Was der Emissionsgrad wirklich beschreibt

Der Emissionsgrad taucht in jedem Datenblatt einer dämmenden Beschichtung auf, meist als kleine Zahl zwischen 0 und 1. Was er beschreibt, ist präzise definiert. Was daraus für ein Bauteil folgt, hängt an der Geometrie — und genau dort wird es in der Praxis unsauber.

Die Definition steht in einer Potenz

Jede Oberfläche oberhalb des absoluten Nullpunkts gibt Wärme als elektromagnetische Strahlung ab. Wie viel, beschreibt das Stefan-Boltzmann-Gesetz:

M = ε · σ · T4  [W/m²]

σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante mit 5,67 · 10⁻⁸ W/(m²·K⁴), T die absolute Temperatur in Kelvin. Der Emissionsgrad ε ist dimensionslos und sagt, welchen Anteil der Strahlung eines idealen schwarzen Körpers die Oberfläche tatsächlich abgibt.

Zwei Dinge folgen daraus sofort:

• Die vierte Potenz ist der entscheidende Term. Zwischen 20 °C (293 K) und 5 °C (278 K) liegen nur 15 Kelvin, aber der Strahlungsstrom ändert sich um rund 20 Prozent. Bei industriellen Oberflächen mit 200 °C und mehr wird der Unterschied dramatisch — dort ist Strahlung der beherrschende Verlustweg.
• ε und Absorptionsgrad sind bei gleicher Wellenlänge identisch. Das ist das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz. Eine Oberfläche, die schlecht abstrahlt, nimmt bei derselben Wellenlänge auch schlecht auf.

Typische Werte, und warum sie überraschen

Oberfläche	ε (langwellig)
Schwarzer Körper (Modell)	1,00
Mineralischer Putz, Mauerwerk, Holz	0,90 bis 0,95
Dispersionsfarbe, gleich welcher Farbton	rund 0,90
Fensterglas, unbeschichtet	rund 0,84
Low-E-Beschichtung auf Glas	0,03 bis 0,17
Blanke Aluminiumfolie	0,03 bis 0,05

Der wichtigste Wert in dieser Tabelle ist der zweite. Nahezu alle Baustoffe liegen bei 0,9. Ein Ziegel, ein Kalkzementputz und eine weiße Wandfarbe unterscheiden sich im langwelligen Emissionsgrad praktisch nicht.

Und ein Punkt, der regelmäßig für Verwirrung sorgt: der sichtbare Farbton sagt nichts über den langwelligen Emissionsgrad. Eine schwarze und eine weiße Dispersionsfarbe liegen beide bei etwa 0,9. Der Farbton beeinflusst den kurzwelligen Absorptionsgrad, also die Aufnahme von Sonnenstrahlung — eine ganz andere Größe für eine ganz andere Wellenlänge.

Wo ein niedriger Emissionsgrad nachweislich wirkt

Es gibt drei gut dokumentierte Anwendungen, und sie haben eine Gemeinsamkeit: Die Oberfläche mit dem niedrigen ε steht einem Luftraum oder einem großen Temperaturgefälle gegenüber.

Isolierverglasung

Im Scheibenzwischenraum einer Zweifachverglasung läuft ein erheblicher Teil des Wärmestroms als Strahlung zwischen den beiden Glasflächen. Eine Low-E-Schicht auf der raumseitigen Scheibe senkt diesen Anteil drastisch. Der Effekt ist groß, messbar und in der Produktnorm geregelt — der Weg vom Unbeschichteten zur beschichteten Wärmeschutzverglasung ist einer der größten Sprünge, die die Bauphysik in den letzten Jahrzehnten gemacht hat.

Strahlungsbarrieren vor einer Luftschicht

Eine Aluminiumkaschierung wirkt nur dann als Strahlungsbarriere, wenn vor ihr eine ruhende Luftschicht liegt. Wird dieselbe Folie direkt einlaminiert oder eingeputzt, verschwindet der Effekt vollständig: Ohne Luftspalt gibt es keinen Strahlungsaustausch, den man reduzieren könnte, und der Wärmestrom läuft als Leitung weiter.

Das ist der häufigste Anwendungsfehler in diesem Feld — und der Grund, warum die Einbausituation in jedem Nachweis genannt gehört.

