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Wärmeschutz im Gesamtkonzept

Das Prinzip

Bei energiesparenden Häusern wird die gesamte Gebäudehülle hervorragend wärmegedämmt. Die Gebäudehülle besteht aus allen Bauteilen, die den Innenraum vom Außenraum trennen. Im Innenraum soll behagliches Klima herrschen - außen bestimmt das Wetter.

Weil in Mitteleuropa die Wetterverhältnisse von Mitte Oktober bis Ende April meist kalt und niederschlagsreich sind, ist die Temperatur innerhalb der Gebäudehülle meist höher als außen. Deshalb fließt über die Hülle Wärme ab. Werden diese Verlustwärme nicht ersetzt, so wird es innen relativ schnell so kalt wie außen. Es ist daher sinnvoll, den Wärmeabfluss zu begrenzen - genau das ist die Aufgabe des Wärmeschutzes.

→ Bei allen Bauweisen ist ein guter Wärmeschutz möglich und auch bereits erfolgreich eingesetzt worden: Massivbau, Holzbau, Fertigbauteile, Schalungselementetechnik, Stahlbau und alle Formen von Mischbau.

→ Eine sehr gute Wärmedämmung ist auch bei bestehenden Gebäuden nachträglich möglich.

Aus den Erfahrungen bei energiesparenden Neubauten kann ein wichtiges Prinzip abgeleitet werden: „Wenn schon, denn schon“ - beim Wärmschutz nicht an der Dämmdicke sparen. Das wird bei Passivhäusern ernst genommen - denn ein guter Wärmeschutz ist ein sehr wirtschaftlicher Weg, Energie einzusparen.

Das wichtigste Prinzip für das energiesparende Bauen: eine ohne Unterbrechungen rund um das Gebäude gelegte wärmedämmende Hülle (gelb) verringert die Wärmeverluste wie ein warmer Mantel.

Da die meisten Wärmedämmstoffe nicht luftdicht sind, muss es neben der dämmenden Hülle auch noch eine luftdichte Hülle (rote Linie) geben.

Sehr wichtig ist die Vermeidung von Wärmebrücken, für die eine eigene Planungsmethode, das „wärmebrückenfreie Konstruieren“, entwickelt wurde.
Die Hülle eines Passivhauses


Tatsächlich ist die Wärmedämmung wichtig, und nicht die Wärmespeicherung, siehe Dämmen oder Speichern. Dass sich sehr gute Wärmedämmung immer wieder gut bewährt hat, dazu erfahren Sie mehr auf der folgenden Seite: Wirksamkeit der Wärmedämmung.

Die Wärmeverluste durch Außenwände und Dächer sind in bestehenden Gebäuden für mehr als 70% der gesamten Wärmeverluste verantwortlich. Daher ist die Verbesserung der Wärmedämmung die wichtigste Maßnahme zur Energieeinsparung. Sie führt zudem noch zu höherer Behaglichkeit und besserem Bautenschutz (vgl. weitere Informationen zur Wärmedämmung). Bessere Wärmedämmung wird heute durch Förderkredite der KfW-Förderbank großzügig gefördert; sie ist aber nicht nur deswegen wirtschaftlich, wie eine sorgfältige Analyse zeigt.

Dämmniveau von Passivhäusern

Die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) von Außenwänden, Bodenplatten und Dachflächen liegen im Bereich 0,10 bis 0,15 W/(m²K) (Klima in Mitteleuropa). Diese sind Spitzenwerte bei allen Bauweisen und sind zugleich bei den heutigen Energiepreisen die wirtschaftlichsten Werte.

Dadurch wird der Wärmeverlust im Winter vernachlässigbar gering. Zudem ist dann die Temperatur der Innenoberflächen nahezu gleich der Lufttemperatur, und zwar weitgehend unabhängig von der Art der Heizung. Das führt zu sehr guter Behaglichkeit und zur sicheren Vermeidung von luftfeuchtebedingten Bauschäden.

