Energie und Baudenkmal 3 Haustechnik

Der Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert)
als Mass für den stationären Wärmedurchgang
Der gesamte Widerstand R, der dem Wärmedurchgang
durch eine Konstruktion entgegengesetzt wird, ist
R = 1/U = 1/h i
+ d/λ + 1/h e
Berechnung eines opaken Bauteils (z.B. Wand) werden
folgende Angaben berücksichtigt:
– U-Wert (Wärmedämmeigenschaft der Wand)
– Heizgradtage (Berücksichtigung des generellen Klimas
an einem Standort bei einer gegebenen Innentemperatur,
ausgehend von einer fixen Heizgrenze = maximale
Aussentemperatur, bei welcher noch geheizt wird)
lll Haustechnik
Der Kehrwert dieser Widerstandssumme ist der Wärmedurchgangskoeffizient
U. Der konvektive Übergang an
der inneren und äusseren Bauteiloberfläche ist komplex,
abhängig von den physikalischen Eigenschaften der Luft,
der Art der Strömung, der Strömungsgeschwindigkeit,
der geometrischen Gestaltung, der Oberflächenbeschaffenheit
und den Abmessungen des um- oder durchströmten
Körpers. Vereinfachend wird in der Praxis mit einem
Wärmeübergangskoeffizienten gearbeitet. Der Proportionalitätsfaktor
h i resp. h e stellt den Wärmestrom dar, der
auf 1 m 2 Wandfläche je Kelvin Temperaturgefälle übergeht
(h i
= h interior
) oder umgekehrt den Wärmestrom, der
von einer Fassadenoberfläche von 1m 2 an die Aussenluft
übergeht (h e
= h exterior
).
– Fläche des Bauteils (A)
Daraus resultiert der gesamte jährliche Energieverlust
über eine Gebäudehüllfläche an diesem Standort. Dieses
Berechnungsverfahren ist relativ einfach und ermöglicht
eine rasche Abschätzung. Die Transmissionsverluste
werden wie folgt berechnet:
Qt r
= U · A x (θi – θa) · t Heizperiode
Qt i
= Transmissionsverlust
U = Wärmedurchgangskoeffizient
A = Fläche
θi – θa = Temperaturdifferenz innen – aussen
t = Heizgradtage 1
U =
1
1/h i
+ d 1
/λ 1
+ d 2
/λ 2
+ ... d n
/λ n
+ 1/h e
U = Wärmedurchgangskoeffizient [W/m 2 K]
d = Schichtdicke [m]
λ = Wärmeleitfähigkeit [W/mK]
h e = Wärmeübergang aussen [W/m 2 K]
h i = Wärmeübergang innen [W/m 2 K]
U-Wert-Anforderungen gemäss gültiger
SIA 380/1 (2009)
Der Wärmedurchgangskoeffizient U definiert den Wärmestrom,
der im stationären Zustand durch 1 m 2 eines
Bauteils senkrecht zur Oberfläche fliesst, wenn zwischen
den beidseitig angrenzenden Räumen ein Temperaturunterschied
von 1 Kelvin herrscht.
Er ist dabei abhängig von der Wärmeübertragung
von der Raumluft im Innern auf die Bauteiloberfläche
(Wärme strömung und Wärmestrahlung), der Wärmeleitung
durch den Bauteil und der Wärmeübertragung an
der Aussenoberfläche des Bauteils an die Aussenluft. Die
Wärmeübertragung von der Innenluft auf den Festkörper
wird dabei im inneren (h i
), respektive im äusseren
Wärmeübergang (h e
) zusammengefasst.
Statische Berechnungsverfahren berücksichtigen den
Energiefluss (Gewinne/Verluste) bei fixer Temperaturdifferenz,
üblicherweise einem jährlichen Durchschnittswert
der Aussentemperatur zu einer fixen gewünschten
Innentemperatur und zu festen Heizzeiten. Für die
Die einzige Variable ist damit der Wärmedurchgangskoeffizient
U. Es verwundert daher nicht, dass die nicht
mit speziellen Dämmstoffen ausgerüsteten Baudenkmäler
rechnerisch energetisch nicht gut abschneiden. In
der Realität liegt aber der effektiv gemessene Verbrauch
häufig weit unter dem berechneten Bedarf. Es stellt sich
die Frage, wodurch diese Differenz entstehen kann. Die
standardisiert berücksichtigten Parameter Nutzerverhalten
und Nutzungsbedingungen spielen eine grosse Rolle.
Wärmespeicherung und damit verbunden die solaren
Wärmegewinne werden aber ebenfalls nur reduziert
berücksichtigt (Wärmegewinne durch transparente
Bauteile).
Inhomogene Bauteile
Homogene Bauteile weisen über ihre Gesamtfläche eine
identische Materialisierung und damit auch einen gleichmässigen
Wärmefluss auf. Homogen ist eine Betonwand,
vereinfachend wird auch ein Mauerwerk, bestehend aus
Mauersteinen und Fugenmörtel, als homogen bezeichnet.
Inhomogene Bauteile sind Konstruktionen mit stabförmigen
Tragwerksteilen und hüllenden Flächenmaterialien
von unterschiedlicher Schichtdicke und mit unterschiedlichen
Wärmeleitfähigkeiten. In der Praxis werden die
U-Werte der Materialien einzeln bestimmt und anschliessend
über die Anteile gemittelt.
1) Heizgradtage HGT: An
jedem Heiztag – Tag
mit einer Tagesmitteltemperatur
von
weniger als 12 °C –
wird erhoben, um wie
viel die gemessene
Aussenlufttemperatur
von der angestrebten
Innenlufttemperatur
von 20 °C abweicht. Die
HGT werden für einen
Monat addiert und dann
durch die Anzahl Tage
dividiert. Einheit [K d/a]
Kelvin-Tage pro Jahr
Energie und Baudenkmal – Haustechnik – V1 – 2014
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