Fortsetzung
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"Während im Norden Europas die Gebäude
vornehmlich eine wirkungsvolle Wärmedämmung und im Süden
eine große Wärmespeicherfähigkeit besitzen müssen,
bedarf es hierzulande der "richtigen Mischung" aus beiden
Eigenschaften." so Prof. Glück zu seinen Forschungsergebnissen
(HLH 12/2005). "Die vorrangige Entwicklung der Gebäudedämmung,
die durch die Energieeinsparverordnung befördert wurde, vernachlässigte
die Wärmespeicherkapazität der Raumumfassungen. Der Einsatz
von Latentspeichermaterialien (PCM) - beispielsweise durch mikroverkapselte
Paraffine in Putzen und Bauplatten - soll diesen Nachteil beheben. Die
Werbung vergleicht die Wärmespeicherkapazitäten von PCM-Bauplatten
mit denen bestimmter Beton- oder Ziegelwanddicken und suggeriert beim
Einsatz dieser Produkte auch das analoge energetische Verhalten und
eine vergleichbare thermische Behaglichkeit wie in konventionellen Bauten.
Wie gezeigt wird, sind diese Eigenschaften aber nicht a priori in derselben
Weise gegeben, da die Phasenwandeltemperatur entscheidenden Einfluss
nimmt."
Untersucht wurden mit dem eigens dafür entwickelten
Simulationswerkzeug "Dynamisches Raummodell" folgende sechs
unterschiedliche Bauweisen
- Massivhäuser aus Betonfertigteilen
- Holzleichtbauten ohne und mit PCM-Gipsbauplatten
- Massivholzbauten ohne und mit PCM-Lehmbauplatten
- moderne Ziegelbauten
hinsichtlich ihrer energetischen und wärmephysiologischen
Eigenschaften im Jahresgang anhand von vier Designdays.
Als Hauptbewertungskriterien galten:
- Entwurfstag 1: Heizlast
unter Auslegungsbedingungen für die Raumtemperatur 22 °C
- Entwurfstag 2: Tagesheizbedarf
an einem heiteren Februartag für eine Raumtemperatur von mindestens
22 °C während der Nutzzeit (700...2200 Uhr) und mindestens
18 °C in den Nachtstunden
- Entwurfstag 3: Tageshochgradstunden
an einem heiteren Julitag bei freischwingender Raumtemperatur und
Bewertung der Zeiten mit größer 26 °C unter Nutzung
einer intensiven Nachtlüftung
- Entwurfstag 4: Tageskühlbedarf
an einem Extremsommertag bei Einhaltung einer maximalen Raumtemperatur
von 26 °C während der Nutzzeit und Einsatz der Nachtlüftung.
Es wurde ein stets gleicher Testwohnraum (ca. 30 m²)
in einem Doppelhaus mit großer Fensterfläche nach Süden
und einer Außenwand mit Fenster nach Westen betrachtet, wobei
die Aussagen auch auf den Geschosswohnungsbau übertragbar sind.
Die Hauptergebnisse der Untersuchung sind aus Tabelle 1 und Bild 1 entnehmbar.
Spezielle Ergebnisse zeigen die Bilder 2 und 3.
Nachfolgende Hauptaussagen wurden
abgeleitet:
- Es gibt keine eindeutig zu präferierende bauliche
und/oder materialtechnische Lösung für Wohngebäude,
sodass den Bauschaffenden die spannende Suche nach thermisch behaglichen
und energetisch günstigen Realisierungen erhalten bleibt. Jedoch
werden der Massivholzbau und der homogene Leichtziegelbau, die dem
Architekten große Gestaltungsfreiheiten erlauben, überraschend
positiv bewertet.
- In Mitteleuropa müssen wegen der stark wechselnden
meteorologischen Bedingungen die Raumumfassungen eine optimale Kombination
von Wärmedämm- und Wärmespeicherfähigkeit besitzen.
In der Vergangenheit bevorzugten die Energieeinsparverordnungen die
Gebäudedämmung, in neuerer Zeit versucht man durch den Einsatz
von Baumaterialien mit Latentspeichermaterial (PCM) - beispielsweise
durch Gipsbauplatten mit mikroverkapseltem Paraffin - Bauten mit einer
größeren Wärmespeicherkapazität aus- bzw. nachzurüsten.
Ihre Anwendung ist wirkungsvoll, wie Tabelle 1 und Bild 1 aussagen.
- Die thermisch-energetischen Wirkungen beim Einsatz
von Latentspeichermaterial sind jedoch sehr stark von seiner Phasenwandeltemperatur
abhängig. Bereits bei der Wahl der Schmelztemperatur ist zu entscheiden,
ob die Speicherwirkung bevorzugt der winterlichen Heizenergieersparnis
durch passive Solarenergienutzung oder der wärmephysiologischen
Verbesserung im Sommer durch vergrößerte Wärmespeicherung
am Tage und Entladung mittels verstärkter Nachtlüftung dienen
soll. Beide Ziele sind nicht gleichzeitig erfüllbar.
