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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Wandaufbau für
eine gemauerte Gebäudeaußenwand
mit einem Hintermauerwerk und einer Vormauerschale sowie ein Bauelement
für einen
solchen Wandaufbau.
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Die beiliegende 2 zeigt zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung einen konventionellen Wandaufbau für eine gemauerte
Gebäudeaußenwand.
Dabei sind ein beispielsweise 24 cm starkes Hintermauerwerk 1 und
eine zum Beispiel 11,5 cm dicke Vormauerschale 2 vorgesehen.
Das Hintermauerwerk 1 übernimmt
im wesentlichen statische Aufgaben. Da eine 24 cm dicke
Ziegel- oder Kalksandsteinwand keinen ausreichenden Wärmeschutz
bietet, muss das Hintermauerwerk 1 an seiner der Vormauerschale 2 zugewendeten
Seite eine mindestens 60 mm starke Dämmschicht 3 tragen,
um die Anforderungen der DIN 4108 zu erfüllen. Zwischen der Dämmschicht 3 und
der Innenseite der Vormauerschale 2 befindet sich ein im
veranschaulichten Beispiel 50 mm breiter Luftspalt 4 zur
Hinterlüftung der
Vormauerschale 2. Ein Innenwandputz ist bei 5 angedeutet.
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Ein solcher konventioneller Wandaufbau
beruht auf den genormten Anforderungen für den Wärmeschutz im Hochbau. Der Norm
(DIN 4108) liegt die Vorstellung über einen „Wärmestrom" zugrunde, und die genormte Dämmtechnik
versucht daher, durch den Einbau von Stoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit
die Dämmfähigkeit
einer Wandkonstruktion in sich zu erhöhen. Dies gelingt auch bei
richtiger Dimensionierung der Dämmstoffe
ganz gut. Im Laufe der Entwicklung der DIN 4108, die zunächst nur
Tauwasserschäden
vorbeugen sollte, hat sich ein Bedeutungswandel eingestellt. Seit
Jahren ist das Ziel der Norm mehr und mehr die Energieeinsparung. Folgerichtig
wurden in der Norm im Laufe der Jahre die Mindeststärken der
Dämmschichten
fortwährend erhöht. Derzeit
ist eine neue Norm in Vorbereitung, die 20 bis 30 cm dicke Dämmschichten
in Verbindung mit luftdichten Gebäuden (ohne Lüftung über Fenster)
und dem Einbau von Klimaanlagen vorsieht.
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Gegen den konventionellen Wandaufbau
ist, insbesondere für
größere Dämmschichtstärken, einzuwenden,
dass die genormten Berechnungen über den
Wasserdampfdurchgang (Diffusion) einheitlich zeigen, dass die Tauzone,
also der Bereich, in dem diffundierender Wasserdampf tropfbares
Wasser wird, sich in aller Regel im vorderen Drittel des Dämmstoffs
einstellt. Dort kommt es somit zu einer die dämmende Wirkung mindernden Durchfeuchtung des
Dämmstoffes.
Bei den bisher üblichen
Dämmschichtstärken von
6 bis 10 cm liegt der Taupunkt 2 bis 3 cm vor der Außenfläche. Die
restliche Distanz kann vom Wasser durch kapillare Leitung überwunden
werden. Zum Abführen
der Feuchtigkeit wird bei dieser Wandkonstruktion eine Hinterlüftung angeordnet.
Für diese
ist eine mindestens 50 mm dicke Luftschicht vorzusehen, die so gestaltet
sein muss, dass Luft wie in einem Kamin die Dämmschicht fortwährend bestreicht
und somit überschüssige Feuchtigkeit,
die durch Kapillarwirkung zur Oberfläche der Dämmschicht gewandert ist, vom
Luftstrom abgetragen und ins Freie transportiert wird. Hierzu ist
die Anordnung von Zu- und Abluftöffnungen
in der Vormauerschale notwendig. Deren trocknende Wirkungsweise
ist jedoch nur dann gewährleistet,
wenn die Luft einen relative Feuchtigkeit von weniger als 70% hat und
außerdem
alle Stellen der Dämmstoffoberfläche bestrichen
werden.
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Aus konstruktiven Gründen ist
eine vollflächige
Abtrocknung der Dämmstoffe
aber nur in seltenen Fällen
möglich.
