Wärmespeicherfähigkeit

So nehmen massive Bauteile Wärme auf und geben sie ab

Wärme aufnehmen, halten und wieder abgeben

Ein Bauteil nimmt Wärme nur auf, solange es kälter ist als die angrenzende Luft, und sobald sich die Temperaturen angeglichen haben, endet der Speichervorgang.^[1] Wird es um das Bauteil wieder kühler, gibt es die gespeicherte Wärme an den Raum ab, und je größer die Wärmespeicherfähigkeit der Bauteile rund um einen Raum ist, desto langsamer heizt er sich auf und kühlt wieder aus.^[1]

Von der spezifischen Wärmekapazität unterscheidet sich die Wärmespeicherfähigkeit dadurch, dass sie auch Dicke und Rohdichte einer Schicht erfasst und damit ein ganzes Bauteil beschreibt.^[1] Als Faustregel nennt das Merkblatt der bayerischen Staatsregierung: Je schwerer ein Material ist, desto besser speichert es Wärme, während seine Dämmwirkung mit dem Gewicht abnimmt.^[2] Ein Kubikmeter Ziegelmauerwerk speichert danach mehr Wärme als 1.000 Kubikmeter Luft, und Flüssigkeiten eignen sich noch besser als mineralische oder organische Baustoffe.^[2] Ist eine Massivdecke so nass, dass Wasser aus der Decke tropft, wird sie darum zu einem großen Speicher, der Wärme und Wasser nur langsam abgibt.

Nach einem Wasserschaden sind gerade die schweren Bauteile nass, die viel Wärme speichern: Estrich, Mauerwerk und Geschossdecken. Wer sie freilegen oder Trocknungsgeräte davor aufstellen will, schaltet zuerst die Sicherungen der betroffenen Räume aus, denn ein Lichtschalter schaltet nur die Lampe, nicht die Leitungen in Wand und Boden. Hat der Sicherungskasten selbst Wasser abbekommen, bleibt die Tür zu diesem Raum geschlossen, und erst die Feuerwehr oder der örtliche Netzbetreiber gibt ihn wieder frei. Ein Keller mit weiter steigendem Wasser bleibt gesperrt.

Wärmespeicherfähigkeit berechnen: Formel und wirksame Schichtdicke

Je Kelvin Temperaturdifferenz wird die Wärmespeicherfähigkeit Q einer Schicht als Produkt aus Schichtdicke d in Metern, Rohdichte ρ in Kilogramm je Kubikmeter und spezifischer Wärmekapazität c berechnet und in Kilojoule je Quadratmeter und Kelvin angegeben.^[1] Die spezifische Wärmekapazität ist dabei der Anteil des Stoffs selbst, sie sagt, wie viel Energie ein Kilogramm braucht, um ein Kelvin wärmer zu werden.^[1]

Für die energetische Bewertung eines Gebäudes, etwa im Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes, zählt die wirksame Wärmespeicherfähigkeit Cwirk: Sie multipliziert c, ρ und die wirksame Schichtdicke zusätzlich mit der wirksamen Bauteilfläche und hat die Einheit Joule je Kelvin.^[1] Nicht jede Schicht zählt dabei in voller Dicke, bei Heizwärmebedarfsrechnungen dürfen von einem raumbegrenzenden Bauteil zum Beispiel nur 10 Zentimeter angesetzt werden.^[1]

Die Fassung 2013-02 von DIN 4108-2 hält in Abschnitt 4.3.7 fest, dass nur Schichten auf der Raumseite vor einer Wärmedämmschicht wirksam sind, und verweist dafür auf DIN EN ISO 13786.^[2] Wie weit die Werte zweier Baustoffe auseinanderliegen, zeigt eine Rechnung mit derselben Schichtdicke.^[2][3]

Zehn Zentimeter Fichtenholz speichern damit rund 26- bis 30-mal so viel Wärme wie dieselbe Dicke XPS.^[2][3] Leichte Dämmstoffe tragen kaum zur Speichermasse eines Bauteils bei, ihre Aufgabe ist das Dämmen. Läuft nach einem Leck Wasser unter den Fliesen bis in eine leichte Dämmung, ändert sich das, weil Wasser selbst viel Wärme speichert.

