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PROF. DR. - ING. habil. CLAUS MEIER Architekt SRL, BayAK Nürnberg Bayerische Wohnungswirtschaft Energieeinsparung im Bestand - Grenzen und
Möglichkeiten Inhaltsverzeichnis: 1 Einleitung 2 Die Wand – instationär
Die Heizkoten dreier gleichartiger und großer
Wohngebäude
wurden miteinander verglichen, wobei das Gebäude 6 im Jahre 1988
ein
WDV-System erhielt (4 cm + 1 cm Verblender). Die Heizkosten der drei
Gebäude
verliefen trotz energetischer „Ertüchtigung“ weiterhin synchron.
Die
energetische Sanierung mit Dämmstoff war also zwecklos. Der Grund
ist einleuchtend.
Einer Forschungsarbeit des IBP [16] ist zu entnehmen: Die besondere Temperaturverteilung der 13:00 Uhr Kurve eines WDV-Systems mit äußeren Oberflächentemperaturen von ca. 60 °C läßt hier für die Massivwand lediglich die Speicherung von knapp 100 Wh/m²d zu; die Dämmung schafft gerade 30 Wh/m²d. Den Hauptanteil übernimmt mit ca. 720 Wh/m²d die 2 cm Putzschicht. Die Massivwand wird also durch das WDV-System an der energiebringenden Speicherung der kostenlosen Solarstrahlung gehindert. Die „vermeintlichen Energiegewinne“ durch verbesserte Dämmung gehen durch Abschotten von der Solarenergie wieder verloren. Ein WDV-System bringt sogar energetische Nachteile infolge
überproportionaler
Wärmebrückeneinflüsse. Dies zeigt die Abbildung 3.
Die Zuordnung der infolge der Wärmebrückeneffekte spezifischen Transmissionswärmeverluste zu den herkömmlich-rechnerischen k-Werten für einzelne Konstruktionsarten ist recht unterschiedlich [15]. Deutlich ist erkennbar, dass die absoluten Abweichungen bei großen k-Werten (Massiv-Konstruktionen) klein, jedoch bei kleinen k-Werten (Dämmschichtkonstruktionen) recht groß sind. Die prozentualen Verschlechterungen verhalten sich dann sogar exponential [23]. Es ist demzufolge methodisch falsch, in der EnEV als Wärmebrückenzuschlag konstante Erhöhungen (0,05 bzw. 0,1 W/m²K) vorzusehen. Einmal sind die vorgesehenen Werte völlig unzureichend, zum anderen aber eine exzellente Benachteilung der monolithischen Konstruktionen, Altbauten werden unseriös behandelt. Die Diskrepanz zwischen Rechnung und Verbrauch zeigt auch eine andere Untersuchung. Es wurden für die Stadt Wedel neben den errechneten Energiebedarfswerten auch die Energieverbrauchsdaten der Stadtwerke statistisch ausgewertet. Abgesehen von den zum Teil großen Streuungen einzelner Daten werden bedeutsame Trends in Form von Regressionsgeraden ermittelt [1], [35]. Die Ergebnisse für zwei typische Bauweisen (Massivbauweise vor 1945 und Gebäude von 1977 bis 1988, die in die Periode der Wärmeschutzverordnungen fallen) sind ernüchternd. Bei den vor 1945 errichteten Massivbauten signalisiert die Rechnung einen höheren Bedarf als der tatsächlich anfallende Verbrauch. Es wird in Realität also weniger verbraucht, als die Rechnung ermittelt. Bei den von 1977 bis 1988 errichteten Gebäuden, die somit der Wärmeschutzverordnung unterliegen, signalisiert die Rechnung einen niedrigeren Bedarf als der tatsächlich anfallende Verbrauch. Es wird in Realität also mehr verbraucht, als die Rechnung ermittelt. Es kann also mit dem k-Wert etwas nicht stimmen. Ist es vielleicht doch die Absorption von Solarenergie? Die Absorption direkter und diffuser Solarstrahlung durch monolithische Außenwände wird durch eine Forschungsarbeit des Instituts für Bauphysik bestätigt [16]. In der Abbildung 4 wird der Energiegewinn verdeutlicht.
Die 15:00 Uhr Temperaturkurve zeigt gegenüber dem Beharrungszustand hier deutliche Temperaturunterschiede, die in der Tag/Nacht-Periode immerhin zu einem eingespeicherten "Energiepolster" von rund 2.190 Wh/m² führen; dies ist ein recht ansehnlicher Betrag. Gegenrechnung: Bei einem k-Wert von 0,46 W/m²K und einer Temperaturdifferenz von 34 K würde sich in 24 Stunden ein stationärer Wärmeverlust von rund 375 Wh/m² ergeben. Gegenüber dem Energiepolster von 2.190 Wh/m² ist dies ein „Mini – Betrag“, es wird immerhin die über fünffache Menge absorbiert. Fazit: Durch die absorbierte Solarstrahlung ergeben sich instationäre Verhältnisse und gegenüber dem Beharrungszustand eine zusätzlich eingespeicherte Energie. Dies zeigt auch die Abbildung 5.
