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Wir denken nach, # 01
Absorption und Emission an Grenz- und Oberflächen

Zitat: „Entwicklung dünner solar selektiver Schichten: Viele physikalische Effekte wie Absorption und Emission treten an Grenz- und Oberflächen auf. Aus diesem Grunde muss nicht ein ganzes Bauteil sondern nur dessen Ober- oder Grenzflächen aus dem entsprechenden Material aufgebaut sein. Dies spart Ressourcen und öffnet ein grosses Feld zur Anwendung verschiedener Modifikationen. Entsprechende Schichten verleihen den Teilen die geforderten Eigenschaften. Die Materialwahl ist je nach technischer Anwendung vorgegeben oder aber ein neues Material muss gefunden bzw. synthetisiert werden. Zur Kontrolle der gestellten Anforderungen sind Charakterisierungsmethoden zur Bestimmung der produkterelevanten Kenngrössen zu wählen.

Eine hohe Absorbtion α
sol, eine geringe Emission εth und eine lange Standzeit t wird für Solarabsorber gefordert. Die Grössen αsol und εth werden vor und nach einer beschleunigten Alterung mit optischen Messungen (Charakterisierungsmethode) bestimmt und daraus kann eine Abschätzung über die Lebensdauer eines Absorbers gemacht werden. Die Optik und die beschleunigte Alterung sind die Testverfahren mit denen der Solarabsorber optimiert wird.

Die optischen Eigenschaften eines Materials werden durch seine Struktur und chemische Zusammensetzung beeinflusst. Die Einstellung und die Kontrolle dieser Eigenschaften wird mit grundlegenderen Charakterisierungsmethoden durchgeführt. Dazu dienen unter anderem die Rastermethoden Elektronenmikroskopie, Kraftmikroskopie oder Tunnelmikroskopie (SEM, AFM, STM) zur Untersuchung der Oberflächenstruktur; Röntgenbeugung (XRD - X-Ray Diffraction) wird zur Bestimmung der Schichtmorphologie (kristallin - amorph) eingesetzt und Photoelektronenspektroskopie (PES, XPS=Röntgen-PES, UPS=Ultraviolett-PES) wird zur Untersuchung der Elektronenstruktur des Materials angewendet. Diese Methoden werden auch in der Qualitätskontrolle des Solarabsorbers eingesetzt.

Quelle: P. Gantenbein und S. Brunold: Technologie Transfer im Bereich der thermischen Sonnenenergienutzung Plasmadeposition und Charakterisierung von solar selektiven Schichten - Umsetzung von Forschungsergebnissen - Technologie Transfer - Industrielle Herstellung von Solarabsorbern, Schwerpunktthema ITR FORUM 31, November 1997, Solartechnik Prüfung Forschung SPF-ITR / Ing.-Schule Rapperswil, Oberseestr. 10, CH-8640 Rapperswil

Was hat das mit ThermoShield zu tun?

Mit ThermoShield wird die Oberfläche der Wand beschichtet. Also ist nicht das ganze Bauteil sondern nur dessen Ober- oder Grenzfläche aus dem entsprechenden Material aufgebaut. Dies spart Ressourcen: einer Wandstärke mit Putz (420.000 mm) steht eine Membranstärke von 300 mm gegenüber (1 : 1.400).

Die physikalischen Effekte Absorption und Emission treten an der Oberfläche auf. Ein großes Feld zur Anwendung verschiedener Modifikationen bietet sich an: farbige (schwarz oder weiß, ohne Rücksicht auf den Hellbezugswert) und transparente Beschichtungen (ThermoShield lasierend), Beschichtungen für Fassaden (Exterieur), Dächer (TopShield), Metalluntergründe bzw. Industriebauten (TopCoat) und speziell für Holzteile (Nature) sind bereits erfolgreich in der Anwendung.

Entsprechende Schichten verleihen den Bauteilen die verbesserten Eigenschaften: Resistenz, Wärmeschutz, Eigen-Speicher- und Dämmvermögen. Die Materialwahl ist je nach technischer Anwendung vorgegeben oder aber ein neues Material ist zu finden. In der Entwicklung und Erprobung sind neue ThermoShield Produkte: z.B. für Zoo und Tierhaltung oder zum Wärmeschutz an Wohnmobilen.

Praktisch erprobt ist eine lange Standzeit der ThermoShield Produkte. Eine niedrige Absorbtion α
sol (= eine hohe Reflexion im solaren Bereich des Spektrums) und eine geringe Emission ε im langwelligen Bereich sind Bestandteile der opto-physikalischen Wirkmechanismen von ThermoShield. Die optischen Eigenschaften der Membran werden durch die Struktur die und chemische Zusammensetzung beeinflusst.

Warum wird eine Bestimmung dieser Eigenschaften nicht mit grundlegenderen Charakterisierungsmethoden wie oben genannt durchgeführt? Warum wird immerzu der Wert der Wärmeleitfähigkeit herangezogen, der mit den Strahlungsvorgängen nichts zu tun hat? Sind zur Kontrolle der Eigenschaften des betreffenden Produktes Charakterisierungsmethoden zur Bestimmung der produktrelevanten Kenngrößen zu wählen oder ist es sinnvoll nach Normen zu prüfen, in die das betreffende Produkt nicht einzuordnen ist?

