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U-Wert Messung, wärmeflussbasiert

U-Wert-Messung vor Ort / Messung Wärmedurchgangskoeefizient

Der Wärmedurchgangskoeffizient U in [W/(m²K)] gibt an, wieviel Leistung in Watt durch einen Quadratmeter pro 1 Kelvin durch ein Bauteil fliessen. Je kleiner der U-Wert, desto besser die "Wärmedämmung".

Im Neubau sind in der Regel die verbauten Baumaterialien / Baustoffe bekannt. Wer sichergehen möchte oder wer eine "Qualitätsüberprüfung" wünscht, hat die Möglichkeit, eine U-Wert Messung zu beauftragen.

Im Gebäudebestand hingegen sind oftmals die verbauten Bauteile oder Materialen nicht oder nicht mehr bekannt oder die Eigenschaften haben sich beispielsweise durch Witterungseinflüsse oder durch Alterungsprozesse verändert. Die U-Werte solcher Bauteile können nur grob geschätzt werden oder man bedient sich bekannter Tabellenwerte.

Für eine seriöse und genaue Energieberatung gibt es nur die Möglichkeit, U-Werte in-situ zu messen. Es gibt 2 Methoden der Messung, die temperaturbasierte Methode (TBM) und die wärmeflussbasierte Methode (WBM). Letztere Methode, die WBM, ist deutlich genauer und benötigt nur eine geringe Temperaturdifferenz innen-außen von 5 Kelvin. Bei der TBM, für die kein ISO-Standard existiert, sind 15 Kelvin notwendig und sie basiert z.T. auf geschätzten Werten. Nur eine Wärmeflussmessung gemäss ISO 9869 garantiert verlässliche und präzise in-situ U-Werte.

Wir verwenden die präzise wärmeflussbasierte Methode WBM eines Schweizer Herstellers, der dieses System mit der ETH Zürich entwickelt hat.

In-situ U-Wert Messung: Wärmefluss- und temperaturbasierte Methode im Vergleich

Hintergrund
Das energetische Verhalten von Gebäudehüllen und die dazugehörenden U-Werte können präzise geschätzt werden, wenn die verbauten Materialien sowie die Umgebungseinflüsse bekannt sind [1]. Oft sind aber Daten zu den Materialen und den Umgebungseinflüssen nicht vorhanden oder wegen Alterungsprozessen nicht mehr genau. Um einen U-Wert präzise und verlässliche bestimmen zu können, sind empirische in-situ Messungen nötig.

Vergleich von Messmethoden
Zwei unterschiedliche Methoden existieren zur Messung des U-Wertes: die temperaturbasierte Methode (TBM) und die wärmeflussbasierte Methode (WBM). Obwohl beide Methoden in-situ U-Werte liefern, gibt es einen bedeutenden Unterschied zwischen den beiden Methoden in Bezug auf Qualität und Genauigkeit der Messwerte. Der Unterschied zwischen den beiden Methoden kann anhand der Formel zur Berechnung des U-Wertes (W/m2K) gezeigt werden: U=Q/(Tin - Tout ) Tin und Tout sind Innen- bzw. Aussentemperatur in Kelvin und Q der korrespondierende Wärmefluss durch die Wand (W/m2). Beiden Messmethoden verwenden Temperatursensoren, um die Innen- und die Aussentemperatur (Tin und Tout) zu bestimmen. Der Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht in der Bestimmung des Wärmeflusses (Q). Bei der WBM (siehe Abbilgung unten) wird der Wärmefluss mittels eines Wärmeflusssensors gemessen, der an der Wandinnenseite angebracht wird. Innen- und Aussentemperatur (Tin und Tout) werden mit zwei separaten Temperatursensoren gemessen. Alle drei Parameter, die zur Berechnung des U-Wertes nötig sind, werden direkt gemessen. Mit der TBM wird der Wärmefluss (Q) angenähert durch die Messung der Innen- und der Wandtemperatur, wobei ein konstanter thermischer Grenzwiderstand zwischen der Oberfläche der Wandinnenseite und der Luft im Raum angenommen wird. Q=(Tin - Twall)/Rsi Wobei Tin die Innentemperatur, Twall die Temperatur der Wandinnenseite und Rsi der thermische Grenzwiderstand zwischen der Wandinnenseite und der Lufttemperatur innen darstellt (m2K/W). Ein Temperatursensor ist nötig um Twall zu messen. Der thermische Grenzwiderstand (Rsi) wird bei der TBM nicht gemessen sondern von Standardgebäudeelementen abgeleitet. Ein oft verwendeter Wert ist 0.13 m2K/W. Weil dieser Wert aber nur eine Schätzung ist, kann er signifikant von dem tatsächlichen in-situ Wert abweichen. Der Wärmefluss (Q) kann so abgeleitet werden, was die Berechnung des U-Wertes gemäss Formel 2 ermöglicht (bei Verwendung eines dritten Temperatursensors für die Messung der Aussentemperatur).

Zusammenfassung
Es lässt sich festhalten, dass die WBM einen U-Wert basierend auf drei in-situ gemessenen Parametern ausgibt. Die WBM reflektiert damit gut die speziellen Umgebungseinflüsse an der gemessenen Stelle. Die TBM hingegen basiert teilweise auf geschätzten Werten. Die WBM ermöglicht einen genaueren Einblick in die tatsächlichen insitu U-Werte unter Berücksichtigung der Umgebungseinflüsse. Um valide Messwerte wiedergeben zu können, benötigen beide Methoden eine minimale Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und der Aussentemperatur. Zwischen den beiden Methoden gibt es hinsichtlich der notwendigen Temperaturdifferenz einen bedeutenden Unterschied. Während bei der TBM eine Temperaturdifferenz von mindestens 15 °C zwingend ist, funktioniert die WBM bereits bei geringen Differenzen von beispielsweise 5°C [2]. Die WBM ist als standardisierte Norm in ISO 9869 detailliert beschrieben, die auch wichtige Faktoren wie die Wettersituation und die thermische Masse der Wand berücksichtigt. Beispielsweise definiert die Norm die minimale Messperiode, um die thermische Trägheit eines Gebäudes während eines Tageszyklus zu berücksichtigen. Für die TBM existiert bis heute [Juni 2015] kein ISO Standard. Nur eine Wärmeflussmessung gemäss ISO 9869 garantiert verlässliche und präzise in-situ U-Werte.