Bauteileigenschaften mit dem U-Wert-Rechner einfach nachweisen

Die aktualisierte Version dieses Beitrags finden Sie hier >> U-Wert-Rechner für Dämmung und Bauteile

TGA-Fachplanern, die regelmäßig mit der Heiz- und Kühllast von Gebäuden zu tun haben oder auch als Energieberater tätig sind, begegnet er auf Schritt und Tritt: der U-Wert, früher „k-Wert“ und heute „Wärmedurchgangskoeffizient“ genannt. Er gibt den durch das Temperaturgefälle zwischen warmer und kalter Seite bedingten Wärmestrom durch ein Bauteil in der Einheit W/(m2 K) an. Das Bauteil kann dabei aus mehreren unterschiedlichen Schichten bestehen. Der U-Wert definiert somit die Energiemenge pro Zeiteinheit, die durch eine Fläche von 1 m2 im stationären, eingeschwungenen Zustand fließt, wenn sich auf beiden Seiten die Lufttemperatur um ein Kelvin unterscheidet.

Was bezeichnet der U-Wert?

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist ein spezifischer Kennwert eines Bauteils, der im Wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit und Dicke der verwendeten Materialien, aber auch durch die Wärmestrahlung und Konvektion an den Oberflächen bestimmt wird. Er ist der wichtigste Wert zur Beurteilung und zum Vergleich der Wärmedämmfähigkeit von Materialien und Bauteilen. Je niedriger der Wärmedurchgangskoeffizient ist, desto besser ist die Wärmedämmeigenschaft eines Materials oder Bauteils. 

Und wozu dient er?

Der U-Wert dient dem Nachweis der Wärmeverluste eines Gebäudes und der Bestimmung der Transmissionswärmeverluste durch Außen- und Innenwände, Flach- und Steildächer, Bodenplatten, Zwischendecken, Fenster und Türen hindurch. Dafür schreibt die Energieeinsparverordnung (EnEV) in mehreren Nebenanforderungen für die wesentlichen Bauteile vor, wie hoch der U-Wert jedes Bauteils (ggf. nach einer Dämmmaßnahme) maximal sein darf. 

Was können U-Wert-Rechner? 

Bauphysikalische Planungs- und Ausführungsfehler können erhebliche Bauschäden und hohe Folgekosten nach sich ziehen. Programme zur U-Wert-Berechnung und zum Tauwassernachweis helfen, diese Fehler zu vermeiden. So lassen sich U-Werte von Außenwandkonstruktionen ermitteln oder der Tauwasserausfall in der Außenwandkonstruktion anhand von Glaserdiagrammen darstellen. Über die Berechnungen von Temperaturverlauf und Wasserdampfdiffusion können Wand-, Fenster- und Türkonstruktionen an ihren kritischen Stellen überprüft und optimiert werden. 

Programme erleichtern die Berechnung des U-Werts

Baustoffe und Bauteile verwalten

U-Wert-Berechnungsprogramme können aber noch mehr: Baustoffe und Bauteile können in Katalogen verwaltet werden, individuelle Bauteile lassen sich bequem Schritt für Schritt über Dialogfenster alphanumerisch eingeben und editieren. Anhand einer parallel automatisch erstellten Grafik wird der Bauteilaufbau inklusive aller Materialschichten zwei- oder dreidimensional angezeigt. Teilweise kann auch das Energieeinsparpotenzial baulicher Maßnahmen sowie die Wirtschaftlichkeit dieser Maßnahmen überschlägig berechnet werden. 

Ergebnisse für weitere Berechnungen verwenden

Alle Ergebnisse der Wärme- und Feuchteschutzberechnung lassen sich in Form von Berichten oder Reports ausgeben – zur Bauteilphysik, zu Bauteilvergleichen, zur Einsparung und Wirtschaftlichkeit, KfW- und EnEV-Berichte, Unternehmererklärungen etc. Ist der U-Wert-Rechner mit anderen Programmen des Herstellers verknüpft, lassen sich die Berechnungsergebnisse für die Energieberatung, Heizlast- und Kühllastberechnung, der Simulation des Gebäude-Energiebedarfs oder der Fußbodenheizungsauslegung und weitere Berechnungen verwenden. 

Welche U-Wert-Rechner gibt es?

U-Wert-Berechnungsprogramme gibt es viele: Zum einen sind das in EnEV-Programme integrierte Funktionen oder Module (TGA 11-2013: Digitale Helfer für Beratung und Planung, Webcode  559846). Ebenso enthalten Wärmebrücken-Simulationsprogramme Bauteildatenbanken, Bauteileditoren und U-Wert-Rechner. Auch die Berechnungsmodule der meisten CAD-Programme für die Haustechnik, beispielsweise AX 3000, C.A.T.S. Software, DDS-CAD, liNear, mh-software, Raucad, Revit MEP, TGA 3D etc., verfügen über eine U-Wert-Berechnung (TGA 11-2014: Universelle Werkzeuge für TGA-Fachplaner, Webcode  616379). 

