U-Wert

 

 

 

Wer heutzutage ein Haus Bauen, oder ein bestehendes Haus Umbauen möchte wird zwangsläufig vom U- Wert zu hören bekommen.

Als Laie kann man sich höchstwahrscheinlich mit der Zahl und der Bezeichnung nichts darunter Vorstellen.

 

Hier möchte ich euch erklären wo der U-Wert Angewendet wird, was der U-Wert aussagt, welche Werte man braucht um ihn auszurechnen und was die Werte bedeuten.

 

Ich hoffe am Ende des Artikels habt ihr eine Vorstellung von dem was der U-Wert ist.

 

Wo wird der  U-Wert Angewendet?

 

 

Sobald wir im Gebäude heizen, fliest der Wärmestrom durch die Bauteile nach außen zur kühleren Seite. Dieser Wärmestrom von der warmen zur kühleren Seite kann nicht verhindert werden. Er lässt sich nur mit entsprechenden Baustoffen verlangsamen.

 

Damit die Wärme nicht zu schnell durch die Bauteile nach außen strömen kann, gibt das Gebäude Energie Gesetz  ( GEG ) für Bauteile durch die Wärme von beheizten Räumen zu unbeheizten Räumen, zur Außenluft oder Erdreich hindurchströmt mit dem U-Wert vor, wie viel Wärmemenge maximal durchgeleitet werden darf.

Das Gebäude Energie Gesetz löste am 1. November 2020 die Energieeinsparverordnung ab. Die U-Wert Vorgaben sind jedoch gleich geblieben.

 

Diese U-Werte, des Gebäude Energie Gesetz, sind die Mindestanforderungen an ein Bauteil die erfüllt werden müssen.

 

Diese Bauteile sind: Bodenplatten, Decken zu unbeheizten Räumen z. B. Kellerdecke, Haustüren, Fenster, Außenwände, Wände zu unbeheizten Räumen, Dächer, Flachdächer, Seitenwände von Dachgauben.

 

Diese wärmeübertragende Umfassungsfläche wird als Systemgrenze bezeichnet.

 

Dies gilt aber nur für Bauteile von Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden die über 4 Monate im Jahr und über 19 °C beheizt werden.

 

Deswegen wird der Keller bei den meisten Gebäuden nicht mitgerechnet.

 

Für Denkmalgeschützte Gebäude gibt es Ausnahmen.

 

Wer Zuschüsse oder Darlehen von der KFW Bank in Anspruch nehmen will muss die deutlich höheren U-Wert Anforderungen der KFW Bank erfüllen.

 

 

Was sagt der U-Wert aus?

 

 

Als Beispiel nehmen wir mal den U-Wert vom Dach. U-Wert Dach = 0,24 W/m²K

 

In vielen Videos oder Erklärungen wird behauptet der U-Wert gibt an ob ein Bauteil gut oder Schlecht gedämmt ist. Für Fachleute mag dies stimmen, die können die Werte einschätzen aber auch hier ist es Ansichtssache wo hört gut auf und wo fängt mittelmäßig oder schlecht an. Laien können mit den Werten nicht viel anfangen.

 

Die Bezeichnung ist nicht gut, mittelmäßig oder schlecht gedämmt sondern W/m²K.

 

W = Watt. Watt steht für Leistung in einer Zeit. Das kennen wir von einer Glühbirne wo z.B. draufsteht 40 W oder 60 W. Wir wissen 60 W ist heller als 40 W da fliesen 20 W mehr Leistung. Hier sind es Watt pro Stunde

 

Die Zeiteinheit beim U-Wert ist Watt pro Sekunde.

 

In dem Fall ist das die entweichende Wärmeleistung, die durch die Wärmeleitung, im Material pro Sekunde entsteht.

m² = 1 Quadratmeter Bauteilfläche

 

k = Kelvin 1 Kelvin entspricht ein 1°C. In der Bauphysik wird die Bezeichnung Kelvin angewendet und nicht Grad Celsius.

 

Bildlich lässt sich das an einem Beispiel von einem Dachaufbau so darstellen.

 

 

 

Jetzt haben wir zum Beispiel den U-Wert von einer Außenwand von 0,6 W/m²K. (Baujahr 1985)

 

Dies bedeutet die entweichende Wärmeleistung durch die Wärmeleitung beträgt 0,6 Watt pro Sekunde bei 1 Quadratmeter Bauteilfläche bei einem Temperaturunterschied von 1 °C.

