Wärmebrücken

Problemzonen und
Lösungen

Je mehr ein Gebäude energetisch optimiert wird, umso wichtiger werden Details und Problemzonen für eine gute Energiebilanz: Wärmebrücken, die lokal hohe Wärmeverluste verursachen, sind solche Problemzonen. Haben diese bei Altbauten mit verhältnismäßig hohen Wärmeverlusten durch Wände und Fenster noch einen kleinen Einfluss, steigt ihre Bedeutung mit der Dämmqualität des Gebäudes an. Daher findet der Einfluss von Wärmebrücken sowohl im Neubau als auch in der energetischen Sanierung immer mehr Beachtung. Erhöhte Energieverluste, reduzierter Wohnkomfort, im schlimmsten Fall auch Tauwasserausfall und Schimmelpilz­bildung sind die Folgen, die es beim Umgang mit Wärmebrücken zu bedenken gilt. Im Folgenden werden typische konstruktive Wärmebrücken in Neubau und Sanierung sowie die Probleme dahinter geschildert und Anforderungen aufgezeigt.

Wärmebrückenproblematik

Wärmebrücken sind örtlich begrenzte Störungen in der Gebäudehülle, die lokal eine höhere Wärmeleitung verursachen als in der angrenzenden Konstruktion, wie z. B. ein Balkonanschluss oder ein Fassadenanker. Die Ursache kann in der Konstruktion, der Geometrie oder am Material liegen. Weicht der Bauteilbereich von der ebenen Form ab, wie etwa Raumecken, bei denen die Außenoberfläche deutlich größer ist als die Innenoberfläche, spricht man von einer geometrischen Wärmebrücke. Werden im betreffenden Bauteilbereich lokal Materialien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit verbaut, z. B. Stahlanschlüsse, die die Fassade durchdringen, liegt eine materialbedingte Wärmebrücke vor.

Konstruktive Wärmebrücken

Konstruktive Wärmebrücken entstehen, wenn Tragkräfte über die Dämmebene übertragen werden. Sie treten somit im Umfeld von konstruktiven Anschlüssen auf, wie bei Balkonauskragungen oder Dach-Außenwand-Verbindungen. In der Praxis weisen Bauteilan-

schlüsse oft hohe Wärmeverluste und niedrige raumseitige Oberflächentemperaturen auf. Aus der erhöhten Wärmeleitung resultiert ein erhöhter Energieverlust. Daraus folgt eine geringere Innenoberflächentemperatur und es entsteht das Risiko von Schimmelpilzbildung und gesundheitlichen Gefahren sowie möglichen hygienischen Problemen und Einschränkungen im Wohnkomfort. Eine weitere Folge stellt die Gefahr einer durch Tauwasserausfall bedingten Schädigung der Bausubstanz dar.

Analyse von Wärmebrücken

Bei der Analyse der Auswirkungen von Wärmebrücken gibt es verschiedene Kenngrößen, welche die Eigenschaften von Wärmebrücken beschreiben. Während die Wärmedurchgangskoeffizienten ψ und χ Auskunft über die energetischen Wärmeverluste geben, wird mittels des Temperaturfaktors f und der minimalen Oberflächentemperatur Θ_min das Risiko für Schimmelpilzbildung und Tauwasserausfall bewertet. Das große Problem bei Wärmebrücken ist, dass die genannten Eigenschaften von einer Vielzahl von Parametern abhängen. Zum einen ist die Wärmebrücke an die Qualitätseigenschaften der verwendeten Materialien gekoppelt – also wie gut die einzelnen Komponenten Wärme leiten –, zum anderen ist sie von der geometrischen Anordnung eben dieser Komponenten abhängig. Folglich sind bei der Analyse der genaue Aufbau einer Wärmebrücke und der umliegenden Konstruktion zu beachten. Bei einer Balkonplatte bspw. ist nicht nur das verwendete tragende Wärmedämmelement für den Wärmetransport entscheidend, sondern auch die angrenzende Wandkonstruktion. Da eine Wärmebrücke durch den hohen Wärmetransport immer die umliegende Konstruktion mit auskühlt, ist es logisch, dass die Qualität dieser Konstruktion einen Einfluss auf die Übertragung hat. Wegen dieser Komplexität ist die Ermittlung der aufgeführten bauphysikalischen Kenngrößen ausschließlich mittels einer wärmetechnischen Finite-Element-Berechnung (FE-Berechnung) der konkret vorliegenden Wärmebrücke möglich. Hierzu wird der geometrische Aufbau der Konstruktion im Bereich der Wärmebrücke zusammen mit den Wärmeleitfähigkeiten der eingesetzten Materialien in einem FE-Programm modelliert.

