Treppenhausphysik

Posted on by

Seit fast 30 Jahren gehe ich täglich durch unser Treppenhaus und trotzdem ist mir ein spannendes physikalisches Phänomen erst gestern so richtig klar geworden. Wie konnte ich nur bisher ruhig schlafen?

Gestern bin ich strumpfsockig in den Keller gegangen. Das klingt auf den ersten Blick wenig spannend, doch dabei ist mir aufgefallen, dass der Fußboden immer kälter wurde, je weiter ich nach unten kam.

Das Treppenhaus

Ich wohne im vierten Stock eines vierstöckigen Mehrfamilienhauses, also ganz oben. Über mir befindet sich nur noch das Dach. Der Keller liegt fünf Stockwerke tiefer – was, zugegeben, etwas unpraktisch ist, wenn man sich spontan ein Bier holen möchte. Die Außentemperatur betrug an diesem Tag 9 °C, als ich mich auf den Weg in den Keller machte.

Unterwegs traf ich einen Nachbarn und teilte ihm sofort meine Beobachtung mit. Seine Antwort: „Ja, ist mir auch schon aufgefallen – ist ja auch logisch, oder?“ – Schon klar, aber wie groß ist der Temperaturunterschied genau? Verläuft der Temperaturabfall linear mit den Stockwerken? Und ist der Keller tatsächlich kälter als das Erdgeschoss?

Fragen über Fragen, die beantwortet werden wollten. Also machte ich mich erneut auf den Weg nach unten, diesmal ausgerüstet mit einem Laserthermometer. Dabei begegnete ich einer Nachbarin, deren fragender Blick Bände sprach. Nach einer kurzen Erklärung meiner Mission rollte sie nur mit den Augen und setzte ihren Weg zur Waschmaschine fort – ich bin im Haus bekannt für skurrile Experimente.

Schon meine Füße hatten gemerkt: Der Fußboden im vierten Stock ist wärmer als im Erdgeschoss. Mit dem Laserthermometer bestätigte sich das Gefühl – immerhin habe ich einen Unterschied von 4 °C gemessen. Wenn meine Strumpfsockigen Füße das nicht bemerkt hätten, dann sollte ich mal beim Arzt meines Vertrauens vorsprechen. Im Keller war der Fußboden sogar noch ein Grad kälter, was meinen Füßen ebenfalls nicht entgangen ist.

Warum ist das so?

Um mein inneres Modell der Ursache wissenschaftlich zu untermauern habe ich das gemacht, was der moderne Mensch sofort tut um etwas wissenschaftlich zu analysieren: Ich fragte eine KI – wozu sind die Dinger schließlich da? ChatGPT lieferte mir nach 17 Sekunden Bedenkzeit folgende Erklärung:

„Der Temperaturunterschied lässt sich vor allem mit dem sogenannten Kamineffekt erklären. Warme Luft ist weniger dicht als kalte Luft und steigt daher natürlicherweise auf. In einem offenen Treppenhaus sammelt sich die erwärmte Luft in den oberen Etagen an, was auch am Fußboden zu einer höheren Temperatur führt. Zudem können Faktoren wie Sonneneinstrahlung oder unterschiedliche Dämmwerte der Stockwerke diesen Effekt verstärken, sodass im fünften Stock mehr Wärme vorhanden ist als im kühleren Keller.“

Das klingt einleuchtend. Und natürlich heizen die bewohnten Stockwerke das Treppenhaus auf, denn die an das Treppenhaus grenzenden Wände geben Wärme ab. Ebenso die Wohnungstüren, die sicherlich als prima Wärmeübertrager fungieren. In unserer Wohnung liegt die Raumtemperatur bei etwa 20,5 °C – vor unserer Wohnungstür im Treppenhaus misst der Fußboden immerhin 18,7 °C. Ein Effekt aller heizenden Hausbewohner.

Aber erklärt der Kamineffekt alles?

Interessanterweise ist die Fußbodentemperatur im Stockwerk unter uns sogar etwas höher als direkt vor unserer Tür. Dem einfachen Kamineffekt folgend, dürfte das eigentlich nicht so sein. Unser Treppenhaus besitzt ganz klassisch eine Außenwand mit Fenstern, und von Stockwerk zu Stockwerk geht es über jeweils einen Zwischenabsatz – sogenannte “halbe Treppen”. Diese Treppenabsätze grenzen an keine wärmenden Wohnungswände, sondern an die kalte Außenwand.

Unser Haus ist klassisch aus Beton gebaut, und Beton hat mit λ = 2,1 W/(mK) eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit. Die warmen Böden in den Wohnungen übertragen ihre Wärme durch den Beton an den Fußboden im Treppenhaus. An der Außenwand jedoch geht diese Wärme schnell verloren. Der Kamineffekt erklärt also nicht allein das Temperaturgefälle – die Wärmeleitung des Betons spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle.

Also doch mehr Physik als nur der Kamineffekt – war ja klar.

Spannend, was man im Treppenhaus alles Beobachten kann. Das fand meine Nachbarin übrigens auch, als sie mich dabei beobachtete, wie ich die Temperatur des Fußbodens analysierte. Aber ich bin mir sicher, sie meint dabei nicht die Temperatur… 

Confused Emoji PNGs by Vecteezy