Bauphysik 01/2014 Free Sample Copy by Ernst & Sohn

36. Jahrgang Februar 2014 ISSN 0171-5445 A 1879

– Schallschutz und akustische Wirkweise bei textilen Fassadensystemen – Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe in Bauanwendungen – Dämmstoffe – innovativ, nachhaltig, effizient – Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit feuchter Stoffe – Energiepässe – Vergleich zwischen berechneter und gemessener Endenergie in 230 Wohngebäuden

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Inhalt

Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) ist für den Einsatz in Neubauten und für energe tische Sanierungen geeignet. In Verbindung mit Fenster- und Fassadensystemen sowie Wechselrichtern entsteht ein flexibles Komplettsystem für die Gebäudehülle. Dabei kön nen die BIPV-Module je nach Aufbau neben ihrer Energie gewinnenden Eigenschaft wei tere Funktionen der Gebäudehülle, wie Wärme-, Wetter- und Schallschutz, übernehmen. Sie werden individuell mit poly- oder monokristallinen Zellen bestückt. Dadurch lassen sich die Modulmaße vollkommen frei aufteilen und bieten hinsichtlich Form, Farbe, Trans parenzgrad und optischer Struktur kreative Gestaltungsmöglichkeiten. Abgebildet ist ein Fassadenabschnitt des Bremer Weserstadions mit monokristallinen BIPV-Modulen. (Foto: Schüco)

Bauphysik 1 Bitte beachten: Die gedruckten Jahresinhaltsverzeichnisse 2013 erhalten unsere Abonnenten mit dieser A usgabe. Oder online unter: www.ernst-und-sohn.de/artikeldatenbank

Fachthemen 01 Fabian Schmid, Walter Haase, Werner Sobek, Eva Veres, Schew-Ram Mehra, Klaus Sedlbauer Schallschutz und akustische Wirkweise bei mehrlagigen textilen Fassaden systemen 11

Andreas Schmohl, Katharina Adamow, Nadine Martens, Klaus Breuer Zum Potenzial von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen in Bauanwendungen

Andreas H. Holm, Christoph Sprengard, Sebastian Treml Dämmstoffe – innovativ, nachhaltig, effizient

Karl Gertis, Andreas Holm Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit feuchter Stoffe

40 Alexander Merzkirch, Thorsten Hoos, Stefan Maas, Frank Scholzen, Daniéle Waldmann Wie genau sind unsere Energiepässe? Vergleich zwischen berechneter und gemessener Endenergie in 230 Wohn gebäuden in Luxemburg Rubriken

36. Jahrgang Februar 2014, Heft 1 ISSN 0171-5445 (print) ISSN 1437-0980 (online) Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG www.ernst-und-sohn.de

26 Berichtigung 44 Bücher 45 Persönliches 45 Technische Regelsetzung 47 Aktuell (s. a. S. 10 u. 43) 48 Veranstaltungen Stellenmarkt

Produkte & Objekte

Schallschutz und Akustik

Peer-reviewed journal Bauphysik ist ab Jahrgang 2007 beim Web of Knowledge (ISI) von Thomson Reuters akkreditiert. Impact-Faktor 2012: 0,205

www.wileyonlinelibrary.com, die Plattform für das Bauphysik Online-Abonnement Bautechnik 81 (2004), Heft 1

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Produkte & Objekte

Gebäude.Energie.Technik 2014 – 11. bis 13. April 2014, Messe Freiburg Die Gebäude.Energie.Technik ist die führende Messe für gewerbliche und private Bauherren, Immobilienbesitzer und Bauträger sowie Architekten, Planer, Fachhandwerker, Energieberater und kommunale Energiebeauftragte im Südwesten. Ob Wärmedämmung, Heiztechnik oder erneuerbare Energien – die Gebäude.Energie.Technik in Freiburg bietet ihren Besuchern einen hervorragenden Überblick über alle aktuellen Themen des energieeffizienten Bauens und Sanierens und der erneuerbaren Energien. Rund 200 Aussteller, über 11.000 Besucher und ein erstklassiges Rahmenprogramm mit Fachvorträgen, Bauherren- und Nutzerseminaren, Energieberatungen sowie geführten Messerundgängen machen sie zur führenden Messe zum Thema Energieeffizienz im Südwesten. Für Fachbesucher werden darüber hinaus verschiedene Side-Events angeboten. Das ausführliche Vortrags- und Seminarprogramm mit Uhrzeiten, Vortragstiteln und Referenten finden Sie ab Mitte Februar 2014 unter www.getec-freiburg.de . Auf der Gebäude.Energie.Technik 2014 behandeln darüber hinaus zwei Sonderschauen die aktuellen Themen Elektro-Mobilität und Barrierefreiheit. Die Sonderschau „Elektromobilität und Speichertechnologien“ zeigt, wie sich Strom aus erneuerbaren Energien effizient und für Elektromobile nutzen lässt. Vorgestellt werden aktuelle Entwicklungen von Elektromobilen, Trends bei Stromspeichersystemen, intelligente Stromnetze (Smart grids) und neuartige Mobilitätsprojekte auf lokaler und regionaler Ebene. Organisiert und fachlich betreut wird die Sonderschau durch den VDE Südbaden e.V. und den fesa e.V. Die zweite Sonderschau hat das Thema „Barrierefrei leben, wohnen & arbeiten“. Generationenfreundlich und barrierefrei leben, wohnen und arbeiten bedeutet neben mehr Lebensqualität auch höhere Nachhaltigkeit. Bei energetischer Modernisierung sollten immer auch die Möglichkeiten von altersgerechtem und möglichst barrierefreiem Wohn- und Lebensraum beachtet werden. Die Sonderschau „Barrierefrei leben, wohnen & arbeiten“ wird durch das Kompetenznetzwerk Lebensraum für alle e.V. organisiert und fachlich betreut.

Bereits seit mehreren Jahren ist der Geschäftsbereich Akustik einer der wachstumsstärksten Unternehmensbereiche der BOSIG GmbH. Immer mehr Kunden erkennen den Mehrwert, den Sie durch die raumakustischen Dämmlösungen des Unternehmens wie z. B. Absorberbilder, Pyramidenplatten oder einfache Absorber bekommen können. Vor allem in öﬀentlichen Gebäuden, wie Kindergärten oder Schulen, rückt das Thema Akustik immer mehr in den Fokus der Aufmerksamkeit. Oft hat man das Gefühl, dass es zu laut in einem Raum ist oder „dass es hallt“, außer dem Bauchgefühl fehlen heute aber einfache Hilfsmittel, um dieses Gefühl zu bestätigen. Dies war Grund genug für BOSIG hier etwas zu tun.

Tool für erste Messungen zu akustischem Sanierungsbedarf Die Idee für die App entstand in einer kleinen Runde von Mitarbeitern aus verschiedensten Unternehmensbereichen. Die Zielsetzung war, „wie können wir ein einfaches Tool entwickeln, mit dem erste eigene Messungen durchgeführt werden können, um zu erkennen, ob akustischer Sanierungsbedarf besteht oder nicht.“ Mit der App, deren Entwicklung und Programmierung über 12 Monate in Anspruch genommen hat, ist nun jeder selbst in der Lage sich ein „akustisches“ Bild von seinen Räumlichkeiten zu machen. Egal ob im eigenen Heim, im Büro, im Callcenter, im Kindergarten oder in der Schule – nach Auswahl der Nutzungsart und der Raumgröße kann die Nachhallzeit mit ein paar einfachen Eingaben auf dem Smartphone gemessen werden. Darüber hinaus erhält der Nutzer neben dem Ergebnis seiner Messung und den Abweichungen zu den Normvorgaben auch gleichzeitig Produktvorschläge, mit denen er, je nach Design und Optik, die nach DIN 18041 geforderte Nachhallzeit (tsoll) erreichen kann. Natürlich gehört neben der Nachhallzeitmessung auch ein Schallpegelmesser, ein Lexikon sowie illustrierte Räumlichkeiten, in denen man die beispielhafte Anbringung der unterschiedlichsten Schallabsorber ansehen kann, zum Lieferumfang der App. Ver-

Weitere Informationen: Solar Promotion GmbH, Kiehnlestraße 16, 75172 Pforzheim, Tel. +49 (0)72 31 – 585 98-0, Fax +49 (0)72 31 – 585 98-28, info@ getec-freiburg.de, www.getec-freiburg.de

Schnelle, unkomplizierte SchallpegelErmittlung mit neuer Akustik-App Zum Start in das neue Jahr stellt die BOSIG GmbH eine einzigartige App mit echtem Mehrwert für Smartphonenutzer vor. Mit der Akustik- App wird schnell und unkompliziert der Schallpegel eines Raums ermittelt, oder aber sogar die Nachhallzeit eines Raumes gemessen. Auf einem iPhone oder iPad können Kunden und Interessierte diese Funktionen ab sofort kostenlos nutzen.

BOSIG Akustik-App - einfaches Handling, viele Funktionen und genaueste Ergebnisse (Foto: BOSIG)

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Schallschutz und Akustik gleichbare Apps, die nur diese einfachen Funktionen, ohne Nachhallzeitmessung bieten, kosten oft schon mehrere Euro. Die Akustik App wurde mittels professioneller Referenzmessgeräte kalibriert und liefert ein sehr exaktes Ergebnis. Wenn es weiter in die Tiefe gehen soll, bieten die Fachhandelspartner der BOSIG GmbH gerne einen Beratungsservice an. Für eine grobe Einschätzung aber reicht die App allemal.

Hier kann man sich die App direkt downloaden:

www.jansentore.com Jansen Schallschutztore

Weitere Informationen: BOSIG GmbH & Co. KG, Brunnenstraße 75–77, 73333 Gingen, Tel. +49 (0)71 62 – 40 99-0, Fax +49 (0)71 62 – 40 99-202, info@bosig.de, www.bosig.de

Planungssoftware zur Schwingungsisolierung Begleitend zur Markteinführung eines neuen Produktprogramms im Bereich Schwingungsisolierung bietet die BSW GmbH eine Software an, die den Fachplaner bei der Auswahl und Dimensionierung geeigneter Schwingungsisolatoren unterstützen will. Dazu weiß das unter dem Namen „BSW product finder“ vorgestellte Programm, welches schwingungsisolierende Produkt der neuen Material-Typen „Regupol vibration“ und „Regufoam vibration“ für die jeweils angegebene Aufgabenstellung geeignet ist. Mit Hilfe der interaktiven Benutzeroberfläche werden Projektdaten sowie technische Randbedingungen vom Benutzer festgelegt. Anhand dieser Parameter und der Art der Verlegung schlägt der „BSW product finder“ dem Benutzer projektspezifische Materialien vor. Durch die Materialauswahl stehen den Planern sofort alle

Kenngrößen wie Lagerungsfrequenz, Federkennlinie oder Einfügedämmung zur Verfügung. Dabei werden dem Benutzer mehrere Lösungsvorschläge angeboten, um sich auf technischer bzw. wirtschaftlicher Ebene entscheiden zu können. Jedes Projekt, alle Materialeigenschaften und Kenngrößen können außerdem anhand eines Ergebnisberichts abgespeichert werden. Die kostenlose Software kann unter bsw-schwingungstechnik.de > Services > Berechnungssoftware angefordert werden. Das Unternehmen stellt den „BSW product ﬁnder“ Bauakustikern, TGA-Fachplanern, Bauphysikern und Tragwerksplanern zur Verfügung. Weitere Informationen: BSW GmbH, Am Hilgenacker 24, 57319 Bad Berleburg, Tel. +49 (0)27 51 – 803-0, info@berleburger.de, www.berleburger.com

Pssst! Die Jansen Schallschutztore. Bis 54 dB Rw, P Einwandige Rolltore mit 31 dB, Rolltore als Doppelpanzer mit 54 dB, Sektionaltore (verglast) mit 35 dB, Sektionaltore (geschlossen, 80mm) mit 41 dB und Schiebetore mit 45 dB. Sonderkonstruktionen auf Anfrage. Damit ist Ruhe. Lernen wir uns kennen: Jansen Tore 26871 Papenburg-Aschendorf Emsstraße 4 Tel. + 49 (0) 49 62 / 996 99-0 info@jansentore.com

BSW führt eine neues Produktprogramms im Bereich Schwingungsisolierung ein. Begleitend dazu bietet die BSW GmbH eine Software an, die den Fachplaner bei der Auswahl und Dimensionierung geeigneter Schwingungsisolatoren unterstützen will (Abb.: BSW)

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Deutschlands führender Anbieter für Tore, innovative Sonderlösungen und Spezialanfertigungen. Jansen macht dasTor.

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Schallschutz und Akustik

Knauf AMF schafft ein angenehmes Lernklima in der Grundschule „An der Elster“ Am Flusslauf der Schwarzen Elster gelegen, wurde die 1958 erbaute Grundschule in Hoyerswerda 2009 erstmals saniert. Drei Jahre später war der Umbau nach zwei Bauabschnitten fertiggestellt. Damit wurde auf einer Nutzfläche von 3.520 m² ein zeitloses, puristisches und nachhaltiges Konzept umgesetzt, das das Gebäude von außen wie innen in Harmonie mit der umliegenden Natur erstrahlen lässt. Mit Deckenplatten aus der Akustikrange von Knauf AMF konnten neben den Designvorstellungen der Architekten auch die funktionalen Anforderungen an die Raumakustik bestens erfüllt werden. Bei der ersten Sanierung des Schulgebäudes spielte die Energiebilanz eine so wichtige Rolle wie die Raumakustik in Klassenräumen, Pausenhallen, Aula und Schülerspeisung. Hängen doch die Konzentrationsfähigkeit der Lehrer wie die Lernerfolge der Schüler nachweislich mit der Akustik im Klassenzimmer zusammen. Neben den funktionalen Aspekten war das architektonische Konzept stark von der natürlichen Umgebung und dem angrenzenden Flusslauf geprägt. In der fließenden Fassade aus reflektierenden Materialien wie Glas und Aluminium spiegelt sich das Grün der Anlage wider – ein interessantes Licht- und Schattenspiel: Je nach Tageszeit spiegeln sich die umliegenden Baumstrukturen und lassen die Fassade zum Blickfang werden. Das insgesamt zurückhaltende Farbkonzept spiegelt sich auch im Innern des Gebäudes wider: Klare Strukturen, schlichtes Weiß und einzelne, bewusst eingesetzte Farben bestimmen die Innenarchitektur. Der Bedeutung des Lichtes wurde mit Lösungen Rechnung getragen, die sich in Kombination mit den gewählten Deckenplatten von Knauf AMF problemlos integrieren ließen.

Bild 2. THERMATEX Alpha und THERMATEX Alpha HD von Kanuf AMF bringen mit einem Schallabsorptionswert von αw = 0,95 Ruhe und anspruchsvolle Ästhetik in den Raum (Fotos: Knauf AMF)

TEX Alpha und THERMATEX Alpha HD wurden in Flur, Pausenhalle und Klassenräumen als Decken- und Wandabsorber verbaut. In den Klassenräumen bringen nun weiße THERMATEX Alpha Platten in den Maßen 1.250 mm × 625 mm mit einem Schallabsorptionswert von αw = 0,95 Ruhe in den Raum. Das Schienensystem VENTATEC von Knauf AMF sorgt an der Decke in Kombination mit den rechteckigen Platten für optische Struktur und Ordnung. An der hinteren Wand der Klassenzimmer reduzieren THERMATEX Alpha HD Wandabsorber die Schallreﬂexion von hinten, welche die Sprachqualität mindert. Schüler hören so die Stimme des Lehrers klar von der Vorderseite des Raumes, ohne dass die Sprachqualität durch zurückprallenden Hall gestört wird. In der Pausenhalle verringert die THERMATEX Alpha HD Langfelddecke in den Maßen 1.800 mm × 300 mm den Geräuschpegel. Die höchstabsorbierende Paneeldecke aus der Acoustic Range absorbiert bis zu 90 % des Schalls in Kombination mit der verdeckten Unterkonstruktion von Knauf AMF. Durch ihre hochwertige Oberﬂäche aus weißem Akustikvlies erfüllt dieses System akustische und ästhetische Anforderung zugleich. Ferner sind die Platten zu 100 % auswechselbar und können bei Reparaturen problemlos ausgetauscht werden.

Umwelt und Nachhaltigkeit

Bild 1. Ein zeitloses, puristisches und nachhaltiges Konzept lässt das Gebäude von außen wie innen in Harmonie mit der umliegenden Natur erstrahlen

Akustiksysteme mit Funktion und Design Auch die gesetzlich empfohlene Nachhallzeit ist in den Klassenräumen ganz entscheidend, damit Schüler dem Unterrichtsgeschehen aufmerksam folgen können. Denn der von den Kindern erzeugte Geräuschpegel beeinträchtigt Sprachqualität und Aufnahmefähigkeit der Schüler. Auch die Nerven und Stimmbänder des Lehrpersonals werden entlastet, wenn sie nicht über einen ungeschluckten Klangteppich hinwegrufen müssen. Weiter sollten für die Gemeinschaftsräumlichkeiten eine auch ästhetischen Ansprüchen gerecht werdende Akustiklösungen gefunden werden, die den erhöhten Lärmpegel tobender Grundschüler dämpft. Mit hervorragenden Schallabsorptionswerten und ansprechender Optik ﬁel die Wahl dabei auf abgehängte Deckensysteme von Knauf AMF. Insgesamt 1.500 m² THERMA-

Die beim Umbau verwendeten Baustoﬀe sollten für die Gesundheit unbedenklich sein sowie in ihrer Produktion und Nachhaltigkeit keine Umweltbelastung darstellen. Ausgezeichnet mit dem Blauen Engel, sind die Produkte von Knauf AMF gesundheitlich unbedenklich und werden schadstoﬀarm hergestellt. Auch ist die Langlebigkeit der verwendeten Deckenplatten über ihre Luftundurchlässigkeit garantiert: Da THERMATEX Alpha und Alpha HD relativ luftdicht sind, wird weniger Luft – und somit Staub – angesammelt. Mit der Wahl der funktionalen und nachhaltigen Produkte aus geprüfter Mineralwolle von Knauf AMF wird das naturverbundene Konzept der Architekten stringent umgesetzt.

Weitere Informationen: Knauf AMF GmbH & Co. KG, Elsenthal 15, 94481 Grafenau, Tel. +49 (0)85 52 – 422-0, Fax +49 (0)85 52 – 422-30, info@knaufamf.de, www.amfgrafenau.de

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Notwendigkeit von Leistungserklärungen für Bauprodukte Seit dem 01. 07. 2013 wird europaweit für Bauprodukte, die europäischen Regeln unterliegen und mit dem CE-Zeichen gekennzeichnet werden können, eine sogenannte „Leistungserklärung“ (englisch: Declaration of Performance) gefordert. Die Hersteller von betroﬀenen Produkten sind gehalten, die Leistungserklärung ihren Kunden zur Verfügung zu stellen, bzw. übergangsweise im Internet bereit zu stellen. Es mehren sich Anfragen, für welche Produkte eine Leistungserklärung nötig oder möglich ist. Eine Leistungserklärung muss für alle Produkte auf der Basis einer harmonisierten europäischen Norm oder einer europäisch technischen Zulassung (künftig: europäisch technische Bewertung, beide abgekürzt ETA) ausgestellt werden. Bei den konstruktiven Vollholzprodukten müssen nach derzeitigem Stand Leistungserklärungen für: – Vollholz nach DIN EN 14081-1 – Brettschichtholz nach DIN EN 14080:2005 – Produkte nach ETA, z. B. Brettsperrholz auf der Basis einer ETA ausgefertigt werden. Für weiterhin nicht europäisch geregelte Produkte, wie – keilgezinktes Vollholz nach DIN 1052:2008 – Brettschichtholz nach DIN 1052:2008 oder Produkte auf der Basis einer nationalen Zulassung wie Balkenschichtholz oder Brettsperrholz mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik, kann dagegen keine Leistungserklärung ausgestellt werden.

Weitere Informationen: Überwachungsgemeinschaft Konstruktionsvollholz e.V., Elfriede-Stremmel-Straße 69, 42369 Wuppertal, Tel. 0700-KVHDUOTRIO bzw. 0700 – 58 43 86 87, Fax +49 (0)202 – 978 35-79, info@kvh.eu, www.kvh.eu

Mit Sylomer-Wandankern und -Sockelelementen Trittschall reduziert Zur Verbesserung des Trittschallschutzes bei Leichtbautreppen hat Fuchs-Treppen Wandanker und Sockelelemente aus Sylomer entwickelt. Selbst bei den besonders problematischen tiefen Frequenzen soll damit eine wirksame Verbesserung erreicht werden.

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Schallschutz und Akustik

Sylomer ist ein feinzelliges PUR-Elastomer. Die Experten von Fuchs-Treppen sind von der Wirkung des umweltfreundlichen Materials überzeugt, das sich ähnlich einem synthetischen Kautschuk oder gummiartigen Kunststoff verhält. Im Gegensatz zu anderen Materialien verliere Sylomer seine schallentkoppelnden Eigenschaften aber auch über viele Jahre hinweg nicht, da keine dynamische Versteifung stattfinde. Auch die wahrgenommene Lautstärke dumpfer Gehgeräusche im tieffrequenten Bereich soll deutlich vermindert werden. Eine Holzwangen- und eine Zweiholmtreppe erreichten im Prüfstand Norm-Trittschallpegel von L‘n,w = 42 bzw. L‘n,w = 40 dB – und das bereits an einer einschaligen, massiven Wand aus Kalksandstein (240 mm, Rohdichteklasse 1,8 und Luftschalldämmung Rw = 58 dB). Und auch unter Berücksichtigung des SpektrumAnpassungswerts Cl, 50–2500, der zur realistischen Einschät-

Starker Auftritt. Starke Trittschalldämmung.

Hören Sie genau hin – und erleben Sie die neue Generation der Schöck Tronsole® im Web. Sichern Sie sich außerdem Ihre Gewinnchance auf einen Gutschein von Eventim für einen starken Live-Auftritt: www.tronsole.de Schöck Bauteile GmbH | Vimbucher Straße 2 | 76534 Baden-Baden | Tel.: +49 7223 967-0

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Schallschutz und Akustik zung der subjektiv empfundenen Schallwahrnehmung herangezogen wird, habe Sylomer deutliche Verbesserungen erzielt. Das sollen auch weitere psychoakustische Untersuchungen bestätigt haben: Die Lärmbelästigung beim Begehen der mit Sylomer entkoppelten Treppe sei demnach dreimal geringer als bei konventioneller Schalldämmung gewesen. Weitere Informationen: Fuchs Treppen, Anton Schöb Fenster- und Treppenbau GmbH & Co. KG, Espanstraße 4, 88518 Herbertingen, Tel. +49 (0)75 86 – 588-0, Fax +49 (0)75 86 – 588-60, info@fuchs-treppen.de, www.fuchs-treppen.de

Verbessertes Schallschutzprogramm erhältlich Seit Anfang Februar ist das neue Schallschutzprogramm „Tronsole“ des Bauteileherstellers Schöck über den Bauspezialartikelhandel erhältlich. Das bestehende Programm läuft Ende 2014 aus. Als Systemlösung mit insgesamt sechs Typen sorgt die „Tronsole“ über alle Gewerke hinweg für hohe Wohnqualität. Für den Typ T (DIBt Z-15.7-310) liegt die bauaufsichtliche Zulassung des Instituts für Bautechnik in Berlin vor. Die für den Typ Q wird in naher Zukunft erwartet.

Bild 1. Die neue „Tronsole“ Typ T für die trittschalltechnische Trennung von Treppenlauf und Podest und spürbar besseren Schallschutz im Treppenhaus.

Bild 2. Die neue „Tronsole“ Typ Q für die trittschalltechnische Trennung von Treppenlauf und Treppenhauswand für besseren Schallschutz bei gewendelten Treppen.

Die neue Generation bietet verbesserten Schallschutz im Treppenhaus und höhere Planungssicherheit. Sie erreicht die Qualitätsschallschutzstufe III der Richtlinie VDI 4100 (entsprechend der DEGA-Klasse B). Unter bestimmten Randbedingungen kann sogar die DEGA-Klasse A erreicht werden.

Sie wünschen Sonderdrucke von einzelnen Artikeln aus einer Zeitschrift unseres Verlages? Bitte wenden Sie sich an: Janette Seifert Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21, 10245 Berlin Tel +49(0)30 47031-292 Fax +49(0)30 47031-230 E-Mail Janette.Seifert@wiley.com www.ernst-und-sohn.de/sonderdrucke 1009106_dp

Bild 3. Herzstück der Neuentwicklung ist ein neues Elastomerlager mit verbesserter Rezeptur und optimierter Formgebung für den Einbau für eine Verbesserung bis zu 10 dB. (Fotos: Schöck Bauteile)

Der Typ T wird klassisch zur trittschalltechnischen Entkoppelung von Treppenläufen und Treppenpodesten eingesetzt. Dies ist bei gängigen Podeststärken und Treppenlaufbreiten im Ortbeton wie bei Fertigteiltreppen möglich. Ein neues gerades Fugenproﬁl sorgt dabei für ein einfaches Abschalen der Bauteile. Ferner werden die Anforderungen an die Feuerwiderstandsklasse R 90 eingehalten. Bei gewendelten Treppenläufen wird die Treppe von der Treppenhauswand mit dem Typ Q entkoppelt. Ein drehbares Tragelement mit einer Nut-und-Feder-Lagersicherung passt sich der Laufneigung an und erleichtert den Einbau. Zusätzlich ist eine Aufhängeschlaufe an der Laufhülse kraftschlüssig angebracht. Das Produkt ist für Fugenbereiche bis 100 mm und Laufplattenstärken ab 120 mm einsetzbar. Herzstück beider Neuentwicklungen ist das neue Elastomerlager „Elodur“. Mit verbesserter Rezeptur und optimierter Formgebung wurde die Trittschalldämmung deutlich verbessert. Gegenüber herkömmlichen Trittschalldämmlagern erreicht die neue Schöck Tronsole einen um etwa 10 dB besseren Wert, was etwa einer Halbierung der subjektiv empfundenen Lautstärke entspricht. Weitere Informationen über die neue Schallschutzgeneration ﬁnden Planer und Verarbeiter im Internet unter www.schoeck.de oder schoeck@schoeck.de. Wolfgang Ackenheil

Regelwerke für Schallschutz Im Neubau von Mehrfamilienhäusern oder Reihenhäusern wird die Schalldämmqualität des Gebäudes durch die Trittschallqualität wesentlich beeinﬂusst. Die DEGA-Norm „Schallschutz im Wohnungsbau – Schallschutzausweis“ und die VDI Richtlinie 4100 bieten Planern und Verarbeitern eine wichtige Orientierung. Innerhalb dieser Normen und Richtlinien gibt es sehr unterschiedliche Qualitätsstufen. Das Entscheidende beim DEGASchallschutzausweis ist, dass in Form von Schallschutzqualitätsstufen A*, A, B, C usw. die akustische Qualität einer Wohnung oder eines Gebäudes aufgezeigt wird, indem die Schallschutzstufen qualitativ anschaulich beschrieben werden (z. B. „laute Musik noch hörbar“, „Gehgeräusche gerade noch hörbar“ etc.). Damit sind die Qualitätsstufen auch für den schalltechnischen Laien nachvollziehbar. Weitere Informationen zum Qualitätsschallschutz unter www.schallschutzausweis.de.

Weitere Informationen: Schöck Bauteile GmbH, Vimbucher Straße 2, 76534 Baden-Baden, Tel. +49 (0)72 23 – 967-0, Fax +49 (0)72 23 – 967-450, schoeck@schoeck.de, www.schoeck.de

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Schallschutz und Akustik

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Schallschutzgroßtore in der Stadthalle Bielefeld Die Planung der Stadthalle Bielefeld übernahm eines der größten Architekturbüros in Deutschland, das Generalplanungsbüro Gerkan, Marg und Partner aus Hamburg. Der Auftrag sah vor, vier Öffnungen mit den Abmessungen 9:760 × 4:360 mm zu verschließen, die in der 40.000 m² großen Halle als Zuliefermöglichkeit, als Nachströmöffnung und als Fluchtmöglichkeit im Notfall dienen. Zu beachten waren vor allem die sehr hohen Schallschutzanforderungen. Die Tore mussten einen Schalldämmwert von 41 dB im eingebauten Zustand erreichen, denn die Stadthalle grenzt zur Westseite an das bekannte Mövenpick Hotel. Für den optimalen Rauchabfluss wurden in jedem Torflügel zwei Türen eingebaut, die sowohl durch manuelle als auch durch automatische Betätigung der RWA (Rauch- und Wärmeabzug)Anlage geöffnet werden können. Damit diese Funktion auch bei Stromausfall sichergestellt ist, wurde die Anlage zusätzlich mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung ausgestattet. Die Schalldämmung der Stadthalle wurde durch 100 mm starke Torblätter aus verschweißten Rohrrahmenprofilen realisiert, welche mit zweischaligen Schallschutzpaneelen bestückt wurden. Spezielle Dichtungen in zwei Ebenen sorgen für die Abdichtung der Türen und Torflügel. Nach erfolgter Montage wurde die Toranlage von einem unabhängigen Schallschutzgutachter vor Ort gemessen. Dieses Gutachten stellte sicher, dass die Tore der Firma Jansen im vollen Umfang den Anforderungen entsprechen. Neben individuell gefertigten Schallschutztoren bietet Jansen ein breites Schallschutztorportfolio: Einwandige Rolltore mit 31 dB,

Regufoam® | Regupol®

Die Tore der Bielefelder Stadthalle mussten einen Schalldämmwert von 41 dB im eingebauten Zustand erreichen, den die Firma Jansen möglich machte (Foto: Jansen GmbH)

Rolltore als Doppelpanzer mit 54 dB, Sektionaltore (verglast) mit 35 dB, Sektionaltore (geschlossen, 80 mm) mit 41 dB und Schiebetore mit 45 dB. Die Schallschutztore sind nach dem Prüfverfahren DIN ISO 140-3 geprüft, u. a. auch durch die Materialprüfanstalt des Bauwesens in Braunschweig. Die Firma Jansen betreibt zudem einen eigenen bauakustischen Prüfstand zur Messung des Schalldämm-Maßes nach DIN EN ISO 140-3 und ISO 717. Der Prüfstand verfügt über eine variable Prüföﬀnung. Die maximale Prüföﬀnung beträgt 4,1 × 2,8 m. Die Grenzschalldämmung liegt bei R’ max. 70 dB. Hier können verschiedenste Prüfungen von Wänden, Toren, Türen, Verglasungen und Paneelen vorgenommen werden. Darüber hinaus führt das

on your wavelength

Schwingungen isolieren Die neuen Elastomere von BSW Aus unserem Werkstoff Regufoam® haben wir ein neues Programm aus 12 Materialtypen entwickelt. Zusammen mit den schwingungstechnischen Produkten aus unserem zweiten Werkstoff Regupol® verfügen wir jetzt über eine vielseitige und ﬂexibel einsetzbare Produktpalette schwingungstechnischer Elastomere. Immer mehr Experten schätzen das − weltweit.

BSW GmbH Telefon: +49 2751 803-124 Fax: +49 2751 803-159 schwingung@berleburger.de www.bsw-schwingungstechnik.de

Das Standardprogramm kann durch projekt- und einsatzbezogene Sondertypen ergänzt werden.

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UNTERSTÜTZT VON

Schallschutz und Akustik Unternehmen Messungen von Lärmpegeln und anderen akustischen Kennwerten, wie z. B. der Nachhallzeit durch. Auf diese Weise ist es möglich, dem Kunden individuelle Lösungskonzepte zu bieten, die direkt den Anforderungen entsprechen. Weitere Produkte sind Akustikbaﬀeln, Akustikkasette, Schallschutzkabinen und Schallschutzpaneele sowie diverse Akustikelemente wie Stellwände, Tischaufsätze oder Akustikwandelemente.

ENERGIEEFFIZIENTES MODERNISIEREN, SANIEREN UND BAUEN

Weitere Informationen: Jansen Holding GmbH, Am Wattberg 51, 26903 Surwold, Tel. +49 (0) 49 65 – 89 88-0, Fax +49 (0)49 65 – 89 88 88, www.jansentore.com / www.jansenakustik.com

4 dB mehr Schallschutz oder 20 % schlankere Metallständerwände Je besser der Schallschutz in allen Gebäudeteilen umgesetzt wird, desto angenehmer und „entspannter“ wird die Raumatmosphäre. Dazu will das neue „RigiProﬁl” beitragen: Dank der speziellen „MultiTec”-Struktur soll „RigiProﬁl” den Schallschutz z. B. in Trennwänden um bis zu 4 dB gegenüber marktüblichen Standardkonstruktionen verbessern – was akustisch in etwa als Halbierung der Lautstärke empfunden wird.

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11.–13.4.2014 MESSE FREIBURG

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ÖKOLOGISCHE BAUKOMPONENTEN HEIZUNGS- UND ANLAGENTECHNIK REGENERATIVE ENERGIEN ENERGIEDIENSTLEISTUNGEN

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Das neue „RigiProfil” erkennt man an seiner speziell strukturierten „MultiTec”-Oberfläche. Gemeinsam mit einem optimierten Profil-Querschnitt sorge sie dafür, dass die Schallübertragung durch Wände effektiv reduziert wird. Daraus ergeben sich nicht nur positive Auswirkungen auf die Gesundheit und das WohlbefinDas neue „RigiProfil” erkennt man an den der Menschen im Raum, seiner speziell strukturierten „MultiTec”sondern auch neue MöglichOberfläche (Foto: Saint-Gobain Rigips) keiten in der Raumplanung – indem sich mit dem neuen „RigiProfil” die Schalldämmwerte marktüblicher Wandkonstruktionen schon mit deutlich schlankeren Wandstärken realisieren lassen: Wie Rigips mitteilt, haben unabhängige Prüfinstitute im Rahmen umfangreicher Schallschutzprüfungen nachgewiesen, dass bis zu 20 % geringere Wandstärken bei gleicher Leistung möglich seien – ein deutlicher Zugewinn an Wohn- bzw. Nutzraumfläche. Die „MultiTec”-Oberflächenstruktur des „RigiProfils” soll auch die Montage von Rigips-Wänden und -Vorsatzschalen erheblich erleichtern. So verspricht „RigiProfil” Sicherheit bei der Verschraubung durch die Vielzahl der Schraubenansatzpunkte über die besondere Oberflächenstruktur, ohne dass die Gefahr des Abrutschens bestehe. Zudem lasse der steife Profilquerschnitt auch in den Randbereichen ein einfaches Verschrauben zu. Ferner verkürze die gute Arretierbarkeit der Profile die Montagezeiten deutlich: Einstellen, Ausrichten und Verschachteln würden spürbar erleichtert. Eine Fixierung und Nachjustierung des Ständerwerks werde überflüssig, ein müheloses Verschieben von Hand sei dennoch jederzeit möglich. Übirgens: Als Konsequenz der aufgeführten „RigiProfil”-Eigenschaften, hat Rigips „MultiTec“ zum neuen Standard erhoben, und liefert seine CW- und UW-Profile nur noch mit der neuen Oberflächenstruktur aus. Weitere Informationen: Saint-Gobain Rigips GmbH, Schanzenstraße 84, 40549 Düsseldorf, Tel. +49 (0)2 11 – 55 03-0, Fax +49 (0)2 11 – 55 03-208, info@rigips.de, www.rigips.de

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Neubau Studentenwohnanlage Deggendorf Zeitgemäßer, hochwertiger und gleichzeitig bezahlbarer Wohnund Lebensraum für Studenten wird heutzutage dringend benötigt: In Deggendorf, Bayern, ist für die stetig wachsende Anzahl von Studierenden ein neuer Wohngebäudekomplex mit 238 Apartments entstanden. Zwar zentral gelegen in unmittelbarer Nähe zu Bus- und Bahnhof, erfordert die direkte Nachbarschaft zur Bahntrasse einen erhöhten Schallschutz des Gebäudes. Gebaut wurde in massiver, wertbeständiger und energieeﬃzienter Bauweise mit perlitgefüllten Ziegeln von Schlagmann Poroton. Der verwendete Poroton-S9 setzt nicht nur auf eine hohe Wärmedämmung, sondern ermöglicht zudem einen hohen Schallschutz. Die Zahl der Studenten in Deggendorf nimmt seit Gründung der dortigen Hochschule vor fast zehn Jahren stetig zu. Ein Erweiterungsbau der Hochschule Anfang 2014 erhöht die Zahl der Studierenden auf 5.500. Jährlich kommen an die 200 Studienanfänger hinzu. Geeigneter Wohnraum – zentrumsnah und studentengerecht – ist daher händeringend gesucht. Der Mangel an Studentenwohnungen war der Stadtverwaltung schon seit Jahren bewusst. Doch weder Grundstück noch Konzept waren dafür vorhanden. Als Glücksfall entpuppte sich ein Grundstück an den Bahngleisen in unmittelbarer Nähe zum Bahnhof. Die Stadt hatte dieses größtenteils brach liegende Grundstück an der Güterstraße bereits 1998 von der Deutschen Bahn erworben. Es erwies sich jedoch als schwierig, ein vernünftiges bauliches Konzept für das planerisch herausfordernde Gelände und die unmittelbare Nähe zur Bahntrasse zu ﬁnden. Untersuchun-

gen ergaben, dass es weder für Wohnhäuser noch für eine Nutzung für Büro- oder Gewerbebauten wirklich optimal geeignet ist.

Problemgrundstück für Wohnheimkonzept ideal Schließlich waren es genau die zunächst problematisch erscheinenden Eigenschaften des Grundstücks, die die heutige Nutzung vorzeichneten. Ein Konzept für studentisches Wohnen überzeugte schlussendlich. Damit waren die Weichen für die heutige Nutzung gestellt. Im Sommer 2011 konnte mit dem ersten Bauabschnitt begonnen werden. Das Konzept des Bauträgers Erl-Bau für den Wohnkomplex mit dem Entwurf von Architekt Hans Köckeis besteht aus insgesamt fünf entlang der Güterstraße gelegenen Baukörpern und gliedert sich in drei Bauabschnitte: Im ersten Bauabschnitt mit Bezugsfertigstellung im September 2012 wurden in zwei langgezogenen Wohnbauten mit vier Stockwerken 100 Apartments – davon zwölf barrierefrei – realisiert. Der zweite Bauabschnitt mit Bezugsfertigstellung im September 2013 beinhaltete ebenfalls zwei langgezogene Wohnbauten mit vier Stockwerken und insgesamt 102 Wohneinheiten, davon ebenfalls zwölf barrierefrei. Im derzeit noch laufenden dritten Bauabschnitt mit voraussichtlicher Bezugsfertigstellung im April 2014 wird ein kleinerer, kompakter Baukörper mit drei Stockwerken und 36 Apartments, wovon vier barrierefrei sind, ausgeführt. Hier entsteht auch eine Tiefgarage mit 20 Stellplätzen einschließlich zweier Behindertenstellplätze.

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Erhöhte Schallschutzanforderungen an den Wandbaustoﬀ Um heutigen Ansprüchen an langlebigen, wertbeständigen, besonders auch unter energieeﬃzienten Gesichtspunkten

POROTON®-S9®. DER ULTIMATIVE OBJEKTZIEGEL. Der POROTON®-S9® ist der neue „schwere“ Objektziegel. Hohe Druckfestigkeit, Wärme- und Schallschutz sind in einem Baustoff vereint. In einem Baustoff, für die einschalige Außenwand! Massive Ziegelstege geben statische Sicherheit und meistern problemlos höchste Belastungen im mehrgeschossigen Wohnungsbau.

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Schallschutz und Akustik

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Innenwände an die Decke oder die Trennwände zu reduzieren, wurden diese aus schweren Ziegeln errichtet.

Ökonomie und Ökologie von hohem Belang

POROTON-S-Ziegel – die Kombination aus massiven Ziegelstegen und Perlit gefüllten Dämmkammern erfüllt höchste Ansprüche nicht nur an den Schallschutz, sondern auch an den Wärmeschutz. Gerade deshalb ist der Ziegel ein optimaler Wandbaustoff für den Wohnungs- und Objektbau (Foto: Schlagmann Poroton)

zukunftsfähigem Wohnraum gerecht zu werden, wurde die Außenwandkonstruktion der gesamten Anlage mit perlitgefüllten Wärmedämmziegeln von Schlagmann Poroton ausgeführt. Zur Anwendung kamen im dritten Bauabschnitt Poroton-PlanziegelS9, in den beiden ersten Bauabschnitten Poroton-S10, alle in einer Wandstärke von 36,5 cm. Gerade aufgrund der Lage des Gebäudekomplexes und der speziellen Nutzungsanforderungen studentischen Wohnens ist dieser Baustoﬀ hinsichtlich der Erwartungen an den Schall-, aber auch den Wärmeschutz bestens geeignet. Bei mehrgeschossigen Bauten sind höhere Schalldämmeigenschaften gefragt. Anhand optimierter Lochbilder und massiver Ziegelstege in Kombination mit der Füllung aus Perlit gelingt es Schlagmann Poroton mit den Poroton-S-Ziegeln beides unter einen Hut zu bringen: Wärme- und Schalldämmung. Der Dämmkern aus Perlit wirkt sich nicht nur positiv auf die Wärme-, sondern auch auf die Schallschutzeigenschaften des Ziegels aus. Sie erfüllen damit einschalig die Anforderungen der Energie-Einsparverordnung (EnEV) wie auch die Empfehlungen für den erhöhten Schallschutz nach DIN 4109 Beiblatt 2, Tabelle 2, für den mehrgeschossigen Wohnungsbau. Bei einer Wanddicke von 36,5 cm erreichen der Poroton-S9 (1. BA) bzw. -S10 (2. BA) ein bewertetes, korrigiertes Schalldämmmaß (Rw,Bau,ref) von 49,2 bzw. 52,1 dB und zugleich einen U-Wert von 0,23 bzw. 0,25 W/m2K. Zahlreiche Baustellenmessungen haben diese Eigenschaften in der Praxis bestätigt.

