Wärmeübergangskoeffizient und ISOTEX Dämm-System

Im vorherigen Artikel haben wir gezeigt, wie man den Wärmeübergangskoeffizienten U und den Wärmedurchgangswiderstand R einer Baukonstruktion berechnet. Heute setze ich dieses Thema fort und gebe ein praktisches Beispiel – wir wenden die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten auf ein Einfamilienhaus an, das aus gebrannten Ziegeln gebaut wird und mit dem Dämm-System ISOTEX gedämmt ist. Ich werde auch das gleiche Ziegelhaus vorstellen, dessen Außenwände mit einer thermokeramischen Beschichtung ClimateCoating ThermoProtect behandelt werden.

Was ist der Wärmeübergangskoeffizient „U“?

Der Wärmeübergangskoeffizient gibt uns den gesamten Wärmeübergang zwischen Räumen an, die durch eine bestimmte Baukonstruktion voneinander getrennt sind. Je kleiner der Wert ist, desto besser sind die wärmedämmenden Eigenschaften der Konstruktion. Er wird mit dem großen Buchstaben “U” bezeichnet und die Einheit ist Watt pro Quadratmeter mal Kelvin [W/m²K].

Die Berechnung erfolgt aus dem gesamten Wärmedurchgangswiderstand und sieht wie folgt aus:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

Wo:

R_i – Widerstand beim Wärmeübergang an der Innenseite
R_e – Widerstand beim Wärmeübergang an der Außenseite
R – Wärmedurchgangswiderstand der Konstruktion

Der Wärmeübergangskoeffizient ist eigentlich der umgekehrte Wert des Wärmedurchgangswiderstands „R“ der Konstruktion beim Wärmetransfer. Er gibt an, wie viel Wärme durch 1 m² Fläche der Baukonstruktion bei einer Temperaturdifferenz der umliegenden Umgebungen, d. h. zwischen der Außentemperatur und der Innentemperatur, verloren geht.

Der Zusammenhang zwischen dem Wärmeübergangskoeffizienten U und dem Wärmedurchgangswiderstand R:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

R = 1 / U – (R_i + R_e)

Laut der staatlichen Norm STN 73 0540-2: 2012 (Wärmeschutz) sollte der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten „U“ für die Außenwand des Gebäudes wie folgt sein:

U_n = 0.32 – standardisierte Norm gültig bis 2015
U_r1 = 0.22 – geforderter Wert für neue und renovierte Objekte ab 2015
U_r2 = 0.15 – geforderter Wert für neue und renovierte Objekte ab 2020

In diesem Artikel zeigen wir, dass wir auch ohne Polystyrol in einem energieeffizienten Haus ohne Schimmel und Allergien leben können – das Haus wird jedoch mit dem Putz-Dämm-System ISOTEX gedämmt. Als Beispiel für die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten habe ich den Standardziegel Heluz Family 30 für Außenwände mit einer Dicke von 30 cm gewählt, anstelle des klassischen Fassadenputzes habe ich den ISOTEX Wärmedämmputz mit einer Dicke von 3,5 cm verwendet, auf den die thermokeramische Beschichtung ClimateCoating aufgetragen wurde.

Tipp zum Artikel: Putz-Dämm-System ClimateCoating ISOTEX

Der Einfluss der Feuchtigkeit von Baumaterialien auf die Wärmeleitfähigkeit und die verringerte Isolierfähigkeit

Es ist bekannt, dass mit höheren Feuchtigkeitswerten die in der Bauphysik verwendete Wärmeleitfähigkeit erheblich steigt, wobei es zwischen den verschiedenen Baumaterialien große Unterschiede geben kann.

Siehe Abbildung: Einfluss der Feuchtigkeit auf die gemessenen Werte der Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen

Beispiele für die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen aufgrund einer Feuchtigkeitssteigerung um 1% sind in der folgenden Tabelle enthalten:

Tab. 1 Einfluss der Feuchtigkeit auf den Wärmeleitwert

Der Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts von Baustoffen auf die Wärmeleitfähigkeit kann wie folgt ausgedrückt werden:

λ(w) = λ₀ (1 + b w/ρ_s)

Wo:

λ(w) – Wärmeleitfähigkeit des feuchten Baumaterials in W/m.K
λ₀ – Wärmeleitfähigkeit des trockenen Baumaterials in W/m.K
ρ_s – Rohdichte des trockenen Baumaterials in kg/m³
b – Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit in %/M.-%

Wenn wir zur Vereinfachung den Faktor b w/ρ_s durch den Faktor F_TS ersetzen, kann für jedes Baumaterial der Faktor zur Einbeziehung des ClimateCoating-Lackes in die Berechnung des U-Werts durch Untersuchung des äquivalenten Wärmeleitwerts bestimmt werden.

Durch die Reduzierung der Feuchtigkeit des Mauerwerks um 1% können wir eine Heizkosteneinsparung von bis zu 10% erzielen!