© SICC GmbH, dib, 22.06.2006

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Wir denken nach, # 02
Emission als Funktion von Variablen

Zitat: „2.8 Thermische Verfahren: Infrarot-Strahlungsthermometer Jeder Körper sendet Wärmestrahlung aus. Diese elektromagnetischen Strahlen liegen für gebräuchliche Temperaturen im infraroten Bereich. Die Strahlung wird vom Strahlungsthermometer unter Berücksichtigung der materialspezifischen Emission (Wärmemenge/Fläche- und Zeiteinheit) berührungslos gemessen und als Temperatur ausgegeben.“

Quelle: Hillemeier, Bernd Univ.-Prof. Dr.-Ing:: Fachgebiet Baustoffe und Baustoffprüfung, TU Berlin, 09.06.2004



Bildzitat, Quelle wie oben genannt

Die Strahlung wird also unter Berücksichtigung der materialspezifischen Emission gemessen. In diesem Zusammenhang gewinnt die unscheinbare Zeile aus dem Bildzitat an Bedeutung.

e = f (

§       T

§       l

§       Oberflächenbeschaffenheit

§       Feuchte

)

Demnach ist das Emissionsverhalten eine Funktion von (d.h. abhängig) nicht nur der Temperatur und der betreffenden Wellenlänge, sondern auch der Oberflächenbeschaffenheit und der Feuchte.

Wahrscheinlich wird das nicht viele überraschen, dem einen ist das bekannt, dem anderen leuchtet das ein. Jedoch wird dieser Umstand von der creme  de la creme der so genannten anerkannten Wissenschaftler ausgeblendet, sobald es um die messtechnische Bestimmung von ThermoShield geht. Da kann es nicht praxisfern und simplifiziert genug zugehen, um immerzu auf Werte gegen 0,9 zu gelangen.

Warum wird nicht zur Abwechslung bei lmax = 11 m gemessen (was winterlichen -10°C entspricht)? Warum nicht auf unterschiedlich feuchten Mauerwerksuntergründen anstatt in der trockenen Ulbricht-Kugel?

Warum ist noch keiner auf die Idee gekommen, an praktischen Objekten zu messen anstatt im gemütlichen Labor? Müssten nicht andere Werte gemessen werden, wenn man sich dazu vor die Gebäudewand des Mehrfamilienhauses in Spremberg stellt, dessen tatsächlicher Heizenergieverbrauch 28% unter dem theoretischen nach EnEV (d.h. U-Wert-Theorie) liegt?

© SICC GmbH, dib, 22.06.2006

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Wir denken nach #06: Warum bleibt die Wand kalt, wenn man einen Schrank nahe davor stellt?

ThermoShield gibt es nunmehr über 20 Jahre, seit 1998 gibt es Versuche der Markteinführung in Deutschland. Seit 2003 werden die ThermoShield Produkte für Europa in Berlin hergestellt und von da aus vertrieben. Es gibt zahlreiche Belege für die Wirksamkeit dieses Anstrichs, dennoch werden die wissenschaftlichen Belege beharrlich ignoriert. Ebenso die Praxis: „nach unserem Kenntnisstand gibt es solche Produkte nicht am Markt“ (gern zitiert von bestimmten Kreisen).

Mit der Problematik befasst sich natürlich auch das Fraunhofer IBP *, welches hierzu seit 2003 das jährlich (2006: verschoben auf März 2007) stattfindende so genannte Fachseminar "Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen" durchführt.

Was sind „IR-reflektierende“ Folien und Beschichtungen? Erstmalig in 2007 liefert das IBP eine Definition: IR-Anstriche sind gem. Fraunhofer IBP Produkte, die vom Hersteller als IR-reflektierend deklariert werden (Michael Würth: "Ermittlung der Emissivität von Oberflächen", 4. Fachseminar - Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen, Fraunhofer IBP, März 2007, Seite 4).

Im Zusammenhang mit „IR-reflektierenden“ Folien und Beschichtungen wird auch ThermoShield genannt. Deklariert der Hersteller die ThermoShield Produkte als „IR-reflektierend“? Es ist leicht herauszufinden, was der Hersteller seit Jahren dazu zu sagen hat:

„ThermoShield basiert auf der thermokeramischen Membrantechnologie mit endothermischen Effekten® - oft kopiert und nie erreicht. Es ist die Summe der Wirkanteile …, die ThermoShield ganz klar von den Plagiaten abgrenzt. … Fazit: ThermoShield® ist keine IR-reflektierende Schicht. Ihre Wirkung wird durch komplexe Mechanismen begründet.“ (Produktbeschreibung SICC GmbH ThermoShield Europe, 05.02.2004).

Hat man sich bislang verbissen im Fassadenbereich verbissen, zelebriert Herr Prof. Sedlbauer im März 2007 einen Schwenk nach innen. In seinem Vortrag * wirft er auf Seite 29 die Frage auf: „Abgegebene Wärme des Menschen wird an der Wand absorbiert – Verhindert der IR-Anstrich diesen Effekt?“.

   

Bildzitate von S. 31 und 33 des Vortrages von Prof. Sedlbauer *

Das Fraunhofer IBP hat im Ergebnis seiner Forschungen * festgestellt, dass sich aufgrund geringer Oberflächentemperatur der Wand Tauwasser bilden kann, wenn man einen Schrank in die Zimmerecke stellt.

Warum erforscht das IBP solche Phänomene? Was hat das mit der Wandbeschichtung zu tun? Was hat das mit dem Heizsystem zu tun? Gibt es vielleicht Abhilfe? Z.B. einen Abstand zur Wand lassen, wie es in jedem Ratgeber steht? Wer wundert sich, dass die Wand kalt bleibt, wenn er seinen Schrank so aufstellt? Fragen über Fragen (IBP 2007: „Wir diskutieren Antworten“).

21.08.2007, Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann

* Erläuterungen, Links: 

www.ibp.fhg.de  Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP)

www.richtigbauen.de  www.richtigsanieren.de  Informationen für Bauherren (u.a.) 

