Wände
Aufbau
Unzählige Möglichkeiten
Für den Aufbau einer Wand gibt es unzählige Möglichkeiten. Bei allein 10 Varianten für Außenverkleidung, Dämmung und Innenverkleidung, ergeben sich 10³=1000 unterschiedliche Wandarten. Grob lassen sich unsere Wandaufbauten in folgende drei Kategorien gliedern:
Ein Verbundelement bezeichnet den Verbund verschiedener Materialien hin zu einem Element. Typischerweise spricht man hier von einer Verklebung der Materialien. Denkbar sind viele Materialien für den Einsatz in einem Verbundelement. Als Kern wird am häufigsten XPS und PU genutzt. Als Deckschichten werden am häufigsten PVC, GFK, Sperrholz und Aluminium genutzt.
Die Materialkombination und der Schichtaufbau in einem Verbundelement wird so gewählt, als dass jedes Material in der jeweiligen Schicht seine Stärken ausspielen kann und auf seine Schwächen hin nicht belastet wird. Die Mitte, der Kern, stellt die stärkste Schicht dar. Hier wird der Dämmstoff platziert, der über eben diese große Stärke seine Dämmwirkung entfalten kann. Statisch betrachtet erfährt der Kern in einem Verbundelement die Druckbelastung. Man kann sich hier einfach vorstellen, wie man auf einem Verbundelement läuft und mit dem Schuh auf den Dämmstoff drückt. Je druckfester der Kern eines Verbundelements ist, desto besser für die Stabilität des Elements. Die Oberflächen bzw. Außendeckschichten, stellen die dünnen Schichten dar, die auf dem Kern verklebt sind. Wichtig ist die Optik der Deckschichten, da sie später im Hausinneren als Wand und Außen als Fassade erkennbar sind. Statisch betrachtet erfahren die Deckschichten in einem Verbundelement eine Zuglast. Denn, wenn ich auf ein Verbundelement trete, will dieses sich durchbiegen. Die Biegung eines Materials fordert aber gleichzeitig die Krümmung der Innenseite und Dehnung der Außenseite. Je weniger die Deckschichten sich beim Dehnen, also eine Zugbelastung, verformen, desto zugfester sind sie und desto besser kann die Kraft vom Schuh in die Deckschicht, in den Kern zur Druckkraft weiter geleitet werden.
XPS und PU werden beide zuhauf in Verbundelementen eingesetzt. Welcher Dämmstoff eingesetzt wird, muss abhängig der Vor- und Nachteile gemacht werden. XPS weist bessere statische Eigenschaften auf und hat eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme. PU hat eine bessere Dämmleistung und hält höheren Temperaturen stand. Wir setzen stets XPS ein, da er zäher ist und uns so erlaubt Fräsarbeiten an ihm durchzuführen ohne zu bröseln oder zu zerfleddern. Zudem liegt der Dämmwert eines hochwertigen XPS nicht weit unter dem vom PU und die statischen Werte sind eine ganze Ecke höher. Die Temperaturstabilität ist in den Griff zu bekommen und die geringere Feuchtigkeitsaufnahme ein i-Tüpfelchen. Der λ-Wert von XPS liegt bei 0,027, der von PU bei 0,022. Bei gleicher Wandstärke ist die Dämmleistung eines Verbundelementebaus deshalb höher als bei einem hinterlüfteten Bau. Der λ-Wert von Holzweichfaserdämmung liegt bei 0,038. Bei einer Dämmstärke von 80 mm erhalten wir deshalb folgende U-Werte.
