Messmethoden zum Nachweis der Projektierungsvorschriften der Energieeinsparverordnung - EnEV

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Stand der Technik - Die Energieeinsparverordnung (EnEV)
2.1 Entstehung der Energieeinsparverordnung
2.2 Ziel der Energieeinsparverordnung
2.3 Inhalte der Energieeinsparverordnung

3. Messmethoden zum Nachweis der Vorschriften der EnEV
3.1 Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen
3.1.1 Wärmetechnische Grundlagen
3.1.2 Messmethoden zur Bestimmung des Wärmedurchgangs- koeffizienten
3.1.2.1 Bestimmung des U-Wertes über die Dichte
3.1.2.2 Bestimmung des U-Wertes über den Wärmedurchlass- widerstand
3.1.2.3 Auswertung der Messergebnisse
3.2 Untersuchung der Luftdichtheit eines Gebäudes
3.2.1 Luftdichtheitsmessung mit dem Blower-Door-Verfahren
3.2.2 Verfahren zur Darstellung der Leckagen
3.2.3 Checkliste zur Messdurchführung
3.3 Untersuchung von Gebäuden auf Wärmebrücken
3.3.1 Wärmebrücken und deren Auswirkungen
3.3.2 Grundlagen der Gebäudethermographie
3.3.3 Durchführung der Gebäudethermographie
3.3.4 Auswertung der Thermographiebilder
3.4 Bestimmung der Materialfeuchte von Bauteilen vor Ort
3.4.1 Feuchteeintritt
3.4.2 Feuchteschäden
3.4.3 Messverfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte
3.4.4 Auswertung der Messergebnisse

4. Durchführung einer Blower-Door-Messung
4.1 Messvorbereitung
4.2 Messdurchführung
4.3 Auswertung der Daten der Mehr-Punkt-Messung

5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Anhang A Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten nach EnEV

Anhang B Energiebedarfsausweis nach § 13 der EnEV

Anhang C Wärmebedarfsausweis nach § 13 der EnEV

Anhang D Leckageprotokoll Blower-Door-Messung

Bildverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Verzeichnis der Formelzeichen und Einheiten

Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Mit der Einführung der Energieeinsparverordnung (EnEV) stellen sich für Ingenieure und Architekten neue Anforderungen hinsichtlich der planerischen Gestaltung eines Gebäudes. Bauphysikalische und anlagentechnische Kriterien rücken näher zusammen, so dass eine ganzheitliche Planung eines Gebäudes unabkömmlich ist. Die EnEV berücksichtigt die gewachsenen wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen und folgt den gestiegenen Qualitätsforderungen bezüglich der Wärmebrückenthematik, Luftdichtheit, Wärmeschutz und Anlagentechnik von Gebäuden und spiegelt in ihren Vorschriften den Stand der Technik wieder Die energetischen Eigenschaften eines Gebäudes, die aus den Berechnungsvorschriften der EnEV resultieren, sind zukünftig in einem Energieausweis festzuhalten. Dieser dient als Nachweis der energetischen Gebäudekennwerte und ist bei Eigentumswechsel ein wichtiges Dokument für Käufer und Verkäufer.

Einem erhöhten Planungs- und Kostenaufwand stehen, bei konsequenter Einhaltung der EnEV-Vorschriften, erhebliche Einsparpotentiale wie geringerer Energieverbrauch und Vermeidung von Bauschäden gegenüber. Zusätzlich erhöhen sich Qualität der Gebäudesubstanz und Wohnkomfort.

Um die Einhaltung der Projektiervorschriften der Energieeinsparverordnung an einem fertig gestellten Gebäude messtechnisch nachzuweisen, werden nachfolgend Meß- methoden und Messverfahren genannt und beschrieben. Diese Verfahren sollen eine möglichst genaue Bestimmung des Gebäude-Ist-Zustandes hinsichtlich der genann- ten Qualitätsforderungen liefern, um somit nicht nur die Anwendung der Projektier- vorschriften der EnEV bei Gebäudeneubauten zu kontrollieren, sondern auch bei Bedarf eine zielgerichtete Sanierung von Altbauten gemäß EnEV zu ermöglichen.

