Der Wärmedurchgangskoeffizient U

Der Wärmedurchgangskoeffizient U in W/(m² x K) gibt an, welche Wärmemenge in dem Zeitraum einer Sekunde durch einen Prüfkörper "wandert". Dabei wird die Energiemenge für die Fläche von einem Quadratmeter ermittelt.

Ausgangsbasis der Messung ist ein Temperaturunterschied von einem Grad Kelvin zwischen den beiden Seiten des Prüfkörpers.

Je weniger Wärme den Prüfkörper durchwandert, um so kleiner ist die Wärmedurchgangskoeffizient, ergo auch der Wert U. Bei Baukörpern bedeutet ein kleiner U-Wert entsprechend eine bessere Wärmedämmeigenschaft und in Folge damit auch eine höhere Heizenergie-Ersparnis.

Dabei ist zu beachten, das die Angabe der Wärmedurchgangskoeffizienten von Baustoffen sich auf den "Prüfzustand" bezieht. Später durchfeuchtete Baustoffe zum Beispiel verschlechtern Ihre wärmedämmende Eigenschaft erheblich.

Der Wärmedurchgangswiderstand R

Der Wärmedurchgangswiderstand gibt an, in welchem Maß ein Prüfkörper sich einem Wärmestrom "widersetzt". Er ist der Kehrwert des Wärmedurchgangskoeffizenten.

Je höher der Wärmedurchgangswiderstand, umso besser ist seine wärmedämmende Wirkung.

Der Wärmeübergangskoeffizient h

Der Wärmeübergangskoeffizient in W/(m² x K) beschreibt, in welchem Maß ein Prüfkörper (Prüfstoff) in der Lage ist, an seinen Grenzflächen Energie abzugeben. Bei mehrschichtigen Aufbauten ist neben dem Wärmedurchgangskoeffizienten (der die Wärmeleitfähigkeit im Stoff beschreibt) der Wärmeübergangskoeffizient (der den Übergang zwischen den Stoffen beschreibt) eine maßgebliche Messgröße, für die Ermittlung des gesamten Wärmeschutzes an einem Bauteil.

Wasserdampfdiffusionswiderstand µ

Der Wasserdampfdiffusionswiderstand gibt an, in welchem Maß ein Stoff die Diffusion von Wasserdampf behindert. Sie wird in der Wasserdampfdiffusionswiderstandzahl mit dem Symbol µ angegeben.

Der Wert beschreibt, um welchen Faktor der Prüfstoff dichter ist als eine gleich dicke Luftschicht. Je größer der Wert der Wasserdampfdiffusionswiderstandzahl umso dichter ist der Baustoff.

Der Wasserdampfdiffusionswiderstand ist eine wichtige Größe im Bauwesen, um einen bauphysikalisch korrekten Aufbau der einzelnen Bauschichten sicher zustellen. So ist in der Regel an der Stelle des größten Dampfdrucks im Schichtaufbau eine sogenannte "Dampfsperre" erforderlich um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in Form von Dampf in die Baustoffe eindringen kann. Diese Dampfsperre besteht aus Stoffen mit hohem Wasserdampfdiffusionswiderstand (zum Beispiel Kunststofffolien oder Aluminiumfolie).

Auf der Seite des niedrigsten Dampfdruckes hingegen wird üblicherweise ein möglichst niedriger Wasserdampfdiffusionswiderstand angestrebt, um eventuell eingedrungene Feuchtigkeit wieder leicht aus dem Baustoff heraus zu lassen.

Diese "gesteuerte" Damfdiffusion ist wichtig, um die schrittweise Durchfeuchtung eines Baustoffes zu verhindern, der andernfalls seine dämmende Eigenschaft verlieren würde und - unter Umständen - sogar schimmeln könnte.

Die µ-Zahlen für zahlreiche Baustoffe sind in DIN EN 12524 enthalten.

Diffusionsäquivalente Luftschichtdicke (sd-Wert)

Die diffusionsäquivalente Luftschichtdicke ergibt sich aus der Multiplikation der Dicke eines Prüfkörpers mit der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl. Im Ergebnis erhält man einen Wert der aussagt, wie stark (in Meter) eine Luftschicht sein müsste, um Wasserdampf den gleichen Widerstand entgegen zu setzen, wie der Prüfkörper.

Dieses Maß wiederum ist zum Vergleich und zur Darstellung der Wasserdampfdiffusionseigenschaften von Baustoffen interesssant.

Baumberger Sandstein beispielsweise hat einen Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl von 20. Eine Platte mit einer Stärke von 5 cm (=0,05m) hat entsprechend eine äquivalente Luftschichtdicke von: 0,05 m x 20 = 1 m

Dazu zwei Beispiele für sd-Werte:

• Dispersionsfarbe 2,4
• Mineralischer Kratzputz 0,27

Je kleiner der sd-Wert, um so besser kann Wasserdampf einen Prüfstoff durchdringen. Das ist von Vorteil bei der schnellen Austrocknung eines durchnässten Stoffes.

