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Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011

______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München / Fakultät Architektur / Professor Clemens Richarz / 05. Mai 2011 Seite: 1

V 7 Baukonstruktion


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Hochschule München / Fakultät Architektur / Professor Clemens Richarz / 5.Mai 2011

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Inhaltsverzeichnis Grundlagen Seite 03 Fenster Seite 04 – 08 Massivbau Seite 09 – 19 Leichtbau Seite 20 - 23 Dach Seite 24 – 30 Objektbeispiele Seite 31 - 35 Lüftung Seite 36 – 39 Links Seite 40



Grundlagen

Passivhausstandard Das Nachweisverfahren für das Passivhaus beinhaltet zwei nachzuweisende und einzuhaltende Zielwerte: Wert 1: Heizwärmebedarf: max. 15 kWh / m

2* a

Es werden die bekannten Rechengänge vorgenommen (Transmissionswärmeverlust, Lüftungswärmeverlust, solare Gewinne, innere Gewinne). Wert 2: Primärenergiebedarf: max. 120 kWh/m

2 *a

Neben dem Heizwärmebedarf wird der Strombedarf für alle Haushaltshilfsgeräte und der Hilfsstrom für die Anlagentechnik erfasst (ohne Heizung und Warmwasserbereitung). Zielwert für Haushaltsstrom ist 18 kWh/m

2 im Jahr (Endenergie) oder 49 kWh/m

2 im Jahr

(Primärenergie / Primärenergiefaktor 2,7). Die Warmwasserbereitung wird separat erfasst, Solaranlagen werden einbezogen. Bauliche Grundlagen für das Passivhaus:

- Luftdichte Hülle - Dämmstärke ca. 24 – 30 cm (U-Wert opake Flächen ca. 0,1 W/m

2K)

- Fenster mit Uw,BW = 0,8 W/m2K

- Orientierung der Fensterflächen wenn möglich nach Süden - Kompaktheit (Volumen / beh. Fläche – ohne Keller) - Wärmebrückenfreiheit

Anlagentechnische Grundlagen:

- Reduzierter Strombedarf durch geringe Anschlussleistungen (Energiesparlampen) - Effizientes Heizsystem - kontrollierte Lüftung mit WRG


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Fenster

Konstruktionen Es gibt unterschiedliche Versuche die Wärmeverluste bei Fensterkonstruktionen zu verbessern. Die Verbesserungen beziehen sich auf die Verglasung und die Rahmen. Bei Fenstern ist heute nicht mehr das Glas sondern der Rahmen der Schwachpunkt. Selbst bei Isoliergläsern mit einem Ug-Wert von 1,1W/m

2K ist der Holzrahmen mit einem Uf-Wert von

1,5 W/m2K deutlich schlechter. Eine Energieoptimierte Verglasung besitzt deshalb einen hohen Glas-

und einen geringen Sprossenanteil. Optimierte Dreifach-Verglasungen besitzen einen Ug-Wert on 0,5 – 0,8 W/m

2K. Um die Problematik der schweren Flügel (Scharniere) zu lösen werden zunehmend

Konzepte realisiert, bei denen die öffenbaren Teile in Zweifachverglasung und die fest verglasten Teile in Dreifachverglasung ausgeführt werden. Entwicklungen in der Fenstertechnik gehen in zu evakuierten Isolierverglasungen, die einen U-Wert von 0,4 W/m

2K bei einer Dicke von 10 mm aufweisen.

Auf dem Markt sind auch Vierfach-Isolierverglasungen mit einem U-Wert von 0,2 W/m2 K.

Holzfenster mit Zweifachverglasung / Zweifachverglasung evakuiert



Uw,BW 0,9 W/m

2K

Fenster mit Dreifach-Verglasung besitzen einen breiteren Rahmen 78 mm statt 68 mm Breite.


