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Grundlagen der Wärmeflussmessung

U-Wert-Messung, Wärmeflussmessung

Der Wärmedurchgang eines Bauteils hängt von den Wärmeleitfähigkeiten der verwendeten Materialien, ihrer Schichtdicken und von der Bauteilgeometrie (ebene Wand, zylindrisch gekrümmte Rohrwandung, etc.) sowie den Übergangsbedingungen an den Bauteiloberflächen ab.

Der Wärmedurchgangskoeffizient U (auch Wärmedämmwert, U-Wert, früher k-Wert) beschreibt die Wärmemenge durch eine ein- oder mehrlagige Materialschicht, welche in einer Sekunde durch eine Fläche von 1 m² fließt, wenn sich die beidseitig anliegenden Lufttemperaturen stationär um 1 K unterscheiden. Beim Wärmedurchgangskoeffizienten U werden somit auch die Übergangskoeffizienten, d.h. die Intensitäten des Wärmeübergangs an den Grenzflächen innen und außen mit berücksichtigt. Der Wärmedurchgangskoeffizient U hat die pysikalische Einheit W/m²K und ist international im Standard ISO 6946 definiert.

Der Wärmedurchgangskoeffizient U ist der Reziprokwert des Wärmedurchgangswiderstands, der sich aus der Summe der Wärmedurchlasswiderstände der einzelnen, hintereinander liegenden Bauteilschichten sowie der Wärmeübergangswiderstände zu den umgebenden Schichten (Luft etc.) an den beiden Oberflächen zusammensetzt:

Wärmedurchgangswiderstand = Wärmedurchlasswiderstände + Wärmeübergangswiderstände.
Der Wärmedurchgangskoeffizient U ist eine wichtige Kenngröße im Bauwesen, wo er zur Bestimmung der Transmissionswärmeverluste durch Bauteile hindurch dient. Mit dem Transmissionswärmeverlust wird die energetische Qualität der thermischen Hülle (Isolierung von Dach, Außenwänden, Fenstern und Boden) eines Gebäudes beschrieben. Für jedes Wohngebäude ist in Abhängigkeit von der Umfassungsfläche und seinem Volumen ein zulässiger Höchstwert nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) in der jeweils aktuellen Fassung vorgegeben.

ALMEMO® Messsystem für U-Wert-Messung und Wärmeflussmessung

Das ALMEMO® Messsystem ermöglicht die Messung aller physikalischen Parameter an vorhandenen Gebäudeteilen (Mauern u.ä.) zur Berechnung des U-Wertes und weiterer relevanter Wärmekoeffizienten.

Messprinzip:
Das Messprinzip zur quantitativen Erfassung von Wärmedurchgangsverlusten an Trennwänden, wie z.B. an Hauswänden, Erwärmungsanlagen usw., basiert auf der sogenannten Hilfswandmethode, bei der eine Wärmestromplatte (Messfühler) direkt auf der Bauteiloberfläche in den Wärmestrom eingebracht wird. Anhand der bekannten thermischen Eigenschaften der Wärmestromplatte und der thermoelektrisch gemessenen Temperaturdifferenz innerhalb der Wärmestromplatte wird mit dem ALMEMO® Messsystem die Wärmestromdichte q in W/m² gemessen. Werden zusätzlich beidseitig (innen und außen) die Oberflächentemperaturen sowie die Lufttemperaturen im Übergangsbereich des Bauteils mit dem ALMEMO® Messsystem gemessen, können daraus alle relevanten Wärmekoeffizienten berechnet werden.

Die Berechnung basiert auf der zyklischen Erfassung der Mittelwerte der Temperaturen und der Wärmestromdichte. Der Einfluss der Wärmekapazität des Bauteils (zeitliche Phasenverschiebung zwischen Temperaturen und Wärmefluss) auf die Berechnung z.B. des U-Werts wird bei genügend langer Messzeit vernachlässigbar klein, und der berechnete Mittelwert erreicht den tatsächlichen U-Wert des Bauteils.

Einsatzbereich:
Zur Berechnung eines aussagekräftigen, stabilen U-Wertes kann die Messung nur unter bestimmten Bedingungen durchgeführt werden:

  • Die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft muss ausreichend groß sein (typ. 20 K, z.B. Innentemperatur 20 °C und Außentemperatur 0 °C).
  • Die Schwankungen dieser Temperaturen (u.a. Tag/Nacht) müssen während der Messdauer möglichst klein sein.
  • Die Messwerte müssen vor Ort über einen ausreichend langen Zeitraum (ein bis mehrere Tage) aufgenommen werden und die Parameter über Mittelwerte berechnet werden.