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Wär­me­leit­fä­hig­keit λ

Die wich­tigs­te Eigen­schaft für einen Dämm­stoff ist die Wär­me­leit­fä­hig­keit λ (griech.: Lamb­da). Je klei­ner die Wär­me­leit­fä­hig­keit (auch als Wär­me­leit­zahl bezeich­net), umso bes­ser dämmt ein Bau­stoff. Wich­tig ist, dass sich der Wert nur auf die Mate­ri­al­ei­gen­schaft bezieht und nicht auf die Dicke oder die Ein­bau­si­tua­ti­on. Ein Ver­gleich der Dämm­wir­kun­gen ver­schie­de­ner Bau­stof­fe ist somit mög­lich.

Die Wär­me­leit­fä­hig­keit nennt die Wär­me­men­ge in „W/(m²K)“ (Watt pro m² und Kel­vin), die durch 1 Qua­drat­me­ter einer 1 Meter dicken Schicht trans­por­tiert wird, wenn die Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz zwi­schen der wär­me­ren und käl­te­ren Sei­te 1 Kel­vin beträgt.

Im All­ge­mei­nen wer­den sol­che Stof­fe als „Wär­me­dämm­stof­fe“ bezeich­net, deren Wär­me­leit­fä­hig­keit weni­ger als 0,1 W/(m²K) beträgt. Ihre Dämm­wir­kung ist dabei umso bes­ser je tro­cke­ner und leich­ter (vie­le Luft­po­ren) sie sind. Bei­spie­le:

 

Bau­stoff Wär­me­leit­fä­hig­keit W/ (m²K)
Vaku­um­iso­la­ti­ons­pa­nee­le 0,005
Aero­gel (Nano­gel) 0,018 – 0,021
Resol–Hartschaum 0,020 – 0,023
Mine­ral­wol­le 0,035 – 0,045

HIN­WEIS: Zur Beur­tei­lung der tat­säch­li­chen Wär­me­dämm­wir­kung muss die Wär­me­leit­fä­hig­keit und die Dicke der Dämm­schich­ten berück­sich­tigt wer­den.

Wär­me­tech­ni­sche Berech­nun­gen dür­fen nur mit dem Bemes­sungs­wert der Wär­me­leit­fä­hig­keit durch­ge­führt wer­den. Der Bemes­sungs­wert berück­sich­tigt das typi­sche Ver­hal­ten eines Pro­duk­tes im Ein­bau­zu­stand. Also auch Alte­rungs­pro­zes­se und eine kli­ma­ty­pi­sche Bau­teil­feuch­te.

Die Wär­me­leit­fä­hig­keit sagt nichts über die Wär­me­spei­cher­ka­pa­zi­tät und das Feuch­te­ver­hal­ten des Mate­ri­als aus. Dämm­stof­fe müs­sen grund­sätz­lich für die jewei­li­ge Anwen­dung zuge­las­sen sein.

Wenn die räum­li­chen Bedin­gun­gen nur eine sehr gerin­ge Dämm­stoff­di­cke zulas­sen, kön­nen die Anfor­de­run­gen evtl. mit Hoch­leis­tungs­dämm­stof­fen mit beson­ders gerin­ger Wär­me­leit­fä­hig­keit erfüllt wer­den.

 


 

Wär­me­leit­fä­hig­keits­grup­pe (WLG)

Die WLG gibt die Dämm­wir­kung eines Dämm­stof­fes an. Je nied­ri­ger der Wert, umso bes­ser dämmt ein Dämm­stoff. Wär­me­leit­fä­hig­keits­grup­pen sind in 5er-Schrit­ten unter­teilt. Die WLG wird zuneh­mend durch die neue­re Wär­me­leit­stu­fe (WLS) ersetzt. Fol­gend eini­ge Bei­spie­le für die Zuord­nung der WLG ent­spre­chend der

 

WLG Wär­me­leit­fä­hig­keit W/(m²K)
WLG 030 0,0251 bis 0,030
WLG 035 0,0310 bis 0,035
WLG 040 0,0351 bis 0,040

 


 

Wär­me­leit­fä­hig­keits­stu­fe (WLS)

Die Wär­me­leit­fä­hig­keits­stu­fe oder auch Wär­me­leit­stu­fe (WLS) gibt die Dämm­wir­kung eines Dämm­stof­fes an. Je nied­ri­ger der Wert, umso bes­ser dämmt ein Dämm­stoff. Die WLS erlaubt im Gegen­satz zur älte­ren WLG die Unter­tei­lung in 1er-Schrit­ten, z.B. WLS 033. Der WLS-Wert ori­en­tiert sich an der Wär­me­leit­fä­hig­keit λ. Von die­sem sind es die letz­ten drei Zif­fern nach dem Kom­ma. Bei­spiel: λ‑Wert 0,033 W/(mK) = WLS 033.

