Aufgaben einer Wärmedämmung

Die Aufgabe der Wärmedämmung im Bauwesen besteht darin, den Abfluss von Wärme aus beheizten Innenräumen über verschiedene Hüllflächen (Wände, Decken, Fußböden, Fenster und Türen) möglichst vollständig zu unterbinden. Um diese Aufgabe zu erfüllen, werden Stoffe genutzt, die Wärme schlecht „weiter“leiten, z.B. Porenbeton, Schaumpolystyrol, Mineralwolle oder Holzfasern.

Um die Weiterleitung von Wärme zu bremsen oder ganz zu unterbinden, benötigt der Stoff eine Hohlraum-Struktur, die aus vielen Poren, Kammern oder verfilzten Fasern gebildet wird. In den Hohlräumen befindet sich im Wesentlichen der schlechte Wärmeleiter Luft. Je kleiner, zahlreicher und gleichmäßiger die enthalten Hohlräume sind, umso besser wird der Wärmetransport unterdrückt.

In den Hohlräumen befindet sich neben Luft auch noch etwas Wasserdampf. Die dort befindliche Wassermenge stellt sich nach dem Feuchtegehalt der umgebenden Luft ein und nennt sich Ausgleichsfeuchte. Steigt die Ausgleichsfeuchte, nimmt die Wärmedämmwirkung ab. Fällt sie, es wird im Dämmstoff also trockener, steigt die wärmedämmende Wirkung.

Die sich in den zahlreichen Zwischenräumen, Kammern oder Poren befindliche Luft darf sich idealerweise nicht bewegen oder mit anderen Hohlräumen im Austausch stehen. Der Luftdurchsatz wird umso besser unterbunden, je enger das Stützgerüst zwischen den Poren und Kammern ausgeprägt ist.

Insofern könnte diese Aufgabe auch mit dem Begriff Isolation beschrieben werden, jedoch wird der Begriff überwiegend in der Elektrotechnik verwendet. Er steht für die Nichtweiterleitung von elektrischem Strom. Ein Isolator, der für stromführende Leitungen eingesetzt wird, verhindert die Ableitung von elektrischer Energie an die Umgebung oder vermeidet, dass von elektrischer Energie bei Berührung eine Gefahr ausgeht. Das Foto zeigt einen keramischen Isolator, wie er in der Starkstromtechnik benutzt wird.

#Die Wärmeleitfähigkeit

Die maßgebende Stoffeigenschaft, die die Nichtweiterleitung von Wärme kennzeichnet, wird Wärmeleitfähigkeit genannt. Sie wird mit der Einheit Watt pro m (Meter) und Kelvin (W/mK) angegeben und ist unabhängig von der Dämmstoffdicke und der Einbausituation. Zahl und Einheit geben die Wärmemenge an, die in einer Stunde bei einem Temperaturunterschied von ∆T = 1 K durch 1 m² einer 1m dicken Schicht eines Stoffes strömt.

Abhängig ist die Wärmeleitfähigkeit eines Dämmstoffes von

• der Anzahl, Anordnung und Größe der Poren
• der Rohdichte
• dem Gefügeaufbau
• der Feuchtigkeit, Temperatur und des Luftdruckes

#Einteilung von Wärmedämmstoffen

Als Wärmedämmstoffe gelten Stoffe, deren Wärmeleitfähigkeit nicht höher als 0,1 W/(mK) ist. Unterhalb dieses Wertes werden Dämmstoffe eingeteilt in Wärmeleitfähigkeitsgruppen (WLG) bzw. Wärmeleitfähigkeitsstufen (kurz WLS). Dazu werden die tatsächlichen (gemessenen) Wärmeleitfähigkeiten gerundet und der jeweiligen WLG zugeordnet. So wird z.B. Schafwolle mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,037 W/(mK) in die WLG 040 eingeordnet. Nadelholz z.B. besitzt im trockenen Zustand eine Wärmeleitfähigkeit von 0,13 W/(mK). Das ist im Verhältnis zu Beton ein gut dämmender Baustoff, aber eben kein Wärmedämmstoff, so dass er auch nicht einer WLG-Gruppe zugeordnet wird.

