Wärmeleitkoeffizient

Der Wärmeleitkoeffizient ist Kern des Gebäudeenergiegesetzes

Beim Hausbau, bei Renovierungen und bei der Altbausanierung gehört der Begriff Wärmeleitkoeffizient inzwischen zum täglichen Sprachgebrauch. Die von der Bundesregierung erlassene Energieeinsparverordnung (EnEV), inzwischen durch das Gebäudeenergiegesetz (GEG) ersetzt, hat den Wärmeleitkoeffizienten ins Zentrum des Interesses gerückt. Diesem Gesetz folgend muss jedes Gebäude bestimmte energiesparende Eigenschaften erfüllen, um gemäß des GEG energieeffizient zu sein.

Definition Wärmeleitkoeffizient

Physiker beschreiben mit diesem Begriff die Wärmeleitfähigkeit eines Materials wie Beton, Holz etc. über einen berechenbaren Wert. Jeder Stoff und jedes Material besitzen eine natürlich gegebene Leitfähigkeit für Strom und Wärme. Einige Materialien sind besonders gut wärmeleitend. Ingenieure setzen diese deshalb bevorzugt dort ein, wo der Wärmetransport unter möglichst geringen Verlusten erfolgen muss. Dazu gehören Geräte und Installationen wie:

• Heizungsanlagen
• Wärmespeicher
• Durchlauferhitzer
• Heißwasseraufbereiter, speziell bei Solarenergieanwendungen
• Kaminöfen
• Poolheizungen

Andere Materialien wie Styropor oder Mineralwolle sind hingegen weniger gut wärmeleitend. Die Bauindustrie macht sich diese Eigenschaft zunutze und nutzt Stoffe mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit für die Dämmung. Einer der besten Dämmstoffe ist Holz. Lassen Sie bei einem Holzhaus die Außenwand aus mindestens 70 mm starken Bohlen fertigen, können Sie generell auf eine weitere Wärmedämmung verzichten. Als Baustoff mit einer niedrigen Wärmeleitung wird Holz ab dieser Materialstärke den Vorgaben des GEG mehr als gerecht.

Übrigens: Die Baubranche nutzt als Synonym für den Wärmeleitkoeffizienten häufig den Begriff Wärmeleitzahl.

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Wärmeleitkoeffizient eines Stoffes messen

Um die Wärmeleitzahl eines Materials ermitteln zu können, messen Forscher und Ingenieure die Menge der Wärme, die ein Stoff transportiert. Das Ergebnis ist der sogenannte Wärmestrom. Je mehr Wärme ein Stoff in einer vorgegebenen Zeit leitet, desto höher ist der Wärmestrom.

Um mit diesem Verfahren die Wärmeleitfähigkeit eines Materials ermitteln zu können, messen Experten die Temperaturdifferenz. Dazu erhitzen sie eine Materialprobe bei einer Umgebungstemperatur von 0 °C einseitig auf 100 °C. Temperatursensoren messen anschließend auf der gegenüberliegenden Seite dieses Materials den Temperaturanstieg und damit den Temperaturunterschied im Vergleich zum Beginn des Versuchs.

Im Regelfall nutzen Ingenieure hierzu ein Becken. Dieses teilen sie mittig durch eine glatte Wand aus dem zu testenden Stoff. Auf einer Seite des Beckens erhitzen sie anschließend die Flüssigkeit auf eine festgelegte Temperatur. Nach einer bestimmten Zeitspanne messen sie den Temperaturunterschied der beiden Flüssigkeiten und ermitteln so den Wärmeleitkoeffizienten.

