Bauphysik
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8.8.2011Wenig habe ich bisher über das im U-Wert-Rechner verwendete Rechenverfahren geschrieben. Dabei muss ich die Recheneinheit mit dem Finite-Elemente-Verfahren keinesfalls verstecken!
Die Berechnung des U-Werts einer Folge von homogenen Schichten ist nicht kompliziert: Es müssen lediglich die Wärmewiderstände der einzelnen Schichten aufsummiert werden. Den U-Wert erhält man als Kehrwert dieser Summe.
Wesentlich interessanter wird es bei inhomogenen Schichten, wenn z.B. die Dämmebene Dachsparren enthält. Im einfachsten Fall ermittelt man die U-Werte getrennt für den Querschnitt mit Sparren sowie für den Querschnitt mit Dämmung und berechnet daraus einen mittleren U-Wert entsprechend den jeweiligen Flächenanteilen.
Dieses Verfahren berücksichtigt jedoch nur senkrechte Wärmeströme. Bei inhomogenen Aufbauten wird es jedoch auch Wärmeströme parallel zur Oberfläche geben, die ebenfalls berücksichtigt werden sollten. Die DIN EN ISO 6946 versucht diesem Umstand gerecht zu werden, in dem der U-Wert als arithmetischer Mittelwert zweier Extremfälle berechnet wird. Ist die Wärmeleitfähigkeit benachbarter Baustoffe zu unterschiedlich, ist dieses Verfahren allerdings zu ungenau und darf nicht mehr angewandt werden.
Beim Finite-Elemente-Verfahren wird das zu berechnende Bauteil (links) in eine große Zahl endlich kleiner (finite) Elemente aufgeteilt (mitte). Die Temperaturen der einzelnen Elemente, sowie die Wärmeströme zwischen den Elementen (rechts), können durch Lösung eines linearen Gleichungssystem bestimmt werden.
Das vom U-Wert-Rechner verwendete Finite-Elemente-Verfahren umgeht diese Probleme und berücksichtigt explizit auch Wärmeströme parallel zur Oberfläche. Dazu wird das Bauteil in 100 oder mehr einzelne Quader (bzw. Elemente) zerlegt und die Wärmeströme zwischen benachbarten Elementen werden in beiden Raumrichtungen berechnet. Für jede Fläche jedes Würfels lässt sich eine Gleichung aufstellen, die die Temperaturen der Würfel, deren Wärmeleitfähigkeit und den daraus resultierenden Wärmestrom enthält. Dadurch entsteht ein System aus mehreren hundert einzelner Gleichungen, welches die Recheneinheit des U-Wert-Rechners numerisch löst. Diese sehr CPU-intensive Berechnung findet übrigens nicht auf Ihrem eigenen Rechner statt, sondern wird von einer speziellen, auf Geschwindigkeit optimierten Recheneinheit auf dem u-wert.net Webserver erledigt.
Das Ergebnis dieser Berechnung sind zunächst die Temperaturen und, daraus hervorgehend, die Wärmeströme zwischen den einzelnen Elementen. Aus dem Gesamtwärmestrom und den vorgegebenen Innen- und Außentemperaturen wird in einem weiteren Schritt der U-Wert berechnet.
Berechnung des Hitzeschutzes
29.5.2011Ein behagliches Raumklima im Winter bei möglichst niedrigen Heizkosten ist heute bereits selbstverständlich. Aber wie sieht es mit der Behaglichkeit im Sommer aus, wenn außerhalb der schützenden Gebäudehülle Temperaturen von 40°C herrschen?
Will man seine Wohnung im Sommer ohne Klimaanlage auf möglichst behaglichen Temperaturen halten, gibt es nur einen Weg: die Kälte der Nacht auszunutzen. Die Idee: Die Hitze des Tages soll von wärmespeichernden Materialien “aufgefangen” werden. Dadurch wird die Temperaturwelle, die von der äußeren zur inneren Oberfläche läuft, verzögert und abgeschwächt. Nachts soll die gespeicherte Wärme wieder an die dann kühlere Außenluft abgegeben werden.
