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Bauphysikalische Prinzipien, Maßnahmen und Kennwerte einer Wärmedämmung

Welche bauphysikalischen Faktoren beeinflussen die Wärmedämmung und umgekehrt? Was hat die Wärmedämmung mit der Schalldämmung zu tun? Wie reguliert eine Wärmedämmung die Feuchtigkeitsdiffusion?

Die Wärmedämmung ist seit Jahrzehnten ein hierzulande bewährtes bautechnisches Mittel, um den Energieverbrauch von Gebäuden zu optimieren. Ein gedämmtes Gebäude hält die mit kostenintensiver Heizung erzeugte Wärme bestenfalls winters im Haus und lässt sommers keine Hitze in das Haus vordringen, so dass es in den Räumen angenehm kühl bleibt. Wer das Konzept Wärmedämmung verstehen und anwenden will, sollte sich auch mit der Theorie dahinter auskennen. Wir erklären hier die bauphysikalischen Prinzipien, auf denen die Wärmedämmung von Gebäuden beruht. Sie lernen dabei die wichtigsten Begriffe und Kenngrößen kennen. Außerdem erfahren Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile der Wärmedämmung und bekommen so eine Entscheidungshilfe für den Fall, dass Sie ein eigenes Dämmprojekt vorhaben.

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Allgemeine Funktionsprinzipien thermischer Isolierungen

Wärme (Thermie) strömt laut den physikalischen Gesetzen der Wärmelehre (Thermik) immer in der Strömungsrichtung von warm nach kalt. Unter Wärmedämmung versteht man im Allgemeinen das Konzept, dass ein Körper oder Raum mittels einer geeigneten Hülle, die den Durchgang von Wärmeenergie reduziert, davor geschützt (isoliert) wird,

  • sich zu erwärmen (Wärme dringt nicht von außen durch die Hülle in den Raum / Körper ein) und / oder
  • sich abzukühlen (Wärme dringt nicht durch die Hülle aus dem Raum / Körper hinaus).

Die Hülle entspricht dabei der Wärmedämmung beziehungsweise Wärmedämmungsmaßnahme. Isolierende Hüllen haben viele Warmblüter (endotherme Lebewesen) im Laufe ihrer Evolution entwickelt, zum Beispiel in Form von Behaarung, Befiederung, Fettgewebe und anderes. Und der Mensch erfand eine ganze Reihe technischer Hüllen, die ihm beziehungsweise seinem Lifestyle als Wärmedämmung dienen, indem er sich natürliche oder künstliche Materialien zunutze macht, darunter Bekleidung oder eben die Wärmedämmung seiner Gebäude.

Je nach „Branche“ sind unterschiedliche Begriffe für die Wärmedämmung gängig: Die Biologie spricht über die Wärmedämmung von lebenden Körpern als Thermoisolation. Die Bautechnik sagt eher Bauisolierung.

Als Mechanismen der Wärmeübertragung lassen sich drei unterscheiden: 

  • Wärmeleitung
  • Wärmestrahlung
  • Konvektion

Jeder Mechanismus lässt sich systemspezifisch „unterbrechen“, so dass die Wärmeübertragung gemindert oder verhindert wird, was einer Wärmedämmung entspricht.

  • Den Mechanismus der Wärmeleitung dämmt man, indem die für die Wärmeleitung zuständigen Molekülkaskaden mit Hilfe geeigneter Materialien in ihrer Anordnung verlängert oder unterbrochen werden.
  • Die Wärmestrahlung kann man dämmen, indem man die sie verursachenden elektromagnetischen Wellen umlenkt (reflektiert, spiegelt), wenn eine Erwärmung des Raums / Körpers verhindert werden soll. Soll dagegen dessen Abkühlung unterbunden werden, hilft es, die Oberflächentemperatur von Körper / Raum zu senken, indem man die Wärmeleitung in die Hülle verringert.
  • Die Konvektion, also die Wärmeströmung in Gasen oder Flüssigkeiten, kann man ebenfalls mit einer wärmedämmenden Hülle unterbrechen.
Prozentuale Anteile der Wärmeverluste eines typischen Einfamilienhauses mit geringer Wärmedämmung (Grafik: energie-experten.org)
Prozentuale Anteile der Wärmeverluste eines typischen Einfamilienhauses mit geringer Wärmedämmung (Grafik: energie-experten.org)

Das Konzept der Wärmedämmung von Gebäuden

Bei Gebäuden nutzt man die Wärmedämmung, um den Heizbedarf zu minimieren. Sie ist mit dem Bedarf an durchgängig geheizten Räumen aufgekommen, der sich ab den 1960er-Jahren durchsetzte und dabei auf Gebäude traf, die nicht oder nur mäßig gedämmt waren. Heute ist die Gebäudewärmedämmung eine der wirtschaftlichsten Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgas-Emissionen.