Anforderungen an Wärmebrücken

Bei Wärmebrücken gibt es zwei wesentliche Punkte zu beachten:

1. Die Mindestanforderung an den Feuchte-

schutz muss eingehalten werden.

2. Der zusätzliche Energieverlust durch die Wärmebrücke muss berücksichtigt werden.

Zu 1: Infolge des lokal erhöhten Wärmetransports von Wärmebrücken entsteht die Gefahr von sehr niedrigen Oberflächentemperaturen. An kalten Oberflächen kann es zum Kondenswasserniederschlag und damit zur Schimmelpilzbildung kommen. Um dies zu vermeiden, muss die folgende Mindestanforderung nach DIN 4108-2, eingehalten werden: minimale raumseitige Oberflächentemperatur Θ_min ≥ 12,6 °C. Deren Erfüllung kann nachgewiesen werden, indem die Wärmebrücken entweder analog zum Beiblatt 2 der DIN 4108 ausgeführt werden oder indem sie mit entsprechender Software modelliert und untersucht werden.

Zu 2: Die erlaubten Energieverluste durch eine Wärmebrücke werden in der EnEV geregelt. Gemäß dieser sind Wärmebrücken so zu dämmen, dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf nach den Regeln der Technik und den im Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird.

Die Wärmeverluste durch Wärmebrücken sind ein Teil der gesamten Wärmeverluste durch die Gebäudehülle. Diese sogenannten Transmissionswärmeverluste sind:

                      H_T = ∑ U_i A_i + H_WB

Zur Ermittlung der Transmissionswärmeverluste werden die energetischen Verluste durch die flächigen Bauteile sowie die Energieverluste durch Wärmebrücken summiert. Die H_T durch flächige Bauteile werden durch den U-Wert des Bauteils pro Fassadenfläche des Bauteils berechnet. Hierbei müssen Temperatur-Korrekturfaktoren berücksichtigt werden, diese sind hier zur Vereinfachung vernachlässigt. Die Transmissionswärmeverluste durch Wärmebrücken H_WB können ermittelt werden durch:

– Bei der einfachsten Methode werden die Wärmebrücken am Gebäude nicht gedämmt oder nicht nachgewiesen: Stattdessen wird ein Wärmebrückenzuschlag

     in Form einer Erhöhung des mittleren U-Wertes auf den berechneten Gesamtwärmeverlust des Gebäudes dazugerechnet.

– Mit einer vereinfachten Methode kann alternativ die Wärmebrückenberechnung auch nach den Ausführungsbeispielen des Beiblatts 2 zur DIN 4108 erfolgen. Damit kann der Wärmebrückenzuschlag deutlich niedriger angesetzt werden. Unter Einhalten des Beiblattes können somit geringere Wärmeverluste angenommen werden.

– Die dritte Methode ist der detaillierte Nachweis von Wärmebrücken anhand der Ermittlung der jeweiligen Wärmedurchgangskoeffizienten ψ und χ. Hierbei werden nur die tatsächlichen Wärmeverluste berücksichtigt. Bei dieser Methode werden besonders energetisch effiziente Lösungen belohnt.

Balkone und Vordächer

Ein besonderes Augenmerk gilt den Auskragungen, wie Balkonen, denn sie stellen eine der einflussreichsten Wärmebrücken am Gebäude dar. Bei ungedämmten, auskragenden Bauteilen, wie z. B. Stahlbeton-Balkonen oder Stahlträgern, ergibt das Zusammenwirken des Kühlrippeneffekts der Auskragung (geometrische Wärmebrücke) sowie der Durchstoßung der Wärmedämmebene mit Stahlbeton oder Stahl (materialbedingte Wärmebrücke) einen starken Wärmeabfluss. Die Folge ungedämmter Auskragungen können um das Fünffache erhöhte Wärmeverluste und eine signifikante Absenkung der Oberflächentemperatur (um 5 bis 10 °C) sein. Dies führt zu deutlich erhöhten Heizkosten und einem sehr hohen Schimmelpilzrisiko im Anschlussbereich der Auskragung.

