U-Wert - berechnen oder messen

(13.5.2016) Die Energieeffizienz von Gebäuden und die Dokumentation der verwende­ten Materialien haben sich in den vergangenen Jahrzehnten stark verbessert. Bei vie­len Gebäuden liegen sämtliche Daten zum Aufbau von Gebäudehüllen vor, so dass eine Berechnung der Dämmqualität möglich ist. Der U-Wert bzw. Wärmedurchgangskoeffi­zient ist ein Maß für den Wärmedurchgang durch einen festen Körper. Je niedriger der U-Wert, desto besser ist die Dämmwirkung eines Bauteils. Der U-Wert kann durch ver­schiedene Methoden bestimmt werden.

Berechnung

Mit diversen Online- oder Offline-Tools kann der U-Wert von Gebäudeelementen be­rechnet werden. Dabei wird der exakte Wandaufbau eingegeben und das Tool berech­net dann den U-Wert anhand der jeweiligen Wärmeleitzahl (λ-Wert) und Dicke aller Schichten im Bauteil. Sind keine genauen Pläne oder Daten vorhanden, muss eine in­vasive Bohrung durchgeführt werden. Zusätzlich können sich die berechneten theore­tischen Werte von den tatsächlichen Werten unterscheiden, da bestimmte Arten von Dämmmaterialien sich nach einiger Zeit verändern können. Diese Prozesse können nur teilweise in Berechnungen berücksichtigt werden.

Messung

Um den tatsächlichen U-Wert eines Bauteils (Außenwand, Tür, oberste Geschossde­cke,...) bestimmen zu können, sind empirische in-situ-Messungen nötig. Es existieren zwei unterschiedliche Methoden zur Messung des U-Wertes:

• die wärmeflussbasierte Methode (WBM) und
• die temperaturbasierte Methode (TBM).

Obwohl beide Methoden U-Werte liefern, gibt es einen bedeutenden Unterschied in Bezug auf Qualität und Genauigkeit der Messwerte.

Der Unterschied zwischen den beiden Methoden kann anhand der Formel zur Berech­nung des U-Wertes (W/m²K) verdeutlicht werden:

T_in und T_out sind Innen- bzw. Außentemperatur in Kelvin, und Q ist der korrespondie­rende Wärmefluss durch die Wand (W/m²). Beide Messmethoden verwenden Sensoren um die Temperaturen zu bestimmen. Der Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht in der Bestimmung des Wärmeflusses.

Bei wärmeflussbasierte Methode (WBM) wird der Wärmefluss mittels eines Wärmefluss­sensors gemessen, der an der Wandinnenseite angebracht wird. Innen- und Außen­temperatur (T_in und T_out) werden mit zwei separaten Temperatursensoren gemessen. Alle drei Parameter, die zur Berechnung des U-Wertes nötig sind, werden direkt ge­messen.

Mit der temperaturbasierten Methode (TBM) wird der Wärmefluss (Q) durch die Mes­sung der Innen- und der Wandtemperatur und der Annahme eines konstanten thermi­schen Grenzwiderstandes zwischen der inneren Wandfläche und der Luft im Raum an­genähert. Folgende Formel beschreibt dies: 

T_in ist wieder die Innentemperatur, T_wall ist die Temperatur der Wandinnenseite, und R_si ist der thermische Grenzwiderstand zwischen der Wandinnenseite und der Lufttem­peratur im Raum darstellt (m²K/W). Der thermische Grenzwiderstand (R_si) wird bei der TBM nicht gemessen, sondern von Standardgebäudeelementen abgeleitet. Ein oft ver­wendeter Wert ist 0,13 m²K/W. Da dieser Wert aber nur eine Schätzung ist, kann er signifikant von dem tatsächlichen in-situ-Wert abweichen. Mit der zweiten Formel kann der Wärmefluss angenähert werden und mit einem zusätzlichen Aussentempera­tursensor ist es möglich, den U-Wert zu bestimmen.

Um valide Messwerte wiedergeben zu können, benötigen beide Methoden eine Tempe­raturdifferenz zwischen der Innen- und der Aussentemperatur. Zwischen den beiden Methoden gibt es hinsichtlich der notwendigen Temperaturdifferenz einen bedeuten­den Unterschied:

• Während bei der TBM eine Temperaturdifferenz von mindestens 15°C zwingend ist,
• funktioniert die WBM bereits bei geringen Differenzen von beispielsweise 5°C.

Die WBM ist in der ISO 9869 detailliert beschrieben und standardisiert. Die Norm be­rücksichtigt auch wichtige Faktoren wie die Wettersituation und die thermische Masse der Wand. Beispielsweise definiert die Norm die minimale Messperiode, um die thermi­sche Trägheit eines Gebäudes während eines Tageszyklus zu berücksichtigen. Für die TBM existiert bis heute kein ISO Standard.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Berechnung des U-Wertes nicht im­mer geeignet ist, die TBM teilweise auf geschätzten Werten basiert und die WBM ei­nen U-Wert basierend auf drei in-situ-gemessenen Parametern ausgibt. Die wärme­flussbasierte Methode reflektiert damit die speziellen Umgebungseinflüsse an der ge­messenen Stelle und ermöglicht einen genaueren Einblick in die tatsächlichen in-situ-U-Werte.