* Quellen: 

Prof. Dr. Klaus Sedlbauer, "Wärmetransport an und in Bauteilen mit IR-aktiven Oberflächen", LBP Uni Stuttgart und IBP Stuttgart, 27. März 2007, Fachseminar "Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen"

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Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen
Nachlese zum Fachseminar und weiterführende Gedanken

Unter dem obigen Titel fand am 13. Dezember 2005 die nunmehr 3. als Fachseminar bezeichnete Veranstaltung beim Fraunhofer Institut für Bauphysik statt. Der wesentliche Unterschied zu den vorangegangenen Veranstaltungen besteht darin, dass das Seminar nicht Ende November stattfand. Ansonsten scheint es inhaltlich nicht viel Neues zum Thema zu geben, wenn man der Botschaft aus Stuttgart Glauben schenkt.

Der erste Vortrag, gehalten von Klaus Sedlbauer, hatte den viel versprechenden Titel „Wärmetransportmechanismus „langwellige Strahlung“ – Prinzip, Phänomene, Möglichkeiten“. Dem Grunde nach geht er über eine Hochschul-Vorlesung über die physikalischen Grundlagen nicht weit darüber hinaus.

Dass die Wandausrichtung einen Einfluss auf die Oberflächentemperatur hat, wird wenige überrascht haben. Von praktischer Bedeutung waren die Messergebnisse zum Einfluss der Farbgebung und des so genannten „IR-Effekts“, nämlich dass eine Anhebung über die Taupunkttemperatur möglich ist. Weiterhin wurde das Problem „Algen auf Wärmedämmverbundsystem“ thematisiert, das anscheinend doch nicht nur theoretischer Natur zu sein scheint.

Interessant sind die Angaben zu Absorption und Emission an einem Testgebäude („Multifunktionshaus“), wo man
a dem Bereich 0,25-2,5 mm und e dem Bereich 2,5-50 mm zuordnet. Der Folie „Einfluss auf die Wärmeverluste“ ist zu entnehmen, dass hinsichtlich der Berechnung und der Messung von U-Werten Differenzen von 21…34% bestehen, d.h. gemessen sind die Werte besser als gerechnet.

Der Folie „Einfluss auf die Oberflächentemperaturen“ ist zu entnehmen, dass beim WDVS ca. 13:00 Uhr Spitzenwerte um die 45°C gemessen wurden und dass die Oberflächentemperatur im Zeitraum ca. 17:00 Uhr bis 8:00 Uhr knapp unter dem Verlauf der Außenlufttemperatur liegt, zu welchem eine sehr deutliche Korrelation besteht. Bei der monolithischen Wand lagen die Spitzen bei knapp unter 45°C (bis herunter auf 25°C), wobei die Oberfläche über Nacht nie unter der Lufttemperatur lag.

Ein nicht unbeträchtlicher Teil des Vortrages befasste sich mit dem Thema Wärmeleitung. Der einzige Zusammenhang zur Überschrift konnte gefunden werden: „Die Wärmeübergangskoeffizienten bestehen aus einem konvektiven und einem strahlungsbedingten Anteil“. Leider wurde nicht vorgetragen, wieso dieser Koeffizient nach DIN Norm 4108 für Hamburg gleichermaßen gilt wie für Stuttgart, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Lage (Breitengrad, Höhenlage) doch recht unterschiedliche Wetterverläufe aufweisen.

Beachtlich fallen nach dem Grundlagenexkurs die Ergebnisse der Zusammenfassung aus. Zwar wird IR-Beschichtungen ein Vorteil in Bezug auf Taupunktunterscheidung zugesprochen. Allerdings wird gleichzeitig verkündet: „IR-Anstrich bringt auf der Außenseite – aus energetischer Sicht nahezu nichts“. Einer IR-Beschichtung auf der Innenseite werden keine bzw. nur geringe Einsparungen zugesprochen.

Worauf diese Einschätzungen beruhen, erschließt sich nicht. Die durch die Folien dokumentierten Inhalte geben nicht die Grundlage hierfür. Zumindest sind diese Aussagen linientreu zum Postulat von Hr. Gertis aus dem Jahre 1982 - siehe: "Infrarotwirksame Schichten zur Energieeinsparung bei gebäuden?" Sonderdruck aus "Haustechnik-Bauphysik-Umwelttechnik" GI 103 (1982), Heft 1, S. 20-24 u. 33-34. Hier wird in Tabelle 3 zusammengefasst: "Maßnahme (Infrarotbehandlung): Infrarot-Außenbeschichtung (generell) - prozentuale Reduzierung: praktisch nichts."

Grundlage waren damals praktische Emissionszahlen aus der wissenschaftlichen Literatur, die "in gewissen Grenzen" voneinander abweichen und z.T. nur bruchstückhaft greifbar gewesen sind. Immerhin wurde bereits damals ein Phänomen beschrieben: "... so können auch mit dünnen Abdeckungen, deren Dämmwert vernachlässigbar klein ist, die Transmissionswärmeverluste durch Fenster infolge Infrarotbehandlung der Abdeckung um 15 bis 40% reduziert werden."

Angesichts der Entwicklungen am Markt und der praktischen Erfahrungen beim Einsatz einer thermokeramischen Membrantechnologie mit endothermischen Effekten sollte man meinen, dass ein Festhalten am Stand von vor 24 Jahren nicht ganz zeitgemäß ist.