In einem Manuskript, das allerdings die (falsche) Auffassung zu verbreiten versucht, die Speicherfähigkeit der Außenwand spiele in der Praxis keine Rolle [8], wird die 13:00 Uhr Temperaturkurve gezeigt. Gegenüber dem Beharrungszustand ergeben sich Temperaturunterschiede, die in der 24stündigen Tag/Nacht-Periode zu einem eingespeicherten "Energiepolster" führen, das auch hier größer als der stationär berechnete Transmissionswärmeverlust ist [32], [35]. Woran ist nun ein instationärer Zustand zu erkennen? Nur an den unterschiedlichen Temperaturgradienten. Diese bedeuten eine Temperaturdifferenz Dt, bezogen auf eine Streckendifferenz Ds, zeigen die Richtung der thermischen Wärmeströme eines Bauteils an und verdeutlichen durch die Neigung der Temperaturgradienten die Größe der Wärmeströme. Allein schon optisch ermöglicht somit die Temperaturkurve eine qualitative Aussage über Richtung und Größe (proportional zur Neigung) eines Wärmestromes. Es werden vier Wärmeflußzustände mit unterschiedlichen Richtungen und Größen gezeigt:
Eine speicherfähige, massive Außenwand vereinnahmt kostenlos wertvolle Sonnenenergie und stoppt dadurch den stationären Transmissionswärmestrom von innen nach außen. Dies ist der bedeutsame Vorteil einer speicherfähigen, massiven Außenwand, da die Heizungsanlage dadurch entscheidend entlastet wird [31], [32], [35]. Um realitätsnahe Ergebnisse zu erhalten, muß die energetische Systemgrenze deshalb zur Außenoberfläche der Außenhülle verlegt werden. Alles andere bedeutet Manipulation. Der Gebäudewärmeschutz besteht also aus Dämmung und Speicherung, immerhin wird in [3] bereits von der „gleichdämmenden“ und „gleichspeichernden“ Ziegelstärke gesprochen. Der k-Wert beschreibt nur den Wärmestrom im Beharrungszustand, der jedoch infolge der ständig vorhandenen direkten und diffusen Solarstrahlung nie vorliegt. Dies wird auch von Hauser in [13] bestätigt. Dort steht: "Folgendes ist vorauszuschicken: der k-Wert eines Bauteils beschreibt dessen Wärmeverlust unter stationären, d. h. zeitlich unveränderlichen Randbedingungen. Die Wärmespeicherfähigkeit und somit die Masse des Bauteils geht nicht in den k-Wert ein. Außerdem beschreibt der k-Wert nur die Wärmeverluste infolge einer Temperaturdifferenz zwischen der Raum- und der Außenluft. Die auch während der Heizperiode auf Außenbauteile auftreffende Sonneneinstrahlung bleibt unberücksichtigt".Präziser kann die einschränkende Gültigkeit des k-Wertes nicht beschrieben werden. Der k-Wert bleibt ein Laborwert. Trotz dieser klaren Aussage bleibt Hauser nach wie vor einer der führenden „k-Wert-Dogmatiker“. Nicht ohne Grund steht deshalb auch in [12]: "Beim Anheizen oder Auskühlen von Räumen oder bei Sonnenzustrahlung liegen jedoch instationäre Verhältnisse vor, so daß diese durch die Werte 1/L (oder R in m²K/W) und k (oder U in W/m²K) nicht erfaßt werden". Speicherfähiges Material bedeutet auch Wärmeträgheit, die segensreich für die Stabilität besonders des sommerlichen Raumklimas wirkt. Dies zeigt die Abbildung 6.
Bei Lufttemperaturveränderungen wie z. B. beim Anheizen eines Raumes stellt sich der Beharrungszustand, also der stationäre Zustand mit konstanter Wärmestromdichte, erst recht langsam ein und liegt bei weit über 24 Stunden [3]. Das heißt im Klartext: Bei gut speicherfähigem Material würde sich im 24-Stunden-Rhythmus einer Tag/Nacht-Periode der Beharrungszustand nie erreichen lassen. Allein aus diesem Grunde kann bei instationären Verhältnissen die k-Wert-Berechnung nach DIN 4108 zu keinem brauchbaren Ergebnis führen. Deshalb sind die nur für den Beharrungszustand gültigen k-Wert Berechnungen, die in der Wärmeschutzverordnung, der EN 832 und auch der EnEV vorgesehen und vorgeschrieben sind, falsch. Fragt man nach dem Grund für die konsequente Ignoranz all
dieser
gesicherten Aussagen (wie z. B. in [12], [32] und [35]) und den in der
etablierten Bauphysik vorherrschenden k-Wert-Dogmatismus, so ist dieser
in [10] zu finden, dort steht: "Diese Diskussionen (um den k-Wert) erscheinen in Kreisen echter Fachexperten überflüssig, weil der k-Wert bzw. der Wärmedurchlaßwiderstand seit Jahrzehnten in der Wärmetechnik und in der Heizungstechnik unumstritten und mit Erfolg verwendet worden war".
Der begangene Fehler ist zu glauben, den k-Wert nun auch für eine exakte quantitative Bestimmung des Heizenergiebedarfs heranziehen zu können. Dies aber muß aus den angegebenen Gründen zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Skandalös wird es allerdings, wenn auf der Grundlage dieser falschen Berechnungen damit auch noch Bußgelder verbunden sind, wie sie im § 18 der EnEV vorgesehen sind [6]. Instationäre Verhältnisse wirken sich auch günstig auf die Behaglichkeitskriterien im Innenraum aus. Das Temperatur-Amplituden-Verhältnis (TAV) dämpft außenseitige Temperaturschwankungen, während die Phasenverschiebung die gedämpften Temperaturschwankungen zeitlich nach hinten versetzt [12]. Je nach Baustoff ergeben sich recht unterschiedliche Ergebnisse. Ein TAV von 0,1 z. B. (20 K Außentemperaturschwankung wird innen mit 2 K Temperaturschwankung wirksam) werden etwa durch 20 cm Holz, 36,5 cm Leicht- und Gasbeton (in etwa auch durch massive Ziegel) und etwa 50 cm Schwerbeton erzielt. Wärmedämmstoff dagegen muß bei Abmessungen von etwa 12 bis 16 cm (dies sind bereits effizienzlose und damit unwirtschaftliche Dämmstoffstärken) mit Temperatur-Amplituden-Verhältnissen von 0,8 bis 0,9 belegt werden (eine Außentemperaturschwankung von 20 K wird innen mit 16 bis 18 K Temperaturschwankung wirksam). Reine Leichtkonstruktionen aus Dämmstoff führen somit zu einem ausgesprochenen "Barackenklima". In solchen Fällen wird nun versucht, durch eine aufwendige und kostenintensive technische Gebäudeausrüstung diese Mißstände zu "bereinigen". Leichter (und billiger) wäre es, für die Außenkonstruktion zur Dämpfung und Pufferung speicherfähiges Material vorzusehen. Gerade im Bestand sind alle quantitativen Aussagen über Energieeinsparungen falsch, da der Beharrungszustand nie vroliegt. 3 Die Wand – stationär
Das Typische einer Hyperbel ist: 4 bis 6 cm Dämmstoff erbringen eine große k-Wert-Verbesserung, dagegen bedeutet eine Dämmung ab 8 bis 10 cm eine nur noch sehr geringe zusätzliche Verbesserung, also kaum noch eine zusätzliche Energieeinsparung. Bei kleinen Dämmstoffdicken liegt noch eine hohe Effizienz vor (mit kleinem Aufwand wird ein großer Nutzen erzielt). Bei großen Dämmstoffdicken jedoch liegt nur eine geringe Effizienz vor (mit großem Aufwand wird nur ein sehr kleiner Nutzen erzielt). Die Tangente an die Hyperbel gibt den Grenzwert der Effizienz an [22]. Merksatz: Mit den Vorgaben der Wärmeschutzverordnung 1995 bedeutet dieser Effizienzverfall für eine Leichtkonstruktion in Mark und Pfennig (bei Heizölkosten von 0,65 DM/l):
Eine Verdoppelung des Aufwandes bewirkt die Halbierung des Nutzens. Werden die Differenzbeträge betrachtet, so ist festzustellen:
Um jedoch den Bauschaffenden die nicht vorhandenen Energieeinsparungen glaubhaft zu machen, wird auf diesem Gebiet unvorstellbar viel geflunkert, Mogelpackungen beherrschen die Szene. Große prozentuale Gewinne werden präsentiert, die jedoch bei Kenntnis der absoluten Zahlen zu einem Nichts zusammenschrumpfen. Die obige letzte Zeile 4 erbringt ja auf dem Papier immerhin 50 % Energie- und Heizkosteneinsparung! Die Nutzlosigkeit kleiner k-Werte (also von Superdämmungen) wird auch deutlich, wenn das „Minimum angesteuert wird. Die Primärenergieverbrauchskurve in [14] für Herstellung und Beheizung bei einer Lebensdauer von 50 Jahren weist den Minimumpunkt bei 45 cm aus. Wie ist das hier offerierte "Minimum" zu beschreiben?
