Bauphysik - Wärme & Energiebilanz

0K = -273,15°C (Molekülstillstand)

Energieerhaltung

Energieübertragung von warm nach kalt

Transportursache: Temperaturdifferenz

Leitung

Konvektion

Strahlung

NIE mit Teilchentransport verknüpft

Wärmetransport innerhalb von festen Körpern, ruhenden Flüssigkeiten, ruhenden Gasen

Wärmeleitfähigkeit λ in (W/mK)

Einflussgrößen auf Leitfähigkeit: Rohdichte, Temperatur, volumenbezogener Feuchtegehalt

Wärmeübertragung infolge Strömung (Teilchenbeförderung) von Gasen und Flüssigkeiten

tritt auf, wenn z.B. eine Gebäudeoberfläche von Luft bestrichen wird

abhängig von: Strömungsgeschwindigkeit, Oberflächentemperatur, Lufttemperatur, Oberflächenrauigkeit

Wärmetransport über elektromagnetische Wellen, auch ohne Medium (im Vakuum)

alles über 0K sendet Strahlung, alles absorbiert diese auch

Licht = Sichtbare Strahlung (Wellenlänge λ 380nm - 780 nm)

Differenzierung: direkte, diffuse und reflektierte Strahlung

Sonneneinstrahlung auf Bauteil ist abhängig von der Farbe des Bauteils

Strahlungsdurchlässigkeit von Glas: transparent für kurzwellige (Sonnenlicht), opak für langwellige (Infrarot, Wärme) -> Treibhauseffekt: kurzwellige Strahlung tritt ein, die dadurch hervorgerufene langwellige kann nicht mehr zurück

Energieertrag umso höher, je senkrechter die Strahlung auftritt -> hoch im Osten, Westen, Winter

Reduktion der Transmission: geringe Leitfähigkeit über geringe Rohdichte und amorphe Materialstruktur

Reduktion der Konvektion: Verkleinerung Gasvolumen (bis Vakuum), Erhöhung Trägheit des Gasvolumens

Reduktion der Emissivität: z.B. Low-E-Glas: außen hauchdünne Metallbeschichtung --> reflektiert langwellige Strahlung

dynamische Dämmung: hoher Gesamtenergiedurchlass- und Transmissionsgrad, Konvektionsbegrenzung

Wärmedämmverbundsystem (WDVS): mehrschichtige Dämmkonstruktionen aus aufeinander abgestimmten Baustoffen 

Wärmestrom in Watt, der 1m² eines Bauteils durchdringt

Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes R

wichtigste Kenngröße für Gebäudehüllen

bei Holzrahmenbau: relative U-Werte zusammenzählen 

U = 1/(R + R_si + R_se), wobei R_si = U-innen und R_se = R-außen

örtlich begrenzte (punktuelle / lineare) Bereiche mit geringerem Wärmeschutz als dem der umgebenden Flächen

• erhöhter Energieverbrauch
• Innenseite: niedrigere Oberflächentemperaturen als in angrenzenden Bereichen
• mögl. Folgen: Durchfeuchtung, Tauwasseranschlag, Pilzbefall, Dampfdiffusion, Unbehaglichkeit

lückenlose Wärmedämmung über vollständige Umhüllung ("Dämmebene zeichnen, ohne Stift abzusetzen)

Aber: vollst. thermische Entkopplung des massiven Baukörpers vom Erdreich ist meist nur bis zu 3 Geschossen möglich

1. Vermeidungsregel: Gefahren mögl. vollständig umgehen (Balkone von der Fassade getrennt vorstellen)

2. Durchstoßungsregel: Wenn Durchstoßungen nicht vermieden werden können -> Wärmebrücken z.B. durch Isokörbe verringern

3. Umhüllungsregel: wenn beide vorausgehenden Regeln nicht angewendet werden können: durchstoßendes Bauteil über eine gewisse Entfernung vom Durchstoßpunkt dämmen (meist wenig wirkungsvoll und sehr teuer)

Gewinne (intern, solar) meist kleiner als Verluste (Lüftung, Transmission)

Q_Heiz

Q_T

Q_L

Q_S

Q_I

U = 1 / R_T = 1 / ( R_si + ∑R + R_se)   [W/m²K]

passive Maßnahmen: 

• kompakte Struktur
• hohe Dämmung: Vakuumpaneele, Fenster Nord 4-Fach-Verglasung
• solare und interne Gewinne (Glasloggia im Süden)
• Latentwärmespeicher 
• Regeneratives Kühlsystem: Wasserlauf in Decken / Nachts Querlüftung

aktive Maßnahmen:

• Photovoltaik (Dach + Sonnenschutz)
• Solarkollektoren (Dach)
• Kreuzstrom- Wärmeaustauscher (Abluft erhitzt Zuluft)
• Wärmepumpe

häufigstes Wärmeübertragungsmedium, da spezifische Wärmekapazität sehr hoch

wenig Masse ist nötig, um verhältnismäßig viel Energie zu transportieren