Meist liegen ungeklärte
Strömungs- und
Auftriebszustände
vor. Insbesondere wird der Luftdurchsatz durch Fensteröffnungen
und ähnliche Strukturen
unterbrochen, so dass es in den betroffenen Zonen zur dauernden
Durchfeuchtung des Dämmstoffes
kommt. Ein erheblicher Teil der Wärmeenergie geht bei dieser
Konstruktion durch Abstrahlung gegen die Vormauerschale verloren,
da die üblichen
Dämmstoffe
der Wärmeabstrahlung
nur gering entgegenwirken. Die in die Vormauerschale eingestrahlte
Wärmeenergie
wird durch die den Luftspalt 4 durchströmende Luft ebenfalls abgetragen.
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Betrachtet man die konventionelle
Konstruktion unter dem Gesichtspunkt der Einstrahlungsgewinne aus
dem Sonnenlicht in der Heizperiode, stellt sich der eingebaute Dämmstoff
als sehr nachteilig heraus, da er den Energiefluss von außen nach
innen behindert. Außerdem
entzieht die strömende
Luftschicht durch Konvektion der Vormauerschale die eingestrahlte
Energie, bevor sie dem Hintermauerwerk zugute kommen kann.
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Problematisch ist außerdem,
dass der Dämmstoff
mit großer
Sorgfalt angebracht werden muss, weil eine Hinterlüftung auf
der Seite der Tragwand die dämmende
Wirkung des Dämmstoffes
verhindert. Die Sorgfalt der hier erforderlichen handwerklichen
Arbeit kann – da
die Konstruktion verdeckt ist – nicht
geprüft
werden.
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Die Zuluftöffnungen am Fußpunkt der
Vormauerschale sind ferner Eintrittsweg für Ungeziefer, welches sich
im feuchtwarmen Milieu des Dämmstoffes
ansiedelt.
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Bei stärkeren Dämmschichten von 20 bis 30 cm
Stärke,
wie sie künftig
gefordert werden, ist die Schichtdicke vor der Tauzone bereits 8
bis 10 cm stark. Diese Distanz kann vom Wasser nicht mehr überwunden
werden. Das Wasser verbleibt somit im Dämmstoff, wo es den Bereich
der Tauzone durchnässt.
Der so durchnässte
Bereich wird als Dämmschicht
wirkungslos. Er verkehrt sich in das Gegenteil einer Wärmedämmung, nämlich eine
Zone verstärkter
Wärmeleitung.
Bei dem sich selbst aufschaukelnden weiteren Vorgang wandert die
Tauzone immer weiter nach innen und erreicht letztlich den Mauerquerschnitt.
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Es kommt zur Durchnässung des
Mauerwerks, was eine Quelle erheblicher Bauschäden darstellt. Sobald sich
innerhalb des Dämmstoffes
eine mehr oder weniger geschlossene Wasserschicht eingestellt hat,
wirkt diese als Dampfbremse, die zum Stillstand der bis dahin noch
wirkenden Wasserdampfdiffusion führt.
Hinzu kommt, dass die Dicke der gemauerten Wandkonstruktion wegen
der dann erheblich vergrößerten Dämmschicht
zu beträchtlichen
Wohn- und Nutzflächenverlusten
führt,
welche eine solche Konstruktion in vielen Fällen unwirtschaftlich werden
lässt.
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Des weiteren ist zu berücksichtigen,
dass Dämmstoffe
in nennenswertem Maße
Wärmeenergie nicht
speichern können.
Es fehlt an der hierzu notwendigen Wärmekapazität. Bei Dämmschichtdicken zwischen 8
und 12 cm Stärke
treten erfahrungsgemäss
die vorstehend geschilderten Schäden
noch nicht ein. Allerdings macht sich die hier noch wirkende Dämmwirkung
in der Form bemerkbar, dass das Energiedefizit, das durch Abstrahlung
und mangelnden Wärmenachschub
entsteht, zu einer Absenkung der Oberflächentemperatur deutlich unter
die Temperatur der Umgebungsluft führt. Die Oberfläche der Dämmschicht
wird somit zur Kondensationsfläche gegenüber der
Außenluft.
In kalten und wolkenlosen Winternächten kommt es daher zur Reifbildung
mit anschließender
Durchfeuchtung der Wandoberflächen.
Moos- und Algenbildung sind die unausweichliche Folge. In der Fachliteratur
häufen
sich neuerdings – mit
Zunahme der Dämmstärken – derartige Schadensberichte.
