Table Of ContentHelmut Marquardt
Energiesparendes Bauen
Helmut Marquardt
Energiesparendes Bauen
Von der europaischen Normung
zur Energieeinsparverordnung
1m
Teubner
B. G. Teubner Stuttgart· Leipzig· Wiesbaden
Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uber <http://dnb.ddb.de> abrufbar.
Prof. Dr.-Ing. Helmut Marquardt ist Professor fur Baukonstruktion, Bauphysik, Holzbau und Bau
stofflehre an der Fachhochschule Nordostniedersachsen in Buxtehude und hat dort auch das Institut
fur Baustoffe und Bauphysik mitgegrundet. Seine Forschungsarbeiten im Bereich der Bauphysik
befassen sich schwerpunktmaBig mit dem Warme- und Feuchteschutz sowie dem Holztafel- und
-rahmenbau.
1. Auflage Februar 2004
Aile Rechte vorbehalten
© B.G. Teubner StuttgartlLeipzig/wiesbaden, 2004
Der B. G. Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+BusinessMedia.
www.teubner.de
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Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne
der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von
jedermann benutzt werden durften.
Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporqteDesignGroup.de
Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
ISBN-13: 978-3-519-05059-9 e-ISBN-13: 978-3-322-80127-2
001: 10.1007/978-3-322-80127-2
Vorwort
Vor gut einem Jahr trat die Energieeinsparverordnung in Kraft, wodurch die Energie
einsparmoglichkeiten bei Gebauden wieder deutlicher in das Offentliche Bewusstsein ge
treten sind - mit der Folge, dass energiesparende Gebaude versHirkt nachgefragt werden.
Fiir viele Architektenl-innen und Ingenieure/-innen macht dies eine intensivere Beschiif
tigung mit dem Warmeschutz der Gebaudehiille und energiesparender Gebaudetechnik
notwendig. Dazu solI dieses Buch beitragen:
• 1m Anschluss an die Klimarahrnenkonvention in Kyoto ist Deutschland klimapoliti
sche Verpflichtungen eingegangen - vor allem miissen die Kohlendioxid-Emissionen
deutlich reduziert werden. In. Abschnitt 1 wird dargestellt, welchen Beitrag die Ener
gieeinsparung bei Gebiiuden dazu leisten solI.
• 1m Zuge der aufgrund der Bauproduktenrichtlinie erforderlichen Harmonisierung der
technischen Baubestimmungen wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl von euro
paischen und internationalen Warmeschutznormen erarbeitet,
in denen zwar die Bauphysik nicht neu "erfunden" wird,
die aber doch wesentliche Anderungen gegeniiber den in Deutschland gewohn
ten Nachweisen bedeuten.
Diese neuen Nachweise werden - einschlief31ich der Berechnungsgrundlagen und er
lauternden Beispielen - in Abschnitt 2 vorgestellt.
• Die Energieeinsparverordnung solI den sog. "Niedrigenergiehaus-Standard" filr aIle
Gebaude verbindlich machen - in Abschnitt 3 werden deshalb Bauteile und Detail
konstruktionen sowohl filr Massiv- als auch filr Holztafel-lHolzrahmenbauten ge-.
zeigt, die nicht nur den dafilr notwendigen Warmeschutz, sondern auch die erforder
Hche Luftdichtheit der Gebaudehiille in der Praxis ermoglichen sol1en.
• Die Energieeinsparverordnung bezieht groBe Teile der Gebaudetechnik in das Nach
weisverfahren ein - in Abschnitt 4 werden daher die Grundlagen der Heizung, Trink
wassererwarmung und Liiftung in Gebauden dargestellt.
• Das groBte Interesse der Praxis gilt z. Z. den Nachweisen gemaB Energieeinsparver
ordnung - sie werden schlief31ich in Abschnitt 5 Cu. a. anhand eines ausfilhrlich do
kumentierten Beispieles) vorgestellt.
Mit diesen Kernpunkten solI das vorliegende Buch sowohl erfahrenen Praktikern die
Umstellung auf die Energieeinsparverordnung und die europaische Warmeschutznor
mung erleichtern als auch Studierenden als aktuelles Lehrbuch des energiesparenden
Bauens dienen.
6 Vorwort
Wertvolle Anregungen zu diesem Buch erhielt ich von einer Vielzahl von Fachkollegen,
denen ich hier - ohne Nennung einzelner Namen - danken mochte. Fili die mtihevolle
Erstellung der Zeichnungen danke ich Monika Becker, Andrea Kaatz, Inga Ostemdorff,
Karen Rottmann, Stefanie Wulf und Melanie C. Zyball.
Ein soleh umfangreiches Buch kann nicht fehlerfrei sein; fiir konstruktive Kritik - am
einfachsten per E-Mail [email protected] - bin ich deshalb dankbar.
