Vorträge zum FIW Forschungstag 2017

1. Grundlagen

 

Roland Schreiner1.1 Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen – Grundlagen und Einflüsse

Inhalt

Alle Dämmstoffe haben eine Wärmeleitfähigkeit, die mehr oder weniger von der Temperatur abhängig ist. Ausgehend von den unterschiedlichen Wärmeübertragungsmechanismen im Dämmstoff, vor allem Leitung und Strahlung, werden die Einflussgrößen Temperatur, Rohdichte und die Temperaturdifferenz auf die Wärmeleitfähigkeit detailliert dargestellt. Bei der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit im Labor ist die Kenntnis des "Dickeneffektes" bei strahlungsdurchlässigen Dämmstoffen von großer Bedeutung. Für wärmeschutztechnische Berechnungen von Dämmungen betriebstechnischer Anlagen in der Haustechnik und in der Industrie ist die Betriebswärmeleitfähigkeit mit ihren anwendungsbezogenen Zuschlagsgrößen die entscheidende Größe. Der integrale Mittelwert der Wärmeleitfähigkeit muss hier verwendet werden.

Roland Schreiner

Nach dem Abschluss des Studiums der Lebensmitteltechnologie an der Technischen Universität München als Diplom-Ingenieur wissenschaftliche Tätigkeit am FIW München.

Verantwortlich für die Prüflabore von technischen Dämmungen sowie die Betreuung von wärmeschutztechnischen Berechnungen. Mitarbeit in nationalen und europäischen Gremien mit dem Fokus der Qualifizierung von Dämmstoffen und Dämmsystemen für technische Anwendungen. Obmann des Lenkungsgremium "Quality Assurance Committee, QAC" für das europäische, freiwillige Qualitätssicherungssystem für Dämmstoffe "INSULATION VDI/KEYMARK".

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Robert Hofmockel1.2 Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen – Messtechnische Bestimmung

Inhalt

In der technischen Dämmung spielen hauptsächlich zwei Formen von Dämmstoffen eine Rolle: ebene Produkte und vorgeformte Rohrdämmstoffe.
Diese beiden Arten werden auch im Rahmen der Messung der Wärmeleitfähigkeit unterschieden. Während ebene Produkte hauptsächlich im Zweiplattengerät geprüft werden, wird die Wärmeleitfähigkeit von Rohrdämmstoffen direkt am Rohr bestimmt/gemessen. Das Zweiplattengerät (GHP) besteht aus einer Messzone, die von Schutzringen umgeben ist, damit der Wärmestrom quantifizierbar wird. Durch die Schutzringe vermeidet man Energiegewinne oder -verluste der Messzone und kann somit aus der elektrischen Heizung auf den Wärmestrom durch die Probe schließen. Um die Wärmeleitfähigkeit berechnen zu können, werden neben der genannten elektrischen Leistung noch weitere Parameter benötigt: die Dimensionen der Probe sowie die Temperaturen an beiden Seiten der Probe: Warm- und Kaltseite.
Beim Rohrverfahren wird der vorgeformte Dämmstoff auf einem temperierbaren Prüfrohr gemessen. Durch Innen- und Außendurchmesser der Probe, Länge sowie Temperatur an der Innen- und Außenseite kann die Wärmeleitfähigkeit berechnet werden.
Der große Unterschied zwischen den beiden Verfahren ist das Ergebnis: Während man beim Zweiplattenverfahren eine Materialkonstante erhält, also den Wert der Wärmeleitfähigkeit bei einer bestimmten Temperatur für das getestete Material, erhält man beim Rohrverfahren einen Wert der Wärmeleitfähigkeit für eine bestimmte Mitteltemperatur inklusive der Einflüsse des Aufbaus (zum Beispiel Stöße zwischen den Rohrsegmenten).
Die Messunsicherheit dieser Messungen setzt sich aus den einzelnen gemessenen Größen zusammen. Die Messunsicherheit der Temperatur hält hierbei den größten Anteil von ca. zwei Dritteln, danach folgen der Anteil der Dickenbestimmung mit einem Fünftel und die Messung der Stromstärke mit ca. 15 %; die Unsicherheit in der Spannungsmessung ist sehr gering und kann nahezu vernachlässigt werden. Im Gegensatz zu den eben erwähnten sogenannten zufälligen Fehlern, der klassischen Messunsicherheit, stehen die systematischen Fehler. Diese sind oft schwerer zu erkennen und zu quantifizieren.
Beim Zweiplattenverfahren zählen hierzu z. B. die Randeffekte, also, ob aus den Schutzringen Energie in die Messzone fließt oder vice versa. Mithilfe des sogenannten Performance Checks lässt sich herausfinden, ob und wie viel Energie zwischen Messzone und Schutzringen fließt.
Die beiden Verfahren der Platten- und Rohrmessung sind wichtige, normativ erfasste Verfahren für die Messung der Wärmeleitfähigkeit an Dämmstoffen. Beide zählen zu den stationären Verfahren, instationäre Verfahren wie die Hitzdraht-Methode oder Transient-Hot-Bridge sind jedoch in der Weiterentwicklung und können in Zukunft durch ihre kurze Messdauer eine Ergänzung zu den bestehenden Messverfahren darstellen.

Robert Hofmockel

Abschluss des Master of Science: Nanostrukturtechnik an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, seit dem Jahr 2014 als Ingenieur im FIW München tätig. Er arbeitet im Bereich des technischen Wärmeschutzes. Aufgaben sind die Durchführung von Qualitätsüberwachungen und Auftragsmessungen technischer Dämmstoffe sowie die Auditierung im Rahmen der CE-Kennzeichnung für Hersteller im In- und Ausland.