Nur durch die Überlagerung der Hyperbel mit der Geraden entsteht ein Minimum. Es ist mathematisch bedingt, daß eine Dämmung über 6 bis 8 cm kaum mehr einen zusätzlichen Nutzen erbringt – die Kurve verläuft fast waagerecht. Viel Dämmstoff einzubauen ist im höchsten Grade uneffizient. Im Knickpunkt der Hyperbel (ca. 5 bis 6 cm) geht das energiesparende Bauen in das kostenverteuernde Bauen über. Der Begriff „Minimum“ ist ein typischer Fall fehlerhaften
Denkens. Das
Minimum kennzeichnet sogar den Punkt, an dem der bautechnische
Widersinn
beginnt, denn jenseits vom Minimum wird mit mehr Aufwand weniger
erreicht
– Schizophrenie des Handelns. Es ist deshalb ein kapitaler Irrtum, wenn
es dann in [9] heißt: „Dieser Minimumpunkt repräsentiert den
wirtschaftlich optimalen Wärmedurchlaßwiderstand“. Das „energieeffiziente Bauen“ mit Superdämmungen bedeutet
kaum
Energieeinsparungen, jedoch gewaltige Kostenverteuerungen. 4 DIN –Gültigkeit Das Bundesverwaltungsgericht hat im Meersburg-Urteil [18] festgestellt, daß DIN durch "Vereinbarungen interessierter Kreise eine bestimmte Einflußnahme auf den Markt bezweckt. Den Anforderungen an Neutralität und Unvoreingenommenheit genügen sie deswegen nicht". Es kann nachgewiesen werden: Bei der festzustellenden Verordnungs- und Normenschwemme handelt es sich meist um "Vereinbarungen", jedoch keineswegs um Erkenntnisse, die ja die Grundlage von Wissenschaft sein sollten. Durch den quantitativ und qualitativ produzierten Normungsmüll häufen sich die "genormten" Baufehler. Nachweisbar sind sogar methodische Fehler in den DIN-Normen enthalten. Bei der Anwendung von DIN ist deshalb Vorsicht geboten. DIN-Normen sollten wegen der Fragwürdigkeit ihrer Entstehung einen möglichst geringen Stellenwert bekommen [34], [36], [41]. Ein besonders eklatanter Fall ist in der DIN EN 832 enthalten,
die ja
die Grundlage für die EnEV bildet. Wie „präzise“ hier
gerechnet
wird, zeigt das Rechenbeispiel für ein kleines eingeschossiges
Haus
mit knapp 100 m² Grundfläche im Anhang L der DIN EN 832. Der
Heizwärmebedarf liegt mit einer Streuung von ±43,3%
zwischen
52,8 und 133,5 kWh/m²a. Ein solches Ergebnis ist in den
Ingenieurwissenschaften
ein technischer Skandal. Energiesparendes Bauen mit DIN-Normen
begründen
zu wollen, zeigt die argumentative Hilflosigkeit der k-Wert-Ideologen. 5 Das Fenster Resonanzeinbrüche in diesem Bereich vermindern den Schallschutz und können auf zweierlei Art auftreten: die Resonanz der Einzelscheibe (Grenzfrequenz) - biegeweiche Scheiben von 4 mm oder darunter sind günstig - und die Resonanz der Fensterkonstruktion (Eigenfrequenz) als Masse-Feder-Masse-System – biegeweiche Konstruktionen werden durch einen großen Abstand der Scheiben erreicht. Die Nichtbeachtung dieser beiden schalltechnischen Gesetze führt bei den von der Industrie angebotenen normalen Fenstern zu einem Mangel bei der Schalldämmung. Die Schalldämm-Maße liegen wegen der Resonanzeinbrüche bei 30 bis 32 dB. Das Schalldämm-Maß einer Fensterkonstruktion als Einzahlangabe wird in der Abbildung 8 angegeben.
