Bestimmung der erforderlichen Speichermasse

Hallo zusammen,

das Passivhaus Institut empfiehlt für die Behaglichkeit in einem Passivhaus im Sommer Speichermasse im Inneren des Gebäudes. Das kann sich ja auch jeder grundsätzlich vorstellen, dass Speichermasse den Temperaturanstieg im Sommer dämpft, besonders wenn es keinen Sonnenschutz gibt.
Ich frage mich nur, wie ich die Größe der Speichermasse bestimmen kann. Im Speziellen geht es um die Abwägung, ob die tragenden Innenwände und Decken aus Stahlbeton hergestellt werden müssen, oder ob eine Holzmassivbauweise (Kreuzlagen oder Brettstapel) oder sogar der normale Holzrahmenbau mit Holzfaser- oder Zellulosedämmung und zusätzlicher GK-Beplankung (25mm oder mehr) ausreichend ist.

Gibt es dafür irgendwelche Richtwerte oder überschlägigen Berechnungen ?

Micha, ich glaube, du musst schon die entsprechenden Materialien berücksichtigen. Am eigenen Haus hab ich die Erfahrung gemacht, dass eine GK-Ständerkonstruktion als Innenwand kaum Speichermasse bildet.

Die Reaktion ist doch so, dass das massereiche Bauteil durch die Wärme gewissermaßen "in Schwingung" versetzt wird. Dadurch nehmen schwere Baumaterialien ja auch viel langsamer die Wärme auf.

Was ich schon gesehen habe, sind mit Hohllochziegel sichtbar ausgefachte Fachwerkwände als Innenwand. Ich denke, das kannst du sogar mit Vollziegel noch verbessern.

Mir ist schon klar, dass viel viel hilft. Ich möchte aber wissen, wie viel Speichermasse ich tatsächlich brauche. Der Tragwerksplaner, der auch den Passivhausnachweis führen soll, möchte gerne, dass alles in StB gebaut wird. Er hat noch nie so einen Nachweis gemacht und hat auch noch keine Erfahrungen mit Holzbau, meine Chefin hat von Holzbau auch keinen Schimmer. Solange ich nicht belegen kann, dass StB mehr Speichermasse als benötigt liefert, wird jetzt mit der Beauftragung des Tragwerksplaners aus dem Holzbau ein banaler Stahlbetonbau.

Micha, dann solltest du, glaub ich, mal einen der "großen" Holzhausbauer anfragen. Die müssten dazu doch wirklich Unterlagen haben.

Ich glaub ja, dass eine Aussage zur sommerlichen Behaglichkeit eines Passivhauses eh eine sehr subjektive Aussage ist.
Eine gut gedämmte Aussenwand und entsprechende Beschattung an den Fenstern verhindern doch schon mal zum großen Teil, dass eine Erwärmung überhaupt stattfindet.

Was für ein Bauwerk plant ihr denn überhaupt?
Einfamilienehaus oder Schule oder?
Im EFH hast du doch oft den Boden des EG als zusätzliche Speichermasse.

Hallo Martin,

also es geht um eine Kita.
Der Tragwerksplaner soll auch die PHPP2007 als Nachweis für den Passivhausstandard führen. Der ist, wie es sich für einen Berliner gehört gegen Holz und für Kalksandstein und Stahlbeton. Ursprünglich war der Vorentwurf als Holzrahmenbau eingereicht worden. Im Moment argumentiert der Tragwerksplaner, dass bei einer Kita so hohe interne Lasten im Sommer vorhanden wären, dass man nicht um Stahlbeton (Wände und Decken) herumkäme. Es geht also um die interne thermische Speichermasse, oder die Amplitudendämpfung durch diese und die daraus resultierende Phasenverschiebung. Bei den meisten Holzsystemanbietern wie z.B. Merk, Lenotrend, Lignatur etc. wird die auch angegeben und liegt um die 12h.
Ich würde jetzt behaupt, dass das ausreichend ist. Nur wird meiner Einschätzung kein Gewicht gegeben, solange ich diese nicht wissenschaftlich nachweisen kann.

