Planung von VHF

Wie bei allen Gewerken entscheiden auch bei VHF richtige Planung und Ausführung über die Qualität der fertiggestellten Fassade. Obwohl Schäden an hinterlüfteten Fassaden, verglichen mit anderen Systemen, äußerst selten auftreten und meist durch fehlerhafte Ausführung begründet sind, ist eine sorgfältige Planung unter Berücksichtigung aller objektspezifischen Randbedingungen erforderlich.

In Deutschland geben ständig weiterentwickelte Regelwerke dem Planer und Montagebetrieb die erforderliche Ausschreibungs-, Ausführungs- und Abrechnungssicherheit.

Technische Vorschriften für VHF:

Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken –

Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln;

Deutsche Fassung EN 1999-1-1:2007 + A1:2009

DIN EN 1991-1-1/NA (12-2010)

DIN EN 1991-1-1/NA/A1 (05-2015)

Einige wichtige Einflussgrößen und Planungsgrundsätze werden nachfolgend
genauer betrachtet.

Wärmedurchgangsberechnung/Wärmebrückenbetrachtung

Der Wärmeschutznachweis eines Gebäudes beinhaltet neben der Betrachtung des notwendigen Primärenergieverbrauchs die Berechnung des Wärmeenergieverlustes durch die Außenwand. 

Im Fall von VHF ist in den letzten Jahren zunehmend die Wärmebrückenwirkung der Wandhalterkonstruktion in den Focus der Betrachtung gerückt. Diese Energieverluste werden durch den sogenannten Wärmebrückenverlustkoeffizienten je Wandhalter berücksichtigt.

Die durch die Wandhalter verursachten Energieverluste können reduziert werden: zum Beispiel durch den Einsatz alternativer Materialen, die Reduzierung der Auflagerfläche der Wandhalter auf der Wand sowie die Reduzierung der durchschnittlichen Anzahl der eingesetzten Wandhalter pro Quadratmeter.

Auch die Vergrößerung der Dämmstärke reduziert die Wärmebrückenverluste durch die Unterkonstruktion wesentlich.

Energieeinsparverordnung (EnEV)

Prinzipien der EnEV

Im Zuge des Wärmeschutznachweises entsprechend der Energieeinsparverordnung (EnEV) ist neben der Berücksichtigung des für die Beheizung notwendigen Primärenergieverbrauchs die Berechnung des Transmissionswärmeverlustes durch die Außenwand erforderlich. Dieser Energieverlust darf bestimmte Grenzwerte nicht übersteigen.

In der Gesamtbilanz eines Gebäudes ist es möglich, den Faktor Anlagentechnik und den Faktor baulichen Wärmeschutz in gewissem Maße miteinander zu verrechnen, also eine schlechte Wärmedämmung mit einer effizienten Heizanlage auszugleichen oder umgekehrt.

Unabhängig davon sind für alle Bauteile der Gebäudehülle Höchstwerte für den Wärmedurchgangswert (U-Wert), gemessen in [W/m²K], einzuhalten.

Die Hauptanforderungsgröße für Neubauten ist in der EnEV der Jahresprimärenergiebedarf im Vergleich zu einem Referenzgebäude gleicher Geometrie und Abmessung und vorgegebenen technischen Eigenschaften. Zusätzlich einzuhalten ist ein vom Gebäudetyp abhängiger Grenzwert für den auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogener Transmissionswärmeverlust.

Die EnEV stellt auch Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz und ermöglicht die Berücksichtigung solarer Wärmegewinne.

 

Berechnungsverfahren der EnEV

Ob und wie ein Nachweis nach der EnEV geführt werden muss, hängt unter anderem davon ab, ob ein neues Gebäude errichtet oder ein bestehendes verändert werden soll.

Für Neubauten mit normalen Innentemperaturen (> 19 Grad Celsius) ist die Einhaltung der in der EnEV genannten Höchstwerte des Jahresprimärenergiebedarfs wie auch des spezifischen Transmissionswärmeverlustes nachzuweisen.

Für Neubauten mit niedrigen Innentemperaturen (< 19 Grad Celsius) oder kleinen Gebäudevolumen (< 100 Kubikmeter) gelten geringere Anforderungen und vereinfachte Nachweisverfahren.

