Wärmedämmstoffe

Wärmedämmung schützt Räume vor der Auskühlung oder Überhitzung, indem sie den Durchgang von Wärmeenergie durch die Gebäudehülle verringert. Durch die sich stetig wandelnden klimatischen Bedingungen bleibt das Thema aktuell, denn für die behagliche Nutzung von Gebäuden ist der Wärme- und Feuchteschutz ausschlaggebend. So wird das Prinzip der geringen Wärmeleitfähigkeit ruhender Luftschichten seit Jahrtausenden für den Wärmeschutz genutzt. 

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Ursprünge der Wärmedämmung

Bereits in der Bronzezeit baute man in waldreichen Gebieten stroh- und schilfgedeckte Blockhäuser, die bei einer Stärke von 20 bis 30 Zentimetern über gute Dämmeigenschaften (0,3 W/(m²K)) verfügten. Die zweischalig konstruierte Außenschale aus Flechtwänden wurde zudem mit Lehm beschichtet und die Zwischenräume mit trockenem Gras gefüllt. Mithilfe dieser Technik konnte bei einer Wandstärke von 10 Zentimetern ein U-Wert von etwa 0,5 bis 1,0 W/(m²K) erreicht werden. Mit dem Zeitalter der Industrialisierung stieg der Bedarf nach Dämmstoffen, die den hohen Temperaturen der industriellen Dampfmaschinen standhielten – Stroh, Lehm, Sägemehl und Tierhaare kamen dafür nicht in Frage. Gleichzeitig entwickelten sich, dank Kühltechnik, auch die ersten Kühlhäuser, deren Anforderungen an den Wärmeschutz vor allem in der Feuchteunempfindlichkeit der Baustoffe lagen. Zum Einsatz kamen zunächst folgende Dämmstoffe: 

• Kork (1880) 
• Kieselgur-Aufstrichmassen und Formteile (1880) 
• Schlackenwolle (1910) 
• Glaswatte (1931) 
• Steinwolle (1938) 
• Asbestwolle (1939) und 
• Hartschäume (1938; 1950) 

Ab dem frühen 19. Jahrhundert setzte sich der Massivbau, nicht zuletzt aufgrund der Ressourcenknappheit, gegen den bisher für Deutschland typischen Holzbau durch. Die massiven Konstruktionen aus Ziegelstein wurden zum Baustandard; die 38 Zentimeter dicke Steinwand galt nun als statische Mindestanforderung und wurde der Berechnung des Wärmeschutzes zugrunde gelegt. Da von einer hohen Dämmfähigkeit der Ziegelsteine ausgegangen wurde, verzichtete man auf zusätzliche Dämmschichten, was eine erhebliche Verschlechterung des U-Wertes mit sich zog. Mit den technischen Möglichkeiten, Decken, Wände und die Gebäudehülle auf das statisch erforderliche Maß zu beschränken, wie auch durch die steigenden Anforderungen an Wohnkomfort und Feuchteschutz gewann der bauliche Wärmeschutz an Bedeutung. Mit Beginn der Chemieindustrie erschienen in den Vierzigerjahren erste Dämmbaustoffe aus Kunstharzschaum. 

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Die siebziger Jahre, geprägt von der Energiekrise, brachten neue Erkenntnisse, Entwicklungen und Regelwerke hervor: darunter die Wärmeschutzverordnung 1977, die Heizungsanlagenverordnung 1978, die Heizungsbetriebsverordnung 1978, die Heizkostenabrechnungsverordnung 1987, die BImSchV 1979 sowie Förderprogramme und Energiesparkampagnen. Im Zuge des wachsenden Bewusstseins für Nachhaltigkeit und der Verteuerung von Energie rückte der bauliche Wärmeschutz zur Energieeinsparung in den neunziger Jahren weiter in den Fokus. Einen Höhepunkt in der Entwicklung und dem Einsatz von Dämmstoffen stellt die Passivhaustechnologie bzw. die Null-Energie-Haus-Technologie dar. Diese sollen durch den hohen Dämmstandard, je nach Ausführungsqualität und Nutzung, ohne aktive Heizsysteme – dafür aber mit Lüftungsanlagen – auskommen. 

Trotz dieser Meilensteine ist die Betrachtung der Wärmedämmung heute nicht nur unter dem Aspekt der erhöhten Energieeffizienz zu betrachten, sondern auch im Hinblick auf Gesundheit, Wirtschaftlichkeit und ökologisch relevante Eigenschaften zu untersuchen. Der Artikel soll einen ganzheitlichen Überblick über den Stand organischer und anorganischer Dämmbaustoffe schaffen und einordnen, welche aktuellen Maßnahmen zur Nachhaltigkeit dieser beitragen. 

