Der Wärmeverlust über nicht gedämmte Außenwände beträgt je nach Gebäudealter, -zustand und -geometrie zwischen 25% und 45%. Deshalb kann mit einer Wärmedämmung Wärmedämmung ist der Oberbegriff für bautechnische Maßnahmen an Gebäuden und die effizienteste Maßnahme zur Einsparung von Heiz- und Kühlenergie sowie der Gebäudehülle der höchste Wärmeverlust reduziert bzw. die meiste Energie eingespart werden. Allerdings lassen sich Wärmeverluste nicht komplett vermeiden, aber deutlich reduzieren. Energieberater gehen davon aus, dass mit einer Wärmedämmung der Gebäudehülle zwischen 10% und 25% an Heizenergie eingespart werden können – abhängig von der Art der Wärmedämmung. Diese kann nachträglich auf massive Baustoffe aufgebracht werden wie z. B. mit einem Wärmedämm-Verbundsystem oder bereits in Baustoffe integriert sein wie z. B. bei einem wärmedämmenden Mauerwerk. Als wärmedämmende Baustoffe werden Stoffe bezeichnet, deren spezifische Wärmeleitfähigkeit λ besonders gering ist (< 0,1 [W/(m K)]).
Für die Wärmedämmung von Außenwänden sind zwei Kenngrößen von Bedeutung: die Wärmeleitfähigkeit (λ) und der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert). Die Wärmeleitfähigkeit ( Wärmeleitzahl Siehe Wärmeleitfähigkeit ) ist die Eigenschaft von Stoffen, mit der der Wärmestrom Siehe Wärmefluss [W]. durch ein Material aufgrund der Wärmeleitung Auf Molekül- und Teilchenbewegungen basierende Form des Wärmetransports in Festkörpern, ruhenden Flüssigkeiten und unbewegten Gasen in Folge eines Temperaturunterschieds, wobei bestimmt wird. Somit beschreibt die Wärmeleitfähigkeit, wie gut oder schlecht ein Material Wärme Wärme (Wärmemenge) ist eine physikalische Größe. In der Thermodynamik ist Wärme eine über Systemgrenzen hinweg transportierte thermische Energie. Wärme ist leitet und sich damit zur Wärmedämmung eignet. Sie wird in Wärmeleitfähigkeitsgruppen erfasst. Je niedriger der λ-Wert ist, desto besser ist die Wärmedämmung. Die Einheit ist Watt pro Meter und Kelvin. Ebenso relevant ist der Wärmedurchgangskoeffizient. Dieser ist variabel und wird in Abhängigkeit der Materialdicke berechnet. Der U-Wert (früher k-Wert Der k-Wert ist eine veraltete Bezeichnung für den Wärmedurchgangskoeffizienten. Siehe U-Wert. ) beschreibt, wie viel Wärme (in Watt) pro Fläche (in Quadratmeter) durch ein Bauteil (z. B. Wand) bei einer bestimmten Temperaturdifferenz (in Kelvin) fließt. Die Einheit ist dem entsprechend W/m² K. Der U-Wert wird über die Dicke und Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Bauteilschichten sowie über den Wärmeübergang an den Oberflächen des Bauteils ermittelt. Je niedriger der Wärmedurchgangskoeffizient ist, desto besser ist die Wärmedämmung.
Die Errichtung der Außenwände aus massiven Mauersteinen ist eine sehr alte und bewährte Bautechnik. Dennoch mussten die traditionellen Wandbaustoffe in den letzten 30 bis 40 Jahren deutlich verändert werden, um eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen. Dies wurde notwendig, um die höheren Anforderungen der früheren Energieeinsparverordnungen und des heutigen Gebäudeenergiegesetzes an den Wärmeschutz Der Wärmeschutz kann nach DIN 4108 in drei Teilbereiche untergliedert werden: Wärmeschutz und Energieeinsparung umfassen alle Maßnahmen zur Reduzierung der zu erfüllen. Die beiden wesentlichen Steine – Tonziegel und Porenbeton – weisen hierbei einen unterschiedlichen Lösungsansatz auf. Während Tonziegel gebrannt wird und Luftporen und Hohlkammern (aus Luft oder mit Füllung aus Wärmedämmstoffen) aufweist, wird Porenbeton nicht gebrannt, sondern härtet unter Wasserdampf Als Wasserdampf wird das in der Erdatmosphäre im gasförmigen Aggregatzustand enthaltene nicht sichtbare Wasser bezeichnet. In die Luft gelangt Wasserdampf aus und weist einen Porenanteil von bis zu 90% auf.
