EnEV 2014 –

Auswirkungen auf das
Bauen mit Betonfertigteilen

EnEV 2014 – Umweltpolitische Zielsetzung

In der neuen EnEV 2014 [1] werden die Anforderungen zur Reduktion des Energieeinsatzes beim Betreiben von Gebäuden weiter verschärft. So wird der am Referenzgebäude ermittelte Grenzwert des Jahresprimärenergiebedarfs um 12,5 % gesenkt, für Neubauvor-

haben ab dem 1.01.2016 sogar um 25 %. Die Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle werden ab dem 1.01.2016 um durchschnittlich 20 % angehoben. Der Anstoß zu den weiteren Verschärfungen kommt aus Brüssel über die Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19.05.2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden. Diese EU-Richtlinie erlaubt im Artikel 9 „Fast-Null-energiegebäude“ ab dem 31.12.2020 nur noch Passiv- und Null-energie-Neubauten, bei öffentlichen Gebäuden sogar schon ab 31.12.2018. Gleichzeitig fordert sie energieeffiziente Sanierungen im Bestand. Enthalten ist auch die Vorgabe, den verbleibenden Energiebedarf eines Gebäudes möglichst aus erneuerbaren Energiequellen – am Standort oder in Gebäudenähe erzeugt – zu decken. Die EU-Mitgliedsstaaten müssen ihre nationalen Regelungen innerhalb von zwei bis drei Jahren nach Inkrafttreten an das geforderte Niveau anpassen und der EU-Kommission alle fünf Jahre berichten, ob sie das angestrebte Energieeffizienz-Niveau erreichen.

Wirtschaftliche Lösungen mit Beton-
fertigteilen

Das erhöhte Anforderungsniveau der EnEV 2014 stellt die Bauschaffenden insgesamt nicht vor unlösbare Probleme. Es wird jedoch zunehmend erforderlich, die Möglichkeiten einer genaueren Nachweisführung der bauphysikalischen Qualität geplanter Gebäude zu nutzen. Diese Instrumente, wie z. B. exakte Wärmebrückennachweise [2], stehen bereits zur Verfügung. Mit den wachsenden energeti-schen Anforderungen gewinnt der sach- und fachgerechte Einsatz leistungsfähiger Baustoffe in Planung, Nachweisführung und Ausführung im Sinne einer gesamtheitlichen Betrachtung zunehmend an Bedeutung. Zur Erfüllung der Anforderungen der EnEV 2014 sollten daher folgende grundlegende Aspekte besonders berücksichtigt werden:

– Begrenzung der Transmissionswärme­verluste,

– Minimierung der Wärmebrückeneffekte,

– Nutzung solarer Wärmeeinträge,

– Nutzung von Speichermassen für den sommerlichen Wärmeschutz,

– Sicherstellung einer hohen Gebäude­dichtheit.

Begrenzung der Transmissionswärmeverluste durch hochgedämmte Fassadenelemente und Außenwände

Bei Wohngebäuden und wohnähnlichen Gebäuden stellen die Außenwände i. d. R. die größte Gebäudefläche dar, die an die Außenluft grenzt. Dementsprechend bedeutsam ist auch ihre energetische Qualität in der Energiebilanz. Wichtige Parameter zur Abschätzung der Transmissionswärmeverluste sind der Wärmedurchgangskoeffizient U der opaken Bauteile sowie der Wärmedurchgangskoeffizient U_w der Fenster.

Energetisch hochwertige Außenwandkonstruktionen mit niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten können auf verschiedene Weise mit Betonfertigteilen hergestellt werden. Besonders effizient im Hinblick auf den Baustoff-einsatz und den Flächenbedarf sind mehrschalige Konstruktionen, in denen statische und bauphysikalische Funktionen getrennt und durch optimierte Baustoffe erfüllt werden. Dies können sein:

– Betonwandscheiben mit äußerer Wärmedämmung (z. B. Wärmedämmverbund­system; Abb. 1),

– Betonwandscheiben mit äußerer Wärmedämmung und Vorsatzschalen (Abb. 2),

– Betonwandscheiben mit Kerndämmung (Sandwichelemente; Abb. 3).

Innendämmung ist grundsätzlich auch möglich, im Neubau­bereich aber eher unüblich.