Besonders gute Dämmstoffe sind dagegen z.B. PU-Schaumplatten. PU-Schaum kann als eine sehr kleinteilige, geschlossenzellige Struktur geschäumt werden und schafft dadurch eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,025 W/mK. Noch schlechter leitet Wärme nur noch das Vakuum. Dieser beste aller Dämmstoffe ist aber leider nur schwer händelbar. Vakuum-Dämmplatten sind teuer, der Einbau ist kompliziert.

Zu den Werten der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Dämmstoffe können sie sich unter Bau- und Dämmstoffe ausführlich informieren.

#Durchströmung des Dämmstoffes verhindern

Kann Luft einen Wärmedämmstoff durchströmen, steht die Funktionsweise der Wärmedämmung auf dem Spiel. Das kann sehr gut nachvollzogen werden, wenn man sich mit seiner Inhouse-Kleidung draußen in den Wind stellt. Es kommt also nicht allein auf niedrige Wert der Wärmeleitfähigkeit an. Ein Dämmstoff verlangt auch eine stoffabhängige Art des Einbaus.

Einige Dämmstoffe lassen auf Grund ihrer Struktur wenig oder keine Luft hindurch (z.B. Schaum-Polystyrol, Polyurethan-Schaumstoffe, dicht eingeblasene Zellulose- oder Holzfasern, Holzfaserdämmplatten). Andere Dämmstoffe hingegen, wie z.B. Mineralwolle, Glasfasern, Schafwolle, Baumwolle-Matten oder Hanffaser-Matten lassen die Luft nahezu widerstandsfrei passieren. Um solche Dämmstoffe in ihrer Wirkung zu optimieren und Bauschäden zu vermeiden, müssen sie luftundurchlässig eingebaut werden.

#Luftundurchlässiger Einbau von Wärmedämmstoffen

Maßnahmen zur Herstellung der Luftdichtheit wärmegedämmter Bauteile werden aber auch aus einem anderen Grund benötigt. Alle Bauteile, in denen Dämmstoffe verbaut werden, müssen überall dort, wo Stöße, Ecken, Überlappungen, Durchdringungen oder Anschlüsse zu Luftdurchlässigkeiten führen, luftdicht eingebaut werden. In der Praxis betrifft dies z.B. den gesamten gedämmten Dachbereich. Hierbei muss wegen der Gefahr eines möglichen Tauwasserausfalles im Dämmstoff und unabhängig von der Dämmstoffart auf hohe Luftdichtheit geachtet werden. Diese lässt sich durch geeignete Materialien (Überklebung, Dichtstoffe, Baupappen) und sorgfältige Ausführung herstellen. Dazu sind an allen Stellen dieser Webseite, die sich mit speziellen wärmegedämmten Bauteilen und Konstruktionen beschäftigen, ausführliche Hinweise zur Ausführung gegeben.

#Der U-Wert

Der U-wert ist die Maßeinheit für den Wärmedurchgangskoeffizienten eines Bauteils. Er berechnet sich aus der Wärmeleitfähigkeit, der Dicke, Anzahl und Art der Baustoffe, der Einbauart, sowie dem Innen- und Außenzustand. Die Einheit des U-Wertes ist W/m2K. Das ist ganz schön kompliziert.

Etwas einfacher ausgedrückt, sagt der U-Wert aus, wieviel Wärme in einer bestimmten Zeit aus dem Wohnraum durch die Hüllflächen Wand, Decke, Fußboden, oder Fenster nach draußen verschwindet. Ist der U-Wert groß, bewegst sich viel Wärme nach draußen. Ist der U-Wert klein, ist die Wärmedämmung groß, also der Wärmeverlust klein.

Mit der Angabe des U-Wertes werden die Wärmeverluste einzelner Bauteile von Häusern vergleichbar. Die Maßeinheit der U-Wertes ist Watt pro m² und Kelvin (W/m²k).

#Die Wärmespeicherfähigkeit von Dämmstoffen

Jedes Bauteil eines Hauses kann eine bestimmte Wärmemenge, z. B. aus der umgebenden Luft aufnehmen, wenn die Umgebungstemperatur höher als die Bauteiltemperatur ist. Eine bestimmte Wärmemenge fließt dem Bauteil auch zu durch die Einstrahlung von Sonne oder z.B. durch die Zustrahlung eines Kaminofens. Diese eingespeicherte Wärme kann aus dem Bauteil auch wieder an die Umgebung abgegeben werden, wenn diese eine niedrigere Temperatur hat. Wieviel Wärme durch einen Stoff, hier einem Wärmedämmstoff, aufgenommen werden kann, wird mit der spezifische Wärmekapazität c angegeben. Sie gibt an, wie viel Wärme ein Dämmstoff je kg bei einer Temperaturänderung von 1 Kelvin aufnehmen kann. Das Produkt aus der Einbaudichte des Dämmstoffes (in kg / m³) und der spezifischen Wärmekapazität c (in Wh / kg K) des Dämmstoffes charakterisiert die gespeicherte Wärme (Einheit: Wh / m³ K).

