U-Wert Berechnen - inkl. Tabelle und Rechner - so wird es gemacht

Die Energieeinsparverordnung stellt ein wichtiges Instrument der Bundesregierung dar, das dem politischen Ziel dient, die CO2-Emissionen bis zum Jahr 2020 in erheblichem Maße zu verringern. In der Verringerung des Heizwärmebedarfs für Gebäude liegt ein großes Potential zur Reduzierung des Kohlendioxid-Ausstoßes. Um die Einhaltung der energetischen Mindestanforderungen für Neubauten sowie bei Modernisierung, Umbau, Ausbau und Erweiterung bestehender Gebäude gewährleisten zu können, sind maximale Werte für die so genannten Transmissionswärmeverluste über die Gebäudehülle, also über die Außenwände einschließlich der Fenster und Türen, das Dach und die Bodenplatte einzuhalten. Die Bewertung des Wärmeverlustes von Bauteilen erfolgt mit Hilfe des U-Wertes (früher: k-Wert).

Der U-Wert ist mitentscheidend für die Energieeffizienz des Hauses
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Definition des U-Werts

Die Definition des U-Wertes lautet: Energieverlust pro Quadratmeter Oberfläche und pro Grad Temperaturdifferenz zwischen innen und außen. Die entsprechende Einheit ist Watt pro Quadratmeter und pro Kelvin (W / (m²K)). Bei Temperaturdifferenzen entspricht ein Kelvin einem Grad Celsius (ºC). Der U-Wert wird herangezogen, um den energetischen Verlust verschiedener Konstruktionen zu vergleichen und erlaubt die Berechnung der Energiemenge, die zum Ausgleich der Wärme erforderlich ist, die bei einer bestimmten Bauteilkonstruktion und einer gegebenen Temperaturdifferenz von der wärmeren Seite auf die kältere Seite des Bauteils, also in der Regel von innen nach außen, entweicht. Bei einer bei vielen älteren Häusern noch vorhandenen Außenwandkonstruktion, bestehend aus 24 Zentimeter Vollziegeln mit beidseitigem anderthalb Zentimeter starkem Kalkzementputz beträgt der U-Wert beispielsweise 2 W / (m²K).

Nimmt man eine Wandfläche von zehn Quadratmeter, beträgt der Energieverlust bei einem Kelvin Temperaturdifferenz 50 Watt (20 m² x 2,0 W / m² = 50 W).

Beträgt die Temperaturdifferenz indes zehn Kelvin, steigt der Wärmeverlust auf 500 Watt oder 0,5 Kilowatt, was sich innerhalb von 24 Stunden auf 12 kWh summiert, entsprechend 1,2 Litern Heizöl.

Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Baustoffen

Verschiedene Baumaterialien besitzen verschiedene Wärmeleitfähigkeiten. Mit der Wärmeleitfähigkeit eines Dämmstoffes wird beschrieben, wie gut das Material Wärme leitet. Oder umgekehrt: Je besser die Dämmeigenschaft eines Material ist, umso niedriger ist seine Wärmeleitfähigkeit. Anhand der Wärmeleitfähigkeit λ (lambda), die in die Berechnung des U-Wertes mit einfließt, können die dämmtechnischen Eigenschaften von Baustoffen miteinander verglichen werden. Die Wärmeleitfähigkeit wird gemessen in W /mK. Dividiert man die Wärmeleitfähigkeit eines verwendeten Materials durch dessen Schichtdicke, erhält man den Wärmedurchlasskoeffizienten. Hierbei wird berücksichtigt, dass der entweichende Wärmestrom bei zunehmender Schichtdicke abnimmt.
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Wärmedämmung für eine neues Haus

Der Wärmedurchlasswiderstand R

Der Wärmedurchlasswiderstand R ergibt sich aus dem Kehrwert des Wärmedurchlasskoeffizienten: R = d / λ, wobei d die Schichtdicke in Metern ist. Somit ist der Wärmedurchgangswiderstand eine Größe für die Dämmeigenschaften eines Baustoffes. Ein hoher Wärmedurchlasswiderstand eines Baustoffes ist also gleichzusetzen mit einer guten Wärmedämmung.

Berechnung des U-Werts

Konstruktionen, für die ein U-Wert ermittelt werden soll, bestehen in aller Regel aus mehreren Schichten. Zur Berechnung des U-Wertes wird zunächst der Wärmedurchlasswiderstand der gesamten Konstruktion berechnet und anschließend der U-Wert ermittelt, indem der Kehrwert des Gesamt-Wärmedurchlasswiderstandes gebildet wird (U = 1 / RGesamt). Der Gesamt-Wärmedurchlasswiderstand ergibt sich aus der Summe der Wärmedurchlasswiderstände der einzelnen Schichten plus der Wärmeübergangswiderstände von der Raumluft auf die Wand sowie von der Wand auf die Außenluft. Der innere Wärmeübergangswiderstand Rsi wird im Allgemeinen mit 0,13 m²K / W angenommen. Für den äußeren Wärmeübergangswiderstand Rse wird beim direkten Übergang von der Wand zur Außenluft mit 0,04 m²K / W eingesetzt, bei hinterlüfteten Fassaden 0,08 m²K / W und beim Übergang ins Erdreich 0,0 m²K / W.  