2. Stand der Technik - Die Energieeinsparverordnung (EnEV)

2.1 Entstehung der Energieeinsparverordnung

Die Energieeinsparverordnung, veröffentlicht und ausgegeben am 21. November 2001 und seit dem 01. Februar 2002 als Gesetz in Kraft getreten, ist das Resultat einer konsequenten Anpassung der bestehenden Vorschriften an sich ständig verändernde technische und wirtschaftliche Randbedingungen.

Grundlage für die Entstehung der Energieeinsparverordnung bildet das, durch den Bundestag und Bundesrat erlassene Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäu- den (Energieeinspargesetz). Das Energieeinspargesetz ermöglichte zunächst das Erlassen der Rechtsverordnungen über einen energiesparenden Wärmeschutz von Gebäuden (Wärmeschutzverordnung) und über energiesparende Anforderungen an heizungstechnische Anlagen und Brauchwasseranlagen (Heizungsanlagenverord- nung). Die EnEV stellt einen inhaltlichen Zusammenschluss der Wärmeschutzver- ordnung und der Heizungsanlagenverordnung dar und löst seit in Kraft treten diese beiden Verordnungen ab.

2.2 Ziel der Energieeinsparverordnung

Wegen des bedeutsamen Einsparpotentials im Gebäudebereich bildet die Energieeinsparverordnung ein wesentliches Element des Klimaschutzprogramms der Bundesregierung. Gut ein Drittel der CO2-Emissionen wird dem Energieverbrauch im Gebäudebereich zugerechnet. Die jetzt vorgesehene Verschärfung der Anforderungen ist deshalb auch Bestandteil der Initiative der Bundesregierung zur Senkung der CO2- Emissionen, durch die bis zum Jahre 2005 eine Verminderung der Emissionen gegenüber dem Stand von 1990 um 25 % erreicht werden soll². Mit dieser Verordnung soll vor allem der Energiebedarf für die Beheizung von Gebäuden und die Warmwasserbereitung nachhaltig begrenzt werden.

2.3 Inhalte der Energieeinsparverordnung

Die Energieeinsparverordnung (EnEV) entält für den Neubau von Gebäuden folgende Bestimmungen:

Senkung des Energiebedarfs neu zu errichtender Gebäude auf einen Niedrig- energiehausstandard, also um Weiterentwicklung des vereinfachten Nachweisverfahrens für bestimmte Wohngebäude, Erleichterung des Einsatzes erneuerbarer Energien zur Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung insbesondere bei Neubauten, Erhöhung der Transparenz für Bauherren und Nutzer durch aussagefähige Ener- gieausweise (Anhang B und C).

Bei der Sanierung des Gebäudebestands nach EnEV sind folgende Bestimmungen einzuhalten:

- Verschärfung der energetischen Anforderungen bei wesentlichen Änderungen an Bauteilen, die erneuert, ersetzt oder erstmalig eingebaut werden, Verpflichtung zur Außerbetriebnahme besonders alter Heizkessel, die deutlich unter den heutigen Effizienzstandards liegen, bis zum Ende des Jahres 2005 bzw. 2008, Dämmung von obersten Geschossdecken und von ungedämmten Rohrleitungen für die Wärmeverteilung und Warmwasser bis Ende 2005, Rahmen für freiwillige Angabe von Energieverbrauchskennwerten. Weitere Vorschriften sind als übergreifende Schwerpunkte zu betrachten:

- Rechtsvereinfachung durch Zusammenfassung von Wärmeschutz- und Hei- zungsanlagenverordnung zu einer einheitlichen Verordnung,
- Entlastung des Verordnungstextes durch Verweise auf Regeln der Technik,
- Umsetzung europarechtlicher Vorgaben,
- Anpassung der energiesparrechtlichen Vorschriften an die Weiterentwicklung der technischen Regeln, insbesondere die neuen europäischen Normen.

