Wärmedurchgangskoeffizient

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist der wichtigste Wert für alle Dämmmaßnahmen und eine ebenso wichtige Größe im Sinne der Energieeinsparverordnung (EnEV). Der Wärmedurchgangskoeffizient ist innerhalb der Bauphysik ein Maß für den Wärmestromdurchgang durch mindestens eine oder mehrere Materialschichten unter der Prämisse: Es befinden sich unterschiedliche Temperaturen auf beiden Seiten des Baumaterials.

Die Wärmedurchlässigkeit von Bauelementen wird mit Hilfe des U-Wert (Unit of heat-transfer) bzw. K-Wert (ältere Einheit) auf Basis der Wärmeleitung definiert und wurde 1929 eingeführt. Der U-Wert (Wärmeausgleich) kennzeichnet den Wärmedurchgangskoeffizient eines Bauelementes und ist das Maß für den Wärmedurchgang eines flüssigen Stoffes in eine weitere Flüssigkeit. Dabei ist der Temperaturgradient zwischen den Fluiden relevant. Innerhalb einer glatten Außen-Wand gibt der U-Wert die Wärmeenergie pro Zeit, die Fläche der Wand und den Temperaturunterschied (in Kelvin) der unterschiedlichen Fluide an. Der U-Wert ist weiterhin das Maß für den Wärmedurchgang eines festen Materials. Im Kontext der dezentralen Lüftung beispielsweise eine Außenwand. Der Wärmedurchgangskoeffizient kann für flache Bauelemente mit einer Innen– und Außenfläche z.B. Dämmplatten, Mehrschichtplatten mit verschiedenen Baustoffen und ebenso auch für Fenster angegeben werden.

 
Wärmedurchgangskoeffizient
 

Temperaturunterschied und Wärmedurchgangskoeffizient

Der Wärmedurchgangskoeffizient steht in Abhängigkeit zum Wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem Festmaterial und den Fluiden, weiterhin ist dieser abhängig von der Wärmeleitfähigkeit (Wärmedurchlasskoeffizient) und der Form des festen Baumaterials. Der Wärmedurchgangskoeffizient wird international im Standard ISO 6946 erfasst. Der U-Wert gibt an, welche Wärmeleistung pro Quadratmeter durch das Baumaterial fließt. Die Grundlage zwischen den Außen- und Innenflächen ist ein konstanter Temperaturunterschied von einem Grad bzw. einem Kelvin. Der U-Wert steht immer im Kontext mit plattenförmigen Wandbereichen. SI-Einheit: W/(m²·K). Der zugehörige Wärmedurchgangswiderstand (Kehrwert des Wärmedurchgangs-koeffizienten) wird in m²·K/W angegeben. Der Wärmedurchgangskoeffizient definiert sich durch die Wärmeleitfähigkeit und die Stärke der verwendeten Materialien und durch die Konvektion und Wärmestrahlung auf den Materialoberflächen. Der Wärmedurchgangskoeffizient ist ein spezifischer Kennwert eines Bauelements. Die Anwendung des Wärmedurchgangskoeffizienten erfolgt primär im Bauwesen. Um die Transmissionswärmeverluste von Baumaterialien zu bestimmen, wird der Wärmedurchgangskoeffizienten benötigt. Folgendes Fazit kann daraus gezogen werden: Umso kleiner der Wärmedurchgangskoeffizient (größerer Wärmedurchgangswiderstand), desto höher ist die Dämmleistung. Umso größer der Wärmedurchgangskoeffizient, umso niedriger ist die Wärmedämmung des Bauteils.

Die Energieeinsparverordnung schreibt definierte U-Werte eines Gebäudes vor. Bauplaner und Architekten müssen sich, nach deutscher Gesetzgebung, bei der Umsetzung des Bauvorhabens an die vorgegebenen U-Werte halten. Im schlimmsten Fall drohen Geldstrafen bei Nichterfüllung

Ebenfalls relevant ist der U-Wert als Kennwert bei der Beantragung/Antragsbearbeitung von Förderungen zur Sanierung von Häusern bzw. Objekten.

 

Zur Entstehung des U-Wertes

Der U-Wert entstand im 1900 Jahrhundert und stellte den Wert zur Dimensionierung einer Heizungsanlage dar. Hierbei wurde der Wärmefluss (Indoor) auf trockenem Mauerwerk ermittelt. In der Realität jedoch ist der Querschnitt eines Mauerwerkes nicht 100% trocken z.B. an der Außenwand.

Aus diesem Grund ist der U-Wert der Wert für die Definition des Wärmeverlustes innerhalb eines zeitlich, lokal, statischen Rahmen. Die Wärmespeichereigenschaften eines Mauerwerkes bzw. Materials laufen nicht in den U-Wert hinein. Er beschreibt zusammenfassend lediglich den Temperaturverlust aufgrund eines Wärmeverlustes zwischen der Raumluft und der Außenluft ungeachtet auf die einfallende Sonneneinstrahlung an der Außenwand.

 

Formel für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten

 
Wärmedurchgangskoeffizient
 

  • U = Wärmedurchgangskoeffizient in [W/m2K]
  • Rk = gesamter Wärmedurchgangswiderstand in [m2K/W]
  • Ri = Wärmeübergangswiderstand auf der Innenseite des Bauelementes in [m2K/W]
  • Re = Wärmeübergangswiderstand auf der Außenseite des Bauelementes in [m2K/W]
  • R = Wärmedurchlasswiderstand in [m2K/W]
  • hi = Wärmeübergangskoeffizient Innen in [W/m2K]
  • he = Wärmeübergangskoeffizient Außen in [W/m2K]
  • Λ = Wärmedurchlasskoeffizient in [W/m2K]