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1) 2)

3) Holzfenster mit einem U w – Wert von 0,8 W/m

2K besitzen eine Verglasung

mit einem ug-Wert von 0,6 / 0,7 und einen Rahmen mit einem uf-Wert von etwa 1,0 Dieses Holzfenster besitzt einen Passivhausrahmen – das Rahmenholz ist aufgetrennt und mit einer PU-Einlage versehen. 1 = Holzfenster mit Verbundrahmen 2 = Ansicht dreidimensional 3 = Anschlusswerte Holzfenster



Besondere Bedeutung hat der Anschluß des Fensters an die Wand. Das Fenster muß luftdicht angeschlossen werden, der Rahmen des Fensters muß mindestens 3 cm überdämmt werden.


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Metallfassaden werden in der Regel als Pressleistenfassade konstruiert. Im Bild eine Pfosten-Riegel-Fassade der Firma Raico mit einem Uw,Bw – Wert von 0,8 W/m

2K.

Link: www.raico.de



Massivbau

Mauerwerk Die einfachste Art ein Haus zu bauen ist eine einfache Wand aus Ziegel, die dann beidseitig verputzt wird. Die Ziegelwand hat nun das Problem, dass sie entweder gute Trageigenschaften hat, oder gut Dämmeigenschaften. Für kleinere Gebäude – zwei bis drei Geschosse - gibt es zwischenzeitlich Ziegelwände mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit. Der Wärmedurchgang durch die Ziegel kann durch das Aufbringen eines Wärmedämmputzes noch verbessert werden

Der im Moment hinsichtlich Dämmfähigkeit leistungsfähigste Mauerziegel ist der T 7 von Poroton


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Unten: Einfamilienhaus aus Ziegel Architekt: W. Stolz, Rosenheim

Seniorenwohnheim in Eichstätt Architekt: W. Huber, Betzigau Gut erkennbar ist wie Struktur des Mauerwerksbaues die Form bestimmt (kleine Öffnungen, Ziegelmasze, Lastableitung flächig)



Übung Entwickeln Sie einen Wandaufbau mit Poroton T 8 – Ziegeln, der einen U-Wert von 0,1 W/m

2 besitzt.


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Wärmedämmputze Wärmedämmputze nach DIN 18550 Teil 3 können als Verbesserung der Wärmedämmung im Zuge einer Putzsanierung oder zur Optimierung der Dämmeigenschaft bei einer Ziegelwand aufgebracht werden. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Putze ist aber mit einem Wert von 0,07 W/mK relativ hoch. Die Putze können einlagig bis ca. 6 cm stark aufgebracht werden. Mehrstärken müssen in unterschiedlichen Arbeitsgängen aufgetragen werden. Das Aufbringen des Wärmedämmputzes ist relativ aufwändig. Dämmputze eignen sich beispielsweise gut bei alten Mauerwerk, das Unebenheiten aufweist. Mit Wärmedämmputzen können die Bauteil bezogenen Anforderungen nach Anhang 3 (EnEV) nicht erfüllt werden.

Wärmedämmputz der Hasit

- Grundputz - Wärmedämmputz - Deckputz - Körnung - Farbe



Wärmedämmverbundsystem Das Wärmedämmverbundsystem ist die am häufigsten verwendete Maßnahme, um Energieverluste reduzieren zu können. Die meisten Wärmedämmverbundsysteme haben eine bauaufsichtliche Zulassung bis 20 cm Dämmstärke. Die Schwierigkeiten, die mit Wärmedämmverbundsystemen auftreten, werden häufig unterschätzt:

- Einwandfreie Ausführung der Anschlüsse (Fenster, Balkonplatten) - Einwandfreie brandschutztechnische Ausführung gerade bei brennbaren Dämmstoffen

(Styropor) - Schallschutzprobleme (Kunstharzputz, vollflächige Verklebung, Anschlüße mit

Fugendichtband) - Sorgfältige Bauüberwachung (keine Kreuzfugen, Fugen nicht in Ecken herein laufend,

Gewebeüberlappung 10 cm, Styroporplatten abgelagert, Gewebe im oberen Drittel der Spachtelmasse – also zuerst genügend Spachtel auftragen, dann Gewebe auftragen).

- Beschädigung durch Spechte (besonders bei dünnen, rauhen Putzen) - Algen- und Pilzbefall (bei hoher Luftfeuchtigkeit an der Fassadenoberfläche) - Sanierung bzw. Reparatur schadhafter Stellen - Ungenügende Bauvorbereitung (alle Anschlüsse fertig, Fugen geschlossen

Mineralische Putze mit geringer Rauhigkeit in einer Stärke von ca. 2 cm und eine Beschichtung mit Mineralfarben bieten eine optimale Widerstandsfähigkeit des Wärmedämmverbundsystemes.