Im Rahmen des sommerlichen Wärmeschutzes ist grundsätzlich die Einhaltung von Sonneneintragskennwerten nachzuweisen.

Für Änderungen im Bestand (Altbauten) sind – je nach Umfang der Maßnahmen – entweder die geforderten Wärmedurchgangskoeffizienten einzuhalten (Bauteilverfahren) oder die Höchstwerte des Jahresprimärenergiebedarfs des ganzen Gebäudes nachzuweisen (Bilanzverfahren); sie dürfen um bis zu 40 Prozent über den Grenzwerten für Neubauten liegen.

Bei Erweiterungen der beheizten Nutzfläche um mehr als 50 Quadratmeter gelten für den neuen Gebäudeteil die Anforderungen an Neubauten.

 

EnEV 2014

Die EnEV 2014 setzt die Vorgaben des Energieeinsparungsgesetzes (EnEG 2013) um, welches der Bund 2013 novelliert hat, um die europäische Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EU-Richtlinie von 2010) in Deutschland umzusetzen. Diese Richtlinie fordert unter anderem, dass die Mitgliedsstaaten den Niedrigenergiestandard für Neubauten einführen und zwar nach folgendem Zeitplan:

  • öffentliche Gebäude ab 2019 und
  • alle anderen Gebäude ab 2021.

Dabei definiert die EU-Richtlinie ein „Niedrigstenergiegebäude“ als ein Gebäude, das eine sehr hohe, festgelegte Gesamtenergieeffizienz aufweist.

Der fast bei Null liegende oder sehr geringe Energiebedarf sollte größtenteils durch Energie aus erneuerbaren Quellen – einschließlich  erneuerbarer Energie, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird – gedeckt werden.

Die EnEV 2014 hat die vorher gültige Verordnung von 2009 ersetzt und die bis dahin geltenden Anforderungen verschärft. Darüber hinaus sieht die EnEV 2014 vor, dass ab dem 1.Januar 2016 der Wärmeschutz der Gebäudehülle um weitere rund 20 Prozent verbessert wird. Als Maßstab gilt der spezifische, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust (H´t) des neuen Gebäudes, gemessen in (W/m²*K), welcher ab 2016 auf 80 Prozent des vorher geltenden Wertes abgesenkt wird.

Zur offizielen EnEV Internetseite

 

Bauphysikalische Bemessung von Außenwänden mit vorgehängten hinterlüfteten Fassaden (VHF)/Wärmebrückeneinfluss der Unterkonstruktion

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Zulässige Wärmedurchgangswerte (U-Werte) für Außenwände nach EnEV

In der Praxis hat für vorgehängte hinterlüftete Fassaden vor allem der laut Verordnung einzuhaltende Wärmedurchgangswert (U-Wert) der gedämmten Außenwand einen wesentlichen Einfluss auf die konstruktive Ausbildung der Wärmedämmung und der Unterkonstruktion.

In EnEV 2014 sind in Anlage 3 (Tabelle 1) die Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten der unterschiedlichen wärmeübertragenden Gebäudebauteile angegeben.

Für wärmegedämmte Außenwände bei VHF gelten die U-Werte nach 1 „Außenwände“.

Ab 2016 ist jedoch zu erwarten, dass die in der Praxis erforderlichen U-Werte für Neubauten deutlich unter den in der EnEV 2014 angegebenen Höchstwerten liegen werden, da der zulässige Transmissionswärmeverlust der gesamten Gebäudehülle um 20% abgesenkt wird.

Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von Bauteilen (Quelle: EnEV 2014 /Anlage 03 Nr 7. Tabelle - Anforderungen)

