Bauphysik in der Praxis – Wie überwintere ich meinen Wohnwagen?

Wohnwagen im Winter

Ich fahre selber sehr gerne campen und diese Frage wird in allen Camping-Runden, sei es digital oder analog, ab Mitte Oktober regelmäßig umfassend diskutiert. Dort kursiert – wie in der Bauphysik leider üblich – viel Halbwissen. Ich versuche für euch ein bisschen Licht in die physikalischen Vorgänge von Temperatur und Feuchte zu bringen, denn das Schöne an der Physik: Sie funktioniert immer gleich, egal was wir glauben zu wissen.

Bauphysik, die Unsichtbare

(Bau-)Physik scheint für viele Menschen schwer greifbar zu sein. Die Vorgänge sind unsichtbar, oft sieht man erst was passiert ist, wenn es zu spät ist und der Bauschaden schon da ist. Dabei folgen die für uns relevanten Vorgänge ganz einfachen Gesetzmäßigkeiten*: Wärmestrom fließt von warm nach kalt, Feuchte diffundiert von hohem Partialdruck zu niedrigem, Luft strömt von hohem Luftdruck zu niedrigem. Alles will in ein Gleichgewicht kommen, und unsere Bauteile wirken als Widerstände dagegen. Um nachzuvollziehen, welche Kombination schadenanfällig und welche schadenfrei bleiben wird, muss man sich überlegen, wie die Situation zusammengesetzt ist. Welche Klimabedingungen habe ich? Welche Widerstände herrschen? Gibt es weitere Einflussfaktoren, die sich positiv oder negativ auswirken?

Wirtschaft, die Geschäftstüchtige

Dagegen arbeitet jetzt leider eine florierende Wirtschaft, die den Menschen jeden möglichen Blödsinn andrehen möchte. Und je weniger ein Mensch weiß, desto anfälliger für falsche Sachverhalten ist er. Also kam irgendwann ein cleverer Marketingmensch auf die Idee, Entfeuchter für Wohnwagen zu empfehlen. Ein paar Schreckensbilder gezeichnet: Feuchtigkeit, Stockflecken, Schimmel! Und schon konnten kleine Salztüten im Plastikbehälter gut verkauft werden. Nachdem ein paar Wohnwagen damit ausgestattet wurden und sich ordentlich Wasser in den Auffangbehältern gebildet wurde, muss folgendes passiert sein (anders kann ich die Schlussfolgerung nachvollziehen): Das Wasser wurde weggeschüttet, neues Salz in den Wagen gelegt und nach 1-2 Wochen: Der Behälter ist wieder voll! Und wieder, und wieder. Also müssen diese Entfeuchter ganz viel Feuchtigkeit in den Wohnwagen ziehen. Sie machen alles nur noch schlimmer!

Einmal Ja, Einmal Nein, Einmal Physik

Und schon waren zwei unerbittlich streitende Lager geboren. Da keiner dem anderen auch nur die geringste Kleinigkeit glaubt, werfe ich mich als Schiedsrichter nun dazwischen und erkläre euch grundlegend die Physik eines Wohnwagens, das Prinzip der Entfeuchter und warum es (außer für euer Portemonnaie) total egal ist, ob ihr Salz im Wohnwagen lagert oder nicht.

Zuerst etwas Chemie, dann die Physik*

Salze lösen sich in Wasser auf, das ist bekannt. Aber Salze können auch Wasserdampf (also Luftfeuchtigkeit) aufnehmen und sich dabei verflüssigen. Dies geschieht bei einer ganz bestimmten relativen Feuchtigkeit in der Luft, der sogenannten Deliqueszenzfeuchte. An dieser Grenze, die für alle Salze unterschiedlich ist, verflüssigt sich das Salz oder kristallisiert wieder aus. Hin und her, sooft wie sich die relative Luftfeuchtigkeit eben ändert. In einem geschlossenen Raum wird so sehr zuverlässig die gewünschte relative Luftfeuchtigkeit eingestellt werden. Stellt man Salze aber in eine unerschöpfliche Quelle für Feuchtigkeit – z.B. die Außenluft – verflüssigt sich das Salz fröhlich, aber die Luftfeuchtigkeit rundherum ändert sich nicht.
Betrachten wir den Wohnwagen einmal von physikalischer Seite. Die Hülle besteht außen aus einer Metall- oder GFK-Haut, dann ein Schaumdämmstoff und innen meist Kunststoff. Anders gesagt: die Hülle ist dicht. Dort werden im Regelfall weder Luft und noch Feuchtigkeit durchkommen. Aber jeder Wohnwagen hat eine Zwangslüftung: mehrere ca. 8cm große Löcher im Boden. Darüber wird dauerhaft die Wohnwagenluft durch Frischluft von außen ersetzt. Zum Vergleich: ein neu gebautes Haus tauscht bei etwas windigem Wetter ungefähr alle 2 Stunden einmal komplett das Luftvolumen aus. In unserem kleinen löchrigen Wohnwagen passiert das sicherlich viel schneller. Es herrschen also quasi dauerhaft Außenbedingungen im Wagen.

Verbinden wir diese beiden Umstände nun. Im Wohnwagen steht durch die Zwangslüftung immer wieder neue Feuchtigkeit zur Verfügung. Die Salze im Entfeuchter lösen sich auf. Es kommt neue Feuchtigkeit in den Wohnwagen, die noch verbliebenen Salze lösen sich weiter auf, es kommt neue Feuchtigkeit in den Wohnwagen, usw. Hier werden sich jetzt sicherlich einige freuen „Ich hab es doch gesagt, die Entfeuchter ziehen Feuchtigkeit in den Wohnwagen!“. Die Entfeuchter binden zuerst einmal Feuchtigkeit. Ob sie allerdings die Feuchtigkeit soweit reduzieren können, dass wirklich ein Partialdampfdruckgefälle entsteht und Feuchtigkeit diesem Gefälle folgt, oder ob einfach nur die Luftbewegung neue Feuchtigkeit in den Wohnwagen bringt, sei mal dahingestellt. Es ist letztlich nämlich auch egal.

Stellen wir uns vor, es wäre kein Entfeuchter im Wohnwagen. Die Luft wird regelmäßig ausgetauscht, das heißt im Umkehrschluss auch, dass die Luft von innen wieder nach außen gelangt. Je nachdem ob ein Über- oder Unterdruck an der Zwangslüftung herrscht, wird Luft in den Wohnwagen oder nach draußen gesogen. Es ist also im Wohnwagen genauso wie draußen. Und jetzt die Preisfrage: Gibt es draußen Schimmel? Also durch Luftfeuchtigkeit, nicht durch stehendes Wasser oder Regen? Eben, im Schnitt ist unsere Außenluft nämlich zu trocken und im Winter auch zu kalt, um Schimmelpilze wachsen zu lassen.

Nun wieder die Situation mit dem Entfeuchter. Wir stellen diesen in den Wohnwagen, die Salze lösen sich und dann? Passiert nichts. Die handelsüblichen Entfeuchter bestehen aus Magnesiumchlorid oder Calciumchlorid und haben Deliqueszenzfeuchten von ca. 30%. D.h. ab dieser relativen Luftfeuchtigkeit fangen die Salze an sich zu lösen, der Behälter wird voller und voller. Die Luftfeuchtigkeit wird aber durch die Zwangslüftung immer wieder „aufgefüllt“ und folgt so weiterhin der Außenfeuchtigkeit. Jetzt ist der Entfeuchter voll, was passiert? Nichts. Denn dafür müsste, wie wir ja schon gelesen haben, die Feuchte im Entfeuchtungsbehälter unter die Deliqueszenzfeuchte, also 30%, fallen. Und das ist mit einer Zwangslüftung eigentlich völlig unmöglich, denn die Außenluft ist in Deutschland niemals so trocken. Auch wenn die Sonne den Wohnwagen kurz aufheizt und die relative Feuchtigkeit dadurch sinkt. Es steht jetzt einfach ein Behälter mit Salzwasser im Wohnwagen herum und wartet darauf, dass man darüber stolpert.

