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Beurteilung des Wärmeschutzes

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Beurteilung des Wärmeschutzes

Wärmeschutz heute und morgen: Bei der Beurteilung des Wärmeschutzes von Fenstern und Fassaden gibt es, gerade in Erwartung baldiger, neuer europäischer Regelungen, große Unsicherheit. Hans Froelich beantwortet im folgenden Beitrag häufig gestellte Fragen aus der Praxis.

Von Dipl.-Ing. (FH) Hans Froelich, i.f.t. Rosenheim

?Welches Verfahren muß angewendet werden, um k-Werte von Fenster- und Fensterelementkonstruktionen mit den unterschiedlichsten Rahmen, Verglasungen und sonstigen Füllungen eindeutig festzulegen?
Die zur Zeit noch gültigen Grundlagen sind:
– die Wärmeschutzverordnung in der Fassung vom 16. August 1994
– die Bauregelliste Ausgabe 98/1
– DIN 4108-2: 1981-08
– DIN V 4108-4: 1998-10
– DIN 4108-5: 1981-08 (in den Abschnitten 3, 4, 5 und 10 ersetzt durch DIN EN ISO 6946: 1996-08).
Europäische Normen wie z. B. prDIN EN ISO 10077 (alte Nr. 30077), sind zur Zeit noch nicht im Baurecht verankert. Inwieweit derartige Normen vertragsrechtlich vereinbart werden oder als anerkannte technische Regel Verwendung finden können, ist hier nicht zu erörtern.
Festlegung von kF-Werten bzw. UF-Werten von Fenstern
1. Möglichkeit gemäß Bauregelliste 98/1:
Ermittlung des Rechenwertes kF bzw. UF nach DIN 4108-4: 1991-11 Tabelle 3 (Hinweis: Diese Norm wurde zwischenzeitlich durch DIN V 4108-4: 1998-10 ersetzt. Maßgeblich ist hier Tabelle 2).
2. Möglichkeit gemäß Bauregelliste 98/1 (Abb. 1):
Ermittlung des Rechenwertes kF bzw. UF durch Messung nach DIN 52619-1: 1982-11
Probekörpergröße ca. 1,20 x 1,50 m (Übertragbarkeit der Meßergebnisse auf andere Grös-sen bis zu einer Abweichung von 35 %).
Ausblick
Die europäischen Normen zur Festlegung von kF-Werten (bzw. Uw-Werten) werden voraussichtlich bis zum Jahr 2000 in ihrer endgültigen Fassung vorliegen. Als wichtigste Normen sind zu nennen:
• DIN EN ISO 10077-1: Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen; Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 1: Vereinfachtes Verfahren
• DIN EN ISO 10077-2: Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen; Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 2: Numerisches Verfahren für Rahmen.
Hinzu kommen noch Normen zur Messung.
Somit kann davon ausgegangen werden, daß mit der Verabschiedung und Einführung der neuen Energieeinsparverordnung auch die europäischen Normen vorliegen.
Ob evtl. schon vorab für bestimmte Anwendungsbereiche europäische Normen Verwendung finden können, ist von den zuständigen Gremien des Bundes und der Länder zu klären.
Für die Hersteller und Anwender sind auf jeden Fall schon heute folgende Hinweise wichtig und zu beachten:
• Die Wärmedurchgangskoeffizienten Uw für Fenster nach europäischen Normvorgaben werden in den Zahlenwerten nicht mit den kF-Werten nach DlN-Vorgaben identisch sein. Es ist mit Erhöhungen der Zahlenwerte in einem Bereich von + 0,1 bis 0,3 W/(m²K), in einigen Fällen auch noch darüber, zu rechnen. Die Ursache liegt hauptsächlich in der Berücksichtigung der Wärmebrückeneffekte zwischen Glas und Rahmen.
• Auch bei den Uf-Werten für Rahmen werden sich Erhöhungen gegenüber den kR-Werten nach DIN 52619-3 ergeben, da die Profilabwicklungsflächen zu berücksichtigen sind.
• Die Rahmenmaterialgruppen werden durch die Wärmedurchgangskoeffizienten Uf ersetzt, so daß auch Verbesserungen der Rahmen in dem Uw-Wert des Fensters stärker berücksichtigt werden.
