Wärmebrücken – Problematik und Nachweisverfahren

Je energieeffizienter ein Gebäude konzipiert wird, desto mehr rücken Wärmebrücken in den Fokus der Planung. Sie bedürfen dabei besonderer Beachtung: Räumlich begrenzt weisen sie von der Gebäudehülle abweichende Dämmeigenschaften auf. So können geringere oder höhere Energieverluste auftreten als zum Beispiel in einer ebenen Mauerwerksscheibe. Die Ursachen sind in der Geometrie, der Konstruktion oder den verwendeten Materialien zu finden. Mithilfe detaillierter Berechnungen können Planer den Einfluss von Wärmebrücken auf den Energieverbrauch exakt bestimmen und so hohe pauschale Zuschläge auf den Gesamtwärmeverlust des Gebäudes umgehen. Ein niedrigerer Wärmebrückenzuschlag nach DIN 4108 könnte in Zukunft helfen, mit vereinfachten Nachweisen höhere energetische Standards zu realisieren. Zusätzlich ermöglichen speziell entwickelte Sonderprodukte, die Nahtstellen beispielsweise im Mauerwerk intelligent zu dämmen und den Energieverlust so zu minimieren.

Im örtlich begrenzten Bereich einer Wärmebrücke verändert sich der Wärmeenergiefluss. Verglichen mit dem Referenzwert einer homogenen Wandfläche kann sich dieser positiv oder negativ auf den Wärmeverlust auswirken. Eine positive Wärmebrücke entsteht etwa in einer Rauminnenecke. Hier ist der Energieverlust geringer als auf einer Ebene. Im Gegensatz dazu kühlen etwa Gebäudeaußenkanten schneller aus und führen so zu einer negativen Energiebilanz. Rechnet man die beiden Arten der Wärmebrückeneffekte gegeneinander auf, kann die Summe kleiner oder gleich Null sein – wie etwa bei einem Passivhaus.

Wärmebrücken: ihre Entstehung…
 
Der Ursprung einer Wärmebrücke ist auf Konstruktion, Geometrie oder das Material zurückzuführen. Unterbrechen Bauteile – wie zum Beispiel eine Betondecke – mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit die geschlossene, energetisch optimierte Gebäudehülle, sprechen Experten von einer materialbedingten Wärmebrücke. Innerhalb dieser zusammengesetzten Gebäudeteile ist der Wärmestrom nicht mehr homogen. Querschnittsveränderungen in der Dämmebene ermöglichen die Entstehung von konstruktiven Wärmebrücken: Das Einbringen von Bauteilen in die Außenhülle, beispielsweise durch einen Bauteilwechsel, unterscheidet sich dabei jedoch kaum von materialbedingten Wärmebrücken. Eine geometrische Wärmebrücke entsteht dagegen durch Abweichungen eines ebenen Bauteilbereiches, etwa an einer Gebäudekante. Hier ist die wärmeabgebende Außenoberfläche größer als die wärmeaufnehmende Innenoberfläche – es entsteht ein Kühlrippeneffekt. Die raumseitigen energetischen Verluste kühlen die Wandoberfläche aus.

… ihre Anforderungen…
 
Je nach bauphysikalischen Eigenschaften wirken sich die verwendeten Materialien positiv oder negativ auf eine Wärmebrücke aus. Ebenso kommt es darauf an, wie die Bauteile geometrisch angeordnet werden. Dabei müssen Wärmebrücken stets zwei Ansprüche erfüllen. Zum einen müssen die Mindestanforderungen an den Feuchteschutz nach DIN 4108-2 eingehalten werden: Die minimale Oberflächentemperatur θmin der Innenräume darf 12,6 Grad Celsius nicht unterschreiten. Zum anderen gibt die aktuelle Energieeinsparverordnung (EnEV) vor, dass der Einfluss der Energieverluste durch Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf so niedrig wie möglich gehalten werden muss. Die Anforderungen der EnEV verschärfen sich zunehmend. Hilfestellung zur rechnerischen Ermittlung der Transmissionswärmeverluste bieten DIN EN ISO 10211 genauso wie die weiteren Planungshilfen Beiblatt 2 zur Norm DIN 4108.

… und ihre Nachweismöglichkeiten

Wärmeverluste durch Wärmebrücken HWB sind ein Teil der Transmissionswärmeverluste der Gebäudehülle HT. Um diesen Gesamtverlust zu ermitteln, werden die Energieverluste aller flächigen Bauteile und die energetischen Verluste durch Wärmebrücken addiert. Die Transmissionswärmeverluste der flächigen Bauteile ergeben sich jeweils aus dem Produkt U-Wert mal Fläche. Für die Ermittlung der Wärmeverluste durch Wärmebrücken gibt es drei gesonderte Verfahren:

1. Planer können einen pauschalen Wärmebrückenzuschlag ΔUWB von 0,1 W/(m²K) berechnen. Dabei werden die Wärmebrücken weder ermittelt noch gedämmt.

2. Auf Basis von Beiblatt 2 zur DIN 4108 werden die einzelnen Wärmebrücken einem Ausführungsbeispiel zugeordnet. Erfolgt dieser vereinfachte Nachweis, werden geringere Wärmeverluste angesetzt und der pauschale Wärmebrückenzuschlag beträgt nur noch 0,05 W/(m²K).