PU: 0,274 W/m²K
XPS: 0,319 W/m²K
Holzweichfaserdämmung: 0,44 W/m²K
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Seine besondere Stabilität erhält das Verbundelement durch die Verklebung mehrerer Materialien und der damit einhergehenden zuvor beschriebenen Aufgabenteilung der statischen Lasten. Im Prinzip unterscheidet sich das Verbundelement durch die Verschmelzung der sonst 3 separaten Schichten im hinterlüfteten Bau. Im hinterlüfteten Bau haben wir die Innenverkleidung, die für sich genommen stabil genug sein muss, ohne durch die anderen Wandschichten unterstützt zu werden. Es folgt der Dämmstoff, welcher nicht für Stabilität im hinterlüfteten Bau sorgt, jedoch im Verbundelementebau statische Lasten aufnehmen kann und deshalb hier für Stabilität sorgt. Zuletzt kommt die Außenverkleidung, welche im hinterlüfteten Bau wieder an sich stabil genug sein muss, ohne durch die anderen Wandschichten gestützt zu sein. Im Verbundelementebau stützen sich die miteinander verklebten Schichten gegenseitig. Beide Deckschichten und der Kern bilden gemeinsam eine statische Einheit, in der Lasten verteilt werden. Die Sperrholzschicht auf der Innenseite des Hauses mag etwa nur 4 mm stark sein. Man merkt es ihr nicht an, weil sie im Rücken weitere 70 mm Material hat, die sie stützen. So kommt es, dass Verbundelemente stabiler sind als jede einzelne Schicht für sich im genommen im hinterlüfteten Bau.
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Traditioneller Holzbau
Lichttransmission
Mit einer Lichttransmission von 30-40% erhellt diese Fassade Deinen Wohnraum. Dem Gefühl einer Höhle, wie man es von vielen Tiny Houses kennt, wird damit entgegengewirkt. Lichtbauelemente kannst Du auch mit traditionellen Fassaden kombinieren.
Dämmstoffe
XPS-Verbundelemente sind eine Art von Dämmstoff, die aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS) hergestellt werden. Sie sind sehr widerstandsfähig und haben eine hohe Druckfestigkeit. XPS-Verbundelemente sind sehr vielseitig und können in Form von Sandwichpaneelen, Türpaneelen und anderen vorgefertigten Elementen verwendet werden. Sie bieten eine hervorragende Wärmedämmung und sind sehr effektiv bei der Verhinderung von Wärmeverlusten. Darüber hinaus sind sie sehr langlebig und widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit, Schimmel und Schädlinge. XPS-Verbundelemente sind auch sehr leicht und einfach zu installieren, was sie zu einer idealen Wahl für den Einsatz in Gebäuden macht.
Schafwolle ist ein natürlicher Dämmstoff, der in Form von Matten, Vliesen, Filzen, Dämmplatten oder Stopfwolle verfügbar ist. Schafwolldämmungen sind sehr vielseitig einsetzbar und kommen oft ohne synthetische Zusatzstoffe aus. Sie sind diffusionsoffen und kapillar aktiv, gleichzeitig jedoch feuchtigkeits- und witterungsbeständig. Die Wärmeleitfähigkeit von Schafwolle liegt zwischen 0,037 und 0,042 Watt pro Meter und Kelvin. Damit bietet Schafwolldämmung einen sehr guten Schutz vor winterlicher Kälte. Außerdem speichert Wolle bekanntlich Wärme und eignet sich somit sehr gut dazu, das Gebäude im Sommer kühl zu halten. Schafwolle hat hygroskopische Fasern. Die Wolle kann bis zu einem Drittel ihres eigenen Gewichts an Feuchtigkeit aufnehmen und wieder abgeben. Daher eignet sich Schafwolle besonders gut bei der Dämmung von Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Außerdem sorgt sie für ein gutes Raumklima, weil sie Schadstoffe und Gerüche aufnehmen kann.