Mir ist auch klar, nicht zuletzt durch die Lektüre von Feist, dass Dämmung und Sonnenschutz viel bedeutender sind, und das Vorhandensein einer thermischen Speichermasse im Inneren des Gebäudes vorteilhaft und zu einem gewissen Maß auch nötig ist. Nur zu welchem Maß ?
Für Stahlbeton oder Massivholzsysteme kann man die Phasenverschiebung, so weit ich das verstanden habe, wie folgt berechnen:

Phasenverschiebung =
Wärmespeicherzahl s * Bauteilstärke / (3,6 * Wärmeleitfähigkeit)

Bei einer 24cm Stahlbetondecke wären das 322 h.
Bei einer 30cm Kreuzlagenholzdecke wären es 13,5 h.

13,5 h hört sich vernünftig an.
322 h scheint mir überdiemensioniert.

Und dann gibt es da noch den Wärmeeindringkoeefizienten b.
Der die Behaglichkeit hinsichtlich der umgebenden Raumfläche beinflussen soll. Dieser soll unter 50 liegen, bei Bodenaufbauten aufgrund des direkten Körperkontakts sogar unter 20.

Der liegt bei Stahlbeton bei 142.
Für Holz bei 24.
Ich würde dem insofern zustimmen, als dass ein 22° warmer Fußboden meinem Fuß immer noch unangenehm stark Wärme entziehen würde, jedenfalls kommt mir das so vor, wenn ich meine Holzdielen im Wohnzimmer mit dem Linoleum auf Estrich in der Küche vergleiche.

Ich schließe daraus, wenn meine Informationen richtig sind, dass Stahlbeton zwar viel Energie speichern kann. Dass es jedoch unnötig viel ist.
Und das der Preis dafür unbehagliche umgebende Oberflächen sind.
Im Umkehrschluß wäre meine Folgerung, dass Holz oder eine Holzbauweise zwar nicht zu so einer starken Phasenverschiebung wie StB führt, diese aber trotzdem ausreichend ist, und ich dafür behaglichere Oberflächen bekomme.

So und das müßte ich jetzt nur noch glaubhaft wissenschaftlich in der Stadt aus Stein belegen.

Ich weiß immer noch nicht wie man die erforderliche Speichermasse bestimmt, aber ich habe jetzt von Bauherrn eine Angabe bekommen. 50Wh/m2K

Das heißt eine Mindestbauteilstärke von

8cm StB
12cm KS
15cm Massivholz (Brettstapel oder Kreuzlagen)

Da die Anforderung auf beiden Seiten der Innenwand besteht müssen die Werte also verdoppelt werden.

Hallo Mika,
je schwerer desto mehr Speichermasse, und je höheres lambda umso besser innen angekoppelt. Im Passivhaus sind fast konstante Bedingungen, und man muss auch bei KS oder Stb keine Angst vor Kondensation haben.
Um insgesamt Bauteildicke zu sparen sollte man dann den stärksten Baustoff (Stahlbeton oder KS) und den so dünn es geht wählen um möglichst viel Dicke für die Dämmung zur Verfügung zu haben. Decken und Böden zählen natürlich auch mit. Also Innenwände aufdoppeln???...
Viele wichtiger als die Speichermasse ist jedoch die Möglichkeit den sommerlichen Wärmeeintrag zu begrenzen (Jalousien Aussen) und oder die Möglichkeit die Wärme nachts auch wieder loszuwerden. Die normal Lüftungsanlage insbesondere die mit WT ist dazu im Sommer überfordert.

Wohne selbst in einem Passivhaus ind der sommerwarmen Rheinebene.

andreweb3

Hallo Andreweb3,

die Grundsätze eine Passivhauses sind mir schon bekannt und klar.
Wir verfolgen allerdings zusätzlich zum Passivhaus, das lediglich die Nachhaltigkeit während der Nutzdauer betrachtet, einen ganzheitlicheren Ansatz der Nachhaltigkeit. Daher ist StB und Stahl möglichst zu vermeiden.

Wir arbeiten mit mehreren Varianten, auch einer bei der tragende Innenwände und Decke aus StB sind. Ich habe bloß Bedenken bezüglich des Wärmeeindringkoeffizienten, der, soweit ich es verstanden habe, als Maß für das Empfinden bei Berührung gilt.
Der sollte einen Wert von 50 nicht übersteigen. Für Fußböden wird sogar 20-25 empfohlen. StB liegt bei 142.