Ziel ist es, die Temperaturschwankungen auf der inneren Oberfläche möglichst gering zu halten und das Maximum der Innentemperatur in der zweiten Nachthälfte zu erreichen, also mit einer zeitlichen Verzögerung von ca. 10-12 Stunden.
Abbildung 1: Temperaturverlauf innerhalb des Bauteils zu verschiedenen Zeitpunkten. Jeweils von oben nach unten, braune Linien: um 15, 11 und 7 Uhr und rote Linien um 19, 23 und 3 Uhr morgens.
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Was Sie über Innendämmungen wissen sollten
15.4.2011Bei einer Innendämmung ist Tauwasser praktisch nicht zu vermeiden. So kommen Sie trotzdem zu einer funktionierenden und dauerhaften Dämmung.
Die folgenden 8 Punkte sollten bei der Planung einer Innendämmung beachtet werden:
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Flankendiffusion – Feuchtigkeit trotz Dampfsperre
13.3.2011Dampfsperren wie z.B. Alufolie lösen theoretisch fast jedes Tauwasserproblem. Die Praxis sieht aber leider anders aus. Eine der Ursachen für Feuchtigkeit trotz Dampfsperre ist die sogenannte Flankendiffusion.
Von Flankendiffusion spricht man, wenn Wasserdampf durch ein angrenzendes Bauteil wie z.B. eine Innenwand hinter die Dampfsperre gelangt. Folgende Abbildung veranschaulicht den Effekt:
Flankendiffusion am Beispiel einer Innendämmung mit Dampfsperre: Durch die angrenzende Innenwand diffundiert eine geringe Menge Wasserdampf hinter die Dampfsperre (gestrichelte Linie).
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2 Schichten gleicher Wärmedämmung – unterschiedliches Tauwasser?
4.2.2011Teilt man eine 15cm starke Dämmschicht in zwei Schichten zu 10cm und 5cm auf, wird plötzlich Tauwasser angezeigt. Warum?
Dieser Effekt ist in den beiden folgenden Abbildungen dargestellt:
U-Wert messen?
4.1.2011Ist es möglich, aufgrund der Außentemperatur, der Innentemperatur und der Oberflächentemperatur den U-Wert eines vorhandenen Bauteils zu ermitteln?
Das ist, zumindest theoretisch, tatsächlich möglich:
Die Temperaturdifferenz zwischen Raumtemperatur und Außentemperatur fällt schrittweise entsprechend den Wärmewiderständen der einzelnen Schichten ab.
Zwischen Raumtemperatur und Wandoberflächentemperatur liegt der innere Wärmeübergangswiderstand von typischerweise Ri=0,13 m²K/W und die entsprechende Temperaturdifferenz dTi.
Zwischen Wandoberflächentemperatur und Außentemperatur liegt der Rest der Wand/Dämmung: Der Wärmewiderstand Re und die entsprechende Temperaturdifferenz (TWandoberfläche – Taußen) dTe.
Dann gilt folgende Formel:
Ri/dTi = Re/dTe
Wärmebedarf ermitteln
30.12.2010
Ich möchte die Wärmeverluste eines ganzen Raumes ermitteln. Die U-Werte für die Umfassungsflächen (Wand, Fenster, Boden, Decke) habe ich vorliegen, aber wie geht es nun weiter?
Update: Seit kurzem ist der Wärmebedarf-Rechner Bestandteil von u-wert.net, der neben den hier beschriebenen Wärmeverlusten auch interne und solare Wärmegewinne berücksichtigt. Hier klicken, um zum Wärmebedarf-Rechner zu gelangen.
Um die Wärmeverluste eines Raumes und daraus die notwendige Heizleistung zu berechnen, müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:
- Die Summe der Transmissionswärmeverluste durch die einzelnen Umfassungsflächen. Die notwendigen U-Werte können Sie mit dem U-Wert-Rechner bestimmen.