Heiße Oberflächen im Anlagenbau

Bei Rohrleitungen, Behältern und Kesseln mit Oberflächentemperaturen deutlich über Raumtemperatur dominiert wegen der vierten Potenz der Strahlungsanteil. Hier hat eine emissionsmindernde Beschichtung ihr klassisches Einsatzfeld.

Wo die Sache am Bauteil kompliziert wird

An einer raumseitigen Wandoberfläche ist die Lage anders als im Scheibenzwischenraum, und das aus einem einfachen Grund: Strahlung und Konvektion laufen dort parallel, und die Norm fasst beide in einer Zahl zusammen.

Der Wärmeübergangswiderstand R_si mit dem Normwert 0,13 m²K/W ist keine reine Strahlungsgröße. Er enthält den konvektiven Anteil — die Luftbewegung an der Wand — genauso wie den Strahlungsaustausch mit den übrigen Raumflächen. Wer den Strahlungsanteil senkt, verändert R_si, aber nicht in dem Verhältnis, das die reine Strahlungsrechnung nahelegt.

Dazu kommt: Der Strahlungsaustausch findet zwischen der Wand und den übrigen Oberflächen desselben Raums statt, nicht gegen den kalten Außenraum. Die Temperaturdifferenz ist damit klein — wenige Kelvin statt der 25 Kelvin, mit denen der Nachweis nach DIN 4108-2 rechnet. Und in die vierte Potenz geht eben diese kleine Differenz ein.

Was daraus für die Oberflächentemperatur eines konkreten Wandaufbaus folgt, lässt sich nicht pauschal sagen. Es hängt vom Verhältnis der Widerstände im gesamten Bauteil ab, von der Raumgeometrie und von der Nutzung. Eine Prozentangabe ohne den zugehörigen Wandaufbau ist deshalb keine Aussage.

Was das für ein Datenblatt bedeutet

Drei Fragen, die man an jede Angabe eines Emissionsgrades stellen sollte:

1. Für welchen Wellenlängenbereich gilt der Wert? Langwellig (Wärmestrahlung bei Raumtemperatur) oder solar (kurzwellig)? Beides sind ε-Werte, sie beschreiben aber verschiedene Vorgänge und haben verschiedene Größenordnungen.
2. Nach welchem Verfahren wurde gemessen? Für den langwelligen Emissionsgrad ist die Messung nach EN 15976 bzw. mit Emissometer nach ASTM C1371 üblich. Ein Wert ohne Verfahren ist nicht nachprüfbar.
3. Gegen welche Fläche und in welchem Abstand? Ohne die Einbausituation lässt sich der Strahlungsaustausch nicht berechnen — und ohne Luftspalt gibt es ihn womöglich gar nicht.

Und der U-Wert?

Für Anforderungen nach dem Gebäudeenergiegesetz und für Förderprogramme zählt nicht der Emissionsgrad, sondern der Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit nach DIN 4108-4, einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung, einer Europäisch Technischen Bewertung oder einer harmonisierten Produktnorm. Ein niedriger ε-Wert ersetzt diesen Nachweis nicht, so plausibel die Physik dahinter auch ist.

Wer im Kundengespräch mit dem Emissionsgrad argumentiert, argumentiert also über einen realen physikalischen Effekt — aber nicht über eine Größe, mit der sich ein Förderantrag begründen lässt.

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Quellen

• Stefan-Boltzmann-Gesetz und Kirchhoffsches Strahlungsgesetz — Grundlagen der Wärmeübertragung
• DIN EN ISO 6946 — Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient, Wärmeübergangswiderstände
• DIN 4108-2 — Mindestanforderungen an den Wärmeschutz, Randbedingungen des Nachweises
• DIN 4108-4 — Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte
• DIN EN 15976 — Bestimmung des Emissionsgrades; ASTM C1371 — Emissometer-Verfahren
• Gebäudeenergiegesetz (GEG) sowie BEG-EM-FAQ zur Anerkennung von U-Wert-Nachweisen

Dieser Beitrag beschreibt allgemeine physikalische Zusammenhänge. Er enthält keine Aussage über die Wirkung eines konkreten Produkts. Was an einzelnen Objekten gemessen wurde, steht mit den jeweiligen Randbedingungen auf der Seite Referenzen und Messungen.