Bauphysik von Dämmstoffen: Einfluss der Rohdichte auf die Dämmwirkung

Neben der Rohdichte ρ_roh sollte man noch deren Gegenstück kennen: die sogenannte Reindichte (Symbol: ρ_rein). Bei einem unporösen Körper ist die Reindichte gleich dessen Rohdichte.

Mathematisch ausgedrückt:

\(ρ_{rein} = ρ_{roh}\)

Da V_por = 0 (unporöser Körper) vereinfacht sich die Formel:

\(ρ = {m \over V}\)

Bildet man den Quotienten aus der Rohdichte (beziehungsweise der Schüttdichte eines Haufwerks) und der Reindichte, ergibt sich die relative Dichte des Festkörpers.

Die Differenz zwischen diesem Quotienten und 1 (entspricht 100 Prozent) ist die Gesamtporosität, also die Summe, die sich aus offener und geschlossener Porosität ergibt.

Während die offene Porosität die Hohlräume meint, die im Festkörper untereinander und mit der Umgebung in Verbindung stehen, sind mit geschlossener Porosität alle nicht miteinander verbundenen Hohlräume im Festkörper gemeint. Man spricht auch von

• Nutzporosität für offene Porosität und
• Dead-End-Porosität für geschlossene.

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Überdies hat die Rohdichte aber auch Einfluss auf eine Vielzahl weiterer bauphysikalischer Eigenschaften. Zu den wichtigsten zählen:

• Eine steigende Rohdichte wirkt sich bei Baustoffen positiv auf deren Schallschutz aus, während sie negativen Einfluss auf deren Wärmedämmung hat.
• Dämmstoffe, die Feuchtigkeit aufnehmen können, weisen eine geringere Wärmedämmfähigkeit auf. Die Dampfdiffusionswiderstandszahl μ richtet sich dabei nach der Rohdichte und ist umso höher, je höher die Rohdichte ist.
• Die in der Regel bei einer 10 %igen Stauchung angegebene Druckfestigkeit eines Dämmstoffes gibt einen Hinweis über seine Einsatzmöglichkeiten. Diese Werte sind weitgehend von der Rohdichte und Dicke des Materials abhängig.

Da bei dem Einsatz von Dämmstoffen in der Regel nicht nur eine bauphysikalische Eigenschaft von Bedeutung ist, ist auch die Betrachtung der Rohdichte oder die Wärmeleitfähigkeit eines Dämmstoffes immer im Zusammenhang mit den weiteren Dämmwerten eines Dämmstoffes entscheidend.

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Das lässt sich wie folgt veranschaulichen: Jeder Dämmstoff hat seinen materialspezifischen Wärmedurchgangskoeffizienten, den sogenannten U-Wert. Der lässt sich auch als Wärmestrom erklären, der bezogen auf einen Quadratmeter Dämmstoff bei einer Temperaturdifferenz von einem Grad (Kelvin) von der wärmeren zur kälteren Seite strömt. Ein kleiner U-Wert heißt demnach, dass der zugrunde liegende Wärmestrom gering ist.

Als Bauherr ist man heute verpflichtet, mit allen Bauteilen, die zur wärmeübertragenden Hülle des Gebäudes zählen, einen gesetzlich vorgeschriebenen Mindestwärmeschutz und die Vorschriften des aktuellen Gebäudeenergiegesetzes (GEG) einzuhalten.

Man muss sowohl bei einem Neubauprojekt als auch im Sanierungsfall eines Altbaus wissen, welchen Dämmstoff in welcher Dicke man einsetzt, damit das gesamte Bauteil, das mit der Dämmstoffschicht energetisch aufgewertet wird, beispielsweise eine Fassade mit einem Wärmedämmverbundsystem (kurz: WDVS), den vorgeschriebenen U-Werten für z. B. Fassaden von 0,24 W/m²K bei Sanierungen nach GEG §48 Anlage 7 entspricht.

Der U-Wert des Dämmstoffs hängt auch von der Schichtdicke ab, in der er zum Einsatz kommt. Es gilt also: Weil ein Dämmstoff mit einem kleinen U-Wert eine bessere Dämmwirkung als einer mit einem hohen hat, reicht bei einem Dämmstoff mit niedrigem U-Wert auch eine geringere Dämmstärke.

Beispiel: Eine Wand mit einer zwölf Zentimeter dicken Dämmung aus Polystyrol (Styropor, EPS) hat einen U-Wert von 0,26 Watt pro Quadratmeter und Kelvin (W/(m²K). Auf denselben U-Wert käme man mit dieser Wand auch mit einer nur vier Zentimeter starken Vakuum-Dämmplatte, deren Wärmeleitfähigkeit um ein Vielfaches geringer ist als die von EPS: 0,008 (W/(m²K).

Das Beispiel hat gezeigt: Winterlicher Kälteschutz lässt sich mit unterschiedlichen Materialien und Dämmsystemen realisieren. Wer nur darauf aus ist, kann sich für eine dickere Dämmschicht entscheiden, die wesentlich günstiger in der Anschaffung ist als die bis zu zehn Mal teureren Vakuumdämmplatten.

Wer auch im Sommer vor Hitze geschützt sein will, muss auf mehr achten, als auf den U-Wert des Dämmmaterials. Wer sein Mauerwerk und Dach so ausrüsten will, dass die Bauteile die tagsüber gespeicherte Wärme nicht ungebremst an die Innenräume abgeben, sollte bei der Wahl der Dämmung auch auf die Rohdichte achten.

Das Prinzip der Phasenverschiebung von Dämmstoffen mit hoher Rohdichte ist einfach: Je mehr Wärme ein Bauteil speichert, desto langsamer heizt es sich auf und kühlt es ab. Und so kommt es, dass unterschiedliche Wärmedämmstoffe zwar den gleichen winterlichen Wärmeschutz liefern können, sich jedoch in Sachen sommerlicher Hitzeschutz sehr unterschiedlich verhalten.

Die entscheidende Kenngröße - die Temperaturleitfähigkeit bzw. Temperaturleitzahl a (mm²/s oder cm²/h) - ergibt sich rechnerisch nicht nur aus der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs, sondern auch aus einer hohen Wärmespeicherfähigkeit und einer ebenfalls hohen Rohdichte.

Die folgende Formel zur Berechnung der Temperaturleitfähigkeit a stellt den rechnerischen Zusammenhang zwischen Wärmeleitfähigkeit λ, Rohdichte ρ und spezifischer Wärmekapazität c dar:

\(a = {λ \over {ρ \cdot c}}\)

Es gilt: Je höher die Rohdichte und Wärmekapazität, desto niedriger ist die Temperaturleitfähigkeit, desto höher ist der sommerliche Wärmeschutz!

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