Deutlich ist der verbesserte Schallschutz zu erkennen, der aus der Vergrößerung der Scheibenabstände resultiert. Durch die parallele Skala der Resonanzfrequenz von zwei 4 mm Scheiben wird auch der physikalische Grund sichtbar. Der große Abfall der Schalldämmung bei geringen Scheibenabständen kommt durch Resonanzfrequenzen zustande, die noch in den Bewertungsbereich zwischen 100 und 3.200 Hz fallen [29], [30], [44]. Quintessenz: Diese Erkenntnisse sind seit langem bekannt, nur kümmert sich keiner darum, da Industrie und Wirtschaft den Ton angeben – und da geht es weniger um Qualität für den Kunden, sondern mehr um Geschäfte mit dem Kunden. Eine wesentliche Bedeutung für die Energieeinsparung erhält der temporäre Wärmeschutz, da hier in den kühleren und dunklen Nächten durch Rolläden, Klappläden oder Jalousien der Wärmeschutz verbessert wird. Bedeutsam ist dabei die für die Energieeinsparung so wichtige überproportionale Wichtung der nächtlichen Temperaturdifferenzen, die allerdings beim „Deckelfaktor“ von Hauser negiert wird – ein typischer Denkfehler [24], [30]. Der energetisch vorteilhafte temporäre Wärmeschutz, im Entwurf zur WSchVO 95 noch enthalten, ist allerdings zum Schluß vom Bundesrat gestrichen worden. Hier hat sich der lobbyistische Einfluß der Glasindustrie mit ihren „Wärme- und Sonnenschutzgläsern“ voll durchgesetzt. Werden nun der temporäre Wärmeschutz (es wird ein
Wärmedurchlaßwiderstand
von 0,38 m²K/W angenommen) und die gemäß WSchVO 1995
möglichen
Solargewinne berücksichtigt, so werden effektive k-Werte erreicht,
die die Tabelle 4 zeigt.
Tabelle 4 Die unbillige kF-Wert-Betonung und der fehlende temporäre Wärmeschutz verschleiern die energetische Wirkung von Normalfenstern. Die zusammenfassende Energiebilanz liefert für Normalgläser ein durchaus ansehnliches Ergebnis, das mit dem von „Wärmeschutz- und Sonnenschutzgläsern“ vergleichbar ist. Die Notwendigkeit, aus energetischen Gründen „Sondergläser“ zu wählen, besteht also nicht, kleine kF-Werte sind nicht erforderlich. Außerdem schmälern die kleinen g-Werte die Lichtausbeute – Pflanzen gehen sogar zugrunde (und der Mensch?). Die Markteinführung dieser Gläser wird also nur durch „gesteuertes Rechnen“ ermöglicht, indem günstige Eigenschaften bewährter Fensterkonstruktionen unbeachtet bleiben. Diese Ergebnisse gelten für Konvektionsheizungen, da hier thermodynamisch vorgegangen und gerechnet wird. Wechselt man zur Strahlungsheizung, also zu einer elektromagnetischen Strahlung, dann muß auf folgendes aufmerksam gemacht werden: Ein Naturgesetz der elektromagnetischen Strahlung besagt, daß normales Fensterglas für Wellenlängen unterhalb 0,3 µm (ultraviolette Strahlung) und oberhalb etwa 2,7 µm (langwellige Temperaturstrahlung) praktisch völlig undurchlässig ist. Deshalb erfolgt kein Bräunen hinter einer Glasscheibe und die Wärmestrahlung einer temperierten Wand wird nicht hinausgelassen. Das normale Fenster erzeugt somit einen ”Treibhauseffekt”, denn die Solarstrahlung mit dem Sonnenlicht dringt zwar ein, die absorbierte Energie verbleibt jedoch als Wärmestrahlung im Raum [4]. Dies zeigt die Abbildung 9.
Die elektromagnetische Strahlung besteht unter anderem aus der kurzwelligen Solarstrahlung (L = 0,2 bis 2,3 µm), aber auch aus der langwelligen Temperaturstrahlung (L = 2 bis 40 µm). Das Spektrum des sichtbaren Lichtes von 0,38 bis 0,78 µm ist eingezeichnet. Die rechte Skala zeigt die numerische Größe der Strahlungsintensität für einen Hohlraumstrahler, wie sie in einem geschlossenen Raum vorliegt, die linke Skala dagegen für einen Halbraumstrahler, wie er in der Heiztechnik allgemein berücksichtigt wird. Die halbe Größe resultiert aus der nicht gerechtfertigten Halbierung der von Max Planck experimentell in einem Hohlraum festgestellten Strahlungsintensität [39]. Infolge dieser besonderen Fähigkeit des Glases kommt es bei großen Fensterflächen im Sommer zu Überheizungen. Nur ein speicherfähiges Haus kann dies verhindern. Das k-Wert-Denken muß also auch beim Fenster neu durchdacht werden. Doppel- und Dreifachscheiben, Edelgasfüllungen und metallische Beschichtungen zur ”Reduzierung der Transmissionswärmeverluste”, wie sie allerorts gefordert werden, sind überhaupt nicht notwendig, wenn als Raumheizung ein Temperaturstrahler verwendet wird. Hier sind z. B. zu nennen: ein Kaminfeuer, ein Kachelofen, eine temperierte Wand oder eine Strahlplatte. Die k-Wert minimierenden Bemühungen gelten also nur für die teure und physiologisch abzulehnende reine Konvektionsheizung mit ihren Staub aufwirbelnden Luftströmungen. Energiesparende Fenster sind vielschichtiger zu beurteilen,
als es das
einfältige k-Wert-Denken vermag. 6 Strahlungsphysik Eine Strahlung erwärmt auch keine Luft, sondern nur Materie, also Körper und feste Bauteile – z. B. die Innenoberflächen eines Raumes. Wärmeleitung und Wärmestrahlung können deshalb methodisch nicht einheitlich behandelt werden; beides sind physikalisch zwei völlig unterschiedliche Bereiche [28], [44]. DIN-Normen (z. B. DIN EN ISO 6946 und VDI-Richtlinien (z. B. VDI 6030) beachten dies allerdings nicht und vermengen beides – bei der Berechnung einer Strahlungsheizung (Strahlplatten) und bei der Strahlung von Wänden und Decken führt dies zu fehlerhaften und sogar zu abstrusen Ergebnissen. Die markanten Unterschiede zeigt die Abbildung 10.
