Studie: Materialwirksamkeit in Abhängigkeit der Einbausituation von Fenstern und Türen in Bezug auf ihre Passivhaustauglichkeit
Das BBS Institut von Prof. Dr.-Ing. H.-P. Leimer aus Wolfenbüttel hat hierzu im Auftrag von HANNO eine umfangreiche Studie durchgeführt.
Das Umweltbundesamt hat in einer kürzlich veröffentlichten Studie zu Beschäftigungswirkungen sowie Ausbildungs- und Qualifizierungsbedarf im Bereich der energetischen Gebäudesanierung in der Einführung folgende Sachverhalte aufgelistet: Es entfallen 40% des Energieverbrauchs in Deutschland auf den Gebäudebereich. Durch entsprechende Maßnahmen ließe sich dieser Energieverbrauch bis zum Jahre 2020 um ca. 20% reduzieren. Allerdings seien die Möglichkeiten im Bereich der energetischen Gebäudesanierung bei weitem noch nicht ausgeschöpft, da bisher nur ca. 1/3 der finanziell lohnenden Einsparpotenziale in der Gebäudesanierung gehoben würden. Daher habe die Bundesregierung die energetische Gebäudesanierung als eines der zentralen Tätigkeitsfelder herausgestellt und zukünftig entsprechende Fördermaßnahmen in Aussicht gestellt. Hierbei sei es aber auch wichtig, dass die Durchführung von entsprechend geschultem Fachpersonal durchgeführt würde.
Hier stellt sich nun eine zentrale Frage: Welche wissenschaftlichen Erkenntnisse gibt es, zum Beispiel Fenster- und Türanschlussfugen dauerhaft und energetisch optimal abzudichten? Bei der Suche nach solchen wissenschaftlich erstellten Erkenntnissen tat sich bisher eine Lücke auf. Diese Lücke zu schließen, hat sich die Studie des BBS Instituts vorgenommen.
Um folgende Fragen wissenschaftlich bewerten zu lassen, hat HANNO das BBS Institut von Prof. Dr.-Ing. H.-P. Leimer aus Wolfenbüttel mit einem Auftrag betraut:
Bei energetisch optimierten Gebäuden bedarf es einer Optimierung bzw. Minimierung der Wärmebrücken. Wie verhält es sich in diesem Zusammenhang mit dem Fenstereinbau?
Eines der maßgeblichen Kriterien ist die Luftdichtheit der Gebäudehülle. Wie verhält sich diese Luftdichtheit während der dauerhaften Nutzung der Gebäude und während Temperaturwechsellasten die auf ein Gebäude und die Fuge wirken?
Energetisch optimierte Gebäude sollen nachhaltig Energie einsparen. Daher ist für den Fenstereinbau eine dauerhaft funktionsfähige Fuge erforderlich. Wie verhält sich die Fuge unter Diffusions- und Konvektionslasten über einen langfristigen Zeitraum?
In Zusammenarbeit mit dem damaligen Leiter der HANNO-Anwendungstechnik Bau, Herrn Dipl.-Ing. (FH) Björn Kethorn, Sachverständiger Wärme-Feuchtetechnische Bauschäden, haben Herr Prof. Dr.-Ing. H.-P. Leimer und Herr Jan Schneider vom BBS Institut hierzu ein Konzept entwickelt.
Energetische Bewertung von Bauanschlussfugen
Als Grundlage wurde die Richtlinie vom ift Rosenheim, ift-Richtlinie WA-15/2: Passivhaustauglichkeit von Fenstern, Außentüren und Fassaden“ [2] speziell der Abschnitt 4.3. für die Bewertung durch das BBS Institut herangezogen und in der Folge die rechnerischen Nachweise mit verschiedenen Produkten des Hanno-3-Ebenen Fugenabdichtungssystems geführt.