Besonderheiten bei der Balkonsanierung

Zur thermischen Trennung des Balkons bei Bestandsgebäuden bestehen mehrere Möglichkeiten. Der Balkon kann von oben und unten mit Dämmung „eingepackt“ werden. Abgesehen von gestalterischen Einwänden birgt diese Methode das Problem, dass die Oberseite zu dick wird und damit das Niveau der Balkontür überschreitet. Zudem gehört die Balkonplatte zum beheizten Gebäudevolumen, womit nicht unerheblich viel Energie für ihre Beheizung aufgebracht wird. Schneidet man jedoch die bestehende Balkonplatte ab, ergeben sich neue Möglichkeiten: eine Konstruktion komplett vorzuständern oder einen neuen Balkon mit einem tragenden Wärmedämmelement anzuschließen. Während die erste Variante besonders im städtischen Raum aus Platzgründen häufig nicht umsetzbar ist, kann mit einem tragenden Wärmedämmelement z. B. mit einem Isokorb der neue Balkon vom Gebäude thermisch getrennt werden. Dies erfordert allerdings eine ausreichend bewehrte Bestandsdecke. Wenn keine Pläne vorhanden sind, muss die Decke ggf. untersucht werden. Auch die Wand wird geprüft, um die richtige Position für den Isokorb zu finden. Für die Durchführung muss der Bauausführer eine entsprechende Zertifizierung vorweisen können. Der durchlaufende Stahlbeton wird durch den thermisch

getrennten Anschluss mit dem Isokorb

ersetzt. Hierfür wird von außen in die Bestandsdecke eingebohrt und der Anschluss befestigt. Mit dieser Methode ist ein Balkonanschluss erstellt, der wärmetechnisch dem eines Neubaubalkons entspricht. Da jede Sanierung ein Einzelfall ist, vermittelt Schöck für die Ausführung den passenden Bauhandwerker oder Bauunternehmer und schickt die „Einbaumeister“ als fachmännische Unterstützung auf die Baustelle.

Gebäudesockel

Beim ungedämmten Gebäudesockel unterbricht das aufgehende Mauerwerk die Wärmedämmhülle des Gebäudes zwischen Außenwanddämmung und Dämmung der Kellerdecke. Dadurch bildet sich in Verbindung mit der hohen Wärmeleitfähigkeit der Mauersteine eine massive Wärmebrücke am Gebäudesockel aus. Weiterhin ist der tatsächliche Wert der Wärmeleitfähigkeit entscheidend vom Feuchtegehalt des Baustoffes abhängig. Dieser negative Effekt schlägt beim aufgehenden Mauerwerk in hohem Maße zu Buche. Eine Zunahme um 1 Vol.-% Feuchtegehalt hat eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Mauerwerkes um ca. 10 % zur Folge; ein Feuchtegehalt von 10 bis 20 Vol.-% ist bei herkömmlichem Mauerwerk auf Grund des Feuchteeintrages während der Bauphase üblich. Daher ist ein feuchteschutztechnisch optimierter Mauerfuß essentiell für eine

effektive Wärmedämmebene. Das tragende Wärmedämmelement Novomur^® von Schöck erfüllt hier die Anforderungen an Wärme- und Feuchteschutz am Mauerfuß. Seine wasserabweisende Eigenschaft stellt die geringe Wärmeleitfähigkeit von Anfang an sicher, ohne dass eine zusätzliche Vorkehrung für den Feuchteschutz erforderlich ist. Gepaart mit seiner hohen Tragfähigkeit schließt das Wärmedämmelement die Lücke in der Wärmedämmung zwischen Außenwand- und

Kellerdecken-Dämmung.

Besonderheiten bei der Sanierung von Gebäudesockeln

Im Sanierungsfall ist diese Wärmebrücke schwierig zu behandeln. Der Energieverlust durch den Gebäudesockel kann anhand einer möglichst weit nach unten gezogenen Außendämmung deutlich eingedämmt werden. Auch Maßnahmen wie die Dämmung der Geschossdecke und der Wandinnenseite können den Energieverlust mindern helfen. Um den Feuchtetransport zu reduzieren, kann mit Injektionssystemen gearbeitet werden, die das Mauerwerk hydrophobieren.

Fazit

Wärmebrücken sind ein vielschichtiges Thema, das man nur mit Hilfe komplexer bauphysi­kalischer Software im Detail oder im Bestand mit Untersuchungen vor Ort erfassen kann. Dies wird auch aufgrund der steigenden energetischen Anforderungen und Wünsche immer häufiger zum Mittel der Wahl. Für immer mehr Wärmebrücken gibt es daher adäquate Produktlösungen und Serviceleistungen. Der neue Wärmebrücken-Rechner von Schöck
bietet hierzu eine Hilfestellung, mit dem Planer die energetischen Eigenschaften ihres Balkonanschlusses ermitteln können (unter www.schoeck.de/de/waermebruecken).