Wärmeschutz
Die Ursachen für Wärmebrücken können unterschiedlich sein. Eine hohe Wärmeleitung resultiert daraus, dass der Bauteilbereich von der ebenen Form abweicht ("geometrische Wärmebrücke"), oder daher, dass im betreffenden Bauteilbereich lokal Materialien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit vorhanden sind ("materialbedingte Wärmebrücke").
Wärmebrücken sind örtlich begrenzte Bereiche mit höherer Wärmeleitung als die angrenzenden Bereiche. Eine erhöhte Wärmeleitung verursacht einen erhöhten Energieverlust. Daraus folgt eine geringere Innenoberflächentemperatur und es entsteht das Risiko für Schimmelpilzbildung (gesundheitliche Gefahren). Weitere Folgen sind die Gefahr von Tauwasserausfall und einer Schädigung der Bausubstanz.
Materialbedingte Wärmebrücken
Materialbedingte Wärmebrücken entstehen, wenn Bauteile mit stark unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aneinander angrenzen. Ein typisches Beispiel hierfür sind die Dämmschicht durchstoßende Anker. Über die metallischen Anker ist im Vergleich zu der angrenzenden Dämmung der Wärmeabfluss erhöht.
Abbildung 1: Schnittzeichnung durch zwei Materialien (Dunkelgrau mit hoher Leitfähigkeit, Hellgrau mit niedriger Leitfähigkeit), die Richtung des Wärmestroms ist durch Pfeile dargestellt. Der Wärmestrom fließt vom warmen Raum (unterer Bildrand) zum kälteren Raum (oberer Bildrand) durch die Materialien.
Geometrisch bedingte Wärmebrücken
Geometrische Wärmebrücken entstehen, wenn die Wärme abgebende Oberfläche sehr viel größer ist als die Wärme aufnehmende Oberfläche. Typische Beispiele hierfür sind Gebäudeecken. Hier sinken an den Wärme aufnehmenden Oberflächen die Oberflächentemperaturen stark ab, da die Wärme über die größeren abgebenden Oberflächen stark abfließen kann.
Abbildung 2: Schnittzeichnung einer Gebäudeecke, die Pfeile beschreiben die Richtung des Wärmestroms vom warmen zum kalten Raum. Der linienförmige Wärmestrom durch eine ungestörte Wand wird durch die geometrische Situation stark beeinflusst.
Die Auswirkungen von Wärmebrücken sind:
- Gefahr von Schimmelpilzbildung
- Gefahr von gesundheitlichen Beeinträchtigungen (Allergien etc.)
- Gefahr von Tauwasserausfall
- Erhöhter Heizenergieverlust
- Verschlechterung von Wohnkomfort und Behaglichkeit
Zur Erfassung und Beschränkung der Auswirkungen von Wärmebrücken gibt es verschiedene Kennwerte. Diese beschreiben unterschiedliche Eigenschaften von Wärmebrücken. Während die Wärmedurchgangskoeffizienten ψ und χ Auskunft über die energetischen Wärmeverluste geben, wird durch den Temperaturfaktor und die minimale Oberflächentemperatur das Risiko für Schimmelpilzbildung und Tauwasserausfall bewertet.
Die rechnerische Ermittlung dieser Kenngrößen ist ausschließlich durch eine wärmetechnische 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. Die anzusetzenden Randbedingungen bei der Berechnung und Modellierung sind in der DIN EN ISO 10211 geregelt.
Die FE-Berechnung liefert neben den quantitativen Kennwerten auch eine Darstellung der Temperaturverteilung innerhalb der Konstruktion. Dabei wird meist eine Darstellung des Wärmestroms durch Wärmestromlinien (siehe Abbildung 3) oder Isothermen (siehe Abbildung 4) gewählt.
Die Darstellung mit Wärmestromlinien zeigt, auf welchem Weg durch die Konstruktion die Wärme verloren geht, und es lassen sich somit die wärmetechnischen Schwachstellen der Wärmebrücke gut erkennen. Die Isothermen sind Linien oder Flächen gleicher Temperatur und zeigen die Temperaturverteilung innerhalb des berechneten Bauteils. Wärmestromlinien und Isothermen stehen stets senkrecht zueinander (siehe Abbildungen 3 und 4).
Abbildung 3: Temperaturverlauf mit Wärmestromlinien
Abbildung 4: Temperaturverlauf mit Isothermen
Linienförmige Wärmebrücken
Linienförmige Wärmebrücken sind Störungen der thermischen Hülle, die bezogen auf eine bestimmte Länge der Hülle auftreten. Typische Beispiele hierfür sind Balkonanschlüsse, bei denen die Deckenplatte durch die Wand läuft (siehe Balkone bzw. ungedämmte auskragende Bauteile), Außenwandkanten, Deckenauflager und Fensterlaibungen. Die energetischen Verluste, die durch eine linienförmige Wärmebrücke auftreten, werden durch den längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten ψ-Wert dargestellt.
