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Thermische Trägheit von Stora Enso CLT im Vergleich zu anderen Baumaterialien

Um ein angenehmes Wohnklima zu erreichen, ist es wünschenswert, innerhalb eines bestimmten Komfortbereichs die Temperatur konstant zu halten. Thermische Trägheit beschreibt eine bestimmte Trägheit, die vorhanden ist, wenn sich die Umgebungstemperatur um eine Masse herum von der Temperatur dieser Masse unterscheidet und sich die Temperatur der Masse an die Umgebungstemperatur anpasst. In einem System, in dem die Masse die Temperatur rasch annimmt, ist die thermische Trägheit gering. Analoges gilt für den umgekehrten Fall.
Ein typisches Szenario, das thermische Trägheit beschreibt, ist ein altes, historisches Steingebäude (eine Kirche, ein Wohnhaus, ein Schloss etc.) im Sommer. Während die Außentemperatur im Sommer im Laufe von 24 Stunden deutlichen Schwankungen unterliegt, bleibt die Innentemperatur relativ konstant.

In einem Gebäude kann diese thermische Trägheit so verwendet werden, dass die Masse eines Gebäudes während des Tages Energie aus der Umgebung absorbiert. Die warme Luft in einem Raum wird durch die umgebenden Wände und die Böden gekühlt. Die Wände und Böden absorbieren die Hitze und halten die Temperatur in einem Raum auf einem angenehmen Niveau. In den Abendstunden, wenn die Temperatur wieder sinkt, kann die Energie, die in den Wänden und Böden gespeichert wird, wieder freigesetzt und durch Lüftung abgeführt werden. Dieser Mechanismus kann an heißen Sommertagen im Inneren eines Gebäudes für ein angenehmes Raumklima sorgen, weil ein bestimmter Kühlungseffekt zum Tragen kommt und die Temperaturamplituden nicht so hoch sind wie in Gebäuden mit niedriger thermischer Trägheit.
Um diesen Effekt zu analysieren, hat das Forschungs- und Entwicklungsteam von Stora Enso eine dynamische Wärmeanalyse eines Gebäudes über den Zeitraum eines ganzen Jahres hinweg mit Wetterdaten aus Wien (Österreich) durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde ein Referenzgebäude herangezogen. Der Einfluss von Böden oberhalb und unterhalb wurde mit Hilfe der Festlegung entsprechender Randbedingungen ausgeschlossen. Zu Zwecken einer Vergleichsanalyse wurden fünf unterschiedliche Wandzusammensetzungen untersucht. Jede dieser Wände hatte eine nach außen gerichtete Wärmeisolierung mit einer bestimmten Dicke, so dass alle Wandzusammensetzungen denselben U-Wert (Wärmeisolierung) aufwiesen. Dadurch wird ein gleichmäßiger Wärmeverlust für alle verglichenen Wandzusammensetzungen gewährleistet und ein Vergleich der Wände ermöglicht. Folgende Wandtypen wurden untersucht:

  • Holzrahmenbau
  • CLT-Wand – dünn (10 cm CLT)
  • CLT-Wand – dick (20 cm CLT)
  • Hohlblock-Wand (Hohlziegel mit geringem Gewicht aus gebranntem Ton)
  • Beton-Wand

Alle anderen Randbedingungen wurden gleichbehalten, wobei über einen Zeitraum von einem Jahr die interne operative Temperatur (Durchschnittswert der internen Oberflächentemperatur und der internen Lufttemperatur) stündlich aufgezeichnet wurde. Jetzt können die Stunden innerhalb eines Jahres gezählt werden, in denen die interne operative Temperatur eine bestimmte Referenztemperatur überstieg. In unserer Studie wurden 27 °C als Referenzwert gewählt. Die Anzahl der Stunden, in denen die interne operative Temperatur die Referenztemperatur für ein bestimmtes Wandsystem übersteigt, wird im Diagramm dargestellt.

Abbildung: Unbehagen, ausgedrückt in Stunden pro Jahr, wenn die interne operative Temperatur 27 °C übersteigt.

 

Diese Studie zeigt, dass sich ein Gebäude in Holzrahmenbauweise sehr schnell überhitzt, während in einem Gebäude mit großer thermischer Masse, wie beispielsweise in einem Gebäude in Betonbauweise, Überhitzung ein geringeres Problem darstellt. Im Vergleich zu den Konkurrenzsystemen schneidet CLT sehr gut ab. Eine dünne CLT-Wand (10 cm CLT) erzielt etwas schlechtere Werte als eine Hohlblock-Wand, wobei der Unterschied 0,2 % beträgt. Die dicke CLT-Wand (20 cm CLT) schneidet hingegen deutlich besser als die Hohlblock-Wand ab, und zwar um 8,1 %. Im Durchschnitt liegen die Werte einer CLT-Wand näher bei jenen einer Betonwand als bei den Werten einer Wand in Holzrahmenbauweise.