Bauphysik I - Lecture Notes PDF

Warum Bauphysik? → Zum Wohle des Menschen und Tiers → Zur Erhaltung der Bausubstanz → Zur Schonung von Umwelt und Ressourcen → Zur Energie- und Betriebskosteneinsparung 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School...

Warum Bauphysik? → Zum Wohle des Menschen und Tiers → Zur Erhaltung der Bausubstanz → Zur Schonung von Umwelt und Ressourcen → Zur Energie- und Betriebskosteneinsparung 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 9 Baurechtliche Anforderungen 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 20 Baurechtliche Anforderungen DIN 4108: Wärmeschutz im Hochbau Seit 1952 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 21 Gesetzliche Anforderungen Anwendungsbereich des GEG / NWG Neubau (§10) Erweiterung (§51) Änderung im Baubestand (§48, §50) Anforderungen an: Erweiterung: Änderung (§48) Änderung (§50) Baulicher Wärmeschutz (§19) Baulicher Wärmeschutz Ab 10% der jeweiligen Primärenergiebedarf Primärenergiebedarf (§18) (Anlage 3*125%) Bauteilgruppe Anlage 7 (Qp,Ref* 140%) Erneuerbare Energie (§71) Baulicher Wärmeschutz *Ab 100% Erweiterungsfläche (Anlage 3*125%) Baulicher Wärmeschutz (§19) ggf. erneuerbare Energie Primärenergiebedarf (§18) (§71) ggf. erneuerbare ggf. erneuerbare Energie (§71) Energie (§71) Weitere Anforderungen: Weitere Anforderungen an den Betrieb: §60a Wärmepumpen prüfen, optimieren Sommerlicher Wärmeschutz (§14) Anforderungen: §60b Heizung prüfen, optimieren Dichtheit (§13) Sommerlicher Wärmeschutz (§14) Mindestwärmeschutz (§11) §60c Hydraulischer Abgleich Dichtheit (§13) §71a Gebäudeautomation Wärmebrücken (§12) Mindestwärmeschutz (§11) Wärmebrücken (§12) 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 22 Gesetzliche Anforderungen 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 23 Förderprogramme 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 24 Energieeffizienz - Energieeinsparung Bedarfsreduktion: Reduzierung von Verbräuchen (Wärmeverluste, Lüftungsverluste, Warmwasserbedarf weitere Energieverluste) Effizienzsteigerung: Erhöhung des Nutzens im Verhältnis zu den eingesetzten Kosten (mehr Wärme bei gleichem Energieeinsatz) Energiemanagement: Bereitstellung der Energie, wenn benötigt und Sinnvoll, sowie Optimierung zur Reduktion von Verbräuchen (Monitoring, Zeitpläne) 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 25 Behaglichkeit – Einflussfaktoren 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 27 Thermische Behaglichkeit Definition thermische Behaglichkeit (nach DIN EN ISO 7730): „Thermische Behaglichkeit ist das Gefühl, das Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima ausdrückt“ 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 28 Thermische Behaglichkeit a 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 31 Wetter / Witterung / Klima Wetter ist kurzfristig und beschreibt den aktuellen Zustand. Witterung beschreibt den Wetterverlauf über mehrere Tage oder Wochen. Klima bezieht sich auf langfristige Wetterverhältnisse in einer Region. 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 42 Primär- / End- / Nutz-Energie 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 46 Erneuerbare Energie 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 48 Wärmequelle / Wärmesenke Wärmequelle Wärmesenke Wärmemenge, die einer Gebäudezone Wärmemenge, die einer Gebäudezone zugeführt wird oder innerhalb einer entzogen wird. Gebäudezone entsteht. Nicht berücksichtigt wird die Wärmeabfuhr Die Quellentemperatur liegt über der durch Kühlung. Innentemperatur. Nicht berücksichtigt werden Wärmeeinträge, die über die Anlagentechnik in die Zone eingebracht werden, um die Rauminnentemperatur aufrechtzuerhalten. 