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Nachweis der Gleichwertigkeit nach Beiblatt 2
Mit dem Programm Psi-Therm ist es sowohl möglich, Wärmebrücken auf der Grundlage der nach DIN EN ISO 10211 festgelegten Randbedingungen zu berechnen als auch einen Nachweis der Gleichwertigkeit nach Beiblatt 2 zu führen.
Der Nachweis der Gleichwertigkeit von Konstruktionen zu den im Beiblatt 2 aufgezeigten kann mit einem der nachfolgenden Verfahren vorgenommen werden:
a) Bei der Möglichkeit einer eindeutigen Zuordnung des konstruktiven Grundprinzips und bei Vorliegen der Übereinstimmung der beschriebenen Bauteilabmessungen und Baustoffeigenschaften ist eine Gleichwertigkeit gegeben.
Diese Art des Gleichwertigkeitsnachweises folgt dem Grundsatz, dass das zu beurteilende Detail mit einem Detail aus dem Beiblatt übereinstimmt. Ein Beispiel ist in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3: Gleichwertigkeitsnachweis nach Verfahren a)
b) Bei Materialien mit abweichender Wärmeleitfähigkeit erfolgt der Nachweis der Gleichwertigkeit über den Wärmedurchlasswiderstand der jeweiligen Schicht.
Diese Instruktion für eine Feststellung der Gleichwertigkeit soll ermöglichen, dass bei Einhaltung der energetischen Qualität der Gesamtkonstruktion auch abweichende Aufbauten verwendet werden können. In der Praxis wird man diese Regel vor allem dann anwenden können, wenn zum Beispiel Mauerwerk oder Dämmung geringerer Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz kommen soll. Es ist jedoch zu beachten, dass in Beiblatt 2 kein Wärmedurchlasswiderstand ausgewiesen wird, es ist daher immer zunächst davon auszugehen, dass der Aufbau mit den minimalen Wärmeleitfähigkeiten nach Beiblatt 2 als Vergleichsgrundlage zu dienen hat. Der folgende Vergleich verdeutlicht die Nachweisführung anhand eines Beispiels:
Tabelle 4: Gleichwertigkeitsnachweis nach Verfahren b)
Hinweis: Die Forderung nach Einhaltung des Wärmedurchlasswiderstandes gilt für alle Bereiche der Konstruktion, nicht nur für das Mauerwerk selbst. Deshalb ist bei dem dargestellten Detail eine Reduzierung der Dämmung auf 80 mm nur dann möglich, wenn eine Dämmung mit einer Wärmeleitfähigkeit von ≤ 0,03 W/(mK) zum Einsatz käme, da ansonsten der Wärmedurchlasswiderstand an der Stirnseite der Decke geringer ausfiele.
c) Ist auf dem unter a) und b) dargestellten Wege keine Übereinstimmung zu erreichen, so sollte die Gleichwertigkeit des Anschlussdetails mit einer Wärmebrückenberechnung nach den in DIN EN ISO 10211 beschriebenen Verfahren unter Verwendung der in Beiblatt 2 angegebenen Randbedingungen vorgenommen werden.
