KS-West e.V.

Wärmebrücken

Als Wärmebrücke bezeichnet man Bereiche in der wärmetauschenden Hüllfläche eines Gebäudes, bei denen während der Heizperiode gegenüber dem ungestörten Bauteil erhöhte Wärmeabflüsse und tiefere innere Oberflächentemperaturen auftreten.

Gründe dafür können in Materialwechseln in der Bauteilebene (nebeneinander liegende Bereiche) bzw. in der Bauteilgeometrie liegen. Man spricht dann von stoff- oder geometriebedingten Wärmebrücken. Häufig liegt eine Überlagerung der Phänomene durch das Auftreten beider Ursachen vor. Mit steigendem Dämmstandard kommt den Wärmebrücken im Planungsprozess und bei der Bewertung eines Gebäudes eine zunehmende Bedeutung zu.

Temperaturverteilung im Bauteil und minimale Oberflächentemperatur

Energetische Charakterisierung von Wärmebrücken

In energetischer Hinsicht werden linienförmige Wärmebrücken durch den linearen Wärmedurchgangskoeffizienten (Ψ-Wert) charakterisiert (früher: Wärmebrückenverlustkoeffizient).

Er gibt den Wärmedurchgang pro Meter Länge der Wärmebrücke und pro Kelvin Temperaturdifferenz an, der zusätzlich zum Wärmedurchgang durch die benachbarten flächigen Bauteile auftritt.

Der Ψ-Wert ist das längenbezogene Pendant zum U-Wert der flächigen Bauteile. Für punktförmige Wärmebrücken wird der Χ-Wert (Chi-Wert) verwendet.

Beiblatt 2 zu DIN 4108
Im Gegensatz zu flächigen Bauteilen werden an Wärmebrücken keine allgemeingültigen energetischen Mindestanforderungen gestellt. So gibt es auch keine verbindlichen Höchstgrenzen für Ψ-Werte.

Dennoch ergeben sich in der Regel „freiwillig eingegangene Mindestanforderungen“ daraus, dass im EnEV-Nachweis und/oder in der Baubeschreibung bestätigt wird, die relevanten Wärmebrücken würden dem „Wärmebrückenbeiblatt“ DIN 4108 Beiblatt 2 entsprechen. Dieses nicht-normative Beiblatt gibt in Prinzipskizzen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen, wie der Einfluss von Wärmebrücken energetisch und thermisch vermindert werden kann. Bezieht sich der Planer im EnEV-Nachweis oder in der Baubeschreibung darauf, wird das dort definierte Niveau der Wärmebrückenverminderung verbindlich.

Die angegebenen Referenz-Ψ-Werte in Beiblatt 2 sind nicht die berechneten Werte der abgebildeten Prinzipskizzen, sondern sind Vergleichswerte für unterschiedliche Ausführungsvarianten des Anschlussdetails.

Kellerdeckenanschluss DIN 4108 Beiblatt 2 (Bild 31), für Mauerwerk und Kellerdecke

Berücksichtigung der Wärmebrücken in der EnEV
Generell muss ein Planer gemäß EnEV den Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf nach den Regeln der Technik und den im jeweiligen Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich halten. Der zusätzliche Wärmedurchgang durch alle relevanten Wärmebrücken eines Gebäudes wird mittels eines Zuschlages auf den U-Wert aller Hüllflächen des Gebäudes (ΔUWB) berücksichtigt.

Dies kann im EnEV-Nachweis wahlweise detailliert oder pauschalisiert erfolgen:

  1. Pauschal –ohne weiteren Nachweis- durch einen Zuschlag, der einer generellen Erhöhung der U-Werte aller Hüllflächenbauteile um ΔUWB = 0,10 W/(m²·K) entspricht. Diese Variante überbetont stark den Wärmebrückeneinfluss und wird zunehmend unwirtschaftlich.
  2. Pauschal reduziert – mit Einhaltung Beiblatt 2 der DIN 4108 durch Zuschlag von ΔUWB = 0,05 W/(m²·K) zu den U-Werten aller Hüllflächenbauteile. Durch die Wahl dieser Variante wird Beiblatt 2 verbindlich.
  3. Im Bestand mit überwiegend Innendämmung (mehr als 50 % der Außenwand mit einer innen liegenden Dämmschicht) und einbindende Massivdecken vorliegen, ist im Rahmen der pauschalisierten Berücksichtigung für die gesamte wärmeübertragende Umfassungsfläche ein Zuschlag von ΔUWB = 0,15 W/(m²·K) anzuwenden.
  4. Detaillierte Ermittlung des Wärmebrückeneinflusses. Die Ψ- bzw. Χ-Werte der linien- bzw. punktförmigen Wärmebrücken werden ermittelt und im Transmissionswärmedurchgang mittels  abgemessener Länge der linienförmigen Wärmebrücken bzw. mittels Anzahl der punktförmigen Wärmebrücken berücksichtigt. Zahlenwerte für Ψ können auch der Literatur oder Wärmebrückenkatalogen entnommen werden. Auch der KS-Wärmebrückenkatalog darf dazu benutz werden. Einzelne punktförmige Wärmebrücken, z.B. durch Befestigungspunkte von Markisen etc., dürfen vernachlässigt werden. Immer wiederkehrende bauteilinterne punktförmige Wärmebrücken, z.B. Verankerungen bei VHF oder Dübel in WDVS, müssen im U-Wert der betreffenden Bauteilfläche berücksichtigt werden.

