Transcript mittlere k

Bauphysik
4. Zwei und dreidimensionaler
stationärer Wärmefluss
E.K. Tschegg,
Labor für Materialwissenschaften E206-4, TU Wien
SS
4. Zwei- und dreidimensionaler stationärer Wärmefluss
bisheriger Wärmedurchgang für Wände beruhten auf einem stationären,
eindimensionalen Wärmefluss, d.h. die Temperaturen und Wärmeströmungen sind nur
von einer Koordinate x, senkrecht zur Wandebene
4.1 Ebene stationäre Wärmeströmung
4.2 Räumliche stationäre Wärmeströmung
Ebene stationäre Wärmeströmung
4.2 Wärmebrücken und Außenecken
Materialbedingte Wärmebrücken, geometriebedingte Wärmebrücke
Gebäudeecken
Einschalige Wand
Zweischalige Wand
Deckenauflage
Betondecke, durchlaufend
Betondecke, stirnseitig isoliert
Leichtbetonwand mit Normalbetonstütze als Beispiel einer Wärmebrücke
Die Berechnungen zeigen die Unterschiede deutlich,
welche bezüglich Temperaturverlauf und
Wärmeverlust auftreten, wenn der Wärmetransport
infolge Querleitung vernachlässigt wird.
4.3 Mittlerer k-Wert: km
"Inhomogenitäten" im Wärmefluss  einfachere Ermittlung des Gesamtwärmeverlustes
einer Gebäudehülle einzelnen Fassadenflächen/ - Elementen — in Anlehnung an das kWert-Konzept bei ebenem, stationärem Wärmefluss — sogenannte mittlere k-Werte
(km) zugeordnet werden
Mittlere k-Wert eines Bauteils / einer
Fassadenfläche berechnet sich theoretisch nach:
Formel ist aber nur dann geeignet, wenn alle Einzelflächen Ai dem gleichen
Temperaturunterschied   unterworfen sind und deren Einzel-k-Werte ki_
nicht stark
divergieren. Bei größeren Abweichungen vom "senkrechten, eindimensionalen" Wärmeflussverhalten
können Wärmebrücken-/Eck- und Winkeleffekte einerseits durch Korrekturfaktoren in der Berechnung
des k-Wertes ki des einzelnen Konstruktionselementes berücksichtigt werden.
4.4 k-Wert von Fenster und Türen
Fenster und Türen gelte als wärmetechnisch schwache Elemente
Fenster aus gut wärmeleitenden Gläsern aufgebaut sind und Fenster/Türen
in der Regel nicht zu „dick“ sein dürfen,  niedrige k-Werte nur durch
gezielte Maßnahmen zu erreichen.
Fenster in der Heizperiode (September - April) gibt es eine positive
Wärmestrombilanz infolge Sonneneinstrahlung
FENSTER
Fassadenelementen hauptsächlich durch Übergangswiderstände an
Oberflächen bestimmt. Rechnerisch ergibt sich für die
Wärmeübergangswiderstände im Beispiel einer 4 mm dicken
Einfachverglasung (EV) ein Anteil von 97 % am Gesamtwärmedurchgangswiderstand: Dementsprechend dominieren konvektive
und
strahlungsphysikalische Prozesse den Energietransport durch das
Fenster.
A-Werte in Funktion der
Windgeschwindigkeit VL
Unterschiedliche Wärmeübertragung
infolge Leitung und Konvektion je nach
Glasabstand
Der k-Wert eines Fenstersystems aufgrund der Flächenanteile AG und AR des
eigentlichen Glases (kG) resp. Rahmenkörpers (kR) annähernd berechnen, solange
Verglasung und Rahmen gleichwertige Partner (d.h. ungefähr gleiche Einzel-k-Werte)
sind.
Bei der eigentlichen Verglasung spielen Breite und Anzahl der Luftschichten,
Oberflächenbeschichtung der Gläser und Wärmeleitung des Füllgases eine
entscheidende Rolle für die Güte der Wärmedämmung
Glas-Konstruktion
Scheibendicke
Luftzwischenraum
mm
kG
Verglasungskonstruktion
mm
W(m2K)-1)
Einfach-Scheiben
4 (8)
Zweifach-Elemente
4(6)
6
3.3(3.2)
4
12
3.1
4
20
2.9
- Sonnenschutzglas (normaler Wärmeschutz)
12
2.6 bis 3.1
- Sonnenschutzglas (erhöhter Wärmeschutz)
12
1.4 bis 1.6
- Wärmeschutzglas
12
1.5
4
6
2.3
4
12
2.1
12
1.1
12
1.6
5.9 (5.7)
mit Reflexionsschichten
Dreifach-Elemente
Wärmeschutzglas (mit Gas-
4
-füllung)
Vierfach-Elemente
4
Holzprofile
Weichholz ( = 0.15)
kG
Hartholz ( = 0.20)
W (m K) -1
Dicke 56 mm
1.9
2.2
68 mm
1.6
2.0
78 mm
1.5
1.8
92 mm
1.3
1.6
Kunststoffprofile
Hart PVC ( = 0.29)
ohne Metallverstärkung
2.7
mit Metallverstärkung
4.2
Metallprofile
Stahl ( = 52)/Aluminium ( = 203)
mit unterbrochener Wärmebrücke
ohne unterbrochene Wärmebrücke
3.0 bis 3.5
6.1
Ersatz der Luft im Scheibenzwischenraum bei Zweifach-Elementen durch Gase
geringerer Wärmeleitfähigkeit z.B. SF6, Argon, bringt nur eine minimale k-WertVerbesserung von bis zu 15% (3.1 W(m2K) -1 bis 2.6 W(m2K) -1 )
Neuere (hochdämmende) Fenstersysteme
komplizierten Aufbau von Fenstersystemen (Rahmen/Randverbund/Glas): zwei
Schwachstellen, besondere Randverbund und Schnittstelle Mauer-Rahmen.
