem Menschen zuträgliches Raumklima gewährleistet. Zudem sollen Gebäude ökologischen
und wirtschaftlichen Ansprüchen gerecht werden und einen niedrigen
Energieverbrauch aufweisen. Mit den Kenntnissen aus der Bauphysik
erreicht man also, dass:
–– man sich im Gebäudeinneren wohl und geschützt fühlen kann,
–– die Gebäudehülle gesund erhalten bleibt und
–– der Betrieb des Gebäudes wenig Energie verbraucht.
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Feuchtigkeitsschutz
4.2.1Schutzfunktionen
Eine Gebäudehülle hat mehrere Schutzfunktionen zu erfüllen. Als wichtigste sind zu unterscheiden:
––
––
––
––
––
––
winterlicher Kälteschutz
sommerlicher Wärmeschutz
Luftdichtung
Witterungsschutz
Feuchteschutz
Schallschutz
Jedes Gebäude muss, abhängig von seiner Nutzung, die oben aufgeführten Schutzfunktionen gewährleisten. Die finanziellen Aufwendungen für diese Schutzfunktionen lohnen sich im Laufe eines «Gebäudelebens», da die Einsparungen der Heizkosten die Investitionen bei Weitem übersteigen. Ebenso sind Wohlbefinden, Gesundheit und
Leistungsfähigkeit direkt von diesen Schutzfunktionen abhängig.
Abstrahlung an die
Atmosphäre
Schnee
Frost
Sonne
Licht
Brand
Lärm
Schall
Wärme
Luftfeuchtigkeit
20°
Regen
–5°
T °C
Lufttemperatur
Bodenfeuchtigkeit
Das Bauwerk als Pufferzone zwischen äusseren Umwelteinflüssen und behaglichem Raumklima!
Schallschutz
6
K APITEL 4.2
4 Naturlehre
Schreiner Fachkunde
In der Mühle gemahlene Zeitungsfasern.
Rasterelektronenmikroskop, Vergrösserung 300:1
Warum müssen wir Gebäude
dämmen?
Über 50% des schweizerischen CO2Ausstosses geht auf das Konto der
Gebäude. Die Wärmedämmung von
Gebäuden ist deshalb eine der effizientesten Umweltmassnahmen: Gut
gedämmte Häuser verbrauchen bis zu
80% weniger Heizenergie als Altbauten. Ausserdem sind sie dank ausgewogener Innentemperaturen komfortabler. Das Plus für die Umwelt ist
auch ein Plus für die Wohnqualität.
Neopor weist kleine perlförmige, schwarze Graphitpartikel
auf, welche die Wärmedämmung zusätzlich verbessern.
Rasterelektronenmikroskop, Vergrösserung 600:1
Dac
20%
Lüften
en
Auss
11% B
wän
de
12%
30%
Fenste
r
16%
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11%
Quelle: Flumroc AG
h
Heiz
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Wärmeverlust an der Gebäudehülle
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Merke:
Es ist nicht das Material, das dämmt,
sondern die ruhende Luft, die sich
im Dämmmaterial befindet!
Warum ist es im Iglu warm?
Selbst wenn wir nicht in arktischen Verhältnissen leben, sind uns die
meist halbrunden Schneehütten ein Begriff. Wir können in ihnen Abenteuerurlaub machen, Feste feiern oder einfach nur aus Spass versuchen, selbst eines zu bauen. Nichts Ungewöhnliches, wie es im ersten Moment scheint. Doch weshalb ist es in einem Iglu wohlig warm,
und warum lässt diese Wärme das Iglu nicht schmelzen? Die Erklärung
klingt einfach: «Iglus schmelzen nicht, da die in den Schneeblöcken
enthaltene Luft als Isolator wirkt.» Schnee speichert sehr viel Luft, diese dient als Isolator und lässt weder die kalte Luft nach innen noch die
warme Luft nach aussen dringen. Das Prinzip ist dasselbe wie bei einer Daunenjacke. Zwischen den Daunen wird die abgegebene Körperwärme gespeichert und umhüllt den Körper mit einer warmen Luftschicht. Es ist also nicht das Material (Schnee, Daune oder irgendein
Dämmmaterial), welches dämmt, sondern die ruhende Luft, die sich
im Dämmmaterial befindet.