 

Bei einer Außenwandfläche von 168 m² würden 100,8 W pro Sekunde (0,6 W/m²K mal 168 m²) bei einem Temperaturunterschied von 1 °C geleitet.

 

Nehmen wir mal an im Gebäude besteht eine Raumtemperatur von 22 °C. Der Außentemperaturverlauf schwankt zwischen Nachts und Nachmittags um einige Grade. Durchschnittlich wäre eine Außentemperatur von 9 °C.

Damit hätten wir ein Temperaturunterschied von 13 °C.

 

 

Würde jetzt ein  Temperaturunterschied 13 °C betragen, ( Innen 22 °C, außen 9 °C) würde pro Sekunde ( 100,8 W mal 13 K) 1310 Watt geleitet. 1310 Ws = 1,31 kWh. Das entspricht 0,13 L Heizöl  ( Heizwert 10,08 KWh pro Liter) in der Stunde mal 24 = 3,12 L Heizöl am Tag

 

 

Bei einem U-Wert von 0,24 W/m²K ( Baujahr 2016) würde Wärmeleistung 524 Watt/s betragen. ( 0,24 mal 168 mal 13 = 524). 524 Ws = 0,524 kWh mal 24 = 12,58 KWh das entspricht 1,25 L Heizöl am Tag

 

 

Somit kann an der Zahl des U-Wertes erkannt werden je geringer der U-Wert desto geringer die Wärmeleitung.

 

 Zusammengefasst

 

Der U-Wert gibt an, wie hoch ist die Wärmeleitung in Watt durch 1m² Bauteilfläche in einer Sekunde bei einem Grad Temperaturunterschied.

Beispiel: 0,24 W/m²k = 0,24 Watt in einer Sekunde durch 1m² bei einem Kelvin (Grad) Temperaturunterschied.

 

Das ist gleichzeitig die Wärmemenge die benötigt wird um die Temperatur auf einer Seite gleichmäßig zu halten.

 

Die U-Werte der Bauteilflächen werden auch mit zur Berechnung des Heizwärmebedarf für ein Gebäude benötigt.

 

Der U-Wert bedeuten im eigentlichem: Wieviel Wärme muss auf der Rauminnenseite erzeugt werden, um die Wärmeverluste durch Wärmeleitung durch das Bauteil nach Außen wieder auszugleichen um eine gleichmäßige Rauminnentemperaturen zu haben.

 

 

Welche Werte sind für den U-Wert maßgebend?

 

 

Dazu sind die Wiederstände der Baustoffschichten entscheident die dem Wärmedurchgang verzögern und die Wärmeübergangswiederstände die beim Wärmeübergang und Wärmeabgabe vorhanden sind.

 

Wiederstände in der Wärmeberechnung sind mit dem Formelzeichen R gekennzeichnet.

 

Um den Wiederstand eines Baustoffes auszurechnen brauchen wie die Materialdicke und die Wärmeleitfähigkeit des Materials.

 

 

 

Wärmeleitfähigkeit

 

 

Den Wärmestrom durch die Bauteile kann man nicht verhindern, sondern nur verlangsamen. Das erreichen wir mit Materialien die eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

 

Die Wärmeleitfähigkeit ist die Eigenschaft des Materials die Wärme in sich von der wärmeren zur kälteren Seite weiter zu leiten

 

Die Wärmeleitfähigkeit hat die Bezeichnung λ (lambda) und die Einheit ist W/(mK) und ist in den technischen Daten angegeben oder kann aus Baustofftabellen entnommen werden z. B. λ 0,038.

 

Im technischem Datenblatt steht zum Beispiel: Nennwert Wärmeleitfähigkeit λ 0,036,

Bemessungswert Wärmeleitfähigkeit λ 0,038

Auf den Etiketten ist meistens nur einer der beiden Werte angegeben.

 

Der Nennwert ist der Wert mit dem Dämmstoffhersteller ihr Produkt kennzeichnen dürfen wenn mindestens 90% der Produktionsmenge diesen Wert erreicht.

 

Für die Berechnung muss immer der Bemessungswert genommen werden. Er enthält ein Zuschlag vom Nennwert.

