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Übersicht
  • Energieeffizienz der Gebäudehülle
  • Außenwand
  • Dach
  • Lichtdurchlässige Bauteile
  • Tore


Jeder Energieverlust kostet bares Geld, deshalb sollte die erzeugte Wärme auch möglichst vollständig im Gebäude genutzt werden.

Neben unzureichender Wärmedämmung der Gebäudehülle sind oft überalterte, zu große oder undichte Hallentore Grund für relativ hohe Wärmeverluste und Energiekosten. Dies bedeutet, nicht nur die Dämmung einer Halle zu planen, sondern auch die „Leckagen“ zu berücksichtigen. Denn was nützt eine gute Wärmedämmung, wenn die mit teurer Energie erwärmte Innenluft durch offen stehende Tore oder undichte Stellen in der Gebäudehülle entweichen und ständig kalte Außenluft in das Gebäude einströmen kann?

Neben baulichen/technischen Maßnahmen kann es oft auch sinnvoll sein, das Heiz-und Lüftungskonzept auf die betrieblichen Abläufe anzupassen.


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Energiebilanz Gebäude
Energiebilanz Gebäude
Copyright: HWK-Münster

Aufgabe einer Gebäudehülle ist es, im Inneren eine von den klimatischen Einflüssen unabhängige und für den Mitarbeiter akzeptable Umgebung zu schaffen. Gleichzeitig soll sie z.B. für die Nachbarschaft störende Schallemissionen dämpfen, die Einrichtung sichern…., zusammengefasst: die Emissionen und Immissionen zu mindern.

Nicht alle Bereiche in einem Betriebsgebäude müssen die gleiche Temperatur  haben. Während sich z.B. Mitarbeiter mit überwiegend sitzender Tätigkeit in der Regel bei Temperaturen von ca. 21°C wohl fühlen, finden Mitarbeiter bei körperlich anstrengende Arbeiten - womöglich in der Nähe von Schmelzöfen o.Ä. - eine Lufttemperatur von 12-19°C angenehm. Ein Lager muss nicht unbedingt geheizt sein, wenn die Waren darin Frost- oder Hitze-fest sind. Daher bestimmt die Art der Nutzung die Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen im Gebäude.


Wärmeleitfähigkeit
Wärmeleitfähigkeit
Copyright: Handwerkskammer Münster

Um eine wärmedämmende Gebäudehülle zu erstellen, müssen die zwei Hauptarten der Wärmeverlustmöglichkeiten berücksichtigt werden, nämlich die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste. Die Transmissionswärmeverluste beruhen darauf, dass alle Konstruktions- aber auch die Dämmmaterialien (mit Ausnahme des Vakuums) bei unterschiedlicher Innen- und Außentemperatur den ausgleichenden Wärmestrom zwar dämpfen (⇒Dämmung), nicht aber unterbinden (⇒Isolierung). Maß für den Transmissionswärmeverlust ist der Wärmedurchgangskoeffizient oder U-Wert mit der Maßeinheit Watt pro Quadratmeter und Kelvin [W/(m²·K)].

Die Außenwände stellen in der Regel die größte Fläche der Gebäudehülle mit entsprechend hohem Anteil an Wärmeverlusten durch Transmission dar. Die Dämmung der Außenwände bietet daher ein großes Potenzial in Bezug auf den Gesamtenergiebedarf eines Gebäudes.

Sowohl bei einer Sanierung als auch beim energieeffizienten Neubau ist es wichtig, die thermische Hülle zu definieren. Die dämmende Hülle muss möglichst lückenlos das beheizte Volumen umschließen. Die über die wärmeübertragende Umfassungsfläche gemittelten U-Werte bilden den spezifischen Transmissionsverlust HT´. 


