Dämmwerte von Baumaterialien und Bauteilen

Wie sich der U-Wert oder Wärmedurchgangskoeffizient berechnen lässt, habe ich an anderer Stelle ausführlich beschrieben. In diesem Beitrag soll es eher um die Dämmwerte verschiedener Baumaterialien und Bauteile gehen. Damit es nicht nur Theorie bleibt, habe ich aber auch ein drei Beispiele eingebaut. Einmal ganz allgemein, wie Sie den U-Wert einer Wand berechnen. Im zweiten Beispiel erfahren Sie, wie Sie die Dicke des Dämmstoffs ermitteln, um einen festgesetzten U-Wert zu erreichen und im dritten Beispiel erläutere ich, wie das bei einer Fertighaus-Wand funktioniert.

Das erwartet Sie in diesem Beitrag

• Grundsätzliches zur Wärmedämmung
• Sonderfall Luft
• Den U-Wert einer Wand ermitteln
• Wie dick muss die Dämmung sein, um die EnEV zu erfüllen?
  • So sieht es bei vorgegebener Wärmeleitfähigkeit aus
• U-Wert beim Fertighaus oder bei Zwischensparrendämmung
  • Dicke der Dämmung bei bekannter Wärmeleitfähigkeit

Grundsätzliches zur Wärmedämmung

Der U-Wert eines Bauteils hängt im Wesentlichen von seiner Dicke und der Wärmeleitfähigkeit λ des Baumaterials ab. Je niedriger λ, desto weniger Wärme kann durch das Bauteil entweichen, desto besser also der Dämmwert.

Wenn Sie wissen wollen, wie gut Ihre Wand oder das Dach dämmt – müssen Sie drei Dinge wissen – wie dick ist das Bauteil, aus welchem Material besteht es und welche Dichte besitzt es.

Besteht das Bauteil aus mehreren Schichten, müssen Sie für jede Schicht den Wärmedurchgangswiderstand bzw. Wärmedurchlasswiderstand R kennen. Diesen erhalten Sie, wenn Sie die jeweilige Bauteildicke in Metern durch die Wärmeleitfähigkeit teilen. Der Kehrwert von R ergibt dann den U-Wert.

Für die gängigsten Baumaterialien und Bauteildicken habe ich die Berechnung des Wärmedurchgangswiderstands R bereits vorgenommen. Einfach die Werte in den nachfolgenden Tabellen ablesen. Die Tabellen öffen sich durch Klick auf das Plus-Zeichen auf der rechten Seite

Tabelle 1: Mauerwerk

Tabelle 2: von Putz

Tabelle 3: Beton

Tabelle 4: Holz

Tabelle 5: Bekleidungen

Tabelle 6: Dämmstoffe

Sonderfall Luft

Luftschichten spielen im Bereich des Wärmeschutzes eine besondere Rolle, da ihre Dämmeigenschaften von der Luftbewegung abhängen. An sich hat Luft ausgezeichnete Dämmwerte mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit von nur 0,0262 W/mK – das ist sogar doppelt so gut wie PUR (Polyurethan).

Allerdings gestaltet sich die praktische Anwendung schwieriger, da Luft in einem geschlossenen Raum aufgrund von Temperatur- und Dichteschwankungen in Bewegung gerät, was zu einem Wärmetransport führt. Dieser Vorgang wird als natürliche Konvektion bezeichnet und ist in jedem Luftvolumen präsent. Darüber hinaus kann auch eine sogenannte erzwungene Konvektion auftreten, beispielsweise durch Lüftungsanlagen oder Wind an einer Außenwand.

Generell wird bei der Bemessung zwischen ruhenden, schwach bewegten und stark bewegten Luftschichten unterschieden, wobei die Klassifikation von der Größe der Öffnungsfläche abhängt. Eine genaue Zuordnung ermöglicht es, den jeweiligen Luftschichten spezifische Dämmwerte zuzuweisen, die in realen Anwendungsfällen Anwendung finden können.