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Max Engelhardt1.3 Freie Konvektion in Faserdämmstoffen – Hintergrund und praktische Auswirkung

Inhalt

Das Phänomen der natürlichen Konvektion treibt unsere Weltmeere an und ist für die Entstehung der Wolken und die Bewegungen der Kontinentalplatten verantwortlich. Sie sorgt für Ordnung in auskühlenden Lavaströmen und hat so die beeindruckenden Formen der Basaltsäulen geschaffen. Doch auch in vergleichsweise kleinen Systemen wie Wohnräumen, Heizkörpern und Kochtöpfen ist die natürliche Konvektion ein entscheidender Wirkmechanismus.
In der allgemeinen Lehre der Bauphysik findet die Konvektion in vielen Bereichen Berücksichtigung. Beispiele sind die thermische Bewertung von Luftschichten in Baukonstruktionen, die Berechnung des Wärmeübergangs zwischen Bauteilen und der Umgebung, Betrachtungen der Behaglichkeit und Raumluftqualität und bei Beheizungskonzepten. Die freie Konvektion in luftdurchlässigen Dämmstoffen jedoch wird in der Regel nur beiläufig erwähnt mit rein qualitativen Aussagen wie der, dass bei sehr geringen Rohdichten der Dämmstoffe Konvektion auftreten kann. Ist das Phänomen der freien Konvektion im Bereich der Hochbaudämmstoffe also gar nicht praxisrelevant?
Der Vortrag soll eine Einführung in das Thema bieten und fokussiert sich dazu auf die wärmetechnischen Auswirkungen der Konvektion auf Dämmungen in vertikalen Bauteilen des Hochbaus.
Eine kurze Betrachtung der Physik um das Entstehen der natürlichen Konvektion soll die Frage erläutern, wann Konvektionseffekte dazu führen können, dass die Wärmeverluste durch ein gedämmtes Bauteil zunehmen. Dabei zeigt sich, dass eine Luftzirkulation in einer Dämmschicht gar nicht zwangsläufig zu erhöhten Wärmeverlusten führen muss.
Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Konvektionsvorgänge, insbesondere die beteiligten Stoffe (Luft und poröses Medium), die vorherrschenden Randbedingungen (Temperaturen und Temperaturdifferenzen) und die Systemgrenzen (Bauteilgeometrie und luftdichte Ebenen), werden diskutiert.
Dazu werden ausgewählte Veröffentlichungen sowie eigene Untersuchungen des FIW München, die zum Verständnis der Konvektionsvorgänge in Faserdämmstoffen beitragen sollen, vorgestellt.
Abschließend wird die Berücksichtigung der Konvektionseffekte in Dämmstoffen innerhalb der bestehenden Regelwerke durch die Festlegungen im zentralen internationalen Standard für wärmetechnische Bemessung – der ISO 10456 – vorgestellt und ein Fazit aus baupraktischer Sicht der Anwender gezogen.

Max Engelhardt

Max Engelhardt studierte „Industrial Engineering für das holzbe- und verarbeitende Gewerbe“ (Studiengang „Holztechnik“) an der Fachhochschule Rosenheim. Seit 2013 ist er als Ingenieur in der Forschung und Entwicklung des FIW München tätig und dort Projektmanager und Sachbearbeiter für öffentlich und privatwirtschaftlich geförderte Forschungsprojekte. Außerdem gehören beispielsweise Tätigkeiten im Bereich der Finite-Elemente-Analyse, die Betreuung der Differenzklimaprüfstände oder die Bestimmung wärme- und feuchteschutztechnischer Kennwerte von Dämm- und Baustoffen zu seinem Tagesgeschäft.

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2. Hochleistungsdämmstoffe (SIM)

 

Dr.-Ing. Sebastian Treml2.1 Wärmeleitfähigkeitsmessung bei Hochleistungsdämmstoffen – Worauf muss man achten?

Inhalt

Die Definition von Hochleistungsdämmstoffen ist in der Literatur nicht eindeutig gefasst. Allgemein können daher Materialien mit sehr niedriger Wärmeleitfähigkeit als Hochleistungsdämmstoffe bezeichnet werden. Eine mögliche präzisere Definition fasst unter diesem Begriff solche Materialien zusammen, die durch den sogenannten Knudsen-Effekt die Wärmeleitfähigkeit des Zellgases unterdrücken. Im Wesentlichen werden dadurch zwei Materialgruppen angesprochen – Vakuumisolationspaneele (VIP) und Advanced Porous Materials (APM).
Die Wärmeleitfähigkeit von VIP liegt mit ca. 0.002 – 0.007 W/(m·K) etwa um den Faktor 10 unter der Wärmeleitfähigkeit sogenannter konventioneller Dämmstoffe wie Mineralwolle oder EPS. APM erreichen Werte in einem Bereich von ca. 0.015 – 0.020 W/(m·K). Durch die sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit können entsprechend dünne Dämmstärken realisiert werden. Übliche Dickenbereiche von VIP liegen in einem Bereich von ca. 20 – 30 mm. Teilweise können auch dünnere Paneele zum Einsatz kommen.
Die Bestimmung von sehr niedrigen Wärmeströmen in Verbindung mit geringen Paneelstärken kann bei der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit zu einer erhöhten Messunsicherheit führen. In dem Vortrag werden deshalb Berechnungen zur kombinierten Standardunsicherheit bei der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Hochleistungsdämmstoffen mit dem Plattengerät, unter Annahme typischer Messunsicherheiten nach DIN EN 1946-2 vorgestellt. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von VIP und APM abgeleitet.