3. Messmethoden zum Nachweis der Vorschriften der EnEV

3.1 Bestimmung des Wärmedurchgangkoeffizienten von Bauteilen

3.1.1 Wärmetechnische Grundlagen

Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Körpern versuchen sich stets da- durch auszugleichen, dass die Wärme vom Ort der höheren zu dem der niedrigeren Temperatur wandert. Dieser Wärmeübergang kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, durch Wärmestrahlung, Wärmekonvektion und Wärmedurchgang³. Die Wärmestrahlung Bei der Wärmestrahlung wird Energie in Form elektromagnetischer Wellen von Körpern abgegeben. Diese elektromagnetischen Wellen liegen im Wellenlängenbereich von 0,8 µm - 800 µm. Im Falle einer Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen zwei Körpern gibt der wärmere Körper mehr Energie als der kältere ab, so dass der kältere Körper die auf ihn gerichtete Strahlung des wärmeren Körpers aufnimmt. Dieses Aufnahme- bzw. Absorptionsvermögen ist allerdings stoffabhängig, weil die auf einen Körper auftref- fende Strahlung auch zum Teil reflektiert oder durchgelassen wird. Für den Energie- transport durch Strahlung ist kein Übertragungsmedium notwendig, er findet auch im gasleeren Raum statt. Die Wärmekonvektion Wird Wärme an strömende Flüssigkeiten oder Gase übertragen und diese aufgrund ihrer Bewegung den Energietransport vollziehen, nennt man das Konvektion oder Wärmemitführung. Diese Art der Wärmeübertragung unterscheidet sich in freie und erzwungene Konvektion. Wird bei der erzwungenen Konvektion die Bewegung des Fluids durch eine Pumpe oder ein Gebläse hervorgerufen, so findet bei der freien Konvektion diese Bewegung nur wegen der Wärmeübertragung selbst statt. Ursache für die freie Konvektion ist ein Dichteunterschied im Fluid, dieser entsteht durch Er- wärmen und Abkühlen des Fluides.

Innerhalb von Stoffen wird die Wärme vorwiegend durch Übertragung von Schwingungen von den wärmeren zu den niedriger temperierten Teilchen übertragen. Liegen die Teilchen dicht beieinander, können gleichzeitig viele Schwingungen übertragen werden. Befinden sich zwischen den Teilchen Hohlräume erfolgt die Übertragung langsamer. Die Wärmeleitfähigkeit der Stoffe ist deshalb in der Regel umso größer, je größer deren Dichte ist (Bild 01).

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Bild 01: Wärmeleitfähigkeitsbereiche einiger Baustoffe in Abhängigkeit der Dichte⁴

Die Wärmleitfähigkeit eines Stoffes ist demnach eine materialabhängige Größe, die durch den Wärmeleitkoeffizient ? mit der Einheit W/(mK) charakterisiert wird. Der Wärmeleitkoeffizient gibt die Wärmemenge an, die in 1 Sekunde durch 1 m² einer 1 m dicken Schicht eines Stoffes hindurchgeht, wenn sich die Oberflächentempera- turen dieser Schicht um 1 K unterscheiden³. Je größer ?, desto besser also das Wärmeleitvermögen eines Bauteiles oder desto geringer die wärmedämmende Wir- kung des Stoffes.

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Der daraus abgeleitete Wärmedurchlasswiderstand R (m² K/W) kennzeichnet die Fä- higkeit eines Bauteils, Wärme zu dämmen. Je größer R, desto besser die Wärme- dämmung.

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Der Wärmeübergang

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Feste Körper, die mit flüssigen oder gasförmigen Medien anderer Temperatur in Berührung kommen, geben Wärme an diese ab oder empfangen sie. Diese Übertragung wird Wärmeübergang genannt.

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Der Wärmeübergangskoeffizient drückt die Wärmemenge in Ws aus, die pro Sekunde zwischen 1 m² der Oberfläche eines festen Stoffes und der ihn berührenden Luft ausgetauscht wird, wenn der Temperaturunterschied zwischen Luft und Stoffoberfläche 1 Kelvin beträgt.

Weitere Kenngrößen des Wärmeübergangs sind der innere und äußere Wärmeüber- gangswiderstand. Der innere Wärmeübergangswiderstand Rsi (Formel 6) gibt an, welcher Widerstand einem bei einer Temperaturdifferenz von 1 K fließender Wärme- strom zwischen dem Wärmeverteiler und der inneren Oberfläche eines Bauteils ent- gegengesetzt wird.

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Der äußere Wärmeübergangswiderstand Rse (Formel 7) gibt an, welcher Widerstand einem bei einer Temperaturdifferenz von 1 K fließender Wärmestrom von der äußeren Wandoberfläche an die Außenluft entgegengesetzt wird. Beide Werte sind für das Bauwesen der DIN 4108-4 zu entnehmen (Tabelle 1).

