Innen- und Außendämmung. Bauphysikalische Unterschiede und baukonstruktive Umsetzung

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

2. Bauphysikalische und technische Eigenschaften
2.1 Wärmeschutz / Wärmetransport
2.1.1 Wärmeleitfähigkeit
2.1.2 Wärmespeicherfähigkeit
2.1.3 Wärmebrücken
2.2 Feuchteschutz / Feuchtetransport
2.2.1 Diffusionswiderstand
2.2.2 Wasseraufnahmevermögen
2.3 Schalldämmung
2.4 Brandschutz

3. Wärmedämmstoffe
3.1 Anorganisch
3.1.1 Aerogel
3.1.2 Mineralwolle
3.1.3 3M Glass Bubbles
3.2 Organisch
3.2.1 Polystyrol, expandiert (EPS)
3.2.2 Polyurethan (PU)

4. Wärmedämmsysteme
4.1 Außendämmung
4.1.1 Einschalige Außenwand
4.1.2 Mehrschalige Außenwand
4.1.3 Wärmedämm-Verbundsystem
4.2 Innendämmung
4.2.1 Kapillaraktive Innendämmung
4.2.2 Innendämmung mit Dampfsperre / Dampfbremse
4.2.3 Innendämmung durch Wärmedämmputze

5. Fazit

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Bereich der Wärmeleitfähigkeiten von dämmenden Baustoffen

Abbildung 2: Veränderlichkeit der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl ^ mit der relativen Luftfeuchte (Beispiele Betone und Putze)

Abbildung 3: Schalldämpfung am Beispiel einer Wand

Abbildung 4: Glass Bubbles von 3M

Abbildung 5: Typische Konstruktion einer verputzten Außenwand aus hochwärmedämmenden Steinen

Abbildung 6: Typische Konstruktion einer verklinkerten Außenwand

Abbildung 7: Typische Konstruktion einer Außenwand mit Wärmedämm-Verbund- system

Abbildung 8: Feuchteverlauf ohne Funktionsschicht

Abbildung 9: Innendämmung mit eingebauter Dampfbremse

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Zuordnung der Baustoffklassen zu bauaufsichtlichen Benennungen

Tabelle 2: Feuerwiderstandsklassen

Tabelle 3: Übersicht Wärmedämmstoffe

1. Einleitung

Es ist eine der größten Herausforderungen der Menschheit und kaum ein anderes Thema beherrscht die aktuellen Diskussionen so wie der Klimawandel. Im Zeitalter der Energiewende gilt es daher auch bei der Errichtung und Modernisierung von Gebäuden Einsparpotenziale zu nutzen. Im Rahmen des energieeffizienten Bauens ist die Wärmedämmung ein unverzichtbarer Baustein, da sie einen wichtigen Beitrag zur Verminderung des Energieverbrauchs leistet und folglich auch Kosten einspart. Immobilienbesitzer, Bauherren und Mieter wünschen sich zudem eine gemütlich warme Wohnung im Winter und ein angenehm behagliches Klima im Sommer bei möglichst geringen Energiekosten. Während man im Zuge eines Neubaus zwischen den vielen Arten der Wärmedämmung die optimale Variante wählen kann, sind die Möglichkeiten bei einer Altbausanierung meist begrenzt. Wärmedämmstoffe regulieren das Wohnklima und schützen die Bausubstanz vor Feuchtigkeit und Frost, womit sie für einen Werterhalt des Gebäudes sorgen. Durch eine schlechte Dämmung der Gebäudehülle geht viel Heizwärme und damit Energie verloren. Die Durchführung von verschiedenen Wärmedämmmaßnahmen kann dem entgegenwirken und den Verlust erheblich reduzieren. Verschiedene Wärmedämmsysteme und - produkte ermöglichen die individuelle Anpassung an das geplante Bauvorhaben. Neben der Wärmedämmung im Neubau steckt enormes Energieeinsparpotenzial im Gebäudebestand. Wärmeschutztechnische Maßnahmen bei unsanierten oder teilsanierten Altbauten stellen daher die wichtigste Bauaufgabe der Zukunft dar.¹