Dr.-Ing. Sebastian Treml

Nach dem Abschluss einer Schreinerlehre nahm er das Studium der Holztechnik an der FH Rosenheim auf. Von 2007 bis 2013 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Holzforschung München der TU München in Arbeits¬gruppe „Werkstoffe“. 2010 promovierte er im Rahmen von Projekttätigkeiten im Bereich Dämmstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe an der TU München. Seit 2013 ist er Mitarbeiter am FIW München, Abteilung Forschung und Entwicklung. Seine Schwerpunkte der Tätigkeit am FIW München sind die Prüfungen an Abdichtungsbahnen (Unterspannbahnen, etc.), die Normungsarbeit (national und international) sowie die Beantragung und Entwicklung von diversen Forschungsprojekten. Unter anderem ist er ein Mitautor der Metastudie Dämmstoffe.

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Susanne Regauer2.2 Neue Methode zur Bestimmung des Innendrucks von Vakuumisolationspaneelen (VIP)

Inhalt

Der Innendruck von Vakuumisolationspaneelen (VIP) ist entscheidend für die niedrige Wärmeleitfähigkeit dieser Dämmstoffe und daher eine wichtige Größe zur Beurteilung der Qualität der Paneele. Für die Messung des Innendrucks von Vakuumisolationspaneelen ist die am häufigsten angewandte Methode das Folienabhebeverfahren. Dabei wird das VIP in einer Vakuumkammer positioniert und der Druck in der Kammer mittels Vakuumpumpen kontinuierlich abgesenkt. Während dem Evakuierungsvorgang werden der Kammerinnendruck und die Bewegung der Oberfläche der Hüllfolie des VIP aufgezeichnet. Unterschreitet der Kammerinnendruck den Innendruck des VIP, hebt sich die Hüllfolie vom Kern ab, was durch die Laserabstandssensoren erfasst wird. Mittels geeigneter Auswerteverfahren kann aus dem funktionalen Zusammenhang zwischen der Translation des überwachten Folienpunkts und dem aufgezeichneten Kammerinnendruck, der Innendruck des VIP berechnet werden.
Dieses indirekte Messverfahren ist derzeit noch ohne Nachweis oder Vergleichsmessungen mit einer direkten Methode. Um die Übereinstimmung der Messungen der Abhebevorgänge der Folie vom Kern mit dem tatsächlichen Innendruck zu überprüfen und um Randbedingungen für die Messungen festzulegen, wurde dieses Projekt im FIW München im Auftrag der Vacuum Insulation Panel Association (VIPA International) durchgeführt.
Zunächst wurden Randbedingungen für die Messung des Innendrucks mit dem Folienabhebeverfahren definiert. Zahlreiche Einflussfaktoren auf die Messergebnisse wurden dafür in umfangreichen Messreihen untersucht, wie der Einfluss der Auflagerung der VIP in der Kammer, der Anzahl und Positionierung der Laserabstandssensoren zur Überwachung der Hüllfolienbewegung und die Steuerung des Kammerinnendrucks hinsichtlich Druckabfallrate und Zwischenbelüftung. Diese Parameter beeinflussen das Ergebnis und können die Auswertung der ermittelten Rohdaten erschweren.
Mit diesem modifizierten Messaufbau wurden Messungen zur Validierung des Folienabhebeverfahrens durchgeführt. Speziell hergestellte Probekörper mit einem Adapter zur Durchdringung der Paneelhülle ermöglichen die gleichzeitige Messung von Paneelinnendruck, Folienbewegung und dem entsprechenden Innendruck in der Vakuumkammer. Daraus kann die Beziehung zwischen den drei gemessenen Parametern abgeleitet werden.

Susanne Regauer

Nach dem Bachelorstudium Bauingenieurwesen an der Universität Innsbruck absolvierte Susanne Regauer ihr Masterstudium im Bereich Energieeffizienz und Nachhaltigkeit von Gebäuden an der TU München. Während ihres Studiums war sie bereits als wissenschaftliche Hilfskraft im FIW München tätig, wo sie auch ihre Masterarbeit im Bereich der Vakuumisolationspaneele durchführte. Seit Mai 2017 ist sie Mitarbeiterin in der Abteilung Forschung und Entwicklung und beschäftigt sich weiterhin mit verschiedenen Themengebieten der VIP.

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3. Praktischer Wärme- und Feuchteschutz

 

Karin Wiesemeyer3.1 Wärmebrücken bei technischen Dämmungen – Bedeutung, Anforderungen und Praxis

Inhalt

Sowohl bei betriebstechnischen Anlagen als auch in der Haustechnik sind viele Komponenten ungedämmt oder nur unzureichend gedämmt. Diese dadurch begründeten Wärmeverluste bergen ein hohes Einsparpotenzial für technische Dämmungen.
Um dieses Einsparpotenzial abschätzen zu können, wurde der Wärmebrückenkatalog für technische Dämmungen mit der Richtlinie VDI 4610, Blatt 2 erstellt. Hierin sind Formeln für marktübliche Bauformen wie Armaturen und Flansche sowie Berechnungswerkzeuge für anlagenbedingte Wärmebrücken wie Lager und Aufhängungen vorhanden.
Die Dämmmaßnahmen der Wärmebrücken bei technischen Dämmungen unterliegen sowohl betrieblichen als auch rechtlichen Anforderungen. Betriebliche Anforderungen sind zum Beispiel die Verringerung des Wärmeverlustes, Einhaltung von Oberflächentemperaturen oder die Gewährleitung der Funktionsfähigkeit. Rechtliche Anforderungen stellen die Energieeinsparverordnung und das geplante Gebäudeenergiegesetz, die Energieeffizienzklassen der Richtlinie VDI 4610, Blatt 1 geben zusätzlich Rahmenbedingungen vor.
Am Beispiel einer Flanschenkappe wird das Einsparpotenzial deutlich:
Ein ungedämmter Flansch der Dimension DN 32 mit einer Mediumtemperatur von 60 °C hat einen Wärmeverlust von etwa 22 W. Wird der Flansch gedämmt, kann eine Einsparung je nach Konstruktion der Dämmkappe von 65 % bis 80 % erreicht werden.
Ein weiteres Beispiel betrachtet den energetischen Verlust durch Wärmebrücken im Vergleich zu den Wärmeverlusten eines Einfamilienhauses. Bei 10 ungedämmten Wärmebrücken in der Haustechnik im unsanierten Einfamilienhaus liegt der Wärmeverlust über die Wärmebrücken bei etwa 5 % vor. Bei einem sanierten Haus steigt der Anteil von 10 ungedämmten Wärmebrücken dagegen auf 18 %.
Frühere Projekte ermittelten, dass sich die Kosten von Dämmungen von Standardkomponenten üblicherweise innerhalb von zwei bis drei Jahren amortisieren.
Der Wärmebrückenkatalog für technische Dämmungen (Richtlinie VDI 4610, Blatt 2) wird voraussichtlich im Juni 2017 als Gründruck erscheinen.

