Muss Dämmung wirklich dick sein?
Nein.
Wärmeschutz wird meistens in Zentimetern gedacht. Doch Wärmeübertragung funktioniert komplexer, als es auf den ersten Blick scheint. Drei Widerstände sind relevant.
Der letzte - der Rse-Wert - beinhaltet Konvektion und Strahlung - aber was passiert, wenn sich dieser Wert ändert?
Innen
Außen
Wärmeübergang innen
Die Raumluft überträgt Wärme auf die Wandoberfläche. Dieser Übergang besitzt einen eigenen thermischen Widerstand. Er wird mit Rsi beschrieben.
Wärme durch das Material
Anschließend fließt Wärme durch das Wandmaterial. Sein Widerstand hängt unter anderem von λ und der Materialdicke ab.
Wärmeübergang außen
Die Wärme muss schließlich von der Außenoberfläche an die Außenumgebung übertragen werden. Dieser Anteil wird mit Rse beschrieben.
Eine hauchdünne Beschichtung kann den Wärmetransport verändern.
Das ist kein neues oder exotisches Prinzip. Moderne Wärmeschutzverglasungen verwenden sogenannte Low-E-Beschichtungen.
Diese hauchdünnen, praktisch unsichtbaren Schichten verändern die thermischen Eigenschaften der Glasoberfläche und reduzieren insbesondere den langwelligen Wärmestrahlungsaustausch.
Dadurch kann sich der U-Wert des gesamten Fensters deutlich verbessern – obwohl die Beschichtung selbst extrem dünn ist.
Wärmeschutz entsteht nicht ausschließlich dadurch, dass man mehr Material zwischen warm und kalt bringt. Auch die Eigenschaften einer Oberfläche können beeinflussen, wie Wärme zwischen Bauteil und Umgebung übertragen wird.
Technischer Hintergrund: Das U.S. Department of Energy beschreibt Low-E-Beschichtungen ausdrücklich als Maßnahme zur Reduzierung des U-Faktors. U.S. Department of Energy – Low-E und Fensterleistung
Ein extremes, aber anschauliches Beispiel
10 cm Beton – warum die Oberfläche für den Gesamtwärmeweg überraschend wichtig sein kann.
① Nur das Material
Wir betrachten zunächst ausschließlich die 10 cm dicke Betonschicht.
= 0,10 / 2,0
= 0,05 m²K/W
U = 1 / 0,05
Das ist die Betrachtung der reinen Materialleitung. Die Wärmeübergänge an den beiden Oberflächen fehlen.
② Der gesamte Wärmeweg
Jetzt berücksichtigen wir zusätzlich die Wärmeübergänge an Innen- und Außenoberfläche.
= 0,13 + 0,05 + 0,04
= 0,22 m²K/W
Die Oberflächenwiderstände machen in diesem Beispiel mehr als viermal so viel zusätzlichen Widerstand aus wie die Betonschicht selbst.
Der U-Wert beschreibt den gesamten Wärmeweg: vom Raum über die Innenoberfläche, durch das Bauteil, über die Außenoberfläche bis zur Außenumgebung.
Vereinfacht:
Warum wird trotzdem mit einem festen Rse-Wert gerechnet?
In der standardisierten U-Wert-Berechnung können die tatsächlichen Wärmeübergangsbedingungen nicht für jedes Gebäude, jede Stunde, jede Windgeschwindigkeit, jede Oberflächentemperatur und jede Strahlungsumgebung vollständig neu berechnet werden.
Deshalb arbeitet die Bauphysik für die Standardberechnung mit definierten Referenzbedingungen und normierten Oberflächenwiderständen.
Die Norm legt Verfahren zur Berechnung des Wärmedurchlasswiderstands und des Wärmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen fest und verwendet dafür standardisierte Randbedingungen bzw. Oberflächenwiderstände.
Der häufig verwendete Wert Rse = 0,04 m²K/W ist daher ein normativer Referenzwert für die Standardberechnung – kein universelles Naturgesetz, das unter allen realen Außenbedingungen exakt gleich bleibt.
Und genau hier wird es für Oberflächenbeschichtungen interessant.
Wenn die thermischen Eigenschaften einer Außenoberfläche verändert werden, verändert sich nicht nur eine zusätzliche Materialschicht. Es können sich auch die thermischen Randbedingungen der Oberfläche gegenüber Luft, Strahlung und Solarstrahlung verändern.
Die entscheidende Frage ist deshalb nicht nur: „Wie dick ist die Schicht?“ Sondern auch: „Wie verändert sich der gesamte Wärmeweg?“
λ 0,70 W/(m·K)
– W/m²
– W/m²