DE19652141C2 - Bodenplatte eines klimatisierten Aufenthaltsraumes, insbesondere Einkaufsmarktes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenplatte für einen temperierten oder klimatisierten, nicht unterkellerten Aufenthaltsraum, insbesondere einer Möbel- oder Einkaufsmarkthalle; die Bodenplatte besteht aus Stahlbeton und hat eine Ausdehnung von über 1.000 m² und hat einen Bodenbelag mit einer geringen Wärmeeindringtiefe und ist gegen ihren Unterbau durch eine Kunststoffolie abgeschlossen.

Es ist üblich und in der Verordnung über einen energiesparenden Wärmeschutz bei Gebäuden (Wärmeschutzverordnung) vom 24. August 1994 vorgeschrieben, den Jahres-Heizwärmebedarf eines Gebäudes zu begrenzen, wozu in Anlage 3, Abs. 3c, für Gebäude, die auf mindestens 19°C beheizt werden, festgelegt ist, daß eine Decke, die an das Erdreich grenzt, (Bodenplatte) mit einer Wärmedämmschicht zu versehen ist.

Daneben ist zur Sicherstellung eines hygienischen Raumklimas und zum Schutz der Baukonstruktion vor klimabedingten Feuchteeinwirkungen und deren Folgeschäden ein Mindestwärmeschutz an Decken und Wänden der beheizten Räume anzubringen.

Außerdem ist nach der DIN 4108 T2, für den unteren Abschluß nicht unterkellerter Aufenthaltsräume ein Wärmedurchlaßwiderstand von 0,9 m² K/W einzuhalten.

Gemäß G. Hauser, H. Stiegel: Wärmebrückenatlas für den Mauerwerksbau, Bauverlag Wiesbaden, Aufl. 1993, S. 11, ist als Kenngröße für Wärmebrücken eine dimensionslose Größe, das Temperaturdifferenzverhältnis, gebräuchlich, das errechnet wird, indem die Differenz der Oberflächentemperatur zu einer Bezugstemperatur (Außenlufttemperatur) und der Differenz der jeweils herrschenden Raumlufttemperatur der Bezugstemperatur gebildet wird.

Grundsätzlich werden deshalb bisher die Bodenplatten temperierter, klimatisierter Großräume gegen das darunterliegende Erdreich mit einer 80 mm starken Styrolhartschaumschicht isoliert, die erdreichseitig mit einer Kunststoffolie abgeschlossen ist, was erhebliche Kosten verursacht und bei einem späteren Abriß Entsorgungsprobleme bringt.

Der Aufbau von Keller- und Industrieböden ist aus dem Fachbuch Walter Henn, "Fussboden", Verlag Callwey, München, 1964, S. 30 und 79 bekannt, die aus Stahlbeton bestehen, eine untere Sperrschicht, darunter eine relativ dünne Sauberkeitsschicht und oben einen Estrich aufweisen. Diese Böden genügen der Wärmeschutzverordnung nicht, da sie fußkalt sind und gewöhnlich einen zu hohen Wärmeabfluß durch die dünne Sauberkeitsschicht haben.

Weiterhin ist in der DE 44 14 998 A1 der Aufbau von Stahlbetonkellerdecken bekannt, auf denen eine Fußbodenheizung und ein Estrich und Fußbodenbelag aufgebracht sind und unter denen sich ein wärmeisolierter Keller befindet. Die Betondecke dient als tageszeitlicher Wärmespeicher und ist stirnseitig mit einer Wärmeisolation versehen. Eine Nutzung eines Kellersohlenunterbaues als definierter Wärmeleiter, Wärmespeicher und sommerlicher Kühlungsquelle ist nicht vorgesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bodenplatte mit dem Unterbau zu schaffen, die kostengünstiger und umweltfreundlicher als bisherige sind und eine energiesparende Klimatisierung des Aufenthaltsraumes erbringen.