Für diese Art des Nachweises der Gleichwertigkeit ist also eine Berechnung des ψ-Wertes gefordert. Eine solche Berechnung kann nur unter Verwendung von speziellen EDV-Programmen vorgenommen werden. Zu beachten ist hierbei, dass in Beiblatt 2 an einigen Stellen von den in DIN EN ISO 10211 vorgeschriebenen Randbedingungen abgewichen wird (z.B. bei erdberührten Bauteilen). Die Berechnungen des ψ-Wertes für ebensolche Anschlussdetails können vorderhand nur für den Nachweis der Gleichwertigkeit verwendet werden und nicht für einen detaillierten Nachweis der Wärmebrückenverluste eines Gebäudes. Andererseits kann es erforderlich werden, alle Details eines Gebäudes bezüglich ihrer Gleichwertigkeit nachzuweisen, die Summe der nach Beiblatt 2 ermittelten längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten führt zum Gesamtverlust über Wärmebrücken. Teilt man diesen durch die wärmeübertragende Umfassungsfläche, so wird ein ΔUWB herauskommen, der unter Umständen unterhalb des nach DIN V 4108-6/DIN V 18599-2 angebotenen Wertes liegt. Wenn alle Details unter gleichen Randbedingungen ermittelt worden sind und der Gesamtverlust geringer ist als im Beiblatt 2 angegeben, so spricht nichts dagegen, den so ermittelten ΔUWB zu verwenden. Dementsprechend relativiert sich die Aussage nach Beiblatt 2 und eine detaillierte Ermittlung der Verlustwerte nach den Randbedingungen des Beiblatts 2 scheint möglich. Voraussetzung ist, und das ist nicht oft genug zu betonen, dass wirklich alle Details des Gebäudes berechnet worden sind – aber das entspricht ja auch der Intention des detaillierten Nachweises.
Die zu verwendenden Randbedingungen sind im Kapitel 7 des Beiblatts enthalten. InBild 2 werden exemplarisch die Randbedingungen für die Berechnung des ψ-Werteseines Anschlusses der obersten Geschossdecke dargestellt. Der Dachraum ist unbeheizt.
Bild 2: Randbedingung für die Berechnung des ψ-Wertes (Beispiel)
In den Randbedingungen werden festgelegt:
1. Wärmeübergangswiderstände (nach DIN EN 6946)
2. Der gewählte Außenmaßbezug der Bauteile nach DIN EN ISO 13789
3. Temperaturfaktoren (f-Werte)
Schauen wir uns zunächst eine Besonderheit der Randbedingungen an – den Temperaturfaktor f. Vorweg: Dieser hat nichts zu tun mit dem Faktor fRSi und auch nicht mit unserem Temperaturfaktor nach Gleichung 9.
Die Temperaturfaktoren fx sind aus den Temperaturkorrekturfaktoren Fx nach DIN V 4108-6 abgeleitet und stehen in folgender Beziehung zueinander:
[17]
Der Wert für den Temperaturkorrekturfaktor zum ungeheizten Dachraum Fu für das in Bild 2 aufgezeigte Anschlussdetail ist nach DIN V 4108-6 mit 0,8 anzunehmen, daher wird fu 0,2. Der Vorteil einer Verwendung des Temperaturfaktors besteht darin, dass auf das Umrechnen auf die konkreten Temperaturen verzichtet werden kann, was eine Vereinfachung, gleichwohl aber keine Notwendigkeit und schon gar keine Voraussetzung darstellt. Da der Temperaturfaktor mit dem Temperaturkorrekturfaktor in der in Gleichung 17 gezeigten Art in Verbindung steht, ist es wichtig, in der Berechnung mit Psi-Therm auch die tatsächlich in der Berechnung des Transmissionswärmeverlustes für das jeweilige Bauteil verwendeten Fx-Werte zu benutzen. Anderenfalls ist die Berechnung der ψ-Werte nicht korrekt. Die nach DIN V 4108-6 /DIN V 18599-2 anzusetzenden Temperaturkorrekturfaktoren sind der Tabelle 3 zu entnehmen.
