Wärmespeicherfähigkeit

Die Wärmespeicherfähigkeit gibt an, wieviel Wärme (-energie) ein Bauteil speichern kann, wenn sich die Temperatur ändert.

Was sagt die Wärmespeicherfähigkeit für den Wandaufbau und den Energieverbrauch aus?

Die Wärmespeicherfähigkeit sagt aus, wie stark sich die Wand erwärmen wird, wenn man ihr Wärmeenergie zuführt. In anderen Worten: Um wieviel Grad Celsius sie wärmer wird, wenn von innen durch die Heizung eine gewisse Energiemenge zugeführt wird. Dabei ist aber zwischen Wärmespeicherfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit ("Dämmwirkung") zu unterscheiden. Viele Materialen können Wärme gut speichern (Metalle, Beton), sind aber im Vergleich zu Dämmstoffen trotzdem gute Wärmeleiter. Meist haben Materialien mit hohem Dämmwert eine geringere Speicherfähigkeit als Materialien mit schlechtem Dämmwert. Somit sagt die Wärmespeicherfähigkeit nicht allzuviel über den zu erwartenden Energieverbrauch aus. Bauwerke aus stark wärmespeicherfähigen Materialien können zur Beheizung sehr viel Energie benötigen. Aus diesem Grund wird (üblicherweise an der Außenseite) eine Wärmedämmung angebracht, um den Energiefluss nach außen zu verringern. Beispiel: Dämmung eines Altbaubestandes aus Vollziegeln mit einem Wärmedämmverbundsystem (Vollwärmeschutz).

Trotzdem kann die Speicherfähigkeit viel zum Raumklima beitragen. Die Wärmespeicherfähigkeit gibt ja gleichzeitig an, wie lange ein Material bzw. eine Konstruktion benötigt, um auszukühlen bzw. sich zu erwärmen. Diese Eigenschaft gleicht also Temperaturspitzen aus (im Sommer wie im Winter). Festzuhalten ist aber hierbei, dass dieser Prozess des kurzfristigen Temperaturausgleiches nur in den ersten Zentimetern der Wand passieren. Tiefere Wandschichten sind für diese Pufferwirkung praktisch nicht mehr relevant. Somit kann dieses thermische Verhalten der Wand auch durch geeignete Innenputze oder Innenbeplankungen erreicht werden.

Übrigens: Die Wärmespeicherfähigkeit eines Hauses ergibt sich nicht nur durch die Speichermassen der Außenwände. Auch Innenwände, Böden und Decken sind thermisch wirksam und können durch geeignete Ausgestaltung zu einem ausgeglichenen Raumklima beitragen.

Leichtbau oder Massivbau: Speicherfähigkeit im Sommer

Im Sommer überhitzt sich der Massivbau Iangsamer, da mehr Wärme von den Bauteilen aufgenommen wird. Allerdings kann die eingespeicherte Wärme in der Nacht oder in der Früh auch schwieriger abgelüftet werden. Da heute aber ohnehin alle Wohnbauten (egal ob Leichtbau oder Massivbau) gut gedämmt werden, spielen diese Effekte nicht mehr so eine große Rolle. Genauso wie der Wärmeverlust im Winter wird auch im Sommer die Erwärmung das Hauses durch die hohe Lufttemperatur von außen durch die Dämmung verringert.

Zusammenspiel von Wärmespeicherfähigkeit und Heizung

Hohe Wärmespeicherfähigkeit bedeutet immer eine gewisse thermische Trägheit. Dies wirkt sich auch auf das Zusammenspiel mit dem Heizsystem aus. Wenn kurzfristige Temperaturänderungen ohnehin durch viel gespeicherte Wärme aus den Bauteilen ausgeglichen werden, muss das Heizsystem nicht sofort reagieren. Träge reagierende Heizsysteme (Wandheizung, Fußbodenheizung) sind also für Massivbauten durchaus zweckmäßig. Im Gegensatz dazu wurden früher hochgedämmte Leichtbauten (z.B. die ersten Passivhäuser) nur mit Luftheizungen ausgestattet, die sehr schnell auf den aktuellen Wärmebedarf reagieren. So kann bei Sonneneinstrahlung auf den plötzlich reduzierten Wärmebedarf sehr schnell reagiert werden und die Wärmezufuhr gestoppt werden. Heute wird auch bei Leichtbauten häufig ein trägeres Heizsystem zur Grundlastabdeckung installiert, bei Passivhäusern spricht man auch von Bauteilaktivierung.

Weitere Details zu Wärmespeicherfähigkeit, Wärmespeicherkapazität, spezifische Wärmespeicherkapazität, Wärmespeicherzahl

Jeder Stoff (also in diesem Zusammenhang jedes Baumaterial) hat eine bestimmte Fähigkeit, Wärme zu speichern. Diese Fähigkeit wird beschrieben als "spezifische Wärmespeicherkapazität c" und üblicherweise gemessen in J/(kg K), also Joule pro Kilogramm und Kelvin, oft auch in Wh/(kg K), also Wattstunden pro Kilogramm und Kelvin.

Man kann diese spezifische Wärmekapazität auch berechnen, und zwar mit
c = ΔQ / (m . ΔT)
also die zugeführte Wärmemenge dividiert durch die Stoffmasse und die Temperaturänderung. Man könnte diese Beziehung auch beschreiben mit der benötigten Wärmemenge, die man einem Kilogramm eines Stoffes zuführen muss, damit sich seine Temperatur um 1°C erhöht.

Einige relevante Beispiele: (Quelle: Joanneum Research, Handbuch für Energieberater). Die Umrechung von Wärmeeinheiten kann man in der Onlineberechnung durchführen.

Stoff (Material)	spez. Wärmekapazität c Wh/kgK
Vollziegel, Hohlziegel, auch porosiert, Lehm, Marmor, Granit	0,26
Zementputz, Kalk-Zementputz	0,31
Beton, Estrich	0,31
Holz, Holzfaserplatten, Spanplatten	0,65
Gipskartonplatten	0,29
Steinwolle, Glaswolle, Schaumglas	0,25
Korkplatte, Strohmatte	0,17
Polystyrol, Polyurethan	0,35
Stahl	0,14
Kupfer	0,11
Luft (bei 10°C)	0,28
Wasser (bei 20°C)	1,16

 

Hier sieht man bereits, warum sich Wasser als Wärmeträgermedium deutlich besser eignet als Luft. Wenn man es z.B. um 10°C erwärmt kann man mit einem kg Wasser sehr viel mehr Wärme übertragen als mit allen anderen hier angeführten Stoffen. Zu beachten ist in obiger Tabelle natürlich auch, dass das Volumen eines Kilogramms der verschiedenen Stoffe sehr unterschiedlich ist (vergl. Vollziegel mit Polystyrol). Aus diesem Grund wird manchal bei Baumaterialien die Wärmespeicherzahl s angegeben, die sich auf das Volumen bezieht (Wh/m³K).