Hier geht es zum Download des KS-Wärmebrückenkatalog.

Die Werte im Wärmebrückenkatalog Kalksandstein sind mit den Bezugsmaßen nach DIN V 18599 berechnet und liegen damit auf der sicheren Seite. Sie können für Bilanzierungen nach DIN V 18599, DIN V 4108-6 und PHPP verwendet werden.

Gleichwertigkeitsnachweis (und Daten für die detaillierte Ermittlung) mit dem Wärmebrückenkatalog Kalksandstein: Wärmedämmung bis mindestens 30 cm unter Geländeoberkante bzw. zusätzliche Dämmung an der Kelleraußenwand im Erdreich mit KS-Wärmedämmstein

Verringerung der Wärmebrückenwirkung durch KS-Wärmedämmsteine
Durch die Verwendung des KS-Wärmedämmsteins (früher auch wärmetechnisch optimierter Kalksandstein bzw. ISO-Kimmstein), mit hohen Steindruckfestigkeitsklassen, kann das Prinzip der umlaufenden Dämmebene am Kellerdeckenanschluss auch bei großen Gebäuden annähernd eingehalten werden. Dies führt nicht nur zu einer deutlichen Verbesserung der Wärmebrückensituation, sondern gewährleistet auch die hohen Mauerwerksdruckfestigkeiten nach DIN EN 1996/NA in Verbindung mit Brand- und Schallschutz.

Im oben dargestellten Beispiel wird der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient Ψ des Anschlussdetails Sockel- Kellerdecke von 0,066 W/(m·K) ohne KS-Wärmedämmstein um gut 40 % auf 0,038 W/(m·K) mit KS-Wärmedämmstein verbessert.

Berücksichtigung punktförmiger Wärmebrücken bei verschiedenen Konstruktionen

Zweischaliges KS-Mauerwerk:  Ankerdichte, die ohne U-Wert-Korrektur für den Ankereinfluss möglich ist, für verschiedene U-Werte der ungestörten Wand. Bei einer höheren Ankerdichte oder bei Ankern mit höherem Χ-Wert ist der Einfluss der Anker im U-Wert zu berücksichtigen. 

Vergleich von Konstruktionen mit punktförmigen Wärmebrücken: Einfluss auf den U-Wert

Hygienische Mindestanforderung an Wärmebrücken

Im Winter kommt es an Wärmebrücken zu einem erhöhten Wärmeverlust. Zusätzlich kann es zu deutlich verringerten Innenoberflächentemperaturen kommen, und in der Folge zu Tauwasser- und Schimmelbildung. Deshalb sind Wärmebrücken nicht nur aus energetischer Sicht, sondern vor allem aus Qualitäts- und Hygienegesichtspunkten zu vermeiden oder möglichst in ihrem Einfluss zu begrenzen.

Bei Anschlussdetails zwischen Bauteilen muss der Oberflächentemperaturfaktor fRsi im Bereich der Wärmebrücke beim zweidimensionalen rechnerischen Nachweis mindestens 0,70 betragen. Bei den in DIN 4108-2 angegebenen Standard-Randbedingungen (innen 20 °C und 50 % relative Luftfeuchte (r.F.); außen -5° C, Wärmeübergangswiderstand innen 0,25 m²·K/W und außen 0,04 m²·K/W) entspricht dies einer kritischen Oberflächentemperatur von 12,6 °C.
Diese Temperatur wird für die ungünstigste Stelle berechnet und darf dort nicht unterschritten werden. Unter stationären Verhältnissen hat die Raumluft überall den gleichen absoluten Feuchtegehalt und die Luft unmittelbar an der Wandoberfläche nimmt die Temperatur der Wandoberfläche an. Wenn aber Raumluft von 20 °C und 50 % r.F. an der kältesten Stelle der Innenoberfläche auf 12,6 °C abgekühlt wird, stellt sich dort eine relative Luftfeuchte von 80 % ein (Dieser Wert gilt gerade noch als unkritisch hinsichtlich Schimmelpilzwachstum.

 Der dimensionslose Temperaturfaktor fRsi stellt die einzuhaltende Anforderungsgröße der DIN 4108-2 für den Mindestwärmeschutz im Bereich von Wärmebrücken dar.

fRsi  wird aus den angesetzten Lufttemperaturen θi (innen) und θe (außen) und der berechneten Oberflächentemperatur θsi an der betrachteten Stelle berechnet.