Auch im Sommer bildet eine gute Wärmedämmung einen Schutz gegen Hitze. Für die Behaglichkeit im Sommer sind zusätzlich ein guter Sonnenschutz bei den Fenstern und eine ausreichende Lüftung wichtig.

In Passivhäusern haben sich die gute Wärmedämmung und das luftdichte Bauen hervorragend bewährt. Ein weiteres Grundprinzip ist das "wärmebrückenfreie Konstruieren": Die Dämmung wird ohne Schwachstellen rund um das gesamte Gebäude gelegt. Dadurch verbleiben weder kalte Ecken noch überhöhte Wärmeverluste. Auch dies ist ein Beitrag zum hochwertigen, behaglichen und schadensfreien Bauen.

Details zur Wärmedämmung von Passivhäusern

Wärmedurchgangskoeffizienten

Der Wärmeverlust durch ein Regelbauteil, also eine Außenwand, einen Fußboden, eine oberste Geschossdecke oder ein Dach, wird durch den Wärmedurchgangskoeffizienten oder U-Wert1) gekennzeichnet (früher: k-Wert). Dieser Wert gibt an, wieviel Wärme pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit des Bauteils nach außen übertragen wird, wenn die Temperaturdifferenz gerade ein Grad (1 K, „Kelvin“) beträgt. Die Maßeinheit des U-Wertes ist daher „W/(m²K)“.

Will man den Wärmeverlust durch eine Wand berechnen, so muss man den U-Wert mit der Fläche und mit der Temperaturdifferenz multiplizieren2). Bei strengen winterlichen Temperaturverhältnissen liegen in Mitteleuropa außen -12°C und innen 21°C vor.
Will man den Jahresheizwärmeverlust berechnen, so muss man den U-Wert mal mittlerer Temperaturdifferenz in der Heizzeit mal Dauer der Heizzeit nehmen oder einfacher U-Wert mal Heizgradstunden - das sind 78000 Gradstunden für ein mittleres mitteleuropäisches Klima.

Am Beispiel eines kleinen Einfamilienhaus mit einer Außenwandoberfläche von 100 m² wurden folgende Werte für unterschiedliche U-Werte berechnet:

U-Wert
W/m²K
Wärmeverlustleistung
W
Jahresheizwärmeverlust
kWh/a
Jahreskosten 3) nur Außenwand
€/a
1,00 3300 7800 515,-
0,80 2640 6200 409,-
0,60 1980 4700 310,-
0,40 1320 3100 205,-
0,20 660 1600 106,-
0,15 495 1200 79,-
0,10 330 800 53,-


Der Wärmeverlust ist ein entscheidender Teil der Energiebilanz eines Gebäudes. Jeder Wärmeverlust muss durch einen entsprechenden Wärmegewinn ausgeglichen werden - sonst würde die Temperatur im Haus sinken.

Ein typisches Passivhaus-Kompaktheizsystem kann problemlos etwa 1000 W Heizleistung bereitstellen (Das ist die typische Leistung eines Haartrockners). Wenn nicht allein die Außenwand bereits erhebliche Anteile dieser Leistung aufzehren soll, so muss der U-Wert der Wand wirklich sehr gering sein: der Bereich von 0,10 bis 0,15 W/(m²K) ist im Allgemeinen angemessen.

Was bedeutet das für die wärmedämmende Gebäudehülle?