- Lüftungsverluste, dazu steht Ihnen der Lüftungsrechner zur Verfügung
- Wärmebrücken, z.B. an Fenstern, Rolladenkästen, Balkonplatten. Dieser Punkt kann über eine pauschale Erhöhung sämtlicher U-Werte um 0,05W/m²K berücksichtigt werden.
EPS auf Porenbeton: Feuchtigkeit!?
1.10.2010Laut U-Wert-Rechner hat unser Wärmedämmverbundsystem (WDVS) aus EPS-Dämmplatten auf Porenbeton ein Feuchtigkeitsproblem. Ist das richtig?
Für diesen Effekt gibt es zwei Ursachen:
- Das EPS ist für Wasserdampf vergleichsweise undurchlässig. Wasserdampf, der von innen nach außen durch die Wand diffundieren möchte, staut sich deshalb vor der EPS-Dämmplatte.
- Der Porenbeton dämmt bereits sehr gut. Deshalb ist die innenseitige Oberfläche der EPS-Platte bereits relativ kalt: +2°C (bei einer Außentemperatur von -10°C, siehe unten stehende Abbildung). Dies liegt unter der Taupunkttemperatur des Wasserdampfes.
In anderen Worten: Viel Wasserdampf trifft auf eine kalte Oberfläche – ideale Bedingungen für die Bildung von Tauwasser.
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WLG / Wärmeleitfähigkeit selbst eintragen?
24.9.2010Weshalb gibt es bei den zur Auswahl stehenden Dämmstoffen keine WLG-Werte von 035 bzw. 027?
Wäre es möglich, hier einen variablen Dämmstoff zu hinterlegen, in den man die WLG Klasse selbst eintragen kann, wenn man diese kennt, z.B. anhand eines Angebotes, etc.
Dies ist grundsätzlich immer möglich! Aus der Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) können Sie direkt die Wärmeleitfähigkeit λ eines Materials ableiten und diese im U-Wert-Rechner eintragen:
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Tauwasser im Sommer: Umkehrdiffusion
21.9.2010Bei sommerlichen Temperaturen von außen 40°C/60% Luftfeuchte und innen 20°C/50% hat mir der Rechner bzgl. Tauwasserausfall nur noch die “rote Karte” gezeigt. Woran liegt das? Man kann doch im Sommer auf dem Dach noch mit durchaus höheren Temperaturen rechnen. Auch kann die Luftfeuchtigkeit in Deutschland an schwül-warmen Tagen auf 70% klettern.
Tatsächlich kann auch im Sommer Tauwasser entstehen. Denn dann kann die feucht-warme Außenluft wesentlich mehr Wasserdampf enthalten als die kühle Raumluft. Als Folge diffundiert Wasserdampf von außen nach innen durch das Bauteil, also in umgekehrter Richtung wie im Winter, und kondensiert an innen liegenden, kalten Schichten. Diesen Effekt nennt man “Umkehrdiffusion”.
Das Problem: Um den Tauwasserausfall im Winter zu reduzieren, sollten die innen liegenden Schichten diffusionsdicht und die außen liegenden diffusionsoffen sein. So wird Wasserdampf am Eindringen gehindert und kann andererseits das Bauteil möglichst schnell auf der Außenseite wieder verlassen. Da die Diffusionsrichtung im Sommer umgekehrt ist, müssten die außen liegenden Schichten diffusionsdicht und die innen liegenden diffusionsoffen sein. Da die Schichten aber in der Regel für den Winterfall optimiert werden, haben Sie dem sommerlichen Tauwasserausfall wenig entgegenzusetzen.
Wenn im Sommer die Außenluft mehr Feuchtigkeit enthält als die Raumluft, diffundiert der Wasserdampf von außen bis zur innen liegenden Dampfbremse. Da die Dampfbremse wesentlich kälter ist als die Außenluft, kann dort die Feuchtigkeit zu Tauwasser kondensieren.
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