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Wandtypen
Wandtypen
Copyright: HWK-Münster

Der mittlere U-Wert der Wandelemente beträgt bei einem Neubau eines Nichtwohngebäudes maximal 0,28 W/(m²K). Das entspricht grob einem Mauerwerk mit einer ca. 14 cm dicken Dämmebene. Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Fassadendämmung. Welche davon genutzt wird, richtet sich in erster Linie nach dem Wandaufbau des Gebäudes:


  • Monolithisches Mauerwerk – hier hat das Mauerwerk sowohl tragende als auch dämmende Funktion. Die Steine bestehen entweder aus hochporösem Porenbeton oder Ziegel mit hohem Porenanteil und/oder mit Dämmmaterial gefüllten Gitterstrukturen. Problematisch können Details, wie z.B. einbindende/aufliegende Betonteile sein, die den Wandaufbau konstruktionsbedingt verschlanken.

  • Wärmedämm-Verbundsystem – das Dämmmaterial wird direkt von außen auf die Wand aufgebracht und anschließend verputzt. Diese Art der Dämmung, (zumeist mit Polystyrol- oder Mineralwolleplatten) ist geeignet, um Wärmebrücken durch Material-Inhomogenitäten zu überdämmem.

  • Kerndämmung – der Hohlraum einer 2-schaligen Wand wird mit Dämmstoff gefüllt. Nachträglich lässt sich der Luftspalt mit Dämmstoff im Einblasverfahren ausfüllen.

  • Innendämmung – die Dämmung wird auf der Innenseite der Fassade angebracht. Diese Art der zumeist nachträglichen Dämmung ist aus bauphysikalischen Gründen mit Vorsicht zu genießen, da auf der Innenseite einbindende Bauteile (Wände, Decken..) Wärmebrücken darstellen. Außerdem kann die Verlagerung des Taupunktes durch die Dämmung auf die Innenseite des Mauerwerks zu Problemen führen. Die Innendämmung sollte nur dann angewendet werden, wenn eine Außendämmung, z.B. durch Denkmalschutzauflagen, nicht möglich ist.

  • Vorhangfassade – gerade im Gewerbebau wird – auch zur konstruktiven Flexibilität – die tragende und dämmende Ebene der Wand getrennt. Der tragende Teil kann aus einem Stahl-, Beton- oder Holz-Rahmensystem oder einer Mauerwerkswand bestehen. Unabhängig davor wird eine Dämmebene aus Stahlblech-PU-Sandwichelementen oder Dämmstoff-gefüllten Holztafelelementen vorgehängt.



Die Anforderungen an die Außenwand umfasst nicht nur die Optimierung der Dämmwirkung der Wand, sondern auch die Reduzierung der Verluste über Wärmebrücken. Als Wärmebrücken werden örtlich begrenzte Bereiche in der wärmeübertragenden Hülle eines Bauwerks bezeichnet, die eine höhere Wärmestromdichte als die benachbarten ungestörten Bauteile aufweisen. Diese Bereiche sind hinsichtlich der Wärmedämmung eine Schwachstelle in der Konstruktion, da es hier zu erhöhten Wärmeverlusten aus Transmission kommt. Mit zunehmendem Dämmstandard bekommen die Wärmebrücken als wärmetechnische Schwachstelle immer mehr Bedeutung und das nicht nur unter energetischen Aspekten, sondern auch wegen dem unmittelbaren Einfluss auf die hygienischen Bedingungen im Innenraum.

Aufgrund der höheren Wärmestromdichte im Bereich von Wärmebrücken verringern sich die Oberflächentemperaturen des Bauteils auf der Rauminnenseite. Dies hat unterschiedliche Folgen:


  • Die stärkere Abkühlung auf der Raumseite der Konstruktion; dadurch kann es zu Einschränkungen bei der Behaglichkeit kommen, da das Bauteil als kalt empfunden wird. Zusätzlich kann es zu Strahlungsasymmetrien zwischen anderen angrenzenden Bauteilen kommen, die als unbehaglich empfunden werden.

  • Die höhere Wärmestromdichte der Wärmebrücke bedeutet auch höhere energetische Verluste in diesem Bereich.