Holzfaserdämmung ist ein natürlicher Dämmstoff, der aus Holzfasern hergestellt wird. Holzfaserdämmungen sind sehr vielseitig einsetzbar und kommen oft ohne synthetische Zusatzstoffe aus. Sie sind diffusionsoffen und kapillaraktiv, gleichzeitig jedoch feuchtigkeits- und witterungsbeständig. Die Wärmeleitfähigkeit von Holzfaserdämmung liegt zwischen 0,040 und 0,055 Watt pro Meter und Kelvin. Das bedeutet, dass Holzfaserdämmung eine sehr gute Wärmedämmung bietet und sich ideal für den Einsatz in Gebäuden eignet. Holzfaserdämmplatten sind rechteckig oder auch dreieckig, sodass auch sogenannte Dämmkeile möglich sind. Sie besitzen eine hohe Rohdichte und eine gute Schallschutzwirkung. Außerdem haben sie eine hohe Wärmespeicherfähigkeit und wirken feuchteregulierend². Holzfaserdämmplatten können auch als Putzträgerplatte für die Fassadendämmung in Wärmeverbundsystemen (WDVS) zum Einsatz kommen.
Mithilfe von Nanotechnologie entwickelt, stellt Aerogel heutzutage mit 0,16kg/m³ einer der leichtesten Feststoffe überhaupt dar.
Die Porosität, welche dieses geringe Gewicht ermöglicht, gewährleistet gleichzeitig extrem geringe Wärmeleitfähigkeit.
Aerogele werden in unterschiedlichen Partikelgrößen bzw. mit variierendem Porenanteil produziert. Diese Kenngrößen bestimmen maßgeblich das Gewicht und die Dämmwirkung.
Bei Tiny Houses müssen wir uns deshalb fragen, in welcher Form Aerogele nutzbar sind. Zwei Möglichkeiten sind denkbar: Aerogel als Einblasdämmung oder Mattenware. Im Falle der Einblasdämmung wird Aerogel-Granulat, im Falle der Mattenware aufgerollte Matten verwendet.
Finanziell macht der Einsatz von Aerogelen wenig Sinn. Denn die Mehrkosten liegen gegenüber konventionellen Dämmstoffen um den Faktor 194-440 (48433 €/m³ gegenüber 110-250 €/m³) höher.
Nun kann man anführen, dass die Wärmeleitfähigkeit gegenüber diesen konventionellen Dämmstoffen jedoch um den Faktor 2-3,5 (0,012-0,013 W/mK gegenüber 0,025-0,040 W/mK) geringer ausfällt. Selbst unter dieser Berücksichtigung bleibt der Faktor jedoch bei 55-220 (194/3,5 und 440/2).
Aerogele können unter Laborbedingungen sehr leicht produziert werden. Die Dichte handelsüblicher Aerogele kommt ihrem Ruf als ultraleichter Dämmung jedoch nicht nach. Im Gegenteil, gegenüber konventionellen Dämmstoffen liegt die Dichte sogar um den Faktor 2,5-5 (120-150kg/m³ gegenüber 30-50kg/m³) höher.
Aerogel als Granulat
Diese Form hat eine Dichte von 120-150kg/m³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,012 W/mK.
Aerogel als Matte
Diese Form hat eine Dichte von 150kg/m³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,013 W/mK.
Dichtheit
Luftdichtheit bedeutet, dass das Ausströmen von Raumluft aus dem Innern des Tiny Houses vermieden wird.
Vorteile der Luftdichtheit sind insbesondere die Vermeidung von feuchtebedingten Bauschäden, von Zugluft und Fußkälte und von Wärmeverlusten.
Feuchtebedingte Bauschäden können bei mangelnder Luftdichtheit durch die Konvektion von Wasserdampf in die Bausubstanz und anschließender Kondensation des Dampfes zu Wasser entstehen.
Seit 01.11.2020 löst das Gebäudeenergiegesetz GEG die EnEV ab. Auch das GEG sagt in § 13 Dichtheit: „Ein Gebäude ist so zu errichten, dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig nach den anerkannten Regeln der Technik abgedichtet ist.“
Die Prüfung der Luftdichtheit kann durch einem Drucktest erfolgen; dieser wird auch als „Blower Door Test“ bezeichnet und stellt eine Dichtheitsmessung dar.
Im Gegensatz zur Luftdichtheit bedeutet Winddichtheit, dass die Gebäudehülle gegen von außen eindringenden Wind geschützt ist.
