Die Wärmeleitfähigkeit

Jedes Material kann Wärme weiterleiten. Es gibt gute und schlechte Wärmeleiter. Diese Wärmeleitfähigkeit ist messbar.

Als Maß für die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes wird die Wärmeleitzahl l (sprich Klein-Lambda) angegeben.

Die Wärmeleitfähigkeit l gibt die Wärmemenge in J (= Ws) bzw. Wh (= 3600 J), die in einer Sekunde bzw. 1 Stunde (= 3600 s) durch 1 m² einer 1 m dicken Schicht eines Stoffes hindurchgeleitet wird, wenn der Temperaturunterschied der beiden Oberflächen 1 K beträgt.

Einheit: W/m · K

Je kleiner die Wärmeleitfähigkeit • desto schlechter ist die Wärmeleitung

• desto besser die Wärmedämmung.

Mit der Stoffgröße l sind die Baustoffe untereinander vergleichbar und l ist damit eine der wichtigsten Basiswerte für Wärmeschutzberechnungen.

Stehende Luft beispielsweise besitzt eine Wärmeleitzahl l = 0,02 W/m · K, Kupfer l = 380 W/m · K. Dies bedeutet, dass durch einen Kupferwürfel der Kantenlänge 1 m in einer Stunde 380 Wh hindurchfließen, wenn die Temperaturdifferenz der beiden Oberflächen 1 K beträgt, durch stehende Luft lediglich 0,02.

Beispiel:

Wie viel mal leitet Beton Wärme besser als Mineralwolle (WLG 040)?

0,04 · x = 2,1

x = 52,5 mal.

Dies bedeutet, dass 1 cm Mineralwolle genau so gut dämmt wie 52,5 cm Beton.

Die Tabelle 4-1 enthält die Rechenwerte lR der Wärmeleitzahlen von einigen Baustoffen. Zusätzlich sind die Richtwerte der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahlen µ angegeben.

Weshalb leiten verschiedene Materialien die Wärme unterschiedlich schnell? Dazu müssen wir das Gefüge der Stoffe näher betrachten.

Die Wärmeleitzahl hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Dichte

• Porigkeit

• Porengröße

• Wassergehalt eines Stoffes

• Temperatur

Metalle besitzen eine große Dichte: Aluminium r = 2700 kg/m³, Stahl r = 7500 kg/m³. Die Moleküle sind kompakt auf engem Raum angeordnet. Die Übertragung der Bewegungsenergie der Moleküle kann schnell und ungehindert erfolgen. Es sind nur winzig kleine Poren vorhanden.

Ein Lochziegel hat große Poren. Darin ist Luft eingeschlossen. Luft dämmt Wärme sehr gut und erschwert den Wärmetransport. Die Dichte eines Lochziegels liegt bei r = 1200 kg/m³.

Wird die Feinstruktur von Vollholz oder Polyurethanhartschaum betrachtet, so befinden sich dort sehr viele kleine Poren mit darin enthaltener, stehender Luft. 1 m³ Polystyrol (Styropor®) oder Polyurethanhartschaum enthält ca. 3,5 Millionen Poren. Die Rohdichte von Polyurethanhartschaum beträgt r = 30 kg/m³, die von lufttrockener Fichte r = 480 kg/m³ und die von Furniersperrholz r = 600 kg/m³. Zur Wärmeleitung steht demnach nur sehr wenig Masse zur Verfügung. Die Dämmwirkung der Wärmedämmstoffe beruht auf den unzähligen eingeschlossenen Luftbläschen.

Ein trockener Pullover schützt im Winter gut gegen die Kälte. Im Gewebe ist Luft zur Dämmung eingeschlossen. Ein im Regen durchnässter Pullover dämmt schlecht, wir frieren. Genauso verhält es sich mit Baustoffen. Es ist daher darauf zu achten, dass keine Feuchtigkeit in die Dämmmaterialien hinein diffundieren kann. Auch die Luft enthält je nach Temperatur mehr oder weniger Wasserdampf. Damit der Wasserdampf nicht in die Dämmstoffe hinein diffundieren oder gar hinein konvektieren kann, wird auf der Warmseite eine Dampfsperre oder Dampfbremse angebracht.

Beispiel:

Wie viel mal leitet Wasser die Wärme besser als stehende (trockene) Luft?

0,02 · x = 0,64

x = 32 mal.

Für die Angabe der Wärmeleitzahlen liegen die in Tabelle 4-2 aufgeführten Feuchtegehalte zu Grunde.

Der Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit wird bei einer Temperatur von 10 °C angegeben. Mit zunehmender Temperatur steigt der l-Wert geringfügig an.

Je höher die Dichte (r = rho) eines Stoffes

• desto besser ist seine Wärmeleitung

• desto schlechter seine Wärmedämmung.

Je mehr Poren ein Stoff hat und je kleiner sie sind

• desto schlechter ist seine Wärmeleitung

• desto besser seine Wärmedämmung.

Je geringer der Wassergehalt eines Stoffes ist

• desto schlechter ist seine Wärmeleitung

• desto besser seine Wärmedämmung.

Wärmedämmstoffe sind

• hochporige Baustoffe

• haben eine geringe Dichte

• bestehen zu 80 – 98 Volumen-% aus Luft oder einem anderen Gas.

Die sehr leichten Platten und Matten verfügen über Wärmeleitfähigkeiten (l) bis zu 0,10 W/m · K und bieten daher bei geringer Dicke einen hohen Wärmeschutz.

Die Wärmedämmstoffe sind in neun Wärmeleitfähigkeitsgruppen (WLG) eingeteilt. Der WLG-Wert errechnet sich, indem der Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit lR mit dem Faktor 1000 multipliziert wird.

Beispiel:

lR = 0,030 · 1000 = WLG 030