Blog zum gesunden Bauen und Wohnen

Die 8 energierelevanten Faktoren der Aussenwand

– Aufgelistet in absteigender Folge nach ihrer Wichtigkeit – nach Bossert –

Plant ein Architekt eine Aussenwand, so sollte er 24 unterschiedliche Dinge wie Ästhetik, Preis etc. beachten, 8 davon sind energierelevant!

1. Die Wanddicke

Die Wanddicke führt über die Zeitkonstante (Tau) Ï„ x 0,5 log n zur Halbwertszeit. Die Halbwertszeit ist ein qualitativer Wert. Sie gibt an, in welcher Zeit der Wärmeinhalt einer Wand bei „freier“ Auskühlung abnimmt.
Weil die Wanddicke im Quadrat über der Temperaturleitzahl in die Formel eingeht, bildet sie einer der wichtigsten Energie-Faktoren einer Aussenwand!
(Dr. habil. Georg Hofbauer, Gesundheitsingenieur, 29. März 1941)

Konstante für Halbwertszeit „k“ bei 0°C    k = 0,5 x log. n = 0,347

Beispiel:
Zwei Wände mit gleichem Flächengewicht und gleichem U-Wert:
a = λ / Ï‚ x c = 0,1 W/mK / 0,03 Wh/kgK x 1500 kg/m³Â = 0,002 m²/h (Diese Konstruktionen könnte man sogar „hinbasteln“)

Wand W1: d = 25 cm; d²Â = 0,0625 m²

Wand W2: d = 50 cm; d²Â = 0,25 m²

Fazit: Bei doppelter Wanddicke ist die Halbwertszeit 4 mal höher!!!

2. Die Wärmespeicherfähigkeit

Anhand von Energie-Verbrauchs-Analysen (EVA) ist beobachtbar, dass ein Flächengewicht von 700 (39 cm Vollziegel verputzt) bis 1’000 kg/m²Â (54 cm Vollziegel verputzt) energetisch von Vorteil ist.

Gebäude mit derartigen Wänden haben einen Netto-Energieverbrauch von Qh = 20 kWh/m³a (siehe Gesundheits-Ingenieur 1925 bis 1927).

3. Strahlungsaufnahmefähigkeit / Farbe

Strahlungsabsorptionsmessungen sind zur Zeit nur für den sichtbaren Teil des Lichts erhältlich. Wie die Infrarotstrahlung in einem Bauteil ankommt und wie sie ausgenützt werden kann, weiss niemand. Es ist anzunehmen, dass in der gemessenen Globalstrahlung – bestehend aus direkter und diffuser Strahlung – das IR möglicherweise enthalten ist.
Es ist m.E. aber unzulässig, Strahlungsprozente aus gemessenen Anteilen des sichtbaren Lichtes mit der gemessenen Globalstrahlung zu multiplizieren und so eine Strahlungsabsorptionsmenge zu bestimmen.

Zusammenhänge:
Verputze auf Aussendämmungen müssen – damit sie nicht reissen – einen hellen Farbton aufweisen und meistens handelt es sich um einen sogenannten Kunststoffputz mit einer:

Auf massiven Wänden hingegen können durchgefärbte Kalkputze mit dunkler Einfärbung appliziert werden:

4. Die Oberflächenstruktur

Je nach Oberflächenstruktur kann eine Fassadenfläche mehr oder weniger Strahlung aufnehmen. Lisenen, Gewände und Gesimse bilden zwar so genannte geometrische Wärmebrücken. Sie nehmen jedoch auch auf allen Seiten Strahlung auf. Gleiches gilt für Putze. Rohe Putze haben eine grössere Oberfläche als feine Putze und können deshalb mehr Sonnenstrahlung aufnehmen. Bis heute gibt es nur mathematisch ermittelte Wärmebrückenkataloge, beruhend auf stationären Theorien von innen nach aussen. Experimentelle Messungen und instationäre Wärmebrücken-Theorien existieren zur Zeit nicht.

5. Feuchtigkeit / Sorptionsfähigkeit

Die „offizielle“ Bauphysik nimmt an, dass im Winter die Raumfeuchtigkeit im innern der Wände kondensiert (Kondensationsperiode) und diese dann im nächsten Sommer wieder austrocknet (Austrocknungsperiode). Aus den experimentellen Untersuchungen von ETH-Prof. und EMPA-Chef Paul Haller aus den Jahren 1953 bis 1958, geht aber eindeutig hervor, dass Aussenwände im Sommer generell nass sind und in den Wintermonaten austrocknen. Die Angaben im Berechnungsprogramm WUFI sind deshalb falsch. Experimente zu WUFI existieren nicht!