Luftschichten im Wärmeschutz

In der nachfolgenden Tabelle finden Sie die Werte für verschiedene vertikale, ruhende Luftschichten gemäß der Norm EN ISO 6946, basierend auf ihrer Dicke. Diese Werte stellen den Wärmedurchlasswiderstand dar. Zusätzlich sind die daraus resultierenden äquivalenten Wärmeleitfähigkeiten der Luftschichten angegeben, um einen einfacheren Vergleich zu ermöglichen.

• Schwach belüftete Luftschichten haben die Hälfte des Wärmedurchlasswiderstandes von ruhenden Luftschichten.
• Stark belüftete Luftschichten besitzen keinen Dämmwert, und das Bauteil im Wärmeschutz endet an der Grenze zur stark belüfteten Luftschicht. Ein Beispiel hierfür wäre eine stark hinterlüftete zweischalige Mauer, bei der die Klinkerschale keine Bedeutung mehr für den Wärmeschutz hat, sondern ausschließlich als Wetterschutzschale dient.

Den U-Wert einer Wand ermitteln

Mit den Werten aus den Tabellen lässt sich recht einfach der U-Wert einer Wand- oder Dachkonstruktion ermitteln. Sie müssen nur wissen, wie dick und aus welchem Material die einzelnen Schichten sind. Die R-Werte werden ganz einfach addiert, dazu kommen noch die beiden Wärmeübergangswiderstände Rsi und Rse.

Rsi und Rse bezeichnen die Wärmeübergangswiderstände zwischen Luft und Bauteil. Sie sind für drinnen und draußen unterschiedlich. Rsi ist der innere, Rse der äußere Wert. Nach DIN EN ISO 6946 gelten folgende Werte:

Hier die benötigten Formeln:

R=d/λ=Rsi + d1/λ1 + d2/λ2 + dn/λn + Rse
U= 1/R

Beispiel 1:
Sie besitzen ein altes, ungedämmtes Haus aus Kalksandstein, das außen mit einem 20 mm dicken Kalkzementputz und innen mit einem 10 mm starken Gipsputz versehen ist. Die Mauerstärke beträgt 36,5 cm. Wie groß ist der U-Wert?[

Lösung:

Mit Hilfe der obigen Tabellen mit den R-Werten lässt sich der U-Wert recht einfach ermitteln. Sie benötigen lediglich die Werte für die Mauer aus Kalksandstein, den Innen- und den Außenputz. Die Werte für die Wärmeübergangswiderstände entnehmen Sie Tabelle 7 und dort der mittleren Spalte. Schließlich geht es um einen horizontalen Wärmestrom durch die Wand.

In Tabelle 1 können Sie nachschauen, welchen R-Wert Kalksandstein bei einer Mauerdicke von 36,5 cm besitzt. Hier haben wir bereits ein kleineres Problem, denn der Werkstoff ist in unterschiedlichen Dichten zwischen 1000 und 2600 Kg/m³ erhältlich. Dementsprechend gibt es auch verschiedene Wärmeleitfähigkeiten λ und somit auch verschiedene Wärmedurchgangswiderstände.

Für die Berechnung nehmen wir λ = 0,5 W/mK an, dieser Wert gilt bei einer Dichte von 1000 Kg/m³. Da λ in der Gleichung R=d/λ im Nenner steht, besitzen Werkstoffe mit der geringsten Leitfähigkeit den größten Wärmedurchgangskoeffizienten. Sie geben also auf der rechten Seite den unteren Wert an, während Sie auf der linken Seite oben stehen. Das ist erst einmal verwirrend. Für λ = 0,5 W/mk bekommen wir daher einen R-Wert von 0,73 m²K/W.

In Tabelle 2 finden Sie die R-Werte für Putze. Außen wird ein Kalkzementputz verwendet und 20 mm dick aufgetragen, innen ein 10 mm starker Gipsputz. Die beiden zugehörigen Werte betragen jeweils 0,02 m²K/W.