Nur bei einer Konvektionsheizung sind Feuchteschäden und damit Schimmelpilzbildung durch Kondensat möglich, da die Temperatur der Wand immer niedriger als die der Raumluft ist (linke Seite). Dagegen schließt eine Strahlungsheizung Kondensatbildung innen an den Wandoberflächen aus, da ihre Temperatur immer höher als die der Luft ist (rechte Seite). Auch der grundsätzliche Unterschied der Temperaturkurven im Bauteil zwischen falscher stationärer Betrachtung mit konstanten Wärmeströmen (geradlinig) und richtiger instationärer Betrachtung mit in Größe und Richtung unterschiedlichen Wärmeströmen (kurvenförmig) wird deutlich. Von diesen vier möglichen empirischen Modellen zur Beschreibung der Wirklichkeit wird in der DIN 4108 für die Berechnung von Energieströmen (u. a. in der WSchVO und der EnEV) leider gerade das praxisfremdeste und für den Menschen physiologisch schädlichste gewählt: "Stationär mit Konvektion". Die Behaglichkeitstemperatur setzt sich aus der Raumlufttemperatur und der Wandtemperatur zusammen und liegt etwa in der Mitte beider Einzeltemperaturen [42]. Dabei ist zu unterscheiden: Bei der Konvektionsheizung ist die Raumlufttemperatur höher als die Wandtemperatur, bei der Strahlungsheizung dagegen niedriger – dies schließt Schimmelpilzbildung aus. Dieser funktionelle Zusammenhang ist in der Abbildung 11 dargestellt.
Durch eine Strahlungsheizung ergeben sich insbesondere auch energetische Vorteile, da infolge der höheren Strahlungstemperatur der Wände die Lufttemperatur niedrig gehalten werden kann. Da nach der Wärmeschutzverordnung (0,8 facher Luftwechsel) die „verbrauchte“ warme Innenraumluft innerhalb von 24 Stunden über 19 mal gegen kältere ausgetauscht wird, liefert die Strahlungsheizung einen großen energetischen Gewinn. Eine kleinere Luftwechselrate würde weitere Energieeinsparungen nach sich ziehen. Da bei einer Strahlungsheizung sowohl Raumlufttemperatur als auch die Luftwechselrate reduziert werden können, ist diese Heizungsart unbedingt vorzuziehen. Die Strahlungsheizung muß deshalb aus grundsätzlichen physiologischen und ökologischen Überlegungen gegenüber der Konvektionsheizung favorisiert werden. Die in der Heiztechnik fast ausschließliche Beschränkung auf Konvektionsheizungen ist, auch aus energetischen Gründen, deshalb nicht zu verantworten [28]. Es gilt deshalb, zur Energieeinsparung Strahlungsheizungen zu
bevorzugen. 7 Feuchte
Die Aufnahmefähigkeit von Wasserdampf hängt von der Lufttemperatur ab. Warme Luft kann mehr aufnehmen als kalte Luft. Kondensat entsteht also immer nur dann, wenn Raumluft abgekühlt wird – also nur bei Konvektionsheizungen. Eine 20 °C warme Luft mit 60% rel. Feuchte z. B. enthält 10,5 g/m³ Wasserdampf. Wird diese Luft auf 11,5 °C abgekühlt, entsteht eine rel. Feuchte von 100%, die Luft ist gesättigt. Bei weiterer Abkühlung würde der überschüssige Wasserdampf kondensieren. Hier schon wird erkennbar, daß normale Raumluft bis 60% rel. Feuchte immerhin um rund 8 K abgekühlt werden muß, um Kondensat zu bilden. Dies widerlegt das Argument, bei Kondensatbildung sei vor allem der schlechte k-Wert und eine unzureichende Wärmedämmung mit zu geringer Oberflächentemperatur die Ursache. Dies ist eine Mär der unverbesserlichen Dämmstoffmaximierer. Zur Kondensatvermeidung sind keineswegs kleine k-Werte erforderlich, dies bestätigt auch die Tabelle 1 in der DIN 4108, Teil 2 [19], [20], [21]. Kühle oder kalte Luft, selbst von 80%, enthält wenig Wasserdampf (3 bis 5 g/m³). Wird diese auf 20 °C erwärmt, dann wird daraus eine rel. Feuchte von rund 20 bis 30%. Diese Luft saugt wie ein Schwamm aus den "feuchten" Innenoberflächen die Feuchtigkeit wieder heraus, eine normale Ausgleichsfeuchte pendelt sich ein. Flächen, die als Feuchtepuffer dienten, werden somit durch Feuchteausgleich wieder langsam entfeuchtet. Im Bedarfsfalle muß mehrmals bzw. dauernd gelüftet werden. Dies ist auch der Grund, weswegen zur Entfeuchtung durchfeuchteter Wände immer im Winter gelüftet werden muß - und nicht im Sommer. Bei übermäßiger Feuchteproduktion (z. B. Kochen in der Küche, Duschen im Bad, viele Blumen und ein Aquarium im Wohnzimmer) müssen sorptionsfähige Schichten (z. B. Kalkputz, Holzverkleidungen) die Feuchtespitzen aufnehmen und abpuffern können. Ähnlich verhält sich eine speicherfähige Innenoberfläche auf thermische Spitzen. Erfolgt z. B. bei Sonneneinstrahlung durch die Fenster eine Überheizung des Raumes, dann puffern absorptions- und speicherfähige Oberflächen die erhöhten Temperaturen ab, es findet ein Temperaturausgleich zwischen Raumluft und Wand statt. Fehlen sorptionsfähige Oberflächenmaterialien im Raum, dann muß mit hohem technischen Aufwand und viel Geld Ersatz für die nicht vorhandenen günstigen Materialeigenschaften geschaffen werden: Überheizung muß mit Kühlung, eine hohe Raumluftfeuchte mit einer Lüftungs- oder Klimaanlage begegnet werden - beides zwar technisch machbar, aber für den Normalfall nicht empfehlenswert. Anschaffung und Betrieb wären zu kostenaufwendig. Bewährte massive Baustoffe (Vollziegel) wären die zu empfehlende Alternative. Bei einer Außenwand sollte Feuchte- und Wärmestrom immer gleichgerichtet sein, damit Feuchte nach außen entweichen und verdunsten kann. Die