Wärmedämmung <strong>und</strong> Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung <strong>und</strong> Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata1 EinleitungDie vorliegende Studie untersucht den Einfluss von Wärmedämmung <strong>und</strong>Phasenwechselmaterialien auf den Energiebedarf <strong>für</strong> Heizung <strong>und</strong> Kühlung bzw. dassommerliche Raumklima <strong>für</strong> 6 verschiedene europäische Standorte: Warschau,Frankfurt/M., London, Paris, Rom <strong>und</strong> Sevilla.Gegenstand der Untersuchung ist der Effekt der folgenden Produkte (Herstellerangaben):• Styropor ® : expandierbares EPS der BASF <strong>für</strong> die Herstellung von EPS-Dämmplatten. Styropor zeichnet sich aus durch ein gutes Wärmedämmvermögen,hohe Druckfestigkeit, gute Stoßdämpfung, geringes Gewicht <strong>und</strong>Feuchteunempfindlichkeit. Anwendungen: WDVS, Trittschalldämmung,Dämmung der obersten Geschossdecke, Dämmung Steildach, DämmungKellerdecken, Flachdachdämmung, Schalsteine <strong>und</strong> Formteile.• Neopor ® : expandierbares EPS der BASF <strong>für</strong> die Herstellung von EPS-Dämmplatten. Durch den Einsatz von Infrarot- Absorbern erzielt Neopor beigeringerem Materialeinsatz die gleiche Dämmleistung wie Standard-EPS.Anwendungen: WDVS, Trittschalldämmung, Dämmung der obersten Geschossdecke,Dämmung Steildach, Dämmung Kellerdecken, Flachdachdämmung,Schalsteine <strong>und</strong> Formteile.• Styrodur ® C: extrudierter Polystyrol-Hartschaumstoff (XPS), der von der BASFhergestellt wird. Styrodur zeichnet sich durch ein gutes Wärmedämmvermögen,geringe Wasseraufnahme <strong>und</strong> hohe Druckfestigkeit aus. Anwendungen:Perimeterdämmung, Umkehrdach, Wärmebrückendämmung, Bodendämmung,Kerndämmung, Steildachdämmung, Deckendämmung, Frostschutz im Straßen<strong>und</strong>Schienenwegebau.• Elastopor ® H: Elastopor H ist ein zu zirka 95% geschlossenzelligerPolyurethanhartschaumstoff zur Herstellung von Spritzschaum <strong>und</strong> Hartschaumplatten.Mehrlagig per Spritzpistole aufgetragen, kann Elastopor H gleichzeitig alsWärmedämmung <strong>und</strong> zur fugenlosen Abdichtung verwendet werden.• <strong>Micronal</strong> ® <strong>PCM</strong>: von der BASF hergestellter Latentwärmespeicher. Mit <strong>Micronal</strong> ®<strong>PCM</strong> modifizierte Baustoffe stabilisieren die Raumtemperatur im Bereich desPhasenübergangs. <strong>Micronal</strong> ® ist erhältlich von BASF als Pulver oder Flüssigkeit,z.B. <strong>für</strong> die Herstellung von Putz oder von Gipskartonplatten mit Latentwärmespeicherfunktion.Die Untersuchungen der Dämmmaterialien wurden anhand eines Reihenendhausesmit Wohnnutzung durchgeführt. Für die Untersuchung des Phasenwechselmaterials<strong>Micronal</strong> ® <strong>PCM</strong> wurden zwei Räume in einem Bürogebäude betrachtet.2 Berechnungsmethode2.1 Das Gebäudesimulationsprogramm DYNBILDer Heizwärmebedarf aller Varianten in dieser Studie wurde mit Hilfe derdynamischen thermischen Gebäudesimulation ermittelt. Diese Methode ermöglichteine detaillierte Vorhersage des thermischen Verhaltens von Gebäuden aufGr<strong>und</strong>lage der physikalischen Zusammenhänge. Im Gegensatz zu stationärenVerfahren gehen auch Wärmespeichervorgänge explizit in die Berechnung ein. DasGebäude wird in mehrere Zonen eingeteilt, so dass Räume mit verschiedenenRandbedingungen (Nutzung, Fensterflächen, Verschattung, Orientierung,Temperaturanforderungen, Geometrie) getrennt voneinander untersucht werdenkönnen. Berücksichtigt werden u.a. die thermischen Bauteileigenschaften, dieAuswirkungen von Solarstrahlung, internen Wärmegewinnen <strong>und</strong> Heizung bzw.Kühlung sowie die Wechselwirkungen der Zonen untereinander. Die Simulationverarbeitet St<strong>und</strong>enwerte der Randbedingungen <strong>und</strong> liefert als Ergebnis <strong>für</strong> jedeZone des Modells den Verlauf der Temperaturen bzw. der erforderlichen Heiz- <strong>und</strong>Kühlleistungen.Die Berechnung erfolgte mit dem PHI-eigenen dynamischen GebäudesimulationsprogrammDYNBIL. Detaillierte Vergleiche der Ergebnisse von DYNBIL-Berechnungen mit Messungen in gebauten Projekten zeigten sehr guteÜbereinstimmung. Das Programm hat sich seit vielen Jahren in