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Etwas Baustoffkunde

14.11.2017 | 36 x | von: now | Kategorie: Bauphysik, Baustoffe, Wärmedämmung | Druckansicht Druckansicht

Etwas Baustoffkunde
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“Etwas Baustoffkunde” informiert über Grundlagen wie Wärmeleitfähigkeit Wärmespeicherung, Wasserdampfdiffusion, Schallschutz u.a.m.

Nach Wikipedia werden in der Baustoffkunde “die Eigenschaften der Baustoffe erforscht und gelehrt, vor allem ihre Festigkeit, aber auch ihre spezifischen Massen, ihre Verformbarkeit, Wärmeleit- und Speichereigenschaften, Brandverhalten, Schalldämmungseigenschaften, Wasserdurchlässigkeit usw..” Ich konzentriere mich im Folgenden auf die Eigenschaften von Bau-und Dämmstoffen, die den Energieverbrauch, die Behaglichkeit, den Schallschutz und die Bauschadensfreiheit beeinflussen.

Wärmeleitfähigkeit eines Baustoffes, WLG-Gruppen

Zahlreiche Luftporen lassen in einem Dämmstoff kaum Wärmeleitung zu
Zahlreiche Luftporen lassen in einem Dämmstoff kaum Wärmeleitung zu
Die Wärmeleitfähigkeit von Baumaterialien spielt im modernen, also dem energiesparenden Bauen, eine große Rolle. Sie beschreibt, wie gut oder schlecht ein Material Wärme weiterleitet. Der Wert für die Wärmeleitfähigkeit ist eine stoffliche Eigenschaft, die unabhängig von der Einbaudicke oder Einbauart des Baustoffes ist. Ein Dämmstoff, also ein schlecht wärmeleitender Stoff, hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit. Massive, dichte Stoffe wie Metall, hartgebrannte Ziegel, Fliesen oder Beton haben dagegen eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit eines Baustoffes lässt sich durch den Einschluss vieler luftgefüllter Poren verringern. Ein gutes Beispiel dafür ist der Porenbeton.

Die Wärmeleitfähigkeit wird mit dem griechischen Lambda λ abgekürzt. Angegeben wird die Wärmeleitfähigkeit in der Einheit W/mK (Watt pro Meter und Kelvin). Leichte Baustoffe wie Mineralwolle, Schaumpolystyrol oder Zellulosefasern, haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Sie werden daher in die Gruppe der Dämmstoffe eingeteilt. Schwere und dichte Baustoffe wie Natursteine, Beton, etc. besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Wärmedämmstoffe sind Spezialisten unter den Baustoffen. Sie besitzen eine Struktur mit einem hohen Anteil schlecht Wärme leitender Stoffe, wie Luft. Wegen der besondern Bedeutung von Wärmedämmstoffen habe ich dem Thema einen eigenen Artikel gewidmet: Aufgabe und Funktionsweise der Wärmedämmung

Feuchtigkeit verschlechtert die wärmedämmenden Eigenschaften

Da Wasser Wärme gut leitet, ist die Wärmeleitfähigkeit eines Baustoffes auch vom Feuchtegehalt des Baustoffes abhängig. Für die Beurteilung der Eignung eines Baustoffes spielt demnach auch das Entfeuchtungsverhalten (also die Trocknungsgeschwindigkeit) eine wichtige Rolle.

Einteilung der Dämmstoffe in Wärmeleitfähigkeitsgruppen

Produktetikett für Polystyrol-Hartschaum
Produktetikett für Polystyrol-Hartschaum
Es ist üblich, für Dämmstoffe eine WLG-Gruppe (Wärmeleitfähigkeitsgruppe) anzugeben. So werden z.B. Mineralwolleerzeugnisse in der WLG 035 eingeordnet. Diese Erzeugnisse besitzen eine Wärmeleitfähigkeit von 0,035 W/mK. Die WLG-Gruppe wird in der Regel auf der Verpackung aufgedruckt. Konstruktionen aus Baustoffen der gleichen Wärmeleitfähigkeit bzw. -gruppe haben bei gleichen Schichtdicken den gleichen Wärmedurchgangskoeffizienten. Sie besitzen also identische wärmedämmende Eigenschaften. Setzt man bei gleicher Schichtdicke einen Dämmstoff mit kleinerem WLG-Wert ein, wird die Wärmedämmung besser.

Wärmespeicherung

Die Kalksandsteinwand mit hohem Wärmespeichervermögen erhält noch eine Wärmedämmung
Die Kalksandsteinwand mit hohem Wärmespeichervermögen erhält noch eine Wärmedämmung

