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Hauptsächliche Kenndaten der Energieeffizienz von Baumaterialien und Konstruktionen

08.01.2023

Wollen wir darüber sorgfältig nachforschen, was die Wärmeleitfähigkeitszahl λ (Lambda), der Wärmedurchgangswiderstand R und der Wärmedurchgangswert U bedeuten.

Wärmetechnische Eigenschaften der Baumaterialien und der Konstruktionen werden mit drei wichtigsten Werten (λ, R und U) beschrieben, welche eine Wirkung auf die Energieeffizient des Gebäudes ausüben. Um richtige und den Anforderungen des Energiemanagements entsprechenden Bautechnologien zu wählen, muss man verstehen, worin die Unterschiede zwischen genannten Werten liegen und welche Eigenschaften der Konstruktion sie beschreiben.

 

Kenndaten der Energieeffizienz

 

Diese drei Parameter sind eng miteinander verbunden.  Die Wärmeleitfähigkeitszahl λ charakterisiert die Materialien und der Wärmedurchgangswiderstand R sowie der Wärmedurchgangswert U stehen im Zusammenhang mit λ und widerspiegeln die Eigenschaften der Baukonstruktionen.

 

Was bedeuten die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmedurchgangswert?

 

Die Wärmeleitfähigkeit bedeutet die Fähigkeit der Festkörper, die Wärmeenergie von Teilstücken mit höheren Temperaturen an Teilstücke mit niedrigeren Temperaturen zu übertragen. Die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Wärmemenge ermittelt, die durch jeweilige Materialstärke pro eine Zeiteinheit übertragen wird.

 

Die Wärmeileitfähigkeitszahl λ ist die Einheit, die die Fähigkeit eines 1 m starken Festkörpers beschreibt, eine Wärmemenge in Joule pro 1 Sekunde bei einer Temperaturdifferenz an gegenüberliegenden Materialoberflächen, die 1 Grad nach Kelvin oder Celsius warm sind, zu leiten; die Maßeinheit ist W/(m·K).

 

Wärmeleitfähigkeitszahl λ  

 

Meistens wird die Wärmeleitfähigkeitszahl empirisch ermittelt, indem der Wärmestrom und der Temperaturgradient des Prüfmaterials gemessen werden. Diese ist nicht nur von Materialart, sondern auch von Temperaturen, Feuchtigkeit und Dichte abhängig.

 

Durchschnittswerte für verschiedene Materialien

Materialλ, W/(m∙K)
Eisenbeton2,04
Keramische Ziegel0,75
Gasbeton0,23
Holz0,14
Mineralwolle0,043
Geschäumtes Polystyrol (Schaumstoff)0,037
Extrudiertes Polystyrol0,032
Polyisocyanurate (PIR)0,022

 

Je besser die wärmedämmenden Eigenschaften der Materialien sind, desto niedriger die Wärmeleitfähigkeitszahl λ ist. Es muss darauf hingewiesen werden, dass es mehrere Verfahren zur Ermittlung von λ-Werte existieren, nach denen sich für gleiche Materialien unter unterschiedlichen Bedingungen ungleiche Werte ergeben. 

 
Vergleichung der Wärmeleitfähigkeitszahl für Polyisocyanurate (PIR), ermittelt anhand einer Wandkonstruktion aus Sandwichpaneelen, die 100 mm dick ist 

 Wärmeleitfähigkeitszahlλ, W/(m∙K)R, (m2∙K)/WU, W/(m2∙K)
1λ0 sollwert0,01795,750,1739
2λ10, 0 sollwert0,01815,680,1761
3λ25, 0 sollwert0,01865,540,1805
4λ25, A empirisch0,0234,510,2217
5λ25, A effektivwert empirisch0,0244,330,2310
6λ25, B empirisch0,0313,380,2959
7λ10, A angemeldet0,0224,700,2128
8λ25, B sollwert0,0402,660,3759

 