Bei der Auswahl des Wandbaustoffes spielten sowohl ökonomische wie auch ökologische Gesichtspunkte eine Rolle. Die Investoren schätzten vor allem die hohe Lebensdauer und die geringen Instandhaltungskosten eines Ziegelbaus. Und die Bewohner fühlen sich wohl in Räumen mit einem gesunden Wohnklima aus unbedenklichen, natürlichen Materialien. Poroton-Ziegel besitzen die Eigenschaft, durch ihre kapillaraktive Struktur ein natürliches und gesundes Wohnklima ohne Schimmel oder extreme Trockenheit erreichen, indem sie Feuchtigkeitsschwankungen ausgleichen können. Viele Generationen von Studierenden können deshalb neben dem Schallschutz auch von einem gesunden Wohnklima profitieren. Klimafreundlich beheizt werden die Bauten der Anlage mit Pellets-Heizanlagen. Zum Energiekonzept gehören außerdem Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von 60 KW und Abluftanlagen ohne Wärmerückgewinnung. Zusammen mit den hohen wärmedämmenden Eigenschaften der perlitgefüllten POROTON-Ziegel erreichen alle Wohneinheiten den KfW-Effizienzhaus Standard 55 nach ENEV 2009. Im Frühjahr 2014 wird auch noch der letzte der drei Bauabschnitte fertig gestellt.

Weitere Informationen: Schlagmann Poroton GmbH & Co. KG,͒ Zentrale Zeilarn, Ziegeleistraße 1, 84367 Zeilarn, Tel. +49 (0)85 72 – 17-0, Fax +49 (0)85 72 – 81 14, info@schlagmann.de, www.schlagmann.de

Mineralschaum für die Innen-, Keller-, Dach- und Fassadendämmung Liquid Pore ist ein Wärmedämmstoﬀ aus aufgeschäumtem Gips und Kalk, der vom Hersteller für die Innen-, Keller-, Dachund Fassadendämmung angeboten wird. Der Mineralschaum ist brandsicher, vergleichsweise druckbeständig (652 kPa) sowie schallreduzierend und wird in einem zum Patent angemeldeten Produktionsverfahren hergestellt, das nahezu CO2frei sei.

Schallschutz zwischen den Wohnungen Im Geschosswohnungsbau kommt die Geräuschsituation der darüber und darunter liegenden Wohnungen zu den daneben liegenden hinzu. Als Wohnungstrennwände wurden deshalb hier die großformatigen, schnell und einfach zu verarbeitenden S-Pz-Planziegel in der Wandstärke 24 Zentimetern aufgemauert. Sie werden im zweiten Arbeitsschritt geschoßhoch mit ﬂießfähigem Normalbeton verfüllt. Durch speziell abgestimmte Detailausführungen (z.B. die Anbindung der Trennwand an die Außenwand) wird zudem die Schallübertragung über Nebenwege von einer Wohnung in die andere verringert. Neben einer hochwertigen Ausführung der Trennwände haben auch die Innenwände einen Einﬂuss auf den Schallschutz zwischen den Wohneinheiten. Um eine Schallweiterleitung über die

Bild 1. Liquid Pore-Platten – ohne großen Aufwand leicht zu verarbeiten und vollständig recycelbar

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Der im Rahmen der bauaufsichtlichen Zulassung festgestellte Wärmeleitwert (λ) von Liquid Pore wird als Bemessungswert mit 0,069 W/mK ausgewiesen. Das Unternehmen legt jedoch Wert darauf festzustellen, dass die im Rahmen der Zulassung als Dämmstoff geprüften, stationären Messwerte erheblich von den Bild 2. Die Dämmplatten gelten als direalen Bedingungen an Masmensionsstabil (0 % Längen- und Breisivgebäuden abweichen würtenänderung) (Fotos: Liquid Pore) den. Deshalb sei für die Durchführung von Wärmeschutzberechnungen mit Liquid Pore als Herstellervorgabe nach den anerkannten Regeln der Technik ein „λeff“ zu verwenden. Der Grund für die Verwendung dieser Effektiv-Werte liege darin, dass die Normen zum Wärmeschutz – insbesondere die DIN V 4108-6 – für Liquid Pore ungeeignet seien. Folgende „λeff“-Werte seien anzusetzen:

– – – –

Südwand: 0,029 W/mK Westwand: 0,034 W/mK Ostwand: 0,036 W/mK Nordwand: 0,040 W/mK

Liquid Pore-Platten sollten sich ohne großen Aufwand leicht verarbeiten und vollständig recyceln lassen. Außerdem wird der im Dämmstoﬀ enthaltene Kalk zum Schutz vor Schimmel und Algen beitragen können. Darüber hinaus gelten die Dämmplatten als dimensionsstabil (0 % Längen- und Breitenänderung) und sind mit einem Wasserdampfdiﬀusionswiderstand von 2,44 μ sowie einem sd-Wert von 0,13 m angegeben. Weitere Informationen: Liquid Pore Deutschland KG, Zum Sportplatz 6, 21220 Seevetal, Tel. +49 (0)41 05 – 869 85 05, Fax +49 (0)41 05 – 675 24 20, info@liquid-pore.com, www.liquid-pore.com

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Fa c h m e s s e f ü r T G A i m Industrie- und Gewerbebau Parallel zur Veranstalter:

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Schallschutz und Akustik

Ganzheitliche Systemlösungen zur Wärme- und Kälteversorgung von Industrieund Gewerbehallen Die neue Fachmesse HallTec setzt vom 8. bis 10. April 2014 in der Messe Karlsruhe ihren Schwerpunkt auf innovative, ganzheitliche und wirtschaftlich interessante Systemlösungen zur Wärme- und Kälteversorgung von Industrie- und Gewerbehallen. Hierbei werden insbesondere regenerativen Energien berücksichtigt. Zusätzlich präsentieren Unternehmen weitere Möglichkeiten zum Energiesparen auf gebäude- und anlagentechnischer Seite. Durch die Energieeinsparverordnung EnEV 2012/13/14 sowie das erste Bundes-Immissionsschutzgesetz entsteht kurz- bis mittelfristig die Verpflichtung, bei Neubau sowie Sanierung von Industriegebäuden energieoptimierende Maßnahmen zu berücksichtigen. Mit der Fachmesse HallTec schafft die Messe Karlsruhe eine Plattform, die sich ausschließlich mit der energieeffizienten Technischen Gebäudeausrüstung im Industrie- und Gewerbebau befasst und hiermit die Lücke bestehender Baumessen schließt.

Das Ausstellungsspektrum umfasst energetische Fassadenund Dachsysteme (inkl. entsprechender Dämm- und Sanierungstechnik), regenerative Energieerzeugungssysteme zur Wärme- und Kälteversorgung (inklusive der Wärmerückgewinnung), Hallenheizungs- und Lüftungssysteme, Rauchund Wärmeabzugssysteme, energieoptimierte Beleuchtungssysteme sowie Software zur Auslegung EnEV-relevanterSysteme. Ergänzt wird die Fachmesse durch Begleitveranstaltungen wie das ‚ROCKWOOL Forum Gebäudetechnik’, „Energieeﬃziente Lüftungssysteme für Industrie- und Gewerbehallen“ von HOVAL und „Zukunft Hallenheizung“ der Bundesvereinigung der Firmen im Gas- und Wasserfach e. V. (FIGAWA). Zeitgleich zur HallTec ﬁnden die WTT-Expo – Fachmesse für die industrielle Wärme- und Kältetechnik in der prozesstechnischen Anwendung und die PaintExpo – Internationale Fachmesse für Lackiertechnik in der Messe Karlsruhe statt. Beide Fachmessen bieten gerade im Bereich der Wärmerückgewinnung Synergien für die HallTec. Bei den Trocknungsvorgängen in der Lackiertechnik werden große Energiemengen verbraucht und viel Wärme freigesetzt, so dass innovative Wärmerückgewinnungssysteme ein großes Energieoptimierungspotenzial bieten. Sowohl für Aussteller als auch die Besucher der PaintExpo ist daher auch die HallTec eine interessante Informationsplattform. Die HallTec und die WTT-Expo verbindet die Wärmerückgewinnung in produktionstechnischen Gebäuden und Anlagen als zentrales Thema, das im Hinblick auf die Umsetzung der EnEV 2012/13/14, der Energieeinsparverordnung, des EEWärmeG – Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich zwingend bei der energetischen Sanierung und Neubauten berücksichtigt werden muss.

Die HallTec der Messe Karlsruhe bietet eine Plattform, die sich ausschließlich mit der energieefﬁzienten Technischen Gebäudeausrüstung im Industrie- und Gewerbebau befasst (Abb.: Messe Karlsruhe)

Weitere Informationen: Karlsruher Messe- und Kongress-GmbH, Festplatz 9, 76137 Karlsruhe, Tel. +49 (0)721 – 37 20-0, Fax +49 (0)721 – 37 20-2116, info@kmkg.de, www.karlsruhe-messe.de

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Raumakustik trifft auf thermische Speichermasse

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Die Nutzung thermischer Speichermasse zur Klimatisierung von Gebäuden ist ein hochaktuelles Thema. Dabei geht es um die Frage, inwieweit Baumaterialien genutzt werden können, um Energie aufzunehmen, zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben. Die akustisch optimale Innenraumgestaltung mit schallabsorbierenden Wand- und Deckenbekleidungen stand lange im Verdacht die Eﬃzienz, z. B. einer Betonkernaktivierung, nachhaltig zu verschlechtern – wohl zu Unrecht, wie bei einem Büro-Park im niederländischen Hoofddorp aktuell festgestellt wurde. So mancher Planer hielt bisher Betonkernaktivierung und Großraumbüros für unvereinbar. Die Akustik wurde dabei als Auslöser des Problems betrachtet, da meist Deckenplatten verwendet werden, um Nachhallzeiten zu reduzieren und damit eine optimale Sprachverständlichkeit in Großraumbüros sicherzustellen. Deren Einsatz unter thermisch aktivierten Unterdecken könne –

Ideale Schnittmenge aus energieefﬁzienter Betonkernaktivierung und optimaler Raumakustik: Büro-Park 20/20 Fox in Hoofddorp in Nordholland (Fotos: Rockwool)

so die nun widerlegte Annahme – die Übertragung von Strahlungswärme und Wärmekonvektion zwischen Raum und Betonunterdecke entscheidend behindern. Für viele Planer gab es also häufig nur eine Entweder-oder-Entscheidung: effiziente Klimatisierung oder gute Akustik. Studien unabhängiger Prüfinstitute zeigen jedoch, dass ein angenehmes Innenraumklima und akustischer Komfort sich keinesfalls ausschließen müssen – darauf macht Rockwool aktuell aufmerksam: In einem betonkernaktivierten Gebäude wurden Tests

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durchgeführt, in denen die Unterdecke teilweise oder vollständig mit Mineralfaser-Deckenplatten versehen wurde. Die Prüfer kamen zu bemerkenswerten Ergebnissen: – Eine Bekleidung der Deckenfläche von bis zu 50 % hat keine signifikante Auswirkung auf die Leistung der Betonkernaktivierung – sehr wohl aber einen spürbar positiven Einfluss auf die Raumakustik. – Bei einer Abdeckung von 80 % lag die Kühlleistung immer noch bei etwa 70 %. – Beim Einsatz von Akustikbaffeln wird die Kühlleistung sogar noch weniger bzw. überhaupt nicht beeinträchtigt. Wie harmonisch die ideale Schnittmenge aus energieeffizienter Betonkernaktivierung und optimaler Raumakustik aussehen kann, zeigt z.B. der Büro-Park 20/20 Fox in Hoofddorp in Nordholland. Architekt und Innenarchitekt arbeiteten hier sowohl mit rahmenlosen „Rockfon Eclipse“ Deckensegeln als auch mit der Rockfon Akustikdeckenplatte „Sonar X“. Durch die Kombination dieser beiden Systeme ist nicht nur ein äußerst ansprechendes Arbeitsumfeld entstanden. Auch das herausragende energetische Konzept des Bürokomplexes konnte so uneingeschränkt „in die Tat“ umgesetzt werden. Weitere Informationen: Rockwool Rockfon GmbH, Rockwool Straße 37–41, 45966 Gladbeck, Tel. +49 (0) 2043 – 408-0, Fax +49 (0)2043 – 408-444, Rockfon@rockwool.de, www.rockfon.de

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Fachthemen Fabian Schmid Walter Haase Werner Sobek Eva Veres Schew-Ram Mehra Klaus Sedlbauer

DOI: 10.1002/bapi.201410006

Schallschutz und akustische Wirkweise bei mehrlagigen textilen Fassadensystemen Das Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung ist inzwischen auch im Bauwesen von großer Bedeutung. Die Bautechnik und die Baukonstruktion entwickeln sich entsprechend diesem Trend weiter. Lösungen, die energie-, ressourcen- und massesparend sind, müssen sich in dichten, lärmbelasteten urbanen Räumen bewähren. An den Gebäudehüllen als Schnittstelle zwischen Innen- und Außenräumen entstehen so in besonderer Weise Spannungsfelder. Fassaden- und Dachsysteme müssen dabei unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden. Das Konzept der adaptiven mehrlagigen textilen Gebäudehüllen als Fassadensystemlösung, welches am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) entwickelt wurde, versucht diese vielfältigen Anforderungen durch eine äußerst masse- und ressourcensparende Lösung zu erfüllen. Die nun in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Bauphysik (LBP) durchgeführte Untersuchung konzentrierte sich auf eine Bewertung der akustischen Wirkweise dieser textilen Fassadensysteme und auf eine mögliche Weiterentwicklung des Gesamtkonzeptes. Insbesondere die Aspekte des Schallschutzes und der Raumakustik sind aufgrund der fehlenden Masse bei textilen Gebäudehüllen, der kognitiven Relevanz der akustischen Wahrnehmung und der sich abzeichnenden städtebaulichen Entwicklungstendenzen für die Weiterentwicklung und Anwendung solcher leichten Fassadensysteme relevant. Noise protection and acoustic behaviour of multi-layer textile façade systems. The guiding principle of a sustainable development is nowadays also in the building industry of great importance. Building technology and construction continue to evolve according to this trend. Solutions that are energy, resource and mass saving must prove themselves in dense, noise-polluted urban areas. Contradictions result especially at the building envelopes, as they are the interface between interior and exterior spaces. Thereby façade and roof systems have to satisfy varying needs. The concept of an adaptive multi-layer textile building envelope as a façade solution was developed at the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design (ILEK) in order to satisfy these diverse requirements with a highly mass and resource saving solution. The study conducted together with the Dept. of Building Physics (LBP) focused on the investigation of the acoustic behaviour of these textile façade systems and on potentials to further improve the over-all concept. The aspects of sound insulation and room acoustics are relevant in particular for the advancement and application of such lightweight façade systems due to the missing mass, the cognitive relevance of acoustic perception and the emerging trends in the urban development.

1 Einleitung Das Bauwesen wird wie inzwischen alle Bereiche der Wirtschaft und Gesellschaft von dem Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung geprägt [1]. Durch die Tendenz zur Bevölkerungskonzentration in Megastädten und Metropolen zeichnet sich in der Bautechnik und Baukonstruktion der Trend hin zu energie-, ressourcen- sowie massesparenden und damit auch langfristig wirtschaftlichen Lösungen ab [2]. Es entstehen dichte urbane Räume, die unausweichlich von lärmemittierender Infrastruktur durchzogen sind. Allein diese beiden Tendenzen ergeben für die Entwicklung der nächsten Generation von Bausystemen ein Spannungsfeld zwischen Innen- und Außenräumen, Stadtgesellschaft und individueller Entfaltung, massereicher und leichter sowie unflexibler und anpassungsfähiger Konstruktionsweise [3], [4]. Gebäudehüllen, also die Gesamtheit außenliegender Wände und das Dach, bilden die Schnittstelle zwischen Innen- und Außenräumen. Sie sind damit, als Teilsystem von Gebäuden, den beschriebenen Spannungsfeldern in besonderer Weise ausgesetzt. Gleichzeitig müssen sie unterschiedliche Funktionen in qualitativ guter und hochwertiger Ausführung gewährleisten [5], [6]. Der Schutz vor Umwelteinflüssen sowie Sicherheitsaspekte, Schall- und Wärmedämmung, Ästhetik wie auch die Beachtung kon struktiver Gegebenheiten und geringe Aufwendungen für die Instandhaltung während der Nutzungsdauer sind essen tielle Forderungen, die gleichzeitig zu erfüllen sind [6]. Der Einfluss des Fassadensystems auf ambitioniertere Zielwerte für Innenraumkomfort mit entsprechenden Ansprüchen an das Wohlbefinden, eine gesundheitsverträgliche Ausführung und eine hochwertige Ausgestaltung erweitern die genannten Anforderungen. Darüber hinaus müssen Anforderungen aus der Produktion, dem Transport und dem Rückbau zur Trennung der Komponenten am Ende des Lebenszyklus betrachtet werden [1]. Das Bauwesen reagiert auf diese Vielzahl von Anforderungen bisher mit komplexen Systemen, deren Komponenten typischerweise in Differentialbauweise gestaltet sind [7]. Modulfassaden sind eine der am weitesten entwickelten Systemlösungen [6]. In der Forschung und Praxis gibt es seit mehreren Jahren ergänzend die Bemühungen, Gebäudehüllen als ein ultraleichtes, adaptives System zu gestalten [5], [8]-[10] (vgl. Bild 1). Das Konzept der adaptiven mehrlagigen textilen Gebäudehüllen als Fassadensys-

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F. Schmid/W. Haase/W. Sobek/E. Veres/S.-R. Mehra/K. Sedlbauer · Schallschutz und akustische Wirkweise bei mehrlagigen textilen Fassadensystemen

Bild 1. Mehrlagige textile Elementfassade (G. Metzger in [10]) Fig. 1. Unitised multi-layer textile façade (G. Metzger in [10])

temlösung kann dabei die konsequente Reduktion der einzusetzenden Ressourcen, die Austauschbarkeit aller Elemente des Systems und die anwendungsspezifische Adaptivität an wechselnde Umweltbedingungen und Nutzeranforderungen in die Fassade integrieren. Bisher wurden die konstruktiven Prinzipien sowie das wärme- und feuchtetechnische Verhalten untersucht [5]. Das methodische Vorgehen bei der Entwicklung der Systemaufbauten erfolgte jeweils durch die Erarbeitung der wirkenden Faktoren, das Prüfen von Variantenstudien für sinnhafte Systemaufbauten, die exemplarische messtechnische Untersuchung und schließlich die iterative Verbesserung des Gesamtkonzeptes im Design- und Gestaltungsprozess. Die an der Universität Stuttgart durchgeführte Untersuchung konzentrierte sich auf eine Bewertung der akustischen Wirkweise textiler Fassadensysteme und auf eine mögliche Weiterentwicklung des Gesamtkonzeptes. Diese Aspekte sind aufgrund der fehlenden Masse von textilen Gebäudehüllen, der kognitiven Relevanz der akustischen Wahrnehmung und der sich abzeichnenden städtebaulichen Entwicklungstendenzen von großer Bedeutung für die Frage, ob und wie textile Fassadensysteme weiterentwickelt und angewendet werden können [3], [4]. Die ebenfalls durch den Forschungsansatz gewonnenen Erkenntnisse über den Einsatz von ultraleichten Werkstoffen und Technologien in Elementfassaden werden darüber hinaus einen differenzierteren Umgang mit vergleichbar komplexen Systemen im Bauwesen ermöglichen und durch die Berücksichtigung unterschiedlicher Einflussfaktoren zur Systemoptimierung beitragen.

Die Beziehungen zwischen Material, Konstruktion und Raum sowie die daraus resultierenden Konsequenzen für Konstruktion und Akustik werden für Designer und Planer immer wichtiger zur Gestaltung von qualitativ hochwertigen Räumen [12]. Für die Untersuchungen und Entwicklungen des Forschungsprojektes „Adaptive Raumakustik und akustische Konditionierung im Bauwesen“ (ARAKO) [13] war es deshalb wichtig, anhand von exemplarischen Systemaufbauten die akustische Wirkweise zu untersuchen und vorhandene Entwicklungsergebnisse sowie einen wirtschaftlichen Herstellprozess mit einzubeziehen. Dies konnte durch die Erfahrungen am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) mit den konstruktiven Anforderungen, dem Anwendungsbezug und einer bisher stringenten Konzeptentwicklung sowie durch die systematischen Voruntersuchungen am Lehrstuhl für Bauphysik (LBP) mit dem theoretischen Hintergrund und der messtechnischen Expertise erfolgen. Ergänzt wurde diese Zusammenarbeit durch eine enge und frühzeitige Einbindung von Herstellern aus der Textilindustrie, um so eine integrierte Systementwicklung mit frühzeitiger Aufdeckung von Einschränkungen durch die Materialwahl und das Herstellungsverfahren sicherzustellen.

2.1 Untersuchte Werkstoffe und deren Einsatzbereich Zunächst wurden die im textilen Bauen bisher verwendeten Werkstoffe und Systemaufbauten untersucht. Dabei handelt es sich um vorgespannte Gewebelagen, die aus einem Polyvinylchlorid(PVC)-beschichteten Polyestergewebe oder aus einem Polytetrafluorethylen(PTFE)-beschichteten Glasfasergewebe bestehen. Diese sollten, wie im Bauwesen üblich, als äußere Membranlage für den Witterungsschutz und für die Sicherstellung der Tragfähigkeit gegenüber Windund Schneelasten eingesetzt werden [14], [15]. Für den Aufbau der Zwischenlagen konnte, aufbauend auf den Erfahrungen vorangegangener Projekte, ein erforderliches Maß an Wärmedämmung definiert werden [5], [16]. Zudem war die Durchlüftung der einzelnen Lagen sicherzustellen, da gegebenenfalls ausfallendes Tauwasser abgeführt werden muss, um Schäden an der Konstruktion zu verhindern [5], [16] (vgl. Bild 2).

2 Schallschutz bei leichten, mehrlagigen Fassadenlösungen Lärm stellt eine der größten Umweltbelastungen dar. Da sich die auditive Wahrnehmung des Menschen nicht „abschalten“ lässt, rücken die Schalldämmwirkung von Fassaden und die raumakustische Gestaltung von Räumen zunehmend ins Bewusstsein der Planer und Nutzer. Die akustische Qualität von Räumen wird bei steigendem Anspruch an nachhaltige, ökologische und gesundheitsfördernde Gebäude zukünftig immer bedeutsamer werden [11]. Laute Hintergrundgeräusche aus der Umgebung und akustische Mängel an Gebäuden heben oftmals eine schlechte Sprachverständlichkeit hervor und führen zu wesentlichen Defiziten bei der Raum- und Lebensqualität.

Bild 2. Textiler Mehrlagenaufbau (G. Metzger in [10]) Fig. 2. Multi-layer textile configuration (G. Metzger in [10])

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Die Beschreibungen zu Bauwerken mit mehrlagigen Membrankonstruktionen [8] verwenden dabei als entkoppelte Kernlage mit entlüftbaren Zwischenräumen häufig Vliesstoffe, um Wärmedämmung und Entfeuchtung zu realisieren. Eine Weiterentwicklung dieses Bauteils war somit die erste zu untersuchende Variante. Damit wurde auch die Möglichkeit einer akustischen Optimierung der existierenden Systemaufbauten abschätzbar. Die zusätzliche Beschwerung der äußeren und inneren Schichten erweiterte die Varianz der zu untersuchenden Systemaufbauten. Im weiteren Entwicklungsprozess wurde die Integration einer Wärmedämmschicht aus Aerogel untersucht, da diese bei Haase et al. [9] und bei Cremers et al. [17] als sinnhaft für transluzente und hochdämmende Aufbauten resümiert wurden. Aufbauend auf vorliegenden Forschungsergebnissen [3], [4], [18] konnte das bauakustische Verhalten mehrlagiger leichter Aufbauten aus der Theorie der mehrschalig schwingenden Systeme abgeleitet werden. Basis für den in Variantenstudien ausgewählten Systemaufbau waren deshalb akustisch zweischalig wirkende Konstruktionen [18], [19] (vgl. Bild 3). Wichtigstes akustisches Charakteristikum vieler textiler Werkstoffe, die bisher in mehrlagigen Aufbauten als Wärmedämmung eingesetzt werden, ist ein hoher Strömungswiderstand [3], [19]. Damit sind diese Werkstoffe für den Einsatz zur Schalldämpfung in den entstehenden Luftzwischenräumen prinzipiell geeignet. Ebenfalls gute Wirksamkeit ist bei der Verwendung von Aerogelen zu erwarten, da sie ein hohes akustisches Absorptionsvermögen aufweisen [20], [21]. Eine Aussage über die akustische Wirkweise unterschiedlicher Materialien allein genügte für die Untersuchung im Forschungsprojekt jedoch nicht. Um eine Einschätzung zur Wirksamkeit der mehrschichtigen Systemaufbauten zu geben, waren die Materialien als Teil eines Bauelementes und als gesamtheitlicher Systemaufbau zu untersuchen. Aus produktionstechnischer Sicht war es für die Vliesstoffentwicklung sinnvoll, auf das feuerhemmende Polyesterfasermaterial Trevira CSTM als günstiges und auf den zur Verfügung stehenden Maschinen standardisiert verarbeitbares Material zurückzugreifen. Die Verwendung von Polyesterwerkstoffen ermöglicht zudem die Entwicklung sortenreiner Schichtaufbauten mit besserer Rezyklierbarkeit [22], [23] (vgl. Bild 4). Die Produktionsweise des Vernadelns ermöglichte es, einen im Querschnitt zweischichtigen Aufbau herzustellen, der als ein Bauelement in den Systemrahmen eingebaut werden kann. Silicat-Aerogel stand als Materialalternative mit besseren Wärmedämmeigenschaften für die Anwendung als Kernlage zur Verfügung. Die konstruktive Einbindung in den Systemaufbau konnte entweder mittels Vernadelungstechnik in einem Vliesstoff als Trägermaterial erfolgen oder alternativ durch die Befüllung eines Abstandsgewirkes oder einer Faltstruktur. Untersuchungen zum akustischen Verhalten von Aerogelen als Additive in Vliesstoffen sind in [24] bereits gegeben. Untersuchungen zur Befüllung von Faltstrukturen wurden ebenfalls am ILEK durchgeführt [25]. Entschieden wurde schließlich, die Variante der Befüllung des Abstandsgewirkes weiterzuverfolgen. Ausschlaggebend hierfür waren die mit dieser Variante verbundene höhere Transluzenz, die bessere Trennbarkeit der verwendeten Materialien und der höhere Volumenanteil an Aero-

Bild 3. Schematische Darstellung von verschiedenen Resonanzsystemen [13] Fig. 3. Closed, perforated and combined shell cavity systems [13]

Bild 4. PVC-beschichtetes Polyestergewebe und Polyester vliesstoff (F. Schmidt in [10]) Fig. 4. PVC-coated polyester fabric and polyester non-woven (F. Schmidt in [10])

gel als leistungsfähige Wärmedämmung. Hinzu kam, dass die akustische Wirkweise dieser Komponenten bislang noch nicht untersucht wurde [9], [16], [17].

2.2 Gestaltung und Optimierung der mehrschaligen Systemaufbauten Aus systemtheoretischen Überlegungen zu schwingenden Systemen resultierte die Erkenntnis für eine erste Weiterentwicklung von Vliesstoffen, nämlich dass die zwei begrenzenden äußeren Flächen der Vliesstofflage als massekonzentrierte „Platten“ mit möglichst hohem Flächengewicht auszuführen sind. Aus produktionstechnischer Sicht wurde ein Flächengewicht von 2,0 kg/m2 bei einer Dicke von 10 mm als realisierbar eingeschätzt. Ähnlich schwere Vliesstoffe werden für die Papierindustrie bereits hergestellt [22], [23]. Bisherige Vliesstoffdämmungen, die in mehrlagigen textilen Systemaufbauten verwendet werden, weisen Bauteildicken von 100 bis 200 mm mit einer flächenbezogenen Masse von 2,5 bis 5,0 kg/m2 auf [8]. Mit der dichteren Ausführung der beiden begrenzenden Flächen erhöht sich zwar die flächenbezogene Masse des neuen Bauelementes, die Verwendung von zusätzlichem Material erfolgt jedoch an den aus akustischer Sicht optimalen Stellen. Die Anpassung des Vliesstoffquerschnitts hat, wie durch die Simulation von Klaus et al. [26] aufgezeigt werden konnte, keinen relevanten negativen Einfluss auf das Wärmedämmverhalten. Das fortgeführte Bauelement besteht im inneren Aufbau (Deckgewebe nicht berücksichtigt) aus drei Schichten – zwei massekonzentrierten Randschichten und einer offenporigen Füllung. Diese Füllung wirkt dabei durch die Reduktion der dynamischen Steifigkeit und den Ausschluss von stehenden Wellen akustisch dämpfend sowie durch die niedrige spezifische Wärmeleitfähigkeit wärmedämmend. Die Produktion eines solchen geschichteten Verbund vliesstoffaufbaus wird dabei durch zwei gleiche Bauteile erreicht (vgl. Bild 6). Durch mehrfache, schichtweise Verna-

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delung lässt sich die Kombination aus dämpfendem, offenporigem Füllstoff und der massekonzentrierten Trägerschicht in einem Bauteil herstellen (Bild 5). Die Anwendung als Bauelement erfolgt schließlich durch die gespiegelte Anordnung zweier Bauteillagen im Systemaufbau. Die Untersuchungen und Entwicklungen zur Herstellbarkeit wurden in Zusammenarbeit mit dem Technologie- und Entwicklungszentrum (TEZ) der Groz-Beckert KG durchgeführt. Für den ersten prinzipiellen Systemaufbau (Bild 6) resultiert hieraus, dass als äußerste, wetterzugewandte Lage (Deckgewebe) ein PVC-beschichtetes Polyestergewebe der Verseidag-Indutex GmbH bis verwendet wird. Diese Lage wird mit der im Bauwesen üblichen Vorspannkraft von 0,4 bis 0,8 kN/m in den Konstruktionsrahmen eingebaut [10]. Im Abstand von 250 mm verläuft die innere raumabschließende Gewebelage. Der Abstand wurde aufgrund der Entwicklungsergebnisse aus dem Forschungsprojekt zur Entwicklung von Systemprofilen für mehrlagige textile Gebäude hüllen [10] gewählt. Als Kernlage werden zwei Bauteillagen des entwickelten Verbundvliesstoffes spiegelsymmetrisch im Systemprofil eingebaut. Die massekonzentrierten Trägerschichten liegen dabei von der Spiegelachse entfernt und direkt unter den entkoppelten Deckgewebelagen. Eine flächige Verbindung des Verbundvliesstoffes mit den Deckgeweben wurde als alternative Anbindungsmöglichkeit ebenfalls geprüft. Gewählt wurde schließlich die entkoppelte Variante. Ausschlaggebend hierfür war zum einen die Notwendigkeit, auch während des Betriebs die Lagen austauschen zu können. Zum anderen ergab sich aus Vorgängerprojekten des LBP, dass eine Kopplung keine Unterschiede in der Schalldämmung und -dämpfung zur Folge hat [18]. Aus konstruktiver Sicht hat dies den weiteren Vorteil, dass die Anbindung an die Unterkonstruktion einfacher wird und dass im gesamten Kernlagenaufbau kleinere Vorspannungen realisiert werden, die wiederum eine längere geometrische Stabilität und damit auch eine bessere Haltbarkeit des Materials ermöglichen [3], [4], [10]. Die sich ergebenden luftdurchströmten Abstände zwischen Deckgewebe und Verbundvliesstoff sowie zwischen den beiden Verbundvliesstofflagen können zur Ablüftung und damit zur Vermeidung von Kondensatbildung verwendet werden. Bild 6 zeigt die daraus resultierende Weiterentwicklung der bisherigen Vliesstoffdämmung hin zum prinzipiellen Systemaufbau mit zwei Verbundvliesstoffen. Das grundlegende Prinzip eines mehrschalig schwingenden Systems ermöglicht zudem die Variation der beschwerten Lagen, um die Schalldämmung des Lagenaufbaus zu erhöhen. So könnte durch das Vernadeln schwerer Fasern oder durch die zusätzliche Integration von Kunststoff, Metall- oder Glasteilen eine weitere Steigerung des Flächengewichtes der außenliegenden Lagen erreicht werden.

Bild 6. Systemaufbauten mit zwei Kernlagen aus PolyesterVerbundvliesstoff [27] Fig. 6. System configuration with two core layers made of polyester non-woven fabric

Die zusätzliche Vernadelung, beispielsweise von SilikatAerogel als Additiv im Vliesstoff, erweitert die wärmetechnische Leistungsfähigkeit des geschichteten Vliesstoffaufbaus und führt zu einem höheren akustischen Absorptionsvermögen [21], [24]. Ebenfalls Einfluss auf die raumakustische Wirkweise haben mögliche perforierte Gewebe, die auf der Innenraumseite als alternatives Deckgewebe vor dem beschriebenen Systemaufbau angebracht werden können. Das System kann so zu einem Breitband-Resonator erweitert werden. Durch solche Erweiterungen bieten transluzente Fassadenpaneele ausdifferenzierte Möglichkeiten für die Einstellung der Raumakustik und für die Planung und Gestaltung von Räumen.

2.3 Anpassungsfähigkeit der Systemaufbauten Im iterativen Entwicklungsprozess zwischen dem ILEK, den Industriepartnern und dem LBP wurde als aussichtsreichste Erweiterung des prinzipiellen Systemaufbaus eine weitere, flächige Beschwerung der äußeren und inneren Lagen herausgearbeitet. Um neben der Wirksamkeit der zusätzlichen flächigen Beschwerung auch die akustische Anpassungsfähigkeit [27] eines solchen Systemaufbaus zu demonstrieren, wurde in Zusammenarbeit mit der Global Safety Textiles GmbH (GST) ein ergänzendes Bauelement entwickelt und getestet. Dieses Bauelement ist ein zweilagiges, abgestepptes Taschensystem, das durch eine variable Fluidfüllung zur Einstellung der flächenbezogenen Masse vor dem Verbundvliesstoff wirkt. Es wird zwischen dem Deckgewebe und dem Verbundvliesstoff eingebaut. Füllmenge und Fülldruck können variiert werden, um das

Bild 5. Konfektionierter, zweischichtiger Polyester-Verbundvliesstoff [13] Fig. 5. Assembled, dual-layer polyester non-woven fabric

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Bild 7. Querschnitt des Taschengewebes (F. Schmid in [13]) Fig. 7. Section of the fluid filled tube system (F. Schmid in [13])

Bild 8. Taschengewebe: Außenansicht in gefülltem Zustand (F. Schmid in [13]) Fig. 8. Fluid filled tube system: exterior view (F. Schmid in [13])

Schwingungsverhalten und das Reflexionsverhalten des Elements zu beeinflussen [28] bis [30]. Bild 7 zeigt den Querschnitt des gesteppten zweilagigen Gewebes. Die sich abzeichnende Rillenstruktur des befüllten Gewebes ist in Bild 8 dargestellt. Das Bauelement kann auf beiden Seiten des Verbundvliesstoffs montiert werden. Durch den beidseitigen Einsatz von fluidgefüllten Taschengeweben ist eine weitreichende Beeinflussung von Innenraum- und Stadtraumakustik möglich [27], [28] (vgl. Bild 9). Die Veränderbarkeit der Befüllung des Taschengewebes und damit die Beeinflussung der akustischen Verhaltensweisen von Lagenaufbauten ist insbesondere bei sehr leichten Konstruktionen sinnvoll. So kann durch die zeitlichen und räumlichen Veränderungen und mittels der Systemgestaltung auf das städtische oder innenräumliche Umfeld situationsbedingt eingegangen werden. Diese Anpassung erfolgt durch die Variation der befüllbaren Schichten. Die Schallenergie in einem städtischen Umfeld wird reduziert, wenn die zum Innenraum gerichtete Schicht reflektierend wirkt und die dem Außenraum zugewandte Schicht entleert ist (Bild 10). Das System kann aber auch umgekehrt eingestellt werden, um den raumakustisch ausschlaggebenden, absorbierenden Flächenanteil des Innenraumes zu erhöhen. In diesem Fall wäre die Schicht zum Außenraum hin befüllt und beschwert, die Schicht in Richtung Innenraum wäre entleert. In Verbindung mit einem automatischen Steuerungs- und Regelungssystem kann so die Raumakustik des Innenraums je nach Nutzung und die Akustik des Stadtraums je nach Lärmpegel durch eine Anpassung des Reflexions- bzw. Absorptionsverhalten des Systemaufbaus beeinflusst werden [27]. Die Fluidfüllung des beschriebenen Bauelementes kann auch als Medium einer solarthermischen Anlage dienen. Das Taschengewebe wirkt hierbei nicht nur als akustischer Reflektor, sondern auch als thermischer Kollektor [27]. Das Kreislaufsystem und der Fluidspeicher müssen in diesem Fall so ausgelegt werden, dass im Innenraum die thermische Behaglichkeit und im Systemaufbau die Einhaltung der Grenzwerte zur Vermeidung von Oberflächenkondensation gewährleistet werden [28].

2.4 Ergänzende Maßnahme Bild 9. Systemaufbauten mit integrierten, fluidgefüllten Taschengeweben [28] Fig. 9. System configuration with integrated, fluid filled tube system [28]

Um den oben beschriebenen Vorteil des Silicat-Aerogels als wärmedämmende und transparente Schicht nutzen zu können, wurde in der letzten Iteration der Systementwick-

Bild 10. Systemverhalten eines leichten Lagenaufbaus mit schaltbarer, beschwerender, fluidbefüllter Lage [27] Fig. 10. System behaviour of a light layer configuration with switchable, ballastable, fluid filled layers [27]

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Bild 11. Systemaufbau mit fluidgefülltem Taschengewebe und Aerogel-Dämmschicht [28] Fig. 11. System configuration with the fluid filled tube system and the aerogel insulation layer [28]

lung der Verbundvliesstoff durch eine Aerogel-Lage ersetzt. Der prinzipielle Aufbau blieb dabei durch zwei eingesetzte Taschengewebe erhalten. Die Halterung des als Granulat vorliegenden Aerogels erfolgte in einem 120 mm dicken Abstandsgewebe, welches von PVC/Polyestergeweben ummantelt ist. Bild 11 zeigt den daraus resultierenden dreilagigen Aufbau.