  • Durch das geringere Temperaturniveau des kalten Bauteils kommt es in der Grenzschicht der Luft zu einer Erhöhung der relativen Luftfeuchte und dem Ausfall von Tauwasser auf dem Bauteil. Ab einer relativen Luftfeuchte von 80% besteht die Gefahr eines Schimmelpilzbefalls. Wärmebrücken führen häufig zu einem hygienischen und ggf. gesundheitlichen Problem.



ungedämmte Fensterbrüstung
ungedämmte Fensterbrüstung
Copyright: HWK-Münster


Wärmebrücken lassen sich nach drei üblichen Arten einteilen:


  • materialbedingte Wärmebrücken

  • konstruktionsbedingte Wärmebrücken

  • geometriebedingte Wärmebrücken



An Gebäuden finden sich Wärmebrücken am häufigsten an folgenden Bauteilen:


  • Innenwandanschlüsse an Außenwand, Boden oder Decke

  • Bodenplatte an Außenwand und Fundamenten

  • Deckenplatten in Außenwände einbindend

  • Innen- und Außenecken von Fassaden

  • Anschlüsse auskragender Bauteile, wie z. B. Balkone oder Vordächer

  • Eckausbildung von Außenwand an Decke und Dach

  • Durchdringungspunkte von Versorgungsleitungen



Arten von Wärmebrücken
Arten von Wärmebrücken
Copyright: HWK-Münster



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Das Dach ist den Witterungseinflüssen und Temperaturschwankungen am stärksten ausgesetzt. Da die Raumluft in der Regel unter der Decke am wärmsten ist, ist das Temperaturgefälle im Dach besonders hoch. Dadurch wird hier eine besonders gute Wärmedämmung benötigt. Dächer von Gewerbehallen sind meistens Leichtbaukonstruktionen, wie z,B. Trapezblech mit Dämmschicht und Eindichtung oder Sparrendächer mit Zwischen- oder Aufsparrendämmung. Wegen des hohen Temperaturgefälles und der Art der Konstruktion ist die Luftdichtung auf der Dach-Decken-Innenseite besonders wichtig: Gelangt die feuchte und warme Luft in die Dämmebene und kühlt sich dort ab, fällt bei Erreichen des Taupunktes Wasser aus und durchfeuchtet die Dämmung. Diese verliert dadurch einen großen Teil der Dämmwirkung. Insbesondere bei Holz kommt es schnell zu Schäden an der Tragkonstruktion.

Da die wasserführende, obere Schicht des Daches (Folie, Bitumenbahn, Blech oder Dachpfannen) in der Regel hinterlüftet ist, kann bei Undichtigkeiten der inneren Ebene zudem viel Wärme durch Diffusion entweichen.

Im Sommer ist das Dach der Sonnenstrahlung am intensivsten ausgesetzt und heizt sich am stärksten auf. Um zu vermeiden, dass sich die darunter befindlichen Räume überhitzen und die Wärme energieintensiv weggekühlt werden muß, gibt es verschiedene Strategien:


  • das Dach wird mit Materialien gedämmt, die die eingestrahlte Wärme mittelfristig speichern können. Hierfür geeignet sind z.B. Holzfaser-Dämmplatten, die bei einer hohen Rohdichte und spezifische Wärmekapazität  die eingestrahlte Wärme bis zu 12 Std. speichern und erst dann wieder abgeben (Phasenverschiebung).

  • die oberste Schicht des Daches oder auch der Wand wird sehr gut hinterlüftet: sobald die Luft zwischen Deckschicht und Dämmung warm genug ist, steigt sie auf und verlässt die Konstruktion durch dafür vorgesehene Öffnungen (Hutzen oder Lüfterpfannen). Durch den Auftrieb entsteht im Dach ein Unterdruck und kühlere Außenluft kann nachströmen. Nicht so gut geeignet ist diese Strategie bei Flachdächern, da sich in diesen ein Kamineffekt nur schlecht entwickelt.




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Arten der Verglasung
Arten der Verglasung
Copyright: HWK-Münster

Fenster und Fenstersysteme sind auch im Gewerbebau Gebäudekomponente mit vielfältigen Anforderungen an Funktion und Gestaltung: Im Winter wenig Raumwärme raus- aber viel Solarwärme reinlassen, im Sommer den solaren Wärmeeintrag begrenzen und immer möglichst viel Tageslicht ins Innere leiten.