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Hinzu kommt, dass der Mensch zum
Wohlbefinden und zur Aufrechterhaltung seiner Gesundheit ein ausreichend
sauerstoffhaltiges Frischluftangebot benötigt. Nach den Regeln der Bautechnik
wird dies durch einen regelmäßigen Luftwechsel
einmal je Stunde erreicht. Durch zufällige Undichtigkeiten im Fensterbereich
war dieser Luftwechsel bisher mehr oder weniger gewährleistet.
Bei einem luftdichten Gebäude,
wie es nach dem derzeitigen (Dezember 2000) Referntenentwurf im
Bundeswohnungsbauministerium gefordert wird (EnEV 2000), ist das
jedoch nur in Verbindung mit Klimaanlagen denkbar. Derartige Anlagen arbeiten
mit einer Frischluftbeimengung von 20 Vol.% / Stunde, sodass die
Frischluftversorgung fünffach
gemindert wird. Der Sauerstoffgehalt der Raumluft ist daher entsprechend
gering. Neuere Forschungen zeigen, dass es in derart klimatisierten Räumen zu
einem dramatischen Anstieg der Radonbelastung kommen kann. Es liegen
auch Erhebungen darüber
vor, dass Bewohner derartiger Räume überdurchschnittlich
an Erkrankungen der Atemwege leiden.
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Der Versuch einer Energieeinsparung
durch dickere Dämmschichten
in Verbindung mit einem luftdichten Abschluss der Gebäude ist
daher offenkundig mit beachtlichen Verschlechterungen verbunden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Wandaufbau für
gemauerte Gebäudeaußenwände zu schaffen,
der Wärmeenergieverluste
unter Vermeidung der geschilderten Probleme klein hält. Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Wandaufbau für eine gemauerte Gebäudeaußenwand
mit einem Hintermauerwerk und einer Vormauerschale erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Vormauerschale mindestens teilweise aus Bauelementen, insbesondere
Ziegelsteinen, Bausteinen oder dergleichen, aufgebaut ist, die an
ihrer dem Hintermauerwerk zugekehrten Seite wärmestrahlungssreflektierend
ausgebildet sind.
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Ein Bauelement, insbesondere Ziegelstein, Baustein
oder dergleichen, zur Verwendung bei der Herstellung der Vormauerschale
eines solchen Wandaufbaus, ist erfindungsgemäß an seiner im eingemauerten
Zustand nach innen weisenden Seite mit einer Wärmestrahlung reflektierenden
Schicht versehen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass
der oben dargestellte konventionelle Wandaufbau nur das Problem
der Wärmeleitung
innerhalb der Baustoffe berücksichtigt,
denn die in der Norm enthaltenen „k-Zahlen" (Wärmekoeffizienten
in W/(m2 x °K)
sagen lediglich etwas über
den Durchgang von Wärmeenergie
im Baustoff aus. Energieverluste entstehen jedoch nicht durch Energieumsätze innerhalb der
Baustoffe, sondern ausschließlich
dadurch, dass Wärmeenergie
an die Umwelt abgegeben wird. Wie aber der Energieübertritt
von einer Außenwand
in die Umgebung stattfindet, kann den k-Zahlen nicht entnommen werden
und ist auch nicht Gegenstand der einschlägigen Normen.
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Es wurde nun festgestellt, dass der
Verlust von Wärmeenergie
an die Umwelt überwiegend
(zu etwa 85%) durch Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen im
infraroten Bereich erfolgt. Der weitaus geringere Teil der Wärmeübertragung
in die Umgebung geschieht durch Konvektion, also durch unmittelbare Übertragung
der in den Teilchen enthaltenen kinetischen Energie an vorbeistreichende
Luftteilchen. Das Ausmaß dieser
Wärmeenergie-übertragung
schwankt in Abhängigkeit
von den Windgeschwindigkeiten und vom Feuchtigkeitszustand der Wandoberflächen und
der vorbeiströmenden
Luft.
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Den Wärmedurchgang durch Baustoffe
bis in die Außenschichten
kann man hinnehmen, wenn es gelingt, die dort abgestrahlte Energie
wieder ins Bauwerk zurückzuführen. Letzteres
geschieht vorliegend durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vormauerschale
an ihrer Innenseite. Da elektromagnetische Wellen im Infrarotbereich
sich grundsätzlich
wie sichtbares Licht verhalten, können sie nämlich wie dieses auch reflektiert
werden.