Zeile Bauteil Maßnahme nach Wohngebäude und Zonen von Nichtwohngebäuden mit Innentemperaturen mindestens 19°C Zonen von Nichtwohngebäuden mit Innentemperaturen von 12 bis unter 19°C
      Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten Umax1
1 2 3 4 5
1 Außenwände Nr. 1 Satz 1 und 2 0,24 W/(m²·K) 0,35 W/(m²·K)
2 a Fenster, Fenstertüren Nr. 2 a und b 1,3 W/(m²·K) 2) 1,9 W/(m²·K) 2)
2 b Dachflächenfenster Nr. 2 a und b 1,4 W/(m²·K) 2) 1,9 W/(m²·K) 2)
2 c Verglasungen Nr. 2 c 1,1 W/(m²·K) 3) keine Anforderung
2 d Vorhangfassaden Nr. 6 Satz 1 1,5 W/(m²·K) 4) 1,9 W/(m²·K) 4)
2 e Glasdächer Nr. 2 a und c 2,0 W/(m²·K) 3) 2,7 W/(m²·K) 3)
2 f Fenstertüren mit Klapp-, Falt-, Schiebe- oder Hebemechanismus Nr. 2 a 1,6 W/(m²·K) 2) 1,9 W/(m²·K) 2)
3 a Fenster, Fenstertüren, Dachflächenfenster mit Sonderverglasungen Nr. 2 a und b 2,0 W/(m²·K) 2) 2,8 W/(m²·K) 2)
3 b Sonderverglasungen Nr. 2 c 1,6 W/(m²·K) 3) keine Anforderung
3 c Vorhangfassaden mit Sonderverglasungen Nr. 6 Satz 2 2,3 W/(m²·K) 4) 3,0 W/(m²·K) 4)
4 a Dachflächen einschließlich Dachgauben, Wände gegen unbeheizten Dachraum (einschließlich Abseitenwänden), oberste Geschossdecken Nr. 4 Satz 1 und 2 a, c und d 0,24 W/(m²·K) 0,35 W/(m²·K)
4 b Dachflächen mit Abdichtung Nr. 4 Satz 2 b 0,20 W/(m²·K) 0,35 W/(m²·K)
5 a Wände gegen Erdreich oder unbeheizte Räume (mit Ausnahme von Dachräumen) sowie Decken nach unten gegen Erdreich oder unbeheizte Räume Nr. 5 Satz 1 und 2 a und c 0,30 W/(m²·K) keine Anforderung
5 b Fußbodenaufbauten Nr. 5 Satz 2 b 0,50 W/(m²·K) keine Anforderung
5 c Decken nach unten an Außenluft Nr. 5 Satz 1 und 2 a und c 0,24 W/(m²·K) 0,35 W/(m²·K)

1) Wärmedurchgangskoeffizient des Bauteils unter Berücksichtigung der neuen und der vorhandenen Bauteilschichten; für die Berechnung der Bauteile nach den Zeilen 5 a und b ist DIN V 4108-6: 2003-06 Anhang E und für die Berechnung sonstiger opaker Bauteile ist DIN EN ISO 6946: 2008-04 zu verwenden.

2) Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters; der Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters ist technischen Produktspezifikationen zu entnehmen oder gemäß den nach den Landesbauordnungen bekannt gemachten energetischen Kennwerten für Bauprodukte zu bestimmen. Hierunter fallen insbesondere energetische Kennwerte aus europäischen technischen Bewertungen sowie energetische Kennwerte der Regelungen nach der Bauregelliste A Teil 1 und auf Grund von Festlegungen in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen.

3) Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasung; Fußnote 2 ist entsprechend anzuwenden.

4) Wärmedurchgangskoeffizient der Vorhangfassade; er ist nach DIN EN 13947: 2007-07 zu ermitteln.

 

Berechnung des vorhandenen Wärmedurchgangswertes (U-Wert) einer Außenwand mit VHF

Konstruktionsbedingt wird bei VHF mit zweiteiligen, justierbaren Unterkonstruktionen die vollflächig verlegte Wärmedämmung (ungestörte Wand) punktuell durch die Wandhalter durchbrochen.

Diese Durchdringungspunkte schwächen die Dämmwirkung (Ausnahme wärmebrückenfreie Unterkonstruktionen) und sind als potentielle Wärmebrücken über den sogenannten Wärmebrückenverlustkoeffizienten χ bei der Berechnung des U-Wertes zu berücksichtigen.

Der punktuelle Wärmebrückenverlustkoeffizient χ [W/K] eines Wandhalters der Unterkonstruktion von VHF ist ein produktspezifischer Wert, welcher hauptsächlich abhängig ist von:

  • von Art und Material des Wandhalters
  • Dicke und Material der Wärmedämmung
  • Dicke und Material der tragenden Außenwand

Die Wärmebrückenverlustkoeffizienten sind den technischen Unterlagen der Lieferanten der Unterkonstruktion zu entnehmen. 