Siehe hier

Was habt Ihr, wenn ich fragen darf, für einen Bodenaufbau ?
Und was für Innenwände habt ihr ?

Hallo Mika,
natürlich kann man andere Materialien nehmen. Bei allen mineralischen ist die Wärmekapazität (je/kg) ziemlich konstant. Bei leichten Werkstoffen muss man halt viel mehr davon nehmen und das Volumen noch irgendwie aktivieren. Bei schweren ist eine grössere Masse durch die größere Wärmeleitfähigkeit automatisch aktiviert. Ökologisch und wärmetechnisch wäre da natürlich ein schwerer Naturstein z.B. Granit ideal. Aber wer kann das heute für Wände noch verarbeiten oder bezahlen...

Für den Boden sind natürlich die ersten paar mm (und damit der Kurzrzeiteffekt) für die Wärmeeindringkoeffizienten interessant. Kork auf Stahlbeton fühlt sich sicherlich fusswärmer an als Granit auf Holz.
Wobei beim ersteren sicherlich mehr Speichermasse vorhanden wäre.
Bei Wänden hat man dieses Problem weniger, da diese (hoffentlich) seltener berührt werden und man in der Regel Gips, Kalk oder Gipskarton als Putz oder Oberfläche hat.

Wenn man nur den Stahl vom Stahlbeton vermeiden will gibt es natürlich auch noch GFK-Bewehrung mit geringerem Primärenergieeinsatz.

Gruß
andreweb3

Hallo,

habe ich gerade im Netz gefunden:

"Auskühlkennzeit

Die Auskühl- bzw. Aufheizdauer von (mehrschichtigen) Außenbauteilen kann durch diesen in die ... Baunormen aufgenommenen Rechenwert bestimmt werden (abgekürzt z). Man berechnet ihn, indem man die Wärmespeicherungszahl (in kJ/(m2K)(siehe oben) des Bauteils durch seinen um das 3,6fache vergrößerten U-Wert teilt. Sie gibt in Stunden an, wie lange es bei konstantem Wärmeentzug dauert, bis ein Bauteil in allen Schichten auf dasselbe Temperaturniveau ausgekühlt ist (bzw. bis es bei konstanter Wärmezufuhr ein konstantes Temperaturgefälle erreicht hat).
In Räumen mit Außenmauern ist das Wohnklima um so angenehmer, je größer die Auskühlkennzeiten der Außenmauern sind. Werte von mehr als 120 Stunden für z gelten als sehr gut. Der untere Grenzwert für Außenmauern von Wohnräumen ist z = 36 Stunden. Eine ungedämmte, 30 cm dicke Kiesbetonwand käme deshalb auch als Außenwand für einen Wohnraum gar nicht in Frage; für sie gilt z = 20 h.
Bei einer vierschichtigen, außen gedämmten Leichtziegelwand liegt eine Wärmespeicherungszahl von z = 198,41 h. vor. Sie ist also besonders gut als Außenwand eines Wohnraums geeignet. Bei Innendämmung derselben Wand kommt man mit z = 88,13 h auf eine viel schlechtere Auskühlkennzeit.[4]"

Vielleicht hilft es ja,
Gruß
--
Blumenschein

Naja, beim Passivhaus, und grundsätzlich bei Neubauten nach ENEV verfolgt man ja auch durch Dämmung der Außenhaut die Auskühlung zu minimieren.

Es gibt sogar eine privatwirtschaftlich geförderte Studien die aus der oben angeführten Erkenntnis ableitet, dass Dämmung kontraproduktiv sei, und Baustoffe mit hoher Speicherkapazität aufgrund hoher Dichte geeigneter seien als Dämmstoffe um Energie zu sparen, was natürlich Unsinn ist.

Lichtenfelser Experiment

Erläuterung des Fehlers

In unserem Fall stellt der Bauherr über die Anforderungen des Passivhaus-Standards hinaus die Forderung nach einer hohen thermischen Speicherkapazität. Das Passivhaus-Institut merkt zwar an, dass man nicht vollkommen auf Speicherkapazität verzichten solle, und dass sie von Vorteil sein kann, um erhöhte Wärmeeinträge im Sommer über die verglasten Gebäudeoberflächen oder eine erhöhte Öffnungsdauer von Fenstern oder Türen dämpfen kann, weist aber richtiger Weise darauf hin, dass ein Sonnenschutz hier viel effizienter und wichtiger ist.
In unserem Fall ist ohnehin eine Querlüftung zur nächtlichen Auskühlung und ein Sonnenschutz vorgesehen und gefordert.