Update: in-situ-Messung im Wohnwagen

Den Zeitraum vom letzten Urlaub bis zur Überwinterung in der Halle habe ich bei unserem Wohnwagen genutzt, um eine Klimamessung durchzuführen. Dazu habe ich zwei Datenlogger für Temperatur und Feuchte aufgestellt: einen mitten im Wohnwagen und einen darunter. Diese habe ich drei Wochen, vom 21. Oktober bis zum 8. November, laufen lassen und möchte die Daten für euch im Folgenden auswerten.

Zunächst zur Temperatur:

Temperaturverlauf im Wohnwagen

Wie schon im Text erwähnt, folgt die Temperatur im Wohnwagen durch die Zwangsbelüftung nahezu direkt der Außenlufttemperatur. Sonneneinstrahlung, Wind, evtl. verdunstener Regen, etc. nehmen natürlich auch noch Einfluss. Im Diagramm sieht man jedoch, dass die Differenz der Außen- und Innenlufttemperatur (rote Kurze) sich nur um max. 4-5 K unterscheidet.

Verlauf der relativen Feuchte im Wohnwagen

Das sieht bei der relativen Feuchte schon etwas anders aus. Die blaue Kurve beschreibt den Verlauf der Feuchte in der Außenluft. Dieser Verlauft zwischen 60 und 100 %rF ist für unser Herbstklima typsisch: richtig trockene, warme Luft gibt es nicht. Dafür regnet es häufig und die Luft bleibt länger feucht.

Im Wohnwagen steigt die relative Feuchte natürlich auch an, allerdings nur bis maximal ca. 80%rF.  Das hat zum einen damit zu tun, dass es im Wohnwagen nicht regnet und daher insgesamt weniger Feuchtigkeit zur Verfügung steht. Außen dauert es einige Zeit, bis der Regen über die Luft wieder verdunstet. Zum anderen liegt es an der Puffermöglichkeit der Einrichtung. Wir haben 4 Matratzen, 1 Sitzgruppe und sogar einen Teppich im Wagen: Alle Stoffe können Feuchtigkeit puffern und halten so das Klima konstant(er).

Wie ihr seht, braucht ihr also grundsätzlich schonmal keine Angst vor Schimmel im Wohnwagen zu haben. Unterhalb von 80%rF kann Schimmel normalerweise nicht wachsen (außer auf Lebensmitteln, aber die sind hier ja nicht das Problem). Zudem zeigen die Daten, dass die Zwangsbelüftung so gut funktioniert, dass eben dauerhaft frische Luft und damit unendlich viel Feuchtigkeit zur Verfügung steht, dass ein Entfeuchter für das Klima im Wohnwagen völlig egal ist.

Und jetzt ihr

Ich hoffe ihr habt die Mechanismen hinter der Luftfeuchtigkeit in einem Wohnwagen verstanden und wie ein Luftentfeuchter funktioniert. Dann könnt ihr mir sicherlich auch die Frage beantworten, warum Haushaltssalz (Natriumchlorid, Deliqueszenzfeuchte von ca. 75%) zum entfeuchten noch viel weniger funktioniert.

* Die Erklärungen in diesem Blog sind natürlich vereinfacht. Fachlich könnte man viele der Themen deutlich mehr ausarbeiten und komplexer beschreiben. Dazu kann man sich gerne der gängigen Fachliteratur bedienen.

Stellungnahme zum Entwurf des Gesetzes zur Vereinheitlichung des Energieeinsparrechts für Gebäude – Gebäudeenergiegesetz (GEG)

Heute möchte ich politisch werden. Seit 2017 wartet die Fachwelt auf die Zusammenführung von Energieeinsparverordnung (EnEV), Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) und Energieeinsparungsgesetz. Derzeit liegt ein aktueller Entwurf für das Gebäudeenergiegesetz, kurz GEG, zur Stellungnahme vor. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat diesen Entwurf veröffentlicht und im folgenden möchte ich sowohl fachlich, als auch politisch dazu Stellung nehmen. Die komplette Stellungnahme, gerne auch zur nicht-kommerziellen Weiterverwendung unter Nennung meines Namens, im pdf-Format findet ihr hier.

Seit dem Inkrafttreten der ersten Energieeinsparverordnung 2002 liegt das Ziel einer gut gedämmten Gebäudehülle direkt im Namen der Verordnung: „Energie einsparen“. Der oft verwendete Leitsatz „Erst Energie sparen, dann den Rest effizient erzeugen“ soll in dieser Verordnung in die Praxis überführt werden. Dazu wurden kontinuierlich Überarbeitungen der Verordnung veröffentlich, sowie mit dem Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz weitere Anforderungen hinzugefügt. Im Rahmen des Gebäude-Energie-Gesetz sollten ursprünglich schon 2018 alle gesetzlichen energetischen Anforderungen an Gebäude gebündelt und weitergeführt werden.

Zunächst einmal ist festzuhalten, dass sich das energetischen Anforderungsniveau im GEG-Entwurf nicht von den Anforderungen der bisher gültigen Gesetze und Verordnungen unterscheidet. Kurz gesagt, der vorliegende Gesetzesentwurf ist im groben eine reine Zusammenfassung ohne (energetisch wirksame) inhaltliche Änderungen. Es gibt einige kleiner Änderungen, die ich konkret benennen möchte:

§10 (3) Die Anforderungen an die Errichtung von einem Gebäude nach diesem Gesetz gelten nicht, soweit ihre Erfüllung anderen öffentlich-rechtlichen Vorschriften zur Standsicherheit, zum Brandschutz, zum Schallschutz, zum Arbeitsschutz oder zum Schutz der Gesundheit entgegensteht.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, GEG-Entwurf Stand 28.05.2019 21:02Uhr
  • Damit wird die Pflicht zur Energieeinsparung und zur Nutzung erneuerbarer Energien hinter alle anderen öffentlich-rechtlichen Anforderungen gestellt. Unbestritten ist die Vereinigung verschiedener Anforderungen eine besondere Herausforderung an den/die beteiligten Ingenieur*innen und Planer*innen. Jedoch können die Anforderungen in der Praxis durch eine ausführliche Planung und Einsatz von innovativen und kreativen Lösungen zusammengeführt und erfüllt werden. Eine Aufweichung zu Lasten der Energieeinsparung und Nutzung erneuerbarer Energien halte ich für das falsche Signal.

§17 Werden aneinander gereihte Wohngebäude gleichzeitig errichtet, dürfen sie hinsichtlich der Anforderungen der §§ 12, 14, 15 und 16 wie ein Gebäude behandelt werden. Die Vorschriften des Teiles 5 bleiben unberührt.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, GEG-Entwurf Stand 28.05.2019 21:02Uhr
  • Da nach Baufertigstellung jedes Gebäude einen eigenen Energieausweis benötigt, und dieser für einen Neubau nur als Energiebedarfsausweis ausgestellt werden kann, ist eine vorherige gemeinsame Berechnung überflüssig.

§26 (5) Besteht ein Gebäude aus gleichartigen, nur von außen erschlossenen Nutzeinheiten, so darf die Messung nach Absatz 1 nach Maßgabe von DIN EN ISO 9972:2018-12 Anhang NB auf eine Stichprobe dieser Nutzeinheiten begrenzt werden.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, GEG-Entwurf Stand 28.05.2019 21:02Uhr
  • Eine sinnvolle Ergänzung der bislang geltenden Gesetze und Verordnungen, da bisher Gebäude mit z.B. Laubengängen sehr aufwendig auf die geforderte Luftdichtheit geprüft werden mussten. In wieweit das GEG Nutzeinheiten als „gleichartig“ bewertet, bleibt abzuwarten.

