Einfluss der Feuchtigkeit auf den Wärmedurchgangskoeffizienten U

Jedes feste Material enthält eine bestimmte Menge Feuchtigkeit. Die Menge der Feuchtigkeit in der Baustruktur wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, wie zum Beispiel die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, die Porosität und der Durchmesser der Poren des Materials, die Form ihrer Wände und so weiter. Wir werden uns ansehen, wie Feuchtigkeit die Baumaterialien und ihre wärmeisolierenden Eigenschaften beeinflusst.

Das Dämmsystem ClimateCoating ISOTEX kann den Einfluss von Feuchtigkeit auf die Baustruktur erheblich verringern. Dank der einzigartigen Eigenschaften des Wärmeisolierputzes, seiner speziellen Komponenten und der Nanotechnologie im Thermokeramikbeschichtungsanstrich ClimateCoating reguliert Feuchtigkeit in der Mauerwerksstruktur, d.h. es hält das Mauerwerk stets trocken. Es reduziert Feuchtigkeit in der Struktur, ihren Durchgang, Speicherung und Entfernung der Kondensation in Richtung der Außenseite, schützt vor Regen und ermöglicht Feuchtigkeitsverdunstung sogar an kalten Tagen. Beide Komponenten des Systems sind dampfdurchlässig.

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ClimateCoating ISOTEX

ClimateCoating ISOTEX

ClimateCoating ISOTEX ist ein System zur Renovierung von Fassaden. Es ist eine Kombination aus dem IsoTex R70 Isolierputz und einer Oberflächenbehandlung mit der Technologie ClimateCoating ThermoProtect. Besonderheit ist die Energieeinsparung durch die Verringerung der Wärmeverluste durch die Außenwände.

Der Putz lässt sich leicht mit einer Putzmaschine (oder manuell) auftragen, und ClimateCoating ThermoProtect ist technisch gesehen eine Emulsionsfarbe, die aufgetragen, gerollt oder gespritzt werden kann. Es handelt sich also um ein Renovierungssystem, das auch für Heimwerker geeignet ist.

Wärmeisolierputz ISOTEX R70

IsoTex R70 ist ein mineralischer Außenputz gemäß der Norm EN 998-1:2016, der als CSI, W2 und T1 klassifiziert wird. CSI bedeutet, dass die Druckfestigkeit nach 28 Tagen zwischen 0,4 und 2,5 N/mm2 liegt. Dieser Wert ist besonders für Fachleute interessant. Aufgrund der Korngröße handelt es sich um einen relativ weichen Putz. Wichtig und für den Hausbesitzer verständlich sind die W- und T-Werte des Putzes, die die Wasseraufnahme und die Wärmeleitfähigkeit des Putzes angeben.

Die Wärmeleitfähigkeit des Putzes IsoTex R70 T1 beträgt 0,077 < 0,10 W/mK. Zum Vergleich: Außenputze haben Werte zwischen 0,85 W/mK (Kalkmörtel) und 1,40 W/mK (Zementmörtel) abhängig vom Zementgehalt. Es gibt also einen klaren Unterschied zu herkömmlichen Putzen und einen Grund, warum IsoTex R70 als Wärmeisolierputz klassifiziert werden sollte. Zum Vergleich: Holz, das eine gute Kombination aus Wärmeisolierung und -speicherung aufweist, hat etwa 0,13 W/mK, während 0,032 W/mK derzeit der Standard für Polystyrol ist.

Wärmedurchgangskoeffizient U

Wärmeleitfähigkeit λ (oder auch: der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ) ist der berechnete Wert, der im Labor getestet wird, um für Berechnungen der Wärmeisolierung verwendet zu werden: zusammen mit der Dicke der Bauteile (d) und den Übergangswiderständen R im Innen- und Außenbereich wird der bekannte und beworbene Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten U berechnet.

Die Aussage ist einfach: der U-Wert sollte niedrig sein, damit die Wärme im Winter nicht so schnell aus dem Inneren des Gebäudes nach außen entweicht. Dies wird durch einen höheren Wärmewiderstand erreicht: entweder durch dickere Wände oder durch Baustoffe mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Rekorde beim U-Wert können daher nur mit Isoliermaterialien erreicht werden – zumindest mathematisch führt dies zu überraschenden Energieeinsparungen.

Kapillare Wasseraufnahme

Die Wasseraufnahme W_C ist auch ein wichtiger Wert zur Klassifizierung der Eigenschaften von festen Mörtelmischungen gemäß der Norm EN 998-1. Der Index C wurde eingeführt, um eine Verwechslung mit der Permeabilität für Flüssigwasser W1 bis W3 für Außenputze mit organischen Bindemitteln zu vermeiden. Für W_C 0 wird die kapillare Wasseraufnahme nicht angegeben. Die kapillare Wasseraufnahme ist für W_C 1 C ≤ 0,40 kg/(m² – min0,5), für W_C 2 beträgt dieser Wert nur 0,20.