 


 

Wär­me­durch­lass­wi­der­stand R

Der Wär­me­durch­lass­wi­der­stand R, Ein­heit: (m²K)/W, bezeich­net den Wider­stand einer Schicht gegen das Durch­strö­men von Wär­me. Je grö­ßer der Wider­stand einer Bau­stoff­schicht, umso weni­ger Wär­me strömt durch die­se. Im Gegen­satz zur Wär­me­leit­fä­hig­keit, mit der sich Dämm­stof­fe unab­hän­gig von ihrer Dicke ver­glei­chen las­sen, nennt der Wär­me­durch­lass­wi­der­stand die tat­säch­li­che Dämm­wir­kung bei einer bestimm­ten Dicke des Dämm­stof­fes.

Berech­nung: (R = Bau­stoff­di­cke in Meter / Wär­me­leit­fä­hig­keit W/(m²K).

Bei­spiel für 20 cm Mine­ral­wol­le: R = 0,2 m / 0,035 W/(m²K)
Wär­me­durch­lass­wi­der­stand R = 5,7

Je höher der Wär­me­durch­lass­wi­der­stand umso bes­ser ist die Wär­me­däm­mung.

Die fol­gen­de Tabel­le ent­hält „R‑Werte“ für 20 cm dicke unter­schied­li­che Bau­stof­fe:

 

Bau­stoff Wär­me­leit­fä­hig­keit W/(m²K) R‑Wert (m²·K)/W
Resol–Hartschaum-Platten 0,023 8,7
Mine­ral­wol­le 0,035 5,7
Holz (Fich­te / Tan­ne) 0,13 1,5
Kalk­sand­stein 0,79 0,2

 


 

U‑Wert / Wär­me­durch­gangs­ko­ef­fi­zi­ent U

Der Wär­me­durch­gangs­ko­ef­fi­zi­ent U, ver­ein­facht U‑Wert, ist im Zusam­men­hang mit dem Wär­me­schutz eine der wich­tigs­ten Rechen­grö­ßen. Der Kenn­wert wur­de frü­her als „k‑Wert“ bezeich­net und im Zuge der Euro­päi­sie­rung in „U‑Wert“ umbe­nannt (U = Unit of Heat Trans­fer). Er nennt die Wär­me­men­ge in Watt (W), die durch eine 1 Qua­drat­me­ter gro­ße Bau­teil­flä­che strömt, wenn der Tem­pe­ra­tur­un­ter­schied des Bau­teils (z.B. zwi­schen Innen- und Außen­flä­che einer Wand) 1 Kel­vin beträgt.

Die durch die Gebäu­de­hül­le ent­wei­chen­de Wär­me­men­ge ist direkt pro­por­tio­nal dem U‑Wert und der herr­schen­den Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz. Dar­aus folgt, dass mit­tels opti­mier­ter Däm­mung, ein mög­lichst klei­ner U‑Wert anzu­stre­ben ist. In der Pra­xis wer­den hier­zu oft kon­ven­tio­nel­le Dämm­stof­fe mit einer „Wär­me­leit­fä­hig­keit“ von λ = 0,035 in einer Dicke von 16 bis 40 cm ein­ge­setzt oder Hoch­leis­tungs­dämm­stof­fe mit einer Wär­me­leit­fä­hig­keit klei­ner als 0,030 in dün­ne­ren Dämm­di­cken.

Einen nied­ri­gen U‑Wert soll­ten mög­lichst „alle Bau­tei­le“ wel­che an unbe­heiz­te Berei­che angren­zen auf­wei­sen. Nur so kön­nen die Trans­mis­si­ons­wär­me­ver­lus­te (durch Wand, Boden, Decke und Fens­ter) mini­miert wer­den.

Bei­spiel: Bei Pas­siv- und Nied­rig­ener­gie-Häu­sern „unter­schrei­ten“ die U‑Werte von Wän­den und Dächern etc. 0,15 – 0,24 W/m²K.
Eine nicht gedämm­te Beton­de­cke erreicht einen U‑Wert von ca. 2 W/m²K.

Zur exak­ten Berech­nung des U‑Wertes eines Bau­tei­les wer­den die Wär­me­durch­lass­wi­der­stän­de aller im Bau­teil ent­hal­te­nen Mate­ria­li­en berück­sich­tigt und zusätz­lich die Wär­me­über­gangs­wi­der­stän­de (zwi­schen Bau­teil­ober­flä­che Luft oder Erde), evtl. vor­han­de­ne Luft­schich­ten und bei unter­schied­lich zusam­men­ge­setz­ten Bau­tei­len, wie z. B. einer Holz­de­cke, die jewei­li­gen Flä­chen­an­tei­le.

Hin­weis:

Da die zuläs­si­gen Trans­mis­si­ons­wär­me­ver­lus­te von Gebäu­den ent­spre­chend der EnEV (Ener­gie­ein­spar­ver­ord­nung) begrenzt sind, muss der U‑Wert beim Bau von Wohn­häu­sern für alle Bau­tei­le (Außen­wän­de, Dach, Fens­ter etc.) ermit­telt wer­den. Wei­te­re Anfor­de­run­gen an die U‑Werte von Bau­tei­len stellt DIN 4108 Teil 2, jedoch nicht mit dem Ziel der Ener­gie­ein­spa­rung, son­dern zur Ver­mei­dung von Bau­schä­den.