§51 (1) Bei der Erweiterung und dem Ausbau eines Gebäudes um beheizte oder gekühlte Räume darf
– bei Wohngebäuden der spezifische, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust der Außenbauteile der neu hinzukommenden beheizten oder gekühlten Räume das 1,2fache des entsprechenden Wertes des Referenzgebäudes gemäß der Anlage 1 nicht überschreiten oder
– bei Nichtwohngebäuden die mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragende Umfassungsfläche der Außenbauteile der neu hinzukommenden beheizten oder gekühlten Räume das auf eine Nachkommastelle gerundete 1,25fache der Höchstwerte gemäß der Anlage 3 nicht überschreiten.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, GEG-Entwurf Stand 28.05.2019 21:02Uhr
  • Die bisherige Idee bei einer Erweiterung und Ausbau eines Gebäudes um beheizte (oder gekühlte) Räume, konnte folgendermaßen verstanden werden: Entweder das Gebäude erfüllt im Ganzen 140% der Anforderungswerte für einen Neubau oder die einzelnen Bauteile müssen einen höheren Standard erfüllen. Die erste Möglichkeit des Nachweises über die sogenannte 140%-Regel ist in das Gebäude-Energie-Gesetz übernommen worden. Der sogenannte „Bauteilnachweis“ ist jedoch signifikant verändert worden: Anstatt auf eine eigene Tabelle mit niedrigeren U-Werten zu verweisen, bezieht sich der Absatz nun auf die Referenzausführung mit dem Niveau von 2014. Dazu ist der Wert noch mit dem Faktor 1,2 zu multiplizieren. Die ursprüngliche Prämisse, ein einzelnes Bauteil über Neubauniveau zu ertüchtigen, wird so komplett unterwandert. Ich unterstelle, dass mit solchen Werten die Gesamtgebäudebilanz eines Bestandsgebäude nicht verbessert wird.
  • Des weiteren beschreibt das BMWi den Gesetzentwurf als Anforderungsidentisch: ” Die geltenden energetischen Anforderungen der Energieeinsparverordnung an Neubau (seit 1. Januar 2016) und an den Bestand, einschließlich der Nutzungspflichten nach dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, werden beibehalten.” Dies ist schlicht falsch. Zum Vergleich folgende Tabelle mit einem Auszug von einzuhaltenden Werten nach EnEV 2014/2016 und GEG-Entwurf
  • Es ist gut ersichtlich, dass die neuen Anforderungen deutlich unter den Anforderungen nach EnEV 2014 liegen. Das ist meiner Meinung nach ein falsches Signal für die Wichtigkeit auch einzelner Bauteile auf die energetischen Einsparmöglichkeiten eines Gebäudes. Es ist in der Praxis sehr deutlich zu sehen, dass einmal sanierte Bauteile, und auch zugehörige Gebäude, während des Lebenszyklus nicht mehr weiter energetisch ertüchtigt werden. Insofern wäre es zu empfehlen, diese Bauteile deutlich höheren Anforderungen zu unterwerfen, um so eine energetisch nachhaltige Sanierung zu erreichen.

Im Rahmen der fortschreitenden Klimakrise gibt es mehrere Abkommen, die die Bundesregierung unterzeichnet und umzusetzen hat. Allen voran die Gebäuderichtlinie der EU und der Klimaschutzplan der Bundesregierung. Diese Richtlinien beinhaltet u.a. die Steigerung der Energieeffizienz bis 2020, Einsparung von CO2 und Ausbau erneuerbarer Energien bis 2030 und letztlich ein Klimaneutraler Gebäudebestand 2050. De Facto hat Deutschland keine Definition vom Neubaustandard des „Niedrigstenergiehaus“ geliefert, sodass im Nachhinein der Standard von 2014/2016 als Interpretation des Niedrigstenergiehaus herhalten muss – denn eine Steigerung der Anforderungen sucht man im GEG-Entwurf vergeblich.

Vor allem die Problematik des Gebäudebestands, der den Hauptteil des Energieverbrauchs darstellt, wird nicht optimistisch in die richtige Richtung gelenkt, sondern zurückgefahren und aufgeweicht. Da in der Praxis ohnehin schon viele Sanierungen nicht genehmigt und damit unterhalb der Anforderungen durchgeführt werden, werden so die verbleibenden rechtlich korrekt durchgeführten Sanierungen ebenfalls energetisch schlechter ausgeführt.

Es ist mir nicht verständlich, warum die Bundesregierung nicht weiter ambitioniert auf einen klimaneutralen Gebäudebestand hinarbeitet und auch die Nutzung erneuerbarer Energien auf bis zu 65% bis 2030 nicht konsequent weiterführt, indem die Anforderung zur Nutzung erneuerbarer Energien auch für eine Sanierung im Gebäudebestand gilt.

Letztlich vergibt die Bundesregierung wertvolle Chancen auf eine Weiterentwicklung der Klimapolitik hin zu einer nachhaltigen Errichtung und Sanierung von Gebäuden, denn analog zu einer Gebäudesanierung, wird ein Gesetz – so denn es einmal verabschiedet wurde – sinnvollerweise nicht sofort wieder erneuert. Es sollte an die Lebensdauer angepasst und zukunftssicher ausgerichtet sein und nicht den Blick in die Vergangenheit festigen.

Welche Verglasung ist die Richtige? 1-fach / 2-fach / 3-fach / 5-fach / Vakuum?

Meistens wird über die Art der Verglasung im Kontext der Wärmedämmung diskutiert. Diese Größe wird durch den U-Wert bestimmt. Bei Fenstern werden oft bis zu 3 verschiedene U-Werte angegeben: den Uf-Wert für den Wärmedurchgangskoeffizienten des Rahmen („frame“), den Ug-Wert für die reine Verglasung („glazing“) und den Uw-Wert als Kombination für das gesamte Fenster („window“). Im Bereich des Passivhausnachweises kommen dazu noch die Wärmebrückenkoeffizienten für die Einbausituation und die Glaskante. Ausschlaggebend ist idR der Uw-Wert. Dieser liegt bei heutigen Fenstern IMMER über dem Ug-Wert: Lasst euch nicht von schönen Zahlen der Verglasung blenden! Der Rahmen ist mittlerweile das Schwächere Glied im System Fenster.

Durch das Fenster gelangt aber auch Sonnenlicht und damit Energie in den Raum. Neben optischen Werten, die im Rahmen einer bilanziellen Betrachtung an dieser Stelle nicht weitere interessieren, gibt es den „g-Wert“ – den Gesamtenergiedurchlassgrad. Dieser gibt als Faktor zwischen 0 und 1,0 an, wieviel der außen auftreffenden Sonnenenergie durch das Fenster gelangt und den Innenraum erwärmen kann. Der Wert ist zum einen für die Gesamtbilanz des Fenster wichtig und zum anderen für den sommerlichen Wärmeschutz: Je größer der Wert, desto mehr Energie steht dem Raum im Winter zur Verfügung. Je kleiner der Wert, desto weniger Überhitzung gibt es im Sommer. Je mehr Scheiben, desto weniger Energie geht durch das Fenster. Je weniger Scheiben, desto mehr Wärme fließt durch das Fenster ab.

Ihr seht, beim Thema Fenster wird es nie nur die eine Lösung geben. Es kommt sehr individuell auf die räumlichen und lokalen Gegebenheiten an. Die Unterschiede, Vor- und Nachteile der verschiedenen Verglasungen möchte ich euch trotzdem im Folgenden zeigen.

1-fach Verglasung

Zugegeben, 1-fach Verglasung findet man nur noch in älteren Häusern, deren Eigentümer völlig sanierungsresistent sind. Dennoch haben diese Fenster eine eigene Art mit bauphysikalischen Vorgängen „umzugehen“. Bei diesen Fenstern ist die Scheibe, auch im Vergleich zu allen anderen Bauteilen im Gebäude, die absolute Schwachstelle. Tauwasser fällt nahezu immer an der Verglasung aus, sodass diese Fenster im unteren Bereich am Rahmen eine Rinne für den Wasserablauf, bzw. zum abwischen der auskondensierten Feuchtigkeit haben. Viele der Fensterrahmen hatten zudem integrierte Lüfter, also Schieber oder gleich komplett offene Schlitze, um einen gewissen Luftwechsel im Gebäude sicherzustellen.

2-fach Verglasung

2-fach Verglasungen werden oft Wärmeschutzverglasung oder Isofenster genannt. Dort befindet sich zwischen 2 Glasscheiben ein Edelgas, dass die Wärme relativ schlecht leitet. So können Fenster mit passenden Rahmen i.d.R. U-Werte bis zu 1,30W/m²K erreichen. Für den normalen EnEV-Standard ist das rechnerisch ausreichend.

