Die wichtigsten Kennzahlen zur Berechnung von Wärmeverlusten

Kennzahlen eignen sich im Rahmen des unternehmerischen Controllings dazu, Prozesse vergleichbar zu machen und anhand einer Ist-Analyse Veränderungen zugunsten eines optimalen Soll-Zustandes anzustreben. Im Bereich der Energieeffizienz ist so die Kosteneinsparung im laufenden Betrieb möglich, wodurch sich Investitionen teilweise schnell amortisieren und Schwachstellen, z. B. in Form von Wärmebrücken, aufdecken lassen. Darüber hinaus gilt es natürlich auch, gesetzliche Anforderungen zu erfüllen.

Wodurch Wärmeverluste entstehen

Bereits die Sensibilisierung der Gebäudenutzer kann eine Reduzierung des Energiebedarfs um mehrere Prozentpunkte bewirken. Wesentlich wirkungsvoller ist im Bestand jedoch die Optimierung der Gebäudehülle sowie der Heizungs- und Lüftungstechnik, um die Energiekosten dauerhaft zu reduzieren.

Heizwärmebedarf

Wärmeverluste in Gebäuden haben ganz unterschiedliche Ursachen. Zum einen ist hier natürlich die Gebäudehülle zu nennen. Ist diese unzureichend gedämmt, geht Wärme aus dem Inneren vor allem bei niedrigen Außentemperaturen schnell verloren. Im Hallenbau spielen zudem weniger die Fenster und Türen, als vielmehr das permanente Öffnen und Schließen der Hallentore eine große Rolle.

Je mehr Wärme aus dem Gebäude entweicht, desto höher ist der Energiebedarf, um die Raumtemperatur auf einem konstanten Niveau zu halten.

Heizlast

Die Heizlast gibt an, wie viel Wärme das Gebäude aufgrund von Temperaturunterschieden an die Umgebung verliert. Damit beschreibt sie die momentane Wärme, die bei einer bestimmten Außentemperatur über die Gebäudehülle für die Aufrechterhaltung der Innentemperatur notwendig ist. Sie bezeichnet also den Verlust des Gebäudes, der in Watt angegeben wird. Der gesamte Heizenergiebedarf über ein Jahr lässt sich dann in kWh angegeben.

Die Heizlast ist vor allem wichtig, um die Leistung der Heizungsanlage ausreichend zu dimensionieren, sodass diese sowohl effizient als auch leistungsstark ist. Die Berechnung kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen:

überschlägige Rechenverfahren
Regelverfahren nach DIN 12831
Simulationswerkzeuge

Während überschlägige Verfahren den U-Wert oder A/V nutzen, legt das Regelverfahren eine Norm-Außen- und eine Norm-Innentemperatur zugrunde. Möglich ist dabei eine Berechnung sowohl nach einzelnen Räumen als auch des Gesamtgebäudes. Die Norm-Heizlast umfasst:

Norm-Transmissionswärmeverluste ΦT,
Norm-Lüftungswärmeverluste ΦV
die zusätzliche Aufheizleistung ΦRH

So ergibt sich für die raumweise Ermittlung die Formel: ΦHL,i = (ΦT,i + ΦV,i) + ΦRH.

Wärmedurchgangskoeffizient

Diese Kennzahl, die auch als U-Wert bekannt ist, ist besonders für die Wärmedämmung von großer Bedeutung. Die Angabe beschreibt, wie viel Wärmeenergie pro Quadratmeter in der Einheit Kelvin an die Außentemperatur entweicht. Fenster, Türen und Dacheindeckungen haben dabei jeweils eigene Wärmedurchgangskoeffizienten. Je höher der U-Wert ist, desto mehr Wärme entwicht durch ein Bauteil. Das Ziel ist damit ein möglichst geringer Wert. Auch sollten die angrenzenden U-Werte stets in der Nähe der Umgebungswerte liegen, um eine gute Gesamtbilanz zu erhalten.

Die Formel nutzt die Dichte des Wärmestroms zwischen Innen- und Außenseite, wofür sie sich der Temperaturdifferenz bedient. Die dadurch entstehende Leistung lässt sich in Watt ausdrücken: W/m²*K

Um die Berechnung zu erleichtern, gibt es Tabellen mit spezifischen U-Werten einzelner Dämmstoffe.

Beispiele für U-Werte

Bauteil	Dicke	U-Wert in W/(m²K)
Außenwand Holzrahmenbau	25,0 cm	0,20
Außenwand aus hochporösem Hochlochziegel	50,0 cm	0,23
Außenwand aus Porenbeton	36,5 cm	0,23
Außenwand mit WDVS aus PUR	30,0 cm	0,32
Polystyrol	10,0 cm	0,35
Außenwand aus Massivholz	20,5 cm	0,50
Innenwand aus Porenbeton	28,0 cm	0,60
Lichtbauelement aus Polycarbonat	5,0 cm	0,83
Fenster mit Wärmeschutzverglasung	2,4 cm	1,30
Außenwand aus Mauerziegeln	24,0 cm	1,50
Innenwand aus Mauerziegeln	11,5 cm	3,00
Fenster mit Isolierverglasung	2,4 cm	3,00
Außenwand aus Beton ohne Wärmedämmung	25,0 cm	3,30
Acrylglas (Plexiglas)	0,5 cm	5,30
Einfachfenster	0,4 cm	5,90

Wärmedurchlasswiderstand

Der Wärmedurchlasswiderstand ist das Ergebnis der Materialdicke / Wärmeleitfähigkeit und der Kehrwert der Wärmedurchgangszahl (U-Wert). Bei mehrschichtigen Baustoffen addiert man die einzelnen Werte, um den Gesamtwiderstand zu ermitteln. Daraus lässt sich der U-Wert ermitteln: 1 / Gesamtwiderstand = U-Wert

Je höher dieser Wert ist, desto besser sind die Dämmeigenschaften eines Bauteils.