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zunächst mit den technischen Eigenschaften der verschiedenen Wärmedämmstoffe. Ziel dieser Arbeit ist es, die bauphysikalischen und - konstruktiven Unterschiede dir beiden Dämmsysteme Innen- und Außendämmung aufzuzeigen und voneinander abzugrenzen. Die über Jahrzehnte entwickelten Bauweisen und Bautechniken machen eine pauschale Festlegung für ein bestimmtes Dämmsystem unmöglich. Es erfordert ein umfassendes bauphysikalisches Verständnis, um die passende Maßnahme für das jeweilige Objekt zu wählen. Die stetig wachsenden Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden und die Entwicklung immer leistungsfähigerer Dämmstoffe erfordern von Immobilienbesitzern und Bestandshaltem in die Wärmedämmung der Gebäude zu investieren.

2. Bauphysikalische und technische Eigenschaften

Das Einsatzgebiet eines Wärmedämmstoffes ist abhängig von seinen bauphysikalischen und technischen Eigenschaften. Die materialspezifischen Kennwerte bilden die Grundlage für die Bewertung des jeweiligen Dämmstoffes. Im Folgenden werden die wichtigsten Eigenschaften der Dämmmaterialien aufgezeigt.

2.1 Wärmeschutz / Wärmetransport

2.1.1 Wärmeleitfähigkeit

Eine der wichtigsten Dämmstoffeigenschaften ist die Wärmeleitfähigkeit. Für die Einsparung von Energie gilt es zunächst den Wärmeverlust und den Wärmedurchlass über die Gebäudehülle zu verringern. Bemessen wird die spezifische Wärmeleitfähigkeit anhand des materialabhängigen Zahlenwerts Lambda (k). k ist ein Maß für den Widerstand, der der abfließenden Wärme entgegengesetzt wird.² Je niedriger dieser Wert ist, desto höher ist die erreichbare Wärmedämmfähigkeit des Materials.³ Für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, auch genannt U-Wert, werden in Deutschland nach DIN 4108-4 die Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit (k) verwendet. „Der U-Wert bezeichnet die Wärmemenge, die in einer Sekunde durch eine Bauteilfläche eines Quadratmeters bei einem Temperaturunterschied von einem Kelvin hindurchgeht.“⁴ Vorteilhaft ist eine niedrige Wärmeleitfähigkeit insbesondere dann, wenn die Dicke der Dämmschicht aus baulichen Gründen begrenzt ist.⁵ Materialien, die einen Lambda-Wert kleiner 0,1 Watt pro Meter und Grad Kelvin (W/(mK) aufweisen, sind für die Wärmedämmung geeignet. Dämmstoffe mit Wärmeleitfähigkeiten von 0,04 bis 0,06 W/(mK) finden in der Regel Anwendung.^{6 7}

Die folgende Abbildung beinhaltet eine Übersicht, die die verschiedenen Dämmstoffe anhand ihrer Wärmeleitfähigkeit miteinander vergleicht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Bereich der Wärmeleitfähigkeiten von dämmenden Baustoffen

2.1.2 Wärmespeicherfähigkeit

Die Wärmespeicherfähigkeit eines Dämmstoffes ist ein weiterer wichtiger Kennwert. Grundsätzlich kann ein Stoff mehr Wärme speichern, je träger er auf Aufheizung oder Abkühlung reagiert. Hierbei spricht man von der sogenannten Amplitudendämfung.⁸ Für die Berechnung der Speicherfähigkeit des Dämmmaterials ist zum einen die Einbaudichte p (kg/m3) und die spezifische Wärmekapazität c (Wh/kgK) grundlegend.⁹ Zur Erreichung eines günstigen Raumklimas werden Wärmedämmschichten außenseitig und wärmespeicherfähige Schichten innen- bzw. raumseitig verbaut. Je speicherfähiger die mit der Raumluft verbundenen Bauteile sind, desto geringer ist die Erwärmung eines Gebäudes im Sommer.¹⁰

