Wärmeschutz

Wärme ist eine Form von Energie. Sie entsteht durch die Umwandlung anderer Energieformen. Reibt man beispielsweise die Handflächen aneinander so entsteht aus dieser Reibungsenergie Wärme.

Der unterschiedliche Wärmezustand eines Stoffes wird als Temperatur bezeichnet; sie ist von der Bewegung der Stoffteilchen abhängig. Je langsamer sich die Stoffteilchen bewegen, umso niedriger ist die Temperatur und umgekehrt. Die enthaltene Wärmemenge des Stoffes wird in Joule [J] angegeben. Die Temperatur wird in Europa mit der Einheit Grad Celsius [°C] bzw. Kelvin [K] beschrieben. Ein Temperaturunterschied wird in Kelvin angegeben, wobei 1K= 1°C entspricht. Der absolute Nullpunkt bei der Kelvinskala liegt bei -273,15 °C. Eine andere Temperaturskala ist Fahrenheit (°F). 0°C=32°F, der Umrechnungsfaktor lautet: °C x 1,832.

Jeder Körper, der eine höhere Temperatur als seine Umgebung aufweist, ist eine Wärmequelle und gibt Wärme an die Umgebung ab. Der Wärmetransport kann durch Wärmeleitung, durch elektromagnetische Strahlung und durch Transport von ,,warmer„ Materie erfolgen.

• Wärmeleitung

Die Wärmeleitung ist an einen Stoff gebunden und geschieht dadurch, dass Energieträger z.B. Atome und Elektronen Energie aufnehmen und wieder abgeben, dabei aber (im Gegensatz zur Wärmeströmung) nicht mittransportiert werden. Hierbei erfolgt der Temperaturausgleich, immer von der wärmeren zur kälteren Stelle des Stoffes.

• Wärmeströmung

Den Wärmetransport, der Mittels Materientransport in Gasen z.B. Luft und in Flüssigkeiten z.B.Heizungswasser erfolgt, nennt man Konvektion (Wärmeströmung).

• Wärmestrahlung

Die Wärmeübertragung durch Strahlen (Wärmestrahlung) basiert darauf, dass die Wärmenergie durch elektromagnetische Wellen, ohne Hilfe von Materien, von Körpern in der Umgebung absorbiert wird. Daher erwärmen sich dunklere und rauere Oberflächen mehr als helle und glatte Oberflächen.

Die Wärmeleitfähigkeit spielt eine große Rolle für die Qualität der Dämmstoffe. Sie gibt an wie viel Wärmemenge in einer Sekunde durch 1m² einer 1m dicken Baustoffschicht hindurchgeht, wenn zwischen den beiden Oberflächen ein Temperaturunterschied von einem Kelvin besteht. Je geringer die Wärmeleitfähigkeit, umso besser sind die Wärmedämmeigenschaften des Baustoffes.

Die Feuchtigkeit und die Dichte eines Baustoffes beeinflußen die Wärmeleitfähigkeit. Je mehr Feuchtigkeit ein Baustoff hat, umso höher ist die Wärmeleitfähigkeit. Je mehr Poren ein Baustoff hat umso geringer ist die Wärmeleitfähigkeit, da Luft sehr gut isoliert. Zusammenfassend weisen Baustoffe mit einer geringen Feuchtigkeit und einer geringen Dichte eine optimale Dämmeigenschaft auf.

Wärmedurchlasswiderstand R [(m² K)W] kennzeichnet den Widerstand, den ein Bauteil der Dicke d [m] dem Wärmestrom entgegenstellt. Er hängt von der Wärmeleitfähigkeit und der Schichtdicke des Bauteils ab. Besteht ein Bauteil aus mehreren Schichten so werden die Einzeldurchlasswiderstände summiert.

Formel:

Der Wärmedurchlasswiderstand R_g einer Luftschicht, die von zwei Bauteilen eingeschlossen ist, muss nicht berechnet werden. Für diese ruhenden Luftschichten können die Wärmedurchlasswiderstände R_g aus der DIN EN ISO 6946 entnommen werden.

Formel:

Wärmeübergangswiderstände R_s sind die Widerstände, die an den Bauteilkanten vorhanden sind, wenn Wärme Bauteile von einem Innen- zu einem Außenraum überwinden muss.

Sie unterscheiden sich nur durch ihre Lage, d.h. für den Wert Wärmedurchgangswiderstand außen (R_se (external surface)) z. B. ist an einer Kellerwand im Erdreich R_se =0,00 (m² K)/W wohingegen bei einer Außenwand ohne Hinterlüftung R_se = 0,04 (m² K)/ W ist.

R_si (internal surface) steht für den innenliegenden Wärmedurchgangswiderstand. Weitere Bemessungswerte der Wärmeübergangswiderstände sind in der DIN EN ISO 13370 und in der DIN ISO 6946 enthalten.

Der Wärmedurchgangswiderstand R_T [(m2 K)/W] gibt den Gesamtwiderstand an, den ein Bauteil dem Wärmestrom entgegensetzt.

Formel:

Der Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes ist der Wärmedurchgangskoeffizient U [W/(m² K)], auch U-Wert (früher k- Wert) genannt. Der U-Wert beschreibt welche Wärmeleistung durch das Bauelement pro 1m² strömt, wenn die Außen-und Innenfläche einem konstanten Temperaturunterschied von einem Grad (1K) ausgesetzt sind. Je höher der Wärmedurchgangskoeffizient ist desto schlechter ist die Wärmedämmeigenschaft des Bauteils. Der Wärmedurchgangskoeffizient einer Außenwand im Holzrahmenbau mit Standardaufbau liegt zwischen 0,15 und 0,20 W/(m² K).

