Letzte Aktualisierung am 22. Januar 2021 von Mika Lehmann
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Die Bundesregierung hat es sich zum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen deutlich zu verringern. Um dies auch bei Gebäuden zu erreichen, stellt das Gebäudeenergiegesetz (GEG) ein bedeutsames Instrument dar. Es schreibt für zu errichtende Gebäude, Neubauten, Erweiterungen und Modernisierungen einen jährlichen Grenzwert in Bezug auf den Primärenergiebedarf sowie hinsichtlich des spezifischen Transmissionswärmeverlustes vor. Dabei handelt es sich beim Transmissionswärmeverlust um die Abnahme von Wärme, die über die Gebäudehülle, also das Dach, die Bodenplatte oder die Außenwände eines Gebäudes, inklusive Türen und Fenster, verloren geht. Mithilfe dieser gesetzten Grenzwerte soll infolge eines verringerten Heizwärmebedarfs und reduzierten Transmissionswärmeverlusten zur Minimierung des CO2-Ausstoßes beigetragen werden. Um herauszufinden, welchen Primärenergiebedarf Sie besitzen und welche Wärmeverluste bei Ihrem Gebäude vorhanden sind, benötigen Sie den sogenannten Wärmedurchgangskoeffizienten, der mit dem Symbol U abgekürzt wird.
Was ist der Wärmedurchgangskoeffizient?
Beim U-Wert, der in der Bauphysik früher auch mit dem Begriff des k-Wertes bezeichnet wurde, handelt es sich um den sogenannten Wärmedurchgangskoeffizienten. Dieser spezielle Koeffizient bildet ein Maß für den Wärmedurchgang, der von einem Fluid durch einen festen Körper in ein zweites Fluid stattfindet. Demnach geht in diesem besonderen Fall Wärme von einem Fluid, wobei es sich sowohl um ein Gas als auch eine Flüssigkeit handeln kann, durch einen festen Körper, wie beispielsweise eine Wand, in ein zweites Fluid über. Damit es überhaupt zu einem solchen Wärmedurchgang kommen kann, muss zwischen den beiden Fluiden eine Temperaturdifferenz vorherrschen. Demnach gibt der U-Wert den Wärmeenergiestrom bezogen auf die Fläche eines festen Körpers (beispielsweise einer Wand) und die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Fluiden an. Die Fläche des festen Körpers wird dabei in der Maßeinheit Quadratmeter angegeben, wohingegen sich die Temperaturdifferenz auf die Maßeinheit Kelvin bezieht. Daraus resultiert für den U-Wert die international gültige SI-Maßeinheit W/(m²K), also Watt pro Quadratmeter und Kelvin. In anderen Worten ausgedrückt bezieht sich der U-Wert also auf den Energieverlust eines Gebäudes, der pro Quadratmeter Fläche zwischen innen und außen stattfindet. Folglich kann der U-Wert zur Berechnung des energetischen Verlustes verschiedener Konstruktionen herangezogen werden. Demnach kann mithilfe des U-Wertes die Energiemenge bestimmt werden, die bei einer Bauteilkonstruktion von innen nach außen entweicht.
Wie wird der U-Wert berechnet?
Soll für eine Konstruktion der U-Wert bestimmt werden, wird zuallererst der Wärmedurchlasswiderstand (R) dieser Konstruktion berechnet. Dieser wird benötigt, da Konstruktionen meist aus mehreren Schichten bestehen. Berechnet wird der Wärmedurchlasswiderstand einer Konstruktion aus dem Kehrwert seiner Schichtdicke (d) und dessen Wärmeleitfähigkeit, die mit dem griechischen Buchstaben Lambda λ abgekürzt wird. Daraus ergibt sich für den Wärmedurchlasswiderstand folgende Formel: R=d/λ.
Um den Wärmedurchlasswiderstand auf Basis dieser Formel bestimmen zu können werden weitere Parameter für die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit (λ) benötigt. So ist die Wärmeleitfähigkeit einer Konstruktion von deren Querschnitt, deren Materialdicke und der Temperaturdifferenz zwischen den Fluiden, also der Wärmeübergangswiderstände zwischen der Raumluft und der Wand sowie zwischen der Wand und der Außenluft, abhängig. Diese Parameter werden in folgenden Maßeinheiten angegeben:
- Querschnitt: Watt pro Quadratmeter
- Materialdicke: Meter
- Temperaturunterschied: Kelvin
Auf Grundlage dieser einzelnen Parameter ergibt sich für die Wärmeleitfähigkeit die Maßeinheit Watt pro Quadratmeter mal Meter pro Kelvin, kurz Wm/(m²K). In gekürzter Form ergibt sich daraus die Einheit W/(m·K). Die Schichtdicke der Konstruktion (d) wird hingegen in Metern angegeben.
