Der Wärmeschutz hat entscheidenden Einfluss auf den Heizenergieverbrauch. Er spielt eine Schlüsselrolle im Bemühen um die Senkung des Energieverbrauchs von Gebäuden. Der Feuchteschutz ist die überwachende Instanz. Lesen Sie, worauf Sie achten sollten.
Eine dicke Wärmedämmung allein ist kein Garant für eine funktionierende Konstruktion. Korrekte Schichtenfolge und sorgfältige Ausführung müssen beachtet werden, wenn nicht Tauwasserschäden und Schimmel den Erfolg zunichte machen sollen.
U-Wert als Kostenfaktor
Maßgebende Größe von Bauteilen hinsichtlich Wärmedämmung ist der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient). Je größer, desto höher sind die Wärmeverluste.
Der U-Wert hat die Einheit W/(m²K) und gibt an, wie viel Wärme in Wattsekunden oder Joule in einer Sekunde durch einen Quadratmeter eines Bauteils strömt, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft ein Grad beträgt.
Diagramm: Wasserdampfgehalt der Luft
Diese physikalische Beschreibung ist wenig anschaulich. Ein kleiner Einheitentrick hilft: Der U-Wert gibt nämlich ebenfalls an, wie viel Wärme in kWh (Kilowattstunden) in einer Stunde durch eine Bauteilfläche von einhundert Quadratmeter strömt, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft zehn Grad beträgt. Beispiel: Ein Dach hat einen U-Wert von 0,20 W/(m²K). Bei einer Raumlufttemperatur von zwanzig und einer Außenlufttemperatur von zehn Grad Celsius strömt durch eine Dachfläche von einhundert Quadratmeter in einer Stunde eine Wärmemenge von 0,20 kWh.
Bewertet man eine Kilowattstunde Wärmeenergie mit einem Preis von fünf Cent, wird der Zusammenhang zwischen Wärmeschutz und Heizkosten erstaunlich greifbar: Im genannten Beispiel kostet der Wärmeverlust ein Cent je Stunde.
Berechnung des U-Werts
Der U-Wert setzt sich aus den Wärmedurchlasswiderständen der einzelnen Baustoffschichten und den Wärmeübergangswiderständen innen und außen zusammen und wird nach DIN EN ISO 6946 berechnet. Üblicherweise bedient man sich dazu heute entsprechender Berechnungsprogramme. Insbesondere für zusammengesetzte Bauteile (Sparren/Gefach) ist die Berechnung von Hand sehr aufwändig.
Für einige Fälle gibt es besondere Berechnungsregeln. Bei Umkehrdächern liegt die Wärmedämmung oberhalb der Abdichtung, ist der Witterung ausgesetzt und kann von Kaltwasser unterströmt werden. Dies ist mit einem U-Wert-Zuschlag zu berücksichtigen. Der U-Wert von Dächern mit Gefälledämmungen wird ebenfalls nach besonderen Regeln berechnet. Es ist jedenfalls nicht richtig, mit dem Mittelwert der Dämmstoffdicke zu rechnen und dabei so zu tun, als sei diese mittlere Dicke überall vorhanden.
Luft und Wasserdampf
Den meisten Tauwasserphänomenen liegt folgende Eigenart der Luft zugrunde: Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft. In Gebäuden gibt es zahlreiche Feuchtequellen, welche die Raumluft mit Wasserdampf anreichern: Baurestfeuchte aus Putz und Estrich sowie Nutzfeuchte (Baden, Duschen, Kochen, Pflanzen etc.).
Beispiel: U-Wert-Berechnung
Die relative Luftfeuchte gibt an, wie viel Prozent der maximal aufnehmbaren Wasserdampfmenge die Luft gerade trägt. Daraus resultieren wichtige bauphysikalische Phänomene.
1. Im Nutzungszustand steigt mit der Freisetzung von Wasserdampf die relative Luftfeuchte der Raumluft stetig.
2. Wenn Luft abkühlt, steigt dabei die relative Luftfeuchte. Beim Erreichen der Taupunkttemperatur beträgt die relative Luftfeuchte einhundert Prozent. Wenn die Luft weiter abkühlt, kann sie nicht mehr den gesamten Wasserdampf tragen Tauwasser fällt aus.