Um verschiedene Konstruktionen zu bewerten, wurden aus dem Anhang 1 der ift-Richtlinie WA-15/2 zwei Konstruktionen, einmal ein Anschlagmauerwerk mit Klinker und ein monolithisches Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem, gewählt. Diese Konstruktionen wurden dann jeweils mit mehreren Abdichtungssystemen und unterschiedlichen Einbaulagen der Bauelemente bewertet. Als Bewertungskriterien wurden die Oberflächentemperatur Өsi, der Temperaturfaktor fRsi und der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient Ψi herangezogen.
Aus den Ergebnissen lässt sich ablesen, dass sich bei einer guten Planung der Wärmebrücke die rechnerischen Verluste über diesen Weg quasi komplett eliminieren lassen.
Einfluss der Wärmeleitfähigkeit der Abdichtungsprodukte bei gleicher Konstruktion
Hier zeigt sich, wenn man die Oberflächentemperaturen Өsi heranzieht, ein Unterschied von bis zu 0,4°C. Daher gibt HANNO für alle seine Abdichtungsmaterialien die Wärmeleitfähigkeit an. Hierbei rufen bereits Nachkommastellen relevante Unterschiede auf. Daher wird z.B. bei Hannoband®-3E der für ein Multifunktionsband herausragende λ-Wert vollständig mit 0,0428 W/(m*K) angegeben.
Einfluss der Einbaulage der Bauelemente je nach Konstruktion
Bei einem monolithischen Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem kann die Lage je nach Konstruktionsmauerwerk einen deutlichen Einfluss auf den längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten ψi haben. Hier mag es aus Sicht der energetischen Bewertung sinnvoll sein, die Bauelemente in die Dämmebene des Wärmedämmverbundsystems zu setzen. Auch in dem Bereich ist die Wärmeleitfähigkeit ein wesentlicher Faktor, hier aber neben dem Abdichtungsprodukt eher für die umgebende Wärmedämmung.
Aus diesen Erkenntnissen heraus hat HANNO mit dem Produkt Folienband Hanno®-DUO Easy ein System entwickelt, welches zum einen die Anforderungen an die Abdichtung optimal erfüllt und zum anderen keine Einschränkungen für die umliegenden Wärmedämmmaterialien darstellt.
Fazit: Alle Produkte des Hanno® 3-Ebenen-Fugenabdichtungssystems sind bezüglich Ihrer wärmetechnischen Eigenschaften als passivhaustauglich anzusehen.
Im Teil 2 der Studie wurde die dauerhafte Luftdichtheit untersucht.
Hier wurde folgende Fragestellung untersucht: Wie verhält sich diese Luftdichtheit während der dauerhaften Nutzung von Gebäuden und den Temperaturwechsellasten, die auf ein Gebäude und die Anschlussfugen von Bauelementen wirken?
Im Allgemeinen sind Bauanschlussfugen von Fenstern schlagregendicht und luftdicht herzustellen, um das Eindringen von Feuchtigkeit in die Konstruktion zu verhindern. Anhand eines definierten PVC-Fensters mit einer Profillänge von 2,18 m wurden die zu erwartenden Bewegungen aus der reinen Temperaturdehnung ermittelt und mit 3 mm pro Fugenseite festgelegt. Anhand dieser 3 mm Fugenbewegung wurden spezielle Prüfkörper entwickelt, gebaut und mit 4 verschiedenen Abdichtungssystemen bestückt. Die Fugenflanken der Prüfkörper bestehen aus Vollholz und aus Kalksandstein. Von jedem Abdichtungsprodukt wurden mehrere Prüfkörper gebaut, um eine Messwert-Varianz zu erreichen.
Es wurden hierzu drei verschiedene Produkte in die Fensterfuge eingebaut:
Fugendichtungsband, im Versuch mit Hannoband®-BG1 ausgeführt.
Fugendichtungsbänder der Beanspruchungsgruppe BG1 nach DIN 18542 Stand 2009 müssen nur die Anforderungen an die äußere Luftdichtheit erfüllen. Das Band wurde aber dennoch mit geprüft, um festzustellen, wie sich ein diffusionsoffenes Produkt für die äußere Abdichtung in Bezug auf die Luftdichtheit bei Fugenbewegungen verhält.
Multifunktionsband, im Versuch mit Hannoband®-3E ausgeführt.
