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Hitzeschutz / Bauphysik

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
13.8. - 19.8.2011
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Hallo Leute,

an einem verregneten Sommertag wie heute beschäftigt sich der interessierte Bauherr mit dem Thema Hitzeschutz. Die Erkenntnisse möchte ich euch nicht vorenthalten.

Ein gewisser Herr Ralf Plag von www.u-wert.net ist mir zuvorgekommen und hat die Berechnung des sommerlichen Hitzeschutzes auf der Plattform möglich gemacht. Nun habe ich zwei oftmals hier diskutierte vermeintlich gute Varianten für den sommerlichen Hitzeschutz untersucht und bin zu interessanten Ergebnissen gekommen. Besonderes Augenmerk legen wir auf die Phasenverschiebung und auf die Amplitudendämpfung.

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Wandaufbau 1: Brenner S1-50 (hochporosierter gebrannter Ziegel, 50cm)
http://www.u-wert.net/berechnung/u-wert-rechner/?cid=55yYR7yq&d0=50&mid0=58&name0=Brenner+S1-50&m0=8&c0=1000&bt=0&T_i=20&RH_i=50&T_e=-10&RH_e=80&outside=0

Mit einer Amplitudendämpfung von 1428,6 ist dieser Wandaufbau auf den ersten Blick exzellent geeignet, da die Temperatur der innersten Bauschicht kaum schwankt. Dabei ist zu sagen, dass bereits ab einem Wert von etwa 100 keine nennenswerte Temperaturschwankung mehr auftritt. Das heißt, dass der Wert zwar sehr gut ist, er jedoch keine nennenswerten Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Wand aus Ziegeln bringt.

Viel Ausschlaggebender ist hier die Phasenverschiebung von 28,6 Stunden. Die Phasenverschiebung gibt an, wann die Maximaltemperatur der äußersten Schicht nach innen durchgedrungen ist. Durch diese hohe Phasenverschiebung wird die Maximaltemperatur im Innenraum um 19:45 erreicht, keine wirklich gute Ausgangslage. Noch suboptimaler wird die Kombination, wenn sich größere Fensterflächen im Westen befinden. Der Zeitpunkt der Maximaltemperatur im Innenraum ist deshalb schlecht, da zu dieser Zeit die Temperaturspitzen noch nicht weggelüftet werden können. Die Außentemperatur ist noch zu hoch.

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Wandaufbau 2: Maba Ziegelit 20 (Ziegel-Beton-Verbund, 20cm) mit Austrotherm EPS-F Plus (EPS ld=0.031, 20cm)
http://www.u-wert.net/berechnung/u-wert-rechner/?cid=Oe4KGrx6&d0=20&mid0=50&name0=Maba+Ziegelit&l0=0.866&m0=50&r0=1800&c0=1080&d1=20&mid1=15&name1=Hartschaum%2C+EPS&l1=0.031&bt=0&T_i=20&RH_i=50&T_e=-10&RH_e=80&outside=0

Die Amplitudendämpfung mit 238,1 liegt hier deutlich unter der des Wandaufbau 1, jedoch liegt die Temperaturdifferenz der inneren Oberfläche nur bei 0,1°C, was für den Hitzeschutz eindeutig zu vernachlässigen ist.

Die Phasenverschiebung von 11,5 Stunden liegt bei diesem Wandaufbau im Optimum. Durch den Zeitpunkt der maximalen Innentemperatur um 02:30 kann die Temperaturspitze bestens durch die kühle Nachtluft ausgeglichen werden und es entsteht kein Hitzestau. Hier ist auch nicht die Gefahr gegeben, dass sich das Haus bereits nach wenigen Tagen durch aufgeschaukelte Temperaturspitzen erwärmt.

Die Wärmespeicherfähigkeit der inneren Schichten ist somit um etwa den Faktor 3 höher als beim Wandaufbau 1.

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beide Wandaufbauten einen umfassenden Beitrag zum sommerlichen Hitzeschutz leisten, man jedoch im Falle Wandaufbau 1 mehr darauf achten muss, die Temperaturspitzen im Innenraum abzufedern. Den weit größten Beitrag zum Hitzeschutz trägt ohnehin eine bedingungslose Verschattung, ohne die hat obige Überlegung ihre Wirkung verloren.

Details zum Nachlesen hier:
http://www.u-wert.net/berechnung-des-hitzeschutzes/

  •  hiddenmaxx
15.8.2011  (#21)
@dandjo; - wenn ich auf info klicke, dann kommt da der vollziegel mit 2000 rohdichte.

