Dämmung erdberührter Bauteile

Einfluss auf die Wärmeströme, normative Grundlagen und Dämmstärken

Bei der energetischen Betrachtung der Hüllflächen eines Gebäudes sind die erdberührten Bauteile ein Sonderfall. Da diese Bauteile, Wand und Bodenplatte, nicht an Luft angrenzen, sondern an Erdreich, erfahren die Wärmeströme eine Dämpfung aus dem beheizten Bauwerk heraus. Dabei wird der verzögernde Einfluss des umgebenden Erdreiches im Jahresgang spürbar. Zudem werden die Temperaturen in den Bauteilen durch den direkten Kontakt zur kalten Außenluft nicht beeinflusst. Neben diesen Faktoren besitzt zusätzlich die Einbindetiefe in das Erdreich einen wesentlichen Einfluss auf die Wärmeströme aus dem Gebäude in die Umgebung.

Gallerie

Im Kontext zu allen sonstigen Teilflächen der Gebäudehülle gesehen, betragen die Wärmeverluste der erdberührten Bauteile bei einem Wohnhaus ca. 10 %.

Abb. 1: Überschlägige Aufteilung der einzelnen Teilflächen eines Wohngebäudes an den gesamten Wärmeverlusten

Normative Grundlagen
Die besonderen Bedingungen von erdberührten Bauteilen werden in der Anwendung der Energieeinsparverordnung, der DIN V 18599-2 und der DIN 4108-6, Anhang E, bei Nichtwohngebäuden offensichtlich. Als Kenngrößen nach DIN 4108-6 werden bei mehrdimensionaler Wärmeleitung in den Berechnungen berücksichtigt:

P       Umfang der Bodenfläche [m]
AG
   Grundfläche [m² ]
h
k      Tiefe [m]

Auf dieser Grundlage wird der Temperaturkorrekturfaktor Fx ermittelt. Dieser besondere Umstand spiegelt sich auch in den Werten der Tabelle 5 der DIN V 18599-2 wider, die die Berechnungswerte der Temperaturkorrekturfaktoren von Bauteilen aufführt. Hier werden für den anzusetzenden Wert nicht nur die Dämmvarianten mit Randdämmstreifen von 5,00 m Breite oder der vertikalen Dämmung gegen Erdreich eingeführt, sondern zugleich auch eine Gewichtung der Bauteile des unteren Gebäudeabschlusses . Dies geschieht über den rechnerischen Ansatz:

B’= AG / (0,5 ∙ P)

Im normativen Standardfall darf für das Erdreich eine Wärmeleitfähigkeit von λE = 2,0 W/(mK) angenommen werden. Liegen genauere Angaben zur Art des Erdreiches vor, kann die tatsächliche Wärmeleitfähigkeit angesetzt werden. Neben dem Einfluss des Erdreiches auf die Wärmeströme muss der Grundwasserstand bewertet werden. Dies ist aber nur der Fall, wenn der Grundwasserstand hoch liegt und eine relativ hohe Fließgeschwindigkeit vorhanden ist. In diesem Fall darf der Temperaturkorrekturfaktor Fx pauschal um 15 % erhöht werden.

Zusätzlich fließen in die Berechnung der erdberührten Bauteile die Wärmeübergangswiderstände ein. Raumseitig gilt für die Bodenplatte Rsi  = 0,17 (m² K/W) bzw. Rsi = 0,13 (m² K/W) bei vertikalen Bauteilen. Für den äußeren Wärmeübergangswiderstand aus dem Erdreich auf das Bauteil ist Rse = 0,00 (m² K/W) anzusetzen.

Klima und Jahresgang
Die jahreszeitlichen Temperaturunterschiede im Außenbereich haben unmittelbaren Einfluss auf die Temperaturen im Erdreich: Es kommt zu einer jahreszeitlich bedingten Phasenverschiebung, was aus der Fähigkeit des Erdreiches resultiert, Wärme zu speichern bzw. verzögert abzugeben. Dabei ist die Tiefe der Schichten im Erdreich von Bedeutung. Je weiter die Schicht von der Geländeoberkante entfernt ist, desto größer ist der Einfluss der Phasenverschiebung bzw. umso geringer ist der Einfluss der Temperatur der Außenluft. In den oberflächennahen Schichten des Erdreiches ist zusätzlich noch der kurzzeitige Einfluss der solaren Erwärmung spürbar, der jedoch keinen wesentlichen Einfluss in den Wintermonaten auf tief liegende Schichten hat. In den Rechenansätzen wird dieser solare Einfluss nicht berücksichtigt.


