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Mal wieder: Reflexion – Absorption – Emission

Im Zusammenhang mit dem Bewerben ihrer Fassadendämmplatten Polar II beschreibt die Sto AG ein Problem von EPS Dämmplatten wie folgt: „Wird bei der Herstellung von expandiertem Polystyrol (EPS) Grafit zugesetzt, verändert sich nicht nur die Farbe des Dämmstoffs, sondern es verbessert sich auch die Wärmedämmleistung, weil dunkle Farben die Absorption und die Reflexion von Wärmestrahlung reduzieren. Zudem verringert sich durch den Grafitanteil die Rohdichte des EPS, weshalb für dessen Herstellung 20 Prozent weniger Rohstoffe erforderlich sind.
Allerdings haben die grauen Hartschaum-Dämmplatten den Nachteil, dass sie sich bei Sonneneinstrahlung stark erhitzen und nachts schnell auskühlen. Durch die Temperaturschwankungen kommt es zu Plattenverformungen, die zu undichten Stellen in der Wärmedämmschicht führen und Bauschäden durch eindringendes Wasser zur Folge haben.“

Man kann diese sensationelle Offenbarung z.B. bei Baunetz_Wissen nachlesen: Link . Eine interessante Passage ist diese hier: „… es verbessert sich auch die Wärmedämmleistung, weil dunkle Farben die Absorption und die Reflexion von Wärmestrahlung reduzieren.“ Da staunt der Laie und der Fachmann wundert sich. Wieso? Dunkle Farben sollen also die Absorption UND die Reflexion von Wärmestrahlung reduzieren.

Es ist mit Wärmestrahlung der Bereich des IR (Infrarot) um die 10 µm Wellenlänge gemeint (genauer: MIR = mittleres Infrarot). Weiter nach links (NIR, VIS, UV = SOL) oder nach rechts (FIR = fernes IR) im Spektrum ist irrelevant, weil man da in Temperaturbereiche kommt, die es an Fassaden bzw. an und in Außenwänden nicht gibt. Es geht auch nicht um die Reflexion von Sonnenlicht (Wellenlängenmaximum bei ca. 380 nm im VIS, = rd. 6.000 K, nach links bzw. rechts kommt noch UV bzw. etwas NIR hinzu).

Dass dunkle Farben die Reflexion von Wärmestrahlung reduzieren, kann sich jeder gut vorstellen – dunkle Oberflächen reflektieren schlechter als helle, egal ob es sich um Solar- oder Wärmestrahlung handelt. Schwarzer Asphalt und weißer Schnee reflektieren sehr unterschiedlich.

„Intensität der Sonnenstrahlung bei AM0 (erdnaher Weltraum) und AM1,5 (etwa zum Sonnenhöchststand in Karlsruhe) im Vergleich zur Emission eines idealen Schwarzen Körpers bei einer Temperatur von 5900 K. Von Der ursprünglich hochladende Benutzer war Degreen in der Wikipedia auf Deutsch Improved Baba66 (opt Perhelion) on request; CC BY-SA 2.0 de, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10287551“

Nun kommen wir zum (bau-) physikalischen Wunder: auch die Absorption von Wärmestrahlung soll durch dunkle Farben reduziert werden. Die Lebenserfahrung lehrt uns etwas anderes: je dunkler, umso besser wird absorbiert. Dunkle Oberflächen heizen sich mehr auf als helle. Das ist den meisten bekannt. Bekannt sein dürfte aber auch, dass eine Oberfläche gleichzeitig absorbiert und reflektiert, wobei die Beziehung A + R = 1 gilt. Z.B. Schnee: A = 0,03 und R = 0,97, A + R = 0,03 + 0,97 = 1,00. Weil so viel reflektiert wird und so wenig absorbiert, schmilzt der Schnee in der Sonne nur sehr wenig. Nun pusten wir schwarze Farbpigmente auf den Schnee, die Oberfläche wird dunkel. Die Eigenschaften ändern sich: A = 0,65 und R = 0,35, A + R = 0,65 + 0,35 = 1,00. Es wird mehr absorbiert und weniger reflektiert, der Schnee beginnt stärker zu schmelzen.

Folglich kann man nur eine Größe reduzieren, während gleichzeitig die andere vergrößert wird. Umgekehrt kann man nur eine Größe vergrößern, während gleichzeitig die andere verringert wird. Dunkle Farben reduzieren die Absorption und die Emission (Aussendung, Abstrahlung) von (Wärme-) Strahlung. Denn es gilt: A + R = 1 und A = E. Die Oberfläche, die gut absorbiert, emittiert auch gut. Dies gilt an einem Punkt auf der Kurve des Spektrums, wo man der Wellenlänge eine Temperatur zuordnen kann. Greift man sich Wellenlängenbereiche heraus, wird diese Beziehung verwässert, dann gilt das Gleichheitszeichen nicht mehr (ein genialer Trick, den man schon in einer Norm festgehalten hat).

Sie sind neugierig geworden? Willkommen in der wunderbaren Welt der Strahlenphysik. Einiges finden Sie hier im Blog BAUFÜSICK, aber auch im Download von dimagb.de. Doch Vorsicht: das Wochenende ist viel zu kurz.

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