Beschlussvorlage (Anlage zur Beschlussvorlage 85/2009 1. Ergänzung)

Sanierung Goetheschule Wesseling Bauphysikalische und wirtschaftliche Untersuchung Außendämmung - Innendämmung FRASS UND PARTNER q Ingenieurbüro VDI UBI Generalplanung Haustechnik - Bautechnik Wilhelm-Backhaus-Str. 2 50931 Köln-Lindenthal Telefon: 0221/402035 Telefax: 0221/4060928 frass.partner@frass-koeln.de Faxmail: 0941-5992-40609 www.frass-koeln.de - Aufgabenstellung Nach der kürzlich stattgefundenen Erneuerung der Fenster der Schule, soll nun die restliche Außenhülle des Gebäudes wärmedämmtechnisch ertüchtigt werden. Dabei bieten sich für die Wandflächen grundsätzlich zwei Möglichkeiten der Konstruktion: Die Maßnahme kann von der Außen- als auch von Innenseite der Hülle eines Gebäudes erfolgen. Eine Analyse der technischen und wirtschaftlichen Auswirkungen der unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien soll in der Folge dargestellt werden. Die Untersuchung erfolgt unter folgenden Themen: 1. 2. 3. 4. Auswirkung auf das Erscheinungsbild Bauphysikalische Verhaltensweise Angemessenheit der Konstruktion zur Nutzung Kostenschätzung - Untersuchung 1. Auswirkung auf das Erscheinungsbild Bestandsbeschreibung Das ursprüngliche Gebäude der Goetheschule Wesseling wurde 1952 erbaut. Es war, seine Außenhaut betreffend als Putzbau ausgeführt. Es wurde ein scharrierter Steinputz an den Sockeln und Sonderbauteilen des Gebäudes verwendet. Ansonsten wurden die Wandflächen mit dem typischen Rauhputz der 50-er Jahre versehen. Üblicherweise war dieser Putz durch Naturzuschläge (Rheinkiese/-sande) bräunlich eingefärbt. Die Fensterlaibungen sind mit einem Glattputz als Faschen ausgeführt. 1.1 Ertüchtigung von außen Diese Variante hat ausschließlich Auswirkungen auf das äußere Erscheinungsbild. Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang der Verlust der steinmetzmäßig bearbeiteten Putzoberflächen. Diese Bautechnik stellt eine typische handwerkliche Tradition der Architektur der 50er Jahre dar. 1.2 Ertüchtigung von innen Bei Verwendung einer Innendämmung, bleibt das bestehende Erscheinungsbild unverändert. Die Veränderung der Innenräume durch Anbringung der Wärmedämmung findet nur an den Außenwänden statt. Da diese Flächen als gestaltungsneutral zu betrachten sind, ist diese Maßnahme nur von geringer verändernder Wirkung. 2. Bauphysikalische Verhaltensweise 2.1 Ertüchtigung von außen Die Außendämmung (Wärmedämmverbundsystem) wird seit den 1960er Jahren sowohl bei Altbausanierungen als auch bei Neubauten eingesetzt. Diese Konstruktionsmethode kann als erprobt bezeichnet werden. Sie ist, was ihr bauphysikalisches Verhalten (insbesondere die Tauwasserfreiheit) betrifft unproblematisch, wenn die Wärmedämmfähigkeit nach außen hin zunimmt und der Wasserdampfdiffusionswiderstand nach außen hin abnimmt. Dies ist für den konkreten Fall darstellbar. Auch bei der Außendämmung bietet die Industrie verschiedene Dämmmaterialien an. Das am häufigsten verwendete Material sind Platten aus Polystyroldämmstoff. Diese Dämmplatten erreichen die WLG 035 und lassen sich mit noch leistungsfähigeren Polyurethanplatten (bis 025) im Laibungsbereich der Fenster kombinieren. Die thermischen Übergänge zur Innenlaibung sollten auch bei Dämmaßnahmen von außen durch Berechnungen zum Isothermenverlauf überprüft werden. Neben den Polystyrolplatten finden Mineralwolldämmplatten, Mineralschaumdämmplatten oder auch Holzfaserdämmplatten Anwendung. Die beiden Letztgenannten erfüllen als einziges Wärmedämmverbundsystem die Kriterien des Ökosiegels Natur Plus, erreichen aber nicht so günstigen Dämmwerte wie die Polystyrolplatten (lediglich 040). 