Das ist schwer vorstellbar. Der einfachste Weg, die kapillare Wasseraufnahme zu beobachten, ist, ein Stück Würfelzucker in Kaffee zu halten: Die Flüssigkeit wird kapillar aufgenommen. Im Labor geschieht dies auf ähnliche Weise: Ein Würfel der Probe wird verschlossen und mit der freien Seite nach unten getaucht. Nach einer bestimmten Zeit wird das Gewicht des aufgenommenen Wassers ermittelt und der standardisierte Wert der Wasseraufnahme erhalten.

Es ist klar, dass der Wert der kapillaren Wasseraufnahme bei Außenputzen niedrig sein sollte. Die praktische Bedeutung ergibt sich daraus, dass die Fassade während des Regens nass wird. Regenwasser gelangt in die Wand, wird vom Putz aufgenommen und in das Wandmaterial (z.B. Ziegel oder Porenbeton) übertragen. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit der Wand erhöht und der Wärmewiderstand verringert. Infolgedessen ist eine stärkere Beheizung erforderlich.

Wasserverdunstung

Mit der Zeit wird Wasser durch Verdunstung in die Außenluft abgegeben. Dieser Prozess führt zu Energieverlusten in der Wand durch Verdunstung bei kaltem Wetter, der durch Heizung ausgeglichen werden muss. Experten nennen diese Energiemenge die Entalpie des Regens. Dieser Wert wird in den Normen für Wärmeisolierung nicht berücksichtigt.

Abb.: Stationäre Wärmebilanz im Winterhalbjahr. Wenn die Wand austrocknet, tritt Kühlung durch Verdunstung auf.

Der Graph stammt aus der Dissertation von Künzel („Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten“, Dissertation genehmigt von der Fakultät für Bauwesen und Geodäsie der Universität Stuttgart zur Verleihung des Doktorgrads der technischen Wissenschaften (Dr.-Ing.), vorgelegt von Dipl.-Ing. Hartwig M. Künzel aus Tegernsee, Institut für Bauphysik der Universität Stuttgart, 1994).

Beachten Sie das Verhältnis der Entalpie des Regenwassers und der Verdunstung zum übertragenen Wärmefluss = 32,2 zu 8,5 = 3,8 zu 1.

Wasserdampf

Eine weitere Quelle der Feuchtigkeitsaufnahme durch die Wand ist der Wasserdampf, der in der Luft im Inneren des Gebäudes enthalten ist. Zur Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit verwenden wir ein Hygrometer. Diese hängt von der Raumtemperatur und der Menge des Wasserdampfs ab, das Optimum liegt bei 50 %, bei 70 % wird das kritische Spannungsfeld erreicht, bei dem Schimmelbildung auftreten kann.

Während der Heizperiode ist der Wasserdampfdruckgradient die meiste Zeit von innen nach außen gerichtet, da die Außenluft trockener ist als die Luft im Raum. Zum Beispiel ist bei 90 % relativer Luftfeuchtigkeit bei +5 °C die Menge an Wasserdampf in g/m³ kleiner als bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit bei 22 °C. Der äußere Wasserdampfdruckgradient existiert zusammen mit dem äußeren Temperaturgradienten. Die Wärme wird über die Wand abgeführt, und es erfolgt zudem eine Diffusion von Wasserdampf.

Der Wärmewiderstand der Außenwände bestimmt, wie viel Wärme verloren geht, was durch verstärkte Beheizung ausgeglichen werden muss. Wenn die Diffusion erschwert wird, weil die Moleküle auf dichtere Schichten treffen oder weil in einem kühlen Bereich der Außenwand Kondensation auftritt, steigt die Wärmeleitfähigkeit der Wand und die Isolierfähigkeit der Wand verringert sich.

Es gibt eine alte Bauvorschrift, die sich über Jahrhunderte bewährt hat: Baue mit größerer Diffusion von innen nach außen. Heute wird diese Vorschrift allgemein als anerkannte technologische Regel bezeichnet – sie wird nur in bestimmten Fällen durch Normen verletzt. Aus der Perspektive der Außenwand bedeutet dies: Die Schicht, die ich auf die Außenwand aufbringe, sollte diffusionsoffener sein als die Wand selbst.