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
16.8.2011  (#22)
@hiddenmaxx - Vergiss das. Klicke mal rechts daneben auf den Bearbeiten Button, dann siehst du die Werte, die zur Berechnung herangezogen werden. Bei Info zeigt es dir nur den Werkstoff an, den ich als Ausgangsmaterial genommen habe um nicht alle Werte ändern zu müssen.

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
16.8.2011  (#23)
@2moose - Wandaufbau 1 zeigt sehr wohl eine Amplitude, wenn auch eine geringere als Wandaufbau 2! Das macht die Betrachtung der Phasenverschiebung sehr wohl relevant und interessant. Klar, hier geht es um das Tüpfelchen auf dem i, das in beiden Fällen kaum Auswirkung auf den Hitzeschutz hat, trotzdem soll es erwähnt bleiben. Die beiden Beispiele sollten ja nur veranschaulichen, was die Amplitude und die Phasenverschiebung bewirken. Kleine Spitzfindigkeit am Rande: die Diskussion um den 50er Ziegel wird öfters geklickt und kommentiert. ;)

Zum Rest: Mag sein, dass die Seite ungeeignet ist um die Vorteile der Ziegelit-Wand herauszuarbeiten, darauf habe ich ohnehin nie abgezielt. Du übersiehst, dass die berechnete Temperaturdifferenz die innerste Schicht betrifft, der ganze solare Eintrag kann ohnehin niemals weggelüftet werden, in keinem der beiden Fälle. Der Eintrag über die Wand von Außen ist, wie man in beiden Fällen sieht, minimal. Viel ausschlaggebender ist der unvermeidbar höhere Eintrag über die Fenster, deren Anschlüsse und sonstigen Wärmebrücken. Auch diese Energie wird in den Wänden gespeichert und auch da ist Ziegelit im Vorteil, einfach weil mehr Energie aufgenommen werden kann, die zeitverzögert abgegeben wird. Weglüften kann man zudem nur die Lufttemperatur und eventuell noch die Oberflächentemperatur, nicht die gesamte gespeicherte Wärmeenergie der Wand.

Zugegeben, diese Problematik kann nicht mehr schlüssig mit der Berechnung hergeleitet werden, da, wie du sagst, der Fehler zu groß wird und einfach viel zu viele Paramter fehlen. Das sollte aber auch nicht Thema sein.

Ich habe die Ziegelit-Wand als zweites Beispiel herangezogen und untersucht, weil ich hier mit meinem Haus praktische Erfahrung habe und es mich interessiert hat. Sogar mit dem schlechteren Wandaufbau mit EPS ld=0,04 mit 0,18W/m²K. Wir hatten vorigen Sommer nie Temperaturen über 24°C, riesengroßens Indianerehrenwort. Liegt vielleicht auch daran, dass die oberste Geschoßdecke eine Amplitudendämpfung von 1000 und eine Phansenverschiebung von 16h hat. ;)

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  •  Sumo
  •   Silber-Award
16.8.2011  (#24)
gibt man noch die jeweiligen Putzdicken innen wie außen dazu ( es wird ja keiner im unverputzten Rohbau wohnen) verändert sich der Wert der Phasenverschiebung um Stunden.

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  •  hiddenmaxx
16.8.2011  (#25)
@dandjo - ah, ok, dann passt das!

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
16.8.2011  (#26)
@Sumo - Um Stunden? Wenn ich 2cm Kunstharzputz drauf klatsche, verschiebt sich die Phase um 12 Minuten.

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
17.8.2011  (#27)
@johro u. benji - Warum bei einem Haus mit Wandaufbau 1 (50er Ziegel) trotz niedrigerer Masse der Hitzeschutz besser ist, als bei einem Haus mit Aufbau 2 (Ziegelit + Styropor), hängt mit ein paar grundlegenden physikalischen Gegebenheiten zusammen. Dazu ein paar Hinweise (stark vereinfacht):
1. Wärme „wandert“ nicht nur von außen nach innen, sondern auch von innen nach außen (in der Nacht). Deshalb ist bei einem gut gedämmten Haus die Phasenverschiebung eher unwichtig, nicht aber die Temperaturdifferenz außen! (=besser bei Aufbau 1). Die Unterschiede sind nachzulesen bei den angeführten u-wert.net Beispielen im Eingangspost.
Nachprüfen kann man das, wenn man z.B. um Mitternacht mit einem simplen IR-Thermometer die Außenwandtemperatur bei einem Haus mit Styropordämmung (Aufbau 2) misst , und dann ein Haus mit 50er Ziegel. Ergebnis: Aufbau 2 ist kälter. Hinweis an den Hausverstand: Eine warme Herdplatte gibt mehr Wärme ab, als eine kalte...
2. Luft/Lüftung ist zum Transport von Wärme relativ schlecht geeignet.