2.2 Ertüchtigung von innen Die Innendämmung gewinnt in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Dies hat seine Ursache darin, daß nicht jedes Gebäude für die Verwendung eines Wärmedämmverbundsystems geeignet ist. Dabei stehen vor allem gestalterische, bzw. denkmalpflegerische Gründe im Vordergrund. War die Innendämmung vor einigen Jahren noch oft problematisch und mängelbehaftet, so hat sich dies durch die Entwicklung neuer Materialien, jedoch vor allem durch die Entwicklung neuer Berechnungsmethoden zwischenzeitlich geändert. Durch computergestützte Simulationsmodelle (Wufi, Delphin) lassen sich, im Gegensatz zu dem traditionellen und zur Zeit noch in den einschlägigen DIN Normen enthaltenen „Glaser“-Verfahren, Kondensatbildungen in Konstruktionen über lange Zeiträume berechnen und in ihrer Wirkung beurteilen. (Siehe auch hierzu den Aufsatz im Anhang: “Innendämmung – Risikokonstruktion oder Stand der Technik”, Robert Borsch-Laaks, Sachverständiger für Bauphysik) Neben der Veränderung bei den Berechnungsmethoden, hat sich auch eine Änderung bei den verwendeten Konstruktionsmethoden entwickelt. Die meisten heute verwendeten Konstruktionen gehen beim Schichtenaufbau nicht mehr von einer, zum Innenraum hin dampfdiffusionsdichten Konstruktionen aus, sondern sind entweder kapillaraktiv oder tolerieren durch andere Maßnahmen Schwankungen im Feuchtigkeitshaushalt der Konstruktion. In den folgenden Untersuchungen und Berechnungen werden drei Innedämmungssysteme einander gegenübergestellt: - Dämmung mit Calciumsilikatplatten - Dämmung mit kapillaraktiven Polyurethanschaumplatten - Dämmung mit Zellulosedämmstoffen 2.2.1 Dämmung mit Calciumsilikatplatten Es handelt sich um einen überwiegend mineralischen Baustoff, der aus Siliziumoxid, Calciumoxid, Wasserglas und Zellulose besteht und mit Hilfe von Wasserdampf, ähnlich wie Porenbeton, gehärtet wird. Die Platte ist formstabil, druckfest, nicht brennbar, diffusionsoffen, alkalisch und baubiologisch unbedenklich. Ihre Eigenschaft, Feuchtigkeit aufzunehmen, zu puffern und abzugeben und ihre wärmedämmende Wirkung macht sie für diese Anwendung interessant. Die Wärmeleitzahl λ (DIN 4108) beträgt 0,045 W / m x K. Die Berechnungen zeigen, dass das Material für den konkreten Anwendungsfall geeignet ist und auch die Forderungen der EnEV 2009 erfüllen kann. 2.2.2 Dämmung mit kapillaraktiven Polyurethanschaumplatten Hierbei handelt es sich um ein neues Produkt der Firma Remmers, welches die hohe Wärmedämmfähigkeit des Polyurethanschaums mit einer durch Perforierung der Platten erzeugten Kapillarleitfähigkeit verbindet. Die Wärmeleitzahl λ (DIN 4108) beträgt 0,031 W / m x K. Auch hier zeigen die Berechnungen, dass das Material für den konkreten Anwendungsfall geeignet ist und auch die Forderungen der EnEV 2009 erfüllen kann. 2.2.3 Dämmung mit Zellulosedämmstoffen Dämmstoffe aus Zellulose (Altpapier) sind indirekt ein nachwachsender Rohstoff. Sie bestehen aus zerfasertem Altpapier und Brandstoffzusätzen. Sie sind als Einblasdämmstoff, als Dämmschüttungen sowie Zellulosedämmplatten erhältlich. Zellulosedämmstoffe haben eine gute Wärmedämm- und Speicherfähigkeit, sind feuchtigkeitsabsorbierend, setzungssicher und beständig gegen Schimmelpilze, Ungeziefer und Nagetiere. Zellulose-Einblasdämmstoffe müssen zwingend von Fachfirmen eingebaut werden. Die Wärmeleitzahl λ (DIN 4108) beträgt 0,040 W / m x K. Die Berechnungen zeigen, dass das Material für den konkreten Anwendungsfall geeignet ist und auch die Forderungen der EnEV 2009 erfüllen kann. 3. Angemessenheit der Konstruktion zur Nutzung Hier werden die Materialeigenschaften der untersuchten Konstruktionen hinsichtlich ihrer Vereinbarkeit mit der vorhandenen Nutzung dargestellt. Dabei stehen die Eignung des Materials mechanischen Beanspruchungen standzuhalten, sowie deren Brandverhalten im Vordergrund. 3.1 Ertüchtigung von außen Bei Verwendung eines Wärmedämmverbundsystems mit Platten aus Polystyrol erreicht man eine sehr hohe Stoß- und Schlagfestigkeit. In der Brandklasse entspricht Polystyroldämmung der Klasse B1 (schwerentflammbar nach DIN 4102). Die Verwendung von Dämmplatten aus mineralischen Faserdämmplatten (Steinwolle) scheidet wegen der deutlich geringeren Stoß- und Schlagfestigkeit auf Grund der Nutzung des Gebäudes aus. Alternativ ist noch eine Dämmung aus Mineralschaumplatten denkbar. Diese weisen hervorragende Zug- und Druckfestigkeiten auf. Diese Platten erfüllen die Brandschutzklasse A2 (nicht brennbar nach DIN 4108). 