Die Lösung besteht darin, daß der Unterbau aus gewachsenem Boden und/oder feinsandigem Lehmboden und einer darauf angeordneten Kies- oder Schotterschicht besteht, die stärkemäßig jeweils so dimensioniert sind, daß bei einem bestimmten maximalen Grundwasserstand im gewachsenen Boden oder Lehmboden und bei einer bestimmten Grundwassertemperatur unter Berücksichtigung der verschiedenen Wärmeleitkoeffizienten der über dem Grundwasserspiegel angeordneten Schichten die Oberflächentempertur an der Bodenplattenoberseite in einem von Randeinflüssen ungestörten Bodenplattenbereich bei 20°C Raumtemperatur mindestens 18,4°C, und bei 19°C Raumtemperatur mindestens 17,6°C beträgt, und daß die Bodenplatte stirnseitig mit einer Wärmeisolationsschicht versehen ist und nur unter ihrem Randbereich unterhalb der Kunststoffolie eine Wärmedämmschicht angeordnet ist, die unter Berücksichtigung ihrer Wärmeleitfähigkeit sicherstellt, daß die Oberflächentemperatur an der Kante der Bodenplattenoberseite zu der Raumaußenwand bei 20°C Raumtemperatur mindestens 15°C beträgt und bei 19°C Raumtemperatur mindestens 14,25°C beträgt.

Eine weitere Ausführung ist in Anspruch 2 angegeben.

Die neuartige, sehr einfache Bodenplatte genügt den Mindestanforderungen nach der DIN 4108 T2, nicht dem Wortlaut nach, sondern nur sinngemäß und funktional; sie entbehrt jedoch einer unnötigen Wärmeisolationsschicht unter der Bodenplatte, da der Unterbau aus gewachsenem Boden und/oder feinsandigem Lehmboden und der Kiesschicht mit seiner Wärmeleiteigenschaft in das Kalkül einbezogen wird. Die ganzjährige Energieverbrauchsbilanz für Heizung und Kühlung des Gebäudes wird hierdurch ganz erheblich verbessert, die im Gegensatz zur einseitigen Betrachtung des Heizenergieeinsatzes hier zur Grundlage gemacht wird. Bei geeigneten Raumverhältnissen kann unter Umständen auf eine aktive Kühlung ganz verzichtet werden und trotzdem eine erträgliche Raumtemperatur im unteren Aufenthaltsraum oder auch im Gesamtgebäude eingehalten werden.

Das Temperaturdifferenzverhältnis von 0,92 ergibt sich bei einem Mindestwärmedurchlaßwiderstand nach DIN von 0,92 m² K/W, wenn bei einer Erdreichtemperatur von 10°C die Oberflächentemperatur bei 19°C und bei 20°C Raumtemperatur bestimmt werden, die 17,6°C und 18,4°C betragen, und das Verhältnis der jeweiligen Bodentemperaturdifferenz und der Raumtemperaturdifferenz gebildet wird.

Bei der neuartig verringerten Wärmeisolation der Bodenplatte selbst werden die gleichen Temperaturverhältnisse an der Plattenoberseite unter Mitberücksichtigung der Wärmeleitwiderstände des Unterbaues mit seinen Bodenschichtungen bis zum Grundwasser erreicht, die bei einer herkömmlich isolierten Bodenplatte herrscht, wenn eine in Wirklichkeit nicht vorhandene stets bisher angenommene unterseitige Grenzflächentemperatur von 10°C herrschen würde.

Geht man davon aus, daß das Grundwasser im allgemeinen eine Temperatur von 10°C hat, so bestimmt sich der Wärmeverlust in der Heizperiode proportional zu der Differenz der Raumtemperatur, die im allgemeinen 20°C beträgt, zur Grundwassertemperatur.