2.1.3 Wärmebrücken

Wärmebrücken sind Stellen mit erhöhter Wärmedurchlässigkeit und entstehen meist bei sonst gut dämmenden Bauteilen an den entsprechenden Bauteilanschlüssen. Die Folgen dieses zusätzlichen Wärmeverlusts und der niedrigen raumseitigen Oberflächentemperatur sind steigende Heizenergieverbräuche und gegebenenfalls auch Schimmelbildung.¹¹ Unterschieden wird zwischen geometriebedingten und materialbedingten Wärmebrücken. Während geometriebedingte Wärmebrücken bei Wechsel von Bauteildicken oder unterschiedlichen Außen- und Innenabmessungen entstehen, ergeben sich materialbedingte Wärmebrücken bei wechselnden Materialien in einer Konstruktion.¹² Darüber hinaus sind konvektive¹³ und umgebungsbedingte¹⁴ Wärmebrücken sekundäre Effekte, die in normativen Bewertungen nicht berücksichtigt werden.¹⁵

2.2 Feuchteschutz / Feuchtetransport

2.2.1 Diffusionswiderstand

Aufgrund von Wasserdampfdruckdifferenzen zwischen Innen- und Außenluft entsteht ein Diffusions ström durch das trennende Bauteil. Ist die Raumtemperatur höher als die Außentemperatur, dann verläuft der Diffusionsstrom von innen nach außen.¹⁶ Die Berechnung des Diffusionswiderstands erfolgt nach DIN 4108-4 anhand der Schichtdicke s (m) und der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl |d. Das Produkt aus p*s legt den Diffusionsdurchlasswiderstand einer Materialschicht fest und wird auch als diffusionsäquivalente Luftschichtdicke sD bezeichnet. Je niedriger das Ergebnis aus p*s ist, desto kleiner ist der Diffusionswiderstand.¹⁷ DIN 4108-3 unterteilt die Materialien mit sD-Werten in folgende Kategorien:¹⁸

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die folgende Abbildung 2 zeigt auf, dass die Diffusionswiderstandszahl ^ bei steigender relativer Luftfeuchtigkeit kontinuierlich abnimmt. Betrachtet man den Baustoff Beton (B45) genauer, ist zu erkennen, dass die Diffusionswiderstandszahl ^ im Trockenbereich mit „A“ und im Feuchtbereich mit „C“ gekennzeichnet wurde. Die Diffusionswiderstandszahl von Baustoffen mit Bindemitteln aus organischen Polymeren, wie beispielsweise Kunstharzputze, Polymeranstriche oder Schaumkunststoffe sind stark abhängig von der mittleren relativen Luftfeuchte.^{19 20}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Veränderlichkeit der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl ^ mit der relativen Luftfeuchte (Beispiele Betone und Putze)

2.2.2 Wasseraufnahmevermögen

Wärmedämmstoffe sollten auch unter wechselnden Feuchtzuständen die Dämmfähigkeit nicht verlieren. Wird das Dämmmaterial z.B. durch Kondensatfeuchte nass, ist eine möglichst schnelle Trocknung entscheidend. Pflanzliche Dämmstoffe können im Vergleich zu anderen Materialien durch das Quellen der Holzfasern Feuchtigkeit aufnehmen, ohne dabei an Dämmfähigkeit zu verlieren. Die Entfeuchtung erfolgt über die kapillare Leitfähigkeit²¹ und nicht wie bei anderen Dämmstoffen über Diffusion.²²

