Behaglichkeit und Bauphysik

Nur bei ausreichender Beachtung der Erkenntnisse, die die Bauphysik liefert, wird ein verringerter Energie- und Brennstoffbedarf sowie eine verbesserte thermische Behaglichkeit erzielt.

Auf der Baustelle werden exakte physikalische Begriffe eher selten bewusst genutzt. Dennoch spiegeln sich im Resultat der Anstrengungen der Bauarbeiter vor allem physikalische Größen wieder. Welche Wärmedämmwerte wurden erreicht? Ist der Feuchteschutz optimal? Welche Qualität hat der Schallschutz? Sind die Berechnungen des Statikers in der Praxis umgesetzt worden? Kommt genug Licht in die Räume? Wird die sommerliche Aufheizung weitgehend vermeiden? Diese und andere Fragen nach bauphysikalischen Eckwerten werden bei Neubau und Modernisierung gestellt.

Raumlufttemperatur, Oberflächentemperatur der Außenwand und relative Luftfeuchte
Raumlufttemperatur, Oberflächentemperatur der Außenwand und relative Luftfeuchte

Auch später, wenn das Bauwerk in Benutzung ist, werden wir mit Sachverhalten der Bauphysik, wie Temperatur, relative Feuchte, Wärmestrahlung, Schallschutz, Wärmespeicherung u.a, wenn auch meist unbewusst, konfrontiert.

Um die Statik braucht man sich im deutschsprachigen Raum weniger Gedanken zu machen. Dagegen gehören ungemütlich kalte, feuchte und hellhörige oder im Sommer zu warme Wohnungen durchaus zu unserem Kulturkreis. Das trifft auch auf schlecht belüftete Wohnungen zu, in denen eine potentielle Schimmelgefahr besteht. Deshalb möchte ich mich mit einigen Grundbegriffe und Zusammenhängen beschäftigen, die helfen, bei Neubau und Erneuerung fehlerhafte Entscheidungen zu vermeiden.

Der wohl bedeutendste Aspekt der Bauphysik: Aus beheizten Räumen geht die zugeführte Wärme wieder verloren. Das vollzieht sich auf zwei Wegen – und lässt sich leider nicht vollständig vermeiden.

Lüftungswärmeverlust

In einer Wohnung haben wir es stets mit einem mehr oder weniger großen Austausch der Raumluft zu tun. Im Winter, wenn warme Raumluft nach draußen verschwindet, und kalte Luft nach innen einströmt, kommt es zu einem bestimmten Bedarf an Heizwärme, um die kalte Luft zu erwärmen. Ist die Luft zu kalt, gibt der Körper eine solch große Wärmemenge an die ihn umgebende Luft, so dass er fröstelt und auskühlt.

Die für die Aufheizung der Luft benötigte Heizwärme nennen die Fachleute Lüftungswärmebedarf. Der theoretische Lüftungswärmebedarf lässt sich mit Hilfe bestimmter Mindestwerte ausrechnen. Da die Luft aus hygienischen Gründen (Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoffmangel, Staub, Gerüche, Ausgasungen usw.) und zur Vermeidung von Bauschäden (Kondensatbildung, Schimmel, Verfärbungen usw.) immer wieder mit frischer Außenluft erneuert werden muss, sprechen wir von einem Mindestluftwechsel. Im Winter ist dieser mit einem Wärmeverlust verbunden, der durch die Heizungsanlage gedeckt werden muss. Der theoretische Lüftungswärmebedarf kann, aber muss nicht mit dem praktischen Lüftungswärmebedarf übereinstimmen. Denn wieviel Luft praktisch ausgetauscht wird, hängt von zahlreichen, vom Bewohner teilweise nicht beeinflussbaren Faktoren ab, so z.B. von der Außentemperatur, dem Wind, der Höhe des Hauses, vom Vorhandensein eines Kaminofens, der Dichtheit des Gebäudes, und natürlich auch davon ab, wie häufig die Fenster geöffnet werden. Mit der abströmenden Luft geht also immer Wärme verloren – sofern diese nicht durch geeignete Maßnahmen (z.B. eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung) zurückgehalten wird.

Die im Winterhalbjahr nachströmende kalte, frische Luft muss erwärmt werden. Dies geschieht aktiv durch Heizkörper und Öfen, und passiv durch

  • die bei kurzer Lüftung warm bleibenden Bauteile,
  • die Körperwärme anwesender Personen,
  • die Abwärme elektrischer Geräte und
  • eventuell durch die zustrahlende Sonne.

Der Wärmeverlust, der durch Luftaustausch entsteht, ist durch

  • den Rhythmus, mit dem die Fenster geöffnet werden und
  • durch den Einbau einer Lüftungsanlage beeinflussbar und
  • durch geregelte Lüftungstechnik sogar kontrollierbar, indem der Luftwechsel auf das notwendige Maß eingestellt wird (kontrollierter Luftwechsel).

Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung hält die mit der Abluft abgeführte Wärme zurück und führt sie dem Lüftungs- bzw. Heizungssystem erneut zu. Das Ergebnis ist ein verringerter Brennstoffbedarf und meist eine verbesserte Luftqualität.

Transmissionswärmeverlust

Wärme verschwindet aber auch durch Wärmeableitung (Transmission). So sinkt z.B. die Temperatur der Oberfläche einer an kalter Außenluft grenzenden Wand. Sie wird stetig kühler, sofern ihr nicht immer wieder neue Wärme durch Heizkörper zugeführt wird. Eine kalte Wand mit Temperaturen deutlich unter der Lufttemperatur wirkt wie ein Eisblock und schluckt die vom Körper abgegebene Wärmestrahlung.

Die Abkühl-Geschwindigkeit von Bauteilen ist dabei abhängig

  • von der Höhe des Temperaturunterschiedes zwischen innen und außen,
  • der Größe der wärmetauschenden Fläche der Bauteile,
  • der materiellen Beschaffenheit (Wand, Fenster, Decken, Fußböden) sowie
  • der Anzahl und Bedeutung der mit den Bauteilen verbundenen Wärmebrücken.
Das Wärmebild zeigt die unter dem Fenster abgehende Wärme eines Heizkörpers

Der Wärmeverlust, der durch Wärmeleitung von Bauteilen über Wärmebrücken entsteht, kann durch Wärmedämmmaßnahmen reduziert werden. Eine verbesserte Wärmedämmung erhöht die Oberflächentemperaturen der angrenzenden Bauteile, wodurch die thermische Behaglichkeit zunimmt. Diese dauerhafte Verringerung des Wärmabflusses wirkt bei guter Qualität solange wie die Wärmedämmung in der Wirkung nicht nachlässt. Und solange wird von der Heizung weniger Wärmebedarf zu decken sein. Die Gefahr der Entstehung von Bauschäden und Schimmelbildung wird gebannt.