Es kann auch aus den Untersuchungen der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt EMPA entnommen werden, dass sich die von Aussenwänden aufgenommene Feuchtigkeit im Herbst und Frühjahr positiv auf den Energiehaushalt auswirkt, weil die eingedrungene Feuchtigkeit die Wärmespeicherfähigkeit im Aussenbereich von Wänden erhöht und somit die solare Zustrahlung bereits auf niederstem Niveau energiewirksam wird.

Eine Aussenwand kann somit aussen kalt und feucht und bei normaler innerer Beheizung auf 20 °C, innen warm und trocken sein!

Hypothese: Die um die Feuchtigkeit erhöhte Wärmespeicherfähigkeit übertrifft in ihrer Wirkung den negativen Aspekt des angeblich grösseren Wärmeverlustes der Wand infolge besserer Wärmeleitung.

Aus den Experimenten von Haller sind keine quantitativen Energieeinsparungen errechenbar.

6. Wärmeleitung > U-Wert (alt k-Wert)

Der U-Wert bildet bei nicht bestrahlten Bauteilen wie: Kellerdecke, Dachdecke und Rohrdämmungen etc. zweifelsfrei die relevante Energiespargrösse, wobei in zweiter Linie wiederum die Materialdicke und anschliessend die Wärmespeicherfähigkeit zum tragen kommt. Bei Aussenwänden aber, fehlt jedoch bis heute jegliche Korrelation in Bezug zum messbaren Energieverbrauch.

Das stellte auch ETH-Professor Max Hottinger in den 40-er Jahren fest. Die nach ihm benannte Hottinger-Formel lautete:

Q = Wirkungsgrad x Fläche x Temperaturdifferenz x k-Wert x Gleichzeitigkeitsfaktor plus zusätzlich noch ein paar weitere unwichtige Faktoren.

Der Gleichzeitigkeitsfaktor betrug für Bauten mit Wandstärken mit Vollziegeln von 40 bis 50 cm = 0,5 !

Q = µ x F x T x k x 0,5 µ = 0,45 x m²Â x K x W/m²K x 0,5

7. Wärmebrücken

Generell gilt die Argumentation von Faktor: 4. „Die Oberflächenstruktur.“ Im Wesentlichen sind energetisch negative Wärmebrückenwirkungen bei Aussenecken, Wandanschlüssen zu Fassaden, bei Deckenauflagern und auskragenden Bauteilen zu beachten. Das trifft aber nur auf aussengedämmte Konstruktionen mit geringer Innenwandstärke und mit niedrigem Flächengewicht zu. Meistens kommt es bei diesen Schwachstellen zu Kondensatausfall mit Schimmelpilz. Vermutlich spielt auch hier die Wanddicke gemäss Faktor: 1. „Die Wanddicke“ die entscheidende Rolle. Unterschreitet die Wanddicke eine bestimmte Grösse, wird die exponentielle Auskühlung beschleunigt.
Bei dicken massiven Wänden von 40 bis 50 cm sind diese Nachteile nicht beobachtbar. Würde man aber bei einem Jugendstil-Haus die Entwärmung nach der aktuellen Wärmebrückentheorie berechnen, so entsteht alleine aus Lisenen, Gewänden und Gesimsen ein derart hoher Energiebedarf, dass mit den Fenster-, Wand-, Boden- und Dachflächen ein um das vielfache höherer Energieverbrauch entsteht, als er in der Wirklichkeit beobachtbar ist. Offizielle, reale Messungen bestehen hierzu nicht.

8. Die Wärmeeindring-Geschwindigkeit

Die Wärmeeindring-Geschwindigkeit leitet sich von der „Eindringzahl“ b ab. Wattstunden pro Quadratmeter mal °Celsius mal Wurzel aus der Zeit. Normale Baustoffe haben b-Werte von 700 bis 2000 J/m²Â K (Wurzel aus) s

Generell hängt die Wärmeeindring-Geschwindigkeit vom Flächengewicht, der Wanddicke und der Aussenstruktur des Wandbaustoffes ab. Hat die Wand infolge zu hoher Porosität, einem allzu niedrigen Flächengewicht oder zu weit auseinanderliegenden Verbund-Stegen mit geringer Dicke (Schlitzlochsteine) einen zu grossen Wärmeeindring-Widerstand, so lässt sich beispielsweise die eingestrahlte Sonnenenergie nur in geringem Umfang nutzen. Es herrscht eine Wärmedepression! Erstmals wurden diese Zusammenhänge im Februar 1982 bei Messungen am Justus Knecht Gymnasium in Bruchsal beobachtet. Die Ergebnisse wurden in der Folge als „Bruchsaler-Messung“ publiziert und baugeschichtlich festgehalten. Grundlagenforschungen dazu bestehen nicht.

Falsch verstandener Reduktionismus führt zum „Schichtendenken“! Die“Trag-, Dämm- und Wetter-Schichten“ sind letztendlich wieder ganzheitlich zu betrachten. Vermutlich bildet die einschalige Wand – infolge der besten Temperaturverwaltung – die idealste Wandkonstruktion!

