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Fachartikel: Wärmestrom und Wärmebrücke

Zwei Fachartikel von Kollegen Dipl.-Ing. Peter Rauch aus Leipzig vom 03.07.2007 befassen sich mit den Diskrepanzen zwischen Theorie und Praxis, zwischen Messung und Berechnung. Von einigen Berechnungen und Fachbegriffen abgesehen, sind die Aufsätze auch für den Laien verständlich. Ein Problem für die U-Wert-Fetischisten dürfte darstellen, dass Kollege Rauch seine Ausführungen mit Messwerten hinterlegt. Ein Trost für die U-Wert-Fetischisten: man darf hierzulande getrost die Praxis ignorieren und sich an Dogmen orientieren.
Das Problem hierbei ist hier beschrieben:
::  Unrealistische Bilanzeinschätzung von Feuchte und Wärme nach Norm
Kommentar zu den beiden Artikeln von Kollegen Peter Rauch: empfehlenswert.

DIMaGB, 21.07.2007


Wärmestrom durch eine Wand

Zusammenfassung:

Von den jeweiligen Größen zur Berechnung des Wärmestroms lässt sich nur der Wandquerschnitt sicher bestimmen. Die Wärmeleitfähigkeit λ gilt für den trockenen Zustand des Baustoffs. Ebenso treten erhebliche Differenzen auf, wenn eine nicht korrekte Temperaturdifferenz für die Berechnung eingesetzt wird, wie es bei dem genannten praktischen Beispiel mit der Wärmedämmung der Fall ist. Für die gleiche wärmegedämmte Außenwand ergibt sich rechnerisch ein Wärmestrom zwischen 18 bis 47 W (Formel 3 und 8), eine Differenz von 160% und damit ein vollständig unbrauchbares Ergebnis. Dagegen hat eine massive Wand (Formel 6 und 7) "nur" eine Differenz von 40%.
Die Berechnung des Wärmestroms liefert keine hinreichend genauen Werte.

Ursprünglich wurden diese Berechnungen zur energetischen Abschätzung verwendet, zum Beispiel für die Auslegung der Leistung einer Heizungsanlage. Mit wärmegedämmten Fassaden fließen in die Berechnung kleine λ-Werte, die einer großen Beeinflussung durch Feuchte unterliegen. Nach Fourier ist der im Stoff geleitete Wärmestrom Q dem Temperaturgefälle dt/dx und der Wandfläche A senkrecht zum Wärmestrom proportional. Da die äußere Oberflächentemperatur unterhalb der äußeren Lufttemperatur liegt, kann diese Berechnung zur energetischen Beurteilung einer wärmegedämmten Fassade beziehungsweise einer Bauteilkonstruktion, wo die Oberflächentemperatur unterhalb der Lufttemperatur absinkt, nicht verwendet werden.

Um auch für Wandkonstruktionen, die theoretisch einen kleinen Wärmestrom haben sollen, zu aussagefähigen Ergebnissen zu kommen, sollten entsprechende Messergebnisse in der Praxis erfasst werden, die eine hinreichende energetische Beurteilung zulassen.

Auf die genannten ungenauen Ausgangswerte beruht auch die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Wert), worauf sich die Energieeinsparverordnung (EnEV) stützt.

:: http://www.ib-rauch.de/bauphysik/formel/warmstro.html


Führt eine geometrische Wärmebrücke zu einem höheren Wärmestrom?

Auszug:

Zu dem Thema Wärmebrücken gibt es eine Vielzahl von Beiträgen, die mehrheitlich die rechnerisch ermittelte Isotherme im Querschnitt oder Temperaturunterschiede unter Hilfe von Infrarotaufnahmen zeigen. Was auf dem ersten Blick sehr einfach aussieht, ist jedoch wesentlich komplizierter. Es wirken verschiedene Einflussfaktoren, die der Bauphysik, Bauchemie, Konstruktion, dem jeweiligen Standort und dem Klima zu zuordnen sind. Diese können sich zum Teil aufheben oder auch verstärken. Hinzu kommt, dass in der Praxis sehr unterschiedliche Sachverhalte vorliegen, sodass diese nicht differenziert zugeordnet werden können. Wurde früher den Wärmebrücken wenig Beachtung geschenkt, so haben diese mit den Anforderungen an den Wärmeschutz an Bedeutung gewonnen. Vornehmlich ist die niedrige Oberflächentemperatur an der Inneseite zu beachten, da diese in vielen Fällen zu Feuchteschäden führen.

Im nachfolgenden Beitrag werden ein Teil der einzelnen Faktoren betrachtet. Zunächst unterscheidet man die stofflichen und die geometrischen Wärmbrücken.

Die Gleichung wird auf ruhende geschlossene thermodynamische Systeme angewendet, z. B. im wärmeisolierten Gefäß als adiabatischer Prozess. Ein Gebäude kann nicht als wärmeisoliertes Gefäß betrachtet werden, auch wenn 5 oder 40 cm Wärmedämmung an die Außenwand angebracht werden. Es bleibt immer ein offenes thermodynamisches System.

In die nachfolgende Betrachtung sollen instationäre bzw. stationäre Verhältnisse sowie der Einfluss durch Feuchte nicht betrachtet werden.

Je weiter die Wärmeflüsse von der Ecke entfernt sind, so sind diese dann im rechten Winkel nach außen gerichtet. Nach diesem Sachverhalt müsste an der konstruktiven Ecke an der Innenseite eine höhere Oberflächentemperatur vorliegen, als an der übrigen Wandfläche. Dem ist es aber nicht so.

Durch die Eckenausbildung sind die gegenüberliegenden Wandoberflächen unterschiedlich groß. Die innere Oberfläche, die die Wärme aufnimmt, muss eine größere Außenfläche mit Wärme „versorgen".

Auch im zweiten Beispiel wird deutlich, dass geometrische Ecken nicht zwangsläufig zu einem höheren Wärmestrom führen.

Auch wenn diese Berechnung in der Wandecke zur Wandfläche einen kleineren Wärmestrom ergibt, muss dies nicht der Realität entsprechen.

Bei dieser Betrachtung wurde weder die Oberflächenrauigkeit noch die Wärmestrahlung berücksichtigt. Trotzdem lässt dieser Sachverhalt zwei Schlussfolgerungen zu.

1. Bereits die unterschiedliche Luftgeschwindigkeit 1 m/s bzw. 2 m/s, die durch die Konvektion an der Außenwand nach unten strömt, ergibt ein Unterschied bei dem Wärmeübergangskoeffizienten von ca. 100%. Damit sind die Ergebnisse aus der Berechnung der Wärmeflüsse an der Wandfläche und im Eckbereich nicht mit einander vergleichbar.

2. Die Erhöhung der Temperatur durch Konvektion an der Innenwandoberfläche im Eckbereich führt zu einem größeren Wärmestrom. Es ist eine energetisch ungünstige Lösung für die Temperierung der Eckbereiche.

:: http://www.ib-rauch.de/bauphysik/formel/warmleit.html

mehr:

:: Bauphysik, Baubiologie, Bauökologie, Bauökonomie bei Koll. Peter Rauch

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