Wärmedämmung für Stahlhallen

Aufgrund stetiger Verschärfungen der Energie-Einsparverordnung (EnEV), der Berücksichtigung ökonomischer Aspekte und einem wachsenden ökologischen Bewusstsein rückt das Thema Wärmedämmung auch bei Gewerbe- und Industriebauten immer mehr in den Vordergrund. Die Wärmedämmung von Stahlhallen erfolgt dabei häufig durch Sandwichelemente, aber auch Porenbeton und Kassettenwände sind effiziente Baumaterialien für langfristige Kapital- und Ressourceneinsparungen im laufenden Betrieb.
 

Warum Wärmedämmung?

Wärmegedämmte Wände folgen dem Anspruch, die Wärmeverluste beheizter Industriehallen zu minimieren und damit durch einen schonenden Ressourceneinsatz sowohl einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten, als auch die Betriebskosten eines Gebäudes möglichst gering zu halten. Gleichzeitig ist die Wärmedämmung oftmals notwendig, um baurechtliche Vorgaben entsprechend der EnEV zu erfüllen. Maßgeblich ist hierfür die Einhaltung des U-Wertes.


Was ist der U-Wert?


Der U-Wert gibt als Wärmedurchgangskoeffizient Auskunft über die wärmetechnische Qualität des verwendeten Materials - je geringer der Wert, desto besser ist die wärmedämmende Eigenschaft des Baumaterials. Der Wert gibt an, wieviel Energie je Grad Temperaturunterschied über eine Fläche von 1 m² der Gebäudehülle im Zeitraum von einer Stunde entweicht - angegeben in Watt pro Quadratmeter mal Kelvin (W/m²K).

Bei der Berechnung des U-Wertes spielt dabei stets auch die Dicke eines Bauteils eine Rolle, was beim allgemeingültigen Lambda-Wert λ (W/mK) nicht der Fall ist.  Bei Neubauten sieht die EnEV Grenzwerte für einzelne Gebäudeteile vor. 
 

Bei mehreren Schichten werden die einzelnen Werte aufsummiert und ergeben den Wärmedurchlasswert bzw. Wärmedämmwert für das gesamte Bauteil.
 

Mögliche Dämmmaterialien für Wände von Stahlhallen

Nicht jeder Dämmstoff verfügt über die gleichen Dämmeigenschaften. Einige Baustoffe leiten Wärme besser und tragen damit zu hohen Wärmeverlusten bei, während andere Materialien Wärme nur schlecht leiten. Um eine vergleichbare Dämmung zu erzielen, bedarf es beispielsweise (Angaben in cm):

Bei Stahlhallen, die mit einer Stahlkonstruktion erstellt werden, dienen meist Sandwichelemente, Porenbeton-Platten oder Kassettenwände als Wandkonstruktion und erfüllen damit wichtige Aufgaben wie Wärmedämmung und Versteifung der Gebäudehülle.

Sandwichelemente


Sandwichelemente bestehen als Außenwandbauteile aus einer Wärmedämmung, die beidseitig mit einem Schutzmaterial beplankt ist. Während sich schwere Ausführungen mit einem Flächengewicht ab 150 kg/m² aus einer Stahlbetontragschale, Wärmedämmung und einer Außenschicht aus Klinker oder Beton zusammensetzen, kommen bei Stahlhallen vorwiegend leichte Elemente zum Einsatz.

Die Schutzschicht besteht hier aus Kunststoff oder ebenen, linierten, gesickten oder profilierten Deckschalen aus Aluminumband bzw. bandverzinktem oder bandlegierverzinktem und zusätzlich kunststoffbeschichtetem Stahlblech.

Der Kern hingegen ist aus Vollmaterial (Polyethylen, Balsaholz), Schaumstoff (Hartschaum, Metallschaum), Dämmung (Hartschaum, Mineralwolle) oder Wabengitter (Papier, Pappe, Metall, Kunststoff), der neben der wärmedämmenden Funktion die Aufgabe der Kraftaufnahme horizontal auftretender Schubkräfte übernimmt.
 

