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Buch: Basiswissen Bauphysik

Basiswissen Bauphysik

Grundlagen des Wärme- und Feuchteschutzes

Thomas Duzia, Norbert Bogusch
3., überarb. u. erw. Aufl.
2020, 236 S., 199 Abb., 46 Formeln, 66 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-7388-0419-5

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Rezension [PDF]

Inhalt

Mit dem Grundlagenwerk »Basiswissen Bauphysik« erhalten Architekten, Planer, aber auch Studierende einen schnellen Überblick über Wärmelehre, geltende Normen und Regelwerke, energiesparendes Bauen und zukünftige Anforderungen an den Wärmeschutz. Planer und Entscheidungsträger erhalten Orientierung innerhalb der mannigfaltigen Normen und Regelwerke sowie Hintergrundwissen, um bauphysikalische Probleme des Planungsalltags leicht nachvollziehen und lösen zu können, damit Bauschäden vermieden werden.
Die Autoren gehen in der dritten Auflage zusätzlich auf das Zusammenspiel der unterschiedlichen normativen Vorgaben ein und nehmen auf die Neufassung der DIN 4108-3 zum Feuchteschutz Bezug. Auch die Themenbereiche Energieeinsparverordnung und luftdichtes Bauen wurden um die normativen und bauphysikalischen Hintergründe ergänzt. Durch die Erfahrungen aus der gutachterlichen Tätigkeit werden zudem die bauphysikalischen Prozesse bildhaft beschrieben, die zu Bauschäden führen.


