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3.3. 3. 3.1

3.1.1WÄRME

Einleitung

der wichtigsten Gebiete der Bauphysik. Um

3.3 Sonne und Licht).

Bauphysikalische Grundlagen

Vorschriften zur Energieeinsparung und zum

Klimaschutz führen zu konkreten Anforde-

Nutzung von Heizenergie wirkt sich eine gute

fort und die Gesundheit der Bewohner aus.

Thermische Behaglichkeit sowohl im Som

mer, als auch im Winter, bei gleichzeitiger Tageslichtnutzung und akustischem Komfort sind in hohem Maße an eine intelligente

Nutzung des Baustoffs Glas gebunden. Die

Wechselwirkungen müssen beachtet werden.

Dieses Kapitel gibt einen Einblick in die

Grundlagen der Bauphysik. Es soll insbeson

dere diejenigen Kenntnisse vermitteln, die Glas am Bau erforderlich sind. SymbolBezeichnungBedeutungEinheit U gangskoeffizient (Bauteil)W/m 2 K R T R T 2 K/W R si R si 2 K/W Rse R se 2 K/W

SigmaMathematischer Operator für Summe -

DeltaMathematischer Operator für Differenz-

Begriffe, Symbole, Einheiten

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3.3. die Materie selbst bewegt wird, d. h. in ruhender Materie. KonvektionEnergietransport mit bewegter Materie (in Flüssigkeiten oder Gasen)

Im Alltag treten die drei Transportmechanis-

leitung die ihn umgebende Luft, und diese tion im Raum. durch die Bewegung der freien Leitungs- elektronen weitergeleitet, in sonstigen Fest- stoffen durch Weitergabe der Schwingungs- energie von Atom zu Atom und in Gasen durch Übertragen der Energie bei Zu- in Watt an, die durch eine 1 m 2 große und 1 m dicke Schicht dieses Stoffes, d. h. durch einen Würfel mit dem Volumen 1 m 3 , bei einem Temperaturunterschied der beiden wird pro Zeiteinheit übertragen bzw. um- gekehrt: Je kleiner der Wert, umso besser 2

Aluminium (Si-Legierungen)160 W/mK

Stahl50 W/mK

Nichtrostender Stahl (austenitisch)17 W/mK

Kalk-Natron-Silikatglas1,0 W/mK

Hartholz0,18 W/mK

PVC-U hart0,17 W/mK

Weichholz0,13 W/mK

normen oder technischen Zulassungen gibt. Die Messungen müssen von einer akkreditierten Stelle nach genau festgelegten Regeln durchgeführt worden ist, muss aus den Messwerten von mindestens drei unterschiedlichen Proben über eine statistische Bewertung ein Nennwer t errechnet werden.

Konvektion

ist mit einem Materietransport verbunden: Warme Materie bewegt sich von niedriger Temperatur. Da Teilchen nur in lich sind, tritt Konvektion nur dort auf.

Materie und kann sich auch im Vakuum aus

nicht jedes Material für elektromagnetische schen 0 und 1 (0 und 100 %). Ein Spiegel hat einen Emissionsgrad von fast null, eine lisch gesehen eine Energieform. Sie darf wegen kann, braucht es ein Temperaturge-

Joule pro Sekunde

in Watt pro m 2

Die Temperatur wird durch die Celsius-

Skala beschrieben, die durch die Eckpunkte

0

°C (Gefrierpunkt Wasser) und 100 °C

(Siedepunkt Wasser) festgelegt ist. Die absolut tiefste Temperatur liegt bei minus

273,15

°C, tiefere Temperaturen gibt es im

Universum nicht. Dort hat die Kelvin-Skala

ihren Nullpunkt. Die Temperatur 0

°C ent-

spricht umgerechnet 273,15 K. Ein Tempera- turunterschied hat in beiden Einheiten -

Kelvin und Grad Celsius - jeweils den gleichen

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3.3.

BeschreibungÜblicher Emissionsgrad

akkreditierten Stelle an mindestens drei unterschiedlichen Proben geprüft und statistisch ausgewertet sein.

durch Abstrahlung. schichtungen auf ein Minimum reduziert.

Schlecht leitende Edelgasfüllungen und ein

meleitung und Konvektion.

Konvektion

67 %

Kaltseite

Warmseite

nen, werden nicht nur einzelne Material komplette Bauteile wie z.

B. Wand- und

Deckenaufbauten, Verglasungen, Fenster

oder Fassaden. Diese Bauteilkennwerte be schreiben bei definierten Randbedingungen

Bauteil mit einem einzigen Zahlenwert. Bei

Watt bei einem Temperaturunterschied von

1 K zwischen Raumluft und Außenluft pro

teil hindurch verloren geht. Je kleiner der

U ist W/m

2 K.

Für Bauteile aus homogenen Material-

schichten, wie z.