Mit einem Wärmedämmverbundsytem können Lamda-Werte bis 0,32 W/m

2K realisiert werden

(Neopur). Von der Firma Puren wird ein Vollwärmeschutzsystem aus PU-Hartschaum Purenotherm angeboten, das eine Wärmeleitfähigkeit von 0,28 W/mK besitzt. Die Firma Weber-Broutin hat eine Dämmplatte entwickelt mit einem Lamda-Wert von 0,22 W/mK. Dämmungen aus Mineralschaum sind faserfrei, nicht brennbar und äußerst widerstandsfähig gegen Beschädigungen die Wärmeleitfähigkeit beträgt 0,45 W/mK. Diese sogg. Mineralschaumplatte sind von nature-plus (www.nature-plus) als umweltfreundlicher Baustoff klassifziert.

http://www.nature-plus/


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Zur Verbesserung der Wärmebrückenverluste kann ein versenkbarer Dübel eingesetzt werden, die Versenkung wird mit einem passenden Dämmstück verschlossen. Es gibt zwischenzeitlich eine große konstruktive Varianz bei den Wärmedämmverbundsystemen. Im wesentlichen können zwei Unterscheidungsmerkmale festgestellt werden:

- Material der Dämmstoffe - Befestigungssysteme -

Die unterschiedlichen Materialien wiederum sind Ursache für:

- unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit - unterschiedlichen Brandschutz - unterschiedlichen Schallschutz

Die unterschiedlichen Befestigungssysteme erlauben ein differenziertes Eingehen auf die jeweiligen Montageuntergründe.



Wärmedämmverbundsysteme von Maxit


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Eine Problemzone bei Wärmedämmverbundsystemen stellen die Anschlüße, die Abschlüsse, die Befestigung der Dämmplatte selbst sowie die Befestigung von Bauteilen dar, die auf der tragenden Wand verdübelt werden müßen (Vordächer, Läden etc.). Wärmetechnisch gesehen war vorallem der Sockelanschluß durch den Abschlußwinkel ein kritischer Punkt. Neue Produkte reagieren auf die genannten Problempunkte. Eine sorgfältige Planung (Auswahl der Produkte) und eine Abstimmung mit anderen Gewerken (z.B. Vordachbefestigung) ist deshalb unerlässlich.

Sockelanschluss der Firma Marmorit. Oben Temperaturverlauf bei klassischer Aluminiumschiene unten bei Sockelabschluß „Quix von Marmorit. Unabhängig von der Befestigung am Unteren Abschluß des WDVS sollte die Sockeldämmung immer bis ca. 20 cm unter Erdniveau verlegt werden, um eine Wärmebrücke am Sockelanschluß zu vermeiden.


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Passivhaus in Ulm Architekt: Brucker Architekten Detail 6/2002 Werden Wärmedämmverbundsysteme verwendet, so wird die Massivwand auf die tragende Funktion reduziert, um einen möglichst guten U-Wert bei möglichst kleiner Wanddicke zu erhalten



Hinterlüftete Fassaden Hinterlüftete Fassadensysteme sind durch die Ablösung der Regenhaut von den übrigen Bauteilschichten konstruktiv gesehen vollkommen unproblematisch. Die Vorteile der hinterlüfteten Fassade kommen vor allem bei folgenden Punkten zum Tragen: - keine Rissbildungen - optimale Ausbildung von Anschlüssen - optimale Wartungsmöglichkeit - guter Schallschutz - große Variabilität bei der Ausbildung der Wetterhaut Die erhöhten Erstellungskosten amortisieren sich durch eine längere Lebensdauer und geringere Wartungskosten. Diese Kriterien spielen aber leider bei nur kurzfristig denkenden Investoren keine entscheidende Rolle.