 

Es kann auch die Bezeichnung Wärmeleitgruppe oder Wärmeleitstufe angegeben sein.

Die alte Kennzeichnung war die Wärmeleitgruppe (WLG) und ist in 5 er schritten angegeben. So gehörte 032 zur WLG 035.

Die neue Kennzeichnung ist Wärmeleitstufe (WLS) z.B. 032 entspricht λ = 0,032 W/mK)

 

 

Um sich unter dem Wert etwas Vorstellen zu können, sehen wir uns mal zum Vergleich die Werte verschiedener Materialien an.

 

Aluminium 200      Stahl 50       Edelstahl 17

 

Beton bewehrt 2,50      Hochlochziegel 600 kg/m³ 0,280      Porenbeton 600 Kg/m³ 0,19

 

Zementputz 1,60        Gipsputz 0,51      Gipskartonplatte 0,25      Fichteholz 0,13        Wasser 0,64

 

Luft ruhend 0,025       Edelgas Argon 0,017      Edelgas Krypton 0,01      

 

Mineralwolldämmung 0,032 - 0,40      EPS Dämmung 032 - 0,42    Holzfaserdämmung  0,39

 

PU- Dämmung 0,023 - 0,028       Zellulosedämmung 0,039

 

Materialien die ein Wärmeleitwert unter 0,1 W/mK haben gelten als Dämmstoffe.

 

Fichtenholz hat eine WLS von 0,13 und gehört somit nicht zu den Dämmstoffen. Im Vergleich zur Mineralwolle 035 hat der Sparren ein 3,7 mal höhere Wärmeleiteigenschaft. Somit zählt ein Sparren als Wärmebrücke.

 

Muss ein Gewindestab im Mauerwerk verankert werden um etwas zu befestigen und ist dieser aus Edelstahl (17), so wird ca. 3 mal weniger Wärmeenergie geleitet als wenn dieser aus Stahl (50) besteht.

 

 Luft ruhend hat mit 0,025 eine geringe Wärmeleitfähigkeit. In früheren Isolierglasscheiben war deshalb eingeschlossene Luft. Inzwischen wird der Zwischenraum mit Edelgas befüllt das noch einen geringeren Wärmeleitfähigkeit besitzt.

 

Wasser hat mit 0,64 einen 20 fach höheren Wärmeleitwert als z.B. Mineralwolle mit 032. Dies bedeutet das wenn Dämmstoffe feucht werden sie die Wärme erheblich leiten statt zu dämmen.

Deshalb ist eine sorgfältig angebrachte Dampfbremse unausweichlich.

 

 

Zusammengefasst

 

Der Lambda Wert gibt die Wärmeleitfähigkeit eines Materials an in Watt pro Sekunde bei einem Meter Dicke und einem Kelvin Temperaturunterschied.

 

Materialien unter λ 0,1 gelten als Dämmstoffe.

 

Für die Berechnung darf nur der Bemessungswert verwendet werden und nicht der Nennwert.

 

 

 

 

Die Wärmeübergangswiderstände

 

 

Vor einer Bauteiloberfläche (z. B. Wandfläche) besteht eine Luftschicht die einen Widerstand bildet beim Wärmeübergang der Raumluft in das Bauteil und, auf der anderen Seite, vom Bauteil die Wärmeabgabe zur kühleren Luft. Hierbei handelt es sich um den Einfluss von Strahlung und Konvektion vor der Bauteiloberfläche.

 

 

Dieser Wärmeübergangswiderstand wird mit Rsi und Rse bezeichnet

Dabei wird die Bezeichnung an der Innenseite Rsi und ander Außenseite Rse verwendet.

 

 

 

Je nach Wärmestrom ( aufwärts, horizontal oder abwärts) sind unterschiedliche Wert festgelegt.

  

Bildlich lassen sich die notwendigen Werte an einer verputzten Ziegelaußenwand so darstellen.

 

 

U-Wert ausrechnen

 

 

 

Die Formel kann unterschiedlich aussehen

 

U =

1

=

1

RT

Rsi

d1

d2

d3

Rse

+

+

+

+

+

λ1

λ2

λ3

...

U =

1

1

R1

R2

1

+

+

+

+

hi

...

he

U =

1

Rsi

R1

R2

Res

+

+

+

+

...

