Konrad Fischer Konrad Fischer: Altbauten kostengünstig sanieren
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Zur Berücksichtigung der Speicherung
beim k-Wert [heute U-Wert]
mit dem keff-Wert [heute Ueff-Wert]

Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier
Architekt SRL
Neuendettelsauer Straße 39
90449 Nürnberg



Vorbemerkung des Herausgebers:

Hier geht es um Für und Wider zum Energiesparen mit Leichtbau-Wärmedämmung im Niedrigenergiehaus, Passivhaus und Nullheizenergiehaus gem. (alt) Wärmeschutzverordnung WSVO und der Energieeinsparverordnung / Energiesparverordnung EnEV. Lassen Sie sich überraschen!

Hinweis: Der k-Wert heißt heutzutage U-Wert. Sein Hauptfehler: Er stammt aus der Bestimmung des λ-Wertes für die Wärmeleitfähigkeit im Labor. Dort wird im stationären Zustand die Messung begonnen. Was heißt das? Die Meßkammer bzw. Klimakammer wird geteilt durch Einbau des Prüfkörpers (z.B. Wand aus dem zu messenden Werkstoff / Baustoff). Vereinfacht dargestellt wird eine Raumhälfte (im Normverfahren beschränkt auf den sog. geregelten "Heizkasten") nun erwärmt, die andere abgekühlt. So wird der Prüfkörper einseitig aufgewärmt, bis die Wäremzuführung stetig ist und mit der stetigen Wärmeabgabe zum kalten Raum korrespondiert. Die Bilanz zwischen Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe ist dann ausgeglichen, der stationäre Zustand erreicht.

Die stetig zugeführte Wärme wird als Grundlage der Wärmeleitfähigkeit hergenommen, daraus wird der λ-Wert errechnet. Bedingt durch ihre geringe Dichte und marginal einiger anderer Faktoren erreichen speicherlose Leichtbaustoffe sehr schnell und mit geringer Energiezuführung den stationären Zustand, bei massiven, schweren und dichten Baustoffen dauert das sehr viel länger und benötigt wesentlich größere Energiezufuhr. Diese Situation entspricht in etwa der Situation am Nordpol in der sonnenlosen Winterperiode der Polarnacht. Doch wie sieht es in unseren Breiten aus?

Egal ist bei diesem Laborversuch die hierzulande baupraktisch zugeführte Wärmeenergie an der Außenseite eines Gebäudes durch Solarstrahlung. Sie erreicht an sonnigen Wintertagen und vor allem in der Übergangszeit - Frühjahr und Herbst - bedeutende Werte und sorgt für hohe Temperaturen an der Außenoberfläche mit entsprechend geringerem Zuheizbedarf.

Hier ein Beispiel aus einer Februarmessung am Justus-Knecht-Gymnasium, Bruchsal. Autoren sind die Ingenieure Wichmann und Varsek. Die grafisch dargestellten Ergebnisse belegen die tatsächlichen Verhältnisse bei der Energieaufnahme einer SSW-Massivwand im Winterfall (20.-21. Februar, tagsüber bedeckter Himmel). Demnach ergeben sich an der solar bestrahlten Massivoberfläche Temperaturen bis 30 Grad bei einer Außenlufttemperatur von ca. 8 Grad. Durch die nächtliche Wärmeabgabe sinkt die Temperatur der Massivwand wieder ab, bleibt aber dank der hervorragenden Speicherfähigkeit der massiven Ziegelwand immer wärmer als die Außenlufttemperatur und dadurch kondensatfrei.

Reale Temperaturentwicklung an Massiv-Fassade / Ziegelwand / Ziegelmauer im Winter

Bildquelle: Rationeller Bauen, Februar 1983

Der rechnerisch berücksichtigte k- bzw. U-Wert ist in der linken Grafik als gestrichelte Linie zwischen Innentemperatur und Außentemperatur eingetragen. Er korrespondiert nicht (!) mit den gemessenen Werten. Und das trifft für viele - allzuviele! - Perioden eines geheizten und witterungsexponierten Bauwerkshülle zu. Der U-Wert ist und bleibt also das Mysterium der Bauphysik. Der nun frei von den Baurealitäten postulierte U-Wert soll aber dazu dienen, energiesparend zu konstruieren.

Konrad Fischer: Fassaden energetisch richtig und kostensparend sanieren 1

Teil 2 Teil 3 Teil 4 Teil 5

Besser geht das mit Einbeziehung der Speicherfähigkeit, wie hier vorgeschlagen. Die Strahlungsgewinne eines Bauwerks aus der Umgebung (eine Nordfassade wird ja nicht nur von einer ggf. gegenüberliegenden Südfassade angestrahlt, sondern auch von allen Flächen, die von dort "sichtbar" sind, also auch der Erdoberfläche) sind bei der nachfolgenden Betrachtung noch gar nicht berücksichtigt. Energiesparend muß also DÄMMEN UND SPEICHERN berücksichtigen. Sonst geht der nur einäugig gezielte Schuß nach hinten los ...

Was heißt nun ein verbesserter U-Wert - wie hier gefordert und erläutert - für das Bauen? Das dürfte nicht mehr überraschen: Eine bessere Bauweise in traditioneller Massivbau-Technik, und eine energiesparende und kostengünstigere Auslegung und Betriebsweise von Heizungsanlagen. Und dämmen? Nur soweit wirtschaftlich (Dämmkosten im Vergleich zur tatsächlich durch Dämmung erzielbaren Energieersparnis / Heizkostenersparnis) und technisch (Feuchte und Schimmel!) vertretbar. Zur Fraglichkeit der mit Zusatzdämmung versehenen Bauwerke siehe: Fehlgeschlagene Dämmversuche in der Praxis. Konrad Fischer



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 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.

Dabei wird auf folgendes aufmerksam gemacht:

Die Tabelle ist in unterschiedliche Raumgewichte rho 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/m³ K 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
k keff  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
Neuendettelsauer Straße 39
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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.

Kontroverse Fachliteratur und nützliche Produkte rund ums Energiesparen, den Schimmelpilz und die Feuchteproblematik







Energiesparen im Altbau ohne Fassadendämmung, Dämmstoff, Dachdämmung, Wärmedämmung, Wärmedämmverbundsystem WDVS


Energiesparen und falsches Bauen mit dem DIN-k-Wert +++ Antrag auf Ausnahme/Befreiung von der EnEV +++ Weitere kritische Aufsätze von Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier
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