Je mehr Wärme ein Stoff speichern kann, um so träger reagiert er bei Aufheizung und Abkühlung (Amplitudendämpfung). Mineralische Wärmedämmstoffe können Wärmemengen von 0,84 bis 1,0 Kilojoule pro Kilogramm und Grad Kelvin [kJ/kgK] speichern. Höhere Werte um 2,0 kJ/kgK werden nur von Holzdämmstoffen erreicht. Wird der Wärmewert mit der Rohdichte eines Dämmstoffes multipliziert, ergibt sich die Wärmespeicherungszahl. Eine Mineralfaserdämmung von 12 cm Stärke und 25 kg/m³ Rohdichte kann eine Wärmemenge von 2,5 bis 3,0 kJ/m²K speichern, eine Holzfaserdämmplatte bei gleicher Stärke dagegen 66 kJ/m²K, das heißt rund zwanzig mal so viel.

Eine hohe Wärmespeicherung wird von Normen und Bauregeln nicht gefordert, macht sich aber beim sommerlichen Wärmeschutz und bei der passiven Sonnenenergienutzung positiv bemerkbar. Sie wirkt sich jedoch negativ auf den Heizwärmebedarf aus, wenn Gebäude oder Gebäudeteile nicht dauernd beheizt werden, d. h. längere Heizunterbrechungen (Wochenendabsenkung) erfolgen. Dabei fallen dann die Innenlufttemperaturen nach der Heizabsenkung so langsam ab, dass die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste noch längere Zeit (Stunden oder sogar Tage!) relativ groß sind. Außerdem werden danach – um das Gebäude wieder auf normale Temperaturen aufzuheizen – relativ große Wärmmengen benötigt. Leichte Gebäude bzw. Räume folgen der Heizmitteltemperatur sehr viel schneller: Ihre Wärmeverluste verringern sich nach der Gebäude- oder Raumnutzung schnell, die Aufheizung benötigt weniger Heizenergie.

#Phasenverschiebung

Der Einbau von Dämmstoffen führt zu einem behaglichen Raumklima im Winter. Ebenso kann durch Dämmstoffe sommerliche Überhitzung verhindert werden. Ein Maß für den sommerlichen Wärmeschutz ist die sogenannte Phasenverschiebung. Das ist der Zeitraum zwischen dem Auftreten der höchsten Temperatur auf der Außenoberfläche eines Bauteils (zum Beispiel bei Sonneneinstrahlung) bis zum Erreichen der höchsten Temperatur auf der Innenseite. Das "Durchwandern der Temperaturerhöhung" durch das Bauteil braucht Zeit, je länger es dauert, umso besser ist der Schutz vor Überhitzung auf der Innenseite.

Diese Phasenverschiebung wird durch die Wärmekapazität des Dämmmaterials beeinflusst. Mit höherer Wärmekapazität steigt die Phasenverschiebung, die Erwärmung des Materials dauert länger. Dämmstoffe auf nachwachsender Rohstoffbasis, wie z.B. eingeblasene Holzfasern oder Holzfaserdämmplatten, haben bei hoher Einbaudichte eine große Wärmespeicherkapazität und bieten damit den besten sommerlichen Wärmeschutz.

#Wasserdampfdiffusion my-Wert

Die Wasserdampfdiffusion ist ein molekularer Austauschvorgang. Er spielt eine Rolle bei der Frage, ob eine wärmegedämmte Konstruktion durch zu hohe Wasserdampfmengen feucht wird und damit an Dämmkraft verliert. Da die Dämmwirkung eines Stoffes von seiner Trockenheit abhängig ist, besteht das Ziel darin, wärmegedämmte Konstruktionen möglichst trocken zu halten, also einen Überschuss an Wasserdampf im Dämmstoff zu verhindern.