Der Vortrag von Norbert König „Mess- und Berechnungsverfahren, Bewertungsmethoden“ ist fast 1 zu 1 der Vortrag "IR-reflektierende Folien und Beschichtungen - was leisten solche "Dämmstoffe"?“, vorgetragen auf dem 2. Impulskongress Innovative Dämmstoffe im Bauwesen, 22./23. Sept. 2005, Messe Augsburg, RENEXPO.

Im Vorwort wird das grundlegende Problem beim Namen genannt: „Sind diese als vollwertige Dämmung anerkannt?“. Gemeint sind diese so genannten "IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen“ und bekanntlich basiert deren Wirkprinzip nicht auf dem Prinzip der Wärmeleitung, denn IR hat etwas mit Strahlung zu tun. Insofern sollte man bei einem Baustoff, der nun mal kein Dämmstoff ist, die Fragestellung nach Dämmstoffkriterien als ungeeignet betrachten.

Ein entscheidender Nachteil auch hier: die Vereinfachung der Strahlungsvorgänge auf Absorption und Emission. Angesichts der Materialeigenschaften einer thermokeramischen Membrantechnologie mit endothermischen Effekten, die im Wesentlichen auf die Wirkung der keramischen Hohlkugeln zurückzuführen ist, sollte man neben den inzwischen seit November 2004 bekannten Streueffekten (siehe Shnir-Modell) auch berücksichtigen, dass
t bei einem optisch wirksamen Medium aufgrund der zweifachen Grenzschichtigkeit zu berücksichtigen ist.

Die Frage „Was sind IR-aktive Beschichtungen?“ wurde zwar aufgeworfen, leider aber nicht beantwortet. Zu den angesprochenen „„thermokeramischen Schichten“ mit Glashohlkugeln“ sind leider nur Fragen aufgelistet, die auf „neuartige Eigenschaften“ abzielen und darauf, ob sie „bauaufsichtlich relevant“ sind. Ob es zeitgemäß ist, nach einer Markteinführung 1997, also vor 9 Jahren, von neuartig zu sprechen, bleibe dahin gestellt. Die bauaufsichtliche Relevanz lässt sich daran festmachen, dass beim DIBt ein Zulassungsantrag läuft.

In seinem Vortrag „Beschichtungen auf Beton, Putz und Wärmedämm-Verbundsystemen – technische Funktionen und Anforderungen“ zitiert Herr H. Bartholemy von der Technischen Informationsstelle d. dt. Maler- und Lackierhandwerks W. Diebschlag aus „Klimatische Behaglichkeit des Menschen innerhalb Rumumschließungsflächen mit unterschiedlich starker Reflexion von Infrarot-Wärmestrahlung“ (GI 106 (1985), H. 3, S. 113 ff.):

„In Innenräumen können infrarotreflektierende, also wärmestrahlungsreflektierende Beschichtungen bewirken, dass unter realen Wohnraumbedingungen bei gleicher thermischer Behaglichkeit die Raumtemperatur geringfügig (um 1-3 °C) vermindert werden kann.“

Das ist als Grundlagenwissen in Fachkreisen bekannt und unbestritten. Verblüfft sein dürften die Fachleute durch die Botschaft, dass das Temperaturempfinden der Bewohner in Abhängigkeit von der Farbe um bis zu 3 °C beeinflusst werden könne. Es sollte nicht angenommen werden, dass in Fachkreisen bekannt und unbestritten ist, dass sich die thermische Behaglichkeit durch Farbwahrnehmung verbessern ließe. * :: Fußnote

Leider werden für diese Behauptung keine Quellen angegeben, so dass sich der wissenschaftliche Gehalt schwer erschließen lässt. Auch wäre es interessant zu erfahren, welche Simulationsrechnungen sich mit der Kenngröße „Farbwahrnehmung“ befassen und welche Werte zugrunde liegen.

In seinem Vortrag liefert Herr Bartholemy eine Definition für IR-reflektierende Beschichtungen. Demnach sind es „Fassadenbeschichtungsstoffe mit geringer Infrarot-Strahlungsemission“ und „damit sollen die Verluste durch Wärmestrahlung der Außenflächen und somit die Betauung der Beschichtung reduziert werden“.

„Ob die gewünschte Wirkung – insbesondere die Verhinderung der Veralgung – auf diesem Weg erreicht werden kann, wird derzeit vom FhG-Institut für Bauphysik (IBP) in Holzkirchen untersucht.“ erfährt man weiterhin und auch, dass solche Beschichtungsstoffe bis jetzt noch nicht verfügbar seien. Das ist verwunderlich, denn die Präventions- und Sanierungserfolge mittels einer thermokeramischen Membrantechnologie mit endothermischen Effekten in der Praxis dürften dazu angetan sein, den Forschungsbedarf zu reduzieren.

Auch die folgende Behauptung scheint auf Ergebnissen selektiver Marktbeobachtung zu beruhen: „Thermoreflektierende Beschichtungsstoffe für innen mit hoher Wärmereflexion…, die den üblichen dekorativen Anforderungen genügen – also auch in weiß oder in beliebigen Farben – sind derzeit im deutschen Markt nicht verfügbar.“.

In diesem Zusammenhang sei auf die Ergebnisse der Raumklimaanalyse durch Prof. Marx in Büroräumen der deutschen Welle von September 2005 verwiesen. Die Informationen hierzu stehen jedermann frei im Internet zur Verfügung und sie sind infolge messtechnischer Objektivierung dazu angetan, diese Behauptung ad absurdum zu führen.

Ob die Empfehlung der Technischen Informationsstelle d. dt. Maler- und Lackierhandwerks, „durch die Verklebung polierter Metallfolien (z.B. Aluminium)“ einen „wirksamen thermischen Effet“ zu erreichen, ernst zu nehmen sei, möge jeder selbst entscheiden. Die unangenehmen Erfahrungen mit Alu- und Folientapeten dürften noch recht gut im allgemeinen Gedächtnis vorhanden sein.