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Leichtbau

Hinterlüftete Fassaden Leichtbauten – d.h. Gebäude mit nicht tragenden Wänden bzw. nur mit stabförmigen Traggliedern werden in der Regel mit hinterlüfteten Fassaden ausgeführt, da dann trotz schichtweisem Aufbau mit zwangsläufig vielen Fugen ein sicherer Regenschutz gegeben ist.

Die hinterlüftete Fassade bietet im Vergleich zur Verbundfassade folgende Vorteile:

- Trennung der Schichten ermöglicht einfache Wartung / Austausch der Teile - Optimaler Schlagregenschutz durch Hinterlüftung - Einfache Anschlüsse (Abdichtung kann hinter der Wetterhaut hochgezogen werden – wichtig

bei Anschlüssen) Hinterlüftete Fassaden sind auch vollkommen Flexibel in der Art der Verkleidung die getrennt durch die Luftschicht aufgebracht wird und die ausschließlich dem Regenschutz dient



Reihenhäuser in Dornbirn Architekt: Johannes Kaufmann Baumeister 4/2003 Tragend sind nur die Wände zwischen den Häusern sowie die Decke, Die Fassade ist nichttragend. Das Anbringen von großen Öffnungen ist problemlos möglich, ebenso kann eine Dämmung von 30 cm eingebaut werden. Die Wandstärke insgesamt beträgt nur 38 cm.


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Mehrfamilienhaus in Wolfurt Architekt: Gerhard Zweier, Wolfurt Detail 6/2002 Auch in diesem Beispiel ist die Fassade nicht tragend ausgebildet. Die Fassade verläuft vor der Deckenkante. Zur Rauminnenseite hin ist eine Installationsschicht angeordnet (Steckdosen etc.).



Bei größeren Dämmstärken (Passivhaus o.ähnliche Qualitäten) wird in der Regel eine Unterkonstruktion aus Stegträgern gebildet, die dann beplankt wird. Die Dämmung erfolgt vor Beplankung mit Mineralwolle oder nach der Beplankung durch Ausblasen des Hohlkastens mit Isoflock. Brandschutztechnisch hat diese Konstruktion Probleme, da die Unterkonstruktion aus Baustoffen der Baustoffklasse B 2 besteht. Entsprechende Konstruktionen bei Gebäuden mittlerer Höhe müssen deshalb im Einzelfall begutachtet und geprüft werden. Besonders beachtet werden müssen die erhöhten Anforderungen, die an die Abstandsflächen gestellt werden (Art.29 Bay.Bauordnung). Auch auf massive Wände kann die Dämmung mittels der Stegträger als hinterlüftete Konstruktion aufgebracht werden. Dies ist eine Alternative zu den Wärmedämmverbundsysteme.

Holzträger zur Montage vor der Fassade Vorder- und rückseitig beplankt, Hohlraum mit Wärmedämmung verfüllt. Die Träger haben eine Breite von 59 mm. Der äquivalente Wert der Wärmeleitfähigkeit beträgt bei Trägerhöhe 240 mm O,093 W/mK, bei 30 cm 0,085 W/mK Quelle: Lignotrend Häufig wird Zellulose – ein Dämmstoff aus Altpapier – in bauseits vorbereitete Hohlkästen eingeblasen.


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Dächer

Geneigte Dächer In gleicher Stärke wie die Wände werden auch die Dächer gedämmt. Besonders einfach ist die Dämmung bei Flachdächern aufzubringen. Besondere Befestigungsmittel wie bei der Wand werden hier nicht erforderlich. Deswegen sind hier Dämmstärken von 30 cm und mehr vollkommen unproblematisch. In geneigten Dächern reicht in der Regel das Ausdämmen in Sparrenhöhe nicht aus. Es müßen hier ober- oder unterseitig noch Quersparren angebracht werden, damit die Dämmstärke von 30 cm realisiert werden kann.

Dachdämmungen werden in der Regel als Vollsparendämmung ausgeführt. Auch ein Ausblasen eines vorher mittels Beplankung gebildeten Hohlraumes mit Zellulose (s.U.) ist denkbar. In der Regel reicht jedoch die Dämmung nur im Sparrenbereich nicht aus, sodass entweder durch Querhölzer unten oder Aufsparren oben eine Zusatzdämmung erfolgt.