3. Wenn die Oberflächentemperatur umgebender Bauteile niedriger liegt als die Taupunkttemperatur der Luft, bildet sich an den Bauteiloberflächen Oberflächenkondensat. Schimmel kann die Folge sein.
Daraus wiederum lassen sich für die Baupraxis folgende Regeln folgern:
- Die Raumluftfeuchte muss wirksam abgeführt werden, entweder durch manuelles Lüften oder durch eine mechanische Lüftungsanlage. Im ersten Jahr nach Baufertigstellung ist das Feuchteaufkommen durch Baurestfeuchte besonders hoch, was wiederum verstärktes Lüften erfordert.
- Raumluft darf (im Winter) nicht in die Außenbauteile eindringen und dort abkühlen, weil sich dabei Tauwasser im Bauteil bilden würde (konvektionsbedingter Tauwasserausfall beziehungsweise Spaltkondensation). Außenbauteile müssend deshalb raumseitig luftdicht sein.
- Außenbauteile müssen ausreichend gedämmt sein, damit die Innenoberflächentemperaturen so hoch liegen, dass kein Oberflächentauwasser entstehen kann.
- In kalten Räumen oder in Räumen mit kalten Bauteiloberflächen soll keine warm-feuchte Luft strömen. Es soll also im Winter keine warm-feuchte Luft in ein unbeheiztes Schlafzimmer strömen. Ebenso wenig soll warm-feuchte Außenluft im Sommer in kalte Kellerräume strömen. In beiden Fällen wäre ansonsten Oberflächentauwasser zu erwarten.
Tauwassernachweis: Diffusionsdiagramme
Luftdichtheit und Winddichtheit
Die Luftdichtheitsebene ist auf der Warmseite der Konstruktion anzuordnen. Sie verhindert das Einströmen von Raumluft in die Konstruktion. Die Winddichtheitsebene liegt auf der Kaltseite der Konstruktion und verhindert das Eindringen kalter Außenluft in die Konstruktion, insbesondere in eine luftdurchlässige Dämmschicht, zum Beispiel Mineralfaser. Letzteres würde die Wirksamkeit der Wärmedämmung reduzieren.
Sowohl bei der Planung als auch bei der Herstellung der Luftdichtheitsebene ist Sorgfalt zwingend angesagt. Als luftdichte Ebene kommen beispielsweise in Betracht:
- Ortbeton
- Verputztes Mauerwerk
- Holzwerkstoffplatten mit gedichteten Stößen
- Dampfbremsen/-sperren mit gedichteten Nähten
Die Übergänge zwischen den Außenbauteilen müssen ebenso dicht sein wie die Fläche. Die luftdichte Dampfbremse eines Steildaches beispielsweise ist deshalb an den Innenputz der Giebelwand dauerhaft anzuschließen. Auch Durchbrüche, etwa Dunstrohre, müssen dauerhaft dicht eingebunden werden. Bei der Wahl von Klebern und Dichtbändern ist Vorsicht geboten. Die Materialien müssen aufeinander abgestimmt sein, wenn nicht nach kurzer Zeit oder nach Jahren Ablösungen auftreten sollen.
Der Wärmeschutz hat nicht nur Einfluss auf den Wärmeverlust eines Gebäudes, sondern auch auf die Behaglichkeit. Gute U-Werte sorgen für hohe Innenoberflächentemperaturen der Außenbauteile, die nur wenig unter der Raumlufttemperatur liegen. Dies wird als angenehm empfunden, außerdem verhindert es Oberflächenkondensat (siehe oben). Auch die relative Luftfeuchte hat Einfluss auf die Behaglichkeit. Werte zwischen vierzig und 65 Prozent werden allgemein als angenehm empfunden. Weitere Einflüsse auf die Behaglichkeit hängen nicht unmittelbar mit Wärme und Feuchte zusammen, dürfen aber nicht vernachlässigt werden: Kohlendioxidgehalt der Raumluft, Geruch, Staubbelastung, Strömungsgeschwindigkeiten der Raumluft (Zugerscheinungen), Licht, Schall, Raumempfinden etc.
Wärmegewinne und sommerlicher Wärmeschutz
Üblicherweise konzentriert man sich gedanklich auf den winterlichen Wärmeschutz, also den Schutz vor Wärmeverlusten. Man muss daneben aber auch den sommerlichen Wärmeschutz im Auge behalten.