Tabelle 5: Anzuwendende Temperaturkorrekturfaktoren
Die Temperaturkorrekturfaktoren für an das Erdreich grenzende Bauteile (Bodenplatte, Kellerwand) werden im Beiblatt 2 einheitlich für alle Details mit 0,6 festgelegt. Diese Annahme liegt auf der sicheren Seite, da die positiven Einflüsse aus Geometrie und Dämmung derartiger Bauteile nicht in die Berechnung eingehen. Für detaillierte Nachweise nach DIN EN ISO 10211 sollten diese Einflüsse jedoch nicht unberücksichtigt bleiben. Was ist aber zu tun, wenn nach Psi-Therm mit realen Temperaturen gerechnet werden soll? In diesem Fall sind die Temperaturfaktoren in Temperaturen umzurechnen. Beispiele für Temperaturen, die sich aus der Anwendung des nach Gleichung 17 dargestellten Zusammenhanges ergeben, zeigt Tabelle 5. Wir gehen hierbei davon aus – so wie in DIN 4108-2 festgelegt –, dass die Standardtemperaturdifferenz zwischen innen und außen 25 K beträgt (innen: 20 °C, außen: - 5 °C). An diese Temperaturdifferenz werden mit den Temperaturkorrekturfaktoren Fx die anderen Randbedingen angepasst, sozusagen als Relativwert. So bedeutet beispielsweise, dass bei einem Temperaturkorrekturfaktor von 0,8 (nicht ausgebauter Dachraum) die Temperaturdifferenz zwischen dem auf 20 °C temperierten Innenraum und dem Dachraum nur 80 % der Standardtemperaturdifferenz von 25 K entspricht. Die Temperatur des Dachraums würde dementsprechend 0 K betragen, zumindest für die Berechnung des ψ-Wertes, denn wir wissen ja, dass für die Berechnung der Oberflächentemperatur die Werte nach Tabelle 2 anzunehmen sind.
In der Tabelle 5 sind die Zusammenhänge für ausgewählte Fx-Werte noch einmal als Übersicht dargestellt. Diese Übersicht soll helfen, die richtigen f-Werte für die Berechnung mit Psi-Therm auszuwählen oder zu berechnen.
Randbedingungen:
Außen: - 5 °C
Innen: + 20°C
Temperaturdifferenz: 25 K
Tabelle 5: Berechnung der anzusetzenden Außentemperaturen aus den f-Werten
Alle im Beiblatt berechneten ψ-Werte sind außenmaßbezogene Werte. Der ψ-Wert wird bestimmt nach:
[18]
l2D der längenbezogene thermische Leitwert aus einer 2-D-Berechnung;
Uj der Wärmedurchgangskoeffizient des 1-D-Teiles;
lj die Länge, über die der Uj-Wert gilt.
Da über den Außenmaßbezug nach DIN EN ISO 13789 bei der Berechnung der Wärmeverluste schon ein Teil der Wärmebrückenverluste in die Berechnung eingeht, ist der ψ-Wert vor allem ein Verhältniswert, der das Verhältnis bereits einbezogener Verluste zu den tatsächlich vorhandenen Verlusten darstellt. Der außenmaßbezogene ψ-Wert ist daher kein Wert zur energetischen Beurteilung der Anschlussdetails. Der Nachweis der Gleichwertigkeit über die Berechnung des ψ-Wertes soll im Folgenden an einem Beispiel erläutert werden.
Tabelle 6: Gleichwertigkeitsnachweis nach Verfahren c)
Die Modellierung des Details sowie die Ergebnisse (Wärmeströme) sind aus Bild 2 zuentnehmen.
Bild 2: Eingabedaten und Ergebnisse der Berechnung mit dem Programm Psi-Therm
Auf der Basis der Berechnungsergebnisse erfolgt die Ermittlung des längenbezogenen Wärmebrückenkoeffizienten.
Der Nachweis der Gleichwertigkeit wurde erbracht, da der berechnete ψ-Wert mit dem nach Beiblatt 2 geforderten übereinstimmt. Bei Übereinstimmung der restlichen Detaillösungen des Gebäudes mit den in Beiblatt 2 enthaltenen kann somit der pauschale Wärmebrückenzuschlag von 0,05 W/(m²K) zur Anwendung gebracht werden. Sollten auch andere Details nicht mit denen nach Beiblatt 2 übereinstimmen, so ist die oben veranschaulichte Vorgehensweise für jedes Detail zu wiederholen.
d) Ebenso können ψ-Werte Veröffentlichungen oder Herstellernachweisen entnommen werden, die auf den im Beiblatt festgelegten Randbedingungen basieren.