Begrenzung der Wärmebrückeneinflüsse

Die Transmissionswärmeverluste über die das beheizte Gebäudevolumen begrenzenden Bauteile werden im Wesentlichen über die

U-Werte der Bauteile bestimmt. Die Wärmeverluste gelten aufgrund des physikalischen Ansatzes für ein unendlich ausgedehntes Bauteil der betrachteten Bauweise. Diese Verhältnisse liegen jedoch in realen Gebäuden nicht vor. Vielmehr sind reale Bauwerke des Hochbaus durch eine Vielzahl von Bauwerksecken, Anschlüssen verschiedener Bauteile und Materialkombinationen gekennzeichnet.All diese Situationen führen zu einem gegenüber dem„ungestörten“ Bauteil veränderten – meist erhöhten – Wärmestrom und damit veränderten energetischen Eigenschaften; man spricht bekanntlich von Wärmebrücken.

Im Bereich dieser Wärmebrücken ist die raumseitige Oberflächentemperatur niedriger als in den umgebenden Bauteilbereichen. Sinkt die Oberflächentemperatur über mehrere Tage zu stark ab (unter ca. 12,6 °C), kondensiert an den Oberflächenbereichen die in der Raumluft enthaltene Feuchtigkeit mit der Folge, dass die Gefahr einer Schimmelpilzbildung besteht. Eine sachgerechte Planung ist an diesen konstruktiv anspruchsvollen Punkten daher auch aus gesundheitlichen Gründen besonders wichtig. Mit zunehmendem Dämmniveau der Einzelbauteile nimmt der Einfluss der konstruktiven Wärmebrücken auf die Gesamtwärmeverluste der Gebäudehülle zu. Typische konstruktive Wärmebrücken findet man im Hochbau z. B.:

– an Bauwerkskanten,

– im Anschlussbereich von Innenwänden und Geschossdecken an Außenwände,

– in den Anschlussbereichen von Fenstern, Türen und Toren,

– im Bereich auskragender Bauteilbereiche (z. B. Balkone).

Die EnEV 2014 fordert daher zu Recht, dass zu errichtende Gebäude so auszuführen sind, dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf mit wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie mög­lich gehalten wird.

Die EnEV 2014 bietet – wie bisher – mehrere Möglichkeiten zur Berücksichtigung von Transmissionswärmeverlusten infolge Wärmebrücken H_WB. Wärmebrücken können zum einen über einen pauschalen Zuschlag im energetischen Nachweisverfahren berücksichtigt werden. Dies kann im Wohnungsbau z. B. mit einem Pauschalzuschlag ∆_UWB = 0,05 W/(m²K) auf die gesamte Wärme übertragende Umfassungsfläche A geschehen. Voraussetzung ist, dass die Bauteilanschlüsse des betrachteten Gebäudes nach Beiblatt 2 zur DIN 4108 [2]
geplant und ausgeführt werden. Wenn eine Wand einen U-Wert von 0,25 W/(m²K) aufweist, ist für den Wärmeschutznachweis der U-Wert um 0,05 auf 0,30 W/(m²K) zu erhöhen. Dies kann beträchtliche Mehrinvestitionen

für Dämmmaßnahmen und erhöhte Konstruk-

tionsdicken verursachen.

Die EnEV bietet auch die Möglichkeit, einen genauen Nachweis der Wärmebrücken nach DIN V 4108-6 [3] zu führen. Ermittelt wird ein längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient als C-Wert. Dieser Nachweis ergibt i. d. R. deutlich günstigere Werte und führt damit zu wirtschaftlicheren Schichtdicken, erfordert jedoch in der Berechnung einen sehr hohen Zeitaufwand.

Für fast 1 000 Konstruktionsdetails des Wohnungs- und Nichtwohnungsbaus mit mehr als 10,8 Mio. Variationen hat deshalb die deutsche Zement- und Betonindustrie solche Detailberechnungen durchgeführt und in einem Planungsatlas für den Hochbau [4] aufbereitet. Mit diesen Werten können der Zeitaufwand des Planers für den Nachweis und die Dämmschichtdicken erheblich reduziert werden, sodass wirtschaftlicher gebaut und bei gleichen Außenabmessungen wertvoller Wohnraum für Bauherren gewonnen werden kann. Für Sandwich-Wandelemente aus Betonfertigteilen liegen Planungshilfen [5] vor, mit denen deren energetische Leis-tungsfähigkeit noch effizienter in Nachweisführungen eingebracht werden kann.