Als Dämmmaterialien haben sich verschiedene bewährt, die aus natürlichen oder künstlichen Rohstoffen gefertigt werden. Diese Dämmstoffe müssen in eine bestimmte Form gebracht werden, um die materialspezifischen Dämmeigenschaften bestmöglich nutzen zu können. Man unterscheidet die Struktur der Dämmstoffe nach ihren Geometrien in Granulat, Faserwerkstoff und festen Schaum. Als Formen haben sich für Dämmstoffe Haufwerk, Faserverbundstoffe, textile Matten und Platten bewährt.

Im Neubau wird die notwendige Wärmedämmung von der Energieeinsparverordnung EnEV vorgegeben. Diese ist demnach an einem maximal zulässigen Primärenergiebedarf orientiert und wird in Bezug zu einem in der EnEV definierten Referenzgebäude erfasst. Zur Erreichen dieses Wärmedämmungsstandards können Bauteile unterschiedlich stark wärmegedämmt sein. Lediglich in der Summe, müssen die Vorgaben der EnEV erreicht werden.

Die Wärmedämmung eines Altbaus unterliegt bis auf wenige Ausnahmen nur dann der EnEV, wenn bauliche Veränderungen vorgenommen werden. Eine Wärmedämmung unterliegt nur dann der EnEV-Pflicht, wenn die jeweilige Änderung mindestens zehn Prozent der jeweiligen Bauteilfläche des Hauses betrifft. Bei einem Aus- und Anbau gelten ähnliche an der Nutzfläche orientierte Größenordnungen. Sollen nur einzelne Maßnahmen ausgeführt, d.h. einzelne Bauteile erneuert oder ertüchtigt werden, so gibt die EnEV 2014 entsprechende Anforderungswerte an den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) für das jeweils zu modernisierende Bauteil vor.

Tabelle: Überblick von der EnEV 2014 geforderte U-Werte für die Änderung von Bauteilen bei bestehenden Gebäuden
Bauteile Geforderter U-Wert Umsetzungsbeispiele
Außenwand 0,24 W/m2 Wärmedämmung mit 12 bis 16 cm bei WLS 032 - 035
Fenster 1,30 W/m2 Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung
Dachflächen, Dachgauben, Abseiten 0,24 W/m2 Wärmedämmung mit 14 bis 18 cm bei WLS 032 - 035
Oberste Geschossdecken 0,24 W/m2 Wärmedämmung mit 14 bis 18 cm bei WLS 032 - 035
Flachdächer 0,20 W/m2 Wärmedämmung mit 16 bis 20 cm bei WLS 032 - 035
Wände und Decken gegen unbeheizte Keller oder Bodenplatte 0,30 W/m2 Wärmedämmung mit 10 bis 14 cm bei WLS 032 - 040
Nach unten an Außenluft grenzende Decken 0,24 W/m2 Wärmedämmung mit 14 bis 18 cm bei WLS 032 - 035

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Typische Einzelmaßnahmen einer Wärmedämmung

Wärmedämmung der Außenwände

Da die Außenwände eines Gebäudes flächenmäßig einen der großen Anteile der Gebäudehülle einnehmen, ist auch der Wärmeverlust über diese vergleichsweise hoch. Daher sind auch die Einsparpotenziale durch eine Wärmedämmung sehr hoch. Entsprechend der Wandkonstruktion, der angestrebten Dämmwirkung und dem finanziellen Rahmen sind verschiedene Wanddämmungen möglich. So versieht man einschalige Wandkonstruktionen häufig mit einer außenliegenden Dämmschicht wie z. B. einem WDVS oder einer hinterlüfteten Konstruktion als Vorhangfassade oder Vormauerschale. Zweischalige Wandkonstruktionen werden in der Regel durch eine Kerndämmung isoliert. Außenwände, die nicht von außen oder im Kern gedämmt werden können, lassen sich in gewissem Umfang alternativ von innen dämmen.

Wärmedämmung von Dachflächen

Eine Wärmedämmung eines Daches unterscheidet sich zunächst grundsätzlich nach der Dachart, ob es sich um ein Steildach oder um ein Flachdach handelt. Weitergehend differenziert man die Dämmmaßnahmen danach, ob sich unter dem Dach ein bewohnter oder unbewohnter Raum befindet. Je nach dem lassen sich unterschiedlichste Maßnahmen einer Dachdämmung ergreifen. Die meisten lassen sich vergleichsweise günstig und teilweise auch in oder mit Hilfe von Eigenleistung ausführen. Da auch über das Dach ein Großteil der Wärme verloren geht, gehört die Dachdämmung zu den wirtschaftlich lohnendsten Wärmedämmungen.

