Bauphysik

In den letzten Jahrzehnten sind bauphysikalische Überlegungen immer stärker in die detaillierte Planung, z.B. der Gebäudehülle und –technik, und in die praktische Ausführung von Bauwerken eingeflossen. Das Entwerfen und Konstruieren eines Bauwerks steht immer in einem Spannungsfeld zwischen architektonischen und ästhetischen Anforderungen, sowie den zur Verfügung stehenden Materialeigenschaften und den physikalischen Grundgesetzen. Diese Grundgesetze umfassen alle Wechselwirkungen, die zwischen dem Bauwerk und dem Innen- bzw. Aussenraum auftreten. Zur Lösung spezifischer Bauaufgaben sind sämtliche Aspekte der Bauphysik zu berücksichtigen, dazu gehören z.B. Licht, Niederschlag, Wind, Aussen- und Innentemperaturen, Gebäudenutzung und Energiebedarf.

Mithilfe der Bauphysik lassen sich nachhaltige Gebäude entwickeln, die eine hohe thermische Behaglichkeit und einen niedrigen Energiebedarf aufweisen. Diese Gebäude verfügen zudem über eine gute Versorgung mit Tageslicht, eine gute Raumakustik und bleiben verschont von Kondensations- und Schimmelpilzproblemen. Die Bauphysik beschäftigt sich gezielt mit den menschlichen Anforderungen z.B. an das Raumklima, die Beleuchtung und den Schallschutz und definiert die technischen Anforderungen an das Gebäude bezüglich Wärme‑, Feuchte- und Schallschutz, sowie dem Energiebedarf.

Im Folgenden werden die vier Teilgebiete der Bauphysik, nämlich der Schall‑, Wärme‑, Feuchte- und Brandschutz, kurz erläutert.

Der Wärmeschutz lässt sich, im Sinne der Bauphysik, in einen winterlichen und einen sommerlichen Wärmeschutz aufteilen. Der Wärmeschutz muss dabei die unterschiedlichen Ansprüche der kalten und warmen Jahreszeit berücksichtigen. Im Winter steht die passive Energienutzung durch die Sonneneinstrahlung, im Sommer der notwendige Schutz gegen die (intensive) Sonneneinstrahlung im Vordergrund. Zu den Aufgaben des winterlichen Wärmeschutzes gehört beispielsweise, dafür zu sorgen, dass während der Heizperiode an den Innenoberflächen der Bauteile eine ausreichend hohe Oberflächentemperatur vorhanden ist, so dass kein Oberflächenkondensat und Schimmelwachstum entstehen kann. Dem sommerlichen Wärmeschutz kommt bei der Vermeidung einer Gebäudeklimatisierung eine besondere Bedeutung zu.

Für die Behaglichkeit ist der sommerliche und winterliche Wärmeschutz gleichermassen wichtig. Sowohl im Winter wie Sommer sind für die Beurteilung der Behaglichkeit die Raumlufttemperaturen, inneren Oberflächentemperaturen und Wärmestrahlungsverhältnisse ausschlaggebend. Die entsprechenden Grundlagen sind in der Norm SIA 180 (1999) «Wärme- und Feuchteschutz im Hochbau» definiert.

Die Einwirkung von Feuchtigkeit kann zu verschiedenen Schäden führen. Mit einer geeigneten Materialwahl und Konstruktion kann unerwünschte Kondenswasserbildung infolge Dampfdiffusion an Wänden, Decken, Einzelbauteilen und innerhalb der Tragkonstruktion vermieden werden. Entscheidend für die Feuchtebelastung ist einerseits der Wasseranfall von der Aussenseite her, z.B. bei Bauteilen im Erdreich, und andererseits die Feuchteproduktion durch die Nutzung im Inneren eines Gebäudes. Die Konstruktion muss immmer so gewählt werden, dass eindringendes Wasser von der Aussenseite her verhindert wird. Sinnvollerweise wird die Feuchtebelastung mit geeigneten bauphysikalischen Softwareprogrammen simuliert und berechnet, nur dadurch lassen sich eindeutige Angaben zur geeigneten Konstruktion mit Wärmedämmschicht, mit Dampfbremsschicht und mit Luftdichtigkeitsschicht machen.

Das wachsende Komfortbedürfnis schlägt sich auch in gestiegenen Anforderungen an den Schallschutz in Wohnungen und Gebäuden nieder. Insbesondere bei Neubauten werden mittlerweile höhere Anforderungen an den Schallschutz gestellt, als dies vor einigen Jahren noch der Fall war. Diesem Umstand wird in der Regel über die erhöhten Anforderungen gemäss Norm SIA 181 «Schallschutz im Hochbau» (Ausgabe 2006) Rechnung getragen. Um die in der Norm festgelegten, verbindlichen Grenz- bzw. Zielwerte umzusetzen, sind je nach Baukonstruktion unterschiedliche Massnahmen erforderlich

Zum Brandschutz gehören sämtliche Massnahmen, die der Brandentstehung oder ‑ausbreitung durch Feuer oder Rauch vorbeugen, die Rettung von Menschen und Tieren ermöglichen oder wirksame Löscharbeiten bei einem Brand zulassen. Die baulichen Massnahmen in Gebäuden sind sehr vielfältig und erstrecken sich von den verwendeten Baustoffen und Bauteilen über den bautechnischen Brandschutz (in Industriebauten) über die Fluchtwegplanung bis hin zu Löschanlagen in Gebäuden.

Mittels bauphysikalischen Berechnungen und Simulationen können eindeutige Aussagen zum Energieverbrauch und zu Wärmeschutzmassnahmen, zum Feuchtetransport und zur Kondenswasserbildung sowie zu Schallschutzmassnahmen gemacht werden. Konkret können mit entsprechenden Berechnungsprogrammen z.B. Wärmebrücken im Planungsstadium erkannt und durch Konstruktionsänderungen eliminiert werden.

Sowohl bei Neubauten, als auch bei Sanierungen von Gebäuden, muss mit dem Baugesuch nachgewiesen werden, dass die energetischen Vorschriften eingehalten sind. Diese Vorschriften sind in den kantonalen Gesetzgebungen festgelegt und werden mit einem kantonal geregelten Energienachweis belegt. Gestützt auf die revidierte Norm SIA 380/1 (Ausgabe 2009) besteht die freie Wahl zwischen der Einhaltung der Einzel- oder Systemanforderungen.

• Norm SIA 180:2014, Wärmeschutz, Feuchteschutz und Raumklima in Gebäuden – www​.sia​.ch (externer Link zum SIA-Shop)
• Norm SIA 181:2020, Schallschutz im Hochbau – www​.sia​.ch (externer Link zum SIA-Shop)
• Norm SIA 380/1:2016, Heizwärmebedarf – www​.sia​.ch (externer Link zum SIA-Shop)