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Tabelle 1: Wärmeübergangswiderstände Rs nach DIN 4108-4

Zusammensetzung des Wärmedurchgangskoeffizienten

Der U-Wert, in W/(m²K), ist folglich die wichtigste Größe zur Beschreibung und Beurteilung des energetischen Verhaltens eines Bauteils, weil in ihm sowohl die Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe als auch der Wärmeübergang von Baustoff zur Umgebungsluft bzw. umgekehrt berücksichtigt sind. Er gibt den Wärmestrom in Watt an, der eine 1 m² große Fläche bei einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin zwischen Innen- und Außenluft durchströmt. Schlecht gedämmte Bauteile weisen einen hohen, gut gedämmte Bauteile einen niedrigen U-Wert auf.

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Bild 02: Zusammensetzung des Wärmedurchgangskoeffizienten

3.1.2 Meßmethoden zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten

Das Bestimmen des Wärmedurchgangskoeffizienten (U) von vorhandenen Bau- konstruktionen ist dann notwendig, wenn eine Sanierung von Gebäuden erforderlich ist. Dies geschieht oft im Zusammenhang mit dem Einbau einer neuen Heizungsan- lage, um den verschärften energetischen Anforderungen der EnEV nachzukommen. Eine solche Bestimmung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Grundsätz- lich ist es wichtig Schichtdicke und Baustoff der zu bewertenden Konstruktion zu er- mitteln. Die sicherste Variante ist das Einsehen von Bauunterlagen, wie zum Beispiel Leistungsverzeichnisse und Bauzeichnungen. Sind solche Unterlagen nicht bzw. nicht mehr vorhanden, muss der Gebäudezustand in einer Vor-Ort-Analyse aufge- nommen werden. Eine wenig aufwendige Maßnahme ist dabei die Sichtkontrolle. Dabei müssen die Baukonstruktionen hinsichtlich ihrer Materialien und deren Schichtdicken begutachtet werden. Da dies allerdings nicht immer möglich ist (bei mehrschichtigen Wandaufbauten), sind messtechnische Untersuchungen oft uner- lässlich. Hierbei sind prinzipiell zerstörungsfreie und zerstörende Methoden zu unter- scheiden.

3.1.2.1 Bestimmung des U-Wertes über die Dichte

Bei diesem Verfahren ist ein Eingriff in die Baukonstruktion unvermeidlich, sofern nicht noch Baureste wie alte Steine vorhanden sind. Es handelt sich um eine zerstö- rende Methode. Dem Bauteil (der Wand) ist also eine Steinprobe beispielsweise in Form einer Kernbohrung zu entnehmen. Das Gewicht der Probe mProbe ist durch wie- gen festzustellen, anschließend wird das Volumen der Probe, wenn möglich, durch ausmessen der geometrischen Daten und anschließender Berechnung festgestellt. Dies ist bei einer quader- oder zylinderförmigen Probe problemlos zu bewerkstelli-

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Ist ein Ausmessen und anschließendes Berechnen nicht möglich, wird das Volumen der Probe in einem wenig aufwendigen Versuch ermittelt. Ein Gefäß, z.B. ein Mess- zylinder, wird mit einer bekannten Menge Wasser VWasser gefüllt. Die Steinprobe wird nun in das Gefäß getaucht und der neue Füllstand Vgesamt abgelesen. Mit der Gleich- ung (10) ist das Volumen der Probe (VProbe) einfach zu berechen. Ein Problem stellen dabei allerdings poröse Materialien dar. Diese würden die Prüfflüssigkeit zum Teil aufnehmen und nicht ihr gesamtes Volumen verdrängen. Poröse Stoffe sind deshalb vor Flüssigkeitseindringung zu schützen. Dieses kann durch einen Anstrich realisiert

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Mit Gleichung (11) erfolgt dementsprechend die Berechnung der Dichte Probe der entnommenen Probe.

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Die errechnete Dichte der Probe liefert mit Hilfe eines Wärmeleitfähigkeit-Dichte-Dia- gramms wie z.B. Bild 1, der DIN 4108-4 oder anderer Literatur für ältere Baustoffe Kenntnisse über die Wärmeleitfähigkeit der Probe. Nach dem Ablesen der Wärme- leitfähigkeit ist dann nach Formel 2 der Wärmedurchgangskoeffizient U zu berech- nen.

