Im Gebäudesektor brauchen wir die Wärmefunktionalität einer Wand am offensichtlichsten an den Aussenwänden, - dort wo das Aussenklima auf das geheizte Wohnklima trifft. Diese Konstruktion ist dafür designt, die Fluktuationen, - die Wärme und die Kälte - vom Wohnraum abzuwenden. Hierfür stehen die Isolationsschicht einerseits und die Speicherschicht andererseits zur Verfügung.

Die dynamische Wärmecharakteristik spielt sich in einer modernen Wand also im wesentlichen als Produkt dieser zwei Schichten ab:

• Isolationsschicht 

• wärme-kapazitive Schicht

Werden die Funktionalitäten einer Wand geometrisch separiert, so wird die Sache schon einmal viel transparenter als bei einer "traditionellen" massiven Steinmauer, wo die beiden Eigenschaften im selben Material sozusagen "ineinander verwickelt" sind. 

Schliesslich wird es ein Spiel der Dimensionierung. Aufgrund ihrer Grössenordnung sind nicht alle Schichten wirklich relevant für gewisse Eigenschaften. So gelangt man zu einer virtuellen Separierung der Funktionalität. Das ist dann so wie wenn jede Schicht nur eine spezifische Funktion erfüllt, was streng genommen eben eine Idealisierung ist.

Die Grössenordnungen von Isolations- und Speichermaterialien interessieren uns natürlich auf das Volumen bezogen, da wir uns beim Bauen mit geometrischen Formen auseinander setzen.

• Wärmeisolation

  Betrachtet man den Isolationswert zwischen den typischen Isolationsmaterialien und den traditionellen Baumaterialien, so liegt der Faktor zwischen den Extremen bei über zehn. Das heisst, dass ein Isolationsmaterial um Dekaden besser isoliert als eine "einfache" Mauer.

  Die Isolationsfähigkeit moderner Isolationsmaterialien liegt also zwischen einer bis zwei Grössenordnungen höher als die Isolationsfähigkeit klassischer Strukturmaterialien.

  Der isolationswert von gasförmigen Medien ist in dieser Beziehung nicht sehr aussagekräftig weil hier natürlich hier die Konvektion den reinen geometrischen Isolationswert "überbrückt".

• Wärmekapazität

  Bei festen Stoffen liegt der Volumen bezogene Faktor zwischen den kleinsten Kapazitäten und den grössten sogar im Bereich ~100. Bezieht man gasförmige und flüssige Stoffe wie Luft und Wasser in den Vergleich mit ein so liegt der Faktor sogar bei über ~1000.

Genau diese Grössenordnungsunterschiede erleichtern uns in der Analytik das Leben. Nur wenn wir in diese Grössenordnungen kommen, können an entsprechender Stelle Elemente vernachlässigt werden, womit die Rechnungen wesentlich vereinfacht werden können.

Indem uns die Entkopplung gelingt, bekommt im Gesamtkontext jedes funktionelle Element nur noch eine dominante Funktion. Der Baukörper behält die Speicherkapazität und die Isolationsschicht übernimmt die spezifische Funktion der Wärmeleitung.  In einer geometrischen Konstellation wie der Wand nutzen wir diese Grössenordnungen und betrachten schliesslich nur die dominante Komponente der Materialschicht. In einer klassischen Kombination einer Isolationsschicht vor einer massiven Mauer vernachlässigen wir die Wärmekapazität in der Isolationsschicht und den Isolationswert in der massiven Schicht (=Wärmekapazität).

Damit separieren wir geometrisch gesehen die wärmetechnischen Eigenschaften und idealisieren so das Referenzmodell .... natürlich muss man sich dabei immer bewusst bleiben, wo so ungefähr die Realität aufhört und wo die geschätzte Referenz anfängt.

Wir tun also so wie wenn der Baukörper keinen Einfluss mehr hätte auf den Wärmewiderstand und wie wenn das Isolationsmaterial keine Wärmespeicherkapazität hätte. Dieses asymmetrische Baumodul ist wärmetechnisch nun viel einfacher zu behandeln als die klassische massive Wand. Mit diesem Modul lassen sich viel einfacher globale Konstrukte designen, als mit infinit verteilten thermischen Eigenschaften.

Abstrakt betrachtet bekommen diese zwei Komponenten Isolation und Kapazität unterschiedliche Funktionen.

Wärmeisolation

Diese Materialien sind fast ausschliesslich ein sehr kleines spezifisches Gewicht und haben meist einen hohen Lufteinschluss. Jedes Material hat einen impliziten Wärmeisolationswert, so auch die klassische Steinmauer. Doch der Wärmedämmwert eines typischen Isolationsmaterials liegt um mindestens eine Grössenordnung höher, was heisst, dass Dämmmaterialien typischerweise bei gleicher Dicke über zehn bis hundert Mal weniger Wärme durchlassen. Typische Isolationsmaterialien haben sehr kleine Massen, - also kleine Wärmespeicherkapazitäten.

• Wärmeflusswiderstand

  Eine Isolation hemmt den Wärmefluss, man verliert bei gewissen Temperaturbedingungen also weniger Wärme.

• Potentialteilung

  Sind mehrere Wärmeisolationsschichten hintereinander aufgebracht, so wird das Potential über dem Sandwich entsprechend den Widerstandswerten der einzelnen Schichten geteilt. Ist also eine Schicht dominant, so fällt fast die ganze Temperaturdifferenz über dieser Schicht ab.

• Isolationswerte typischer Wärmekapazitäten

  Die auf die Dicke bezogenen Isolationswerte typischer Wärmekapazitäten liegen in der Regel mindestens 10 mal tiefer als bei typischen Wärmeisolationsmaterialien. 

Wärmekapazität