Dämmung und Dämmstoffe

Wenn wir heute von Dämmung und Dämmstoffe sprechen, hat mancher noch den Begriff der „Isolierung“ im Ohr oder Mund. Mit Isolierung bezeichnet man das Trennen. In der Elektrotechnik z. B. Den Strom führenden Leiter vom Menschen, der davon nichts abbekommen soll. Die sogenannten elektrischen Nichtleiter haben in der Tat so geringe Leitfähigkeit, dass von Isolierung gesprochen werden kann.

In der Wärmetechnik sieht es anders aus. Zwar trennt jede Wand den warmen Raum von der winterkalten Umgebung, es fließt jedoch immer ein Wärmestrom von der höheren zur niedrigeren Temperatur. Diesen Wärmefluss kann keine „Isolierung“ komplett unterbinden. Wir können ihn jedoch hemmen. Und dann spricht der Fachmann von einem Dämmstoff und der Dämmwirkung.

Schauen wir uns eine homogene Mauer aus 36 cm Ziegelstein an. Links im Bild ist das warme Zimmer, rechts die kalte Außenluft. In der homogenen Wand baut sich die Temperatur konstant vom warmen zum kalten Niveau ab. Da Gleichgewicht herrschen muss, ist schnell einsichtig, dass in jeder Ebene der Wand der gleiche Wärmefluss sein muss. Was auf der einen Seite hineingeht muss auf der anderen Seite wieder herauskommen. Nur eben auf einem tieferen Niveau.
Erkennbar ist auf dem Bild auch, dass die Oberflächentemperatur einer ungedämmten Wand recht gering bleibt.

Wir haben jedoch Baustoffe, die sehr unterschiedlich in ihren Wärmeleit-Eigenschaften sind. Um 1900 wurden tatsächlich viele Mauern in homogener Bauweise aus Ziegelstein gebaut. Die Wärmeleitfähigkeit wird mit dem griechischen Buchstaben lambda λ bezeichnet. Bei Ziegelstein liegt dieser Wert bei etwa  λ = 0,8 – 1,4 W/(mK).

Im obigen Beispiel einer Ziegelmauer mit d=36 cm und λ=0,96 W/(mK) ergibt sich ein Wärmewiderstand dieser Wand von:

R=d/λ = 0,36 m / 0,96 W/(mK) = 0,375 m²K/W

Zu berücksichtigen ist weiter der Übergang in den Grenzschichten des Bauteils und der Luft. Man geht davon aus, dass im Hausinnern ein zusätzlicher Wärmeübergangswiderstand von Rsi = 0,13 m²K/W und im Freien von Rse = 0,04 m²K/W realistisch ist. Damit ergibt sich ein Gesamtwärmewiderstand der Wand von:

R_ges=R+R_si+R_se = (0,375 + 0,13 + 0,04) m²K/W
= 0,545 m²K/W

Wenn wir hieraus den Kehrwert 1/Rges bilden, dann erhalten wir den Transmissionskoeffizienten:
U=1/R_ges = 1/(0,545 m²K/W) = 1,835 W/m²K

Dies ist die entscheidende Kenngröße der Mauer. An diesen U-Werten werden die Bauteile wärmetechnisch beurteilt. Die Energieeinsparverordnung EnEV regelt, welche U-Werte neue Gebäude einhalten sollen, bzw. welche U-Werte im Falle einer Änderung, Modernisierung oder eines Austauschs einzuhalten sind. Dieser Wert liegt für Außenwände derzeit (EnEV 2009) bei 0,24 W/m²K.  Das heißt unsere Beispielwand hat einen 7,6 Mal so hohen Wärmedurchlass, wie man sich das heute wünscht. Die Wand sollte gedämmt werden.

Für Dämmungen stehen uns Werkstoffe mit sehr viel geringeren Wärmeleitwerten zur Verfügung. Ein „alter“ Dämmstoff ist z.B. das Holz. Trockenes Fichtenholz hat quer zur Faser einen Wärmeleitwert von WLG = 0,13 W/mK. Die gleiche Wanddicke wie im obigen Beispiel ergäbe aus Holz gebaut einen U-Wert von

U_Holzwand = 0,34 W/m²K

Diese Wand wäre nur noch 40 Prozent über dem heutigen Grenzwert. Also Ziel noch nicht ganz erreicht, bitteschön einen noch besseren Dämmstoff suchen.

Versuchen wir es mit Steinwolle. Die hat z.B. WLG = 0,04 W/mK. 36 cm Steinwolle ergeben dann

U = 0,11 W/m²K

Damit könnten wir die Wand also gut Wärme dämmend bauen. Nun können wir Steinwolle aber nicht als Wand verwenden, sondern brauchen ein Gerüst und eine Bekleidung auf beiden Seiten. Diese Bestandteile der Wände müssen auch berücksichtigt werden.