Abb. 2: Jahresgang der mittleren Lufttemperatur und der Temperaturen im Erdreich bei unterschiedlichen Tiefen nach DIN 4710

Anwendung und Energieeinsparverordnung
Während es bei Wohngebäuden gängige Praxis geworden ist, ein Gebäude allseitig auf den Außenseiten zu dämmen, lassen die Normen bei Nichtwohngebäuden Ausnahmen zu. Hier muss nicht zwangsläufig das gesamte erdberührte Bauteil mit einer Dämmung nach Energieeinsparverordnung gedämmt werden. Die Anlage 2 der EnEV regelt die detaillierte Anwendung für Nichtwohngebäude. Unter Punkt 2.3 der Anlage 2 wird darauf hingewiesen, dass der Wärmedurchgangskoeffizient eines Bauteils gegen Erdreich mit dem Faktor 0,5 zu gewichten ist, was aus dem phasendämpfenden Einfluss des Erdreichs resultiert und positiven Einfluss auf die Bilanzierung hat.

Weiterhin können Flächen gegen Erdreich, die weiter als 5,00 m von den Gebäudeaußenkanten entfernt sind, in der Bilanzierung unberücksichtigt bleiben. Dies gilt jedoch nur für Nichtwohngebäude, wie zum Beispiel Logistik-, Produktions-, Sport- oder Schwimmhallen oder ähnliche Bauwerke. Gemäß der Auslegung XIX-5 des DIBt zur Energieeinsparverordnung kann alternativ zu dem 5,00 m breiten Dämmstreifen am Rand auch eine 2,00 m tiefe senkrecht aufgebrachte Dämmung eingebaut werden. Nach dieser Auslegung des DIBt ist diese Art der Dämmung dem horizontalen Dämmstreifen nahezu gleichzusetzen. Dabei sind natürlich die Vorgaben der tabellierten U-Werte einzuhalten.

Abb. 3: Schematische Darstellung eines Grundrisses einer Bodenplatte eines Nichtwohngebäudes mit 5,0 m Randdämmstreifen

Grundsätzlich muss jedoch immer der Mindestwärmeschutz auf den Anwendungsfall bezogen eingehalten werden, der den Schutz des Bauwerks und die hygienischen Mindestanforderungen sicherstellt.


Abb. 4: Darstellung der Isothermenverläufe bei einer ungedämmten Betonkonstruktion, die bis ca. 2,00 m unter Oberkante Gelände einbindet (Darstellung nach den stationären Randbedingungen der DIN 6946 mit -5 °C Außenlufttemperatur und +10 °C im Erdreich): Unter der Bodenplatte bildet sich eine Wärmelinse aus; die oberflächennahen Schichten des Erdreichs stehen im Einfluss der geringen Temperaturen der Außenluft


Abb. 5: Die gleiche Konstruktion und Einbindetiefe in das Erdreich, jedoch ergänzt mit einer vertikalen, 140 mm dicken Dämmung mit λ = 0,035 W/(mK) auf der erdberührten Wand; die reduzierten Wärmeströme aus dem Gebäude führen dazu, dass das Erdreich stärker auskühlt.

Abb.6: Beheiztes und flachgründendes Gebäude mit gedämmtem Streifenfundament und einem Randdämmstreifen bis 5,00 m unter der Bodenplatte; die geringe Außentemperatur mit -5 °C hat auf den ungedämmten mittleren Bereich keinen bedeutenden Einfluss mehr.

