Dämmen rechnet sich
Vermeidung von Wärmebrücken bei vorgehängten Fassaden


Heutzutage werden an Fassaden immer höhere Ansprüche gestellt. Man erwartet von ihnen ein ästhetisches Äußeres und gute Wärmedämmeigenschaften. Speziell was den letzten Punkt angeht, ist spätestens nach der Einführung der Energiesparverordnung die Berechnung des bloßen Wärmedurchgangs­koeffizienten U nicht mehr ausreichend. Durch die gewachsenen Ansprüche geht der Gesetzgeber stärker ins Detail und verlangt auch die Einbeziehung der Wärmebrücken in die Berechnung der Energiebilanz.

Problematik

Man unterscheidet lineare und punktuelle Wärmebrücken. Lineare Wärmebrücken sind in der Regel Verluste, die aufgrund der geometrischen Gegebenheit des betroffenen Bau­teils entstehen. Gemeint sind z. B. die Gebäudeecken. Hier ist die Fläche im Außenbereich größer als die gegenüberliegende Fläche im Innenbereich, so dass die Oberflächentemperatur im Innenbereich sinkt. Diese sind unvermeidlich und sogar bei relativ homogenem Wandaufbau, wie dem des Wärmedämmverbundsystems, vorhanden. Die andere Art von Wärmebrücken entsteht durch die punktuelle Durchdringung der Dämmschicht durch Materialien mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die der Wärmedämmung oder der Außenschale. Beispiele hierfür sind Verankerungen für Vorhangfassaden, Konsolen für Klinkerfassaden oder Luftschichtanker.

Warum sollten Wärmebrücken vermieden werden? Zweck ist nicht nur die Verbesserung der Energiebilanz, sondern auch die Minimierung raumklimatischer Risiken (z.B. Pilzbefall durch Bildung von Oberflächenkondensat). Wie viel Einfluss Wärmebrücken haben, sieht man an der Thermographie einer WDVS-Fassade, wo selbst die Wärmesignaturen der filigranen Drahtanker zu sehen sind.

Norm und Berechnung

Nach der Energiesparverordnung (EnEV) ist die Energiebilanz zu ermitteln. Ein Teil der Energiebilanz ist der Transmissionswärmeverlust. Für die Berechnung des Transmissionswärmeverlustes HT ist eine Korrektur des Wärmedurchgangskoeffizienten Ui vorzunehmen, indem man den Einfluss durch lineare und punktuelle Wärmebrücken in die Kalkulation mit einbezieht. Die Dimensionierung und der Nachweis der dämmenden Hüllfläche erfolgt anhand genormter Bilanzierungsverfahren mittels der Ermittlung des Transmissionswärmeverlustes (HT). Dieser setzt sich aus den Wärmeverlusten über die Regelbauteile (Wände, Fenster, Bodenplatte, etc.) sowie den linienförmigen und punktuellen Wärmebrücken in den Bereichen geometrischer und materialbedingter Diskontinuitäten der Gebäudehülle zusammen.

Für den Nachweis nach ENEV wird der spezifische Transmissionswärmeverlust HT für ein Gebäude berechnet:

HT= Σ (Fχ,i *Ui *Ai) + HWB + ΔHT,FH [W_ K]

Fχ,i = Temperaturkorrekturfaktor
Ui = Wärmedurchgangskoeffizient der

Bauteile
Ai = Fläche der Bauteile
HWB = Anteil Wärmebrücken
ΔHT,FH = Anteil Außenbauteile

Berücksichtigung von Wärmebrücken durch HWB :

HWB = ΔHT,FH *A[W_ K]

Für eine qualitativ hochwertige Ausführung der Hüllfläche hochwärmegedämmter Gebäude stellt die detaillierte Planung und die Bilanzierung der Wärmebrückenanschlussbereiche eine zentrale Forderung dar, dies soll hier aber nicht weiter verfolgt werden. Umfangreiche Informationen und Konstruktionslösun­gen sowie Angaben zu thermischen Werten finden sich im Planungsatlas für den Massivbau der deutschen Zement- und Betonindustrie ( www.planungsatlas-hochbau.de ), wo eine ganze Sammlung an Konstruktionsanschlüssen (auch als CAD-Zeichnungen) und thermischen Werten zur Planung von optimierten Wärmbrücken- und Konstruktionsanschlüssen im Massivbau (Anfang 2011 erweitert um Anschlüsse von Stahlbeton-Sandwichwänden) dargestellt wird.

Die Berücksichtigung von Ankersystemen sollte jedoch bei der Ermittlung der Wärmeverluste der Regelbauteile erfolgen. Eine Vielzahl von Fassadensystemen weist bereits thermische Diskontinuitäten auf, die nicht in den oben beschriebenen Wärmebrückenverlusten berücksichtigt werden.