Formel:

Berechnung am Beispiel der Außenwand

Berechnung am Beispiel der Bodenplatte

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Bei Holzbauteilen mit einer Gefachdämmung (z.B. Dächer oder Holzrahmenbauwände) muss der U-Wert für Holz und Gefachbereich entsprechend den Flächenanteilen gewichtet werden.

Die Energiesparverordnung (ENEV) enthält für Altbauten maximale U-Werte für viele Bauteile. Diese müssen eingehalten werden, wenn das Gebäude renoviert wird und/oder Außenteile verändert werden.

Wärmebrücken sind bauphysikalische Schwachstellen der Gebäudehülle. Sie erhöhen den Wärmebedarf, beeinträchtigen die Behaglichkeit, können Schimmelpilzbildung und Bauschäden verursachen. Wärmebrücken werden durch den Wärmebrückenkoeffizienten ψ beschrieben und können unterschiedliche Ursachen haben.

Geometrisch bedingte Wärmebrücken entstehen dort, wo die wärmeaufnehmende Innenoberfläche kleiner als die wärmeabgebende Außenoberfläche ist. Dies kann z. B. an Gebäudekanten, Gebäudeecken, Vorsprüngen, Erkern und Gauben der Fall sein. Diese Wärmebrücken können nicht vollständig vermieden werden, jedoch können mit einer guten Wärmedämmung der Außenwand und/oder durch den Entwurf einer kompakten Gebäudehülle die Auswirkungen dieser Wärmebrücken reduziert werden.

Materialbedingte Wärmebrücken liegen vor, wenn Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit konstruktionbedingt ein Außenbauteil mit besserem Wärmeschutz durchstoßen. Durch abgestimmte Detaillösungen wie z. B. bei einer durchbindenden Pfette oder einem Fensterrahmen lassen sich diese Auswirkungen weitgehend reduzieren.

Wärmeschutz wird im Bauwesen in zwei Bereiche aufgeteilt, es wird unterschieden in:

• winterlichen Wärmeschutz
• sommerlichen Wärmeschutz

Der winterliche Wärmeschutz dient zunächst dem Zweck, während der Heizperiode an den Innenoberflächen der Bauteile eine ausreichend hohe Oberflächentemperatur zu erreichen, dadurch soll die Entstehung von Oberflächenkondensat bei in Wohnräumen üblichem Raumklima ausgeschlossen werden. Dieses entsteht wenn die Temperatur der Wandoberfläche unter der Taupunkttemperatur liegt.

Der Wärmeverlust infolge Undichtigkeiten eines Gebäudes, spielt in der Heizperiode für den Energiehaushalt eines Gebäudes eine große Rolle. Dieser Wärmeverlust ist die Wärmemenge, die durch Lüftungsvorgänge, Fugenundichtheit, Schornsteinzug etc.aus dem Gebäude entweicht.

Um Energieverluste und Bauschäden zu vermeiden, sollte daher ein Gebäude dauerhaft Luftdicht sein. Die Luftdichtigkeit der Gebäudehülle kann durch einen Blower-Door-Test nachgewiesen und dokumentiert werden. Wird der Test mit positivem Ergebnis durchgeführt, wirkt sich das günstig auf den Primärenergieverbrauch nach EnEV aus.

Im Zuge der geforderten Energieeffizienz von Bauwerken sind die Anforderungen an die Luftdichtheit gestiegen. Die Luftwechselrate wird bei einer mechanisch erzeugten Druckdifferenz von 50 Pa mithilfe eines Blower-Door-Gerätes durch den n₅₀- Wert dargestellt. Sie wird bei der Energiebilanz mit Prüfung der Luftdichtheit mit n=0,6 h^-1 , ohne Prüfung mit 0,7 h-1^-1 , angesetzt.

Der sommerliche Wärmeschutz, auch Hitzeschutz genannt, sind die Maßnahmen die dazu Beitragen, die durch Sonneneinstrahlung verursachte Aufheizung der Räume soweit zu begrenzen, dass ein behagliches Raumklima entsteht. Maßgeblich für die Aufheizung sind die Ausrichtungen und Größe der Fenster, sowie der Sonnenschutz. Der Sommerliche Wärmeschutz wird von weiteren Faktoren beeinflusst:

• den Abmessungen des Raumes
• dem Lüftungsverhalten
• internen Wärmequellen (Personenwärme, Abwärme von Elektrogeräten oder Beleuchtung)
• der Wärmespeicherkapazität der verwendeten Baustoffe (Innen- und Außenwände, Geschossdecken, Dämmstoffe im Dach)

Der Gesamtenergiedurchlassgrad, kurz g-Wert genannt, erfasst die Energiedurchlässigkeit der Fenster. Er summiert sich aus der direkten Transmissionen durch solare Strahlung sowie Wärmeabgabe nach innen durch Strahlung und Konvektion.

Zusammenfassend erfüllt der Wärmeschutz folgende Aufgaben :

• Gesundheitschutz (Schutz vor Kälte, Feuchte, Schimmelpilz)
• Behaglichkeit (Wohnkomfort)
• Vermeidung von Bauschäden (Feuchteschutz)
• Kosteneinsparung (Heizkosten im Winter, Kühlkosten im Sommer)
• Umweltschutz durch weniger CO₂
• Energiesparung durch Schonung der Ressourcen