Conclusio: Während man einem Hausbesitzer mit Aufbau 2 meist empfiehlt, in der Nacht seine KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung] voll aufzudrehen (=pro Nacht viele hundert Wh Stromverbrauch) um die Spitzen wegzulüften, kann ein Besitzer von Aufbau 1 seine KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung] ruhig auf der leisesten Stufe durchlaufen lassen, da sein Haus vollautomatisch außen hunderte Watt mehr an die Umwelt abstrahlt, als Aufbau 2.
Die reine Masse macht eben beim Hitzeschutz nicht alles aus, sondern die (möglichst gleichmäßige) Verteilung der Masse!

Trotzdem sollte man natürlich auch eine Gesamtjahresbetrachtung vornehmen, und da ist z.B. ein Aufbau, wie in 2moose gepostet hat, den beiden obigen überlegen.

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  •  johro
  •   Gold-Award
17.8.2011  (#28)
Hallo - Hi Gastkarl, ich beschäftige mich mit den Wand und Dämmungeigenschaften eigentlich sehr wenig und dadurch bin ich da sicher kein Experte. ehrlich gesagt ist es mir im Detail, so wie hier manchmal gepostet wird, auch wurscht.

aber angenommen es stehen ein Ziegelhaus und ein Ziegelit/Liapor-Haus nebeneinander und es bekommt, so wie morgen ca. 30°, dann wird es morgen am Abend in dem Ziegelit/Liapor-Haus etwas kühler sein, da ja die Masse der Wände viel höher ist und sich diese höhe Masse etwas langsamer erwärmt.
das ist doch richtig oder?
lg
johannes

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
17.8.2011  (#29)
@johro - Ja, das ist richtig, Puffer bleibt Puffer. Das ist auch das, was ich schon beschrieben habe. Wenn man die Aufbauten im Jahreszeitenwechsel betrachtet, wirkt der Puffer ausgleichender und verschleppt Wärmeenergie, was den Heizkosten -vor allem im Spätherbst- zugute kommt. Gleichzeitig ist im Frühjahr und zu Beginn von Hitzeperioden der Wandaufbau 2 bei richtigem Benutzerverhalten kühler.

Veranschaulichung: In ein halbes Glas kaltes Wasser und in eine Badewanne voll kaltem Wasser wird ein halbes Glas heißes Wasser geschüttet. Ist am Ende das nun volle Glas Wasser wärmer oder die Badewanne? Und jetzt stelle dir auch noch vor die Badewanne ist zu Beginn des Sommers sogar noch kühler als das halbe Glas Wasser.

@Karl
Was du schreibst kling schlüssig, widerspricht aber vollkommen den Aussagen des Herrn Plag: "Wärmespeicher nach innen, Wärmedämmung nach außen" ... "je weiter innen speicherfähige Masse angeordnet wird, umso höher ist deren Beitrag zum Hitzeschutz, deshalb sollten vor allem die innersten Schichten eine möglichst hohe Speicherfähigkeit besitzen, d.h. eine möglichst hohe Masse haben" ... "Warum dies so ist, leuchtet schnell ein: Hat die heiße Außenluft direkten Kontakt zur Speichermasse, ist der Energieeintrag und damit die Erwärmung der Speichermasse besonders hoch. Durch die thermische Entkopplung, d.h. durch eine Dämmschicht zwischen Wärmespeicher und Außenluft, wird der Energieeintrag in die relevanten Schichten deutlich reduziert."

Die Frage dabei ist: Ist die Wärme bei Wandaufbau 1 nicht bereits so weit ins Mauerwerk eingedrungen, um gar nicht mehr schnell genug nach außen abgegeben werden zu können? Weiters wird der Wandaufbau 1 in der Praxis meist mit einem Dämmputz versehen, der den beschriebenen Effekt vollkommen zum Ungunsten verändern würde.

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
17.8.2011  (#30)
@johro - Deine Annahme ist falsch. Das kannst du ja im angegebenen Link ersehen, dass die Temperaturdifferenz innen 0° ist, d.h. das Haus mit Aufbau 1 hat sich überhaupt nicht erwärmt! Das wurde hier schon mehrfach durchgekaut. Bitte einfach die Beiträge nochmal lesen...