3 Prototypischer Systemaufbau und messtechnische Untersuchung Im Rahmen des Forschungsprojektes ARAKO ist die akustische Leistungsfähigkeit der beschriebenen prototypischen Systemaufbauten mit dem Schalldämmmaß quantifiziert worden. Die Bestimmung der entsprechenden Kenngröße wurde im Türprüfstand am Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) in Stuttgart durchgeführt (Bild 12). Der Einbau in den Türprüfstand erfolgte durch die am ILEK entwickelte Vorspanneinrichtung. Sie ermöglicht die Befestigung der Gewebelagen im Prüfstand mit biaxialer Vorspannung von bis zu 2,5 kN/m [13] (vgl. Bild 13). Tabelle 1 weist die wirksamen Flächenanteile der Konstruktions

Bild 13. Vorspanneinrichtung (rückseitig zu Bild 12) (F. Schmid in [13]) Fig. 13. Pre-stressing setup (rear view to Fig. 12) (F. Schmid in [13])

elemente (17,5 %) und der Membranfläche (82,5 %) bei den Messungen aus [13]. Die exemplarische Messreihe für mehrlagige adaptive textile Gebäudehüllen wurde zur Untersuchung der oben gezeigten Entwicklungsschritte mit den im folgenden Abschnitt beschriebenen Lagenaufbauten systematisch abgedeckt. Die Anordnungen sind in den Systemskizzen in Bild 14 dargestellt. Die detaillierte Beschreibung der Bauteile mit Angaben zu flächenspezifischer Masse, Volumen und Materialaufbau ist in den Tabellen 2 bis 5 aufgeführt. Das akustische Verhalten von ein- und zweilagigen Folienaufbauten ist aus Ergebnissen von Mehra et al. [18] und Maysenhölder [31] bekannt. Eine erneute Untersuchung erfolgte daher nicht. Der erste Systemaufbau [A] bestand aus zwei PVC-beschichteten Polyestergeweben sowie einer Verbundvliesstofflage. Er bildete somit den Systemaufbau von bereits gebauten Membranbauwerken ab. Der zweite Systemaufbau [B] wurde durch einen weiteren gradierten Verbundvliesstoff ergänzt, um das SchwinTabelle 1. Flächenverteilung der Konstruktionselemente bei der Messung im Türprüfstand [13] Table 1. Areas of the construction elements in the door test bed [13] Membranaufbau

1,626 m2

Hydraulikzylinder

0,062 m2

Unterkonstruktion

0,282 m2

gesamt

1,97 m2

Tabelle 2. Aufbau des Deckgewebes [13] Table 2. Configuration of the cover fabric [13]

Bild 12. Eingebaute Gewebeprobe im Türprüfstand (F. Schmid in [13]) Fig. 12. Equipped door test bed (F. Schmid in [13])

Typ

Verseidag-Indutex B1015

Material

Polyester

Beschichtung

PVC

Flächengewicht Höchstzugkraft (Kette/Schuss)

630 g/m2

Vorspannkraft

≥ 480 N/m bzw. ≥ 980 N/m bei erhöhtem Vorspannniveau

2800/2500 (N/5 cm) Kettrichtung: vertikal Schussrichtung: horizontal

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Tabelle 3. Aufbau des gradierten Verbundvliesstoffs [13] Table 3. Configuration of the graded compound non-woven fabric [13] Typ

Material

gradierter Verbundvliesstoff (Projektentwicklung im TEZ der Groz-Beckert KG) Polyester

Herstellung

Nadelvliesstoff

Flächenbezogene Masse

4500 g/m2

Tabelle 4. Aufbau des gefüllten Taschengewebes [13] Table 4. Configuration of the fluid filled tube system [13] Typ

Jaquard-Gewebe (GST GmbH)

Material

Polyester

Beschichtung

Folienkaschierung

Innere Abdichtung

Acrylharz-Titandioxid-Emulsion

Befüllung

Wasser

Sonstiges

Einbau auf Metallgewebe zur Stabilisierung Schutztasche aus PVC-Folie

Flächenbezogene Masse Masse Taschengewebe

18.000 g/m2

Masse Fluid

15.070 g/m2

Masse Metallgewebe

650 g/m2

Masse Schutztasche

1.100 g/m2

Schichtdicke gesamt

18 mm

1.280 g/m2

Schichtdicke Taschengewebe 15 mm

Tabelle 5. Aufbau des Abstandsgewirks mit Aerogelfüllung [13] Table 5. Configuration of the aerogel filled spacer fabric [13] Typ des Abstandsgewirks

Hightex; Zellner GmbH

Material des Abstandsgewirks Polyester Hersteller des Aerogels

Cabot AG

Material des Aerogel

Silikat-Aerogel 11.800 g/m2

Flächenbezogene Masse Masse Silicat-Aerogel

3.300 g/m2

Masse Polyester-Gewirk

7.600 g/m2

Masse PVC-Folien

900 g/m2

Schichtdicke gesamt

120 mm (Toleranz ±10 mm)

Schichtdicke Abstandsgewirk 2 × 30 mm, 2 × 20 mm, 2 × 10 mm

gungsverhalten biegeweicher Konstruktionen und die Verwendung textiler Werkstoffe in typischen Elementfassaden einschätzen zu können. Für den dritten Systemaufbau [C] wurde Aufbau [B] um ein fluidgefülltes Taschengewebe an einer Membranlage ergänzt, um so die Rolle von zusätzlicher flächenbezogener Masse in die Untersuchung einzubeziehen. Der vierte Systemaufbau [D] ersetzt den in Variante [C] verwendeten Verbundvliesstoff durch ein mit Silicat-Aerogel gefülltes Abstandsgewirk. Damit wurde das akustische Absorptionsvermögen eines Systemaufbaus mit alternativem Wärmedämmstoff untersucht. In Bild 15 werden die Ergebnisse aus der Messung des Schalldämmmaßes für die Systemaufbauten [A] bis [D] verglichen. Ergänzend sind Messergebnisse zu ein- und zwei-

Bild 14. Systemskizzen der Lagenaufbauten [13]: jeweils Prinzipschnitt und Horizontalschnitt mit Abmessungen und Kon struktionsdetails; a) mit einfacher Vliesstofflage, b) mit zwei gespiegelt angebrachten Vliesstofflagen, c) mit zusätzlichem gefüllten Taschengewebe, d) mit Aerogel-gefülltem Abstandsgewirk Fig. 14. System configurations [13] with schematic cross section, dimensioned horizontal section and details

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Die Verwendung des mit Silicat-Aerogel gefüllten Abstandsgewirks in Systemaufbau [D] zeigt wiederum eine deutliche Verbesserung des Schalldämmmaßes über alle Frequenzen hinweg. Sehr auffällig ist dabei der gleichmäßige Verlauf der Messwerte über dem untersuchten Frequenzbereich. Der Aufbau erreicht somit ein bewertetes Schalldämmmaß von RW = 39 dB. Die Erweiterung des Abstands der beiden konstruk tionsbegrenzenden Flächen zur Beeinflussung des Schalldämmmaßes insbesondere bei den tiefen Frequenzen ist von Mehra et al. [18] bekannt. Die Variation der Konstruktionstiefe wurde deshalb nicht näher betrachtet. Die genaue Einstellung des Abstandes und der Masse der Kon struktion wird somit bei der anwendungsspezifischen Planung entschieden und damit relevant [13], [28].

4 Fazit

Bild 15. Gemessenes Schalldämmmaß in Abhängigkeit von der Frequenz [13]; Messergebnisse für die untersuchten Lagenaufbauten [A] – [D] und vergleichend I.–III. gemäß [31], [32] Fig. 15. Measured Sound Reduction Indices plotted as a function of the frequency [13]; test results for system configurations [A] – [D] compared to I.–III. according to [31], [32]

lagigen Folienaufbauten von Maysenhölder [31] und Mess ergebnisse zu einem Mauerwerk aus Lutz et al. [32] aufgetragen. Das bewertete Schalldämmmaß des Systemaufbaus [A] ist mit RW = 25 dB allein durch die Einbringung einer Verbundvliesstofflage um 8 dB höher als das des zweilagigen PVC/Polyester-Membranaufbaus nach Maysenhölder (RW = 17 dB). Die Spiegelung und damit der prinzipielle Systemaufbau [B] erhöht die Schalldämmung um weitere 5 dB auf RW = 30 dB (vgl. [A] zu [B]). Die Ergänzung der flächenbezogenen Masse um rund 18 kg/m2 durch das mit Flüssigkeit gefüllte Taschengewebe im Systemaufbau [C] führt zu einer weiteren Steigerung des Schalldämmvermögens, insbesondere im Frequenzbereich über 500 Hz. Das bewertete Schalldämmmaß erreicht RW = 34 dB.

Die Ergebnisse bekräftigen die Intention der Autoren, Fassadensysteme für mehrlagige textile Gebäudehüllen zu einem anpassungsfähigen System auszubauen. Dies kann über den prinzipiellen Systemaufbau, die Materialwahl der akustischen Dämpfung und der thermischen Dämmung sowie durch die zielgerichtete Erhöhung der flächenbezogen Massen erfolgen. Durch eine einfache Erweiterung des Herstellungsprozesses von Nadelvliesstoffen kann ein übliches Bauteil von mehrlagigen textilen Gebäudehüllen erweitert und in der akustischen Wirkweise verbessert werden. Zudem wurde ersichtlich, dass die Erhöhung der flächenbezogenen Masse der beiden systemabschließenden Flächen eine weitere Erhöhung der Schalldämmung zur Folge hat. Dies bestätigt die bei Mehra et al. [18] ausgeführte Übertragbarkeit der Theorie der mehrschalig schwingenden Systeme auf leichte Flächenelemente. Die Entwicklung des Taschengewebes für einen anpassungsfähigen Systemaufbau zeigt auch, dass Synergien zwischen bauakustischer Wirkweise, raumakustischer Einstellbarkeit sowie wärme- und feuchtetechnischen Anforderungen erreicht werden können [27]. Für die Entwicklung des Gesamtkonzeptes von leichten Gebäudehüllen kann daraus die allgemeine Tendenz zur Verwendung der minimal notwendigen Masse und der minimal notwendigen Energie am sinnvollsten Wirkort und damit am sinnvollsten Bauteil einer Leichtbaukonstruktion gegeben werden. Der dafür notwendige Planungs- und Entwicklungsprozess wird mit wachsenden Anforderungen und Wechselwirkungen immer komplexer und lässt sich nur im interund multidisziplinären Austausch bearbeiten [33]. Dies wird von der Notwendigkeit begleitet, die Zielkonflikte kenntlich und die Wechselwirkungen verständlich zu machen, um sinnfällige und zielgerichtete Lösungen erarbeiten zu können [34]. Im Forschungsprojekt konnte dies im Zusammenwirken der Forschungsinstitute und der Industriepartner umgesetzt werden. Auf Basis der Recherche- und der Messergebnisse wurden zuerst drei konzeptionelle Varianten für multifunktional ausgerichtete Systemlösungen entworfen. Grundlegend hierfür waren Handbücher, Planungsatlanten und Ergebnisse von vorangegangenen Projekten. Bei jeder dieser Varianten wurde anhand vergleichbarer bekannter Aufbauten das mögliche Leistungsspektrum bei jeder definierten Funktion abgeschätzt.

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Mit dem Fokus auf der akustischen Wirkweise wurde in einem interdisziplinären Workshop die Sinnhaftigkeit, Wirksamkeit und die Entwicklungsmöglichkeit der Varianten diskutiert. Daraus resultierte eine Empfehlung, die für den weiteren iterativen Entwicklungsprozess zwischen den Instituten und den Industriepartnern richtungsweisend war. In einzelnen Bauteilen werden mehrere Funk tionen angereichert. Dies ist notwendig, um ein Erfüllen der gesetzten Anforderungen hinsichtlich Funktionalität, struktureller Effizienz und Erscheinungsbild bei gleichzeitiger Reduktion der eingesetzten Masse und Energie zu gewährleisten. Im Entwicklungsprozess wurde ersichtlich, dass zur Erfüllung der Anforderungen bei ultraleichten Systemen die Potentiale eines gesamtheitlichen Designprozesses genutzt werden müssen. Das heißt, dass eine Zielerfüllung nur durch die angemessene Verwendung von Materialien, die zielgerichtete Nutzung von Werkstoffeigenschaften und das gezielte Zusammenspiel von relevanten physikalischen, chemischen und biologischen Wirkungen gewährleistet werden kann [22], [33].

Danksagung Die Erkenntnisse und Ergebnisse konnten durch die Förderung des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (BBR) in einem Forschungsprojekt der Forschungsinitiative Zukunft Bau mit dem Titel „Adaptive Raumakustik und akustische Konditionierung im Bauwesen“ (ARAKO) erarbeitet werden. Literatur [1] Gleich, A. v., Gößling-Reisemann, S.: Industrial Ecology: Erfolgreiche Wege zu nachhaltigen industriellen Systemen. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag 2007. [2] Hegger, M., et al.: Energie Atlas: Nachhaltige Architektur. Basel: Birkhäuser 2007. [3] Sobek, W., Haase, W., Schmid, F.: Adaptive textile Gebäudehüllen zur Verbesserung der Raum- und Stadtraumakustik sowie der Raumqualität. Forschungsbericht. Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. Stuttgart 2011. [4] Schmid, F., Haase, W., Sobek, W.: Adaptive textile Hüllsysteme zur Optimierung der Raum- und Stadtraumakustik. Forschungsbericht. Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. Stuttgart 2013. [5] Haase, W., et al.: Adaptive textile und folienbasierte Gebäudehüllen. Bautechnik 88 (2011), H. 2, S. 69–75. [6] Herzog, Th., Lang, W.: Fassaden Atlas. Basel; München: Birkhäuser, Edition Detail 2004. [7] Sobek, W.: Zum Entwerfen im Leichtbau. Bauingenieur 70 (1995), H. 7–8, S. 323–329. [8] Haase, W., et al.: Adaptive mehrlagige textile Gebäude hüllen – Beispiele zur konstruktiven Ausführung mehrlagi ger gedämmter Membranbauwerken. Forschungsbericht. Uni versität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Kon struieren. Stuttgart 2011. [9] Haase, W., et al.: Adaptive mehrlagige textile Gebäudehüllen. Forschungsbericht. Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. Stuttgart 2011. [10] Bäumer, R., et al.: Entwicklung leichter Profile und Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen für Anwendungen in der textilen Gebäudehülle und der Fenstertechnik. (PROFAKU). Faserinstitut Bremen e.V. FIBRE; Universität Stutt-

gart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren ILEK; FH Dortmund, Fachbereich Architektur. Stuttgart 2012. [11] Mommertz, E.: Akustik und Schallschutz: Grundlagen, Planung, Beispiele. München: Institut f. intern. Architektur-Dok. 2008. [12] Blesser, B., Salter, L.: Spaces Speak, Are You Listening? Experiencing Aural Architecture. The MIT Press: Boston 2009. [13] Schmid, F. et al.: Adaptive Raumakustik und akustische Konditionierung – ARAKO. Forschungsbericht in Vorbe reitung. Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Lehrstuhl für Bauphysik. Stuttgart 2011. [14] Koch, K.-M.: Bauen mit Membranen: Der innovative Werkstoff in der Architektur. München: Prestel Verlag 2004. [15] Seidel, M.: Textile Hüllen - Bauen mit biegeweichen Tragelementen. Materialien, Konstruktion, Montage. Berlin: Ernst & Sohn 2007. [16] Kaufmann, A., et al.: Wärmetechnische Besonderheiten von Membrankissenkonstruktionen. Bautechnik 90 (2013), H. 7, S. 395-401. [17] Cremers, J., Lausch, F.: Transluzente Hochleistungsdämmung aus Silika-Aerogelen für Membranen. Detail 48 (2008), Nr. 5, S. 524–530. [18] Mehra, S.-R., et al.: Akustisches Verhalten von Hüllenkonstruktionen aus Folien und Membranen - AHAFUM. Universität Stuttgart, Lehrstuhl für Bauphysik. Stuttgart 2003. [19] Möser, M.: Messtechnik der Akustik. Berlin, Heidelberg: Springer 2009. [20] Fricke, J.: Aerogels. Berlin: Springer 1986. [21] Dong, W., et al.: Acoustic properties of organic/inorganic composite aerogels. Proceedings of the Material Research Society Symposium, Vol. 1188, Cambridge, 2009. [22] Gries, T., Klopp, K., Aachener, T.: Füge- und Oberflächentechnologien für Textilien. Verfahren und Anwendungen. Berlin: Springer 2007. [23] Cherif, C.: Textile Werkstoffe für den Leichtbau. Techni ken – Verfahren – Materialien – Eigenschaften. Berlin: Springer 2011. [24] Oh, K., et al.: Ultra-porous flexible PET/aerogel blanket for sound absorption and thermal insulation. Fibers and Polymers 10 (2009), No. 5, pp. 731–737. [25] Zapala, E.: Textile Faltstrukturen. Dissertation in Vorbereitung. Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. [26] Klaus, Th., Haase, W., Sobek, W.: Simulationstool für mehrlagige Aufbauten. Forschungsbericht. Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. Stuttgart 2011. [27] Schmid, F., Haase, W., Sobek, W.: Textile and film based building envelopes – lightweight and adaptive. VI International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures. Munich 2011. [28] Schmid, F.: Die Funktionsintegration als Indikator im Entwurfs- und Entwicklungsprozess von Leichtbaustrukturen. Dissertation in Vorbereitung, Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. [29] Pronk, A., et al.: Research on the combination of water and membranes as a sound insulation building material. Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium, Evolution and Trends in Design, Analysis and Construction of Shell and Spatial Structures. Valencia 2009. [30] Brekhovskikh, L., Godin, O.: Acoustics of Layered Media II. Springer Series on Wave Phenomena, Vol. 10. Springer, 1999.

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[31] Maysenhölder, W.: Zur Prognose der Schalldämmung zweischaliger Membrankonstruktionen. Bauphysik, 28 (2006), H. 5, S. 289–296. [32] Lutz, P., et al.: Lehrbuch der Bauphysik. Schall, Wärme, Feuchte, Licht, Brand, Klima. Leipzig: Teubner B.G. GmbH 2002. [33] Ropohl, G.: Allgemeine Systemtheorie: Einführung in transdisziplinäres Denken. Berlin: Edition Sigma 2012. [34] Maeda, J.: The Laws of Simplicity. Boston: The MIT Press 2006.

Autoren dieses Beitrages: Dipl.-Ing. Fabian Schmid Dr.-Ing. Walter Haase Universität Stuttgart Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) Pfaffenwaldring 7 & 14, 70569 Stuttgart

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing E.h. Dr. h.c. Werner Sobek Universität Stuttgart Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) und Illinois Institute of Technology 3360 S. State St., Chicago, IL, USA Werner Sobek Group GmbH Albstraße 14, 70597 Stuttgart Dipl.-Ing. Eva Veres Prof. Dr.-Ing. Schew-Ram Mehra Prof. Dr.-Ing. Klaus Sedlbauer Universität Stuttgart Lehrstuhl für Bauphysik (LBP) Pfaffenwaldring 7, 70569 Stuttgart Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart

Aktuell Helmholtz-Resonatoren für Doppelglasfenster Mit zunehmendem Verkehrsaufkommen steigt auch der Lärmpegel in unseren Städten. Die Adaptronik bietet interessante Ansatzpunkte, um den Krach von Wohnungen und Büros fernzuhalten. Zur Reduktion schmalbandiger Lärm quellen bieten sich adaptive HelmholtzResonatoren als passive Maßnahmen

„Akustikaquarium“, bei dem zwei Helmholtz-Resonatoren die Schalltransmission eines Lautsprechers durch ein Doppelglasfenster mindern (Foto: Fraunhofer LBF)

zur Reduktion von Schallfeldern in Räumen und durch Doppelglasfenster an. Der Vorteil liegt auf der Hand: Passive Systeme verbrauchen wesentlich weniger Energie als aktive Maßnahmen. Die meisten Störquellen weisen eine zeitveränderliche Frequenzcharakteristik auf. Ein neuartiges Konzept ermöglicht es, Resonatoren effizient auf das herrschende Signal adaptiv zu regeln. Hierbei wird lediglich Energie benötigt, um das semi-passive System auf die vorherrschende Situation anzupassen. Grundsätzlich können Helmholtz- Resonatoren analog zu mechanischen Tilgern betrachtet werden. Ihre Tilgungs frequenz wird durch die Änderung geometrischer Eigenschaften variiert. Helm holtz-Resonatoren bestehen aus einem Hals und einem Bauch, die sich wie die Masse, Steifigkeit und Dämpfung des mechanischen Systems verhalten. Die Anpassung des Resonators auf die gewünschte Tilgungsfrequenz kann sowohl durch eine Variation der Hals- als auch der Körpergeometrie geschehen. Da die Anpassung über die Halsgeometrie negative Nebeneffekte nach sich ziehen kann, wurde die Resonanzfrequenz durch die Variation des Resonatorbauches bzw. der Steifigkeit mittels eines axial wirkenden Kolbens eingestellt. Zur Untersuchung der Reduktionswirkung von Raummoden wurde der

Akustikdemonstrator des LOEWE-Zen trums AdRIA verwendet. Der Demonstrator ist ein quaderförmiger Hohlraum, dessen Wände eine schallharte Charakteristik aufweisen. Hierbei ließ sich eine Reduktion der Hohlraum-Resonanzen von bis zu 19 dB erzielen. Die Schalltransmission durch ein symmetrisches Doppelglasfenster konnte um bis zu 5 dB verringert werden. Hierzu wurde ein Helmholtz-Resonator an einem Doppelglasfenster angebracht, der auf den Hohlraum zwischen den Scheiben wirkte. Was bei Doppelglas funktioniert, eignet sich auch für andere doppelwandige Strukturen. Flugzeugbauer wollen mit der Technologie beispielsweise den Geräuscheintrag in die Kabinen reduzieren. Ebenfalls ist es möglich, Geräusche in Kanälen, wie etwa in Lüftungsrohren in Gebäuden oder in Abgasanlagen im Auto zu mindern.

Weitere Informationen: Tim Bastian Klaus Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Bartningstr. 47 64289 Darmstadt Tel. +49(0)6151/705-8368 tim.bastian.klaus@lbf.fraunhofer.de www.lbf.fraunhofer.de

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Fachthemen Andreas Schmohl Katharina Adamow Nadine Martens Klaus Breuer

DOI: 10.1002/bapi.201410005

Zum Potenzial von Kohlenstofffaserverbund werkstoffen in Bauanwendungen Der Beitrag diskutiert die Anwendung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen im Bauwesen. Es wird aufgezeigt, dass Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe in bestimmten Bauanwendungen bereits etabliert sind, z. B. zur Verstärkung der Statik von Gebäuden und Brücken sowie als Konstruktionswerkstoff. Andererseits sollen spezielle Potenziale des Materials jenseits der mechanischen Eigenschaften identifiziert werden, die sich für Anwendungen im Bauwesen ableiten lassen. Ausgewählte Anwendungsbeispiele, die sich auf vier charakteristischen Eigenschaften des Materials bzw. des Fertigungsprozesses zurückführen lassen, werden beschrieben: 1) Nutzung der Anisotropie zur Konstruktion flexibler und zugleich steifer Bauteile, 2) Integration von (Multi-) Funktionalitäten, 3) Nutzung des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und 4) Einsatz von recyclierten Kohlenstofffasern in anorganischer Matrix. Potential of carbon fibre composites in civil engineering appli cations. The paper discusses the application of carbon fibre composite materials in the building industry. It shows that carbon fibre composites are already established in certain areas of civil engineering, e.g. for the strengthening of the statics of buildings and bridges and as construction material. On the other hand special potential of the material, apart from mechanical features, which are advantageous in construction engineering, are identified. Selected examples of specific applications deduced from four characteristic properties of the material and the manufacturing process respectively, are described: 1) Utilisation of the anisotropy for the construction of flexible and at the same time stiff construction components, 2) integration of (multi-)functionalities, 3) utilisation of the low thermal expansion coefficient and 4) application of recycled carbon fibres in inorganic matrices.

1 Einleitung Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) wird als der Leichtbauwerkstoff der Zukunft angesehen. Die geringe Dichte des CFK, in Kombination mit den herausragenden mechanischen Eigenschaften, ist die Motivation für die Nutzung und führt in der Regel zu einem verminderten Gesamtgewicht eines Bauteils. Im Flugzeug- und Automobilbau reduziert ein geringeres Gewicht letztendlich den Treibstoffverbrauch; Sportwagen mit hohem CFK-Anteil zeichnen sich zudem durch eine besonders gute Fahrdynamik aus. Bei Windkraftanlagen werden durch den Einsatz von CFK längere Rotorblätter möglich, die höhere Leistungen erbringen. Bekannt ist CFK ebenso aus dem Sportund Freizeitbereich, in dem vor allem die CFK-Optik effektiv vermarktet wird. Die Verwendung von CFK führt in den oben genannten Bereichen zu einem ökonomischen Mehrwert, der die hohen Materialkosten rechtfertigt. Diese entstehen durch die aufwendige und energieintensive Herstellung der Kohlenstofffasern (C-Fasern) sowie durch die komplexe Fertigung von CFK-Bauteilen. Die Anwendungsfelder, in denen C-Fasern verwendet werden, sind in Bild 1 aufgeführt. Ihre Marktanteile korrelieren u. a. mit den oben genannten ökonomischen Vorteilen, die durch den Ersatz anderer Werkstoffe durch CFK entstehen. Im Vergleich zu den im Bauwesen hauptsächlich eingesetzten Materialien wie z. B. Beton und Stahl ist die mengenmäßige Bedeutung von CFK sehr gering. Die weltweite Jahresproduktion z. B. von Zement lag bei 3.343 Mio. t [2]

Bild 1. Anteil am weltweiten Verbrauch von C-Fasern im Jahr 2012 in verschiedenen Anwendungsfeldern [1] (© Carl IR Messtechnik; Fraunhofer IBP) Fig. 1. Proportion of various applications of carbon fibres globally in 2012, [1] (© Carl IR Messtechnik; Fraunhofer IBP)

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und die von Rohstahl bei 1.548 Mio. t (Stand 2012) [3]. Auch im Vergleich zu glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) wird CFK selten eingesetzt, wie an den unterschiedlichen Bedarfsmengen im Jahr 2012 deutlich wird. Die GFK-Produktionsmenge allein in Europa wird auf ca. 1 Mio. t geschätzt, während der globale Bedarf an CFK bei ca. 0,065 Mio. t liegt [1]. Trotz dieser aktuell relativ niedrigen Marktrelevanz findet CFK eine sehr große Resonanz in der Presse und Öffentlichkeit. Die Produktionsmengen der verschiedenen Materialien vergegenwärtigen, dass − nicht zuletzt aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von C-Fasern − CFK im Bauwesen auch zukünftig nur in „Nischenprodukten“ eingesetzt werden wird und kein pauschaler Ersatz von traditionellen, bewährten Baustoffen möglich bzw. sinnvoll ist. CFK als Leichtbauwerkstoff steht im Wettbewerb mit anderen Werkstoffen wie z. B. GFK, Holz oder Leichtmetalllegierungen [4] [5]. Daher sind Hersteller von C-Fasern bemüht, neue Märkte für ihre Produkte zu erschließen. Das Bauwesen stellt mit 6 % Marktanteil zurzeit noch einen sehr kleinen Absatzmarkt dar. Die Gründe hierfür sind zum einen die wesentlich geringere Bedeutung der niedrigen Dichte des Materials im Vergleich zu den Haupt absatzmärkten und zum anderen stellt Holz als etablierter und deutlich günstigerer Leichtbauwerkstoff eine starke Konkurrenz dar. Die Gewichtsreduzierung durch die Verwendung von CFK steht somit im Baubereich bislang nur in Ausnahmefällen im Vordergrund. Neben den bereits bekannten und teilweise etablierten Anwendungen im Bau, die in Abschnitt 2.2 beschrieben sind, soll in Abschnitt 3 ein Ausblick auf potenziell neue Ansätze und Konzepte für Anwendungen von C-Faserverbundwerkstoffen im Bauwesen gegeben werden. Die dort ausgewählten Beispiele werden auf Basis bauphysikalischer Disziplinen hinsichtlich Energieeffizienz, Wärmetechnik, Akustik, Bautechnologie, Recyclingfähigkeit sowie Bauteil- und Bausystementwicklung betrachtet.

Der vorliegende Beitrag soll aufzeigen, welche Vorteile der Einsatz von C-Fasern im Bauwesen bieten kann und welche neuartigen Anwendungen mit Hilfe dieser Fasern erschlossen werden könnten. Im Besonderen soll er Akteure aus der Baubranche dafür sensibilisieren, dass CFasern und deren Werkstoffverbünde mehr Möglichkeiten bieten, als nur die bekannten Metalllegierungen oder Kunststoffe zu ersetzen.

2 Stand der Technik 2.1 Materialeigenschaften von C-Fasern und ihren Verbundwerkstoffen 2.1.1 Fasereigenschaften C-Fasern werden vor allem mit ihren herausragenden Eigenschaften in Verbindung gebracht, dazu gehören die hohe Steifigkeit und Zugfestigkeit, die niedrige Dichte und die sehr gute Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen. Im Allgemeinen gilt, je dünner und feiner eine Faser ist, desto niedriger ist die Wahrscheinlichkeit eines Strukturdefektes und umso bessere mechanische Eigenschaften weist die Faser auf. Im Vergleich zu anderen Fasermaterialien ist der Durchmesser der C-Fasern mit 5 bis 10 µm gewöhnlich wesentlich geringer (Tabelle 1). C-Fasern werden hauptsächlich aus PolyacrylnitrilFasern (PAN-Fasern), seltener aus Pech oder Raylon hergestellt. Über eine kontrollierte Pyrolyse bei verschiedenen Temperaturen werden diese sogenannten Carbonisierungsund Graphitisierungsprozessen unterzogen. Danach weisen sie längs der Faser ausgerichtete, graphitartige Band- und Schichtstrukturen auf, die miteinander verbunden, verdrillt oder verkantet sind [6] [7]. Entsprechend den vielen verschiedenen Herstellungsbedingungen sind mehrere Arten von C-Fasern mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, Qualitäten und Kosten verfügbar. Sie lassen sich z. B. nach dem Elastizitätsmodul (E-Modul) klassifizieren. So gibt es u. a. die hochfeste, dafür vergleichsweise weniger steife C-Faser, die als

Tabelle 1. Beispiele für mechanische und physikalische Eigenschaften verschiedener Faser-Arten [6] bis [9] Table 1. Examplary mechanical and physical properties of various carbon fibre types [6] to [9] Durchmesser

Zugfestigkeit

ZugE-Modul

Bruchdehnung

Druckfestigkeit

Dichte

Therm. Ausdehnungskoeffizient

Elektr. Leitfähigkeit

[µm]

[GPa]

[%]

[GPa]

[g/cm³]

[106 K–1]

[S/m]

4,0

240

1,5

≈ 2,9

1,8

2,5

≈ 550

1,1

≈ 1,6

1,9

≈ 0 bis –1,5

≈ 6 × 104

C-Faser (Pech HM-Typ)

3,5

800

0,4

1,7

2,2

Glasfaser (E-Typ)

3,4

4,0

−

2,6

≈5

≈ 10–13

4,4

4,6

≈ 1,1

2,5

≈4

−

3,0

< 4,0

–

2,7

≈6

−

3,4

185

2,0

0,5

1,5

–2

≈ 2 × 10–13

Fasereigenschaften Fasertyp C-Faser (PAN HT-Typ) C-Faser (PAN HM-Typ)

Glasfaser (R-Typ)

5–10

10–24

Alkaliresistente Glasfaser (AR-Typ) Aramidfaser (Kevlar 149)

≈ 12

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HT-Typ (high tensile) bezeichnet wird und als Standardfaser gilt, sowie die weniger duktile, dafür hochsteife C-Faser (HM-Typ; high modulus). Höhere Steifigkeiten werden mit steigenden Temperaturen in den Carbonisierungs- bzw. Graphitisierungsprozessen erzielt und gehen einher mit einem Verlust an Zugfestigkeit und einer reduzierten Flexibilität (Tabelle 1). Durch die graphitartigen Strukturen entstehen weitere spezielle Eigenschaften der C-Faser. Dazu gehören die ausgeprägte chemische Beständigkeit und der geringe Wärmeausdehnungskoeffizient, der in Faserrichtung sogar negative Werte annehmen kann. Die C-Fasern haben eine gewisse elektrische und thermische Leitfähigkeit, die im Vergleich zu anderen Materialien im Mittelfeld liegt, d. h., es gibt sowohl Materialien mit deutlich höherer als auch mit wesentlich geringerer elektrischer bzw. thermischer Leitfähigkeit. Die C-Faser ist dauerschwingfest, jedoch knickempfindlich und wird zur weiteren Verarbeitung mit einer Oberflächenschicht, der Schlichte, umhüllt. Zusätzlich soll die Schlichte haftvermittelnd zwischen C-Faser und Matrix wirken [6] [7] [10]. Im Bauwesen stellen Glasfasern eine Konkurrenz zu C-Fasern dar, weil sie − bei einer Dichte zwischen Aluminium und C-Fasern − wesentlich kostengünstiger sind [11]. Die Standard-Glasfaser (E-Typ) mit guten elektrisch isolierenden Eigenschaften ist mit einem Marktanteil von 90 % weit verbreitet. Für bessere mechanische Eigenschaften wird der R-Typ verwendet. Trotz der guten mechanischen Eigenschaften eignen sich diese Glasfasern nicht für den unmittelbaren Einsatz im Beton, denn sie sind feuchteempfindlich und degradieren besonders schnell bei Kontakt mit alkalischen (z. B. Beton) oder sauren Medien. Als Alternative bieten sich dort die alkaliresistenten (AR-)Glasfasern an, die einen hohen Zirkoniumdioxid-Anteil enthalten. Die intensiv gelbe Aramidfaser ist die Verstärkungsfaser mit der geringsten Dichte. Als Gewebe oder in einer Kunststoffmatrix eingebettet hat das Material besonders gute Impakteigenschaften. Es wird für Schutzkleidung, -anzüge und -zubehör, Seile und Bänder eingesetzt. In Kunststoff oder in Beton eingebettet wirkt sich die starke Feuchtigkeitsaufnahme (ca. 7 Gew.-%) und die damit verbundene

Quellung und Strukturschwächung nachteilig aus. Zudem sind sie nicht UV-beständig und müssen deshalb zusätzlich geschützt werden [6] [7].

2.1.2 C-Fasern im Verbund Über 90 % der produzierten C-Fasern finden Anwendung in polymeren Matrices. Davon nehmen die Duromere den Hauptanteil ein [1]. Diese Kunststoffe, auf Basis von z. B. Epoxid- oder Polyesterharzen, härten zu dichten, hochvernetzten Polymernetzwerken aus. Im ausgehärteten Zustand zeichnen sie sich durch hohe Festigkeiten und Steifigkeiten aus. Dementsprechend sind sie wenig flexibel und spröde. Thermoplaste, wie z. B. Polyetheretherketone, sind Polymere mit ineinander verschlauften Makromolekülen. Sie sind schmelzbar und werden in der Schmelze verarbeitet. Im Vergleich zu den Duromeren sind sie zäher, jedoch häufig weniger steif [6] [7]. Sowohl C-faserverstärkte Duromere als auch C-faserverstärkte Thermoplaste finden breite Anwendung als Hochleistungswerkstoff für den Bau von Windkraftanlagen und Luftfahrzeugen. Im Bauwesen ist die Verwendung von mineralischen Matrices (z. B. Beton) üblich. Diese Matrices sind ebenfalls spröde, jedoch wesentlich druckfester. Elastomere und Fluorpolymere werden bisher selten als Matrix für Faserverbundkunststoffe (FVK) eingesetzt. Elastomere zeichnen sich dadurch aus, dass sie unter Krafteinwirkung verformbar sind und ohne Belastung wieder in die ursprüngliche Form zurückkehren. Der große Vorteil von Fluorpolymeren ist ihre ausgeprägte Witterungsbeständigkeit. Die Matrix hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Verbundwerkstoffes. Sie hält die Fasern zusammen, gibt dem Bauteil Form und schützt die Fasern vor Umwelteinflüssen oder schädigenden Belastungen. Vor allem ist sie für die Kraftübertragung in die Faser und zwischen den einzelnen Fasern, die die Stärke und Steifigkeit des FVK bewirken, verantwortlich. Demnach ist die Bindung zwischen Faser und Matrix ausschlaggebend für die mechanischen Eigenschaften der FVK. Die Ausrichtung der Fasern hat einen wesentlichen Einfluss auf Werkstoffeigenschaften in verschiedene Raumrichtungen. Die Orientierung der Fasern (Bild 2) kann

Bild 2. Draufsicht und Querschnitt von C-Faser-Schichten für CFK-Bauteile; a) unidirektionales Gelege (orthotrop); b) biaxiales Gelege mit 0° und 90° Ausrichtung (anisotrop); c) Gewebe in Leinwandbindung (anisotrop); d) Vlies bzw. Wirrmatte (quasi-isotrop) (© Fraunhofer IBP) Fig. 2. Plan view and cross section of carbon fibre layers used for CFRP in construction; a) unidirectional mat (orthotropic); b) biaxial mat, 0° and 90° orientation (anisotropic); c) plain weave fabric (anisotropic); d) non-woven fabric (quasi-isotropic) (© Fraunhofer IBP)

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– statistisch gleichmäßig verteilt (quasi-isotropes Verhalten) – biaxial ausgerichtet (Bsp. für anisotropes Verhalten) – multiaxial ausgerichtet (in Bild 2 nicht dargestellt; anisotrop) oder – unidirektional ausgerichtet (Bsp. für orthotropes Verhalten) sein. Die Orthotropie ist ein Spezialfall der Anisotropie und wird auch orthogonale Anisotropie genannt. Als extrem orthotrop wird ein Werkstoff bezeichnet, wenn die zueinander orthogonalen Eigenschaftswerte extrem voneinander abweichen. Der Begriff wird im englischen Sprachraum („extreme orthotropic“) zunehmend verwendet, um Materialien zu charakterisieren, die in einer Raumrichtung steif sind und in einer dazu orthogonalen Raumrichtung flexibel. Beispiele für weitere mögliche richtungsabhängige Werkstoffeigenschaften sind Zugfestigkeit, Wärmeausdehnung sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit. Generell verleiht eine unidirektionale Verstärkung dem CFK die besten mechanischen Eigenschaften in Faserrichtung, jedoch zugleich die schlechtesten mechanischen Eigenschaften in den Richtungen orthogonal zur Faser. Faserverbundwerkstoffe und Bauteile daraus können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Üblich sind hand- oder automatisiert- gelegte Nass-Laminierungen, Pultrusion, Wickelverfahren sowie Infusions- oder Injek tionsverfahren. Die Orientierung der Fasern bzw. der Fasergewebe- oder -gelegeschichten in CFK ist ausschlaggebend für die mechanischen Eigenschaften des Bauteils und lässt sich durch gezielte Auslegung auf „jede“ geforderte Anwendung anpassen. So können komplexe Strukturen und Bauteile in einem Stück bzw. in wenigen Einzelteilen hergestellt werden. Mit dieser Vielfalt der Gestaltungsmöglichkeiten eines CFK-Bauteils und der damit verbundenen hohen Zahl an Konstruktions- und Prozessparametern wächst allerdings auch die Herausforderung bezüglich der Charakterisierung bzw. Normung der Bauteile, denn es gibt kein einheitliches Standard-CFK und somit keine allgemeine Betrachtung der (mechanischen) Eigenschaften von CFK. CFK ist äußerst beständig gegenüber chemischen (z. B. alkalischen Medien und Feuchte) und physikalischen (z. B. moderaten Temperaturen) Einflüssen. Weitere Vorteile sind die hervorragenden dynamischen Eigenschaften, das Dämpfungsverhalten und die hohe Formstabilität, z. B. aufgrund des niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten [6], [7]. Beim Fügen von CFK mit metallischen Bauteilen – z. B. in Hybridbauteilen – muss durch geeignete Fügeverfahren und Isolierung eine mögliche Kontaktkorrosion vermieden werden, denn die C-Fasern sind elektrisch leitfähig und elektrochemisch betrachtet, im Vergleich zu vielen Metallen, der edlere Werkstoff [12].

2.2 Aktuelle Anwendungen von C-Fasern im Bauwesen Durch optimierte Herstellungsprozesse sinkende Kosten für C-Fasern in Kombination mit ihren herausragenden Eigenschaften ermöglichen eine zunehmende Nutzung im Bauwesen. CFK liefert mit der generell sehr guten Korrosionsbeständigkeit im Bauwesen einen wichtigen Vorteil gegenüber den traditionellen Baumaterialien, wie Stahl

und stahlbewehrtem Beton, deren Korrosion zu Bauschäden führen kann [13]. Der Einsatz von CFK im Bauwesen ist dann vorteilhaft und sinnvoll, wenn höhere physikalische und chemische Anforderungen an das Bauteil durch z. B. Umwelteinflüsse gestellt werden. Bei der Betrachtung der gesamten Nutzungsdauer der Bauteile ist davon auszugehen, dass die ökonomischen Nachteile der hohen Anschaffungs- und Planungskosten ausgeglichen werden. Für C-Faserverbundwerkstoffe ergeben sich im Bauwesen weitere Anwendungsfelder dort, wo eine gewichts- und biegesensitive Verstärkung notwendig ist bzw. eine unkomplizierte und zügige Verarbeitung der Werkstoffe die Arbeitsprozesse erleichtert und verkürzt. Auch die Gestaltungsfreiheit (Design) und das optische Erscheinungsbild (Farbe, Form und Textur) sind Gründe für eine Nutzung von C-Faserverbundwerkstoffen. Erschwerende Faktoren für die Anwendungen von CFK sind die mangelnden Langzeiterfahrungen, fehlende Normen und bauaufsichtliche Zulassungen, die geringe Beständigkeit im Brandfall sowie spezielle Qualitätssicherungsmaßnahmen. Ebenso ist der Einsatz von ausgebildetem Fachpersonal im Vergleich zum klassischen Handwerker in der Baubranche limitierend. Bei nicht sachgerechtem Umgang (Lagerung, Transport, Installation) können C-Fasermaterialien mechanisch beschädigt und somit nicht mehr verwendet werden. Des Weiteren unterscheidet sich das Montageprinzip (z. B. Kleben) von dem der traditionellen Baumaterialien, weshalb eine Verwendung in Bauteilen und Bausystemen – also mit erhöhtem Vorfertigungsgrad – nahe liegt. Insofern ist ein gewisses Umdenken bei der Planung (z. B. aufgrund zusätzlicher Genehmigungen) und Ausführung notwendig [11], [13], [14]. Trotz der genannten Anforderungen ist der Umgang mit CFK der Baubranche nicht fremd und bisherige Innovationen zeigen, dass sich der Einsatz dieses Werkstoffs bewährt hat. Im Folgenden sind einige aktuelle Anwendungen, in zwei Kategorien gegliedert, exemplarisch aufgeführt:

2.2.1 Sanierung und Instandsetzung Weit verbreitet ist die Nutzung von CFK bei Sanierungsund Instandsetzungsarbeiten [11], [14]. Durch Nutzungsänderungen von bestehenden Gebäuden oder bei entstandenen Schäden sind Sanierungsarbeiten notwendig, um den baulich-technischen und zweckbedingten Zustand wiederherzustellen. Die C-Faserverbundwerkstoffe bieten in ihrer Vielfalt diverse Vorteile: Wegen der Anlieferung auf Rollen und ihres geringen Eigengewichts ist die Montage auch bei beengten Platzverhältnissen unproblematisch. Je nach verwendetem C-Fasermaterial und Montageprinzip wirken diese bauteilverstärkend und -versteifend für die Lastabtragung in Zugrichtung oder erhöhen die Biegestabilität und unterstützen stabilisierend bei dynamischen und seismischen Aktivitäten [15], [16]. Dabei lassen sich nicht nur Beton- sondern auch Mauer- und Holzbauwerke sowie metallische Strukturen effektiv nachträglich verbessern [13]. – CFK-Lamellen werden − z. T. vorgespannt − auf die jeweilige Materialoberfläche eingeschlitzt oder aufgeklebt (Bilder 3 und 4, unten) [14], [15]. So z. B. im Sanierungs-

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fall bei Brücken aus Beton: CFK-Lamellen werden oberund unterhalb der Fahrbahn geklebt und erhöhen somit den Biegewiderstand des Betons. Hochfeste CFK-Lamellen dienen eher zur (Biege-)Verstärkung von Bauteilen, während die hochsteifen Lamellen versteifend wirken [17], [18]. – Eingeschlitzte CFK-Lamellen (Bild 3, oben) dienen zudem zur rissverteilenden und rissbreitenbeschränkenden Bewehrung [15]. Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) in Berlin erteilte 1997 die erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für die Verstärkung durch CFK-Lamellen [19]. Diese haben gegenüber GFK den Vorteil, dass sie auch als vorgespannte Verstärkung eingebracht werden können, da die C-Fasern selbst kein Kriechverhalten zeigen. – C-Faser-Gelege und -Gewebe eignen sich für den Einsatz bei großflächigen Sanierungen. Sie lassen sich vor Ort auf Maß zuschneiden, werden mit organischen Harzen imprägniert und verklebt, z. B. zur Verstärkung und Umschnürung von Stützen (Bild 4, links), Unterzügen und Decken [16]. – C-Faser-Matten (auch in Kombination mit Glasfasern) in anorganischen Matrices wie z. B. Beton lassen sich mit geringem Arbeitsaufwand an gewölbte Decken oder runde Pfeiler anpassen (z. B. als erhöhter Anprallschutz bei Brückenpfeilern) [20].

