HALFEN Ψ-Calculator. - Handbuch -

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Stand: April 2017 Seite 1

HALFEN Ψ-Calculator

Wärmebrückentool für HALFEN ISO-ElemenTe

- Handbuch -

Inhaltsverzeichnis

Seite

1 Einleitung ... 2

2 Gewährleistung ... 2

3 FE-Berechnung ... 2

4 Sprachauswahl ... 3

5 Berechnung in 5 Schritten ... 4

5.1 Wandkonstruktion ... 5

5.2 Wandaufbau... 6

5.3 Deckenaufbau ... 7

5.4 Fenster / Tür / Rollladen ... 8

5.5 HALFEN ISO-ElemenT ... 9

5.6 Zusammenfassung ... 10

5.7 Ergebnis ... 11

5.7.1 PDF-Ausdruck ... 12

5.7.2 Berechnung speichern ... 13

6 Begriffe ... 14

6.1 Wärmebrücke ... 14

6.2 Linienförmige Wärmebrücke ... 14

6.3 Wärmedurchlasswiderstand (Wärmeleitwiderstand) R [(m²K)/W] ... 14

6.4 Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] ... 14

6.5 Längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient Ψ [W/(mK)] ... 15

6.6 Wärmedurchgangskoeffizient U [W/(m²K)] ... 15

6.7 Minimale Oberflächentemperatur (innen) Θsi,min [°C]... 15

6.8 Temperaturfaktor (Innenoberfläche) fRsi [-] ... 16

7 Quellenverzeichnis ... 17

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1 Einleitung

Die HALFEN ISO-ElemenTe sind tragende wärmedämmende Elemente für die thermische Trennung von Stahlbetonbauteilen. Dank der Zulassung ETA-13/0546 und der damit verbundenen CE- Kennzeichnung sowie der ICC-ES Zulassung (ES-3799) können die Elemente problemlos in über 30 Ländern innerhalb von Europa sowie in den USA eingesetzt werden. Dies erhöht die Planungssicherheit.

Die Energieeinsparverordnung EnEV schreibt vor, dass der Primär-Energiebedarf, der benötigt wird um ein Gebäude zu beheizen, beschränkt werden muss. Um diesen Energiebedarf zu berechnen, müssen auch Wärmebrücken durch betonierte Balkonplatten berücksichtigt werden. Für linienförmige Bauteilanschlüsse ist hierfür der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient (ψ- Wert) genormt. Mit Hilfe des HALFEN ψ-Calculators können Sie schnell und professionell die bauphysikalischen Eigenschaften Ihrer speziellen Konstruktion berechnen.

Dieses Handbuch soll Ihnen hierfür als ergänzender Leitfaden dienen und Ihnen weitere Hintergrundinformationen für die Anwendung geben.

2 Gewährleistung

Das vorliegende Bemessungsprogramm ist ein Produkt der HALFEN GmbH, Langenfeld, Deutschland.

Es ist urheberrechtlich geschützt, alle Rechte bleiben vorbehalten. Das Programm darf nur vollständig mit allen Komponenten verwendet werden. Veränderungen des Programms oder an Teilkomponenten des Programms bedürfen der vorherigen Zustimmung des Urhebers.

Wir weisen darauf hin, dass nach dem Stand der Technik Fehler in Softwareprogrammen nicht vollständig ausgeschlossen werden können. Die HALFEN GmbH übernimmt daher keine Haftung dafür, dass die mit der vorliegenden Software erzielten Bemessungsergebnisse vollständig fehlerfrei sind. Insbesondere ist der Anwender gehalten, die Eingabewerte und die Bemessungsergebnisse zu kontrollieren und anhand geltender Unterlagen, wie Normen und Zulassungen, auf Plausibilität hin zu prüfen.

Als Anwender bleiben Sie für die mit der Software ermittelten Bemessungsergebnisse allein verantwortlich!

3 FE-Berechnung

Balkonanschlusselemente bestehen aus einer Kombination verschiedener Tragglieder, wie beispielsweise Zugstäbe und Druckschublager (CSB) sowie einer Dämmebene. Die Tragglieder werden durch die Dämmebene hindurchgeführt und ragen in die angrenzenden Stahlbetonplatten (Balkon- und Deckenplatte) hinein. Um den hierdurch entstehenden dreidimensionalen Wärmestrom realitätsnah zu erfassen, wurden umfangreiche FE-Analysen durchgeführt und

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detaillierte Metamodelle zur einfachen und schnellen Berechnung entwickelt. Die Bestimmtheit bzw.

mittlere Genauigkeit der Metamodelle aller Ergebnisgrößen beträgt über 98% und liegt damit an der oberen mathematisch möglichen Grenze.