Festlegung von k-Werten bzw. U-Werten von Fassadenelementen
Teil A – Elementteil Fenster:
Verfahrensweise wie bei Fenstern ohne Teil B – Elementteil Wand
Teil B – Elementteil Wand:
Der Rechenwert ist aus den flächenanteilig ermittelten Wärmedurchgangskoeffizienten der nichttransparenten Füllung (Paneel) und des Rahmens zu bilden.
Grundlage der Berechnungen ist DIN EN ISO 6946: 1996-11. Hinweis: Es wird vielfach noch das Berechnungsschema von DIN 4108-5: 1981-08 verwendet, das keine Einflüsse von Wärmebrückeneffekten in den Randbereichen der Paneele berücksichtigt. Wegen der unter Umständen großen Auswirkungen dieser Randbereiche auf den U-Wert muß dieser Einfluß jeweils gesondert betrachtet werden. Hierfür gibt es zwischenzeitlich geeignete europäische Normen (DIN EN 10211, prDIN EN ISO 10077-2).
Ausblick
Die Anforderungen an den Wärmeschutz derartiger Elementteile werden sich mit Herausgabe einer neuen DIN 4108-2 ändern. Es ist hierfür ein Wärmedurchlaßwiderstand R von $ 1,0 m²K/W bzw. ein U-Wert von (0,85 W/(m²K) vorgesehen.
Die Berechnungen werden nach europäischen Normen durchgeführt (DIN EN ISO 6946 u. a.).
?Bleibt die Tabelle 3 in DIN 4108-4 die einzige Grundlage zur Festlegung von kF-Werten oder gibt es dazu anerkannte Alternativen?
Die wesentlichen Aussagen hierzu wurden bereits bei Beantwortung der Frage 1 gemacht. Es sei hier nochmals klargestellt:
Die Tabelle 3 in DIN 4108-4: 1991-11 wurde zwischenzeitlich ersetzt durch Tabelle 2 in DIN V 4108-4: 1998-10. Diese Tabelle ist so lange gültig, bis eine Ablösung durch endgültig verabschiedete und national eingeführte, europäische Normen erfolgt ist.
?Welches Verfahren ist bei der k-Wert-Ermittlung für Sonderkonstruktionen wie z. B. spezielle Verbund- und Kastenfenster anzuwenden, die nicht in der Tabelle 3 von DIN 4108-4 bzw. in der Tabelle 2 von DIN V 4108-4: 1998-10 aufgeführt sind?
Gemäß den baurechtlichen Festlegungen in der Bauregelliste gelten diese Fenster als Typ 2 Konstruktionen, da die kv-Werte nicht aus DIN V 4108-4 zu entnehmen sind. Dementsprechend sind Messungen nach DIN 52619-1 erforderlich.
?Bleibt es dabei, daß Wärmebrückeneffekte im Übergang vom Glas zum Rahmen auch zukünftig nicht berücksichtigt werden?
Wärmebrückeneffekte im Übergang vom Glas zum Rahmen werden zukünftig, d. h. nach endgültiger Fertigstellung und baurechtlicher Einführung von europäischen Normen berücksichtigt.
Im Entwurf von DIN EN ISO 10077-1 sind die in Tabelle 1 genannten Werte (längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizienten c in W/(mK)) enthalten.
?Können k-Werte von Rahmenprofilen Verwendung finden, oder sind auch zukünftig nur Rahmenmaterialgruppen anzuwenden?
Nach zur Zeit gültigen Regelungen sind die Rahmenmaterialgruppen (RMG) maßgeblich.
Die gerade erschienene DIN V 4108-4: 1998-10 enthält in Tabelle 2 das schon lange bekannte System der Festlegung von Wärmedurchgangskoeffizienten UF (früher kF) in Abhängigkeit der Rahmenmaterialgruppe und des Uv-Wertes (früher kv-Wert). Die Einstufung und Zuordnung der Rahmenmaterialgruppen zeigt Tabelle 2.
Der Vorteil dieser Regelung ist die Vereinfachung und Vermeidung unübersichtlicher UF-Wert-Ermittlungen mit einer Vielzahl einzelner UR-Werte (früher kR-Werte).
Der Nachteil ist, daß bessere UR-Werte gegenüber den für die jeweilige Gruppe verwendeten UR-Rechenwerten keine Berücksichtigung finden. Dies ist insbesondere für RMG 1 und 2.1 von Bedeutung.