Normgerechte U-Wert-Berechnung im Fokus

Diese Marktübersicht berücksichtigt ausschließlich auf eigens für die U-Wert-Berechnung nach DIN EN ISO 6946, Tauwassernachweise nach DIN 4108-3 und Bauteilnachweise nach EnEV ausgelegte, separat lauffähige Programme. Darunter sind sowohl herkömmliche Desktop-Programme als auch Web-Anwendungen, wie 

www.u-wert.net oder www.bauteilrechner.cc

Letztere haben den Vorteil, dass das Programm und die Material-/Bauteildaten stets aktuell sind und teilweise von den Nutzern kontinuierlich erweitert werden. Dafür fallen allerdings monatliche/jährliche Mietgebühren an. 

Auf welche Details sollte man achten?

Neben den Funktionen sollte man bei der Auswahl eines U-Wert-Rechners auch Randbedingungen berücksichtigen. Anwender, die bereits Produkte eines der oben oder in der Tabelle genannten Softwareanbieters einsetzen, werden aus Gründen der Datendurchgängigkeit und einer einheitlichen Bedienung sinnvollerweise ihrem Hersteller treu bleiben. 

Nutzungsspektrum der Software einschätzen

Anhand der Einsatzbereiche kann man vorab das Nutzungsspektrum der Software einschätzen: Alle Lösungen sind neben der U-Wert-Berechnung, dem Wärme- und Feuchteschutz mehr oder weniger gut auch für die Baustoff- und Bauteilverwaltung geeignet. Nicht alle Programme können Schichtdicken bei vorgegebenem oder angestrebtem U-Wert optimieren. 

Welche Normen liegen der U-Wert-Berechnung zugrunde?

Alle Lösungen berechnen wärme- und feuchteschutzrelevante Werte nach den Vorgaben der aktuellen DIN EN ISO 6946 [1] sowie DIN 4108-3 und -4 [2, 3]. Weitere wichtige Regelwerke sind die DIN V 4701-10 [4], EN ISO 13 788 [5] sowie die EnEV 2009/2014/2016. 

Auf Katalogdatenbanken zugreifen

Bei der Eingabe kann der Anwender auf Katalogdatenbanken zurückgreifen, die ein wichtiges Qualitätskriterium von U-Wert-Rechnern sind. Das bezieht sich sowohl auf den Umfang der mitgelieferten Baustoff-, Bauteil, Fenster-/Haustüren- und Herstellerkataloge als auch auf eine übersichtliche Strukturierung, auf die Material-/Bauteilsuche sowie auf komfortable Editierfunktionen. So sollten alle vorhandenen Baustoffe und Bauteile editierbar sein, ebenso sollten neue Baustoffe angelegt und die entsprechenden Parameter frei definiert werden können: Codierung, Bezeichnung, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, minimaler und maximaler Wasserdampfdiffusionskoeffizient etc. 

Welche Daten ermittelt der U-Wert-Rechner?

Berechnet werden U- und R-Werte, die Wasserdampfdiffusion, der Taupunkt für Außen- und Innenwände, Flach- und Steildächer, Bodenplatten, Zwischendecken, Fenster und Türen. Auch bei der Bauteilberechnung zeigen sich die Unterschiede: Nicht alle Programme können beispielsweise mehrschichtige inhomogene Bauteile, eine Gefälledämmung, Bauteile zum Erdreich oder zu unbeheizten Räumen berechnen. 

Auch der sommerliche Wärmeschutz, die thermisch-dynamische Charakteristik von Baustoffen respektive die tageszeitliche Temperaturschwankung sowie die Speicherfähigkeit der Baustoffe berücksichtigen nicht alle Programme. Entsprechend berechnen nicht alle das Temperaturamplitudenverhältnis (TAV) von Bauteilen. 

Zu den Ausgabedaten zählen der Temperaturverlauf, Bauteilnachweise nach EnEV und KfW, Bauteilvergleiche, teilweise auch die mögliche Energie- und Kosteneinsparung von Bauteilvarianten, deren Amortisation, eine Unternehmererklärung nach KfW bzw. nach § 26a EnEV. 

Welche Ausgabeformate werden unterstützt?

Zu den häufigsten Ausgabeformaten zählen RTF, DOC und PDF. Teilweise lassen sich die Berechnungs-Ergebnisse direkt an EnEV- oder Berechnungsprogramme übergeben. 