Während der warmen Sommerzeit steigt jedoch die Raumtemperatur durch Außenluft und Sonneneinstrahlung oft wesentlich über 20°C an, so daß dann entsprechend der höheren Differenz zur Grundwassertemperatur auch ein erheblich höherer Wärmefluß durch den Boden auftritt, was eine Entlastung der Kühlanlage und unter Umständen ein Verzicht auf Kühlung überhaupt erbringt. Bei Mehrstockgebäuden ist es zweckmäßig, die im oberen Gebäudeteil oder sonnenseitig aufgeheizte Luft über die Bodenplatte zu führen und so einen Wärmetausch und eine Wärmeableitung ins Grundwasser zu bewirken.

Da bekanntlich Kühlung pro abgeführte Wärmemenge die doppelte Energiemenge benötigt, ist die Jahres- Gesamtenergiebilanz bei der neuartig bemessenen Bodenisolation wesentlich verringert.

Falls keine Klimaanlage vorgesehen ist, bringt die neuartig bemessene Bodenisolation die einzige Möglichkeit, ein erträgliches Gebäudeklima zu schaffen, wenn die Außentemperatur so hoch ist, daß eine Zufuhr von Frischluft keine Kühlung mehr bringen würde.

Die Bodenplatte liegt randseitig auf Erdreich, das an die im Winter wesentlich kältere Außenluft angrenzt, so daß die Berechnung des Wärmedifferenzverhältnisses im Randbereich gestört ist und dieser im einzelnen zu betrachten ist, und zwar wie die Isolation auszubilden ist, damit dort keine Taupunktunterschreitung und Kondensation auftritt.

Hierzu sind zwei Beispiele in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt:

Fig. 1 zeigt nicht maßstabsgerecht eine Bodenplatte mit teilweise aufgesetzter Wand und Randbereichisolation;

Fig. 2 zeigt eine Bodenplatte mit stirnseitiger wärmeisolierter Wand.

Fig. 1 zeigt eine Bodenplatte (1) aus Stahlbeton von 18 cm Dicke mit einem 2 cm dicken Estrich (2), die auf einer 25 cm starken Kiesschüttung (KS) über 30 cm feinsandigem oder gewachsenem Boden (FS) und weiter über gewachsenem Boden (GB) liegt. Die Kiesschüttung (KS) ist randseitig bis auf 1 m Tiefe unter der Bodenplatte (1) eingelassen.

Die Bodenplatte (1) ist stirnseitig mit einer 3 cm dicken Stirnisolation (4) aus Hartschaumstoff besetzt und unten mit einer Polyethylen-Doppelfolie (3) von 2 × 0,4 mm Dicke unterlegt. Der Randbereich ist auf 1,5 m breite mit 6 cm dicken Hartschaumisolationsplatten (5) unterlegt. Die Außenwand (6) stößt mit ihrer Innenschicht (6I) auf den äußeren Randbereich der Bodenplatte (1), und ihre isolierende Mittelschicht (6M) schließt an die Stirnisolation (4) an.

Die Temperaturdifferenzkoeffizienten wurden für die Kante (K) zur Innenwand (6I) für Grundwassertiefe von 1 m und mehr berechnet und stets der Wert 0,88 gefunden, der auch unabhängig von der Bodenart in der Schicht (FS) ist.

Die Temperaturdifferenzverhältnisse im ungestörten Bereich wurden bei gewachsenem Boden in der Schicht (FS)
zu 0,91 bei 1 m Grundwassertiefe,
zu 0,93 bei 1,5 m Wassertiefe und
zu 0,95 bei 3 m Wassertiefe bestimmt.

Wenn Feinsand in der Schicht (FS) angenommen wurde, ergab sich lediglich bei 1 m Grundwassertiefe das Verhältnis zu 0,92 und ansonsten gleich wie vor.

Die Wärmeleitfähigkeiten wurden zu
2,1 W/mK für Stahlbeton (1) und gewachsenem Boden (GB),
0,7 W/mK für Kies oder Schotter (KS) und zu
1,4 W/mK für den feinsandigen Lehmboden (FS)
sowie den Estrich (2) angesetzt.