Leichte und schwere Bauweise

Ob ein Gebäude leicht oder schwer gebaut ist, hängt nach dem Merkblatt an der flächenbezogenen Gesamtmasse seiner Bauteile.^[2] Eine schwere Bauweise lässt tageszeitliche und witterungsbedingte Temperaturschwankungen in allen Jahreszeiten nur stark vermindert nach innen und kappt Temperaturspitzen, bei leichten Außen- und Innenbauteilen schlagen die Schwankungen vor allem im Sommer fast in voller Höhe durch.^[2] Nach einer Wasserschadensanierung in einem schweren Massivbau dauert es darum länger, bis sich die Räume wieder gleichmäßig warm anfühlen.

BauNetz Wissen nennt diesen Effekt thermische Trägheit: Massereiche Schichten erwärmen sich zuerst selbst, bevor sie Wärme an die Umgebung abgeben, und kühlen danach ebenso langsam wieder aus.^[1] Räume mit einer leichten Hülle heizen sich schneller auf, und Dämmstoffe mit hoher spezifischer Wärmekapazität mildern das ab.^[1] Massive Bauteile brauchen darum länger, bis sie die Wärme der Geräte aufnehmen, und bei Kosten und Abwicklung zählt diese längere Laufzeit mit.

Holz ist ein Sonderfall: Ein Kubikmeter Fichtenholz nimmt nach dem Merkblatt bei 1 K Erwärmung 350 Wh auf und speichert damit trotz knapp halb so großer Masse fast so viel wie Ziegelmauerwerk.^[2] Wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit braucht Holz für die Aufnahme aber deutlich länger und gleicht tägliche Schwankungen weniger gut aus als mineralische Baustoffe.^[2] Mit dickeren Dämmschichten nähern sich leichte und schwere Bauweise in ihren bauphysikalischen Eigenschaften einander an.^[2]

Wärmespeicherfähigkeit und sommerlicher Wärmeschutz

Nach der Fassung 2013-02 von DIN 4108-2 erwärmen sich Räume durch Sonneneinstrahlung und innere Wärmequellen wie Beleuchtung und Personen umso weniger, je speicherfähiger die Bauteile sind, die mit der Raumluft in Verbindung stehen.^[2] Außen liegende Dämmschichten und innen liegende speicherfähige Schichten wirken sich nach der Norm in der Regel günstig auf das Raumklima im Sommer aus.^[2]

Wie das abläuft, zeigt eine besonnte Außenwand: Sie erwärmt sich allmählich, und die höchste Temperatur an ihrer Innenseite tritt erst auf, wenn es außen schon wieder abkühlt.^[2] Durch diese Phasenverschiebung fließt ein Teil der eingestrahlten Wärme zur kühleren Außenseite zurück, und in der Nacht geben die gespeicherten Massen ihre Wärme über die Fensterlüftung ab.^[2]

Im Nachweis unterscheidet die Norm in dieser Fassung leichte, mittlere und schwere Bauart über anteilige Sonneneintragskennwerte in Tabelle 8 und berücksichtigt so die Vorteile wärmespeichernder Bauarten.^[2][1] Ab dem 01.01.2027 ist der sommerliche Wärmeschutz nach § 14 des Gebäudemodernisierungsgesetzes ausreichend, wenn Abschnitt 8 der DIN 4108-2 in der Ausgabe 2026-05 eingehalten ist und der Sonneneintragskennwert die dort festgelegten Anforderungswerte nicht überschreitet, ersatzweise über eine Berechnung der Übertemperatur-Gradstunden nach Abschnitt 8.5.^[4]

