Wärmeschutz: U-Wert Wärmedurchgangskoeffizient

Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) ist der wichtigste Wert für Wärmedämmgläser und wesentlicher Bestandteil für die Nachweise nach Gebäudeenergiegesetz (GEG). In der Bauphysik ist er ein Maß für den Wärmestromdurchgang durch eine oder mehrere Materialschichten, wenn auf beiden Seiten unterschiedliche Temperaturen herrschen. Die Einheit des U-Wertes (W/m²K) definiert die Energiemenge pro Zeiteinheit, die durch eine Fläche von einem Quadratmeter fließt, wenn sich auf beiden Seiten die Lufttemperatur um ein Kelvin unterscheidet. Grundsätzlich gilt: je höher der Wärmedurchgangskoeffizient, desto schlechter ist die Wärmedämmeigenschaft eines Bauteils. 

Gallerie

Mit der Umstellung auf die europäische Normung wurden auch die Abkürzungen und Indizes für den Wärmedurchgangskoeffizienten verändert: Aus den früheren k-Werten wurden die U-Werte. Der alte kv-Wert existierte als kv-Nennwert der Hersteller und als (ungünstigerer) kv-Wert, der im Bundesanzeiger veröffentlicht wurde, wobei letzterer für die Berechnung verwendet werden musste. Die alten k-Werte entsprechen jedoch nicht den jetzt gültigen U-Werten, da teilweise andere Berechnungsverfahren und Randbedingungen zur Bestimmung der Werte verwendet wurden. Dementsprechend gilt auch bei Glas: U-Wert (neu) ≠ k-Wert (alt).

Bemessungswerte

Für Mehrscheiben-Isoliergläser, Vorhangfassaden und  Dachoberlichtern können die Bemessungswerte des U-Wertes der DIN 4108-4 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte entnommen werden. Je nach Art des Bauteils werden U-Werte unterschiedlich indiziert:

• Fenster
  europäisch: U_w (window); deutsch/neu: U_F (Fenster)
  Der Wärmedurchgangskoeffizient U_w errechnet sich aus U_g, U_f und ψ_g. Da ψ_g den Randverbund des Isolierglases berücksichtigt, ist U_w nicht mit dem früheren k_F -Wert vergleichbar.

• Verglasung
  europäisch: U_g (glazing); deutsch/neu: U_v (Verglasung)
  Der Wärmedurchgangskoeffizient U_g bezieht sich auf den Mittenbereich des Glases und berücksichtigt nicht den Einfluss der Abstandhalter im Glasrandbereich. Der Wert kann durch geeignete Beschichtungen zur Reduzierung der Emissivität, einem Mehrscheibenaufbau (heute üblicherweise 3-fach Isolierverglasungen) sowie durch die Verwendung von Edelgasen (Krypton, Argon, Xenon) optimiert werden.

• Rahmenmaterial
  europäisch: U_f (frame); deutsch/neu: U_R (Rahmen)
  Der Wärmedurchgangskoeffizient U_f bezieht sich auf den Rahmen des Fensters und berücksichtigt nicht die Verglasung.

• Beiwert Randverbund
  europäisch: ψ_g (glazing); deutsch/neu: ψ_V (Verglasung)
  Der längenbezogene Durchgangskoeffizient ψ_g beschreibt die zusätzliche Wärmeleitung aus der Wechselwirkung von Rahmen, Glas und Abstandhalter und ergibt sich hauptsächlich aus der Leitfähigkeit des Materials der Abstandhalter. Er berücksichtigt den Übergangsbereich zwischen Glas und Rahmen, da hier die Wärmeverluste größer sind als in Scheibenmitte. Die Verwendung wärmetechnisch verbesserter Abstandshalter (warme Kante) kann die Wärmeverluste des Randverbunds verringern.

Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten
Anhand drei prinzipieller Methoden lässt sich der Wärmedurchgangskoeffizient bestimmen:

• Die Messung des Wärmestroms im Prüfstand mit dem Plattengerät nach DIN EN 674 (Verglasung) Glas im Bauwesen - Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) und/oder anhand des Heitzkastenverfahrens (auch bekannt als Hot Box) nach DIN EN 12412-2 (Rahmen) Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen - Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten mittels des Heizkastenverfahrens - Teil 2: Rahmen und DIN EN ISO 12567-1 (Fenster) Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern und Türen - Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten mittels des Heizkastenverfahrens - Teil 1: Komplette Fenster und Türen.