So wird z. B. in der RMG 1 mit einem UR-Wert von 1,7 W/ (m²K) gerechnet. Beträgt der tatsächliche UR-Wert jedoch z. B. 1,4 W/(m²K), so hat dies zur Zeit für die Ermittlung des Rechenwertes UF keine Konsequenzen. Bei Berücksichtigung des tatsächlichen UR-Wertes würde der UF-Wert jedoch um 0,1 W/(m²K) verbessert.
In Tabelle 2 von DIN V 4108-4: 1998-10 wird einheitlich ein Rahmenanteil von 30 % zugrundegelegt. Deutlich größere oder geringere Rahmenanteile können ebenfalls zu Veränderungen des UF-Wertes um 0,1 W/(m²K) führen.
Mit den zukünftig (vermutlich zum Zeitpunkt der Einführung der neuen Energieeinsparverordnung) gültigen europäischen Normen können auch unterschiedliche Rahmenanteile in Ansatz gebracht werden.
Probleme, die sich bei stärkeren Differenzierungen für die Anwendungspraxis ergeben, müssen noch diskutiert werden. Grundsätzlich wird jedoch ein Rechenwert, der nach den Vorgaben der maßgeblichen Normen ermittelt wurde, akzeptiert werden müssen.
?Welche k-Werte und g-Werte der Verglasungen haben Gültigkeit? Muß abgewartet werden, bis die Werte im Bundesanzeiger veröffentlicht sind, oder gibt es auch andere Möglichkeiten?
Die seit 1. Januar 1995 gültige Wärmeschutzverordnung legt in Anlage 1, Absatz 1.51 fest:
„Rechenwerte der Wärmeleitfähigkeit, Wärmeübergangswiderstände, Wärmedurchlaßwiderstände, Wärmedurchgangskoeffizienten für Systeme sowie Gesamtenergiedurchlaßgrade dürfen für die Berechnung des Wärmeschutzes verwendet werden, wenn sie im Bundesanzeiger eingetragen sind.“
Die für den Vollzug der Wärmeschutzverordnung zuständigen Bundesländer haben durch die neuen Bauordnungen und die Bauregelliste festgelegt, wie die wärmeschutztechnischen Kennwerte zu ermitteln, und welche Nachweise im einzelnen erforderlich sind (Prüfung, Überwachung, Zertifizierung).
Im Vorfeld einer Veröffentlichung im Bundesanzeiger (BAZ) müssen die Uv-Werte und g-Werte von Verglasungen von bauaufsichtlich anerkannten Prüfstellen ermittelt worden sein, soweit nicht allgemein anerkannte Tabellenwerte Verwendung finden können.
Ein Hersteller derartiger Produkte benötigt außerdem eine Überwachung durch eine bauaufsichtlich anerkannte Überwachungsstelle (Ü-Stelle) und eine Zertifizierung durch eine bauaufsichtlich anerkannte Zertifizierungsstelle (Z-Stelle). Ü-Stelle und Z-Stelle können auch identisch sein. Sind alle diese Voraussetzungen, nämlich
• Festlegung von Rechenwerten
• Überwachung
• Zertifizierung
durch anerkannte Stellen vorhanden, so kann eine Verwendung der Rechenwerte auch schon vor der Veröffentlichung im Bundesanzeiger akzeptiert werden. Der Antrag auf Eintragung im BAZ ist jedoch aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen zu stellen, so daß die Veröffentlichung vorgenommen werden kann. Soweit es sich um Sonderprodukte für bestimmte Objekte handelt, ist eine Abklärung wegen der Verwendung von Rechenwerten mit der Zertifizierungsstelle vorzunehmen.
?Mit welchem Verfahren werden k-Werte für Leichtfassaden in Pfosten-Riegel-Bauweise oder in Elementbauweise ermittelt? Kann hierfür auch Tabelle 3 aus DIN 4108-4 bzw. Tabelle 2 aus DIN V 4108: 1998-10 angewendet werden, oder kann man eine einfache Berechnung vornehmen?
Die Ermittlung von Wärmedurchgangskoeffizienten von Pfosten-Riegel-Fassaden oder Fassaden in Elementbauweise war und ist in den Regelwerken nicht eindeutig festgelegt.
Bei einer Anwendung von DIN EN ISO 6946 mit flächenanteiliger Berücksichtigung von Rahmen und Füllungen werden die Wärmedurchgangskoeffizienten der einzelnen Teile benötigt.
Für Rahmenprofile existieren jedoch bisher keine allgemein anerkannten Rechenwerte. Hilfsweise wurden bisher entweder die in Tabelle 3 von DIN 4108-4: 1991-11 zugrunde gelegten kR-Werte oder auch nach DIN 52619-3 ermittelte Meßwerte verwendet.