Multifunktionsfugendichtungsbänder sind Produkte für alle drei Abdichtungsebenen des Fensteranschlusses und daher auch direkt für die Luftdichtheit der Fuge verantwortlich.
Fugendichtungsfolie, hier mit Folienband Hanno®-Duo Easy.
Folienbänder gelten per se als luftdicht. Hier lag der Fokus der Überprüfung vor allem darauf, ein dehnfähiges Material einzusetzen und diese „stramm“, also ohne die bei nicht dehnfähigen Systemen nötige Dehnreserve, zu verbauen und somit die Eigenschaft dehnfähig auch zu überprüfen.
PU-basierter Volumen-Kleber, ausgeführt mit dem Produkt eines anderen Marktteilnehmers.
Die Prüfung soll zeigen, wie sich solche Produkte bei realen Fugenbewegungen verhalten. Da es sich bei den Messungen um einen von üblichen Fugenprüfungen nach EN 1026 abweichenden Prüfaufbau handelte, konnten die gemessenen Werte zwar nicht mit den Werten aus Normprüfungen verglichen werden, es ließ sich aber ein sehr guter Vergleich der Systeme untereinander erstellen.
Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede in gedehnter Fuge
Während sich in der Ausgangsfuge von 15 mm nur geringe Unterschiede bei den einzelnen Abdichtungsprodukten zeigten, war der Fugendurchlasskoeffizient bei dem PU-basierten Volumen-Kleber um das 10fache erhöht:
Fazit: Die bewährten Systeme erfüllen die Anforderungen ohne Probleme. Die für die Luftdichtheit vorgesehenen Produkte Folienband Hanno®-Duo Easy und das Multifunktionsband Hannoband®-3E können ohne Einschränkung am Bau Verwendung finden.
Das alternative System zur luftdichten Abdichtung kann dem in dieser Prüfung als normal definierten Bewegungsanforderungen nicht folgen. Die Eignung als alleinige, dauerhaft luftdichte Abdichtung ist nicht gegeben.
Welche Auswirkungen hat dieser Effekt auf die Fuge und dessen Feuchtebilanz?
Zur Beantwortung dieser Frage wurde eine thermisch-hygrische Bausimulationsberechnung. durch das BBS Institut Wolfenbüttel von Prof. Dr.-Ing. H.-P. Leimer durchgeführt.
Zunächst wurden die Systeme mit kompletter Luftdichtheit, also mit einem a-Wert von 0,0 berechnet, um zu sehen, wie sich die Systeme bei reinen Diffusionsbelastungen verhalten und um eine Referenz zu erzielen. Im zweiten Schritt wurden die Werte der Luftdurchlässigkeit des Teil 2 der Studie mitbetrachtet, indem eine Hochrechnung des Verhaltens der Anschlussfuge über einen Zeitraum von 5 Jahren erfolgte.
Mit diesem sehr aufwendigen Ansatz wurde nachgewiesen, welchen Einfluss die immerwährende Kombination aus Diffusion und Konvektion auf die Baukörperanschlussfuge haben.
Bei der reinen Betrachtung der Diffusionseffekte und dem theoretischen Ansatz einer 100%igen Luftdichtheit konnten erwartungsgemäß bei allen Systemen keine schädlichen Anreicherungen von Feuchtigkeit in der Konstruktion festgestellt werden.
Werden nun die Werte für die Konvektion mit hinzugerechnet, so zeigen die Systeme mit Hannoband®-BG1, Multifunktionsband Hannoband®-3E und Folienband Hanno®-DUO EASY hervorragende Werte und die Materialfeuchte in der Fuge nimmt im Vergleich zum Anfangswert sogar ab. Die in der Studie betrachtete Abdichtungsvariante auf PU-basiertem Volumenkleber hingegen verursachte Undichtigkeiten, die über die Nutzungsjahre zu einer Aufkumulierung der Feuchtigkeit in der Fuge führen. Diese Lösung ist daher nicht als dauerhaft zu bezeichnen und stellt somit allein keine Alternative für eine Luftdichte Abdichtung dar.