Punktförmige Wärmebrücken
Punktförmige Wärmebrücken sind Störungen der thermischen Hülle, die lokal so stark begrenzt sind, dass sie nur punktuell auftreten. Typische Beispiele sind Befestigungselemente wie Dübel, dämmschichtdurchstoßende Stützen und Anker von Vorhangfassaden. Die energetischen Verluste durch punktuelle Wärmebrücken werden durch den punktbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten χ-Wert dargestellt.
Dreidimensionale Wärmebrücken (Raumecken)
Hierbei handelt es sich um Wärmebrücken, die dreidimensional betrachtet werden müssen. Typisches Beispiel hierfür ist eine Raumecke. In Abbildung 2 wurde bereits dargestellt, wie sich der Wärmestrom durch eine zweidimensionale Raumecke verhält. Bei einer dreidimensionalen Raumecke wird dieses Problem noch verstärkt. Bereits bei einer zweidimensionalen Raumecke ist die Oberflächentemperatur innenseitig in der Ecke am niedrigsten. Bei einer dreidimensionalen Ecke erhöht sich das ungünstige Verhältnis Außenoberfläche zu Innenoberfläche, so dass die Oberflächentemperatur hierdurch weiter sinkt.
Abbildung 7: Ausschnitt einer Raumecke, mit Blick auf die warme Innenecke. Der angrenzende Außenraum ist kalt, daher ist über die Bauteilquerschnitte der Wärmeverlauf von Rot nach Blau (warm nach kalt) zu sehen. Während in den drei Raumkanten linienförmige Wärmebrücken zu sehen sind, ist der ungünstigste geometrische Punkt die Raumecke, an der auch der kälteste Bereich festzustellen ist.
Die Anforderungen des Passivhaus Instituts an den baulichen Wärmeschutz stellen heute einen sehr hohen Wärmedämmstandard der Gebäudehülle dar. Das Passivhaus Institut definiert dabei auch die Anforderungen an Wärmebrücken selbst: „Alle Kanten, Ecken, Anschlüsse und Durchdringungen müssen besonders sorgfältig geplant und ausgeführt werden, um Wärmebrücken zu vermeiden. Wärmebrücken, die nicht vermieden werden können, müssen soweit wie möglich minimiert werden."1)
Damit ist klar, dass die Wärmebrücke in dieser Bauweise eine hohe Beachtung erhält. Die wichtigsten Anforderungen an Wärmebrücken sind dabei, dass die Mindestoberflächentemperatur über 17 °C liegt, dass die Konstruktion dauerhaft luftdicht ausgeführt wird und dass die Grenzwerte für die Energieverluste eingehalten werden. Letztere sind abhängig von der Art der Wärmebrücke.
Zertifizierte Passivhaus Komponente
Die Kriterien, nach denen ein Produkt auf seine Passivhaustauglichkeit geprüft wird, unterscheiden sich dabei für die jeweiligen Produktgruppen wie Türen, Fenster, Balkone, usw. Das Passivhaus Institut unterstützt damit Planer, indem es energetisch hochwertige Bauprodukte und Lösungen untersucht und diese als „Zertifizierte Passivhaus Komponente" klassifiziert. Dies gilt wenn der Wärmeverlustkoeffizient ψ einer linearen Wärmebrücke kleiner oder gleich 0,01 W/(mK) ist.2)
Energiespar-Komponenten
Das Passivhaus hat hierzu allerdings noch eine zweite Kategorie entwickelt, mit der es des Weiteren wärmebrückenarme Komponenten auszeichnet. Diese werden als „Energiespar-Komponenten" deklariert. Die Idee dabei ist, Wärmebrückenlösungen, die die hohen Anforderungen für eine „Zertifizierte Passivhaus Komponente" nicht erfüllen, dennoch positiv herauszustellen. In diesen Fällen stellen diese die besten Lösungen dar, so dass man dem Planer hiermit eine Hilfestellung bietet, um das für ihn am besten geeignete Produkt zu wählen.
Weiterführende Angaben zum Passivhausstandard sind im Kapitel Normen und Regelwerke aufgeführt.
1) www.passiv.de
2) W.Feist, R. Pfluger, B. Kaufmann, J. Schnieders, O. Kah: „Passivhaus Projektierungspaket 2007 – Anforderungen an qualitätsgeprüfte Passivhäuser", Passivhaus Institut, Darmstadt, Juni 2007.