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 49 Bedarf / Verbrauch Energiebedarf Energieverbrauch Der Energiebedarf ist die rechnerische Der Energieverbrauch ist die tatsächlich Energiemenge zum Erreichen gewünschter umgewandelte Energie beim Betrieb des Zustände des Systems – jedoch im Gegensatz Gebäudes, einschließlich aller Verluste. zum Verbrauch ohne Verluste. Der Verbrauch kann messtechnisch erfasst Somit liegt der Bedarf in der Regel unter den werden und dient als Abrechnungsgrundlage späteren Verbrauchswerten. mit dem Energieversorgungsunternehmen. 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 50 Physikalische Grundlagen Wärme ist eine Energietransportform über eine thermodynamische Systemgrenze. Das Maß für den Wärmezustand eines räumlich begrenzten Bereiches ist die Temperatur. Wird Wärmeenergie dem räumlich begrenzten Bereich zugeführt oder entzogen, erhöht oder verringert sich dessen Temperatur (nur gültig in einem Aggregatzustand). 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 54 Physikalische Grundlagen - Was ist „Wärme“? Umgangssprachlich hat „Wärme“ mehrere Bedeutungen! „Wärme“ als thermische Energie Q „Wärme“ als Wärmestrom Φ (Leistung, (Wärmemenge, Zustandsgröße) ist die Prozessgröße) gibt an, wie viel Energiemenge, die in der ungeordneten thermische Energie pro Zeiteinheit über Bewegung der Atome oder Moleküle eines eine Systemgrenze übertragen wird. Stoffes gespeichert ist. Q Q = m  c T [J = Nm = Ws]  = Q = [W] t m: Masse c: spezifische Speicherfähigkeit T: Temperatur in Kelvin In der Bauphysik gebräuchliche Einheit: [kWh = 3,6 * 106 J] 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 55 chemische Energie Energie, die durch die Bindungen der Atome und Moleküle vorhanden ist und durch chemische Reaktion (z.B. Verbrennung) freigesetzt werden kann 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 56 thermische Energie Energie, die ein Stoff durch das anheben seiner Temperatur gespeichert hat 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 57 Spezifische Wärmekapazität Die spezifische Wärmekapazität gibt an, welche Wärmemenge einem Stoff pro Kilogramm zugeführt werden muss, um seine Temperatur um ein Kelvin zu erhöhen. 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 58 spezifische Wärmekapazität Wasser ca. 1,163 Wh/kgK Beton, Marmor, Stein, Sand, Glas,… ca. 0,25 Wh/kgK Holz ca. 0,36 - 0,7 Wh/kgK Torf ca. 0,52 Wh/kgK Luft ca. 0,3 Wh/kgK bei 21 °C und Normdruck = 0,33 Wh/m³K 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 59 Arbeit und Leistung 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 60 Arbeit und Leistung 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 61  Arbeit und Leistung - Aufgabe Paraffin hat einen Energiegehalt von ca. 10 kWh/kg. Ein Teelicht wiegt 13 g. Welche Leistung hat das Teelicht, wenn es in 3 Stunden herunter brennt? 10 kWh/kg = 10 Wh/g Energiegehalt 13g x 10Wh/g = 130 Wh Leistung = Energie / Zeit 43,33 W P = 130 Wh / 3h = 43,33 W 3h 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 63 Physikalische Grundlagen -Temperatur Der Wärmezustand oder die Temperatur eines Stoffes wird gekennzeichnet durch die kinetische Energie der Moleküle. Die Bewegung der Moleküle hört beim absolute Nullpunkt T0 auf, also bei T = +/- 0 Kelvin [K] oder ϑ = - 273,15 Grad Celsius [°C] 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 65 Schmelz – und Verdampfungswärme 18.