4 Sprachauswahl

Sie können über das Auswahlmenü (oben rechts auf dem Bildschirm) die gewünschte Sprache wählen.

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5 Berechnung in 5 Schritten

Die Berechnung der ψ-Werte erfolgt in 5 klar gegliederten Schritten. Starten Sie hierzu ein neues Projekt (Schalftfläche „Neues Projekt starten“).

Wenn Sie vorher bereits andere Projekte abgespeichert haben, können diese wieder aufgerufen werden (Schaltfläche „Projekt aufrufen“).

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5.1 Wandkonstruktion

Für die Berechnung kann zwischen einem Wärmedämmverbundsystem (WDVS), einer monolithischen oder zweischaligen Wand sowie einer Sandwichkonstruktion gewählt werden. Alle Wandkonstruktionen bestehen aus unterschiedlichen Schichten, wie beispielsweise dem Außenputz, der Dämmung oder der Tragschicht. Die Eigenschaften und Abmessungen der einzelnen Schichten können in den nächsten Schritten definiert werden.

Zusätzlich kann ein Fenster oberhalb und/oder unterhalb des HALFEN ISO-ElemenTes angeordnet werden - wahlweise auch mit Rollladenkasten.

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5.2 Wandaufbau

Der prinzipielle Aufbau der Wand richtet sich nach der im vorherigen Schritt gewählten Wandkonstruktion. In diesem Schritt können Sie die Materialien und deren Eigenschaften wählen.

Neben einer großen Auswahl bauüblicher Materialien besteht die Möglichkeit der freien Eingabe innerhalb der unten dargestellten Grenzen.

Parameter Minimum Maximum

① Putz außen Dicke d [mm] 10 30 Putz außen Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 0,02 1,5

② Dämmung Dicke d [mm] 120 300 Dämmung Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 0,004 0,1

③ Tragschicht Dicke d [mm] 150 350

Tragschicht Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 0,1 3

④ Putz innen Dicke d [mm] 5 20

Putz innen Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 0,3 1,5

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5.3 Deckenaufbau

In diesem Schritt können Sie für den Deckenaufbau die Materialien und deren Eigenschaften wählen.

Neben einer großen Auswahl bauüblicher Materialien besteht die Möglichkeit der freien Eingabe innerhalb der unten dargestellten Grenzen.

⑤ Estrich Dicke d [mm] 30 60

Estrich Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 0,15 2

⑥ Dämmung Dicke d [mm] 40 100

Dämmung Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 0,015 1

⑦ Randdämmstreifen Dicke d [mm] 5 20

Randdämmstreifen Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)]

0,01 0,1

⑧ Tragschicht Dicke d [mm] 160 350

Tragschicht Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] 2,3 2,3

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5.4 Fenster / Tür / Rollladen

Dicht aneinander liegende Wärmebrücken wie beispielsweise ein Balkonanschluss und eine Balkontür beeinflussen sich gegenseitig und sollten daher gemeinsam betrachtet werden. Für die Berücksichtigung von Fenstern oder Türen sind folgende Merkmale einzugeben:

Brüstungshöhe:

Die Brüstungshöhe ist der Abstand von der Unterkante der Fenster-/Türöffnung und der Oberkante des Fertigfußbodens.

Überdämmung der Fenster:

Wird die Dämmung teilweise über den Fensterrahmen geführt, spricht man von einer Überdämmung des Rahmens.

Sturzhöhe:

Die Sturzhöhe ist der Abstand von der Unterkante der Decke und der Oberkante der Fenster- /Türöffnung.

Brüstungshöhe [mm] 0 1200

Überdämmung des Fensterrahmens [mm] 0 60

U-Wert Fenster [W/(m²K)] 0 7

Sturzhöhe [mm] 5 500

Höhe des Rollladenkastens [mm] 200 400 U-Wert des Rollladenkastens [mm] 0,703 3,390

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5.5 HALFEN ISO-ElemenT

Gemäß der Namensgebung werden die HALFEN ISO-ElemenTe entsprechend den nachfolgenden Merkmalen ausgewählt.

Fugenbreite:

Die Elemente sind in den Dämmfugenbreiten 80 mm (HP) und 120 mm (SP) erhältlich.

Typ:

Der HALFEN ψ-Calculator enthält den Kragplattenanschluss HIT-MVX.