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Inhaltsverzeichnis

1 Die historische Entwicklung des Wärme- und Feuchteschutzes

2 Übersicht geltender Regelwerke zum Wärme- und Feuchteschutz

2.1 DIN 4108 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden

2.2 Wärmeschutzverordnung – WSchV

2.3 Energieeinsparverordnung – EnEV

2.3.1 Verbrauchsausweis zur EnEV

2.3.2 Bedarfsausweis zur EnEV

2.3.3 DIN V 18599

2.3.4 Die Zonierung von Nichtwohngebäuden

2.3.5 Sonderfälle und Probleme zur Auslegung nach EnEV

2.3.6 Verordnung zur Umsetzung der Energieeinsparverordnung – EnEV-UVO

2.4 Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz – EEWärmeG

2.5 Europäische Union – Richtlinie der Gesamteffizienz von Gebäuden

2.6 Entwicklung der Anforderungen an den Wärmeschutz

2.7 Anforderungen aus der EnEV 2014: Fassung 2016

3 Wärmeschutz: Definition und Erläuterung der wesentlichen Fachbegriffe

3.1 Energie

3.2 Einheiten und physikalische Größen

3.3 Allgemeine Begriffe der Wärmelehre

3.3.1 Wärmeleitfähigkeit λ

3.3.2 Wärmedurchlasswiderstand R

3.3.3 Wärmeübergangswiderstand und Wind

3.3.4 Wärmestromdichte q, Wärmestrom und Isotherme

3.3.5 U-Wert oder Wärmedurchgangskoeffizient

3.3.6 Der k-Wert

3.3.7 Wärmemenge Q oder spezifische Wärmekapazität c

3.3.8 Der Wärmeeindringkoeffizient b und die Kontakttemperatur

3.3.9 Emissionsgrad ε

3.4 Mechanismen des Wärmetransports

3.4.1 Wärmestrahlung

3.4.2 Konvektion

3.4.3 Wärmeleitung

4 Energetischer Wärmeschutz

4.1 Vorgaben und Gliederung der Energieeinsparverordnung

4.1.1 Wohngebäude

4.1.2 Nichtwohngebäude

4.1.3 Bestandsbauten und Denkmäler

4.2 Die energetische Bewertung der Hüllfläche

4.2.1 Transmissionswärmeverluste H'T

4.2.2 Der Fx-Temperatur-Korrekturfaktor

4.3 Wärmebrücken und energetische Nachweise

4.3.1 Randbedingungen der Wärmebrückenbetrachtungen

4.3.2 Arten der Wärmebrücke

4.3.3 Wärmebrücken nach DIN 4108 Beiblatt 2

4.3.4 Thermische Trennungen

4.3.5 Wärmeverluste gegen Erdreich

4.4 Luftdichtheit und Wärmeschutz

4.4.1 Luftdichtheitskonzept

4.4.2 Verarbeitung und Anschlüsse von Folien

4.4.3 Luftdichte Anschlüsse von Fensterkonstruktionen

4.4.4 Luftdichtheit von üblichen Baumaterialien

4.4.5 Luftdichtheitsmessungen nach »Blower-Door-Messverfahren«

4.5 Thermografie

5 Rechenverfahren und Nachweise

5.1 Beispiele zu U-Wert-Berechnungen

6 Hygienischer Wärmeschutz

6.1 Schimmelpilz und Bakterien im Innenraum

6.1.1 Grundlagen zur Bewertung

6.1.2 Grenzwerte von Oberflächentemperaturen

6.1.3 Vermeidung von Schimmelwachstum

6.1.4 Sporengehalt, Indikatoren und gesundheitliche Risiken

6.1.5 Bewertung des Befalls

6.1.6 Ablauf der Untersuchungen

6.1.7 Einfluss des pH-Werts auf das Schimmelpilzwachstum

6.1.8 Sanierungsmaßnahmen

6.1.9 Rechnerische Nachweise nach DIN 4108-2

6.1.10 Sorptionsfähigkeit von Baustoffen – Die Ausgleichsfeuchte

6.1.11 Nutzerverhalten und Raumluftfeuchte

6.1.12 Lüftungskonzepte nach DIN 1946-6

6.1.13 Sommerkondensat

6.2 Behaglichkeit

6.2.1 Luftfeuchtigkeit und Behaglichkeit

6.2.2 Wärmeableitung über den Fußboden

6.2.3 Asymmetrische Strahlungstemperatur

6.2.4 Zugerscheinung an Wänden

6.2.5 Der Prozentsatz der Unzufriedenen (PPD)

7 Entscheidungskriterien bei der Beurteilung von Schimmelpilzschäden

8 Feuchteschutz

8.1 Feuchteschutz nach DIN 4108-3

8.2 Feuchteschutz nach DIN EN ISO 13788

8.3 Grundlagen zum Glaser-Nachweis

8.3.1 Randbedingungen Winter und Sommer

8.3.2 Beispiele

8.3.3 Feuchteschutz und Tauwasser

8.3.4 Trocknungsverhalten

8.4 Schutz der Konstruktion

8.4.1 Die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl ?

8.4.2 sd-Wert

8.5 Konstruktionen und Nachweise