3-fach Verglasung

3-fach Verglasungen haben eine 2. Gasfüllung und eine 3. Scheibe. Dadurch wird der Aufbau dicker und die Wärmedämmung besser. Durch die 3. Glasscheibe wird allerdings auch die Durchlässigkeit für sichtbares Licht und damit Wärmeenergie der Verglasung herabgesetzt. Besonders in Niedrigenergie- und Passivhäusern kann das zu einem Problem führen, wenn für die Bilanz des Gebäudes der Sonneneintrag relevant wird. Besondere Kombinationen aus Glas, Edelgasfüllung und Abmessungen können das Problem etwas abschwächen, generell ist es aber eine „entweder-oder“-Entscheidung. Weitere Probleme können das hohe Gewicht der Fenster sein, für das besonders tragfähige Beschläge benötigt werden. Zudem ist hier der U-Wert der Verglasung besser als der des Rahmens, sodass die Rahmenfläche möglichst klein und die Scheibenfläche möglichst groß sein sollte. Auch der Glasverbund wird in diesen Bereichen maßgeblich, sodass sich mittlerweile die „schwarze Kante“ durchgesetzt hat.

5-fach Verglasung

5-fach Verglasungen sind eher experimentell, bekannt ist vor allem ein Dachfenster einer führenden Fenstermarke. Im Dach kann dieses Fenster Sinn machen, da durch die 5 Scheiben nicht nur weniger Wärme im Winter entweichen kann, sondern durch einen geringen g-Wert auch weniger Sonnenenergie ins Wohnrauminnere gelangt.

Vakuum-Verglasung

Auch wenn Edelgase schon relativ wenig Wärme leiten, leitet ein Vakuum eben gar keine Wärme mehr. Diese Überlegung führt zu experimentellen Vakuumverglasungen, um die U-Werte noch weiter zu senken. Problematisch ist bislang, dass die Glasscheiben dem atmosphärischen Druck nicht standhalten können und zur Unterstützung kleine Glasbrücken benötigen. Diese sind letztlich viele kleine Wärmebrücken, die leider auch noch sehr gut sichtbar sind. Bei nicht-transparentem Glas sind diese Verglasungen sicher im High-End-Bereich eine Alternative, in normalen Einsatzbereichen momentan aber noch nicht praktikabel.


Rechnerisch möglich sind 2-fach verglaste Fenster bei einem Dämmniveau nach EnEV, das entspricht einem Sanierungsniveau von KfW 70 als Effizienzhaus. Bei besseren Standards muss auf ein 3-fach verglastes Fenster zurückgreifen.

Wichtig ist immer das Fenster im System „Haus“ zu sehen. Das Problem mit Tauwasser, dass zu Zeiten von 1-fach Verglasungen einfach mit einer Rinne und einem Lappen gelöst wurde, ist natürlich auch heute noch relevant. Solange das Fenster das thermisch schwächste Bauteil ist, wird Tauwasser immer dort ausfallen. Der Vorteil: Man sieht es, lüftet und entzieht dem Problem die Ursache. Ist das Fenster nun thermisch besser als die Wand, wird Tauwasser an der Wand ausfallen und dort (zunächst unbemerkt) zu Schimmel führen.

In einem Niedrigenergie- oder Passivhaus hingegen ist dieses Problem nicht maßgeblich, da die Wände einen deutlich besseren U-Wert aufweisen, als jede gängige Verglasung. Durch die hohe Energieeffizienz der Gebäude, kann hier ein schlechter g-Wert den Eintrag der Sonnenenergie im Winter so sehr reduzieren, dass die Heizung ungeplant angestellt werden muss. Andererseits kann ein zu hoher g-Wert im Sommer zu einer Überhitzung des Gebäudes führen.

Fenster sind also oft das Zünglein an der Waage und bedürfen einer detaillierten Planung.

Tagebuch #2 – Panik, Schimmel und andere Gewerke

Dieses Mal rief mich ein Architekt ganz panisch an, dass in einem seiner Neubauten kurz vor der Fertigstellung Schimmel an einer Stelle gefunden wurde.

Das Objekt ist ein (hochpreisiges) 2-geschossiges Haus mit Klinker und Flachdach. In einer Ecke im OG gab es leichten Schimmelbefall. Beim betreten des Hauses, schlugen mir direkt 100% Luftfeuchtigkeit entgegen: der Estrich wurde vor wenigen Tagen eingebracht und niemand kam auf die Idee mal zu lüften. Eine Lüftungsanlage wurde ebenfalls nicht eingebaut und ein Lüftungskonzept war nicht vorhanden (Anmerkung: Oft wird in solchen Fällen das Lüftungskonzept noch schnell nachträglich ausgestellt, die Fenster mit Fensterfalzlüftern ergänzt und alle sind unzufrieden).

Das Wasser lief also schon in Strömen die Fenster herunter, die Luft war zu feucht und warm zum atmen. Bei solchen Bedingungen lässt sich der Schimmel natürlich nicht lang bitten. Die Gipskartonplatten der Decke waren zum Glück noch nicht angebracht, sodass der Befall der Sparren noch entdeckt werden konnte. Eine kurze Nachfrage, wann der Schimmel entdeckt wurde und welches Gewerk zuletzt an dieser Gebäudeecke gearbeitet hatte, brachte dann die richtige Spur: Der Dachdecker hatte das hinter dem Klinker liegende Fallrohr der Dachentwässerung angeschlossen und dabei großzügig die Dämmung entfernt – und nicht wieder eingebaut. Trotz relativ warmer Außenlufttemperaturen reichte diese Wärmebrücke aus, um dem Schimmelpilz ideale Wachstumsbedingungen zu schaffen.

Fazit: Kümmert euch auch in der Bauphase schon um die notwendige Abfuhr der Luftfeuchtigkeit, insbesondere wenn es noch baubedingte Wärmebrücken gibt. Die Schimmelsporen und das Myzel im Putz oder im Holz verschwinden nicht, wenn die Wachstumsbedingungen wieder schlechter werden, sondern warten solange, bis die Bedingungen wieder besser werden und sie weiterwachsen können. Damit ist der Neubau direkt kontaminiert und das nächste Wachstum geht bedeutend schneller.

7 Tipps für einen (bauphysikalisch*) guten Entwurf

(für unsere Breitengrade)


Bauphysik ist oft das A und O eines guten Entwurfs. Neben der Raumwirkung, dem Raumgefühl, dem Licht, etc. spielt die Behaglichkeit eine große Rolle für die Akzeptanz eines Gebäudes oder eines Raums. Dafür gibt es einige Tipps und Faustregeln, wie man als Planer direkt von Anfang an die gröbsten Fehler/Schwachstellen umgehen und so das Wohlbefinden des Nutzers im Raum steigern kann.

1. Vermeide Wärmebrücken

Versuche alle Bauteilflächen gleichmäßig zu dämmen. Gleiche U-Werte schaffen gleiche Temperaturen an der Bauteilinnenoberfläche. Dadurch werden sogenannte Strahlungsasymmetrien vermieden, die Menschen oft als unangenehm empfinden.

2. Dämme ausreichend

Dämmung hält im Winter die Wärme im und im Sommer aus dem Gebäude. Ausreichend Speichermasse dämpft zudem sehr kalte, als auch sehr warme Außenlufttemperaturen ab.

3. Sorge für Verschattung

Besonders im Sommer kann ein modernes, gedämmtes Gebäude zu einer Hitzefalle werden. Daher gilt im Sommer: möglichst wenig Sonnenergie ins Gebäude lassen: Also eine gute Verschattung planen.

4. Nutze Sonnenergie

Fenster auf der Südseite gewinnen übers Jahr mehr Wärmeenergie als sie verlieren. Auf der Nordseite ist es genau umgekehrt. Plane Fenster und Räume klug und den örtlichen Gegebenheiten angepasst.

5. Achte auf Schall

Auch wenn es rechtlich nicht immer notwendig ist, stören Geräusche von der Heizung oder dem Badezimmer auch in der eigenen Wohnung. Noch mehr stören Geräusche des Nachbars. Gedanken an die vorhandenen und geplanten Schallübertragungswege in jede Dimension und Richtung sind daher nie umsonst.