Wichtig ist, dass sich sowohl der Wasserdampfdiffusionswiderstandswert wie auch die daraus abgeleitete äquivalente Luftschichtdicke sich nur auf WasserDAMPF beziehen, nicht jedoch auf freies Wasser.

Diesen Effekt nutzt ARTA beispielsweise durch den Einsatz spezieller Fassadenoberflächenschutzanstriche, die die Dampfdiffusion kaum behindern (sd-Wert 0,23, also um den Faktor 10 besser als herkömliche Dispersionsfarben), Wasser in Form von Regen jedoch einen hohen Widerstand entgegen setzen.

Das hält die Fassade trocken und reduziert die Gefahr von Veralgung und Schimmelpilzen an Fassaden.

Der Taupunkt

Der Taupunkt ist der Temperaturpunkt, an dem die Luft einen Feuchte-Sättigungsgrad von 100 Prozent erreicht hat und bei dem mit weiterer Zufuhr von Feuchtigkeit oder einem absenken der Temperatur die Feuchtigkeit kondensiert, sprich sich als freies Wasser niederschlägt.

Für das Verständnis des Taupunktes von Wasser ist das Prinzip der "relativen Luftfeuchtigkeit" von Bedeutung. So ist warme Luft in der Lage, mehr Feuchtigkeit zu binden, wie kalte Luft - die maximale Sättigung (=100 Prozent Luftfeuchte) variiert demnach je nach Lufttemperatur.

So ist ein Kubikmeter Luft bei einer Temperatur von - 10 Grad C nur in der Lage 2,1 Gramm Wasser zu binden, bei 0 Grad C sind es bereits 4,8 Gramm, bei plus 12 Grad C 13,6 Gramm und bei 20 Grad C 17,3 Gramm; in allen Beispielen ist 100 Prozent Luftfeuchte erreicht - die absolute gebundene Wassermenge hingegen unterscheidet sich bei diesen Beispielen zwischen - 10° C und + 20°C um 15,2 Gramm.

Kühlt sich ein Kubikmeter Luft mit 100 Prozent Luftfeuchtigkeit demnach von 20 Grad C auf -10 Grad C ab, so kondensieren 15,2 Gramm Wasser aus.

Für die Bauphysik ist es vor allem von Bedeutung, dass der höchste Dampfdruck im Winter von innen nach außen besteht - der warmen Luft im Innenraum (Bsp 20 Grad C, 62 Prozent relative Luftfeuchtigkeit = 10,7 Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft) stehen außen -10 Grad C mit einer maximalen Wasseraufnahme von 2,1 Gramm Wasser gegenüber. Die Luft außen ist daher nicht nur kälter sondern auch deutlich "trockener" - selbst dann, wenn außen 100 Prozent relative Luftfeuchtigkeit bestehen sollte. Dies ist im Übrigen auch der Grund, warum man einen Rohbau zum Trocknen "überwintern" lässt.

Aufgrund des Feuchtegefälles zwischen Innenraum und Außenluft strebt die Feuchtigkeit nun zum Ausgleich durch den Baukörper hindurch von innen nach außen und kühlt dabei mit zunehmender Nähe zur kälteren Außentemperatur ab. Mit 10,7 Gramm Wasser (bei 20 Grad C und 62 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit) ist der Sättigungsgrad der Luft bei einer Temperatur von 12 Grad C erreicht - der Taupunkt ist erreicht, die Feuchtigkeit beginnt nun mit zunehmender Nähe zur kälteren Außenluft zu kondensieren.

Da der Taupunkt im Winter sich im Regelfall noch im Baukörper befindet, kondensiert das Wasser im Baustoff - er beginnt zu durchfeuchten und verliert mit zunehmendem Wassergehalt seine wärmeisolierende Wirkung - der Taupunkt wandert so schrittweise zum Gebäudeinneren.

Entscheidend für die Erhaltung der Wärmeisolierung eines Baustoffes ist daher ein Schichtaufbau, der Feuchtigkeit im Baustoff nach außen möglichst leicht abgibt, von der Rauminnenseite hingegen eher absperrt.

Wasseraufnahmekoeffizient (w-Wert)

Der Wasseraufnahmekoeffizient beschreibt, in welcher Zeit ein Prüfkörper über eine definierte Fläche flüssiges Wasser aufnimmt. Durch das Wiegen des Prüfkörpers lässt sich die Aufnahmemenge im Verhältnis zur Zeit ermitteln.

Anhand der drei so ermittelten Faktoren (Aufnahmefläche, Zeit und Wassermenge) lässt sich der Wasseraufnahmekoeffizient ermitteln.

Wichtig ist der der Wasseraufnahmekoeffizient für Baustoffe aus unterschiedlichen Gründen, zum Beispiel der Auswahl besonders wasserabweisender Materialien im Sockelbereich oder in Nassbereichen.

Der Wasseraufnahmekoeffizient ist aber auch ein wichtiger Faktor bei der Ermittlung, wie lange ein durchnässter Baustoff benötigt, um wieder auszutrocknen (was von der möglichen Wasseraufnahmemenge, seinem Diffusionswiderstand und der Kapilarität des Baustoffes abhängt.

