WärmedurchgangswiderstandDer Wärmetransport durch ein Bauteil erfolgt in einer Reihenschaltung von Widerständen. Die Energie muss nacheinander den Wärmeübergangswiderstand $R_{si}$ an der Bauteilinnenseite, die einzelnen Wärmedurchlasswiderstände $R_i$ aller Baustoffschichten, sowie den Wärmeübergangswiderstand $R_{se}$ an der Bauteilaußenseite überwinden. Analog zum elektrischen Stromkreis ergibt sich der Gesamtwärmedurchgangswiderstand $R_{\mathrm{tot}}$ als Summe der Einzelwiderstände. Der Index „tot“ steht für „total“. Je größer $R_{\mathrm{tot}}$ ist, desto ausgeprägter ist die Dämmwirkung des Bauteils.
Für die insgesamt von der Luft auf der einen Seite zur Luft auf der anderen Seite transportierte Energiemenge sind durchaus auch andere Bezeichnnungen gebräuchlich, beispielsweise Wärme, Wärmemenge, Energie, Wärmeverlust, Wärmesenke, Wärmegewinn, Wärmequelle.
Phasen des Wärmetransfers durch ein BauteilDie Wärmeübertragung von der Raumluft auf die Innenober fläche erfolgt mittels Luftströmung (Konvektion), Wärmeleitung und von den Innenoberflächen der umgebenden Bauteile mittels Wärmestrahlung. Beides wird im Wärmeübergangs widerstand $R_{si}$ zusammengefasst, wobei der Index „si“ für „surface interior“ steht.
In den Baustoffschichten erfolgt der Wärmetransport durch alle 3 Transportphänomene: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Sie werden aber vereinfachend zu einer effektiven Wärmeleitfähigkeit l der Baustoffe zusammen gefasst (Bild 4). Der Wärmedurchlasswiderstand $R$ einer einzelnen Schicht ist die Dicke der Schicht geteilt durch die Wärmeleitfähigkeit des Baustoffs der Schicht. Bei mehrschichtigen Bauteilen ist die Summe der Einzelwiderstände der Schichten der Gesamt-Wärmedurchlasswiderstand $R$.
An der Bauteilaußenseite tritt eine Wärmeabgabe über Konvektion (v.a. durch Wind) und Wärmeleitung an die Außenluft auf, sowie eine Wämeabgabe über Wärmestrahlung an umliegende Gebäudeoberflächen und den Himmel. Beide werden im äußeren Wärmeübergangswiderstand $R_{se}$ zusammengefasst, mit Index „se“ für „surface exterior“.
WärmeübergangswiderständeDie Wärmeübergangswiderstände $R_{si}$ und $R_{se}$ sind in der Norm DIN EN ISO 6946 tabelliert (Tafel 5). Bei direktem Kontakt zweier Schichten, beispielsweise zwischen Kellerwand und Erdreich, entfällt der Wärmeübergangswiderstand $R_{se}$, da dieser Null beträgt. Der Kehrwert des Wärmeübergangswiderstands an einer Bauteiloberfläche ist der Wärmeübergangskoeffizient h für diese Oberfläche.
U-WertDer Kehrwert des Gesamtwärmedurchgangswiderstands $R_{\mathrm{tot}}$ ist der Wärmedurchgangskoeffizient $U$, auch als $U$-Wert des Bauteils bezeichnet. Je niedriger der $U$-Wert, desto besser die Dämmwirkung. Das Endergebnis des $U$-Werts wird auf zwei wertanzeigende Stellen gerundet, bei opaken Bauteilen üblicherweise die ersten beiden Nachkommastellen (z.B. 0,23 $\mathrm{W/(m^2K)}$), bei Fenstern häufig eine Vorund eine Nachkommastelle (z.B. 1,3 $\mathrm{W/(m^2K)}$). Diese Rundung entspricht der Genauigkeit der Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit. Für Zwischenergebnisse werden drei oder mehr wertanzeigende Stellen beibehalten. Den Wärmetransport durch (opake und transparente) Bauteile, der durch den $U$-Wert des Bauteile charakterisiert wird, nennt man Transmission.
Die Bestimmung des $U$-Werts erfolgt gemäß den Normen DIN EN ISO 6946 für homogene Bauteile sowie DIN EN ISO 6946 in Verbindung mit DIN EN ISO 10211 für inhomogene Bauteile. Hierbei finden die Wärmeleitfähigkeiten und Schichtdicken aller im Bauteil enthaltenen Materialien sowie die Wärmeübergangswiderstände an den Oberflächen Berücksichtigung.
Der $U$-Wert stellt die zentrale Kenngröße zur wärmetechnischen Beurteilung von Außenbauteilen wie Wänden, Dächern und Fenstern dar. Er findet Anwendung bei der energetischen Gebäudebewertung, der Auslegung von Heizungsund Kühlsystemen sowie der Überprüfung gesetzlicher Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz. Die Minimierung der $U$-Werte ist ein wesentliches Ziel beim energieeffizienten Bauen und Sanieren von Gebäuden (Tafel 4).
WärmetransferkoeffizientDer Transmissionswärmetransferkoeffizient $H_T$, mit dem Index „T“ für Transmission, beschreibt die pro Kelvin Lufttemperaturunterschied durch die gesamte Bauteilfläche transportierte Wärmemenge pro Zeiteinheit. Er berechnet sich als Produkt aus $U$-Wert und Bauteilfläche. Das flächengewichtete Mittel der $H_T$-Werte aller Hüllflächenbauteile inklusive Wärmebrückeneinfluss $\Delta U_{WB}$, dividiert durch die Gesamtfläche A der wärmeübertragenden Gebäudehülle, ergibt den Koeffizienten $H'_T$. Dieser stellt eine Nebenanforderungsgröße des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) an die energetische Qualität der Gebäudehülle dar (Tafel 3).
Solare Wärmegewinne auf opaken BauteilenDer solare Energiegewinn durch Aufheizung der Bauteilaußenoberfläche wird nicht im $U$-Wert berücksichtigt, sondern kann separat als Wärmequelle in der Gebäudebilanz angesetzt werden. Dieser Effekt ist bei gut gedämmten Bauteilen allerdings vernachlässigbar gering.
Elektrisches AnalogonZur Veranschaulichung lässt sich der Wärmetransport mit der Analogie zum elektrischen Strom beschreiben: Das treibende Potential ist die Temperatur beziehungsweise der Temperatur unterschied zwischen Innenund Außenluft, analog zur elektrischen Spannung bzw. Potentialdifferenz. Der Wärmedurchlasswiderstand $R_i$ einer Baustoffschicht entspricht dem elektrischen Widerstand, $R_{\mathrm{tot}}$ dem Gesamtwiderstand der Schaltung. Die transportierte Wärmemenge $Q$ entspricht der elektrischen Ladungsmenge, der Wärmestrom $Q$/t (Wärmemenge pro Zeit) dem elektrischen Strom (Ladung pro Zeit).