Bei der Technologie der Verglasung haben sich in den letzten Jahren die größten Veränderungen ergeben. Durch die Entwicklung der Mehrfachverglasungen, der Beschichtung der Gläser mit metallfolien/-bedampfungen und der Füllung der Zwischenräume mit Edelgasen hat sich die Wärmedurchlässigkeit der Verglasung um einen Faktor 10 verbessert. Das ist nicht nur für den Heizwärmebedarf wichtig, sondern auch für den Raumkomfort.

Neben dem winterlichen Wärmeschutz, der die Kosten für die Beheizung bestimmt, kann auch der sommerliche Wärmeschutz zur Vermeidung von Kosten für die Kühlung / Klimatisierung wichtig sein. Hierbei haben die lichtdurchlässigen Bauteile die größte Relevanz.

Grundsätzich gibt es bei der Verglasung von Räumen den Zielkonflikt, dass zwar möglichst viel Tageslicht gewünscht oder gefordert ist (min. 20%), Fenster und Lichtbänder aber in Punkto Wärmedämmeigenschaften (bis auf die 3-fach Verglasung) immer schlechter sind als opake Wände. Aus Sicht des Heizenergiebedarfs sollten im Winter die Fenster also möglichst klein und aus Sicht des Stromverbrauchs für Beleuchtung möglichst groß sein. Im Sommer sind die transluzenten Bauteile problematisch, da bei fehlendem oder falschem Sonnenschutz eine Überhitzung der Räume droht, die nur durch zusätzliche Lüftung oder Klimatisierung reduziert werden kann. Ist die kurzwellige Sonnenstrahlung erst einmal durch die Verglasung in den Raum gelangt und trifft auf Masse (z.B. Boden), wird ein Teil der Strahlung reflektiert, der andere absorbiert. Letzterer Anteil erzeugt (langwellige) Wärme, die in den Raum reemittiert wird und zur Aufheizung führt. 

Eine Strategie zur Vermeidung einer Überhitzung durch die warme Außenluft kann z.B. sein, nachts die kühle Luft zum Herunterkühlen zu nutzen und die (Fenster-)Lüftung über Tag zu minimieren. Grenzen sind durch die – allerdings seltenen - tropischen Nächte gesetzt.

Ein Überhitzen über die transluzenten Bauteile wie Fenster, Lichtbänder… kann nur durch einen effektiven Sonnenschutz erfolgen. Dieser muss außerhalb der Fenster angebracht sein, denn - ist die kurzwellige Strahlung erst einmal im Gebäudeinneren - wandelt sich die Strahlung in langwellige Wärmestrahlung. Eine totale Verdunkelung ist zumeist nicht sinnvoll, da ansonsten Strom für die Beleuchtung eingesetzt werden müsste. Ein guter Kompromiss sind bei vertikalen Fensterflächen außen liegende Lamellenstores, die in ihrem oberen Teil Lichtlenk-Lamellen haben und einen Teil der Strahlung an die Decke reflektieren.

solare Wärmeentwicklung
solare Wärmeentwicklung
Copyright: HWK-Münster



Schaufenster im Winter
Schaufenster im Winter
Copyright: HWK-Münster


Schaufenster im Sommer
Schaufenster im Sommer
Copyright: HWK-Münster


innenliegender Sonnenschutz
innenliegender Sonnenschutz
Copyright: HWK-Münster



Schaufenster mit Vordach
Schaufenster mit Vordach
Copyright: HWK-Münster


aussenliegendem Sonnenschutz
aussenliegendem Sonnenschutz
Copyright: HWK-Münster


Lichtlenk-Lamellen
Lichtlenk-Lamellen
Copyright: HWK-Münster



Halle mit Lichtbändern
Halle mit Lichtbändern
Copyright: HWK-Münster


Halle mit Sheddach
Halle mit Sheddach
Copyright: HWK-Münster

Bei Oberlichtern oder Lichtkuppeln im Dach besteht das Problem, dass eine wetterfeste Verschattung auf der Außenseite selten möglich ist. Hier ist oft nur ein Blendschutz auf der Innenseite möglich.

