Wärmeleitfähigkeit

So verändert Feuchte die Wärmeleitfähigkeit der Dämmung

Was die Wärmeleitfähigkeit beschreibt

Wärme fließt nach dem Fourierschen Gesetz stets von der höheren zur niedrigeren Temperatur, und in einem porösen Baustoff wirken dabei nach dem Forschungsbericht von AIBau und FIW drei Mechanismen zusammen: Leitung im Feststoff und im gasgefüllten Porenraum, Strömung und Strahlung.^[3] Die Wärmeleitfähigkeit fasst diese Wege zu einer einzigen Kennzahl zusammen, mit der sich Dämmstoffe vergleichen lassen.^[3][1]

Für die Wahl eines Dämmstoffs gehört die Wärmeleitfähigkeit nach BauNetz Wissen zu den wichtigsten Kriterien.^[1] Wie stark eine Wand oder ein Dach dämmt, ergibt sich aus der Wärmeleitfähigkeit der Schichten zusammen mit ihrer Dicke, und daraus wird der Wärmedurchgangskoeffizient, der U-Wert, berechnet.^[1] Ein feuchter Fleck an der Wand ist so gesehen mehr als ein Schönheitsfehler, weil die Schicht an dieser Stelle schlechter dämmt.

Nasse Dämmung findet sich oft nach einem Leitungswasserschaden in Böden und Wänden. Bevor dort jemand Estrich öffnet oder Dämmplatten anfasst, werden die Sicherungen der Räume abgeschaltet, ein Lichtschalter trennt nur seinen eigenen Kreis. Ist der Sicherungskasten selbst nass, holt man die Feuerwehr oder den örtlichen Netzbetreiber und bleibt bis dahin draußen. Steigt in einem Keller das Wasser, geht dort keiner hinein.

Nennwert und Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit

Den Nennwert λD bestimmt der Hersteller oder ein Prüfinstitut nach europaweit einheitlichen Verfahren unter Normbedingungen, und er steht mit der CE-Kennzeichnung auf dem Produkt.^[1] Weil ein Dämmstoff im Bau Wasser aufnehmen kann, etwa aus Baufeuchte oder hoher Luftfeuchte, eignet sich dieser Wert nach BauNetz Wissen nicht für die Berechnung des U-Werts.^[1]

Der Bemessungswert ist in DIN 4108-4 geregelt und wird im Rahmen der bauaufsichtlichen Zulassung ermittelt, mit Zuschlägen für den baupraktischen Feuchtegehalt und die Alterung des Materials.^[1] Für den Wärmeschutznachweis nach dem Gebäudemodernisierungsgesetz darf nur der Bemessungswert verwendet werden, bei einer Steinwolle-Dämmplatte etwa 0,038 statt des Nennwerts von 0,037 W/(mK).^[1]

Nenn- und Bemessungswerte weichen nach BauNetz Wissen zum Teil deutlich voneinander ab.^[1] Beide Werte stehen in den technischen Datenblättern, Bemessungswerte außerdem in den Tabellen von DIN 4108-4 und DIN EN ISO 10456.^[1] Ab dem 01.01.2027 schreibt das Gebäudemodernisierungsgesetz für die Berechnung der Wärmedurchgangskoeffizienten opaker Bauteile von Wohngebäuden DIN 4108-4 vom November 2020 zusammen mit DIN EN ISO 6946 vom März 2018 vor.^[4]

Werte am Beispiel von XPS

Wie Bemessungswerte in der Praxis aussehen, zeigt WECOBIS, das ökologische Baustoffinformationssystem des Bundes, an extrudiertem Polystyrol.^[2] Platten mit Luft in den Zellen erreichen dort 0,033 bis 0,035 W/(mK), ein Produkt mit HFKW als Zellgas 0,027 W/(mK).^[2]

Kennwert	Zellinhalt Luft	Zellinhalt HFKW
Rohdichte	30 bis 35 kg/m³	30 kg/m³
Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit	0,033 bis 0,035 W/(mK)	0,027 W/(mK)
Wärmespeicherkapazität	1380 J/(kg K)	1380 J/(kg K)
Dampfdiffusionswiderstandszahl μ nach DIN 4108-4	80 bis 250	80 bis 250

Nach WECOBIS, Produktgruppe XPS, Angaben gemäß den Anhängen zu den Übereinstimmungszertifikaten.^[2]

Das Treibmittel beeinflusst die Wärmeleitfähigkeit deutlich: Mit dem neueren Treibmittel HFO-1234ze verbessert sie sich nach WECOBIS gegenüber mit CO2 geschäumtem XPS um 0,008 W/(mK).^[2] Bei vorgegebener Dämmdicke gleicht die bessere Dämmleistung den zusätzlichen Treibhauseffekt des Treibgases nach den Angaben dort bereits in der ersten Heizperiode aus.^[2] Das Treibhauspotenzial von HFO-1234ze gibt der Hersteller nach WECOBIS mit 6 an, ein Kilogramm wirkt also so stark wie 6 kg CO2.^[2]

Wie Feuchte die Wärmeleitfähigkeit erhöht

Bei Baustoffen mit Dämmfunktion sinkt der Wärmedurchlasswiderstand, sobald sie feucht werden, und schon in den 1960er-Jahren wurde untersucht, wie sich die Wärmeleitfähigkeit mit dem Feuchtegehalt ändert.^[3] Eine erste umfassende Sammlung von Messwerten an feuchten Dämmstoffen erschien 1984 und beruhte überwiegend auf Messungen im hygroskopischen und praktischen Feuchtebereich, für die deutlich höheren Feuchtegehalte nach Schäden gilt sie nur bedingt.^[3] In Deutschland wird die Wärmeleitfähigkeit deshalb üblicherweise für eine Ausgleichsfeuchte bei 23 °C und 80 Prozent relativer Luftfeuchte angegeben, europaweit bei 23 °C und 50 Prozent.^[3]

