U-Wert messen?

Ist es möglich, aufgrund der Außentemperatur, der Innentemperatur und der Oberflächentemperatur den U-Wert eines vorhandenen Bauteils zu ermitteln?

Das ist, zumindest theoretisch, tatsächlich möglich:

Die Temperaturdifferenz zwischen Raumtemperatur und Außentemperatur fällt schrittweise entsprechend den Wärmewiderständen der einzelnen Schichten ab.

Zwischen Raumtemperatur und Wandoberflächentemperatur liegt der innere Wärmeübergangswiderstand von typischerweise Ri=0,13 m²K/W und die entsprechende Temperaturdifferenz dTi.

Zwischen Wandoberflächentemperatur und Außentemperatur liegt der Rest der Wand/Dämmung: Der Wärmewiderstand Re und die entsprechende Temperaturdifferenz (TWandoberfläche – Taußen) dTe.

Dann gilt folgende Formel:

Ri/dTi = Re/dTe

die sich nach dem unbekannten Re auflösen lässt:

Re = Ri*dTe/dTi

Der gesamte Wärmewiderstand ist R=Re+Ri

R = Ri(1+dTe/dTi)

und der U-Wert ist

U = 1/R

Beispiel

Raumtemperatur: 20°C
Wandoberfläche: 18°C
Außentemperatur: -10°C

dTi= 2°C
dTe=28°C
Ri=0,13 m²K/W

dTi= 2°C
dTe=28°C
Ri=0,13 m²K/W

R = Ri(1+dTe/dTi) = 1,95 m²K/W
U = 0,5 W/m²K

Zur Kontrolle: Bauteil mit U=0,5 W/m²K im U-Wert-Rechner

Soweit die Theorie.
In der Praxis kann das ganze aber nicht sehr genau werden, denn:

  1. Die Außentemperatur muss bekannt und konstant sein. Sie lässt sich zwar messen, da sie aber ständig schwankt und die Schwankungen verzögert in die Wand eindringen, passt die gemessene Wandoberflächentemperatur normalerweise nicht zur gerade herrschenden Außentemperatur. Für eine solche Messung sollte die Außentemperatur vermutlich mindestens 24h lang einigermaßen konstant bleiben, damit die Wandoberflächentemperatur annähernd ihre Gleichgewichtstemperatur erreicht.
  2. Je besser die Wand gedämmt ist, umso kleiner ist dTi und umso genauer muss die Messung sein. Andererseits wird die Wandtemperatur auch durch Wärmestrahlung beeinflusst, die in dieser Rechnung nicht berücksichtigt wird.
  3. Das Ergebnisse wird direkt vom inneren Wärmeübergangswiderstand Ri beeinflusst. Wie weit dieser im Einzelfall vom Rechenwert 0,13 abweicht, ist leider schwierig zu sagen, denn dies hängt davon ab, wie stark sich die Luft an der Wandoberfläche bewegt (Konvektion).

Fazit: Je größer der U-Wert des Bauteils, umso genauer wird die Messung werden, da Messfehler eine geringere Rolle spielen.

21 Kommentare

  1. Ihre Erklärung der Messgrundlage ist auch für den Laien sehr anschaulich. Es geht aber noch einfacher, wenn man bedenkt, dass der Wärmestrom = Temp.-Diff./Wärmewiderstand von innen nach außen überall gleich ist. Mit der Annahme des Widerstandes innen und der dort gemessenen Temp.Diff. ist er bekannt als qs = (Ti-Twi)/Ri. Da er auch für die vollständige Wand mit ihren 3 Wärmewiderständen (WÜ innen, Wärmeleitung durch die Wand und WÜ außen) gilt, folgt mit
    qs = (Ti-Ta)/Rges = (Ti-Ta)*U der U-Wert zu
    U = 1/Ri*(Ti-Twi)/(Ti-Ta). Eine Umformung Ihrer Endformel führt zum selben Ergebnis.

  2. Um den Wärmebedarf eines Raumes zu bestimmen, könnte man einen elektrischen Heizofen mit bekannter Leistung reinstellen und die „Sprungantwort“ abzuwarten! Man hat die Außentemperatur, kennt die Innentemperatur des Raumes zum Anfang und sieht dann was sich für eine Endtemperatur im Raum nach …zig Stunden einstellt. Anschließend weiß man, dass eine Heizung mit X W eine Steigerung der Raumtemperatur um y Grad bringt.