Wie groß der Einfluss der Speichermasse tatsächlich ist, haben die Technischen Universitäten Kaiserslautern und München mit Versuchskuben, einem Jahr Messungen und Simulationen eines Mehrfamilienhauses untersucht.^[5] Fehlen bauliche Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz, ist nach den Ergebnissen umso weniger Überhitzung zu erwarten, je höher die Speicherfähigkeit der Konstruktion ist, und ohne außen liegenden Sonnenschutz verbessern Bauteile mit hoher wirksamer Wärmespeicherfähigkeit die Behaglichkeit im Sommer.^[5] Waren die Anforderungen der DIN 4108-2 an den sommerlichen Wärmeschutz eingehalten, ließ sich dagegen kein maßgeblicher Einfluss der Speicherfähigkeit auf Überhitzung und Behaglichkeit nachweisen.^[5]

Speichermasse im Heizbetrieb

Für den Heizwärmebedarf lässt sich nach BauNetz Wissen nicht allgemein sagen, welche Bauart günstiger ist, es gibt aber Tendenzen: Bei milden, kurzen Heizperioden mit viel Sonne ist eine schwere Bauart im Vorteil, bei langen Heizperioden eher eine leichte, und Deutschland liegt klimatisch in einem Übergangsbereich.^[1]

Eine hohe Wärmespeicherfähigkeit hilft, wenn dauernd geheizt wird, die Heizung träge reagiert und Sonne oder innere Wärmequellen stark schwanken, eine geringe dagegen bei langen Heizpausen, selten genutzten Räumen wie Gästezimmer oder Hobbyraum und hohen Wärmeverlusten.^[1]

Im Forschungsprojekt aus Kaiserslautern und München sank der Nutzenergiebedarf für Heizen mit steigender wirksamer Wärmespeicherfähigkeit, und Gebäude in extrem schwerer Bauweise kamen auf einen bis zu 9 Prozent geringeren jährlichen Bedarf als extrem leichte.^[5] Im Alltag zeigt sich die Speichermasse beim Stoßlüften im Winter: Die Wärme im Mauerwerk nimmt durch das Lüften kaum ab und erwärmt die frische Raumluft rasch wieder.^[2]

Lage der Dämmung und Verkleidungen

Wie viel Speichermasse ein Raum nutzen kann, hängt an der Lage der Dämmung: Bei einer Außenwand mit Außendämmung bleibt die ganze tragende Schicht nahe an der Raumtemperatur und steht als Speicher zur Verfügung.^[2] Einschaliges Mauerwerk speichert weniger, und eine Innendämmung vermindert die Wärmespeicherfähigkeit der Außenwand entscheidend, weil sich die Außentemperatur fast ungehindert bis zur Dämmschicht fortsetzt.^[2]

Innenwände mit 100 bis 150 kg je Quadratmeter und bis zu 15 Zentimetern Dicke tragen zum Ausgleich der Raumtemperatur bei, solange sie weder wärmedämmend verkleidet noch durch Möbel verstellt sind.^[2] Wandverkleidungen, Akustikplatten und Einbauschränke nehmen einer Innenwand diese Wirkung, und Parkett, dicke Teppiche und abgehängte Decken behindern die Wärmeaufnahme der Geschossdecken.^[2] Unverkleidete Decken mit 400 bis 500 kg je Quadratmeter eignen sich nach dem Merkblatt besonders gut als Speicher.^[2]

Wie wir die Speichermasse bei der Sanierung erhalten

Nach einem Wasserschaden bauen wir Putz, Estrich und Bekleidungen so wieder auf, wie sie vorher waren, damit die Räume bei Hitze und beim Heizen ihr gewohntes Verhalten behalten. Soll ein massiver Putz durch eine leichte Vorsatzschale ersetzt werden, sprechen wir vorher an, dass die Wand damit weniger Wärme speichert.

Ist bei der Sanierung eine Innendämmung geplant, klären wir mit den Eigentümern, wie sie sich auf den Raum im Sommer auswirkt, und trocknen nasse Wände vorher so weit, dass die Freigabemessung den Einbau erlaubt.