Der einfache Vergleich der Speicherkapazitäten von Latentmaterialien
mit konventionellen Bauteilen - wie in Werbeaussagen oftmals formuliert
- ist bezüglich der wärmetechnischen Auswirkungen auf den
Raum nicht aussagefähig.
Der kombinierte Einsatz von Latentspeichermaterialien mit beispielsweise
zwei unterschiedlichen Phasenwandeltemperaturen könnte bei gleichzeitiger
Erhöhung des PCM-Anteils sinnvoll sein. Vor dem Einsatz eines
Materialgemisches mit einem gemeinsamen Schmelztemperaturbereich wird
allerdings gewarnt.
Verschiedene Latentspeichermaterialien haben keine identische Schmelz-
und Erstarrungstemperatur. Vorzugsweise sollte Material mit kleiner
Hysterese eingesetzt werden.
- Die Weiterentwicklungen herkömmlicher Baustoffe
zeigen, wie Wärmedämm- und Wärmespeicherfähigkeit
optimal vereinigt werden können. Bemerkenswert ist dabei, dass
man sich beispielsweise dem gleichen Ziel von zwei völlig unterschiedlichen
Ausgangsmaterialien bzw. Bauweisen nähert:
Der moderne Ziegelbau besitzt durch die Verwendung von Gitterziegeln
und Feinbettmörtel gegenüber dem Vollziegelmauerwerk eine
hohe Dämmfähigkeit bei verminderter Wärmespeicherkapazität.
Der Massivholzbau nutzt die niedrige Wärmeleitfähigkeit
des Holzes und erreicht durch das kreuzweise Aneinanderfügen von
Brettern aus kostengünstiger "Seitenware" eine relativ
hohe Wärmespeicherkapazität.
In der Folge dieser Entwicklungen können Wohnbauten mit sehr ähnlichen
Nutzungseigenschaften entstehen, wie Bild 1 unter unterschiedlichsten
Randbedingungen veranschaulicht. Die Ursache der bestehenden Ähnlichkeit
liegt in den Stoffwertpaarungen in Verbindung mit den Bauteildicken
begründet. Einen Auszug gibt Tabelle 2 wieder.
- Neue Baustoffe für strukturhomogene Bauteile
müssen aufeinander abgestimmte Wärmedämm- und Wärmespeichereigenschaften
besitzen. In erster Näherung kann man sich an den Stoffwerten
bzw. an komplexen wärmetechnischen Größen bewährter
Lösungen orientieren (vgl. auch Tabelle 2).
- Viele Baustoffneuentwicklungen widmen sich der gezielten
Verbesserung einer Stoffeigenschaft. Hierzu gehören beispielsweise
Vakuumisolationswerkstoffe (VIP) mit hervorragenden Wärmedämmeigenschaften
oder Latentspeichermaterialien (PCM) mit hohen Wärmespeicherkapazitäten
aufgrund des Phasenwandels. Diese Baustoffe können in der Regel
nur in Verbindung mit anderen Materialien Raumumfassungen bilden,
die im einfachsten Fall als Sandwichelemente gestaltet sind. Zukünftig
könnten auch Komposite interessant sein.
- Das Simulationsprogramm "Dynamisches Raummodell"
hat sich bei der wärmetechnischen Beurteilung bzw. Optimierung
der Raumumfassungen und der Bewertung der wärmephysiologischen
Raumeigenschaften für die wechselnden Randbedingungen im Jahresgang
bewährt.
Tabelle 1: Hauptergebnisse
für die Bautypen 1 bis 6 gemäß der Originaluntersuchung
Tabelle 2: Stoffwerte und
Wärmekapazität von Ziegelmauerwerk und Massivholzbauteilen
Bild 1: Grafische Darstellung der
Hauptergebnisse für die Bautypen 1 bis 6 gemäß der Originaluntersuchung
(Werte entsprechen der Tabelle 1)
Bild 2: Raumtemperaturverläufe
jeweils am 3. Simulationstag für alle untersuchten Bauweisen (Bautypen
1 bis 6) am heiteren Julitag
Bild 3: Leistungsverläufe jeweils
am 3. Simulationstag für alle untersuchten Bauweisen (Bautypen
1 bis 6) am Extremsommertag
Download des kompletten Forschungsberichts unter:
http://www.rom-umwelt-stiftung.de/arbbisher/projekt14.php
Autor: Professor Dr.-Ing. habil. Bernd
Glück,
RUD. OTTO MEYER-UMWELT-STIFTUNG, Hamburg
www.ROM-Umwelt-Stiftung.de
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