Wärmeschutz und U-Wert im Hochbau
Die bauliche Umsetzung der Forderungen des GEG (Gebäudeenergiegesetz) in seiner aktuellen Fassung stellt Planer und Architekten vor große Herausforderungen. Bereits in der frühesten Phase der Entwurfsplanung muss an einen effizienten Wärmeschutz gedacht werden. Schon Gebäudeform und -konzept entscheiden über die spätere Nachhaltigkeit und den tatsächlichen Energiebedarf des Gebäudes. Nachträgliche Verbesserungen müssen immer als »kosmetische Maßnahmen« gesehen werden und sind nach Möglichkeit völlig zu vermeiden. Außerdem gilt es Schäden durch mangelnden Wärmeschutz zu vermeiden. Daher hier die wichtigsten Fakten zum Thema Wärmeschutz im Überblick.
Definition, Aufgaben und Ziele des Wärmeschutzes
Unter Wärmeschutz wird im Bauwesen die Summe der Maßnahmen verstanden, um ein Gebäude gegen einen übermäßigen Wärmefluss über seine Bauteile zu schützen. Dabei unterscheidet man zwischen dem Abfließen (winterlicher Wärmeschutz) und dem Eindringen (sommerlicher Wärmeschutz) von Wärme.
Der Wärmeschutz in der Gebäudekonstruktion hat seit der ersten Energiekrise in den Siebziger Jahren eine immer wichtigere Bedeutung erlangt. Heutzutage ist es nicht nur aus ökonomischen, sondern besonders auch aus ökologischen Gründen unumgänglich, in Neubau und Sanierung möglichst energieeffiziente Gebäude zu erstellen. Die Aufgabe an die Planer liegt darin, den Wärmeschutz der Gebäudehülle soweit zu optimieren, dass im Idealfall theoretisch keine produzierte Wärme verloren geht. Dass dies möglich ist, beweisen Hauskonzepte wie das Passivhaus mit einer Null-Energiebilanz und die Weiterentwicklung, das Aktivhaus mit einer Plus-Energiebilanz.
Das Ziel einer umweltbewussten, CO2-neutralen Bauweise liegt in einer optimalen Wärmedämmung aller Bauwerke, um die Energiebilanz während der Nutzungszeit so umweltfreundlich wie möglich zu gestalten. Dazu müssen in erster Linie Wärmebrücken vermieden werden, über die unkontrolliert Wärme aus den geheizten Räumen abwandert. Diese sind Laien übrigens eher unter dem Begriff »Kältebrücken« bekannt, letztlich ist aber das Gleiche gemeint. Mit Hilfe einer effektiven Dämmung wird ein ausreichender Wärmeschutz erreicht, um den Energieverbrauch so weit wie möglich zu minimieren. Insbesondere gilt das für mit regenerativen Energien betriebene Häuser, bei denen auf den Einsatz von fossilen Energieträgern vollkommen verzichtet wird.
Winterlicher und sommerlicher Wärmeschutz
Bei der Wärmedämmung denken die meisten Bauherren zunächst nur an den winterlichen Wärmeschutz. Die behagliche, durch eine Holzheizung, Wärmepumpe oder Solarthermie gewonnene Heizungswärme soll nach Möglichkeit nicht durch Wärmebrücken nach außen abwandern. Insbesondere die Fenster und ihre Komponenten (wie Rollladenkästen) sind bekannte Schwachstellen und bedürfen neuster Dämmtechnologien, um den Wärmeverlust durch diese Bauteile zu minimieren. Gegebenenfalls sollten Fenster erneuert werden.
Dabei wird gerne vergessen, dass daneben auch ein sommerlicher Wärmeschutz sehr wichtig ist. In inzwischen durchaus extrem heißen Sommern soll eine Überhitzung der Innenräume vermieden werden. Dies lässt sich einerseits durch intelligente Verschattungssysteme und andererseits durch eine massive Bauweise erreichen. Bekanntlich heizt sich eine Gartenlaube schneller auf als eine alte Ritterburg. Weiterhin muss auch hier auf die Fenster als potenzieller Schwachpunkt geachtet werden. Neben der bereits im winterlichen Wärmeschutz bewährten Techniken wie Wärmeschutzverglasung und entkoppelte Profile bietet sich eine Fensterfolie als Wärmeschutz an.
Klärung der Fachbegriffe
Die einzelnen Bauteile sind bezüglich ihres Wärmeschutzes durch bestimmte Kennzahlen gekennzeichnet, die exakt ihre Energieeffizienz definieren. Daher ist es notwendig, die entsprechenden Fachbegriffe rund um den Wärmeschutz zu klären. Maßgeblich für den Dämmwert eines Bauteils oder Materials ist der sogenannte Wärmedurchgangskoeffizient, heutzutage im Allgemeinen »U-Wert« genannt. Was gibt dieser genau an? Er wird berechnet durch die Menge der Wärmeleistung, die durch ein Quadratmeter Bauteil strömt, unter der Bedingung, dass die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen konstant ein Grad (Kelvin) beträgt. Daher heißt die Formel:
U = W / (m2K)
Entsprechend lässt sich die benötigte Wärmeleistung berechnen durch die Formel:
Wärmeleistung = W / (m2K) x m2 Bauteilfläche x K Temperaturunterschied = kW
Beispiel: Ein Bauteil mit 10 m2 Fläche und einem U-Wert von 0,5 benötigt bei einer Innentemperatur von 20 Grad Celsius und einer Außentemperatur von 0 Grad Celsius: 0,5 / (m2K) x 10 m2 x 20 K = 100 Watt = 0,1 kW Wärmeleistung.
