U-Wert: Bedeutung, Beispiele und Berechnung

U-Wert: Einfache Erklärung und Bedeutung

Der U-Wert oder  Wärmedurchgangskoeffizient  (früher auch k-Wert) ist ein Kennwert zur Bestimmung der energetischen Qualität fester Körper. Er gibt an, wie viel Wärme durch einen Quadratmeter strömt, wenn sich die Temperaturen auf beiden Seiten um einen Grad Celsius unterscheiden. Der Definition folgend, trägt der U-Wert die Einheit Watt pro Quadratmeter und Kelvin bzw. W/m²K. Ist er "gut", lässt ein Bauteil nur wenig Wärme hindurch. Das hat einen geringeren Heizenergiebedarf zur Folge und hilft dabei, Heizkosten zu sparen.

Wichtig für Heizlast, Förderung und Energieausweis  

Relevant ist der U-Wert in vielen Bereichen der Technik. So etwa bei der Auslegung einer Heizungsanlage. Hier geht er in die Heizlastberechnung ein, mit der Experten den Wärmebedarf ermitteln. Darüber hinaus kommt der Kennwert auch bei der Förderung zum Einsatz. Er ist einzuhalten, wenn Sie einen Zuschuss für Maßnahmen an der Gebäudehülle erhalten möchten und gilt auch bei der Neubau- und Effizienzhaus-Förderung als wichtige Voraussetzung. Möchten Sie eine Immobilie vermieten, verpachten oder verkaufen? In all diesen Fällen benötigen Sie einen Energieausweis, dessen Ergebnis ebenfalls vom U-Wert der Gebäudehüllfläche abhängt.

Typische Bauteil-U-Werte von Gebäuden im Überblick

Wie hoch ist der U-Wert von Wänden, Fenstern und anderen Bauteilen? Um diese Frage beantworten zu können, ist eine detaillierte Berechnung erforderlich. Etwas einfacher ist es mit der folgenden Tabelle, die U-Werte verschiedener Bauteile im Überblick zeigt.  

Einflussgrößen auf den Wärmedurchgangskoeffizienten   

Der U-Wert hängt von der Stärke, dem Material und der Zusammensetzung eines Bauteils ab. Er ist zum Beispiel gering, wenn eine schmale Ziegel-Wand mit einer starken Dämmung versehen ist. Würden Sie die gleiche Stärke in Beton ausführen, wäre der Wert schlechter, da das Material Wärme dann besser hindurchlässt. Neben Stärke und Wärmeleitwiderstand der einzelnen Materialien wirken sich auch die Zustände der Fluide auf beiden Seiten der betrachteten Bauteile auf den U-Wert aus. Entscheidend ist dabei unter anderem die Richtung des Wärmestroms und die Strömungsgeschwindigkeit der Gase oder Flüssigkeiten.

Mit Dämmstoffen den U-Wert nachhaltig verbessern

Möchten Sie Energie einsparen und den U-Wert verbessern, können Sie Fenster tauschen oder Bauteile dämmen. Ein Beispiel: Haben Sie eine Fassadenfläche von 150 m² mit einem U-Wert von 1,5 W/m²K, verlieren Sie im Jahr etwa 23.250 Kilowattstunden über die Außenwände. Bringen Sie eine 16 cm starke Dämmung an, reduzieren Sie den U-Wert auf 0,2 W/m²K und sparen rund 13.500 Kilowattstunden pro Jahr ein. Bei einem Energiepreis von 9 Cent pro Kilowattstunde, spart das jedes Jahr mehr als 1.200 Euro ein. Ähnlich verhält es sich, wenn Sie die Fenster tauschen und das Dach oder die Kellerdecke dämmen.    

