Winterlicher Wärmeschutz

In der Bauphysik versteht man unter winterlichem Wärmeschutz alle baulichen Maßnahmen, die zur Reduktion notwendiger Heizenergie führen. Wärme ist eine Form von Energie und die Energie innerhalb eines Systems ist bestrebt sich auszugleichen. Damit strebt die Wärme im Winter aus dem warmen Haus hin zur kalten Umgebung.

Zwei Arten von Wämeverlusten

Man unterscheidet bei Gebäuden vor allem zwei Arten von Wärmeverlusten: Einerseits den Wärmeübertrag über die Gebäudehülle aus Wänden, Dächern wie auch Fenstern und Türen; andererseits auch die Verluste aus Lüftung, die notwendigerweise durch den Austausch von sauerstoffarmer ‚verbrauchter‘ Luft im Gebäude durch sauerstoffreiche ‚frische‘ Luft von außen entstehen. Dieses Lüften ist ein direkter Stoffaustausch, eine Masse warmer sauerstoffarmer Luft wird mit all seinen Molekülen durch eine andere Masse kalter sauerstoffreicher Luft ausgetauscht. Diesen Wärmeaustausch nennt man Konvektion und wird entweder durch öffnen der Gebäudehülle wie Fenstern und Türen erreicht oder auch durch kontrollierte Wohnraumlüftungsanlagen. Der Wärmeaustausch durch die geschlossene Gebäudehülle erfolgt i.d.R. durch Wärmeleitung. Die Energie geht dabei von einem Stoff zu einem anderen über, indem Moleküle mit mehr Bewegungsenergie diejenigen mit weniger Energie anregen.

Wie gut eine Gebäudehülle im Winter die Energie behalten kann und nicht an die Außenluft abgibt, hängt von der Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Baumaterialien ab. Als Maß verwendet man dazu die Wärmeleitzahl l [W/mK]. Je größer die Wärmeleitzahl eines Stoffes ist, desto mehr Energie kann durch ihn durchgeleitet werden. Luft ist ein sehr schlecht wärmeleitender Stoff mit lLuft = 0,0242 [W/mK]. Damit ist Luft prädestiniert für Wärmedämmstoffe, die möglichst viel Luft enthalten. Wird ein zusammenhängendes Luftvolumen aber zu groß, kann sich innerhalb dessen eine Konvektion einstellen, also Luftmassen bewegen, steigt die Wärmeleitzahl wieder an. Daher werden Wärmedämmstoffe so konstruiert, dass sie möglichst viel Luftvolumen enthalten aber dabei die Bewegung dieser verhindern. Auch bei Fensterflächen werden größere Luftmassen an ihrer Durchmischung gehindert, indem mehrere Gläser hinter einander gestellt werden (Dreischeibenfenster statt Zweischeibenfenster mit großem Zwischenraum; durch Verwendung von Edelgasen statt Luft kann die Wärmeleitfähigkeit noch weiter reduziert werden z.B. Argon mit lArgon = 0,01772). Wasser hingegen ist ein recht gut leitender Stoff mit lWasser = 0,555 [W/mK]. Aus diesem Grund gibt es die Forderung nach möglichst trockenen Baustoffen.

Übliche Baustoffe haben folgende Wärmeleitfähigkeiten:

Baustoff

 

Wärmeleitzahl l [W/mk]

 

Beton

1,90

Mauerwerk Normalformatziegel

1,00

Hochlochziegel

0,30 - 0,40

Holzwerkstoffe

0,13 - 0,15

Bauholz, Brettschichtholz, Brettsperrholz

0,11 - 0,13

Holzweichfaserdämmung, Hanffaserdämmung

0,40 - 0,50

Mineralfaserdämmung (Steinwolle, Glaswolle)

0,32 - 0,40

Expandiertes Polysterol EPS

0,31 - 0,40

Extrudiertes Polysterol XPS

0,30 - 0,35

Polyurethanschaum PU

0,25 - 0,30

Wärmedurchlasswiderstand R und Wärmedurchgangskoeffizient U

Jeder Baustoff setzt mit seiner Wärmeleitzahl und Bauteildicke in Richtung des Wärmestroms einen Widerstand gegen diesen Energieübergang und wird Wärmedurchlasswiderstand R = d / l [m²K/W] genannt. Wird ein Bauteil aus mehreren hintereinander liegenden Schichten gebildet, können die Einzelwiderstände zu einem gesamten Bauteilwiderstand addiert werden. Dazu werden noch sogenannte Übergangswiderstände addiert, die berücksichtigen, dass die Luft nahe des Bauteils eine behinderte Konvektion ausweist und damit auch zum Wärmewiderstand beiträgt.

Der Reziprokwert der Summe aller Wärmedurchlasswiderstande wird als Wärmedurchgangskoeffizient U [W/m²K] bzw. umgangssprachlich „U-Wert“ bezeichnet und wird in den Wärmeschutzverordnungen und Baugesetzen mit Mindestgrenzwerten definiert.

Beispiele Wand und Dachaufbauten mit Gesamtdicke und U-wert

Mindestanforderung Norm/verordnung – Beton – Ziegel – Holzrahmenbau