Wärmedurchgangskoeffizient beim Hausbau

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Der Wärmedurchgangskoeffizient, oder auch U-Wert genannt, ist das Maß für den Wärmedurchgang durch einen festen Körper. Foto: stockplusmedia / Bigstock

Beim Hausbau wird jeder Bauherr spätestens beim Thema Wärmeschutz auf den recht sperrigen Begriff „Wärmedurchgangskoeffizient“ treffen und sich die Frage stellen, was das genau ist und was sich dahinter verbirgt bzw. welchen Einfluss dieser Wert beim Hausbau haben wird. Bei der Errichtung von Gebäuden spielen Lösungen rund um das Thema Umweltschutz, Energieeinsparung und regenerative Energien eine immer größer werdende Rolle. Deutlich wird dies mit der Energieeinsparverordnung (EnEV), welche vom Gesetzgeber immer wieder verschärft wird und den Bauherren bautechnische Standardanforderungen zum effizienten Betriebsenergiebedarf ihres Gebäudes vorschreibt. Die Verordnung ist ein wichtiges Instrument der deutschen Energie- und Klimaschutzpolitik. In diesem Zusammenhang wird sicherlich jeder schon einmal vom sogenannten Passivhaus gehört haben. Das Nonplusultra unter den Energiesparhäusern. Es handelt sich dabei um ein Haus, welches aufgrund seiner Wärmedämmung und wegen des Vorhandenseins eines Wärmetauschers, normalerweise keine klassische Gebäudeheizung mehr benötigt. Der Begriff bzw. das Thema um den Wärmedurchgangskoeffizient spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Definition des Begriffs Wärmedurchgangskoeffizient

Der Wärmedurchgangskoeffizient wird auch als U-Wert (früher k-Wert) bezeichnet und ist ein Maß für den Wärmedurchgang eines Fluids durch einen festen Körper in ein zweites Fluid aufgrund eines Temperaturunterschiedes zwischen beiden Fluiden. Das Fluid ist in der Physik eine gemeinsame Bezeichnung für Gase und Flüssigkeiten, da viele physikalische Gesetze für beide gleichermaßen gelten und sie sich nur quantitativ, nicht aber qualitativ, unterscheiden.

Anders ausgedrückt gibt der U-Wert den Wärmestrom durch ein Bauteil in Abhängigkeit vom Temperaturgefälle zwischen warmer Seite und kalter Seite an. Der Wert gibt also Aufschluss darüber, welche Wärmeleistung durch das Bauelement pro Quadratmeter strömt, wenn die Außen- und Innenfläche einem konstanten Temperaturunterschied von einem Grad Kelvin ausgesetzt ist. Er wird in der Einheit W/(m²K) (Watt pro Quadratmeter und Kelvin) angegeben.

Der U-Wert wird für flache Bauelemente mit einer Innen- und Außenseite (z. B. Dämmplatten, -matten) oder für zusammengesetzte Materialien (Fenster, Kombination von verschiedenen Platten) angegeben. Für eine gute Wärmedämmung werden Bauelemente mit einem möglichst geringen U-Wert verwendet. Der U-Wert ist beim Wärmeschutz nur von Relevanz, wenn der Wärmeverlust seinen Ursprung in der Wärmeleitung hat. Sollten Undichtigkeiten beispielsweise beim Dach der Grund für den Wärmeverlust sein, bringen Bauelemente mit dem niedrigsten U-Wert nichts, da die Wärme nicht durch feste Bauteile verloren geht. Dies gilt es unbedingt zu beachten.

Berechnung des U-Wertes

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Wärmedurchgangskoeffizienten bei Gebäuden, U-Wertes Unit of heat-transfer Foto: ronstik / Bigstock

Die Berechnung des U-Wertes ist relativ komplex und stark von den einzelnen Eigenschaften der Bauelemente abhängig. Die genaue Beschreibung der Berechnung würde hier den Rahmen sprengen und soll daher lediglich kurz angerissen werden. Ein wichtiger Begriff in diesem Zusammenhang ist die Wärmeleitfähigkeit. Sie gibt an, welche Wärmemenge (in kWh) durch eine Baustofffläche von 100 m² und 1 m Dicke in einer Stunde transportiert wird, wenn innen und außen ein Temperaturunterschied von 10 Grad Kelvin besteht. Die Kombination mehrerer Materialien oder gar die Unterbrechung der Wärmedämmung bei Bauteilen verkomplizieren die Berechnung zusätzlich. Im Internet findet man jedoch zahlreiche U-Wert-Rechner mit denen man durch Eingabe der einzelnen Bauelemente den U-Wert berechnen kann, ohne sich durch den komplizierten Berechnungsdschungel kämpfen zu müssen. Mithilfe sog. Wärmeflusssensoren und der Messung der Innen- und Außentemperatur ist es auch möglich, den U-Wert durch Messen zu bestimmen. Dies ist beispielsweise bei älteren Bauwerken vonnöten, wenn die genauen Bauelemente nicht bekannt sind.