  3. Zitat:“Ist es möglich, aufgrund der Außentemperatur, der Innentemperatur und der Oberflächentemperatur den U-Wert eines vorhandenen Bauteils zu ermitteln?“
    Ja, die Messung ist möglich mit Wärmefluss-Platten.
    Wir prüfen damit seit 1997 in der kalten Jahreszeit die U-Werte von Verglasungen und Fensterrahmen in-situ. Damit sind belastbare Aussagen über die gelieferte Verglasungsqualität möglich.

  4. Oberflächentemperaturen zu messen an bauteilen vor Ort ist eine Sache, jedoch daruaf Rückschlüsse zu legen auf den einegabuten U-Wert ist nicht aussagekräftig, bzw. ergeben falsche Werte.
    Bei homogenen Bauteile wie STB-Mauern oder Hollochziegeln mit Verbund Wärmedämmplatten lassen sich halbwegs brauchbare U-Werte Messtechnisch vor Ort ermitteln.
    Jedoch Fensterrahmen mit Verglasungen ergeben keine realistischen Ergebnisse.
    U-Werte Fensterverglasungen oder Fassaden können nur unter kontrollierten Bedingeungen an einem zertifizierten prüfstand mit den Normmaßen ermittelt werden.
    Dies zeigt auch, bei den Prüfstellen, dass die errechneten U-Werte mit den am prüfstand ermittelten Werte im hundertstel Bereich übereinstimmen.

  5. Ich habe mal versucht den u-Wert des gedämmten Dachbodens näherungsweise ähnlich der Methode von „Grille“ zu ermitteln:

    Elektroheizung mit 1200 Watt im Raum aufgestellt und gewartet bis die Innentemperatur nicht weiter steigt. Das ist ja dann der Punkt wo der Wärmeverlust genau der Heizleistung entspricht also in dem Fall 1200 W.

    Mithilfe der Außentemperatur bzw. der Temperaturdifferenz lässt sich dann ein U-Wert ermitteln (d.h. ein Durchschnitts U-Wert für alle vorhanden Flächen, also Dach, Giebelwand, Fenster etc.).

    Ist sicher nicht sehr genau, aber zumindest als grober Näherungswert gut zu gebrauchen und vor allem mit „Hausmitteln“ d.h. ohne spezielles technisches Gerät zu ermitteln.

  6. Habe bereits häufiger mittels Infrarot-Kamera ( Profi-Kamera ) die U-Werte von Verglasungen überprüft. Wenn man die Reflexionen ausschalten kann und die Kamera-Einstellungen exakt sind, kann man aus den gemessenen Oberflächentemperaturen ein Mittel bilden und mit der Formel
    U Glas = (Lufttemperatur innen – Oberflächentemperatur) / 0,13 x(Oberflächentemperatur – Lufttemperatur außen)
    näherungsweise den U-Wert bestimmen.
    Das gleiche gilt für monolitische Außenwände.
    Der ermittelte U-Wert passt fast immer.

  7. This method (described on the top) is working in Testo 635-2.

    Is it any norm or standard for example DIN and/or ISO to describe the number of measuring and to declare the way reaching the steady state heatflow?

  8. Man kann so definitiv schlecht messen !
    Man kann es lediglich näherungsweise – besser oder schlechter bestimmen, wie schon manche es hier angedeutet haben.
    Zu Bestimmung des U-wertes braucht man Temperaturabfahl an jeweiligem Körper, dessen U-Wert man messen möchte, welcher durch Wärmewiderstand (also kehrwert von U-Wert) des Körpers beim Durchtrömmen des Körpers durch Wärmeenergie zustande kommt.

    Man kann zwar die Temeperaturen besser oder schlechter mit IR-Kameras oder anderen Sensoren direkt am Körper messen, es fehlt allerdings der Wert der Wärme, die den Körper durchfließt, den man in nicht Laborbediebgunbgen (und auch dort) eigentlich direkt nicht sondern immer indirekt mit verschiedenen Hilfsmitteln bestimmt oder annimmt, die Annahmen beruhen auf Laborbeobachtungen /-messungen und Erfahrung. Eine solcher Ananhmen ist z.B. oben genannter Ri=0,13 m²K/W. Dieser Wert ist nur ein statistisch ermittelter Mittelwert über die gängigste Baustoffpopulattion und auch er ist der Gaussschen-Verteilung unterworfen.
    Diese indirekte Bestimmung der Wärme wird immer je nach Erfahrenheit des Technikers und Richtigkeit der Annahmen besser oder schlechter oder total falsch ausfallen.
    Bei Standardfällen kann man damitschon brauchbare Werte erzielen – keine Rede,
    bei Fällen mit vielen Unbekannten aber wie z.B. exakte Mauerbeschaffenheit wird der Fehler immer gösser, bzw. Vertrauensbereich der Messung immer geringer.
    Jegliche Wärmeflußmessplatten und andere Hilfsmittel beeinflußen sofort also verfälschen den Wärmeflußwert weil sie schlicht parasitäre wärmebrücken bauen. Man kann mit einem Aufwand es versuchen wider rückwerts zu berechnen was aber nur bei homogänen Körpern gut funktioniert.