8.5.1 Nachweisfreie Wandkonstruktionen

8.5.2 Nachweisfreie Bodenplatten

8.5.3 Nachweisfreie Dachkonstruktionen

8.5.4 Feuchteschutz und Fenster

8.5.5 Feuchteschutznachweise bei Gründächern

8.6 Hinterlüftete Bauteile

8.7 Feuchteschutz bei Holzkonstruktionen

8.8 Feuchteschutz bei Stahlkonstruktionen

8.9 Mechanismen der Aufnahme von Feuchtigkeit

8.9.1 Adsorption

8.9.2 Absorption

8.9.3 Desorption

8.9.4 Ausgleichsfeuchte

9 Sommerlicher Wärmeschutz

9.1 Nachweispflicht nach DIN 4108-2

9.2 Nachweisfreie Räume

9.3 Grundlagen der Berechnung

9.3.1 Sommerklimaregionen

9.3.2 Sonneneintragskennwert s

9.3.3 Gesamtenergiedurchlass gtot

9.3.4 Sonnenschutzverglasung

9.3.5 Abminderungsfaktor FC und Teilbestrahlungsfaktor Fs

9.3.6 Ausrichtung des Gebäudes

9.3.7 Konstruktionsart und nächtliches Lüften

9.3.8 Beispiel: Berechnung Sonneneintragskennwert

9.4 Das Klima der Wände

9.4.1 Individuelles Wohlbefinden

10 Typische bauliche Problemfelder und Schadensbilder

10.1 Grundlagen zur Dämmung

10.2 Außendämmung

10.2.1 Algen-, Pilzbefall und gedämmte Fassaden

10.2.2 Algen und Pilze

10.2.3 Biozide

10.2.4 Dämmung und Brandschutz

10.3 Innendämmung

10.4 Dämmung gegen Erdreich

10.5 Solare Erwärmung von Bauteilen

10.6 Maßnahmen gegen Feuchtigkeit

10.6.1 Baufeuchte

10.6.2 Ausgleichsfeuchte

10.6.3 Porensysteme und ihre Eigenschaften

10.6.4 Mauerwerk

10.6.5 Porenbeton

10.6.6 Auswirkungen der Trocknungsprozesse auf Holzbauteile

11 Zukünftige Anforderungen und nachhaltiger Wärmeschutz

12 Quellen, Sachregister, Abbildungen

12.1 Literaturverzeichnis

12.2 Normenverzeichnis

12.3 Verordnungen und Vorschriften

12.4 Abbildungsverzeichnis

12.5 Akronyme

12.6 Sachregister

Rezensionstext

Das Grundlagenwerk "Basiswissen Bauphysik" verbindet die Grundkenntnisse und Begrifflichkeiten der Bauphysik mit der Praxis. Es schlägt einen Bogen von den Anfängen der Wärmelehre, über die geltenden Regelwerke und Normen bis hin zum energiesparenden Bauen und den zukünftigen Anforderungen an den Wärmeschutz. Das Verständnis und die Bewertung von bauphysikalischen Erscheinungen im Alltag stehen dabei im Vordergrund. Planer und Entscheidungsträger erhalten Orientierung innerhalb der mannigfaltigen Normen und Regelwerke sowie Hintergrundwissen, um bauphysikalische Probleme des Planungsalltags leicht nachvollziehen und lösen zu können, damit Bauschäden vermieden werden. Mirko Reich Fachverband Schreinerhandwerk Bayern in MASSSTAB AUSGABE 02 | 2021

Autoreninfo

Thomas Duzia, Dr.-Ing. Architekt, nach langjähriger Tätigkeit als Projektleiter in einem Architekturbüro arbeitet er heute als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Bergischen Universität Wuppertal im Lehr- und Forschungsgebiet Baukonstruktion, Bauphysik und Holzbau im FB D - Bauingenieurwesen. Darüber hinaus ist er staatlich anerkannter Sachverständiger für Schall- und Wärmeschutz und Sachverständiger für Schäden an Gebäuden und Gebäudesanierung (TÜV), Mitglied im Normenausschuss Bauwesen - NABau-Arbeitsausschuss "Sporthallen; Eissporthallen und Eissportanlagen", im Technischen Ausschuss der Deutschen Gesellschaft für das Badewesen e. V. und Referent im Studiengang MSc REM + CPM für Wärme-, Feuchteschutz und Energieeinsparverordnung. Norbert Bogusch, Dipl.-Ing. (FH), von der Industrie- und Handelskammer Bonn/Rhein-Sieg öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Schäden an Gebäuden, Lehrbeauftragter an der Bergischen Universität Wuppertal und Referent in der Sachverständigenausbildung, leitender Referent der Sachverständigenausbildung "Schäden an Gebäuden und Gebäudesanierung (TÜV)" bei der TÜV Rheinland Akademie.