Betonfertigteile für den sommerlichen Wärmeschutz

Bei Wärmeschutzmaßnahmen denkt man in Deutschland zumeist nur an den Schutz vor winterlicher Kälte. Doch auch in heißen Sommern, von denen es auch in Deutschland in Zukunft immer mehr geben soll, muss die Behaglichkeit in Wohnräumen gewährleistet bleiben. Trotzdem ist aus Gründen der Energieeffizienz möglichst auf den Einsatz von Klimaanlagen zu verzichten und durch bauliche Maßnahmen Vorsorge zu treffen. Die EnEV 2014 [1] intensiviert diesen Weg, indem sie einen modifizierten Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes fordert. Der Nachweis wird raumbezogen geführt, wobei Planer den sommerlichen Wärmeschutz auf den „kritischen Raum“ beschränken können. Die Nachweisführung kann entweder über thermische Gebäudesimulationen oder über die Begrenzung der Sonneneintragskennwerte erfolgen. Beide Verfahren sind in DIN 4108-2 [6] beschrieben, wobei im Wohnungsbau wohl überwiegend die Begrenzung des Sonneneintrags zum Einsatz kommen wird.

Wie bisher werden bei dieser Nachweisführung die von der Orientierung und Qualität der Fenster und Verschattungen abhängigen Sonneneinträge den zulässigen Sonneneinträgen gegenübergestellt. Die zulässigen Höchstwerte der Sonneneintragskennwerte sind wesentlich von der Bauart abhängig. So tragen schwere Bauweisen mit Betonfertigteilen maßgeblich zum angenehmen Raumklima im Sommer bei, ohne kostspielige und den Energiebedarf belastende Raumkühlungen. Weitere Details zur Nachweisführung des sommerlichen Wärmeschutzes sind u.a. in [7] nachzulesen.

Thermisch genutzte Betonbauteile

Energieeffizient zu planen und zu bauen bedeutet, die im Wohngebäude für die hygienischen und das Wohlbefinden erforderlichen Energien so auszulegen, dass dem Gebäude möglichst wenig Energie aus Heizungs- und Kühlungssystemen zugeführt werden muss. Durch eine standortbezogene Gebäudeausrichtung werden die Wärmeeinträge in das Gebäude so ausgelegt, dass ein erheblicher Anteil der benötigten Energie durch die Sonnenenergie gedeckt wird. Über den Tagesverlauf und über die Jahreszeiten ändert sich der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen. Dementsprechend ist auch der solare Wärmeeintrag in Wohngebäude keine konstante, sondern eine sich zeitlich verändernde Größe.

Für das energieeffiziente Bewirtschaften von Gebäuden muss die kostenlos zur Verfügung stehende solare Wärme möglichst vollständig genutzt werden. Das bedeutet einerseits, die einmal im Gebäude befindliche Energie dort zu belassen, was eine entsprechende Wärmedämmung der Gebäudehülle erfordert, und andererseits, das Wärmeenergieangebot so zur Verfügung zu stellen, dass das Gebäude bei solarem Überangebot nicht überhitzt und bei Ausbleiben der solaren Einträge nicht zu stark auskühlt. Hierzu bedarf es einer guten Wärmespeicherfähigkeit der Bauteile. Dafür ist die Auswahl der Baustoffe von entscheidender Bedeutung.

Betonfertigteile z. B. können deutlich mehr Wärme speichern als leichte Konstruktionen. Die hohe Wärmespeicherfähigkeit von Betonfertigteilen trägt maßgeblich zu einem behaglichen Raumklima bei. Ähnlich wie bei einem Kachelofen wird die Wärme gespeichert und über lange Zeit an die umgebende Raumluft abgegeben. Bei intensiver Sonneneinstrahlung wird die Wärmeenergie, die bei leichter Bauweise schnell zur Überhitzung führen kann und ungenutzt abgeführt werden muss, in den massiven Betonfertigteilen gespeichert und damit die Raumlufttemperatur begrenzt. In den kühlen Nachtstunden wird die gespeicherte  Wärmeenergie wieder an die Raumluft ab­gegeben. Zwischen Raumluft und umfassenden Betonfertigteilen findet der Wärmetransport solange statt, bis beide nahezu gleiche Potentiale und damit in etwa gleiche Temperaturen aufweisen. Somit ist über den Tagesverlauf ein gleichmäßig angenehmes Wohn- und Raumklima sichergestellt. Dieser Wärmetransport findet statt:

– über die Bauteiloberflächen in Form von Wärmestrahlung,

– über die Raumluftbewegung als Wärmeströmung (Konvektion),

– und in bzw. zwischen den Stoffen als Wärmeleitung.

Aufgrund der Materialeigenschaften der beteiligten Stoffe (Raumluft und Betonfertigteil) sind all diese Vorgänge zeitabhängig. Ebenso hängt die Wärmespeicherfähigkeit wesentlich von den Materialeigenschaften ab. Betonfertigteile haben eine hohe Wärmespeicherkapazität und erwärmen sich langsam bzw. kühlen auch nur langsam ab. Damit lassen sich auf einfache Weise die tageszeitlichen Schwankungen der Raumlufttemperatur, die im Wesentlichen durch solare Einträge entstehen, dämpfen und in den Räumen über den Tag eine deutlich gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielen. Dies geschieht selbstregulierend, d. h. im Sinne der EnEV ohne aufwändige zusätzliche Regeltechnik, indem die hohen solaren Einträge die umfassenden massiven Bauteile erwärmen und somit eine Überhitzung des Raums verhindern.