Hier gilt es bei der Ermittlung des U-Wertes nach einschlägigen Normen und Richtlinien vorzugehen. Bei homogen und inhomogen geschichteten Bauteilen (also auch vorgehängten Fassaden mit Dämmung) kann der U-Wert gemäß DIN EN ISO 6946 ermittelt werden. Hier findet sich zur Berücksichtigung von Befestigungselementen auch eine Näherungsformel, die einen ΔU-Zuschlag für eben jene Elemente definiert, aber nur für „stiftförmige“ Befestigungs­ele­mente adäquate Ergebnisse liefert. Für abweichende Bauteile wird direkt auf DIN EN ISO 10211 verwiesen, nach der mittels computergestützter FE-Berechnungen die tatsächlichen zusätzlichen Verluste ermittelt werden. Für Anker werden so die χ-Werte (für punktuelle Wärmebrücken) und für Schienensysteme ψ-Werte (für lineare Wärmebrücken) ermittelt (man spricht hier von „linearen und punktuellen Wärmedurchgangskoeffizienten“), die dann wieder „auf die Fläche umgelegt“ und als ΔU-Zuschlag addiert werden. Ein oftmals in der Praxis angesetzter Pauschalzuschlag von 5 oder 10 % entspricht weder dem Stand der Technik, noch ist dieses Vorgehen zur energetischen Einschätzung zielführend. Nicht nur für die Planung eines hochwärmegedämmten Gebäudes auf Passivhaus-Niveau sind diese Betrachtungen lohnenswert. Generell ermöglicht eine genaue Berechnung gewöhnlich eine exaktere und effizientere Aus­legung der Gebäudehülle, die in der Ersparnis beim Dämmmaterial und gegebenenfalls auch beim Platz mündet.

Die Lösung:

Die detaillierte (d.h. genaue) Ermittlung der tatsächlichen Wärmeverluste aus Befestigungs­mitteln sollte stets erfolgen. Diese sind entweder durch zeitaufwendige Berechnungen im Zuge der konkreten Objektplanung durchzuführen (was aus ökonomischen Gesichtspunkten meist nicht stattfinden wird) oder aber anhand von bereits vorliegenden Werten seitens der Hersteller anzugeben. Im Bereich Natursteinverankerung und Betonfassade bietet aktuell nur ein Hersteller lineare und punktuelle Wärmedurchgangskoeffizienten an, da die Berechnung der Werte sehr aufwendig ist und für verschiedene Dämmdicken und verschiedene Dämmqualitäten getrennt angegeben wird.

Planung und Vermeidung von Wärmebrücken

Bei Verankerungen von vorgehängten Natursteinfassaden hängt das Ausmaß einer Wärmebrücke stark von der Geometrie und dem Querschnitt des Ankers ab. Je größer die Quer­schnittsfläche desto größer der Wärmeverlust. Individuelle Anker wie der Einmörtelanker und der Dübelanker haben zwei entschei­den­de Nachteile im Vergleich zu Unterkonstruktionen. Der erste Nachteil ist ihr recht großer Querschnitt. Sie ist Folge der aufzunehmenden Biegemomente, die durch Auskragung und Vertikallast entstehen. Der zweite Nachteil ist die Tatsache, dass sie eventuell überbemessen sind. In jeder Fuge zwischen zwei Platten (horizontale oder vertikale Fuge) müssen zwingend zwei Anker verbaut werden, damit die Platten ausreichend verankert sind. So werden unter Umständen mehr Anker verbaut als statisch unbedingt erforderlich.

Body Anker (Dübelanker)

Schienenunterkonstruktionen werden mit Schrägzugankern vor den Untergrund ge­hangen und mit variablen Abstandhaltern im Lot gehalten. An diese Schiene können die Anker für die Natursteine beliebig befestigt werden, ohne eine nennenswerte Verschlechterung der Dämmeigenschaften zu bewirken. Die Dämmschicht selbst wird lediglich von Abstandhaltern durchdrungen. Die Abstandhalter werden in der Menge verwendet, in der sie benötigt werden, um die horizonta­len Belastungen zuverlässig aufzunehmen. Dies variiert in der Regel zwischen 75 cm bis ­1,50 m Achsabstand. Ein weiterer Vorteil gegenüber Dübel- und Einmörtelankern besteht in der Geometrie der Abstandhalter bzw. Schrägzuganker. Sie werden nur auf Zug bzw. Druck ­belastet und müssen keine Biegemomente aufnehmen. Dadurch haben sie kleine Querschnitte und stellen kleinere Wärmebrücken dar.