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Zwar könnte man daran denken, in eine
gemauerte mehrschalige Wandkonstruktion reflektierende Schichten
in Form von hochglänzenden
Aluminiumfolien oder von im Handel befindlichen aluminiumbedampften
Kunststofffolien einzubringen. Der Einbau von solchen Folien verbietet
sich jedoch in der Regel schon wegen konstruktiver Probleme, aber auch
dadurch, dass derartige Materialien höchst unerwünschte Diffusionssperren wären.
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Erfindungsgemäß sind dagegen Bauelemente
der Vormauerschale selbst, insbesondere Ziegel- oder Kalksandstein-Vormauersteine,
aber auch für einen
nachträglichen
Verputz vorgesehene Mauersteine der Vormauerschale oder andere zur
Herstellung von Vorsatzschalen in Mauertechnik eingesetzte Materialien,
an ihrer dem Hintermauerwerk zugekehrten Seite wärmestrah lungssreflektierend
ausgebildet, vorzugsweise indem sie mit einer reflektierenden Schicht,
z.B. aus aufgedampftem Aluminium oder anderen Materialien mit reflektierender
Wirkung versehen sind. Derartige Bauelemente (Mauersteine) können in üblicher
Weise vermauert werden, wobei über
die Mörtelfugen
der Vorsatzschale die Wasserdampfdiffusion gewährleistet ist.
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Bei dem Wandaufbau nach der Erfindung wird
die von innen kommende und nach außen abgestrahlte Wärmeenergie
zum größten Teil
in den erwärmten
Mauerwerksquerschnitt reflektiert. Dies funktioniert sowohl bei
hinterlüfteten
Vorsatzschalen, als auch bei angemörtelten Vorsatzschalen, da
der Hinterfüllungsmörtel wegen
seiner Porosität
die Reflektionswirkung kaum behindert. Zu bevorzugen ist allerdings
die hinterlüftete
Vorsatzschale. Zusätzliche Dämmschichten
werden hierbei entbehrlich. Soweit sie dennoch eingesetzt werden
sollen, können
sie sehr schwach gehalten werden.
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Bei einem vollfugig gemauertem Mauerwerk dringt
Schlagregen erfahrungsgemäß bis in
eine Tiefe von etwa 60 mm ein. In diesem Falle erreicht der Schlagregen
daher bei einer Vormauerschale, die eine Dicke von mehr als 60 mm
hat, die Reflexionsschicht nicht, sodass sie daher auch keinen Einfluss auf
das Austrocknungsverhalten der Vormauerschale hat.
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Bei einer handwerklich minder guten
Arbeit kann Schlagregen über
Hohlräume
in den Mörtelfugen
die Vorsatzschale durchdringen. Im Extremfall kommt es daher zu
auf der Innenseite der Vorsatzschale herabfließendem Wasser. Allerdings wird
dieses den dahinter durch eine Luftschicht getrennten Hintermauerquerschnitt
nicht erreichen. Mit üblichen und
bewährten
Konstruktionen ist nur – wie
jetzt auch schon – dafür zu sorgen,
dass dieses Wasser am Mauerfuß wieder
nach außen
abfließen
kann.
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Die Einstrahlungsgewinne aus dem
Sonnenlicht sind auch im Winter beachtlich. Diese werden auch durch
die wärmestrahlungssreflektierende
Ausbildung von Bauelementen der Vormauerschale, zum Beispiel durch
Aufdampfen einer Aluminiumschicht, nicht behindert. Eine Reflexion
der eingestrahlten Energie in die Vorsatzschale zurück ist deshalb
nicht möglich,
weil sich zwischen der reflektierenden Schicht und dem Hintermauerwerk
keine Lichtwellen entfalten können.
Hierzu wäre
mindestens die Wellenlänge
infraroten Lichtes erforderlich. Andererseits kann die Abstrahlung
der Wärmeenergie
allenfalls dadurch geringfügig
behindert sein, dass helle metallische Flächen schlechte Strahler sind.
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Die Verwendung reflektierenden Mauermaterials
führt zu
einem ausreichenden Wärmeschutz auch
im konventionellen Mauerwerksbau. Damit kann diese bewährte und
zu sehr befriedigenden Architekturen führende Bauweise auch künftig beibehalten
bleiben. Von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung ist dies zweifellos
für die
Ziegel – und
Kalksandsteinindustrie.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wandaufbau und
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2 einen
Querschnitt eines konventionellen Wandaufbaus.