U-Wert berechnen: So funktioniert es einfach  

Möchte Sie  den U-Wert berechnen, müssen  Sie neben den physikalischen Eigenschaften der festen Körper auch die Eigenschaften der Fluide berücksichtigen. Denn insgesamt setzt sich der Wärmedurchgang aus drei Teilprozessen zusammen. Diese sind:  

• der Wärmeübergang von Gasen oder Flüssigkeiten auf einen festen Körper
  
• die Wärmeleitung durch den ein- oder mehrschichtigen festen Körper
  
• der Wärmeübergang vom festen Körper auf ein Gas oder eine Flüssigkeit

Schritt 1: Wärmedurchlasswiderstand des Bauteils berechnen

Geht es um die Berechnung des U-Werts, bestimmen Experten zunächst den  Wärmedurchlasswiderstand  (R-Wert) durch ein Bauteil. Dieser setzt sich aus dem inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstand sowie dem Quotienten aus Wärmeleitfähigkeit (λ-Wert) und Bauteilstärke zusammen. Die Formel zur Bestimmung ergibt sich wie folgt:

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

Während der Lambda-Wert (λ-Wert) eine materialspezifische Kenngröße darstellt, hängt die Stärke der Bauteile von der jeweiligen Konstruktion ab. Der innere und äußere Wärmedurchlasswiderstand ergibt sich hingegen in Abhängigkeit der Eigenschaften der Fluide und beträgt an der Hüllfläche von Gebäuden. Die folgende Tabelle zeigt, mit welchen Werten Sie dabei rechnen können.

Die folgenden Tabellen zeigen Lambdawerte häufig verwendeter Bauteile:  

Schritt 2: Kehrwert des Wärmedurchlasswiderstand bilden  

Ist der R-Wert bekannt, erfolgt die Berechnung des U-Werts. Dieser ergibt sich aus dem Kehrwert des Wärmedurchlasswiderstandes:

• U = 1/R [in W/m²K]

Wie bei ebenen Bauteilen lässt sich der U-Wert auch bei Rohrleitungen oder anderen Konstruktionen ermitteln. Hier ist jedoch die Krümmung der Rohrwandungen zu berücksichtigen.    

Beispiel: Den U-Wert einer Wand berechnen  

Wie sich die theoretische Berechnung in der Praxis anwenden lässt, zeigt die folgende Beispielrechnung. Dabei gehen wir von einer Wand mit dem folgenden Aufbau aus:  

• Innenputz (zum Beispiel Kalkputz) 15 mm  
• Massive Wand aus Kalksandstein 360 mm
• Außenputz (zum Beispiel Zementputz) 15 mm

Im ersten Schritt, geht es darum, die Lambda-Werte der Baustoffe zu bestimmen. Aus der obigen Tabelle lassen sich dabei folgende Werte ablesen:  

• Innenputz: 0,7 W/mK
• Massive Wand: 1,9 W/mK
• Außenputz: 0,9 W/mK

Im nächsten Schritt bestimmen Sie den inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstand. Bei einer Fassade betragen die Werte dabei 0,13 m²K/W (Rsi) und 0,04 m²K/W (Rse). Mit diesen Angaben können Sie nun mit der folgenden Gleichung den Wärmedurchlasswiderstand berechnen.

• R = Rsi + d1/λ1 + d2/λ2 + d3/λ3 + di/λi + … + Rse [in m²K/W]
• R = 0,13  m²K/W + (0,015 m / 0,7 W/mK) + (0,360 m / 1,9  W/mK) +  (0,015 m / 0,9 W/mK) + 0,04  m²K/
• R =  0,13  m²K/W + 0,021 m²K + 0,189    m²K + 0,016 + 0,04  m²K/W
• R = 0,396 m²K/W

Um den U-Wert berechnen zu können, müssen Sie abschließend den Kehrwert des Wärmedurchlasswiderstands berechnen. Möglich ist das mit der folgenden Gleichung:  

• U = 1/R W/m²K  
• U = 1 / 0,396 m²K/W
• U = 2,52 W/m²K

Der U-Wert für die dreischichtige Wand beträgt damit 2,52 W/m²K. Möchten Sie diesen verbessern, können Sie beispielsweise eine Dämmung ergänzen.