Sorptionsfähigkeit muß dabei für den gesamten Querschnitt gewährleistet sein, damit die Kapillarbewegung der Feuchtigkeit nicht gestört wird. Bei Schichtkonstruktionen ist dies meist nicht gegeben. Fassadenkeramik, diffusionsdichtere Außenputze oder sorptionsdichte Folien und Außenschichten be- oder verhindern diesen natürlichen Weg nach außen; es muß dann zwangsläufig nach innen entfeuchtet werden! Hier aber liegen die Dampfsperren. Fehlende Sorptionsfähigkeit mindert das Wohlbefinden und die Behaglichkeit für die Bewohner, sie kann sogar krank machen. Konstruktionsschema Nr. 1 bei einer Wand ist deshalb eine abnehmende Festigkeit von innen nach außen ohne sorptionsverhindernde Schichten. Eine solche Konstruktion ist derart robust, daß fast jedes Innenraumklima verkraftet wird. Für die Dampfdiffusion wird die „Festigkeit“ durch den µ-Wert charakterisiert, jedoch nicht durch den sd-Wert, was fälschlicherweise geschieht. Wird das bewährte Konstruktionsprinzip der Festigkeitsabnahme von innen nach außen verlassen, muß mit Feuchteschäden gerechnet werden [5]. Anmerkung: Eine universelle, für das ganze Jahr geltende und
richtige Konstruktion
wäre die monolithische Konstruktion. Hier ist dann nur darauf zu
achten,
daß die drei Schichten Putz - Mauerteil - Putz
einschließlich
der Anstriche sich bauphysikalisch vertragen. Die praktizierten
"Energiesparkonstruktionen"
führen jedoch weitgehend zu Feuchteschäden. 8 Lüftung und Luftdichtheit Mit der "Abschaffung" der belüfteten Konstruktion durch praxisfremde Bauphysiker entstehen bei Leicht- und Skelettkonstruktionen infolge der konstruktiv nicht zu vermeidenden Luftundichtheit Feuchteschäden durch Luftströmung. Dies macht die unbelüftete Leicht- und Skelettkonstruktion insgesamt mehr als fragwürdig. Anstatt nun bei solchen "windigen" Konstruktionen zur belüfteten Konstruktion zurückzukehren, wird in alter Manier (ein Fehler wird durch einen zweiten Fehler zu beheben versucht) die "Luftdichtheitsprüfung", die Messung der Luftdichtheit mit Blower Door (die blasende Tür), geboren. Zur Begründung werden die damit zusammenhängenden Energieverluste, nicht aber die zu erwartenden Feuchteschäden genannt. Hier geschieht Verschleierung der tatsächlichen Gründe durch Informationsselektion, denn die durch Luftundichtheit entstehenden Energieverluste sind vernachlässigbar klein. Die Wärmeschutzverordnung 95 berücksichtigt einen 0,8 fachen Luftwechsel, dies entspricht einem stündlichen Luftvolumenstrom von 2 m³/m² Wohnfläche (VL = 0,8 V und AN = 0,32 V). Diese 2 m³ lassen eine eventuelle Luftundichtheit der Außenhülle energetisch wirklich kümmerlich erscheinen. Eine Luftundichtheit, die z. B. einen Luftvolumenstrom von 15 m³/h nach sich zieht [40], entspricht nach der Wärmeschutzverordnung genau dem vorgesehenen Luftvolumenstrom für 7,5 m² Wohnfläche; energetisch gesehen also überhaupt kein Thema. Wenn keine Feuchteschäden entstünden, würde damit sogar eine Grundlüftung gewährleistet werden, wie dies in früheren Jahren bei den undichten Fenstern der Fall war und was energetisch sogar anzustreben wäre. In [40] jedoch wird eine Undichtheit als „energetische Katastrophe“ dargestellt („der Wärmeschutz könne dann vergessen werden“). Insofern bedeutet z. B. der Slogan "Luftdichtheit senkt den Energieverlust", mit dem Büros für die "Blower-Door-Messung" werben, eine bewußte (oder aus Unwissenheit unbewußte) Irreführung des Kunden. Allerdings eröffnet sich hier ein vielversprechender Markt, der bei Beachtung der "allgemein anerkannten Regeln der Technik" erst gar nicht entstehen würde. Dieser Markt wird nun auch noch vom Verordnungsgeber in der EnEV unterstützt und gefördert, indem bei einer Blower Door Messung reduzierte Luftwechselraten und höhere k-Werte „zulässig“ sind [6]. Die Manipulationen nehmen kein Ende. Eine stetig wirksame Grundlüftung ist sogar energiesparend. Wichtig wird dabei der Umstand, daß feuchte Luft als wesentliche Voraussetzung für Kondensatschäden besonders viel Energie besitzt. Das Molliersche Diagramm, das in jedem Heizungslehrbuch enthalten ist, zeigt dies sehr deutlich. Beispielhaft kann gesagt werden: Eine Raumluft mit 20° C und 50 % rel. Feuchte enthält 10,8 Wh/kg tr. L. (trockene Luft). Wird nun diese Luft durch frische Außenluft ausgetauscht (5 °C und 80 % rel. Feuchte mit einem Wärmeinhalt von 4,4 Wh/kg tr. L.), so muß für die Erwärmung eine zusätzliche Energie von (10,8 - 4,4) = 6,4 Wh/kg tr. L. aufgebracht werden. Wird dagegen nicht gelüftet und die rel. Feuchte der 20 °C warmen Raumluft steigt dadurch auf z. B. 90 % an (Wärmeinhalt 14,9 Wh/kg tr. L.), so wird dafür eine Energie von (14,9 - 10,8) = 4,1 Wh/kg tr. L. erforderlich. Dies sind immerhin 64 % der für frische, kalte Außenluft notwendigen Energie. Wenn nun diese sehr feuchte und damit energiereiche Raumluft hinausgelüftet wird, dann bedeutet dies Energieverschwendung; dies geschieht z. B. bei einer Stoßlüftung. Um ein Ansteigen der Feuchte zu vermeiden, muß permanent, muß stetig gelüftet werden – das „undichte Fenster“ war damit energetisch die einzige kostengünstig richtige Lösung. Nicht lüften spart also keine Energie, sondern verbraucht sie. „Energiesparen“ bei der Lüftung ist nur ein
herbeigeredetes Problem