Überraschend für viele dürfte auch sein, dass die Technischen Informationsstelle d. dt. Maler- und Lackierhandwerks einen Kostenrahmen für Handwerkerleistungen publiziert: „Für die Fassadenbeschichtung durch den Fachhandwerker sind – ohne Gerüstkosten und Grundierung – 7 bis 10 €/m² für 2 Anstriche einzuplanen (Materialkosten inbegriffen). Für den 2-fachen Innenanstrich auf Putz oder Wandbekleidung (Raufaser, Glasseidengewebe etc.) sind 3-5 €/m² zu rechnen.“

Ob sich die Maler darüber freuen, sich nunmehr den Angebotsaufwand zu sparen, weil der Bauherr vorher schon weiß, was es kosten darf, bleibt abzuwarten.

Aus dem Vortrag von Martin Krus und Cornelia Fitz „Einsatz von IR-aktiven Außenbeschichtungen zur Reduktion des Risikos eines mikrobiellen Bewuchses“ geht hervor, dass insbesondere WDVS, bei denen die außen liegende Putzschicht aufgrund der geringen Masse keine ausreichende Wärmespeicherkapazität aufweist, von Tauwasserbildung betroffen sind. Wie in Berechnungen sowie in Freilandversuchen nachgewiesen wurde, stelle der Einsatz von IR-aktiven Außenbeschichtungen eine viel versprechende Maßnahme zur Reduzierung des Tauwasseranfalls dar.

Viele der Folien kennt man bereits aus dem ersten Vortrag (Hr. Sedlbauer). Aus der Zusammenfassung erfährt man, dass mit diesen IR-Beschichtungen „höhere Oberflächentemperaturen“ erzielt würden. Dass die Anhebung über die Taupunkttemperatur die Tauwasserzeiten reduziert, ist nachvollziehbar. Ob aus diesen höheren Oberflächentemperaturen erhöhte Wärmeverluste reduzieren, wurde nicht behandelt.

Als interessant einzuschätzen sind die vorgeschlagenen Wege, einen niedrigen Emissionsgrad zu erzielen. Ob nun gerade die Zugabe von Silber und Gold als metallische Pigmente Aussichten auf Erfolg am Markt haben wird, darf bezweifelt werden. Mit Zink und Aluminium hat man sich bereits versucht und die entsprechenden Produkte wieder vom Markt genommen, weil das Problem der Korrosion praktisch nicht lösbar war.

Der Vortrag „Vom Ü zum CE plus Ü“ befasst sich mit Problemen der Rechtssicherheit bei der Verwendung von Bauprodukten. Die Vortragsunterlagen insgesamt liegen als s/w-Kopien vor, was insbesondere bei den Folien schade ist. Aktuell steht noch nichts auf der Internetseite des IBP bereit.

Dipl.-Ing. M. Bumann
06.01.2006

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Wir denken nach #04: Warum nicht sein kann, was nicht sein darf („IR-reflektierende Folien“)

"Laut den wissenschaftlichen Studien, welche in Stuttgart präsentiert wurden, ..., sind die traditionellen Tests, die passend für traditionelle Produkte sind, für solch innovative Produkte, die auf Reflexion und Nichtleitfähigkeit basieren, nicht passend. Trotzdem weigern sich EOTA und CEN TC 89 immer noch, wissenschaftliche Indizien zu akzeptieren, sehr wahrscheinlich, um große Hersteller zu begünstigen, die traditionelle Dämmprodukte herstellen." 

Quelle: "Einführung eines Forschungsprogramms über dünne, reflektierende mehrschichtige Dämmprodukte" in: Newsletter Ausgabe 03/7, Mai 2007, NormaPME 

NORMAPME * ist das "Europäische Büro des Handwerks und der Klein- und Mittelbetriebe für Normung". Es wurde im Dezember 1996 mit Unterstützung der Europäischen Kommission als internationale nichtkommerzielle Vereinigung gegründet.

Die Meldung bezieht sich auf das am 16.04.2007 in Stuttgart durchgeführte Symposium, bei dem die Ergebnisse von Praxistests vorgestellt wurden. Hierbei ging es um die Energieeinsparung mittels dünner Folien anstatt durch den Einsatz von Dämmstoffen. Das hat nichts mit Wärmeleitung, sondern mit Wärmestrahlung (IR) und mit Konvektion zu tun und bedeutet Energieeffizienz im Sinne der EU Richtlinie.

Berichtet wurde über einen Test aus 2006/2007, bei dem drei Versuchshäuser ca. 4x7x3 m außerhalb des Labors verglichen wurden. Hierbei kam heraus, dass der Energieverbrauch (Klimaanlage/Heizung) bei dem mit Folien isolierten Testgebäude signifikant geringer war als bei dem mit 20 cm Mineralwolle gedämmten Testgebäude.

Im Sommerbetrieb (26.09.-05.10.2006) betrug der Unterschied rd. 30% des mit Folie isolierten Hauses zum mit Mineralwolle gedämmten, im Winterbetrieb (16.12.06-15.02.07) waren es rd. 28%. Durchgeführt wurde die Untersuchung durch das britische Unternehmen BM TRADA Certification Ltd. *, welches Mitglied der EOTA * ist.

