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Konrad Fischer Konrad Fischer: Altbauten kostengünstig sanieren
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Prof. Meiers kontroverse Beiträge zum Energiesparen 3

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Wärme- und Feuchteschutz beim Altbau - Theorie und Wirklichkeit 1 2 3 4 5 6 7 8
Verbundsysteme für die Fassade-kritisch betrachtet 1 2
Wohnungsbaubestand und Wärmeschutz 1 2 3 4 5 6 7
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Niedrigenergie- und Passivhäuser im Kreuzfeuer/Contra Passivhaus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Widersprüche im Wärmeschutz - Die allgegenwärtige k/U-Wert Euphorie 1 2



Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier
Architekt SRL
Neuendettelsauer Straße 39
90449 Nürnberg
Tel.: 0911/6897526 Fax: 0911/6897527

Wärme- und Feuchteschutz beim Altbau - Theorie und Wirklichkeit 2

1. Instationäre Betrachtungsweise

Die k- (aktuell: U-)Wert-Berechnung nach DIN 4108 gilt für den Beharrungszustand, also für stationäre Verhältnisse. Schüle schreibt in [7]: "Beim Anheizen oder Auskühlen von Räumen oder bei direkter Sonnenzustrahlung liegen jedoch instationäre Verhältnisse vor, so daß diese durch die Werte 1/L (oder R in m²K/W) und k (W/m²K) nicht erfaßt werden".

Allein diese Aussage muß doch hellhörig machen !

Wie sehen nun die Temperaturkurven bei instationärer Betrachtung aus? Beim Anheizen eines Raumes z. B. stellt sich bei einer 38 cm Vollziegelwand nach Cammerer der Beharrungszustand, also der stationäre Zustand mit überall konstanter Wärmestromdichte, erst recht langsam ein und liegt bei weit über 24 Stunden [8].

Das heißt im Klartext: Bei gut speicherfähigem Material würde sich im 24-Stunden-Rhythmus einer Tag/Nacht-Periode der Beharrungszustand nie erreichen lassen; allein aus diesem Grunde kann bei instationären Verhältnissen die k-Wert-Berechnung / U-Wert-Berechnung nach DIN 4108 zu keinem brauchbaren Ergebnis führen.

Fazit: Gerade beim Altbau mit massiven, speicherfähigen Baustoffen gilt die k-/U-Wert-Berechnung nach DIN 4108 nicht. Die Bemühungen, Altbausubstanz mit Dämmstoffen einzupacken, um den k-Wert/U-Wert zu verbesseren, beruhen auf einen Irrtum.

Durch die absorbierte Solarstrahlung mit eingespeicherter Energie ergeben sich gegenüber dem Beharrungszustand ebenfalls instationäre Verhältnisse.

In einem Manuskript, das allerdings die Auffassung zu verbreiten versucht, die Speicherfähigkeit der Außenwand spiele in der Praxis keine Rolle [9], wird eine Grafik vorgestellt, die die unterschiedlichen Temperaturkurven in einer 38 cm Vollziegelwand zeigt. Dabei werden bei einer Außenlufttemperatur von -2°C Außenoberflächentemperaturen infolge solarer Einstrahlung von bis zu 16°C dokumentiert. Die 13 Uhr Temperaturkurve z.B. weist gegenüber dem Beharrungszustand Temperaturunterschiede auf, die in der 24stündigen Tag/Nacht-Periode zu einem eingespeicherten "Energiepolster" von rund 980 Wh/m² führen. Dies ist eine recht ansehnliche Größenordnung, die nun zusätzlich von außen kostenlos zur Verfügung steht, einverleibt wurde und erst einmal verbraucht werden kann.

Gegenrechnung: Bei einem hier vorhandenen k-Wert von 1,51 W/m²K und einer Temperaturdifferenz von 22 K würde sich ein stationärer Wärmestrom von 33,2 W/m² und ein Wärmeverlust (in 24 Stunden) von knapp 800 Wh/m² einstellen; gegenüber dem Energiepolster aus der Solarstrahlung sogar ein geringerer Betrag; es ergibt sich energetisch ein Gewinn.

Fazit: Die Verwendung speicherfähigen Materials für die Außenwand führt zur Nutzung kostenlos zur Verfügung gestellter Solarenergie, die den "stationären Wärmestrom", gekennzeichnet durch den k-Wert, sogar überwiegen kann. Die Energiebilanz ist dann sogar positiv.

Woran ist nun ein instationärer Zustand zu erkennen ? Wann führen die für den Beharrungszustand gültigen k-Wert Berechnungen, die in der Wärmeschutzverordnung, der EN 832 und auch der EnSV 2000 vorgesehen und vorgeschrieben sind, zu falschen Ergebnissen ?

Temperaturgradient

Der Temperaturgradient zeigt somit die unterschiedlichen thermischen Wärmeströme eines Bauteils.

Wird bei einem Außenwandquerschnitt neben der Temperaturkurve im Beharrungszustand (konstante Wärmestromdichte in üblicher geradliniger Darstellung) eine sich infolge Solareinstrahlung ergebende Temperaturkurve betrachtet, so spannt diese sich wie eine Kettenlinie zwischen den "Aufhängepunkten" Außenoberfläche (z.B. +16°C) und Innenoberfläche (z.B. +18°C) mit einem tiefsten Durchhängepunkt (z.B. +11°C). Allein optisch ermöglicht der Temperaturgradient somit schon eine qualitative Aussage über Richtung und Größe der energetischen Wärmeströme. Die Größe wird durch die Neigung der Temperaturkurve charakterisiert. Dies führt bei einer Kettenlinie zu überall unterschiedlich großen Wärmeströmen.