Karin Wiesemeyer

Nach dem Abschluss des Studiums „Energiesystemtechnik“ an der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld im Jahr 2009 wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH mit Projekten im Bereich der Energieeffizienz in der Industrie und in den Kommunen.
Seit 04/2011 als Ingenieurin im FIW München im Bereich des technischen Wärmeschutzes tätig. Hauptaufgaben sind wärmeschutztechnische Berechnungen sowie Finite-Elemente-Berechnungen und die Betreuung der Prüfungen im Bereich der technischen Dämmungen.

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Florian Kagerer3.2 Gebäudebestand und Gebäudemodell für Deutschland

Inhalt

Im Rahmen der Entwicklung des Klimaschutzplans der Bundesregierung wurden ausgehend vom Referenzszenario zwei weiterführende Zielszenarien mit den jeweiligen Schwerpunkten Erhöhung der Energieeffizienz bzw. Ausbau Erneuerbarer Energien hinsichtlich ihrer technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass auf Basis beider Szenarien die klimapolitischen Zielsetzungen, d. h. eine Reduktion der Treibhausgasemissionen um 80 - 95 % bis 2050, erreicht werden können. Die Szenarien stellen mit ihrer thematischen Fokussierung (Effizienz, Erneuerbare Energien) in Hinblick auf die Komplexität der Transformation des Energiesystems eine starke Vereinfachung dar und sind nicht dazu geeignet, die mikro- und makroökonomischen Auswirkungen für alle relevanten Akteure (Energieerzeuger, Hersteller, Nutzer etc.) zu beschreiben und abzuleiten.
In der Zusammenarbeit mit weiteren Forschungspartnern werden derzeit Berechnungsmethode und Tool entwickelt, um unterschiedliche technologieoffene Transformationspfade zu untersuchen und einen hinsichtlich des Kosten-Nutzen-Verhältnisses optimierten Technologie- und Energiemix für Gebäudehülle, Gebäudeversorgung und Energiesystem zu entwickeln. Der sektorenübergreifende integrale Ansatz erlaubt dabei für definierte Rahmenbedingungen die Ableitung der kostengünstigsten Szenarien zur Transformation des Gesamtenergiesystems. Politik und Industrie soll damit ein Werkzeug an die Hand gegeben werden, um klimapolitische Strategien und Entwicklungen von Produkten, Dienstleistungen und Geschäftsmodellen im Kontext künftiger möglicher Entwicklungen überprüfen und analysieren zu können.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des FIW München - als einen wesentlichen Baustein des Werkzeugs - ein Gebäudemodell für Deutschland zu entwickeln. Grundlage bilden aktuelle Daten des Gebäudebestands, die nach Gebäudetypus (Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser, Nichtwohnungsbau), Baualtersklasse und baulich-energetischem Zustand gruppiert werden. Über den Zeitraum bis 2050 werden dazu Entwicklungsszenarien zum Neubau, Abriss und Sanierung abgebildet und in den Berechnungen angewendet. Zusammen mit den Bausteinen der Gebäudeversorgung und des Energiesystems entsteht ein Gesamtmodell, anhand dessen für die Jahre 2025, 2030, 2040 und 2050 die Transformationspfade beschrieben und die Auswirkungen auf die entsprechenden Energiebedarfe (Primär-, End- und Heizenergiebedarf), Emissionen (CO2, Treibhausgasemissionen) und gesamtwirtschaftliche Kosten ermittelt und analysiert werden können.

Florian Kagerer

Florian Kagerer studierte Architektur an der TU München und absolvierte berufsbegleitend das Fernstudium „Energiemanagement“ an der Universität Koblenz-Landau. Von 2006 bis 2014 war er acht Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg im Bereich „Thermische Anlagen und Gebäudetechnik“ mit den Schwerpunkten energieeffiziente Gebäude, Wohnungsbau, Stadtquartiere und Wärmenetze. Leitung von national und europäisch geförderten Projekten in Zusammenarbeit mit Industrie und öffentlichen Auftraggebern. Zuletzt verantwortlich bei der Stadt Freiburg für die Themengebiete Klimaschutz und Energiewirtschaft. Seit April 2016 Mitarbeiter im FIW München.