6. Plane die Luftdichtigkeit und die Luftfeuchtigkeit

Eine nicht durchgängige luftdichte Ebene beschert dem Nutzer Zugerscheinungen und kann die durchströmten Bauteile schädigen.
Die Luftfeuchtigkeit muss zudem dauerhaft aus dem Gebäude ab- und frische Luft zugeführt werden. Passiert dies nicht, kommt es zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen des Nutzers.

7. Frage die Bauherren

Eine Planung ist nur so gut, wie sie vom Nutzer akzeptiert wird. Besonders die Haustechnik muss auf die Wünsche der Bauherren abgestimmt werden, damit diese auch optimal genutzt und bedient werden kann. Was nützt z. B. die beste und integral ans Gebäude angepasste Lüftungsanlage, wenn der Nutzer diese nie anstellt?


Gute Planer arbeiten an den verschiedenen Aspekten des Gebäudeentwurfs zusammen auf Augenhöhe am runden Tisch. Die unterschiedlichen Anforderungen sollten sich nicht ausschließen, sondern gegenseitig ergänzen. Dafür muss man die Anforderungen jedoch schon in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses kennen, dann können diese auch optimal eingearbeitet und nicht bloß „drübergestülpt“ werden.


* Die Erklärungen in diesem Blog sind natürlich vereinfacht. Fachlich könnte man viele der Themen deutlich mehr ausarbeiten und komplexer beschreiben. Dazu kann man sich gerne der gängigen Fachliteratur bedienen.

Wärmebrücken Teil 3 – Einfluss auf den Heizenergiebedarf

Jeder hat schonmal in den verschiedensten Kontexten davon gehört: Wärmebrücken. Umgangssprachlich werden diese oft Kältebrücken genannt, weil es an diesen Stellen eben kalt ist. Der Fachbegriff Wärmebrücken leitet sich allerdings davon ab, dass an solchen Stellen die Wärme besser aus dem Raum abfließen kann. An diesen Stellen bilden sich oft Schimmelpilze oder Stockflecken. Um zu verstehen, wie Wärmebrücken entstehen, wie man einer Problematik mit eben diesen umgehen kann, und was das Ganze für die Energiebilanz des Gebäudes zu tun hat, möchte ich euch in der folgenden Themenreihe einen kleinen Einblick in die spannende Welt der Wärmebrücken geben. In Teil 1 ging es um das generelle Verständnis von Wärmebrücken und wie sie entstehen. Teil 2 widmet sich der besonderen Problematik von Schimmelpilzen und warum sie hauptsächlich an Wärmebrücken entstehen. Teil 3 wird auf die Wärmebrücken im EnEV-Nachweis eingehen und zeigen, wie sich Wärmebrücken auf die benötigte Heizenergie auswirken. Teil 4 wird einige Praxisbeispiele und gute Lösungen für Wärmebrückenprobleme beinhalten.

Die Theorie werden wir nun hinter uns lassen und uns kopfüber in die Nachweispraxis stürzen. Die Energie-Einsparverordnung ist in den unterschiedlichen Bundesländern durch Verordnungen eingeführt worden, der nachzuweisende Umfang ist aber deutschlandweit gleich. In §7 der EnEV wird explizit auf den Mindestwärmeschutz und Wärmebrücken eingegangen:

„(1) Bei zu errichtenden Gebäuden sind Bauteil, die gegen Außenluft, das Erdreich oder Gebäudeteile mit wesentlich niedrigeren Innenraumtemperaturen abgrenzen, so auszuführen, dass die Anforderungen des Mindestwärmeschutzes nach den anerkannten Regeln der Technik eingehalten werden. Ist bei zu errichtenden Gebäuden die Nachbarbebauung bei aneinandergereihter Bebauung nicht gesichert, müssen die Gebäudetrennwände den Mindestwärmeschutz nach Satz 1 einhalten.

(2) Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf nach den anerkannten Regeln der Technik und den im jeweiligen Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird.

(3) Der verbleibende Einfluss der Wärmebrücken bei der Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarfs ist nach Maßgabe des jeweils angewendeten Berechnungsverfahrens zu berücksichtigen. Soweit dabei Gleichwertigkeitsnachweise zu führen wären, ist dies für solche Wärmebrücken nicht erforderlich, bei denen die angrenzenden Bauteile kleinere Wärmedurchgangskoeffizienten aufweisen, als in den Musterlösungen der DIN 4108 Beiblatt2: 2006-3 zugrunde gelegt wird.“

Der Grundsatz lautet also zuerst einmal, dass der Mindestwärmeschutz eingehalten werden muss, damit es nicht schon alleine auf Grund einer normalen Raumlufttemperatur und -feuchte anfängt zu schimmeln (wie ich euch in Teil 2 erklärt habe). Erst danach geht es um den rechnerischen Einfluss auf den Heizenergie- und damit auf den Primärenergiebedarf. Um diesen herauszufinden, muss man als erstes die Wärmebrücke mit einem geeigneten Programm mit Finite-Elemente-Methoden simulieren. Dazu wird ein 2D-Modell erstellt und stationär (d.h. mit festen Randbedingungen) berechnet. Heraus kommt eine Verteilung des Wärmestroms und der Temperatur innerhalb des Bauteils (den Wärmestrom kann man auf die Temperatur umrechnen) und diese ist, wie man im Bild erkennen kann, durch die konstruktive Ecke nicht mehr gleichmäßig.

Und jetzt kommt der bilanzielle Clou: Die Rechenverfahren nach DIN V 4108-6:2003-6 und DIN V 18599-1:211-12 (wo die beiden zu verwendenden Rechenverfahren nach EnEV beschrieben sind) beziehen sich in der Abmessung der Bauteile auf bestimmte Modellmaße. Im Horizontalschnitt der Außenecke (die hier ja unser Beispiel ist) gibt es den Außenmaßbezug. Die Fläche wird also von Außenkante zu Außenkante berechnet und über den U-Wert der Wärmeverlust über die gesamte Wand bestimmt. Durch die Simulation haben wir aber gesehen, dass sich die Temperatur an der Ecke ändert. Diese Differenz können wir mit einem detaillierten Wärmebrückennachweis korrigieren – und in eigentlich fast allen Fällen wird der Wert besser, als der pauschale Wert ohne Nachweis. Dadurch wird der berechnete benötigte Primärenergiebedarf geringer, oder es kann für das gleiche Ergebnis ein anderer Bauteilaufbau mit weniger Dämmung gewählt werden.

Um den Einfluss zu verdeutlichen, habe ich hier ein Praxisbeispiel: Ein mittelgroßes EFH mit 150qm Wohnfläche, 2-geschossig ohne Keller mit Walmdach in Klinkerbauweise. Anlagentechnik: Wasser/Wasser-Wärmepumpe, elektrisch nachgeheiztes Trinkwarmwasser, Fußbodenheizung, zentrale Lüftungsanlage.

Um den EnEV-Nachweis einzuhalten ohne mich weiter um Wärmebrücken zu kümmern, benötige ich folgende U-Werte*:

Die meisten Neubauten werden gut und gewissenhaft gedämmt und erfüllen eigentlich immer die Anforderungen des Beiblatt 2 der DIN 4108. Erstellt man nun einen Gleichwertigkeitsnachweis, bedeutet man vergleicht die Konstruktionsprinzipien der eigenen Detailplanung mit den Konstruktionen im Beiblatt, so kann man den pauschalen Wärmebrückenkorrekturfaktor halbieren.

Werden die Wärmebrücken jetzt noch detailliert berechnet, ist ohne weitere Planungen, alleine durch den aufwendigeren Nachweis, fast immer eine weitere Halbierung des Wärmebrückenkorrekturfaktors möglich. Von 0,1 W/m²a über 0,05 W/m²a zu 0,025W/m²a sind also noch gar keine Planungsänderungen nötig, sondern lediglich mehr Nachweisaufwand.

Theoretisch liegt das Einsparpotenzial bei bis zu 2758€ – in diesem Beispiel. Alternativ kann man durch diese Berechnung auch an anderer Stelle, z.B. der Anlagentechnik sparen.

Wer noch mehr tun möchte, kann sich im Bereich der Passivhäuser umsehen. Dort ist es notwendig den Einfluss der Wärmebrücken auf 0 W/m²K zu reduzieren. Dies setzt allerdings eine Wärmebrücken-Planung voraus.  Möglich ist aber auch das.