3. Mit einem detaillierten Nachweis aller Wärmebrücken wird der energetische Verlust der Gebäudehülle wesentlich niedriger angesetzt als bei einem Verfahren mit Pauschalzuschlag. Dazu werden von allen Wärmebrücken die jeweiligen längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ nach DIN EN ISO 10211 ermittelt und summiert.

Konstruktionen optimieren

Werden die Wärmebrücken im Detail berechnet, müssen nach DIN V 4108-6 die Wärmebrücken bestimmter Konstruktionsarten nach anerkannten Regeln der Technik ausgewiesen werden. Gebäudekanten, insbesondere an Außenecken, weisen aufgrund größerer Außenoberflächen negative U-Werte auf. Umlaufende Fenster- und Türanschlüsse sind besonders detailliert nachzuweisen, da hier die unterschiedlichen Materialien einen starken Einfluss auf den Wärmestrom haben. Ein weiteres Augenmerk gilt zudem dem Gebäudesockel: Der aufgehende Wandfuß unterbricht die Gebäudehülle und bildet ungedämmt eine massive Wärmebrücke mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmebrücken sind einzeln zu identifizieren, ihre geometrischen Abmaße zu bestimmen und für eine Berechnung  zu typisieren.

Durch detaillierte Planungsverfahren sowie den Einsatz von passenden Sonderprodukten kann jedoch entgegengewirkt werden. Unipor bietet auf www.unipor.de eine moderne Bauphysik-Software, mit der detaillierte Wärmebrückennachweise möglich sind. Diese Software entstand  in Kooperation mit der Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel und ist speziell für Ziegelprodukte geeignet. Weitere Planungshilfen bietet zudem beispielsweise ein Wärmebrückenkatalog, der Bemessungsgrundlagen, lineare Wärmedurchgangskoeffizienten für Außenbauteile und Informationen über eine luftdichte Ausführung im Passivhausstandard aufführt. Systemprodukte, wie etwa hochwärmedämmende Unipor-Deckenrandelemente für die Einbindung von Geschossdecken, ermöglichen die Erstellung homogenen Mauerwerkes und einer geschlossenen Wärmedämmebene.

Beiblatt 2 in Überarbeitung

Um Architekten und Fachplanern den Nachweis von Wärmebrücken weiter zu erleichtern, wird voraussichtlich Ende 2016 eine überarbeitete Version des Beiblatt 2 zur DIN 4108 erscheinen. Das erweiterte Beiblatt zeigt zusätzliche Details von Bauteilen auf, wie etwa den baulichen Anschluss an Tiefgaragen. Der vereinfachte Wärmebrückennachweis mit einem Pauschalzuschlag von heute 0,05 W/(m²K) wird um ein zweites, verbessertes thermisches Niveau ergänzt: Ein niedrigerer pauschaler Zuschlag soll Planern die Ausweisung eines energetisch hochwertigen Gebäudes ohne detaillierte Berechnungsverfahren ermöglichen. Voraussichtlich wird eine zukünftige Novelle der EnEV Bezug auf diesen besseren Wärmebrückenzuschlag nehmen.

Fazit

Wärmebrücken führen in der Gebäudehülle zu abweichenden Energieströmen – sowohl mit Zu- als auch Abschlägen. Mit effizienter Planung und intelligenten Systemprodukten können Fachleute Energieverluste eingrenzen. Detaillierte Nachweisverfahren stellen besonders energieeffiziente Lösungen hervor, sind jedoch zugleich verbunden mit aufwendigen Berechnungen. Die vereinfachte Nachweisführung nach Beiblatt 2 der DIN 4108 bietet hier eine schnellere Lösung dank umfangreicher Referenz-Bauteile. Die Einführung eines neuen, niedrigeren Pauschalzuschlages ermöglicht die Ausweisung eines Gebäudes mit höheren energetischen Standards. Davon profitieren Fachplaner ebenso wie Bauherren.

29.09.2016
Abweichende Dämmeigenschaften in der Gebäudehülle: Wärmebrücken können Energieverluste verursachen, die umliegende Konstruktionen auskühlen. Drei unterschiedliche Nachweisverfahren unterstützen Planer darin, höhere energetische Standards zu realisieren und die Wärmeverluste zu berücksichtigen (Bild: UNIPOR, München).
Optimierter Temperaturverlauf mit Systemprodukt: Dank des Einsatzes eines hochwärmedämmenden Deckenrandelementes von Unipor wird die Einbindung der Geschossdecke energetisch verbessert (Bild: UNIPOR, München).
Wenn Bauteile mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit die Gebäudehülle unterbrechen, entsteht eine Wärmebrücke. Planer müssen daher beispielsweise umlaufende Fensteranschlüsse besonders detailliert nachweisen. Passende Systemprodukte oder moderne Software schaffen hier Abhilfe (Bild: UNIPOR, München).
Digitaler Planungshelfer: Die Unipor-Ziegel-Gruppe bietet eine neue Bauphysik-Software an, die eine komplette Nachweisführung im Mauerwerksbau ermöglicht. In zwei Modulen lassen sich alle notwendigen Daten besonders nutzerfreundlich und unkompliziert eintragen (Bild: UNIPOR, München).
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