Die Dimensionen des Minderverbrauchs im Vergleich zu Mineralwolle als Dämmstoff sind durchaus beachtlich. Bemerkenswerter jedoch ist die Tatsache an sich, dass es auch andere Systeme gibt, mit denen sich die Energieverluste reduzieren lassen und die nicht auf dem Prinzip der Wärmeleitung beruhen. Dies hat der Test genauso bewiesen wie den Umstand, dass die seit den 60ern gängigen Testmethoden fürs Labor (hot box- und hot plate Methode) die Wirkung von Dämmstoffen überbewertet und gleichzeitig die thermische Leistung anderer Systeme unterbewertet. Das Problem liegt in der einseitigen U-Wert-Betrachtung.

Warum ist das so? Die NormaPME legt den Finger auf die Wunde: der Grund, warum bestimmte Einrichtungen sich weigern, wissenschaftliche Indizien zu akzeptieren, besteht sehr wahrscheinlich darin, die großen Hersteller traditioneller Dämmstoffe zu begünstigen. Diese bzw. ähnliche Erfahrungen hat auch die SICC GmbH ThermoShield Europe * gemacht.

Gemäß den Hinweisen und Nachweisen der SICC GmbH ThermoShield Europe sind die traditionellen Tests, die passend für traditionelle Produkte sind, für solch innovative Produkte, „die auf Reflexion und Nichtleitfähigkeit basieren“ ungeeignet. Oder anders gesagt: ThermoShield ist kein Dämmstoff und kann daher nicht nach Dämmstoffnorm beurteilt werden. Dennoch wurde und wird dies getan.

Am Ende steht stets die Frage: „Wem nützt es?“.

20.08.2007
Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann

* Quellenverzeichnis, Links:

www.NORMAPME.com  Europäische Büro des Handwerks und der KMU für Normung
www.SFIRMM.com  Französische Organisation der Hersteller von reflektierenden Folien
www.BMTrada.com  BM TRADA Certification Ltd.
www.EOTA.com  European Organisation for Technical Approvals
www.richtigbauen.de  www.richtigsanieren.de  Informationen für Bauherren (u.a.) 

Querverweise:

„Die Berechnungsverfahren der Normen erlauben keine realistische Einschätzung der Feuchte- und Wärmebilanz von Bauteilen“ (Hauser, 01.2003), Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann, Berlin, 01.06.2007

„Die Alpha-Epsilon-Tau-Vorgänge bei thermokeramischen Membrantechnologien mit endothermischen Effekten®“, SICC GmbH, dib, 11.01.2006

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Wir denken nach #05:
Wie ist es möglich, Messmethoden für Systeme zu entwickeln,
die bislang angeblich nicht funktionierten?
oder: Wie sich die „etablierte Bauphysik“ dreht und verbiegt

In der modernen Bautechnik gibt es Systeme, mit denen man Gebäudeenergie einsparen kann, wenn man Wände und Decken mit diesen Systemen belegt. Diese Systeme arbeiten nicht nach dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit (U-Wert, l), wie dies bei herkömmlichen Dämmstoffen der Fall ist. Die so genannte „etablierte Bauphysik“, beheimatet in den so genannten „anerkannten Instituten“, hat dafür einen Begriff geprägt, ohne eine Definition mitzuliefern: „IR wirksam“ bzw. „IR reflektierend“.

Im Fraunhhofer Bauphysikinstitut (IBP) * wird seit November 2003 alljährlich das so genannte Fachseminar "Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen“ veranstaltet. Das 4. SOBIC Seminar wurde auf den 27.04.2007 verschoben, um unliebsame Praxisberichte außen vor zu lassen.

Bei diesem Seminar ergeht man sich seit Jahren in Wiederholungen, die auf ein Dogma zurückzuführen sind, welches 1982 Herr Gertis in die Welt gesetzt hat. In dem zeitgemäßen Aufsatz "Infrarotwirksame Schichten zur Energieeinsparung bei Gebäuden", erschienen in "Haustechnik - Bauphysik - Umwelttechnik - gi" 103 (1982), Heft 1, Seite 20-24 und 33-34, postulieren Prof. Dr.-Ing. habil. K. Gertis und Dipl.-Ing. H. Erhorn folgende Grundsätze:

- bei höher gedämmten Bauteilen ist die durch IR-Reflexion erzielbare Energieeinsparung
  drastisch gering, weil der Anteil aus
a (Übergangswiderstand) gegenüber der Wärmeleitung
  in den Hintergrund tritt

- Infrarotbehandlungen sind an jenen Oberflächen sinnvoll, an denen der Konvektionsanteil klein ist,
  weil der Strahlungsanteil dann stärker manipulierbar ist.

- bei einem angenommenen Wärmedurchlasswiderstand bei Altbauten von 0,55 m²K/W, ist bei
  einer Infrarotbehandlung der Innenoberflächen eine Einsparung bis zu ca. 12% vorstellbar

- die Infrarotbehandlung von höhergedämmten Bauteilen mit Dämmwerten > 2,0 m²K/W
  wäre nahezu erfolglos

Dabei standen z.B. Emissionszahlen z. T. nur bruchstückhaft zur Verfügung. Teilweise waren für manche Stoffe gar keine Werte vorhanden. Bei Messungen, die bei 7 mm endeten, wurde extrapoliert. Gertis erkannte, "daß der Grundtendenz nach eigentlich nur Metalle, insbesondere Edelmetalle, eine im infraroten Bereich günstige (d.h. niedrige!) Emissionszahl aufweisen; mineralische Baustoffe und übliche Anstriche besitzen bei großen Wellenlängen eine hohe (ungünstige) Emissionszahl."

Auf Außenoberflächen seien Infrarotbehandlungen – was auch immer das sein mag – nahezu wirkungslos. Gertis geht 1982 davon aus, dass die Emissivität eine fixe Größe ist und er betrachtet lediglich übliche Anstriche (ThermoShield gibt es erst seit Ende der 80er). Vorgänge aus dem Bereich der Optischen Physik sind damals bei Beschichtungen noch unbekannt.