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Unter dem Motto "Innovativ und praktikabel - vom Boden bis zum Dach" berichteten auf der Jubiläumstagung des Bundesverbandes zwanzig namhafte Fachexperten aus Deutschland, der Schweiz und aus Dänemark über vielfältige Themen aus Denkmalpflege, Sanierungspraxis und Bautenschutz. Die Aufsätze des Tagungsbandes behandeln unter anderem die Themen Decken und Fußbodenkonstruktionen sowie deren Sanierung mit innovativen Dreistoffsystemen, die Revitalisierung von Böden, verschiedene Facetten des Holzbaus, Putzschäden und die Eigenschaften von Fassadenbeschichtungen sowie Konstruktionsfragen rund um Dächer und Terrassen. Ebenso werden rechtliche Aspekte sowie die Regelwerke und Normen beleuchtet, z. B. in einer Gegenüberstellung von DIN 4108 und DIN EN ISO 13788 zum wärme- und feuchtetechnischen Verhalten von Bauteilen und in einem Beitrag zur Abdichtung nach DIN 18531 und der Flachdachrichtlinie. Einblick in die praktische Denkmalpflege bieten Beiträge aus der Forschung für die Praxis sowie Praxisberichte zum Bauen im Bestand, z. B. zur Sanierung des Lübecker Rathauses und zur inzwischen abgeschlossenen Sanierung der Christi-Verklärung-Kirche auf der Insel Kischi/Karelien in Russland. Fester Bestandteil der Hanseatischen Sanierungstage ist die Verleihung des "Nachwuchs-Innovationspreises Bauwerkserhaltung", gestiftet vom BuFAS und unterstützt durch den Fraunhofer IRB Verlag und den Beuth Verlag. Mit diesem Preis zur Nachwuchsförderung werden herausragende wissenschaftliche Leistungen im Bereich der Bauwerkserhaltung gewürdigt. Alle eingereichten Beiträge finden Sie in dem Tagungsband.


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Besonders unter dem Gesichtspunkt des energiesparenden Bauens sind Kenntnisse bauphysikalischer Zusammenhänge eine wesentliche Voraussetzung für die Planung, Ausführung und Instandsetzung von Gebäuden. "Bauphysik kompakt" stellt in übersichtlicher Form die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge des Wärme-, Feuchte- und Schallschutzes dar und erläutert diese ausführlich anhand von repräsentativen Beispielen. Die sechste Auflage 2020 berücksichtigt die Neuausgaben von DIN 4109 zum Schallschutz, von DIN 4108 bzw. DIN V 18599 zum Wärmeschutz sowie die Entwicklungen rund um das neue Gebäudeenergiegesetz.


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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
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Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.


Achim Menges, Oliver Bucklin, Oliver David Krieg, Hans Drexler
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Die weite Verbreitung, hohe Leistungsfähigkeit, und leichte Bearbeitbarkeit macht Holz zu einem idealen Baumaterial für innovative Konstruktionen. Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Massiv-Holz-Bausystems, bei denen einfache Holz-Elemente durch digitale Fertigungsmethoden so bearbeitet werden, dass sie durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energieeffizienten und nachhaltigen Bauens erfüllen. Am Beispiel eines variablen Prototypen-Gebäudes, das in Partnerschaft zwischen der Universität Stuttgart, der Jade Hochschule und der IBA Thüringen entwickelt und gebaut wird, soll das Bausystem erprobt werden. Als eines der ersten voll parametrisch entworfenen und digital hergestellten Gebäude mit einer Vollholzkonstruktion stellt das Projekt einen wichtigen Schritt für die moderne Architekturforschung dar. Vor allem die praxisnahe Evaluation der Entwurfs- und Fertigungsmethodik hat eine Reihe von wichtigen Erkenntnissen zur Folge. Das Forschungsprojekt kann insofern als ersten Schritt für die Entwicklung eines neuen Bausystems angesehen werden.