Kondensation von Wasser

Der Wert des Diffusionswiderstandes von Wasserdampf µ dient als Vergleichs- und berechneter Wert. Es hat keine Einheit, und für Isotex R70 beträgt µ = 7,6. Wenn Sie die Schichtdicke hinzufügen, können Sie den Wert sd berechnen. Dies wird durch numerische Beispiele veranschaulicht:

Ziegelwand 1600	0,365 m	µ = 16	sd = 5,84 m
Porenbeton 800	0,365 m	µ = 10	sd = 3,65 m
Kalziumsandstein	0,365 m	µ = 20	sd = 7,30 m
8 cm Isotex R70	0,080 m	µ = 7	sd = 0,56 m
10 cm Isotex R70	0,100 m	µ = 7	sd = 0,70 m
16 cm Polystyrol	0,160 m	µ = 60	sd = 9,64 m

Es ist nicht notwendig, „Bauphysik“ zu studieren, um zu erkennen, dass bei bestimmten Kombinationen Probleme auftreten. Dies kann mit einer Software mathematisch nachgewiesen werden, die Kondensation nach der Verglasungsmethode berechnet. In Deutschland sind normative Spezifikationen in der Norm DIN 4108 Teil 3 aufgeführt. Laut dieser Norm ist Kondensation unbedenklich, wenn die Erhöhung der Feuchtigkeit der Baumaterialien die Wärmedämmung und die Stabilität der Bauelemente nicht gefährdet.

In Dach- und Wandkonstruktionen kann maximal 1,0 kg/m² kondensiertes Wasser entstehen. Wenn in einem Bauelement Schichten vorhanden sind, die kein Wasser durch kapillare Wirkung aufnehmen können, darf die Menge des kondensierten Wassers 0,5 kg/m² nicht überschreiten. Dazu gehören Folien, Metalle, gewöhnlicher Beton sowie Dämmungen aus Mineralwolle und Schaumkunststoffen (EPS, XPS oder PU).

Im Laufe des Jahres sollte die Menge der Verdunstung größer sein als die Menge der Kondensation. Das bedeutet, dass die Wand während der Heizperiode in feuchtem Zustand ist. Dieser standardisierte Ansatz widerspricht der langfristig beobachteten trockenen Heizung (trockenes Wohnen im 19. / frühen 20. Jahrhundert).

Stellen wir uns nun eine trockene Wand vor, die 7 m lang und 2,86 m hoch ist, in die oben 10 l Wasser gegossen werden – rein symbolisch. Es sollte uns nicht überraschen, dass die übergossene Wand nicht so gut isoliert wie die trockene Wand.

Monolithische Wände in festen Konstruktionen sind im Allgemeinen ohne Kondensation. Dass die Wärmedämmung unter einer Wandstärke von 30 oder 36,5 cm unzureichend ist, ist eine andere Frage. Dies passiert normalerweise nicht. Der Hausbesitzer steht nun vor der Frage: Was soll ich auf die Außenwand aufbringen, um den Energieverbrauch für Heizung zu senken, ohne dass die Wand durch Kondensation feucht wird?

Abb.: Übersicht der berechneten U-Werte, Isotex mit λ = 0,1 W/mK berechnet

Die Grafik zeigt eine Zusammenstellung der berechneten U-Werte, die mit dem Berechnungswerkzeug Calculus berechnet wurden: Wand im Originalzustand, Wand mit Wärmeisolierputz Isotex R70 mit einer Dicke von 4 / 6 / 8 cm und am Ende ergänzt durch eine Oberflächenbehandlung mit der ClimateCoating ThermoProtect Beschichtung. Ein aufmerksamer Beobachter wird feststellen, dass neben dem U-Wert auch der Wert U_eff im Titel aufgeführt ist. Mithilfe der folgenden Formel mit einem Korrekturfaktor, den Professor M. Sohn 2006 an der FHTW Berlin einführte, kann der Effekt der Energieeinsparung auf der Grundlage des effektiven U-Werts aus den praktischen Daten berechnet werden.

Modifizierte Formel für den U-Wert mit f_TS

Wie kann man Heizenergie durch die Fassadenbehandlung mit ClimateCoating-Wandfarbe sparen?

Die Membran besteht aus Millionen von hohlen Keramikkügelchen in einem elastischen Netzwerk, das aus Acrylat als Bindemittel und speziellen Zusätzen hergestellt wird. Durch das Vakuum tritt der Isoliereffekt auf, der die Energieverluste um einige Prozentsätze reduziert (Verringerung der Wärmeleitung).

Ein wichtiger Wärmeübertragungsmechanismus erfolgt in Form von Wärmestrahlung. Die Streuung der Wärmestrahlen auf den Kügelchen und in den Kügelchen ist eine besondere Form der IR-Reflexion. Es entsteht eine Wärmesperre, die die Wärmeverluste von der Wandoberfläche verringert.

