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Untersuchung zum Einfluss punktueller und linearer Wärmebrücken auf die Energiebilanz

Bei dem für die Untersuchung verwendeten Gebäude handelt es sich um das erste Passivhaus in Darmstadt-Kranichstein. Das Gebäude weist 4 Wohneinheiten mit jeweils 156 m² Energiebezugsfläche mit einem projektiertem Heizwärmebedarf von 14 kWh/(m²a), einem mittlerem U-Wert der Gebäudehülle von 0,13 W/(m²K) und einem mittlerem U-Wert der transparenten Bauteile von 0,78 W/(m²K) auf. Im projektierten Zustand kann dem Gebäude eine Wärmebrückengutschrift von 1,6 kWh/(m²K) zugeschrieben werden. Diese Gutschrift beinhaltet die geometrischen Wärmebrücken, sowie die Einträge aus dem Einbau von Fenstern und Türen. Die Einbringung der hier vorgestellten Störungen der thermischen Hülle sind rein fiktiv, stellen aber durchaus realistische Szenarien dar und sind den Gegebenheiten des Gebäudes angepasst. Beispielhaft werden nachstehend wärmebrücken- erzeugende Konstruktionen gezeigt, die ein Erreichen des Passivhausstandards erschweren können.

Abbildung 1:
Passivhaus Kranichstein


Beispiel 1: Sockelprofilleisten aus Aluminium

Zur Herstellung eines Sockels werden bei Wärmedämmverbundsystemen häufig sog. Profilleisten zum Kantenschutz bei Versprüngen zur Perimeterdämmung verwendet. Der längenbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizient für eine solche Anbringung beträgt ca. 0,30 W/(mK). Bei einer Einflusslänge von 30 m (Endhaus) verursacht diese Konstruktion einen zusätzlichen Heizwärmebedarf von ca. 5 kWh/(m²a) für das projektierte Gebäude.

Lösung: Sockelprofilleisten aus Kunststoff sind hingegen wärmebrückenfrei und können auch für Passivhäuser verwendet werden.

Abbildung 2:
Isothermendarstellung Sockelprofil aus Aluminium


Beispiel 2: Auskragende Balkone

Wird aus ästhetischen Gründen auf die Verwendung von Stützen für Balkone verzichtet, sollte die Kragplatte unbedingt thermisch entkoppelt werden. Bei einer durchgehenden Betonplatte ohne thermische Trennung beträgt der längenbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizient ca. 0,70 W/(mK). Schon bei 12 m Gesamtbalkonlänge entspräche dieser Mehreintrag einem zusätzlichem Heizwärmebedarf von 1,2 kWh/(m²a) für das Passivhaus in Kranichstein. Weiterhin kann mit solch einer Konstruktion die Bauschadensfreiheit nicht mehr sichergestellt werden, da sich geringe Oberflächentemperaturen entlang der gestörten Bereiche einstellen werden.

Lösung: Reduzierung des Wärmebrückeneffekts durch die Verwendung von punktuellen Befestigungen oder Spezialbauteilen wie Isokörben. Der Wärmebrückeneintrag darf allerdings auch dann nicht vernachlässigt werden. Der Wärmebrückeneffekt kann in Abhängigkeit der Deckenstärke durch die Verwendung aber durchaus bis zu 90% reduziert werden.

Abbildung 3:
Isothermendarstellung Isokorb


Beispiel 3: Montagewinkel für Fensterrahmen und Jalousiekästen

Wärmebrücken, die durch den Einbau von Fenstern, Türen und anderen transparenten Bauteilen entstehen, werden häufig ungenau abgeschätzt. Dies ist grundsätzlich auch nachvollziehbar, da diese für jede Anschlusssituation neu ermittelt werden müssten und Detaillösungen mit hinterlegten Werten - die auch noch praktikabel sind – in der Tendenz eher mangelhaft verfügbar sind. Bei einer Einflusslänge von 124 m (Umfang der transparenten Bauteile in diesem Beispiel) sollte dieses Detail sorgfältig geplant werden.

Die Montagewinkel werden dabei als punktuelle Wärmebrückeneinträge meist vernachlässigt. In der Regel kann auch so verfahren werden. Bei Winkeln und Fensteranschlüssen aus Stahl beträgt der längenbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizient ca. 0,01 W/(mK). Daraus resultiert trotz der großen Einflusslänge nur ein vernachlässigbar kleiner zusätzlicher Heizwärmebedarf von 0,2 kWh/(m²a).

Ähnlich verhält es sich mit der Befestigung von Jalousiekästen. Hierzu wurden vier verschiedene Varianten der Befestigung untersucht. Die Wärmebrückenverlustkoeffizienten lagen dabei zwischen 0,081 W/(mK) (einfacher Stahlwinkel) und 0,025 W/(mK) (räumliche und thermische Trennung von Verbindungsmitteln und Jalousiekasten). Diese Werte müssen je nach Befestigungsart noch zu der Einbauwärmebrücke addiert werden. Der zusätzliche Heizwärmebedarf (bei 19 m Einflusslänge) liegt dann zwischen 0,05 – 0,2 kWh/(m²a).

Lösung: Hier muss ökonomisch abgewogen werden ob sich der erhöhte Aufwand rentiert und inwiefern die Lösungen sich für das jeweilige Projekt bautechnisch praktikabel umsetzen lassen. Im Normalfall kann der Einfluss der punktuellen Befestigungen vernachlässigt werden.

Beispiel 4: Montagekonstruktionen im Außenbereich (Französische Balkone, Montageträger, Systemgeräteträger)

Verschattungselemente wie z.B. Markisen werden im Normalfall mit Spreizschrauben oder Spezialdübeln in der Außenwand angebracht. Diese durchstoßen die Dämmebene und erzeugen einen Wärmebrückeneffekt. Auch hier ist der Einfluss nahezu vernachlässigbar, da meist nur wenige Durchdringungen erforderlich sind.

Selbiges gilt bei der Verwendung von französischen Balkonen zur Absturzsicherung. Bei dem Passivhaus in Kranichstein bietet sich die Verwendung von Montageträgern zur Absturzsicherung (s. Abbildung) an. Dadurch kann ein zusätzlicher Heizwärmebedarf von ca. 0,75 kWh/(m²a) im Vergleich zur Anbringung mit Montageschrauben und Futterholz eingespart werden (pro Leibung 2 Verbindungsmittel). In diesem konkreten Fall geht die Empfehlung aufgrund der Vielzahl dieser notwendigen Sicherung auch zu einer thermisch hochwertigen Variante. Die Ökonomie einer solchen Sonderkonstruktion hängt allerdings stark von der Bauaufgabe und der Regelkonstruktion der Außenwand ab.

Abbildung 4:
Isothermendarstellung Montagewinkel für
Absturzsicherung


Auch bei der Durchdringung der thermischen Hülle mit elektrischen Leitungen und einhergehender Montage von Außenbeleuchtung, Steckdosen, Wechselsprechanlagen etc. entstehen unterschiedlich große punktuelle Wärmebrückeneinträge, die in Abhängigkeit ihrer Einflussgröße in der Energiebilanz berücksichtigt werden sollten. In Summe ergibt sich durch solche Installationen ein zusätzlicher Heizwärmebedarf von ca. 0,4 kWh/(m²a) bei 4 Installationen pro Wohneinheit.

Lösung: Verwendung von Universalmontageträgern bzw. Systemgeräteträgern (Χ ≈ 0,005 - 0,01 W/K) unter Abwägung der Ökonomie und des Bautenschutzes.

Abbildung 5:
Isothermendarstellung Systemgeräteträger


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