Der Wert ist insbesondere auch wichtig, um die Verlegung einer Fußbodenheizung zu berechnen, da der Bodenbelag in diesem Fall keinen größeren Widerstand als 0,15 m²K/W besitzen darf.

Wärmekapazität

Diese Kennzahl wird in Joule pro Kilogramm und Kelvin gemessen. Sie gibt die erforderliche Wärmemenge zur Steigerung der Temperatur um 1° Kelvin bei einem Kilogramm Dämmstoff an. Je höher die Wärmekapazität, desto mehr Wärme kann der Dämmstoff aufnehmen.

Wärmespeicherfähigkeit

Die Wärmespeicherfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit von Materialien, Wärme zu speichern. Diese Eigenschaft hängt maßgeblich von der Dichte eines Baustoffes ab.

Beton speichert Wärme beispielsweise gut und verhindert so eine Überhitzung von Gebäuden, verfügt gleichzeitig jedoch über geringe Dämmeigenschaften. Bei Porenbeton ist es hingegen umgekehrt.

Neben dem Material selbst müssen weitere Bedingungen für eine gute Wärmespeicherung gegeben sein.

So darf z. B. die Innentemperatur nicht niedriger als die Temperatur an der Wandoberfläche sein. Auch das Angrenzen an eine kältere Außenwand wirkt sich nachteilig aus.

Wärmeleitfähigkeit

Je kleiner dieser Wert ist, der auch Lambda-Wert heißt, desto höher ist die Dämmwirkung. Gleichzeitig ist die Wärmeleitfähigkeit mit einem steigenden Wert höher. Dieser Wert ist ähnlich wichtig wie der U-Wert, wenn es um die Beurteilung energetischen Bauens geht. Er gibt an, wie viel Wärmemenge innerhalb von einer Sekunde durch Material mit einem m² Fläche und einem Meter Dicke fließt. Allerdings bleibt dabei – im Gegensatz zum U-Wert – die Berücksichtigung der tatsächlichen Dicke des Materials aus.

Die Materialeigenschaft Wärmeleitfähigkeit wird in Watt pro Quadratmeter (Querschnitt) mal Meter (Materialdicke) und pro Kelvin: W*m/(m²*K), kurz W/m*K, angegeben. Ist dieser Wert geringer als 0,1 W/m*K, gilt ein Baustoff als Dämmstoff.

Transmissionswärmeverlust

Dieser Wert drückt aus, wie viel Energie in Form von Wärme aus einem Gebäude entweicht und ist damit maßgeblich für die Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden. Grenzwerte legen eine Zulässigkeit im Rahmen des Gebäudeenergiegesetzes GEG fest.

Die Messung dieses Wertes erfolgt mithilfe von Wärmebild- und Infrarotkameras, wobei sich auch die sogenannte Blower-Door-Methode zur Ermittlung des Wärmeverlustes anbietet. Wie hoch der Wärmeverlust tatsächlich ist, hängt vom U-Wert ab und lässt sich durch verschiedene Maßnahmen verringern:

zusätzliche Dämmung an den Außenwänden
Erneuerung der Türen und Fenster
zusätzliche Dämmung des Dachs

A/V-Verhältnis

Die Kompaktheit von Baukörpern gibt man mit dem Verhältnis der wärmeabgebenden Hüllfläche (A) zum beheizten Volumen (V) an. Das sogenannte A/V-Verhältnis beschreibt damit das Verhältnis der Gebäudehülle zu beheiztem Raumvolumen. Je kleiner dieser Wert, desto geringer sind auch die Wärmeverluste der Gebäudehülle.

Wirkungsgrad von Heizungen

Der Wirkungsgrad einer Heizung ist die Wärmeleistung eines Heizkessels in Bezug auf die zugeführte Energie durch die Verbrennung eines Brennstoffes. Berechnet man den Wirkungsgrad über einen längeren Zeitraum, so spricht man häufig auch vom Nutzungsgrad.

Der Berechnung zugrunde liegt entweder die Brennwert- oder die Heizwertmethode. Legt letztere nur die Energiezufuhr während der Verbrennung zugrunde, berücksichtigt der Brennwert auch die Wärmerückgewinnung. Dadurch sind in der Theorie Wirkungsgrade mit mehr als 100 Prozent möglich – in der Praxis kann aber nicht mehr Energie abgegeben werden als durch die Verbrennung erzeugt wird.

Steigern lässt sich der Wirkungsgrad beispielsweise durch folgende Faktoren:

Dimensionierung der Anlage
Steuerung und Regelungstechnik
Heizverhalten
Gebäudedämmung