Da ein Baustoff Temperatur schlechter isoliert, wenn er durchnässt ist, sind für die Isolierung bevorzugt wasserabweisende Stoffe gewünscht.

Grundsätzlich neigen Baustoffe bei Durchfeuchtung zu Veralgung, Befall mit Schimmelpilzen, Frostschäden oder Salzschäden.

Die Einteilung des Wasseraufnahmekoeffizienten erfolgt meist in in kg/(m2*h0,5):

• saugend (w > 2
• wasserhemmend (w < 2)
• wasserabweisend (w < 0,5) 
• wasserundurchlässig (w < 0,001)

Beispiele für Baustoffe

• Vollziegel - Wasseraufnahmekoeffizient 20 bis 30 - saugend
• Zementputz - Wasseraufnahmekoeffizient 2 bis 3 - saugend
• Kunststoffdispersion - Wasseraufnahmekoeffizient 0,05 bis 0,2 - wasserabweisend.

Das A/V Verhältnis

Das A/V (auch A/Ve)-Verhältnis gibt das Verhältnis der Hülle eines Gebäudes zu seinem Volumen an. Da Wärmeverluste wesentlich über die Wärmetransmission der Aussenbauteile eines Gebäudes stattfinden, ist der Wärmeverlust pro Kubikmeter umbautem Raum um so geringer, je größer sein Volumen und je kleiner seine Umhüllungsfläche ist. Daraus folgt, dass bei gleicher Bauweise der Wärmebedarf um so geringer ist, je kleiner das A/V-Verhältnis ist.

Je kompakter ein Bau ist und je größer der Baukörper, um so geringer der Wärmebedarf. Je kleiner und gegliederter der Baukörper ist, um so größer ist sein Wärmebedarf.

Dieser Effekt ist zum Beispiel auch im Tierreich zu beobachten. Während ein Eisbär eine sehr kompakte "Bauweise" hat, um Energieverluste zu reduzieren, hat der kleine Wüstenfuchs Fennek eine sehr stark gegliederte, langbeinige Form mit einem kleinen Körper. Ideal, um überschüssige Wärme schnell wieder loszuwerden.

Für Gebäude bedeutet es, das unter energetischem Gesichtspunkt ein würfelartiges Hochhaus einen deutlich besseren A/V aufweist als ein Einfamilienhaus.

Energie-Kennzahl EKZ

Die Energiekennzahl EKZ gibt den Bedarf an Energie entweder je qm beheizter Nutzfläche oder je cbm umbautem und beheiztem Raum an. Bezugsgröße ist der Energiebedarf jeweils für ein Jahr.

Die Energiekennzahl kann damit am ehesten mit dem Treibstoffverbrauch eines Fahrzeuges verglichen werden.

Angabe in KWh(m2 x a)

Primärenergiebedarf

Während in der Wärmeschutzverordnung noch der Wärmebedarf im Vordergrund stand ist das Ziel der EnEV die Reduzierung des Primärenergiebedarfs.

Die Primärenergie umfasst dabei gewissermaßen den ursprünglichen Rohstoffverzehr in Form von Kohle, Erdöl, Gas, aber auch Holz, Wasserkraft, Uran, Sonnenenergie, Erdwärme oder Biomasse.

Die "Primärenergie" wird in weiteren Schritten umgewandelt in die sogenannte "Endenergie" (Briketts, Heizöl, Erdgas, Fernwärme, Strom), diese in "Nutzenergie" (Wärme, Kälte, Licht, Schall, mechanische Arbeit) und diese wiederum in Energiedienstleistung (Warmwasser, Beleuchtung, Kommunikation, Raumheizung, Warmwasser etc).

Durch die Berücksichtigung des Primärenergiebedarfes werden damit auch alle Umwandlungsschritte vom Rohstoff bis zur schlussendlichen Nutzung mit berücksichtigt.

Rohdichte von Baustoffen

Die Rohdichte gibt das Verhältnis der Masse eines trockenen Baustoffes zu seinem Volumen an (Maßeinheit Kg/m3), unter Berücksichtigung aller Poren und Hohlräume.

Je "schwerer" ein Baustoff ist, um so besser ist seine Wärmeleitfähigkeit und um so schlechter ist demnach seine Wärmeschutzwirkung. Der Schallschutz hingegen ist hingegen meist besser, da ein massereicher Baustoff schwerer anzuregen ist.

Brandschutzklassen

Gemäß DIN 4102 Teil 1 werden folgende Baustoffklassen in ihren bauaufsichtlichen Benennungen unterschieden:

• A 1 nichtbrennbare Baustoffe
• A 2 nichtbrennbare Baustoffe
• B 1 schwerentflammbare Baustoffe
• B 2 normalentflammbare Baustoffe
• B 3 leichtentflammbare Baustoffe

Wichtig sind diese Klassifizierungen, weil die baurechtlichen Vorschriften (Musterbauordnung) bestimmte Mindestanforderungen je nach Gebäudehöhe an die Baustoffe stellen.

So müssen beispielsweise Gebäude über der sogenannten Hochhausgrenze (siehe unter Rubrik Wissenswertes) mit nichtbrennbaren Baustoffen gedämmt werden.