Jetzt haben wir alle benötigten Werte und können den R-Wert der bestehenden Wand errechnen:

R (Bestand) = Rse + R (Kalkzementputz) + R (Kalksandstein) + R (Gipsputz) + Rsi

Die Zahlen eingesetzt, sieht das so aus:

0,04 + 0,02 + 0,73 + 0,02 + 0,13 = 0,94 m²K/W

Daraus dann den U-Wert berechnen:

U = 1/R = 1/0,94 = 1,064 W/m²K

Wie dick muss die Dämmung sein, um die EnEV zu erfüllen?

Der im vorigen Kapitel errechnete U-Wert ist in den Augen der Energieeinsparverordnung natürlich viel zu hoch. Momentan fordert die EnEV bei bestehenden Gebäuden bei Wänden einen Wert von 0,24 W/m²K.

Beispiel 2:
Sie besitzen ein altes, ungedämmtes Haus aus Kalksandstein, das einen U-Wert von 1,064 W/m²K besitzt. Die Energieeinsparverordnung fordert einen U-Wert von 0,24 W/m²K). Wie dick muss die Dämmung sein, damit dieser Wert erreicht wird? Und mit welchen Dämmstoffen lässt sich das erreichen?

Lösung:

Mit der Formel U = 1/R lässt sich die erforderliche Dicke ganz einfach ermitteln. R ist hier gleich der Summe aller R-Werte des Bauteils, in diesem Fall also R (Bestand) plus R (Dämmmung). Daraus ergibt sich folgende Gleichung:

U (erforderlich) = 1 / (R (Bestand) + R (Dämmung))

Bis auf den Wärmedurchgangswiderstand R(Dämmung) kennen wir alle Werte. Lösen wir also danach auf:

R(Dämmung) = 1 / U (erforderlich) – R (Bestand)

R(Dämmung) = 1 / 0,24 – 0,94 = 3,227 m²K/W

Der Wärmedurchgangswiderstand muss also größer als 3,227 m²K/W sein, damit die Vorgaben der EnEV erfüllt werden.

Schauen wir in die Tabelle 6 nach. Sie haben dort jede Menge Auswahl, denn im Prinzip lässt sich mit jedem Dämmstoff der erforderliche U-Wert erreichen. Ist nur die Frage, wie dick er sein soll. Bei einer gewählten Dämmstoffdicke von 15 cm können Sie zum Beispiel EPS-Hartschaum, Schafwolle oder auch Mineralwolle verwenden, sofern die Wärmeleitfähigkeit bei 0,030 oder 0,040 W/(m*K) liegt.

Soll die Dämmstoffdicke lediglich 10 cm betragen, müssen Sie einen Dämmstoff mit möglichst geringer Leitfähigkeit verwenden. Dazu mehr im nächsten Kapitel.

So sieht es bei vorgegebener Wärmeleitfähigkeit aus

Wenn Sie einen bestimmten Dämmstoff bereits ins Auge gefasst haben und dessen Wärmeleitfähigkeit kennen, können Sie die obige Formel auch nach der Dämmstoffdicke d auflösen. Wir erinnern uns R=d/λ. Das sieht dann so aus:

R (Dämmung) = d (Dämmung) / λ (Dämmung) = 1 / U (erforderlich) – R (Bestand)

Ziehen wir das λ auf die rechte Seite, ergibt sich folgende Gleichung:

d (Dämmung) = λ / U (erforderlich) – λ / R (Bestand))

Bei einer guten, weil kleinen Leitfähigkeit von λ = 0,03 W / mK benötigen wir folgende Dämmstoffdicke:

d (Dämmung) = 0,03 / 0,24 – 0,03 / 0,94 = 0,125 – 0,032 = 0,093 m

Die Dämmung muss in diesem Fall rund 10 Zentimeter dick sein.