Insbesondere muss eine Luftzirkulation innerhalb der Wärmedämmung vermieden werden, da diese die Dämmwirkung entscheidend vermindern würde. Schon gar nicht darf der Wind durch irgendwelche Ritzen oder Löcher von außen in das Gebäude eindringen.
Dies kann bei einer diffusionsgeschlossenen Bauweise durch eine luftundurchlässige Schicht außen vor der Dämmung oder durch eine luftundurchlässige Dämmung, bei einer diffusionsoffenen Bauweise mit einer möglichst luftdichten, aber dampfdurchlässigen Schicht erfolgen (z.B. eine Unterspannbahn, wobei die Dampfdurchlässigkeit hilft, Kondensationsschäden in der Dämmung vorzubeugen).
Die Wirkung aller Wärmedämmung beruht auf den Lufteinschlüssen im Dämm material (Zelluloseflocken, Kork, Woll-, Mineralfaser oder anderen Materialien):
Voraussetzung für die dämmende Wirkung dieser Lufteinschlüsse ist aber deren Schutz vor Luftbewegung. Deshalb ist bei der idealen Dämmkonstruktion der Dämmstoff allseitig abgeschlossen:
Ein Beispiel: Auch die wärmedämmende Wirkung eines Wollpullovers beruht auf unbewegten Lufteinschlüssen in den Fasern: Sobald ein kalter Wind weht, lässt die Dämmwirkung nach. Zieht man eine dünne Windjacke darüber, die selbst keine nennenswerte wärmende Funktion hat, ist die Wirkung wiederhergestellt.
Schalldämmung
Die Schalldämmung bezeichnet das Abwehren eindringender Schallwellen. Es stellt den Unterschied dar, ob ich aus dem Fenster blickend ein Auto nur sehe oder sehe und höre.
Über 2 Mechanismen kann Schalldämmung erzeugt werden: Masse und Entkoppelung.
Schall ist das Bewegen von Molekülen. Trifft Schall auf eine Wand, beginnen die Moleküle in der Luft die Moleküle in der Wand zu bewegen. Auf der anderen Seite der Wand bewegen die Moleküle der Wand wiederum die Müleküle der Luft. Dieser Schall gelangt dann in unser Ohr.
Je Massereicher die Wand ist, desto weniger Bewegung können die Molküle in der Luft in den Molekülen der Wand erzeugen. Je geringer die Molkülbewegung in der Wand, desto weniger Bewegung kann am anderen Ende an die Luftmoleküle weitergegeben werden.
Die Entkoppelung führt über einen Flaschenhalseffekt und Mediumwechsel zur Schalldämmung. Genutzt wird der Effekt oft in Subwoofern, die auf kleinen Gummi-Stelzen stehen.
Die Schallabsorption wird oft auch als Hallreduzierung bezeichnet. Die Absorption verhindert nur geringfügig, dass ein Geräusch erstmalig das Ohr erreicht. Vielmehr handelt es sich um das Brechen von Schallwellen, damit diese nicht im Raum „schwirren“ und dadurch eine unangenehme Nachhallzeit bilden.
In vielen Haushalten können Wohnzimmer und Badezimmer genutzt werden, um einen Kontrast in der Nachhallzeit zu erleben. Dafür geht man in das jeweilige Zimmer, schließt die Türe und klatscht in die Hände. Das Klatschgeräusch wird im Regefall im Badezimmer länger zu hören sein, als im Wohnzimmer. Dies ist die Nachhallzeit.
Zur Schallabsorption taugen besonders Oberflächenreiche Materialien. Aus diesem Grund werden in Tonstudios Schaumstoffe und Textilien gerne verwendet. Eine sehr anschauliche makroskopische Oberflächenrauheit findet man im Eierkarton.
Eigengewicht und Toleranz
Chassis weisen stets Toleranzen durch den Produktionsprozess und Verformung durch Eigengewicht auf. Mit zunehmender Länge des Chassis nehmen diese zu, sind jedoch bei korrekter Ausführung des Chassis ausgleichbar.
