Wärmedurchgangskoeffizient

Dieser Artikel behandelt das Thema W wie Wärmedurchgangskoeffizient.

Der Wärmedurchgangskoeffizient (auch U-Wert oder k-Wert) beschreibt, wie gut Wärme durch einen festen Körper hindurchströmen kann. Er lässt sich in Watt pro Quadratmeter und Kelvin angeben und hängt neben den Eigenschaften verschiedener Materialien auch von ihrer Stärke ab. Während der Wärmedurchgangskoeffizient einer Hauswand klein sein sollte, benötigen beispielsweise Wärmetauscher Trennflächen mit hohem U-Wert. 

Dämmung sorgt für einen geringeren Wärmedurchgangskoeffizient und sinkende Heizkosten
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Definition und Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten 

Der Wärmedurchgangskoeffizient gibt an, wie viel Wärme durch einen Quadratmeter eines Bauteils strömt, wenn der Temperaturunterschied zwischen beiden Seiten ein Grad Celsius (auch Kelvin) beträgt. Je niedriger der Betrag ist, umso weniger Heizwärme geht im Winter durch eine Hauswand verloren. In Bezug auf den Wärmeschutz sollte der U-Wert also möglichst klein sein. Erreichen lässt sich das mit entsprechender Dämmung; also mit Materialien, die thermische Energie sehr schlecht leiten. Soll Wärme mit einem Wärmeübertrager (auch Wärmetauscher) von einem Fluid (Flüssigkeit) auf ein anderes übertragen werden, ist hingegen ein hoher U-Wert zu empfehlen. Zum Einsatz kommen dabei gut wärmeleitende Metalle wie Kupfer oder Aluminium.

Wärmedurchgangskoeffizient für ein mehrschichtiges Bauteil

Berechnen lässt sich der Wärmedurchgangskoeffizient grundsätzlich aus dem sogenannten Wärmedurchlasswiderstand. Für ein ebenes ein- oder mehrschichtiges Bauteil gilt dabei:

  • U = 1 / R (Wärmedurchgangskoeffizient = 1 / Wärmedurchlasswiderstand) in W/m²K

Der Wärmedurchlasswiderstand hängt dabei von folgenden Werten ab:

  • innerer Wärmedurchlasswiderstand (Maß für den Wärmetransport von einem Fluid auf einen festen Körper)
  • äußerer Wärmedurchlasswiderstand (Maß für den Wärmetransport von einem festen Körper auf ein Fluid)
  • Summe der Quotienten aus Wärmeleitfähigkeit (λ-Wert) und Bauteilstärke für alle Bauteilschichten

Daraus ergibt sich folgende Gleichung:

  • R = Rsi + λ1/d1 + λ2/d2 + λ3/d3 + λi/di + … + Rse [in m²K/W]

Während der innere und der äußere Wärmedurchlasswiderstand von den Eigenschaften der Fluide abhängen, sind Wärmeleitfähigkeit und Bauteilstärke material- und konstruktionsspezifische Kennwerte.

Die Bedeutung des Wertes in der Praxis

Mit dem Wärmedurchgangskoeffizient bestimmen Experten die energetische Qualität verschiedenster Bauteile. So berechnen sie zum Beispiel, wie viel Heizwärme im Winter durch Fenster, Wände oder Dächer strömt, um die nötige Kesselleistung zu ermitteln. Der Kennwert ist außerdem nötig, um die Heizkosten zu berechnen oder ein Gebäude energetisch zu bewerten. Mit der Energieeinsparverordnung gibt der Gesetzgeber darüber hinaus auch U-Werte vor, die Verbraucher bei einer Sanierung oder einem Neubau unbedingt einhalten müssen.

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