John Grunewald, Dirk Weiß, Anne Paepcke, Thomas Tian
NANDRAD Plug & Run Green Building Simulation Engine
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Ziel des Projektes war die Erstellung eines modernen Gebäudesimulationswerkzeuges für die Anwendung im deutschen Gebäudeentwurfsprozess. Innerhalb des Forschungsfeldes identifizierten die Autoren wesentliche Anforderungen an praxistaugliche Simulationsprogramme: Die Simulation sollte dynamisch durchgeführt werden und thermische Speichereffekte des Gebäudes genügend genau abbilden. Das Gebäude sollte dabei durch eine dreidimensionale graphische Oberfläche modelliert werden können. Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung sollten in die Gebäudesimulation integriert sein. Zusätzlich sollte die thermische Behaglichkeit Berücksichtigung finden. Die Autoren setzten diese Anforderungen prototypisch in den Programmen NANDRAD und BIM HVACTool um. Das wissenschaftliche Simulationsprogramm NANDRAD wurde um hydraulische Netzwerke und Anlagenkomponentenmodelle erweitert mit Schwerpunkt auf detailgetreuer Wärmeübertragung, thermische Verzögerung von Heiz-/Speicherkomponenten und Leitungsverluste durch die Rohre. Dieser Ansatz erzeugt eine hochgradig detailgetreue Gebäudeantwort auf die technische Gebäudeausrüstung. Das kommerzielle Programm BIM HVACTool enthält eine dreidimensionale graphische Modellierungsoberfläche für Gebäude. Es wurde um die Unterstützung des NANDRAD Simulationslösers erweitert. Zusätzlich wurde die detaillierte Modellierung von Heizkörpern und die Modellierung von Rohrnetzwerken mit dreidimensionaler Darstellung umgesetzt. Besonders hervorzuheben ist nach Ansicht der Autoren eine automatische Prozedur zur Erzeugung der Rohrverlegung innerhalb der dreidimensionalen Gebäudesicht.


Norbert Fisch, Thomas Wilken, Caroline Fafflok, Dirk Schwede, Hans Drexler, Eva Schulze, Karoline Dietel, Bernd Wegener, Moritz Fedkenheuer, Hélène Bangert, Tobias Lode
Entwicklung von Methoden zur Erfassung und Bewertung von Nutzerzufriedenheit, Gebäudeperformance und Interaktion zwischen Wohngebäuden und Bewohnern. Abschlussbericht
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Meistens stützt sich die Bewertung von Gebäuden nur auf einseitige quantitative Berechnung von bauphysikalischen Werten. In nur wenigen Fällen werden die in der Planung prognostizierten Werte im Nachgang durch ein Monitoring verifiziert und / oder eine Nutzerbefragung zur Feststellung der Zufriedenheit der Bewohner durchgeführt. Die Nutzerzufriedenheit kann als Indikator für die Akzeptanz eines Gebäudes herangezogen werden. In dem Forschungsprojekt soll ein Werkzeug entwickelt werden, das eine einfache aber präzise Auswertung der Nutzerangaben, aber auch der technischen Messwerte erzeugt und einen Vergleich der beiden Datengruppen ermöglicht, um dann in der Praxis verwendbar zu sein. Dazu wurden vorhandene Werkzeuge und unterschiedliche Methoden der Beschreibung und Prognose des Nutzerkomforts parallel eingesetzt, um Soll-Werte aus der Planung in drei Dimensionen - den Gebäudeeigenschaften, dem Innenraumklima und dem Nutzerkomfort - zu erheben und mit ihren Ist-Werten aus dem Betrieb zu vergleichen. Zusätzlich werden im Anschluss die drei Dimensionen untereinander verknüpft bzw. miteinander verglichen.


 
 
Mit dem vorliegenden Forschungsvorhaben zur Untersuchung der Temperatur und der absoluten Luftfeuchte in Gebäuden konnten erstmals Werte der Innenraumverhältnisse über einen Zeitraum ermittelt werden, die eine von einzelnen Jahren unabhängige mathematische Darstellung von Regressionskurven an verschiedenen Standorten in der Bundesrepublik und von Gebäuden unterschiedlichen Baualters ermöglichen. Die Auswertung von Messwerten der Temperatur und Feuchte in der Raumluft an 57 Standorten im gesamten Bundesgebiet zeigt, dass in neuzeitlichen Gebäuden, im Vergleich zu Gebäuden aus den fünfziger und sechziger Jahren, mit veränderten Verläufen der Temperatur und Luftfeuchte gerechnet werden muss. Bedingt durch die größere Luftdichtheit der Hülle, weisen die energiesparenderen Gebäude höhere Werte der absoluten und relativen Feuchte der Raumluft auf. Selbst durch den Einsatz gebäudetechnischer Anlagen zur Be- und Entlüftung gelingt es bei luftdichten Gebäuden nicht, den Wasserdampfgehalt in der Raumluft durch den Austausch trockener Außenluft gegen feuchte Innenluft in einer Weise zu senken, wie dies in einem älteren luftundichten Gebäude der Fall ist.


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