Diese Bauteileigenschaften können zusätzlich zur Gebäudetemperierung genutzt werden, wenn in die Betonfertigteil-Bauteile zusätzliche Heiz- und Kühlsysteme integriert werden, wie man sie etwa von Fußbodenheizungen kennt. Im Gegensatz zur Fußbodenheizung liegen die Leitungssysteme für die sogenannte Betonkernaktivierung oder Betonkerntemperierung (BKT) direkt in der Betondecke bzw. in der Wand. Der Abstand der Leitungen untereinan­der beträgt etwa 10 bis 15 cm. Tagsüber wird über die wassergefüllten Leitungssysteme die nicht benötigte Wärmemenge abgeführt (Kühlfall) und einem Zwischenspeicher zugeführt. Im Heizfall wird die gespeicherte Wärmemenge über dieselben Leitungen in die massiven Betonbauteile eingetragen und über an die abgekühlte Raumluft weitergegeben. Wichtig hierbei ist, dass thermisch aktivierte Außenbauteile eine gute Wärmedämmung aufweisen, sodass die gespeicherten Energien im Bauteil verbleiben und nicht ungenutzt an die Außenluft abgegeben werden.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Flächenheizung bzw. -kühlung besteht darin, dass aufgrund der großen Übertragungsfläche der aktivierten Bauteile ihre Temperatur nur geringfügig höher (Heizfall) bzw. niedriger (Kühlfall) sein muss als die der umgebenden Raumtemperatur. In vielen Fällen, insbesondere bei gleichmäßig anfallenden geringen internen Wärmelasten, wie bspw. in Wohn- und in Bürobereichen, kann auf Klimaanlagen verzichtet oder können diese geringer dimensioniert werden, wenn die thermisch aktivierten Bauteile zur Abdeckung der Grund­last herangezogen werden. Werden die aktivierten Bauteile auch planmäßig zur Kühlung der Räume eingesetzt, ist eine mögliche Kondensatbildung auf der kühlen Bauteiloberfläche zu berücksichtigen und durch projektbezogene Planung auszuschließen. Hierbei wird in aller Regel eine kontrollierte Raumlüftung erforderlich. Die Vorzüge thermisch aktivierter Decken- und Wandkonstruktionen sind zusammengefasst:

– Gebäudemasse nutzbar als thermischer Speicher,

– erneuerbare Energien nutzbar,

– kein Verlust der Geschosshöhe,

– geringe Investitionskosten,

– ein System zum Heizen und Kühlen,

– geringe Temperaturdifferenz zwischen

Betonoberfläche und Luft,

– geringer Temperaturgradient im Raum und in der Konstruktion,

– Heizen und Kühlen über Strahlung

(Kachelofeneffekt),

– geringere Luftbewegung gegenüber

klimatisierten Räumen.

Die auf der Deckenunterseite bzw. Wandinnenseite eingebauten Rohre sorgen für eine gleichmäßige und angenehme Wärmeabstrahlung von den Bauteilen in den Raum. Da die Betonfertigteile die Wärme über ihre gesamte Fläche aufnehmen oder abgeben, können die  Systemtemperaturdifferenzen niedrig bleiben. Das System ist daher besonders für Heizungsanlagen mit niedriger Vorlauftemperatur, etwa mit Wärmepumpen, geeignet. Die Reaktionszeit der Anlage ist geringer als bei Fußbodenheizungen. Die einzelnen Deckenbereiche bilden in sich geschlossene Kreisläufe, die über separate Ansteuerung die individuelle Temperierung von Einzelräumen ermöglichen.

Zusammenfassung

Mit der neuen Energieeinsparverordnung (EnEV 2014) werden die energetischen Anforderungen an neu zu errichtende Gebäude nochmals verschärft. Für zukünftige Gebäudekonzepte wird die effektive Nutzung der eingesetzten Baustoff- und Bauteileigenschaften an Bedeutung gewinnen, um wirtschaftliche Lösungen zu erzielen. Mit Betonfertigteilen kann hierzu ein wesentlicher Beitrag geliefert werden. Umfassende Planungsinstrumente für die Nachweisführung und Ausschreibung [5] stehen dem Planer zur Verfügung.