Es ist eine schöne Sache, wenn man mit einer größeren Anzahl von Dachfenstern Licht und Sonnenwärme in das Dachgeschoss holt. Man darf dabei aber die Gefahr der sommerlichen Überhitzung nicht unterschätzen. Hier braucht es sorgfältige Planung, wobei folgende Aspekte eine Schlüsselrolle spielen: Neben der Größe der verglasten Fläche hat die Art der Verglasung (Gesamt-Energiedurchlassgrad g-Wert) Einfluss auf die Höhe der Wärmegewinne. Häufig müssen Verschattungsmöglichkeiten wie Jalousien vorgehalten werden, und zwar vorzugsweise solche, die auf der Außenseite der Fenster liegen.
Großen Einfluss auf die sommerliche Erwärmung hat auch die Wärmespeicherung. Hier sind schwere Bauteile, etwa Mauerwerkswände, gegenüber leichten Bauteilen klar im Vorteil. Schwere Bauteile (auch Innenbauteile) puffern die Aufheizung der Räume, indem Sie große Wärmemengen aufnehmen und zwischenspeichern, die damit nicht mehr der Aufheizung der Raumluft zur Verfügung stehen. Speicherfähige Außenbauteile sorgen ferner für eine verzögerte Aufheizung des Raumes. Daran ist die sogenannte Phasenverschiebung schuld, das ist die zeitliche Differenz zwischen den Temperaturmaximum außen und innen. Idealerweise kommt die Wärme frühestens erst dann innen an, wenn man diese bereits wieder herauslüften kann - also nachts.
Gefahr durch Tauwasser
Neben der Tauwasserbildung aufgrund von Konvektion spielt auch die diffusionsbedingte Tauwasserbildung eine wichtige Rolle. Tatsächlich wandert Wasserdampf durch luftdichte Bauteile hindurch, und zwar immer von der Seite hoher zur Seite geringer Dampfkonzentration, dies heißt im Winter fast immer von innen nach außen. Bei unzweckmäßiger Schichtenfolge kann im Bauteil Tauwasser entstehen. Dies darf nicht zu Schäden führen.
Der sd-Wert ist in diesem Zusammenhang eine wichtige Größe. Er ist ein Maß für den Diffusionswiderstand einer Baustoffschicht: Je größer der Wert, desto geringer der Dampfdurchgang. Der sd-Wert kennzeichnet Dampfbremsen und Dampfsperren, welche auf der Warmseite der Konstruktion dafür sorgen, dass nicht zuviel Wasserdampf in die Konstruktion diffundiert. Dampfsperren sind vergleichsweise diffusionsdicht und haben sd-Werte ab etwa einhunder Meter. Dampfbremsen sind weniger dicht und haben meist Werte zwischen zwei und einhundert Meter.
Nach DIN 4108-3 gibt es eine Vielzahl sogenannter nachweisfreier Bauteile. Bei diesen Bauteilen ist aufgrund der Schichtenanordnung, etwa mit von innen nach außen abnehmenden sd-Werten, eine schädliche Tauwasserbildung ausgeschlossen.
Gelegentlich können die Bedingungen für die Nachweisfreiheit nicht eingehalten werden. Dann ist der rechnerische Tauwassernachweis nach DIN 4108-3 (Glaserverfahren) erforderlich. Damit wird überprüft, ob mit Tauwasserausfall im Bauteil zu rechnen ist. Wenn ja, muss nachgewiesen werden, dass
1. das Tauwasser die Schädlichkeitsgrenze nicht überschreitet und
2. das Tauwasser im Sommer wieder restlos verdunstet.
Der rechnerische Nachweis lässt sich häufig umgehen, indem eine Dampfsperre mit einem sd-Wert von mindestens einhundert Meter eingebaut wird.
Fazit: Ganzheitliche Betrachtung
Der U-Wert ist nicht alleine entscheidend. Wärmeschutz und Feuchteschutz wollen stattdessen ganzheitlich betrachtet und umgesetzt werden. Wenn uns dies gelingt, erreichen wir einerseits die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich Energieeinsparung und brauchen andererseits keine Schäden durch Tauwasser und Schimmel zu befürchten.
Friedhelm Maßong
Dipl.-Bauingenieur (FH) und Dachdeckermeister Friedhelm Maßong ist Sachverständiger für Dachkonstruktionen, freier Dozent, Trainer und Buchautor aus Überlingen.