Zweidimensionale Berechnung der Temperaturverteilung in der Raumecke bei KS-Wand

Randbedingungen nach DIN 4108-2  (Innenluft = 20 °C, Außenluft = -5 °C; Rsi = 0,25 m²∙K/W)

Die Neuausgabe von DIN 4108-2 enthält wichtige Klarstellungen zu Anforderungen an Wärmebrücken: Die in der bisherigen Fassung der DIN 4108-2:2003-07 Kapitel 6.2 enthaltene Anforderung fRsi ≤ 0,70 bezieht sich gemäß ausdrücklicher Feststellung des zuständigen DIN-Arbeitsausschusses auf die zweidimensionale Betrachtung, d.h. auf die ungünstigste Stelle im zweidimensionalen Schnitt durch die Kante, nicht jedoch auf dreidimensionale Ecken. Für Ecken bestand bisher keine zahlenmäßige Anforderung in der Norm! Die DIN 4108-2:2013-02 schließt nun diese Regelungslücke.

Nachweis von Ecken und Kanten ohne Wärmebrückenberechnung

Ecken (dreidimensionale Wärmebrücken)können ohne weiteren Nachweis als unbedenklich hinsichtlich Schimmelbildung angesehen werden, wenn sie aus Kanten gebildet werden, die ihrerseits unbedenklich hinsichtlich Schimmelbildung sind (also fRsi ≥ 0,70 einhalten) und wenn gleichzeitig keine darüber hinausgehende Störung der Dämmebene vorhanden ist, d.h. wenn die dämmende Schicht im Bereich der Ecke unterbrechungsfrei geführt ist.
Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass vier Dinge für eine Ecke zusammenkommen müssen, damit ein rechnerischer Nachweis erforderlich wird: drei Kanten und als viertes Element eine Unterbrechung oder Störstelle der dämmenden Schicht im Bereich der Ecke. Ein Bauteil für das ein solcher rechnerischer Nachweis geführt werden muss, ist beispielsweise eine Eckstütze gegen Außenluft unter einem vorspringenden, unterseitig gedämmten Obergeschoß. Die Stütze durchdringt die Dämmebene und ist in diesem Fall als die „Störstelle“ anzusehen.

Gleiches gilt für Kanten (zweidimensionale Wärmebrücken) zwischen Außenbauteilen mit gleichartigem Aufbau, die den Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2 einhalten.

Bei allen davon abweichenden Anschlussdetails zwischen Bauteilen muss der Oberflächentemperaturfaktor fRsi im Bereich der Wärmebrücke im rechnerischen Nachweis mindestens 0,70 betragen.
Zusätzlich zu den konstruktiven Maßnahmen ist zur Vermeidung von Schimmelpilzwachstum für eine gleichmäßige Beheizung zu sorgen und eine ausreichenden Belüftung der Räume sowie eine ausreichende Belüftung der Innenoberfläche der Außenbauteile sicherzustellen.

Grundsätzlich gilt:

  • Das Schimmelrisiko an Wärmebrücken ist umso geringer, je besser die flächigen Bauteile wärmegedämmt sind.
  • Dies gilt auch für die Sanierung bestehender Gebäude.
  • Bei Innendämmungen ist eine gründliche Vorab-Analyse der Feuchtesituation und der Wasseraufnahmefähigkeit der Bauteilschichten Pflicht. Innendämmungen sollten nicht ohne Konsultation eines versierten Bauphysikers eingebaut werden.

Durch schwere Vorhänge, Möblierung, Einbauschränke etc. wird der Wärmeübergang über Luftzirkulation und/oder Strahlungsaustausch zwischen der raumseitigen Außenwandoberfläche und (wärmeren) Innenbauteilen reduziert. Es kommt zu einem größeren Wärmeübergangswiderstand Rsi und einer niedrigeren Innenoberflächentemperatur. Die Gefahr der Tauwasserbildung steigt. Dies ist bei der Planung zu beachten. Der Einfluss von Schränken kann in einem äquivalenten Wärmeübergangswiderstand Rsi,äq berücksichtigt werden. Beispielsweise Bereiche hinter Einbauschränken:

Rsi,äq = 1 m²·K/W;  Bereiche hinter freistehenden Schränken: Rsi,äq = 0,5 m²·K/W.

Nachweise zum hygienischen Mindestwärmeschutz von Wärmebrücken sind möglich durch:

  • Verwendung von Wärmebrückendetails nach Beiblatt 2 zu DIN 4108
  • Verwendung von Wärmebrückenkatalogen z.B. KS-Wärmebrückenkatalog
  • Numerische Berechnung der Wärmebrücke nach DIN EN ISO 10211 mit den Randbedingungen nach DIN 4108-2

Alle Details im KS-Wärmebrückenkatalog sind gleichwertig zu DIN 4108 Beiblatt 2, häufig sogar deutlich besser. Vereinzelte zahlenmäßige Überschreitungen des Referenzwerts der DIN 4108 Beiblatt 2 am unteren Gebäudeabschluss liegen am geänderten Berechnungsverfahren und zeigen keine Ungleichwertigkeit an.

KS-Lexikon