1.

Ventile

Früh hat der Mensch gemerkt, dass eine massive Struktur Ventile braucht, um den Wärmehaushalt einfach regulieren zu können. Läden, Türen, Kamine und Fenster ermöglichen es dem Bewohner die Wärmecharakteristik je nach Bedarf zu konfigurieren. Mit rudimentären Techniken konnten grosse Wirkungen erzielt werden können. Intuitiv hat der Mensch gelernt mit einfachen Mitteln thermische Effekte zu erzielen oder allenfalls zu unterbinden.

In südlichen Ländern werden während der Sommerhitze die Läden geschlossen um den Sonnenstrahlen den Zugang in die Wohnstruktur zu verwehren. Dadurch bleiben die Gemächer über Wochen und Monate hinweg schön kühl. Ebenso kann ein offenes Fenster mit einem Durchzug frischer Luft einen überhitzten Raum auf angenehme Temperaturen bringen. Da werden Fenster geöffnet um zu lüften, Türen geschlossen, um Wärme schön zusammen zu halten. Des Nachts werden Läden geschlossen. Ebenso werden Vorhänge gezogen, um Luftumwälzungen an kalten Fensterscheiben zu unterbinden.

Erst die Erfindung lichtdurchlässiger Materialien brachte hier vor Jahrhunderten eine neue wärmetechnische Dimension ins Spiel. "Wärme" in Form von Sonnenstrahlung geht durch, während das Ventil für den konvektiven Wärmestrom geschlossen ist.

a)

Konvektion

Geschichtlich gesehen war die Türe wohl das erste Ventil in der Gebäudestruktur, stellt es doch den Zugang ins Innere her. Die Fenster und Läden hingegen sind die eigentlich wichtigen Klimaregulatoren. Durch das öffnen mehrerer Fensterflügel ermöglichen wir quasi einen Wärmekurzschluss. Somit kann ein konvektiver Wärmestrom zwischen dem Innenraum und der klimatischen Aussenwelt ungehindert zirkulieren.

Gerade durch die interaktive Verbindung mit dem Menschen gewann das Fenster als wärmetechnische Infrastruktur eine interessante Dimension, zumal das Fenster irgendwann dann Scharniere und Schliesser bekommen hat.

Der Fensterflügel animiert den Bewohner aktiv in den Wärmehaushalt einzugreifen. Die unmittelbare Erfahrung eines kalten Luftstrom beim öffnen des Fensters führt hier dem Menschen den Effekt des zwar unsichtbaren Wärmestroms "vor Augen". 

b)

Sonnenlicht

Der Fensterladen, Rollladen oder Vorhang blockt die Sonnenstrahlung und ist deshalb vorallem in heissen Ländern der effektivste thermische Schutz. Ein effektives Mittel zur Wärmeregulierung, was die Überhitzung betrifft.

Normales Fensterglas ist in der Regel durchlässig für das Sonnenlichtspektrum. Strahlungsventile betreffen also hauptsächlich die Aufgabe den Import von Wärme zu regeln. 

c)

Wärmestrahlung Infrarot

Eigentlich eingesetzt aus optischen Gründen um Licht ins Dunkel zu bringen, erfüllt das Fensterglas wärmetechnisch eine interessante Rollenfunktion. Als solches ist das Fensterglas ein aussergewöhnliche Kombination von Eigenschaften. Einerseits lässt es Licht durch, das sich als virtueller Wärmestrom betrachten lässt, andrerseits blockt es den konvektiven Wärmestrom. Und seit das Fenster Scharniere bekommen hat kann man dieses auch noch öffnen und es wird dadurch zum multifunktionellen Wärmeventil.

Fensterglas ist zum intelligentesten Ventil der Gebäudestruktur geworden. Das Glas ist also eine Art selektives Ventil. Die Fensterscheibe lässt das Sonnenlicht (sichtbares Licht und ultraviolett) fast ungehindert passieren. Das Glas lässt aber die eigentliche Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) nicht durch und ist luftdicht. 

Physikalisch gesehen durchdringt ein Lichtstrahl als elektromagnetische Welle das Glas, was eigentlich noch nichts mit Wärme zu tun hat. Erst wenn dieses Licht durch die Innenstruktur (Möbel, Böden, Wände) absorbiert wird, so wandelt sich diese Strahlungsenergie schliesslich in material-gebundene Wärmeenergie um.

Das Fenster ist das wesentliche Prinzip einer Wärmefalle, wie sie praktisch auch in einfachen Solarkollektoren genutzt wird.