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 1 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 69 z.B. Einfluss der Kubatur 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 7 z.B. Einfluss der Kubatur Sehr wenige Wärmebrücken aber ggf. sehr schlechte oder wenn gewollt auch sehr gute Akustik sehr gutes A/V Verhältnis Relativ aber wenig Tageslicht und keine natürliche Belüftung möglich Relativ hoher Anteil an Wärmebrücken aber gutes A/V Verhältnis 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 10 Wärmetransport - Wärmeleitung Transport von Wärme von Teilchen zu Teilchen ohne Stofftransport In einem Feststoff oder ruhendem Fluid Immer von Warm nach kalt 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 20 Wärmetransport - Wärmeleitung Maßgebende Größe in der Gebäudeenergiebilanz sind die Transmissionswärmeverluste über die Gebäudehülle. Diese werden durch den U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) der Bauteile bestimmt. Der U-Wert gibt an, wie viel Wärme pro Quadratmeter Fläche und pro Grad Temperaturdifferenz zwischen innen und außen verloren geht. Je niedriger der U-Wert, desto besser die Wärmedämmung des Bauteils. Eine gut gedämmte Gebäudehülle reduziert die Transmissionswärmeverluste und verbessert die Energieeffizienz des Gebäudes, was zu geringeren Heizkosten und weniger CO₂-Emissionen führt. 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 23 Wärmedurchgang durch Bauteile Der Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert) berechnet sich für wärmetauschende Flächen opaker Bauteile nach DIN EN ISO 6946. Der U-Wert ist der Wärmestrom, der bei einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin durch 1m² eines Bauteils fließt, je größer RT umso kleiner der U, desto besser ist die Wärmedämmeigenschaft Wärmedurchgangskoeffizient in W/m²K 1 𝑈= 𝑅𝑇 Wärmedurchgangswiderstand in m²K/W 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 24 Wärmedurchgang durch Bauteile Der Wärmedurchgangswiderstands RT Wärmeübergangswiderstand innen Wärmeübergangswiderstand außen 𝑛 𝑅𝑇 = 𝑅𝑠𝑖 + ෍ 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠𝑒 𝑖=1 Summe der Wärmedurchlasswiderstände aller Schichten 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 25 Wärmedurchgang durch Bauteile Der Wärmedurchlasswiderstand R einer Schicht Wärmeübergangskoeffizient innen Dicke der Bauteilschicht in m 𝑑𝑖 𝑅𝑖 = λ𝑖 Materialabhängige Wärmeleitfähigkeit in W/(mK) 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 26 Wärmedurchgang durch Bauteile Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert) durch ein n-schichtiges Bauteil 1 1 𝑈= = 𝑛 𝑑 𝑅𝑇 𝑅𝑠𝑖 +෍ +𝑅𝑠𝑒 𝑖=1 𝜆 „Kleiner Tipp: Mit der richtigen Anwendung dieser Formel ist eine Prüfung schon halb bestanden! Die sollte man auch ohne Formelsammlung beherrschen“ 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 27 Wärmedurchgang durch Bauteile Der innere und äußere Wärmeübergangswiderstand wird für bauphysikalische Nachweise vereinfachend nach DIN EN ISO 6946 Tabelle 1 verwendet. Die Werte unter horizontal gelten für Richtungen des Wärmestroms von ± 30° zur horizontalen Ebene. „Das ist wichtig…“ 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 30 Wärmetransport - Konvektion Transport von Wärme durch Teilchen in einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) Freie Konvektion durch Dichte-/Temperaturunterschiede Erzwungene Konvektion durch z.B. Gebläse oder Pumpen 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 34 Wärmetransport - Konvektion Maßgebende Größe in der Gebäudeenergiebilanz sind Lüftungswärmeverluste und die Verluste durch Infiltration. Lüftungswärmeverluste treten auf, wenn warme Luft durch Fenster, Türen oder Lüftungssysteme nach außen strömt und durch kalte Außenluft ersetzt wird. Der Wärmeverlust hängt dabei von der Luftwechselrate und der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft ab. Infiltrationsverluste sind Wärmeverluste, die durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle entstehen. Eine gute Abdichtung und kontrollierte Lüftungssysteme können diese Verluste minimieren und die Energieeffizienz verbessern. 