Wärmedämmende Materialen

Derart niedrige U-Werte können nur mit wirklich gut wärmedämmenden Materialien hergestellt werden. Die folgende Tabelle zeigt, wie dick ein Außenbauteil sein muss, das allein aus dem aufgeführten Material besteht, um einen typischen Passivhaus-U-Wert von 0,13 W/(m²K) zu erreichen:

Material Wärmeleitfähigkeit
W/mK
erforderliche Schichtdicke für U=0,13 W/(m²K)
m
Stahlbeton 2,3 17,30
Vollziegel 0,80 6,02
Hochlochziegel 0,40 3,01
Nadelholz 0,13 0,98
Porenziegel, Porenbeton 0,11 0,83
Bestwerte Porenz/beton 0,08 0,60
Stroh 0,055 0,41
typischer Dämmstoff 0,040 0,30
hochwertiger konventioneller Dämmstoff 0,025 0,19
Nanoporöse Superdämmstoffe Normaldruck 0,015 0,11
Vakuumdämmstoff (Kieselsäure) 0,008 0,06
Vakuumdämmstoff (Hochvakuum) 0,002 0,015


Die Tabelle zeigt anschaulich:

  • Gebäudehüllflächen mit vernünftigen Bauteildicken sind nur möglich, wenn die wesentliche Dämmwirkung von einem guten Wärmedämmstoff herrührt.
  • Dazu eignen sich alle Materialien aus dem unteren Teil der Tabelle. Selbstverständlich sind kombinierte Aufbauten mit anderen Baustoffen möglich und in vielen Fällen notwendig: Z.B. die außen gedämmte Betonwand oder die monolithische Wand aus Porenbeton und Mineralschaum-Dämmplatten. Die Aufbauten werden umso dünner, je niedriger die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Dämmstoffes ist.

→ Bereits mit einer Strohballenwand üblicher Dicke (50 cm und mehr) ist die Eignung für das Passivhaus gegeben.
→ Mit typischen konventionellen Dämmstoffen (Mineralwolle, Polystyrol, Zellulose) liegt die Dicke um 30 cm.
→ Mit marktüblichen Polyurethanschaumdämmstoffen kann die Dämmdicke sogar auf ca. 20 cm reduziert werden.
→ Auch Vakuumdämmstoffe können in Deutschland bereits im Bauwesen eingesetzt werden.
Mit ihnen ergeben sich richtig schlanke hochgedämmte Bauteile.
→ Ein ebenfalls bereits erfolgreich umgesetzter etwas anderer Ansatz besteht in „semitransluzenten Hüllflächen“.
Dabei wird die Globalstrahlung ein Stück weit gezielt in die gedämmte Konstruktion hineingeleitet, um so die
Temperaturdifferenz zu verringen und einen niedrigen äquivalenten U-Wert zu erreichen.

Beispiele von für das Passivhaus geeigneten
besonders gut gedämmten Außenwand-Aufbauten


Wie steht es um die Wirtschaftlichkeit?

Eine weit verbreitete Ansicht ist, so dicke Dämmungen, wie sie für Passivhäuser gebraucht werden, würden sich nicht lohnen. Lassen Sie uns nachrechen!

Dazu bitte noch einmal einen Blick auf die Tabelle ganz oben werfen. Dort sind nämlich in der vierten Spalte auch die gesamten, über das Jahr auftretenden Kosten zur Deckung der Wärmeverluste über die Außenwand angegeben.

Geheizt wird mit Erdgas, Heizöl, Fernwärme oder Strom - günstiger als für 6,6 €Cent je kWh 4) jedenfalls wird Heizwärme derzeit und in der Zukunft kaum zu bekommen sein, 2006 waren die Energiepreise vielmehr generell höher. Damit errechnen sich Jahresheizkosten allein zum Ausgleich der Wärmeverluste durch die Außenwand (100 m²), wie sie in der letzten Spalte angegeben sind. Hier noch einmal ein Ausschnitt der Tabelle:

U-Wert
W/m²K
Wärmeverlustleistung
W
Jahresheizwärmeverlust
kWh/a
Jahreskosten nur Außenwand
€/a
1,250 4125 9750 644,-
0,125 412 975 64,-

In der ersten Zeile stehen jetzt die Werte für eine typische Altbauwand, und zwar eine noch gar nicht einmal so schlecht gedämmte. Etwa 644 € müssen die Bewohner jährlich allein dafür ausgeben, den Wärmeverlust durch 100 m² dieser Wand auszugleichen. Mit einer nachträglichen Wärmedämmung auf Passivhausniveau sinkt der Wärmeverlust um einen Faktor 10; die Jahreskosten für den Energieverlust der Außenwand sinken auf unter 64 €/a. Das bedeutet:

580 €/a Heizkosteneinsparung

Was muss dafür getan werden, diese Einsparung zu erreichen?

