Mass für den Wärmedurchgang

Je kleiner der U-Wert ist, desto besser, weil weniger Wärme durch den Bauteil geleitet wird. Der U-Wert kann aber nur die Wärmeleitung beschreiben, und dies auch nur im stationären Fall. Instationäre Vorgänge, Speicherung oder Wärmestrahlung werden dabei nicht berücksichtigt.

Der U-Wert (früher k-Wert) ist ein Mass für den Wärmedurchgang durch einen Bauteil und wird in W/(m²K) angegeben. Mit dem U-Wert wird also ausgedrückt, welche Leistung pro m² des Bauteils auf einer Seite benötigt wird, um eine Temperaturdifferenz von 1 Kelvin aufrecht zu erhalten (Anm.: Leistung ist Energie pro Zeiteinheit. Deshalb auch: Welche Energiemenge pro Zeiteinheit durch den Bauteil fliesst).

Der U-Wert ist auch für mehrschichtige Bauteile ermittelbar. Dazu werden die einzelnen Wärmedurchlasswiderstände summiert:

R₁ = d₁ / l₁

R₁ Wärmedurchlasswiderstand der Schicht 1 [m²K/W]

d₁ Dicke der Schicht 1 [m]
l₁ Wärmeleitzahl der Schicht 1 (= spezifische Wärmeleitfähigkeit) [W/mK]

R_ges = R_si + R₁ + R₂ + ... + R_n + R_sa

R_ges  gesamter Wärmedurchgangswiderstand [m²K/W]
R₁  Wärmedurchgangswiderstand einer Schicht [m²K/W]
R_si  innerer Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]
R_sa  äußerer Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]

Die Werte R_si und R_sa beschreiben die Übergangsbedingungen an den Bauteiloberflächen und sind in Tabellen für verschiedene BauteilkonsteIIationen angegeben (zB. senkrechte nicht hinterlüftete Aussenwand: R_si + R_sa = 0,17 m²K/W).

Anmerkungen:

• Eigentlich gilt dieser Wert nur für unendlich ausgedehnte Bauteile.
• Nur thermisch wirksame Schichten dürfen mit einbezogen werden. zB darf bei einer hinterlüfteteten Aussenwand die Luftschicht und die äussere Schalung nicht mitgerechnet werden.
• Schwieriger wird die Berechnung bei gemischten Schichten, wie zB bei einer Holzständerkonstruktion mit eingelegter Dämmung. Näherungsweise wird meist mit mittleren Wärmeleitzahlen gerechnet, wie zB mit 0,05 (Dämmung mit Holzanteil) statt 0,04 (Dämmung ohne Holzanteil). Bei kreuzweiser Verlegung wird die Sache nochmals komplizierter, da dann auch diese Näherung nicht mehr sehr gut passt. Annähernd richtig wäre, wenn für jeden Flächenanteil ein zugehöriger U-Wert berechnet wird, dies ergibt aber einen verhältnismässig hohen Aufwand, der meist keinen relevanten Genauigkeitsvorteil bringt.

Gültigkeit und Rahmenbedingungen:

Der U-Wert gilt an sich nur bei stationären Bedingungen (d.h. die Temperaturen innen und aussen ändern sich nicht). Bei veränderlichen Bedingungen beeinflusst die Speicherfähigkeit das Verhalten des Bauteils. Da aber üblicherweise Erwärmungs- und Abkühlvorgänge ähnlicher Amplitude und Form abwechselnd auftreten ("symmetrische Wellen"), gleicht sich dieser Effekt aus, sodass der U-Wert durchaus auch unter realen Bedingungen zur Bewertung der thermischen Qualität eines Bauteils verwendet werden kann (und wird). Über die Grenzen dieser Betrachtung und über die Gültigkeit des U-Werts existiert seit längerem ein Streit unter sog. Experten. Sie können aber davon ausgehen, dass der U-Wert zum Vergleich der Dämmwirkung von Bauteilen sehr gut geeignet ist und die Speichermasse des Bauteils nur sehr wenig Einfluss hat.

Luft dämmt gut?
Ja, aber... nur bei wirklich stehender Luftschicht, wie z.B. die eingeschlossene Luft in Dämmstoffen. In Luftschichten bildet sich eine Konvektion (Luftströmung), die einen Ausgleich zwischen warm und kalt verursacht. Je breiter die Luftschicht, desto leichter kommt es zu so einer Ausgleichsströmung. Richtwerte bei senkrechten Luftschichten: 5mm Luftschicht hat einen Wärmewiderstand R von 0,12m²K/W, 10mm von 0,15m²K/W, 40mm bis 200mm von 0,18m²K/W. Bei noch dickeren Luftschichten nimmt die Dämmwirkung sogar wieder leicht ab.