Grundlegende Experimente zu beheizten Räumen V.1 --- Jugend Forscht 2008

In Mitteleuropa wohnen Menschen in der Regel in Häusern. Diese Häuser stehen im Freien, wo es im Sommer oft warm ist und im Winter eher kalt. Die Häuser sollen im Sommer nicht zu warm und im Winter nicht kalt werden, weshalb eine Heizung für eine angenehme Wohn- bzw. Arbeitsat­mosphäre sorgt. Die Realität sieht aber leider anders aus, denn besonders als Schüler bemerkt man bei stetigem Raumwechsel die stickige Luft in dem neuen Klassenraum. Da heißt es „Fens­ter auf!“ Leider wird dadurch Energie verschwendet, weil der Wärmeträger, die Luft; abgelassen wird und nach dem Schließen der Fenster erst wieder neu produziert werden muss.

Es ist eigentlich verwunderlich, dass die Heizung so schlecht funktioniert wenn man bedenkt, wie angenehm die Sonnenwärme oder ein Feuer empfunden werden. Wenn man genauer hinsieht, stellt man fest, dass es sich bei Sonne, Feuer oder einem Kachelofen um Strahlungswärme han­delt, während Heizkörper, Fußbodenheizung und dergleichen hauptsächlich Konvektion durch er­hitzte Luft erzeugen. Da stellte sich uns zunächst die Frage: „warum ist das so?“. Diese Frage kann man nur historisch beantworten. Früher wurde in einfachen Häusern nur die Küche geheizt und in besseren Häusern gab es Kaminöfen oder Kachelöfen. Mit der Einführung von Zentralhei­zungen durch Warmwasser konnte Wärme in alle Räume gebracht werden. Nun gab es aber an den Einfachverglasungen Kondensationsprobleme in Form von wasserfallartigen Wasseran­sammlungen. Schimmel war die Folge. Durch einen Konvektor, der einen Warmluftstrom über die kalte Fensterscheibe bläst, kann dieses unangenehme Problem beseitigt werden. Leider geht die meiste Wärme verloren, weil das Fenster sie nach draußen abgibt. Das kann man gut an Wärme­bildaufnahmen einfach verglaster Häuser erkennen. Heutzutage haben moderne Häuser oder sa­nierte Häuser aber Isolierverglasungen und brauchen den Warmluftföhn nicht mehr. Trotzdem werden auch in Neubauten immer noch Heizkörper unter die Fenster gebaut — wahrscheinlich aus Tradition.

So wichtig eine effiziente Heizungsanlage auch ist, sie ist eigentlich nur in Beziehung zum Raum zu sehen, den sie beheizt. Nicht nur aus klimaschutztechnischen Gründen soll der Raum kosten­günstig beheizbar sein und dabei hygienischen und wohnpraktischen Gründen genügen. In Deutschland gibt es ein Gesetz, die Energieeinsparverordnung (EnEV), das für Wohngebäude be­stimmte Kriterien an die Außenwände stellt, die stark durch Wärmedämmstoffe bestimmt werden. Wesentlicher Faktor dieses Gesetzes ist der sogenannte U-Wert, der Bau- und Dämmstoffe klas­sifiziert und den Transmissionswärmeverlust bestimmt. Es erscheint uns als Laien zunächst un­verständlich, dass sich ein so komplexes Gebilde, wie ein Haus, energietechnisch auf Wärmewi­derstände von Bauteilen reduzieren lässt.

Als wir uns mit dieser Materie im Weird Science Club beschäftigten fielen uns einige Dinge auf:

• Die Luft in den Klassenräumen ist oft stickig und Staub wird durch Konvektion umgewälzt

• Zum Lüften muss man den Energieträger (die Luft) ablassen, wenn man keine Lüftungsan­lage mit Wärmetauscher hat (mindestens 19,2 mal pro Tag nach EnEV)

• Die Wärme der Sonne oder eines Kachelofens empfinden wir als angenehm

• Fußbodenheizung macht zwar warme Füße, sorgt aber für staubige Luft

• Bei uns nisten Spechte in der Styropordämmung

• Unsere Eltern sparen kaum Geld nach der Wärmedämmung des Hauses

• Die von der EnEV geforderte Luftdichtheit der Gebäudehülle erscheint uns gefühlsmäßig unbehaglich

• Wärmedämmung wird im Internet sehr kontrovers diskutiert

• Die EnEV und die zugrunde liegende DIN 832 sagen, dass mit Wärmebrückenzuschlägen verrechnete U-Werte die Physik des Wärmetransports durch Wände, Decken und Dächer genau beschreiben

• Die U-Wert-Berechnung geht von quasistationären Laborbedingungen aus, Wettereffekte werden nicht berücksichtigt und es gibt praktisch keinen experimentellen Beweis mit rea­len, beheizten Räumen, dass die EnEV-Verordnungen wirklich effektiv und sinnvoll sind

• Es werden bei bauphysikalischen Untersuchungen in der Regel nur Gebäudeteile unter La­borbedingungen untersucht

• Hygienische Gesichtspunkte (z.B. Keimzahl) und Wohnqualität ordnen sich dem Energie­spargedanken unter

• Mit Wärmedämmung kann man zur Zeit offensichtlich viel Geld verdienen

Die Situation ist sogar noch viel schlimmer: in Internetforen werfen die einen Experten den ande­ren Experten vor, einer Dämmstofflobby anzugehören und unter dem Deckmantel des Klimaschut­zes und der Energieeinsparung sehr viel Geld zu verdienen. Politisch ist das Thema sowieso hochbrisant. Die Dämmstoffexperten werfen den Dämmstoffgegnern wiederum Unwissen vor. Handwerker bauen Dämmstoffsysteme entsprechend den sich ständig verändernden Hersteller­angaben ein und die Bevölkerung ist zum Teil verunsichert. Es gibt unzählige Beispiele von ver­schimmelten, abgefallenen und versagenden Dämmungen und es gibt auch viele Dämmungen, die nicht von den Wänden gefallen sind und offenbar auch tatsächlich dämmen.

Wir haben uns auf Grund der Wichtigkeit dieser Thematik dazu entschlossen grundlegende Experimente zum Vergleich von Heizungssystemen durchzuführen und den Einfluss von den Wärmetransport bestimmenden Faktoren bei verschiedenen Bau- und Dämmmaterialien zu untersuchen. Wir haben sehr erstaunliches herausgefunden...

Sebastian Vogt und Sören Gensmer

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