HIT-MVX: Übertragung von Biegemomenten in einer Richtung und Querkräften in beiden Richtungen

Anzahl der Zugstäbe:

Hier wird die Anzahl der Zugstäbe je Element gewählt.

Anzahl der Druckschublager:

Hier wird die Anzahl der Druckschublager (CSB) je Element gewählt.

Elementhöhe:

Die Elementhöhe entspricht der Deckendicke. Daher ist eine Abfrage nicht erforderlich.

Elementbreite:

Als Elementbreiten stehen 100 cm, 50 cm und 25 cm zur Verfügung.

Betondeckung:

Die Betondeckung der Zugstäbe kann mit 30 mm, 35mm oder 50 mm gewählt werden. Eine Betondeckung von 50 mm steht erst bei einer Elementhöhe (=Plattendicke) von ≥ 18 cm zur Verfügung.

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5.6 Zusammenfassung

Hier finden Sie einen Überblick über alle Eingaben. Bitte kontrollieren Sie diese nochmals sorgfältig.

Danach starten sie die Berechnung mit der Schaltfläche unten.

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5.7 Ergebnis

Nach Drücken der Schaltfläche „Berechnung starten“ wird nach kurzer Zeit das Ergebnis angezeigt.

Die Temperaturfelder werden nur exemplarisch ausgegeben.

Für die angegebene Bauteilsituation werden folgende Ergebnisse ermittelt:

 Ψ-Wert [W/(mK)] längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient

 U-Wert [W/(m²K)] Wärmedurchgangskoeffizient

 fRsi-Wert [-] Temperaturfaktor (Innenoberfläche)

 Θsi,min [°C] Minimale Oberflächentemperatur (innen)

 Schimmelpilzgefahr „Ja” / „Nein”

Die Schimmelpilzgefahr wird in Abhängigkeit des Temperaturfaktors fRsi beurteilt.

"Ja" bei fRsi < 0,70

"Nein" bei fRsi ≥ 0,70

Die Minimale Oberflächentemperatur wird auf der Wand- und Deckenoberfläche ermittelt. Fenster- leibungen bleiben unberücksichtigt und müssen ggf. separat nachgewiesen werden.

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5.7.1 PDF-Ausdruck

Um einen vollständigen Bericht für Ihre Unterlagen zu erstellen, drücken Sie die Schaltfläche “PDF herunterladen”. Hier sind alle Eingabeparameter und Berechnungsergebnisse aufgeführt.

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5.7.2 Berechnung speichern

Ihr Projekt können Sie unter Angabe von Projektnummer, Projektname und Bemerkungen abspeichern. Für das Speichern ist keine Anmeldung erforderlich. Wenn Sie den Ψ-Calculator erneut aufrufen, können Sie Ihr Projekt mit Hilfe eines Cookies wieder auswählen.

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6 Begriffe

6.1 Wärmebrücke

Eine Wärmebrücke ist der Teil der Gebäudehülle, der durch eine deutliche Änderung (Verringerung) des Wärmedurchlasswiderstandes gekennzeichnet ist.

Ursachen [ 5]:

 Variierende Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Baustoffe.

 Unterschiedliche Bauteildicken und Materialstärken.

 (Veränderliche) Differenzen zwischen Innen- und Außenflächen (z.B. Anschlüsse von Wänden und Decken).

6.2 Linienförmige Wärmebrücke

Wärmebrücke mit gleicher Querschnittsfläche in einer Dimension. [ 5]

6.3 Wärmedurchlasswiderstand (Wärmeleitwiderstand) R [(m²K)/W]

Der Wärmedurchlasswiderstand ist der flächenbezogene Widerstand eines Bauteils gegen den Wärmestrom bei einer gewissen Temperaturdifferenz.

Der flächenbezogene Wärmedurchlasswiderstand ist allgemein der Quotient aus Temperaturdifferenz und Wärmestromdichte q [W/m²] [ 4]:

Bei zueinander parallelen Oberflächen und temperaturunabhängigen Wärmeleitfähigkeiten ergibt sich folgende Vereinfachung [ 4]:

Dabei ist d die Dicke und λ die Wärmeleitfähigkeit der betrachteten Schicht. [ 4]

6.4 Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)]

Wärmeleitfähigkeit ist der Kennwert eines bestimmten Materials für den Wärmedurchgang (Wärmestrom) bezogen auf die Materialstärke und Temperaturdifferenz.