Letztlich hoffe ich, dass ich euch zeigen konnte, dass sich die Berechnung der detaillierten Wärmebrücken am Ende finanziell rechnen kann. Ein guter Bauphysiker wird euch Varianten und Möglichkeiten aufzeigen, wie ihr euer angestrebtes Energieniveau erreichen könnt und wo ihr investieren müsst und wo ihr sparen könnt.

* Die Erklärungen in diesem Blog sind natürlich vereinfacht. Fachlich könnte man viele der Themen deutlich mehr ausarbeiten und komplexer beschreiben. Dazu kann man sich gerne der gängigen Fachliteratur bedienen.

Tagebuch #1 – Zugluft, Thermographie und Schimmelspürhunde

In der Tagebuch-Reihe erzähle ich euch von meinen Terminen auf der Baustelle. Wie zeigte sich das Problem, was ist dort schiefgelaufen und vor allem: wie hätte man es verhindern können?

Heute ging es zum wiederholten Male zu einem Kunden. Zu einem ersten Termin kam es, weil er unspezifische Zugerscheinungen im Dachgeschoss bemerkte. Beim ersten Termin habe ich neben einem ausführlichen Gespräch eine kleine Thermographie-Untersuchung gemacht. Dort stellte sich heraus, dass das Temperaturniveau des gesamten Hauses sehr hoch war, es jedoch an den Anschlusspunkten zwischen Dach und Wand/Drempel ziemlich ausgekühlte Stellen gab. Ein Blick auf den Spitzboden zeigte, dass (zumindest erst einmal dort) die luftdichte Ebene nicht ausreichend verklebt wurde (Warum das so wichtig ist, lest ihr hier). Wie leider sehr oft wurde zwar über die Fläche eine Folie angebracht, diese wurde aber nicht fachgerecht verklebt und vor allem nicht an die angrenzenden Bauteile angeschlossen. An einer Stelle konnte man die warme Luft durch die Thermographie in den Spitzboden ziehen sehen. An einer Stelle im Heizungsraum gab es eine unverkleidete Ecke, die ebenfalls eine abgeschnittene und nicht angearbeitete Dampfbremse zeigte.

Thermographie des Ortgangs von innen.

Nicht fachgerecht
ausgeführte Luftdichtheitsebene/
Dampfbremse

Heute stand nun der nächste Schritt in der Diagnostik an: Es wurde geprüft, ob die Dämmung schon von Schimmelpilzen befallen ist. Dazu wurden Schimmelspürhunde eingesetzt. Die Kollegin konnte mit ihren Hunden leider unsere Befürchtung nur bestätigen: Die Hunde zeigten alle Dachschrägen, sowie einen Kellerraum an. Im Kellerraum war aber schnell klar, wo das Problem lag: An einer Styropor-Tapete. Darunter bilden sich eigentlich immer Schimmelpilze, aber glücklicherweise wurde diese auf eine Betonwand geklebt, sodass die Sanierung im Keller mit dem Entfernen der Tapete und etwas Schimmel-Frei auch schon erledigt ist.

Nun geht es an die Sanierung des Daches, und das wird eine sehr umfangreiche Angelegenheit. Letztlich wird die gesamte Dämmung ausgetauscht, die Dampfbremse und luftdichte Ebene sauber und lückenlos ausgeführt und am Ende alles neu verkleidet werden müssen. Auch mich schmerzt die umfangreiche Sanierung in einem Haus, das grade einmal 15 Jahre alt ist. Nur durch das sehr großzügige Heizen der Bewohner ist dort noch kein Schimmelbefall im Innenraum festzustellen. Doch wie hätte das verhindert werden können? Zuallererst ist natürlich eine gute Bauleitung/überwachung das A und O. Fehler, die gar nicht erst gemacht werden, sind die „besten“. Doch auch nach der Bauphase hätte man in der Gewährleistung noch auf diese Fehlausführung aufmerksam werden können: Durch eine externe Qualitätskontrolle in Form einer Thermographie und eines BlowerDoor-Tests. Dadurch wäre ziemlich schnell klar geworden, dass an der luftdichten Ebene etwas nicht in Ordnung ist. Durch eine Thermographie hätte man unterstützend die Bereiche eingrenzen können, wo die fehlerhafte Ausführung besonders starke Auswirkungen hat. Der Schaden wäre natürlich trotzdem enorm gewesen – aber man hätte einen Verursacher, bzw. eine mangelhafte Leistung, und wäre nicht noch auf dem finanziellen Schaden sitzen geblieben.

Mein Fazit: Sprecht euren Planer auf die luftdichte Ebene an! Er darf sie euch auch ruhig mal im Schnitt nachzeichnen – ohne den Stift abzusetzen. Beauftragt nach der Fertigstellung der luftdichten Ebene einen externen Luftdichtheitstest, zu diesem Zeitpunkt können Probleme gut erkannt und auch wieder beseitigt werden. Der Test kostet wenige hundert Euro und kann euch sehr viel Ärger sparen!

Bauherren-Frage: Was ist der U-Wert und wie kann man den U-Wert überhaupt vergleichen?

Der U-Wert ist der Wärmedurchgangswiderstand eines Bauteils. Je niedriger er ist, desto weniger Wärme geht durch das Bauteil. Er beschreibt wieviel Leistung [W] pro m² Bauteilfläche [m²] benötigt wird, um einen Temperaturunterschied [K] aufrecht zu erhalten, zusammen als Einheit geschrieben W/(m²K).

Im EnEV-Nachweis und im Energieausweis wird der U-Wert benötigt, um den gesamten Energieverlust über die Gebäudehülle zu berechnen. Der U-Wert des Bauteils wird mit der Fläche und den genormten Innen- und Außentemperaturen multipliziert. Dafür wird für jeden Monat eine mittlere Außenlufttemperatur zugrunde gelegt und alle 12 Monate stundenweise aufsummiert. So bekommt man am Ende einen Heizenergiebedarf in kWh/a.

Auch die Heizlast wird mit Hilfe des U-Werts berechnet. Hier wird je nach Klimaregion ein statistischer kalter Tag angesetzt (meist um die -10°C) und die Leistung berechnet, die benötigt wird, um bei eben diesen kalten Außentemperaturen die genormte Innenlufttemperatur zu erreichen.

Leider sagt der U-Wert an sich noch nicht viel über den Energiestandard eines Gebäudes aus, denn der hängt auch maßgeblich von der Geometrie und der eingesetzten Technik ab. Ich versuche aber trotzdem mal einige Vergleichsrechnungen zu machen, um sich die Auswirkungen des U-Wertes bildlich vorstellen zu können.

Wir definieren zuerst einmal ein Beispiel:

  • Wohnzimmer, 35m²
  • 5m x 7m x 2,8m
  • Zwei Außenwände, Boden gegen Erdreich, Decke und Innenwände zu anderen beheizten Räumen (der Einfachheit halber sind alle Flächen im mittleren U-Wert eingerechnet)

Wieviele Menschen benötige ich, um verschiede U-Werte auszugleichen?

Gesamte Fläche der Außenwände und des Bodens: 68,6m²
Temperaturdifferenz zwischen innen (20°C) und außen (-5°C): 25K

U-Wert[W/m²K]
0,350,501,0
Heizlast [W]600,25857,51715,0

Bei einem mittleren U-Wert von 0,35W/m²K, z. B. üblich im Passivhausbereich oder KfW 40-Häusern, braucht man bei -5°C Außenlufttemperatur ca. 6 Menschen die sich ruhig bewegen oder sitzen (dann geben diese um die 100W an Wärmeleistung ab), um den Raum auf 20°C zu heizen.

Verringert man den mittleren U-Wert auf 0,5W/m²K, das ist in etwas EnEV-Neubau-Standard, benötigt man schon 8,5 Menschen.

Bei einem mittleren U-Wert von 1,0W/m²K, bei älteren Häusern üblich, bräuchte man 17 Menschen um den Raum ohne Heizung warm zu halten.


Wie hoch ist die Oberflächentemperatur der Wände bei verschiedenen U-Werten?

