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Inhaltsverzeichnis
Definition und Auswirkungen von Wärmebrücken
Einführung
Wärme sucht sich ihren Weg vom beheizten Raum nach außen. Dabei geht sie den Weg des geringsten Widerstandes.
Als Wärmebrücke bezeichnet man einen örtlich begrenzten Bereich der Gebäudehülle, wo sich im Vergleich zu unmittelbar angrenzenden Bereichen ein veränderter (meist erhöhter) Wärmefluss einstellt (eine Temperaturdifferenz zwischen innen und außen vorausgesetzt).
Auswirkungen von Wärmebrücken sind:
- Veränderte, meist verringerte innere Oberflächentemperaturen; das kann im schlimmsten Fall zum Durchfeuchten von Bauteilen und Schimmelwachstum führen.
- Veränderte, meist erhöhte Wärmeverluste
Beides kann im Passivhaus vermieden werden: Die Oberflächentemperaturen sind dann überall so hoch, dass es zu keiner kritischen Feuchtebelastung mehr kommen kann - und die zusätzlichen Wärmeverluste werden vernachlässigbar klein. Sind die Wärmebrückenverluste kleiner als ein Grenzwert (festgelegt auf 0,01 W/(mK)), so erfüllt das Detail die Kriterien für „wärmebrückenfreies Konstruieren“.
Werden die Kriterien an wärmebrückenfreies Konstruieren überall eingehalten, so müssen sich die Planer und der Bauherr keine Sorgen mehr um kalte und nasse Flecken machen - und auch der Berechnungsaufwand für die Heizwärmebilanz wird viel geringer.
Wärmebrückenfreies Konstruieren führt zu substantiell verbesserten Details. Dadurch wird die Dauerhaftigkeit der Konstruktion erhöht - und es wird Heizenergie eingespart.
Normative Definition vom Wärmebrücken
In der [DIN10211] (Wärmebrücken im Hochbau – Wärmeströme und Oberflächentemperaturen – Detaillierte Berechnungen) sind die numerischen Vorgehensweisen Rund um die Berechnung von Wärmebrücken enthalten. In ihr werden die Wärmebrücke wie folgt definiert (Kapitel 3.1.1):
Wärmebrücken, die im Allgemeinen an jeder Verbindungsstelle zwischen Bauteilen oder an Stellen auftreten, wo sich die Zusammensetzung der Baustruktur ändert, haben, verglichen mit wärmebrückenfreien Bauteilen, zwei Auswirkungen:
- Änderung des Wärmestroms
- Änderung der inneren Oberflächentemperatur
Einen Überblick von Wärmebrücken bezogen auf die Energiebilanzierung erhält man, wenn zunächst die Vorgehensweise zur Bestimmung der Transmissionswärmeverluste $H_T$ der Gebäudehülle betrachtet wird. In folgender Gleichung der Norm DIN 14683 (Kapitel 4.2) wird unterschieden zwischen eindimensionalen, zweidimensionalen und dreidimensionalen Wärmeströmen.
<latex>
$$H_{T} = \underbrace{\sum_{i}A_{i}U_{i}}_{1d}+\underbrace{\sum_{k}l_{k}\varPsi_{k}}_{2d}+\underbrace{\sum_{j}\chi_{j}}_{3d}$$
\begin{tabular}{ll}
Mit &
$A_{i}$ & die Fläche der Bauteile, in m^2
$U_{i}$ & der Wärmedurchgangskoeffizient von Bauteil $i$ der Gebäudehülle, in W/(m^2\cdot K)
$ l_{k} $ & die Länge der linienförmigen Wärmebrücke $k$, in m
$ \varPsi_{k} $ & der Wärmedurchgangskoeffizient der linienförmigen Wärmebrücke $k$, in W/(m\cdot K)
$ \chi_{j} $ & der Wärmedurchgangskoeffizient der punktförmigen Wärmebrücke $j$, in W/K
\end{tabular}
</latex>
Den größten Anteil am Gesamtwärmestrom besitzen die ebenen Regelbauteile wie zum Beispiel die Dachflächen und Außenwände. Bei ihnen kann der Wärmedurchgang mit guter Näherung als eindimensional angesehen werden. Der Grund dafür ist, dass in ihnen quasi keine Querwärmeströme auftreten, bedingt durch ihren homogenen Schichtaufbau. Der Wärmedurchgangskoeffizient ist in der Norm [DIN6946] definiert und kann mit geringem Aufwand mit folgender altbekannten Gleichung berechnet werden:
<latex> $$U=\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_{si}+\frac{d_{0}}{\lambda_{0}}+\frac{d_{1}}{\lambda_{1}}+\dots+\frac{d_{n}}{\lambda_{n}}+R_{se}} $$
\begin{tabular}{ll}
Mit &
$R_{si}$ & der innere Wärmeübergangswiderstand, in m^2 \cdot K/W
$d_{n}$ & die Dicke der $n$-ten Bauteilschicht, in m
$\lambda_{n}$ & der Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit den $n$-ten Schicht, in W/(m\cdot K)
$R_{se}$ & der äußere Wärmeübergangswiderstand, in m^2 \cdot K/W
\end{tabular}
</latex>
Der zwei- und dreidimensionale Wärmestromanteil der Gebäudehülle wird durch Wärmebrücken ausgedrückt. Sie sind definiert durch eine geometrische, konstruktive und oder stoffliche Änderung und weisen in der Regel einen höheren Wärmestrom und niedrigere Oberflächentemperaturen auf, als die angrenzenden Regelbauteile. Sie treten vor allem an Bauteilstößen, Kanten, Übergängen und Durchdringungen der Regelbauteile auf (Abbildung \ref{fig:PB35_WB}). Abgebildet werden sie durch den längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten $\varPsi$ mit der Einheit W/(mK) und dem punktuellen Wärmedurchgangskoeffizienten $\chi$ in W/K.