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 38 Wärmetransport - Strahlung Transport von Wärme durch elektromagnetische Strahlung findet auch im Vakuum statt Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 39 Wärmetransport - Strahlung Maßgebende Größe in der Gebäudeenergiebilanz sind Solargewinne, die durch Sonneneinstrahlung entstehen. Strahlungsgewinne treten auf, wenn Sonnenstrahlen durch Fenster oder andere transparente Bauteile ins Gebäudeinnere gelangen und dort in Wärme umgewandelt werden. Die Höhe der Strahlungsgewinne hängt von der Ausrichtung und Größe der Fensterflächen, dem Sonneneinfallswinkel sowie den Glaseigenschaften der Fenster ab. Auch Wände, Böden und Dächer können tagsüber Strahlung aufnehmen und diese später als Wärme ins Gebäude abstrahlen. Eine gute Planung der Gebäudeausrichtung und der Fensterflächen kann Strahlungsgewinne maximieren und den Heizbedarf in den kälteren Monaten reduzieren. Ebenso tragen spezielle Gläser und Sonnenschutzmaßnahmen dazu bei, die Strahlungsgewinne zu regulieren und den Komfort im Sommer zu gewährleisten. 25.10.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 2 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 55 Gebäudeenergiegesetz GEG Gesetz zur Einsparung von Energie und zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung in Gebäuden § 1 Zweck und Ziel (1) Zweck dieses Gesetzes ist ein möglichst sparsamer Einsatz von Energie in Gebäuden einschließlich einer zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien zur Erzeugung von Wärme, Kälte und Strom für den Gebäudebetrieb. (2) Unter Beachtung des Grundsatzes der Wirtschaftlichkeit soll das Gesetz im Interesse des Klimaschutzes, der Schonung fossiler Ressourcen und der Minderung der Abhängigkeit von Energieimporten dazu beitragen, die energie- und klimapolitischen Ziele der Bundesregierung sowie eine weitere Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch für Wärme und Kälte zu erreichen und eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu ermöglichen. Neue Gebäude müssen Niedrigstenergiegebäude „nearly zero-energy building“ sein. 08.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 3 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 16 Gebäudeenergiegesetz GEG § 2 Anwendungsbereich Dieses Gesetz ist (mit Ausnahmen) anzuwenden auf 1. Gebäude, soweit sie nach ihrer Zweckbestimmung unter Einsatz von Energie beheizt oder gekühlt werden, und 2. deren Anlagen und Einrichtungen der Heizungs-, Kühl-, Raumluft- und Beleuchtungstechnik sowie der Warmwasserversorgung. Der Energieeinsatz für Produktionsprozesse in Gebäuden ist nicht Gegenstand dieses Gesetzes. 08.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 3 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 17 Gebäudeenergiegesetz GEG Teil 2 Anforderungen an zu errichtende Gebäude / Abschnitt 1 Allgemeiner Teil § 10 Grundsatz und Niedrigstenergiegebäude (1) Wer ein Gebäude errichtet, hat dieses als Niedrigstenergiegebäude nach Maßgabe von Absatz 2 zu errichten. (2) Das Gebäude ist so zu errichten, dass 1. der Gesamtenergiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung und Kühlung, bei Nichtwohngebäuden auch für eingebaute Beleuchtung, den jeweiligen Höchstwert nicht überschreitet, der sich nach § 15 oder § 18 ergibt, 2. Energieverluste beim Heizen und Kühlen durch baulichen Wärmeschutz nach Maßgabe von § 16 oder § 19 vermieden werden und 3. der Wärme- und Kälteenergiebedarf zumindest anteilig durch die Nutzung erneuerbarer Energien nach Maßgabe der §§ 34 bis 45 gedeckt wird. 08.