R =

d

Dicke in Meter

Rsi =

1

Res =

1

λ

Wärmeleitfähigkeit

hi

he

 

 

 

Da steht Rsi und Rse. Das sind die Wärmeübergangswiderstände innen und außen. Oder je nach Formel hi und he, das sind Wärmeübergangszahlen.

 Für die Richtung des Wärmestroms werden unterschiedliche Rechenwerte eingesetzt.

 Wärmeübergangszahlen

 

	Richtung des Wärmestroms
	aufwärts	horizontal	abwärts
hi	10	8	6
he	23	23	23

 

Der Wärmeübergangswiderstand ergibt sich wenn 1 geteilt wird durch die Wärmeübergangszahl

 

Auch hier gilt hi für innen und he für außen.

 

Beispiel: 1 geteilt durch he 23 = Rse 0.043

 

Wärmeübergangswiderstände

 

	Richtung des Wärmestroms
	aufwärts	horizontal	abwärts
Rsi	0,10	0,125	0,167
Rse	0,043	0,043	0,043

 

 

 

Das d ist die Materialdicke. d₁, d₂ steht für die die einzelnen Schichten.

 

λ Lamda ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials.

 

Der R Wert wird aus d / λ errechnet. Er gibt den Widerstand des Wärmeflusses vom Materials an. Je höher der Wert um so weniger Wärme wird geleitet.

 

Der R_T Wert ist der zusammengezählte R Wert der einzelnen Bauteilschichten mit den Wärmeübergangswiderständen.

 

Es muss immer zuerst der Wärmewiderstand R ausgerechnet werden. Danach wird R_T ausgerechnet indem alle R- Werte zusammen zählen.

 

Teilen wir 1 durch RT, erhalten wir den U-Wert.

 

 

Zuerst werden die einzelnen Bauteilschichten und Übergangswiederstände untereinander geschrieben. Beginnend von Innen.

 

Bauteilschicht

Wärmeübergangwi. innen

Gipsputz

Hochlochziegel 600 Kg/m³

Zementputz

Wärmeübergangswi. Außen

 

 

 

Danach schreiben wir die Dicke in Metern dahinter.

 

Bauteilschicht	Dicke in m
Wärmeübergangwi. innen
Gipsputz	0,015
Hochlochziegel 600 Kg/m³	0,36
Zementputz	0,015
Wärmeübergangswi. Außen

 

 

 Anschließend schreiben wir die Wärmeleitfähigkeit dahinter.

 

Bauteilschicht	Dicke in m	λ
Wärmeübergangwi. innen
Gipsputz	0,015	0,51
Hochlochziegel 600 Kg/m³	0,36	0,28
Zementputz	0,015	0,16
Wärmeübergangswi. Außen

 

 

 

Jetzt tragen wir nach Richtung des Wärmestroms die Wärmeübergangwiderstände ein.

 

Bauteilschicht	Dicke in m	λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	horizontal		0,125
Gipsputz	0,015	0,51
Hochlochziegel 600 Kg/m³	0,36	0,28
Zementputz	0,015	0,16
Wärmeübergangswi. Außen	horizontal		0,043

 

 

 

Jetzt rechnen wir R aus, indem wir die Dicke durch die Wärmeleitfähigkeit teilen.

R =		d
		λ

 

Mit drei Stellen nach dem Komma eintragen.

 

Bauteilschicht	Dicke in m	λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	horizontal		0,125
Gipsputz	0,015	0,51	0,029
Hochlochziegel 600 Kg/m³	0,36	0,28	1,286
Zementputz	0,015	0,16	0,094
Wärmeübergangswi. Außen	horizontal		0,043

 

 

 

Zählen wir alle R- Werte zusammen, erhalten man den R_T – Wert.