und soll lediglich den Einbau von Lüftungsanlagen vorbereiten
helfen
– zum Nachteil der Kunden, zum Vorteil der Firmen. 9 Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen
Damit kann das Fazit gezogen werden, daß unwirtschaftliche Energiesparmaßnahmen gesetzwidrig sind; sie können - und müssen - unterbleiben. Die Auslegung des § 5 (1) läßt keine andere Schlußfolgerung zu [26], [27], [33, [36]. Hinweis: Die Unwirtschaftlichkeit nimmt groteske Formen an. Gerade beim Altbau wird jetzt entsprechend der ausgegebenen Parole „Energiefresser Altbau“ mit Macht „energetisch“ saniert. Einer Zeitungsnotiz sind folgende Informationen zu entnehmen [7]: Drei Wohnhäuser mit jeweils 6 Dreizimmer-Wohnungen á 71 m² Wohnfläche werden von der „Gesellschaft für Wohnungsbau und Hausverwaltung im Stadtgebiet Aschaffenburg“ saniert. Als „energiesparende Maßnahmen“ wurden durchgeführt: - Wärmedämmverbundsystem mit 8 cm Mineralfaser und Silikonputz,Im Text heißt es dann: „Der Energiebedarf zum Heizen der Häuser wird nach den Erwartungen der Baugesellschaft um rund 35 Prozent sinken. Pro Jahr und Wohnung würde das eine Einsparung von etwa 180 Mark ergeben“. 35 % suggeriert viel, 180 DM pro Jahr bedeutet aber ein „Nichts“. Bei 6 Wohnungen pro Haus wird damit eine Einsparung von 1.080 DM/a erzielt. Wird für die Wirtschaftlichkeitsberechnung ein Mehrkostennutzenverhältnis von 15 (sehr gewagt) angenommen, dann beträgt das Investitionskostenlimit pro Haus: 15 x 1.080 = 16.200 DM. Jeder Architekt oder Bauleiter weiß, daß die Realisierung der oben genannten fünf Maßnahmen für dieses Geld eine Utopie sind – wie eben alles im Gebäudewärmeschutz. Mit solchen Baumaßnahmen werden die Wohnungsbaugesellschaften nur aufs Glatteis geführt. Man sollte deshalb auf derartige dubiose Energieeinsparmaßnahmen verzichten. Gesteuert wird dieser bautechnische Unfug auch noch zusätzlich durch eine Broschüre „Das NiedrigEnergieHaus“, die von der ASEW herausgegeben wurde und offensichtlich viel Unheil anrichtet [2]. Die „wissenschaftliche“ Beratung hat Dr. Feist übernommen!. Das sagt alles. Beabsichtigte „energiesparende“ Baumaßnahmen müssen
ernsthaft
auf ihre Nachhaltigkeit überprüft werden. 10 Schlußbemerkung Begünstigt werden diese Fragwürdigkeiten durch das stationäre Rechnen nach DIN 4108, das zu falschen Ergebnissen führt: Dies geschieht in der WSchVO 95, in der EnEV und bei jeder Heizwärmebilanzberechnung wie in der DIN EN 832. Die konstruktiven Veränderungen und Entwicklungen in Richtung "Energiesparhaus" sind einseitig, unwirtschaftlich und beruhen meist auf Denkfehlern – sie sind schlichtweg falsch. Die Folge ist die Verunsicherung der Baufachwelt, begleitet mit der Zunahme von Bau- und Feuchteschäden. Suggestiv angesetze und eloquent vorgetragene Argumente versuchen, diesen Bauunfug zu verschleiern; sie vervollständigen jedoch nur die Irritationen. Wenn Mathematik, Logik und Naturgesetze zum Tragen kommen, entlarvt sich der praktizierte Wärmeschutz zum mühsam errichteten Phantomgebilde. Im Bauen muß endlich wieder eine solide Bautechnik mit soliden Grundlagen die Oberhand gewinnen. Es gilt, Baukultur zu bewahren [34], [37], [38]. Insofern gilt nach wie vor, was Steinbuch bereits in den 70er
Jahren
geschrieben hat [43]: Weitere Informationen können unter [17] abgerufen werden.
[2] ASEW, Das NiedrigEnergieHaus, Herausgeber: Arbeitsgemeinschaft kommunaler Versorgungsunternehmen zur Förderung rationeller, sparsamer und umweltschonender Energieverwendung und rationeller Wasserverwendung im VKU, 1998. [3] Cords-Parchim, W.: Technische Bauhygiene. Teubner Verlag Leipzig, 1953. [4] Cziesielski, E.; Daniels, K.; Trümper, H.: Ruhrgas Handbuch - Haustechnische Planung. Hrsg. Ruhrgas AG, Karl Krämer Verlag Stuttgart 1985. [5] Eichler, F; Arndt, H.: Bautechnischer Wärme- und Feuchtigkeitsschutz. 2. Auflage, VEB Verlag für Bauwesen Berlin 1989. [6] Entwurf der "Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden" (Energieeinsparverordnung - EnEV) – Juni 99: § 15 "Regeln der Technik". [7] FAZ vom 5.09.2000, S. 73; Energieeinsparung und mehr Komfort, Pilotprojekt der Aschaffenburger Wohnungsbaugesellschaft. [8] Feist, W.: Ist Wärmespeichern wichtiger als Wärmedämmen? Institut für Wohnen und Umwelt GmbH, Darmstadt, Mai 1987. [9] Gertis, K.: Das hochgedämmte massive Haus. Bundesbaublatt 1983, H. 3, S. 149 und H. 4, S. 203. [10] Gertis, K.: Wärmedämmung innen oder außen? Deutsche Bauzeitschrift 1987, H. 5, S. 63. [11] Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäuden (Energieeinsparungsgesetz – EnEG) vom 22.07.1976. [12] Gösele, K.; Schüle, W.: Schall, Wärme, Feuchte. Bauverlag Wiesbaden Berlin 1985, S. 167/168. [13] Hauser, G.: Der k-Wert im Kreuzfeuer - Ist der
Wärmedurchgangskoeffizient
ein Maß für Transmissionswärmeverluste? Bauphysik 1981,
H. 1, S. 3. [15] IBP-Bericht B HO 8/83 - II: Untersuchungen über den effektiven Wärmeschutz verschiedener Ziegelaußenwandkonstruktionen. Fraunhofer-Institut für Bauphysik Stuttgart. Auftraggeber: Ziegelforum e.V. München. [16] IBP-Bericht EB-8/1985: Auswirkungen der
Strahlungsabsorption
von Außenwandoberflächen und Nachtabsenkung der
Raumlufttemperaturen
auf den Transmissionswärmeverlust und den Heizenergieverbrauch.