3.2 Ertüchtigung von innen 3.2.1 Dämmung mit Calciumsilikatplatten Das Plattenmaterial hat keine große Druckfestigkeit. Daher reicht eine Putzbeschichtung der Platten als alleiniger mechanischer Oberflächenschutz nicht aus. Es wird zusätzlich eine schlagfeste Bekleidung mit adäquat kapillaraktiven Holzfaserplatten vorgesehen. Das Dämmmaterial entspricht der Klasse A1 unbrennbar, nach DIN 4102. 3.2.2 Dämmung mit kapillaraktiven Polyurethanschaumplatten Der Schichtenaufbau des Herstellers sieht zum Innenraum eine Putzbeschichtung auf dem Dämmmaterial vor. Im Hinblick auf die relativ harte PUR-Dämmplatte scheint der Putz als Oberflächenschutz der Nutzung adäquat zu sein. Bei dem Material handelt es sich um eine Neuentwicklung. Die 80mm Dämmplatte ist ab Mitte diesen Monats im Handel erhältlich. Erfahrungswerte gibt es im Gegensatz zu den anderen betrachteten Materialien keine. Der Baustoff erfüllt die Anforderungen der Baustoffklasse B2 – normalentflammbar nach DIN 4102-1. Er gilt als nicht brennend abfallend/abtropfend. 3.2.3 Dämmung mit Zellulosedämmstoffen Die Konstruktion der Innendämmung mit Zelluloseflocken entspricht einer Vorsatzständerwerkswand. Die Beplankung erfolgt mit einer OSB – Platte (im konkreten Fall 16mm). Zusätzlich erfolgt noch eine weitere Lage mit Gipskartonplatten. Hinsichtlich der Stoßfestigkeiten bestehen bei dieser Konstruktion keine Bedenken. Aufgrund des hohen organischen Anteils von Zellulosedämmung entspricht diese der Baustoffklasse B2, normal entflammbar nach DIN 4102-1. Bedingt durch die Behandlung mit Borsalzen, weist das Material jedoch ein gutes Brandverhalten auf. Der Dämmstoff verglimmt oberflächlich zu Holzasche. Die Holzasche hat einen sehr hohen Schmelzpunkt, der ein Schmelzen selbst bei hohen Temperaturen verhindert. Der oberflächlich verglommene Dämmstoff behält dadurch die Dämmstoffstruktur und damit auch die dämmende Wirkung bei hohen Temperaturen. Der Glimmprozess in das Innere des Dämmstoffes wird durch diese Einflüsse verlangsamt und die Abbrandrate reduziert sich. Was jedoch wie bei Holz im Brandfall als Vorteil (Schutzwirkung der Kohleschicht) angesehen wird, bedeutet für den Brandprüfer Zerstörung. Deshalb trägt die Baustoffklasse dem eigentlich guten Brandverhalten nicht angemessen Rechnung. 4. Kostenschätzung Bei der Kostenermittlung wurden nur die reinen Dämmungsarbeiten berücksichtigt. Etwaige Nebenarbeiten, wie der Austausch der Fensterbänke innen oder auch außen sind in den Berechnungen nicht enthalten, da sie sich kompensieren. 4.1 Ertüchtigung von außen In dem Kostenansatz von 125,-- €/m2 wurde berücksichtigt, dass einige Gestaltungsmerkmale des vorhandenen Gebäudes, soweit es das System zulässt, nachgebildet werden. Im Systemvergleich liegt die Außendämmung an zweiter Stelle bei den Kosten. 4.2 Ertüchtigung von innen 4.2.1 Dämmung mit Calciumsilikatplatten Diese Ausführung ist mit geschätzten 165,-- €/m2 die teuerste Maßnahme. 4.2.2 Dämmung mit kapillaraktiven Polyurethanschaumplatten Diese Ausführung ist mit geschätzten 150,-- €/m2 die zweitteuerste Maßnahme. 4.2.3 Dämmung mit Zellulosedämmstoffen Die Ausführung mit Zellulosedämmstoff erweist sich als die preisgünstigste Lösung. 5. Schlussbetrachtung Im Hinblick auf die untersuchten Parameter erweist sich die Innendämmung mit Zellulosedämmstoff als bauphysikalisch funktionierende, umweltgerechte und darüber hinaus auch preisgünstigste Lösung. Das historische Erscheinungsbild des Gebäudes bleibt bewahrt. Köln, den 07. September 2009 FRASS & PARTNER Ingenieurbüro Tabellarische Zusammenfassung Außendämmung Innendämmung Redstone Remmers Isofloc Polyurethan Zellulose 80 100-220 1 Material Polystyrol 2 Stärke mm 100 Kapillaraktiv Kalziumsilikat 80-200 3 λ -Wert W/m, K 0,035 0,045 0,031 0,04 4 U-Wert W/qm , K Gesamtkonstruktion 0,29 0,33 0,285 0,25 5 Heizlast für den betrachtenden Bereich -Dämmung W -Fenster W 12.100 21.000 13.700 21.000 11.900 21.000 10.400 21.000 Gesamt 33.100 34.700 32.900 31.400 6 Spez.Kosten €/qm Kostenschätzung 125.--€ 165.--€ 150.--€ 105.--€ 7 Gesamtkosten (nur Isolierung) € 157.500.--€ 207.900.--€ 188.100.--€ 132.300.--€ W