Der Lackfaktor stellt diesen Umrechnungsfaktor für die Wärmeleitfähigkeit von Baumaterialien auf den Zustand mit geringerem Feuchtigkeitsgehalt dar, wodurch die isolierenden Eigenschaften verbessert werden, selbst bei höheren Dampfdiffusionsraten.

Aus Untersuchungen zum Einfluss der Feuchtigkeit auf die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen wurden die ersten Lackfaktoren F_TS ermittelt. Dabei wurde die Regel angewendet, dass diese Faktoren direkt in die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten „U“ der Bauteile einbezogen werden können, ohne dass sich die Berechnungsmethodik grundlegend ändern muss und ohne dass diese Art der Berechnung für den Planer unübersichtlich wird.

Beispielberechnung

Die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten U (Wärmeleitfähigkeit) erfolgt mit der Formel:

oder auch:

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

λ_R – berechneter Wärmeleitwert gemäß DIN 4108 in W/m.K
R_si – Koeffizient (Widerstand) beim Wärmeübergang im Inneren in m².K/W (R_si = 0.13 ; θ_ai = 20°C )
R_se – Koeffizient (Widerstand) beim Wärmeübergang von außen in m².K/W (R_se = 0.04 ; θ_ae = -13°C )
d – Dicke der Schicht des Baumaterials in Metern (m)
f_TS – Lackfaktor ClimateCoating (TS) für Wärmeleitfähigkeit
θ_ai – berechnete Innentemperatur (Theta)
θ_ae – berechnete Außentemperatur (Theta)

Die Werte des Lackfaktors f_TS in Bezug auf die Materialfeuchtigkeit wurden von Prof. Dr. Manfred Sohn (Berlin) für dasselbe Produkt = ThermoShield (ab 2021 umbenannt in ClimateCoating) ermittelt und sind in der Tabelle aufgeführt. Prof. Dr. Manfred Sohn hat die kombinierte Wirkung des Wärmedämmputzes und der ClimateCoating-Beschichtung untersucht und basierend auf Messungen und Berechnungen einen Bericht über die Ergebnisse zur Bestimmung der Umrechnungsfaktoren für die Wärmeleitfähigkeit von Bauteilen erstellt, die mit der ClimateCoating Beschichtung gestrichen wurden.

Berechnung Standard – Nur der Ziegel Heluz Family 30

Zusammensetzung der Konstruktion	Volumen kg/m3	Schicht d [m]	Wärmeleitfähigkeit λ W/m.K	TS Faktor F_TS	Wärmedurchgangswiderstand R m².K/W
Innensputz	1800	0,015	0,87		0,017
Ziegel Heluz Family 30	670	0,300	0,093		3,22
Außenputz	1800	0,030	0,87		0,034
Widerstand beim Wärmeübergang an der Innenseite R_SI					0,130
Widerstand beim Wärmeübergang an der Außenseite R_SE					0,040

R = d / λ [ λ = d / R ]

U = 1 / ( R_si + ( ∑ R ) + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + ( 0.017 + 3.22 + 0.034 ) + 0.040 )

U = 1 / 3,441

Wärmeübergangskoeffizient U in W/m².K U = 0,29 W/m².K

Im ersten Berechnungsbeispiel haben wir mit einer Außenwand aus gebranntem Ziegel mit einer Dicke von 30 cm (Heluz Family 30 geschliffen) gerechnet, auf der Innenseite und Außenseite wurde sie mit einem Kalk-Zement-Putz mit einer Dicke von 1,5 cm (Innenseite) und 3 cm (Außenseite) verputzt. Dies alles bei einer Innentemperatur von 20°C und einer Außentemperatur von -13°C. Der Wärmeübergangskoeffizient U erreichte den Wert 0.29 W/m².K, was den Anforderungen der staatlichen Norm nicht entspricht (geforderter Wert für neue und renovierte Objekte nach 2015: U_r1 = 0.22 ; geforderter Wert für neue und renovierte Objekte nach 2020: U_r2 = 0.15).

Tipp zum Artikel: Putz-Dämm-System ClimateCoating ISOTEX

Berechnung: Ziegel Heluz Family 30 geschliffen + Dämm-System ISOTEX (Wärmedämmputz ISOTEX /4cm/ + ClimateCoating)

Zusammensetzung der Konstruktion	Volumen kg/m3	Schicht d [m]	Wärmeleitfähigkeit λ W/m.K	TS Faktor F_TS	Wärmedurchgangswiderstand R_TS m².K/W
Innensputz	1800	0,015	0,87	0,6	0,043
Ziegel Heluz Family 30	670	0,300	0,093	0,35	4,962
Außenputz	1800	0,030	0,87	0,6	0,086
Widerstand beim Wärmeübergang an der Innenseite R_SI					0,130
Widerstand beim Wärmeübergang an der Außenseite R_SE					0,040

R_TS = d / ( λ ( 1 – f_TS ) )

U = 1 / ( R_si + ∑ ( R_TS ) + R_se )