2.2.2 Konstruktive Bauteile

Bild 3. In den Boden eingeschlitzte (oben) und aufgeklebte (unten) CFK-Lamelle (Bilder: © Bilfinger Instandsetzung GmbH) Fig. 3. Slot-applied (top) and adhesively bonded (bottom) CFRP strip (Photographies © Bilfinger Instandsetzung GmbH)

Bild 4. Umschnürung von Stützen mit C-Faser-Gelege (oben) und aufgeklebte CFK-Lamelle (unten) (Bilder: © SÜD-HANSA GmbH & Co. KG) Fig. 4. Wrapping of a column by carbon fibre sheets (top) and adhesively bonded CFRP strips (bottom) (Photographies © SÜD-HANSA GmbH & Co. KG)

CFK-Bauteile für tragende Strukturen haben großes Potenzial, so lassen sich ganze Bauteilstrukturen in komplexen, für die jeweilige Anforderung angepassten Formen herstellen. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften in Kombination mit den zahlreichen Freiheitsgraden in der Formgebung wird CFK als konstruktives Bauteil immer häufiger verwendet werden. – Bekannt sind aus GFK oder CFK bestehende Fußgängerbrücken, die vormontiert an den Aufstellungsort transportiert und in einem Stück installiert werden [11], [21]. Längere und stabilere Brücken lassen sich aus CFKSandwichsegmenten zusammensetzen [13]. – Eine weitere wichtige Anwendung von CFK ist der Einsatz als Spannglieder im Brückenbau. Hier werden vor allem die vorteilhaften Zugeigenschaften genutzt. – CFK-Bewehrungsstäbe und -matten werden anstatt Stahl als Bewehrung in Betonstrukturen genutzt. Dadurch können filigrane Betonstrukturen umgesetzt werden [22]. – Ebenso werden CFK und Beton in Hybridstrukturen verwendet: Die Kombination des druckfesten, unter Zugbelastung schwachen Betons mit zugfesten, jedoch druckempfindlichen CFK ermöglicht Bauteilstrukturen, die die Vorzüge beider Materialien ausnutzen (z. B. ummantelte Betonpfeiler).

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Tabelle 2. Spezielle Eigenschaften von CFK bzw. C-Fasern und daraus abgeleitete Vorteile bzw. Anwendungen Table 2. Specific properties of CFRP and carbon fibres and deduced advantages and applications Spezielle Eigenschaft

Vorteil

Anisotropie bzw. Orthotropie

Nutzung zur Konstruktion flexibler Bauteile

3.1

Schicht- bzw. Lagenaufbau und damit verbundener spezieller Herstellungsprozess

Möglichkeit der kosteneffizienten Integration von Funktionalitäten bzw. Multifunktionalitäten in einem industriellen, qualitätsgesicherten Herstellungsprozesses

3.2

Geringer Wärmeausdehnungskoeffizient

Nutzung für Anwendungen mit intensiver thermischer Wechselbeanspruchung

3.3

Gute Alkali-Beständigkeit

Einsatz von Recycling- C-Fasern in zementhaltiger Matrix

3.4

Insgesamt werden Ingenieurkonstruktionen immer anspruchsvoller. Durch Weiterentwicklung der üblichen, bauseitig verwendeten Materialien zu hybriden Hochleistungsbauteilen und -systemen werden innovative Einsatzgebiete erschlossen. So können beispielsweise Optimierungen der Tragfähigkeit und der Steifigkeit durch Verstärkung der Trägerrandbereiche erreicht werden, indem Biegeträger aus Holz mit polymergebundenen, mineralischen Deckschichten zur Druckzonenverstärkung sowie mit C-faser-, respektive glasfaser- oder stahlverstärkten Furnierschichtholzlamellen in der Zugzone verstärkt werden [23]. Die Anwendungsbereiche reichen von der Erhöhung der Last einwirkung, der Nachverstärkung (z. B. infolge einer Umnutzung), der Ausbesserung bei Tragwerksschäden und Ausführungsfehlern (z. B. zu geringe Bewehrung), der Änderung des statischen Systems bis hin zu innovativen architektonischen Konstruktionen (Formgebung).

3 Ansätze für neue Anwendungen von C-Fasern im Bauwesen (Beispiele) Aufgrund der in Abschnitt 2.1 aufgeführten, speziellen Werkstoffeigenschaften werden neben den in Abschnitt 2.2 genannten Anwendungen auch neue, innovative Einsatzgebiete für Faserverbundwerkstoffe erforscht. Gibson nennt z. B. in seinem Beitrag [24] eine Vielzahl von möglichen allgemeinen Verwendungen für multifunktionale Faserverbundwerkstoffe. Aus den Erkenntnissen der Grundlagenforschung zum Themenbereich Faserverbundwerkstoffe können darüber hinaus Ideen für mögliche Anwendungsbereiche von C-Fasern im Bauwesen abgeleitet werden. In Tabelle 2 sowie in den folgenden Abschnitten sind exemplarisch vier spezielle Eigenschaften von CFK bzw. C-Fasern und die daraus abgeleiteten Vorteile bzw. Anwendungen dargestellt und beschrieben.

Beispiel

3.1 Nutzung der anisotropen Eigenschaften zur Konstruktion flexibler Bauteile Durch die Kombination von unidirektional angeordneten C-Fasern mit einer elastischen Matrix oder einer zielgerichteten Anordnung von elastischen und nicht-elastischen Segmenten können Bauteile hergestellt werden, die verformbar sind und dennoch Kräfte, wie z. B. durch Einwirkung von Wind, ableiten können. Solche Werkstoffe, die in einer Raumrichtung sehr steif sind und in einer dazu senkrechten Raumrichtung leicht zu biegen sind – also extrem orthotrope Werkstoffe – werden z. B. für den Einsatz in verformbaren Flügeln im Flugzeugbau erforscht [25]. Die Bauteilverformung kann beispielsweise durch Elektromotoren angetrieben sein, aber auch durch hy draulische, elektrostatische (Piezo-Aktuatoren) oder durch Wärmeausdehnungskräfte erfolgen. Beispiele für hydraulische Aktuatoren sind flexible Matrixverbundwerkstoffaktuatoren [25] und pneumatische künstliche Muskeln [26], [27]. Extrem orthotrope Faserverbundwerkstoffe können als flexible Schutzhülle für tieferliegende funktionelle Schichten, Elektromotoren oder andere witterungsempfindliche Systembestandteile dienen. Für den Baubereich ergeben sich aus der Nutzung dieses Phänomens z. B. Potenziale für Anwendungen in Form beweglicher Bauteile wie autonomadaptive oder vom Nutzer verstellbare Verschattungssysteme (Bild 5).

3.2 Integration von Funktionen während der industriellen (Vor-)Fertigung der CFK-Bauteile bzw. Bauteilsysteme Die Produktion von CFK-Bauteilen ist komplex, da in der Regel Faserschichten angeordnet und mit Harz oder einer anderen Kunststoffmatrix durchtränkt werden müssen. Für die Herstellung multifunktionaler Bauteile ist dies jedoch

Bild 5. Mögliche Prinzipien für flexible Lamellen: Verformung z. B. durch a) unterschiedliche Wärmeausdehnung zweier Schichten; b) Piezo-Aktuatoren und c) hydraulische Aktuatoren (Bild: Fraunhofer IBP) Fig. 5. Possible principles of flexible laminates: deformation, e. g. through a) different thermal expansion of two layers; b) piezo-actuators; and c) hydraulic actuators (© Fraunhofer IBP)

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von Vorteil, da ohne großen zusätzlichen Aufwand funktionale Schichten oder Komponenten in das Bauteil eingefügt werden können. Die Integration von Funktionen erfolgt während der industriellen (Vor-)Fertigung. Die dadurch mögliche lückenlose Qualitätssicherung ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Installation einzelner Funktionen an der Baustelle in Form von separaten Gewerken, wodurch sich Vorteile in der Systemintegration und Systemsicherheit erschließen lassen. Die Möglichkeiten der Multifunktionalität in einem flächigen Bauteil sind vielfältig. Als Beispiele sollen im Folgenden akustische und energetische Anwendungen beispielhaft aufgezeigt werden.

3.2.1 Passive und aktive Dämpfung von Schwingungen und Schall Sargianis et al. [28] weisen darauf hin, dass CFK-SandwichSysteme aufgrund des Aufbaus und der Materialeigenschaften zunächst einmal „gute“ akustische Resonanzkörper sind und daher die Anforderungen bezüglich Schall und mechanischen Schwingungen bei der Bauteilkonzipierung berücksichtigt werden müssen sowie, dass das Kernmaterial eines CFK-Sandwichverbundwerkstoffs einen entscheidenden Einfluss auf den Schwingungsdämpfungsgrad hat. Faserverstärkte Sandwichverbünde können daher gezielt zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen und Schallwellen eingesetzt werden [29], [30], [31]. Eine passive Schwingungsdämpfung gelingt beispielsweise durch Füllung des Zwischenraumes zwischen den CFK-Laminaten mit einer viskoelastischen Schicht. Ein solches System wird z. B. von Ebrahimpour et al. [29], [32] beschrieben. Choy et al. [33], [34] untersuchten Schalldämpfer für Lüftungskanäle, die aus einem Schaum mit dämpfenden Eigenschaften und CFK-Platten hergestellt wurden. Eine weitere Möglichkeit zur Dämpfung von Schwingungen sind sogenannte aktive Systeme, bei denen sowohl Piezo-Sensoren als auch -Aktuatoren in großflächige CFK-Bauteile integriert sind [35]. Durch gegenphasiges Ansteuern der Aktuatoren ergibt sich für solche Systeme die Möglichkeit, als aktive Dämpfer eingesetzt zu werden. Sinnvolle Anwendungsfelder im Baubereich sind z. B. luft- und trittschalldämmende Bauteile, wenn es auf einen effizienten Schallschutz ankommt.

3.2.2 Nutzung der Sonnenenergie Ansätze für multifunktionale Anwendungen für Gebäude lassen sich auch aus der Grundlagenforschung im Bereich der Textil- und Bekleidungstechnologie ableiten. Da die Anforderungen an ein Kleidungsstück bezüglich der Witterungseinflüsse denen an eine Gebäudehülle in gewisser Weise ähnlich sind, können Innovationsansätze aus dem Textilbereich auf Fassadensysteme übertragen werden. Zum Beispiel wird intensiv erforscht, wie Textilien zur Nutzung der Sonnenenergie sowie als Energiespeicher genutzt werden können [36], [37], [38]. Die technologischen Prinzipien können für die Entwicklung von Konzepten zur ergänzenden Nutzung der Solarenergie in der Energieversorgung von Gebäuden herangezogen werden.

3.3 Nutzung des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten für thermisch wechselbeanspruchte Bauteile 3.3.1 Einsatz von CFK in der Anlagentechnik Bei Bauteilen, die hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, kann ein Einsatz von CFK sinnvoll sein, um Bauschäden bzw. Schäden in der Anlagentechnik zu vermeiden. Der geringe Wärmeausdehnungskoeffizient von CFK prädestiniert diesen Werkstoff z. B. für die Verwendung als Strahlungsabsorber bei der thermischen Nutzung solarer Energie, z. B. in Kombination mit dynamischen Wärmespeichersystemen. Darüber hinaus könnten in der Hausanlagentechnik dort Anwendung gefunden werden, wo häufige und große Temperaturschwankungen die Materialien und Systeme mechanisch beanspruchen.

3.3.2 Einsatz von C-Fasern im Membranbau Aufgrund der hervorragenden Witterungsbeständigkeit hochfluorierter Polymere werden diese im Membranbau sowie für die Beschichtung von Polyestertextilien für den Baubereich bevorzugt eingesetzt. Die geringe Adhäsion zwischen C-Fasern und Fluorpolymermatrices, die einer Anwendung in der Vergangenheit im Weg stand, kann durch Fluorierung der C-Fasern in einem Atmosphärendruckplasma wesentlich erhöht werden [39]. Im Membranbau können C-Fasern – in einer transparenten Fluorpolymermatrix eingebettet – zur Materialverstärkung und zugleich zur Reduzierung der Transluzenz – und somit des Energieeintrags in den Raum – genutzt werden. Durch eine Verstärkungsfaser mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten kann künftig möglicherweise bei Membrankissenkonstruktionen auf die notwendige Vorspannung durch Überdruck verzichtet und anstelle der gewölbten Kissen die Konstruktion flacher Bauteile möglich werden.

3.4 (Wieder-)Verwertung von C-Fasern z. B. in mineralischer Matrix In Zukunft werden vor allem aus dem Flugzeug- und zunehmend auch aus dem Automobilbereich vermehrt CFKBauteile als Abfall anfallen. Derzeit laufen eine Reihe von Forschungsvorhaben zur Gewinnung von Recyclat-Fasern aus CFK durch elektrodynamische Fragmentierung [40], [41]. In Bild 6 ist auf der rechten Seite die Qualität der mittels elektrodynamischer Fragmentierung freigelegten CFasern zu erkennen. Aufgrund der zu erwartenden wesentlich geringeren Kosten von recyclierten C-Fasern im Vergleich zu originären Fasern und der im Vergleich zum Spritzguss weniger sensitiven Verarbeitungsprozesse bei klassischen Baustoffen kann insbesondere die Bauindustrie von der Wiederverwertung von recyclierten C-Fasern profitieren. Ihre gute chemische Beständigkeit gegenüber der stark alkalischen Zementmatrix spielt hierbei eine herausragende Rolle. Die C-Faser als rohstoffintensive Ressource kann so beispielsweise in Kombination mit duktilem Beton oder für stoßfeste Putze eine technologisch und wirtschaftlich interessante Rolle bei der Wiederverwendung einnehmen.

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Bild 6. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von originären C-Fasern in einer Kunststoffmatrix (links) und von recyclierten C-Fasern, die mittels elektro dynamischer Fragmentierung aus einer Matrix freigelegt wurden (rechts) (Bilder: Fraunhofer IBP) Fig. 6. Scanning electron microscope image of original carbon fibres in a polymer matrix (left), and of recycled carbon fibres, separated from the polymer matrix by electrodynamic fragmentation (right) (Photographies © Fraunhofer IBP)

4 Zusammenfassung und Ausblick In bestimmten Nischen im Bauwesen ist der Einsatz von C-Fasern bereits etabliert und technologisch ausgereift. Hervorzuheben ist dabei der Einsatz von CFK-Lamellen und C-Fasermatten, die zur Verstärkung von bestehenden statischen Systemen z. B. bei Nutzungsänderungen des Bauwerkes, Reparieren von Tragwerksschäden und Beheben von Ausführungsfehlern erforderlich sind. Eingesetzt werden sie z. B. im Brückenbau und in mehrstöckigen Gebäuden im Decken- und Stützenbereich. Für weitere, neuartige Anwendungen besteht Forschungsbedarf, um die technologischen Grundlagen zu erschließen und diese in bautechnologisch sinnvolle und gleichzeitig wirtschaftliche Anwendungen zu überführen. Besondere Eigenschaften von C-Fasern in Verbundwerkstoffen, Bauteilen und Systemen, die in der Bauanwendung bislang wenig genutzt werden, bilden Ausgangspunkte hierfür: – Eine spezielle Eigenschaft von FVK ist die Anisotropie. Orthogonale Anisotropie kann gezielt genutzt werden, um flexible und (senkrecht dazu) zugleich steife Materialien zu erzeugen. Diese könnten z. B. zur Konstruktion von verstellbaren Verschattungen verwendet werden. – Die Möglichkeit der kosteneffizienten Integration von funktionalen Schichten oder Komponenten bereits während industrieller (Vor-)Fertigungsprozesse kann für die Herstellung von neuartigen, multifunktionalen Bauteilen und Systemen eingesetzt werden. – Für Anwendungen mit hoher thermischer Wechselbeanspruchung kann der geringe Wärmeausdehnungskoeffizient von CFK ein entscheidender Vorteil gegenüber anderen Werkstoffen sein. Des Weiteren ist im Hinblick auf die langen Nutzungszeiten von Bauwerken (30 bis 100 Jahre) die Dauerbiegefestigkeit von C-Fasern eine wichtige Eigenschaft. – Aus CFK-Abfällen (Flugzeuge, Windkraftanlagen) recyclierte C-Fasern können aufgrund ihrer Alkalibeständigkeit in klassischen mineralischen Matrices wie z. B. Beton verwertet werden. Der Mangel an Normen und etablierten Qualitätssicherungsmaßnahmen stellt aktuell ein Hindernis für den breiten Einsatz von CFK in Bauanwendungen dar. Diese gilt es in den nächsten Jahren weiterzuentwickeln. Dabei sind auch bauphysikalische, chemische und mikrobiologische Aspekte zu betrachten, da die meisten Bauschäden durch den Einfluss von thermischer Wechselbelastung, Feuchte,

chemischer Unverträglichkeit und mikrobiologischen Prozessen entstehen. Diesbezüglich gilt es, Schädigungsmechanismen bei Faserverbundwerkstoffen intensiv zu untersuchen. Die besonderen Materialeigenschaften und Vorteile bei der Handhabung sprechen für eine zunehmende Markt erschließung in der Baubranche. Die anspruchsvoller werdenden Ingenieurkonstruktionen mit gesteigerten Anforderungen im Hoch- und Tiefbau sowie bei Ingenieurbauwerken, wie Brücken, werden sich positiv auf das Wachstum des CFK-Marktes im Bauwesen auswirken. Bei der Suche nach weiteren Anwendungen und Märkten von C-Fasern im Bauwesen sind zwei Ansätze denkbar: 1. Die technischen Errungenschaften in Zusammenhang mit den Produktionstechniken und die Erkenntnisse über die speziellen Materialeigenschaften, die in der Luftfahrt- und in der Automobilindustrie gewonnen wurden, können auf das Bauwesen übertragen werden. Diese Vorgehensweise ist ökonomisch und technologisch relativ sicher, sie schließt jedoch Optionen aus, die in den genannten Industriezweigen aktuell keine Bedeutung besitzen. 2. Neue Anwendungsideen im Bauwesen können aus der Grundlagenforschung anderer Gebiete, wie z. B. der Bekleidungsbranche, abgeleitet werden. Dieser Ansatz eröffnet den C Fasern Potenziale, die bei der Fokussierung auf die gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften der C-Fasern leicht übersehen werden. Ein integrativer Ansatz und somit eine Betrachtung aus verschiedenen Disziplinen der Wissenschaft sind mit einzubeziehen, um C-Fasern einer breiten technologisch und ökonomisch sinnvollen Anwendung im Bauwesen zu erlauben. Literatur [1] Witten, E., Jahn, B.: Composites-Marktbericht 2013. AVK – Industrielle Vereinigung Verstärkte Kunststoffe; CCeV Carbon Composites e.V. 2013. [2] The European Concrete Association: Key facts and figures. http://www.cembureau.eu/about-cement/key-facts-figures. Stand Nov. 2013. [3] World crude steel output increases by 1.2 % in 2012. http:// www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2012/12-2012crude-steel.html. Stand Nov. 2013. [4] Mathes, V.: Faserverbund-Kunststoffe – mehr als nur Carbon. Industrieanzeiger 20 (2012) S. 42–44.

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Autoren dieses Beitrages: Dr. rer. nat. Andreas Schmohl Dipl.-Chem. Katharina Adamow Dipl.-Ing. Nadine Martens, M. Eng. Dr. rer. Nat. Klaus Breuer Alle: Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Standort Holzkirchen Fraunhoferstr. 10, 83626 Valley

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Fachthemen Andreas H. Holm Christoph Sprengard Sebastian Treml

DOI: 10.1002/bapi.201410003

Dämmstoffe – innovativ, nachhaltig, effizient Die energetische Sanierung im Gebäudebereich ist die Voraussetzung zur Reduzierung des Energieverbrauchs in Deutschland. Durch eine Beschreibung aktueller Innovationen in Bezug auf die eingesetzten Dämmstoffe, die ökologischen und ökonomischen Aspekte sowie eine realistische und bauteilbezogene Abschätzung des Einsparpotentials bei Sanierungsmaßnahmen im Bestand wird dies verdeutlicht. Betrachtet man das Einsparpotential der Gebäudesanierung, so wird klar, dass die energetische Sanierung des Gebäudebestands ein unverzichtbarer Baustein der Energiewende ist. Innovative insulation materials for sustainability and energy efficiency in the building sector. The energetically restoration in the building sector is a prerequisite for reducing energy consumption in Germany. This is brought out through a description of the latest innovations in terms of insulation materials used, the environmental and economic aspects as well as a realistic estimate of the energy saving potential of substituted building components. The energy efficient restoration of existing buildings is an essential component of the energy transition.

1 Einleitung Die von der Bundesregierung im Energiekonzept 2050 formulierten Zielvorgaben bei der Reduzierung des Primärenergiebedarfs sind klar. Um die avisierte Verminderung des Primärenergieverbrauchs um 50 % gegenüber 2008 zu erreichen, soll der Primärenergieverbrauch im Gebäudebereich um 80 % reduziert werden [1]. Dieses ambitionierte Ziel ist allein mit einer energieeffizienten Ausführung von Neubauten nicht zu erreichen. Es bedarf also in jedem Fall einer planvollen Sanierung des Gebäudebestands unter Ausnutzung aller sinnvollen aktiven (Haustechnik) und passiven (Dämmung) Maßnahmen. Die hierfür notwendigen Dämmstoffe unterlagen in den letzten Jahren einer konsequenten Weiterentwicklung. Durch Optimierungen auf Material- und Systemebene konnte die technische Leistungsfähigkeit vieler Produkte verbessert werden. Vor allem im Bereich der Wärmeleitfähigkeit bewegen sich inzwischen einige Produkte an der Grenze des physikalisch Möglichen. In diesem Beitrag werden ausgewählte Innovationen der letzten Jahre im Bereich typischer dämmender Baustoffe, Aspekte der Nachhaltigkeit und eine bauteilbezogene Abschätzung des Einsparpotentials bei Sanierungsmaßnahmen im Bestand zusammengefasst.

2 Aktuelle Innovationen Die Entwicklungen der letzten Jahre bewegen sich in einem Spannungsfeld, das im Wesentlichen zwischen den drei Einflussgrößen Wärmeleitfähigkeit, mechanische Eigenschaften und Kostendruck aufgespannt werden kann. Den Herausforderungen immer niedrigerer U-Werte, entsprechend den Novellierungen der Wärmeschutz- und Energieeinsparverordnungen der letzten Jahre, wird mit verschiedenen Konzepten zu einer Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit begegnet, um die nötigen Wandquerschnitte oder zusätzlich aufzubringenden Wärmedämmschichten nicht übermäßig ansteigen zu lassen. Im Bereich der Mineralwolle fand in den letzten Jahren, vor allem nach der Freigabe der 1 mW/(m·K)-Abstufung im Zusammenhang mit der Einführung der harmonisierten Produktnorm für Mineralwolle (DIN EN 13162), eine schrittweise Absenkung der Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit λ statt. Inzwischen werden von einzelnen Produkten Werte von λ = 0,030 W/(m·K) erreicht, was bereits nahe an der physikalischen Grenze, die als Bemessungswert in einem Bereich von λ = 0,029 W/(m·K) zu sehen ist, liegt. Weitere Reduzierungen sind aber über die Kombination mit anderen Dämmstoffen, z. B. durch die Integration von nanoporösen Partikeln wie Aerogele, möglich (Bild 1). Die Anwendung dieser Produkte, mit denen zurzeit Bemessungswerte von bis zu λ = 0,019 W/(m·K) erreicht

Bild 1. Verbesserung des Bemessungswertes der Wärmeleitfähigkeit von Mineralwolle seit 1975 Fig. 1. Evolution of the rated values of thermal conductivity of mineral wool since 1975

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werden können, bietet vor allem im Bereich der Innendämmung Vorteile, wo aus Gründen des Raumverlusts die Dämmschichtdicke möglichst begrenzt sein sollte. Die sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit von nanoporösen Stoffen, wie Aerogel oder pyrogene Kieselsäure, beruht dabei auf dem Verhältnis der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle zur Größe des Porenraums, das auch als Knudsen-Zahl (Kn) bezeichnet wird. Für Kn >> 1 ist die Wärmeleitung des Gases im Porenraum praktisch ausgeschaltet, was die äquivalente Wärmeleitfähigkeit eines solchen Dämmstoffs auf die Anteile (1) Wärmeleitung des Feststoffgerüsts und (2) Infrarot-Strahlungsaustausch in den Poren reduziert. Die mittlere freie Weglänge von Gasmolekülen der Luft beträgt unter Normaldruck ca. 60 nm, weshalb mindestens Porengrößen von < 60 nm erreicht werden müssen, um von dem Effekt zu profitieren [2]. Neben den erwähnten Einsatzmöglichkeiten von Aerogel in Plattenmaterialien (z. B. mit Mineralwolle oder direkt gebunden) wird das Material auch in Form loser Partikel verwendet. Durch die gute Rieselfähigkeit lassen sich Kerndämmungen ausführen, die aufgrund des oftmals geringen Platzangebots zwischen Trag- und Blendschale von der niedrigen Wärmeleitfähigkeit profitieren. Die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle ist vom umgebenden Druck abhängig. Je niedriger der Umgebungsdruck, umso größer ist die mittlere freie Weglänge. Dieser Effekt hat zur Entwicklung von Vakuumisolationspaneelen (VIP) geführt. Je kleiner die Porengröße des Stützkernmaterials ist, umso höher kann der während der Nutzungsdauer des VIP maximal tolerierbare Druckanstieg in der Platte ausfallen, ohne den angegebenen Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit zu überschreiten. Aktuell wird in VIP für Bauanwendungen deshalb fast ausschließlich pyrogene Kieselsäure als Stützkernmaterial verwendet, die jedoch verhältnismäßig teuer ist. Um zukünftig günstigere Stützkerne (z. B. aus Mineralwolle) verwenden zu können, müssen die Barriereeigenschaften der verwendeten Folien und die Technik der Folienverschweißung wesentlich verbessert werden, damit die Bedingung Kn >> 1 dauerhaft eingehalten wird. Auch bei den organischen Hartschäumen konnten in den letzten Jahren zahlreiche Innovationen umgesetzt werden. Durch den Einbau von Infrarot-Trübungsmitteln in das Feststoffgerüst von expandiertem Polystyrol (EPS) konnte der Anteil der Wärmeübertragung durch Strahlung deutlich gesenkt werden. Dieses graue EPS lässt eine Absenkung der Rohdichte des Dämmstoffs bei gegenüber weißem EPS unveränderter Wärmeleitfähigkeit zu bzw. ermöglicht bei gleichbleibender Rohdichte eine deutlich niedrigere Wärmeleitfähigkeit von aktuell bis zu λ = 0,031 W/(m·K) (Bild 2). Auch bei extrudiertem Polystyrol (XPS) ist eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit durch Beimengung von Graphit möglich [3]. Jüngere Forschungsarbeiten beschäftigen sich auch mit der Beimengung von Graphen in XPS, was einerseits kleinere Zellgrößen von bis zu 25 µm ermöglicht und andererseits ähnlich wie Graphit die Durchlässigkeit für Infrarot-Strahlung senkt. Graphene sind sogenannte Riesenmoleküle mit Abmessungen von rund 350 nm × 10 nm, die aus Netzwerken von Kohlenstoffatomen in Form von sechseckigen Waben bestehen [4]. Die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit bei Polyurethan-Dämmstoffen (PU) beruhte in den letzten Jahren

Bild 2. Einführung von grauem EPS bei Polystyrol Fig. 2. Thermal conductivity of grey EPS

überwiegend auf der Substitution herkömmlicher Zellgase durch neuartige fluorierte Verbindungen mit niedrigerer Gas-Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig geringem Treibhauspotential. Vielversprechende Forschungsansätze sind auch bei der Verringerung der mittleren Zellgrößen in Größenordnungen < 1 µm zu erkennen. Ein neu entwickeltes offenzelliges Polyurethan-Aerogel, das als mechanisch stabile Platte hergestellt werden kann, hat eine gemessene Wärmeleitfähigkeit von kleiner 0,016 W/(m·K). Neben Entwicklungen bei einzelnen Produktgruppen ist allgemein auch ein Trend in die Richtungen integrierte Systeme und Kombination von unterschiedlichen Materialien zu erkennen. Beispiele sind die eingangs erwähnten Kombinationen aus verschiedenen Dämmstoffen, aber auch VIP mit Deckschichten und Randstreifen aus unterschiedlichen Materialien, die dadurch robuster für Bauanwendungen werden. Ein System für die Fassade besteht aus EPS-Platten mit breitem Stufenfalz, Befestigungs- und Bearbeitungsrand und integrierter VIP-Dämmplatte. Durch den Zuschnitt im Bereich der Bearbeitungsränder können mit diesem System auch stark gegliederte Fassaden mit nur wenigen unterschiedlichen Plattenabmessungen belegt werden. Der Bereich des Zuschnitts und der Befestigung wird in einem zweiten Schritt mittels passender und ebenfalls VIP-gedämmter Formteile abgedeckt. Die wenigen verbleibenden Fehlstellen werden durch andere Materialien mit niedriger Wärmeleitfähigkeit (z. B. Phenolharz-Hartschaumplatten) gedämmt, ohne den Wärmedurchgangskoeffizienten der Fassade nachhaltig zu erhöhen. Auf diese Weise können sehr schlanke WDVSAufbauten realisiert werden [5] (Bild 3). Im Bereich der Systemlösungen mit Multifunktionalität sind beispielsweise modulare Wand- oder Fassadenbausysteme auf Basis von Mineralwolle oder EPS zu nennen, die sich je nach System durch einen hohen Vorfertigungsgrad, Rückbaubarkeit oder die Integration von Elementen zur Luftführung für die Innenraumbelüftung auszeichnen [6]. Ziele für Weiterentwicklungen in der Zukunft liegen im Bereich der Effizienz und der Sicherheit der Materialien bzw. Systeme. Konkret werden vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden hinreichend schlanke Wandaufbauten durch Dämmstoffe mit niedriger Wärmeleitfähigkeit gefordert. Aber auch eine effiziente Produktion mit möglichst geringem

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Bild 3. Mittels WDVS auf Basis von EPS-ummantelten VIP sanierte Fassade eines MFH in München Fig. 3. Restored façade of a multi-family house in Munich consisting of thermal composite insulation system with EPS covered VIP

Einsatz an Ressourcen (Rohstoffe, Energie) und eine transparente Darstellung und Beherrschung der ökologischen Wirkungen des Produkts werden für die Absetzbarkeit von Dämmstoffen in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Für die Anwender sind zudem Vereinfachungen und Systematisierungen bei den planerischen Anforderungen an die Dimensionierung und bauphysikalische Funktionalität wünschenswert. Darüber hinaus wird dadurch die Montagesicherheit auf den unterschiedlichsten Untergründen im Bestand und in der Neubausituation verbessert. Aspekte der Sicherheit umfassen weiter das Verhalten des Dämmstoffs im Brandfall, bei der Montage und dem Rückbau und die Unbedenklichkeit hinsichtlich einer hygienischen Innenraumluftqualität während der Nutzung.

3 Ausgewählte Aspekte der Nachhaltigkeit von Dämmstoffen Die im vorherigen Absatz angeschnittenen Entwicklungsfelder bezüglich Effizienz und Sicherheit der Materialien finden sich in differenzierter Form auch in den drei Säulen der Nachhaltigkeit wieder, die ökologische, ökonomische und soziokulturelle Aspekte umfassen. Nachdem die Bauproduktenverordnung eine den gesamten Produktlebenszyklus

umfassende Bewertung von Bauprodukten fordert, stellt sich die Frage nach einheitlichen Bewertungskriterien, um zumindest innerhalb Europas auf vergleichbare Datensätze zurückgreifen zu können. Richtlinien für die Erstellung und Verwendung von Umweltzeichen finden sich in der Normenreihe ISO 14000. Darin beschriebene, sogenannte Typ III-Umweltzeichen enthalten auch quantitative Angaben zu Produkteigenschaften und werden beispielsweise in Deutschland auf der Basis von Umweltproduktdeklarationen (EPD = Environmental Product Declaration) vergeben. Die zu betrachtenden Szenarien und Berechnungsmethoden sind in der seit 2012 geltenden EN 15804 beschrieben. EPDs enthalten dabei immer eine Sachbilanz, eine Wirkungsabschätzung und weitere Indikatoren. In der Sachbilanz werden beispielsweise Angaben zum Ressourceneinsatz (Primärenergieinhalt erneuerbar/nicht erneuerbar), Wasserverbrauch und zu den Emissionen beschrieben. Trotzdem ist ein Vergleich der Umweltwirkungen zumindest nicht auf den ersten Blick möglich, wenn unterschiedliche Bezugsgrößen (z. B. MJ/kg vs. MJ/m3) verwendet und unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten vorliegen. Eine exemplarische Aufbereitung von Ökobilanzdaten aus HerstellerEPDs für drei typische Dämmstoffgruppen zeigt Tabelle 1. Ein Vergleich der energetischen Amortisation (Energieeinsparung der Maßnahme im Verhältnis zum Verbrauch an nicht erneuerbarer Primärenergie zur Herstellung) fällt mit 0,3 a zugunsten der Mineralfaserdämmung aus. Beim Treibhauspotential (GWP Global Warming Potential) hebt sich die Holzfaser mit einem negativen GWPWert von –20 kgCO2eq/m2 von den Varianten aus Glaswolle und EPS ab, während beim Versauerungspotential (AP Acidification Potential) die Variante mit EPS die niedrigsten Werte zeigt, gefolgt von Holzfaser und Glaswolle. Die Berechnung dieser Kennwerte ist nicht aufwändig und schafft innerhalb der Teilbereiche ein klares Ranking – weitgehend unklar ist aber immer noch die kombinierte Bewertung dieser Faktoren. Im konkreten Beispiel ist bei einer reduzierten Bewertung dieser drei ausgewählten Faktoren die energetische Amortisation auf einem insgesamt so niedrigen Niveau, dass die Unterschiede der absoluten Zahlen vernachlässigbar sind. Aufgrund der deutlichen Unterschiede beim GWP könnte ein Vergleich momentan zugunsten der Holzfaserdämmung entschieden werden. Bei einer anderen Gewichtung und unter Einbeziehung weiterer (evtl. zurzeit noch nicht genutzter) Ökobilanz-

Tabelle 1. Aufbereitete Ökobilanzdaten gemäß Hersteller-EPDs, energetische Amortisation, Treibhauspotential und Versauerungspotential von drei typischen Dämmstoffgruppen bei Annahme eines Bestandsbauteils mit einem U-Wert von U = 1,4 W/(m2·K) und Sanierung auf U = 0,18 W/(m2·K) Table 1. Eco-balance-data from manufacturer’s EPDs, energetic amortization, global warming potential and acidification potential for three common groups of thermal insulation materials, assuming a restoration of the building element with initial U-value of U = 1,4 W/(m2·K) to U = 0,18 W/(m2·K) Dämmstoffgruppe

Energetische Amortisationszeit [a]

Treibhauspotential GWP 100 [kg CO2 eq/m2]

Versauerungspotential AP [kg SO2 eq/m2]

Holzfaser ρ = 110 kg/m3 (EPD-GTX-2011111-D)

0,6

–20,0

0,0161

Glaswolle ρ = 20 kg/m3 (EPD-GHI-2011212-D)

0,3

6,02

0,0228

EPS ρ = 25 kg/m3 (EPD-IVH-2009311-D)

0,6

15,1

0,0152

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daten sind aber auch andere Entscheidungsszenarien denkbar. Unter Einbeziehung der Verarbeitungskette (Transport, Montage(hilfen), Hilfsstoffen am Bau, Gerüstzeiten etc.) wird der Zusammenhang dann endgültig beliebig komplex. Hier fehlen einheitliche Bewertungskriterien und Abgrenzungen der Betrachtungsräume, um Planern und Bauherren nachvollziehbare Entscheidungen zu ermöglichen. Neben der ökologischen Qualität werden auch ökonomische Aspekte gerade in den Medien intensiv diskutiert. Auch die aktuellste Fassung der EnEV 2014 enthält im §10, Absatz (5) die Einschränkung der Gültigkeit der Nachrüstpflicht bei Gebäuden im Bestand, wenn die Maßnahmen nicht innerhalb zumutbarer Amortisationszeiträume die Wirtschaftlichkeit erreichen. Um dem Problem der Bewertung der Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden, muss zunächst geklärt werden, welche Kosten entstehen und unter welchen Gesichtspunkten diese Kosten bei einer Sanierung im Zuge regulärer Sanierungszyklen angesetzt werden können. In diesem Zusammenhang entstehen im Wesentlichen zwei Probleme. Von Seiten des Handels werden zumeist m2-Preise für Dämmstoffe veröffentlicht, die aber nicht die damit verbundenen baulichen Maßnahmen berücksichtigen und die sich zudem ab einer bestimmten Dämmschichtdicke auch progressiv entwickeln können; etwa wenn Dachüberstände vergrößert, Ortgänge verkleidet oder Fensterbänke versetzt werden müssen. Diese Zusatzkosten werden zumeist erst im Planungsprozess sichtbar – was oft Unzufriedenheit auf Seiten der Bauherren auslöst. Wenn alle Kostengruppen bekannt und bezifferbar sind, stellt sich die Frage einer Trennung in Kosten, die der energetischen Verbesserung des Bauteils zuzuordnen sind, und Kosten, die auch bei einer regulären Instandsetzung angefallen wären. Bei der Überarbeitung einer Fassade könnten beispielsweise die Kosten für das Gerüst, die Aufbereitung des Untergrunds, den Putz und die Farbe, als „Sowieso-Kosten“ bezeichnet werden, die auch bei einer regulären Instandsetzung der Fassade angefallen wären. Der Anteil der energiebedingten Mehrkosten schwankt je nach konkretem Objekt deutlich. Tabelle 2 zeigt für unterschiedliche Beispiele den Anteil energiebedingter Mehrkosten in %. Setzt man nun in einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung nur die energetisch bedingten Mehrkosten an, so zeigt sich, dass Dämmmaßnahmen innerhalb regulärer Amortisationszeiträume die Wirtschaftlichkeit erreichen können. Probleme bestehen aber nach wie vor bei der Abgrenzung der Maßnahmen und bei der Bewertung vorgezogener Maßnahmen, um z. B. Maßnahmenpakete sinnvoll zu koppeln. Ge-

nerell kann festgestellt werden, dass Selbstnutzer von energetischen Sanierungen besser profitieren als Kapitalanleger. In der Studie [9] werden für Kapitalanlageobjekte unter Ausnutzung der gesetzlich zulässigen Mieterhöhung, je nach Gebäudetyp und Technologie Eigenkapitalrenditen von 3,35–4,75 % erzielt. Kann die Mietumlage nicht in rechtlich vorgesehener Höhe umgesetzt werden, kann die Eigenkapitalrendite geringer ausfallen. Selbstnutzer können je nach Gebäudetyp und Technologie der Maßnahme Eigenkapitalrenditen von 5,06–5,83 % erreichen, was im Rahmen der im Wohnungsbereich üblichen Zielrendite von 5 % liegt. Die soziokulturelle Qualität, als dritte Säule der Nachhaltigkeit, betrifft die Bewahrung der Gesundheit der Nutzer, die Funktionalität hinsichtlich eines behaglichen Raumklimas und die Sicherung der gestalterischen und städtebaulichen Qualität. Insbesondere Fragestellungen zu Raumluftqualität, Brandschutz und städtebaulicher Qualität werden teilweise intensiv diskutiert – aber zu kurz kommt oft die Bewertung der ureigensten Funktionalität der Wärmedämmung für den Nutzer, nämlich die Sicherstellung eines optimierten winterlichen und sommerlichen Wärmeschutzes. Eine gute Raumluftqualität und thermische Behaglichkeit sowohl im Sommer als auch im Winter erhöhen das Wohlempfinden und die Leistungsfähigkeit der in einem Gebäude lebenden oder arbeitenden Personen. Dieser Nutzen kann monetär kaum quantifiziert werden, müsste aber in einer Kosten/Nutzen-Rechnung, die heute auf der Nutzen-Seite oft nur die Wirtschaftlichkeit enthält, deutlich stärker gewichtet werden.