Bei der oben angeführten Außenwand würde sich der U-Wert also wie folgt berechnen:

Wärmeübergangswiderstand innen Rsi = 0,13 m2K / W
T1,5 cm Innenputz; λ = 0,87 W / mK  able R   = 0,017 m²K / W
24 cm Vollziegel; λ = 0,81 W / mK R   = 0,296 m²K / W
1,5 cm Außenputz; λ = 0,87 W / mK R   = 0,017 m²K / W
Wärmeübergangswiderstand außen Rse = 0,04 m2K/W
RGesamt = 0,13 + 0,017 + 0,296 + 0,017 + 0,04 m2K/W = 0,5 m2K/W

U = 1 / RGesamt = 2,00 W/(m2K)

Wird nun auf dieser Außenwand eine zehn Zentimeter starke Dämmung mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,042 W / mK angebracht und mit einer fünf Millimeter starken Putzschicht versehen, ändert sich der U-Wert wie folgt:

Wärmeübergangswiderstand innen Rsi = 0,13 m2K / W
1,5 cm Innenputz; λ = 0,87 W / mK R   = 0,017 m²K / W
24 cm Vollziegel; λ = 0,81 W / mK R   = 0,296 m²K / W
1,5 cm Außenputz; λ = 0,87 W / mK R   = 0,017 m²K / W
10 cm Wärmedämmschicht; λ = 0,042 W / mK R   = 2,381 m²K / W
0,5 cm Putz R   = 0,006 m²K / W
RGesamt= 0,13 + 0,017 + 0,296 + 0,017 + 2,381 + 0,006 + 0,04 m2K/W = 2,887 m2K/W

U = 1 / RGesamt = 0,346 W/(m2K)

Die Wärmedämmschicht hat also zu einer deutlichen Senkung des U-Wertes, sprich zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Dämmeigenschaften der Wand geführt. Die Energieeinsparverordnung gibt vor, welche U-Werte bei geplanten Modernisierungsmaßnahmen einzelner Bauteile oder Gebäudeteile erzielt werden müssen. Im Internet finden sich hilfreiche U-Wert-Berechnungstools, bei denen lediglich die einzelnen Schichten von Bauteilen mit ihrer Dicke und den Rechenwerten der Wärmeleitfähigkeit eingegeben werden müssen und die daraus den U-Wert einer Konstruktion errechnen.

Ein Haus verfügt beispielsweise über 120 Quadratmeter Grundfläche und auch 120 Quadratmeter Außenfassade. Im Haus herrscht eine Temperatur 20 Grad Celsius, die Außentemperatur beträgt hingegen lediglich 3 Grad Celsius. Es ist also ein Temperaturunterschied von 17 Grad Kelvin vorhanden.

Der Energieverlust wird, nun als U-Wert berechnet:

0,24 Watt /qm* 17 K= 4,08 Watt je qm Außenwand. Wird dieser Wert mit der Außenfläche multipliziert, erhält man 489,6 Watt an Energieverlust durch die Fassade. Im Durchschnitt gehen Experten von 185 Heiztagen pro Jahr aus. Sollte also an diesen Tagen bis zu 24 Stunden die Heizung laufen, würde das einem Energieverlust von 0,4896 Kilowatt allein durch die Fassade entsprechen.

Bauherren können Szenarien am besten, vor der beginnenden Planungsphase, an unterschiedlichen Beispielen online, an einem U-Wert-Rechner durchgehen. Ein genauer Blick kann sich beispielsweise  bezüglich Wärmedämmziegel durchaus lohnen.

Allerdings vermitteln diese Angaben lediglich erste Einblicke, denn es gibt diverse andere bauphysikalischen Anforderungen, wie Schall-, Feuchte- oder Brandschutz zu berücksichtigen. Wärmedämmziegel können jedoch bei baulichen Überlegungen eine immens wichtige Rolle spielen.

Werden etwa Innenwände direkt mit Wärmedämmziegel konzipiert, lässt sich ein Bau relativ leicht auf ein Passiv-Haus Niveau bringen. Letztendlich hängt es jedoch davon ab,  auf welchen Förderungen das Augenmerk liegt. Wärmedämmziegel stellen auf jeden Fall eine überlegenswerte Alternative beim Hausbau dar.

Die Hersteller von Fenstern bieten bereits Elemente inklusive einem Nachweis an. Es wurden im Vorfeld bereits Berechnungen sowie Messungen der gesamten Bauteile von einem Fenster durchgeführt, da diese Angaben für den Wärmeschutznachweis eines Gebäudes immens wichtig sind.

Die Angaben entsprechen nicht nur dem Nachweis für Mehrscheiben- und Isolierglasfenster, sondern auch denen bezüglich Zweifach-, als auch Dreifachverglasungen. Diese Hersteller haben zudem bei Kunststoff-, Aluminium- und Holzfenstern, und ebenfalls für Holz-Alu-Konstruktionen beide Komponenten berücksichtigt.

Gleichfalls gelten diese Berechnungen sowie Messungen der Fenster, als Nachweis für eine Einstufung zur Klassifizierungen bei einer KfW-Förderung. Gemäß der EnEV 2014 sind Höchstwerte für die Neumontage und Neubauten festgelegt.

Als Basis hierfür wurde immer eine Zimmertemperatur von 19 Grad Celsius vorausgesetzt.

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Meinungen
20.11.2022 15:03
inhaltlich gut, trotz kompliziertem Sachverhalt verständlich.

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