Wärmespeicherfähigkeit

Die Wärmespeicherfähigkeit beschreibt die Eigenschaft eines Baustoffs oder Bauteils, zugeführte Wärmemengen aus der Umgebung in sich aufzunehmen, zu speichern und diese – im Gegensatz zur spezifischen Wärmekapazität – bei Abkühlung der Umgebung wieder abzugeben. 

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Die Wärmespeicherfähigkeit und Schichtanordnung der eingesetzten Baustoffe beeinflusst die Stabilität des Raumklimas, den sommerlichen Wärmeeintrag und den Heizwärmebedarf. Je größer die Wärmespeicherfähigkeit der einzelnen Bauteile ist, die einen Raum umfassen, desto langsamer heizt sich dieser Raum auf bzw. kühlt er aus. Wände nehmen nur Wärme auf, solange sie kälter sind als die angrenzenden Luftschichten. Ist hier ein Gleichgewicht erreicht, dann hört der Speichervorgang auf. Soll die Wärme möglichst lange in der Wand verbleiben, dann muss sie vom kälteren (Außen-)Bereich abgeschirmt werden, etwa durch eine Außendämmung.

Thermische Trägheit

In der Regel speichern massereiche Baustoffe mehr Wärme als massearme. Massereiche Schichten erwärmen sich also erst selbst, bevor sie Wärme an ihre Umgebung abgeben. Das führt dazu, dass sie im Sommer den Wärmedurchgang dämpfen und sich die Innenräume nur langsam aufheizen. Haben sie sich jedoch einmal erwärmt, kühlen sie dann auch nur langsam aus. Größere Speichermassen haben also geringere Temperaturspitzen und Schwankung zur Folge als Wände nach leichter Bauart. Dieser Effekt wird auch als thermische Trägheit beschrieben. Räume mit einer Hülle in leichter Bauweise heizen sich hingegen schneller auf. Dämmstoffe mit hoher spezifischer Wärmekapazität mindern diese Wirkung.

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Berechnung der Wärmespeicherfähigkeit

Allgemein wird die Wärmespeicherfähigkeit Q (auch Wärmespeichervermögen W) pro Grad Temperaturdifferenz nach folgender Formel berechnet:

Q = d · ρ · c [kJ/m²K]

d = Schichtdicke in m
ρ = Rohdichte des Baustoffs kg/m³
c = spezifische Wärmespeicherkapazität kJ/(kg·K)

Die wirksame Wärmespeicherfähigkeit C_wirk ist relevant für die energetische Bewertung von Gebäude, etwa den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes. Zu beachten ist, dass bei den Berechnungen einerseits die wirksame Bauteilfläche hinzugezogen wird und andererseits nicht immer die vollständige Schichtdicke zählt: Beispielsweise dürfen bei Heizwärmebedarfsrechnungen nur 10 cm der Schichtdicke eines raumbegrenzenden Bauteils einkalkuliert werden. Daher wird von der wirksamen Schichtdicke gesprochen. Sie wird je Schicht nach folgender Formel berechnet:

C_wirk =  c · ρ · d · A [J/K]

c = spezifische Wärmekapazität in J/(kg·K)
ρ = Rohdichte des Baustoffs in kg/m³
d = wirksame Schichtdicke in m
A = wirksame Bauteilfläche in m²

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Wärmespeicherfähigkeit und Heizbetrieb

Die DIN 4108-2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz unterscheidet leichte, mittlere und schwere Bauarten, gemäß dem anteiligen Sonneneintragskennwert der Bauteile (siehe Artikel zum Thema). Abhängig davon, wie ein Gebäude betrieben wird, sind unterschiedliche Kombinationen von Wärmedämmungen und Wärmespeicherung sinnvoll. Allgemeingültige Aussagen, welche Bauart bezüglich des Heizwärmebedarfs günstiger ist, sind deshalb nicht möglich, sehr wohl jedoch Tendenzen:

• Bei milden, kurzen Heizperioden, die durch relativ hohe Außenlufttemperaturen und damit kleine Gradtagszahlen sowie durch relativ hohe Sonneneinstrahlungsintensitäten gekennzeichnet sind, ist eine schwere Bauart von Vorteil; bei langen Heizperioden jedoch eher eine leichte. Die meteorologischen Verhältnisse Deutschlands entsprechen aktuell noch einem Übergangsbereich.
• Eine hohe Wärmespeicherfähigkeit weist sich unter den klimatischen Verhältnissen Deutschlands positiv aus, wenn aus nutzungsbedingten Gründen ein Dauerheizbetrieb nötig ist, das Heizsystem nur sehr träge reagiert und schwankende hohe äußere und innere Wärmelasten, wie Sonneneinstrahlung oder interne Wärmequellen vorhanden sind.
• Eine geringe Wärmespeicherfähigkeit ist von Vorteil, wenn lange Heizunterbrechungen, wie Nacht- oder Wochenendabsenkung möglich sind, eine seltene Nutzung vorliegt (Gästezimmer, Hobbyraum) oder hohe spezifische Wärmeverluste auftreten.

Fachwissen zum Thema