Die U-Werte für viele Bauelemente sind bereits bekannt und können im Internet eingesehen werden. Einige Bauelemente sollen hier zum besseren Verständnis kurz Erwähnung in Form einer Auflistung finden. Die Zahl hinter den einzelnen Bauelementen gibt jeweils den U-Wert in W/(m²K) an:

  • Stahlbetonwand (25 cm dick): 9
  • Wand aus Porenbeton (25 cm dick): ca. 0,4 - 1
  • Wand aus hochporösen Ziegeln (25 cm dick): ca. 0,4
  • Wand aus Massivholz (25 cm dick): ca. 0,4
  • Polyurethan-Hartschaumplatte (20 cm): 0,15
  • Einscheibenglas-Fenster: 5,2
  • Standard-Fenster mit Wärmeschutzverglasung: ca. 1,2
  • Passivhaus-Fenster: 0,5 - 0,8

Anhand der Auflistung ist erkennbar, dass eine Wand aus Massivholz einen niedrigeren und damit aus Sicht des Wärmeschutzes besseren Wärmedurchgangskoeffizienten hat als eine Stahlbetonwand. Selbstverständlich hat eine Stahlbetonwand mal vom Wärmeschutz abgesehen viele weitere Vorteile gegenüber einer Wand aus Massivholz. Damit man nun trotzdem Stahlbeton beim Bau des Hauses einsetzten kann, müssen entsprechende Dämmmaterialien eingesetzt werden, um den gesamten U-Wert zu verringern. Bei obiger Liste wird auch besonders bei der Auswahl der Fenster deutlich, wie man etwas zur Senkung seiner Energiekosten beitragen kann, indem man in höherwertige Fenster investiert. Allerdings hat der Gesetzgeber mit der EnEV dafür gesorgt, dass die Auswahlmöglichkeiten bei Neubauten eingegrenzt werden. Auch bei umfassenden Modernisierungen greift die Verordnung.

Wärmedurchgangskoeffizient nach der EnEV

Die Energieeinsparverordnung stellt bei Neubauten oder Modernisierungen bestimmte Anforderungen an den maximal zulässigen Wärmedurchgangskoeffizienten. So müssen bei Wohngebäuden die Außenwände einen U-Wert von maximal U = 0,28 W/(m²K) einhalten. Fenster oder Fenstertüren dürfen einen U-Wert von maximal U = 1,3 W/(m²K) nicht überschreiten. Außentüren müssen einen maximalen Wert von U = 1,8 W/(m²K) einhalten. Schaut man sich nun die obige Auflistung an, wird klar, dass in neu gebaute Häuser heutzutage eigentlich nur noch Fenster mit einer Wärmeschutzverglasung oder sogenannte Passivhaus-Fenster eingebaut werden können, da die Vorgaben sonst gar nicht eingehalten werden können. Sollen die Außenwände aus Stahlbeton gebaut werden, ist es nicht mehr möglich ein Haus ohne Dämmung zu bauen, da ein U-Wert von 9 W/(m²K) den geforderten Maximalwert von 0,24 W/(m²K) um ein Vielfaches übersteigt. Dies führt natürlich zu höheren Materialkosten, ist allerdings unumgänglich, da die Vorgaben in der EnEV bindend sind und eingehalten werden müssen. Auch müssen immer wieder neue Produkte entwickelt und vorhandene weiterentwickelt werden, damit dem Energie- und Klimaschutzpolitik Genüge getan wird.

Fazit

Je besser der Wärmeschutz, desto weniger muss geheizt werden und desto geringer ist der Heizenergiebedarf. Damit einhergehend wird weniger Energie benötigt und es werden gleichzeitig weniger CO2-Emmissionen verursacht. Ein guter Wärmeschutz hat dementsprechend Vorteile für die Umwelt (weniger CO2) und für den Hausbesitzer (weniger laufende finanzielle Kosten für die Bereitstellung von Wärme). Der große Nachteil sind jedoch die höheren Anschaffungskosten für die Bauelemente, deren Vorteile erst bei langfristiger Nutzung einsetzen. Einen guten Wärmeschutz erreicht man, in dem man Bauelemente verwendet, die einen guten, d. h. niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) besitzen.