Wärmebrücken
Als Wärmebrücken werden Teile der Gebäudehülle verstanden, an denen der ansonsten gleichförmige Wärmedurchlasswiderstand signifikant verändert wird durch:
- Eine Durchdringung der Gebäudehülle, durch Baustoffe mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit
- Eine Änderung der Dicke der Bauteile
- Eine Differenz zwischen Innen- und Aussenfläche, wie sie bei Wand-, Fussböden und Deckenanschlüssen auftritt
Die Folge von Wärmebrücken sind innenraumseitig niedrigere Oberflächentemperaturen sowie ein erhöhter Wärmestrom. Die minimale Oberflächentemperatur θsi,min ist die im Einflussbereich einer Wärmebrücke auftretende niedrigste Oberflächentemperatur. Der Wert der minimalen Oberflächentemperatur ist entscheidend dafür, ob an einer Wärmebrücke Tauwasser ausfällt oder sich sogar Schimmelpilze bilden. Die minimale Oberflächentemperatur ist unter Berücksichtigung der relativen Raumfeuchtigkeit und der Umgebungstemperaturen also ein Kennwert für die feuchtetechnischen Auswirkungen einer Wärmebrücke.
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).
Die folgende Übersicht zeigt die Kenngrössen, die für die Beschreibung von Wärmebrücken relevant sind.
λ [W/(m⋅K)]
Wärmeleitfähigkeit:
Die Fähigkeit eines Materials Wärme zu leiten. Wärme die in 1 s durch 1 m3 einer homogenen Stoffschicht fliesst, pro Kelvin Temperaturdifferenz.
λeq [W/(m⋅K)]
Äquivalente Wärmeleitfähigkeit:
Die gemittelte oder äquivalente Wärmeleitfähigkeit ist die Gesamtwärmeleitfähigkeit aller Komponenten des Schöck Isokorb® und ein Mass für die Wärmedämmwirkung des Anschlusses.
Req [m²⋅K/W]
Äquivalenter Wärmedurchlasswiderstand:
Der Wärmedurchlasswiderstand ist der Widerstand einer Materiallänge von 1 m für den Wärmestrom pro Kelvin Temperaturdifferenz, für eine Dämmkörperdicke von 80 oder 120 mm.
Req = d / λeq
U [W/(m²⋅K)]
Wärmedurchgangskoeffizient:
Wärmeflussrate durch eine Einheitsfläche eines Bauteils für eine Temperaturdifferenz von 1 Kelvin.
U = 1 / R
ψ [W/(m⋅K)]
Längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient:
Der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient ψ (ψ-Wert) kennzeichnet den pro lfm. zusätzlich auftretenden Wärmeverlust einer linienförmigen Wärmebrücke.
χ [W/K]
Punktbezogener Wärmedurchgangskoeffizient:
Der punktbezogene Wärmedurchgangskoeffizient χ (χ-Wert) kennzeichnet entsprechend den zusätzlichen Wärmeverlust über eine punktförmige Wärmebrücke.
θsi,min [°C]
Minimale Oberflächentemperatur:
Die minimale Oberflächentemperatur ist die im Bereich einer Wärmebrücke auftretende niedrigste Oberflächentemperatur. Dieser Wert ist entscheidend dafür, ob an einer Wärmebrücke Tauwasser ausfällt oder sich Schimmel bildet. Die minimale Oberflächentemperatur ist also ein Kennwert für die feuchtetechnischen Auswirkungen einer Wärmebrücke.
fRsi [-]
Temperaturfaktor:
Alternativ zur minimalen Oberflächentemperatur wird als feuchtetechnischer Kennwert auch der Temperaturfaktor fRsi verwendet. Der Temperaturfaktor fRsi ist:
fRsi = (θsi − θe) / (θi − θe)
Konstruktionsabhängige Kennwerte
Die Kennwerte θsi,min, fRsi, ψ-Wert und χ-Wert sind abhängig vom konstruktiven Aufbau des Wärmebrückendetails (Geometrie der Bauteile und Wärmeleitfähigkeiten der Materialien). Die minimale innere Oberflächentemperatur und der Oberflächentemperaturfaktor werden zusätzlich von den Umgebungsbedingungen (Temperatur innen/aussen) beeinflusst. Je niedriger die Aussenlufttemperatur bzw. die Innenlufttemperatur, desto niedriger ist auch die minimale Oberflächentemperatur.
Definition Wärmebrücke
Wärmebrücken sind lokale Bauteilbereiche in der Gebäudehülle, bei denen ein erhöhter Wärmeverlust vorliegt. Der erhöhte Wärmeverlust resultiert daraus, dass der Bauteilbereich von der ebenen Form abweicht (geometrische Wärmebrücke), oder daraus, dass im betreffenden Bauteilbereich lokal Materialien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit vorhanden sind (materialbedingte Wärmebrücke).
Balkone, Laubengänge, Attiken, Brüstungen, Vordächer sowie Wände und Stützen sind dabei besonders zu berücksichtigen. Durch ihre Form und die verwendeten Komponenten wie Stahl und Beton wirken sich geometrische und materialbedingte Einflüsse bei diesen Details besonders stark aus.
Auswirkungen von Wärmebrücken
- Gefahr von Schimmelpilzbildung
- Gefahr von gesundheitlichen Beeinträchtigungen (Allergien etc.)
- Gefahr von Tauwasserausfall
- Erhöhter Heizenergieverlust
- Bauschadensrisiko
Aus den genannten Gründen ist es wichtig die Anforderungen an den Feuchte- und Wärmeschutz einzuhalten. Bei Balkonen und Laubengängen ist die Verwendung eines wärmedämmenden Kragplattenanschlusses eine anerkannte Regel der Baukunde und reduziert so die Wärmeverluste auf ein Minimum.
