Wärmedämmung?
Feuchte?
Heizung?
Schimmelpilz?
Bildquelle: Rationeller Bauen, Februar 1983
Die übliche k-Wert-Berechnung gilt nur für den Beharrungszustand, der in Realität nie vorliegt. Nur im Labor oder in der Klimakammer kann ein stationärer Fall simuliert werden, da nur dort gleichbleibende Lufttemperaturen erzeugt werden können. Außerdem ist die Sonneneinstrahlung zu beachten, die ebenfalls nur instationär zu behandeln ist. Der k-Wert beschreibt also nicht die Wirklichkeit, dies ist in [1], [2] und [3] erläutert worden.
Die kostenlose Nutzung der absorbierten Solarstrahlung bei speicherfähigem Material und die damit zusammenhängende k-Wert Reduzierung infolge der eingespeicherten Energie kann durch einen effektiven k-Wert beschrieben werden. Der k-Wert-Bonus (wird vom gemäß DIN 4108 gerechneten k-Wert abgezogen) hängt weitgehend vom Wärmeeindringkoeffizienten b ab. Je größer das Raumgewicht und die Wärmeleitfähigkeit sind, desto größer wird der Wärmeeindringkoeffizient und damit die Speicherfähigkeit des Materials; desto größer wird dann auch der k-Wert-Bonus. Speicherung und Dämmung bilden also zusammen den erforderlichen Wärmeschutz.
Es muß deshalb eine ausgewogene Konstruktion gewählt werden, die zwischen Speicherung und Dämmung ausmittelt. Die Berücksichtigung der Speicherung durch einen effektiven k-Wert wurde in [4] und [5] erläutert. Welche absorbierten Solarstrahlungen sind in etwa dabei anzusetzen? In Anlehnung an die Wärmeschutzverordnung 95 [KF: Wärmeschutzverordnung WSVO 1995, Anlage 1, Nr. 1.6.4.1: Gesonderte Ermittlung der nutzbaren solaren Wärmegewinne ... Werte des Strahlungsangebotes Ij] werden als Strahlungsangebot die dort angegebenen Werte übernommen. Es ergeben sich mit einem Absorptionsgrad von 0,6 dann absorbierte Strahlungswerte, die in der Tabelle 1 zusammengestellt sind:
Tabelle 1:
Das Strahlungsangebot unterschiedlicher Himmelsrichtungen
| WSchVO 95 | für 12 Stunden | as = 0,6 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Südorientierung | 400 kWh/m²a | 143 W/m² | 85 W/m² |
| Ost- und Westorientierung | 275 kWh/m²a | 98 W/m² | 59 W/m² |
| Nordorientierung | 160 kWh/m²a | 57 W/m² | 34 W/m² |
Die in der Spalte 4 angegebenen Strahlungswerte werden in der Tabelle 2 berücksichtigt.
Die kostenlose Nutzung der absorbierten Solarstrahlung und die damit zusammenhängende k-Wert Reduzierung (Bonus) infolge der eingespeicherten Energie führt zu effektiven k-Werten, die in der Tabelle 2 aufgelistet werden.
[Einschub KF: Bei dieser vereinfachten Betrachtung entfallen die objektabhängig zusätzlich anfallenden Energiegewinne durch Umgebungsstrahlung, da ja nicht nur die direkte oder diffuse Solarstrahlung an den kühleren Gebäudekörper Wärmestrahlung abgibt, Beispiel: Erwärmte Asphaltfläche vor der Fassade. Die Energiezufuhr durch Umgebungsstrahlung kann dabei im Unterschied zur Sonne auch nachtsüber Energielieferant sein. Außerdem haben viele Oberflächen für langwellige IR-Strahlung/Wärmestrahlung einen wesentlich höheren Absorbtionswert als α 0,6, können also wesentlich mehr Wärmestrahlung aus Sonne und Umgebung verwerten und einspeichern. Details hier: http://www.imn.htwk-leipzig.de/~ebersb/bauphysik/lehrblatt/lehrblatt3.pdf]
Dabei wird auf folgendes aufmerksam gemacht:
Die Tabelle ist in unterschiedliche Raumgewichte ρ von 700 bis 2200 kg/m³ untergliedert. Für jeweils eine Gruppe dieser Raumgewichte können durch unterschiedliche Strangpreßformen und unterschiedliche Mörtel auch unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten λ in W/mK in Ansatz gebracht werden. Je nach Raumgewicht und Wärmeleitfähigkeit werden damit bei einer spezifischen Wärmekapazität von 0,28 Wh/kg K bestimmte Wärmeeindringkoeffizienten b erzielt, die von 5,2 bis 27,2 Wh0,5/m³K reichen. Weiter werden dann 24 cm, 36,5 cm und 49 cm Mauerwerk unterschieden. Für jede dieser Mauerdicken wird der nach DIN 4108 gerechnete k-Wert in W/m²K und dann die je nach Himmelsrichtung Süden (S), Osten/Westen (O/W) oder Norden (N) unterschiedlichen effektiven k-Werte keff in W/m²K tabellarisch gezeigt.