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Christoph Sprengard3.3 Ökonomisches und ökologisches Optimum des zukünftigen Niedrigstenergiegebäudebestands (NZEB)

Inhalt

Die klima- und energiepolitischen Zielsetzungen von Bundesregierung und EU sehen strengere Anforderungen an die künftigen energetischen Standards für Neubauten vor. Diese umfassen genaue Vorgaben an die Qualität der Gebäudehülle und an den Gesamtprimärenergiebedarf des Gebäudes bei Beibehaltung des Wirtschaftlichkeitsgebots („kostenoptimales Niveau“).
Das FIW München hat zusammen mit der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen (ARGE//eV), Kiel, eine Studie für die Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau (DGfM) durchgeführt, um die Randbedingungen und ein wirtschaftliches energetisches Niveau für zukünftige Einfamilienhäuser in der Niedrigstenergiebauweise zu untersuchen und eine Empfehlung für die politische Diskussion festzulegen.
Hierfür werden eine große Anzahl an verschiedenen Ausführungen für alle Außenbauteile auf unterschiedlichen energetischen Niveaus mit sechs ausgesuchten Anlagentechniken kombiniert und die Transmissionswärmeverluste und auch die Primärenergiebedarfe in Berechnungen nach der DIN V 18599 ermittelt. Für alle Bauteile und Anlagen wurden den energetischen Kennwerten dann auch die Kosten für die Investition und die laufenden Kosten entgegengestellt.
Die Ergebnisse dieser Studie können wie folgt zusammengefasst werden:
Hinsichtlich der untersuchten Baustoffe für die Außenwand lässt sich feststellen, dass es auch in Zukunft weiterhin möglich ist, mit den bestehenden und etablierten Mauerwerkskonstruktionen den geplanten EU-Niedrigstenergie-Standard zu erfüllen, d. h., Mauerwerkskonstruktionen sind auch bei steigender Energieeffizienz zukunftsfähig. Allerdings reichen die energetischen Einsparungen durch die geplanten Standards nicht aus, um die erforderlichen Mehrkosten für den Niedrigstenergie-Gebäudestandard (EH 55) zu kompensieren. Die Umsetzung ist damit für den Bauherrn ohne zusätzliche Förderung nicht wirtschaftlich.
Es kann als gesichert gelten, dass Gebäude nach EU-Niedrigstenergie-Gebäudestandard im Vergleich zum gesetzlichen Standard nach EnEV 2016 teurer werden. Die geplanten Anforderungen an den Primärenergiekennwert erfordern einen weiter zunehmenden Anteil von erneuerbaren Energien bei der Versorgung von Gebäuden, was zu einer Veränderung der Anlagentechnik führt: Wärmepumpen, Solarthermie, Lüftungswärmerückgewinnung erhöhen die Effizienz, verteuern aber auch die Versorgungstechnik. Wichtig für Planer und Bauherren ist die weiterhin mögliche Wahlfreiheit bei unterschiedlichen Kombinationen aus Effizienzmaßnahmen, mit denen die zukünftigen Standards grundsätzlich technisch erfüllt werden, wenn regenerative Deckungsanteile entsprechend angesetzt werden. Dennoch ist dadurch die Technologieoffenheit nur noch eingeschränkt gegeben, da manche Anlagen eben erst durch die höhere solare Deckung oder in Verbindung mit einer noch deutlich verbesserten Hülle möglich sein werden. Beispielsweise können bewehrte Standardtechnologien (wie z. B. der Brennwertkessel) ohne zusätzliche, aufwendige Maßnahmen (z. B. solare Heizungsunterstützung, Lüftungs-WRG, Biogas, bessere Gebäudehülle) künftige Grenzwerte nicht mehr erfüllen und führen damit zu relevanten Mehrkosten.
Für die politische Diskussion um die Anpassung der Energieeinsparverordnung können vor allem die folgenden drei Empfehlungen zusammengestellt werden. Die bisherigen Bewertungs- und Bilanzierungsgrößen haben sich bewährt und sollten beibehalten werden. Aus dem im Forschungsprojekt gefundenen Optimum für die energetische und die ökonomische Qualität des zukünftigen Niedrigstenergiegebäudes ergibt sich die Forderung nach einer etwas moderaten Verschärfung der bisherigen Anforderungen um nicht mehr als 10 %. Dadurch ließe sich auch das KfW-Effizienzhaus 55 weiterhin als Förderstufe erhalten, was bei einer gesetzlichen Forderung zur Etablierung eben dieses Standards nicht mehr möglich wäre. Damit können dann die erwarteten Kostensteigerungen zumindest teilweise kompensiert werden.

Christoph Sprengard

Christoph Sprengard, Jahrgang 1973, studierte Bauingenieurwesen an der Universität Kaiserslautern und ist seit 2001 im FIW München beschäftigt. Er leitet dort die Abteilung „Forschung und Entwicklung“. Herr Sprengard führte zahlreiche Forschungsvorhaben zu einer Vielzahl an Themen des baulichen Wärme- und Feuchteschutzes durch und begleitete den Markteintritt für innovative Bauprodukte. Derzeitige Forschungsschwerpunkte sind die Weiterentwicklung von Vakuum-Isolations-Paneelen (VIP), Fragestellungen zur Innendämmung und die Energieeffizienz der Gebäudehülle im Neu- und Altbau.

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4. Neues aus Normung, Zertifizierung und Qualitätsüberwachung

Stefan Sieber4.1 Was müssen Dämmstoffe im WDVS erfüllen?

Inhalt

Der Dämmstoff spielt in einem Wärmedämmverbundsystem (WDVS) eine zentrale Rolle für die Eigenschaften dieser Außenwandbekleidung. Er bestimmt wesentlich die physikalischen Eigenschaften des Systems und trägt als Putzträger zur Standsicherheit des Aufbaus bei.
Zum Einsatz kommen verschiedene Arten Dämmstoff, für die jeweils ein eigener Satz an Eigenschaftskennwerten zum Nachweis der Eignung im WDVS herangezogen wird. Die Anforderungen an die verschiedenen Dämmstoffarten hängen stark von der Anwendung und dem Zusammenspiel mit der gewählten Befestigung und dem Putzsystem ab. Deshalb gibt es keine einheitlichen Anforderungen für die verschiedenen Dämmstoffe in einem WDVS.
Bisher sind die WDV-Systeme über nationale oder europäische Zulassungen, ergänzt durch nationale Anwendungsregeln geregelt. Derzeit wird eine Norm verfasst, die einen Großteil der aktuell am Markt befindlichen Systeme und Anwendungen berücksichtigt. Geeignete Dämmstoffe werden anhand von Eigenschaftskennwerten beschrieben. Diese sind im Rahmen von Erstprüfungen und regelmäßigen Kontrollen sicherzustellen. Die Nachweise können vom Dämmstoffhersteller ggf. mit Beteiligung anerkannter Zertifizierungsstellen erbracht werden. Die nach den verschiedenen technischen Regeln geforderten Nachweise sind sich ähnlich. Damit ist der größte Teil der geforderten Nachweise über freiwillige Zertifizierungssysteme, zunächst weitgehend unabhängig von der konkreten technischen Regel, belegbar.