Der U-Wert ist ausschlaggebend für die Oberflächentemperatur des jeweiligen Bauteils. Je schlechter, desto kälter ist die Oberfläche. Den Unterschied zwischen einer kalten Außenwand in einem Altbau und einer gedämmten Neubauwand kennt wohl jeder.

Betrachtet man das Bauteil zeitunabhängig, bzw. verändert die Temperaturen innen und außen nicht, so stellt sich ein linearer Temperaturverlauf im Bauteil ein. An den Wandoberflächen bildet sich eine ruhende Luftschicht, die einen sogenannten Übergangswiderstand für die Wärme bildet. Diese sind physikalisch fix beschrieben, z. B. bei einer Wand innen 0,13m²K/W und außen 0,04m²K/W. Hinzugerechnet wird der U-Wert (als Kehrwert!), um den gesamten Widerstand des Bauteils zu bekommen. Anhand der Verhältnisse der Widerstände wird dann die Temperaturdifferenz aufgeteilt. Das bedeutet, dass der Anteil des Wärmeübergangswiderstand größer wird, wenn der U-Wert schlechter wird.

U-Wert[W/m²K]
0,100,350,50
Temperaturzwischen den Schichten [°C]
Innenluft20,00 20,00 20,00
Oberfläche
innen
19,6818,9317,22
Oberfläche
außen
-4,90-4,67-4,15
Außenluft-5,00 -5,00 -5,00

Bei Passivhausbauteilen, die einen U-Wert von ca. 0,1W/m²K haben, ist die Oberflächentemperatur fast identisch mit der Raumlufttemperatur. Macht physikalisch auch Sinn, denn der Wärmedurchgang liegt nahe bei 0. Bei einem EnEV-konformen U-Wert hat die Wand schon über 1°C Verlust gegenüber der Raumluft und im Altbau sind es fast 3°C.


Wie hoch sind die Innenlufttemperaturen bei gleicher Heizlast?

Als Referenz nehmen wir die 600W Heizlast für ein hochgedämmtes Passivhaus. Daher ist die errechnete Innenlufttemperatur, bei -5°C Außenlufttemperatur, auch 20°C. Bei einem mittleren U-Wert von 0,5W/m²K erreichen wir mit 600W Heizleistung nur noch 12,5°C und bei einem mittleren U-Wert von 1,0W/m²K sogar nur auf knapp 4°C!

U-Wert[W/m²K]
0,350,501,00
Temperaturinnen[°C]
20,0012,493,75

Beispielhafte U-Werte verschiedener Bauepochen

Zusätzlich möchte ich euch noch eine Tabelle an die Hand geben, herausgegeben vom BBSR. Dort sind beispielhafte U-Werte verschiedener Konstruktionen, je nach Bauphase, der letzten 100 Jahre aufgeführt. Hier der Link und ein Auszug für Außenwände:

KonstruktionBaujahrU-Wert
[W/m²K]
Mauerwerk,
monolithisch
bis 19181,65
Fachwerkbis 19181,66
Mauerwerk,
monolithisch
1947-781,14
Mauerwerk,
2-schalig
1969-781,01
Mauerwerk,
verkleidet
1969-780,78
Mauerwerk,
12cm gedämmt
saniert0,24
Mauerwerk,
16cm gedämmt
saniert0,22

Ich hoffe ich konnte euch etwas zeigen, wie man eine Angabe des U-Wertes beurteilen kann. Als Fazit kann ich euch raten, euch besser den EnEV-Nachweis oder Energieausweis (unbedingt als Bedarfsausweis) anzuschauen. Diese Werte, besonders der Heizenergiebedarf, sind viel aussagekräftiger, weil sie eben die Geometrie des Gebäudes ebenso mit berücksichtig.


Habt ihr Fragen, die ihr einem Bauphysiker schon immer stellen wollt? Dann besucht doch einfach meine Facebook-Seite. Dort beantworte ich regelmäßig eure Fragen rund um die Bauphysik.


* Die Erklärungen in diesem Blog sind natürlich vereinfacht. Fachlich könnte man viele der Themen deutlich mehr ausarbeiten und komplexer beschreiben. Dazu kann man sich gerne der gängigen Fachliteratur bedienen.

Wärmebrücken Teil 2 – Wärmebrücken und Schimmel

Jeder hat schonmal in den verschiedensten Kontexten davon gehört: Wärmebrücken. Umgangssprachlich werden diese oft Kältebrücken genannt, weil es an diesen Stellen eben kalt ist. Der Fachbegriff Wärmebrücken leitet sich allerdings davon ab, dass an solchen Stellen die Wärme besser aus dem Raum abfließen kann. An diesen Stellen bilden sich oft Schimmelpilze oder Stockflecken. Um zu verstehen, wie Wärmebrücken entstehen, wie man einer Problematik mit eben diesen umgehen kann, und was das Ganze für die Energiebilanz des Gebäudes zu tun hat, möchte ich euch in der folgenden Themenreihe einen kleinen Einblick in die spannende Welt der Wärmebrücken geben. In Teil 1 ging es um das generelle Verständnis von Wärmebrücken und wie sie entstehen. Teil 2 widmet sich der besonderen Problematik von Schimmelpilzen und warum sie hauptsächlich an Wärmebrücken entstehen. Teil 3 wird auf die Wärmebrücken im EnEV-Nachweis eingehen und zeigen, wie sich Wärmebrücken auf die benötigte Heizenergie auswirken. Teil 4 wird einige Praxisbeispiele und gute Lösungen für Wärmebrückenprobleme beinhalten.

Wie bekannt wachsen Schimmelpilze ab ca. 80% relativer Feuchte*. Die relative Feuchte ist aber wiederum temperaturabhängig. Im Innenraum gilt: je kälter die Lufttemperatur, desto höher ist die relative Feuchte. Und was passiert, wenn es im Bereich einer Wärmebrücke kälter wird? Richtig: Zunächst erhöht sich an dieser Stelle die relative Feuchte. Und damit steigt die Gefahr von Schimmelpilzwachstum. Und das Schimmelpilzsporen gar nicht gut sind, das hat wohl mittlerweile jeder mitbekommen. Es geht also letztlich darum, die Oberflächentemperaturen von Wänden, Decken und Böden möglichst hoch zu halten, um keine Wachstumsbedingungen für Schimmelpilze zu schaffen. Eine Übersicht über Wachstumsbedingungen von Schimmelpilzen bieten sogenannte Isoplethendiagramme. Prof. Dr.-Ing. Sedlbauer von Fraunhofer-Institut für Bauphysik und der TU München hat lange dazu geforscht und diese Diagramme entwickelt.

Für jede Substratgruppe gibt es ein eigenes Diagramm. Substratgruppe 0 beschreibt ein optimales, biologische Vollmedium, dieses ist in Gebäuden nicht üblich (über den Schimmel in der Küche reden wir hier ja nicht 😉 ). Substratgruppe II sind biologisch nicht verwertbare Materialien, z. B. Metall. Substratgruppe I ist alles dazwischen: z. B. Tapeten, Holz, aber auch Staubablagerungen. Ihr seht, wir befinden uns bei unseren Betrachtungen im Gebäude eigentlich immer in Substratgruppe I. Auf der horizontalen x-Achse der Diagramme seht ihr nun die Temperatur von 0 bis 30°C. Auf der vertikalen y-Achse ist die relative Feuchte von 70 bis 100% aufgetragen. Die eigentlich Isoplethenlinien zeigen jetzt die Grenze an, an der Schimmel überhaupt zu wachsen anfängt. Interessieren tut uns der Einfachheit halber nur die unterste LIM 0: Ist die Temperatur bei 0°C brauchen Schimmelsporen mind. 95% relative Luftfeuchte, um überhaupt wachsen zu können. Bei 10°C sind es nur noch 80% und bei 20° (also normaler Raumtemperatur) reichen gut 75%.

