Wärmedurchgangskoeffizient - Wie er­folgt die Be­rech­nung?

Der Wärmedurchgangskoeffizient bestimmt die Wärmedurchlässigkeit eines Bauelements und hilft so, die Wärmedämmung eines Gebäudes zu bewerten. 

Der Wärmedurchgangskoeffizient, auch als U-Wert (früher k-Wert) bezeichnet, wird als Maß für die Wärmedurchlässigkeit eines Bauelements genutzt. Er kann sowohl für relativ flache Bauelemente mit einer inneren und äußeren Fläche wie Dämmplatten als auch für Kombinationselemente aus verschiedenen Materialien berechnet werden.

1. Die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten 

2. Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienen aus der Wärmeleitfähigkeit 

3. Keine Angabe für den Gesamtenergieverlust 

4. Wie lässt sich die Qualität der Wärmedämmung überprüfen? 

5. Wie misst die Wärmebildkamera? 

6. Worauf achten bei multiplen Temperaturmessungen? 

7. Wie aussagekräftig ist die Wärmeflussmethode?

8. Gibt es gesetzliche Vorgaben, bei denen der U-Wert wichtig ist? 

Der Wärmedurchgangskoeffizient gibt genau an, welche Wärmeenergie durch ein Bauelement fließt, wenn der Temperaturunterschied der äußeren und der inneren Fläche höchstens ein Kelvin beträgt. Der Wärmedurchgangskoeffizient wird in Watt pro Quadratmeter und Kelvin (W/(m²K)) angegeben. Um die Wärmedämmung möglichst effizient zu gestalten, ist die Verwendung von Bauelementen mit geringem U-Wert notwendig. Der Energieverlust, der durch die aus der Hauswand entweichende Wärme entsteht, errechnet sich aus dem Produkt des Wärmedurchgangskoeffizienten, der Fläche und des Temperaturunterschieds zwischen innen und außen. Eine gut gedämmte Wand mit einer Fläche von 100 m², U = 0,15 W/(m²K) und einem Temperaturunterschied von 20 K verliert Wärmeenergie von 0,15 W/(m²K) x 100 m² x 20 K = 300 W. Wäre die Wand nicht gedämmt, würde der Energieverlust unter den ansonsten gleichen Voraussetzungen sogar mehrere Kilowatt betragen.

Besteht das Bauteil aus einem homogenen Material, kann sein Wärmedurchgangskoeffizient berechnet werden, indem die Leitfähigkeit der Wärme (λ) durch die Dicke des Bauelements geteilt wird. Das Ergebnis wirkt sich auf die Heizleistung aus, die für das Halten einer bestimmten Raumtemperatur benötigt wird. Bei Materialkombinationen kann der U-Wert einer Kombination aus beispielsweise Mauerwerk und Dämmstoff berechnet werden, indem die jeweiligen Kehrwerte der einzelnen Werte des Wärmedurchgangskoeffizienten addiert werden und anschließend wiederum der Kehrwert genommen wird. Die Kehrwerte des Wärmedurchgangskoeffizienten werden auch Wärmedurchlasswiderstand genannt. Bei einem Mauerwerk nähert sich der U-Wert in der Regel sehr dem des Dämmstoffs an. Das bedeutet, dass bei dieser Materialkombination das Außenmaterial sehr wenig zur Wärmedämmung beiträgt.

Soll der Wärmeverlust eines gesamten Gebäudes berechnet werden, sind die Wärmedurchgangskoeffizienten allein nicht ausreichend. Weitere wichtige Faktoren wie eventuell vorhandene Wärmebrücken müssen dabei berücksichtigt werden. Jedoch können Wärmebrücken, die zum Teil für einen erheblichen Energieverlust verantwortlich sind, nicht vom U-Wert erfasst werden.

Soll vor Ort die Qualität der Wärmedämmung kontrolliert werden, gibt es verschiedene Messmethoden, die angewendet werden können. Man verwendet entweder eine Wärmebildkamera, multiple Temperaturmessungen oder die Wärmeflussmessung. Die Messung vor Ort wird als In-Situ-Einsatz bezeichnet. 

