Der
U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient U - alte Bezeichnung >
k-Wert bzw. k-Zahl) ist ein Maß [
W/(m²K)] für den
Wärmedurchgang durch ein Bauteil. Mit dem U-Wert wird die
Leistung pro
m² eines
Bauteils angebeben, die auf einer Seite benötigt wird, um eine
Temperaturdifferenz von
1 Kelvin aufrecht zu erhalten.
Der
Wärmedurchgangskoeffizient U ist der
Kehrwert vom
Wärmedurchgangswiderstand RT [
(K·m²)/W]
Je kleiner der U-Wert ist, desto weniger Wärme wird durch ein Bauteil geleitet.
Der U-Wert beschreibt aber nur die
Wärmeleitung im
stationären Fall.
Instationäre Vorgänge (Wärme- und Feuchtetransport),
Speicherung oder
Wärmestrahlung werden dabei
nicht berücksichtigt.
Für die
Heizlastberechnung nach DIN 12831 wird der U-Wert für
mehrschichtige Bauteile notwendig. Dazu werden die
Summe der einzelnen
Wärmedurchlasswiderstände R1
ermittelt.
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]
Rges = Rsi + R1 + R2 + ... + Rn + Rsa
Rges - gesamter Wärmedurchgangswiderstand [m²K/W]
R1 .2... - Wärmedurchgangswiderstand einer Schicht [m²K/W]
Rsi - innerer Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]
Rsa - äußerer Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]
Die Werte Rsi und Rsa beschreiben die Übergangsbedingungen an den Bauteiloberflächen und sind in Tabellen für verschiedene BauteilkonsteIIationen angegeben (z. B. senkrechte Außenwand - Rsa = 0,04 m²K/W, senkrechte Innenwand - Rsa = 0,13 m²K/W, ).
U-Wert > U = 1 / Rges
Der U-Wert gilt eigentlich nur bei
stationären Bedingungen (die Außen- und Innentemperaturen ändern sich nicht). Bei
veränderlichen Bedingungen (z. B.
Temperaturänderungen, Feuchtigkeit,
Windgeschwindigkeit) beeinflussen die
Speicherfähigkeit das Verhalten des Bauteils. Deswegen streiten die Experten immer wieder über die Gültigkeit des U-Werts. Die Speichermasse des Bauteils hat aber nur sehr wenig Einfluss.
Luft hat eine sehr
gute Dämmwirkung, was aber
nur bei einer wirklich
stehenden Luftschicht (z. B. eingeschlossene
Luft in
Dämmstoffen) gilt. In
unbelüfteten Luftschichten bildet sich eine
Konvektion (
Luftströmung), die einen Ausgleich zwischen warm und kalt verursacht. Je breiter die
Luftschicht, desto größer ist die
Ausgleichsströmung.
Die
Luftschicht in einer
hinterlüfteteten Außenwand und die
äußere Bauteilschicht wird bei der Berechnung des U-Wertes
nicht mitgerechnet.
Richtwerte bei
senkrechten Luftschichten (unbelüftet): 5 mm
Luftschicht - Wärmewiderstand R
L 0,12 m²K/W, 10 mm
Luftschicht -
Wärmewiderstand R
L 0,15 m²K/W, 40 mm bis 200 mm
Luftschicht -
Wärmewiderstand R
L 0,18 m²K/W.
Die Berechnung bei
gemischten Schichten (z. B. Holzständer- und Dachkonstruktionen mit eingelegter
Dämmung) ist nicht einfach. Hier wird meistens mit
mittleren Wärmeleitzahlen gerechnet. Wenn für jeden Flächenanteil der dazugehörige U-Wert berechnet wird, ist dies ein verhältnismäßig hoher Aufwand, der meistens keinen Genauigkeitsvorteil ergibt.
Referenzausführung nach der EnEV 2014 (Wohngebäude-Neubau) |
Bauteil | |
| |
Außenwand gegen Erdreich
Bodenplatte
Wände und Decken zu unbeheizten Räumen | 0,35 |
Dach
oberste Geschossdecke
Wände zu Abseiten | 0,20 |
| 1,3 |
Dachflächenfenster | 1,4 |
Lichtkuppeln | 2,7 |
Außentüren | 1,8 |
Anforderungen nach der EnEV 2014 (Wohngebäude-Altbau) |
Bauteil | |
Außenwand - WDVS
Außenwand - Vorhangfassade
Außenwand - Kerndämmung | 0,24 |
| 0,35 |
| 0,30 |
Kellerdecke Aufdeckendämmung
Unterdeckendämmung | 0,30 |
| 0,50 |
Steildach (Zwischensparren- Untersparren- und
Aufsparrendämmung) | 0,24 |
Oberste Geschossdecke (begehbare und nicht-begehbar) | 0,24 |
Flachdach (Warmdach, Kaltdach, Umkehrdach) | 0,20 |
Fenster - normal | 1,30 |
Fenster - Nur-Verglasung | 1,10 |
Dachflächenfenster | 1,40 |
Glasvorhangfassade | 1,50 |
Glasdach/Wintergarten | 2,00 |
Fenster - Sonderverglasung | 1,60 |
Außentüren | 1,80 |
Der
U-Wert Uw (window) (alt: k
F [
Fenster-k-Wert]) eines
Fensters wird durch die Bestandteile
Verglasung,
Rahmen und
Randverbund beeinflusst. Für die Bestimmung gibt es die
DIN EN 10077. Die Werte nach dieser Norm haben sich als realistisch herausgestellt - durch die Norm werden auch
Wärmebrücken durch den
Abstandhalter der Isolierverglasung berücksichtigt.
