Zurzeit besteht ein großes
Durcheinander bei der Vermaßung der Bauteile für Last- oder
Energiebedarfsberechnungen. Bisher hat man gehofft, dass sich die entsprechenden
Norm- bzw. VDI-Ausschüsse auf eine sinnvolle und einheitliche Vermaßungsart
einigen würden. Jüngste Äußerungen dieser Ausschüsse
lassen jedoch Zweifel aufkommen. Hinzu kommt, dass an verschiedenen
Stellen behauptet wird, die Aussenvermaßung sei die physikalisch
"Richtige". In diesem Beitrag soll gezeigt werden, dass die
Innenvermaßung, so wie sie früher von der DIN 4701 bzw. heute
von der VDI 2078 angewendet wird, nicht nur physikalisch korrekt, sondern
auch praktisch sinnvoll ist.
Einführung
Für die Übernahme bzw. für das Abgreifen
der Abmessungen aus den Architektenplänen werden z.Z. je nach Berechnungsaufgabe
unterschiedliche Methoden angewendet. Eine Zusammenstellung zeigt Tabelle
1.
Tabelle 1: Bemaßungsarten nach verschiedenen
Normen bzw. Richtlinien
Im Entwurf zum nationalen Anhang der Heizlastnorm (Nr.
3 der Tab. 1) wurde die Rückkehr der horizontalen Bemaßungsart
zur früheren Innenvermaßung der DIN 4701 vorgeschlagen. In
der zugehörigen Einspruchssitzung wurde diese Änderung kritisiert,
da dadurch eine Datenübernahme aus dem EnEV-Nachweis (Nr. 4) erschwert
wird.
Eine Heizlastberechnung unter Verwendung der im EnEV-Nachweis
ermittelten Flächen dürfte ohnehin nicht empfehlenswert sein,
da die EnEV-Norm nicht auf einzelne Räume abstellt. Die Raumheizlasten
werden aber benötigt, um die einzelnen Raumheizkörper zu dimensionieren.
Interessanter dürfte der umgekehrte Weg sein, bei dem nach einer
Heizlastberechnung der EnEV-Nachweis kontrolliert wird. Damit kann überprüft
werden, ob die EnEV-Anforderungen durch Änderungen in den einzelnen
Planungsphasen noch eingehalten werden. Allerdings ist hier zu beachten,
dass die Summe der Aussenbauteilflächen mit den Flächen der
Systemgrenzen der EnEV übereinstimmen. Ebenso ist eine Gleichschaltung
mit den Lüftungswärmeverlusten zu vollziehen. Dies betrifft
sowohl die unterschiedlichen Luftwechselraten als auch das zugrunde
gelegte Raumvolumen. Man erkennt, dass für diesen Datenübertragungsweg
größere Anpassungsarbeiten notwendig sind.
Ein berechtigter Wunsch ist jedoch die Möglichkeit
der Datenübernahme von einer Heizlast- in eine Kühllastberechnung
oder umgekehrt. Bei der Übernahme aus einer Heizlastberechnung
ist nur die Hinzufügung der adiabaten Innenbauteile zum Erhalt
der gesamten Raumumschließungsfläche zu beachten.
Es ist daher erfreulich, dass der Ausschuss zu Nr. 3
der Tab. 1 nunmehr einen Abgleich der Bemaßungsart mit der Kühllastrichtlinie
anstrebt. Allerdings bezieht sich diese Aussage auf die zukünftige
Kühllastberechnung nach der Nr. 6 der Tab. 1, bei der eine dritte
(neue) Bemaßungsart vorgesehen ist.
Physikalischer Hintergrund
Die neue Mittenbemaßung hat vermutlich ihren Ursprung
in der vereinfachenden Annahme der VDI 6007, alle Außenbauteile
und nicht-adiabaten Innenbauteile in nur einer Speichermasse zusammenzufassen.
Damit wird das instationäre Wärmestromverhalten dieser Bauteile
durch ein Speicherglied 1. Ordnung angenähert, welches sich dadurch
auszeichnet, dass kein Temperaturgradient innerhalb der Speichermasse
vorliegt. Theoretisch gilt dies nur für Bauteile mit unendlich
hoher Wärmeleitfähigkeit. Das stationäre Wärmestromverhalten
wird dagegen in der VDI 6007 durch die tatsächlich vorhandenen
Wärmeleitwiderstände abgebildet. Die Mittenbemaßung
ist daher verfahrensbedingt und ist hier ausgerichtet auf die Erfassung
der gesamten Speichermasse des Bauteils. Unklar ist, warum für
die adiabaten Innenbauteile nicht auch eine Mittenbemaßung vorgenommen
wird. Auch für diese Bauteile wird in dem 2-Kapazitätenmodell
nur eine Speichermasse zugeordnet.
Derzeit liegt die VDI 6007 jedoch nur als Entwurf vor,
ist umstritten und unvollständig. Für die Kühllastberechnung
gilt z.Z immer noch die aktuelle VDI 2078, die eine Innenvermaßung
voraussetzt.