Verformungen durch Eigengewicht bezeichnet schlicht die Biegung eines Materials durch Gravitation. Wenngleich Stahl viel stabiler ist (In diesem Bezug also ein höheres E-Modul aufweist) als Fichtenholz, darf nicht außer Acht gelassen werden, dass auch das Gewicht von Stahl höher liegt.
E-Modul
Stahl: 21000 kN/cm²
Holz: 1100 kN/cm²
Faktor: 21000/1100=19,09
Gewicht
Stahl: 7850kg/m³
Holz: 420kg/m³
Faktor: 7850/420=18,69
Nivellierung
Im Bau der Wände eines Tiny Houses ist darauf zu achten, dass das Chassis gelevelt wird.
Die folgenden Tage sollte immer wieder kontrolliert werden, dass das Chassis weiterhin gelevelt ist und sich nicht gesetzt hat oder andere Faktoren eine leichte Neigung geschaffen haben.
Steht das Chassis nicht auf einem druckfesten Boden, etwa auf einer Wiese, sollte wesentlich häufiger die Nivellierung des Chassis geprüft werden.
Sowohl das Gewicht als auch das E-Modul von Stahl ist knapp 20 Mal dessen von Fichte. Es ist deshalb nicht überraschend, dass eine Verformung/Biegung durch das eigene Gewicht des Materials ähnlich ausfällt.
Wohingegen das Betonfundament eines Hauses durch den ausführenden Betrieb bereits komplett in Waage steht, muss das Chassis erst in diesen Zustand überführt werden.
Aussteifung durch Ständerwerk
Aufgrund der vorangegangenen Gründe, ist die Nivellierung des Anhängers über die Länge in der Höhe am schwierigsten herzustellen. Die einfachste Lösung ist es weiteres Material in die Höhe zu verbauen, um der Höhenänderung des Chassis über die Länge entgegenzuwirken.
Hier kommt das Ständerwerk ins Spiel. Das Ständerwerk eines Tiny Houses steift Chassis in der Vertikalen aus. Es eignet sich hierbei die langen Seiten des Tiny House Ständerwerks im Liegen, also auf dem Boden oder einer Montagebühne etwa, zu fertigen. So bildet das Ständerwerk separat vom Chassis rechte Winkel aus und begradigt das Chassis in der Vertikalen, sobald es aufgesetzt und verbunden wurde.
Wengier optimal ist es das Ständerwerk Stab für Stab auf den Anhänger zu setzen ohne zu beachten, dass die Schwachstelle des Chassis, nämlich die Ebene in der Vertikalen, damit vom Ständerwerk übernommen und weitergeführt wird.
Notwendig für diese Ausssteifung durch des Ständerwerk ist die korrekte Dimensionierung und Ausrichtung der Stäbe im Ständerwerk. Sicherstellen kann man dies letztlich nur durch einen statische Nachweis, die Vordimensionierung eines Experten wird jedoch ebenso in den meisten Fällen Abhilfe verschaffen.
Änderung der Höhe auf die Länge
Es liegt in der Natur der Sache, dass Chassis am stärksten in die Länge (z.B. 10,5m), danach in die Breite (z.B. 2,5m) und zuletzt in die Höhe (z.B. 0,25m) gebaut sind.
Insbesondere die große Differenz zwischen der Länge und Höhe eines Chassis führt prinzipiell dazu, dass Toleranzen und Verformungen in der Höhe auf die Länge am größten sind.
In anderen Worten: Die stärkste Abweichung vom theoretischen Ideal habe ich in der Waagerechte, also Höhe des Chassis auf die Länge zu erwarten.
Auf die Breite des Chassis wird praktisch eine exaktere Waagerechtigkeit vorliegen, weil das Verhältnis von Breite/Höhe des Anhängers geringer ist als das Verhältnis von Länge/Höhe.