Funktionsweise von Dämmstoffen

Vergleicht man organische oder mineralische Wärmedämmstoffe mit massiven Bauweisen, wird häufig argumentiert, große Masse sei der bessere Dämmstoff. Als Beispiel dienen die dicken Außenmauern historischer Kirchen: Die massiven Bauteile können Wärme aufnehmen, speichern und zeitversetzt wieder abgeben. Dadurch dämpfen sie kurzfristige Temperaturschwankungen, die Raumtemperatur entwickelt sich gleichmäßiger und die warmen oder kühlen Oberflächen der Wände sorgen für viel Komfort. Doch die Speicherwirkung der Bauteile verschiebt den Wärmetransport lediglich, sie verhindert ihn nicht. Bei einem über längere Zeit bestehenden Temperaturunterschied zwischen innen und außen fließt Wärme weiter kontinuierlich durch das Bauteil. So heizen sie sich in langen Hitzephasen langsam auf und kühlen im Winter aus, und mit ihnen die Raumtemperatur. Für einen dauerhaft niedrigen Wärmeverlust und angenehme Temperaturen der Innenoberflächen sind daher zusätzlich Baustoffe oder Bauteilschichten mit geringer Wärmeleitfähigkeit erforderlich. Denn trifft Wärme von der Raumseite auf einen Dämmstoff, entsteht ein hoher Widerstand gegen den Wärmestrom und weniger Wärme fließt durch das Bauteil. Der Innenraum verliert also weniger Wärme und der Heizenergiebedarf sinkt.

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Wie funktionieren Dämmstoffe? 

Dämmstoffe erzielen ihre Wirkung vor allem durch ruhende Luft oder Gase in zahlreichen kleinen Poren, Zellen oder Kammern, denn Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Bleiben die Luftschichten dünn und weitgehend unbewegt, begrenzen sie den Wärmetransport wirksam. Bei größeren Luftschichten kann eine Eigenkonvektion entstehen: Erwärmte Luft steigt auf, kühlere Luft sinkt ab und transportiert Wärme. Daher haben Dämmstoffe eine feine Struktur, die diese Konvektion hemmt. Gleichzeitig verringern Dämmstoffe die Wärmeleitung durch ihre festen Bestandteile und – abhängig vom Materialaufbau – den Wärmestrahlungsaustausch. 

So bestehen Polystyrol-Dämmstoffe aus wabenförmigen oder anderen zellularen Strukturen mit sehr kleinen, meist geschlossenen Zellen, die ruhende Luft- oder Gasräume ausbilden. Mineralfaserdämmstoffe dagegen bestehen aus einem lockeren Netzwerk aus Glas- oder Steinfasern. Auch dieses schließt Luft in kleinen Zwischenräumen ein und stabilisiert die Porenstruktur. Die gute Dämmwirkung entsteht aus dem geringen Feststoffanteil, der eingeschlossenen ruhenden Luft und der feinen Struktur. Zu den Dämmstoffen mit sehr niedrigsten Wärmeleitfähigkeiten, sprich also mit sehr großer Dämmwirkung bei gleicher Dicke, zählen kunststoffbasierte Hartschaumdämmstoffe und Dämmstoffe aus Mineralwolle. Aber auch organische Dämmstoffe aus Holzfaser oder Zellulose erzielen eine hohe Dämmwirkung. Zudem gibt es effiziente Beton- und Ziegelbaustoffe, die ebenfalls über eingeschlossene Luftzellen eine gute Dämmwirkung erreichen können.

Wie hoch ist die Dämmwirkung?

Wie unterschiedlich Materialien dämmen, zeigt sich in einem vereinfachten Materialvergleich. Stahlbeton besitzt mit rund 2,1 W/(m·K) eine etwa 60-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Mineralfaser-Dämmung mit rund 0,035 W/(m·K). Entscheidend für die Dämmwirkung einer konkreten Schicht ist jedoch ihr Wärmedurchlasswiderstand (R), der sich aus Schichtdicke (d) und Wärmeleitfähigkeit (λ) ergibt:

R = d/λ

Eine 10 Zentimeter dicke Mineralwolledämmung erreicht einen Wärmedurchlasswiderstand von etwa 2,86 m²K/W. Für denselben Widerstand müsste eine Stahlbetonschicht rund 6 Meter dick sein. Umgekehrt besitzt eine 10 Zentimeter dicke Stahlbetonschicht nur einen Wärmedurchlasswiderstand von rund 0,048 m²K/W, das entspricht rechnerisch gerade einer 1,7 Millimeter dicken Mineralwolledämmung. Die Werte beziehen sich jeweils auf die einzelne homogene Materialschicht. Um den Wärmedurchgangskoeffizienten, den U-Wert, eines ganzen Bauteils und damit die tatsächliche Dämmwirkung zu berechnen, müssen zusätzlich alle weiteren Schichten sowie die inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstände berücksichtigt werden. Wärmebrücken müssen bei der energetischen Bilanz eines Gebäudes gesondert bewertet werden.

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Mehr Material, mehr Dämmwirkung?

Mit zunehmender Dämmstoffdicke steigt der Wärmedurchlasswiderstand der Dämmschicht linear: Verdoppelt sich die Dämmstoffdicke, verdoppelt sich bei gleicher Wärmeleitfähigkeit ihr R-Wert. Der Wärmeverlust des gesamten Bauteils beziehungsweise sein U-Wert sinkt dagegen degressiv. Das bedeutet, dass die ersten zusätzlichen Zentimeter Dämmung besonders große Dämmeffekte bewirken; jeder weitere Zentimeter verringert den Wärmeverlust weiterhin, jedoch mit abnehmendem zusätzlichem Nutzen: Die Kurve des U-Wertes flacht mit wachsender Dämmstoffdicke kontinuierlich ab. Eine allgemeingültige physikalische Schwelle der Dicke, ab der eine zusätzliche Dämmung keine Wirkung mehr hat, gibt es nicht. Die sinnvolle Dämmstoffdicke ergibt sich aus dem jeweiligen Bauteil, dem Gebäude, dem Klima, den Energiepreisen, der Heizungsart, möglichen Wärmebrücken und den Eigenschaften des Dämmstoffs.

Es gelten die Anforderungen des Gebäudemodernisierungsgesetz GModG, Anlage 1, 2 und 7. Zudem regelt die DIN 4108-2: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 2: Wärmeschutz - Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung den bauphysikalischen Mindestwärmeschutz sowie Anforderungen an Wärmebrücken, Luftdichtheit und sommerlichen Wärmeschutz und darüber hinaus abzuwägen. 

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