SUK (Schienenunterkonstruktion)

Wer die Anzahl und Dimension der Wärmebrücken klein halten möchte, sollte die Auswahl des Untergrundes beachten. Wer nicht gerade Einmörtelanker benutzen möchte, sollte eine Stahlbetonwand als Untergrund wählen. Porenbeton, Ziegel- oder Kalksandsteinmauerwerk zum Beispiel erschweren die Verwendung von Dübeln, da sie in diesen Untergründen eine stark eingeschränkte Zugfestigkeit besitzen. Somit würde die Anzahl der Anker steigen. Zudem sind vor Ort Auszugsversuche von Dübeln im Mauerwerk vorgeschrieben. Stahlbetonwände bieten hier die besten Voraussetzungen, da sie der optimale Verankerungsgrund für Dübel sind und in den meisten Fällen chemische Dübel überflüssig machen. Bei Betonfassaden werden große Fassadenplatten ebenfalls nur mit Schrägzugankern verankert. Die Abstützung erfolgt über Druckschrauben. Beides sind Elemente, die einen verhältnismäßig geringen Wärmedurchgang besitzen. Kombiniert mit der geringen Anzahl an Ankern im Verhältnis zur Fläche ergibt sich eine sehr geringe Beeinflussung durch die Verankerung. Gerade bei dieser Art von Fassade empfiehlt sich eine detaillierte Berechnung, da dieser um einiges günstiger als der pauschale Zuschlag ausfallen sollte.

Durch den anhaltenden Trend, die Dämm­eigenschaften immer weiter zu verbessern, haben auch Dämmelemente für Verankerun­gen Hochkonjunktur. Die Zweckmäßigkeit sollte jedoch genauer differenziert werden. Je nach Anker ist ein Dämmelement mehr oder weniger effektiv. Das Problem ist die nötige Druckfestigkeit der Dämmelemente. Mit steigender Druckfestigkeit leiden die Dämmeigenschaften, so dass zum Beispiel Dämmelemente für Konsolanker bei Klinkerfassaden, die konstruktionsbedingt sehr hohe Drücke über die Druckplatte in den Verankerungsgrund einleiten, eine kaum spürbare Verminderung des Wärmedurchgangs bewirken. Zudem haben sie auch lediglich eine Dicke von maximal 5-10 mm und sind somit nicht zu vergleichen mit der restlichen Dämmung. Bessere Ergebnisse werden durch Ausstanzungen im Stegblech erzielt. Minderungen des Wärmedurchgangs bis 20 % sind hierdurch möglich. Bei Dauergerüstankern hingegen machen Dämmelemente durchaus Sinn, da die Drücke hier im Vergleich viel geringer ausfallen. In beiden Fällen sind auch hier χ-Werte für Anker und Dämmelement unverzichtbar, da man sonst mit dem pauschalen Zuschlag rechnen muss und der positive Einfluss dieser Maßnahmen nicht in die Energiebilanz eingeht.

Wärmebrücken bei der Ausführung

Was kalkulatorisch nicht erfasst wird, aber dennoch einen erheblichen Einfluss auf die tatsächlichen Dämmeigenschaften der Fassade hat, ist die Ausführungsqualität, mit der die Anker angebracht werden. Wichtig ist, dass z. B. die Dämmung so kleinflächig wie möglich durchdrungen wird und nach Montage des Ankers wieder eingesetzt wird. Das ist bei Einmörtelankern leicht umsetzbar, da sie einen runden oder flachen Querschnitt besitzen. Schwieriger wird dies bei Dübelankern, da sie eine komplexere Form besitzen. Eine weiche Mineralfaserdämmung z.B. ist leichter wieder anzuarbeiten als Styropor.

Bei der Montage der Anker sollte auch ­auf den Einbauwinkel der Anker geachtet werden, damit Regen- oder Tauwasser nicht am Anker entlang an die Dämmung gelangt. Dies hätte zwar keinen Einfluss auf den Wärmedurchgang, allerdings würde die Leistungsfähigkeit der umliegenden Dämmung darunter leiden. Spezielle Prallteller für Natursteinanker schaffen hier Abhilfe.

Fazit

Um Wärmebrücken zu vermeiden und dennoch die Kosten im Zaum zu halten, sollte man die Planung der Fassade frühzeitig in die Gesamt­planung mit einbeziehen. Höhere Investition­en, wie zum Beispiel für die Verwendung von Unterkonstruktionen, die getätigt werden um Wärmebrücken zu minimieren, rechnen sich erst, wenn der Hersteller in der Lage ist, die χ-Werte seiner Produkte zur Verfügung zu stellen. Man sollte daher frühzeitig den Hersteller konsultieren, um Energiebilanz, Verankerungsgrund, Verankerung und Natursteinfassade aufeinander abzustimmen. Somit kann man rechtzeitig die Weichen stellen, energiesparend bauen und unnötige Kosten (z. B. eine Überbemessung der Dämmung) vermeiden.

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