Die Wärmespeicherung (Wärmekapazität, spezifische Wärmekapazität) von Baustoffen und wärmegedämmten Konstruktion ist leider ein oft vernachlässigter Aspekt der Baustoffkunde. Insbesondere im Zusammenhang mit der Planung hoher Behaglichkeit fehlt es an Aufmerksamkeit ihr gegenüber. Nun ist die Speicherfähigkeit von Baumaterialien für die Hüllflächen zwar für den winterbedingten Heizenergieverbrauch nur von geringer Bedeutung, kann sich aber je nach Nutzungsart energiesparend oder verbrauchserhöhend auswirken. Tatsächlich spielt die Wärmespeicherung eine erhebliche Rolle bei der thermischen Behaglichkeit, der empfunden Wärme bzw. Temperatur. Im Sommer können sich sehr gut gedämmte, aber zu leichte Konstruktion rasch aufheizen und zu Unbehaglichkeiten wegen Überhitzung führen. In schweren, speicherfähigen Gebäuden ist dagegen die Gefahr der sonnenstrahlungsbedingten Raumüberhitzung gering. Im Winter wirkt sich hohe Speicherfähigkeit bei gut gedämmten Gebäuden bei andauerndem Heizbetrieb nicht, bei gelegentlichem Heizbetrieb jedoch verbrauchssteigernd aus. Bei andauerndem Heizbetrieb sind die Temperaturschwankungen in massiven Wohnobjekten angenehm gering. Im Winter kommt es wiederum zu einer Verbrauchsminderung, wenn die Konstruktionen leicht und gut gedämmt sind, weil sie sich rasch aufwärmen lassen. Diese Eigenschaften decken sich mit den Erfahrungen, die mit einer Innendämmung gemacht werden.

Wärmespeichende Wand (Kalk-Sand-Stein) innen und 20 cm Dämung außen
Wärmespeichende Wand (Kalk-Sand-Stein) innen und 20 cm Dämung außen

Ein Kennwert für das Wärmespeichervermögen ist die spezifische Wärmespeicherkapazität eines Baustoffes. Je mehr Wärme ein Stoff speichern kann ohne sein Temperatur nennenswert zu erhöhen, um so träger reagiert er bei Aufheizung. Dementsprechend langsam kommt es zur Abkühlung. Diese Eigenschaften spielen auch bei Wärmedämmstoffen eine Rolle. Mineralische Wärmedämmstoffe können z.B. 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 die spezifische Wärmespeicherkapazität 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.

Wasserdampfdiffusion

Fast jedes im Hausbau verwendete Baumaterial, außer Glas und Metalle, ist durchlässig für Wasserdampf. Die Durchlässigkeit ist jedoch materialabhängig und die Unterschiede sind recht groß. Besondere Beachtung findet die Wasserdampfdiffusion bei allen gedämmten Konstruktion mit mehreren Schichten. Hier steht die Frage, ob die Diffusionsprozesse unter bestimmten Bedingungen bauschädigende Wirkungen besitzen, und wenn ja, wie sie zu vermeiden sind. Wer kennt die Diskussion über den Taupunkt und seine Gefahren nicht? Da für uns die Diffusionsprozesse unsichtbar sind und wir nur bestimmte Modellvorstellungen von den Vorgängen haben, gibt es mitunter heftigen Streit über die Auswirkungen.

Wegen der besonderen Bedeutung der Wasserdampfdiffusion, z.B. im Zusammenhang mit den Fragen zur Innendämmung bzw. der Außendämmung, habe ich dem Thema einen eigenen Abschnitt gewidmet: Wasserdampfdiffusion in wärmegedämmten Konstruktionen.

Schallschutz

Der Schallschutz sollte eine immer größere Bedeutung einnehmen, da zahlreiche negativen Auswirkungen von Lärm auf die Gesundheit bekannt geworden sind.
In Bauwerken ist der Schallschutz, also der Schutz vor Schallabgabe und Weiterleitung, in hohem Maße abhängig von der Masse des Baumaterials und der Entkopplung verschiedener Konstruktionselemente. Da sich Schall in mechanischen Schwingungen von Bauteilen (z.B. laufen auf einer Holzdecke) oder infolge von Druckwellen in der Luft (z.B. laute Musik) ausbreitet, gilt es, die Weiterleitung über die Übertragungswege möglichst zu unterbinden.

Damit es gar nicht zu einer Weiterleitung von Körperschall über Bauteile (Trittschall) und von Luftschall über Öffnungen und Fugen kommt, ist Schall möglichst an der Schallquelle zu absorbieren. Bei Deckenkonstruktionen mit schwimmendem Estrich sorgt z.B. eine Trittschalldämmung unterhalb des Estrichs für eine Dämpfung der Weiterleitung des Schalles, der durch einen laufenden Menschen (mit klackernden Absätzen) entsteht. Damit es nicht zu einer Kopplung kommt, darf der schwimmende Estrich die darunterliegende Rohdecke nicht berühren.

Zur Dämpfung des Luftschalles sind Stoffe mit großer spezifischer Oberfläche (z.B. Mineralwolle, faserige Strukturen) nötig, die ein hohes Schallschluckvermögen im Raum der Schallquelle haben (Teppiche, Vorhänge, Schallschluckelemente u.a.). Stoffe mit dichter, harter Oberfläche (z.B. Betonwände, Kacheln) haben ein geringes Schallschluckvermögen (hallig). Zur Minderung der Weiterverbreitung von Luftschall (z.B. von einer stark befahrenen Straße) müssen Bauelemente luftdicht eingebaut werden. Gleichzeitig dürfen solche Bauteile (z.B. Fenster und Türen) nicht durch den Luftschall zum Mitschwingen angeregt werden. Daher bestehen z.B. Schallschutzfenster in der Regel aus mehreren Scheiben unterschiedlicher Dicke.

Auch nachträglich lässt sich Schallausbreitung durch Trennflächen behindern. Dazu können federnde Trennwände oder Decken eingebaut werden. Die Schalldämmung eines Bauteiles nimmt mit seinem Flächengewicht zu. Dicke, schwere Wände dämmen den Schall also besser als leichte, dünne Wände.

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