Wärmeübergangskoeffizient U: Erklärung, Funktionsweise

Viele Menschen fragen mich, was der Wärmeübergangskoeffizient U, der Wärmewiderstand R oder der Wärmeleitkoeffizient λ sind. Heute konzentriere ich mich auf den Wärmeübergangskoeffizienten und versuche, ihn so gut wie möglich zu erklären.

Der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U beschreibt ein Modell, bei dem es im Inneren des Gebäudes warm ist, zum Beispiel 20°C, und draußen kalt, zum Beispiel -5°C. Zwischen dem Inneren und dem Äußeren befindet sich die Außenwand des Gebäudes. Der Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außentemperatur wird als Temperaturdifferenz bezeichnet, die im Wesentlichen einen Widerstand gegen den Wärmefluss nach außen darstellt.

Die Überwachung des Werts des Wärmeübergangskoeffizienten U ist einfach und logisch: Wenn der Wert von U hoch ist, ist der Energieverbrauch für Heizung ebenfalls hoch. Wenn der Wert von U niedrig ist, ist auch der Energieverbrauch für Heizung niedrig.

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Um den niedrigstmöglichen Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U zu erreichen, muss der Wärmewiderstand R der Gebäudehülle erhöht werden – dadurch sinkt der Energieverbrauch. Dies erreichen wir, indem wir eine Schicht Isolierung auf die Fassade aufbringen oder indem wir direkt beim Bau Materialien mit besseren Isolierfähigkeiten verwenden. Dieses Modell hat jedoch einen Haken – das sogenannte „hyperbolische Problem“. Denn, wie wir wissen, ist der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U eine mathematische Formel. Bei der Dämmung eines Gebäudes gilt nicht, dass eine Verdopplung der Dämmung den Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U um die Hälfte reduziert. Mathematisch gesehen kommt es so.

Was ist also der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten wirklich?

Es handelt sich um den Wärmeübergangskoeffizienten, also um das Maß des Wärmeübergangs von Luft im Raum durch die Wand zur Außenluft basierend auf dem Temperaturunterschied der Luft. Der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U stellt den umgekehrten Wert des Widerstands des Wärmeübergangs R dar. Dieser Wärmeübergangswiderstand der Wand setzt sich aus den Übergangswiderständen für das Innen- und Außentemperaturumfeld zusammen. Natürlich unterliegt dies den DIN-Normen und wird als „konstant“ bezeichnet. Die Wand besteht also aus einzelnen Schichten von Baumaterialien, die durch ihre Dicke und Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet sind. Die meisten Gebäude ohne Wärmedämmung haben einen Wert von U von 1,2.

Eng verbunden mit dem Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U ist auch der Wert von lambda (λ), der die Wärmeleitfähigkeit beschreibt. Metall leitet Wärme besser als Holz. Baumaterialien haben sehr unterschiedliche lambda-Werte – Beton, der massiv ist, hat eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit von λ = 2,3 W/mK, und ist daher für die Dämmung ungeeignet. Der Wert von λ für EPS oder Polystyrol hat sich im Laufe der Jahre von 0,040 über 0,035 und 0,032 auf 0,028 W/mK entwickelt.

In Laboren wird der Wert von λ (als bauphysikalische Größe) unter konstanten Bedingungen gemessen – in einer sogenannten Plattenkammer. Der Wärmefluss zwischen einer heißen und einer kalten Platte wird gemessen – und natürlich werden die umgebenden Bedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit konstant gehalten, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.

Regen, Wind und Sonne schaffen täglich wechselnde Bedingungen, die die Gebäudehülle beeinflussen. Und mehr noch, die Bewohner des Gebäudes atmen, duschen und kochen. Wir müssen auch den Einfluss des Wechsels von Tag und Nacht sowie der Jahreszeiten berücksichtigen. Dass der Wert, der unter standardisierten Bedingungen und konstanten Berechnungswerten gemessen wurde, ein ungenaues Bild des Gesamtzustands darstellt, wurde nicht nur in der Studie von Ray Galvin detailliert aufgezeigt.

Es wurde festgestellt, dass die Energieeinsparungen – im Durchschnitt 40-50% – geringer sind, als die offizielle Simulationssoftware berechnet hat.

Besorgniserregend ist jedoch, dass trotz dieser Datenquelle immer noch ausschließlich auf Dämmung gesetzt wird. Acht Zentimeter sind Vergangenheit – die Norm beträgt 16 Zentimeter und es wird auf 30 Zentimeter gedrängt. Und das trotz des „hyperbolischen Problems“ und der bautechnischen Effekte, die nicht dauerhaft absehbar sind.