Stefan Sieber

Nach dem Abschluss des Studiums der Physik an der TU München und wissenschaftlicher Tätigkeit auf dem Gebiet der Reaktorphysik, als technischer Leiter und Produktmanager bei einem Hersteller für Wärmedämmverbundsysteme beschäftigt.
Seit 2003 im FIW München als Laborleiter und mit der Überwachung von Dämmstoffen für den Hochbau befasst. Ergänzt wird die Tätigkeit durch einzelne Forschungsaufträge und die Mitarbeit in verschiedenen europäischen Normungsausschüssen (z. B. Regelung WDVS (TC88/WG18)

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Wolfgang Albrecht4.2 Sind die aktuellen freiwilligen Zertifizierungssysteme des FIW ein adäquater Ersatz für bisherige Regelungen?

Inhalt

Vor dem Hintergrund der Umsetzung des EuGH-Urteils wird immer klarer, dass nach einer Übergangszeit nur noch freiwillige Zertifizierungssysteme zum Nachweis der Qualität von Bau- und Dämmstoffen verwendet werden können.
Die alten Regelungen und das Ü-Zeichen sagten aber nicht nur etwas über die Fremdüberwachung aus, sondern auch, dass das Produkt auf Grundlage einer bauaufsichtlichen Regelung, wie einer Norm, einer Zulassung usw. hergestellt wurde und entsprechend der deutschen Anwendungsnormen für bestimmte Anwendungen eingesetzt werden kann. Bauherr, Bauunternehmer und Planer bekamen mit dem Ü-Zeichen sozusagen ein ganzes Paket von Informationen geliefert und Ihnen wurde ein Teil der Verantwortung, für die Bemessung und die Qualität des Baustoffs, abgenommen.


Seit dem 16. Oktober 2016 ist das nicht mehr so und die Verantwortung für die am Bau Beteiligten verschiebt sich hin zum Bauherrn, Bauunternehmer und Planer. In der Übergangszeit können noch beide Systeme herangezogen werden. In Zukunft werden aber nur noch die freiwilligen Systeme das „Qualitätsversprechen“ auf dem Etikett sichtbar machen und die Verantwortung für die Bemessung und Anwendung auf die am Bau Beteiligten übergehen.
Nachdem sich das FIW München in den Jahren davor intensiv mit den Fragen eines freiwilligen Qualitätssystems beschäftigt hatte, konnte darauf aufgebaut werden und innerhalb kurzer Zeit wurde eine ganze Reihe von freiwilligen Zertifizierungssystemen fertiggestellt und unseren Kunden zur Verfügung gestellt.

 

Im Folgenden werden die freiwilligen Systeme kurz vorgestellt:

 

Insulation KEYMARK (KEYMARK 2.0)
Ein wichtiger Meilenstein war die Erarbeitung und Verabschiedung der KEYMARK Programmregeln 2.0, durch das Quality Assurance Committee (QAC) der KEYMARK Scheme Development Group (SDG-5) unter Leitung von Roland Schreiner.
Neben der bisher schon durchgeführten Produktzertifizierung für Hersteller mit einer überschaubaren Anzahl von Produkten wurde die sog. Eigenschaftszertifizierung weiterentwickelt, bei der für Hersteller, mit einer sehr großen Anzahl von Produkten, alle deklarierten Stufen, Klassen und Nennwerte mindestens einmal pro Jahr geprüft werden. Zusätzlich wurde das Brandverhalten nach EN 13501 als zu prüfende Eigenschaft integriert. Die neuen KEYMARK-Regeln wurden auf der KEYMARK-Konferenz am 10./11. Oktober 2016, wenige Tage vor Ablauf der Frist für die Umsetzung der Auflagen des EuGH-Urteils, in Berlin vorgestellt und im November 2016 eingeführt.

 

Seit Oktober 2016 bietet das FIW München den Dämmstoffherstellern die KEYMARK-Zertifizierung für folgende Dämmstoffe an:

 

• Mineralwolle nach EN 13162
• XPS - Dämmstoffe nach EN 13164 mit dem Zertifizierungsprogramm Anwendung von Wärmedämmstoffen aus XPS für Gebäude nach DIN 4108-10
• EPS – Dämmstoffe nach EN 13163
• Holzwolle-Dämmstoffe nach EN 13168
• Alle technischen Dämmstoffe mit europäischen Produktnormen
• Programme für weitere Dämmstoffe sind in Entwicklung
Zertifizierungsprogramm für Wärmedämmstoffe für Gebäude aus Polyurethan

 

In Zusammenarbeit mit der ÜGPU Stuttgart wurde ein weiteres Zertifizierungsprogramm für PU-Dämmstoffe entwickelt:

 

• Zertifizierungsprogramm für Wärmedämmstoffe
Das Zertifizierungsprogramm für Dämmstoffe aus Polyurethan mit zwei Produktprüfungen pro Produkttyp und Jahr kommt dem bisherigen System am nächsten.