Somit stellt der Wärmedurchlasswiderstand eine Maßeinheit dar, mit der die Dämmeigenschaften von Baustoffen bestimmt werden können. Je höher der Wärmedurchlasswiderstand eines Baustoffes dabei ausfällt, desto besser ist seine Wärmedämmung. Demnach nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen mit steigenden Dämmeigenschaften des Materials ab.
Ist der Wärmedurchlasswiderstand bestimmt, kann anschließend der eigentliche U-Wert berechnet werden. Dieser bildet sich aus dem Kehrwert des gesamten Wärmedurchlasswiderstandes, wodurch sich folgende Formel zur Berechnung des U-Wertes ergibt: U=1/R gesamt.
Der Gesamt-Wärmedurchlasswiderstand ergibt sich dabei aus der Summe der Widerstandsberechnungen der einzelnen Schichten sowie der vorherrschenden Wärmeübergangswiderstände. Dabei werden im Allgemeinen folgende Wärmeübergangswiderstände angenommen:
- innerer Wärmeübergangswiderstand: R= 0,13 m²K/W
- äußerer Wärmeübergangswiderstand: R= 0,04 m²K/W
Handelt es sich bei dem festen Körper um eine 24-cm-Dicke Vollziegelwand, die innen und außen mit 1,5 cm dickem Putz verkleidet ist, ergeben sich folgende Wärmedurchlasswiderstände zur Berechnung des Gesamt-Wärmedurchlasswiderstandes:
| Element | Wärmedurchlasswiderstand |
|---|---|
|
innerer Wärmeübergangswiderstand |
0,13 m²K/W |
|
äußerer Wärmeübergangswiderstand |
0,04 m²K/W |
|
24 cm Vollziegelwand (λ = 0,81 W/mK) |
0,296 m²K/W |
|
1,5 cm Innenputz (λ = 0,87 W/mK) |
0,017 m²K/W |
|
1,5 cm Außenputz (λ = 0,87 W/mK) |
0,017 m²K/W |
| Gesamt | 0,5 m²K/W |
Auf Grundlage dieses Gesamt-Wärmedurchlasswiderstandes kann schlussendlich der eigentliche U-Wert berechnet werden: U = 1/RGesamt = 1/0,5 = 2 W/(m²K)
U-Werte verschiedener Baustoffe
Wie beim Wärmdurchlasswiderstand bereits deutlich wurde, besitzen unterschiedliche Baumaterialien und Dämmstoffe verschiedene Dämmeigenschaften, die einen Einfluss auf den U-Wert haben. Demnach verfügen unterschiedliche Materialien und Stoffe über verschiedene U-Werte, wie sie in nachfolgender Tabelle dargestellt sind:
| Bauelement | Dicke in cm | U-Wert in W/(m²K) |
|---|---|---|
Massivholz (Außenwand) | 20,5 | 0,5 |
|
Mauerziegel |
24,0 | 1,50 |
|
Beton ohne Wärmedämmung |
25,0 |
3,30 |
| Porenbeton (Innenwand) | 28 | 0,60 |
|
Mauerziegeln |
11,5 |
3,00 |
| Fenster (Wärmeschutzverglasung) | 2,4 | 1,30 |
| Fenster (Isolierverglasung) | 2,4 | 3,00 |
|
Einfachfenster |
0,4 | 5,90 |
| Plexiglas-Fenster | 0,5 | 5,30 |
|
Polystyrol | 10 |
0,35 |
In Anbetracht der einzelnen U-Werte von Dämmstoffen kann somit festgehalten werden, dass je höher der U-Wert eines Baumaterials beziehungsweise eines Dämmstoffes ausfällt, desto niedriger ist dessen Wärmedämmfähigkeit. Demnach ist die Dämmung vor Wärme umso besser, je größer der Wärmedurchlasswiderstand und folglich je kleiner der U-Wert eines Dämmstoffes oder Baumaterials ist.
