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U-Wert Messung, wärmeflussbasiert
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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.