Mit dieser vom Beiblatt 2 eingeräumten Nachweisart wird erstmals die Möglichkeit eröffnet, die von Herstellern bereitgestellten ψ-Werte als Grundlage einer Gleichwertigkeitsbeurteilung zu verwenden. Dem Planer obliegt jedoch eine gewisse Prüfpflicht, die sich vor allem darauf beschränkt, die verwendeten Randbedingungen zu hinterfragen. Gegebenenfalls sollte sich der Planer, um die Haftungsfrage eindeutig zu regeln, vom Anbieter die verwendeten Randbedingungen detailliert bescheinigen lassen. Alle die in diesem Katalog berechneten Werte basieren auf den Randbedingungen von Beiblatt 2 und können daher auch für den Nachweis der Gleichwertigkeit verwendet werden.
Hinweis zur Bagatellregelung nach EnEV:
Soweit nach den Vorgaben des Beiblatts 2 Gleichwertigkeitsnachweise zu führen wären, ist dies nach EnEV 2009 für solche Wärmebrücken nicht erforderlich, bei denen die angrenzenden Bauteile kleinere Wärmedurchgangskoeffizienten aufweisen, als in den Musterlösungen der DIN 4108 Beiblatt 2:2006-03 zugrunde gelegt sind. Diese in der EnEV enthaltene Regelung führt bislang leider zu missverständlichen Interpretationen und soll daher kurz erläutert werden:
Skizze: Bild 17 nach Beiblatt 2 zu DIN 4108
Der Text der EnEV lässt folgende Interpretationen zu:
Variante A: Auf einen Kimmstein kann verzichtet werden, wenn die angrenzenden Bauteile (hier Sohlplatte und zweischalige Außenwand) jeweils einen geringeren UWert aufweisen als die im Bild dargestellte Musterlösung.
Variante B: Die Musterlösung ist grundsätzlich mit Kimmstein umzusetzen. Da aber auch eine dickere Wärmedämmung (z.B. Außenwand mit 160 mm Dämmung) vom Konstruktionsprinzip nach Beiblatt 2 abweicht, wäre ein Gleichwertigkeitsnachweis erforderlich. Aufgrund des Verordnungstextes ist dieser aber entbehrlich.
Es ist anzunehmen, dass der Verordnungsgeber die Variante B meinte. Bis zu einer offiziellen Klarstellung ist zu empfehlen, nicht allein auf die U-Werte der angrenzenden Bauteile abzustellen und zusätzlich den Nachweis der Einhaltung der Mindestoberflächentemperatur nach DIN 4108-2 an der ungünstigsten Stellen zu führen.
Empfehlungen zur energetischen Betrachtung
Das alte Beiblatt 2 ließ die Frage offen, unter welchen Voraussetzungen geometrische und konstruktive Wärmebrücken im öffentlich-rechtlichen Nachweis unberücksichtigt bleiben dürfen. Diese Frage wird im neuen Beiblatt wie nachfolgend aufgezeigt beantwortet:
1. Anschlüsse Außenwand/Außenwand (Außen- und Innenecke) dürfen beider energetischen Betrachtung vernachlässigt werden.
Diese Möglichkeit wurde deshalb eingeräumt, weil der Außenmaßbezug bei der Berechnung der thermischen Verluste über die Außenwände die zusätzlichen Verluste an solchen Anschlüssen generell einschließt. Bei der detaillierten Berechnung des außenmaßbezogenen ψ-Wertes für solche Anschlussdetails werden daher auch stets negative Verlustwerte (sprich: Wärmegewinne) ermittelt. Eine Gleichwertigkeitsbetrachtung ist daher entbehrlich. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Gewinne bei einer detaillierten Berechnung aller Wärmebrücken eines Gebäudes nach DIN EN ISO 10211 nicht einbezogen werden dürfen.
Ergänzend sei jedoch hinzugefügt, dass diese Empfehlung nur für den Fall einer thermisch homogenen Eckausbildung zutrifft. Werden zum Beispiel Stahlbetonstützen oder Stahlstützen im Eckbereich angeordnet, so ist sicherlich eine detaillierte Berechnung der ψ-Werte und der fRsi-Werte zu empfehlen. Derartige Konstruktionen werden von der oben erwähnten Vereinfachung nicht erfasst.