Wärmedämmung von Geschossdecken

Eine Wärmedämmung ist jedoch nicht nur für Außenbauteile relevant. Auch Decken, die an unbeheizte Räume grenzen, geben Wärme ab. Dies gilt vor Allem für die oberste Geschossdecke (bei ungedämmtem Dach), die Kellerdecke (bei unbeheizten Kellerräumen) bzw. die Bodenplatte (bei Gebäuden ohne Keller). Bei einer energetischen Sanierung lässt sich die oberste Geschossdecke relativ einfach vom Dachboden aus dämmen. Die nachträgliche Wärmedämmung der Bodenplatte ist nicht oder nur auf der Innenseite möglich. Die Wärmedämmung der Kellerdecke lässt sich bei ausreichender Deckenhöhe auf der kalten Seite im Kellerraum durchführen. Im Neubau kann die Wärmedämmung der Decken problemlos eingeplant und im Baufortschritt ausgeführt werden.

Wärmedämmung von Fenstern und Außentüren

Die Wärmedämmung von Fenstern und Außentüren bezieht sich auf das Fensterglas bzw. die Türfüllung, die energetische Qualität des Rahmens bzw. der Zarge und der wärmebrückenfreien Verankerung in der Außenwand. Während man im Neubau auf Dreifachverglasungen und sehr gut wärmedämmende Haustüren setzt, so müssen im Altbau diese Bauteile meist komplett getauscht werden, da eine Aufarbeitung und partielle Wärmedämmung z. B. durch Austausch der Verglasung nur bei z.B. denkmalgeschützten Fenster- bzw. Türrahmen sinnvoll ist. Aufgrund des klar abgesteckten Modernisierungsaufwandes zählt der Einbau neuer wärmeschutzverglaster Fenster und Türen zu den häufigsten Einzelmaßnahmen einer Wärmedämmung.

Bauphysikalische Kennwerte der Wärmedämmung

Beim Aufbau einer wirkungsvollen Wärmedämmung kommt es auf ihre bauphysikalischen Eigenschaften an. Jedes Material bringt seine materialspezifischen Eigenschaften in das Dämmprojekt ein. Um die Dämmwirkung zu bewerten und zu vergleichen, braucht man Kenngrößen wie die folgenden:

Wärmeleitfähigkeit

Angenommen, es tritt keine Konvektion auf, es herrscht also kein einziger Luftzug, dann versteht man die spezifischen wärmedämmenden Eigenschaften eines Materials als dessen Wärmeleitfähigkeit λ. Es gilt: Je kleiner die Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitzahl) ist, desto größer ist die Wärmedämmung. Die Dämmmaterialien werden im Bauwesen häufig in sogenannte Wärmeleitfähigkeitsgruppen oder Wärmeleitgruppen unterschieden, kurz: WLG.

Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert)

Der Wärmedurchgangskoeffizient meint die spezifischen wärmedämmenden Eigenschaften eines Materials / Bauteils unter Einbezug der Wärmeübergangswiderstände zur Umgebungsluft. Wobei das Bauteil immer ganzheitlich betrachtet wird, selbst wenn es aus mehreren Materialien aufgeschichtet ist, wie eine Außenwand, die mit einem mehrschichtigen Wärmedämmverbundsystem (WDVS) bestückt ist. Es gilt: Je kleiner der U-Wert ist, desto höher ist die wärmedämmende Wirkung des Materials oder Bauteils. Als Kehrwert bezeichnet man den Wärmedurchgangswiderstand (Wärmedurchlasswiderstand).

Wärmedurchlasskoeffizient

Lässt man den Wärmeübergangswiderstand außer Betracht, entspricht der Wärmedurchlasskoeffizient dem Wärmedurchgangskoeffizienten. Der Kehrwert ist der Wärmedurchlasswiderstand. Grundsätzlich hängt die Fähigkeit einer Wärmedämmung, veränderte Temperaturen weiterzuleiten, nicht nur von ihrer Wärmeleitfähigkeit ab, sondern auch von der Qualität, Temperaturen zu übertragen: sogenannte Temperaturleitfähigkeit.