Bei einem sägezahnförmigen Sheddach ist zumeist die Licht-undurchlässige Seite nach Süden gewandt und die transluzente Fläche nach Norden. So wird erreicht, dass - wie beim Atellierfenster - das ganze Jahr über das blendfreie, diffuse Nordlicht einfällt. Mit der Konstruktion wird im Sommer auch ein angenehmes Raumklima ohne Überhitzungen gewährleistet.


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In fast allen Gewerbebauten sind z.T. sehr großflächige Tore zu finden. Diese sind für die Zulieferung und den Abtransport von Gütern erforderlich. Während im Sommer über die offenen Tore Frischluft in die Halle kommen kann, sollten die Tore natürlich im Winter möglichst immer geschlossen sein. Ansonsten ist dem Wärmeverlust "Tür und Tor" geöffnet.

Betrachtet man die auf dem Markt gängigen Torsysteme (Sektionaltor, Folien-Rolltor, Lamellen-Rolltor, Schnelllaufspiraltor), gibt es hier große Unterschiede hinsichtlich Aufbau, Materialien und Dämmung, Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten und Steuerungstechniken. Für eine Bewertung der Tore sind neben dem U-Wert der Tore, die Luftdichtigkeit, die Torfläche, die Öffnungszeit und-geschwindigkeit und – nicht zu vergessen – die Temperatur in der Halle wichtig.

Es hat sich gezeigt[1] , dass öffnungsbedingte Lüftungswärmeverlust bereits bei einer 3-minütigen Öffnungsdauer pro Stunde während der Nutzungszeit den Wärmeverlust durch Transmission und Leckagen des Tores übersteigt. Bei gleichzeitigem Öffnen von gegenüberliegenden Toren kann sich der torbedingte Mehrbedarf an Wärme nochmals um mehr als 10 % im Vergleich zu einem hintereinander erfolgten Öffnen zweier Tore erhöhen.

Grundsätzlich sollte bei geringen Öffnungszyklen aus energetischer Sicht auf eine hohe Dämmung und Dichtheit des geschlossenen Tores geachtet werden. Bei häufigen Öffnungszyklen ist vorrangig die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Tores relevant. Dämmung und Dichtheit des Tores haben einen untergeordneten Einfluss. In diesem Fall sollte darauf geachtet werden, dass die Raumluft-Temperatur in der Nähe der Tore möglichst gering ist. Das kann z.B. dadurch erreicht werden, dass für die Beheizung überwiegend über Strahlungsheizung (Hell-, Dunkelstrahler oder Deckenstrahlplatten) eingesetzt wird.

Die Zahl der Toröffnungen lässt sich in der Regel auch senken, wenn Innen- und Außenlager so organisiert sind, dass alle häufig benötigten Teile und die Halbfertigprodukte in der Halle gelagert werden.

Zur Steigerung der thermischen Behaglichkeit durch Vermeidung von Zugluft und zur Minimierung des Luftwechsels zwischen Innen und Außen können Luftschleier-oder Luftwandanlagen eingesetzt werden.

Besonders wichtig ist es aber, dass man es den Mitarbeitern leicht macht, die Tore zu schließen oder automatisiert mittels moderner sensorischer Systeme den Aufwand vermindert.

Um die Zahl der Toröffungen zu begrenzen, ist es in der Regel sinnvoll, Schlupf oder Nebentüren für die Personen einzubauen, die - ohne Fahrzeug - das Gebäude verlassen oder betreten. Mechanisch stabiler und besser zu dämmen sind dabei die Nebentüren.

IR-Bild Sektionaltor
IR-Bild Sektionaltor
Copyright: HWK-Münster


[1] = Unterschiedliche Torsysteme in Industriegebäuden unter Berücksichtigung energetischer, bauklimatischer und wirtschaftlicher Aspekte – Endbericht, (2013),Technische Universität München, Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik, Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen


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