Für mich stellt sich die Frage nach der Sinnhaftigkeit der Aussage des Bauherrn bzw. dessen Beraters, dass der Passivhaus-Standard nur mit Kalksandstein oder StB zu erreichen sei. Das wird so auch nicht vom Passivhaus-Institut bestätigt und auch die Forderung nach erhöhter Speicherkapazität wird hier nicht als notwendig bestätigt. Über die Gründe für die Zusatzforderung kann nur spekuliert werden.
Mir geht es mehr um den Sinn. Klar ist, dass eine möglichst konstante Innenraumtemeratur von 20-24°C über das ganze Jahr gehalten werden soll. Überhitzung soll durch Sonnenschutz und Nachtauskühlung begegnet werden.
Das erreiche ich auch mit einer Holzleichtbauweise mit Faserdämmstoffen. Was also bringen mir Stahlbeton Wände und Decken ? Und wozu sind 50Wh/m²K gut ?

Hast Du schon mal den einfachen sommerlichen Wärmeschutz geführt,
vielleicht löst sich Dein Problem damit bereits in Luft auf?!
Ansonsten müsste man vielleicht mal eine Simulation machen.
Wie es der Zufall will war ich gestern bei einer Kammerveranstaltung zum
Thema.
Sören Vollert von Kaplus ist da nach zahlreichen überwachten Projekten
ziemlich ähnlicher Meinung wie Dein Statiker.
Es ging da zwar um Schulen, aber Kitas sind wohl ganz ähnlich gelagert.
Dort wurden interne Lasten von 35W/m² nur durch die Nutzer genannt. Da
Schulen meist noch einen hohen Fensterflächenanteil haben, sind die Lasten
schon relativ groß. Die Wärmerückgewinnung ist dann quasi die ganze Zeit
auf Bypass, zumal Anwesenheit und Sonneneintrag zeitlich ja immer relativ
zusammenfallen.
Außerdem, so habe ich gelernt, bleiben die Schüler heute in den Pausen im
Klassenraum, und somit kann sich das Raumklima dann nicht regenerieren
Allerdings meinte Herr Vollert, dass die Wände kaum zur Speichermasse
beitragen, da u.a. sowieso große Teile davon belegt sind, Außenwände mit
Fenstern und Innenwände mit Schränken.
Man sollte also wenn möglich die Decken nutzen, was wohl wieder nicht
immer im Einklang mit Akustikanforderungen steht (abgehängte Decken).
Ideal ist wohl ein Massiver Kern mit Holzfassadenelementen.

Den sommerlichen Wärmeschutznachweis soll ja auch der Statiker führen. Der hat das nur noch nie vorher und auch jetzt noch nicht gemacht.
Scheint ein Spiel auf Zeit zu sein.

Zwischenzeitlich hatten wir einen Ingenieur und Architekten aus Brandenburg im Büro, der schon mehre Schulen und Kitas in Holzbauweise realisiert hat. Nach dessen Aussage reicht Holzfaserdämmstoff aus.
Aber einen Nachweis haben wir dadurch noch nicht. Hätte ich mehr Zeit würde ich das selbst machen. Naja, vielleicht über Weihnachten und Neujahr.

Unser Kompromiss, den auch der Bauherr unter der Prämisse annähernd gleicher Kosten sehr begrüßt hat, ist ein Holzbau mit Lehm-Ausfachungen.
Wir erreichen damit eine bessere Ökobilanz und der Bauherr bekommt seine Speichermasse.

Hallo,

bezüglich des Lichtenfelser Experiment stößt man fast automatisch auf die Seiten von Konrad Fischer.
Hat sich jemand mal genauer und vor allem wissenschaftlich mit dem Lichtenfelser Experiment auseinander gesetzt?

Gruß
..
Blumenschein

@ Kieler,

weißt Du, ob sich die 50Wh/m²K Speicherkapazität auf alle Oberflächen beziehen, oder ob das auch nur durch eine Oberfläche z.B. die Decke, wie von Dir beschrieben, geleistet werden kann ?