2.3 Schalldämmung

In DIN 4109 sind die Anforderungen an den nötigen Schutz gegen Luft- und Trittschallübertragung geregelt. Luftschallübertragung beschreibt die Übertragung von Geräuschen über die Luft auf die raumbegrenzenden Bauteile und diese geben den Schall weiter an die Nebenräume. Die Trittschallübertragung ist die Weitergabe von durch das Begehen ausgelösten Schwingungen des Fußbodens auf die benachbarten Räume.²³ Die dritte Form der Schallübertragung ist der Körperschall. Dieser entsteht, wenn ein Bauteil durch äußere kinetische Energie in Schwingung versetzt und der Schall als Luftschall weitergegeben wird.²⁴ Zur Erreichung von positiven Schallschutzwerten ist ein hohes Luftschalldämmmaß R' w und ein niedriger Normtrittschallpegel L'n,w' erforderlich. Materialeigenschaften von Baustoffen wie die Rohdichte, der Schallabsorptionsgrad und der Strömungswiderstand nehmen Einfluss auf Schallschutz. Eine niedrige dynamische Steifigkeit und ein hohes Flächengewicht minimieren beispielsweise die Trittschallübertragung. Rohdichte und der Schallabsorptionsgrad beeinflussen hingegen durch Verwendung von faserförmigen Dämmstoffen die Luftschallübertragung.^{25 26} Die folgende Abbildung veranschaulicht die Wirkung einer schalldämpfenden im Vergleich zu einer nicht schalldämpfenden Wand:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Schalldämpfung am Beispiel einer Wand26 2.4 Brandschutz

„Im Gegensatz zu den physikalischen Einwirkungen, denen das Bauwerk oder das Gebäude üblicherweise ausgesetzt ist, ist ein Brand eine Einwirkung mit extrem hoher Temperatur, deren Folge die teilweise oder vollständige Zerstörung des Bauwerks ist.“²⁷ Die europäischen Normen (DIN EN 13501) oder die deutschen Normen (DIN 4102) klassifizieren das Brandverhalten der Baustoffe in verschiedene Baustoffklassen. Die Eingliederung erfolgt dabei nach den Prüfkriterien Entzündlichkeit, Flammenweiterleitung, Temperaturentwicklung, Rauchgasdichte und das brennende Abtropfen der Materialien.^{28 29}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Zuordnung derBaustoffklassen zu bauaufsichtlichen Benennungen29

Im Folgenden werden die Baustoffklassen nach den in Deutschland geltenden DIN 4102-1 näher erläutert:³⁰

- Baustoffe der Klasse Al sind nicht brennbar und enthalten keine brennbaren Bestandteile. Dazu gehören beispielsweise Sand, Kies, Beton, Zement, Mörtel, Glas, Ziegel oder Mineralfasern ohne organische Zusätze.
- Baustoffe der Klasse A2 sind nicht brennbare, können allerdings gewisse Mengen brennbarer Bestandteile enthalten. Beispiele sind Gipskartonplatten nach DIN 18180 mit geschlossener Oberfläche.
- Baustoffe der Klasse Bl sind schwer entflammbar und dürfen nach Entfernen der Zündquelle nicht selbstständig weiterbrennen. Beispielhaft hierfür können Holzwolle-Leichtbauplatten nach DIN 1101, Mineralfaser-MehrschichtLeichtbauplatten nach DIN 1101, Gipskartonplatten mit gelochter Oberfläche sowie Kunstharzputze nach DIN 18558 genannt werden.
- Baustoffe der Klasse B2 sind normal entflammbar und ihre Entzündbarkeit muss bei einer Kanten- und Flächenbeflammung mit kleiner Flamme auf das in DIN 4102-1 vorgegebene Maß beschränkt bleiben. Zu dieser Baustoffklasse zählen Holz und Holzwerkstoffe mit einer Rohdichte von 400 kg/m3 und ein Dicke > 2mm,

Gipskarton-Verbundplatten nach DIN 18184 oder auch Hartschaum-MehrschichtLeichtbauplatten nach DIN 1101.

- Baustoffe der Klasse B3 sind leicht entflammbar und dürfen in einem Gebäude nur in Verbindung mit anderen Baustoffen eingebaut werden, sodass diese Verbundwerkstoffe nicht mehr leicht entflammbar sind.