Montage und Dimensionierung


Die leichten Elemente sind vorgefertigt und werden auf der Baustelle lediglich auf die tragende Stahlkonstruktion montiert. Dabei gibt es Ausführungen mit einem Rahmen als mechanischem Verbund oder rahmenfreie Elemente. Diese nicht tragenden Konstruktionen bezeichnet man auch als Dreischichtenplatten (Deckschicht - Kern - Deckschicht). 

Die Platten sind extrem biege- und beulsteif, wobei die Dimensionierung auf der Grundlage der linearen Sandwichtheorie erfolgt. Zudem sind alle Lasten wie Eigenlast, Schnee, Winddruck, Windsog, Kräfte aus Temperaturunterschieden zwischen äußeren und inneren Deckschalen sowie das Langzeitverhalten des Kernmaterials zu berücksichtigen. 
 

Die Sandwichtheorie


Voraussetzung für die Anwendung der Sandwichtheorie sind Verbundquerschnitte mit einem schubsteifen Kern, der mit zwei dehnsteifen, gegebenenfalls auch biegesteifen Deckschichten schub- und zugfest verbunden ist. Dabei genügt jede Schicht für sich genommen der Ebenheit des Querschnitts, der Gesamtquerschnitt jedoch nicht.

Die Theorie besagt, dass das Verhalten eines Elements mit einem Sandwichquerschnitt unter Last von einem Element mit gleichmäßig elastischem Querschnitt abweicht. Da die Temperaturdifferenzen der Deckschichten aufgrund des Dämmmaterials bestehen bleiben, biegt sich das Element in Richtung der wärmeren Schicht. Die Berücksichtigung dieser Krümmung ist bei der Verwendung von Sandwichelementen eine Grundlage für den Standsicherheitsnachweis von Industrie- und Gewerbebauten.
 

U-Wert von Sandwichplatten


Elemente mit einem Hartschaumkern auf Kunststoffbasis verfügen in Abhängigkeit zur Dicke der Kernschicht und der Decksicht (meist Stahl- oder Aluminiumbleche mit einer Dicke von 0,5 bis 1 mm) über U-Werte zwischen 0,19 und 0,33 Watt pro Quadratmeter und Kelvin. Bei Mineralwolle - die zudem über den Vorteil verfügt, feuerfest zu sein, liegen die Werte zwischen 0,22 und 0,43 Watt pro Quadratmeter und Kelvin.
 

Vorteile von Sandwichelementen


Neben ihren ausgezeichneten wärmedämmenden Eigenschaften verfügen Sandwichelemente über gute Werte beim Schallschutz, sind abhängig vom Kernmaterial höchst feuerbeständig und überzeugen durch die Vielseitigkeit bei der Farbgestaltung sowie die Möglichkeit sowohl zur horizontalen als auch vertikalen Verlegung - bei gleichzeitig geringen Kosten und einer schnellen Bauzeit. Bei einer ordnungsgemäßen Ausformung der inneren und äußeren Fugen zeichnen sich Sandwichelemente im Wesentlichen durch ihre Langlebigkeit aus.
 

Porenbeton-Platten


Porenbeton basiert auf Kalk-, Kalkzement- oder Zementmörtel, der im Herstellungsprozess aufgebläht und einer Dampfhärtung unterzogen wird. Damit ist der Wortbestandteil Beton irreführend, da der fein gemahlene Sand keine Körnungen wie Sand oder Kies enthält, die üblicherweise in Beton enthalten sind und auch Zement keinen zwingend notwendigen Bestandteil von Porenbeton darstellt. Notwendige Zusätze sind hingegen Branntkalk, Wasser und Quarzsand beziehungsweise Flugasche aus der Steinkohlegewinnung sowie Aluminiumpulver, das der Gasbildung und damit dem Aufblähen des Gemisches dient, bevor die Härtung in einem speziellen Dampfdruckkessel erfolgt. 
 