 

Zertifizierungsprogramm für WDVS-Dämmstoffe aus expandiertem Polystyrol (EPS) Ebenfalls seit 2016 bietet das FIW München Zertifizierungsprogramme für WDVS-Dämmstoffe an, die unter Einbeziehung der betroffenen WDV-Systemhersteller und Dämmstoffhersteller entwickelt wurden:

 

• Zertifizierungsprogramm für WDVS-Dämmstoffe aus expandiertem Polystyrol (EPS):
Zwei Audits jährlich, eines davon unangemeldet, Entnahme und Prüfung von zwei Nenndicken jährlich
• Erweitertes Zertifizierungsprogramm für WDVS-Dämmstoffe aus expandiertem Polystyrol (EPS):
Zwei Audits jährlich, davon eines unangekündigt, mit zwei vollständigen Prüfungen und insgesamt vier Prüfungen der Wärmeleitfähigkeit und der Zugfestigkeit

 

Weitere Zertifizierungsprogramme für andere Wärmedämmstoffe im Bauwesen und der technischen Dämmung nach dem VDI/KEYMARK-System, den AGI-Arbeitsblättern und Dämmstoffen ohne Produktnorm sind angedacht.

 

Den Kern all dieser Zertifizierungssysteme stellt die unabhängige Kontrolle des Produktionsprozesses und der werkseigenen Produktionskontrolle mit Kalibrierung und Vergleichsprüfungen dar. Hinsichtlich der Produktprüfungen gibt es große Unterschiede bei Prüfumfang, Produktzertifizierung und Eigenschaftszertifizierung, die aber durch Zusatzprüfungen ausgeglichen werden können.
Wichtig ist, dass diese Zertifizierungssysteme untereinander kombinierbar sind und in Richtung Europäisierung und Zusammenarbeit mit anderen europäischen Auditoren, Prüfinstituten und Zertifizierern sich ganz neue Möglichkeiten ergeben. Weiterhin muss der Bogen zur Anwendung immer wieder geschlagen werden. Es ist aber auch noch viel Aufklärungsarbeit zu leisten, um die am Bau Beteiligten über deren Verantwortung zu informieren, die Bauaufsicht zu überzeugen und somit das Vertrauen in die Bau- und Dämmstoffe zu erhalten und zu fördern.

 

Wolfgang Albrecht

Wolfgang Albrecht studierte Physikalische Technik und Physikalische Chemie an der Fachhochschule München. Seit 1981 ist er im FIW München tätig. Von 1981 – 2003 leitete er das Labor zur Messung der Wärmeleitfähigkeit. Von Anfang an ist er auch in der Fremdüberwachung von Wärmedämmstoffen tätig. Im Jahr 2000 übernahm er die Abteilungsleitung für Wärmedämmstoffe im Hochbau. Ab 2012 zeichnet er sich nun verantwortlich für die neu gegründete Abteilung „Zertifizierung“. Zahlreiche Veröffentlichungen und Vorträge zu Dämmstoffeigenschaften und zur Anwendung von Wärmedämmstoffen sowie die Mitarbeit in nationalen und internationalen Normungsausschüssen machen ihn zu einem der anerkanntesten Experten im Bereich der Dämmstoffe.

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Claus Karrer4.3 Was können bzw. müssen Zertifizierungsprogramme in Zukunft leisten?

Inhalt

Mit Einführung der Bauproduktenverordnung (BauPVO) verlagert sich der Schwerpunkt nationaler Regelungen weg vom Bauprodukt und hin zum Bauwerk. Dies bedeutet eine zunehmende Verantwortung bei der Auswahl, Verwendung und Bereitstellung geeigneter Bauprodukte, für alle an der Errichtung eines Bauwerkes Beteiligten wie Bauherr, Planer, Bauunternehmer aber auch Baustoffhändler. Zertifizierungsprogramme können dabei dem zunehmenden Bedarf an verlässlichen Nachweisen zur Produktqualität gerecht werden und Vertrauen in die Bauprodukte schaffen.

 

Die „Qualitätspyramide“ des FIW München hilft bei der Auswahl der geeigneten Zertifizierungsgrundlage für Wärmedämmstoffe. Während die „Qualitätslevel 5 und 4“ lediglich die Mindestanforderung nach der BauPVO erreichen und weitgehend durch Herstellererklärungen erfüllt werden können, stellen die Level 3 bis 1 freiwillige Zertifizierungsprogramme dar, bei denen die Produktqualität durch eine neutrale, unabhängige Zertifizierungsstelle umfassend bestätigt wird.

 

Die FIW-Z-Programme im Level 2 entsprechen in Bezug auf Umfang, Kosten und Produktsicherheit weitgehend den bisherigen bauaufsichtlichen Anwendungszulassungen für Dämmstoffe im WDVS (Z-33.4-xxxx) oder für Perimeteranwendung (Z-23.33-xxxx). Die KEYMARK als Zertifizierungsprogramm von CEN stellt bei der im Baubereich üblichen Gruppenzertifizierung geringere Anforderungen an die Prüfhäufigkeit. Eine deutlich höhere Produktsicherheit vermittelt das erweiterte Zertifizierungsprogramm des FIW, mit ergänzenden Maßnahmen wie zusätzliche unangekündigte Produktentnahmen, zusätzliche Prüfung von Kerneigenschaften und doppelter Sonderprüfung.

 

Die zunehmende Nachfrage nach Qualitätsnachweisen durch Zertifizierungsprogramme beobachten wir für Wärmedämmstoffe, die als Bestandteil in anderen Bauprodukten oder Dämmsystemen eingesetzt werden. Dies gilt bei Verwendung in einem Bausatz (z. B. WDVS), in einem Bauprodukt nach BauPVO (z. B. Sandwichelemente nach EN 14509 mit Qualitätsrichtlinien der EPAQ) oder bei Anwendung in einem Dämmsystem (z. B. Innendämmung).
Empfehlungen nationaler Verbände von Dämmstoffherstellern zur Durchführung von Zertifizierungen (ÜGPU, FMI, FPX, VHD) könnten zukünftig auf europäische Ebene erweitert werden (VIPA bereits weltweit), um ein faires europäisches Marktumfeld zu unterstützen.
Liefervereinbarungen zur Produktqualität auf Grundlage von Zertifizierungsprogrammen zwischen Bauproduktherstellern und Baustoffhändlern oder Handwerksverbänden können helfen, zukünftig eine hohe Produktsicherheit zu gewährleisten. Weiterhin könnten bestehende Forderungen von Gesetzen oder für Fördermaßnahmen nach einer Zertifizierung auch auf Wärmedämmstoffe übertragen werden (Beispiel: Forderungen des EEWärmeG nach einer „Solar KEYMARK“ Zertifizierung für solarthermische Anlagen).