Vergleichung der Wärmeleitfähigkeitszahl für Mineralwolle (W), ermittelt anhand einer Wandkonstruktion aus Sandwichpaneelen, die 150 mm dick ist 

 Wärmeleitfähigkeitszahlλ, W/(m∙K)R, (m2∙K)/WU, W/(m2∙K)
1λ0 sollwert quer0,03174,890,2045
2λ10, A sollwert quer0,03374,610,2169
3λ25, A empirisch quer0,03704,210,2375
4λ25, A empirisch längs0,03804,110,2433
5λ25, A effektivwert empirisch längs0,03904,010,2494
6λ10, B empirisch längs0,04063,850,2597
7λ10, A angemeldet längs0,04303,640,2747
8λ25, B sollwert längs0,04903,220,3106

 

  1. λ0 sollwert / λ10, A sollwert quer: theoretischer geringsmöglicher Sollwert
    PIR: absolut trocken (Feuchtigkeit 0%)
    W: Faserverlauf quer über die Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 0,5%)

  2. λ10, 0 sollwert / λ10, A sollwert quer: für ein Sandwich-Paneel, Sollwert bei 10°C
    PIR: absolut trocken (Feuchtigkeit 0%)
    W: Faserverlauf quer über die Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 0,5%)

  3. λ25, 0 sollwert / λ25, A empirisch quer: für ein Sandwich-Paneel bei 25 °С
    PIR: Sollwert in absolut trockenem Zustand (Feuchtigkeit 0%)
    W: empirisch, Faserverlauf quer über die Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 0,5%)

  4. λ25, A empirisch / λ25, A empirisch: längs über Sandwich-Paneel bei 25 °С
    PIR: Betriebsverhältnisse А (Feuchtigkeit bis 2%)
    W: Faserverlauf in der Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 0,5%)

  5. λ25, A effektivwert empirisch/ λ25, A effektivwer empirisch längs: empirischer Effektivwert, für Sandwich-Paneel bei 25 °С
    PIR: Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 2%)
    W: Faserverlauf in der Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 0,5%)

  6. λ25, B empirisch / λ10, B empirisch längs: empirischer Wert, für eine Wandkonstruktion aus Sandwichpaneelen
    PIR: bei 20°C, Betriebsverhältnisse Б (Feuchtigkeit bis 5%)
    W: bei 10°C, Faserverlauf in der Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse Б (Feuchtigkeit bis 1%)

  7. λ10, A angegeben / λ10, A angegeben längs: angegeben (geringsmöglicher Ergebnis), für eine Wandkonstruktion aus Sandwich-Paneelen bei 10 °С
    PIR: Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 2%)
    W: Faserverlauf in der Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse A (Feuchtigkeit bis 0,5%)

  8. λ25, B sollwert / λ25, B sollwert längs: Sollwert, höchstmöglicher Normwert bei 25 °С
    PIR: Betriebsverhältnisse Б (Feuchtigkeit 5%)
    W: Faserverlauf in der Richtung des Wärmestroms, Betriebsverhältnisse  Б (Feuchtigkeit 1 bis 2,5%)

 

Für eine Wandkonstruktion aus Sandwich-Paneelen ist der Wert λ25, A effektivwert empirisch von großer Bedeutung, darum ist in die Konformitätserklärung für Ruukki-Panele nur dieser Wert einzutragen. Obligatorische Anwendung des Wertes λ25, A effektivwert empirischzur Berechnung der Energieeffizienz jeweiliger Gebäude ist darauf zurückzuführen, dass genormte Bedingungen für Überprüfung der Kennwerte für Wärmeleitfähigkeit bei Temperatur 25°C und Feuchtigkeit bis 0,5% (W) oder 2% /PIR) durch die staatliche Standardnorm der Ukraine Б В.2.7-182:2009 geregelt werden. In den Mitgliedstaaten der Europäischen Union werden die Kennwerte der Wärmeleitfähigkeit üblicherweise bei 10°C ermittelt, darum müssen die in der Europäischen Union hergestellten Produkte in der Ukraine bei 25°C zusätzlich getestet werden.