4 Dämmstoffe als Baustein der Energiewende In Deutschland gibt es ca. 18,2 Mio. Wohngebäude (WG), die ca. 39,7 Mio. Wohneinheiten (WE) enthalten. Zusammen mit den WE in Nichtwohngebäuden (NWG) entspricht dies einer Wohnfläche von insgesamt ca. 3,45 Mrd. m2. Der Mittelwert des spezifischen Endenergieverbrauchs von Wohngebäuden in Deutschland liegt bei ca. 177 kWh/ (m2·a), während ca. 25 % der Gebäude einen spezifischen Endenergieverbrauch > 250 kWh/(m2·a) aufweisen [10]. Da in den aus energetischer Sicht sanierungsbedürftigen Gebäudealtersklassen (GAK) bis 1993 – also Baujahren vor der Wärmeschutzverordnung (WSchV) 1995 – oft bereits Teilmaßnahmen an bestimmten Bauteilen durchgeführt wurden, muss eine Potentialabschätzung des erzielbaren Minderverbrauchs durch Energieeffizienzmaßnahmen die Verteilung des aktuellen Zustands der Bauteile in den einzelnen GAK berücksichtigen. Für die GAK bis 1993 können auf Basis der Gebäudetypologie des Institut für Woh-

Tabelle 2. Anteile energiebedingter Mehrkosten, Zusammenstellung von Werten aktueller Studien, unterschieden nach Ein-/Mehrfamilienhaus (EFH, MFH) bzw. unterschiedlichen Systemen Table 2. Percentages of energy-related extracosts, compilation of single- and multifamily-houses (EFH, MFH), and various insulation systems respectively %-Anteil energiebedingter Mehrkosten (Min – Mittelwert – Max) [7] %-Anteil energiebedingter Mehrkosten [8]

EFH

MFH

34 – 38 – 54

29 – 43 – 61

WDVS

Steildach mit Zwischensparrendämmung

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Tabelle 3. Zusammenstellung der Flächen der Bauteile der Gebäudehülle in einem bestimmten energetischen Zustand für den Gebäudebestand bis GAK 1993 Table 3. Summed up surfaces of building components of the building envelope in a certain energetic condition for the building age-classes up to 1993 Vor WSchV 1977

WSchV 77/84

Nach WSchV 1995

Summe

[Mrd. m2]

Dach, obere Geschossdecke

0,55

0,77

0,25

1,57

Wand

1,30

0,39

0,16

1,85

Fenster

0,24

0,10

0,05

0,39

unterer Gebäudeabschluss

0,42

0,13

0,69

1,24

Dach, obere Geschossdecke

0,36

0,38

0,12

0,86

Wand

1,18

0,34

0,12

1,64

Fenster

0,25

0,09

0,05

0,39

unterer Gebäudeabschluss

0,11

0,70

0,03

0,84

Gebäudetyp

EFH

MFH

Bauteil

nen und Umwelt (IWU) [11] und mit den Daten aus [12] Flächenangaben zu Bauteilen der Gebäudehülle, unterschieden in bestimmte energetische Zustände, abgeleitet werden. Tabelle 3 zeigt auf dieser Basis eine Zusammenstellung der Flächen der Bauteile der Gebäudehülle, unterschieden in einen Zustand vor der ersten WSchV 1977, der WSchV 1977/1984 und nach der WSchV 1995. Den Ist-Zuständen entsprechend den Kategorien in Tabelle 3 können nun typische U-Werte zugeordnet werden, die sich aus den Erhebungen der Gebäudetypologie und den Standards der jeweiligen WSchV ergeben. Durch einen Vergleich der mit dem Heizperiodenbilanzverfahren ermittelten Transmissionswärmeverluste des Ist-Zustands mit unterschiedlichen Sanierungsszenarien können nun Einsparpotentiale für diesen Bestandsausschnitt berechnet werden. Im Folgenden werden Ergebnisse für eine Sanierung auf das Niveau der EnEV 2009 dargestellt. Angewendet werden zwei Sanierungsszenarien: Sanierungsszenario 1 Sanierung aller Bauteile vom Zustand „vor WSchV 1977“ und „WSchV 1977/1984“ in den GAK bis 1993 Sanierungsszenario 2 Sanierung aller Bauteile vom Zustand „vor WSchV 1977“ in den GAK bis 1993 Durch die Sanierung auf einen Zustand der EnEV 2009 können je nach Sanierungsszenario bei allen Bauteilen relevante mittlere (bezogen auf den betrachteten Bestand) Einsparungen an Transmissionswärmeverlusten über diese Bauteile, von ca. 45–55 % beim Dach, ca. 72–78 % bei der Wand und ca. 48–56 % beim unteren Gebäudeabschluss erreicht werden. Die angegebenen Schwankungsbreiten ergeben sich aus den zwei unterschiedlichen Sanierungsszenarien. Bei einer getrennten Betrachtung von EFH und MFH werden die Unterschiede größer. Allen Angaben zu prozentualen Einsparungen liegt das Problem der Bezugsgröße zu Grunde. In Tabelle 4 ist

die bauteilbezogene prozentuale Einsparung durch eine Sanierung der Gebäudehülle entsprechend den Vorgaben der EnEV 2009 dargestellt, bezogen auf den Gesamtenergiebedarf aller WG im Gebäudebestand bis GAK 1993. Insgesamt könnten durch eine Sanierung der GAK bis 1993 auf den Zustand der EnEV 2009 ca. 54 % (Sanierungsszenario 2) bis 64 % (Sanierungsszenario 1) der Energie für Raumwärme im Wohngebäudebereich eingespart werden. Die größten Verbesserungspotentiale liegen demnach im Bereich der bisher unsanierten Wände, gefolgt von MaßTabelle 4. Verhältnis zwischen der Energieeinsparung (Differenz der Transmissionswärmeverluste vor und nach der Sanierung) bestimmter Bauteile in den GAK bis 1993 bei Sanierung nach Szenario 1 bzw. 2, bezogen auf den Gesamtenergiebedarf aller WG in den GAK bis 1993 (Ist-Zustand) Table 4. Ratio of energy-saving (difference of transmission heat losses before and after restoration) when restoring certain building components in the building age classes up to 1993, related to the heating energy demand of all residential buildings in the building age classes up to 1993 Gebäudetyp

EFH

MFH

Summe

Bauteil

Szenario 1

Szenario 2

Dach, obere Geschossdecke

5,6 %

4,5 %

Wand

20,5 %

18,8 %

Fenster

4,8 %

2,7 %

unterer Gebäudeabschluss

1,5 %

0,8 %

Dach, obere Geschossdecke

3,5 %

3,0 %

Wand

18,5 %

17,0 %

Fenster

4,7 %

2,6 %

unterer Gebäudeabschluss.

4,5 %

4,4 %

63,6 %

53,8 %

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nahmen an Dach und Kellerdecke. Das steht scheinbar im Widerspruch zu der Betrachtung der prozentualen Energieeinsparung an einem konkreten (unsanierten) Objekt, bei der Dach und oberste Geschossdecke üblicherweise ein größeres Einsparpotential als die Außenwand haben. Da aber bereits viele Dächer und oberste Decken eine Wärmedämmung haben, hingegen die Mehrzahl der Fassaden noch im Originalzustand sind, ergibt sich durch den Bezug auf den Gesamtenergiebedarf aller Gebäude in Deutschland die nachfolgend dargestellte Verteilung des Einsparpotentials. Der angenommene durchschnittliche U-Wert der Wände ist in der Bauteilklasse „vor WSchV 1977“ mit 1,4 W/(m2·K) deutlich schlechter als die Werte im Dach, die in diesem energetischen Zustand mit 0,9 W/(m2·K) berücksichtigt werden. Je schlechter der Ausgangs-U-Wert vor der Sanierung und je größer die Differenz im U-Wert zum Sanierungsziel, umso größer ist der Einfluss auf die erzielbare Energieeinsparung. Dazu kommt, dass mit Blick auf die Flächenwerte in Tabelle 3 deutlich mehr unsanierte Flächen („vor WSchV 1977“) in der Fassade vorhanden sind als im Dachbereich. Hier spiegelt sich die energetische Sanierung der letzten Jahrzehnte wider, in der oft erste Maßnahmen am Dach bereits umgesetzt wurden.

5 Fazit In den letzten Jahren wurden im Bereich des energieeffizienten Bauens und Sanierens sehr deutliche Effizienzsteigerungen erreicht. Ein Passivhaus verbraucht nur noch ca. 13 % der Energie eines typischen Bestandsgebäudes in Deutschland. Dabei werden die größten Einsparungen durch passive Maßnahmen an der Gebäudehülle erreicht (Bild 4). Um die hierfür notwendigen Dämmdicken nicht zu groß werden zu lassen, benötigt der Markt hocheffiziente Dämmstoffe mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Daneben war in den letzten Jahren die Erhöhung der Funktions- und Bauschadenssicherheit durch abgestimmte Systemlösungen und integrierte Systeme mit Zusatznutzen wichtig. Gute Fortschritte konnten bei der Verringerung der Umweltwirkungen aus Dämm- und Baustoffen erreicht werden, wobei hier einige Maßnahmen noch unmittelbar vor der Umsetzung stehen (z. B. die Substitution üblicher Flammschutzmittel durch den neuen Stoff Polymer FR im Feststoffgerüst von EPS und XPS). Vielversprechende Entwicklungen zur Erhöhung der Energieeffizienz zeigen sich bei der Zellgröße von Hartschäumen und durch die Kombination herkömmlicher Stoffe mit neuartigen Materialen – v. a. VIP und Aerogele. Die Hersteller werden auch in Zukunft eine kritische Auseinandersetzung mit ihren Produkten und Systemen pflegen. Ein positiver Schritt in dieser Richtung ist die Bereitstellung von EPDs, die unter einheitlichen und nachvollziehbaren Richtlinien erstellt werden. Forschungs- und Weiterbildungsbedarf für Planer und Architekten besteht aber in der Frage der Bewertung dieser Umweltkriterien, erweitert um Betrachtungen der den Produktlebenszyklus direkt betreffenden Hilfs- und Montagemaßnahmen, die je nach Produkt und konkretem Objekt unterschiedlich sind. Zur Frage der ökonomischen Qualität von Wärmedämmung muss klargestellt werden, dass Dämmmaßnahmen nicht ausschließlich unter Renditegesichtspunkten gesehen werden sollten, sondern vielmehr als Beitrag zum

Bild 4. Entwicklung der Verteilung des Endenergiebedarfs für Gebäude mit unterschiedlichen energetischen Standards Fig. 4. Distribution of final energy demand of buildings with different energy standards, depending on the age class

Gelingen der gesamtgesellschaftlichen Aufgabe der Bildung einer energieeffizienten Volkswirtschaft verstanden werden müssen. Betrachtet man das Potential der Energieeinsparung durch energieeffizientes Bauen und Sanieren im Vergleich zur Energieerzeugung durch Erneuerbare Energien, so wird die Bedeutung der bereits umgesetzten und zukünftig abrufbaren Einsparpotentiale deutlich (Bild 5). Bereits jetzt spart die Einführung der WSchV und EnEV mit den entsprechenden Anpassungen der letzten drei Jahrzehnte jährlich ca. 167 TWh an Endenergie für Heizung allein im Wohnungsbau ein. Bezogen auf den Ge-

Bild 5. Bedeutung der Gebäudedämmung (Sanierung aller Wohngebäude auf das Niveau EnEV 2009) im Vergleich zur Endenergiebereitstellung aus regenerativen Energien bzw. aus Kernkraftwerken Fig. 5. Meaning of thermal insulation of buildings (restoration of all residential buildings to the standard of EnEV 09), in comparison with energy-production of renewable resources, resp. nuclear power

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samtverbrauch an Endenergie in Deutschland in Höhe von 2500 TWh sind dies 6,7 %. Dennoch besteht mit 177 TWh weiterhin ein riesiges Einsparpotential durch die Dämmung von Gebäuden. Zusammen mit anderen Energiesparmaßnahmen (z. B. Fenstertausch, Anlagentechnik) ergibt sich ein Einsparpotential für die Gebäudesanierung von 357 TWh, es ist somit allein bei den Wohngebäuden größer als die derzeit bereits jährlich bereitgestellte Energieproduktion aus erneuerbaren Quellen. Neben den rein energetischen Aspekten sind darüber hinaus Gesichtspunkte der Substanzerhaltung, Wertsteigerung und Behaglichkeitserhöhung zu beachten – Themenfelder, die ebenfalls originär mit Wärmedämmung verbunden sind. Literatur [1] BMWi: Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. 28. September 2010. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Abt. KI, 2012. [2] Zeitler, M.: Allgemein gültiges Modell zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit poröser Stoffe und Stoffschichten. Diss. Universität GHS Essen, Fachbereich 12 – Maschinenwesen, 2000. [3] Bunge, F., Merkel, H.: Polystyrol-Extruderschaum mit verbesserten wärmetechnischen Eigenschaften – Entwicklung, Prüfung und Anwendung. Bauphysik 33 (2011) H. 1, S. 67–72. [4] Kurzberichte aus der Bauforschung. 54 (2013) Nr. 2, S. 78–79. [5] Kubina, L.: Practice Experience with LockPlate. Proceedings of the International Vacuum Insulation Symposium IVIS, Montreal, 2011. [6] Holm, A., Sprengard, C., Treml, S.: Technologien und Techniken zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden durch Wärmedämmstoffe. Metastudie Wärmedämmstoffe – Produkte – Anwendungen – Innovationen. Forschungsbericht mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundes-

institutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung, Aktenzeichen: II 3-F20-12-1-074 / SWD-10.08.18.7-12.39, 2013. [7] Henger, R., Voigtländer, M.: Energetische Modernisierung des Gebäudebestandes: Herausforderungen für private Eigentümer. Gutachten des Instituts der deutschen Wirtschaft Köln, 2012. [8] Hinz, E.: Kosten energierelevanter Bau- und Anlagenteile bei der energetischen Modernisierung von Wohngebäuden. BMVBS-Online-Publikation, Nr. 07/2012, BMVBS, 2012. [9] Pfnür, A., Müller, N.: Energetische Gebäudesanierung in Deutschland. Studie Teil II: Prognose der Kosten alternativer Sanierungsfahrpläne und Analyse der finanziellen Belastung für Eigentümer und Mieter bis 2050. Arbeitspapiere zur immobilienwirtschaftlichen Forschung und Praxis, Band Nr. 28, 2013. [10] Bigalke, U., Henning, D., Lukas, H., Zeng, Y., Bensmann, K., Stolte, Ch.: Der dena-Gebäudereport 2012. Statistiken und Analysen zur Energieeffizienz im Gebäudebestand. Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), Berlin, Stand 09/2012. [11] Loga, T., Diefenbach, N., Born, R.: Deutsche Gebäudetypologie. Beispielhafte Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von typischen Wohngebäuden. Institut Wohnen und Umwelt GmbH (IWU), Darmstadt, 2011. [12] Walberg, D., Holz, A., Gniechwitz, T., Schulze, Th.: Wohnungsbau in Deutschland – 2011. Modernisierungen oder Bestandsersatz. Studie zum Zustand und der Zukunftsfähigkeit des deutschen „Kleinen Wohnungsbaus“. Bauforschungsbericht Nr. 59, Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V., 2011.

Autoren dieses Beitrages: Prof. Dr.-Ing. Andreas H. Holm, Institutsleiter Dipl.-Ing. Christoph Sprengard, Abteilungsleiter Dr.-Ing. Sebastian Treml, wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. FIW München Lochhamer Schlag 4 82166 Gräfelfing

Berichtigung zu: Fuchs, H. V.: Endlich Ruhe im Hort. Zuschrift und Erwiderung. Bauphysik 35 (2013), H. 6, S. 404–407. In Bild 3, S. 405 ist der Toleranzbereich nach DIN 18041:2004 für den 256 m3 großen unbesetzten Hortraum, um den sich die Kontroverse von Leserbrief und Erwiderung dreht, bei Satz und Druckvorbereitung nach rechts und nach unten verrutscht. Das Bild wird hier korrigiert dargestellt.

Bild 3. Nachhallzeit wie in Bild 2 (blau) für den unbesetzten, aber karg möblierten Hort; strichliert: Toleranzbereich gemäß Bild 1 und 2 in DIN 18041-2004

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Fachthemen Karl Gertis Andreas Holm

DOI: 10.1002/bapi.201410004

Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit feuchter Stoffe Die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen hängt von einer Vielzahl von Einflussgrößen ab, über die ebenfalls eine Vielzahl von Publikationen erschienen ist. Die wohl gründlichste und sachkundigste Zusammenstellung all dieser Einflüsse ist von W. F. Cammerer [1] gegeben worden. Man beschäftigt sich fast schon 100 Jahre mit der Problematik des Feuchteeinflusses. Trotzdem sind die Abläufe und Wirkungszusammenhänge bei der Wärmeleitung, wenn gleichzeitig Feuchte vorhanden ist, bis heute nicht wirklich geklärt. Das liegt daran, dass die Gesetzmäßigkeiten des gekoppelten instationären Transportes von Wärme und Wasser, das sich in den Poren des Stoffes in Bewegung setzt, sobald ein Temperaturgefälle anliegt, erst in den letzten Jahrzehnten durch numerische Ansätze mittels Computerberechnung präziser behandelt werden können. Die für die Berechnung nötigen Stoffwerte sind ebenfalls erst in den letzten Jahren komplettiert worden. Man kann jetzt das schon lange bekannte Problem mit besseren Ansätzen angehen, z. B., indem die in den Wärmeleitfähigkeits-Apparaturen während der Messung auftretenden Feuchtewanderungsprozesse theoretisch nachgebildet werden. Daraus lässt sich dann auch der Feuchteeinfluss ableiten, der aufgrund der anwesenden und sich während der Messung verlagernden Feuchte entsteht. On the measurement of thermal conductivity of humid substances. The thermal conductivity of building materials depends on a wide range of influencing variables, and a large number of articles have been published. The most thorough and knowledgeable compi lation of these influences have probably been collected by W. F. Cammerer [1]. There has been a focus on the problem of moisture influence for nearly a hundred years. Until today the processes and correlating effects of thermal conductivity with simultaneous presence of dampness have not become fully clear. The reason for this is that the laws of coupled transient transportation of heat and water, which starts in the pores of the substance as soon as there is a thermal gradient, have only been treated in a more pre cise way in the last century. Also the properties necessary for calculation have only been completed recently. This allows a much better approach to the problem well known for a long time. This shall be demonstrated in the present study by theoretically repro ducing, in the thermal conductivity apparatus, the moisture mi gration process during measurement. Thus, it is possible to work out the effects of moisture resulting from the dampness already present and the one which results from the moisture shifting dur ing measurement.

1 Ausgangssituation Die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen hängt von einer Vielzahl von Einflussgrößen ab, über die ebenfalls eine

Vielzahl von Publikationen erschienen ist. Die wohl gründlichste und sachkundigste Zusammenstellung all dieser Einflüsse ist von W. F. Cammerer [1] gegeben worden. Bei denjenigen Baustoffen, die Feuchte aufnehmen können, hängt die Wärmeleitfähigkeit auch vom Feuchtegehalt ab. Die erste Arbeit über den Feuchteeinfluss auf die Wärmeleitfähigkeit wurde bereits 1924 von J. S. Cammerer publiziert [2]. Man beschäftigt sich also fast schon 100 Jahre mit der Problematik des Feuchteeinflusses. Trotzdem sind die Abläufe und Wirkungszusammenhänge bei der Wärmeleitung, wenn gleichzeitig Feuchte vorhanden ist, bis heute nicht wirklich geklärt. Das liegt daran, dass die Gesetzmäßigkeiten des gekoppelten instationären Transportes von Wärme und Wasser, das sich in den Poren des Stoffes in Bewegung setzt, sobald ein Temperaturgefälle anliegt, erst in den letzten Jahrzehnten durch numerische Ansätze mittels Computerberechnung präziser behandelt werden können (z. B. mittels des WUFI-Programms [3]). Die für die Berechnung nötigen Stoffwerte sind ebenfalls erst in den letzten Jahren komplettiert worden. Man kann jetzt also das schon lange bekannte Problem mit besseren Ansätzen als früher angehen. Das soll in der vorliegenden Arbeit geschehen, indem die in den Wärmeleitfähigkeits-Apparaturen während der Messung auftretenden Feuchtewanderungsprozesse theoretisch nachgebildet werden. Daraus lässt sich dann auch der FeuchteEinfluss ableiten, der aufgrund der anwesenden und sich während der Messung verlagernden Feuchte entsteht.

2 Messmethoden für die Wärmeleitfähigkeit Als wichtigste wärmeschutztechnische Eigenschaft von Stoffen hat die Wärmeleitfähigkeit im Laufe vieler Jahre eine starke Beachtung gefunden, die sich in zahlreichen nationalen und internationalen Normen niedergeschlagen hat [4] bis [16]. Die intensive Normenbefassung, bei der mehr oder weniger dezidiert auch auf die Wärmeleitfähigkeitsmessung feuchter Stoffe eingegangen wird, zeigt, dass der Einfluss der Stoff-Feuchte erkannt worden ist. Die Norm [11] und ihre Anhänge A, E und F sagen beispielsweise aus, dass –– die wärmetechnischen Eigenschaften des trockenen und des feuchten Stoffes von besonderem Interesse seien. –– die im hygroskopischen Gleichgewicht anwesende Feuchte, die sich während der Messung verlagernde Feuchte und die dabei auftretenden Phasenänderungswärmen von Einfluss seien.

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–– die Wärmeleitfähigkeit (feuchter Stoffe) unter Umständen keine „stoffeigene Eigenschaft“ ist, da sie von den Prüfungsbedingungen abhänge; sie solle deshalb besser als „Übertragungsfaktor“ bezeichnet werden. In der Norm [10] wird deshalb nicht mehr von „Thermal Conductivity“, sondern von “Thermal Transmissivity“ gesprochen. Man hat bei der Normenbearbeitung die hygrischen Phänomene also richtig erkannt, war aber damals nicht in der Lage, sie quantitativ zu beschreiben. Dies führte zu näherungsweisen Abschätzungen und vielfältigen Hilfshinweisen bei den einzelnen Messverfahren. Im Kern konzentrieren sich die Hinweise –– vor der Messung auf die Probenvorbehandlung (Trocknung – je nach Material – bei 40, 70 und 105 °C bis zur Massekonstanz) –– während der Messung auf die Konstanthaltung der Feuchte (mittels Folien-Umhüllung) bzw. die Tauwasservermeidung –– nach der Messung auf die Weiterbehandlung der Messwerte mittels Zuschlägen, die auf den trockenen Messwert zur Festlegung des Rechenwertes der Wärmeleitfähigkeit aufgeschlagen werden. Wurden die Proben „ausnahmsweise“ in feuchtem Zustand geprüft [15, Teil 2], so wird ein prozentualer Feuchtezuschlag ermittelt, der vom volumen- oder vom massebezogenen Feuchtegehalt abhängt. Über den Volumen- oder den Massebezug des Zuschlags sind akribische Überlegungen angestellt worden [17], [18]. Künzel [19] fordert eine Bereinigung der Zuschlagswerte und eine pauschalere Betrachtung. Dabei sei zu bedenken, dass es weniger auf die „Wahrheit“ des einzelnen Zuschlagswertes ankomme, sondern auf einfache, reproduzierbare und praktikable Kennwerte, die für die Bewertung und einfache Überwachung geeignet seien. Achtziger und Cammerer [20] stellen dies anhand von Beispielen außen-, innen- und kerngedämmter Außenwandkonstruktionen nicht so pauschal dar; sie differenzieren die Zuschlagswerte genauer. Sie stellen ferner fest, dass bei einem Berechnungsansatz – außer der Verdampfungsenthalpie – eine „zusätzliche Sorptionswärme“ berücksichtigt werden müsse. Hierauf wird später eingegangen. Die wichtigsten Verfahren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit sind schematisch in Bild 1 dargestellt, und zwar in der Weise, dass die feuchtetechnischen Randbedingungen zu Tage treten, wenn feuchte Proben gemessen werden. Bei der Messung der Wärmeleitfähigkeit mit Wärmeflussmessplatten (MP), die auf der warmen oder kalten Seite des Prüflings aufgebracht werden können (Bild 1, oben), muss diejenige Oberfläche, auf der die Messplatte angebracht ist, als feuchtedicht angesehen werden. Das Material der Messplatte ist nämlich in der Regel feuchteundurchlässig. Die andere Oberfläche ist verdunstungsfähig. Bei der HeizkastenMethode (HK) sind beide Oberflächen feuchtedurchlässig. Die Stoff-Feuchte kann während der Messung in den Heizkasten hinein und in die Kühlkammer verdunsten. Bei der Plattengeräts-Messung (Bild 1, unten) sind beide ProbenOberflächen – sowohl beim Ein-Plattengerät (P1) als auch beim Zwei-Plattengerät (P2) – feuchtedicht. Die Probe kann während der Messung keine Feuchte abgeben oder aufnehmen; die Feuchte kann sich aber innerhalb der

Bild 1. Schematische Darstellung der WärmeleitfähigkeitsMessverfahren mit der Wärmeflussmessplatte (MP), dem Heizkasten (HK), dem Ein-(P1) und dem Zwei-Plattengerät (P2) Fig. 1. Diagram showing measurement methods of thermal conductivity with measuring plate of heat flow (MP), heater box (HK), and wafer devices single type (P1) and double type (P2)

Probe verlagern. Dies gilt auch bei der Wärmeflussmessplatten-Methode MP, wenn an beiden Seiten je ein Wärmeflussmesser angebracht wird. Prinzipiell ergeben sich für den gekoppelten Wärme- und Feuchtetransport während der Messung daraus die in Bild 2 veranschaulichten vier Fälle: Fall A 1: einseitig dichter Abschluss auf der warmen Seite Fall A 2: einseitig dichter Abschluss auf der kalten Seite Fall B: beidseitig offen Fall C: beidseitig dicht. Der Fall C (beidseitig dicht) bei den Plattengerätsmessungen P1 und P2 kann auch bei anderen Messverfahren auftreten, wenn die Probe zum Schutz vor Austrocknung oder zum Tauwasserschutz allseitig in eine Folie gehüllt wird und die Folie dicht anliegt. Bei der Messung wird die Probe einem Temperaturgefälle unterworfen, das einen Feuchtetransport auslöst. In Bild 3 sind die Feuchteverteilungen – ausgehend von einer konstanten Anfangs-Feuchteverteilung über den Probenquerschnitt zum Zeitpunkt t = 0 – für die Fälle A bis C schematisch dargestellt. Am schnellsten trocknet die Probe im Fall B, weil hier beide Oberflächen verdunstungsfähig sind (unterste Kurve). In den Fällen A1 und A2 trocknet die Probe nur jeweils zu einer Oberfläche hin aus; die andere ist dicht. An einer dichten Oberfläche muss der Gradient der Feuchtekurve Null sein; d. h. die Kurven müssen dort unter einem rechten Winkel einmünden (bei A1 auf

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Messverfahren [21] bis [23], mit denen man den Feuchtetransport „überlisten“ wollte, indem diese Verfahren so schnell ablaufen sollen, dass die Feuchte quasi keine Zeit hat, sich merklich zu verlagern. Ob der Feuchteeinfluss hierdurch wirklich eliminiert werden kann, muss später überprüft werden.

3 Zum Begriff der Wärmeleitfähigkeit feuchter Stoffe

Bild 2. Feuchtetechnische Abschlüsse der Probenoberfläche bei Wärmeleitfähigkeitsmessungen; A1 – außen offen, innen dicht; A2 – außen dicht, innen offen; B – beidseitig offen; C – beidseitig dicht Fig. 2. Hygric properties of sample surface during thermal conductivity measurements; A1 – open outside, tight inside; A2 – tight outside, open inside; B – open on both sides; C – tight on both sides

Bild 3. Schematische Darstellung der Feuchteverteilung über den Querschnitt der Probe in den Fällen, A1, A2, B und C, zu einem beliebigen Zeitpunkt; zum Vergleich ist gestrichelt auch die konstante Anfangs-Feuchteverteilung zum Zeitpunkt t = 0 eingezeichnet Fig. 3. Diagram showing humidity distribution over the cross-section of the sample cases A1, A2, B, and C at any given time; for comparison the initial constant moisture distribution is shown (dashed line) at the instant time t = 0

der rechten Seite im Bild und bei A2 auf der linken Seite). Im Fall C sind beide Oberflächen dicht. Dies bedeutet, dass die Probe in summa nicht austrocknen kann. Die Feuchte kann sich aber innerhalb der Probe verlagern, z. B. zur kalten Seite hin. Dann steigt der Wassergehalt dorthin an. Er muss aber – weil im Mittel gleichbleibend – dann zur anderen Seite hin abfallen. Dies führt auf Kurve C in Bild 3, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie in beide Oberflächen links und rechts wegen des feuchtedichten Abschlusses unter einem rechten Winkel einmünden muss. Neben den erläuterten vier Hauptmethoden der Wärmeleitfähigkeitsmessung (MP, HK, P1, P2) gibt es Kurzzeit-

Feuchte Stoffe bestehen aus einem mit Poren durchsetzten Festkörpergerüst, in das sich, wenn der Stoff hygroskopisch ist, Wasser einlagern kann. Meist sind die Poren zunächst mit Luft gefüllt. Sie können – teilweise oder ganz – auch mit anderen Gasen bzw. mit Wasser in dampfförmigem oder flüssigem Zustand gefüllt sein. Wenn auf solche Stoffe ein Temperaturgefälle einwirkt, kann dies neun verschiedene Wärmetransportarten auslösen, nämliche eine: a) molekulare Wärmeleitung im Feststoff-Gerüst b) molekulare Wärmeleitung in ruhender, trockener Porenluft c) molekulare Wärmeleitung in ruhendem Porenwasser d) molekulare Wärmeleitung in ruhendem Dampfluft-Gemisch in der Pore e) langwellige Strahlung von Porenwand zu Porenwand f) Konvektion in den Poren (Wärmetransport durch sich in Bewegung setzende Gase) g) Anwesenheit und ggf. Verlagerung von Feuchte ohne Phasenänderung und ohne Sorptionsvorgänge (keine De- oder Adsorption) h) Anwesenheit und ggf. Verlagerung von Feuchte mit Phasenänderung des Wassers und mit Sorptionsvorgängen i) Auflösung des Festkörpergerüstes, wenn das anliegende Temperaturgefälle den Festkörper „angreift“. Dies kann vor allem bei höheren Temperaturen eintreten (Dehy dratation von zementgebunden Baustoffen oder Abspaltung von Zellwasser und Zellzerstörung bei zellulosehaltigen organischen Stoffen und dgl.). Die Voraussetzung von in Ruhe bleibenden Komponenten, wie sie den Fällen b, c und d zugrunde liegen, stellt eigentlich nur eine (theoretische) Idealisierung dar, weil der Ruhezustand von Fluiden durch das bei Wärmeleitung anliegende Temperaturgefälle grundsätzlich gestört wird. Dennoch hat es sich eingebürgert, Werte der Wärmeleitfähigkeit ruhender Gase zu definieren. Bild 4 veranschaulicht die Wärmeleitfähigkeit von ruhendem Wasser, ruhender Luft und ruhendem Wasserdampf jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur. Man ersieht, dass die Wärmeleitfähigkeit von Wasser etwa 25mal größer ist als diejenige von Luft oder Wasserdampf. Man ersieht ferner, dass Wasserdampf eine etwas niedrigere Leitfähigkeit besitzt als Luft. Deshalb „dämmt“ feuchte Luft überraschenderweise besser als trockene (Ruhezustand ohne Phasenänderung vorausgesetzt). Ferner hat sich eingebürgert, den Einfluss der langwelligen Strahlung (Fall e) und der Konvektion (Fall f) im Begriff der Wärmeleitfähigkeit zu subsumieren (vgl. [1. dort S. 144]). Dies führt dann – im Gegensatz zur „molekularen“ oder „echten“ oder auch „wahren“ Wärmeleitfähigkeit – zu einem „effektiven bzw. äquivalenten“ Wärmeleitfähigkeitsbegriff, der die Strahlungs- und Konvektionsbeiträge in den Poren mitenthält. Krischer und Kast haben sogar versucht, auch die Feuchtetransportvorgänge ge-

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4 Durchführung der Untersuchungen 4.1 Zugrundegelegte Stoffwerte

Bild 4. Wärmeleitfähigkeit von ruhendem Wasser, ruhender Luft und von ruhendem Wasserdampf in Abhängigkeit von der Temperatur, nach [24] Fig. 4. Thermal conductivity of stagnant water, stagnant air, and stagnant water vapor as a function of temperature, [24]

mäß Fall g und h in den Wärmeleitfähigkeitswert hineinzunehmen, indem sie eine „Wärmeleitfähigkeit per Diffusionstransport“ definierten (vgl. [25, dort S. 273]). Dies wäre prinzipiell zielführend gewesen, wenn zum damaligen Zeitpunkt (1978) der gekoppelte instationäre Wärmeund Feuchtetransport besser behandelbar gewesen wäre. Ein 1984 unternommener Versuch, näheren Aufschluss über die Auswirkung des Feuchtegehaltes auf die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen zu gewinnen [26], ist ebenfalls daran gescheitert, dass zum damaligen Zeitpunkt die Stoffwerte (vor allem die Sorptionsisothermen im überhygroskopischen Bereich) nicht hinreichend bekannt waren. Der theoretische Ansatz von Kießl [27] hätte damals schon gute Voraussetzungen für eine Berechnung geboten. Die Sorptionsisothermen im Bereich hoher Feuchten (> 98 % r. F) wurden durch Krus befriedigend erfassbar, der die in der Bodenmechanik schon länger gebräuchliche Saugspannungsmessung 1995 auf Baustoffe übertragen hat [28]. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf den Feuchteeinfluss, d. h. auf die Fälle g und h. Dabei kommt dem Fall h (Feuchteverlagerung mit Phasenänderung und Sorption) die Hauptbedeutung zu, weil in porösen Stoffen praktisch immer Phasenänderungs- und Sorptionsvorgänge vorhanden sind. Fall i mit Zerstörung des Festkörpergefüges ist bei den hier vorausgesetzten kleinen Temperaturdifferenzen und niedrigen Temperaturen, die von der sog. Anwendungsgrenztemperatur (vgl. [1, dort S. 393 ff]) weiter entfernt liegen, unwichtig. Er spielt aber bei der Festlegung der zulässigen Trocknungstemperatur eine Rolle.

Die geschilderten Feuchteübertragungsvorgänge während einer Wärmeleitfähigkeitsmessung werden mit dem WUFIVerfahren [3] berechnet. Die Stoffwerte für die hier untersuchten Materialien entstammen der WUFI-Datenbank [29], soweit im Folgenden nicht anderweitige Daten genannt und begründet werden. Aus den vielen Bau- und Dämmstoffen wird Porenbeton ausgewählt, weil sich wegen seiner relativen Homogenität an ihm der Ablauf der einzelnen Phänomene deutlich analysieren und anschaulich erklären lässt (Tabelle 1). Beim Wassertransport in Porenbeton wirken zudem Diffusions- und Kapillartransporteigenschaften zusammen. Die Feuchtetransportvorgänge und die damit verbundene Phasenänderung bzw. Sorption benötigen Latentwärme oder setzen sie frei (endo- bzw. exotherme Reaktion). Wird beim Trocknen eines Stoffes flüssiges Wasser in ein Dampf-Luft-Gemisch hinein übergeführt, also verdunstet*, so ist wegen der Phasenänderung zunächst die Verdampfungsenthalpie und dann weiterhin – wegen der Loslösung der sorbierten Wassermoleküle – auch die sorptive Bindungsenergie aufzubringen. Krischer und Kast [25, dort S. 64] stellen fest, dass die Bindungsenthalpie – gegenüber der Verdampfungswärme – im Bereich höherer Feuchtegehalte vernachlässigbar klein ist. Künzel [30] verallgemeinert diese Feststellung an Hand einiger Beispiele, was dazu führt, dass bei WUFI-Berechnungen gemäß [3] bislang keine Bindungsenergie in Ansatz gebracht wird. Bei den üblichen WUFI-Berechnungen unter Real-Bedingungen mag dies auch zulässig sein, weil es sich dort meist um höhere Wassergehalte handelt. Bei der Nachrechnung der Messbedingungen für die Wärmeleitfähigkeit feuchter Stoffe, um die es im vorliegenTabelle 1. Zusammenstellung der für Porenbeton zugrunde gelegten Stoffwerte Table 1. Compilation of material parameters used for aerated concrete Stoffwert und physikalische Einheit Rohdichte (trocken)

kg/m3

Wasserdampfdiffusions widerstandszahl

–

Porenbeton 400 7,9

Flüssigkeitstransport koeffizient

m2/s

variabel gemäß [29]

spezifische Wärmekapazität (trocken)

J/kg

850

Wärmeleitfähigkeit (trocken, 10 °C)

W/mK

0,100

Temperaturzuschlag

mW/mK2

Sorptionsisotherme

–

0,2 variabel gemäß [29]

* Im Deutschen wird ein Unterschied zwischen Verdunsten und Verdampfen gemacht. Phasenumwandlungen von Wasser in reinen Dampf heißen Verdampfung, in ein DampfLuft-Gemisch hinein heißen sie Verdunstung. Im Englischen gibt es diese verbale Unterscheidung nicht. Für die Größe der Enthalpie ist die Unterscheidung belanglos.

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Bild 5. Abhängigkeit der Latent-Enthalpie (Verdunstungs- und sorptive Bindungsenergie) vom Wassergehalt für verschiedene Stoffe; der schraffierte Bereich fasst verschiedene Stoffe (Kartoffel, Holz, Aktiv-Tonerde, Molekularsieb) nach [25] zusammen. Die ausgezogene Kurve gilt für Porenbeton (Rohdichte: 700 kg/m3), nach [31]. Fig. 5. Dependency of latent enthalpy (evaporation and sorptive bond energy) of the water content of various substances; the shaded section summarizes various substances (potato, wood, active alumina, molecular sieve) [25]. The full curve applies for aerated concrete (bulk density: 700 kg/m3) [31].

den Fall geht, spielen jedoch relativ niedrige Feuchtegehalte, die im hygroskopischen Bereich um die 80 % relative Feuchte oder noch niedriger liegen, eine wichtige Rolle. In Bild 5 ist deshalb die Abhängigkeit der Bindungsenthalpie vom Feuchtegehalt für Porenbeton und für einige andere Stoffe (schraffierter Bereich) wiedergegeben.

Zum Vergleich ist oben im Bild auch die Verdunstungsenthalpie eingetragen, die – unabhängig vom Wassergehalt – für 10 °C bei 2477 kJ/kg liegt. Die Verläufe zeigen, dass die Bindungsenergie – im Verhältnis zur Verdunstungsenthalpie – bei kleinen Wassergehalten nicht vernachlässigbar ist; sie kann unterhalb einer Feuchte von ca. 4 Masse-% ein Viertel bis zur Hälfte der Verdunstungswärme ausmachen. Bei höheren Feuchtegehalten wird sie dann allerdings wirklich vernachlässigbar klein. Wie stark die sorptive Bindungsenergie die Feuchteaussagen in der vorliegenden Arbeit beeinflusst, muss später noch genauer überprüft werden. Leider sind Angaben zur Bindungswärme für poröse Baustoffe in der Literatur nur spärlich zu finden. Dies liegt daran, dass die Sorptionsisothermen meist nur für eine bestimmte Temperatur gemessen worden sind. Man bräuchte zur Ermittlung der Bindungswärmen aber eine ganze Schar von Sorptionsisothermen bei jeweils verschiedenen Temperaturen. Wenn diese Kurvenscharen vorlägen, ließe sich daraus, wie Kast [32, dort S. 38–39] aufzeigt, leicht auch die Abhängigkeit der Bindungsenthalpie für beliebige andere Materialien ermitteln.