Bei Dachüberständen bleibt der überstehende Teil ungedämmt, die Struktur der Sparren bleibt sichtbar.

Einfamilienhaus in Bad Tölz Architekt: Fink und Jocher Detail: 1/1998


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Flachdächer

Mehrfamilienwohnhaus Architekten: Fink und Jocher, München Detail: 1/1997 Die Wärmedämmung ist auf die Schalung aufgelegt, die Sparren bleiben im Raum sichtbar bzw. dienen zum Wandanschluss. Besondere Beachtung verdient der Dachrand, der durch seine Auskragung den oberen Abschluss betont.



Hausgruppe Architeken: Dietiker, Klaus, Keller, Brugg Quelle: Archithese 5/1995 Die Dämmung ist in der Sparrenebene angebracht.


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Bei Massivbauten wird die Dämmung immer auf das massive Dach aufgelegt. Die Dämmstärke ist beliebig, die Attikaausbildung ist mit einer Blechverwahrung auszuführen. Betonattiken können u.U. ohne Blech ausgeführt werden (Abschrägung). Der Anschluß ist dann aber verdeckt in einer Fuge anzubringen.



Übung: Beschreiben Sie den Dachaufbau bei einem Flachdach Massivdach und Holzleichtdach, wenn ein U-Wert von 0,1 W/m

2K erreicht werden soll ?


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Übung: Beschreiben Sie den Dachaufbau bei einem geneigten Holzdach, wenn ein U-Wert von 0,1 W/m

2K

erreicht werden soll ?



Objektbeispiele

Einfamilienhaus mit Praxis Architekten: Passivhaus-eco, Herzogenaurach Quelle: Gebäude-Energieberater 02 - 2011


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Gemeindezentrum in St. Gerold (Vorarlberg) Architekten: Cukrowicz Nachbaur, Bregenz Quelle: Detail 10 / 2010


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Lüftung

Kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung Der mittlere Luftwechsel beträgt bei Wohngebäuden 0,7 / h. Durch Wärmerückgewinnung kann der warmen Abluft Wärme entzogen und an die kalte Zuluft übertragen werden. Dadurch können die Wärmeverluste durch Lüftung um etwa 70 % reduziert werden. Da Passivhäuser immer maschinell belüftet werden müssen – um den geringen Zielwert von 15 kWh/m2 zu erreichen - wird unterschieden zwischen einem maschinellen Luftwechsel (Luftwechselrate 0,4/h) und einem Luftwechsel durch Infiltration (Luftwechselrate 0,1 / h), der zwangs- läufig durch keinere Undichtigkeiten sowie durch das Öffnen der Türen entsteht. Deutlich wird, dass bei unsachgemäßem Nutzerverhalten (z.B. natürliche Lüftung und mech. Lüftung) eine deutliche Erhöhung des Wärmebedarfes festzustellen ist.

Mindestluftwechsel DIN 1946 0,5 /h

Energetischer Luftwechsel

Maschinell gefördert 0,4 /h Natürlicher Luftwechsel durchInfiltration 0,1 /h

Maschinell gefördert 0,4 /h

Erdwärmetauscher =33%η

VerbleibenderEnerg. Luftwechsel 0,27

WRG =80%η


Energ. Luftwechsel


WRG =80%η

0,154 0,18

Energ. Luftwechsel

Darstellung des Begriffes „energetischer Luftwechsel“ unter Berücksichtigung des Einsatzes der Wärmerückgewinnung und von Erdreichwärmetauschern. Bei allen Konzepten mit kontrollierter Lüftung ist eine luftdichte Hülle unabdingbare Voraussetzung. (Blower-Door-Test).


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Prinzip einer Lüftung mit Wärmerückgewinnung in einer Wohnung.



Übung Schätzen Sie die Reduktion der Lüftungswärmeverluste durch den Einsatz einer kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung bei einem Gebäude mit 1000 m3 Luftvolumen ab.


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Links www.passiv.de www.passivhaus.de www.passivhaus-info.de www.ig-passivhaus.de www.passivhausprojekte.de
http://www.passiv.de/http://www.passivhaus.de/http://www.passivhaus-info.de/http://www.ig-passivhaus.de/http://www.passivhausprojekte.de/