Bereits 2009 wurde in der schwedischen Stadt Botyrka ein Projekt unter der Aufsicht eines unabhängigen Instituts durchgeführt. Auf die bestehende Fassadenwand des Gebäudes wurde eine termokeramische Membran aufgetragen.

Messungen, die von einem der größten Beratungsunternehmen im Energiesektor in Schweden durchgeführt wurden, zeigten eine 15%-ige und mehr Einsparung von Energie im Vergleich zu unbehandelten Fassaden. Wir sprechen hier von großen Gebäuden und daher können wir mit minimaler Streuung mit statistisch sicheren Ergebnissen rechnen. Wir sprechen hier von einer nur 0,3 mm dicken keramischen Beschichtung, die als Farbe direkt auf die Fassade des Gebäudes aufgetragen wurde.

Ein weiteres Beispiel kommt aus der österreichischen Stadt Kapfenberg. Im Jahr 2011 wurde auf dieses Gebäude eine ClimateCoating ThermoProtect-Beschichtung aufgebracht. Energieeinsparungen von 10% sind bei diesem Gebäude nicht besonders hoch, aber die Investition selbst war auch nicht teuer. Die Wärmedämmung dieses Gebäudes hätte etwa 500.000 € gekostet. Die professionelle Anwendung der ClimateCoating-Beschichtung kostete jedoch nicht einmal ein Drittel dieses Betrags. Auf das Gebäude in der Stadt Jonava in Litauen wurde eine ClimateCoating ThermoProtect-Beschichtung auf die Fassaden aufgebracht, was zu einer Energieeinsparung von mehr als 14% führte.

Die Energieeinsparungen, die durch die zusätzliche Außendämmung von Gebäuden erreicht werden, variieren stark je nach Anbieter und anderen Umständen. Das deutsche Internetportal zur Energieeinsparung „Heizspiegel“ gibt ein Potenzial der Energieeinsparung von nur 12% an. Quellen aus der Isoliermittelindustrie sprechen von 20% und mehr.

Der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U erklärt nicht, was in diesen Gebäuden passiert. Obwohl beim termokeramischen Membransystem mit nur 0,3 mm Dicke anscheinend keine Verbesserung des Wertes U erzielt wurde, wie es in der Zukunft von der Gesetzgebung verlangt wird, gab es nachweislich eine Energieeinsparung.

Vielleicht hilft uns diese Antwort: Der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U ist ein Berechnungsmodell, das aus Laborwerten entsteht. Wind, Feuchtigkeit und auch Sonne werden hier nicht berücksichtigt. Der Wert U ist ein Instrument zur Klassifizierung von Systemen für externe Wärmedämmungen – nicht mehr und nicht weniger. Aber eine termokeramische Membran ist keine Isolierung – sie ist etwas ganz anderes. Sie funktioniert nicht wie eine „Isolierung“, sondern verändert die Eigenschaften der Außenschale eines Gebäudes. Eine termokeramische Membran beeinflusst direkt die Feuchtigkeit, die sich in der äußeren Hülle des Gebäudes befindet. Sie nutzt die Solarenergie, die auf die Gebäudehülle trifft, um die Feuchtigkeit zu reduzieren und zu temperieren, und verteilt die Wärme gleichmäßig auf der Oberfläche des Gebäudes. Dies wurde durch praktische Studien in ganz Europa nachgewiesen.

Wenn wir die erhebliche Dicke des 30 cm dicken Isoliermaterials mit der ClimateCoating-Fassadenbeschichtung von 0,3 mm vergleichen, ergibt sich ein Verhältnis von 1:1000. Nach der Theorie würde der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten U mit null Effekt betragen. Aber trotz vieler empirischer Beispiele aus der Praxis mit bemerkenswerten Energieeinsparungen, die Beachtung verdienen.

Dank ausreichender Daten konnte kürzlich eine Methode entwickelt werden, die Berechnung der Energieeinsparungen durch die ClimateCoating-Beschichtung in gängigen, gesetzlich festgelegten Programmen zu ermöglichen. Es genügt, den Berechnungsfaktor „FTS“ in die Formel des Wärmeübergangskoeffizienten U einzufügen, der von Wissenschaftlern entsprechend angepasst wurde. Es handelt sich um Kombinationen physikalischer Effekte, die durch die komplexe Wirkung der folgenden vier Elemente einen energetisch positiven Einfluss auf die Gebäudehülle haben: Dies sind Membraneffekte, Strahlung, Reflexion und Streuung.

Bei Fragen zu diesem Thema kontaktieren Sie uns bitte. Sie erhalten Informationen zu den Produkten ClimateCoating und wir beantworten alle weiteren Fragen.

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