• Die Berechnung nach DIN EN 673 Glas im Bauwesen - Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) - Berechnungsverfahren für Verglasungen mit ebenen und parallelen Oberflächen. Der so bestimmte U-Wert gilt für unbeschichtetes Glas (einschließlich Glas mit strukturierter Oberfläche, z.B. Ornamentglas), beschichtetes Glas und für Materialien, die im fernen Infrarotbereich undurchlässig sind, z.B. Produkte aus Kalknatronglas, Borosilicatglas und Glaskeramik. Er gilt ebenfalls für Mehrfachverglasungen aus derartigen Gläsern und/oder Materialien. Für Mehrfachverglasungen mit Schichten oder Folien im Gaszwischenraum, die im fernen Infrarotbereich durchlässig sind, gilt diese Norm nicht.
  
  Mit dem in dieser Norm festgelegten Verfahren wird der U-Wert im mittleren Bereich einer Verglasung bestimmt. Er ist bei der Berechnung des Gesamt-U-Werts von Fenstern, Türen und anderen Abschlüssen zu verwenden. Zusätzlich werden nach demselben Verfahren U-Werte für weitere Zwecke berechnet, besonders für die Voraussage von Wärmeverlusten durch Verglasungen, Erhöhungen der Wärmeleitung im Sommer, Tauwasserbildung auf Glasoberflächen, Auswirkungen der absorbierten Sonnenstrahlung auf die Bestimmung des Sonnenfaktors.

• Die Berechnung nach DIN EN ISO 10077-1 (Fenster) Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen - Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten - Teil 1: Allgemeines, DIN EN ISO 10077-2 (Rahmen) Teil 2: Numerisches Verfahren für Rahmen und DIN EN 673 (Verglasung) Glas im Bauwesen - Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert). Zur Berechnung des U-Wertes eines Fenster gilt dabei folgende Formel (DIN EN ISO 10077-1):
  
  U_w = (A_g x U_g + A_f x U_f +l_g x ψ_g ) / (A_g + A_f )
  
  mit A_g , A _f = Ansichtsflächen der Verglasung bzw. des Rahmens
  l_g = sichtbarer Umfang der Scheibe
  ψ_g = linearer Wärmedurchgang desRandverbunds
  
  
• Die Tabellenablesung nach DIN EN ISO 10077-1 /  DIN 4108-4 in Abhängigkeit der U-Werte von Glas (Scheibenaufbau, Art der Gasfüllung) und Rahmen. Hierbei werden die Nenn-U-Werte von Glas und Rahmen mit zusätzlichen Beiwerten zu Bemessungswerten U_^i,BW modifiziert/beaufschlagt.

Teilweise bieten herstellende Unternehmen auch standardisierte Fenster an, bei denen der Nachweis bereits durch eine Messung geführt wurde. Andere bieten für ihre Produkte auch Tabellen an, in denen für die üblichen Abmessungen und Rahmenmaterialien die Berechnungen und Korrekturen bereits durchgeführt wurden.

Höchstwerte gemäß GEG

Gemäß Gebäudeenergiegesetz (GEG) gelten Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von an die Außenluft angrenzende Fenster, Fenstertüren, Dachflächenfenster und Glasdächer. Exemplarisch lauten diese für Wohngebäude und Zonen von Nichtwohngebäuden mit Innentemperaturen von mindestens 19°C im Heizfall:

• Fenster und Fenstertüren: U_max = 1,3 W/(m²K) 
• Dachflächenfenster: U_max = 1,4 W/(m²K) 
• Verglasungen: U_max = 1,1 W/(m²K) 
• Vorhangsfassaden: U_max = 1,5 W/(m²K) 
• Glasdächer: U_max = 2,0 W/(m²K) 
• Fenstertüren mit Klapp-, Falt-, Schiebe- oder Hebemechanismus: U_max = 1,6 W/(m²K) 
• Fenster, Fenstertüren, Dachflächenfenster mit Sonderverglasungen: U_max = 2,0 W/(m²K)
• Sonderverglasungen: U_max = 1,6 W/(m²K) 
• Vorhangfassaden mit Sonderverglasungen: U_max = 2,3 W/(m²K)

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