U = 1 / ( R_si + ∑ [ d / ( λ_R ( 1 – f_TS ) ) ] + R_se )

U = 1 / ( 0.130 + [ ( 0.015 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) + ( 0.30 / ( 0.093 (1 – 0.35) ) ) + ( 0.03 / ( 0.87 (1 – 0.6) ) ) ] + 0.040 )

U = 1 / ( 0.130 + [ 0.043 + 4.962 + 0,086 ] + 0.040 )

U = 1 / 5,261

Wärmeübergangskoeffizient U in W/m².K U = 0,19 W/m².K

Drittes Beispiel

Im dritten Beispiel der Berechnung haben wir mit der gleichen Außenwand aus gebranntem Ziegel mit einer Dicke von 30 cm (Heluz Family 30 geschliffen) gerechnet, auf der Innenseite und Außenseite wurde sie mit einem Kalk-Zement-Putz mit einer Dicke von 1,5 cm (Innenseite) und 3 cm (Außenseite) verputzt. Von außen wurde eine thermokeramische Beschichtung ClimateCoating aufgetragen. Dies alles bei einer Innentemperatur von 20°C und einer Außentemperatur von -13°C. Der Wärmeübergangskoeffizient U erreichte den Wert 0.19 W/m².K, was den Anforderungen der staatlichen Norm teilweise entspricht (geforderter Wert für neue und renovierte Objekte nach 2015: U_r1 = 0.22) bezüglich des Wärmeschutzes der Bauteile.

In jedem Fall wird ein Gebäude, das mit der ClimateCoating-Beschichtung behandelt wurde, unbestreitbare Vorteile aufgrund der Eigenschaften der thermokeramischen Beschichtung haben. ClimateCoating ThermoProtect bildet einen Schutzschild, der aufgrund seiner einzigartigen Zusammensetzung Feuchtigkeit ableitet, jedoch den Rückfluss von Feuchtigkeit aus der Außenumgebung in das Baumaterial verhindert = hält das Mauerwerk trocken. ClimateCoating sorgt für Temperaturstabilität, sodass keine Degradation (Risse) des Mauerwerks oder der Wände aufgrund von Temperaturunterschieden auftritt. Es ist dampfdurchlässig – wodurch es wesentlich dazu beiträgt, dass Außenwände trocken bleiben und somit keinen Nährboden (Feuchtigkeit) für die Bildung von Schimmel und Algen bieten.

Ergebnis

Um sicherzustellen, dass Ihr Haus die Anforderungen der staatlichen Norm STN 73 0540-2: 2012 über Wärmeschutz der Bauteile erfüllt und dass diese Konstruktion die geforderten Werte für den Wärmeübergangskoeffizienten „U“ aufweist – ist es nicht notwendig, es mit Polystyrol zu verkleiden und später mit Feuchtigkeit im Haus und Schimmelbildung umzugehen. In der heutigen Zeit moderner Baumaterialien können wir das Haus mit Putz-Dämm-Systemen (z. B. ISOTEX) dämmen, bei denen das schädliche Polystyrol durch den Wärmedämmputz ISOTEX ersetzt wird.

Im Falle des Neubaus eines Einfamilienhauses ist es am besten, eine Dicke von etwa 44 cm für die Außenwand zu verwenden und das ISOTEX Putz-Dämm-System zu verwenden. In unserem Berechnungsbeispiel haben wir gezeigt, dass bei einer Dicke der Außenwand von 30 cm eine Schicht von 3,5 cm des Wärmedämmputzes ausreicht, um die Norm zu erfüllen, die ab 2020 gefordert wird (U = 0.15). Wenn die Außenwände 44 cm dick sind, reicht eine dünnere Schicht Wärmedämmputz (ca. 2,5 cm) aus. Andererseits – bei Bedarf kann der Wärmedämmputz ISOTEX auch auf der Innenseite des Gebäudes angewendet werden = er ist auch für den Innenbereich geeignet.

Und was kostet das ISOTEX Dämm-System?

Die Kosten für die Dämmung eines Hauses mit dem ISOTEX System sind ungefähr die gleichen wie die Kosten für die Dämmung mit Polystyrol mit einer Dicke von 10 cm (je nach Untergrund und Verbrauch des Putzes kann der Preis sogar niedriger sein). Wir erhalten jedoch eine Dämmung mit unvergleichlich besseren Eigenschaften, langer Lebensdauer und vor allem: gesundes Wohnen ohne Schimmel und Allergien mit nicht unerheblichen Heizkostenersparnissen.

Der Wärmedämmputz ISOTEX und der energieeffiziente thermokeramische Lack ClimateCoating bilden zusammen das hervorragende Dämm-System des 21. Jahrhunderts im Bereich der Wärmeschutztechnik für neue und renovierte Gebäude.

Wenn Sie mehr über das Dämm-System ISOTEX erfahren möchten, hier sind Links zu weiteren Artikeln:

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