Aufgrund der Tatsache, dass eine Fehlinterpretation der Baustoffgruppe bzw. des Baustoffmaterials nicht auszuschließen ist und das Wärmeleitfähigkeit-Dichte- Diagramm nur Wärmeleitfähigkeitsbereiche von Baustoffgruppen darstellt, ist eine fehlerhafte Ermittlung aus dem Diagramm bzw. der Tabelle nach DIN 4108-2 nicht auszuschließen.

Beispiel einer Fehlerberechnung:

Einer Wand wird eine Steinprobe entnommen. Nach Durchführung der Untersu- chungen wird eine Dichte von = 2200 kg/m³ festgestellt. Aufgrund des optischen Ein- drucks wird vermutet, dass es sich um einen Vollklinker handelt. Mit diesen Kennt- nissen wird aus der DIN 4108-4 ein Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von = 1,2 W/mK ermittelt.

Geht man mit gleichen Kenntnissen in das Wärmeleitfähigkeit-Dichte-Diagramm (Bild 01) findet man lediglich eine gröbere Eingrenzung in eine Baustoffgruppe vor. Es wird die Baustoffgruppe „Mauerwerk“ gewählt. Der Wärmeleitfähigkeitsbereich be- trägt in dieser Baustoffgruppe für die Dichte von = 2200 kg/m³ dementsprechend 0,85 - 1,3 W/mK. Davon ausgehend, dass der in der DIN 4108-4 angegebene Wert weitestgehend dem tatsächlichen -Wert der zu analysierenden Probe entspricht, wird nachfolgend der maximal zu erwartende prozentuale Fehler F%,max berechnet.

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Es tritt also eine, für dieses Beispiel maximale Abweichung von 29,17% auf, obwohl die Stoffgruppe richtig zugeordnet wurde.

3.1.2.2 Bestimmung des U-Wertes über den Wärmedurchlasswiderstand

Im Gegensatz zur Bestimmung über die Rohdichte bietet die Bestimmung über den Wärmedurchlasswiderstand eine zerstörungsfreie Möglichkeit der Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten. Diese Methode ist allerdings nicht weniger aufwen- dig durchzuführen. Der U-Wert kann zwar vor Ort, ohne das Entnehmen von Proben, gemessen werden, das Messen erfordert bei schwereren Elementen aber eine Mess- periode von mindestens 48 Stunden⁵. Die Notwendigkeit dieser langen Messdauer ergibt sich aus dem instätionären Verhalten von Bauteilen. Der instationäre Zustand wird durch eine sich zeitlich ändernde Temperatur des Bauteils, aufgrund seiner nicht konstanten Umgebungstemperatur, hervorgerufen. Dieser Sachverhalt hat zur Folge, dass die durch das Bauteil fließenden Wärmeströme und die in ihm gespeicherte Wärme ebenfalls zeitlich variabel sind. Das Aufnehmen von Messwerten für Wärmestrom und Temperaturen über einen entsprechend langen Zeitraum und dem anschließenden Bilden von Mittelwerten soll in ausreichender An- näherung den stationären Zustand darstellen. Voraussetzungen für das Anwenden des Wärmestrommessverfahrens nach DIN EN 12494 sind zum einen konstante thermische Eigenschaften des zu untersuchenden Stoffes und zum anderen eine

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geringe, vernachlässigbare Änderung der inneren Energie des Stoffes im Verhältnis zur durchfließenden Wärmemenge. Des Weiteren muss das zu untersuchende Ele- ment ausreichend homogen sein. Der Wärmestrommesser darf nicht in der Nähe von Wärmebrücken, Rissen und anderen Einflüssen, wie der Nähe von Heiz- und Kühl- geräten, installiert werden. Die Homogenität bzw. die annähernd konstanten thermi- schen Eigenschaften der Prüfstelle können vor dem Beginn der Wärmestrommes- sung durch eine thermografische Aufnahme mit anschließender Auswertung erfol- gen.

Installation des Wärmestrommessers am Bauteil

Um den U-Wert einer baulichen Konstruktion vor Ort zu bestimmen ist unter anderem die Wärmestromdichte q in W/m², die diese Konstruktion durchströmt gemäß den Vor- schriften der DIN EN 12494 zu messen. Dafür ist der Wärmestrommesser bzw. die Wärmestrommessplatte auf der Wärmseite des Bauelements zu installieren (Bild 03).

