DE19540558A1 - Mauerstein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mauerstein nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1. Solche Mauersteine können unterteilt werden in Mauerziegel, die aus Ton, Lehm oder tonigen Massen geformt und gebrannt werden und eine Lochung senkrecht zur Lagerfläche aufweisen (Hochlochziegel) und in Hohlblöcke (z. B. aus Beton), die fünfseitig geschlossen und mit Kammern senkrecht zur Lager­ fläche versehen sind.

Sinn und Zweck dieser Kammern bzw. Löcher ist die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit des Steines. Da Luft nicht nur kostengünstig ist, sondern - als Gas - auch eine sehr niedrige spezifische Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,0243 W/(mK) hat, werden die Hohlräume in der Regel als Luftkammern ausgeführt. Dabei ist es nicht unerheblich, wie die einzelnen Hohlräume angeordnet sind, so daß im Laufe der Zeit insbesondere bei Hochlochziegeln zahlreiche Lochmuster entwickelt wurden.

Allerdings haben sich bei einigen neuen Lochmustervarianten die theoretischen Erwartungen nicht bestätigt. So hat sich gezeigt, daß die Gültigkeit des Modells der Wärmestromverlängerung, auf das sich die theoretischen Überlegungen zur Neuentwicklung von Lochmustern stützen, von den Abmessungen in Längs- und Breitenrichtung der Luftkammern abhängig ist. Dieser Umstand ist zurückzu­ führen auf einen mit wachsender Hohlraumbreite ansteigenden Konvektionsanteil des Wärmetransportes in den Hohlräumen. Werden Konvektions- und Leitungs­ anteile des Wärmetransportes durch eine sogenannte effektive spezifische Wärmeleitfähigkeit der Luft zusammengefaßt, so ist diese natürlich abhängig von der Breite und - etwas schwächer - von der Länge der Hohlräume. Zum Beispiel ist bei einer Schlitzlochung mit rechteckigem Querschnitt und einer Hohlraum­ breite von 8 mm von einer effektiven spezifischen Wärmeleitfähigkeit der Luft von etwa 0,06 W/(mK) auszugehen, während bei reiner Wärmeleitung innerhalb der Hohlräume eine spezifische Wärmeleitfähigkeit der Luft von 0,0243 W/(mK) angesetzt werden müßte. Dies hat zur Folge, daß der Wärmetransport durch die Luftbereiche etwa 2,5 mal höher ist als erwartet. Ist nun zusätzlich die Länge des Hohlraumes wesentlich größer als die Steglänge, so ist der durch die Luftkam­ mern fließende Wärmestrom größer als der, der durch die Stege fließt, so daß das Modell der Wärmestromverlängerung hier versagen würde.

Demzufolge haben zur weiteren Erhöhung des Wärmewiderstandes von Mau­ ersteinen mit Hohlräumen nur solche Lochmuster bzw. Kammeranordnungen Aussicht auf Erfolg, die eine möglichst kleine Abmessung der Löcher bzw. Kam­ mern in Wärmestromhauptrichtung haben. Da die Stegabmessungen aber techno­ logisch bedingt eine gewisse Größe nicht unterschreiten können, geht mit einer Verkleinerung der Hohlraumbreiten auch eine Verkleinerung des Lochanteiles einher. Dadurch steigen die Material- und Energiekosten und der durch die schmalen Luftkammern gewonnene Vorteil einer niedrigeren effektiven Wärme­ leitfähigkeit in den Hohlräumen wird durch einen geringeren Lochanteil zum Teil wieder kompensiert.

Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, einen Mauerstein mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit zu schaffen.

Die Lösung des Problems ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Durch die teilweise oder vollständige Verfüllung der Kammern bzw. Löcher mit einem festen Material mit einer spezifischen Wärme­ leitfähigkeit von höchstens 0,05 W/(mK) wird die Wärmekonvektion stark redu­ ziert bzw. vollständig unterdrückt, so daß die Wärmeleitfähigkeit des Mauersteins verringert wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Wärmekonvektion in den Hohlräumen ganz oder größtenteils auszuschließen. Wärmekonvektion tritt nur bei gasförmigen oder flüssigen Stoffen auf, bei denen die Wärme mit den jeweili­ gen Teilchen mitgeführt wird. In Feststoffen jedoch findet Wärmekonvektion nicht statt. Wählt man für den Feststoff ein Material, dessen spezifische Wärme­ leitfähigkeit höchstens 0,05 W/(mK) beträgt, so entspricht dieser Wert etwa der effektiven spezifischen Wärmeleitfähigkeit von Luft bei einer Hohlraumbreite von ca. 6 mm. Da die spezifische Wärmeleitfähigkeit eines Feststoffes im Gegensatz zur effektiven spezifischen Wärmeleitfähigkeit der Luft von der Hohlraumbreite unabhängig ist, können durch Zugabe von Feststoffen in die Hohlräume größere Hohlraumbreiten ohne die Folge einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Stei­ nes realisiert werden.