Tabelle 2:
Wärmeeindringkoeffizienten b, stationäre k-Werte und die keff-Werte für verschiedene
Himmelsrichtungen von Mauerwerk aus Mauerziegeln u.a. nach DIN 105 Teile 1 bis 4,
aufgeführt nach Rohdichte ρ und Wärmeleitfähigkeit λ.
| d=24cm | d=36,5cm | d=49cm | ||||||||||||
| Rohdichte ρ |
Wärmeleitfähigkeit λ |
b | k | keff | k | keff | k | keff | ||||||
| S | O/W | N | S | O/W | N | S | O/W | N | ||||||
| 700 | 0,14 | 5,2 | 0,53 | 0,15 | 0,27 | 0,38 | 0,36 | 0,03 | 0,13 | 0,23 | 0,27 | 0,00 | 0,07 | 0,15 |
| 0,16 | 5,6 | 0,60 | 0,18 | 0,31 | 0,43 | 0,41 | 0,05 | 0,16 | 0,27 | 0,31 | 0,00 | 0,08 | 0,18 | |
| 0,20 | 6,3 | 0,73 | 0,25 | 0,40 | 0,54 | 0,50 | 0,09 | 0,22 | 0,34 | 0,38 | 0,01 | 0,12 | 0,23 | |
| 0,23 | 6,7 | 0,82 | 0,30 | 0,46 | 0,61 | 0,57 | 0,12 | 0,26 | 0,39 | 0,43 | 0,03 | 0,15 | 0,27 | |
| 0,30 | 7.7 | 1,03 | 0,41 | 0,60 | 0,78 | 0,72 | 0,19 | 0,35 | 0,51 | 0,55 | 0,08 | 0,22 | 0,36 | |
| 0,36 | 8,4 | 1,20 | 0,50 | 0,71 | 0,92 | 0,84 | 0,25 | 0,43 | 0,61 | 0,65 | 0,12 | 0,28 | 0,44 | |
| 800 | 0,16 | 6,0 | 0,60 | 0,17 | 0,30 | 0,43 | 0,41 | 0,04 | 0,15 | 0,26 | 0,31 | 0,00 | 0,07 | 0,17 |
| 0,21 | 6,9 | 0,76 | 0,25 | 0,41 | 0,56 | 0,52 | 0,09 | 0,22 | 0,35 | 0,40 | 0,00 | 0,12 | 0,24 | |
| 0,24 | 7,3 | 0,85 | 0,30 | 0,47 | 0,63 | 0,59 | 0,11 | 0,26 | 0,40 | 0,45 | 0,02 | 0,15 | 0,28 | |
| 0,26 | 7,6 | 0,91 | 0,33 | 0,51 | 0,68 | 0,64 | 0,13 | 0,29 | 0,43 | 0,49 | 0,03 | 0,17 | 0,30 | |
| 0,33 | 8,6 | 1,11 | 0,43 | 0,64 | 0,84 | 0,78 | 0,20 | 0,38 | 0,55 | 0,60 | 0,08 | 0,24 | 0,39 | |
| 0,39 | 9,3 | 1,27 | 0,52 | 0,75 | 0,97 | 0,90 | 0,26 | 0,46 | 0,65 | 0,70 | 0,12 | 0,30 | 0,47 | |
| 900 | 0,18 | 6,7 | 0,67 | 0,19 | 0,33 | 0,47 | 0,46 | 0,04 | 0,17 | 0,29 | 0,35 | 0,00 | 0,08 | 0,19 |
| 0,24 | 7,8 | 0,85 | 0,28 | 0,46 | 0,63 | 0,59 | 0,10 | 0,25 | 0,39 | 0,45 | 0,00 | 0,14 | 0,27 | |
| 0,27 | 8,2 | 0,94 | 0,33 | 0,52 | 0,70 | 0,66 | 0,13 | 0,29 | 0,45 | 0,50 | 0,02 | 0,17 | 0,31 | |
| 0,30 | 8,7 | 1,03 | 0,37 | 0,57 | 0,77 | 0,72 | 0,16 | 0,33 | 0,49 | 0,55 | 0,04 | 0,20 | 0,35 | |
| 0,36 | 9,5 | 1,20 | 0,46 | 0,68 | 0,90 | 0,84 | 0,21 | 0,41 | 0,59 | 0,65 | 0,08 | 0,25 | 0,42 | |
| 0,42 | 10,3 | 1,35 | 0,54 | 0,79 | 1,02 | 0,96 | 0,27 | 0,48 | 0,68 | 0,75 | 0,12 | 0,31 | 0,50 | |
| 1000 | 0,32 | 9,5 | 1,09 | 0,38 | 0,60 | 0,81 | 0,76 | 0,16 | 0,34 | 0,52 | 0,59 | 0,03 | 0,20 | 0,37 |