Die Innenvermaßung ist aus folgenden Gründen
physikalisch korrekt:
Die Hauptaufgabe der Heiz- und Kühlanlagen ist die
Beeinflussung der inneren Oberflächentemperaturen der Bauteile
und der Raumlufttemperatur. In Räumen, in denen sich Personen aufhalten,
können somit behagliche Zustände geschaffen werden. Demnach
muss sich die Dimensionierung einzelner Anlagenbauteile im Raum nach
dieser Hauptaufgabe richten. Die Erwärmung bzw. Kühlung der
äußeren Wandschichten ist eine Folgeerscheinung.
Besonders deutlich wird dieser Umstand im instationären
Fall, wenn sich der Wärmestrom auf der Innen- und Außenseite
der Wand durch die Wärmespeicherwirkung zum Zeitpunkt t unterscheidet.
Würde man die Anlage nach dem äußeren Wärmestrom
dimensionieren, könnte es möglich sein, dass besonders bei
schweren Bauteilen mit großer Amplitudendämpfung und Zeitverschiebung
die Anlage zum gleichen Zeitpunkt t ihre Hauptaufgabe nicht erfüllen
kann. Die Maxima der Wärmeströme innen und außen werden
sich nicht nur in ihrer Höhe, sondern auch im Zeitpunkt ihres Auftretens
unterscheiden.
Der für die Dimensionierung notwendige Wärmestrom
tritt also nur auf der Innenseite auf. Folglich sollte auch als Abmessung
des Bauteils das Innenmaß abgegriffen werden.
Ein anderes Problem stellen die Wärmebrücken
dar, z.B. Deckenauflager, Innenwandanschluss, Außenwandecke. Ein
genaues Berechnungsverfahren berücksichtigt die Wärmebrücken
durch den längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten 
(auch
Wärmebrückenverlustkoeffizient genannt). Für ein rechteckiges,
ebenes Bauteil müsste dieser viermal für die Berandung angewendet
werden. Um diesen Aufwand zu vermeiden, existieren verschiedene Vorgehensweisen.
Praktischer Hintergrund
In der praktischen Anwendung kommen derzeit folgende
Methoden zum Einsatz:
A) Außenvermaßung
Durch die größere Fläche wird ein erhöhter Wärmestrom
errechnet. Die Überhöhung soll die Wärmebrücken
berücksichtigen, was nur bei alter Bauweise und auch nur tendenziell
zu erwarten ist. Bei neuer Bauweise (z. B. nach DIN 4106 Beiblatt 2:2006-03
Wärmebrücken-Planungs-und Ausführungsbeispiele) verhindern
zusätzliche Wärmedämmaßnahmen einen erhöhten
Wärmestrom. Der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient
kann sogar
negativ werden, was einer Wärmestromminderung gleichkommt.
B) Pauschale Zuschläge für
den Wärmedurchgangskoeffizienten U
Nach DIN V 4108-6:2003-06 kann zur Berücksichtigung der Wärmebrücken
als Ersatz für die Anwendung des längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten
ein pauschaler
spezifischer Wärmebrückenzuschlag auf den Transmissionswärmeverlust
erfolgen (
=
0,1 oder 0,05 W/(m² K)). Bei dieser groben Methode schneiden große
Flächen schlechter ab als kleine. Sinnvoller wäre evtl. ein
pauschaler -Wert.
In der Heizlast- und EnEV-Norm (Nr. 3 und 4 der Tab.
1) kommen die Methoden A) und B) gleichzeitig zur Anwendung, wodurch
eine Überbewertung der Wärmeströme erfolgen könnte.
In den Architektenplänen werden nur die Innenmaße
und die Wanddicken angegeben. Die Zuordnung eines Bauteils in den Berechnungstabellen
wäre daher bei der Innenvermaßung wesentlich leichter nachzuvollziehen.
Kontrollarbeiten oder die Weiterführung der Berechnung durch andere
Mitarbeiter wären einfacher und schneller zu bewerkstelligen, was
auch im Hinblick auf die Genauigkeit der Berechnung zu bewerten ist.
Bei einer Energieberatung werden i.d.R. Berechnungen
nach EnEV vorgenommen. Sollte hier die Sanierungsvariante "Wärmedämmverbundsystem"
untersucht werden, müsste aufgrund der vergrößerten
Außenmaße das geometrische Gebäudemodell neu eingegeben
werden. Gleiches gilt, wenn im EnEV-Nachweis die erforderliche Wärmedämmdicke
zur Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen gesucht wird. Daher wäre
auch bei der EnEV-Berechnung aus praktischer Sicht die Innenvermaßung
sinnvoll.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass sowohl aus
physikalischer Sicht als auch den Erfordernissen der Planungspraxis
entsprechend die Innenvermaßung bei allen genannten Berechnungszielen
zu favorisieren ist.
Autor: CSE Nadler
Dipl.-Ing. Norbert Nadler
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