Wärmespeicherfähigkeit

Was verbirgt sich hinter der Wärmespeicherfähigkeit der inneren Schichten, die im Tabreiter „Hitzeschutz“ angegeben wird? Bei einer Verdoppelung der Wandstärke erhöht sich die Wärmespeicherfähigkeit auf mehr als das Doppelte. Warum?

Der angezeigte Wert gibt an, wie viel Wärmeenergie notwendig ist, um die Raumtemperatur bei konstanter Außentemperatur um 1°C zu erhöhen. An diesem Wert sehen Sie schnell, ob Ihre Konstruktion mehr in Richtung Baracke (ca. 10kJ/m²K) oder oder Trutzburg (>500kJ/m²K) tendiert: Kleine Werte stehen für schnelles Aufheizen aber auch schnelles Auskühlen der Räume. Bei großen Werten ist eine sehr hohe Energiemenge notwendig, um den Raum aufzuheizen. Eine gute Konstruktion liegt in der Regel zwischen diesen beiden Extremen.

Da der Wert nur für konstante Außentemperatur gilt, ist er zur Beurteilung des sommerlichen Hitzeschutzes nicht geeignet.

Berechnungsverfahren

Bei der Berechnung dieses Wertes wird der Temperaturverlauf innerhalb der Konstruktion für zwei verschiedene Raumtemperaturen berechnet, die sich um 1°C unterscheiden, jeweils für den statischen Fall (t→∞). Mit Hilfe dieser beiden Kurven wird die mittlere Temperaturänderung dT für jede einzelne Schicht – und daraus die in der Schicht deponierte Wärmemenge berechnet.

dQ = dT * Dichte * spez.Wärmekapazität * Dicke.

Da die Außentemperatur festgehalten wird, ist die Temperaturerhöhung der innen liegenden Schichten am größten. Es tragen also hauptsächlich die inneren Schichten bei.

Dieser Sachverhalt lässt sich leicht grafisch veranschaulichen. In den folgenden Abbildungen sind die beiden Temperaturkurven eingezeichnet; um den Effekt deutlicher hervorzuheben für eine Temperaturdifferenz von 5°C. Die zwischen den beiden Kurven liegende Fläche entspricht der Wärmemenge, die für die Temperaturerhöhung notwendig ist (genau genommen entspricht dies dT*Schichtdicke und muss noch mit Dichte und spezifischer Wärmekapazität multipliziert werden, um die Wärmeenergie zu erhalten):

Wärmespeicherfähigkeit von 20cm Beton

Deutlich zu sehen ist, wie die Temperaturerhöhung von innen nach außen abnimmt, und: Obwohl die Raumlufttemperatur um 5°C erhöht wurde, erhöht sich die innere Wandoberflächentemperatur nur um 2,5°C. Ursache ist der Wärmeübergangswiderstand, der für die Differenz Lufttemperatur-Oberflächentemperatur verantwortlich ist.

Wärmespeicherfähigkeit von 40cm Beton

Verdoppelt man die Dicke des Betons, so spielt der Wärmeübergangswiderstand im Vergleich zum Beton eine geringere Rolle und die Temperaturdifferenz an der Wandoberfläche steigt auf 3,2°C. Deshalb steigt die Wärmespeicherfähigkeit von 43 Wh/m²K auf mehr als das Doppelte: 100 Wh/m²K.

Wärmespeicherfähigkeit von 20cm Beton mit Außendämmung

Eine außen liegende Dämmschicht bewirkt, dass fast die gesamte Temperaturdifferenz zwischen Raum- und Außenluft in der Wärmedämmung abfällt. Die Temperatur der gesamten Betonschicht entspricht in etwa der Raumtemperatur und macht deren Schwankungen fast vollständig mit. Im Ergebnis liegt die Speicherfähigkeit der 20cm dicken, gedämmten Betonwand deutlich über der 40cm dicken, ungedämmten Wand. Die Speicherfähigkeit der Dämmung selbst spielt in diesem Beispiel wegen ihrer wesentlich geringeren Dichte nur eine vernachlässigbare Rolle.

Wärmespeicherfähigkeit von 20cm Beton mit Innendämmung

Eine Innendämmung bewirkt das genaue Gegenteil: Die Temperaturdifferenz fällt in der innersten Schicht ab, die Temperatur des Betons bleibt fast auf dem Niveau der Außentemperatur. Die Betonschicht nimmt kaum Wärmeenergie auf und entsprechend niedrig fällt die Wärmespeicherfähigkeit aus: Nur 7 Wh/m²K.

6 Kommentare

  1. die Beschreibungen wären meine ich verständlicher, wenn die Ergebnisse auch rechnerisch dargestellt wären.

  2. Hallo Herr Plag,
    für die oben angegebene Formel für dQ, insbesondere die Bedeutung bzw. Ermittlung von dT suche ich ganz verzweifelt weiteren Quellen. Denn ich habe eine andere Darstellung gefunden, die mir wenig einleuchtet- Ich hätte gern mehr Sicherheit bei der Benutzung der von Ihnen angegebenen Formel durch Vergleich mit anderen, soliden Quellen.
    Vielen Dank im Voraus
    Harald Meyer-Soenke

  3. Das folgt aus der Definition der spezifischen Wärmekapazität, nämlich: Energie pro Masse und pro Temperaturdifferenz, mit den Einheiten J/(kg*K) also Joule (Energie) pro kg (Masse) und pro Kelvin (Temperaturdifferenz).
    Wenn Sie dies mit

    dT (Temperaturdifferenz)

    und

    Dichte * Dicke (dies entspricht Masse pro Fläche)

    multiplizieren, fallen Temperaturdifferenz und Masse heraus und Sie erhalten Energie pro Fläche was hier mit dQ bezeichnet wurde.

  4. Mir fehlt der Faktor Einstrahlung auf die Aussenseite – also die dynamische Betrachtung. Die Strahlungsgewinne von aussen bei einer massiven Wand ohne Dämmung ändern ja den Temperaturverlauf in der Wand. Findet sich dazu bei Ihnen etwas?

  5. Wenn ich Kerndämmung habe, wie kann ich die Temperaturdifferenz im Sommer und Winter für beide Seiten berechnen.

  6. Bitte die Frage präzisieren, mir ist unklar was Sie meinen.

    Grüße
    Ralf Plag

Kommentar hinterlassen

Bitte nur Kommentare, die diesen Artikel direkt betreffen. Fragen zu Ihrem Bauvorhaben bzw. Ihrer Sanierung werden hier nicht beantwortet!

E-Mail Adresse wird nicht veröffentlicht.


*