Unter „Besonderheiten“ haben die Hersteller drei Alleinstellungsmerkmale ihrer Software aufgelistet. Die Preise reichen von 100 bis 500 Euro (zzgl. MwSt.), je nach Programmumfang. Für das in der Regel jährliche Update/Upgrade werden rund 50 Euro berechnet. Bei Weblösungen sind sowohl Nutzungs- als auch Wartungskosten in den Software-Mietgebühren (zwischen 3,00 und 16,60 Euro/Monat) enthalten. 

U-Wert-, EnEV- oder besser eine Wärmebrückensoftware?

Wer sich mit dem Gedanken trägt, sich einen separaten U-Wert-Rechner zuzulegen, sollte vorher prüfen, ob eine EnEV-Software nicht die sinnvollere Wahl ist. Sie bietet meist eine vergleichbare Funktionalität und zugleich den Vorteil, dass alle Eingaben und Ergebnisse für alle an die U-Wert-Berechnung anschließenden Aufgaben zur Verfügung stehen: für die energetische Optimierung von Wohn- und Nichtwohngebäuden, die Energieberatung, die Erstellung von Energieausweisen, Sanierungsfahrplänen und so weiter. 

U-Wert-Rechner: Praktische Tools mit Einschränkungen 

U-Wert-Rechner sind praktisch, nützlich und sparen Zeit. Sie unterliegen aber auch Einschränkungen: So werden bedingt durch die verwendeten Verfahren zur U-Wert- oder Feuchteberechnung nur die Wärmeleitung, nicht aber Wärmeverluste oder -gewinne durch Wärmestrahlung berücksichtigt. Unberücksichtigt bleibt auch der kapillare Feuchtetransport und es werden nur stationäre, zeitlich konstante Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten angenommen. 

Das entspricht aber ebenso wenig der Realität, wie 100%ig dichte Dampfsperren und ein idealisierter Bauteilaufbau. Treffen drei oder mehr Bauteile aus unterschiedlichen Richtungen aufeinander (z. B. Kreuzlattung, Raumecke etc.) entstehen dreidimensionale Wärmebrücken, die U-Wert-Rechner nicht exakt berechnen können. Für diese und weitere Fälle ist der Einsatz von Wärmebrücken-Simulationsprogrammen sinnvoller. 

Berücksichtigen sollte man auch, dass bauphysikalische Anforderungen bei der Baumaterialauswahl nur ein Teilaspekt sind. Neben dem Wärme- und Feuchteschutz spielen bei Neubauten und Sanierungsmaßnahmen auch Schallschutz, Brandschutz, Nachhaltigkeit und Unterhaltungskosten wichtige Rollen bei der Entscheidung für oder gegen einen Baustoff bzw. eine Lösung. Hier sind aber keine Software-Berechnungsfunktionen, sondern die Kompetenz und das Fachwissen des Planers gefordert.

Wärmebrücken-Simulationsprogramme (Auswahl) 

Literatur und weitere Infos 

 [1] DIN EN ISO 6946 Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren. Berlin: Beuth Verlag, April 2008 [Neue Fassung der zitierten Norm: März 2018, Anm. Red.]

 [2] DIN 4108-3 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung. Berlin: Beuth Verlag, November 2014 [Neue Fassung der zitierten Norm: Oktober 2018, Anm. Red.]

 [3] DIN 4108-4 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte. Berlin: Beuth Verlag, Februar 2013 [Neue Fassung der zitierten Norm: März 2017, Anm. Red.]

 [4] DIN V 4701-10 Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung. Berlin: Beuth Verlag, August 2003 

 [5] DIN EN ISO 13 788 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Raumseitige Oberflächentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflächenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. Berlin: Beuth Verlag, Mai 2013 

 [6] DIN EN ISO 10 077-1 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Anschlüssen – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 1: Allgemeines. Berlin: Beuth Verlag, Mai 2010 [Die zitierte Norm ist inzwischen zurückgezogen, Anm. Red.]

 [7] DIN EN ISO 12 631 Wärmetechnisches Verhalten von Vorhangfassaden – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten. Berlin: Beuth Verlag, Januar 2013 [Neue Fassung der zitierten Norm: Januar 2018, Anm. Red.]

 [8] www.energieberaterforum.de / Forum, Suche: U-Wert etc. 

 [9] www.u-wert.net / U-Wert-Portal und Forum 

[10] www.waermebrueckenportal.de / alles über Wärmebrücken

Dieser Artikel ist eine Überarbeitung des Artikels „Bauteileigenschaften einfach nachweisen“ von Marian Behaneck, erschienen in TGA 12-2017.