Energie und Baudenkmal 3 Haustechnik

Solare Gewinne von Massivbauten
1. Innere Solargewinne durch
Wärmespeicherung
Im Innern fallen im Winter Heizungswärme, Abwärme
von Personen und Apparaten und Solareinträge durch
die Fenster an. Existieren speicherfähige Massen, können
diese Wärme aufnehmen, die sie in der Nacht teilweise
wieder an den Raum abgeben.
lll Haustechnik
2. Äussere Solargewinne durch
Wärmespeicherung
Auf der Aussenseite des Bauteils fallen Solareinträge
durch opake Bauteile 1 an. Massive Bauteile absorbieren
Sonnenlicht und werden dadurch in Abhängigkeit von
ihrer Wärmespeicherkapazität, ihrer Exposition, Oberflächenbeschaffenheit
und Farbe unterschiedlich stark
erwärmt. Sie geben in der Nacht Wärme nach innen und
nach aussen wieder ab.
3. Reduktion der Transmissionsverluste
Die besonnten Fassadenoberflächen erwärmen sich auch
an Tagen mit sehr tiefen Aussentemperaturen bis über
40 °C 2 . Solange die Aussenoberflächentemperatur höher
als die Innenoberflächentemperatur (z.B. 18 °C) ist,
wird die Transmission unterbunden und es fliesst ein
Wärmestrom in umgekehrter Richtung (2. Satz der
Thermo dynamik).
Der Wandkern wird erwärmt. Die Speicherfähigkeit beeinflusst
auch die Fassadenoberflächentemperatur positiv,
indem sie das höhere Temperaturniveau zeitlich verlängert.
Gemäss der «Studie über den Einfluss der solaren
Erträge über die Aussenwände auf den Energiehaushalt
eines Wohngebäudes» 3 sind die Aussenoberflächentemperaturen
besonnter Fassaden bei einer Aussenlufttemperatur
von zwischen –10 und 0 °C im Januar während
6 Stunden höher als 20 °C (in Berlin!).
Wärmespeichernde Bauteile haben nun die Möglichkeit,
diese Energie zu speichern und phasenverschoben
und amplitudengedämpft in den kalten Nachtstunden
nach beiden Seiten wieder abzugeben. Bedingung ist die
Nachtabsenkung der Heizung, damit der Speicher auch
nach innen entladen werden kann.
Eine Wand, die viel Energie gespeichert hat, gibt nach
Sonnenuntergang Wärme auch nach aussen ab. So fliesst
auch nach Sonnenuntergang das Temperaturniveau nach.
Die Phase erhöhter äusserer Oberflächentemperatur geht
also über die eigentliche Sonnenscheindauer weit hinaus.
Durch solare Einstrahlung verringerter Transmissionswärmestrom
bei Verbandmauerwerk hellgrau, blau und rot: um
bis über 30% reduzierte Wärmestromdichte. Sogar bei einer
Aussendämmung mit Verbundwärmedämmsystem (VWDS)
wurde eine ansprechende Verringerung festgestellt. (Abb. 6)
Nebst der Speicherfähigkeit spielen Orientierung und
Oberflächenbeschaffenheit (Farbe, Textur) eine wichtige
Rolle: der Vergleich einer reflektierenden weissen Nordfassade
mit einer dunklen südorientierten Aussenwand
ergab, bei gleichen rechnerischen Wärmedurchgangskoeffizienten,
bis zu 23% geringere Verluste für Letztere 4 .
Unterschiedliche Oberflächenstrukturen und Farben der
vornehmlich südorientierten Wände führen zu Reduktionen
der Wärmeverluste von bis zu 26% gegenüber nordorientierten,
nicht der Sonneneinstrahlung ausgesetzten
Wänden 5 .
Im Mittel ergeben sich Verbesserungen des rechnerischen
Durchgangskoeffizienten sämtlicher Aussenwände zwischen
4 und 9% für helle sowie 9 und 14% für dunkle
Ober flächen.
Speicherung im Sommer
Im Sommer bieten Konstruktionen mit hohem Wärmespeichervermögen
eine grössere Behaglichkeit. Wegen
der Speicherfähigkeit des Bauteils treten die äusseren
Temperaturspitzen phasenverschoben und amplitudengedämpft
erst in den kühlen Abend- und Nachtstunden in
den Raum, im Rauminnern sind Temperaturschwankungen
und die Maximaltemperaturen wesentlich geringer
als im Freien. Innenwärme (solare Einträge durch die
Fenster) wird solange von speicherfähigen Innen- und
Aussenwänden aufgenommen, wie die Wandoberflächentemperaturen
unter denjenigen der Raumluft
liegen. Damit ist die Wärmespeicherfähigkeit bis heute
ein zentrales Element sommerlichen Wärmeschutzes.
1) Der solare Energiegewinn
durch opake
Bauteile wird heute in
statischen Standardrechenverfahren
nicht
berücksichtigt.
2 / 3) Matthias Bumann,
Studie über den Einfluss
der solaren Erträge über
die Aussenwände auf
den Energiehaushalt
eines Wohngebäudes
verfasst von Dipl.-Ing.
Matthias G. Bumann
Ingenieurbüro DIMaGB,
Berlin
Berlin im April 2009,
redigiert 16.07.2009
4 / 5) Christian Kupke,
und Matthias Stohrer,
Wärmeenergietransport
durch Aussenwände
unter natürlichen
Klimabedingungen;
Abschlussbericht der
Forschungs- und Entwicklungsgemeinschaft
für Bauphysik e.V. an
der FH für Technik
Stuttgart, 1987
Energie und Baudenkmal – Haustechnik – V1 – 2014
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