 

Das FIW München arbeitet mit den führenden europäischen Zertifizierungsstellen für Wärmedämmstoffe zusammen, um zunehmend eine gegenseitige Anerkennung zu erreichen und um europäische Zertifizierungsprogramme wie z. B. KEYMARK (weiter) zu entwickeln. Über Anregungen, Wünsche oder Ideen aus dem gesamten Baubereich würden wir uns freuen. Sprechen Sie uns dazu an!

 

Claus Karrer

Claus Karrer studierte Maschinenbau an der FH München. Im Anschluss an sein Studium im Jahr 1993 fing er als wissenschaftlicher Mitarbeiter im FIW München an. Seit 2012 ist er Abteilungsleiter der Prüf- und Überwachungsstelle für wärmedämmende Materialien im Gebäude. In Rahmen seiner Tätigkeit hat er sich in den letzten Jahren auch intensiv an der Erstellung von Zertifizierungsprogrammen für Wärmedämmstoffe beteiligt.

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Dr. rer. nat. Roland Gellert4.4 Emissionen aus Bauprodukten: Stand der europäischen Normung

Inhalt

Mit der Veröffentlichung der Änderung des Mandates M/103 im Juni 2010 hat die Europäische Kommission den Auftrag an CEN erteilt, die Dämmstoffnormen (hENs veröffentlicht im OJ) um die Anforderungen des BWR 3 „Gesundheit, Hygiene, Umwelt“ zu ergänzen: „… Dämmstoffe könnten Stoffe freisetzen oder enthalten, die gemäß EU-Richtlinien und nationalen Vorschriften als `gefährliche Stoffe` eingestuft sind“. Die Kommission bezieht sich dabei auf

folgende Anforderungen:

• Datenbank der Kommission über gefährliche Stoffe (http//ec.europa.eu/enterprise/construction/cpd-ds)
• Indikativliste Raumluft/Boden und (Grund-)Wasser (DS 051)
• Anhänge zur Änderung des Mandats (Anm.: nationale Vorschriften in einer „Matrix“)

 

Um den Dialog mit dem CEN/TC 88 „Wärmedämmstoffe“ (und anderen TCs) zu führen, wurde von der Kommission eine „Expert Group Dangerous Substances (EGDS)“ unter Leitung von Manfred Fuchs gegründet. Diese Gruppe verlangte vom TC 88 die Erstellung sog. „Technischer Dossiers(TDs)“ gemäß einem Fragenkatalog für alle in hENs erstellten Produktnormen, damit detaillierte Informationen zu Herstellverfahren, Inhaltsstoffen und Verwendung – über die hENs hinausgehend – weitere Transparenz schaffen. Die Task Group „Dangerous Substances“ des TC 88 hat diese TDs inzwischen geliefert und Rückmeldungen von der Kommission erhalten.

 

Parallel dazu wurden im Auftrag der Kommission (Mandat M/366) vom CEN/TC 351 notwendige Prüfverfahren erstellt:

 

• prEN 16516 „ …Determination of emissions into indoor air“ (zur Zeit läuft das “Formal Vote”)
• prTS 16637, Teil 2 „ …. Horizontal dynamic surface leaching test”
• prTS 16637, Teil 3 „ …. Horizontal up-flow percolation test”
Die Teile der prTS 16637 sind Prüfverfahren für Baustoffe, die in Kontakt mit dem Boden und/oder dem (Grund-)Wasser kommen (z. B. Perimeterdämmung). Ringversuche („robustness tests“) müssen zu diesen Prüfverfahren noch durchgeführt werden. Mit seinen Prüf- und Analyseeinrichtungen ist das FIW München in der Lage, Untersuchen gemäß der prEN 16516 durchzuführen. Mit der Veröffentlichung zitierfähiger Prüfnormen und den akzeptierten technischen Dossiers muss das TC 88 jetzt ein Arbeitsprogramm zur Einbindung des erweiterten Mandatsauftrages in die hENs vorlegen.

 

Die Kommission hat Ende 2016 den Entwurf einer Verwaltungsvorschrift („delegated act“) vorgelegt, in dessen technischem Anhang Klassifizierungen von Emissionen nach vier Kriterien aufgeführt sind:

 

• Summe der VOC – EmissionenEU – LCI – Verhältnis
• Formaldehyd – Emissionen
• Emissionen kanzerogener Stoffe

 

Derzeit läuft der Abstimmungsprozess mit den Mitgliedsstaaten. Ebenfalls ist zu klären, nach welchen Kriterien die sog. WT/WFT („with testing/without further testing“) – Optionen erteilt werden.

 

Dr. rer. nat. Roland Gellert

Nach dem Studium der Chemie (Promotion 1976, Universität Münster) Eintritt in die BASF, Ludwigshafen. Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten in den Geschäftsfeldern Dispersionen und Polystyroldämmstoffe; 2000 Wechsel ins FIW München als Geschäftsführer (bis 2012); Leitung von nationalen und europäischen Normenausschüssen bis zur Pensionierung; aktuell Vorsitzender der Task Group „Regulated Dangerous Substances“ im CEN/TC 88.

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