Projekt 26309/01

Langzeiterfahrung zur Funktion der Dämmschürze beim Projekt Passivhaus Grundschule Frankfurt-Riedberg

Projektdurchführung

Passivhaus Institut
Rheinstr. 44/46
64283 Darmstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Begleitforschung an der Passivhaus-Schule Frankfurt-Riedberg (DBU Projekt AZ: 20708) zeigte, dass die Funktion der Schule den Erwartungen entspricht. Ein Teilaspekt war die Überprüfung der Wirkung der Dämmschürzen als eine Gründungsalternative zur Verbesserung einer mäßig gedämmten Bodenplatte. Es zeigte sich, dass das Konzept bei großen Gebäuden wie geplant funktioniert (Endbericht unter www.passiv.de herunterladbar). Der Untersuchungszeitraum von rund 2,5 Jahren ist allerdings in Relation zu den Zeitskalen, auf denen sich die thermischen Vorgänge im Erdreich abspielen, sehr kurz. Erst nach dem thermischen Aufladen des Erdreichs kann von einem eingeschwungenen Zustand ausgegangen werden. Um zu genaueren und sichereren Angaben zu kommen und weitere Planungshinweise ableiten zu können, ist es notwendig, über einen längeren Zeitraum Messdaten zu erfassen. Daher wird die Messung drei Jahre fortgeführt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch die dauerhafte Messung der Erdtemperaturen unter und neben dem Gebäude sowie der Erdfeuchte, zwei Wärmeströmen durch die Bodenplatte, den Randbedingungen im Gebäude sowie den Klimadaten werden die realen Bedingungen mit der Dämmschürze erfasst und abgebildet. Ergänzend werden Kalibrier- und Fußbodenoberflächentemperaturmessungen durchgeführt. Die Daten sollen u. a. auch zeigen, ob eine Trocknung des Erdreichs nachzuweisen ist.
Nach Abschluss der Messphase werden die Messdaten in ein verfeinertes dynamisches Simulationsmodell eingegeben. Es soll zunächst geprüft werden, ob sich das thermische Verhalten des Erdreichs unter dem Gebäude rechnerisch mit dem verfeinerten Modell mit ausreichender Genauigkeit vorhersagen lässt. Mit dem Modell sollen dann im Endbericht Planungshinweise für vergleichbare Projekte (Schulen, Bürogebäude, Mehrfamilienhäuser) abgeleitet werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Temperaturmesswerte und die Simulation zeigen, dass sich erwartungsgemäß unter dem Gebäude eine Wärmeglocke ausbildet, welche die Wärmeverluste durch die Bodenplatte reduziert. Es zeigt sich, dass die gemessenen Temperaturen und Wärmeströme im Erdreich mit den berechneten Werten gut überein stimmen. Die Messungen sind demnach verträglich mit der Annahme, dass die Berechnung der Wärmeverluste durch das Erdreich realistische Ergebnisse liefert. Auch in den Langzeitmessungen konnten keine Indizien dafür gefunden werden, dass das Konzept nicht dauerhaft wie erwartet funktionieren würde, etwa aufgrund von thermischen Effekten im Erdreich, die in den Rechenverfahren nicht berücksichtigt wären.
Es zeigte sich jedoch, dass die Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs für ein realistisches Berechnungsergebnis gegenüber den im Labor gemessenen Werten um ca. 50% höher angesetzt werden muss. Als mögliche Erklärung kommt eine Grundwasserströmung unterhalb der Bodenplatte in Betracht.
Die Temperaturen und Wärmeströme benötigen nach Nutzungsbeginn etwa zwei Jahre, bis ein quasistationärer Zustand erreicht ist. Die zusätzlichen Wärmeverluste in den ersten Jahren sind von einer Größenordnung, die - so zeigte auch die Praxiserfahrung im hier untersuchten Objekt - die Funktionsfähigkeit des Gesamtgebäudes nicht beeinflussen.
Aufgrund der Untersuchung können Planungshinweise für zukünftige Bauten gegeben werden. Es ist allerdings zu beachten, dass die Verwendung von Dämmschürzen in Verbindung mit reduziertem Wärmeschutz der Bodenplatte stets gewisse Unsicherheiten beinhaltet: Die Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs muss gewöhnlich abgeschätzt werden. Die dokumentierten Labormessungen an trockenen und feuchten Erdreichproben zeigen erhebliche Unterschiede zwischen nassen und trockenen Proben, so dass - aufgrund der fehlenden Information über die sich im Gebäudebetrieb einstellende Erdreichfeuchte - selbst nach Messungen von Bodenproben die Wärmeleitfähigkeit nur sehr ungenau bestimmt werden kann. Entsprechende Sicherheiten sind daher vorzusehen. Dies gilt auch für mögliche Grundwasserströmungen, die nur an wenigen Standorten völlig ausgeschlossen werden können.
Eine Sensitivitätsstudie zeigte, dass der Effekt der Dämmschürzen im Wesentlichen vom U-Wert der Bo-denplatte und von der Tiefe der Dämmschürzen bestimmt wird. Die Dämmstoffstärke spielt dagegen nur eine geringe Rolle, sinnvoll erscheinen ungefähr 10% der Schürzentiefe. Diese Dimensionierung wurde auch am Riedberg gewählt. Die Reduzierung des Wärmeverlustes pro Meter Perimeterlänge erwies sich als nahezu unabhängig von der Größe der Bodenplatte. Das bedeutet, dass Dämmschürzen aus energetischer Sicht auch bei kleineren Gebäuden anwendbar sind. Für die Planung wird eine Orientierung zur Wirkung von Dämmschürzen bei verschiedenen Tiefen und Bodenplatten-U-Werten gegeben.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Forschungsergebnisse werden auf der 15. intern. Passivhaustagung in Innsbruck vorgestellt und im Tagungsband veröffentlicht. Der gesamte Bericht ist unter www.passiv.de herunter zu laden. Eine weitere Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift wird angestrebt.


Fazit

Insgesamt erlauben es die durchgeführten Messungen, die Verwendung von Dämmschürzen als eine von mehreren denkbaren Gründungsalternativen zu empfehlen.
Mit Hilfe der erarbeiteten Planungshilfen kann die Wirkung von unterschiedlichen Dämmschürzen (Di-cken, Tiefe, Gebäudeabmessung) vorab abgeschätzt werden.
Das vorhandene Projektierungswerkzeug für Passivhäuser PHPP ermöglicht im Erdreichblatt bereits die Berücksichtigung von Dämmschürzen. Die projektspezifische Auslegung sollte anhand eines einfachen Planungswerkzeuges wie z. B. dem PHPP erfolgen. Das dort verwendete Rechenverfahren für Wärmeverluste durch das Erdreich liegt tendenziell eher auf der sicheren Seite.