Linienförmige Wärmebrücken und ψ-Wert
Linienförmige Wärmebrücken weisen längenbezogen einen höheren Wärmefluss auf (thermisch gestörter Bereich) als im angrenzenden, thermisch gedämmten Regelquerschnitt (thermisch ungestörter Bereich).
Die zusätzlichen zum ungestörten Bereich auftretenden energetischen Verluste, die durch eine linienförmige Wärmebrücke entstehen, werden durch den längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten ψ (gesprochen: Psi) gekennzeichnet.
Punktförmige Wärmebrücken und χ-Wert
Punktförmige Wärmebrücken sind Störungen der thermischen Hülle, die lokal so stark begrenzt sind, dass sie nur punktuell auftreten. Typische Beispiele sind angeschlossene Träger, Befestigungselemente wie Dübel, Anker von Vorhangfassaden und dämmschichtdurchstossende Stützen.
Die energetischen Verluste durch punktuelle Wärmebrücken werden durch den punktbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten χ (gesprochen: Chi) gekennzeichnet.
Wärmeschutz ist Feuchteschutz
Der lokale zusätzliche Wärmeverlust im Bereich von Wärmebrücken führt zu niedrigen Oberflächentemperaturen. Deshalb ist der Wärmeschutz auch unweigerlich mit dem Feuchteschutz verbunden.
Warme Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kalte Luft. Daraus resultiert bei geringen Oberflächentemperaturen im Bereich von Wärmebrücken, dass Tauwasser (Kondensat) an den kalten Oberflächen ausfallen bzw. sich Schimmel bilden kann. Sowohl die Bausubstanz als auch die Gesundheit kann durch die Folgen beeinträchtigt werden.
Wird Luft so weit abgekühlt, dass die Wasserdampfsättigung erreicht ist (die relative Luftfeuchte erreicht 100 %), entsteht Tauwasser. Kurzfristiges Auftreten von Kondenswasser an der Oberfläche ist dann zulässig, wenn dies nicht zu Schäden führt.
Für Schimmelwachstum muss allerdings kein Tauwasser entstehen, die kritische relative Luftfeuchte an der Oberfläche von Bauteilen liegt hier bereits bei 80 %. Deshalb richtet sich die Anforderung für linienförmige und punktuelle Wärmebrücken an die Mindestinnenoberflächentemperatur, die bei entsprechenden Umgebungsbedingungen zu dieser Oberflächenfeuchte führt.
Bei 80 % relativer Feuchte im Bereich der Wärmebrücke und einer relativen Luftfeuchte von 50 % der 20 °C warmen Raumluft liegt die sogenannte Schimmelpilztemperatur bei 12,6 °C. Aus diesem Grund darf die minimale Oberflächentemperatur zur Schimmelpilzvermeidung hier 12,6 °C nicht unterschreiten. Weist die 20 °C warme Raumluft eine andere relative Luftfeuchte, beispielsweise von 60 % auf, liegt die für Schimmel kritische Temperatur bei 15,3 °C.
Raumseitige Oberflächentemperatur θsi
Die raumseitige Oberflächentemperatur θsi ist abhängig von der Aussentemperatur, der jeweiligen Konstruktion und der Temperatur im Rauminneren. Sie gibt indirekt Auskunft über die Wärmeleitfähigkeit eines Bauteils. Ist die raumseitige Oberflächentemperatur trotz hoher Innenraumtemperaturen niedrig, lässt sich daraus schliessen, dass durch das Bauteil viel Wärmeenergie nach aussen geleitet wird.
Im Bereich von Wärmebrücken treten die niedrigsten Oberflächentemperaturen auf, daher spricht man in diesem Zusammenhang auch von der minimalen Oberflächentemperatur θsi,min. Der Wert der minimalen Oberflächentemperatur ist entscheidend dafür, ob an einer Wärmebrücke Tauwasser ausfällt oder sich Schimmel bildet. Die minimale Oberflächentemperatur ist also ein Kennwert für die feuchtetechnischen Auswirkungen einer Wärmebrücke. θsi,min hängt somit unmittelbar von dem konstruktiven Aufbau einer Wärmebrücke ab (Geometrien und Wärmeleitfähigkeiten der die Wärmebrücke bildenden Materialien).
Oberflächentemperaturfaktor fRsi
Der Oberflächentemperaturfaktor beschreibt die wärmedämmende Qualität von Aussenbauteilen und ist ein Kennwert, um die Gefahr von Schimmelpilzbildung an einer Konstruktion abschätzen zu können.
Definiert ist der Oberflächentemperaturfaktor fRsi als Temperaturdifferenz zwischen raumseitiger Oberflächentemperatur und Aussenlufttemperatur (θsi − θe) bezogen auf die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Aussenluft (θi − θe):
Der fRsi-Wert ist ein relativer Wert und hat somit den Vorteil, dass dieser ab einer ausreichenden Temperaturdifferenz zwischen innen/aussen oder unter Bezug auf das Referenzklima nur noch von der Konstruktion der Wärmebrücke, und nicht wie θsi,min von den angesetzten Aussenluft- und Innenlufttemperaturen abhängt.
Unter der Annahme, dass bei 12,6 °C die relative Luftfeuchte 80 % erreicht wird (Ausgangswert: 20 °C mit 50 % r. F.) und die Aussentemperatur bei −5 °C liegt, ergibt sich fRsi zu 0,7.