der Projektierung<strong>und</strong> thermischen Untersuchung von Gebäuden bewährt. Es wird durch die folgendenEigenschaften charakterisiert [Feist 1999]:• Wärmeleitung <strong>und</strong> Wärmespeicherung– Instationäre Wärmeströme (Mehrkapazitäten-Netzwerkmodell) inkl. eindimensionalerErsatzdarstellungen <strong>für</strong> Wärmebrücken• Konvektiver Wärmeübergang– Temperaturabhängigkeit des konvektiven Wärmeübergangs an Oberflächenim Raum– Temperaturabhängigkeit des konvektiven Wärmeübergangs im ebenen Spalt(Scheibenzwischenräume)• Langwelliger Strahlungsaustausch– Approximation des Strahlungswärmeaustausches im Raum durch dasZweisternmodell bei sauberer Trennung zwischen Strahlung <strong>und</strong> Konvektion• Kurzwellige Strahlung– Einfluß des Einfallswinkels <strong>für</strong> den Strahlungsdurchgang am Fenster– Verschattung der kurzwelligen Strahlung• Wärmeübergang an Außenoberflächen– Konvektiver Wärmeübergang, windabhängig- 3 -- 4 -
Wärmedämmung <strong>und</strong> Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung <strong>und</strong> Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata– Langwelliger Strahlungsaustausch an Außenoberflächen mit der Umgebung<strong>und</strong> Abstrahlung in den Himmel, atmosphärische Gegenstrahlung• Interne Wärmequellen– Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmetransportmechanismen• Der Einfluß der Wärmeabgabe– Bewertung des Raumklimas mit Hilfe von operativen Temperaturenberücksichtigt, Hilfsstrom <strong>für</strong> die Raumkühlung ist in der Jahresarbeitszahl desKühlgerätes bereits enthalten.• CO 2 -Ausstoß <strong>für</strong> Raumheizung <strong>und</strong> -kühlung.3 Variation des Dämmstandards3.1 Durchführung der BerechnungenDie positiven Auswirkungen von Wärmedämmung auf den Heizwärmebedarf <strong>und</strong> denEnergieverbrauch in kalten Klimata sind in der Wissenschaft unumstritten, aber in derbreiten Öffentlichkeit immer noch ungenügend bekannt. Unklarheit herrscht zum Teilüber das Ausmaß der mit Dämmmaßnahmen erzielbaren Energieeinsparung <strong>und</strong>über den Nutzen beim Einsatz in wärmeren Klimaten, insbesondere in Bezug auf denSommerfall.In diesem Abschnitt werden die Konsequenzen unterschiedlicher Dämmniveaus <strong>für</strong>die folgenden Größen ermittelt:• Heizwärmebedarf, d.h. die Wärmemenge, die den Räumen im Laufe eines Jahreszugeführt werden muss, um eine operative Raumtemperatur von 20 °C zugewährleisten.• Heizenergiebedarf, d.h. die Menge an Energie in Form von z.B. Heizöl oderErdgas, die dem Heizsystem im Laufe eines Jahres zugeführt werden muss, umeine operative Raumtemperatur von 20 °C zu gewährleisten.• Nutzkältebedarf, d.h. die Wärmemenge, die dem Gebäude im Laufe eines Jahresdurch eine aktive Kühlung entzogen werden muss, um die Lufttemperatur aufhöchstens 25 °C zu begrenzen.• Strombedarf Raumkühlung, d.h. der sich daraus bei typischen Jahresarbeitszahlender gängigen Splitgeräte ergebende jährliche Stromverbrauch <strong>für</strong>die Raumkühlung.• Spitzentemperatur, d.h. der höchste St<strong>und</strong>enmittelwert, der in irgendeinem derWohnräume (Zone 1 bis 6) im Laufe des Jahres aufgetreten ist. In der Regeltreten die höchsten Temperaturen in Zone 4 auf, die südorientiert ist <strong>und</strong> unterdem Dach liegt (vgl. Abbildung 1).• Überhitzungshäufigkeit, d.h. die Anzahl der St<strong>und</strong>en, in denen die operativeRaumtemperatur über 25 °C liegt, falls keine aktive Kühlung installiert ist.Dargestellt wird der wohnflächengewichtete Mittelwert dieser Häufigkeit <strong>für</strong> dieWohnräume.• Primärenergiebedarf <strong>für</strong> Raumheizung <strong>und</strong> -kühlung. Hier wird angenommen,dass eine aktive Kühlung betrieben wird. Der Hilfsstrombedarf der Heizung wurdeAbbildung 1: Beispiel <strong>für</strong> den Temperaturverlauf im Sommer (Frankfurt/M., Dämmstandard“minimal”, keine aktive Kühlung)3.2 BeispielgebäudeDie Simulationsrechnungen wurden anhand des in Abbildung 2 dargestelltenReihenendhauses durchgeführt. Das Gebäude ist zweigeschossig <strong>und</strong> besitzt einenKeller, der innerhalb der thermischen Gebäudehülle liegt, aber nicht aktiv beheiztwird. Das Gebäude ist in Massivbauweise errichtet, die Wohnfläche beträgt 120 m².- 5 -- 6 -