Vorteile von Porenbeton-Platten


Vorteile von Porenbeton als Wandelemente sind die hohe Wärmedämmfähigkeit, Feuerfestigkeit und gute Tragfähigkeit im Vergleich zu seiner Rohdichte von 300 bis 800 km/m². Während unbewehrter Porenbeton über eine hohe Druckfestigkeit verfügt, haben bewehrte Wandelemente auch Zugfestigkeit. Tragende Wände sind dabei durch geschosshohe Elemente, nicht tragende durch Porenbeton-Platten ausgebildet, wobei die Montage sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen kann, was eine große Varietät in der Fassadengestaltung bietet. Nachteile hingegen bestehen hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme, d. h. ein Schutz gegen Witterungseinflüsse wie beispielsweise eine Verkleidung mit Trapezblechen ist unabdingbar.

Dimensionierung der Platten


Ausschlaggebend für die Berechnung von Porenbeton-Wandplatten sind die DIN 4223 und die Zulassungsbescheide der Porenbetonhersteller. Neben den Eigenlasten der Porenbeton-Wandplatten und der Außenwandbekleidung sind außerdem vor allem die Windlasten nach DIN 1055-4 zu berücksichtigen. Darüber hinaus sind die Anforderungen und Prüfgrundsätze für hinterlüftete Außenwandbekleidungen in DIN 18156-1 relevant.
Abmessungen von Porenbeton: 

  • Regelbreite 500/625/750 mm 
  • Regeldicke 100 bis 300 mm 
  • Länge in der Regel bis 6.000, auch 8.000 mm möglich 
  • Festigkeitsklassen: P 2,2/P 3,3/P 4,4 
  • Rohdichteklassen: 0,40 bis 0,70 
  • Rechenwerte der Eigenlasten: 0,4:5,2; 0,45:5,7; 0,5:6,2; 0,55:6,7; 0,60:7,2; 0,65:7,8; 0,70:8,4 
  • Sonderprofile (Passplatten)
     

Kassettenwände


Bei zweischalig hinterlüfteten Wandsystemen werden Kassettenwände als innere tragende Schale horizontal vor den Gebäudestützen befestigt. Sie nehmen die Wärmedämmung auf und werden anschließend mit entweder horizontal oder vertikal mit Trapezblechen verkleidet. 


Dämmung von Kassettenwänden


Als Dämmstoffe eignen sich ganz unterschiedliche Materialien, wobei Mineralwolle z. B. ganz einfach in die Kassetten geklemmt werden kann und damit zu einem schnellen Dämmvorgang beiträgt. Die Tiefe der Kassette und die Wahl des Dämmstoffes ermöglichen dabei in der Theorie jeden gewünschten Dämmwert, wobei aufgrund auftretender Wärmebrücken ohnehin einen Zuschlag in der Dimensionierung erforderlich ist. Das Trapezblech trägt neben dem Witterungsschutz zu einer Hinterlüftung der Fassade bei.
Wenngleich die Kassetten selbst feuerbeständig sind, hängt die Brandschutzklasse letztlich von der Gesamtkonstruktion ab. Beidseitig bandverzinkte Wände sind korrosionsbeständig; auch die Winddichtigkeit lässt sich durch die Wahl der Konstruktion beeinflussen.

Vergleich der Kassettenwand zum Sandwichelement


Verfügt die Kassettenwand hinsichtlich schlanker Wanddicken dabei über einen Nachteil gegenüber dem Sandwichelement, punktet das System beim Schallschutz. So lassen sich mit geeigneten Dämmstoffen Werte von Rw = 45 bis 50 dB, d. h. etwa doppelt so hohe Werte wie bei einem Sandwichpaneel erzielen. Durch eine Lochung der Innenschale lässt sich der Wert weiter verbessern und eine zusätzliche Schalldämmung erzielen.
 

Die Montagezeit ist durch die unterschiedlichen Arbeitsschritte weitaus aufwendiger und damit deutlich länger als bei Sandwichpaneelen. Die Deckschicht kann lediglich durch Wellblech- oder Trapezprofile ausgeführt werden und bietet daher geringere Gestaltungsoptionen als Sandwichfassaden - für rein funktionale Bauten sicher kein Nachteil. 
 

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