Moderne Fenstersysteme: rechnerisch ermittelnde k-Wert.
Das Fenster (Mauerlicht) in 4 Zonen mit entsprechenden Teil-k-Werten [W (m2 K)-1]
unterteilt
1) ungestörte Glasfläche: beginnend ca. 5 cm innerhalb des Glasrandes mit den
gebräuchlichen Flächen-k-Werten kG.
2) Randzone: setzt sich zusammen aus den äußeren 5 cm der Verglasung, den
Dichtungslippen und dem einspringenden Teil des Rahmens, stellt also den
Einflussbereich des Randverbundes dar. Ihr k-Rechenwert hängt ab vom Rahmen,
vom Randverbund und vom Flächen-k-Wert wie folgende Zusammenstellung zeigt
Holz-DV (kein Randverbund)
Holzmetall
PVC
Aluminium (isoliert)
3) Rahmen mit Mauerangrenzung: Kaltseite von der Randzone bis zur Mauer, also auch
Überbrückungseffekt, Beispiele (weitgehend unabhängig vom Verglasungs-k-Wert):
4) Rahmen ohne Mauerangrenzung: erstreckt sich auf der Kaltseite von Randzone zu
Randzone, z.B. zwischen zwei Flügeln mit oder ohne Setzstück, Werte z.B .
Fenstersysteme:
a)
Randverbund und Rahmen stellen für Zweifachisolierverglasungen mit einem
kG-Wert um <3 W (m2K)-1 gute Partner dar
b)
auch für normale Dreifachverglasungen (kG = 2 W (m2K) -1) sind PVC- und
Holzmetallsysteme noch adäquat,
c)
bei Flächen-k-Werten von kG < 1,5 W (m2-K) -1 beginnen die Verluste durch
Rahmen und Randverbund zu dominieren, d.h. Kombinationen von heutigen
Rahmensystemen mit solchen Gläsern haben nur bei sehr großflächigen
Konstruktionen noch einen Sinn.
Mittlerer k-Wert eines Fenstersystems (Mauerlicht 1,2m x 1,3m) als Funktion
des Verglasungs-k-Wertes kG für verschiedene Rahmenkonstruktionen
Jalousien / Rollläden
Energieverbrauch im Fensterbereich lässt sich während der Nacht durch Jalousien/Rollläden
wesentlich verringern. Normale Rollläden reduzieren den k-Wert um 20 %, speziell
wärmegedämmte Klappläden sogar bis zu 50%.
Türen
Wärmedämmung von Türen  Abschlusstüren an nichtbeheizten Treppenhäuser,
Außenluftgrenzen und wo auf einen Windfang verzichtet wurde.
Außentüren  durch Aufdoppeln mit Isolationsmaterialien und Anbringen von
Verkleidungsplatten zusätzlich isolieren.
k-Rechenwerte für Türen
4.5 Wärmeleitung ins Erdreich
Boden und Wände gegen Erdreich führen ebenfalls zu Wärmeverlusten.
Die Temperatur des Erdbodens folgt an der Oberfläche und in höheren
Schichten den Schwankungen der Lufttemperatur.
Jahresmittelwert der Erdreichtemperatur entspricht ungefähr dem
Jahresmittelwert der Lufttemperatur.
Im Bereich in Österreich liegt die Temperatur bei ca. 12°C.
(In Finnland ist die Temperatur bei 7°C)
In größeren Tiefen steigt die Temperatur aufgrund des Geothermischen
Temperaturgradienten um ca. 3°C pro 100 m Eindringtiefe.
4.5 Wärmeableitung ins Erdreich
Boden und Wände gegen Erdreich führen ebenfalls zu Wärmeverlusten.
Die Temperatur des Erdbodens folgt an der Oberfläche und in höheren
Schichten den Schwankungen der Lufttemperatur.
Der Jahresmittelwert der Erdreichtemperatur entspricht ungefähr dem
Jahresmittelwert der Lufttemperatur. In größeren Tiefen steigt die Temperatur
aufgrund des Geothermischen Temperaturgradienten um ca. 3°C pro 100 m
Eindringtiefe.