B. eine Wand, legt die

internationale Norm DIN EN ISO 6946 durchgangskoeffizienten U fest. Dabei wird verlustes zerlegt, denen jeweils vom Bauteil ein Widerstand entgegengesetzt wird: si se

Durch Addition dieser drei in Reihe geschalte

durchgangswiderstand R

T durch das Bauteil:

R T R si + R + R se si und R se an in Tabellen festgelegt (si = surface internal, se surface external).

Der U-Wert von Bauteilen aus homogenen

Materialschichten ist der Kehrwert der Sum

U = 1/

R T hangfassaden sind von den Regelungen der

DIN EN ISO 6946 ausgenommen. Auf Grund

nisch in separaten Normen abgehandelt (sie he Kapitel 3.1.5 Glas, Fenster und Fassade). 3.1.3 Bauphysikalische GrundlagenBauphysikalische Grundlagen

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3.3. rechnet werden muss. Weil die raumseitige mebrücken absinkt, ist dort das Risiko von

Das ist nicht nur aus hygienischer Sicht be

oder kombinierte wie beim Fensteranschluss an die Wand oder auch im Übergangsbe reich zwischen Glas und Fensterrahmen. gangskoeffizienten (griechischer Buchsta- be Psi) angegeben. Je kleiner der Wert, gangskoeffizienten x (griechischer Buchsta- be Chi) beziffert, die Einheit ist W/K.

B. bei

den Verschraubungen von Pfosten-Riegel- fluss jedoch nicht außer Acht gelassen wer- den (siehe Kapitel 3.1.5 Glas, Fenster und

Fassade).

zunehmend ins Gewicht. Eine der wich tigsten Neuerungen der im Jahr 2002 in Deutschland eingeführten und seither nung (EnEV) - neben der Einführung von ignorierte, müssen seit 2002 bei der Berech der pauschaliert angesetzt oder detailliert so auszuführen, dass Energieverluste über innerhalb von Fenster- und Fassaden- konstruktionen auftreten, sind bereits in die U-Werte von Fenstern (U w ) bzw. Fassa den (U cw ) eingerechnet und müssen bei der sichtigt werden (siehe auch Kapitel 3.1.5 cken, die beim Einbau von Fenstern oder

Fassadenelementen im Übergangsbereich zur Wand entstehen, sind jedoch in diesen Bauteilkennwerten nicht enthalten.

wird ebenfalls durch einen Kennwert be schrieben. Der Temperaturfaktor f kenn-

Temperaturrandbedingungen die niedrigste

mehr in Kapitel 3.2 Feuchte und Klima). h. außen nach innen. Bauphysikalische GrundlagenBauphysikalische Grundlagen

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3.3.

Glas, Fenster und Fassade

Fenstern und Fassaden hat sich in den

letzten Jahren wesentlich verbessert. Ins- besondere die hocheffizienten Dreifach- jedoch verbesserte Rahmen- und Fassaden-

Verglasungen, Fenster und Fassaden sind

komplex gestaltete Bauelemente, deren metrisch gestaltete Materialien mit verschie- tungen gelenkt. Rechnerisch lassen sich diese Effekte nur mit Finite-Elemente-Re- chenprogrammen abbilden. Als Alternative hierzu ist in den Normen jeweils auch ein einfaches Tabellen-Ableseverfahren oder ein

Verfahren zur messtechnischen Ermittlung

angegeben. Dabei gilt generell: Je einfacher die Methode, umso unvorteilhafter der er- zielte Wert.3.1.53.1.5.1 von Glas, Fenster und Fassade

Verglasungen mit ebenen und parallelen

gg = glassDIN EN 673 bzw. DIN EN 674 Fenstern, Türen und AbschlüssenUww = windowDIN EN ISO 10077 bzw.

DIN EN ISO 12567

VorhangfassadenUcwcw = curtain wallDIN EN ISO 12631 Der Ug-Wert von Mehrscheiben-Isolierglas wird durch die drei in der Abbildung dargestellten Faktoren beeinflusst

Anzahl und Breite SZR*

Art der Gasfüllung im SZR*

*SZR = Scheibenzwischenraum

Konvektion an die Außenluft. Durch diesen

me verloren, die durch die Raumbeheizung g von Verglasungen Bauphysikalische GrundlagenBauphysikalische Grundlagen

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3.3. g

Sie verhindern mit ihren geringen Emissi-

draußen. Im Vergleich zu unbeschichtetem, luftgefülltem Isolierglas wird dadurch der U g

Wert in etwa halbiert.