Für Wohngebäude gilt die Ausnahmeregelung zur Anwendung von 5,00 m breiten Randdämmstreifen bzw. 2,00 m vertikaler Dämmebene nicht. Aufgrund der geringeren Gebäudetiefe von Wohnbauten hätte diese Auslegung kaum Einfluss auf die Ausführung und den Komfort der Bauwerke. Interessant ist an dieser Stelle trotzdem, dass seitens des Gesetzgebers eine Unterscheidung bei den Anforderungen an Wohngebäude oder Nichtwohngebäude getroffen wurde, obwohl im Regelfall in den Untergeschossen häufig nicht oder gering beheizte Kellerräume (Lager) untergebracht werden.

Im Rahmen der Erstellung von EnEV-Nachweisen führt es regelmäßig bei Planern und Bauherren zu Unverständnis, wenn unbeheizte Kellerräume in einem Wohngebäude komplett gegen Erdreich gedämmt werden sollen. Tatsächlich würde jedoch der Verzicht auf diese Dämmung keine Alternative darstellen, da dann die Decke des Kellers zwischen dem unbeheizten Keller und den beheizten Innenräumen zu dämmen wäre. Ob dies dann wirtschaftlich von Vorteil wäre, muss aufgrund der Vielzahl von zu bearbeitenden Anschlussdetails bei Durchdringungen der Dämmebene bezweifelt werden.

Die Regelungen der Energieeinsparverordnungen für erdberührte Bauteile sind immer auf das Objekt bezogen und im Zusammenhang mit der geplanten Innenraumtemperatur zu sehen. In den unterschiedlichen Anlagen 1, 2 und 3 zur Energieeinsparverordnung sind die Fälle geregelt.

In der Anwendung bedeutet dies, dass die Anforderungen der EnEV mit einer Dämmung gegen Erdreich ab ca. 12 cm Stärke, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit, einzuhalten sind. Sollte das Ziel der Planung die Erlangung des Passivhausstandards sein, können die Dämmstärken zwischen 20 und 25 cm liegen.


Quelle und Bildnachweis: Thomas Duzia Bauphysik-Architektur, Wuppertal

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Wärmebrücken: Planungshinweise

Für die thermische Trennung bietet die Industrie unterschiedliche Einbauteile an, wie z.B. Isolationskörbe für auskragende Betonplatten.

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Wie lassen sich Wärmebrücken vermeiden bzw. deren Einfluss in der energetischen Bilanzierung reduzieren?

Wärmebrückenbilanzierung nach DIN 4108 Beiblatt 2

Neben dem pauschalen Ansatz, Wärmebrücken ohne Nachweis über einen Zuschlag von ∆WB 0,10 W/(m²K) auf die gesamte Hüllfläche zu berücksichtigen, oder einen detaillierten Nachweis mittels Simulationen zu erstellen, besteht nun die Möglichkeit, relativ effizient einen Gleichwertigkeitsnachweis zu führen.

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Das 2019 veröffentlichte Beiblatt ermöglicht einen Gleichwertigkeitsnachweis auf Grundlage von Bildvorlagen aus der Norm. Dazu wurden die Kategorien A und B für Wärmebrücken eingeführt.

Wärmetransportmechanismen

Bei einem Gebäude treten Wärmeströme vom beheizten zum unbeheizten Innenraum bzw. dem Außenraum auf (Abb.: ehem. Zollverein School of Management and Design in Essen, Sanaa, 2006).

Bei einem Gebäude treten Wärmeströme vom beheizten zum unbeheizten Innenraum bzw. dem Außenraum auf (Abb.: ehem. Zollverein School of Management and Design in Essen, Sanaa, 2006).

Da Baustoffe luftgefüllte Kammern bzw. Poren besitzen, überlagern sich die unterschiedlichen Wärmetransportmechanismen.

Winterlicher Wärmeschutz: Grundlagen und Ziele

Bei zerklüfteten Bauten steigt neben der Erhöhung der Hüllfläche auch der Einfluss von Wärmebrücken bzw. Durchdringungspunkten an Fassaden und Dächern (Abb.: Bürogebäude am Potsdamer Platz, Berlin).

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Über die Ausrichtung, das Verhältnis der Flächen, den Öffnungsanteil und die Hüllfläche beeinflussen Planerinnen und Planer bereits beim Entwurf eines Gebäudes den Heizenergiebedarf.