4.2 Zugrundegelegte Randbedingungen Die Untersuchungen werden zunächst an Hand eines Standardfalles durchgeführt, für den sich Porenbeton besonders eignet. Tabelle 2 zeigt die für diesen Standardfall zugrundegelegten Randbedingungen. Ausgegangen wird vom Fall A1 gemäß Bild 2; das entspricht einer Porenbetonprobe, die außenseitig offen und auf der warmen Seite feuchtedicht abgeschlossen ist. Die Probendicke beträgt 20 cm. Es liegt ein Temperaturgefälle von 20 K an, wobei der Innenoberfläche 20 °C aufgeprägt werden und im Kühlraum eine Lufttemperatur von 0 °C vorhanden ist. Dort herrsche eine Luftfeuchte von 50 % r. F. Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient auf der kalten Seite beträgt 18 W/(m2K), wobei 5 W/(m2K) auf Strahlung und 13 W/

Tabelle 2. Zusammenstellung der zugrundegelegten Randbedingungen für den Standardfall (Porenbeton) Table 2. Default case parameters (aerated concrete) Wert

Parameter

Nähere Bezeichnung

Material

Porenbeton

–

Oberflächenabschluss

Fall A1, gemäß Bild 2; innen dicht, außen offen

–

Probendicke Temperatur Luftfeuchte

–

20 cm

innen (warme Oberfläche)

20 °C

außen (kalte Luft im Kühlraum)

0 °C

im Kühlraum

50 % r. F.

Wärmeübergangskoeffizient Wärmeübergang (außen)

gesamt Strahlung Konvektion

18 W/m2K 5 W/m2K 13 W/m2K

Stoffübergang (außen)

Stoffübergangskoeffizient

9,1 ∙ 10–8 kg/m2sPa

Startzustand (t = 0)

gleichmäßige Temperaturverteilung

20 °C

gleichmäßige Feuchteverteilung

20 Vol.-%

Bindungsenergie vernachlässigt

0 kJ/kg

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(m2K) auf Konvektion entfallen mögen. Dies entspricht den normativen Messbedingungen, die im Kühl- und Heizkasten – über Leitbleche gelenkt – eine ungefähre Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s und eine langwellige Emissionszahl von 0,8 vorschreiben. Mittels der LewisAnalogie erhält man nach [30] und [33] aus dem konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten unter diesen Bedingungen einen Stoffübergangskoeffizienten von 9,1 ⋅ 10-8 kg/ m2s Pa im Kühlkasten. Bei Beginn der Wärmeleitfähigkeitsmessung, die durch Rechnung nachgebildet werden soll, herrschen zum Zeitpunkt t = 0 thermische und hygrische Startbedingungen. Die Temperatur des vorbehandelten und im Labor gelagerten Probekörpers betrage gleichmäßig über den ganzen Querschnitt verteilt 20 °C (isothermer Ausgangszustand). Der Anfangsfeuchtegehalt belaufe sich beim Start der Berechnung – ebenfalls gleichmäßig über den Querschnitt verteilt – auf 20 Vol.-%. Die sorptive Bindungsenergie wird vernachlässigt.

5 Ergebnisse der Untersuchung von Porenbeton 5.1 Rechen- und Messgrößen Auf der Basis der zugrunde gelegten Daten und Randbedingungen lassen sich die instationär-gekoppelten Wärmeund Feuchtevorgänge, die während der Wärmeleitfähigkeitsmessung im Probekörper ablaufen, mittels des WUFIVerfahrens nachrechnen. Für die Untersuchung wird eine Platte aus Porenbeton von zunächst 20 cm Dicke ausgewählt (Standardfall gemäß Tabelle 2). Hierbei werden – jeweils für den trockenen und feuchten Ausgangszustand der Probe – folgende Größen ermittelt: (1) zeitlicher Verlauf des Wassergehaltes an der kalten Oberfläche (2) zeitlicher Verlauf der Feuchtestromdichte an der kalten Oberfläche (3) zeitlicher Verlauf der relativen Luftfeuchte an der kalten Oberfläche. Die Oberflächen-Luftfeuchte ist veränderlich; fest vorgegeben ist die Luftfeuchte im Kühlka sten mit 50 % r. F. bei 0 °C. (4) zeitlicher Verlauf der Temperatur der kalten Oberfläche. Diese Temperatur ist veränderlich; fest vorgegeben ist die Lufttemperatur im Kühlkasten mit 0 °C. (5) zeitlicher Verlauf der Wärmestromdichte an der warmen Oberfläche im Heizkasten. Mit dem WUFI-Verfahren könnte die Wärmestromdichte an jeder beliebigen Stelle zu jeder Zeit berechnet werden. Die Wärmestromdichte an der warmen Oberfläche ist aber deshalb wichtig, weil bei den Norm-Messungen der Wärmestrom immer auf der warmen Seite gemessen wird. Bei der Heizkastenmethode ist dies die dem Heizkasten zugeführte elektrische Leistung, beim Plattengerät die Lei stung der Heizplatte. (6) zeitlicher Verlauf des Wärmedurchlasskoeffizienten, errechnet aus (5) (7) zeitlicher Verlauf der Wärmeleitfähigkeit, errechnet aus (5) (8) Einfluss der Feuchte auf die Wärmeleitfähigkeit, errechnet aus der Wärmeleitfähigkeit gemäß (5) für den feuchten und trockenen Zustand. Hier interessiert der Feuchte-Einflussfaktor F, der bei der Messung der Wärmeleitfähigkeit λf eines feuchten Stoffes gegenüber der

Wärmeleitfähigkeit λtr des trockenen Gutes nach folgender Gleichung entsteht: F = (λf – λtr)/λtr Der Feuchte-Einflussfaktor F kennzeichnet den Einfluss der Feuchte auf die Wärmeleitung feuchter Stoffe. Der Feuchteeinfluss ist system-immanent, weil sich das im Material vorhandene Wasser grundsätzlich in Bewegung setzt, sobald ein Temperaturgefälle an die Probe angelegt wird; man kann die Feuchte nämlich nicht „festzurren“. Allerdings stellt der durch das anliegende Temperaturgefälle ausgelöste Feuchtetransport einen quasi eigenständigen Vorgang dar, der eigentlich nicht der Wärmeleitfähigkeit zugeordnet werden sollte. Wie oben erwähnt, wird deshalb in der ISO-Norm [10] nicht mehr von „Conductivity“, sondern von „Transmissivity“ gesprochen. In der vorliegenden Arbeit wird der Feuchteeinfluss auf die Wärmeleitfähigkeit durch den Feuchte-Einflussfaktor F erfasst. Bei Wärmeleitfähigkeitsmessungen können viele weitere Einflüsse auftreten, die zu zufälligen und systematischen Messfehlern führen. Albrecht [34] hat hierzu eine allgemeine Fehlerbetrachtung angestellt und eine hochgenaue Messapparatur entwickelt. Der durch Feuchtewirkung entstehende Einfluss wurde von Albrecht aber nicht behandelt.

5.2 Thermohygrische Abläufe in der Porenbetonprobe Anhand einer Porenbetonprobe (Standardfall 0 gemäß Tabelle 2 und weitere Fälle 1 bis 15 gemäß Tabelle 3) lassen sich die aufgeführten Messgrößen (1) bis (8) per Rechnung ermitteln und genauer analysieren. Bild 6 illustriert den Zeitverlauf des Wassergehaltes der kalten Oberfläche während der ersten fünf Tage einer Wärmeleitfähigkeitsmessung. Man erTabelle 3. Zusammenstellung der Untersuchungsvarianten (Fall 0 bis Fall 15) sowie Angabe der Variationsparameter und der variierten Werte bei der Porenbetonprobe Table 3. Compilation of examination types (cases 0 to 15) and variated parameters of aerated concrete Fall-Nr.

Variationsparameter

0 (Standard)

20 Vol.-%

1 2

Variierte Werte 10 Vol.-%

Anfangsfeuchtegehalt

5 Vol.-%

95 r. F. (3,7 Vol.-%)

80 r. F. (0,9 Vol.-%)

10 cm

6 7

Probendicke

10 K Temperaturgefälle

12 13 14 15

2 cm 1 cm

9 10

5 cm

5K 2K 1K

Feuchteabschluss (Oberfläche)

A2 dicht, kalte Seite B beidseitig offen C beidseitig dicht

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kennt, wie die Oberfläche in den Kühlraum hinein trocknet. Nach unendlich langer Zeit (rechts im Bild vermerkt) würde die Oberfläche dem hygroskopischen Gleichgewichtszustand bei 50 % r. F. zustreben (0,2 Vol.-%). Bild 7 veranschaulicht die Zeitverläufe der Feuchtestromdichte durch die kalte Oberfläche einer feuchten und trockenen Porenbetonprobe. Man ersieht, dass die feuchte Probe anfangs viel Wasser abgibt, während die trockene Probe aus dem Kühlraum, der auf 0 °C und 50 % r. F. klimatisiert wird, einen ganz geringen Feuchtestrom aufnimmt. Die Feuchteströme streben (rechts im Bild) nach sehr langer Zeit dem Grenzwert Null zu. Analog hierzu zeigt Bild 8 die zeitlichen Verläufe der relativen Oberflächenfeuchte. Beide Verläufe besitzen als Asymptote den Grenzwert von 50 % r. F. (rechts im Bild), welcher im Kühlkasten als Randbedingung vorgehalten wird. Interessant ist der Temperaturzeitverlauf an der äußeren Probenoberfläche, die dem Kühlkasten zugewandt ist (Bild 9). Man erkennt, wie sich die Oberflächentemperatur der trockenen Probe – ausgehend von 20 °C beim Start des Versuchs – relativ rasch dem asymptotischen Endwert von 0,5 °C nähert. Die feuchte Probe wird aufgrund der Phasenänderungsenthalpie zunächst auf Minus-Werte unterkühlt und nähert sich dann – von unten her – der Asymptote, aber wesentlich langsamer als bei der trockenen Probe. Die Feuchte bremst die Wärmewelle praktisch aus.

Bild 6. Zeitlicher Verlauf des Wassergehaltes der kalten, zum Kühlkasten gewandten Oberfläche während der Messung einer Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 6. Time history of water content of the cold sample surface, turned to the cooling box, during measurement; data from default case according to Table 2

Bild 7. Zeitlicher Verlauf der äußeren Feuchtestromdichte durch die kalte, zum Kühlkasten gewandte Oberfläche während der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 7. Time history of the external moisture flow density through the cold sample surface, turned to the cooling box; measurement of a humid and dry sample; data from default case according to Table 2

Bild 8. Zeitlicher Verlauf der relativen Oberflächenfeuchte (kalte Oberfläche zum Kühlkasten hin) während der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 8. Time history of relative humidity of the cold sample surface, turned to the cooling box; measurement of a humid and a dry sample; data from default case according to Table 2

Bild 9. Zeitlicher Temperaturverlauf der dem Kühlkasten zugewandten Oberfläche während der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 9. Time history of the surface temperature of the cold sample surface, turned to the cooling box; measurement of a humid and a dry sample; data from default case according to Table 2

Wirkung zeigt die Verdunstungskühlung auch bei der Wärmestromdichte auf der Innenseite (Bild 10). Dort tut sich bei der feuchten Probe etwa sechs Stunden lang quasi nichts, erst danach beginnt die eindringende Wärme dort spürbar zu werden. Die Wärmestromdichte der feuchten Probe hinkt derjenigen der trockenen Probe knapp zwei Tage nach. Dann übersteigt sie den Strom der trockenen Probe, weil das feuchte Material mehr Wärme aus dem Heizkasten abzieht als das trockene. Qualitativ ähnlich verlaufen auch die an der feuchten und trockenen Probe zu messenden Wärmedurchlasskoeffizienten, die in Bild 11 dargestellt sind. Sie nähern sich dem trockenen Asymptoten-Wert von 0,5 W/(m2K). Einen gleichartigen Verlauf zeigen auch die Wärmeleitfähigkeiten der feuchten und trockenen Probe in Bild 12. Der Verlauf bei den feuchten Proben liegt zunächst unterhalb der Kurve der trockenen Probe. Nach Überschneiden

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Bild 10. Zeitlicher Verlauf der Wärmestromdichte auf der warmen Innenseite einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 10. Time history of the heat flow density on the warm sample surface; measurement of a humid and a dry sample; data from default case according to Table 2

Bild 11. Zeitlicher Verlauf der Wärmedurchlasskoeffizienten während der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 11. Time history of the thermal transition coefficient; measurement of a humid and a dry sample; data from default case according to Table 2

der Kurven ist die im Feuchtezustand gemessene Wärmeleitfähigkeit größer als diejenige des trockenen Materials. Die Asymptote der Trocken-Kurve liegt nach Voraussetzung bei λtr = 0,1 W/(mK). Die Asymptote der FeuchteKurve wird in Abschnitt 5.3 erörtert. In Bild 13 ist der zeitliche Verlauf des Feuchte-Einflussfaktors wiedergegeben. Da die Wärmeleitfähigkeit der feuchten Probe – wegen der Bremswirkung der Feuchte aufgrund der Latentwärme – zunächst langsamer ansteigt als diejenige der trockenen Probe, dann aber die Kurve der trockenen Probe schneidet, existiert ein Zeitpunkt, an dem für die trockene und die feuchte Probe exakt gleiche Wärmeleitfähigkeiten gemessen werden. Der Feuchte-Einflussfaktor wird dann zu Null. Wie in Bild 13 vermerkt, tritt bei dem hier zugrundeliegenden Porenbeton-Beispiel nach 1,77 d = 42,5 h kein Feuchte-Einfluss auf, obwohl die Probe einen Feuchtegehalt von fast 20 Vol.-% aufweist. Leider kann die Messperson diesen Zeitpunkt nicht „vorausahnen“. Bei über diesen Null-Punkt verlängerten Messdauern nimmt der Feuchte-Einflussfaktor wieder zu. Bräche

Bild 12. Zeitlicher Verlauf der Wärmeleitfähigkeit während der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 12. Time history of the thermal conductivity; measurement of a humid and a dry sample; data from default case according to Table 2

Bild 13. Zeitlicher Verlauf des Feuchte-Einflussfaktors F = (λf – λtr)/λtr; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 13. Time history of the moisture effect factor F = (λf – λtr)/ λtr; data from default case according to Table 2

man die Messung aber in diesem Punkt oder in dessen Nähe ab, so erhielte man keinen bzw. relativ kleine Abweichungen. Dies ist wohl der Grund dafür, warum bei Feuchtemessungen manchmal scheinbar unerklärliche Messwertstreuungen auftraten. Je nachdem, wie nahe man diesem Punkt zufällig kam, desto geringer war der („gemessene“) Feuchteeinfluss. Der Null-Durchgang der Kurve des FeuchteEinflussfaktors stellt ein wichtiges Ergebnis der vorliegenden Arbeit dar. Es besagt nämlich, dass bei Wärmeleitfähigkeitsmessungen feuchter Stoffe – quasi zufällig – sowohl negative als auch positive Abweichungen auftreten können, je nachdem, ob die Messdauer in der Nähe links oder rechts oder weiter entfernt vom Null-Durchgangspunkt liegt.

5.3 Abbruch-Kriterien Wenn eine Wärmeleitfähigkeitsmessung zum Zeitpunkt t = 0 beginnt, laufen, wie die vorhergehenden Bilder gezeigt haben, die instationär-gekoppelten Wärme- und Feuchtetransportvorgänge im Probekörper an. Der Probekörper wird vor

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der Messung vorbehandelt und besitzt – bei Lagerung im Labor – im allgemeinen eine Ausgangstemperatur von 20 °C und eine definierte Feuchte. Der Aufbau des Temperaturfeldes in der Messapparatur erfolgt meist sehr viel rascher als derjenige des Feuchtefeldes, weil die Feuchtetransportvorgänge langsamer ablaufen als die thermischen Prozesse. Beide Transporte – der thermische und der hy grische – streben einem stationären Endzustand entgegen, der theoretisch nach unendlich langer Zeit erreicht wird. Eine Wärmeleitfähigkeitsmessung kann in der Praxis aber nicht „ewig“ dauern, sondern muss innerhalb eines handhabbaren Zeitraums beendet sein bzw. abgebrochen werden. In den Normen werden hierfür Abbruchkriterien bei Erreichen von 99 % bzw. 99,9 % des (theoretisch nach unendlich langer Zeit) auftretenden Endwertes λ∞ genannt, was einer Abweichung von 1 % bzw. 1 ‰ entspricht. Da der thermische Einschwingvorgang immer schneller abläuft als der hygrische, ist in der vorliegenden Arbeit für das Ende der Nachrechnung des Messvorganges das hygrische Abbruchkriterium bestimmend. Der thermische Endwert des trockenen Stoffes λ∞,tr ist zudem bekannt, weil hierfür nach Voraussetzung λtr angenommen worden ist. Am Beispiel Porenbeton bedeutet dies: trockener Stoff: λtr,∞ = λtr = 0,1 W/(mK) feuchter Stoff: λf,∞ zunächst unbekannt; wird mit WUFI ermittelt. Man könnte unterstellen, dass die feuchte Probe nach langer Zeit austrocknen würde und λf,∞ den Trockenwert λtr,∞ annähme. Dies tritt nur dann ein, wenn die Randbedingungen bei der Messung eine Austrocknung gestatten. Möglich ist dies gemäß Bild 2 aber nur im Fall B (beidseitige Austrocknung) und – mit langsamerer Trocknungsgeschwindigkeit – in den Fällen A1 und A2 (zur jeweils offenen Seite hin). Fall C schließt eine Trocknung aus. Aber auch wenn eine Trocknung möglich ist, wird – selbst nach unendlich langer Zeit – nicht der Trockenzustand λtr erreicht, sondern nur jener Feuchte-Endwert, der dem hygroskopischen Gleichgewicht bei den vorgegebenen Randbedingungen entspricht. Das ist im –– Fall A1: 0 °C; 50 % r. F. (außen) –– Fall A2: 20 °C; 50 % r. F. (innen) –– Fall B: 0 °C (außen); 20 °C (innen), jeweils 50 % r. F. Wenn λf,∞ dem hygroskopischen Gleichgewichtszustand unter den gegebenen Randbedingungen entspricht, muss dieser Wert auch jene Wärmeleitfähigkeit verkörpern, bei der alle Feuchteverlagerungsvorgänge zur Ruhe gekommen sind. Der dann noch vorhandene Feuchteeinfluss beruht also ausschließlich auf der Anwesenheit von in Ruhe befindlichen Wassermolekülen im Porengefüge gemäß Buchstabe c) und d) in Abschnitt 3. λf,∞ stellt somit die wirkliche Wärmeleitfähigkeit eines feuchten Stoffes (ohne Verlagerung der Feuchte) dar. Wenn λf,∞ die wirkliche („wahre“) Wärmeleitfähigkeit eines feuchten Materials verkörpert, läge es nahe, den Feuchte-Einflussfaktor F = (λf – λtr)/λtr – statt auf den Trockenwert λtr – auf den Feuchte-Wert λf,∞ zu beziehen. Die Wahl der Bezugsgröße muss deshalb später noch genauer untersucht werden.

Wie in Bild 14 schematisch dargestellt, kann man davon ausgehen, dass der Feucht-Wert der Wärmeleitfähigkeit nach Erreichen eines Maximums wieder abnimmt und sich dem asymptotischen Wert λf,∞ annähert, der geringfügig oberhalb des Trocken-Wertes λtr,∞ = 0,1 W/(mK) verbleibt. Den Trocken-Wert, welcher normgemäß bei 105 °CTrocknung ermittelt worden ist, kann die Feucht-Kurve wegen der anderen End-Randbedingungen aber nicht ganz erreichen. Bild 14 beinhaltet eine schematische, nicht eine mit WUFI berechnete Darstellung. Die bisherige WUFI-Berechnung kann nämlich die Wiederabnahme des λf-Wertes nicht zutreffend beschreiben, weil hierin die Sorptionsenthalpie vernachlässigt wird (vgl. Tabelle 2, unterste Zeile). Der Einfluss der Bindungsenthalpie würde sich aber gerade bei den kurz vor dem Trockenzustand liegenden Niedrig-Feuchten stark auswirken, weil dort die Bindungsenergien kräftig ansteigen (vgl. Bild 5). Man muss sich ferner vergegenwärtigen, dass auch der Trockenwert der Wärmeleitfähigkeit λtr, der einer normgemäß bei 105 °C getrockneten Probe zugeordnet wird, nur dann dem wirklichen Trockenzustand entspricht, wenn im Trocknungsschrank eine relative Luftfeuchte von 0 % vorgehalten wird. Dies geht aus Bild 15 hervor, in dem die bei verschiedenen Temperaturen gemessenen Sorptionsisothermen eingezeichnet sind. Man erkennt, dass der Feuchtegehalt umso kleiner wird, je höher die Temperaturen sind. Dies bedeutet, dass das Material umso stärker austrocknet, je höher die Trocknungstemperatur gewählt wird. Aber selbst bei 105 °C sind – je nach der Feuchte der Umgebungsluft – noch relativ hohe Materialfeuchten vorhanden. Die Materialtrocknung in Trocknungsöfen führt nur dann zu wirklicher Trockenheit, wenn dort getrocknete Luft mit 0 % Feuchte vorhanden ist; sonst kennzeichnet auch der per definitionem festgelegte λtr-Wert kein wirklich trockenes Material. Unter praktischen Trocknungsbedingungen dürfte dies näherungsweise zutreffen, sofern die Belüftung des Trockenschrankes bei Laborbedingungen erfolgt. Bild 15 gilt leider nicht für Porenbeton, sondern für Kartoffelstücke. Für Porenbeton oder für andere interessie-

Bild 14. Schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Wärmeleitfähigkeit während der Messung einer feuchten und einer trockenen Probe. Die hier als „trocken“ bezeichnete Probe bleibt trocken; d. h. sie ist in eine Folie eingepackt; andernfalls würde sie aus dem Kühlraum (0 °C/50 % r. F.) geringfügig Feuchte aufnehmen. Fig. 14. Time history scheme of the thermal conductivity; measurement of a humid and a dry sample with the “dry“ sample sealed in foil, otherwise it would marginally absorb moisture from the cold storage (0 °C/50 % RH)

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Bild 15. Gemessene Sorptionsisothermen bei verschiedenen Temperaturen für Kartoffel nach [25], [35], die gestrichelte Kurve für 105 °C beruht auf Schätzungen Fig. 15. Measured sorption isotherms of potato at various temperature values [25], [35]; the dashed curve for 105 °C is based on estimates

rende Bau- und Dämmstoffe sind bedauerlicherweise kaum Sorptionsisothermen-Scharen für verschiedene Temperaturen in der Fachliteratur zu finden; in keinem Fall sind 105 °C-Sorptionsmessungen bekannt. Dies überrascht. Man hat bei der seinerzeitigen Normengebung offensichtlich weniger auf die im Material verbleibende Restfeuchte, sondern mehr auf die Einschränkung bzw. Vermeidung von Gefügeauflösungen gemäß Buchstabe i) in Abschnitt 3 geachtet. Bei der WUFI-Nachrechnung hat sich herausgestellt, dass das Erreichen des 99 %- oder 99,9 %-Wertes der Wärmeleitfähigkeit lange Rechenzeiten erfordern würde. Dies führte auch in der Messpraxis auf extrem lange Messdauern, die unrealistisch wären. Jeder erfahrene Messtechniker bricht die Messung nämlich dann ab, wenn sich der Messwert der Wärmeleitfähigkeit nicht mehr nennenswert ändert. Es kommt also auf die zeitliche Änderung der Wärmeleitfähigkeit dλ/dt an, nicht auf die Wärmeleitfähigkeit selbst. Aus diesem Grund wird als Abbruch-Zeitpunkt jene Zeitdauer t1% bzw. t1‰ gewählt, ab der die zeitliche Änderung, also der Zeitgradient, einen Wert von 1 % bzw. 1 ‰ unterschreitet. Die hierbei vorhandenen Wärmeleitmesswerte werden λf,1% bzw. λf,1‰ genannt; sie weisen die Feuchte-Einflussfaktoren F1% bzw. F1‰ auf. Die WUFIBerechnung könnte natürlich beliebig lange fortgeführt werden. Bild 16 zeigt die zeitlichen Verläufe des Zeitgradienten der Wärmeleitfähigkeit bei der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe. Man ersieht, dass sich der Zeitgradient bei der trockenen Probe bereits nach 1 Tag kaum mehr ändert. Im Nachlauf hierzu sind nach 2 bis 3 Tagen in diesem Fall auch bei der Feucht-Probe kaum mehr Gradienten-Änderungen zu verzeichnen.

6 Allgemeine Ergebnisse und Interpretation Weil die instationär-gekoppelten Wärme- und Feuchteübertragungsvorgänge bei der Messung der Wärmeleitfähigkeit feuchter Materialien nicht leicht zu durchschauen

Bild 16. Zeitlicher Verlauf des Zeitgradienten der Wärmeleitfähigkeit bei der Messung einer feuchten und einer trockenen Porenbetonprobe; Standardfall gemäß Tabelle 2 Fig. 16. Time history of the time gradient of thermal conductivity; measurement of a humid and a dry sample, data from default case according to Table 2

sind, wurden die Abläufe in Abschnitt 5 vorab an Hand des Standardfalles „Porenbeton“ detailliert erläutert. In Tabelle 4 sind nunmehr die Ergebnisse aller untersuchten Varianten zusammengestellt. Neben dem Standardfall Nr. 0 enthält diese Tabelle auch die weiteren Fälle 1 bis 15. Man findet hierin Angaben zu den Abbruch-Zeiten t1% bzw. t1‰, zu den dazugehörigen Wärmeleitfähigkeiten und zu den Feuchte-Einflussfaktoren F1% und F1‰. Ferner ist der 7-Tages-Messwert der Wärmeleitfähigkeit für den jeweiligen Fall mit angegeben, d. h. jener Wert, den man erhalten würde, wenn man die Messung eine Woche lang fortsetzte. Man ersieht aus Spalte 4 der Tabelle 4, dass die 1%-Abbruchzeiten höchstens ca. 32 h betragen; lediglich im Falle 13 und 14 steigen sie auf 64 h an, weil die Feuchtewanderungen in diesen Fällen länger dauern und deren Rückwirkungen auf den Wärmetransport intensiver ausfallen. Ähnliche Tendenzen erkennt man bei den 1 ‰-Abbruchzeiten in Spalte 9. Um eine 1 ‰-Annäherung zu erreichen, bräuchte man, wie zunächst zu vermuten, längere Zeiten. In den Fällen 13 und 14 sind es fast 250 h, d. h. ca. 10 d. Man würde ferner vermuten, dass bei 1 ‰-Annäherung geringere Feuchte-Einflussfaktoren aufträten als bei einer 1 %-Annäherung. Überraschenderweise trifft dies nicht generell zu; im Gegenteil: Die feuchtebedingten Abweichungen in Spalte 6 und 9 (sowie die Wärmeleitfähigkeiten λ1% und λ1‰ in Spalte 5 und 8, auf denen die Abweichungen basieren) weisen keine systematische Tendenz auf. Sie scheinen vielmehr zufällig zu streuen. Manchmal werden die Abweichungen negativ. Die Erklärung für diese scheinbaren Zufälligkeiten liegt in dem bereits bei Bild 13 erläuterten Null-Durchgang der Einflussfaktor-Kurve. Je nachdem, wo der Null-Durchgang stattfindet und wie weit man beim Abbruch vom Null-Durchgang entfernt ist, umso kleiner oder größer fällt der Feuchte-Einflussfaktor aus. Ein weiterer Grund für gewisse Unsicherheiten liegt – besonders bei Niedrigfeuchten – in der Vernachlässigung der sorptiven Bindungsenthalpie (vgl. Tabelle 2, unterste Zeile). Auch die 7-Tages-Werte bei Abbruch nach 1 Woche weisen aus diesen Gründen scheinbar zufällige Streuungen auf. Aus den von solchen Streuungen überdeckten Werten der Tabelle 4 lässt sich aber doch erkennen, dass kleinere

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Tabelle 4. Zusammenstellung der Abbruch-Werte aller untersuchten 16 Fälle mit Angabe der 7-Tages-Messwerte. Die in den Spalten 5 und 8 angegebenen Wärmeleitfähigkeiten auf 4 wertanzeigende Stellen nach dem Komma dienen zur Vermeidung von Rundungs-Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Feuchte-Einflussfaktoren Table 4. Compilation of the termination values of all 16 cases, and with 7 days values. Conductivity values to four decimals (columns 5 and 8) serve to protect the calculation of the moisture influence factors from rounding differences Abbruchwerte Fall-Nr.

Variierte Parameter

1 0

2 Standardfall

1 2 3

Kennzeichnende Werte

Anfangsfeuchte

t1% [h]

λf1% [W/m∙K]

F1% [%]

t1‰ [h]

7-Tages-Wert λf1‰ [W/m∙K]

F1‰ [%]

λf,7 [W/m∙K]

20 Vol.-%

32,7

0,0933

−6,7

57,0

0,1044

4,4

0,106

10 Vol.-%

24,6

0,0978

−2,2

40,5

0,1051

5,1

0,106

25 Vol.-%

19,8

0,0985

−1,5

31,6

0,1054

5,4

0,106

95 %r.F. (3,7 Vol.-%)

18,4

0,1005

0,5

28,9

0,1053

5,3

0,106

80 %r.F. (0,9 Vol.-%)

18,2

0,1006

0,6

23,2

0,1042

4,2

0,104

10 cm

12,8

0,1032

3,2

18,7

0,1059

5,9

0,107

25 cm

5,0

0,1060

6,0

6,6

0,1067

6,7

0,108

6 7

Probendicke

22 cm

2,9

0,1078

7,8

0,1093

9,3

0,108

21 cm

2,3

0,1113

11,3

9,0

0,1137

13,7

0,107

10 K

32,6

0,1089

8,9

53,5

0,1186

18,6

0,120

25 K

31,9

0,1225

22,5

49,8

0,1309

30,9

0,132

22 K

31,3

0,1442

44,2

45,5

0,1508

50,8

0,151

21 K

31,3

0,1637

63,7

44,0

0,1697

69,7

0,172

A2 kalte Seite dicht

64,3

0,2501

150,1

248,6

0,1729

72,9

0,190

B beidseitig offen

64,4

0,2506

150,6

240,9

1,1735

73,5

0,189

C beidseitig dicht

32,9

0,0924

−7,6

57,7

0,1038

3,8

0,106

10 11

Temperaturgefälle

12 13 14

Feuchteabschluss

Temperaturdifferenzen zu relativ hohen Einfluß-Faktoren führen (Fall 11 und 12). Auch der Feuchteabschluss der Probenoberflächen übt einen starken Einfluss auf den Feuchte-Einfussfaktor F aus (Fall 13 und 14). Ungünstig sind ein feuchtedichter Abschluss auf der kalten Seite sowie beidseitig offene Proben; ein beidseitig dichter Abschluss (z. B. mittels Folien-Umhüllung der Probe) ist hingegen günstiger. In allen Fällen könnte man natürlich jeglichen feuchtebedingten Einfluss vermeiden, wenn man den Null-Durchgangspunkt wählte und dieser vorab bekannt wäre. Man müsste hierzu aber eine WUFI-Rechnung mit den für die Messprobe zutreffenden Stoffwerten vornehmen; den zu messenden λ-Wert und die übrigen thermohygrischen Stoffwerte müsste man also im voraus schon kennen, was unmöglich ist. Auch eine näherungsweise Vorab-Einschätzung der Lage des Null-Duchgangspunktes erscheint nicht ratsam, weil der Kurven-Gradient in Durchgangspunktnähe relativ steil verläuft und sich deshalb geringe „Verschätzungen“ stark auswirken könnten. Bestimmend für die Lage des Null-Durchgangspunktes sind die Feuchtetransportvorgänge und deren Randbedingungen. Abrundend und einschränkend ist auszuführen, dass der große Einfluss der Randbedingungen durch relativ aufwendige Experimentaluntersuchungen von Achtziger [36] bestätigt wird, der die Feuchteverlagerung in Kerndämmstoffen schichtenweise mit Gamma-Durchstrahlung gemessen hat. Er kommt zu dem Schluss, dass die „Temperaturrandbedingungen und die konstruktiven Ausführungen bezüglich der Feuchtelieferung aus der Grenzschicht zum Dämmstoff in die Betrachtung der Zuschlagswerte einge-

hen“. Auf die Zuschlagswerte feuchter Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen und den Einfluss der dabei auftretenden Latentwärmen wird auch in der Arbeit [37] eingegangen, in der eine WUFI-Nachrechnung von Plattengeräts-Messungen vorgenommen worden war. Allerdings wurde hierin – wie in der vorliegenden Arbeit – die sorptive Bindungswärme, die bei niedrigen Feuchten eine größere Rolle spielt, nicht berücksichtigt. Unter der Annahme einer konstanten und linear-variablen Feuchteverteilung über den Plattenquerschnitt wurde in der Arbeit [38] vor ca. 50 Jahren bereits eine Abschätzung des feuchtebedingten Messfehlers vorgenommen, die bei Porenbeton auf Fehlerwerte bis zu 14 % führte. All diese Arbeiten kamen aber den tatsächlichen thermohygrischen Abläufen, insbesondere dem Null-Durchgang der Einflussfaktor-Kurve, nicht wirklich auf die Spur.

7 Zusammenfassung und Folgerungen In feuchten Stoffen setzt, sobald ein Temperaturgefälle anliegt, ein instationär-gekoppelter Transport von Wärme und Wasser ein. Dies gilt auch für feuchte Proben, die bei den verschiedenen Messverfahren der Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Der Feuchtetransport verursacht einen sog. „feuchtebedingten“ Faktor, der die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst. Dieser Feuchte-Einflussfaktor F wurde durch Nachrechnung mittels des WUFI-Berechnungsverfahrens ermittelt, indem die in den Wärmeleitfähigkeits-Messapparaturen während der Messung auftretenden Feuchtewanderungsprozesse theoretisch nachgebildet werden.

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Der Feuchtetransport hängt nicht nur von den hygrischen Eigenschaften des jeweiligen Stoffes ab, sondern vor allem von den feuchtetechnischen Randbedingungen, denen die Probe während der Wärmeleitfähigkeitsmessung unterworfen ist. Der Einbau in ein Plattengerät oder das Aufbringen eines Wärmeflussmessers auf der Oberfläche einer Probe kommt einem feuchtedichten Abschluss gleich. Bei der Heizkasten-Methode sind hingegen beide Probenoberflächen offen und damit verdunstungsfähig. Dann werden nicht nur die Temperatur-Randbedingungen und das an der Probe anliegende Temperaturgefälle für den Feuchtetransport maßgeblich, sondern auch die in der Heiz- bzw. Kühlkammer vorhandene Luftfeuchte. Diese Randbedingungen sind ebenfalls von Einfluss auf den feuchtebedingten Einfluss. Selbst wenn – etwa durch Folien-Umhüllung der Probe – ein Feuchteaustausch durch die Probenoberflächen unterbunden wird, tritt ein feuchtebedingter Einfluss auf, weil sich während der Messung die Feuchte innerhalb der Probe verlagert. Auch die Ausgangsfeuchte, die sich aufgrund der Probenvorbereitung in der Probe eingestellt hat, spielt eine Rolle. Bei Beginn der Wärmeleitfähigkeitsmessung laufen die instationär-gekoppelten Wärme- und Feuchtetransportvorgänge im Probekörper an. Der Aufbau des Temperaturfeldes erfolgt rascher als derjenige des Feuchtefeldes. Beide Transporte – der thermische und der hygrische – streben asymptotisch einem Endzustand entgegen, der (theoretisch) nach unendlich langer Zeit erreicht würde. Eine Wärmeleitfähigkeitsmessung kann aber nicht „ewig“ dauern, sondern muss innerhalb eines handhabbaren Zeitraums beendet sein. Jeder erfahrene Messtechniker bricht die Messung dann ab, wenn sich der Messwert der Wärmeleitfähigkeit nicht mehr nennenswert ändert. Es kommt auf die zeit liche Änderung, nicht auf die Wärmeleitfähigkeit selbst an. Aus diesem Grund wird als Abbruchzeitpunkt jene Messdauer t1% bzw. t1‰ gewählt, ab welcher der Zeitgradient der Wärmeleitfähigkeit einen Wert von 1 % bzw. 1 ‰ unterschreitet. Um die nicht ganz leicht verständlichen thermohygrischen Kopplungsvorgänge von Wärme und Feuchte anschaulich erläutern zu können, wird als Standardmaterial eine Porenbetonplatte von 20 cm Dicke mit einem Temperaturgefälle von 20 K gewählt. Die Ausgangsfeuchte beträgt 20 Vol.-%, konstant verteilt über den Probenquerschnitt mit feuchtedichtem Abschluss auf der warmen Seite. Der Feuchtegehalt, die Plattendicke, das Temperaturgefälle und der Feuchteabschluss werden später variiert. Der Aufbau des Temperatur- und Feuchtefeldes in der Probe läuft ab Messbeginn unterschiedlich rasch ab. Die Wärmewelle in einer feuchten Probe hinkt derjenigen in einer trockenen Probe um mehr als 1 Tag hinterher. Aufgrund der Phasenänderungsenthalpien wird die feuchte Probe abgekühlt; an gewissen Stellen kann sogar eine Unterkühlung gegenüber der Umgebungstemperatur eintreten. Später kann die feuchte Probe aber wieder mehr Wärme aus dem Heizkasten abziehen. Die Zeitverläufe kreuzen sich. Der feuchtebedingte Einfluss wird bei Messbeginn zunächst negativ (λf < λtr), um – nach einem NullDurchgangspunkt – positive Werte anzunehmen (λf > λtr). Der Null-Durchgang der Einflussfaktor-Kurve stellt ein wichtiges Ergebnis der vorliegenden Arbeit dar. Er besagt nämlich, dass bei Wärmeleitfähigkeitsmessungen feuchter

Stoffe – quasi zufällig – sowohl negative als auch positive Abweichungen auftreten können, je nachdem, ob die Messdauer in der Nähe links oder rechts oder weiter entfernt vom Durchgangspunkt liegt; die Messwerte können feuchtebedingt stark streuen. Im Durchgangspunkt selbst werden die Abweichungen zu Null. Nach (unendlich) langer Messzeit würde eine feuchte Probe dann auf Null austrocknen, wenn ihr Einbau in die Messapparatur eine volle Trocknung gestattete und die Randbedingungen dem Trockenzustand (z. B. 105 °C) entsprächen. Dies ist aber nicht der Fall. Deshalb wird sich nur jener Feuchte-Endwert in der Probe einstellen, der dem hygroskopischen Gleichgewicht bei den vorgegebenen Randbedingungen entspricht. Verlagerungen von Feuchte treten, sobald der Gleichgewichtszustand erreicht ist, nicht mehr auf. Der dann noch vorhandene Feuchteeinfluss beruht ausschließlich auf der Anwesenheit von in Ruhe befindlichen Wassermolekülen im Porengefüge; er entspricht der „wahren“ Wärmeleitfähigkeit eines feuchten Stoffes. Die relativ komplizierten Zusammenhänge bei den instationär-gekoppelten Transportvorgängen in feuchten Stoffen sind vom Normungsgeber zwar erkannt worden, aber für ihn nicht wirklich „behandelbar“ gewesen. Stattdessen wurden Regeln entwickelt, nach denen die im Trockenzustand gemessenen Wärmeleitfähigkeiten mit experimentell ermittelten Feuchtezuschlägen zu versehen sind. Die Zuschläge könnten jetzt mit WUFI-Nachrechnungen auf theoretische Grundlagen gestellt werden. Hierzu müsste allerdings die Genauigkeit einer solchen Nachrechnung, wie dies bereits in der Dissertation [39] geschah, überprüft werden, welche auf die Nachprüfung der Stoffwerte und der Randbedingungen abzuzielen hätte, die der WUFI-Rechnung zugrunde gelegt wurden. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Latententhalpie, die von zwei Anteilen herrührt: Die bei der Phasenänderung von Wasser vorhandene Verdampfungswärme ist gut bekannt. Werte für die sorptive Bindungswärme (wichtig bei Niedrig-Feuchte nahe der Austrocknung) hingegen fehlen für fast alle Baustoffe; die Bindungsenthalpie wird bislang auch beim WUFI-Rechenverfahren vernachlässigt. Hierzu sind weitere Untersuchungen nötig. In diesen müssten auch andere Bau- und Dämmstoffe als das hier zugrunde gelegte Porenbeton-Material überprüft werden. Ferner erscheint die genauere Überprüfung eines beidseitig dichten Feuchteabschlusses geboten, wie er bei Plattengeräts-Messungen gegeben ist.

Literatur [1] Cammerer, W. F.: Wärme- und Kälteschutz im Bauwesen und in der Industrie. 5. Aufl. Berlin: Springer-Verlag 1995) [2] Cammerer, J. S.: Über den Zusammenhang zwischen Struktur und Wärmeleitzahl bei Bau- und Isolierstoffen und dessen Beeinflussung durch einen Feuchtegehalt. Mitt. Forsch.-H. Wärmeschutz, München, H. 4 (1924). [3] Fraunhofer-Institut für Bauphysik: Berechnung des hygrothermischen Verhaltens von Baukonstruktion unter realen Bedingungen (WUFI). Version 5.1.0.599 (2012). [4] DIN-EN 1934: Messung des Wärmedurchlasswiderstandes. Heizkastenverfahren mit dem Wärmestrommesser – Mauerwerk. April 1998.