 

Es muss darauf hingewiesen werden, dass es inkorrekt ist, nicht λ25, A effektivwert empirisch sondern andere λ -Werte zur Thermowiderstand-Ermittlung einer Umfassungskonstruktion in Gebrauch zu nehmen; um optimale Stärke von Sandwich-Paneelen richtig zu wählen, ist es wichtig zu verstehen, welche λ-Werte durch die Produzenten zugrunde gelegt sind. Z.B.: durch Baunorm und –richtlinie В.2.6-31:2021 werden die Mindestwerte für Wärmedurchgangswiderstand der Wärmeleitfähigkeit von Umfassungskonstruktionen der Wohn- und öffentlichen Gebäude im Temperaturbereich I wie folgt festgelegt: Rqmin=4,0 (м2∙К)/W. Falls die Wandkonstruktionen den Baunormen und –richtlinien gerecht werden müssen und der Wert  λ25, A effektivwert empirisch verwendet war, muss man die 150 mm starken Sandwich-Paneele aus Mineralwolle einsetzen. Beim Gebrauch eines „reklamierten“ Wertes λ0 sollen die Paneele, die 120 mm stark sind, den Normen gerecht werden; tatsächlich ist es nicht zutreffend. Darum ist es ganz wichtig, sowohl die λ-Zahlenwerte als auch die von Lieferanten angegebenen Kennwerte in Erwägung zu ziehen. Auf der Jagd nach Profit kann man die Stärke der Sandwich-Paneele nicht korrekt ermitteln, folglich steigen die Unterhaltungsaufwendungen für ein Gebäude durch zu hohe Heiz- und Klimatisierungskosten.

 

Was bedeutet der Wärmedurchgangswiderstand?

 

Der Wärmedurchgangswiderstand R beschreibt die Fähigkeit einer Konstruktion, der thermischen Bewegung von Molekülen entgegenzusetzen. Der R-Wert zeigt an, wie eine Konstruktion, die irgendeine Stärke aufweist, einem Wärmefluss widersteht, er wird anhand der Temperaturdifferenz an gegenüberliegenden Konstriktionsoberflächen in Kelvin oder Celsius ermittelt und zeigt die Energiemenge von 1 Watt, die durch 1 m2 der Konstruktionsfläche übertragen wird.  Seine Maßeinheit ist (m2∙К)/W.

 

Zur Berechnung des Wärmedurchgangswiderstandes einer mehrschichtigen und thermisch homogenen Umfassungskonstruktion R wird eine Formel verwendet, durch die verschiedenartige Materialien der genannten Konstruktion und jeweilige Koeffizienten αI (innen) и αA (außen) berücksichtigt werden.

 

Formel zur R∑-Berechnung

 

Um das Verständnis zu vereinfachen, kann man sagen, dass sich unter dem Wärmedurchgangswiderstand R die Stärke von Material in Metermaß versteht, die durch Wärmeleitfähigkeitszahl λ dividiert ist, wodurch gezeigt wird, inwieweit es der Wärmeleitfähigkeit mit angegebener Stärke effektiv entgegenwirken kann. Je stärker die Konstruktion ist und je niedriger der Wärmedurchgangswiderstand des Materials ist, desto höher ihre Energieeffizienz ist.

 

Mit dem angegebenen Wärmedurchgangswiderstand R∑ang werden alle Wärmeverluste durch die Umfassungskonstruktion erfasst, es gilt unter anderem für Verbindungen und Anschlüsse, Eckverbindungen, Wärmeströme, lokale Verluste, Befestigungselemente usw. Anhand der Erfahrungsdaten zu Ermittlung des genannten Wärmedurchgangswiderstandes jeweiliger Konstruktion wird λ25, A effektivwert empirisch errechnet, der im Weiteren zur Berechnung R∑ang für gleichartige projektierte Konstruktion verwendet wird.

