Gesamtsystem optimieren

Dr. Edmée Devaquet, DuPont Building Innovations

Mit der Einführung des Energiepasses in 2008 und der anstehenden Novellierung der Energieeinsparverordnung (EnEV) in 2007 wird das Bauen zusätzlich Aufschwung erfahren.

Sowohl mit Blick auf die Sanierung als auch des Neubaus fällt dem Planer hier eine erweiterte Beraterrolle zu. Denn ursächlich ist der Architekt auch Ansprechpartner des Eigentümers oder Bauherrn, wenn es um die „Betriebskosten“ seines Gebäudes geht.

Ein Grund mehr, sich auch von bauphysikalischer Seite her mit den Grundlagen und Möglichkeiten von konstruktivem Wärmeschutz vertraut zu machen.

Ein Gebäude bietet Lebensraum und soll mittels bewährter Konstruktionen die Bewohner vor Witterungseinflüssen schützen.

Insbesondere dem Dach, aber auch den Außenwänden fallen hier eine Vielzahl von Funktionen zu. Eine davon ist der Wärmeschutz. Denn den größten Anteil an Wärmeverlusten tragen genau diese beiden Bauteilgruppen.

Neben dem winterlichen Wärmeschutz beschäftigt die Planer zunehmend auch der sommerliche Wärmeschutz. Im Zuge der Nutzung von Dachgeschossen kam es in den letzten Jahren vermehrt zu Überhitzung dieser Räume in den Sommermonaten. Mit entsprechenden konstruktiven Maßnahmen soll dieser überproportionalen Erwärmung der Dachräume entgegen gewirkt werden.

Als Grundprinzip für alle Maßnahmen des Wärmeschutzes gilt: Energieeinsparung vor Energieeinsatz.

Die Bauphysik kennt drei Arten der Wärmeübertragung: Wärmeweiterleitung – in der Physik als Konduktion bezeichnet, Konvektion und Radiation.

Die ersten beiden sind den meisten Planern bestens bekannt: Wärmeweiterleitung/Konduktion ist die Wärmeübertragung innerhalb eines Materials sowie die Wärmeübertragung durch stofflichen Kontakt unterschiedlicher Materialien. Konvektion ist die Wärmeübertragung durch Luftströmung.

Weit weniger bekannt ist die Wärmeübertragung durch Radiation. Der Begriff ist vielen noch von den Radiatoren, die man früher in Badezimmern als Heizung nutzte, in Erinnerung. Radiation heißt nichts anderes als Strahlung.

Die Arten der Wärmeübertragung sind die gleichen wie die der Wärmeverluste. Ein Gebäude verliert die Wärme also auch durch Konduktion, Konvektion und Radiation.

Traditionellerweise werden unterschiedlichste Wärmedämmstoffe in die Konstruktionen eingebaut, um Wärmeverluste zu verhindern – und zwar im wesentlichen die Wärmeverluste durch Konduktion.

Hierbei macht man sich die stofflichen Eigenschaften der Wärmedämmmaterialien zu Nutze, denn Dämmstoffe leiten Wärme nur sehr langsam weiter.

Die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes, oft mit l bezeichnet, gibt an, welche Wärmemenge Q in der Zeit t und bei einem Temperaturunterschied DT durch die Fläche A strömt.

Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit, auch Wärmeleitzahl genannt, ist [W/(K·m)]. Je kleiner der l-Wert ist, desto besser auch die Wärmedämmeigenschaften eines Materials.

Mit der Wärmeleitfähigkeit lässt sich der Wärmedurchlasswiderstand, auch R-Wert genannt, des Dämmstoffes bestimmen nach R = d / l, wobei d die Schichtdicke des Dämmstoffes ist.

Die Einheit des Wärmedurchlasswiderstandes ist [(K·m²/W)]. Für diesen gilt: Je höher der R-Wert ist, desto besser auch die Wärmedämmeigenschaften eines Materials.

Um Wärmeverluste durch Konvektion zu unterbinden, kommen zum Beispiel in Wand- und Steildachkonstruktionen luftdichte Bahnen zum Einsatz. Diese werden so angeordnet, dass sie eine Konvektion von Luft im jeweiligen Bauteil dauerhaft verhindern.

Wärmeverluste aufgrund von Konvektion sind häufig auch mit Feuchteschäden verbunden, da die Luft im Bereich der defekten Luftdichtigkeitsebene Feuchte transportiert und es bei Abkühlung dieser feuchten Luft zu Tauwasseranfall kommen kann.

Deshalb fordert die DIN 4108–7 nicht ohne Grund eine dauerhafte Luftdichtigkeit der Gebäudehülle.

Strahlungswärmeverluste werden bisher kaum oder gar nicht konstruktiv unterbunden. Zwar kennen wir noch die aluminiumkaschierten Dämmfilze aus den späten 70er Jahren oder auch die ebenfalls mit Aluminium kaschierten „Dämmtapeten“, die man sich hinter die Heizung klebte. Jedoch wurden diese Ansätze nicht weiter verfolgt.