Das Wärmebildverfahren, auch Thermografie genannt, prüft die Wärmedämmung von Häusern, hilft bei der Gebäudediagnostik, findet feuchte Stellen im Mauerwerk und im Dach sowie eventuelle Risse in Rohrleitungen. Mit dem Wärmebild kann man sich ein allgemeines Bild von der Qualität der Isolation eines Gebäudes machen. So können auch Wärmebrücken und nicht harmonierende Isolationsschichten lokalisiert werden. Dies erleichtert die Ausbesserung schadhafter Stellen am und im Gebäude. Der Wärmeduchgangskoeffizient ist mit dieser Messmethode jedoch nicht zuverlässig feststellbar, sondern nur überschlägig zu errechnen. Um diesen korrekt bestimmen zu können, müssen weitere Messmethoden angewandt werden.

Die multiplen Temperaturmessungen ermöglichen es, den Wärmefluss durch ein Gebäudeteil zu errechnen. Durch Messungen innen und außen am Gebäude können vereinfachte Annahmen getroffen werden, die die Berechnung ermöglichen. Durch die Feststellung des Wärmeflusses erhält man quantitative Messergebnisse, durch die der Wärmedurchgangskoeffizient bestimmt werden kann. Allerdings eignet sich diese Methode meist nicht für den praktischen In-Situ-Einsatz. Ein spezieller Temperaturfühler zur U-Wert-Bestimmung, ein kompatibles Messgerät und ein weiterer Temperaturfühler ermitteln den Wärmedurchgangskoeffizienten eines Bauteils direkt am Einsatzort. Dazu muss das Bauteil nicht zerstört werden. Für die Berechnung werden Außentemperatur, Innentemperatur und Oberflächentemperatur des Bauteils ermittelt. Die Außentemperatur wird mithilfe eines Funkfühlers bestimmt. Nach der Messung werden alle Daten über ein Messprogramm im Messgerät aufgezeichnet, gespeichert und danach ausgewertet und dokumentiert. Hierbei kommt eine Software zum Einsatz, die eigens hierfür entwickelt wurde. Zwar ist die Ermittlung der Werte recht einfach, damit diese jedoch zuverlässig verwendet werden können, müssen verschiedene Kriterien erfüllt sein. Zwischen der Innen- und der Außentemperatur sollte eine gewisse Differenz vorliegen. Die Bedingungen sollten während der Messung konstant bleiben. Damit die Messungen nicht von äußeren Einflüssen beeinflusst werden, sollte weder eine Sonneneinstrahlung noch eine Heizstrahlung im Messbereich vorliegen. Um sichere Ergebnisse zu erhalten, sind multiple Temperaturmessungen am besten in der Nacht oder in den frühen Morgenstunden durchzuführen, bevor die Sonne aufgeht.

Wenn auf den beiden Seiten eines Gebäudeelements ein Temperaturunterschied entsteht, fließt Wärme durch das Material. Diesen Effekt macht sich die Wärmeflussmethode zunutze und ermittelt den Wärmedurchgangskoeffizienten, indem mittels eines Sensors der Wärmefluss gemessen wird. Dabei wird ein Sensor an der Innenwand angelegt, zwei weitere Sensoren messen Innen- und Außentemperatur. Um diese Methode anwenden zu können, reichen schon Temperaturdifferenzen von fünf Grad. So lässt sich im In-Situ-Einsatz einfach der U-Wert für jegliche Baustoffe berechnen. Für die Anwendung der Wärmeflussmethode gelten verbindliche Standards. Um diese erfüllen zu können, muss die Messung mindestens 72 Stunden andauern. Dennoch kann die Methode auch mit kürzeren Zeiträumen gute Ergebnisse liefern. Ob und inwieweit diese Ergebnisse ausreichend sind, hängt von vom Baustoff, seiner Dicke und den Temperaturschwankungen vor Ort ab. Die Messergebnisse werden über eine Software direkt auf einen Laptop übertragen, wo sie live beobachtet werden können. Auch diese Messmethode kommt ohne Materialzerstörung aus. 

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist auch bei der Einhaltung von Vorgaben durch die Energieeinsparverordnung relevant. Seit Oktober 2009 dürfen bei neu zu errichtenden Gebäuden der Primärenergiebedarf sowie der Transmissionswärmeverlust bestimmte Grenzwerte nicht mehr überschreiten. Dabei spielt der Wärmedurchgangskoeffizient eine Rolle bei der Berechnung des Transmissionswärmeverlusts. Der Transmissionswärmeverlust wiederum ist relevant für die Berechnung des Primärenergiebedarfs. Zusätzlich gelten laut Energieeinsparverordnung festgelegte Richtwerte für einige Bauteile, die in bereits bestehenden Gebäuden nachgerüstet oder ausgetauscht werden müssen. Auch hierbei ist der Wärmedurchgangskoeffizient ein wichtiger Richtwert.