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Der Emissionsgrad und seine Randbedingung
Ein niedriger Emissionsgrad wirkt nur dort, wo eine Luftschicht angrenzt. Nachgerechnet für Außenoberfläche, Innenoberfläche und Luftschicht — mit dem Ergebnis, dass die drei Orte um zwei Größenordnungen auseinanderliegen.
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Der Emissionsgrad ist eine reale, messbare, normativ anerkannte Größe. Er taucht in DIN EN ISO 6946 auf, er verändert Wärmeübergangswiderstände, und man kann ihn beeinflussen. Nur wirkt er nicht überall gleich — und die Bedingung, unter der er überhaupt etwas beiträgt, wird in der Diskussion regelmäßig weggelassen.
Die Bedingung lautet: Es muss eine Luftschicht angrenzen. Dieser Beitrag rechnet nach, warum das so ist und wie groß der Effekt an den drei Orten ausfällt, an denen er auftreten kann.
Die Bilanz, aus der alles folgt
Ein Wärmeübergangskoeffizient setzt sich additiv aus zwei Anteilen zusammen:
h = hc + hr — Konvektion plus Strahlung
Der Strahlungsanteil lässt sich linearisieren:
hr ≈ 4 · ε · σ · T³
mit σ = 5,67 · 10⁻⁸ W/(m²·K⁴). Bei T = 283 K (10 °C) und einem für Baustoffe typischen ε = 0,9 ergibt das hr ≈ 4,6 W/(m²·K).
Diese eine Zahl entscheidet über alles Weitere. Der Emissionsgrad kann nur den Strahlungsanteil verändern — der Konvektionsanteil bleibt unberührt. Wie viel ε also ausrichtet, hängt daran, welchen Anteil die Strahlung am jeweiligen Übergang hat.
Ort 1: die Außenoberfläche — rund ein Fünftel
DIN EN ISO 6946 setzt für den äußeren Wärmeübergangswiderstand Rse = 0,04 m²·K/W an. Das entspricht he = 25 W/(m²·K).
Davon sind rund 4,6 W/(m²·K) Strahlung — etwa ein Fünftel. Die übrigen vier Fünftel sind Konvektion, angetrieben vom Wind, und die interessiert der Emissionsgrad nicht.
Rechnet man den Extremfall durch — ε von 0,9 auf 0,1 gesenkt, was mit einer Beschichtung real nicht erreichbar ist —, steigt Rse von 0,040 auf etwa 0,048 m²·K/W. An einer Wand mit R = 1,0 m²·K/W bedeutet das:
| Rsi | RWand | Rse | U-Wert | |
|---|---|---|---|---|
| ε = 0,9 | 0,13 | 1,00 | 0,040 | 0,855 W/(m²·K) |
| ε = 0,1 | 0,13 | 1,00 | 0,048 | 0,849 W/(m²·K) |
Die Verbesserung beträgt 0,7 Prozent — bei einem Emissionsgrad, den kein Anstrich erreicht. Das Institut für Angewandte Bauphysik in Winterthur kommt in einer eigenen Rechnung mit ε von 0,9 auf 0,3 zum selben Ergebnis: am U-Wert ändert sich praktisch nichts.
Ort 2: die Innenoberfläche — hier wirkt es, und trotzdem nicht
Innen ist das Verhältnis umgekehrt. Rsi = 0,13 m²·K/W entspricht hi ≈ 7,7 W/(m²·K); davon sind rund 4,6 W/(m²·K) Strahlung und nur etwa 3,1 W/(m²·K) Konvektion. Der Strahlungsanteil dominiert.
Rechnerisch ist der Effekt entsprechend groß: ε = 0,1 würde Rsi von 0,13 auf etwa 0,28 m²·K/W heben und den U-Wert der obigen Wand um rund 11 Prozent senken.
Zwei Gründe sprechen dagegen, daraus eine Maßnahme zu machen:
- Es ist mit Farbe nicht erreichbar. Organische Bindemittel und Pigmente sind starke Infrarot-Emitter. Typische Baustoffe — Putz, Ziegel, Beton, Naturstein, gängige Anstriche — liegen bei ε = 0,9 bis 0,95. Metallische Folien erreichen ε ≈ 0,05, aber sie sind keine Beschichtung.