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 3 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 19 Gebäudeenergiegesetz GEG Abschnitt 2 - Jahres-Primärenergiebedarf und baulicher Wärmeschutz bei zu errichtenden Gebäuden Unterabschnitt 1 - Wohngebäude § 16 Baulicher Wärmeschutz Ein zu errichtendes Wohngebäude ist so zu errichten, dass der Höchstwert des spezifischen, auf die wärmeüber- tragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissions- wärmeverlusts das 1,0-fache des entsprechenden Wertes des jeweiligen Referenzgebäudes nach § 15 Absatz 1 nicht überschreitet. 08.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 3 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 23 Ermittlung der Wärmequellen/-senken Wärmesenken Qsink Wärmequellen Qsource Qsink = 𝑄T + 𝑄V + 𝑄Is,sink + 𝑄S + Δ𝑄C,sink 𝑄source = 𝑄S + 𝑄T + 𝑄V + 𝑄I,source Dabei ist Dabei ist QT die Transmissionswärmesenken QS die Wärmequellen aufgrund solarer Einstrahlung QV die Lüftungswärmesenken QT die Transmissionswärmequellen QIs,sink die internen Wärmesenken in der Gebäudezone QV die Lüftungswärmequellen QS die Wärmesenken durch Abstrahlung unter QI,source die internen Wärmequellen in der Berücksichtigung der solaren Einstrahlung betrachteten Gebäudezone ∆QC,sink die an Tagen mit normalem Heizbetrieb gespeicherte Wärme, die an Tagen mit reduziertem Betrieb aus den Bauteilen entspeichert wird 08.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 3 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 48 U-Wert-Berechnung Wärmedurchlasswiderstand R [m²K/W] 𝑑𝑖 → Schichtdicke in m 𝑅𝑖 = λ𝑖 → Wärmeleitfähigkeit des Materials in W/mK Wärmedurchgangswiderstand RT [m²K/W] 𝑛 Mit den Wärmeübergangs- 𝑅𝑇 = 𝑅𝑠𝑖 + ෍ 𝑅𝑖 + 𝑅𝑠𝑒 widerständen Rsi und Rse nach DIN 6946 𝑖=1 Wärmedurchgangskoeffizient U [W/m²K] 1 𝑈= 𝑅𝑇 08.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 3 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 75 Sommerlicher Wärmeschutz Ziel des sommerlichen Wärmeschutzes ist es unzumutbare Temperaturbedingungen in Gebäuden zu vermeiden, die maschinelle und energie-intensive Kühlmaßnahmen zur Folge haben. 22.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 4 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 11 Einflüsse auf den sommerlichen Wärmeschutz Die Aufwärmung von Aufenthaltsräumen hängt im wesentlichen ab von: tageszeitlicher Temperaturgang und Sonneneinstrahlung Größe und Neigung der transparenten Außenbauteile Gesamtenergiedurchlassgrad der transparenten Außenbauteile Wirksamkeit der Sonnenschutzvorrichtung Speicherfähigkeit der Umfassungsbauteile Intensität der Raumlüftung Internen Wärmelaste 22.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 4 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 12 Maßnahmen bei der Gebäudeplanung Zur Vermeidung sommerlicher Überhitzung von Räumen wirken sich positiv aus: Sonnenschutzvorrichtungen Verwendung massiver und speicherfähiger Bauteile Außenseitiges Anbringen der Wärmedämmschichten Planung ausreichender Lüftungsmöglichkeiten (Nachtkühlung) Räume, die nur nach einer Richtung Fenster aufweisen Reduktion interner Lasten 22.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 4 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 13 Maßnahmen bei der Gebäudeplanung Ungünstig wirken sich aus: Große Fensterflächen ohne Sonnenschutzvorrichtung Geringe Speichermasse im Gebäudeinnern dunkle, unverschattete Außenbauteile Räume die Fensterflächen nach zwei oder mehr Richtungen aufweisen; besonders ungünstig sind Kombinationen mit Südost- bzw. Südwestorientierung 22.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 4 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 14 Sonnenschutzvorrichtung (1) 22.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 4 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 21 Sonnenschutzvorrichtung (2) gtotal = 0,2 – 0,3 gtotal = 0,6 – 0,7 22.11.2024 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 4 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 22 Feuchteschutz Feuchte hat Einfluss auf − behagliches und gesundes Raumklima − Feuchtebeanspruchung von Bauteilen Ziel des Feuchteschutzes ist es, Bauschäden zu vermeiden, die durch: − Eis − flüssiges Wasser − Wasserdampf hervorgerufen werden. 