Organische Faserdämmstoffe 

Die geringe Wärmeleitfähigkeit natürlicher Dämmstoffe aus organischen Fasern wie Zellulose, Holz, Schafwolle, Baumwolle, Kokos, Flachs, Hanf etc. liegt durchschnittlich zwischen 0,038 und 0,05 W/(mK), erreicht jedoch bisher nicht die λ-Werte von PUR- oder PIR-Hartschaumstoffen. Da zu den organischen Faserdämmstoffen sehr unterschiedliche Materialien gehören, schwankt auch der Primärenergieinhalt (PEI) stark; dabei ist zwischen erneuerbarer und nicht erneuerbarer Energie zu unterscheiden. Da der Verarbeitungsprozess von Naturfasern häufig weniger Energieaufwand erfordert als der von künstlichen Baustoffen, liegt der größte Anteil des PEI hier bei dem Abbau- und Transportaufwand der Materialien. 

Trotzdem ist auch hier jeder Baustoff individuell in seiner Zusammensetzung und Herstellung zu bewerten. Betrachtet man etwa die Holzfaserdämmplatte, so macht besonders das Herstellungsverfahren – Nass- oder Trockenverfahren – einen deutlichen Unterschied in der Auswertung der Ökobilanz. Während die Holzfasern beim Nassverfahren mit Wasser gemischt werden und durch die natürlich enthaltenen Klebstoffe Harz und Lignin unter Pressung und Hitze erhärten, werden beim Trockenverfahren synthetische Bindemittel (z.B. PUR-Harz) zur Stabilisierung hinzugefügt. Auch das Beimischen von Mineralen oder Zementbaustoffen sind üblich, um die Platten stabiler zu machen. 

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Nicht zuletzt aufgrund der vorantreibenden Produktoptimierung ist der Marktanteil von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen in den letzten Jahren angestiegen. Im Falle eines Rückbaus ist je nach Einbausituation und Baustoff eine Wiederverwendung möglich. Ansonsten ist eine Entsorgung meist ohne Umweltbelastung möglich, es sei denn, die Produkte sind mit Bioziden gegen Insektenbefall, chemischen Flammschutzmitteln zur Gewährleistung des Brandschutzes oder unlöslichen Bindemitteln behandelt. Die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) empfiehlt im Hinblick auf Nachhaltigkeits- und Gesundheitsaspekte vor allem naturbelassene Produkte aus:

• Hanf 
• Schafwolle 
• Flachs 
• Seegras 
• Holzweichfasern, Holzspänen

Auch in Bezug auf das Raumklima und die bauphysikalischen Eigenschaften eines Gebäudes bringen organische Faserdämmstoffe gewisse Vorteile mit sich. Häufig sind sie hygroskopisch und können Feuchtigkeit in der Raumluft regulieren, indem sie diese aufnehmen und wieder abgeben – so können kurzfristige Feuchtespitzen in Bauteilen vermieden werden. Bei historischen Fachwerkkonstruktionen ist der Einsatz von nachwachsenden Dämmstoffen besonders empfehlenswert: Hier kommen häufig kapillaraktive, diffusionsoffene Innendämmsysteme aus Naturdämmstoffen und Lehm zum Einsatz; je nach Konstruktion und Witterungsverhältnissen sollte hier möglichst auf eine Dampfbremse verzichtet oder eine feuchtvariable Variante genutzt werden.  

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Nachteile des Faserdämmstoffs werden vor allem im Brandschutz deutlich; häufig erreicht dieser durch seine leichte Brennbarkeit lediglich die Baustoffklassen E oder B2 und ist auf zusätzliche Schutzmaßnahmen angewiesen. 

Organische, synthetische Dämmstoffe 

Organische, synthetische Dämmstoffe bestehen vor allem aus mineralischen Kunststoffen, die auf fossilen Rohstoffen basieren. Zu ihnen zählen etwa Polystyrol, das durch die Polymerisation von Styrol entsteht – je nach Verfahren entsteht entweder expandiertes Polystyrol (EPS), bei dem Polystyrolgranulat mit Wasserdampf aufgeschäumt wird, oder extrudiertes Polystyrol (XPS), das mithilfe eines Treibmittels aufgeschäumt und anschließend extrudiert wird –, Polyurethan (PUR/PIR) und Phenolharz (PF). 

Zu den flexiblen Schaumdämmstoffen gehören Polyethylen- und Polyolefinschäume sowie Dämmstoffe aus synthetischen Elastomeren. Sie punkten mit geringer Wärmeleitfähigkeit, niedrigem Gewicht und hoher Feuchtebeständigkeit. Ihre hervorragenden Dämmeigenschaften senken den Energieverbrauch von Gebäuden trotz geringer Schichtdicke deutlich. Ihre durchschnittliche Lebensdauer von mehr als 50 Jahren übertrifft in vielen Fällen sogar die erste Sanierungsphase eines Gebäudes. 