| 0,39 | 10,4 | 1,27 | 0,48 | 0,72 | 0,96 | 0,90 | 0,22 | 0,43 | 0,63 | 0,70 | 0,08 | 0,27 | 0,45 | |
| 0,45 | 11,2 | 1,42 | 0,56 | 0,82 | 1,08 | 1,02 | 0,28 | 0,50 | 0,72 | 0,79 | 0,12 | 0,32 | 0,52 | |
| 1200 | 0,44 | 12,2 | 1,40 | 0,51 | 0,78 | 1,04 | 1,00 | 0,23 | 0,47 | 0,69 | 0,78 | 0,07 | 0,29 | 0,50 |
| 0,50 | 13,0 | 1,62 | 0,64 | 0,94 | 1,23 | 1,11 | 0,28 | 0,54 | 0,78 | 0,87 | 0,11 | 0,34 | 0,57 | |
| 1400 | 0,52 | 14,3 | 1,58 | 0,57 | 0,88 | 1,18 | 1,15 | 0,26 | 0,53 | 0,79 | 0,90 | 0,09 | 0,34 | 0,57 |
| 0,58 | 15,1 | 1,71 | 0,64 | 0,97 | 1,28 | 1,25 | 0,31 | 0,60 | 0,88 | 0,99 | 0,12 | 0,39 | 0,64 | |
| 1600 | 0,55 | 15,7 | 1,65 | 0,58 | 0,90 | 1,22 | 1,20 | 0,26 | 0,54 | 0,82 | 0,94 | 0,07 | 0,34 | 0,59 |
| 0,68 | 17,5 | 1,91 | 0,71 | 1,08 | 1,43 | 1,41 | 0,35 | 0,68 | 0,99 | 1,12 | 0,15 | 0,44 | 0,73 | |
| 1800 | 0,70 | 18,8 | 1,95 | 0,70 | 1,08 | 1,45 | 1,45 | 0,34 | 0,68 | 1,00 | 1,15 | 0,12 | 0,44 | 0,74 |
| 0,81 | 20,2 | 2,14 | 0,80 | 1,21 | 1,61 | 1.61 | 0,41 | 0,78 | 1,13 | 1,29 | 0,18 | 0,52 | 0,85 | |
| 2000 | 0,76 | 20,6 | 2,06 | 0,72 | 1,13 | 1,52 | 1,54 | 0,35 | 0,71 | 1,06 | 1,23 | 0,12 | 0,46 | 0,79 |
| 0,96 | 23,2 | 2,38 | 0,89 | 1,34 | 1,78 | 1,82 | 0,48 | 0,89 | 1,28 | 1,47 | 0,23 | 0,61 | 0,97 | |
| 2200 | 1,2 | 27,2 | 2,70 | 1,02 | 1,53 | 2,03 | 2,11 | 0,58 | 1,05 | 1,50 | 1,73 | 0,31 | 0,74 | 1,16 |
Die Tabelle 2 zeigt für monolithische Wände effektive k-Werte, die durch den Solarbonus sogar auch gegen Null gehen können.
Dies festzustellen wird besonders wichtig, da die bautechnische Entwicklung der Massivbauweise durch die unzutreffende stationäre Betrachtung nur in Richtung guter Dämmung mit kleinen Wärmeleitzahlen geht. Dies ist falsch, denn aus einem speicherfähigen Material, das besondere Vorzüge im Hinblick auf die Sorptionsfähigkeit und die Feuchte- und Temperaturstabilität aufweist, sollte kein "Dämmstoff" gemacht werden.
Wärmeschutz bedeutet in unseren Breiten Dämmung und Speicherung. Deshalb ist der massive Bau gerade die ideale Kombination für einen hervorragenden Wärmeschutz. Leichthäuser sind bei uns fehl am Platz, die apparative Instrumentierung wäre zu groß und zu kostenträchtig.
Bei Berücksichtigung der Speicherung werden bei Massivbauten die Ziele der Wärmeschutzverordnung dann "durch andere Mittel" erreicht und sogar übertroffen. Die rechnerische Berücksichtigung der absorbierten Sonnenenergie macht dies möglich.