Zur Berechnung von R∑ang für eine thermisch inhomogene Umfassungskonstruktion wird folgende Formel verwendet:

 

Mit dem angegebenen Wärmedurchgangswiderstand

 

Durch die Baunorm und –richtlinie der Ukraine В.2.6-189:2013 ist festgelegt, dass bei der Entwicklung einer Umfassungskonstruktion die Erfüllung der Bedingung R∑ang ≥ Rqmin verbindlich ist.

 

Errechnete Stärke der Verbundkonstruktionen für Wände zum Erreichen des Wärmedurchgangswiderstandes R=4,0 (м2∙К)/W

Errechnete Stärke der Verbundkonstruktionen für Wände zum Erreichen des Wärmedurchgangswiderstandes R=4,0 (м2∙К)/W

 

Eine Konstruktion mit verbesserter Wärmedämmung gewährleistet die Erreichung des R-Wertes bei minimaler Stärke sowie der gleich hohen Wärmehaltung, wie es mit starken Konstruktionen erreichbar ist, zudem sind diese auch raumsparend.

 

Wärmedurchgangswiderstand R und Wärmedurchgangswert U

Was ist der Wärmedurchgangswert U?

 

Der Wärmedurchgangswert U bedeutet die Wärmemenge in Joule, die durch 1 m2 der Konstruktion pro 1 Sekunde bei der Temperaturdifferenz an den gegenüberliegenden Oberflächen 1 Kelvin oder Celsius übertragen wird.

 

Der U-Wert ist zum Wärmedurchgangswiderstand umgekehrt proportional, seine Maßeinheit ist W/(m2∙К).

 

Formel zur U-Berechnung

 

Die Wärmeleitfähigkeitszahl beschreibt die Fähigkeit der Konstruktion, die Wärme von Räumen mit höheren Temperaturen zu Räumen mit niedrigeren Temperaturen oder zwischen den Außenbereichen und den Innenräumen in einem Gebäude zu übertragen. Je niedriger der U-Wert ist, desto besser die Wärmedämmung ist.

 

Es ist auch eine erweiterte Definitionsformel für Ermittlung des U-Wertes bekannt, welche alle tatsächlichen Wärmeverluste durch äußere Umfassungskonstruktionen beschreibt, die Ergebnisse sind aber mit den Berechnungen nach der vereinfachten Formel identisch.

 

Formel zur U-Berechnung

 

Wo muss man nach λ, R und U suchen?

 

Die Produzenten der wärmedämmenden Baukonstruktionen sind verpflichtet, die Informationen zu λ-, R- und U-Werten in den Produktionsbeschreibungen öffentlich zugänglich zu machen oder in den Konformitätserklärungen anzugeben, falls diese durch geltende Gesetze vorgesehen sind. Also sind die Werte für Wärmeleitfähigkeitszahl λ, Wärmedurchgangswiderstand R und Wärmedurchgangswert U für Sandwich-Paneele Ruukki zum Beispiel in den Erklärungen angegeben, die auf der Rauta-Website veröffentlicht sind. Angegebene Kenndaten für Wärmedämmung der Sandwich-Paneele müssen mit den Protokollen der Anerkennungsprüfungen nachgewiesen werden, welche die Produzenten vorlegen sollen. Mehrere ukrainische Produzenten tragen leider keine Sorge dafür, die Kenndaten für Wärmedämmung mit Testen und Berechnungen zu bestätigen, sie geben die erwünschten Daten an.   

 

Die λ-, R- und U-Werte kommen in Gebrauch nicht nur bei Ermittlung der Kenndaten von Umfassungskonstruktionen, sondern auch zur Berechnung der Energieeffizienz von Gebäuden sowie zum Kontrollieren der Parameter bei deren Unterhaltung. 

 

In einzelnen Fällen haben die Umfassungskonstruktionen komplizierte Formen, wodurch es ziemlich schwer ist, die Parameter der Wärmedämmung zu ermitteln. In solchen Fällen wird es empfohlen, die Produzenten der Materialien bei der Bestimmung der Energieeffizienz um die Hilfe zu bitten.  

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