Eine eindeutige Regelung wird voraussichtlich erst mit der europäischen Norm zustande kommen, die TC89/WG 7 zusammen mit TC33/WG 6 erstellt. Ein erster Entwurf wurde ausgearbeitet. Mit einer Veröffentlichung und Umfrage ist 1999 zu rechnen. Wichtig sind vor allem die genauen Festlegungen der Achsen und Flächen. Die Bilder 2 und 3 zeigen beispielhaft, auf welche Definitionen es hier ankommt.
Eine europäische Vergleichsrechnung für einen Ausschnitt einer Pfosten-Riegel-Fassade hat gezeigt, daß nur bei detaillierten Vorgaben mit übereinstimmenden Ergebnissen zu rechnen ist.
?Welche Beurteilungsregeln gelten für nichttransparente Füllungen (Paneele)?
Die Ermittlung von Wärmedurchgangskoeffizienten bei nichttransparenten Füllungen (Paneele) kann durchgeführt werden
• durch Berechnung nach DIN EN ISO 6946: 1996-08
• durch Berechnung mit numerischen Verfahren nach DIN EN ISO 10211 bzw. entsprechenden Programmen wie z. B. WIN ISO
• durch Messung nach DIN 52611, 52612 und 52619.
Eine Berechnung in stark vereinfachter Form nach DIN 4108-5: 1981-08 entspricht nicht mehr den anerkannten technischen Regeln. Ob eine Berechnung nach DIN EN 6946 ausreicht, oder eine Berechnung nach numerischen Verfahren bzw. eine Messung erforderlich ist, muß je nach Aufbau geklärt werden. Sind zwischen den Außen- und Innenbeplankungen durchgehende metallische Wärmebrücken, kann nur eine Berechnung mit numerischen Verfahren oder eine Messung vorgenommen werden.
Allgemein läßt sich sagen:
Die Vernachlässigung von Wärmebrücken bzw. verstärkter Wärmeübertragungen über die Ränder entspricht nicht mehr den anerkannten technischen Regeln. Auf DIN EN ISO 6946, mit der DIN 4108-5: 1981-08 zum Teil abgelöst wurde, ist besonders hinzuweisen.
Das i.f.t. Rosenheim hat außerdem im Auftrag der Aluminium-Zentrale e.V., Düsseldorf, und einer Firmengruppe ein Forschungsprojekt über den Randeinfluß von Paneelen durchgeführt. Die hier ermittelten linearen Wärmedurchgangskoeffizienten c werden bei der Erstellung von europäischen Berechnungsnormen Berücksichtigung finden. Je nach Material und Anordnung der inneren und äußeren Decklagen sowie der Abstandhalter ist mit c-Werten von 0,1 bis 0,3 W/(mK) zu rechnen. Dies bedeutet, daß sich der U-Wert des ungestörten Bereiches eines Paneels bei einer Länge des Randes von 4 m um 0,4 bis 1,2 W/(m²K) erhöhen kann.
?Wie wird zukünftig der sommerliche Wärmeschutz geregelt? Wird es hier verbindliche Anforderungen geben, oder müssen die Anforderungen von Fall zu Fall festgelegt werden? Welche Grundlagen gibt es hierfür?
Der sommerliche Wärmeschutz wird in der vorgesehenen Neufassung von DIN 4108-2 völlig neu geregelt.
Dabei werden Untersuchungen von Prof. Dr. Rouvel, TU München, und Untersuchungen des i.f.t. Rosenheim mit dem Thema „Sommerlicher Wärmeschutz mit modernen Fenstern“ (Auftraggeber: Bundesministerium für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau) berücksichtigt.
Als neue Kenngröße wird der Sonneneintragskennwert S eingeführt, der in Abhängigkeit verschiedener Gebäudekriterien (z. B. leichte Bauart, erhöhte Nachtlüftung) begrenzt wird.
Die Forderung lautet:
S # Smax
Die S-Werte müssen in Abhängigkeit von Verglasungen und Sonnenschutzeinrichtungen ermittelt werden.
Die in den letzten Jahren verstärkt aufgetretenen, sommerlichen Probleme werden auch in der Energieeinsparverordnung berücksichtigt, da mit dem umfangreicheren Einsatz von Raumkühlgeräten erhöhte Energieaufwendungen verbunden sind. n
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