Dies hat für den Altbau deshalb besondere Bedeutung, da z. Zt. die "Notwendigkeit" (?) proklamiert wird, den Bestand infolge "schlechter k-Werte" energetisch "zu sanieren". Dies bedeutet die Verpackung mit Wärmedämmstoff, um niedrige k-Werte gemäß DIN 4108 berechnen zu können. Eine solche Rechnung gilt aber nur für den stationären Zustand, der bei massiven Außenwänden nicht vorliegt; somit stimmt also auch nicht die Berechnung, sie ist schlichtweg falsch. Ein solches Ansinnen würde der Dämmstoff-Scharlatanerie die Krone aufsetzen.
Literatur
[1] Meier, C.: Dämmen oder Speichern? Ist eine nachträgliche Wärmedämmung von Außenwänden erforderlich? k-Wert
Berechnung ist falsch. bausubstanz 1999, H. 1, S. 40.
[2] Meier, C.: Entwickelt der Wärmeschutz sich zum Phantom. Deutsches Ingenieurblatt 1999, H. 5, S. 16.
[3] Meier, C.: Praxis-Ratgeber zur Denkmalpflege Nr. 7, Januar 1999. Altbau und Wärmeschutz - 13 Fragen
und Antworten. Informationsschriften der Deutschen Burgenvereinigung e.V. Marksburg - 56338 Braubach.
[4] Meier, C. (Hrsg): Wärmeschutzplanung für Architekten und Ingenieure Rudolf Müller Verlag, Köln 1995, 2
Bände mit insgesamt ca. 1800 Seiten (seit Mai 1998 vom Markt genommen).
[5] Meier, C.: Gut gespeichert ist auch gedämmt. deutsche bauzeitung 1999, H. 5, S. 138.
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Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier, Nürnberg
Wärmeversorgungssicherheit und Temperaturstabilität eines Raumes
4/04
Für eine Grundsatzüberlegung hat ein fenster- und türloser Raum folgende Abmessungen:
Länge = 5 m; Breite = 4 m; Höhe = 2,5 m.
Daraus ergeben sich die Größen:
Wandfläche: 45 m²; Decke und Fußboden: 40 m², zusammen also 85 m²; das Luftvolumen = 50 m³.
Die Umfassungsflächen
Die mitwirkende Speicherdicke soll mit 10 cm angenommen werden. Daraus ergibt sich ein Speichervolumen von 8,5 m³.
Das durchschnittliche Raumgewicht der umschließenden Flächen soll 1000 kg/m³ betragen. Daraus ergibt sich ein Speichergewicht von 8500 kg.
Die spezifische Wärmespeicherkapazität beträgt c = 0,28 Wh/kg K, damit wird die gespeicherte Wärme 2380 Wh/K.
Die Luft
Das durchschnittliche Raumgewicht soll 1,25 kg/m³ betragen. Daraus ergibt sich ein Speichergewicht von 62,5 kg.
Die spezifische Wärmespeicherkapazität der Luft beträgt c = 0,28 Wh/kg K, damit wird die gespeicherte Wärme 17,5 Wh/K.
Quintessenz:
Das Verhältnis der Speicherwärme von Luft zu Umschließungsflächen ist 1 : 136.
Die Umgebungs- und die Innentemperatur des Raumes beträgt 20°C. Die Umgebungstemperatur wird nun auf 0°C abgesenkt.
Die Transmissionsabwärme wird durch einen mittleren effektiven U-Wert von 0,5 W/m²K beschrieben.
Dies führt zu einem Wärmeverlust von 0,5 x 85 x 20 = 850 W.
Die Speicherwärme der Umfassungsflächen beträgt 2380 x 20 = 47 600 Wh; dies entspricht der Wärmekapazität von 4,76 Liter Heizöl.
Die Speicherwärme der Luft beträgt 17,5 x 20 = 350 Wh; dies entspricht der Wärmekapa-zität von 0,035 Liter Heizöl.
Die Dauer der Wärmeabgabe, die Wärmeversorgungssicherheit und damit die Temperaturstabilität beträgt:
Bei den Umfassungswänden: 47600 : 850 = 56 Std.
Bei der Luft: 350 : 850 = 0,41 Std. = 25 Min.
Quintessenz:
Das Verhältnis der möglichen Wärmelieferung durch Luft zu den massiven Umfassungsflächen beträgt wiederum 1 : 136.
Resumee:
Wärmeversorgungssicherheit und Temperaturstabilität bei Temperaturveränderungen können nur durch massive, schwere Baustoffe garantiert werden. Luft ist energetisch nicht in der Lage, ein behagliches Raumklima zu gewährleisten - es muß dann mit einer schnellen Heizung (Energieverschwendung) oder durch schnelle Kühlung (Energieverschwendung) versucht werden, die schnellen Innenlufttemperaturschwankungen auszugleichen. Die Folge ist eine monströse, energieverschwendende Wohnmaschine.