Buxtehude, im Oktober 2003
Helmut Marquardt
Inhalt
Symbole, Einheiten und Indizes 11
1 Klimaschutz und Energiepolitik 17
1.1 Notwendigkeit des Klimaschutzes 17
1.2 Energietechnische Begriffe 20
1.3 Energiepolitische Ziele 22
1.4 Niedrigenergiehaus-Standard 27
1.5 Integration von Gebaude und Anlagentechnik 30
1.6 Literatur zum Abschnitt 1 31
2 Baulicher Warmeschutz 33
2.1 Europaische und nationale Vorschriften zum Warmeschutz 33
2.2 Ziele des baulichen Warmeschutzes 37
2.3 Mindestanforderungen an den baulichen Wiirmeschutz 40
2.4 Beeinflussung des Warmebedarfs durch die Bauplanung 41
2.5 Warmeleitfahigkeit und Warmedammstoffe 46
2.6 Berechnungsgrundlagen des baulichen Warmeschutzes 49
2.6.1 Oberblick 49
2.6.2 Fouriersches Gesetz der Warmeleitung 50
2.6.3 Stationiire Warmeleitung in einem ebenen Bauteil 51
2.6.4 Stationarer Wiirmeiibergang LuftlBauteil 51
2.6.5 Stationarer Warmestrom 54
2.6.6 Warmedurchlasswiderstande R homogener Bauteil-und Luft-
j
schichten 55
2.6.7 Warmedurchlasswiderstand Ru unbeheizter Raume 59
2.6.8 Warmedurchlass- und Warmedurchgangswiderstand nicht-
transparenter, beidseitig luftberuhrter Bauteile 60
2.6.9 Warmedurchgangskoeffizient U nichttransparenter, beidseitig
luftberuhrter Bauteile 60
2.7 Nachweis des winterlichen Mindestwarmeschutzes 61
2.8 Temperaturverlauf in beidseitig luftberuhrten Bauteilen 69
2.9 Warmebrucken 72
2.9.1 Arten von Warmebrucken 72
2.9.2 Rechnerische Erfassung von Warmebrucken 74
2.9.3 EDV-berechnete Warmebrucken 79
2.9.4 Berucksichtigung von Warmebrucken beim Nachweis des baulichen
Warmeschutzes 81
8 Inhalt
2.10 U -Wert bei nebeneinanderliegenden Bauteilabschnitten 87
2.11 Warmedurchgangskoeffizient U bei keilfOrmigen Schichten 93
2.12 Warmedurchgangskoeffizient U erdberiihrter Bauteile 99
2.12.1 Warmetechnisches Verhalten erdberiihrter Bauteile 99
2.12.2 Erdberiihrte Bodenplatten 103
2.12.3 Aufgestanderte Bodenplatten 108
2.12.4 Beheizte Keller 108
2.12.5 Unbeheizte Keller 109
2.12.6 Vereinfachte Berechnung erdberiihrter Bauteile 110
2.13 U-Wert transparenter Bauteile 115
2.13.1 Entwicklung warmedammender Verglasungen 115
2.13.2 Warmebriicken durch Randverbund und Rahmen 119
2.13.3 Bemessungswert des Warmedurchgangskoeffizienten Uw, BW 122
2.13.4 Ro llladenkasten 128
2.14 Luftdichtheit von Bauteilen und Gebauden 128
2.14.1 Luftwechsel durch die Gebaudehiille 128
2.14.2 Anforderungen an die Luftdichtheit einzelner Bauteile 134
2.14.3 Anforderungen an die Luftdichtheit der Gebaudehulle 136
2.15 Sommerlicher Warmeschutz 139
2.15.1 Notwendigkeit des sommerlichen Warmeschutzes 139
2.15.2 Beeinflussung des sommerlichen Warmeschutzes durch die
Planung von Gebauden 141
2.15.3 Nachweis des sommerlichen Warmeschutzes 150
2.16 Literatur zum Abschnitt 2 160
3 Warmeiibertragende Bauteile 171
3.1 Einfiihrung 171
3.2 Wahl maximaler Warmedurchgangskoeffizienten 172
3.3 Massive AuBenwande 174
3.4 Holzerne AuBenwande 180
3.5 Massive KellerauBenwande 186
3.6 Massive Bodenplatten 187
3.7 Massive Kellerdecken 189
3.8 Anschlussdetails bei massiven Kellerdecken 190
3.9 Anschlussdetails bei massiven AuBenwanden 193
3.10 Anschlussdetails bei hOlzernen AuBenwanden 197
3.11 Massive Decken unter nicht ausgebauten Dachgeschossen 199
3.12 HOlzerne Decken unter nicht ausgebauten Dachgeschossen 200