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4.2.2 Temperatur
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7
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Schreiner Fachkunde
Wärmewirkung
Je wärmer ein Stoff, desto schneller bewegen sich die Atome und Moleküle in winzigen Schwingungen zueinander. Erst beim absoluten
Nullpunkt, bei –273 °C = 0 K (null Kelvin) findet keine Bewegung mehr
statt. Bei festen Stoffen vibrieren die Teilchen um ihre Ruhelage, ohne
ihren Platz zu verlassen. In Flüssigkeiten können sich die Teilchen minimal aneinander vorbeischieben, während sie in Gasen gelöst ungeordnet durcheinanderfliegen und ständig aufeinander oder an die sie
umhüllenden Wände prallen. Der Druck im Veloschlauch entsteht
durch das dauernde Aufprallen der Luftmoleküle auf die Umhüllung.
Viele feste Stoffe können durch Zufuhr von Energie (= Wärme) in Flüssigkeiten und anschliessend in Gase umgewandelt werden.
Wasserdampf
Wasser
Die Aggregatzustände am
Beispiel von Wasser
Siedepunkt
100
Temperatur in °C
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Schematische Darstellung, Verdunstung
von Wasser
flüssig
Schmelzpunkt
0
fest und
flüssig
erstarren
verdampfen
Erstarrungspunkt
Wärmezufuhr
Schmelzwärme
335 kJ/kg
Wärmeentzug
–100
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Kondensationspunkt
kondensieren
Verdampfungswärme
2250 kJ/kg
schmelzen
fest
gasförmig
flüssig und
gasförmig
Wärmemenge in kJ
Wärmeausdehnung
Alle Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus. Nur Wasser weist zwischen 0 °C und +4 °C eine Ausnahme auf (Anomalie des Wassers). Die
Materialausdehnung kann z. B. bei Thermometern für die Temperaturmessung genutzt werden. Auch Holz dehnt sich theoretisch bei Erwärmung aus. Theoretisch deshalb, weil dabei meistens auch eine Feuchteverdunstung aus dem Holz stattfindet, die mit einer Volumenreduktion verbunden ist. Netto werden die Holzabmessungen in der Regel
bei Erwärmung kleiner.
Glas
Beton/Stahl
Aluminium
Hart-PVC
0
2
4
6
8 [mm]
Ausdehnung in mm je 100 K Temperaturdifferenz
8
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4 Naturlehre
Wärmetransport
Die Wärmeenergie kann auf drei Arten übertragen werden:
– durch Wärmeleitung,
– durch Wärmekonvektion und
– durch Wärmestrahlung.
Im Festkörper (Gebäudeteile) dominiert die Wärmeleitung, während im
luftgefüllten Raum Konvektion und Strahlung dominant sind. Die Strahlung wirkt zusätzlich auch im luftleeren Raum (Sonnenstrahlen).
innen
aussen
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Schreiner Fachkunde
Wärmeleitung erfolgt durch direkten Kontakt zwischen festen Körpern.
24 °C
Konvektion
Leitung
Wind
20 °C
langwellige
Strahlung
langwellige
Strahlung
Am Wärmeverlust von Gebäudeteilen sind alle drei Arten beteiligt.
50 °C
18 °C
1.36x e:1.00 Date:07.02.2007-04:50:34 Range: -30.0.. 109.9 °C Dist:1.95 m
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Wärmekonvektion wird durch Strömen eines Gases (Luft) oder einer Flüssigkeit erreicht.
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Sonne
(kurzwellige Strahlung)
Wärmestrahlung geschieht durch elektromagnetische Strahlung.
Infrarot-Aufnahme einer Fassade
Links ein modernes Wärmeschutzglas, rechts gut sichtbar die konstruktionsbedingten Wärmebrücken der Glasränder einer Hauseingangstür
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