Eingelagertes Wasser verbessert die Wärmeleitung an den Kontaktpunkten der Fasern oder Partikel und kann benachbarte Teilchen wärmetechnisch kurzschließen, und liegt das Wasser flüssig in den Poren, verstärkt sich der Effekt.^[3] Bleibt eine Dämmung nass, weil das Dach nach dem Sturm undicht war, verliert sie aus diesem Grund einen großen Teil ihrer Wirkung. Steht eine Dämmschicht ganz unter Wasser, nimmt sie nach dem Bericht in diesem Bereich die thermischen Eigenschaften von flüssigem Wasser an.^[3] Wer für eine nasse Dämmung Trocknungsgeräte mieten will, prüft in der Schicht selbst, ob sie wieder trocken ist.

Unter einem Temperaturgefälle wandert die Feuchte außerdem: Auf der warmen Seite trocknet der Dämmstoff, auf der kalten feuchtet er auf, so dass im Gebrauch stets instationäre Bedingungen herrschen.^[3] Messungen an feuchten Proben brauchen deshalb ein kleines Temperaturgefälle, und das FIW hat dafür ein eigenes Verfahren mit nur 0,2 bis 0,4 K je Zentimeter entwickelt.^[3] Das ältere Prüfverfahren mit 10 bis 20 K Temperaturunterschied ließ eingeschlossene Feuchte zur kalten Platte wandern und lieferte zu niedrige Werte, es eignet sich nur für trockene Dämmstoffe.^[3]

Feuchte Dämmstoffe nach DIN EN ISO 10456 abschätzen

Wie stark ein feuchter Dämmstoff an Wirkung verliert, lässt sich nach dem Forschungsbericht mit DIN EN ISO 10456 abschätzen: Zuerst wird der Feuchtegehalt in Masseprozent bestimmt, durch Darren im Labor oder durch Wiegen von trockenem und feuchtem Material, und in Volumenprozent umgerechnet.^[3] Mit dem Umrechnungskoeffizienten aus der Norm ergibt sich ein Faktor, mit dem die Wärmeleitfähigkeit multipliziert wird, wobei die Umrechnung nur in einem festgelegten Bereich des Feuchtegehalts gilt.^[3]

Für XPS haben Untersuchungen von Fraunhofer IBP und FIW aus dem Jahr 2014 bestätigt, dass der Umrechnungskoeffizient von 2,5 beibehalten werden kann, auch bei neueren Treibmitteln.^[3] Als Rechenbeispiel mit diesem Koeffizienten steigt die Wärmeleitfähigkeit bei 2 Volumenprozent Feuchte um den Faktor 1,051, also von 0,035 auf rund 0,037 W/(mK), und bei 4,39 Volumenprozent, dem höchsten Wert der damaligen Laborversuche, um den Faktor 1,116.^[3]

Feuchtegehalt	Umrechnungsfaktor	Wärmeleitfähigkeit bei trocken 0,035 W/(mK)
0 Volumenprozent	1,000	0,035 W/(mK)
2 Volumenprozent	1,051	0,037 W/(mK)
4,39 Volumenprozent	1,116	0,039 W/(mK)

Faktor als e hoch 2,5 mal Feuchtegehalt in Volumenanteil, nach dem Verfahren der DIN EN ISO 10456, wie es der Forschungsbericht beschreibt.^[3]

Wärmeleitfähigkeit nach einem Wasserschaden

Ob eine nasse Dämmung nach dem Trocknen wieder dämmt, hat das Fraunhofer-Institut für Bauphysik in Versuchen zur Bautrocknung geprüft: Bei gedämmten Fußböden mit Mineralfaser waren Wärmeleitfähigkeit und Schallschutz nach der technischen Trocknung weiterhin gegeben.^[5] Ein Ausbau war allein aus diesem Grund nicht nötig, im echten Schaden können Verunreinigungen, Pilze oder Bakterien ihn aber verlangen.^[5] Auch Dämmschichten aus EPS und Mineralwolle sowie aus Perlite und Mineralwolle wurden in den Versuchen mit einer Trocknung unter dem Estrich wieder trocken.^[5]

Bleibt eine Dämmschicht dagegen nass, bleibt auch ihre Wärmeleitfähigkeit erhöht, und auf Flachdächern ohne Möglichkeit zur Austrocknung kann das über Jahre anhalten, wie die Praxisfälle im Bericht von AIBau und FIW zeigen.^[3]

Wie wir die Wärmeleitfähigkeit nach Wasserschäden beachten

Nach einem Wasserschaden prüfen wir, ob Dämmschichten in Boden, Wand oder Dach nass sind, und messen ihre Feuchte, bevor wir über Trocknung oder Rückbau entscheiden. Lässt sich eine Dämmschicht trocknen und ist sie nicht verunreinigt, trocknen wir sie technisch und belegen das Ergebnis mit Messungen.

Wird Dämmung erneuert, achten wir darauf, dass der neue Dämmstoff mindestens die Wärmeleitfähigkeit des alten erreicht, und vergleichen dafür die Bemessungswerte aus den Datenblättern, nicht die Nennwerte auf der Verpackung.