Fassadenisolierung

8. Wärmeakkumulation im isolierten Mauerwerk – kürzere Heizsaison

In der geltenden bauthermischen Norm ČSN 73 0540-2 werden keine konkreten Anforderungen an die Höhe der Wärmeakkumulation an den Außenwänden gestellt. Für Gebäude mit leichten Außenwänden wird jedoch ein niedrigerer Wärmedurchgangskoeffizient gefordert als bei massiven Wänden.

Grund dafür ist die geringe Wärmeakkumulationsfähigkeit leichter Wände, die aus ihrer geringen Wärmekapazität resultiert. Bei einer Unterbrechung der Wärmelieferung oder bei einem plötzlichen Absinken der Außentemperatur droht bei Gebäuden mit leichten Wänden die Gefahr eines Absinkens der inneren Oberflächentemperatur unter den geforderten Wert und damit das Risiko einer Kondensation von Wasserdampf. Durch einen höheren Wärmewiderstand bei leichten Wänden soll gewährleistet werden, dass die Wärme, die an den erwärmten Stellen der Außenwand (und in der Innenluft) nur in kleinen Mengen enthalten ist, so lange wie möglich im Inneren des Gebäudes gehalten wird und dass die Innenwände langsamer abkühlen.

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Eine als Maß für die Wärmeakkumulationsfähigkeit einschichtigen Mauerwerks geeignete Größe ist in Quelle [3] und mit Verweis auf [3] in Quelle [4] angeführt (s. Quellenangaben am Ende des Artikels) . Dort wird analytisch der zeitliche Verlauf beim Abkühlen eines in der Wand befindlichen Temperaturfeldes berechnet. Dieses wird anhand der Superposition einer unendlichen Reihe von gedämpften harmonischen Raumwärmewellen beschrieben, von denen jede eine partielle Lösung der auf diesen Fall angewendeten Wärmeleitungsgleichung darstellt3. Die Dämpfungskonstante der Wellen steht in reziprokem Verhältnis zu der gesuchten Größe, die in Quelle [4] als Wärmeakkumulationskennwert(UTA) bezeichnet wird und eine zeitliche Dimension hat. Es gilt:

wobei, l (W•K-1•m-1) der Wärmeleitkoeffizient ist, d (m) die Schichtstärke, r (kg•m-3) die Dichte, c (J•kg-1•K-1) die spezifische Wärmekapazität des Mauerwerks unda = r•c (m2•s-1) die Wärmeleitfähigkeit.

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Eine einfache Untersuchung liegt der in Quelle [5] definierten Relaxationszeitt0 zugrunde, die bei einschichtigem Mauerwerk die Hälfte des Wärmeakkumulationskennwerts (UTA) beträgt. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde das Absinken der Temperatur an den Innenoberflächen der Wände aufgrund der Verringerung des Wärmegehalts in der Wandkonstruktion kurze Zeit nach Unterbrechung der Wärmeströmung auf der Innenoberfläche berechnet. Dabei wurde von einer während dieser Zeit unveränderten Wärmeströmung auf der Außenoberfläche der Wand sowie von einer stabilen Bedingungen entsprechenden Temperaturverteilung in der Wandkonstruktion ausgegangen. Die Anfangsgeschwindigkeit bei der Abkühlung der Innenoberfläche verhält sich dann umgekehrt proportional zur Relaxationszeitt0 , für welche gilt:

Die Bezeichnung „Relaxationszeit" wird verwendet, weil diese Größe eine physikalische Dimension in der Zeit hat und weil sie die Zeit bestimmt, nach der die Wand in neue stabile Bedingungen übergeht, d.h. „relaxiert". Darüber hinaus lässt sich Relaxationszeit für mehrschichtige Zusammensetzungen auch in einfacher Weise ermitteln - ohne komplizierte Fourier-Analyse des Temperaturfeldes in gedämpfte monochromatische Wärmewellen in nichthomogener geschichteter Umgebung. Für eine zweischichtige Wand gilt:

Aus der hohen Wärmeakkumulationsfähigkeit der Außenwand, d.h. aus ihrem guten Beharrungsvermögen, resultiert eine Verkürzung der Heizsaison und damit auch eine reale Einsparung der Betriebskosten für Wärme. Wie z.B. in Quelle [2] angeführt, verringert sich bei einem nächtlichen Absinken der Temperatur auf 7 °C die Innentemperatur nur von 21 ° C auf 20,4°C. Ein solches Haus kann auch mehrtätige nächtliche Temperaturstürze oder Morgenfröste ohne Einschalten des Heizsystems überdauern. Die hohe Wärmeakkumulation ermöglicht eine Verkürzung der Heizsaison auf 154 Tage gegenüber 182 und mehr Tagen bei leichten, nichtakkumulierenden Bauwerken (laut Messungen, die an Probehäusern im deutschen Darmstadt vorgenommen wurden, s. Tab. in Quelle [2]).

Tab. 2: Wärmeakkumulationseigenschaften der beurteilten Wandzusammensetzungen, ausgedrückt in Relaxationszeiten