[ 4]

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6.5 Längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient Ψ [W/(mK)]

Gibt den zusätzlichen Wärmeverlust einer linienförmigen Wärmebrücke an. Es handelt sich um die Differenz des Wärmestromes bei einer bestimmten Wandkonstruktion mit und ohne Wärmebrücke.

Dieses Delta kann auch einen negativen Betrag aufweisen, wenn die verwendete Wärmebrücke einen höheren Wärmedurchlasswiderstand als die Wandkonstruktion hat.

Der Wärmedurchgangskoeffizient wird nach DIN EN ISO 10211 [ 5] wie folgt ermittelt:

 L3D [W/K] thermischer Leitwert für dreidimensionale Berechnung

 Uj [W/(m²K)] Wärmedurchgangskoeffizient des Bauteils

 lj [m] Länge des betrachteten Bauteils

Die Berechnung des Ψ-Wertes erfolgt hier mit Hilfe von computergestützten FEM-Simulationen.

6.6 Wärmedurchgangskoeffizient U [W/(m²K)]

Der Wärmedurchgangskoeffizient beschreibt den Wärmedurchgang (Wärmestrom = je Zeit übertragene Wärmemenge) durch ein flächiges Bauteil (z.B. Wandkonstruktion) mit einer Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite.

[ 4]

Mit dem Ψ-Calculator wird der flächenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient der vorliegenden Wandkonstruktion ermittelt [ 3]:

Dabei beträgt der innere und äußere Wärmeübergangswiderstand an der Materialoberfläche zur Luft [ 3]:

und

di und λi sind die Dicken und Wärmeleitfähigkeiten der einzelnen Wandschichten.

6.7 Minimale Oberflächentemperatur (innen) Θ

_si,min

[°C]

Zur Verhinderung von Feuchteschäden gilt als Mindestanforderung nach DIN 4108-2 [ 1]:

Θsi ≥ 12,6°C

Die Oberflächentemperatur der Innenseite des Bauteils wird wie folgt berechnet [ 2]:

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 Θi [°C] Innenlufttemperatur

 Rsi [m²K/W] innerer Wärmeübergangswiderstand

 q [W/m²] Wärmestromdichte

6.8 Temperaturfaktor (Innenoberfläche) f

_Rsi

[-]

Der Temperaturfaktor dient der Beurteilung eines Bauteils (mit seinen Wärmebrücken) hinsichtlich des Wärmeschutzes.

Zur Verhinderung von Feuchteschäden gilt als Mindestanforderung nach DIN 4108-2 [ 1]:

fRsi ≥ 0,70

Wird dieser Wert unterschritten, vergrößert sich die Gefahr der Schimmelpilzbildung an dem Bauteil, weil die relative Luftfeuchtigkeit an der Bauteiloberfläche bis hin zum Tauwasserausfall zunehmen kann. Feuchte Oberflächen begünstigen die Bildung von gesundheitsschädlichem Schimmel.

Der Temperaturfaktor errechnet sich aus den Temperaturdifferenzen von Innenoberfläche, Außen- und Innenluft [ 5]:

 Θsi [°C] Oberflächentemperatur (Innenseite)

 Θi [°C] Innenlufttemperatur

 Θe [°C] Außenlufttemperatur

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7 Quellenverzeichnis

[ 1] DIN 4108-2:2013-02

Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz; Beuth-Verlag

[ 2] DIN 4108-3:2014-11

Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz - Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung; Beuth-Verlag [ 3] DIN EN ISO 6946:2008-04

Bauteile - Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient - Berechnungsverfahren (ISO 6946:2007); Deutsche Fassung EN ISO 6946:2007; Beuth-Verlag

[ 4] DIN EN ISO 7345:1996-01

Wärmeschutz - Physikalische Größen und Definitionen (ISO 7345:1987); Deutsche Fassung EN ISO 7345:1995; Beuth-Verlag

[ 5] DIN EN ISO 10211:2008-04

Wärmebrücken im Hochbau - Wärmeströme und Oberflächentemperaturen - Detaillierte Berechnungen (ISO 10211:2007); Deutsche Fassung EN ISO 10211:2007; Beuth-Verlag

[ 6] DIN EN ISO 10456:2010-05

Baustoffe und Bauprodukte - Wärme- und feuchtetechnische Eigenschaften - Tabellierte Bemessungswerte und Verfahren zur Bestimmung der wärmeschutztechnischen Nenn- und Bemessungswerte (ISO 10456:2007 + Cor. 1:2009); Deutsche Fassung EN ISO 10456:2007 + AC:2009;

Beuth-Verlag