Allgemein können die durch die Wandhalter verursachten Energieverluste reduziert werden: zum Beispiel durch den Einsatz alternativer Materialen mit verminderter Wärmeleitfähigkeit, der Verkleinerung der Auflagerfläche der Wandhalter auf der Wand sowie durch die Reduzierung der durchschnittlichen Anzahl der eingesetzten Wandhalter pro Quadratmeter. 

Berechnung:

Zunächst ist also der U-Wert der ungestörten Wand in Abhängigkeit von Dicke und Material der Außenwand und Wärmedämmung gemessen in [W/m²K] zu ermitteln.

Danach ist die Art und Anzahl der Wandhalter (Durchdringungspunkte der Wärmedämmung) je Quadratmeter zu ermitteln und mit den produktspezifischen punktuellen Wärmebrückenverlustkoeffizienten χ [W/K] zu multiplizieren.

Der Gesamt U-Wert [W/m²K] einer Außenwand mit VHF ergibt sich aus der Addition des U-Wertes der ungestörten Wand mit der Summe der Wärmebrückenverlustkoeffizienten.

Windbelastung

Map of Germany - wind load

Die Windlast gehört zu den klimatisch bedingten, veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke. Sie ergibt sich aus der Druckverteilung um ein Bauwerk, welches einer Windströmung ausgesetzt ist.

Sie wirkt im Allgemeinen als Flächenlast senkrecht zur Angriffsfläche und setzt sich vor allem aus Druck- und Sogwirkungen zusammen. So entsteht bei einem Bauwerk an den frontal angeströmten Flächen durch die Strömungsverlangsamung ein Überdruck. Im Bereich der Dach- und Seitenflächen löst sich die Luftströmung an den Gebäudekanten ab und bewirkt dort einen Unterdruck (Sog). Durch den Nachlaufwirbel wird an der Gebäuderückseite ebenfalls ein Unterdruck erzeugt.

Einflussgrößen:

Standort:

Die maßgebenden Einflussfaktoren auf die Größe der Windlasten sind die des Standortes mit dem lokalen Windklima und der Topographie. Das Windklima wird in den Normen Eurocode 1 oder DIN 1055-4 durch eine Windzonenkarte erfasst, welche zeitlich gemittelte, maßgebende Windgeschwindigkeiten für verschiedene geographische Regionen angibt. Die Topographie und Beschaffenheit des umgebenden Geländes am Bauwerksstandort werden in den Normen durch Geländekategorien erfasst.

Bauwerksgeometrie:

Weitere wichtige Einflussfaktoren ergeben sich aus der Geometrie des Bauwerkes oder Bauteils. So ist die Windgeschwindigkeit an der Erdoberfläche praktisch Null und nimmt mit zunehmenden Abstand von der Erdoberfläche, also mit Gebäudehöhe, zu. Neben der Gebäudehöhe beeinflusst die geometrische Form die Größenordnung der Druck- und Sogkräfte. Dies wird mit aerodynamischen Beiwerten berücksichtigt.

Windkraft:

Die resultierende Windkraft auf ein Bauwerk oder Bauteil ergibt sich aus dem Produkt von Geschwindigkeitsdruck, aerodynamischen Kraftbeiwerten und Bauwerksflächen.

Verankerungsgrund

Neben den vorgenannten Randbedingungen hat auch das am jeweiligen Objekt zur Verankerung der hinterlüfteten Fassade zur Verfügung stehende Material der tragenden Außenwand einen wesentlichen Einfluss auf die Planung.

Je nach Tragfähigkeit und Beschaffenheit der Außenwand wird das einzusetzende Verankerungsmittel ausgewählt und die notwendige Anzahl der Verankerungspunkte festgelegt. Je geringer die Tragfähigkeit des Verankerungsgrundes, desto mehr Dübel und somit Wandhalter der Unterkonstruktion müssen eingesetzt werden, um die einwirkenden Lasten der Fassade in die Außenwand zu übertragen.

Nachfolgend sind häufig eingesetzte Verankerungsgründe zusammengestellt:

Verankerungsgrund Übersicht

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