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Bild 03: Aufbau der Messeinrichtung

Des Weiteren muss der Wärmestrommesser mit seiner gesamten Messfläche di- rekten thermischen Kontakt mit der Oberfläche des Prüflings haben. Der Kontakt wird durch das Auftragen einer dünnen thermischen Kontaktmasse, die eine gute Wärme- leitfähigkeit besitzt, hergestellt. Die eventuellen Unebenheiten der Oberflächen wer- den ausgeglichen.

Installation des Temperaturmessfühlers am Bauteil

Zur Erfassung des Wärmedurchlasswiderstandes ist neben der Messung des Wär- mestromes auch die Messung der inneren und äußeren Oberflächentemperatur To1 und To2 des zu prüfenden Bauteils notwendig. Dazu werden im Verfahren nach DIN EN 12949 die Temperaturmessfühler auf der Warmseite des Bauteils unter dem Wärmestrommesser angebracht, falls diese nicht in ihm integriert sind. Die Tempera- turmessfühler für die Außenfläche werden auf der Außenfläche gegenüber vom Wärmestrommessers bzw. Temperaturmessfühlers angebracht (Bild 03). Als Tem- peraturmessfühler sind dünne Thermopaare und flache Widerstandsthermometer geeignet. Um eine Verfälschung der Messergebnisse durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden, wird empfohlen, Wärmestrommesser und Oberflächentemperaturfühler gleicher Farbe und gleicher Emissionswerte auszuwählen und diese gegebenenfalls durch eine provisorische Abdeckung vor direkter Sonneneinstrahlung zu schützen.

Auswahl der zu analysierenden Messdaten

Die Auswahl der zu analysierenden Messdaten der Vor-Ort-Untersuchung ist zum einen abhängig von der Art und Beschaffenheit des zu prüfenden Bauteils. Dazu gehören beispielsweise schwere oder leichte Bauelemente und die Art der Dämmung (innere oder äußere Dämmung). Zum anderen sind schwankende Innen- und Außentemperaturen vor und während der Messung ebenfalls nicht zu vernachlässigende Faktoren, weil daraus das instationäre Verhalten resultiert.

Für leichte Elemente mit einer Wärmekapazität pro Einheitsfläche < 20 kJ/m²K und einem Wärmedurchlasswiderstand R von maximal 1 m²K/W empfiehlt DIN EN 12494 die Analyse der nachts erfassten Daten, d.h. Daten die eine Stunde nach Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang aufgenommen wurden. Bei Verwendung dieser Messdaten wird der Einfluss der Sonneneinstrahlung minimiert. Allerdings müssen die verwendeten Baustoffe und deren Schichtdicken abgeschätzt werden, um die einzuhaltenden Stoffkennwerte ermitteln zu können. Für alle anderen Bauelemente und im Falle von unbekannten Baustoffen sind die Daten eines Analysezeitraums, der ein ganzzahliges Vielfaches von 24 Stunden ist, anzuwenden.

Datenanalyse nach dem Mittelwertverfahren

Bei dem Mittelwertverfahren wird der Wärmedurchlasswiderstand von Oberfläche zu Oberfläche des Bauteils nach der folgenden Formel 12 berechnet. Es wird die mittlere Temperaturdifferenz durch die mittlere Wärmestromdichte dividiert, wobei die Mittelwerte über einen ausreichend langen Zeitraum erfasst werden müssen, um das instationäre Verhalten der Bauteile zu kompensieren.

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Um eine ausreichende Genauigkeit zu gewährleisten, beträgt die Mindestmessdauer bei leichten Bauteilen bei stabiler Umgebungstemperatur 72 Stunden. Aufgrund der Tatsache, dass die Messwertanalyse aus den nachts erfassten Daten erfolgt, kann von annähernder Stabilität der Umgebungstemperatur ausgegangen werden. Dennoch muss die Messdauer verlängert werden, wenn die Ergebnisse aus drei aufeinander folgenden Nächten um mehr als 2% abweicht.

Bei schweren Baustoffen beträgt die Mindestmessdauer ebenfalls 72 Stunden. Hierbei werden sämtliche, während der Messdauer aufgenommen Daten, ausgewertet. Die Prüfung kann nach 72 Stunden beendet werden, wenn der errechnete Wärmedurchlasswiderstand nicht mehr als 2% von dem 24 Stunden zuvor berechneten Wärmedurchlasswiderstand abweicht und der Wärmestrommesser weder direkter Sonneneinstrahlung noch Regen ausgesetzt wurde.

