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3.

Die isolierte Wand

Im modernen Wohnungsbau treffen wir nun auf das geometrisch klare Baumodul der isolierten Wand. Weil der Isolationswert des Isolationsmaterials um mindestens eine Grössenordnung höher, wird der Isolationswert  der eigentlichen Wand unbedeutend. Von aussen sehen wir quasi einen Baumodul mit separierten Eigenschaften (Wärmeleitung und Wärmespeicherung).

Dieses asymmetrische Baumodul wollen wir nun auch mal einer Temperaturänderung unterwerfen. Geometrisch ist diese separierte Struktur asymmetrisch, - deshalb muss man unterscheiden, von welcher Seite her die Temperaturänderung kommt. Liegt die Isolation vor oder hinter der temperaturausgesetzten Wandoberfläche.

a)

Isolation nach Mauer

 

Die Isolation liegt also hier auf jener Seite des Wandmoduls wo die Temperatur konstant bleibt.

  • Beschreibung des Phänomens

    Der Temperatursprung ist auf der Seite der ungeschützten Wärmekapazität. Dadurch bleiben sich die Bedingungen am Anfang ziemlich die gleichen wie ohne Isolation. Die Temperaturänderung sieht also zu Beginn die Isolationsschicht nicht, sondern ist vollauf mit der massiven Wandschicht beschäftigt.

    Wir haben einen markanten Ladestrom. Erst wenn dieser abgekoppelte Speicher einigermassen auf Potential gekommen ist, tritt die nachgestellte Isolation in Wirkung. Sie beschränkt also im wesentlichen nur den "Ruhestrom" und hat wenig Einfluss auf die Dynamik des Einschwingvorganges.

  • Abkoppelung der Kapazität

    Energietechnisch ist also die Isolation massgebend. Von der kurzzeitigen Dynamik her hat sie aber keinen wesentlichen Einfluss, und ist von dieser Seite her in ihrem Verhalten mit der nicht isolierten Mauer vergleichbar. 

    Dieser Fall tritt zum Beispiel auf bei einer Stosslüftung eines Innenraumes. Obwohl die Aussenwände sehr gut isoliert sind, gibt hier die "ungeschützte" Innenwand innert kurzer Zeit einen massiven Wärmestrom ab. Die Wandoberfläche eines Speichermaterials kühlt schnell aus. Positiv wirkt sich diese Eigenschaft hingegen aus, wenn bei Sonneneinstrahlung die kurzfristig einfallende Wärme schnell von der ungeschützten Wandoberfläche absorbiert wird und so die Raumluft nicht überhitzt.

  • Zeitkonstante

    Da die Isolation hier hinter der Speicherstruktur liegt, hat die Isolation praktisch keinen Einfluss auf die Zeitkonstante. Da Wärmebewegung in dem Sinne keine Fernwirkung hat, tritt hier die Isolation nicht wesentlich zur Beeinflussung der Zeitkonstante in Erscheinung.

Zusammenfassend hat die hinten anliegende Isolation wenig Einfluss auf die Zeitkonstante, die vom Speichermaterial dominiert wird, - wohl aber für den zeitlich langfristig sich einpendelnen Wärmedurchgang. Die dynamische Charakteristik wird nicht gross touchiert, wohl aber die energetisch langfristige Bilanz.

b)

Isolation vor Mauer

 

Will man diesen Ladeeffekt einer Speicherstruktur etwas dämpfen, dann muss die Isolation zwischen die Temperaturänderung und die Mauer zu liegen kommen. Jetzt findet die Temperaturänderung auf Seite der Isolationsschicht statt.

  • Beschreibung des Phänomens

    Durch das Vorschalten der Isolation wird der Ladestrom des Speicherelements proportional gedämpft. Der Ladeprozess findet also viel langsamer statt. Da der dominante Temperaturabfall in der Isolation stattfindet, reduziert sich auch das Ladepotential. Die Innenwand ist damit vor der Härte der Temperaturänderung geschützt. Vor allem bei periodischen Vorgängen bleibt so die geschützte Struktur vor heftigen "Speicherströmen" verschont, was nicht nur energetisch gesehen vorteilhaft ist, sondern auch die eigentliche Struktur weniger beansprucht (Materialkontraktion, Kondensation, Frost).

  • Abkoppelung der Kapazität

    Die Wärmekapazität liegt temperaturmässig durch die Abkopplung auf der stabilen Seite und wird durch die klimatischen Änderungen kaum touchiert. Die "Speichertemperatur" die real also nun ziemlich nahe an der Innentemperatur (Raumluft) liegt, wird mit einer steten Wärmestrom mittels einer Heizung auf Temperatur gehalten.

  • Wärmestrom-Maxima

    Das Ladestrommaximum wird durch den Vorwiderstand proportional gedämpft. Das Potential der Wärmekapazität wird tief gehalten, womit weniger geladen werden muss.

  • Zeitkonstante

    Die Zeitkonstante wird durch den Vorwiderstand wesentlich bestimmt. Die Zeitkonstante rechnet sich grob aus dem Produkt von Isolations- und Speicherwert. Dies ist ein Orientierungwert, der die Reaktionszeit bei Temperaturänderungen beschreibt.

Zusammenfassend reduziert die vorstehende Isolation also den Ladestrom wesentlich, und verlängert die Zeitkonstante. Der zeitlich langfristig sich einpendelnen Wärmedurchgang wird wesentlich reduziert. Die dynamische Charakteristik wird also ebenso touchiert, wie der enrgetische.

Dadurch dass der Ausgleichsprozess mehr Zeit hat, verteilt sich der kapazitive Wärmestrom gleichmässiger in die Tiefe des Materials hinein. Der Strom schaut also temperierter aus und hat am Anfang kaum noch eine Spitze.