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 4 Definition von Feuchte Feuchte bezeichnet den Anteil von Wasser in einer bestimmten Umgebung, einem Material oder einem Stoff, wobei das Wasser in flüssiger oder dampfförmiger Phase vorliegt. Sie kann in verschiedenen Kontexten auftreten: − in der Atmosphäre (Luftfeuchte): − in Materialien: Sie wird mit verschiedenen Messgeräten wie Hygrometern (für Luftfeuchte) oder Feuchtemessgeräten (für Materialien) erfasst. Zusammengefasst ist Feuchte ein Maß für die Anwesenheit von Wasser in unterschiedlichen Zuständen und Kontexten, das stark von äußeren Bedingungen wie Temperatur und Druck abhängt. 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 14 Feuchtequellen im Haushalt 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 15 relative Feuchte bei Erwärmung und Abkühlung Abnahme der relativen Luftfeuchte bei Zunahme der relativen Luftfeuchte bei Erwärmung Abkühlung 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 23 Kritische Luftfeuchte an Bauteiloberflächen Tauwasserbildung an Bauteiloberflächen sollte im Regelfall vermieden werden, da einerseits Schädigungen der Bauteile infolge Feuchtigkeit auftreten können (z. B. durch Durchfeuchtungen, Korrosion) und andererseits die Voraussetzungen für Schimmelpilzwachstum gegeben sind. Lediglich an Fenstern und Fenstertüren gilt das Auftreten von Oberflächentauwasser als unkritisch, sofern dieses kurzfristig auftritt, vollständig wieder abtrocknet und angrenzende Materialien nicht geschädigt werden. Schimmelpilzwachstum: Möglich ab 80 % relativer Luftfeuchte, wenn Zustand ≥ 1 Woche anhält. Flüssiges Wasser nicht erforderlich. Baustoffe enthalten meist ausreichende Nährstoffe. Geringe Ansprüche der Schimmelpilze → Feuchteangebot entscheidend. 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 26 Temperaturverlauf durch ein ebenes Bauteil Rechnerisches Verfahren zur Ermittlung des Temperaturverlaufs in einem mehrschichtigen Bauteil unter Annahme stationärer Randbedingungen Annahme: stationäre Randbedingungen (q = const): q = U  (i − e ) = const. [W/m²] Trennschichttemperaturen: [°C]  si =  i − Rsi  q 1 =  si − d1   q 1  2 = 1 − d 2   q 2...  se =  n −1 − d n   q n 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 49 Wärmebrücken Definition nach DIN EN ISO 10211-1: Eine Wärmebrücke ist Teil einer Gebäudehülle, wo der ansonsten normal zum Bauteil auftretende Wärmestrom deutlich verändert wird durch: a) eine volle oder teilweise Durchdringung der Gebäudehülle durch Baustoffe mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit b) einen Wechsel in der Dicke der Bauteile c) eine unterschiedlich große Innen- und Außenoberfläche 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 108 Wärmebrücken Unterschiedliche Arten der Wärmebrücken Konstruktive Wärmebrücke: Wechsel der Wärmeleitfähigkeiten innerhalb einer/mehrerer Bauteilschichten Geometrische Wärmebrücke: Vergrößerung der wärmeaufnehmenden oder –abgebenden Fläche Konvektive Wärmebrücken: Wärmetransport durch Fugendurchlässigkeiten Bedingung: zwei voneinander getrennte Temperaturbereiche 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 109 Wärmebrücken 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 110 Mindestanforderungen im Bereich von Wärmebrücken Vermeidung extrem niedriger Innenoberflächen-Temperaturen Maßnahmen zur Vermeidung von Schimmelpilzbildung Vermeidung erhöhter Transmissionswärmeverluste 17.01.2025 Wintersemester 24/25 – Vorlesungsblock 5 – MSA | Münster School of Architecture - Bauphysik I 111