Während die Membran im Sommer gut Sonnenstrahlen reflektiert, ermöglicht sie im Winter solare Gewinne durch die Außenwand. Dies liegt am Einstrahlwinkel der Sonnenstrahlen, der im Winter viel niedriger ist. Die ausgestrahlte Wärme bringt die Wandschichten an der Oberfläche auf eine Temperatur, bei der für mehrere Stunden eine Wärmesperre entsteht. Wärme fließt nur von warm nach kalt; wenn die Raumluft 20 °C und die Wand 24 °C hat, gibt es keinen Wärmefluss nach außen.

Feuchtigkeitskontrolle umfasst das Entfeuchten der Wand, die Membran funktioniert als kapillare Saugpumpe (die Kapillaren verringern sich von Ziegel zu Putz zur Membran, sodass ein gerichteter Transport erfolgt).

Variabler Diffusionswiderstand sd

Ein Teil der Feuchtigkeitskontrolle ist der variable Wert sd. Der variable Diffusionswiderstand (sd) ist bei Farben selten oder einzigartig. Kein Hersteller ist uns bekannt, der mehr als einen sd-Wert spezifiziert. Der variable Diffusionswiderstand ist bei einigen Folien bekannt, die als Dampfsperren in Dachkonstruktionen verwendet werden und auf die umgebende Feuchtigkeit reagieren.

Wenn eine Farbe einen sd-Wert hat, der viel besser aussieht, weil Feuchtigkeit gut nach außen gelangen kann, bedeutet das auch, dass Feuchtigkeit gut nach innen gelangen kann. Im Sommer ist der Wasserdampfdruckgradient von außen nach innen gerichtet, sodass eine Farbe mit niedrigem sd-Wert dem Wasserdampf eine gute Diffusion in die Wand ermöglicht, während die ClimateCoating den Wasserdampf blockiert und somit die Wand vor Feuchtigkeit schützt.

Was der sd-Wert nicht beschreibt, ist die Kapillarität, die bei herkömmlichen Farben nicht gegeben ist wie bei ClimateCoating-Beschichtungen. Die Membran verhindert zwar die Diffusion stark, wirkt jedoch wie eine „Saugpumpe“ und entfeuchtet die Wand. Auf Grundlage umfangreicher Tests führte das niederländische Institut TNO 2005 den Begriff „Feuchte-Diode“ für die ClimateCoating-Beschichtung ein.

Ein Wert von 0,7 ist ausreichend nah an dem Wert von 0,5, was die Grenze darstellt. Die Dampfsperre beginnt bei 0,5 und reicht bis zu einer Höhe von 1500 m, sodass 0,2 m keine so bedeutende Rolle spielt. Darüber hinaus sind Industrie und Handel bei der Kennzeichnung nicht sehr genau: Gehen Sie ins Internet und staunen Sie, wie viele Folien als „dampfdichte Folien“ bezeichnet werden, obwohl ihr sd-Wert weit unter 1500 m liegt.

Feuchtigkeitskontrolle

Die Feuchtigkeitskontrolle umfasst die Reduzierung der Entalpie des Regens. Außenwände – mit oder ohne Beschichtung – absorbieren Wasser, und je länger es regnet, desto mehr. Der Absorptionsgrad wird durch den Wert w definiert. Das Wasser muss wieder die Wand verlassen; dies geschieht durch Verdunstung. Kalte Verdunstung entzieht der Wand eine große Menge Energie, die durch Heizung ausgeglichen werden muss.

ClimateCoating Membran

ClimateCoating Membran absorbiert einen Teil des Wassers beim Regen, ohne es an die dahinterliegende Wand abzugeben. Danach wird die Membran blockiert und unabhängig davon, wie lange es regnet, wird kein Wasser mehr aufgenommen. Dadurch wird die Verdunstung gering gehalten. Analog zu Außenputzen nach der Norm EN 998-1 kann die Beschichtung auch als „wasserabweisend“ bezeichnet werden. Hier wird die Wasseraufnahme jedoch in Bezug auf die Menge begrenzt.

Der ClimateCoating Anstrich ist sehr umweltbeständig: UV-Strahlung, Säuren im Regenwasser. Die antistatische Wirkung verringert die Anhaftung von Staub erheblich. Es wurden Fassaden dokumentiert, bei denen die Membran auch nach mehr als 20 Jahren noch unversehrt und ohne Risse war, sodass der Energieeinsparungseffekt gegeben ist.

Diese positiven Eigenschaften der ClimateCoating ThermoProtect Beschichtung in Kombination mit dem Wärmeisolierputz Isotex R70 zeigen klar, welche Vorteile dieses Systems bietet. Der Isotex R70 Isolierputz kann mit dem dünnschichtigen Putz Isotex F50 kombiniert werden.