Edelgase reduzieren gegenüber luftge-

Scheibenzwischenraum und tragen dadurch

ebenfalls zur Verbesserung (= Reduzierung) des U g -Wertes bei. Dabei kommt es auf die Gasart sowie auf den Gasfüllgrad an, den der Isolierglashersteller in seiner Sys- tembeschreibung festlegt (genaues Ver- fahren siehe Produktnorm für Mehrschei- ben-Isolierglas DIN EN 1279-5). Je nach

Gasart gibt es einen optimalen Scheiben-

abstand, bei dem der Einfluss der Konvek- tion minimiert ist und der U g -Wert seinen g -Wert eines Zwei- fach-Isolierglases durch Hintereinanderschal- weiter verbessern. Allerdings ist mit den heu- erzielen im Vergleich zum Aufwand nur eine geringe Verbesserung, bringen jedoch Nach- teile an anderer Stelle (Gewicht, Klimalasten, g-Wert). g -Wert entweder nach DIN EN 673 berechnet oder nach DIN lichkeit kann er in der Norm DIN EN ISO

10077-1 aus einer Tabelle je nach Aufbau,

SZR und Gasart abgelesen werden. Das

heute übliche Verfahren ist die Berechnung nach DIN EN 673. Der U g -Wert ist mit einer

Nachkommastelle anzugeben und so bei der

weiteren Berechnung zu verwenden. g 1) 2)

Die Art der Gasfüllung im SZR

3)

Der Gasfüllgrad im SZR

4)

Die Scheibenzwischen

raum breite 1 2 + 3 4 schich

Argon-Gas

füllung im Schei ben zwischenraum mit einem Nenn gasfüllgrad von 90 %) er gibt sich bei dieser Berech nung ein U g -Wert von

1,1 W/m

2 dung im Randverbund der Isolierverglasung findet im U g -Wert keinen Niederschlag, sie wird erst bei der Ermittlung von U w bzw. U cw berücksichtigt. glasungen ist der Gesamtenergiedurch- lassgrad g (g-Wert). Der g-Wert ist dimen- sionslos. Er ist wichtig für die Ermittlung von solaren Gewinnen, d. h. für den kosten- losen Energieeintrag durch die Sonnenstrah- lung von außen ins Rauminnere hinein. Im

Winter ist dies sehr erwünscht, im Sommer

kommen (siehe Kapitel 3.3 Sonne und Licht). w von Fenstern men. Hinzu kommt dort, wo Rahmen und

Glas zusammentreffen, der Verlust über eine

Isolierglas-Randverbunds und daneben noch

von der Tiefe des Glaseinstands bestimmt verbesserte Abstandhalter). Auf eine Besonderheit des U g -Wertes sei an dieser Stelle noch hingewiesen: Die U g -Wer- te werden üblicherweise für den senkrech- ten Einbau angegeben. Bei geneigten Vergla- weshalb sich der U g -Wert mit zunehmender g -Wert für senkrechten Einbau angegeben. Auf An- g -Wert einer in einem bestimmten Winkel einge- bauten Verglasung von den Glaslieferanten berechnet werden. koeffizienten U w führen mehrere Wege zum

Ziel. Folgende Vorgehensweisen (Wege 1 bis

DIN EN 14351-1, als Basis für CE-Kenn

3.1.5.2

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3.3.

Weg 1:

Der U w -Wert eines vertikalen Fens- ters mit der Abmessung 1,23 x 1,48 m kann für einen bestimmten Verglasungswert U g und Rahmenprofilwert Uf direkt aus den Ta- bellen H.1 bis H.4 im Anhang H der DIN EN

ISO 10077-1 abgelesen werden.

Weg 2:

Berechnung des U

w

DIN EN ISO 10077-1 aus den drei Eingangs-

g , U f und g , die mit der Summen- U w =

Konventionelle Abstandhalter aus Aluminium

oder StahlTabelle H.1Tabelle H.2

Tabelle H.3Tabelle H.4

A g U g + A f U f + L g g A w (A g ), Rahmen (A f ) und Gesamtfenster (A w

Dabei ist A

g eingeglasten Scheibe, sondern der Teil, der sichtbar bleibt. Ebenso ist L g nicht der ge- samte Scheibenumfang, sondern die sicht-

Mehrscheiben-

Isolierglas

Übergang Glas/Rahmen

U g

RahmenU

f g

Da dies eine starke Vereinfachung darstellt,

wird jeweils der ungünstigste Fall angenom- men. Deshalb sind die erreichbaren Werte nicht besonders vorteilhaft. (Dies gilt gene- rell für alle vereinfachten Vorgehensweisen mit Tabellen und Diagrammen zum Ablesen g , U f und g gibt es nach dem Motto "Tabelle - Messen - Rechnen"

VerglasungU

g g = glasssiehe 3.1.5.1

Rahmen

U f f = frameAblesung aus Tabellen und Diagrammen der DIN EN ISO 10077-1

Detaillierte Berechnung

nach DIN EN ISO 10077-2

Messung mit Heizkastenverfahren

nach DIN EN 12412-2 bereich Glas zu Rahmen g

Ablesung aus Tabellen

der DIN EN ISO 10077-1

Detaillierte Berechnung

nach DIN EN ISO 10077-2 g -Werten nach ift-Richtlinie WA-08

Dabei nennt die DIN EN ISO 10077-1 als

bevorzugtes Verfahren für die Ermittlungquotesdbs_dbs26.pdfusesText_32

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