Unser Vorschlag:

  • Sie warten, bis es soweit ist, dass die Außenwand einmal wieder gestrichen, der Putz ausgebessert werden muss - das kann nicht allzu lange dauern, es sei denn, Sie haben das gerade gemacht. Dann fallen die Kosten für das Gerüst und für den Fassadenanstrich ohnehin an. Das würde Sie etwa 2500 € kosten.
  • Nun fragen Sie Ihre Bank, wie hoch das Volumen eines Hypothekenkredites ist, den Sie mit einer Jahreszahlung von 580 €/a an Zins und Tilgung abzahlen können - über 20 Jahre. Das Kreditvolumen wird bei den derzeitigen Zinsen so etwa bei 8300 € liegen (berechnet mit ca. 3,5% Zinsen). Diese Finanzierung über die Heizkostenersparnis und die 2500 € ohnehin-Kosten für Gerüst und Anstrich ermöglichen eine Investition bis zu 10.800 €. Dafür wird sich eine Top-Dämmung der Außenwand erreichen lassen; im Neubaufall sicher noch sehr viel günstiger.


Sie meinen, das sei ja nur ein Nullsummenspiel? Das ganze eingesparte Geld stattdessen für Handwerksleistungen ausgegeben? Nicht ganz, denn

  1. Wahrscheinlich sind die Energiekosten in den nächsten Jahren noch höher als hier geschätzt.
  2. Die Wärmeschutzmaßnahme „hält“ mindestens 40 Jahre, auch wenn man die Fassade nach 15-25 Jahren vielleicht wieder streichen muss - wie eine ungedämmte Wand übrigens auch. Die Dämmung bringt ihren Dienst, die Energiekosteneinsparung, nach Ablauf der 20 Jahre Kreditlaufzeit völlig kostenlos. Bei Investitionen in Kraftwerke u.ä. nennt sich dies „das goldene Ende“.
  3. Die übrigen Vorteile des besseren Wärmeschutzes bekommen Sie „gratis“ mitgeliefert: Keine kalten Ecken mehr, kein Schimmel hinter dem Schrank, ein behagliches Wohlfühlklima ohne kalte Strahlung und ohne Kaltluftsee am Boden.
  4. …und, wenn es sich um einen Neubau handelt oder eine umfassende Modernisierung, kommen Sie auf diesem Weg einen Schritt näher an das Passivhaus, das Ihnen dauerhaft Behaglichkeit garantiert.
  5. Ganz zuletzt: Der Staat fördert diese Maßnahmen mit einem zinsgünstigen Kredit der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau); das haben wir bei der obigen Beispielrechnung noch gar nicht einbezogen. Diese Förderkredite sind ganz besonders attraktiv: Sie liegen 1-2%-Punkte unter den Marktzinsen.


Erfahrungen

Die Erfahrung beim Bau von Passivhäusern hat gezeigt, dass die hohen Dämmdicken, die sich bei konventionellen Dämmstoffen ergeben, meist ohne weiteres realisiert werden können:

  • Bei den meisten Bauaufgaben ist der Platz für die Dämmung vorhanden. Wenn der Platz fehlt oder teuer erkauft werden muss, kann man auf höherwertige Dämmstoffe zurückgreifen.
  • Die hohen Dämmdicken sind baupraktisch gut zu handhaben. Richtig angewendet ist der Aufwand für die Ausführung kaum höher als bei geringeren Dämmstärken. Es bleiben die Kosten für die größere Dämmstoffmenge – Dämmstoffe sind jedoch ein vergleichsweise kostengünstiges Material.
  • Alle heute in Deutschland bauüblichen Konstruktionen für Gebäudehüllen lassen sich auch als Passivhaus geeignetes Bauteil ausbilden. Dies ist bereits vielfältig in gebauten Passivhäusern demonstriert worden: Da gibt es Mauerwerksbau (zweischalig oder mit Wärmedämmverbundsystem oder mit vorgehängter Fassade), Leichtbetonfertigbauteile, Betonfertigbauteile, Holzkonstruktionen (klassisch oder mit Leichtbauträgern), Schalungselementetechnik, Metallbau-Bauteile und semitransluzente Wandaufbauten.
  • Messungen in gebauten Passivhäusern zeigen, dass die Dämmwirkung der „dicken Dämmschichten“ ganz genau den Erwartungen entspricht. Die Wärmeverluste sind tatsächlich so gering, wie sie nach der Berechnung sein dürfen und die Häuser bleiben mit den genannten extrem kleinen Heizleistungen warm. Unmittelbar erkennbar ist dies an den hohen inneren Oberflächentemperaturen, die mit thermografischen Aufnahmen sichtbar gemacht werden können (siehe unten). Hochwärmedämmende Bauteile, wie sie im Passivhaus verwendet werden, haben bedeutende Vorteile gegenüber üblichen schlecht oder mittelmäßig gedämmten Gebäudehüllen.


Durch den geringen Wärmeverlust ergeben sich automatisch hohe Innenoberflächentemperaturen im Winter – auch ohne Bauteilheizflächen. Dadurch ist die Differenz zwischen den Strahlungstemperaturen aus verschiedenen Richtungen im Raum gering, eine gute Voraussetzung für eine ausgezeichnete Behaglichkeit. Die hohen Innenoberflächentemperaturen führen zudem zu einer Verringerung der Feuchtigkeit an der Bauteiloberfläche. Im Passivhaus können bei wohnraumüblicher Nutzung luftfeuchtebedingte Feuchteschäden an Außenbauteilen praktisch ausgeschlossen werden. Das hat sich ebenfalls in der Praxis bestätigt.


Thermographie (Wärmebildaufnahme) am Fußpunkt einer Passivhaus-
Außenwand von der Innenseite


Im Sommer liegt die innere Oberflächentemperatur ebenfalls nahe an der Raumlufttemperatur, d.h. sie ist geringer als bei schlecht gedämmten Bauteilen. Bei letzteren wird Wärme in größerem Maß von außen nach innen transportiert. Für das zeitveränderliche Verhalten des Außenbauteils haben hochgedämmte Konstruktionen auch bei nur geringen Massen (z.B. einer doppelten Gipswerkstoffplatte) eine hohe Temperaturamplitudendämpfung. Diese ist so groß, dass allein dadurch ein optimales Sommerverhalten des Bauteils erreicht wird. Wichtiger ist jedoch die lange Gebäudezeitkonstante, die durch die gute Dämmung entsteht und die eine thermisch gut zugängliche innere Gebäudemasse erst richtig nutzbar macht. Dadurch kann ein Passivhaus in Mitteleuropa durch Nachtlüftung gut gekühlt werden und die Kälte tagsüber sehr gut halten – vorausgesetzt, die solare Last ist auf ein vernünftiges Maß begrenzt. Der „Sommerfall“ sollte genauso geplant werden wie die Wintersituation: Dazu ist das Passivhaus Projektierungs-Paket ein ausgezeichnetes Instrument.