Um nachhaltig und auch nachweisbar Strahlungswärmeverluste zu vermeiden, müssen die bauphysikalischen Zusammenhänge bei der Radiation genauer betrachtet werden.

Bei der Radiation wird unterschieden zwischen Wärmeemissivität und Wärmereflexion. Diese sind abhängig von der Beschaffenheit und dem Zustand der Oberfläche der Materialien.

Mit der Emissivität wird bezeichnet, wie viel Wärme die Oberfläche eines Körpers im Verhältnis zu einem genau definierten sogenannten „schwarzen Körper“ abstrahlt. Reflexion meint die Menge an Wärme, die von der Oberfläche des Körpers abgewiesen wird – auch wieder im Verhältnis zu diesem genau definierten „schwarzen Körper“. Zum Beispiel reflektiert poliertes Aluminium 97 Prozent der Wärmestrahlung und der Rest von drei Prozent wird aufgenommen oder absorbiert.

Oxidiertes Aluminium reflektiert dagegen nur 25 Prozent der Wärmestrahlung und 75 Prozent werden absorbiert.

Gleichzeitig gilt, dass Materialien nur die Menge an Strahlungswärme abgeben oder emittieren (man spricht dann von Emissivität), die sie auch absorbieren können. Im Falle des polierten Aluminiums ist die Emissivität drei Prozent und im Falle des oxidierten Aluminiums 75 Prozent.

Mit zwei neuartigen Systemen aus metallisierten Bahnen können die Wärmeverluste durch den Einfluss von Radiation und Konvektion in Dach- und Wandkonstruktionen um bis zu 15 Prozent reduziert werden.

Dabei ersetzen die Bahnen nicht die klassische Wärmedämmung, sondern optimieren das Gesamtsystem.

Basierend auf den bewährten luftdichten und zugleich dampfdiffusionsoffenen Konstruktionen werden mit diesen neuen DuPontTM Climate Systems sowohl die Konvektion dauerhaft unterbunden wie auch die Strahlungswärmeverluste verringert.

Denn die metallisierte Bahnenoberfläche von Tyvek® EnercorTM weist eine geringe Emissivität von cirka 20 Prozent oder 80 Prozent Strahlungswärmereflektion auf, die von DuPontTM AirGuardTM eine Emissivität von cirka fünf Prozent oder Strahlungswärmereflektion von 95 Prozent.

Dies ist nur möglich, indem neben der Verlegung einer metallisierten Dampfbremse raumseitig und einer ebenfalls metallisierten Unterspann-/Unterdeckbahn außenseitig zusätzlich Lufträume als Radiationsebenen – man spricht allgemein von Lufträumen niedriger Emissivität – in der jeweiligen Konstruktion angeordnet werden.

Ein raumseitiger Luftraum niedriger Emissivität entsteht letztlich bereits durch die üblicherweise angeordnete Installationsebene, die der luftdicht angeschlossenen Dampfbremse folgt. Auch die Dimensionierung aufgrund der klassischen Lattmaße ist für eine optimierende Reduzierung des Wärmetransfers völlig ausreichend.

Wirklich zusätzlich angeordnet wird ein unbelüfteter Luftraum zwischen Dämmstoff und metallisierter Unterspann-/Unterdeckbahn zur Außenseite der jeweiligen Konstruktion.

Dieser ist entweder durch geringere Dämmstoffdicken oder aber durch eine zusätzliche Konterlattung zu erstellen.

Entscheidend ist, dass die zur Dämmung hin verlegte metallische Oberfläche der Unterspann-/Unterdeckbahn keinen direkten Kontakt mit dem Dämmstoff hat, sondern ein Luftraum von mindestens 2,0 Zentimeter besteht.

Beide nicht belüftete Lufträume weisen einen erhöhten R-Wert auf, da sie auf einer Seite durch eine metallisierte Oberfläche niedriger Emissivität abgegrenzt sind. Dieser R-Wert kann gemäß DIN EN ISO 6946 Anhang B berechnet werden.

Damit tragen beide Luftschichten in Kombination mit der Begrenzung durch Bahnen niedriger Emissivität zur Reduktion der Wärmeübertragung durch die Gebäudehülle bei.

Um Wärmeverluste in allen drei Bereichen der Wärmeübertragung zu verringern, sind konstruktive Maßnahmen notwendig. Mit dem Einsatz des neuartigen Bahnensystems mit metallisierten Oberflächen lassen sich die Strahlungswärmeverluste bewährter Dach- oder Wandkonstruktionen reduzieren.

Entsprechende Werte können in den von der EnEV geforderten Nachweis einfließen.

Weitere Informationen

Metallisierte Bahnen bba 540