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[5] ISO 8301: Thermal insulation. Determination of steady state thermal resistance and related properties. Heat flowmeter apparatus. Aug. 1991. Amendment 1. Aug. 2010. [6] ISO 8302.: Thermal insulation. Determination of steady state thermal resistance and related properties. Guarded hot plate apparatus. Aug. 1991. [7] ISO 8990: Thermal insulation. Determination of steady state thermal transmission properties. Calibrated and guarded hot box. Sept. 1994. [8] DIN-EN-ISO 8990: Bestimmung der Wärmedurchgangseigenschaften im stationären Zustand. Verfahren mit dem kalibrierten und dem geregelten Heizkasten. Sept. 1996. [9] ISO-TR 9165: Practical thermal properties of building materials and products. Dez. 1988. [10] ISO 10051: Thermal insulation. Moisture effects on heat transfer. Determination of thermal transmissivity of a moist material, 1996. [11] DIN-EN 12664: Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattengerät und dem Wärmestrommessplattengerät. Trockene und feuchte Produkte mit mittlerem und niedrigem Wärmedurchlasswiderstand. Mai 2001. [12] DIN-EN 12667: Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattengerät und dem Wärmestrommessplattengerät. Produkte mit hohem und mittlerem Wärmedurchlasswiderstand. Mai 2001. [13] DIN-EN 12939: Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattengerät und dem Wärmestrommessplattengerät. Dicke Produkte mit hohem und mittlerem Wärmedurchlasswiderstand. Febr. 2001. [14] DIN 52611: Wärmeschutztechnische Prüfungen. Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes von Bauteilen. Teil 1: Prüfung im Laboratorium. Jan. 1991; Teil 2: Weiterbehandlung der Messwerte für die Anwendung im Bauwesen. April 1990. [15] DIN 52612: Wärmeschutztechnische Prüfungen. Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mit dem Plattengerät. Teil 1: Durchführung und Auswertung. Sept. 1979; Teil 2: Weiterbehandlung der Messwerte für die Anwendung im Bauwesen. Juni 1984; Teil 3: Wärmedurchlasswiderstand geschichteter Materialien für die Anwendung im Bauwesen. Sept. 1979. [16] DIN 52616: Wärmeschutztechnische Prüfungen. Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mit dem Wärmestrommessplattengerät. Nov. 1977. [17] Künzel, H.: Bestimmt der volumen- oder der massebezogene Feuchtegehalt die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen? Bauphysik 8 (1986), H. 2, S. 33–39. [18] Cammerer, W. F.: Der Feuchteeinfluss auf die Wärmeleitfähigkeit von Bau- und Dämmstoffen. Bauphysik 9 (1987), H. 6, S. 259–266. [19] Künzel, H.: Wie ist der Feuchteeinfluss auf die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen unter heutigen Bedingungen zu bewerten? Bauphysik 11 (1989), H. 5, S. 185–189. [20] Achtziger, J., Cammerer, J.: Untersuchung des anwendungsbedingten Einflusses der Feuchtigkeit auf den Wärmetransport durch gedämmte Außenbauteile. Bauphysik 12 (1990), H. 2, S. 42–46. [21] Krischer, O., Esdorn, H.: Einfaches Kurzzeitverfahren zur gleichzeitigen Bestimmung der Wärmeleitzahl, der Wärmekapazität und der Wärmeeindringzahl fester Stoffe. VDI-Forsch. Heft 450 (1955). [22] Wagner, A.: Nichtstationäre Methode zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und der spezifischen Wärmekapazität nichtmetallischer Baustoffe. Diss. TU Berlin 1977.

[23] Kupke, C.: Bestimmung der Wärmedämmung von Wänden unter instationären Bedingungen. IBP-Mitt. 6 (1978), Nr. 36 (dort: Aittomäki-Verfahren). [24] Glück, B.: Zustands- und Stoffwerte. Wasser, Dampf, Luft. Verbrennungsrechnung. 2. Aufl. Berlin: Verlag-GmbH für Bauwesen 1991. [25] Krischer, O., Kast, W.: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik. 3. Aufl. Berlin: Springer-Verlag 1978. [26] Gertis, K., Kießl, K.: Theoretische Überlegungen zum Feuchteeinfluss auf die Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen. Unveröffentlichte Diagramme. Univ. Essen. Vortrag, EWMTreffen, Essen 1984. [27] Kießl, K.: Kapillarer und dampfförmiger Feuchtetransport in mehrschichtigen Bauteilen. Diss. Univ. Essen 1983. [28] Krus, M.: Feuchtetransport- und Speicherkoeffizienten poröser mineralischer Baustoffe. Theoretische Grundlagen und neue Messtechniken. Diss. Univ. Stuttgart 1995. [29] Fraunhofer-Institut für Bauphysik: WUFI-Datenbank. Version 24.71 (2012). [30] Künzel, H. M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. Diss. Univ. Stuttgart 1994. [31] Kast, W., Jokisch, F.: Überlegungen zum Verlauf von Sorptionsisothermen und zur Sorptionskinetik an porösen Feststoffen. Chem.-Ing. Techn. 44 (1972), H. 8, S. 556–563. [32] Kast, W.: Adsorption aus der Gasphase. Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen und technische Verfahren. Weinheim: VCH-Verlag 1988. [33] Schwarz, B.: Die Wärme- und Stoffübertragung an Außenwandoberflächen. Diss. Univ. Stuttgart 1971. [34] Albrecht, W.: Entwicklung und Erprobung eines Plattengerätes zur Messung der Wärmeleitfähigkeit mit geringer Mess unsicherheit. WKSB-Sonderausgabe, Mai 1985. [35] Görling, P.: Untersuchung zur Aufklärung des Trocknungsverhaltens pflanzlicher Stoffe, insbesondere von Kartoffel stücken. Diss. Univ. Darmstadt 1955. [36] Achtziger, J.: Kerndämmung von zweischaligem Mauerwerk. Einfluss des Wassergehalts und der Feuchtigkeitsverteilung auf die Wärmeleitfähigkeit der Dämmschicht. Bauphysik 7 (1985), H. 4, S. 121–124. [37] Kehrer, M., Künzel, H. M., Sedlbauer, K.: Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Ist der Feuchtezuschlag für Wärmeleitfähigkeit gerechtfertigt? IBP-Mitt. 28 (2001), H. 390. [38] Gertis, K.: Einfluss der Feuchtigkeitsverteilung in Außenwänden auf die Wärmeleitung. Berichte a. d. Bauforschung, H. 51, S. 7–16. Berlin: Ernst &. Sohn 1968. [39] Holm, A.: Ermittlung der Genauigkeit von instationären hygrothermischen Bauteilberechnungen mittels eines stochastischen Konzeptes. Diss. Univ. Stuttgart 2002.

Autoren dieses Beitrages: o. Prof. (em.) Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. mult. Dr. E.h. mult. Karl Gertis Lehrstuhl für Bauphysik, Universität Stuttgart Bis 2003 Direktor des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik. 2007 Emeritierung Prof. Dr.-Ing. Andreas Holm Leiter des Forschungsinstituts für Wärmeschutz FIW München Lochhauer Schlag 4 82166 Gräfelfing Professor für Bauphysik, Hochschule München

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Fachthemen Alexander Merzkirch Thorsten Hoos Stefan Maas Frank Scholzen Daniéle Waldmann

DOI: 10.1002/bapi.201410007

Wie genau sind unsere Energiepässe? Vergleich zwischen berechneter und gemessener Endenergie in 230 Wohngebäuden in Luxemburg

Die Mitgliedsstaaten der EU sind gemäß den Richtlinien 2002/91/EG und 2010/31/EU verpflichtet, eine Berechnungsmethodik und einen Ausweis über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden aufzu legen. In Luxemburg muss nach 3 Jahren der Nutzung der reale Verbrauch an Endenergie im Pass nachgetragen werden. Für 125 Einfamilien- und 105 Mehrfamilienhäuser mit insgesamt 870 Woh nungen wurden der gemessene Verbrauch und der berechnete Bedarf an Endenergie verglichen. Der berechnete Wert war im Mittel bei den Einfamilienhäusern um 74 %, bei den Mehrfamilien häusern um 103 % höher als der gemessene Wert. Die Abwei chungen sind umso größer, je älter das Gebäude ist. Ursachen sind Abweichungen zwischen den teils angenommenen und teils festgelegten Eingabeparameterwerten in der Berechnungsme thodik und den tatsächlich in der Realität auftretenden Werten. Empfindliche Eingabegrößen sind hierbei Innenraumtemperatur, U-Werte, Wärmebrückenberechnung und Luftwechselrate. Accuracy of energy performance certificates – Comparison of the calculated and measured final energy demand for 230 residential buildings in Luxembourg. Member States of the European Union are obliged to present a calculation method and certificate for the energy performance for buildings according to the guidelines 2002/91/EG und 2010/31/EU. In Luxembourg it is obligatory to add the real final energy consumption to the certificate after 3 years. The measured real final energy consumptions and the calculated ones were compared for 125 single-family homes and 105 multifamily homes with 870 dwellings in total. The mean calculated values for single-family homes were 74 % higher, the mean calculated values for multi-family homes 103 % higher than the actual measured data. The older the buildings, the higher the deviations, as the input parameters, which were partly assumed and partly predefined, diverge between calculations and reality. Sensitive parameters of interest are the indoor room temperature, the U-values, the used assessment for thermal bridges and the air exchange rate.

1 Einleitung Die EU-Richtlinien 2002/91/EG und 2010/31/EU fordern von den Mitgliedsstaaten eine Berechnungsmethodik und einen Ausweis über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden. Die Ausstellung eines Energiepasses ist daher in Luxemburg seit einigen Jahren bei Neubauten, bei Besitzerund Mieterwechsel oder bei großen Renovierungen und Erweiterungen des Gebäudes gesetzlich verpflichtend [1].

Die Gebäude werden anhand dieser Pässe in die Kategorien von A bis I eingestuft, wobei als Kriterien dabei der Heizwärmebedarf, die Primärenergie und die zur Deckung der Primärenergie anfallende Menge an CO2 dienen. Die Endenergie wird außerdem ermittelt, weil sie eine verständ liche und kontrollierbare Energieform darstellt. Die Berechnungsmethode des luxemburgischen Reglements für Wohngebäude ist eine stationäre Energiebilanz und stark an die EN 832 bzw. und die Energiepässe in Deutschland nach DIN V 4108-6, DIN V 4701-10 und für Nichtwohngebäude an die DIN V 18599 angelehnt. Die Pässe sind als Vergleichs- und Beurteilungskriterium für interessierte Besitzer, Käufer oder Mieter gedacht und stellen zugleich die Basis für staatliche Zuschüsse eines Förderungsprogrammes für Niedrigenergie- (Klasse B) und Passivhäuser (Klasse A) dar. Im Unterschied zu Deutschland muss der reale Verbrauch an Endenergie bei Neubauten nach drei Jahren der Nutzung im Pass nachgetragen werden und dient damit als vergleichende Größe zur berechneten Endenergie, wobei größere Abweichungen erklärt werden müssen. Bei bestehenden Gebäuden wird je nach Verfügbarkeit auch schon bei der Erstellung des Passes der reale Endenergieverbrauch eingetragen. Seit 2009 werden Energiepässe in Luxemburg ausgestellt. Ab 2012 liegen nun immer mehr Energiepässe vor, in denen neben den Berechnungen auch Verbrauchswerte eingetragen wurden. Eine Analyse von Berechnungs- und Verbrauchswerten ist nun erstmalig möglich. Durch Kontakte zu öffentlichen Bauträgern und Energieberatungsbüros konnten solche Pässe von 125 Einfamilienhäusern und 105 Mehrfamilienhäusern (insgesamt 870 Wohnungen) ausgewertet werden, in denen bereits der tatsächliche Endenergieverbrauch eingetragen war, wodurch die Genauigkeit der Berechnungsmethode überprüfbar wird. In den untersuchten Gebäuden kamen als Energieträger Öl, Gas für Niedertemperatur- oder Brennwertkessel und elektrischer Strom für Wärmepumpen zur Anwendung.

2 Methodik Zum Vergleich zwischen den berechneten und gemessenen Werten wurde nur die Endenergie herangezogen, da nur diese messtechnisch einfach erfasst und nachgetragen wer-

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den kann. Dies geschieht durch Bildung eines Mittelwertes der über 3 Jahre gelieferten Brennstoffmengen (Öl oder Gas) oder durch die Installation eines Stromzählers zur Erfassung des Verbrauches im Fall einer Wärmepumpe. Die Gebäude wurden in 4 Baualtersklassen eingeteilt, wobei als Orientierung zur Klassenbildung der Leitfaden zur Verwendung von U-Wert-Typologien im Rahmen der Energiepasserstellung für bestehende Gebäude [2] diente. Dabei wird angenommen, dass der Baustil sich ab den 1970er Jahren durch den Einfluss der Energiekrise und den Einzug von isolierten, doppelverglasten Fenstern sowie besserer Dämmwerte der Fassaden änderte. Im Jahr 1995 wurde die erste Luxemburgische Wärmeschutzverordnung eingeführt, welche die U-Werte der Gebäudehülle gesetzlich begrenzte. Natürlich sind ältere Gebäude inzwischen teilweise oder ganz renoviert, was sich sowohl in der neuen Berechnung und als auch im Verbrauch der letzten Jahre niederschlagen sollte. Zusätzlich zur reinen Passanalyse wurden stichprobenhaft Messungen –– zur Ermittlung des U-Wertes von Fassaden mit einer kalibrierten Wärmeflussplatte, –– zu mittleren flächen- und zeitgewichteten Innenraumtemperaturen und –– zu Transmissionswärmeverlusten aufgrund von Wärmebrücken durchgeführt [3].

heit. Wird eine Normalverteilung der Stichprobe angenommen, so kann in Abhängigkeit der Stichprobenanzahl z. B. mit 95%-iger Wahrscheinlichkeit ein Konfidenzintervall berechnet werden, in dem der tatsächliche (unbekannte) Mittelwert der Grundgesamtheit der Klasse liegt [4]. Zunächst fällt auf, dass Messung und Berechnung weit auseinander liegen (über alle Klassen gemittelt bei 74 %) und dass die Abweichungen bei neueren Gebäuden abnehmen. Vor 1970 zeigen sich im Mittel jedoch gravierende Differenzen zwischen den Berechnungen und dem tatsächlichen Verbrauch, die weit außerhalb der Konfidenzintervalle liegen. Bei Gebäuden ab 1995 sind die Abweichungen geringer und Unsicherheiten größer, so dass die Mittelwerte sich annähern. In Bild 2 sind 105 Mehrfamilienhäuser mit insgesamt 870 Wohneinheiten (WE) erfasst. Hier weicht die mittlere berechnete Endenergie über alle Klassen um + 103 % vom gemessenen Verbrauch ab. Auch in diesem Fall steigt die Genauigkeit der Berechnungen mit steigendem Baujahr deutlich an.

4 Diskussion

In Bild 1 ist die berechnete und gemessene mittlere Endenergie für 125 Einfamilienhäuser in vier Baujahresklassen dargestellt, wobei als Bezugsgröße die beheizte Nettogrundfläche gemäß dem Luxemburger Reglement gewählt wurde. Zusätzlich sind in jeder Klasse neben der Standardabweichung Konfidenzintervalle für den Mittelwert eingetragen. Die studentsche t-Verteilung ermöglicht die Berechnung der Verteilung der Differenz vom Mittelwert der Stichprobe und vom wahren Mittelwert der Grundgesamt-

Die Berechnung des Endenergieverbrauches beruht auf Eingabeparametern, von welchen einige im Reglement GrandDucal du 30 novembre 2007, No. 221 [1] definiert sind (Raumtemperatur), andere hingegen durch den ausstellenden Energieexperten vor Ort festgelegt werden müssen, wie z. B. U-Werte, Wärmebrücken, Luftwechselrate. Betrachtet man nur die gemessenen Werte (rote Säulen), so erscheinen alte Häuser im Mittel weniger schlecht als angenommen, oder anders formuliert sind die Verbesserungen geringer als erwartet. Die neuen Häuser und Wohnungen weisen mit 170 bzw. 120 kWh/(m2 ⋅ a) immer noch recht hohe Verbrauchswerte auf. Die teils gravierenden Abweichungen zwischen Berechnung und Messung beruhen auf einer hohen Sensitivität einiger Eingangsparameter, die sich durchaus mit der Bauweise ändern können.

Bild 1. Berechnete und gemessene Endenergie qE in 125 Einfamilienhäusern (EFH) bezogen auf die Nettogrund fläche Fig. 1. Calculated and measured final energy qE in 125 single- family homes related to the net floor area

Bild 2. Berechnete und gemessene Endenergie qE bezogen auf die Nettogrundfläche in 870 Wohneinheiten (WE) aus insgesamt 105 Mehrfamilienhäusern Fig. 1. Calculated and measured final energy qE in 105 single- family homes with 870 dwellings related to the net floor area

3 Ergebnisse

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Der immer wieder ins Spiel gebrachte Nutzereinfluss greift hier wenig, da die Fallzahlen in den Bildern 1 und 2 angegeben und mit insgesamt 230 Wohneinheiten ausreichend hoch sind. Maas et al. [5] untersuchten den Nutzereinfluss auf den Heizenergieverbrauch in 15 Reihenhaussiedlungen, da dort die Gebäude identisch und nur die Nutzer unterschiedlich sind. Die Standardabweichung betrug dabei etwa 1/3 des Mittelwertes und das Standardabweichungsintervall um den Mittelwert umfasste etwa 2/3 der Häuser. Damit kann man folgern, dass in der Regel der Nutzer seinen Endenergieverbrauch um ± 1/3 um den Mittelwert beeinflussen kann. Somit können die Abweichungen zwischen Messung und Berechnung in dieser Studie kaum über den individuellen Nutzereinfluss erklärt werden, weil dieser sich bei größeren Fallzahlen ausmitteln sollte. In [3] wurden U-Werte von Sandstein- und Hohlblockwänden im Bestand messtechnisch ermittelt und mit den Annahmen der Baualtertypologie [2] verglichen, weil diese Annahmen in der Praxis häufig für die Erstellung der Pässe verwendet werden, ohne diese vielleicht ausreichend zu hinterfragen. Die Wärmedurchgangskoeffizienten oder UWerte wurden über einen längeren Zeitraum bei ausreichender Temperaturdifferenz mit einer kalibrierten Wärmeflussplatte gemessen und ergaben für Sandsteinmauerwerke bis 1960 im Mittel einen U-Wert von 1,1 W/(m2K), während die Baualtertypologie [2] solchen Bauteilen einen Wert von 1,7 W/(m2K) zuweist, was sich mit einem Aufschlag von ca. 15 % bei der Endenergie niederschlägt. Der gemessene Mittelwert für Hohlblocksteine in Gebäuden aus den 1960er Jahren beträgt ebenso etwa 1,1 W/(m2K) und wird in [2] mit 1,4 W/(m2K) angenommen, was zu etwa 10 % Abweichung bei der Endenergie führt. Als mittlere Raumtemperatur wird im Reglement 20 °C angenommen. Dadurch sollen Gebäude bei identischen Komfortverhältnissen verglichen werden können. Messungen in unsanierten Altbauten zeigen flächen- und zeitgewichtete mittlere Raumtemperaturen ab 17 °C, die dann mit zunehmender Dämmung ansteigen [3]. In Altbauten trifft häufig der Fall einer Teilbeheizung des Gebäudes zu, was natürlich den Mittelwert absenkt. Die Raumtemperatur stellt selbstverständlich eine zentrale Größe bei der Berechnung von Lüftungs- und Transmissionswärmeverlusten dar, die in diesem Baubereich mit 7–10 % pro K auf die Endenergie durchschlägt. Die in der Praxis häufig vom angenommenen Wert abweichenden Raumtemperaturen sind somit ein Grund für vom Verbrauch abweichende Berechnungen, wobei niedrigere mittlere Raumtemperaturen im Vergleich zu modernen Gebäuden auch einen geringeren Komfort bedeuten. Um eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung der Endenergie zu erreichen, ist die Wahl der mittleren Raumtemperatur in Abhängigkeit vom U-Wert der Hülle [6] oder noch besser vom Heizwärmebedarf des Gebäudes anzustreben, was zu einer iterativen Ermittlung führen würde. Die Luftdichtheit des Gebäudes wird im Luxemburgischen Reglement für Altbauten mit n50-Werten zwischen 4 und 8 h–1 angenommen, was dann zu Luftwechselraten von 0,7 bis 1 h–1 führt. Messungen zufolge [3] erscheint die Annahme von n50-Werten um 4 h–1 eher angemessen, auch weil im Altbau sich der Nutzer tendenziell bei Zugerscheinungen selbst hilft und Undichtigkeiten zumindest in den sehr kalten Perioden provisorisch mit Vorhängen, Tüchern

und Vorlagen abdichtet. Eine Luftwechselrate von 1 anstatt 0,7 h–1 führt zu einer Überschätzung der Lüftungsverluste und zu einem Anstieg der Endenergie um knapp 10 %. Auch hier wird offenbar die Energieeinsparung gegenüber dem Komfort priorisiert. Nach dem Luxemburgischem Reglement können Wärmebrücken bei unsanierten Altbauten durch einen pauschalen Zuschlag von 0,1 W/m2 auf den U-Wert der Hüllfläche berücksichtigt werden, was als einfache konservative Methode gedacht war. Eine detaillierte Ermittlung und Berechnung aller Wärmebrücken an vier Gebäuden führte dagegen in 3 von 4 Fällen sogar zu einer Reduktion der Transmissionsverluste [3], d. h. zu negativen Wärmebrückenkoeffizienten. Durch die außenmaßbezogene Hüllflächen ermittlung und den Ansatz der eindimensionalen Wärmeleitung werden die Transmissionsverluste bereits überschätzt, so dass eine genaue Berechnung der Wärmebrücken zu negativen Korrekturen bei Außenmaßbezug führt. Altbauten sind daher energetisch wohl besser als ihr Ruf, wenn auch mit reduziertem Komfort, wie z. B. infolge von Teilbeheizung und Zugerscheinungen. Der mittlere Endenergieverbrauch in Gebäuden bis Baujahr 1970 liegt bei nur 200 kWh/(m2 ⋅ a) und nicht wie berechnet beim Doppelten. Neubauten hingegen zeigen gegenüber Altbauten im Mittel nicht die berechneten Einsparungen oder anders formuliert: nur eine geringe Abnahme beim gemessenen Verbrauch. Vor allem im Niedrigenergie- und Passivhausbereich erreichen beispielweise auch neue Schulgebäude und vor allem Bürogebäude in Luxemburg nicht die prognostizierten Zielwerte, vor allem nicht bei der Primärenergie [7], [8], so dass sich der hier angedeutete Trend umkehrt und die Berechnung zu optimistisch wird. Hier muss festgestellt werden, dass der Mittelwert für den Endenergieverbrauch bei Gebäuden ab dem Jahr 1995 für Mehrfamilienhäuser bei 120 kWh/(m2 ⋅ a) und für Einfamilienhäuser bei 170 kWh/(m2 ⋅ a) liegt und somit nur wenig unter dem Mittelwert von Altbauten. Die geringe Übereinstimmung zwischen Berechnung und Messung könnte auf dem Immobilienmarkt zu Diskussionen hinsichtlich der Gestaltung von Kauf- und Mietpreisen und dem Wert des Energiepasses führen.

5 Zusammenfassung Die Untersuchung der Energiepässe von 230 Gebäuden zeigt, dass die Berechnung der Endenergie im Vergleich zum realen Verbrauch deutlich zu hoch ausfällt. Ist das Ziel die möglichst genaue Verbrauchsberechnung, wenn auch bei unterschiedlichem Komfort, so sind einige empfindliche energierelevante Parameter nicht praxisnah festgelegt. Im Reglement Grand-Ducal du 30 novembre 2007, No. 221 selbst ist nur die Innenraumtemperatur auf 20 °C fixiert und die anderen diskutierten Werte sind in der Baualtertypologie [2] als Anhaltswerte angegeben, wobei deren Verwendung nicht verbindlich vorgeschrieben ist. Dennoch wird sie aus Gründen der Einfachheit oft direkt benutzt, obwohl grundsätzlich die Fachkenntnis des Experten gefragt wäre, der den Pass ausstellt. Eine Anpassung dieser Eingabegrößen würde jedoch zu einer Erhöhung der Genauigkeit bei der rechnerischen Ermittlung der Endenergie von Wohngebäuden führen.

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Literatur [1] Reglement Grand-Ducal du 30 novembre 2007, No. 221, Luxembourg. [2] U-Wert-Typologie des Ministère de l’Economie du Commerce Exterieur, 2007, Luxembourg. [3] Hoos, T.: Einsparpotential und ökonomische Analyse der energetischen Sanierung staatlicher Gebäude in Luxemburg. Dissertation, Universität Luxembourg, 2012. [4] Lozán, J. L., Kausch, H.: Angewandte Statistik für Naturwissenschaftler. 3. Aufl. Hamburg: Wissenschaftliche Auswertungen, 2004. [5] Maas, S., Waldmann, D., Zürbes, A., Scheuren, J.-J., Heinrich, H.: Der Energieverbrauch von Einfamilienhäusern in Luxemburg. Gesundheitsingenieur gi 129 (2008), H. 4, S. 177–232. [6] Hens, H., Verbeeck, G., Verdonck, B.: Impact of energy efficiency measures on the CO2 emissions in the residential sector, a large scale analysis. Energy and Buildings 33 (2001), pp. 275– 281.

[7] Thewes, A.: Energieeffizienz neuer Schul- und Bürogebäude in Luxemburg basierend auf Verbrauchsdaten und Simulationen. Dissertation, Universität Luxembourg 2011. [8] Maas, S., Scholzen, F., Thewes, A., Waldmann, D., Zürbes, A.: Feldstudie zum Energieverbrauch von Bürogebäuden. Bauphysik 33 (2011), H. 3, S. 158–166.

Autoren dieses Beitrages: Dipl. Wirt.-Ing. Alexander Merzkirch Dr.-Ing. Thorsten Hoos Prof. Dr.-Ing. Stefan Maas Ass.-Prof. Dr.-Ing. Frank Scholzen Ass.-Prof. Dr.-Ing. Daniéle Waldmann Alle: Universität Luxemburg, Campus Kirchberg Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Kommunikation, Forschungseinheit Ingenieurswissenschaften 6, Rue Richard Coudenhove Kalergi, L-1359 Luxemburg

Aktuell Wettbewerb in Baden-Württemberg: Studierende sollen Energieeffizienzhaus entwickeln und bauen Gesucht wird das beste mobile Energiesparhaus. Abgabetermin der Entwürfe ist der 16. Juli 2014. Das Landesprogramm Zukunft Altbau des Umweltministeriums BadenWürttemberg hat Ende 2013 einen Wettbewerb für ein mobiles Energiemusterhaus ausgelobt. Teilnehmen können Teams von Studierenden der Architektur- und Ingenieurwissenschaften an baden-württembergischen Hochschulen. Das fertige Energiemusterhaus soll Hausbesitzern Lust auf die energetische Altbausanierung machen, indem es Energiespartechnologien und die Nutzung erneuerbarer Energien attraktiv und praxisorientiert demonstriert. Ab gabetermin für die Entwürfe und Modelle ist der 16. Juli 2014. Eine Jury kürt Ende Juli die Preisträger, auch der Landesumweltminister Franz Untersteller wirkt mit. Es winkt ein Preisgeld in Höhe von insgesamt 7.000 Euro. Für die Erstellung des mobilen Musterhauses bis März 2015 erhält die Hochschule des siegreichen Teams eine pauschale Vergütung in Höhe von 65.000 Euro. Das Haus wird ab April 2015 an Banken, Handwerker, Energieberater und Energieagenturen verliehen, die ihre Kundinnen und Kunden an-

hand konkreter Exponate auf Sanierungsmöglichkeiten hinweisen möchten. Nach der Fertigstellung übernimmt der Umweltminister das Haus offiziell von der Hochschule und übergibt es an Zukunft Altbau. Musterbeispiel energieeffizienten Sanierens auf vier Rädern Aufgabe der Teams ist es, ein Exponat zu entwerfen, das beispielsweise auf einen LKW-Anhänger passt – es darf aber auch auf andere Weise transportabel sein. Entwürfe mit Grundriss, Ansichten und Schnitten sowie ein Modell im Maßstab 1:20 werden benötigt. Das fertige Energiemusterhaus muss vom TÜV abgenommen und damit für den Straßenverkehr freigegeben sein. Alle Ausschreibungsbedingungen gibt es bei Zukunft Altbau; sie können auch von der Website www.zukunftaltbau.de, Unterpunkt Energiemusterhaus, herunter geladen werden. Im Haus sollen die wichtigsten Energietechniken für die Sanierung von Altbauten gezeigt werden. Neben einer Innen- und Außendämmung, Wärmeschutzfenstern und Verschattungssystemen könnte beispielsweise eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung vorgesehen sein. Gefordert wird darüber hinaus ein modernes effizientes Heizungssystem. Als Bestandteil des

Musterhauses ist auch eine Solaranlage denkbar, hocheffiziente Beleuchtungs techniken sollen verwendet werden. Anmerkung Anfang 2013 startete ein erster Wettbewerb zur Erstellung eines neuen rollenden Effizienzhauses. Eine Neuausschreibung im November 2013 erweiterte das Zeitfenster für die Abgabe der Bewerbungen deutlich und ermöglichte eine bessere Integration des Projekts in die Lehrveranstaltungen der Universitäten und Fachhochschulen. Zukunft Altbau informiert Wohnungs- und Hauseigentümer neutral über den Nutzen energieeffizienter Altbaumodernisierung und über Fördermöglichkeiten. Das Programm des Ministeriums für Umwelt, Klima und EnergiewirtschaftBaden-Württemberg hat seinen Sitz in Stuttgart und wird von der Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg (KEA) umgesetzt. Weitere Informationen: Dipl.-Phys. Ursula Rath Zukunft Altbau Gutenbergstr. 76 70176 Stuttgart Tel. +49(0)711/489825-11 Fax +49(0)711/489825-20 ursula.rath@zukunftaltbau.de www.zukunftaltbau.de

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Bücher

Bücher Fuchs, H. V.: Applied Acoustics: Concepts, Absorbers, and Silencers for Acoustical Comfort and Noise Control. Alternative Solutions – Innovative Tools – Practical Examples. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2013. XXV, 593 S., 486 Abb., 124 in Farbe. Geb. ISBN 978-3-642-29367-2, € 181,85. Nach der wesentlich erweiterten 3. Auflage von 2010 legt der Verfasser Helmut V. Fuchs nun eine englische Fassung seines Buches „Schallabsorber und Schalldämpfer“ vor, die er nochmals aktualisiert hat. Dabei entspricht der erste Teil mit seinen zehn Kapiteln über die Grundlagen der Lärmbelastung mit dem Schwerpunkt bei tiefen Frequenzen und den unterschiedlichen Systemen von Schallabsorbern weitgehend der deutschen Vorlage: Erläutert werden im Einzelnen Passive Absorber, Platten-Resonatoren, Helmholtz-Resonatoren, Interferenz-Dämpfer, Absorber mit aktiven Komponenten, Mikroperforierte Absorber sowie Inte grierte und Integrierende Schallabsorber. Letztere enthalten als neue Aspekte Darstellungen zu Breitband-Kompakt absorbern, Absorbern in Ecken und Kanten, Schall absorbierenden Möbeln, thermisch aktivierten Akustikelementen sowie porösen Glasabsorbern in Schallschutzwänden. Diese sind damit besonders im Hinblick auf praktische Anwendungen, auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes, vervollständigt. Ebenfalls weitgehend übernommen sind die umfangreichen Kapitel 12 und 13 über Schallabsorber und -dämpfer in Akustik-Prüfständen sowie über Schalldämpfer in Strömungskanälen. Reflex ionsarme Testräume finden vor allem in der Automobil-Industrie Anwendung, wo sie meist als Halbfreifeldräume, d. h. mit hartem Boden ausgeführt werden. Als Absorber für die übrigen Flächen werden offenbar platzsparende innovative Systeme bevorzugt; für die Bewertung der Effizienz des Designkonzepts werden Computersimulationen vorgestellt. Bei der Prüfung der Freifeldbe dingungen im Testraum ist besonderes Augenmerk auf die Minimierung von Interferenzen, die sich aufgrund des schallharten Bodens ausbilden können, gelegt. Eine Reihe praktische Fallbespiele für Testräume von deutschen und interna tionalen Automobil-Firmen belegt im Detail die möglichen Ausführungsformen. Auch im Kapitel über die Dämpfungswirkung von Kanalauskleidungen werden nach einer Einführung in die Grundlagen

dieser Technik im Abschnitt „Innovative Kanal-Auskleidungen“ praktische Beispiele mit ihren Konstruktionen und Ergebnissen ausführlich behandelt. Den Kern des Buches bildet das mehr als 40 % des gesamten Buches umfassende Kapitel 11 „Schallabsorber in der Raumakustik“, das in neuer Gliederung inzwischen geradezu als ein eigenständiges Werk über Raumakustik angesehen werden kann. Bereits bei der Einführung in die Schallempfindung in Räumen stellt sich der Verfasser der bei Architekten – und vermutlich nicht nur dort – vertretenen Meinung entgegen, dass die Qualität eines Raumes vorwiegend durch den optisch-ästhetischen Eindruck bestimmt wird und „gute Akustik“ nur eine durch Zufall erlangte Beigabe ist. Folgerichtig klärt er zunächst über die messbaren Kriterien der Raumakustik und deren klang ästhetische Bedeutung auf, wobei schon an dieser Stelle deutlich wird, dass sein besonderes Interesse den tiefen Frequenzen gilt; unter diesem Aspekt betrachtet er auch die frühen Reflexionen. Die Schallverteilung im Raum einschließlich ihres zeitlichen Aufbaus bildet dann die Grundlage für die Beurteilung bzw. das Design von musikalisch genutzten Räumen – sei es für Konzerte mit Publikum oder für Tonaufnahmen – und von Räumen, in denen die Sprachverständlichkeit eine primäre Rolle spielt. Bemerkenswert sind dabei seine für Sprachräume gegebenen Hinweise in Form von Überschriften mit Ausrufungszeichen. Besonderes Augenmerk widmet der Verfasser den musikalisch relevanten Räumen. Vor allem bei den kleinen Übungs- und Unterrichtszimmern, aber auch bei Orchester-Proberäumen, die oft, an der Größe des Orchesters gemessen, viel zu eng sind, plädiert er für eine starke Dämpfung der tiefen Tonlagen durch tief abgestimmte Absorber, um die Lautstärke für die Musiker auf ein erträgliches Maß zu reduzieren. Bei kleinen Räumen spielen in diesem Zusammenhang auch die tiefsten Eigenmoden eine entscheidende Rolle, für die er abgestimmte Elemente in Ecken und Kanten empfiehlt. Komplizierter ist die Beurteilung der akustischen Qualität von Räumen für Konzerte und für Tonaufnahmen, zumal in der Öffentlichkeit auch nichtkompetente Stimmen verbreitet Gehör finden. Es ist deshalb zu begrüßen, dass der Verfasser den Leser auch mit fachlich nicht immer zu vertretenden Ansichten und Äußerungen von Architekten und Musik journalisten konfrontiert, da deren Einfluss bei Neubauten nicht unterschätzt werden darf. Allerdings sind auch Aussprüche von Musikern mit Bedacht zu interpretieren, da sie oft diplomatisch formuliert sind, um das klangliche Ziel in

freundlicher Stimmung zu erreichen (selbstverständlich war sich Prokofjev bei der Komposition seiner Symphonien in der Mitte des 20. Jahrhunderts durchaus bewusst, wie laut die Hörner im ff klingen). Im Übrigen ist auch die angeblich ständige Steigerung der Lautstärke der Orchester nicht ganz haltbar: Wie neuere Messungen der Schallleistung von historischen und modernen Instrumenten gezeigt haben, gibt es bezüglich des spielbaren Dynamikumfangs nur minimale Unterschiede: Eine für die Zeit Beet hovens typische Orchesterbesetzung erreichte bei einem mittleren forte einen nur um 0,7 dB niedrigeren Schallleistungspegel als eine gleich große moderne Besetzung [1]. Berücksichtigt man dagegen die zunehmende Größe der Säle, so war das Orchester zu Beethovens Zeit mindestens ebenso laut. Einen Lautstärkezuwachs hat dagegen zweifelsfrei die immer umfangreichere Instrumentierung der Bläsersätze gebracht. Hinsichtlich des Frequenzgangs der Nachhallzeit findet man allerdings heute unterschiedliche Präferenzen. Der klassischen Vorstellung eines mehr oder weniger ausgeprägten Anstiegs zu tiefen Frequenzen steht die Meinung gegenüber, dass eine Absenkung der Nachhallzeit zu tiefen Frequenzen Vorteile bringe. Letztere Tendenz wird vor allem von einigen anerkannten – aber keineswegs allen – Tonmeistern vertreten, die sich Aufnahmeräume mit hoher akustischer Transparenz wünschen. Da eine längere Nachhallzeit bei tiefen Frequenzen aber auch ein weicheres Einschwingen des Raumes mit sich bringt, ergibt sich ein runderer Klang als bei schnellerem Einschwingen (und ggf. erforderlicher elektronischer Anhebung der BassRegion in der Aufzeichnung). Im Ganzen sollten aber nicht die unterschiedlichen Anforderungen für einen zufriedenstellenden Klangeindruck am Mikrophon oder beim Zuhörer im Saal verwischt werden. Im vorliegenden Buch wird die These der Absenkung bei tiefen Frequenzen propagiert und so verwundert es nicht, dass als Nachteil der ansonsten als gut eingestuften Berliner Philharmonie nur die fehlende Absenkung bei tiefen Frequenzen erwähnt wird. Ein weiterer Abschnitt dieses Kapitels zeigt Beispiele für die akustische Behandlung mit genauen Angaben über Art, Ausführungsform und Disponierung von schallabsorbierenden Maßnahmen aufgrund praktischer Erfahrungen. Einen Schwerpunkt bilden auch hier die speziell für tiefe Frequenzen oder für Breitbandwirkung entwickelten Absorber. Angefangen bei Versammlungsräumen mit guter Sprachverständlichkeit reihen sich Sporthallen, Unterrichtsräume, Großraumbüros und Maschinensäle aneinan-

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Bücher / Persönliches / Technische Regelsetzung der, in denen die Lärmbelästigung minimiert werden soll. Ähnliches wird auch für Übungsräume im musikalischen Bereich sowie für die besonders schwierige Situation im Orchestergraben von Opernhäusern aufgezeigt. Schließlich runden akustische Messräume mit neuartiger absorbierender Auskleidung die Palette der praktischen Beispiele ab. Im Ganzen ein Buch, das jedem zum Studium zu empfehlen ist, der sich mit der Problematik der Geräuschreduzierung und der Erhöhung des akustischen Komforts in kleinen Räumen wie auch in größeren Sälen auseinandersetzen muss: ein eindringliches Plädoyer für die Dämpfung des Schalls im tiefen Frequenzbereich.

telpunkt seines international tätigen Ingenieurbüros stehen, dem er weiterhin als Geschäftsführer vorsteht. Auer möchte ich die Chance nutzen, im Bereich der energieeffizienten Archi tektur über die Forschung Impulse zu geben. Seit vielen Jahren ist er in der Lehre international aktiv, u. a. an der Universität Yale in New Haven/CT (USA), an der École Spéciale d’Archi tecture (ESA) in Paris (Frankreich), an der Universität Sassari auf Sardinien (Italien) und an der Ryerson University in Toronto (Kanada).

Berufung Lamia Messari-Becker

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Meyer, Braunschweig [1] Detzner, E., Schultz, F., Pollow, M., Wein zierl, S.: Zur Schallleistung von modernen und historischen Orchesterinstrumenten II: Holz- und Blechblasinstrumente. 36. Deutsche Jahrestagung für Akustik DAGA 2010, 15.–18. März 2010, Berlin.