U-Wert beim Fertighaus oder bei Zwischensparrendämmung

Bei einem Fertighaus oder einem Dach gibt es keinen homogenen Schichtaufbau wie bei Mauerwerk. Vielmehr bestehen die Bauteile aus Holzbalken mit Zwischenräumen. Diese sind häufig mit Dämmung gefüllt. Der U-Wert einer solchen Konstruktion lässt sich mit folgender Formel berechnen:

U= (U (Gefach) x Gefachbreite + U(Rippen) x Rippenbreite)) / (Gefachbreite + Rippenbreite)

Bevor ich jetzt anfange, herumzutheoretisieren, hier gleich einmal ein Fall aus der Praxis.

Beispiel 3:
Ein Fertighaus besitzt eine Wand aus senkrechten Riegeln und Gefachen dazwischen. Nehmen wir an, der Riegel hätte eine Stärke von 20 cm und das Gefach ist 80 cm breit. Außerdem ist es komplett mit Mineralwolle gefüllt. Wie groß ist der U-Wert der Wand?

Lösung:

U (Rippen): Hier schauen wir in die Tabelle Holz bei 20 cm. Der R-Wert beträgt 1,667 m²K/W. Der U-Wert ist dann 1/1,667 = 0,6 W/m²K

U-Gefach: Eine 20 cm starke Schicht Mineralwolle hat laut Tabelle einen R-Wert von minimal 4 m²K/W. Der U-Wert beträgt dann ¼ = 0,25 W/m²K.

Tragen wir die Werte in die obige Formel ein, erhalten wir folgenden U-Wert:

U = (0,25 W/m²K x 0,2 m + 0,6 W/m²K x 0,8 m) / (0,8 m + 0,2 m) = 0,05 + 0,48 = 0,53 W/m²K

Das ist aber noch nicht der U-Wert der gesamten Fertighauskonstruktion, denn die Gefache müssen noch beplankt werden und zumindest verputzt.

Nehmen wir an, dass die Wand nach außen und innen mit einer 15 mm starken OSB-Platte verkleidet ist. Zusätzlich kommt innen noch eine doppelte Beplankung mit Gipskartonplatten dazu. Hier ist die Stärke zweimal 12,5 mm, also 25 mm. Der Innen- und Außenputz ist so wie in Beispiel 1.

Berechnen wir den R-Wert:

R (Fertighaus) = 1/U = 1/0,53 = 3,125 m²K/W

R (Bestand) = Rse + R (Kalkzementputz) + R (OSB) + R (Fertighaus) + R (OSB) + R (Gipskarton) + R (Gipsputz) + Rsi =

0,04 + 0,02 + 0,115 + 3,125 + 0,115 + 0,071 + 0,02 + 0,13 = 3,636 m²K/W

U (Bestand) = 1 / 3,636 m²K/W = 0,28 W/m²K

Die Vorgaben der Energieeinsparverordnung werden damit nicht ganz erreicht, die Wand muss also zusätzlich gedämmt werden. Schauen wir einfach nach, wieviel Dämmung zusätzlich draufgepackt werden muss, um den geforderten Wert von 0,24 W/m²K zu erreichen.

Nehmen wir wieder diese Formel:

R(Dämmung) = 1 / U (erforderlich) – R (Bestand)

Nun noch die Werte einsetzen:

R (Dämmung) = 1 / 0,24 – 3,636 = 4,167 – 3,636 = 0,54 m²K/W

Wenn Sie frei sind in der Wahl des Dämmstoffes und der Dämmstoffdicke, gehen Sie in Tabelle 6 und schauen Sie, welche Kombinationen den gesuchten R-Wert überschreiten.

Dicke der Dämmung bei bekannter Wärmeleitfähigkeit

Haben Sie bereits einen Dämmstoff ins Auge gefasst und kennen Sie dessen Wärmeleitfähigkeit, rechnen Sie so die Dicke aus:

d (Dämmung) = R (Dämmung) x λ (Dämmung)

= 0,54 x 0,040 = 0,02 m

Es braucht also eine zusätzliche Dämmung von mindestens 2 cm.