Die relative Feuchte ist nun eigentlich nur eine Prozentangabe, wieviel Feuchtigkeit die Luft schon aufgenommen hat, bevor die Luft „gesättigt“ ist – also kein Wasser mehr aufnehmen kann. Die absolute Menge bleibt immer gleich. Beispiel: Bei 20°C kann die Luft 17,3g Wasser pro m² Luft aufnehmen. Kühlt man diese Luft auf 15° ab, ist die Kapazität schon bei 12,8g Wasser erschöpft. Hat die Luft bei 20°C eine relative Feuchte von 60% entsprechen das 10,4g Wasser. Kühlt man diese Luft auf 15°C ab, bleiben die 10,4g Wasser natürlich gleich – die relative Feuchte steigt aber auf knapp 80%. Um mal kurz auf unser Diagramm zu schauen: Bei 20° und 60% besteht keine Schimmelgefahr – bei 15° und 80% schon! Jetzt ist hoffentlich klar, warum eine Wärmebrücke so kritisch sein kann: Ohne an der Luft im Raum etwas zu ändern, kann die abgekühlte Luft an der Wärmebrücke Schimmelpilzwachstum begünstigen.

In der Planung wird der Feuchteschutz über die minimale Oberflächentemperatur nachgewiesen. In der DIN 4108-2 sind Grenzwerte angegeben, die an jeder Stelle im Gebäude eingehalten werden müssen. Man rechnet vereinfacht mit einer Außentemperatur von -5°C und einer Raumlufttemperatur von 20°C. Bei diesen Bedingungen darf die Temperatur an der kältesten Stelle 12,6°C nicht unterschreiten. Diesem Grenzwert lag folgende Annahme zu Grunde: Das Normklima im Innenraum wurde mit 20°C und 50% relative Luftfeuchte angenommen. Bei 12,6°C liegt die relative Feuchtigkeit somit bei 80%. Dies nahm man damals als Schwelle zu Schimmelpilzwachstum an, ein Blick in das Isoplethendiagramm zeigt uns allerdings, dass Schimmelpilze schon bei ca. 77% zu erwarten sind. Insofern ist eine Auslegung der Wärmebrücken auf 12,6°C zwar normgerecht, kann in der Praxis aber trotzdem zu Schimmel führen – und sollte daher nicht knapp-auf-Kante geplant werden.

Besonders kritisch werden Wärmebrücken, wenn von innen etwas die Oberfläche verdeckt, wie z. B. ein Eckschrank. Dieser wirkt wie eine kleine Innendämmung und verringert die Wärme, die an der Oberfläche der Wärmebrücke ankommt. Das Ergebnis ist, dass die Oberflächentemperatur unter die 12,6°C fällt und dort noch schneller Schimmel entstehen kann. Zusätzlich wird Schimmel in solchen Ecken besonders spät entdeckt.

Ihr seht, hinter der Wärmebrückenproblematik steckt eine direkte Gefahr für den Innenraum und die Wohngesundheit und sollte nicht ignoriert oder vernachlässigt werden. Aber auch rechnerisch sind Wärmebrücken unbedingt zu beachten, dazu erzähl ich euch aber im nächsten Teil etwas mehr.

* Die Erklärungen in diesem Blog sind natürlich vereinfacht. Fachlich könnte man viele der Themen deutlich mehr ausarbeiten und komplexer beschreiben. Dazu kann man sich gerne der gängigen Faechliteratur bedienen.

Wärmebrücken Teil 1 – Was ist eine Wärmebrücke?

Jeder hat schonmal in den verschiedensten Kontexten davon gehört: Wärmebrücken. Umgangssprachlich werden diese oft Kältebrücken genannt, weil es an diesen Stellen eben kalt ist. Der Fachbegriff Wärmebrücken leitet sich allerdings davon ab, dass an solchen Stellen die Wärme besser aus dem Raum abfließen kann. An diesen Stellen bilden sich oft Schimmelpilze oder Stockflecken. Um zu verstehen, wie Wärmebrücken entstehen, wie man einer Problematik mit eben diesen umgehen kann, und was das Ganze für die Energiebilanz des Gebäudes zu tun hat, möchte ich euch in der folgenden Themenreihe einen kleinen Einblick in die spannende Welt der Wärmebrücken geben. In Teil 1 geht es um das generelle Verständnis von Wärmebrücken und wie sie entstehen. Teil 2 widmet sich der besonderen Problematik von Schimmelpilzen und warum sie hauptsächlich an Wärmebrücken entstehen. Teil 3 wird auf die Wärmebrücken im EnEV-Nachweis eingehen und zeigen, wie sich Wärmebrücken auf die benötigte Heizenergie auswirken. Teil 4 wird einige Praxisbeispiele und gute Lösungen für Wärmebrückenprobleme beinhalten.

Jedes Gebäude hat Wärmebrücken. Die Aufgabe des Fachplaners besteht darin, unnötige Wärmebrücken zu vermeiden und notwendige bestmöglich zu planen. Es wird unterschieden in 3 verschiedene Wärmebrückenarten:

  • Konstruktionsbedingte Wärmebrücke
    • Tritt überall auf, wo das betroffene Bauteil keine ebene Fläche mehr bildet oder sich verschiedene Bauteile treffen.
    • Beispiele: Außenecke, Dachtraufe, Sockel
  • Materialbedingte Wärmebrücke
    • Triff auf, wenn in einem gleichen Bauteil die Materialien wechseln
    • Beispiele: Stütze in einer Wand, Fachwerk, Sockeldämmung
  • Alle Mischformen
    • Oft sind die Wärmebrücken Mischformen der ersten beiden Arten

Verschiedene Typen von Wärmebrücken

Wärmestrom – mal mehr, mal weniger

Zu Beginn ein kleines bisschen Bauphysik*, damit ihr versteht, wie Wärmebrücken entstehen: Wir stellen uns eine Außenwand vor. Auf der warmen Seite heizen wir munter so weit, sodass die Temperatur gleichbleibt. Die kalte Seite wärmt sich auch bei unendlich großer Heizung nicht auf. Das nennt man einen stationären Zustand. Es passiert dabei folgendes: Zwischen den beiden Wandseiten stellt sich ein Gefälle des Wärmestroms ein. Da die Bedingungen an beiden Seiten immer gleichbleiben, ist auch das Temperaturgefälle in der Wand stationär – quasi „unbeweglich“. Wäre die Außenwand nun unendlich groß und völlig gleichmäßig, wäre der Wärmestrom an jeder Stelle gleich groß – denn Strom (auch Wärmestrom) sucht sich immer den kürzesten Weg zwischen viel Energie (warm) zu wenig Energie (kalt).

gleichmäßiger Temperaturverlauf im Regelbauteil

Jetzt knicken wir unsere Außenwand und erzeugen eine Außenecke. Im Bereich des normalen Bauteils ist der Wärmestrom unverändert. Durch die Ecke ist aber das Verhältnis von Innenfläche zu Außenfläche des Bauteils nicht mehr 1:1. Durch die größere Außenoberfläche kann mehr Wärme abgenommen werden. Das Bauteil kühlt an dieser Stelle ab, was man dann ebenfalls auf der warmen Seite spürt.

Temperaturverlauf in einer Außenecke

Machen wir es genau andersrum und erzeugen eine Innenecke: Dort verändern wir das Oberflächenverhältnis zugunsten der Innenwand. Es steht nun mehr Fläche auf der warmen Seite zur Verfügung, daher sind Innenecken auch wärmer als die Flächen der umgebenden Bauteile.

Das gleiche* passiert auch bei materialbedingten Wärmebrücken: Durch einen Materialwechsel ändert sich der Widerstand im Bauteil und die Wärme kann besser oder schlechter durch das Bauteil nach draußen. Daher wird das Bauteil an dieser Stelle innen wärmer oder kälter gegenüber den umliegenden Flächen.

Da wir nicht in einer idealen Kugel wohnen, sind Wärmebrücken unvermeidbar. Wenn jemand von einem „wärmebrückenfreien“ Haus spricht, ist immer die bilanzielle, bzw. rechnerische Wärmebrückenfreiheit gemeint. Ein Haus ohne Wärmebrücken gibt es nicht, es wird immer eine Ecke mit niedriger Oberflächentemperatur geben. Diese sollte allerdings eine gewisse Temperatur nicht unterschreiten, denn sonst entsteht Schimmel. Dazu erfahrt ihr mehr in Teil 2!

* Die Erklärungen in diesem Blog sind natürlich vereinfacht. Fachlich könnte man viele der Themen deutlich mehr ausarbeiten und komplexer beschreiben. Dazu kann man sich gerne der gängigen Fachliteratur bedienen.