Bis zur Jahrtausendwende wurde die Wärmedämmung von Ziegelsteinen durch Luftporen und Hohlkammern erzielt – ein Prinzip, das beim Porenbeton seit über 100 Jahre bekannt war. In den 1970er-Jahren begann man zunächst, dem Ziegelstein brennbare Zuschläge wie z. B. Sägespäne zuzusetzen, die bei der Herstellung verbrannten und eine Vielzahl von Poren hinterließen. Der Wärmeschutz konnte durch diesen Poreneffekt leicht verbessert werden. Eine deutliche Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit wurde erst in den 1990-er Jahren erreicht, als die Ziegel neben den Luftporen zusätzlich Hohlräume in Form von Luftkammern enthielten. Diese Leichthochlochziegel erreichten Wärmeleitfähigkeiten von 0,1 bis 0,09 W/(m K).
Im Jahr 2000 kamen die ersten Leichthochlochziegel auf den Markt, die zusätzlich mit Wärmedämmstoffen gefüllt wurden. Anfänglich wurden die Hohlräume der Ziegelsteine mit granuliertem Perlit gefüllt, später auch mit anderen Dämmstoffen wie z. B. Basalt, Mineralwolle und Polystyrol. Diese modifizierten Leichthochlochziegel („Verfüllziegel“) erreichen Wärmeleitfähigkeiten von 0,08 bis 0,07 W/(m K).
Beispiel: Ein Mauerwerk mit einer Wanddicke von z. B. 49 cm, das mit Verfüllziegel (Basalt oder Perlite als Dämmstoff) errichtet wird (Wärmeleitfähigkeit 0,07 [W/(m K)]), weist einen U-Wert der Außenwand von 0,14 W/(m K) auf (verputzt). Wird bei einem gleichen Mauerwerk dagegen Steinwolle als Dämmstoff (Wärmeleitfähigkeit von 0,066 [W/(m K)]) im Verfüllziegel eingesetzt, reduziert sich der U-Wert der Außenwand auf 0,13 W/(m K). Beide Angaben beziehen sich auf ein verputztes Mauerwerk mit einem klassischen Leichtputz (Typ I oder Typ II). Werden diese Mauerwerke dagegen mit einem herkömmlichen Wärmedämmputz verputzt, kann der U-Wert der Außenwand auf 0,12 W/(m K) reduziert werden, bei einer spritzbaren Außendämmung (Hochleistungsdämmputze) sogar auf 0,10 W/(m K).
Sehr gute Wärmedämmeigenschaften setzen in der Regel geringe Rohdichten voraus. Bei einem Leichthochlochziegel bedeutet die permanente Optimierung der λ-Werte eine Gradwanderung, da der Mauerstein neben einer wärmedämmenden Funktion in erster Linie eine tragende Funktion hat und somit seine statisch-konstruktiven Aufgaben zu erledigen hat. Mit den heute gängigen λ-Werten zwischen 0,08 bis 0,07 [W/(m K)]) liegen die Festigkeiten zwischen 2,2 bis 2,8 N/mm². Die Eigenschaften eines Mauerwerks werden allerdings nicht nur über die Mauersteine bestimmt, sondern auch über den darauf abgestimmten Mauermörtel.