Der Wärmdurchgangskoeffizient wird abschließend durch das Bilden des Kehrwertes vom Wärmdurchlasswiderstand R und unter Einbezug des inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstandes wie folgt ermittelt:

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Datenanalyse nach dem Ermittlungsverfahren

Die Datenanalyse nach dem Ermittlungsverfahren erfolgt für leichte Baustoffe durch das Auswerten der nachts aufgenommenen Datensätze. Die Daten sind solange zu erfassen bis der aus den Daten (Temperatur und Wärmestromdichte) berechnete Wärmedurchlasswiderstand eine maximale Abweichung von 2 % von einer zur nach- folgenden Nacht aufweist. Ist diese maximale Abweichung erreicht, kann die Prüfung beendet werden. Der Wärmedurchgangskoeffizient ist anschließend nach Formel 13 zu berechnen.

Für schwere Baustoffe hat die Prüfdauer mindestens 48 Stunden zu betragen, wobei die Prüfdauer in drei Zeitspannen, die sich maximal 50 % überlappen dürfen, oder in vier direkt aneinanderreihende Zeitspannen aufzuteilen ist. Der Wärmedurchlasswi- derstand ist für jede Zeitspanne nach Formel 12 aus den gemessenen Oberflächen- temperaturen und den zugehörigen Wärmestromdichten zu ermitteln. Anschließend sind die Wärmedurchlasswiderstände der jeweiligen Zeitspannen miteinander zu vergleichen. Die Messung über die gesamte Prüfdauer ist dann erfolgreich, wenn die ermittelten Wärmedurchlasswiderstände innerhalb einer Zeitspanne eine maximale Änderung von + 2 % aufweisen und der gemittelte Wärmedurchlasswiderstand einer Zeitspanne nicht mehr als 2 % von dem der direkt folgenden Zeitspanne abweicht. Der Gesamtwärmedurchlasswiderstand ist dann abschließend durch das Mitteln der Wärmedurchlasswiderstände der einzelnen Zeitspannen nach der folgenden Formel 14 zu berechnen. Die Aufteilung der Mindestprüfdauer von 48 Stunden in die entsprechenden Zeitspannen ist in Bild 04 und Bild 05 dargestellt.

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Die Anzahl der Messaufnahmen pro Zeitspanne sind so festzulegen, dass eine ausreichend genaue Mittelung der Daten erfolgen kann.

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Prüfdauer in Stunden

Bild 04: Aufteilung der Mindestprüfdauer von 48 h in 4 gleiche, direkt aufeinanderfolgende Zeitspannen

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Prüfdauer in Stunden

Bild 05: Aufteilung der Mindestprüfdauer von 48 h in 3 sich zu maximal 50 % überlappende Zeitspannen

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Die Messgenauigkeit

Die Genauigkeit der Messung des Wärmedurchlasswiderstandes ist zum einen ab- hängig von den Randbedingungen der Messung und zum anderen von der Messge- nauigkeit des Messgerätes. Nachfolgend werden mögliche Fehlerquellen aufgezählt, um diese bei der Messvorbereitung und Messdurchführung im Voraus minimieren zu können.

1. Fehler aufgrund der Randbedingungen:

- Fehler aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Wärmestroms
- Fehler aufgrund des Randwärmeverlustes an der Messvorichtung
- Fehler aufgrund einer ungenauen Anordnung des Temperaturmessfühlers
- Fehler aufgrund unterschiedlicher Oberflächentemperaturen bei inhomo- genen Elementen
- Fehler aufgrund des instationären Zustandes

2. Fehler aufgrund der Messgenauigkeit:

- Fehler aufgrund einer ungenauen Messwertanzeige des Wärmestrommes sers
- Fehler aufgrund einer Kalibrierungenauigkeit des Wärmestrommessers
- Fehler aufgrund einer ungenauen Messwertanzeige des Temperaturmess- fühlers
- Fehler aufgrund einer Kalibrierungenauigkeit des Temperaturmessfühlers

3.1.2.3 Auswertung der Messergebnisse

Nach dem Bestimmen des Wärmedurchgangskoeffizienten mittels zerstörender oder zerstörungsfreier Methode sind nach Beendigung der Untersuchung Schlussfolge- rungen aus den Ergebnissen zu ziehen und gegebenenfalls Sanierungsmaßnahmen oder ein Austausch der betroffenen Bauteile einzuleiten. Einen Anhaltspunkt zur Auswertung bietet die Energieeinsparverordnung. In ihr sind die Höchstwerte für Wärmedurchgangskoeffizienten bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von Bauteilen verankert. Die gemessenen Wärmedurchgangskoeffizienten sind somit mit denen aus der EnEV entnommenen und in Anhang A aufgelisteten Wärmedurch- gangskoeffizienten zu vergleichen.