2. Der Anschluss Geschossdecke (zwischen beheizten Geschossen) an die Außenwand, bei der eine durchlaufende Dämmschicht mit einer Dicke ≥ 100 mm bei einer Wärmeleitfähigkeit von 0,04 W/(mK) vorhanden ist, kann bei der energetischen Betrachtung vernachlässigt werden.
Ein Beispiel für die Anwendung dieser Vereinfachung dokumentiert Bild 3
Bild 3: Anschlussdetail Decke/Außenwand
Die zusätzlichen Verluste am Anschluss Decke /Außenwand sind auch für den in Bild 3 dargereichten Fall durch den im Nachweis verwendeten Außenmaßbezug bereits im Gesamtverlust der Außenwand enthalten. Die geforderte minimale Oberflächentemperatur von 12,6 °C an der Innenseite wird aufgrund der durchlaufenden Dämmschicht mit einem Mindestwärmedurchlasswiderstand von 2,5 m²K/W sicher eingehalten. Werden zum Beispiel Aussteifungsstützen im Außenmauerwerk angeordnet, so gilt diese Vereinfachung aber nur dann, wenn die Außenwand bereits als zusammengesetztes inhomogenes Bauteil berechnet wurde. Eine detaillierte Berechnung der Oberflächentemperatur sollte auch für diesen Fall vorgenommen werden.
3. Anschluss Innenwand an eine durchlaufende Außenwand oder obere und untere Außenbauteile, die nicht durchstoßen werden bzw. wenn eine durchlaufende Dämmschicht mit einer Dicke von ≥ 100 mm bei einer Wärmeleitfähigkeit von 0,04 W/(mK) vorliegt, dürfen bei der energetischen Be trachtung vernachlässigt werden.
Die Grundlage für diese Vereinfachung wurde bereits unter 1. erläutert. Diese Empfehlung folgt dem Grundsatz, dass ohne Perforation der Dämmschicht keine Wärmebrücken auftreten, zumindest nicht für den hierorts bereits mehrfach erwähnten außenmaßbezogenen Berechnungsfall. In Bild 4 ist ein Beispiel für die Anwendung dieser Empfehlung beigefügt.
Bild 4: Anschlussdetail Pfettendach an das Außenmauerwerk
Hinweis: Mit dem in Bild 4 dargestellten Konstruktionsprinzip sind auch auskragende Bauteile (Balkonplatte) erfasst. Hier fordert das Beiblatt, grundsätzlich auskragende Bauteile thermisch von der Gebäudehülle zu trennen. Auch für diesen Anwendungsfall sind keine weiteren Nachweise erforderlich.
4. Einzeln auftretende Türanschlüsse in der wärmetauschenden Hüllfläche (Haustür, Kellerabgangstür, Kelleraußentür, Türen zum unbeheizten Dachraum) dürfen bei der energetischen Betrachtung vernachlässigt werden.
Diese normativen Hinweise würdigen den Umstand, dass derlei Wärmebrücken auf den Energieverlust eines Gebäudes in der Tat nur einen geringen Einfluss haben. Detaillierte Nachweise sind ohnehin sehr aufwendig und nur mit vereinfachenden Modellbildungen realisierbar. Dies schließt aber wiederum nicht die Sorgfaltspflicht des Planers aus, diese Details so zu planen, dass an den Anschlüssen keine niedrigen Oberflächentemperaturen aufgrund hoher Wärmeverluste auftreten. Mit der im Normentext gewählten Formulierung soll lediglich die Möglichkeit eingeräumt werden, auch bei Vorhandensein einzelner im Beiblatt nicht abgebildeter Details trotzdem den pauschalen Wärmebrückenverlust von 0,05 W/m²K auf die gesamte wärmeübertragende Umfassungsfläche anwenden zu können.