- Eine nicht abstrahlende Innenoberfläche ist bauphysikalisch unerwünscht. Sie wird kälter, das Strahlungsklima im Raum verschlechtert sich, und die Tauwassersituation an der Oberfläche wird ungünstiger — genau dort, wo man sie am wenigsten braucht.
Ort 3: in einer Luftschicht — hier zahlt es sich aus
Der dritte Ort ist der einzige, an dem ein niedriger Emissionsgrad seine volle Wirkung entfaltet. DIN EN ISO 6946 setzt für eine ruhende Luftschicht je nach Emissionsgrad der begrenzenden Oberflächen deutlich verschiedene Werte an:
| Luftschicht | Wärmedurchlasswiderstand |
|---|---|
| hoher Emissionsgrad | 0,16 m²·K/W |
| niedriger Emissionsgrad | 0,51 m²·K/W |
Faktor rund drei. Genau daher stammt die Dämmwirkung infrarotreflektierender Folienprodukte. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik hält für einen untersuchten Dachaufbau fest, dass etwa die Hälfte des gesamten Wärmedurchlasswiderstands aus den an die Folie grenzenden Luftschichten stammt — nicht aus der Folie selbst.
Dieselbe Untersuchung zeigt auch die Kehrseite: Der Aufbau mit nur einer angrenzenden ruhenden Luftschicht dämmte schlechter als der mit zweien. Der Mechanismus hängt an der Luftschicht, nicht am Material.
Bei einer direkt auf den Putz aufgebrachten Beschichtung entfällt er vollständig. Dort grenzt keine Luftschicht an, sondern Putz auf der einen und bewegte Außenluft auf der anderen Seite.
Die dritte Größe, die gern mitgenannt wird
Solare Reflexion ist etwas anderes als Emissionsgrad — kurzwellig statt langwellig, nur bei Besonnung wirksam, und im Winter kontraproduktiv.
Für niedrige Oberflächentemperaturen unter Sonne muss der Quotient αs/ε klein sein. Man braucht also gleichzeitig hohe solare Reflexion und hohen langwelligen Emissionsgrad — das ist das Cool-Roof-Prinzip. Ein heller Anstrich senkt im Sommer die Oberflächentemperatur messbar.
Wer aber gleichzeitig mit einem niedrigen ε wirbt, arbeitet gegen den eigenen Cool-Roof-Effekt: Niedriges ε verschlechtert die nächtliche Abstrahlung. Die beiden Aussagen schließen einander weitgehend aus.
Die Prüffragen
Für die Bewertung einer Angabe zum Emissionsgrad genügen drei Fragen:
- Grenzt an der Stelle, an der ε wirken soll, eine Luftschicht an? Wenn nein, ist der Beitrag im Bereich unter einem Prozent.
- Wird ε mit λ vermischt? Wärmeleitung, Strahlungsaustausch und solare Reflexion gehen in völlig verschiedene Bilanzterme ein. Eine Emissionsgradmessung ist kein Beleg für eine Wärmeleitfähigkeit.
- Wird ε und solare Reflexion gleichzeitig als Vorteil genannt? Für den sommerlichen Wärmeschutz brauchen die beiden Größen gegenläufige Werte.
Nichts davon spricht gegen reflektierende Oberflächen. Es spricht dagegen, ihre Wirkung an einer Stelle zu behaupten, an der die Voraussetzung fehlt.
Belegstatus
Die Wärmeübergangswiderstände Rsi = 0,13 und Rse = 0,04 m²·K/W sowie die Werte für ruhende Luftschichten stammen aus DIN EN ISO 6946. Die Emissionsgrade von Baustoffen und Metallfolien sind Fachliteraturwerte.
Die Untersuchung zu infrarotreflektierenden Dämmmaterialien ist veröffentlicht in Bauphysik 33 (2011), Heft 1 (Hauser, Kersken, Schade, Sinnesbichler). Die Vergleichsrechnung mit ε von 0,9 auf 0,3 stammt vom Institut für Angewandte Bauphysik Winterthur, applica 5/2017.
Die Aufteilung von Rsi und Rse in Konvektions- und Strahlungsanteil sowie die U-Wert-Vergleiche in diesem Beitrag sind eigene Modellrechnungen auf Basis von hr = 4·ε·σ·T³ in Breitband-Näherung bei T = 283 K. Sie geben Größenordnungen wieder, keine Messwerte an einem konkreten Bauteil.