Hochgedämmte Bauteile verzeihen in einem gewissen Ausmaß noch vorkommende Wärmebrücken eher als mäßig gedämmte - gerade für Altbau-Sanierungen ist das wichtig. Dies widerspricht der landläufigen Auffassung, ist aber in zahlreichen konkreten Fällen bewiesen und kann leicht verstanden werden: Weil die tragende Konstruktion und die innere Bauteilschicht hinter einer dicken Dämmung liegen, sind diese in den ungestörten Bereichen durch und durch warm. Wärmebrücken bis zu einem gewissen Ausmaß können dem nicht schaden – ist ein großer Teil der Konstruktion aber ohnehin schon kalt, wird mit zusätzlichen Wärmebrücken der Taupunkt schnell unterschritten. Selbstverständlich führen Wärmebrücken auch im Passivhaus zu zusätzlichen Wärmeverlusten. Daher empfehlen wir, trotz der höheren Fehlertoleranz, ein bewusst wärmebrückenfreies Konstruieren.

Siehe auch

1) Manchmal wird Kritik an der stationären Berechnung (der U-Wert-Rechnung) der Wärmeleitung geübt. Auf der Seite "Wärmedämmen oder Wärme speichern?" wird diese Frage genauer diskutiert. Hier nur soviel vorab: Der U-Wert hat sich tatsächlich als die entscheidende Größe für den Wärmeverlust erwiesen. Die gebauten und funktionierenden Passivhäuser sind der beste Beleg dafür. Diese Häuser verbrauchen nur ein Zehntel der bisher üblichen Brennstoffmengen für die Heizung: etwa 1,5 Liter Heizöl pro Quadratmeter Wohnfläche im Jahr statt mehr als 15 Liter/(m²a). So geringe Verbrauchswerte sind im winterkalten Mitteleuropa nur durch eine sehr gute Wärmedämmung möglich.
2) Wärmestrom = Fläche • U-Wert • Temperaturdifferenz Diese Gleichung gilt übrigens nicht nur dann, wenn die Temperaturdifferenz konstant ist, wie es zunächst bei der Definition des U-Wertes zur klaren und einfachen Festlegung der Randbedingungen vorausgesetzt wird. Vielmehr gilt diese Gleichung immer dann streng für die Mittelwerte von Wärmestrom und Temperaturdifferenz, wenn der Endzustand des betrachteten Bauteils sich von seinem Anfangszustand nicht unterscheidet (gleiche Temperaturverteilung im Bauteil) - z.B. zwischen Anfang Oktober und dem gleichen Zeitraum des folgenden Jahres. Aber selbst wenn die Temperaturen nicht exakt gleich sind, gilt die Beziehung immer noch in sehr guter Näherung für die Mittelwerte, wenn der Zeitraum der Mittelung lang gegenüber der Zeitkonstante der Bauteile ist. Für in Deutschland übliche Bauteile ist das bei Mittelungszeiträumen von mehr als einem Monat meist erfüllt.
3) Hier wurde ein Wärmepreis von 6,6 €Cent/kWh brutto zugrunde gelegt. Eine umfassendere Darstellung zur Wirtschaftlichkeit finden Sie hier. Das Passivhaus Institut ging allerdings bei der Erstellung dieser Information vorsichtig davon aus, dass die Energiepreise künftig im Mittel nicht mehr wesentlich ansteigen werden {so kann man sich täuschen!}. Seit dem Jahr 2011 liegt der Wärmepreis nun schon seit Jahren bei etwa 10 €Cent/kWh. Entsprechend größer ist die Kostenentlastung durch gute Wärmedämmung. {etwa +50% Zuschlag auf die letzte Spalte!}
4) Hier wurde ein Wärmepreis von 6,6 €Cent/kWh brutto zugrunde gelegt. Eine umfassendere Darstellung zur Wirtschaftlichkeit finden Sie hier. Das Passivhaus Institut geht allerdings davon aus, dass die Energiepreise künftig im Mittel nicht mehr wesentlich ansteigen werden. Schon beim jetztigen Energiepreis gibt es genügend Alternativen, die es erlauben, den Einsatz von teuren fossilen Brennstoffen zu ersetzen. Die bessere Wärmedämmung ist eine sehr wichtige Alternative.
planung/waermeschutz/waermeschutz_im_gesamtkonzept.txt · Zuletzt geändert: 2015/01/27 22:39 von wolfgangfeist@googlemail.com