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Ein Umschwung in Richtung Nachhaltigkeit ist auch bei den synthetischen Baustoffen bemerkbar: Um den effektiven Wärmedämmstoff nachhaltiger zu gestalten, bieten einige Hersteller mittlerweile überwiegend biobasierte Alternativen an, bei denen PU-Rohstoffe nach Biomassenbilanz-Verfahren ermittelt und entsprechend eingesetzt werden. Die aus Pflanzenabfällen der Landwirtschaft gewonnenen Rohstoffe werden im Herstellungsprozess mit einem Restanteil an fossilen Rohstoffen verarbeitet - der Biomasseanteil beträgt etwa zwischen 60 und 80 Prozent. Auch die Kreislauffähigkeit synthetischer Dämmstoffe wird vermehrt diskutiert. Rücknahme- und Recyclingprogramme gibt es bereits, allerdings gilt es für eine breitflächige Umsetzung, die Einbauart der Bauteile zu überdenken; Verklebungen und aufwendige WDVS-Systeme erschweren den zerstörungsfreien Rückbau und machen die vollständige Nutzung als Sekundärbaustoff nahezu unmöglich. Potenzial liegt hier insbesondere  bei der Verwertung von Materialverschnitten und -resten.

Wegen ihrer Brennbarkeit werden synthetische Bauteile mit Flammschutzmitteln verarbeitet. Bis 2016 waren hierzu bromierte Flammschutzmittel wie Hexabromcyclododecan (HBCD) und polybromierte Diphenylether (PBDE) üblich; diese wurden allerdings europaweit eingeschränkt bzw. verboten, da sie umwelt- und gesundheitsschädigend sind. Stattdessen kommen heute häufig Flammschutz-Polymere zum Einsatz, die bisher aufgrund ihrer Molekülstruktur als unbedenklich gelten. Forschende fordern für die Verwendung von Polymeren mehr Regulierung. 

Anorganische, mineralische Dämmstoffe 

Anorganische Dämmstoffe bestehen aus mineralischen Stoffen; zu ihnen gehören synthetische Mineralfasern, wie Stein- oder Glaswolle und geschäumtes Glas, aber auch natürliche Mineralien, wie Quarz und Ton. Während die Mineralfaser-Baustoffe weich und formbar sind und als Platten verbaut werden können, werden die natürlichen mineralischen Rohstoffe zu Perliten, Blähton, Blähglimmer und Naturbims verarbeitet. Sie sind unter stofflichen Gesichtspunkten weitgehend unproblematisch. Ihre Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch wegen ihrer mechanischen Eigenschaften und der daraus resultierenden Verarbeitung – häufig als Schüttung – auf bestimmte Einsatzbereiche (Hohlräume und Ausgleichsschichten) eingeschränkt.  

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Früher setzten einige der anorganischen Stoffe lungengängige Faserstäube frei, die ein krebserzeugendes Potenzial aufwiesen. Die heute hergestellten Mineralwolledämmstoffe sind frei von Krebsverdacht. Allerdings wird Glas- und Steinwolle, die vor 1996 eingebaut wurde, als krebsverdächtig eingestuft. Seit der Jahrtausendwende sind in Deutschland nur noch Mineralwolledämmstoffe zugelassen, die nicht krebsverdächtig sind. Beim Ein- und Ausbau sollte dennoch auf konsequent staubarmes Arbeiten und geeignete Schutzmittel (Schutzhandschuhe, ggf. Schutzbrille und Maske) geachtet werden. Ein Vorteil mineralischer Dämmstoffe ist die Nichtbrennbarkeit, weshalb beispielsweise Steinwolle als Dämmstoff in mehrgeschossigen Holzbauweisen zum Einsatz kommt.  

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Wichtig bei der Entscheidung, welcher Dämmstoff zum Einsatz kommt, sind neben den technischen und wirtschaftlichen Aspekten auch der Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutz. Nicht nur der unmittelbare Einbau, sondern die gesamte Lebensdauer des Dämmstoffproduktes – einschließlich des späteren Recyclings (z. B. Wiederverwendung oder Wiederverwertung) bzw. Deponierung – sollte in Betracht gezogen werden. 

_{Auf der unten genannten Webseite zum Nachhaltigen Bauen des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat sind die Umweltindikatoren von Wärmedämmstoffen und anderen Produkten zusammengestellt: Über ÖKOBAUDAT und WECOBIS gibt es Informationen und Kennwerte im Detail. Weiterhin sind Tabellen zur Nutzungsdauer von Bauteilen sowie die Umweltproduktdeklarationen (EPD) abrufbar.} 

Fachwissen zum Thema

Surftipps

• www.nachhaltigesbauen.de/baustoff-und-gebaeudedaten