Damit nähern wir uns den weiteren Eigenschaften der Dämmstoffe. Zumeist wird man aus festigkeitstechnischen (= statischen) Gründen eine tragende Wand haben und darauf die Wärmedämmung aufbringen. Anders sind die Fachwerke und Ständerwerke aus Holz, deren statisch wirksame Teile so filigran sind, dass dazwischen auch noch Dämmung Platz findet.

Die oben schon herangezogene Beispielwand wird mit einer außenseitigen Dämmung (Wärmedämmberbundsystem WDVS) mit 140 mm EPS / WLG 035) gedämmt. Es ergibt sich ein neuer Wärmedurchgangskoeffizient von

U_Neu = 0,22 W/m²K

In der thermischen Simulation wird erkennbar, wie sich nun die Temperatur fast komplett in der Wärmedämmung abbaut.  Die Ziegelmauer bleibt warm. Die Oberflächentemperatur der Innenseite wird sehr hoch, was der Behaglichkeit zuträglich ist.

Im folgenden Bild ist eine Innendämmung gleichen Wärmewiderstands gezeigt. Es ergibt sich für die ungestörte Wand der gleiche U-Wert wie bei Außendämmung. Deutlich erkennbar bleibt jedoch der Einfluss der eingebundenen Decke, die hier eine erhebliche Wärmebrücke darstellt.
Auch in dieser Situation wird die Temperatur über die Dämmung abgebaut, jedoch bleibt nun die Ziegelmauer kalt auf der Außenseite. Sie fehlt so dem Raum als Speichermasse und ist der Witterung stärker augeliefert.

Nicht jeder Dämmstoff ist für jede Situation geeignet. Ob und wie eine Wand so gedämmt werden kann, dass sie damit dauerhaft eine verbesserte Wärmedämmung erreicht, muss vom Fachmann geprüft werden.

Neben den wärmedämmenden Eigenschaften ist vor Allem wichtig, ob sich in der Bauteilkonstruktion Feuchte niederschlagen kann, an welcher Stelle und in welcher Menge dies geschieht und ob die Feuchte das Bauteil im Sommer wider verlassen kann. Diese Zusammenhänge sind teilweise sehr komplex und müssen gerade in Grenzfällen mit numerischen Methoden der FEM betrachtet werden.

Riskant sind immer wieder die Innendämmungen, sofern versucht werden muss, die Konstruktion luftdicht zu machen. Da dies schwierig ist, wurden in den letzten Jahrzehnten neue Dämmstoffe entwickelt, die wie Hanf-Lehm-Platten oder Kalziumsilikatplatten die Fähigkeit haben, in ihren Kapillaren im Innern kondensierte Feuchtigkeit an die Oberfläche zu befördern, wo diese bei trockener Innenluft wieder abdunsten kann.

Im Folgenden sind einige typische Vertreter von Dämmstoffen in einer Übersicht aufgeführt:

Mineralische Dämmstoffe:

Kalziumsilikat:
Platten oder Schüttung für Innendämmungen
Lambda: 0,04- 0,07 W/(m•K)
Rohdichte 200-290 kg/m³
Feuchteregulierend, weil Feuchte leitend

Kalziumsilikatplatten werden aufgrund ihrer feuchtereguliernden Wirkung und alkalischen Eigenschaft (das verhindert Schimmelpilz) vorzugsweise überall dort eingesetzt, wo eine Außenwandämmung nicht möglich ist, z.B. bei denkmalgeschützten Fassaden und Fachwerkhäusern.

Schaumglas:
Platten oder Schüttungen für Außendämmung
Lambda: 0,04- 0,055 W/(m•K)
Rohdichte: 105-165 kg/m³

Schaumglas besitzt eine hohe Druckfestigkeit, ist frostbeständig, alterungs- und fäulnisbeständig und nimmt kein Wasser auf. Es ist ein äußerst robuster Dämmstoff für den Außenbereich, insbesondere für begehbare Flachdächer. Der Herstellungsprozess ist sehr energieaufwändig und der Preis recht hoch.

Mineralwolle:
Der preiswerte Klassiker für die Außendämmung
Lambda: 0,035- 0,05 W/(m•K)
Rohdichte: 20-220 kg/m³

Aerogel
Hergestellt aus Kieselsäure werden vor Allem Silikat-Aerogele verwendet. Mit einer Porosität von 95-98% bestehen sie fast nur als Luft und sind auch kaum schwerer, durchscheinend und daher als transparenter Dämmstoff verwendbar. Meist wird das Material in anderen Platten eingearbeitet.
Lambda: 0,01 – 0,02 W/(m•K)
Rohdichte: 150 – 300 kg/m³ (Verbundplatte)

Organisch-Synthetische Dämmstoffe:

Expandiertes Polystyrol, EPS:
Auch ein billiger Klassiker in Plattenform für die Dämmung in verschiedensten Situationen
Lambda: 0,035- 0,04 W/(m•K)
Rohdichte: 15-30 kg/m³

Mit 70% Anteil unter den Wärmedämmverbundsystemen ist dieser Kunststoff Marktführer. Polystyrol ist günstig und hat über seine gute Dämmqualität hinaus die Eigenschaft, dass er feuchtebeständig, unverottbar und wenig elastisch ist.