Die Isolationswirkung des relativ dünnen Fußbodenbelages (7) wurde vernachlässigt. Er ist so auszugestalten, daß keine sogenannte Fußkälte empfunden wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere Anordnung einer Bodenplatte (1A), auf der gleichen Schichtenanordnung (KS, FS, GB) unter Zwischenschaltung der Doppelfolie (3) wie vor, jedoch ohne Estrich. Die Außenwand (6) ist abweichend vom vorherigen Beispiel auf einem Streifenfundament (S) aufgesetzt und schließt mit der Innenschicht (6I) an die Stirnseite der Bodenplatte (1A) an. Somit liegt auch die Mittelschicht (6M), die 10 cm dick ist, stirnseitig zur Bodenplatte, und es ist weder am Fundament (S) noch unter der Bodenplatte (1A) eine Wärmeisolation außer dem Unterbau aus den Kies- und Bodenschichten vorgesehen. Bei dieser Anordnung ergibt sich an der Kante (KA) der Oberfläche der Bodenplatte (1A) zur Wandinnenschicht (6I) ein Temperaturdifferenzverhältnis von 0,76; ansonsten sind alle anderen Verhältniswerte wie im vorherigen Beispiel.

Dieser randseitige Verhältniswert von 0,76 ist wegen seiner Größe und dem relativ zu den üblichen Spannweiten der Hallengebäude schmalen Randgebiet ausreichend, daß keine Tauwasserbildung dort auftritt.

Diese Ausführung ist bevorzugt, da völlig auf die gesonderte Isolation der Bodenplatte im Unterbau verzichtet ist.

Insgesamt ist bei beiden Ausführungen festgestellt worden, daß

• - der Jahres-Heiz- und Kühlenergiebedarf gesenkt ist,
• - die Baukonstruktion vor klimabedingten Feuchteschäden und deren Folgeschäden gesichert ist und
• - die Behaglichkeit in dem Aufenthaltsraum durch Vermeidung von Fußkälte mittels geeigneter Bodenbeläge erreicht ist.

Die randseitige Unterschreitung des Temperaturdifferenzverhältnisses von 0,92 hat wegen der relativ geringen Ausdehnung des Randbereiches keine ungünstige Auswirkung auf die Behaglichkeit. Die bei einem hohen Grundwasserstand von nur 1 m auftretende geringfügige Unterschreitung des Verhältniswertes um 0,01 führt bei 20°C Raumtemperatur zu einer Oberflächentemperatur der Bodenplatte von 18,2°C also nur unbedeutenden 0,2°C weniger als bei einem Verhältniswert von 0,92. In der warmen Jahreszeit ist die Behaglichkeit wesentlich gesteigert, insbesondere wenn keine aktive Kühlung vorgesehen ist.

Die Schotterschicht (KS) ist durch ein Textilvlies (TS) vom feinsandigen Lehmboden vor einer Vermengung geschützt.

Claims (9)

1. Bodenplatte für einen temperierten oder klimatisierten, nicht unterkellerten Aufenthaltsraum, insbesondere einer Möbel- oder Einkaufsmarkthalle; die Bodenplatte (1) besteht aus Stahlbeton und hat eine Ausdehnung von über 1.000 m² und hat einen Bodenbelag (7) mit einer geringen Wärmeeindringtiefe und ist gegen ihren Unterbau durch eine Kunststoffolie abgeschlossen, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau aus gewachsenem Boden (GB) und/oder feinsandigem Lehmboden (FS) und einer darauf angeordneten Kies- oder Schotterschicht (KS) besteht, die stärkemäßig jeweils so dimensioniert sind, daß bei einem bestimmten maximalen Grundwasserstand im gewachsenen Boden (GB) oder Lehmboden (FS) und bei einer bestimmten Grundwassertemperatur unter Berücksichtigung der verschiedenen Wärmeleitkoeffizienten der über dem Grundwasserspiegel angeordneten Schichten (7, 1, KS, FS, GB) die Oberflächentempertur an der Bodenplattenoberseite in einem von Randeinflüssen ungestörten Bodenplattenbereich bei 20°C Raumtemperatur mindestens 18,4°C, und bei 19°C Raumtemperatur mindestens 17,6°C beträgt, und daß die Bodenplatte (1) stirnseitig mit einer Wärmeisolationsschicht (4) versehen ist und nur unter ihrem Randbereich unterhalb der Kunststoffolie (3) eine Wärmedämmschicht (5) angeordnet ist, die unter Berücksichtigung ihrer Wärmeleitfähigkeit sicherstellt, daß die Oberflächentemperatur an der Kante (K) der Bodenplattenoberseite zu der Raumaußenwand bei 20°C Raumtemperatur mindestens 15°C beträgt und bei 19°C Raumtemperatur mindestens 14,25°C beträgt.