 

Bauteilschicht	Dicke in m	λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	horizontal		0,125
Gipsputz	0,015	0,51	0,029
Hochlochziegel 600 Kg/m³	0,36	0,28	1,286
Zementputz	0,015	0,16	0,094
Wärmeübergangswi. Außen	horizontal		0,043
RT			1,577

 

Nun brauchen wir nur noch 1 durch den R_T–Wert teilen und haben den U-Wert

1 / 1,577 = 0,63411... U-Wert = 0,634 W/m²K

 

 

 

 

 

 

Bauteilschicht	Dicke in m	λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	horizontal		0,125
Gipsputz	0,015	0,51	0,029
Hochlochziegel 600 Kg/m³	0,36	0,28	1,286
EPS Hartschaum Dämmung	0,12	0,035	3,429
Zementputz	0,015	0,16	0,094
Wärmeübergangswi. Außen	horizontal		0,043
RT =			5,006

 

 

 

1 / 5,006 = 0,19976.... U-Wert = 0,200 W/m²K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bauteilschicht

Dicke in m

λ

R

Wärmeübergangswi. Innen	abwärts		0,167
Parkett	0,020	0,200	0,100
Zementestrich	0,050	1,400	0,036
Trittschalldämmung	0,030	0,040	0,750
EPS Dämmung	0,100	0,035	2,857
Betondecke	0,200	2,500	0,080
Wärmeübergangswi. Außen	abwärts		0,043
RT =			4,033

 

 

 

1 / 4,033 = 0,24795.... U-Wert = 0,248 W/m²K

 

 

 

 

 

Bauteilschicht	Dicke in m		λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	Kein
Fliesen	0,020
Heizestrich	0,065
Trittschalldämmung	0,030		0,040	0,750
EPS Dämmung	0,1		0,035	2,857
Betondecke	0,200		2,500	0,080
Wärmeübergangswi. Außen	abwärts			0,043
RT =				3,730
U-Wert = 1 / RT =	1	/	3,730	0,27

 

 

 

Bauteilschicht	Dicke in m		λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	Kein
Fliesen	0,020
Heizestrich	0,065
Trittschalldämmung	0,030		0,040	0,750
PU Dämmung	0,100		0,028	3,571
Bodenplatte	0,200		2,500	0,080
Wärmeübergangswi. Außen	Kein
RT				4,401
U-Wert = 1 / RT =	1	/	4,401	0,227

 

 

 

 

 

 

U-Wert Dach ausrechnen

 

 

 

Um nun den U-Wert für ein Dach auszurechnen gehen wir folgender Maßen vor.

Beispiel:

Messen Sie die Länge des Dachraums innen von Giebel zu Giebel.

 

 

Dachlänge innen = 11,76 m

 

Messen Sie die Breite der Sparren

 

Sparrenbreite = 8 cm

 

Anzahl der Sparren = 17 St.

 

Jetzt wird der Anteil in % vom Sparren und zwischen den Sparren ausgerechnet.

 

Anteil Sparren 17 Stück x 8 cm = 136 cm = 1,36 m 100 % / 11,76 = 8,503 x 1,36 m = 11,56 %

 

Anteil Zwischensp. 11,76 m – 1,36 m = 10,4 m 8,503 x 10,4 m = 88,44 %

 

 

 

 

U-Wert Zwischensparren ausrechnen

 

Bauteilschicht	Dicke in m		λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	aufwärts			0,100
Gipskartonplatte	0,013		0,250	0,050
Luftschicht	0,030			0,160
Dampfbremse
Holzfaserflex- Dämmung	0,18		0,038	4,737
Unterdeckplatte	0,028		0,046	0,609
Wärmeübergangswi. Außen	aufwärts			0,043
RT				5,599
U-Wert = 1 / RT =	1	/	5,599	0,179

 

 U-Wert Sparren ausrechnen

 

 

Bauteilschicht	Dicke in m		λ	R
Wärmeübergangswi. Innen	aufwärts			0,10
Gipskartonplatte	0,013		0,250	0,050
Luftschicht	0,030			0,16
Dampfbremse
Sparren	0,18		0,130	1,385
Unterdeckplatte	0,028		0,046	0,609
Wärmeübergangswi. Außen	aufwärts			0,043
RT				2,246
U-Wert = 1 / RT =	1	/	2,246	0,445

 

 

Mittlerer U-Wert ausrechnen

 

Flächenanteil Sparrenbereich = 11,56 % mal U-Wert 0,445 = 0,1156 x 0,0445 = 0,051

 

Flächenanteil Zwischensparren = 88,44 % mal U-Wert 0,179 = 0,8844 x 0,179 = 0,158

 

U-Wert Dach = 0,21 W/m²K