Persönliches Berufung Thomas Auer

Dipl.-Ing. Thomas Auer, Geschäftsführer von Transsolar Energietechnik, tritt zum 15. Januar 2014 die Professur für Ge bäudetechnologie und Bauklimatik an der Technischen Universität München an. Der 48-jährige Ingenieur für Verfahrenstechnik aus Stuttgart wird Nachfolger von Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen. Thomas Auer vertritt am Lehrstuhl künftig die Themenbereiche Gebäudetechnologie und Technische Gebäudeausrüstung sowie innovative Planungsstrategien und Planungswerkzeuge. Im Fokus von Forschung und Lehre stehen klimagerechtes und energieeffizientes Bauen. Hier wird er einen Schwerpunkt auf den Ausgleich von Energieeffizienz, Aufenthaltsqualität und Ökologie legen, und dies auf den ineinandergreifenden Ebenen Stadt/Stadtquartier, Gebäude/ Gebäudetechnologie sowie Form/Materialität. Themengebiete, die auch im Mit-

Ab Februar 2014 übernimmt Frau Dr.Ing. Lamia Messari-Becker an der Fakultät Bildung Architektur Künste der Universität Siegen als W3-Professorin die Leitung des Lehrstuhls Gebäudetechnologie und Bauphysik. Die Professur, im Department Architektur angesiedelt, bündelt die ehemaligen Lehrgebiete Konstruktive Bauphysik und Baustofflehre sowie Technischer Ausbau und Bauökologie. Frau Messari-Becker tritt die Nachfolge von Prof. Dr.-Ing. Hubert Zumbroich (Universität Siegen) sowie Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne (heute an der Leibnitz Universität Hannover) an. Sie übernimmt damit eine zentrale Aufgabe und Einrichtung im Department Architektur. Frau Messari-Becker hat an der Technischen Universität Darmstadt Bauingenieurwesen studiert und dort am FB Bauingenieurwesen und Geodäsie in Zusammenarbeit mit dem FB Wirtschaftsund Volkswissenschaften ihre interdis ziplinäre Dissertation 2006 angefertigt. Von 2009 bis 2014 war sie im Ingenieurbüro Bollinger + Grohmann als Leiterin des von ihr selbst aufgebauten Fachbereichs Nachhaltigkeit und Bauphysik tätig. Ab 2011 war sie Partnerin in diesem international tätigen Ingenieurbüro mit Niederlassungen in Frankfurt am Main, Wien, Paris, Oslo, Melbourne und Berlin. Neben den Planungsfeldern der klassischen Bauphysik (Wärme, Feuchte, Schall, Akustik, Brand) etablierte sie Beratungsfelder rund um die Energie- und Nachhaltigkeitsberatung, einschließlich Nachhaltigkeitszertifizierung und kom-

munale Beratung. Sie blickt auf über 60 nationale und internationale Projekte und Wettbewerbe zurück. Frau Messari-Becker ist gebürtige Marokkanerin und zweifache Mutter. Sie spricht fünf Sprachen und ist in mehreren internationalen Organisationen engagiert. An der Universität Siegen wird es ihr zukünftig darum gehen (müssen), einerseits die Siegener Absolventen neben ihrer Entwurfs- und Konstruktionsstärke mit interdisziplinären Fähigkeiten und Fertigkeiten rund um die Physik und die Technologie des nachhaltigen Planens und Bauens auszustatten und andererseits ihre nationale und internationale Sichtbarkeit und Integrationsfähigkeit in die Arbeitswelt zu fördern. Frau Messari-Becker freut sich nach eigener Aussage auf die Herausforderung, an einem Department mitzuwirken, das Hochbau und Städtebau verbindet und dabei den Fokus u. a. auf den Bestand legt. Die einzigartige Konstellation der Fakultät II Bildung Architektur Künste bietet zudem eine hervorragende Basis für interdisziplinäre Kooperationen sowohl in der Lehre als auch in der Forschung. Sie ist der festen Überzeugung, dass der Erfolg der Energiewende und des Klimaschutzes auch und insbesondere im Umgang mit dem Gebäudebestand entschieden wird und dass wichtige gesellschaftliche Fragestellungen, wie z. B. der demographische Wandel, der Erhalt von Baukultur im Spannungsfeld von Ressourceneffizienz und Identitätsstiftung, etc. nicht zuletzt von Architekten und Ingenieuren maßgeblich beantwortet werden müssen.

Technische Regelsetzung Die wichtigsten Neuerungen der EnEV 2014 Für die am Bau Beteiligten gibt es zahlreiche Reformen, denn das Energiesparrecht wurde von der Bundesregierung an die Vorgaben der EU-Gebäuderichtlinie und die Ziele der Energiewende angepasst. So gilt bereits seit dem 13. Juli 2013 das geänderte Energieeinsparungsgesetz (EnEG). Ab dem 1. Mai 2014 tritt nun auch die novellierte EnEV in Kraft. Beide sind Schritte zu Niedrigstenergiegebäuden, die ab 2019 für neue Behördenbauten und ab dem Jahr 2021 für alle Neubauten zum Standard werden. Mit dem Beschluss der Bundesregierung vom 16. Oktober 2013, die vom Bundesrat geforderten Änderungen an der Novellierung der Energieeinsparverordnung zu übernehmen, wurde das

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Technische Regelsetzung Verordnungsgebungsverfahren erfolgreich abgeschlossen. Die novellierte EnEV tritt sechs Monate nach der Verkündung im Bundesgesetzblatt in Kraft. Wesentliche Inhalte der Novellierung der EnEV 1 Vorgaben für das Bauen –– Angemessene und wirtschaftlich vertretbare Anhebungen der energetischen Anforderungen an Neubauten ab dem 1. Januar 2016 um durchschnittlich 25 Prozent des zulässigen Jahres-Primärenergiebedarfs und um durchschnittlich 20 Prozent bei der Wärmedämmung der Gebäudehülle dem sogenannten zulässigen Wärmedurchgangskoeffizienten. –– Die Anhebung der Neubauanforderungen ist ein wichtiger ZwischenSchritt hin zum EU-Niedrigstenergiegebäudestandard, der spätestens ab 2021 gilt. –– Ab dem Jahr 2021 müssen nach europäischen Vorgaben alle Neubauten im Niedrigstenergiegebäudestandard errichtet werden. Für Neubauten von Behördengebäuden gilt dies bereits ab 2019. Das sieht im Wege einer Grundpflicht das bereits geänderte Energieeinsparungsgesetz, das im Juli dieses Jahres bereits in Kraft getreten ist, vor. Die konkreten Vorgaben an die energetische Mindestqualität von Niedrigstenergiegebäuden werden rechtzeitig bis spätestens Ende 2016 für Behördengebäude bzw. Ende 2018 für alle Neubauten festgelegt. –– Bei der Sanierung bestehender Gebäude ist keine Verschärfung vorgesehen. Die Anforderungen bei der Modernisierung der Außenbauteile sind hier bereits sehr anspruchsvoll. Das hier zu erwartende Energieeinsparpotenzial wäre bei einer zusätzlichen Verschärfung im Vergleich zur EnEV 2009 nur gering. –– Auf Wunsch des Bundesrates wurde die Pflicht zum Austausch alter Heizkessel (Jahrgänge älter als 1985 bzw. älter als 30 Jahre) erweitert. Bisher galt diese Regelung für Kessel, die vor 1978 eingebaut wurden. Nicht betroffen sind Brennwertkessel und Niedertemperaturheizkessel, die einen besonders hohen Wirkungsgrad haben Erfasst werden demnach nur sogenannte Konstanttemperaturheizkessel. Der Anwendungsbereich der Pflicht ist also begrenzt. In der Praxis werden die Kessel ohnehin im Durchschnitt nach 24 Jahren ausgetauscht. Außerdem sind viele selbstgenutzte Ein- und Zweifamilienhäuser von der Pflicht ausgenommen. Hier gilt die bereits seit der EnEV 2002 bestehende Regelung fort, nach der Eigen-

tümer von Ein- und Zweifamilienhäusern, die am 1. Februar 2002 in diesen Häusern mindestens eine Wohnung selbst genutzt haben, von der Austauschpflicht ausgenommen sind. Im Falle eines Eigentümerwechsels ist die Pflicht vom neuen Eigentümer innerhalb von zwei Jahren zu erfüllen. 2 Vorgaben für Energieausweise –– Einführung der Pflicht zur Angabe energetischer Kennwerte in Immobilienanzeigen bei Verkauf und Vermietung: Auf Wunsch des Bundesrates ist Teil dieser Pflicht nun auch die Angabe der Energieeffizienzklasse. Diese umfasst die Klassen A+ bis H. Die Regelung betrifft allerdings nur neue Energieausweise für Wohngebäude, die nach dem Inkrafttreten der Neuregelung ausgestellt werden. Das heißt: Liegt für das zum Verkauf oder zur Vermietung anstehende Wohngebäude ein gültiger Energieausweis nach bisherigem Recht, also ohne Angabe einer Energieeffizienzklasse, vor, besteht keine Pflicht zur Angabe einer Klasse in der Immobilienanzeige. Auf diese Weise können sich die Energieeffizienzklassen nach und nach am Markt etablieren. –– Präzisierung der bestehenden Pflicht zur Vorlage des Energieausweises gegenüber potenziellen Käufern und Mietern: Bisher war vorgeschrieben, dass Energieausweise „zugänglich“ gemacht werden müssen. Nun wird präzisierend festgelegt, dass dies zum Zeitpunkt der Besichtigung des Kaufbzw. Mietobjekts geschehen muss. –– Darüber hinaus muss der Energieausweis nun auch an den Käufer oder neuen Mieter ausgehändigt werden (Kopie oder Original). –– Einführung der Pflicht zum Aushang von Energieausweisen in bestimmten Gebäuden mit starkem Publikumsverkehr, der nicht auf einer behördlichen Nutzung beruht, wenn bereits ein Energieausweis vorliegt. Davon betroffen sind z. B.: größere Läden, Hotels, Kaufhäuser, Restaurants oder Banken. –– Erweiterung der bestehenden Pflicht der öffentlichen Hand zum Aushang von Energieausweisen in behördlich genutzten Gebäuden mit starkem Publikumsverkehr auf kleinere Gebäude (mehr als 500 qm, bzw. ab Juli 2015 mehr als 250 qm Nutzfläche mit starkem Publikumsverkehr). 3 Stärkung des Vollzugs der EnEV –– Einführung unabhängiger Stichprobenkontrollen durch die Länder für Energieausweise und Berichte über die Inspektion von Klimaanlagen (gemäß EU-Vorgabe).

Die neue EnEV und die Frage der Gebäudepräparation bei Luftdichtheitstests Die Neufassung der Energieeinsparverordnung (EnEV) schreibt vor, dass Luftdichtheitstests nach dem sogenannten Verfahren B gemäß DIN EN 13829 vorzunehmen sind. Damit herrscht, wenn die EnEV am 1. Mai 2014 in Kraft tritt, erstmals Klarheit darüber, wie Öffnungen in der Gebäudehülle für eine EnEVSchlussmessung vorbereitet werden sollen. Vermeintliche Klarheit, befürchtet man allerdings beim FLiB e. V. Die Festlegung auf Verfahren B der Messnorm trage „langjähriger Vollzugspraxis Rechnung“, heißt es in der Begründung zur EnEV-Novelle. Doch wie sieht diese Vollzugspraxis tatsächlich aus? Da die EnEV 2009 das Verfahren der Ge bäudepräparation offen lässt, o rientieren sich viele Messdienstleister an einer Auslegung, mit der die Fachkommission Bautechnik der Bauministerkonferenz in die Bresche gesprungen ist: Zwar nennt die Kommission darin ausdrücklich Verfahren B, beschreibt dann aber eine Vorgehensweise, die vom Präparationsverfahren der Norm abweicht. DIN EN 13829 „Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden“ kennt zwei Messvarianten: Bei Verfahren A geht es um die Prüfung eines Gebäudes im Nutzungszustand, während Verfahren B allein auf die Dichtheit der Gebäudehülle abhebt. Vom Messzeitpunkt her sind beide identisch, unterscheiden sich aber darin, wie man für den Test mit absichtlich vorhandenen Öffnungen in der luftdichten Hülle umgeht. Beispiel Rauch- und Wärmeabzüge in Fahrstuhlschächten, die nach Landesbauordnungen einen freien Querschnitt von mindestens 0,1 m2 aufweisen müssen: Während man solche Abzüge in Verfahren A im Nutzungszustand belässt, werden sie für Messungen nach B abgedichtet. Im Wohnbereich wird die ins Freie führende Dunstabzugshaube ebenso behandelt. Das bedeutet, dass Öffnungen, die im Alltag Lüftungswärmeverluste verursachen und für den Energiebedarf eines Gebäudes relevant sein können, in MessErgebnisse nach Verfahren B nicht einfließen. Daher fordern aktuelle Normen zur Luftdichtheit oder energetischen Bewertung von Gebäuden, wie DIN 4108-7 oder DIN V 18599-2, Überprüfungen der Gebäudedichtheit nach Verfahren A, also im Nutzungszustand. Auch ein großer Teil der Messdienstleister ermittelt Kennwerte zur Luftdichtheit nach Verfahren A und zieht diese dann auch für den EnEV-Nachweis heran. Folglich bildet die EnEV 2014 die tatsächliche Vollzugspraxis bei Luftdichtheitstests nur unzureichend ab. Außer-

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Technische Regelsetzung / Aktuell dem stellt sie andere Anforderungen an die Gebäudevorbereitung, als es in der Praxis bewährte Normen vorgeben. Vor diesem Hintergrund rechnet man beim FLiB nicht damit, dass sich mit der neu gefassten Verordnung eine einheitliche Gebäudepräparation durchsetzen wird. Erschwerend komme hinzu, dass selbst innerhalb von Verfahren B Vorgaben unterschiedlich interpretiert werden können. Zahlreiche Diskussionen hätten gezeigt, dass beispielsweise die Formulierung „alle weiteren absichtlich vorhandenen Öffnungen“ in DIN EN 13829 spezifiziert werden müsse, um einer einheitlichen Gebäudepräparation näher zu kommen. Dieses Ziel verfolgt eine branchenübergreifend abgestimmte Checkliste, für die der Fachverband sich ausspricht – im Idealfall als Anhang zu einer weiteren EnEV-Novelle. Sie sollte die Präparation aller denkbaren Gebäudeöffnungen so weit konkretisieren, dass sie de facto einheitlich erfolgt und auf dieser Grundlage durchgeführte Messungen wirklich vergleichbare Werte liefern können. Noch besser wäre, die Gebäudeluftdichtheit von vornherein nach dem Verfahren A zu messen. Solche Messungen im Nutzungszustand liefern realistischere Daten zum Einschätzen von Lüftungswärmeverlusten und Energiebedarf. Sie sind außerdem kostengünstiger, weil die Gebäudevorbereitung weniger Aufwand erfordert. Weitere Informationen: Dipl.-Ing. (FH) Oliver Solcher Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (FLiB) Kekuléstr. 2–4 12489 Berlin Tel. +49(0)30/63 92 53 94 E-Mail: info@flib.de

Aktuell Innovationspreis Schaumkunststoffe 2013 für Dämmmaterial Der Innovationspreis Schaumkunststoffe 2013 des Fachverbandes Schaumkunststoffe und Polyurethane FSK e.V. ehrt kreative Produktideen und Entwicklungen von Nachwuchstalenten. Generell sind bei Schaumkunststoffen die Ideen und Innovationen aus dem Bereich der Grundlagenforschung eher selten. „So viele unterschiedliche und hochinteressante Bewerbungen um den Innovationspreis Schaumstoffe haben wir in der zweiten Auflage dieser Preisausschreibung nicht erwartet.“ beschreibt Rüdiger Simon, Mitglied des

Vorstandes und der Jury zum Innova tionspreis, die diesjährigen Bewerbungen von Studenten und Unternehmen. Die Reduzierung des HeizenergieVerbrauchs ist von großer Bedeutung. Kunststoff-Schäume haben eine Schlüsselrolle für die effiziente Dämmung von Gebäuden. Zwei Projekte von Studierenden und Nachwuchskräften zur Optimierung von Dämmungen wurden ausgezeichnet, jeweils mit 1500 € dotiert. Überreicht wurden die Preise auf der Fachtagung Polyurethane 2013 am 3. De zember 2013 in München. Ein Preisträger ist das Projekt „BioFoamBark“ unter der Leitung von Prof. Antonio Pizzi und Prof. Marie- Pierre Laborie Ph.D. Das Forschungs team der Universität Freiburg (Ricarda Böhm, Clément Lacoste, Danny Garcia Marrero) hat biobasierte Hartschäume aus Rindenextrakt als Dämmmaterial für Gebäude entwickelt. Diese Hartschäume werden überwiegend aus Tanninen und Furfurylalkohol gewonnen, so dass das Endprodukt zu über 80 % aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Tannin ist ein Bestandteil der Holzrinde von Nadelbäumen und normalerweise ein Abfallprodukt der Holzindustrie. Die so hergestellten Hartschäume weisen ähnliche Wärmeleitfähigkeiten wie konventionelle Dämmmaterialien auf und sind nicht brennbar. Der FSK zeichnete weiterhin ein Projekt aus, beim dem an einem neuartigen Dämmmaterial gearbeitet wird. Jungen Wissenschaftlern der Universität Bayreuth und des Freiburger Materialforschungszentrums FMF (Chimezie Oko lieocha, Sabrina Kerkling, Thomas Köppl, Folke Johannes Tölle) gelang es unter Anleitung von Prof. Dr. Rolf Mül haupt und Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt durch Zugabe von Nanoteilchen aus Graphenen im Polystyrol die Wärme leitfähigkeit von extrudiertem Polystyrol-Hartschaum (XPS) deutlich zu reduzieren. Durch die Zugabe von Graphenen verkleinern sich die Hohlräume und die Wärmeleitung nimmt deutlich ab. Zudem sinkt aufgrund der GraphenPlättchen der Durchgang von InfrarotStrahlung. Infrarote Strahlung. In der Kategorie „Forschung & Entwicklung“ verlieh der FSK den Innova tionspreis an Cyrano Bergmann, Univer sität Münster für das Projekt „Erzeugung von Übergangsstrahlung in Schaumkunststoffen“. Hier wird der circa 500 m2 große Übergangsstrahlungsdetektor (TRD,) entwickelt, der für das zukünftige CBM Experiment (Compressed Baryonic Matter) beim internationalen Forschungszentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt notwendig ist. Es wird erforscht, wie Schaumkunststoffe zur Erzeugung

Bild 1. Ein Schaumstoffteil hergestellt aus Baumrinde von Röntgenphotonen als mögliche Alternative zu bisher üblichen Folienradiatoren dienen können. Geladene Teilchen (Elektronen) werden mit hochrelativistischer Geschwindigkeit durch einen Block Polyethylenschaum von geringer Dichte geschossen. Sind die Elektronen hinreichend schnell, kann an den Grenzflächen im Schaum Röntgenstrahlung (= Übergangsstrahlung, TR) entstehen. Die Eigenschaften der Übergangsstrahlung werden bestimmt durch die Struktur des Schaums. Die Produktion von Übergangsstrahlung in Schaumfolienradiatoren kann mit klassischen Folienradiatoren gleichziehen. Vorteile sind die mechanische Stabilität und der günstigere Beschaffungspreis. Ein Schaumfolienradiator ist eine Option für den Übergangsstrahlungsdetektor am zukünftigen CBM Experiment bei FAIR in Darmstadt. Bis 2017 entsteht dort am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung eine neue Teilchenbeschleunigeranlage, die weltweit einzigartige Experimente ermöglichen wird. Weiterhin wurden zwei Unternehmen mit FSK-Urkunden für eine Produktidee und ein innovatives Herstellungsverfahren geehrt. Weitere Informationen: Fachverband Schaumkunststoffe und Polyurethane FSK e. V. Stammheimer Str. 35 70435 Stuttgart Tel. +49(0)711/9937510 Email: fsk@fsk-vsv.de www.fsk-vsv.de

Erweiterung des Master Online Bauphysik um zehn Module Die Bauphysik befindet sich im Spannungsfeld eines rasanten Fortschritts der Bautechnik, zunehmender Nutzeransprüche und steigender funktionaler Anforderungen an Bauwerke. Diese Entwicklung erfordert eine idealerweise berufsbegleitende Weiterbildung von im Bausektor tätigen IngenieurINNEN und ArchitektINNEN. Die Fraunhofer Academy bie-

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Aktuell/Veranstaltungen tet in Kooperation mit dem FraunhoferInstitut für Bauphysik IBP und der Universität Stuttgart den Studiengang Master Online Bauphysik an. Dieser wird nun um zehn Module aus den Bereichen Bauen im Bestand, bauphysikalische Sanierung und Risikobaustoffe ergänzt. Die neuen Module des Online Master Bauphysik werden von der Universität Stuttgart in Kooperation mit Experten des Fraunhofer IBP ausgearbeitet und dem Studiengang vorgeschaltet. Es ist beabsichtigt, dass Bewerber, die die Zugangsvoraussetzungen nicht erfüllen, durch das Belegen der Module ihre Zulassung zum Studiengang erhalten können. Die Entwicklung der Module erfolgt im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „mint.online“ und wird darüber hinaus auch von den Europäischen Sozialfonds unterstützt. Weitere Informationen: http://www.academy.fraunhofer.de/de/ energie_nachhaltigkeit/bauphysik.html

Veranstaltungen Sachkundiger Planer für Schützen, Instandsetzen und Verstärken von Stahlbeton (Zertifikatslehrgang in 3 Modulen) 24. Februar bis 10. April 2014, Ost fildern Informationen/Anmeldung: Technische Akademie Esslingen e.V. Patrizia Zink Tel. +49(0)711/34008-99 info@tae.de Brandschutznormung und Ingenieurmethoden im Brandschutz 10. und 11. März 2014, Ostfildern Informationen/Anmeldung: Technische Akademie Esslingen e.V. Patrizia Zink Tel. +49(0)711/34008-99 info@tae.de DAGA 2014 – 40. Jahrestagung für Akustik 10. bis 13. März 2014, Oldenburg Informationen/Anmeldung: www.DAGA2014.de 5. Internationaler Holz[Bau]PhysikKongress 20. und 21. März 2014, Leipzig Informationen/Anmeldung: www.holzbauphysik-kongress.eu

EnOB-Symposium 2014 „Innovationen in Neubau und Sanierung“ 20. und 21. März 2014, Essen Informationen/Anmeldung: www.enob.info Sitzungen des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser Kostengünstige Lüftungslösungen für den Wohnbau 21. März 2014, Darmstadt Planungs- und Umsetzungshilfen für Passivhaus-Nichtwohngebäude 26. September 2014, Darmstadt Informationen/Anmeldung: www.passiv.de/de/06_fortbildung/01_ akkp/01_akkp.htm Schallschutz in Gebäuden (DIN 4109) 1. April 2014, Leipzig 4. November 2014, Stuttgart Informationen/Anmeldung: DIN-Akademie im Beuth Verlag Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin Tel. +49(0) 30/2601-2518 dinakademie@beuth.de Gebäudeenergieeffizienz – Erneuerbare Energien, Trends, Wirtschaftlichkeit 27. Mai 2014, Hannover 4. November 2014, Ismaning Informationen/Anmeldung: DIN-Akademie im Beuth Verlag Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin Tel. +49(0) 30/2601-2518 dinakademie@beuth.de

Call for Papers BauSIM 2014 „Gebäude für Menschen“ 22. bis 24. September 2014, Aachen Informationen/Anmeldung: http://bausim2014.ibpsa-germany.org bausim2014@ibpsa-germany.org Abgabetermin: 31. März 2014

Messen/Kongresse 18. Internationale Passivhaustagung 2014 25. und 26. April 2014, Aachen Themen: - Passivhaus im Nichtwohnungsbau - EnerPHit-Sanierungen Wohn- und Nichtwohngebäude - Beispielprojekte - Neue Produkte und Komponenten für das Passivhaus - Sanierungslösungen für erhaltenswerte/geschützte Gebäude - Energieeffiziente Gebäudetechnik - Wohnungsbau: Geschosswohnbau, Reihenhäuser, EFH - Neues aus Forschung und Entwicklung - Passivhaus und Erneuerbare Energien Informationen/Anmeldung: www.passivhaustagung.de

FIW-Wärmeschutztag 2014 5. Juni 2014, München

ICBEST 2014 – Building for a Changing World 9th to 12th June 2014, Aachen

Informationen/Anmeldung: www.waermeschutztag.de

Information/Organizer http://icbest.de

Sommerlicher Wärmeschutz 1. Juli 2014, Ismaning

ASHRAE 2014 Annual Conference 28th June to 2nd July 2014, Atlanta, USA

Informationen/Anmeldung: DIN-Akademie im Beuth Verlag Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin Tel. +49(0) 30/2601-2518 dinakademie@beuth.de Energieeffiziente Planung von Gewerbe- und Hallenbauten sowie deren Betrieb 9. Oktober 2014, Stuttgart Informationen/Anmeldung: DIN-Akademie im Beuth Verlag Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin Tel. +49(0) 30/2601-2518 dinakademie@beuth.de

Topics: –– Indoor Environment – Health, Comfort and Productivity –– Ground Source Heat Pumps State of the Art: Design, Performance and Research –– Installation, Commissioning, Operation, Maintenance of Existing Buildings –– Refrigeration –– Standards, Guidelines and Codes –– Professional Skills Information/Organizer www.ashrae.org/seattle

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Arbeiten_in_Ungarn_Arbeiten_in 15.01.14 12:38 Seite 1

Arbeiten in … Ungarn „Am Ende wurde immer eine Win-win-Situation erreicht“ Dipl.-Ing. Architekt Burkhard Junker, Geschäftsführer bei OBERMEYER Planen + Beraten GmbH

(Bilder: Burkhard Junker)

Dipl.-Ing. Architekt Burkhard Junker, Geschäftsführer bei OBERMEYER Planen + Beraten GmbH

Luftbild Zentrum Györ

1. Für den Bau des derzeit modernsten Audi-Werks im ungarischen Györ waren Sie von Anfang an dabei. Könnten Sie das Projekt und den Bauablauf kurz schildern? Wir haben bereits 2009 begonnen für Audi in mehreren osteuropäischen Ländern Standorte und Machbarkeit zu untersuchen. Die Wahl fiel dann auf Györ in Ungarn, wo Audi bereits ein Produktionswerk besitzt, und nun ein weiteres Werk errichten wollte. 2011 erhielten wir dann den Zuschlag für einen Generalplanungsauftrag für Montagehalle und Karosseriebau. Die Planungs-, Genehmigungs- und Ausführungszeit waren gewohnt sehr knapp. Die permanenten Planungsvorgaben vom Bauherrn verlangten von uns immer wieder schnelle Reaktion und Änderung der Abläufe, ohne den Fertigstellungstermin zu gefährden. Die Ausführung erfolgte fast ausschließlich mit ungarischen Firmen, und wir hatten dabei auch noch keine Erfahrung aus vorangehenden Projekten. Qualität, Kosten und Termin, die Vorgaben von unserem Bauherrn waren klar definiert, aber bei den ungarischen Firmen vielleicht nicht so priorisiert. Allerdings bekam das Projekt eine interessante Eigendynamik. Klar war allen, dass der Fertigstellungstermin absolute Priorität hatte und niemand Schuld sein wollte, sollte dieser nicht gehalten werden können. So entstand zwischen Bauherrn, Planern, Projektsteuerern und auch Ausführenden eine regelrechte Partnerschaft. Zudem ist Györ so klein, dass man sich unweigerlich abends auch in den wenigen einschlägigen Restaurants am Marktplatz traf, und so auftretenden Problemen kaum aus dem Wege gehen konnte. Wir haben das Projekt Mitte 2013 dann termingerecht übergeben und fast der gesamte Vorstand von VW und Audi als auch wichtige Vertreter bis hin zum Regierungspräsidenten waren zugegen, um dieses Werk dann voller Stolz zu eröffnen. 2. Fielen Ihnen durch Kultur und Mentalität bedingte Unterschiede auf? Uns Deutschen gar nicht so unähnlich, sind die Ungarn jedoch sehr stolze Menschen und lassen sich nicht gerne unter Druck setzen. Terminsetzungen entgegnen sie gerne mit Gelassenheit. Jedoch das Gesicht will dann auch keiner verlieren, und so wurden schon unmöglich geglaubte Termine am Ende immer eingehalten. Die Einwohner von Györ sind den Deutschen gegenüber immer sehr aufgeschlossen gewesen, da Audi immerhin einer der größten Arbeitgeber der Region ist. In vielen Restaurants und Hotels wird eher Deutsch als Englisch gesprochen. Viele junge Kollegen arbeiten zudem auch im Ausland, was zu entsprechenden Abwanderungen gerade dieser jungen, wichtigen Menschen aus dem Land führt.

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WISSENSWERTES ZUM UNGARISCHEN BAU-ARBEITSMARKT IM ÜBERBLICK: – erforderliche Papiere: durch die EU reicht hier der Personalausweis – praktische Hinweise für Einreise und Alltag: Die Einreise mit dem PKW ist bestens erschlossen, lediglich auf die Vignette muss man achten, sonst wird es teuer. Mit dem Flugzeug über Budapest ist man dann schon wesentlich weiter im Landesinneren – offene Stellen in welchen Bereichen: Am meisten gesucht sind Arbeitskräfte im Bereich Dienstleistung, dann folgt sicher die Landwirtschaft – Gehälter: Die Gehälter für Ingenieure liegen so zwischen 1.000 und max. 2.000 €, die soziale Absicherung ist allerdings nicht mit der deutschen vergleichbar – Steuern: Die steuerliche Belastung bezogen auf die Einkommenssteuer liegt unter der deutschen, die Mehrwertsteuer ist höher – interessante Links http://www.ahkungarn.hu/fileadmin/ ahk_ungarn/Dokumente/Bereich_RSI/ Steuern_in_Ungarn_2013.pdf https://audi.hu/de/profil/gyarbovites/ kepek/11_Neues_Fahrzeugwerk/

Letzte Fassadenmontage vor „Halle dicht“ am 23.12.2012

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Arbeiten_in_Ungarn_Arbeiten_in 15.01.14 12:38 Seite 2

Arbeiten in … Ungarn

Rathaus Györ

Flugoldtimer mit stellvertretender Oberbauleiterin

Fassadenausschnitt

3. Können Sie etwas zur Mitarbeiter-Struktur in Planungsbüros und Bauunternehmen und den sich daraus ergebenden Arbeitsverhältnissen erzählen? Gerade die Ingenieurbüros arbeiten verstärkt mit freien Mitarbeitern, koordiniert durch eine kleine Stammmannschaft. Das führt einerseits zu einem sehr flexiblen Aufbau von Ressourcen, andererseits aber auch zu hoher Fluktuation. Die Stundenlöhne sind niedrig und umkämpft, so dass die Kollegen bei wenig besseren Angeboten auch gerne mal auf der anderen Seite, für einen anderen Auftraggeber arbeiten. Eine „Jobgarantie“ gibt es nicht. Läuft es mal schlecht, müssen die Kollegen nehmen, was immer es wo immer gibt. Teils arbeiten die Ingenieure auf der Planerseite und am Wochenende dann auch für die ausführenden Firmen, was im Rahmen einer Bauüberwachung auch schon mal zu persönlichen Interessenskonflikten führen kann. Hier nun im Sinne des Bauherrn zu verhandeln, führt dann unweigerlich zu Konflikten, die mit viel Fingerspitzengefühl und auch auf der Ebene der Ehre gelöst werden können – am Ende wurde aber immer eine Win-win-Situation erreicht. 4. Gab es Unterschiede im Umgang mit den üblichen Schwierigkeiten in Sachen Termindruck, Qualitätssicherung o.Ä.? Bei der Frage der Qualität muss man mit Abstrichen sicherlich leben, aber am Ende zählt eine funktionierende Fabrik. Termindruck nach deutschem Verständnis aufzubauen, war nicht möglich, jedoch wollte kein ungarischer Unternehmer gegenüber der Konkurrenz aus den anliegenden Ländern das Nachsehen haben und die Fertigstellung gefährden. Oft war es den Ungarn durch eine kurzfristige Erhöhung der Mitarbeiterzahl möglich, Terminverzüge quasi über Nacht aufzuholen und auch die gewünschte Qualität zu erreichen. Ebenso arbeiteten die Kollegen in wichtigen Phasen 7 Tage und rund um die Uhr. Zum Teil ist hierbei aber auch der sensible Umgang mit den daraus resultierenden Beschleunigungskosten wichtig. Kommt man ihnen entgegen, so lassen sie anderweitig auch mal sieben gerade sein und springen auch für Kollegen ein. Diese Dynamik habe ich in anderen Ländern nur selten erlebt. 5. Könnte Sie als jemand, der schon in vielen Teilen der Welt gebaut hat, ein weiteres Projekt in Ungarn reizen? Ungarn ist sehr schnell über Wien oder Budapest erreichbar und das Autobahnnetz ist bestens ausgebaut. Die Sommer sind sehr warm und die Winter oft sehr kalt und windig. Kulturell sind uns die Ungarn sicher relativ nah. Gastfreundschaft wird groß geschrieben und auch sprachlich gab es neben Deutsch zahlreiche Menschen mit Englischkenntnissen. Das Verständnis für Projekte ist dem unsrigen sehr ähnlich und somit lässt sich auch ein hoher Anspruch umsetzen. Ich würde jederzeit wieder ein Projekt in Ungarn angehen.

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Luftbild neue Werke

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AUF EIN WORT

Wenn man in Wien landet und mit dem Leihwagen nach Györ fährt, fällt bereits ab der Grenze auf, dass die Autobahnen deutlich besser in Schuss sind als in Österreich. Auch war der Kauf der Vignette und der damit verbundenen Überwachung dergleichen moderner als in anderen europäischen Ländern. Mittels Kameraüberwachung und Scannen des Nummernschildes konnte die Zahlung der Gebühr überprüft werden. In Deutschland ist diese Diskussion vergleichsweise in den Kinderschuhen. In Györ selbst ist allerdings die Zeit noch ein wenig stehen geblieben. Wir übernachteten in der Regel in einem ehemaligen Kloster nahe der Innenstadt. Die Zimmer waren sehr antiquiert und einfach, doch die Freundlichkeit der Betreiber half über vieles hinweg. Weitere nennenswerte Alternativen zum Übernachten gab es eigentlich nicht. Wenn wir abends zum Essen gingen oder auch am Wochenende, gab es nicht viele Möglichkeiten in Györ seine eigenen Wege zu gehen. So blieb es nicht aus, dass unser Oberbauleiter seinen selbstgebauten Doppeldecker-Oldtimer nach Györ flog und hier wechselseitig einige Kollegen mitnahm auf Rundflüge über die Baustelle oder auch durch das Landesinnere. Somit war wenigstens eine Fluchtmöglichkeit in die Luft geschaffen ... Nachdem über 3.000 zusätzliche Arbeitsstellen im neuen Werk für junge Menschen geschaffen wurden, herrscht in Györ sicher ein enger Verbund zwischen den Audianern. Schulen, Sportvereine, aber auch andere Einrichtungen sind geprägt von den 4 Ringen. Hier eine gewisse Parallelität zum Rest von Ungarn auszumachen, ist vor diesem Hintergrund sicher verzerrend.

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Impressum Die Zeitschrift „Bauphysik“ veröffentlicht Beiträge aus den Bereichen Wärme, Feuchte, Schall, Brand, Stadtklima sowie der Licht- und Solartechnik, der Heizungs-und Lüftungstechnik, der ratio nellen Energieanwendung mit besonderem Bezug auf die bauphysikalischen Grundlagen, auf innovative Lösungen bei Berechnung, Konstruktion und Ausführung und damit im Zusammenhang stehende Fragestellungen. Verlag: Wilhelm Ernst & Sohn – Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel. +49(0)30/47031-200, Fax +49(0)30/47031-270, info@ernst-und-sohn.de, www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRA 33115B Persönlich haftender Gesellschafter: Wiley Fachverlag GmbH, Weinheim Amtsgericht Mannheim: HRB 432736 Geschäftsführer: Karin Lang, Bijan Ghawami Steuernummer: 47013/01644, Umsatzststeueridentifikationsnummer: DE 813496225

Die in der Zeitschrift veröffentlichten Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbe sondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, verwendbare Sprache übertragen werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk oder Fernsehsendung bleiben vorbehalten. Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder Gebrauchsnamen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden, sind nicht als frei im Sinne der Markenschutz- und Warenzeichen-Gesetze zu betrachten, auch wenn sie nicht eigens als geschützte Bezeichnungen gekennzeichnet sind. Hinweise zu Manuskripten: www.ernst-und-sohn.de/service Aktuelle Bezugspreise: Die Zeitschrift „Bauphysik“ erscheint mit 6 Ausgaben pro Jahr. Neben „Bauphysik print“ steht „Bauphysik online“ im PDF-Format über den Online-Dienst Wiley Online Library im Abonnement zur Verfügung. Alle Preise sind Nettopreise. Das Abonnement gilt zunächst für ein Jahr. Es kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugsjahresendes schriftlich gekündigt werden. Das Abonnement verlängert sich um ein weiteres Bezugsjahr ohne weitere schriftliche Mitteilung. Spezielle Angebote und Probeheftanforderungen unter: www.ernst-und-sohn.de

Wissenschaftlicher Beirat: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Nabil A. Fouad, Leibniz Universität Hannover, Hannover Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. habil Dr. h. c. mult. Dr. E. h. mult. Karl Gertis, Holzkirchen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser, TU München, München Prof. Dr.-Ing. Hans-Gerd Meyer, Berlin

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Bauphysik 36 (2014), Heft 1

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Vorschau

Themen Heft 2/2014

Mani Zargari Entwicklung eines energieeffizienten Betriebskonzeptes für ein Atrium gebäude Der Einfluss von Atrien auf den Energieverbrauch und den thermischen Komfort eines Gebäudes ist umstritten. Neben geeigneten konstruktiven Randbedingungen kommt dem Energie- und Belüftungskonzept eines Atriumgebäudes sowie seiner Umsetzung in der Ge-

bäudeleittechnik erhebliche Bedeutung zu. Anhand der erfolgreichen Implementierung von Optimierungsmaßnahmen an dem Hauptgebäude der LBS Nord in Hannover-Kronsberg mit einem begleitenden messtechnischen Monitoring wird demonstriert, wie sich unterschiedliche Betriebskonzepte auf die Energieeffizienz und den thermischen Komfort auswirken. Kai Schild Neue Temperatur-Korrekturfaktoren für erdberührte Bauteile bei Energie effizienzberechnungen Transmissionswärmeverluste über erdberührte Bauteile werden allgemein gemäß DIN EN ISO 13370 berechnet. Als Alternative und Vereinfachung werden in DIN V 4108-6 und DIN V 18599-2 Temperatur-Korrekturfaktoren eingeführt. Beide Rechenansätze führen oft zu erheblich voneinander abweichenden Ergebnissen. In diesem Artikel werden die Ergebnisse einer Parameterstudie gezeigt, die zur Quantifizierung der Größenordnung der Abweichungen durch-

geführt wurde. Ferner wird eine Tabelle mit neuen Temperatur-Korrekturfaktoren gezeigt, die für die Nutzung bei Energieeffizienzberechnungen vorgeschlagen werden. Bernhard Weller, Marc-Steffen Fahrion, Sebastian Horn, Anne-Mareen Pfuhl Doppelfassaden im Zeichen des Klimawandels Doppelfassaden können in Bezug auf den winterlichen Wärmeschutz einen enormen Beitrag zur Senkung des Primärenergiebedarfs leisten, wobei allerdings deren Verhalten hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes zu beachten ist. Mit Hilfe von Gebäudesimulationen wird der Einfluss des Klimawandels auf verschiedene Doppelfassadentypen anhand relevanter Parameter, wie z. B. Heiz- und Kühlenergiebedarf, beziffert und bewertet.

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Jochen Scheck, Emre Taskan, HeinzMartin Fischer, Christoph Fichtel Schallschutz von entkoppelten Massiv treppen – Teil 2 Zur Verbesserung der Trittschalldämmung von Massivtreppen werden diese mit elastischen Auflagern vom Gebäude entkoppelt. Der Vorschlag zu einem Labor-Prüfverfahren, welches Daten liefert, die eine Beurteilung und einen Vergleich der akustischen Qualität von Produkten ermöglichen, wurde in Teil 1 vorgestellt. Dieser Artikel hat die Übertragbarkeit auf Bausituationen, insbesondere die Prognose, zum Gegenstand.

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Raumakustik und Schallschutz Lärmschutz, Schallschutz und Raumakustik sind wichtige Qualitätskriterien bei der Bewertung von Gebäuden bzw. Räumen in allen Kategorien. Mangelhafter Schallschutz in fertiggestellten Gebäuden, meist Wohnbauten, ruft immer wieder Anwälte und Gutachter auf den Plan, und es besteht Unsicherheit darüber, welcher Schallschutz nach „dem Stand der Technik“ bzw. welcher erhöhte Schallschutz geschuldet ist.

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In der neuen Ausgabe des Bauphysik-Kalenders geben die anerkannten Fachleute und Mitarbeiter in den Normungsgremien Hintergrundinformationen und Erläuterungen zur bevorstehenden Neuausgabe von DIN 4109, zu VDI 4100 sowie zum Schallschutz in Europa. Die Weiterentwicklung des baulichen Schallschutzes ist geprägt von geänderten Mess- und Beurteilungsverfahren, insbesondere aber von neuen Berechnungsverfahren für Schallschutzprognosen. Der Normentwurf E DIN 4109 Teil 2 „Rechnerische Nachweise der Erfüllung der Anforderungen“ und die Teile 31 bis 36 mit den „Eingangsdaten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog)“ wurden im November 2013 veröffentlicht. Die Vorschläge zu erhöhten Anforderungen sind nun Bestandteil eines Beiblattes. Die Relevanz der verschiedenen Regelwerke auf öffentlich-rechtlicher bzw. privatrechtlicher Ebene wird diskutiert und erläutert.

Weitere Zeitschriften- / Buchempfehlungen: Zeitschrift Bauphysik Nachhaltigkeit und Energieeffizienz

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