Fraunhofer-Institut
für Bauphysik Stuttgart. Auftraggeber:Ziegelforum München. [18] Meersburg Urteil. Bundesverwaltungsgericht Aktenzeichen 4 C 33-35/83, Urteil vom 22.05.1987. [19] Meier, C.: Wärmedämmung und Luftfeuchtigkeit. RG-Bau Merkblatt Nr.81, RKW-Eschborn, Best. Nr. 932, 1987. [20] Meier, C.: Feuchteschäden an Außenbauteilen - zum Problem der Schimmelpilzbildung an Außenwänden von Räumen. Berliner Bauwirtschaft, Sondernummer Okt. 1987, S. 21. [21] Meier, C.: Der kleine Irrtum beim Tauwasserschutz. Klima-Kälte-Heizung 1989, H. 9, S. 404. [22] Meier, C.: Das Dilemma der Dämmstoff-Maximierer. Berlin-Brandenburgische Bauwirtschaft 1992, H. 5, S. 160. [23] Meier, C.: Der Wärmebrückeneinfluß von Außenkonstruktionen. Berlin-Brandenburgische Bauwirtschaft 1992, H. 18, S. 518. [24] Meier, C. Das Fenster als energetischer Aktivposten. Berlin-Brandenburgische Bauwirtschaft 1992, H. 19, S. 554. [25] Meier, C.: Ökologisch-ökonomische Aspekte der Energieeinsparung. das bauzentrum, 1994, H. 5, S. 26. [26] Meier, C.: Wärmeschutzverordnung 1995 - null und
nichtig.
Berlin-Brandenburgische Bauwirtschaft 1995, Heft 19, S. 12 bis
14; [27] Meier, C.: Investitions- und Folgekosten bei Bauvorhaben. Bedeutung und Planungskonsequenzen. Renningen-Malmsheim, expert verlag 1996, 2. Auflage, Band 246, 162 Seiten. [28] Meier, C.: Humane Wärme. Strahlungswärme als energiesparende Heiztechnik. bausubstanz 1999, H. 3, S. 40. [29] Meier, C.: Auf Abstand. Zur Effizienz von Schallschutzfenstern im Vergleich zu Kastenfenstern. deutsche bauzeitung 1999, H. 3, S. 132. [30] Meier, C.: Das Fenster und die Wärmeschutzverordnung. Fenster im Baudenkmal 1998, Tagungsbeiträge Kapitel 4, Herausgeber: PaX Holzfenster GmbH. Lukas Verlag, Berlin 1999. [31] Meier, C.: Praxis-Ratgeber zur Denkmalpflege Nr. 7, Januar 1999. Altbau und Wärmeschutz - 13 Fragen und Antworten. Informationsschriften der Deutschen Burgenvereinigung e.V. Marksburg - 56338 Braubach. [32] Meier, C.: Gut gespeichert ist auch gedämmt. deutsche bauzeitung 1999, H. 5, S. 138. [33] Meier, C.: Wirtschaftlichkeit von Energiesparkonstruktionen. DBZ 1999, H. 6. S. 99. [34] Meier, C.: Ein Anschlag auf die Baukultur. Kritik am Entwurf der DIN 4108, Teil 2; bausubstanz 1999, H. 9, S. 42. [35] Meier, C.: Speicherung im Massivbau. Mauerwerksbau aktuell 2000, Jahrbuch für Architekten und Ingenieure. Beuth Verlag Berlin/Wien/Zürich, Werner Verlag Düsseldorf. [36] Meier, C.: Alles was recht ist. Rechtliche Randbedingungen des Gebäudewärmeschutzes. bausubstanz 2000, H. 2, S. 45. [37] Meier, C.: Wohnungsbestand und Wärmeschutz, Kritisches zur Energieeinsparverordnung. Wohnen 2000, H. 2, S. 64. [38] Meier, C.: Widersprüche im Wärmeschutz – Die allgegenwärtige k-Wert-Euphorie. Power Management + Intec, 2000, H. 2 (April), S. 24. [39] Meyers Enzyklopädisches Lexikon. Bibliographisches Institut Mannheim, Wien, Zürich , Band 18, 1978, S. 747. [40] Pohl, W.H.: Wärmeschutzverordnung 1995 - Konsequenzen für die Konstruktion von Anschlußpunkten. Baumeister-Sonderheft Oktober 1995, S. 12. [41] Probst, M.: Offener Brief an das DIN Deutsches Institut für Normung e.V. Bausubstanz 1999, H. 7/8, S. 51. [42] Reeker, J.; Kraneburg, P.: Haustechnik - Heizung, Raumlufttechnik, Werner Verlag Düsseldorf 1994. [43] Steinbuch, K.: Maßlos informiert. Die Enteignung unseres Denkens. Goldmann Sachbuch 11 248, 11/1979. Eine Materialiensammlung, die die Zusammenhänge im Wärmeschutz aufzeigte, wurde im Mai 1998 vertragswidrig vom Markt genommen. [44] Meier, C. (Hrsg): Wärmeschutzplanung für Architekten und Ingenieure, Rudolf Müller Verlag, Köln 1995, 2 Bände mit insgesamt ca. 1.800 Seiten. FAZ vom 05. September 2000, Seite 73 - Wärmedämmverbundsystem mit 8 cm Mineralfaser und Silikonputz,Im Text heißt es: „Der Energiebedarf zum Heizen der Häuser wird nach den Erwartungen der Baugesellschaft um rund 35 Prozent sinken. Pro Jahr und Wohnung würde das eine Einsparung von etwa 180 Mark ergeben“. 35 % suggeriert viel, 180 DM pro Jahr bedeutet aber ein
„Nichts“. Bei
6 Wohnungen pro Haus wird damit eine Einsparung von 1.080 DM/a
erzielt. Jeder Architekt oder Bauleiter weiß, daß die
Realisierung
der oben genannten fünf Maß-nahmen für dieses Geld eine
Utopie sind – wie eben alles im Gebäudewärmeschutz. Mit
solchen
Baumaßnahmen werden die Wohnungsbaugesellschaften nur aufs
Glatteis
ge-führt. Man sollte deshalb auf derartige dubiose
Energieeinsparmaßnahmen
verzichten. Gesteuert wird dieser bautechnische Unfug auch noch
zusätzlich
durch eine Broschüre Fazit: Beabsichtigte „energiesparende“ Baumaßnahmen müssen ernsthaft auf ihre Nachhaltigkeit überprüft werden.
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28.08.2001
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