2. Bodenplatte für einen temperierten oder klimatisierten, nicht unterkellerten Aufenthaltsraum, insbesondere einer Möbel- oder Einkaufsmarkthalle; die Bodenplatte (1) besteht aus Stahlbeton und hat eine Ausdehnung von über 1.000 m² und hat einen Bodenbelag (7) mit einer geringen Wärmeeindringtiefe und ist gegen ihren Unterbau durch eine Kunststoffolie abgeschlossen, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau aus gewachsenem Boden (GB) und/oder feinsandigem Lehmboden (FS) und einer darauf angeordneten Kies- oder Schotterschicht (KS) besteht, die stärkemäßig jeweils so dimensioniert sind, daß bei einem bestimmten maximalen Grundwasserstand im gewachsenen Boden (GB) oder Lehmboden (FS) und bei einer bestimmten Grundwassertemperatur unter Berücksichtigung der verschiedenen Wärmeleitkoeffizienten der über dem Grundwasserspiegel angeordneten Schichten (7, 1, KS, FS, GB) die Oberflächentempertur an der Bodenplattenoberseite in einem von Randeinflüssen ungestörten Bodenplattenbereich bei 20°C Raumtemperatur mindestens 18,4°C und bei 19°C Raumtemperatur mindestens 17,6°C beträgt und daß die Bodenplatte (1) stirnseitig an eine Außenwand (6) mit ihrer Innenschicht (6I) anschließt, an die eine derartig wärmeisolierende Mittelschicht (6M) und daran eine feste Außenschicht (6A) anschliessen, die unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Wärmeleitfähigkeiten sicherstellen, daß die Oberflächentemperatur an der Kante (KA) der Bodenplattenoberseite zu der Raumaußenwand bei 20°C Raumtemperatur mindestens 15°C und bei 19°C Raumtemperatur mindestens 14,25°C beträgt.

3. Bodenplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kies- oder Schotterschicht (KS) und dem gewachsenen Boden (GB) eine feinsandige Lehmschicht (FS) angeordnet ist.

4. Bodenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kies- oder Schotterschicht (KS) eine Stärke von ca. 25 cm hat und ggf. die feinsandige Lehmschicht (FS) eine Stärke von 30 cm aufweist.

5. Bodenplatte nach einem der der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Wärmeisolationsschicht (4) aus Hartschaum besteht und mindestens 3 cm dick ist.

6. Bodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untenseitige Wärmedämmschicht (5) des Randbereichs aus Hartschaum besteht und mindestens 6 cm dick und mindestens 1,5 m breit ist.

7. Bodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bodenplatte (1) eine Innenschicht (6I) einer Außenwand (6) ruht, deren wärmeisolierende Mittelschicht (6M) sich unten an die stirnseitige Wärmeisolationsschicht (4) durchgehend anschließt.

8. Bodenplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kies- oder Schotterschicht (KS) sich unter der Außenwand (6), die stirnseitige Wärmeisolationsschicht (4) und einen Teil der Wärmedämmschicht (5) umschließend etwa 1,20 m in die Tiefe des Erdreichs bis in den gewachsenen Boden (GB) erstreckt.

9. Bodenplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschicht (6M) mindestens 10 cm dick ist.