Um beim Beispiel Holz zu bleiben: Bei einer Holzbohle mit 70 mm Stärke und darüber beträgt die Temperatur auf der Messseite weiterhin 0 °C. Es gibt also keinen Wärmestrom durch das gesamte Material, weshalb der Temperaturunterschied 0 °C beträgt. Somit ist Holz ein Dämmstoff mit exzellenter Dämmwirkung, ähnlich wie:

• Holzwolle
• Mineralwolle
• Glaswolle
• EPS (Expandierter Polystyrol-Hartschaum)
• PUR (Polyurethan-Hartschaum)
• Korkplatten
• Hanf
• Stroh
• Kokosfasern
• Styropor
• Schaumstoffplatten

Deshalb ist die Wärmeleitfähigkeit wichtig

Die Wärmeleitfähigkeit der beim Bau verwendeten Materialien unterscheidet sich teils enorm. Schon beim Vergleich der Wärmeleitkoeffizienten von Leichtbeton (0,22 W/(mK)) sowie Normalbeton (2,1 W/(mK)) wird dies deutlich. Extrem gravierende Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit weist beispielsweise der Vergleich von Stahl (50 W/(mK)) mit Holz (0,13 W/(mK)) auf.

Für alle gängigen Stoffe, die beim Hausbau zum Einsatz kommen, existieren Tabellen mit dem jeweiligen Wärmeleitkoeffizienten. Auf Basis dieser Informationen ermittelt ein Energieberater oder Architekt die Energieeffizienz eines Gebäudes.

Mit dem Wärmeleitkoeffizienten die Energieeffizienz von Häusern berechnen

Um die gesetzlichen Vorgaben des GEG zu erfüllen und Fördergelder oder besonders günstige Kredite von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) oder der Landesregierung zu erhalten, müssen Sie die Energieeffizienz Ihres Hauses nachweisen. Dazu gibt es den Energieausweis: Er beinhaltet den sogenannten U-Wert, der aussagt, wie energieeffizient Ihr Haus ist.

Hierzu ist es notwendig, für das Gebäude diesen Wert zu ermitteln. Ein Energieberater oder Architekt vermisst das Gebäude, um die Gesamtoberfläche außen inklusive Dachfläche, Vorbauten, Anbauten, Fenster, Türen, Dachfenster und Erker oder Gauben zu berechnen.

Anschließend trägt der Vermessende für alle verwendeten Bauteile deren Fläche und die jeweiligen Wärmeleitfähigkeiten in eine Formel ein, um den geforderten U-Wert zu errechnen.

Wichtig für die Einzelberechnung der verschiedenen Bauteile ist deren Wärmedurchlasswiderstand (R). Diesen Widerstand ermittelt der Experte, indem er die Stärke (d) eines jeweiligen Bauteils durch die Wärmeleitfähigkeit (λ) des verwendeten Stoffes dividiert.

Daraus resultiert folgende Formel: R = d/λ

Im Prinzip zerlegt er die von außen sichtbare Gesamtoberfläche eines Gebäudes in ihre Einzelteile. Auf diese Weise ergibt sich, welche Bauteile wie viele Quadratmeter einnehmen. Dazu gehören unter anderem:

• Wände aus Beton mit oder ohne Dämmung
• Wände aus Leichtbeton
• Wände aus Mauerwerk
• Wände aus Ziegel
• Wände, die zusätzlich eine hinterlüftete Fassade tragen
• Holzbohlenwände
• Fenster
• Dachschrägenfenster
• Türen aus Glas (Terrasse)
• Haustüren
• Feuerschutztüren aus Stahl (Außenzugang zum Heizungskeller)
• Dachpfannen oder andere Dachabdeckungen wie ein Gründach

Alles zusammen ergibt den U-Wert. Dieser entscheidet beispielsweise bei der KfW darüber, ob diese für einen Hausneubau oder eine Altbausanierung Zuschüsse und/oder günstige Kredite gewährt.

Wenn der U-Wert eines Gebäudes die Vorgaben nicht erfüllt

Anhand der U-Wert-Berechnung sind die Schwachstellen erkennbar, die sich durch ein paar bauliche Maßnahmen ausgleichen lassen. Oft reicht es aus, einen Dämmstoff gegen einen besseren auszutauschen oder für eine Außenwand einen Baustoff mit geringerer Wärmeleitfähigkeit zu wählen.

Als Baufamilie können Sie nach der Ermittlung des U-Wertes also entsprechend reagieren, sollte das von Ihnen geplante Haus die gesetzlichen Vorgaben nicht erfüllen. Aber auch dann, wenn es Ihr Ziel ist, ein KfW-Effizienzhaus 55 oder ein KfW-Effizienzhaus 40 Plus zu errichten, um besondere Fördergelder zu erlangen.