Neben einem gerin­ge­ren Heiz­ener­gie­be­darf, erhö­hen Bau­tei­le mit nied­ri­gen U‑Werten deren Ober­flä­chen­tem­pe­ra­tu­ren in beheiz­ten Räu­men. Die­se ver­bes­sern nicht nur die Behag­lich­keit für die Bewoh­ner, son­dern redu­zie­ren auch die Gefahr von Was­ser­dampf­kon­den­sa­ti­on und somit Schim­mel­pilz­wachs­tum. Mit dem U‑Wert allein kön­nen aller­dings kei­ne Aus­sa­gen zur Geschwin­dig­keit von Tem­pe­ra­tur­än­de­run­gen getrof­fen wer­den. Hier­für ist auch das Wär­me­spei­cher­ver­mö­gen der ein­ge­setz­ten Bau­stof­fe zu berück­sich­ti­gen.

 


 

Trans­mis­si­ons­ver­lus­te HT

Trans­mis­si­ons­ver­lus­te sind Ver­lus­te infol­ge des Wär­me­trans­por­tes durch die Ele­men­te der Gebäu­de­hül­le (Fas­sa­de, Boden­plat­te, Fens­ter, Außen­tü­ren, Dach, etc.). Bestim­mend für die Trans­mis­si­ons­ver­lus­te sind neben dem Kli­ma vor allem die Flä­chen und Wär­me­dämm­ei­gen­schaf­ten der Gebäu­de­hül­le. Eine Redu­zie­rung der Trans­mis­si­ons­ver­lus­te lässt sich durch Bau­tei­le mit mög­lichst gerin­gem U‑Wert und kom­pak­ter Gebäu­de­form (klei­ne­re Außen­flä­che) errei­chen.

Bei allen Bau­maß­nah­men soll­ten zusätz­lich „kon­vek­ti­ve Wär­me­ver­lus­te“ (war­me Luft ent­weicht durch Fugen, Ris­se etc.) mini­miert wer­den. Die zuläs­si­gen Wer­te sind in den Bau- bzw. Wär­me­schutz­ver­ord­nun­gen fest­ge­legt.

 


 

Emis­si­ons­grad ε

Den wis­sen­schaft­lich begrün­de­ten Zusam­men­hang zwi­schen Absorp­ti­on und Emis­si­on eines Kör­pers im ther­mi­schen Gleich­ge­wichts­zu­stand beschreibt das kirch­hoff­sche Strah­lungs­ge­setz: Strah­lungs­ab­sorp­ti­on und ‑Strah­lungs­emis­si­on ent­spre­chen bei gege­be­ner Wel­len­län­ge ein­an­der, d.h. ein Kör­per, der gut absor­biert, strahlt auch gut. Gemes­sen wer­den kann der Refle­xi­ons­grad der Wär­me­strah­lung (Emis­si­ons­grad εi ) jedoch nur an der Ober­flä­che der Außen­sei­ten eines bei­spiel­haf­ten Hybrid­ma­te­ri­als. Die­ser Meß­wert wird als Emis­si­ons­ko­ef­fi­zi­ent oder auch als ε‑Wert bezeich­net. Er kenn­zeich­net das spe­zi­fi­sche Emis­si­ons­ver­mö­gen von Ober­flä­chen. Er ist gleich­zu­set­zen mit dem hemi­sphä­ri­schen Gesamt­emis­si­ons­grad εi.
Bspw:

 

  • Papier weiß matt εi = 0,89
  • Eisen poliert εi = 0,06 ….0,25
  • Kup­fer oxi­diert εi = 0,725
  • Alu­mi­ni­um εi = 0,04

(Quel­le: Emis­si­ons­grad – Wiki­pe­dia, https://de.wikipedia.org/wiki/Emissionsgrad)

Mit Hil­fe eines spe­zi­el­len Meß­ver­fah­rens wird der sog. mitt­le­re hemi­sphä­ri­sche Emis­si­ons­grad εi ermit­telt, der für ISUM M14 mit εi = 0,04 durch das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Bau­phy­sik IBP Stutt­gart aktu­ell mit Prüf­be­richt Nr. P15-085.1/2017 vom 2.5.2017 nach­ge­wie­sen wur­de. Die­ser Emis­si­ons­grad ent­spricht einem Refle­xi­ons­grad von 96 %.

Der Trans­mis­si­ons­wär­me­ver­lust des betref­fen­den Bau­teils (Dach, Wand, Geschoß­de­cke, Behäl­ter, Rohr­lei­tun­gen u.a.) redu­ziert sich damit um 96%. Der damit nach­weis­ba­re indi­rek­te Ener­gie­ge­winn des Gebäu­des bil­det die Berech­nungs­ba­sis für die opti­ma­le Bemes­sung von Heiz- und Kühl­las­ten von Gebäu­den und bau­li­chen Anla­gen.