Wärmebrücken

Sie brauchen eine Wärmebrückendetailberechnung für eine energetische Bilanzierung oder zur Beurteilung von Bauteiltemperaturen



Wärme- oder Kältebrücke?

Der korrekte Begriff ist Wärmebrücke. In der Physik bewegt sich ein Wärmestrom immer vom der höheren zur niedrigeren Temperatur - die Wärme ist damit der Akteur und Namensgeber. Den Begriff "Kälte" gibt es so eigentlich auch nicht, da in der Kelvinskala eine Temperatur minimal null, aber nicht negativ werden kann. Negative Temperaturen gibt es im umgangssprachlichen Gebrauch (Celsius, Fahrenheit).

0 Kelvin entspricht -273,15 °Celsius. Die Schrittweite 1 K und 1 °C sind identisch. Temperaturdifferenzen werden also allgemeingültig mit der Dimension Kelvin [K] angegeben.

Was ist eine Wärmebrücke?

Wärmebrücken sind die Bereiche einer Konstruktion, bei denen sich der Wärmestrom abweichend vom dem des Regelquerschnitts (ungestörter U-Wert) verhält. Zur Flächenbetrachtung des U-Wertes kommt also noch die Betrachtung hinzu, welche Effekte an den Übergängen mehrerer Bauteile entstehen, z.B.

• zwei Außenwände verschneiden zu einer Kante
• eine Außenwand, eine Geschossdecke und ein Schrägdach verscheiden zu einer Traufe
• eine Außenwand und der seitliche Fensterteil verschneiden zu einer Laibung
• zwei Schrägdächer verschneiden zu einem First, usw.

Das sind also immer die Stellen, bei denen sich Geometrien, Materialeigenschaften oder Randbedingungen ändern. Im Bauwesen werden linienförmige Wärmebrücken betrachtet, punktförmige werden im Rahmen der DIN V 18599 vernachlässigt.

Fall 1: Verwendung bei einer Temperaturbetrachtung  | frsi -Wert

Inhalt folgt

Fall 2: Verwendung als "Nebenrechnung" in einer Energiebilanz  |   psi-Wert

Das Bilanzergebnis hängt stark von der Zuschlagsvariante ab

Die Energiebilanz gem. DIN V 18599 sieht drei Varianten zur Berücksichtigung der Wärmebrücken vor:

1. pauschaler Ansatz mit delta U = 0,10 W/m²K | kein Nachweis erforderlich
2. pauschaler Ansatz mit delta U = 0,05 bzw. 0,03 W/m²K | Gleichwertigkeitsnachweis erforderlich
3. individuell berechneter Ansatz | detaillierte Berechnung erforderlich

Wenn ein sehr hochwertiges Bauvorhaben bilanziert werden soll, wird schnell klar, dass ein pauschaler Ansatz ohne Nachweis kontraproduktiv ist. So wird beispielsweise aus einem Bauteil-U-Wert von 0,12 mit Zuschlag 0,10 der Bilanz-U-Wert 0,22 W/m²K (plus 83% !), womit EH40-Bilanzierungen praktisch unmöglich werden. Dieser Ansatz eignet sich bestenfalls für Energieausweise für Altbauten mit ohnehin hohen Bauteil-U-Werten.

Auch der reduzierte pauschale Ansatz würde aus 0,12 + 0,03 = 0,15 machen, womit ein Bauteil immerhin noch um 25% schlechter angesetzt wird, als es eigentlich ist. Die für den Nachweis zu verwendenden Planungsbeispiele aus der DIN 4108 erschlagen nicht alle in der Baupraxis vorkommenden Fälle, erst recht nicht beim Bauen im Bestand. Hier entsteht ein nicht unerheblicher Nachweisaufwand mit Zusatzberechnungen für fehlende Planungsbeispiele und die Reduzierung ist trotzdem nach unten auf 0,03 gedeckelt. Diese Methode wird in meinem Büro deshalb nicht eingesetzt.

Der individuell für ein konkretes Bauvorhaben berechnete Zuschlag kann bei Massivbauten deutlich unter 0,02 liegen, bei Holzrahmenkonstruktionen auch im Bereich 0,01 und darunter.

Mit dieser Methode kann man alle nur erdenklichen Wärmebrückenschnitte produzieren und ist damit für hochwertige Bauweisen bestens geeignet, wie auch für Bauen im Bestand. Der Nachweisaufwand ist hier im Vergleich maximal, allerdings ist die damit bewirkte Materialeinsparung auf der Baustelle auch maximal.

Fazit: Je nach Zuschlagsvariante / Berechnungsaufwand für die Wärmebrücken kann dasselbe Gebäude im Ergebnis um eine oder mehrere Effizienzhausstufen variieren oder über die Zulässigkeit eines Neubaus im öffentlich-rechtlichen Nachweis entscheiden.

Der für jede Situation anzufertigende Schnitt, der:

• Geometrien und flankierende Längen
• Symmetrieregeln
• Wärmeleitfähigkeiten / Äquivalenzwerte
• ungestörte U-Werte
• Temperaturkorrekturfaktoren
• Randbedingungen

enthält, hat nach Berechnung mit der mathematischen Finite-Elemente-Methode das Ergebnis psi-Wert.

Dieser wiederum wird mit der Summe der Längen gem. Maßbezügen zum HT`-WB-Wert multipliziert, auf die diese Schnittsituation zutrifft (Wiederholungen am Baukörper, z.B. 34 mal identische Fensterlaibung).

Die Summe aller HT´-WB wird final durch die Hüllflächensumme der thermischen Hülle dividiert. Das Ergebnis ist dann der Wärmebrückenzuschlag delta-U WB.

Ein einfaches Einfamilienhaus kann durchaus bereits 40 oder mehr Wärmebrückenschnitte, also 40 verschiedene psi-Werte erfordern.

Umfang

Ein detaillierter Wärmebrückeneinzelnachweis erfordert damit

• je einen Schnitt pro Situation zur Ermittlung des psi-Wertes
• ein 3D-Modell zur Identifizierung der erforderlichen Schnitte mit Längenaufmaß gem. Maßbezugsregeln
• eine tabellarische Aufstellung zur Verrechnung der psi-Werte und Längen zum finalen Ergebnis delta UWB

Das ist gleichzeitig auch die Basis für die Dokumentation, damit ein Außenstehender die Schnittsituationen und Positionen am Gebäudemodell nachvollziehen kann.