Dieses Dogma wird seither beim IBP gepflegt. Vorgänge aus dem Bereich der Optischen Physik sind hier bei Beschichtungen noch unbekannt. Sedlbauer und König fassen das im Dezember 2005 gut zusammen:

„Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. IR-Beschichtungen sind energetisch sinnvoll, wenn konvektiv keine oder wenig Wärme übertragen wird wie in mehrschichtigen Bauteilen mit ruhenden Luftschichten (z. B. Dächer). Dabei lassen sich Wärmetransport-Reduzierungen im Winter und verstärkt im Sommer nachweisen.

2. IR-Anstriche auf der Außenseite bleiben aus energetischer Sicht nahezu wirkungslos. Die in früherer Werbung häufig zitierte »Energieeinsparung durch Strahlungseffekte« ist nicht festzustellen.

3. Dagegen können Vorteile von Bauteilen mit außenliegenden infrarotwirksamen Beschichtungen in Bezug auf die Reduktion von Taupunkttemperatur- Unterschreitungen infolge verringerter Abstrahlung nachgewiesen werden.

4. Die raschere Austrocknung durch wasserhemmende, diffusionsoffene Anstrichsysteme kann nicht auf die IR-Aktivität zurückgeführt werden, sondern ist eine Auswirkung hygrothermisch angepasster Bauprodukte.

5. Die bauphysikalische Klassifizierung von Bauprodukten mit IR-Effekten sollte erfolgen nach:

– Kennwerten von Materialien wie Emissionskoeffizient und Wärmedurchlasswiderstand
– Kenngrößen der Bauteile und Raumparameter für den Wärmeschutz im Sommer und Winter
– Kennwerten zur Vermeidung von Tauwasser und Algenbildung
– Unterscheidung der Ergebnisse aus (noch) nicht standardisierten Mess- und Rechenverfahren“

Quelle: Prof. Dr. K. Sedlbauer, N. König: "Zusammenfassung und Ausblick ", 13. Dezember 2005, Fachseminar "Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien oder Beschichtungen. Neue Ergebnisse aus Theorie, Experimenten und Folgerungen für Produkt-Kennzeichnung"

Immerhin erfolgt hier – zumindest ansatzweise – das Zugeständnis, dass auch die Verringerung von Taupunktunterschreitungen und Austrocknung eine Rolle spielen. Sogar „ (noch) nicht standardisierten Mess- und Rechenverfahren“ finden Ende 2005 Erwähnung. Ein Festhalten am Wärmedurchlasswiderstand lässt sich dennoch nicht vermeiden, wenngleich dieser Wert auf Dämmstoffe im cm-Bereich zugeschnitten ist.

Über die Jahre lässt sich eine gewisse Gleichförmigkeit und der Hang zum Wiederholen beim IBP, nicht nur im Rahmen des SOBIC Seminars, erkennen: 

„Was sind Infrarot (IR)-aktive Folien und Beschichtungen?

1. IR-reflektierende Folienstrukturen
    ("Dämm-Matten")
2. IR-aktive
    Farbsysteme,
    "thermokeramische Schichten" mit
    Glashohlkugeln, bubbles, microsheres, ..::
Beschichtungen mit neuartigen
Eigenschaften?
bauaufsichtlich relevant oder nicht?

 

 

„Was sind Infrarot (IR)-aktive Folien und Beschichtungen?

1. IR-reflektierende Folienstrukturen
    ("Dämm-Matten")
2. IR-aktive Beschichtungen d.h.
    Farbsysteme,
    "thermokeramische Schichten" mit
    Glashohlkugeln, bubbles, microsheres, ..::
Beschichtungen mit neuartigen
Eigenschaften?
bauaufsichtlich relevant oder nicht?

Quelle: Norbert König: "Mess- und Berechnungsverfahren, Bewertungsmethoden", Vortragsfolie 13, 13. Dezember 2005, Fachseminar "Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien oder Beschichtungen. Neue Ergebnisse aus Theorie, Experimenten und Folgerungen für Produkt-Kennzeichnung" 

 

Quelle: Norbert König: "Anforderungen aus EU-BPR, EOTA, LBO und Prüfmethoden nach CUAP für IR-Folien-Dämmung", Vortragsfolien 7, 27. März 2007, Fachseminar "Wärmeschutz mit IR-reflektierenden Folien und Beschichtungen. Neue Regeln in EOTA? Anforderungen für europäische technische Zulassungen, Ergebnisse aus Experimenten und Folgerungen für Produkt-Kennzeichnung" 

Kommentar: (IBP 2007: „Wir diskutieren Antworten“). Der guten Ordnung halber sei darauf hingewiesen, dass im März 2007 dennoch zukunftsweisende Gedanken geäußert wurden. Auf seiner Vortragsfolie 30 verkündet der Abteilungsleiter Neue Baumaterialien und Komponenten: „Standards für „reflektierende Produkte“ und Gütesicherung sind noch anzupassen …“. Recht hat er.

Als Fazit über die Jahre 2003-2007 lässt sich dem IBP attestieren: egal ob Folien oder Beschichtungen: es kann nicht sein, was nicht sein darf. Es wird einfach so getan, als gäbe es die praktischen Ergebnisse und die wissenschaftlichen Grundlagen nicht. Es werden Fragen aufgeworfen, ohne Antworten zu liefern (IBP 2007: „Wir diskutieren Antworten“).