Wasserdampfdiffusion

Die Wasserdampfdiffusion ist der Vorgang, bei dem ein Konzentrationsunterschied von Wasserdampfmolekülen in verschiedenen Schichten der Luft oder eines Bauteiles ausgeglichen wird. Je nach Größe des vom Material abhängigen Dampfdiffusionswiderstandes erfolgt der Konzentrationsausgleich langsamer oder schneller. Um die Diffusion zu bremsen oder gar zu unterdrücken, kann eine Dampfbremse bzw. Dampfsperre eingesetzt werden.

Die Beurteilungsgröße für die „Bremswirkung“ gegen Wasserdampfdurchgang heißt „Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl“. Nach ihrem Formelzeichen µ (das kleine griechische „m“, gesprochen „mü“) wird sie umgangssprachlich als µ-Wert bezeichnet. Sie zeigt an, wie hoch der Widerstand eines Materials gegen das Diffundieren von Wasserdampf gegenüber einer gleich dicken Luftschicht ist. Der Wert für Mineralwolle-Dämmstoffe ist ebenfalls 1. Eine Mineralwolledämmschicht verhält sich bezüglich des Wasserdampfdurchganges also so, als wäre dort Luft vorhanden. Schaumpolystyrol hat etwa den µ-Wert 20 und ist damit nur halb so dicht gegenüber dem Wasserdampfdurchgang wie Nadelholz, das den µ-Wert 40 hat.

Bei Außenbauteilen, also praktisch bei allen gedämmten Konstruktionen, sollte der Wasserdampfdiffusionswiderstand der einzelnen Schichten von innen nach außen abnehmen. Dann ist eine nachteilige Tauwasserbildung infolge Wasserdampfdiffusion in der Wand nicht zu erwarten. Was dies für die Auswahl des Dämmstoffes und seinen Einbau bedeutet, habe ich versucht in dem Artikel "Problem Wasserdampfdiffusion" ausführlich darzustellen.

#Äquivalente Dämmschichtdicken

Die Dämmwirkung eines fertigen Bauteils hängt sowohl von der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Stoffe, als auch von deren Schichtdicke ab. Dabei kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit durch eine dickere Schicht ausgeglichen werden.

Um Bauteilschichten hinsichtlich ihrer Dämmwirkung vergleichen zu können, wird die äquivalente Dämmschichtdicke berechnet. Sie gibt an, welche Dicke eines zu bewertenden Stoffs erforderlich ist, um die Dämmwirkung einer maßlich und stofflich bekannten Schicht zu erreichen.

#Vier Regeln für den Einbau von Wärmedämmstoffen

Um die optimale Funktionsweise der Wärmedämmung zu sichern, ist die Konstruktion so zu planen und beim Einbau von Wärmedämmstoffen darauf zu achten, dass

• der Dämmstoff ausreichend dick gewählt wird (Viel hilft viel, das ist hier richtig)
• der Dämmstoff luftundurchlässig eingebaut wird,
• an keiner Stelle eine Luftzirkulation zwischen Dämmstoff und dem zu dämmendem Bauteil auftritt und
• die Wärmedämmung nicht feucht werden kann (dämmstoffspezifische Dampfbremse).

Werden diese Bedingungen erfüllt, ist von einer Wärmedämmung ein langes Leben über viele Jahrzehnte zu erwarten. Das belegen auch praktische Erfahrungen mit den erstmals in den 60er Jahren eingebauten Dämmschichten aus Schaumpolystyrol. Dabei sind die Kosten für Pflege und Instandhaltung sehr gering. Eine optimale Wärmedämmung ist daher noch so guter oder raffinierter Technik zur Wärmeerzeugung vorziehen. Diese hält im Schnitt nicht halb so lang, muss fortwährend gepflegt und instand gehalten werden, verursacht Betreuungsaufwand und kostet Betriebsstrom. Wärmedämmung bedeutet passive Verbrauchsreduzierung – und was nicht verbraucht wird, muss auch nicht immer wieder neu bereitgestellt und bezahlt werden.

#Mein Fazit

1. Wärmedämmung hat ein langes Leben.
2. Wärmedämmung spart Heizkosten und verbessert die Behaglichkeit.
3. Der Aufwand für Pflege und Instandhaltung ist gering.
4. Wärmedämmung bedeutet passive Verbrauchsreduzierung.