Selbst wenn einzelne der in Frage kommenden Materialien die Hohlräume nicht vollständig ausfüllen können (wie z. B. bei lose zerzausten Jutefasern), so wird doch für die in den Hohlräumen befindliche Restluft eine kleinere effektive spezifische Wärmeleitfähigkeit zu erwarten sein, da die eingelagerten Feststoffe eine Wärmekonvektion nicht unerheblich stören.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Verwendung eines Materials, das eine spezifische Wärmespeicherfähigkeit von mindestens 4 Wh/(m³K) aufweist, wird die Reduzie­ rung der Wärmespeicherfähigkeit des Mauersteines durch die Luftlöcher zum Teil wieder kompensiert. Durch die Verwendung von Naturstoffen wird ein umwelt­ verträgliches Bauen ermöglicht, wo auf ökologisch schwer abbaubare Dämm­ stoffe verzichtet werden kann. Durch die Verwendung verschiedener Materialien ist die Realisierung eines maßgeschneiderten Mauersteines möglich, bei dem gewünschte Werte von Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherfähigkeit realisiert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Ziegelstein und

Fig. 2 eine Tabelle der Wärmeleitfähigkeiten einer Ziegelwand bei unterschiedlichen Füllmaterialien für die Kammern bzw. Löcher.

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Ziegelstein (1). Es handelt sich um einen Hochlochziegel vom Typ DIN 105 HLzB 10 DF mit einer Ziegelhöhe von 238 mm, einer Ziegelbreite (2) (Wanddicke) von 300 mm, einer Ziegellänge (3) von 240 mm, einer Dicke der Außenwandungen (4) von 10 mm, einer Stegbreite (5) von 8 mm und einer Steglänge (6) von 7 mm. Der Ziegelstein (1) ist mit rechteckförmigen Löchern in gleichförmigem Abstand senkrecht zur Lagerfläche versehen. In die Löcher (7) ist ein festes Material (8) eingebracht, dessen spezi­ fische Wärmeleitfähigkeit höchstens 0,05 W/(mK) beträgt und dessen spezifische Wärmespeicherfähigkeit größer als 4 Wh/(m³K) ist. Dadurch wird die Wärme­ konvektion bei vollständiger Füllung der Löcher (7) unterbunden. Der Lochanteil des Ziegelsteins (1) beträgt ca. 49,07%, so daß ohne Füllung der Löcher (7) die Wärmespeicherfähigkeit im Vergleich zu einem Vollziegel ca. halbiert wäre.

Durch die Füllung mit dem Material (8) mit einer spezifischen Wärmespeicher­ fähigkeit von größer als 4 Wh/(m³K) wird dieser Verlust an Wärmespeicherfähig­ keit teilweise wieder kompensiert. Als Stoffe für das Material (8) können z. B. Jute, Stroh, Schafwolle, Kunstseide oder Hanf verwendet werden.

In der Fig. 2 ist tabellarisch aufgeführt, wie sich die Wärmeleitfähigkeit einer Ziegelwand mit unterschiedlichen Füllmaterialien (8) verhält, ohne Berücksichti­ gung einer Vermörtelung der Stoßseiten der Ziegelsteine (1). Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Scherbens des Ziegelsteines (1) ist für die folgenden Ergebnisse mit 0,3 W(mK) fixiert. Die effektive spezifische Wärmeleitfähigkeit der Luft liegt bei den hier verwendeten Hohlraumbreiten bei 0,08 W/(mK). Die dargestellten Ergebnisse zeigen, daß sich z. B. bei Verwendung von Kunstseide als Material (8) eine im Vergleich zur Füllung mit Luft reduzierte Wärmeleit­ fähigkeit ergibt bei gleichzeitig verbesserter Wärmespeicherfähigkeit. Durch Kombination verschiedener Materialien (8) kann eine Vielzahl gewünschter Wärmeleitfähigkeiten und Wärmespeicherfähigkeiten des Ziegelsteines (1) einge­ stellt werden.

Claims (10)

1. Mauerstein mit einer Vielzahl von Kammern bzw. Löchern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Löcher (7) ganz oder teilweise mit einem festen Material (8) ausgefüllt sind, dessen spezifische Wärmeleitfähig­ keit höchstens 0,05 W/(mK) beträgt.

2. Mauerstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Material (8) Styropor ist.

3. Mauerstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (8) eine spezifische Wärmespeicherfähigkeit von mindestens 4 Wh/(m³K) auf­ weist.

4. Mauerstein nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mate­ rial (8) ein Naturstoff ist.

5. Mauerstein nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ver­ schiedene Materialien (8) zur Füllung der Kammern bzw. Löcher (7) verwen­ det werden, wobei die verschiedenen Materialien (8) sowohl zusammen als auch getrennt in die Löcher (7) eingebracht werden.

6. Verfahren zur Reduzierung der spezifischen Wärmeleitfähigkeit von aus Mauersteinen mit Kammern oder Löcher gebildeten Mauerwerken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern bzw. Löcher (7) mit einem festen Material (8) verfüllt werden, dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit höchstens 0,05 W/(mK) beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material (8) Styropor verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (8) eine spezifische Wärmespeicherfähigkeit von mindestens 4 Wh/(m³K) auf­ weist.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (8) ein Naturstoff ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß verschie­ dene Materialien (8) zur Vertüllung der Kammern bzw. Löcher (7) verwendet werden.