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Bei dem in 1 dargestellten Wandaufbau für eine gemauerte
Gebäudeaußenwand
sind – analog
zu dem konventionellen Wandaufbau gemäß 2 – ein
beispielsweise 24 cm dickes Hintermauerwerk 1 und
eine zum Beispiel 11,5 cm dicke Vormauerschale 2 vorgesehen.
Auf eine Dämmschicht ist
verzichtet. Zwischen der Außenseite
des Hintermauerwerks 1 und der Innenseite der Vormauerschale 2 befindet
sich ein im veranschaulichten Beispiel 30 mm breiter Luftspalt 4 zur
Ausbildung einer stehenden Luftschicht ohne Zu- und Abluftöffnungen. Diese
stehende Luftschicht wirkt als sehr gute Dämmschicht und ersetzt die bisher üblichen
Dämmstoffe
in diesen Bereich. Ein Innenwandputz ist wiederum bei 5 angedeutet.
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Die Vormauerschale 2 ist
aus Bauelementen 6 aufgemauert, bei denen es sich vorzugsweise
um Ziegel- oder Kalksandstein-Vormauersteine, zum Beispiel aber
auch um Natur- und Kunststeinplatten, Faserzementplatten, Kunststoffpaneele
oder dergleichen handeln kann. Mörtelfugen
sind bei 7 angedeutet. Die Bauelemente 6 sind an ihrer
Innenseite wärmestrahlungsreflektierend
beschichtet, beispielsweise mit einer Aluminiumbedampfung 8 versehen.
Vorzugsweise ist der Wandaufbau so gestaltet, dass die Luftschicht
in dem Luftspalt 4 eine im wesentlichen stehenden Luftschicht
ist.
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Die stehende Luftschicht – eine Hinterlüftung ist
hier nicht erforderlich – wirkt
als hochwirksame Dämmschicht.
Nach Norm hat diese Luftschicht bereits einen Wärmedurchlasswiderstand von
0,17 (m2 x K/W). Da eine stehende Luftschicht
wegen ihrer geringen Masse baupraktisch gesehen eine Wärmeleitung
durch Weitergabe von kinetischer Wärmeenergie nahezu vollständig unterbindet,
ist diese Wandkonstruktion im Hinblick auf diesen Vorgang annähernd "energiedicht". Bei einer stehenden
Luftschicht wirkt auch die Vormauerschale 2 als wärmedämmend und
wärmespeichernd
mit.
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Eine Aluminiumbedampfung der Vormauersteine 6 reflektiert
etwa 95% der von der Hintermauerschale 1 abgestrahlten
Wärmeenergie,
so dass diese Energie zum überwiegenden
Teil im Bauwerk verbleibt. In die Vormauerschale 2 dringt
die vom Hintermauerwerk ausgehende Wärmestrahlung lediglich über die
Lager- und Stoßfugen 7 ein.
Diese betragen bei einem Vormauerwerk aus Normalformatsteinen 17%
der Gesamtansichtsfläche.
Zu gewichten ist hierbei, dass je nach Energiezustand der Wandkonstruktion
mindestens 85% der Energieabgabe durch Wärmestrahlung erfolgt.
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Da durch die nahezu vollkommene Zurückhaltung
der Wärmestrahlungsenergie
in Verbindung mit der stehenden Luftschicht und wegen der dämmtechnischen
Mitwirkung der Außenschale
eine erhebliche Verbesserung der Dämmfähigkeit dieses Schichtenaufbaus
gegeben ist, kann auf den Einsatz von Dämmschichten vollständig verzichtet
werden. Dies führt
neben der Verringerung der Wanddicke, die mit einem Gewinn an Wohn-
und Nutzflächen
einhergeht, zu einer beachtlichen Einsparung von Baukosten im Wert
der ersparten Dämmstoffe
(DM 25,-- bis DM 60,--/m2 Wandfläche). Diese
Ersparnis liegt deutlich über
den höheren
Kosten einer Aluminiumbeschichtung.
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Erheblich vorteilhafter ist schließlich die
vorliegende Konstruktion im Hinblick auf die Einstrahlungsgewinne
aus dem Sonnenlicht, da diese ungehindert über die Außenschale auf dem Wege der
Einstrahlung von Außenschale
durch die Luftschicht hindurch auf das Hintermauerwerk einwirken
können.