CH-8955 Oetwil a.d. Limmat, 18.06.2003
Arch. & Ing. Paul Bossert
www.universe-architecture.com
e-mail: paul.bossert@greenmail.ch

Auszug

Biologische Schäden an Bauteilen treten nur dann auf, wenn genügend Feuchtigkeit, eine geeignete Nahrung und ein optimaler Temperaturbereich vorliegen. Oft sind sehr schmale Grenzen zwischen Schadenfreiheit und Schädigung zu beobachten. Eine höhere Feuchtigkeit bei niedriger Temperatur muss nicht zwangsweise zu einer Schädigung führen. Dagegen kann bei gleicher oder sogar niedrigerer relativer Feuchte aber bei Zimmertemperatur eine biologische Schädigung auftreten. Dieser Zusammenhang wird in einem verallgemeinerten

Neben dem oft kritisierten eindimensionalen Glaser-Verfahren, welches Kapillartransporte, Sorptionseigenschaften und Einflüsse realer baulicher und klimatischer Randbedingungen nicht berücksichtigt, gibt es zahlreiche Modellansätze, die mehrdimensionale und instationäre Transportvorgänge in kapillar porösen Baustoffen berechnen. Die thermodynamisch miteinander gekoppelten Wärme- und Feuchtetransportvorgänge finden gleichzeitig statt und beeinflussen sich gegenseitig. Enthalpieströme der Feuchtefelder sowie die Phasenänderung des Wassers beeinflussen die Wärmespeicherfähigkeit sowie die Wärmeleitfähigkeit und somit den Wärmetransport. In der Literatur werden verschieden numerische Berechnungsverfahren beschrieben. [1] [7]
So werden bei der Berechnung des Wärmetransportes bei KÃœNZEL die „…Wärmeleitung und Enthalpieströme durch Feuchtebewegung mit Phasenveränderung sowie die kurzwellige Sonnenstrahlung berücksichtigt.“ [8]

Im Forschungsbericht zur hygrothermischen Untersuchung an Balkenköpfen … kommt man zu folgender Schlussfolgerung „Grundsätzlich bleibt festzustellen, dass bei der numerischen Simulation gekoppelter Temperatur- und Feuchtefelder in Baustoffen und Bauelementen derzeit die realitätsnahe Kopplung strömungstechnischer Vorgänge mit den Temperaturvorgängen in Materialien außerordentlich große Schwierigkeiten bereitet. Eine praktikable Schnittstelle vorhandener Software für beide Bereiche (z. B. „DELPHIN“, „WUFI“-„Fluent“) existiert nicht.

Quelle:
[1]Kießl, Kurt; Kapillare und dampfförmiger Feuchtetransport in mehrschichtigen Bauteilen. Rechnerische Erfassung und bauphysikalische Anwendung, Dissertation, Universität Gesamthochschule Essen 1983

[2] Häupl, Peter; Stopp, Horst; Feuchtetransport in Baustoffen und Bauwerksteilen Dissertation, Technische Universität Dresden 1987

[3] Philip, J.R.; De Vries, D.A.; Moisture movements in porous materials under temperature gradients, Transaction American Geophysical Union, Heft 2 (1957) S. 222-232

[4] Pedersen, C.R.; Combined heat and moisture transfer in building construction, Dissertation Technische Universität Dänemark, Lyngby 1998

[5] Radu, A. Vornicu, T.; Zweidimensionale Berechnung der Wärmeleit- und Wasserdampfdiffusionsvorgänge in Außenbauteilen, Bauphysik, Heft 1 (1988), S. 17-23

[6] Bednar, T.; Beurteilung des feuchte- und wärmetechnischen Verhaltens von Bauteilen und Gebäuden –Weiterentwicklung der Meß- und Rechenverfahren, Dissertation 2000, Technische Universität Wien

[7] Anderseeon, A.; Computer programs for tow-dimensional heat, moisture air flow. Division of Building Technology, Lund, Instiute of Technology Report TVBH-3005, Schweden 1981

[8] Künzel, Hartwig M.; Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransport in Bauteilen mit einfachen Kennwerten, Diss 1994 , Universität Stuttgart, Fakultät Bauingenieur- und Vermessungswesen, S. 8, 64

[9] Gnoth, Steffen; Hansel, Frank; Jurk, Kasten; Toepel, Torsten; Strangfeld, Peter; Hygrothermische Untersuchung der Balkenköpfe von Einschubdecken bei innengedämmten Außenwänden unter Einbeziehung der Heizungstechnik, Heizungstechnisch gestützte kapillaraktive Innendämmung bei Holzbalkendecken , 2003, Fraunhofer IRB Verlag, S. 104