In die
Berechnung des
Fenster-U-Wertes Uw nach
DIN EN 10077 gehen ein
- der Verglasungs-U-Wert Ug und die Fläche der Verglasung Ag
- der U-Wert des Rahmens Ur und die Projektionsfläche des Rahmens Af
- der Wärmebrückenverlustkoeffizient am Glasrand ψg (der im wesentlichen durch den Randverbund bestimmt wird) und die Länge lg des Glasrandes
- dazu kommt der Wärmebrückenverlustkoeffizient durch den Einbau des Fensters in der Außenwand ψEin und die Länge lEin des Einbaurandes.
Um sich nicht über die Eigenschaften des Fensters zu täuschen, ist es entscheidend, alle oben genannten Wärmeverluste zu berücksichtigen.
Gerade die Wärmebrücke am Rand der Verglasung spielt eine große Rolle; wenn man sie vernachlässigt, sind die Ergebnisse viel zu optimistisch.
Quelle: Fenster U-Wert - © Passivhaus Institut - Dr. Wolfgang Feist
Bei der Überlegung, was zuerst ausgetauscht bzw. erneuert werden sollte, ist es ratsam, sich die
Fenster einmal genauer anzusehen. Die
Fenster sind ein
Schwachpunkt im
Dämmkonzept eines Hauses. In den meisten Fällen
spürt man in der Nähe
älterer Fenster (Einglas-Scheibenfenster [
Uw-Wert 4,7], Verbund- und Kastenfenster [
Uw-Wert 2,4],
Fenster mit unbeschichtetem Isolierglas [
Uw-Wert 2,7],
Fenster mit Zweischeiben-Wärmedämmglas - Low-E [
Uw-Wert 1,3 bis 1,8]) einen
kühlen Luftstrom. Die
Ursache ist nicht nur eine Undichtigkeitt sondern in der Regel auch ein
schlechter U-Wert (
Uw). Dieser führt zu einen unangehmen
Kaltlufteinfall.
Vor einer energieeffizienten Sanierung der Fenster stellt sich die Frage, ob ein Glasaustausch ausreicht oder die gesamten Fenster erneuert werden solen. Hier sollte zuerst der U-Wert des Glases (Ug) geschätzt werden, um das energetische Verbesserungspotential zu bestimmen (Flammentest - Feuerzeug).
Danach muss die Eignung des Fensterrahmens, der Beschläge und des Baukörperanschlusses geprüft werden, um die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme bewerten zu können. Ein Austausch alter Einfach-Verglasungen, Floatglas aber auch Sicherheitsgläser (ESG/VSG) oder Drahtglas lohnen sich aufgrund der hohen Energieverluste immer.
Außerdem müssen Fragen der Bauphysik, Wärmebrücken und Kondensatbildung geklärt werden. Eine Wärmedämmverglasung hat einen besseren U-Wert, dadurch ist die Glasfläche in der Regel nicht mehr die kälteste Fläche des Raumes. Der Tauwasserausfall ist nun nicht mehr an der Scheibe, sondern an anderen Flächen (Fensterrahmen, Außenwand), was Bauschäden (Schimmelpilzbildung) verursachen kann.
Werden aber Schwachstellen des Baukörperanschlusses (z. B. Wärmebrücken, undichte Abdichtungen) festgestellt ist, ein Austausch der Fenster sinnvoll. Mit neuen Fenstern sind andere Abmessungen, Formen und Materialien realisierbar. Mit raumhohen Fenstern lässt sich die Ausleuchtung der Innenräume mit Tageslicht erheblich verbessern. Da die Montage komplex und aufwendig ist, sollte der Austausch nur durch qualifizierte Firmen ausgeführt werden, um Bauschäden zu vermeiden.
Moderne Wärmeschutzgläser (Fenster mit Dreischeiben-Wärmedämmglas - 2 x Low-E [Uw-Wert 0,8 bis 1,1]) in Verbindung mit einem dichten Fensterrahmen bieten nicht nur sehr gute Dämmeigenschaften, sondern auch einen guten Schallschutz. Bei dem Wärmeschutzglas ist eine hauchdünne Edelmetallschicht auf einer oder zwei der Innenseiten der Scheiben aufgedampft. Diese ist unsichtbar, reflektiert aber Wärmestrahlen und lässt Lichtstrahlen durch. Der Scheibenzwischenraum ist in der Regel zusätzlich mit einem Edelgas (z. B. Argon) gefüllt.
Die Fensterrahmen werden aus hocheffizienten Materialien gefertigt und besitzen daher gute Dämmeigenschaften. Holzrahmen sind sehr langlebig, müssen aber regelmäßig gestrichen werden, PVC-Rahmen sind günstiger und pflegeleichter, Aluminiumrahmen sind zwar am teuersten, aber auch besonders langlebig. Ein moderner Fensterrahmen sollte immer mit Mehrkammerprofilen ausgestattet sein.
Fenster sollten die folgenden Voraussetzungen erfüllen:
- Gute Wärmedämmung (niedriger U-Wert - EnEV höchstens 1,3)
- Energiedurchlass (Je höher der g-Wert, desto mehr Sonnenenergie kommt durch)
- Angemessener Sonnenschutz
- Ausreichender Schallschutz
- Einbruchssicher (Mindestens RC2)
Bei einem
Fensteraustausch verbessert sich die
Luftdichtheit der
Gebäudehülle und es erhöht sich aber auch
Raumluftfeuchte. Dies kann in den
Anschlussbereichen des
Fensters zu dem Baukörper aufgrund von
Wärmebrückeneffekten zu
Tauwasser- oder
Schimmelpilzbildung führen. Hier reicht nicht nur das
richtige Lüften, es müssen zusätzliche flankierende
bauliche Maßnahmen bei dem
Fenstereinbau erfolgen.