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#31)
@Karl - Eben nicht, das ist ein Rundungsfehler. Der Wert liegt nahe bei 0,02°C.

Deine Überlegung und die Berechnung hat einen weiteren Fehler. Die Berechnung geht von vollkommen verschatteten Fassaden aus (sieht man an der simulierten Oberflächentemperatur). Eine von der Sonne bestrahlte Fassade hat je nach Farbe zwischen 50 und 60°C. Der Eintrag in die Wand am Tag ist somit um einen entscheidenden Faktor größer als die mögliche Wärmeabstrahlung über Nacht.

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#32)
@Dandjo - Na klar, wegen der Rundungsfehler ist das Ziegelit-Haus also kühler. Ich gebs auf...

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#33)
@Karl - Nein, auf Grund der Speichermasse.

Noch eine Anmerkung zu deiner KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung]-Phobie: Die KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung] muss man nicht auf "Vollgas" aufdrehen um über Nacht zu lüften. Es reicht ein minimaler Luftwechsel von 0,3/h um in den 6 kühlen Nachtstunden die gesamte Luft im Haus 2 mal auszutauschen. Dabei geht es weniger um die Temperatur selbst denn um die Enthalpie (feuchte warme Luft speichert mehr Energie als trockene kühle Luft). Der schlaue Bewohner lüftet dann zusätzlich über gekippte Fenster um die Laibung und somit die Wand weiter zu kühlen.

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#34)
Dandjo über seine KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung]: - Zitat vom 13.12.2010: "Im Sommer stelle ich sie über Nacht auf 0,8 (Kühlfunktion)."

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#35)
@Karl - Und was willst du mir jetzt damit sagen? Dass ich mit meiner Luftwechselrate übertreibe? Weiß ich, danke!
Übrigens: bin wieder davon abgekommen, weil's nix bringt. Man stelle sich vor, ich bin lernfähig. ;)

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#36)
Wandaufbau 3 - Ein Beispiel das zeigt, dass die Berechnung leider nicht viel mit der Praxis zu tun hat. Nach der Berechnung müsste ein Temperaturunterschied von 0,7°C an der Innenseite nach einer gewissen Hitzeperiode schon spürbare Temperaturunterschiede zeigen. Jeder, der alte Bauernhäuser oder richtige Altbauten in Wien mit 50cm Ziegelmauern kennt, weiß, dass die im Sommer immer kühl sind.

http://www.u-wert.net/berechnung/u-wert-rechner/index.php?&d0=50&mid0=50&name0=Vollziegel&r0=1800&&bt=0&T_i=20&RH_i=50&T_e=-10&RH_e=80&outside=0

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#37)
@Dandjo: 0,8 = keine Kühlfunktion? - ...das gekippte Fenster bringt also mehr? Bei wem hast du das gelernt?

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#38)
@Karl - 0,8 bietet ohne aktive Kühlung (über EWT oder Kühlaggregat) keinen nennenswerten Vorteil gegenüber 0,3. Ein 2facher Luftaustausch über Nacht reicht, da die Wände nur langsam Energie an die Luft abgeben. Die Feuchtigkeit wird auch mit 0,3 abtransportiert.

Ein gekipptes Fenster bringt mehr, ja. Einfach aus dem Grund, da die Laibung und somit die Wand ausgekühlt wird. Oder aus welchem Grund soll man noch im Winter nicht Kipplüften?

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#39)
@dandjo - Temperaturdifferenz innen-außen: Im Winter 20 bis 40°, Sommernacht wie heute: durchschnittlich 5°.
Wieviel % deiner Gesamtfläche machen die Laibungen aus? Meine gesamten Innenwände sind jedenfalls unverändert, obwohl ich schon seit Stunden testweise die Fenster sogar ganz offen habe...

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  •  dandjo
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#40)
@Karl - Wie viel % Gesamtfläche reichen aus um eine Wand um 0,1°C zu kühlen?

PS: Sitze hier momentan bei heizendem TV-Gerät, geschlossenen Fenstern und 21°C. Meine Frau hat heute sogar Kuchen im Backofen gebacken. ;)

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  •  Gast Karl
  •   Gold-Award
18.8.2011  (#41)
@Dandjo: wird ja immer lustigerwarum bist du dann früher mit KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung] auf 0,8 gefahren, um die vermeintliche Kühlfunktion zu aktivieren, wenn du jetzt sogar heizt? Du scheinst ein sehr schwankendes Haus zu haben...

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