Neben den Baustoffklassen ist im Sinne des Brandschutzes eine Feuerwiderstandsdauer der Dämmstoffe erforderlich. Diese ist in den Landesbauordnungen (LBO) festgeschrieben mit den Zielen einem Brand vorzubeugen und die Ausbreitung von Feuer und Rauch zu verhindern, die Rettung von Mensch und Tier zu gewährleisten sowie eine wirksame Brandbekämpfung durch Entrauchung und Löscharbeiten zu ermöglichen.^{31 32}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Feuerwiderstandsklassen32

3. Wärmedämmstoffe

3.1 Anorganisch

3.1.1 Aerogel

Aerogel ist ein gelartiger Stoff, auch unter Nanogel bekannt und in Form von Granulat oder Matten erhältlich. Die mechanische Flexibilität ermöglicht vielfältige Anwendungsbereiche im Schall-, Wärme- und Brandschutz. Mit einer Dicke von 12 mm werden die Matten u.a. zur Außendämmung von Fassaden eingesetzt oder bei einer Dicke von bis zu 100 mm in ein Wärme-Verbundsystem integriert. Aerogel zeichnet eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,014 bis 0,017 W/mK in mattenform aus, was vorteilhaft für die Verwendung als Innendämmsystem ist.³³

[...]

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¹ Vgl. Wolfgang Willems u. a. (2017): Lehrbuch der Bauphysik, 8. Auflage, Wiesbaden, S.5

² Vgl. Holger König (2012): Wärmedämmung - Vom Keller bis zum Dach, 7. Auflage, Berlin, S.78

³ Vgl. ebd. S.79

⁴: Dämmstoffe: Einteilung und Eigenschaften der Wärmedämmstoffe für die Wärmedämmung, OnlineRessource http://www.waermedaemmstoffe.com/htm/eigenschaften.htm, LetzterZugriff: 24.11.2020.

⁵ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, Gräfelfing, S.17

⁶ Vgl. Holger König (2012): Wärmedämmung - Vom Keller bis zum Dach, S.79

⁷ Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S.17

⁸ Vgl. Holger König (2012): Wärmedämmung - Vom Kellerbis zum Dach, S. 80

⁹ Vgl. Dämmstoffe: Einteilung und Eigenschaften der Wärmedämmstoffe für die Wärmedämmung.

¹⁰ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S.17

¹¹ Vgl. Wolfgang Willems u. a. (2017): Lehrbuch der Bauphysik, S. 34

¹² Vgl. ebd., S. 35

¹³ Wärmetransport durch Wärmemitführung bedingt durch Fugendurchlässigkeiten entsteht

¹⁴ Örtlich unterschiedliche Oberflächentemperaturen bzw. Energieangebote

¹⁵ Vgl. Wolfgang Willems u. a. (2017): Lehrbuch der Bauphysik, S. 35-36

¹⁶ Vgl. Dierks, K. u. a. (2011): Baukonstruktion (E-Book), Köln, GERMANY, S.20

¹⁷ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S. 18

¹⁸ Vgl. Wolfgang Willems u. a. (2017): Lehrbuch der Bauphysik, S. 203

¹⁹ Vgl. ebd. S. 202

²⁰ Wolfgang Willems u. a. (2017): Lehrbuch der Bauphysik, S. 202

²¹ Wasser wandert im sog. Kapillarsystem zur trockenen Seite des Bauteils, um an der Oberfläche zu verdunsten

²² Vgl. Holger König (2012): Wärmedämmung - Vom Kellerbis zum Dach, S. 79-80

²³ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S. 18

²⁴ Vgl. Dierks u. a. (2011): Baukonstruktion (E-Book), S. 27

²⁵ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S. 19

²⁶ Langner, N., Liersch, K.W. (2015): Bauphysik kompakt, S. 278

²⁷ Dierks u. a. (2011): Baukonstruktion (E-Book), S. 35

²⁸ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S. 19

²⁹ Wolfgang Willems u. a. (2017): Lehrbuch der Bauphysik, S. 676

³⁰ Vgl. Hanns Frommhold, Siegfried Hasenjäger (2014): Wohnungsbaunormen, 27. Auflage, Berlin, S. 577-

³¹ Vgl. Dierks u. a. (2011): Baukonstruktion (E-Book), S. 35

³² Holger König (2012): Wärmedämmung - Vom Kellerbis zum Dach, S. 35

³³ Vgl. Christoph Sprengard u. a. (2013): Metastudie Wärmedämmstoffe - Produkte - Anwendungen - Innovationen, S. 24-25