3.2 Untersuchung der Luftdichtheit eines Gebäudes

In §5 (Dichtheit, Mindestluftwechsel) der EnEV wird gefordert, die zu errichtenden Gebäude so auszuführen, dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig entsprechend dem Stand der Technik abgedichtet ist. Zusätzlich sind Gebäude so auszuführen, dass der zum Zwecke der Gesundheit und Beheizung erforderliche Mindestluftwechsel sicherge- stellt ist. Dieser hat in Wohnräumen zum CO2-Ausgleich und zur Feuchteabfuhr etwa 0,5¹ /h zu betragen.

Die Einhaltung dieser Forderungen stellt ein hohes Qualitätsmerkmal für ein Gebäu- de dar. Mit steigender Luftdichtheit sinkt der Energieverbrauch. Zusätzlich werden sowohl Wärme- und Feuchteschutz als auch der Schallschutz sichergestellt. Neben Energieeinsparung wird auch dem Eindringen von Schall und Feuchte, mit dem Si- cherstellen einer höheren Luftdichtheit Widerstand geleistet. Schwachstellen, auf die bei der Errichtung oder Sanierung eines Gebäudes zu achten sind, werden in Bild 06 aufgezeigt.

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Bild 06: Typische Schwachstellen von Gebäuden hinsichtlich der Luftdichtheit⁶

Im Allgemeinen werden die in Bild 06 genannten Schwachstellen mit Hilfe einer Luftdurchlässigkeits- bzw. Luftdichtheitsmessung, z.B. nach dem Blower-Door-Verfahren ausfindig gemacht. Ziel einer Luftdurchlässigkeitsmessung ist es, Leckagen eines Gebäudes aufzuzeigen und diese anschließend zielgerichtet zu beseitigen, um eine Negativbeeinflussung nachfolgender Faktoren zu minimieren.

1. Heizenergieverbrauch:

Aufgrund eines hohen Temperaturunterschiedes im Winter und dem daraus folgenden thermischen Auftrieb findet ein Luftaustausch zwischen dem warmen Gebäude und seiner kälteren Umgebung statt. Die erwärmte Innenluft strömt im oberen Teil des Gebäudes durch Undichtheiten der Gebäudehülle nach außen, während im unteren Teil des Gebäudes kalte Luft durch die undichte Gebäudehülle nachströmen kann. Zu den Transmissionsverlusten treten also noch zusätzliche Verluste durch Leckagen auf. Die Heizkosten erhöhen sich.

2. Sommerlicher Wärmeschutz:

Ähnlich wie unter 1. nur in umgekehrter Betrachtungsweise, strömt die im Sommer wärmere Luft durch Gebäudeundichtheiten ins Gebäudeinnere. Die Behaglichkeit wird negativ beeinflusst bzw. bei Vorhandensein einer Klimaanlage wird diese aufgrund des Temperaturanstieges unnötig belastet. Der Bedarf an elektrischer Energie steigt und damit auch die Energiekosten.

3. Gesundheit und Behaglichkeit:

Auch hier wird durch thermischen Auftrieb wie unter 1. oder durch Windeinfluss die Behaglichkeit wegen der nachströmenden Kaltluft negativ beeinflusst. Die nachströmende Kaltluft verursacht Zugerscheinungen und aufgrund von Dichteun- terschieden (thermischer Auftrieb) einen Abfall der kalten Luft in den Fußbereich. Des Weiteren kann geruchs-, staub-, pollen- oder schimmelpilzbelastete Luft von außen oder von benachbarten Räumen, z.B. Kellerräumen, in den Wohnraum transportiert werden. Diese Belastungen rufen unter Umständen Allergien oder Krankheiten hervor.

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