U-Wert: Qualitätskennzeichen der Dämmung

Erklärung und Bestimmung des U-Werts  

Der U-Wert oder Wärmedurchgangskoeffizient (früher auch k-Wert) ist ein Kennwert zur Bestimmung der energetischen Qualität fester Körper. Er eignet sich zur Ermittlung vom Wärmestrom durch homogene oder mehrschichtige Bauteile. Der Wert ist gut, wenn sein Betrag klein ist. Denn das heißt, dass Wände oder Rohrisolierungen nur wenig Energie hindurchlassen.

Vorgänge beim Wärmedurchgang durch einen festen Körper   

Der Wärmedurchgang beschreibt den Transport thermischer Energie von einem strömenden Medium (Fluid) durch einen festen Körper auf ein an anderes Fluid. Er findet sowohl bei Flüssigkeiten wie auch bei Gasen an festen Bauteilen statt und setzt sich aus drei Vorgängen zusammen:

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

Möchte ein  Installateur  den U-Wert oder Wärmedurchgangskoeffizient bestimmen, muss er neben den physikalischen Eigenschaften der festen Körper auch die Eigenschaften der Fluide berücksichtigen. So beeinflusst zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten den Wärmeübergang zwischen diesen und den festen Bauteilen. In der Praxis lassen sich diese Abhängigkeiten mit Tabellenwerten einfach in die Berechnung einbeziehen.

Rechengang zur Ermittlung des U-Wertes für ein flaches Bauteil

Geht es um die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, 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 + λ1/d1 + λ2/d2 + λ3/d3 + λi/di + … + 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:

• 0 m²K/W bei dem Übergang von Erdreich auf Wände
  
• 0,17 m²K/W bei dem Übergang einer Decke auf den Keller (Wärmestrom nach unten)
  
• 0,13 m²K/W bei Innenwänden oder Decken zwischen beheizten Räumen
  
• 0,10 m²K/W bei Decken zu unbeheizten Dachräumen (Wärmestrom nach oben)
  
• 0,10 m²K/W an der Innenseite von Dachflächen
  
• 0,04 m²K/W an der Außenseite von Dachflächen und Fassaden
  

Ist der R-Wert bekannt, erfolgt die Berechnung des U-Wertes. 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 auch die Krümmung der Rohrwandungen zu berücksichtigen.    

Einflussgrößen auf den Wärmedurchgangskoeffizienten  

Der U-Wert hängt von der Stärke eines Bauteils und den verwendeten Materialien ab. Er ist zum Beispiel gering, wenn eine schmale Ziegel-Wand mit einer starken Dämmung versehen ist. Komplett in Beton ausgeführt, würde der U-Wert deutlich höher ausfallen. Im direkten Vergleich erreicht eine zehn Zentimeter starke Dämmschicht den gleichen Wärmeschutz, wie eine sechs Meter starke Betonschicht.

Neben Stärke und Wärmeleitwiderstand der einzelnen Materialien wirken sich auch die Zustände der Fluide auf beiden Seiten der betrachteten Bauteile aus. Entscheidend ist dabei unter anderem die Richtung des Wärmestroms und die Strömungsgeschwindigkeit der Gase oder Flüssigkeiten.

Praktische Anwendung der U-Werte für Haus und Heizung  

In der Praxis hilft der U-Wert, die energetische Qualität von Bauteilen und Anlagen zu bewerten. So legt zum Beispiel das Gebäudeenergiegesetz (GEG) Grenzwerte fest, die bei Neubau oder Sanierung von Dächern, Fassaden oder anderen Hüllflächen zwingend einzuhalten sind. In Bezug auf die Heizung lassen sich über den U-Wert einer Rohrdämmung auch die Verluste der Verteilung ermitteln. Diese sind vor allem dann hoch, wenn Leitungen ohne entsprechende Isolierung warme Medien durch unbeheizte Räume führen. Abhilfe schafft dann das Dämmen der Heizungsrohre.