Eine solche Temperaturkurve kennzeichnet einen Wärmefluß von außen zur Mitte der Wand. Die höhere Temperatur auf der Innenseite führt ebenfalls zu einem Wärmefluß in Richtung Mitte, der jedoch von dem von außen entgegenkommenden Wärmestrom gestoppt wird. Die Außenwand wird also von zwei Seiten mit Energie aufgeladen, die eingespeicherte Energie kann während der Aufladungsphase am Tage nicht nach außen abfließen und wird "gestapelt"; sie steht als Energiereserve für die Entladungsphase in der Nacht zur Verfügung.

Zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Wärmeströme können vier Wärmeflußzustände mit unterschiedlichen Richtungen und Größen beschrieben werden:

Fazit: Eine speicherfähige Außenwand vereinnahmt kostenlos wertvolle Sonnenenergie und stoppt den stationären Transmissionswärmestrom von innen nach außen. Dies ist der bedeutsame Vorteil einer speicherfähigen, massiven Außenwand, da der Heizenergieverbrauch dadurch entscheidend reduziert wird.

k-Wert-Bonus

Daraus folgt fälschlicherweise: "Je besser die Dämmung, desto schlechter die Speicherung".

Eine Vernachlässigung der Speicherung darf aber nicht akzeptiert werden. In unserer mitteleuropäischen Klimazone setzt sich der Wärmeschutz aus Dämmung und Speicherung zusammen [8]. Insofern muß eine ausgewogene Konstruktion gewählt werden, die zwischen reiner Speicherung (für mediterrane Regionen geeignet) und reiner Dämmung (für Nordeuropa geeignet) liegt. Die Beschränkung allein auf die Dämmung ist falsch. Dies aber geschieht bei der etablierten Bauphysik und führt zu katastrophalen Fehlentscheidungen.

Gerade beim Altbau kann (und muß) die Speicherfähigkeit des Materials berücksichtigt werden, da es sich meist um Vollziegelmaterial oder massive Baustoffe handelt. Es widerspräche jeder wirklichkeitsnahen Behandlung, bei speicherfähigem Material den k-Wert nach DIN 4108 zu verwenden. Um realistische Ergebnisse zu erzielen und damit Benachteiligungen für schwere, massive Bauweisen zu vermeiden, muß der nach DIN 4108 für den Beharrungszustand geltende k-Wert durch den um den k-Wert-Bonus reduzierten k-Wert (instationäre Verhältnisse) ersetzt werden.

Bei Berücksichtigung der Speicherung werden die Ziele der Wärmeschutzverordnung "durch andere Mittel" erreicht und sogar übertroffen (hier wird auf den Anhang verwiesen).

Dies hat für den Altbau deshalb besondere Bedeutung, da 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 jedoch nicht vorliegt; somit stimmt auch nicht die Berechnung mit dem k-Wert [U-Wert].

Die Verwirklichung eines solchen "Schreibtischvorschlages", alte Bausubstanz mit Dämmstoff zu verpacken, wäre der falscheste Weg, da wertvolles Baukulturgut gefährdet, wenn nicht sogar zerstört wird. Die Bauschadensträchtigkeit verpackter Fassaden ist evident.

Temperatur-Amplituden-Verhältnis

In [7] wird eine Grafik gezeigt, die die großen Unterschiede zwischen speicherfähigem und speicherlosem Material aufzeigt. Dieser Grafik kann u.a. folgender Sachverhalt entnommen werden:

Je nach Baustoff ergeben sich recht unterschiedliche Temperatur-Amplituden-Verhältnisse. Ein TAV von z.B. 0,1 (20 K Außentemperaturschwankung führt innen zu einer Temperaturschwankung von 2 K) wird erreicht etwa durch 20 cm Holz, 36,5 cm Leicht- und Gasbeton (in etwa auch durch massive Ziegel) und etwa 50 cm Schwerbeton. Wärmedämmstoff dagegen muß selbst bei Abmessungen von etwa 12 bis 16 cm mit Temperatur-Amplituden-Verhältnissen von 0,8 bis 0,9 belegt werden (20 K Außentemperaturschwankung führt innen zu einer Temperaturschwankung von 16 bis 18 K). Reine Dämmstoff-Leichtkonstruktionen bedeuten also ein ausgesprochenes "Barackenklima", das im Interesse der Bewohner zu vermeiden ist. Temperatur- (und auch Feuchte-) stabilität als entscheidende Komponenten der Behaglichkeit müssen vorhanden sein; bei einer Massivbauweise ist dies gewährleistet.

Bei Leichtkonstruktionen (Niedrigenergiebauweise) wird nun versucht, durch aufwendige und kostenintensive apparative Bestückung (z.B. durch Kühlung) diesen Mißstand zu bereinigen.

Fazit: Einfacher und billiger wäre es, speicherfähiges Material zu verwenden und die Vorteile einer Massivkonstruktion zu nutzen. Stationäres Denken für den Beharrungszustand muß bei der Bewertung massiver, speicherfähiger Außenkonstruktionen überwunden werden.

Weiter: Kap. 3











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