Der Begriff »U-Wert« löste den früher in der Bauphysik gebräuchlichen Begriff »k-Wert« ab. Letzterer ist in der Bautechnik inzwischen veraltet und wird nur noch im Maschinenbau benutzt.
Der U-Wert eines Bauteils ist umso besser, je kleiner er ist. Das GEG fordert zum Beispiel für Bodenplatten einen maximalen U-Wert von 0,5, bei Flachdächern darf er jedoch nicht höher als 0,2 sein. Als guter Wert gilt aktuell etwa ein Wert von 0,15 bei Massivbauteilen. Fenster haben bauartbedingt aber einen höheren U-Wert. Bei diesen gilt bereits ein Wert von 0,8 bis 0,9 als gut. Übersicht bietet hier auch die Aufstellung U-Werte alter Bauteile.
Wärmeschutzverglasung
Ein möglichst niedriger U-Wert wird bei Fenstern nicht nur durch eine Mehrfachverglasung erreicht. Heutige moderne Wärmeschutz-Fenster nach dem Passivhausstandard haben eine Dreifachverglasung. Diese alleine reicht aber oft noch nicht aus. Daher verwendet man im modernen Fensterbau die Technik der Wärmeschutzverglasung. Dabei werden im Allgemeinen entweder die Innenseite oder Außenseite der inneren Glasscheibe sowie die raumseitige Seite der Außenscheibe mit einer dünnen Metalloxidschicht bedampft. Diese vermindert durch die Reflexion der Wärmestrahlen den Wärmeverlust durch die Verglasung.
Zusätzlich verhindern die Metalloxidschichten auch umgekehrt im Sommer eine zu starke Aufheizung der nach Süden ausgerichteten Räume. Kritiker führen an, dass dadurch auch der Gewinn durch passive Sonnenenergie verringert wird. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, ist der Verzicht auf die äußere Metalloxidschicht und eine wirksame Verschattung durch Markisen oder Rollläden im Hochsommer.
Bei Bestandsbauten kann der U-Wert vorhandener Isolierglasfenster, die noch intakt sind, mit geringem Aufwand verbessert werden. Dazu sind im Fachhandel spezielle Fensterfolien Wärmeschutz erhältlich, die nachträglich von innen bzw. außen auf das eingebaute Fenster aufgebracht werden.
Wärmedämmung – Übersicht über die Dämmstoffe
Je nach Haustyp, Bauteil und Baujahr steht bei Neubau und Sanierung eine riesige Auswahl von Dämmstoffen zur Verfügung. Der folgende Überblick soll bei der richtigen Auswahl helfen. Man unterscheidet zwischen organischen, mineralischen und synthetischen Dämmstoffen. Alle haben ihre charakteristischen Eigenschaften und Vor- und Nachteile. Selbstverständlich sollte unbedingt auch der Umweltaspekt mit in Betracht gezogen werden. Sowohl bei der Produktion als auch bei der Verarbeitung, Nutzung und Entsorgung fallen bei einigen Dämmstoffen erhebliche Mengen umweltschädlicher Inhaltsstoffe an. Daher sollte ökologischen Dämmstoffen, wann immer technisch möglich, der Vorzug gegeben werden.
Organische Dämmstoffe (alle umweltfreundlich)
- Zellulose: sehr günstig, häufig verwendet, schimmelbeständig
- Stroh: sehr günstig, aber fäulnisgefährdet
- Schafwolle: günstig, häufig verwendet, diffusionsoffen
- Holzfaser: günstig, hohe Wärmekapazität
- Jute: noch günstig, resistent
- Flachs: noch günstig, fäulnisresistent
- Hanf: teuer, aber sehr resistent
- Kokosfaser: teuer, aber sehr resistent und mechanisch stabil
- Kork: sehr teuer, diffusionsoffen, sehr druckfest
Mineralische Dämmstoffe
- Glaswolle: sehr günstig, resistent, unbrennbar, umweltschädlich
- Steinwolle: noch günstig, resistent, unbrennbar, umweltbedenklich
- Blähton: noch günstig, resistent, unbrennbar, umweltfreundlich
- Perlite: teurer, resistent, unbrennbar, vulkanischen Ursprungs
- Foamglas: sehr teuer, resistent, druckfest, umweltbedenklich
- Calciumsilikat: sehr teuer, resistent, höchster Feuerwiderstand
Synthetische Dämmstoffe (alle umweltschädlich)
- Expandiertes Polystyrol (EPS): günstig, resistent, entflammbar
- Extrudiertes Polystyrol (XPS): teurer, resistent, trittfest, entflammbar
- Polyurethan (PUR): relativ günstig, formbar, entflammbar
- Hartschaum (PIR): sehr teuer, resistent, druckbeständig, entflammbar
Nach wie vor werden aufgrund ihrer schnellen Verfügbarkeit, des günstigen Preises und der guten Dämmeigenschaften sehr häufig synthetische und mineralische Dämmstoffe wie EPS, Glaswolle und Steinwolle eingesetzt. Insbesondere bei letzteren gilt es zu bedenken, dass sich die Dämmwerte bereits bei leichtem Feuchtegehalt rapide verschlechtern. Außerdem spricht die schlechte Nachhaltigkeit gegen diese Dämmstoffe. Für die Herstellung synthetischer und mineralischer Dämmstoffe wird meist eine erhebliche Energie verbraucht. Bei der Verarbeitung entstehen teilweise lungengängige, gesundheitsschädliche Feinstäube. Auch nach dem Einbau können feinste Fasern (Mineralwolle) bzw. Ausgasungen (synthetische Dämmstoffe) freigesetzt werden und dauerhaft die Raumluft kontaminieren. Das Recycling der vorgenannten Dämmstoffe ist ebenfalls problematisch. Organische Dämmstoffe sowie Perlite stehen als nachhaltige Alternativen zur Verfügung.