3.13 Geneigte hOlzerne Dacher 200
3.14 Anschlussdetails bei geneigten holzernen Dachern 206
3.15 Massive Flachdacher 212
3.16 HOlzerne Flachdacher 213
3.17 Literatur zum Abschnitt 3 214
9
4 Ueizung, Trinkwassererwarmung und Liiftung 219
4.1 Einfiihrung 219
4.2 Heizung 219
4.2.1 Heizungsanlagen 219
4.2.2 Regelung und Steuerung von Heizungsanlagen 225
4.2.3 Heizstrang 228
4.3 Trinkwassererwarmung 232
4.3.1 Trinkwassererwarmungsanlagen 232
4.3.2 Trinkwarmwasserstrang 235
4.4 Liiftung 237
4.4.1 Liiftungsanlagen 237
4.4.2 Liiftungsstrang 239
4.5 Literatur zum Abschnitt 4 243
5 Energiesparender Warmeschutz 245
5.1 Einfiihrung 245
5.2 Zu errichtende Gebaude mit normalen Innentemperaturen 247
5.2.1 Anforderungen 247
5.2.2 Berechnung des vorhandenen lahres-Heizenergiebedarfs vorh Q 258
5.2.3 Berechnung des spezifischen Transmissionswarmeverlustes Hr
und des vorhandenen lahres-Heizwarmebedarfs vorh Qh mit dem
vereinfachten Heizperiodenverfahren 260
5.2.4 Berechnung des spezifischen Transmissionswarmeverlustes Hr
und des vorhandenen lahres-Heizwarmebedarfs vorh Qh mit dem
Monatsbilanzverfahren 267
5.2.5 Berechnung des vorhandenen lahres-Endenergie-und Primar-
energiebedarfs vorh QE und vorh Qp mit dem Tabellenverfahren 286
5.2.6 Berechnung des vorhandenen Jahres-Endenergie- und Primar
energiebedarfs vorh QE und vorh Qp mit dem Diagrammverfahren 294
5.2.7 AbschlieBende Nachweise 295
5.3 Zu errichtende Gebiiude mit niedrigen Innentemperaturen 310
5.4 Anderung von Gebauden 311
5.4.1 Notwendigkeit der Energieeinsparung im Gebiiudebestand 311
5.4.2 Anforderungen bei Anderung von AuBenbauteilen bestehender
Gebaude 316
5.4.3 Nachriistung von Bauteilen in bestehenden Gebauden 321
5.4.4 Nachriistung heizungstechnischer Anlagen in bestehenden Gebauden 321
5.5 Energiebedarfsausweis 322
5.6 Literatur zum Abschnitt 5 327
6 Zusammenfassung und Ausblick 331
Berechnungsformulare 333
Sachverzeichnis 341
Symbole, Einheiten und Indizes
Symbole und Einheiten
(ggf. bisher gebrauchliche Symbole in Klammern vorangestellt)
A [mZJ Flache allgemein (engl. "area")
A [mZJ warmeilbertragende Umfassungsflache
(= Hilllflache) des beheizten Gebaudevolumens
AG [mZJ Nettogrundflache eines Raumes oder
Raumbereiches
AN [mZJ (fiktive) beheizte Gebaudenutzflache
As [mZJ effektive Kollektorflache eines Fensters
a [m3/(h . m . daPa2/3)] Fugendurchlasskoeffizient
B' [m] charakteristisches MaB einer Bodenplatte
b [m] Breite eines Bauteiles oder Raumes
b [J/(m2 . K . SO,5)] Warmeeindringkoeffizient
C [J/K, W . h/K] Warmespeicherfahigkeit
c [J/(kg ·K)] spezifische Warmespeicherkapazitat bei
p
konstantem Druck
DN [mm] Nenndurchmesser von Rohren
d [m] (Schicht-)Dicke in Bauteilen
d [m] wirksame Gesamt-Dicke einer Bodenplatte
l
d [m] wirksame Gesamt-Dicke einer KellerauBenwand
w
ex [-] (Anlagen-)Aufwandszahl fUr eine Betriebsart
gemaB Index x
(z ~) Fc [-] Abminderungsfaktor fUr Sonnenschutzvor
richtungen vor Fenstern
FF [-] Abminderungsfaktor infolge Rahmenanteils
von Fenstern
Fs [-] Abminderungsfaktor infolge Verschattung von
Fenstern
Fw [-] Abminderungsfaktor infolge nicht senkrechten
Strahlungseinfalls auf Fenster
(CTD~) Fx [-] Temperatur-Korrekturfaktor fUr ein Bauteil
gemaB Index x
f [-] Fensterflachenanteil an einer AuBenwand
/a,h, ... }'q [-] Teilflachen (Flachenanteile) von Bauteil-