Porenbeton (alte Bezeichnung Gasbeton) verfolgt einen komplett anderen Ansatz, um eine geringe Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit von 0,06 bis 0,07 [W/(m K)]) zu erzielen. Einem mineralischen Mörtelgemisch wird in der Herstellung Aluminiumpulver zugegeben. Durch chemische Reaktion des Aluminiumpulvers mit dem alkalischen Mörtelgemisch bilden sich unzählige feinverteilte Wasserstoffbläschen, so dass eine Art Schaummörtel entsteht. Dieser wird in Formen gegossen, so dass große Blöcke entstehen, die anschließend in die gewünschten Steinformate geschnitten werden. Durch ein spezielles Härten unter Wasserdampf in speziellen Druckkesseln ( Autoklaven Ein ständig zu lösendes Problem in einem mikrobiologischen Labor ist die Hygiene. Um die hygienischen Anforderungen zu erfüllen, werden nach ) erreicht der Porenbeton nach einigen Stunden seine endgültigen Eigenschaften. Die Bläschen im frischen Mörtelgemisch liegen nun als Poren im fertigen Stein vor. Das Porenvolumen beträgt bis zu 90% und ist neben der guten Wärmedämmung zudem für die ausgezeichnete Wasserdampfdiffusion Als Diffusion (lat. = ausbreiten) wird ein physikalischer Vorgang des Vermischens bzw. eine durch Konzentrationsunterschiede hervorgerufene, gegenseitige Durchdringung zweier oder verantwortlich. Nachteilig sind die hohe Wasseraufnahme und fehlende Frostbeständigkeit. Daher muss Porenbeton während der Bauphase und bis zur finalen Schlussbeschichtung vor Feuchtigkeit geschützt werden. Gleiches gilt später für evtl. Undichtigkeiten, durch die Wasser in das Mauerwerk eindringen kann.
Durch die Fokussierung auf die Wärmeleitfähigkeit wird häufig der Wärmespeicherfähigkeit von Mauerwerken zu wenig Bedeutung beigemessen. Ein monolithisches Mauerwerk aus wärmedämmenden Mauersteinen speichert Wärmeenergie und gibt diese phasenverschoben wieder ab. Infolgedessen „puffert“ das Mauerwerk im Sommer die Wärme von außen ab und sorgt für ein angenehmes Innenraumklima ( Sommerlicher Wärmeschutz Mit Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes soll die durch Sonneneinstrahlung und hohe Außenlufttemperaturen verursachte Aufheizung von Räumen und Gebäuden in dem ), während im Winter die Kälte von außen abgewehrt und die tagsüber aufgenommene Sonneneinstrahlung über die Wandbaustoffe verzögert in das Gebäudeinnere geleitet wird. Eine ähnliche Speicherfähigkeit und regulierende Wirkung weisen wärmedämmende Steine im Übrigen auch in Bezug auf Feuchtigkeit auf.
Neben der weiteren Verbesserung der Materialeigenschaften werden wärmedämmende Mauerwerke auch in Bezug auf die Planung und Ausführung weiter optimiert, um den Wärmeschutz zu verbessern. Im Fokus stehen die Luftdichtheit und Reduzierung von Wärmebrücken z. B. durch die Nut- und Federausbildung der Steine sowie die Verwendung von wärmedämmenden Dünnbettmörteln. Damit soll die punktuelle Verschlechterung des Wärmeschutzes und taupunktbedingtes Kondenswasser innerhalb der Mauerwerksquerschnitts vermieden werden, um Feuchte- und Schimmelpilzschäden zu vermeiden.
Ein ähnlicher Ansatz wie bei Porenbeton wird bei einem Leichtbeton verfolgt – nur, dass die Porigkeit des Wandbaustoffes nicht durch chemische Reaktion verursacht wird, sondern durch den Einsatz von mineralischen Leichtfüllstoffen, die von Natur aus ein hohes Porenvolumen aufweisen. Hierzu zählen z. B. Bims, Blähton und Perlite. Leichtbeton eignet sich neben Mauersteinen vor allem für Elementbauplatten.