Am 16.04.2007 veranstaltete in Stuttgart die NormaPME * ein Seminar „Launch of a research programme on thin multifoil reflective insulation products” * mit dem Ziel "To better understand how the technology works and to measure the real performance of this next generation of insulation products". *

Teilnehmer kamen aus Frankreich, England und Finnland. Vortragender war neben anderen Herr  Norbert König, Fraunhofer IBP, Abteilung Neue Baumaterialien und Bauteile mit seiner „Präsentation der Vor-Ort-Testmethoden und Ergebnisse der IBP Forschung“.

Ob Herr König angesichts seiner europäischen Fachkollegen wohl wieder die alte Leier geleiert hat? Kommt nun die bauphysikalische Trendwende? Oder geht es nur darum, den internationalen Anschluss nicht zu verpassen, nachdem man jahrelang praktische Ergebnisse und wissenschaftliche Erkenntnisse ignoriert hat?

Bei dem NormaPME Seminar ging es um Folien, die in Deutschland noch nicht so weit verbreitet sind. Doch selbst dort, wo man in der Entwicklung schon relativ weit gekommen ist und wo man um die 30% bessere Dämmwirkung im Vergleich zu Mineralwolle im Praxistest ermittelte, stoßen die Hersteller auf Widerstand. *

Neben den Folien gibt es aber auch noch andere Systeme, die wie Dispersionsfarben daherkommen und dennoch neuartige Eigenschaften aufweisen.

ThermoShield Exterieur ist eine hochwertige Fassadenfarbe mit hervorragenden Farbeigenschaften; die Besonderheit ist das spezielle Bindemittel in Kombination mit keramischen Hohlkügelchen und Aktivatoren. Hieraus resultieren neben einer besonderen Struktur mit hoher Resistenz u.a. gegen UV-Strahlung und mit geringer Versprödungsneigung auch Funktionen, die ThermoShield von herkömmlichen Farben unterscheiden.

ThermoShield Exterieur auf eine sorptionsfähige monolithische Außenwand aufgebracht, schützt das Mauerwerk gegen Umwelteinflüsse und insbesondere vor dem Eindringen von Niederschlagswasser. Dies bewirkt eine erhebliche Reduzierung der Energieverluste durch Verdunstung.

Die Wirkung der variabel diffusionsoffenen Membran sorgt mittels aktiver Entfeuchtung (Kapillarwirkung des Mikroporensystems) für ein Trocknen und Trockenhalten der Mauerwerkswand. Die dadurch wiederhergestellte Dämm- und Speicherwirkung der Mauerwerkswand beeinflusst die Energiebilanz des Gebäudes durch eine Reduzierung der Transmissionswärmeverluste positiv.

Ein besonderes Merkmal von ThermoShield sind Vorgänge aus dem Bereich der optischen Physik, welche die Wärmeabgabe in Form von Wärmeabstrahlung beeinflussen (Shnir-Modell, siehe ThermoShield Kongress *). Je nach Sonnenstand erfolgen neben Sonnenlichtreflexion und gerichteter Verdunstung im Sommer solare Gewinne im Winter.

ThermoShield ist also keine „IR-Reflektierende“ Beschichtung allein, der Hersteller deklariert sein Produkt so nicht. Als Resultat der eingangs beschriebenen Eigenschaften bewirkt ThermoShield bei Gebäude eine Einsparung an Heizenergie in signifikanten Größenordnungen. Dabei spielt der herkömmliche, dämmstoffbezogene Wärmedurchlasswiderstand bei der Schichtdicke von 300
m mit Sicherheit keine Rolle.

Als Zusammenfassung / Fazit zum 4. SOBIC Seminar gibt Hr. König u.a. an: "4. Bewertung der IR-reflektierenden und sonstigen Eigenschaften (auch bei Beschichtungen wie Supertherm, Bionishield, ThermoShield etc.) erfolgen bauaufsichtlich nach den Grundsätzen der LBO/BPG und demnächst nach EOTA-CUAP-Regeln ?!"

Was hier als Frage formuliert ist (IBP 2007: „Wir diskutieren Antworten“), wird einen Monat später im Rahmen des NormaPME Seminars beantwortet: „Trotzdem weigern sich EOTA und CEN TC 89 immer noch, wissenschaftliche Indizien zu akzeptieren, sehr wahrscheinlich, um große Hersteller zu begünstigen die traditionelle Dämmprodukte herstellen." *

21.08.2007, Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann

* Erläuterungen, Links:

www.ibp.fhg.de  Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP)

www.NORMAPME.com  Europäische Büro des Handwerks und der KMU für Normung
www.richtigbauen.de  www.richtigsanieren.de  Informationen für Bauherren (u.a.)

EOTA (European Organisation for Technical Approvals ): deutsches Mitglied ist das DIBt, Vertreter des IBP sitzen im Sachverständigenausschuss des DIBt für Dämmstoffe

Übersetzungen:

Launch of a research programme on thin multifoil reflective insulation products = Start eines Forschungsprogramms zu dünnen mehrschichtigen reflektierenden Folien-Dämmprodukten

To better understand how the technology works and to measure the real performance of this next generation of insulation products = besser zu verstehen, wie die Technologie funktioniert und die tatsächliche Wirksamkeit dieser nächsten Generation von Dämmprodukten zu messen

Querverweise:

„Wir denken nach #04: Warum nicht sein kann, was nicht sein darf (IR reflektierende Folien)“, Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann, 20.08.2007

"Infomaterial für Fachleute: Heizenergieeinsparung mit ThermoShield in der Praxis. Eine Übersicht zu praktischen Resultaten: Fassadenbeschichtung mit ThermoShield Exterieur", Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann, DIMaGB, Berlin, 03.07.2007

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