Extrudiertes Polystyrol, XPS:
Die feuchteresistente Variante des Polystyrols in Plattenform für härteren Einsatz
Lambda: 0,03-0,04 W/(m•K)
Rohdichte: 15-30 kg/m³

XPS wird aufgrund seiner Druckfestigkeit, Verottungsfestigkeit und Feuchtebelastbarkeit bei erdberührenden Bauteilen, wie Kellerwände eingesetzt.

EPS und XPS sind brennbar. Insbesondere in der Fassadendämmung gibt es daher des Brandschutz wegen Einschränkungen in der Anwendung.

Polyurethan PUR:
Noch bessere Dämmeigenschaften als EPS/XPS, in Plattenform für die Außendämmung auch im Erdreich
Lambda: 0,025-0,04 W/(m•K)
Rohdichte: 15-80 kg/m³

PUR hat einen sehr guten Dämmwert was zu geringen Dämmstoffstärken führt. Er ist schimmel,- fäulnisresistent und alterungsbeständig. Im Brandfall können allerdings toxische Gase entstehen.

Pflanzliche Dämmstoffe:

Flachs / Hanf / Kokosfaser:
Gewinnen zunehmend an Bedeutung auch als Verbundmaterial in Ökoprodukten.
Lambda: 0,04-0,05 W/(m•K)
Rohdichte: 40-50 kg/m³

Wie alle nachwachsenden Rohstoffe zeichnet sich Flachs durch seinen geringen Energiebedarf bei der Herstellung aus. Flachs ist zu 100% recycelbar sowie kompostierfähig.

Holzfaserplatten, -matten, -einblasdämmung:
Werden zunehmend verwendet
Lambda: 0,04-0,06 W/(m•K)
Rohdichte: 80-250 kg/m³

Holzfaserdämmung wird aus neuem oder Abfallholz in unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Je nach der Rohdichte haben Holzfaserdämmschichten positive Effekte in Bezug auf Phasenverschiebung (die Masse kann viel Wärme aufnehmen, die erst später abgegeben wird, wenn es draußen wieder kühler wird) und Schallschutz.

Kork:
Wird nur im Ökobau verwendet
Lambda: 0,045-0,055 W/(m•K)
Rohdichte: 65-150 kg/m³

Kork ist ein druckbelastbarer Naturdämmstoff.

Zellulose:
Aus Altpapier gewonnenes schütt- oder einblasfähiges Material für die Dämmung in Zwischenlagen
Lambda: 0,04-0,045 W/(m•K)
Rohdichte: 25-90 kg/m³

Strohballen:
Hat keine eigene Tragfähigkeit und wird daher nur in Rahmenkonstruktionen zur Ausfachung verarbeitet. Verputzt mit Lehm stellt es den klassischen Dämmstoff dar.
Lambda: 0,045 – 0,06 W/(m•K)
Rohdichte: 85-115 kg/m³

Seegras:
Wird zu Schüttungen, Matten und Vliesen verarbeitet. Es ist ein mit geringem Energieaufwand hergestellter Dämmstoff mit einem Bemessungsleitwert
Lambda: 0,045 – 0,049 W/(m•K)
Rohdichte: 65-75 kg/m³

Wird am Mittelmeer und an der Ostsee gewonnen. Seegras stellt eine ökologisch interessante Dämmung dar, die ohne weitere chemische Zusätze auskommt.

Sonstige Dämmstoffe

Vakuum-Dämmplatten:
Eine teure Lösung mit optimalem Dämmwert in festgelegtem Plattenformat.
Lambda: 0,006-0,01 W/(m•K)
Rohdichte: 150-180 kg/m³

Ein HighTech Produkt mit hervorragenden Dämmwerten ist das Vakuum-Dämmsystem. Das Wirkungsprinzip ist eine Hülle, in der ein Vakuum erzeugt wird, wodurch die Luft als Hauptwärmeträger eliminiert wird und der Wärmestrom deutlich herabgesetzt ist. Die Hülle besteht entweder aus metallisierten Kunststoffverbundfolien oder aus Edelstahlblechen. Vakuumpaneele dürfen nicht verletzt werden und müssen spannungsfrei verlegt werden. Die Platten können durch ihre aufwändige Konstruktion nicht einfach auf der Baustelle zugeschnitten werden, sondern werden passgenau samt Befestigungsösen bestellt, gefertigt und geliefert. Diese Faktoren schränken ihre Anwendung deutlich ein.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitwerte der vorgestellten Dämmstoffe:

Zum Vergrößern der Grafik: darauf klicken.

Eine Reihe guter weiter führender Literatur zum Thema Dämmung finden Sie auch auf den Seiten des Instituts Wohnen und Umwelt in Darmstadt. Eine hervorragende Internet-Seite ist diejenige des Physikers Dr. Ralf Plag: u-wert.net. auf dieser Website können Sie vorhandene oder eigene Konstruktionen überprüfen. Oder Sie fragen Ihren Energieberater zu konkreten Einzelfällen.