Konstruktive und bauphysikalische Wechselwirkungen

Eine Wärmedämmung ist immer auch im konstruktiven und bauphysikalischen Zusammenhang zu planen und umzusetzen. Insbesondere Bauteilübergänge, -anschlüsse, -kombinationen und -durchdringungen spielen neben den konstruktiven Besonderheiten des jeweiligen Bauteils bei der Wärmedämmung eine wichtige Rolle. Diese Besonderheiten und Wechselwirkungen müssen sowohl bei der Auswahl und Kombination der Dämmstoffe bzw. Bauteile als auch bei der Reihenfolge der Wärmedämm-Maßnahmen berücksichtigt werden, um neben Einbußen bei der Effektivität der Wärmedämmung negative Auswirkungen auf die Statik, Abdichtungen, Feuchteschutz und Luftdichtheit zu vermeiden.

Das Problem mit den Wärmebrücken

Das größte Problem beim Errichten einer optimalen Wärmedämmung, sprich: einer dichten und dämmenden Gebäudehülle, sind unerwünschte Wärmebrücken. So nennt man Bereiche innerhalb eines Bauteils, über die Wärme schneller weggeleitet wird, als über angrenzende Bereiche. Das Problem: Wärmebrücken, die landläufig auch als Kältebrücken bezeichnet werden, verursachen einen höheren Bedarf an Heizwärme, weil der Transmissionswärmeverlust steigt. Ein höherer Heizwärmebedarf lässt auch die Heizkosten steigen. Zugleich bewirkt er, dass die Temperatur der Oberfläche innen sinkt, was Probleme mit Feuchtigkeit (Tauwasserausfall), Schimmel und letztendlich mit der Bausubstanz bringen kann.

Die Vermeidung von Wärmebrücken kann helfen, die Transmissionswärmeverluste der Wärmedämmung deutlich zu reduzieren. (Grafik: UNIPOR, München)
Die Vermeidung von Wärmebrücken kann helfen, die Transmissionswärmeverluste der Wärmedämmung deutlich zu reduzieren. (Grafik: UNIPOR, München)

Wärmebrücken werden in materialbedingte, geometrische und konstruktive unterschieden. Erstere resultieren aus der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit unterschiedlicher Materialien, zweite aus Unregelmäßigkeiten, die bautechnisch vorliegen, zum Beispiel ist eine Innenoberfläche anders als die zugehörige Außenoberfläche. Das ist bei Hausaußenecken oft der Fall. Die dritte Art von Wärmebrücken ergibt sich bei Bauteilanschlüssen, die wie Balkone die Dämmebene durchstoßen.

Wärmedämmung und Schalldämmung

Auch Schall breitet sich in Wellen aus. Je nach Material, dass die Schallwellen durchdringen, mal besser, mal schlechter. Eine moderne Wärmedämmung wirkt heutzutage häufig auch als Schalldämmung. Jeder Dämmstoff kommt mit einer spezifischen Schalldämmwirkung daher, die von seiner Dichte ebenso beeinflusst wird, wie von seiner Temperatur und dem Druck, dem er den Schallwellen entgegenzusetzen vermag.

Wärmedämmung und Feuchtigkeit

Eine fehlende oder mangelhafte Wärmedämmung kann den Ausfall von Tauwasser (Kondenswasser) zur Folge haben, was die Besiedlung der Bausubstanz mit Schimmel fördert. Schimmel und ein feuchtkaltes Wohnklima bergen ein Gesundheitsrisiko für die Bewohner des Gebäudes. Mit passenden Materialien, Konstruktionen und mehr kann dagegen vorgesorgt werden. So lässt sich die Gebäudehülle, also die Dämmschicht, luftdicht abdichten. Eine Dampfsperre verhindert die Diffusion von Wasserdampf, also von feuchter, warmer Luft in die Dämmschicht und / oder Wand dahinter.

Gut zu wissen: Die Wärmedämmung ist mitunter Ursache dafür, dass der Taupunkt verlagert wird. Zum Beispiel von einer Außenwand hin zum Fenster. Infolgedessen, dass jetzt nicht mehr die Wand der kälteste Bereich im Raum ist, sondern das Fenster, sammelt sich dort die meiste Luftfeuchtigkeit und kondensiert, sobald der Taupunkt erreicht ist. Dem muss man mit einer Oberflächentemperatur entgegen wirken, die über dem Taupunkt liegt. Auch eine optimale Lüftung hilft, die Feuchtigkeit im Raum zu regulieren. Des Weiteren sollte man an den Risikostellen auf feuchtigkeitsresistente Baustoffe achten.

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"Bauphysik, Maßnahmen und Kennwerte der Wärmedämmung" wurde am 29.08.2016 das letzte Mal aktualisiert.