    Ich will damit nicht sagen dass man es nicht messen kann, denn man kann, aber es ist kaum praktikable.
    Erstens : man müste den gesamten Energievorgang im vollem Raumwinkel messen. Man müsste den Körper mit Sensoren komplett umschliessen.
    Zweitens: man müsste im Messobjekt eine konstante stabile Wärmequelle haben – wie schon jemend angedeutet hat.
    Drittens : man bräuchte absolut konstante Temperaturverhältnisse von Körpergrenze bis in die Unendlichkeit, diese Bediengung kann man allerding teilweise umgehen.
    In der Praxis müsste man ein ganzes Haus mit Temperatursensoren umspannen und zwar an allen Seiten und ecken am Dach, alle Wände, Bodenplatte,
    und zwar an allen Körperübergängen, ferner man müsste noch die Lufttemperaturen im Inneren auch am Besten mit dicht verteilten Sensoren überwachen und natürlich auch Aussen am Besten noch viele Meter vom Haus entfernt, dann noch sehr viele Luftströmungsensoren um das Haus herum oder mit einer Riesenkappe das Haus vom Wind Isolieren dann aber veränder wir wieder was im System – die Kappe müsste also etsprechend groß seine damit die nur geringfügig ins ergebnis fließt, dann einen Wärmequelle im Haus mit bekannter Leistung anschalten und alle Daten aufzeichenen. Dann ein mathematsiches Modell erstellen und aus all den Daten die verschidensten U_werte für alle Wände rausrechenen. Furchtbar kompliziert und ich habe sicher einiges noch nicht berücksichtigt ? oder ?

  9. Nun hat es auch einen mir bekannten Architekten erwischt: er will mir die Lupotherm-Folie als Dämmung „verkaufen“. Da ich Zugang zu professionellen Klimatesteinrichtungen habe:

    Wie messe ich sinnvollerweise den U bzw. R-Wert von diesem Zeug?

    Ich kann z.B. zwei Wärmekammern mittels dieser Folie verbinden (ca. 1m² Wandausschnitt dazwischen) und Q Punkt dazwischen genauestens messen (z.B. zwischen -20 und +20°C). Allerdings ist das üblicherweise nur mit bewegter Luft möglich (Energiezufuhr der Kammern ist nun mal über Luftbewegung, kann man aber mit Stellwänden/Luftführungen minimieren)

    Ich bin nicht aus der Baubranche und kenne daher die üblichen DIN Meßaufbauten nicht….

  10. Die Messung der Dämmwirkung (R-Wert) ist leider sehr heikel, wenn die Dämmwirkung wie bei Lupotherm auf der Reflexion der Wärmestrahlung beruht. Wärmeverluste erfolgen immer durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Die Wärmestrahlung wird normalerweise ignoriert. Die Wirksamkeit solcher Dämmstoffe hängt nun davon ab, wieviel Wärmestrahlung auf den Dämmstoff trifft und dies wiederum hängt von den Umgebungsbedingungen und(!) von der Schichtenfolge im Bauteil ab.

    Eine vernünftige Messung ist meiner Meinung nach nur unter realistischen Bedingungen möglich, d.h. als U-Wert eines gesamten Bauteils mit realistischem Innen- und Außenklima.

    Grüße
    Ralf Plag

  11. Wenn man realistischerweise davon ausgeht, daß sich die Außentemperatur im Tagesverlauf sehr stark ändert und auch die Raumtemperatur nicht auf konstantem Wert gehalten werden kann. Somit relativiert sich die Meßgenauigkeit sehr stark, da sich z. Bsp. die Temperatur einer massiven Wand erst entsprechend zeitverzögert ändert.
    Daher stellt sich die Frage, welche Meßwerte überhaupt verwendet werden können: Ein Langzeitlog der drei relevanten Temperaturen läßt mich zu dem Schluß kommen, daß am ehesten eine Art „Hot Box-Verfahren“ Aufschluß über die energetische Qualität einer Wand geben kann.

  12. Für Interessierte habe ich hier einen neuartigen Sensor entdeckt, der den Wärmefluss misst. Zusammen mit der Innen- und Aussentemperatur ist der U-Wert einfach zu ermitteln. Zu finden unter dem Begriff „greenTEG gSKIN“ Sensor.

  13. I would suggest to give a look at heat flux instruments for in-site measurements manufactured in Italy. These equipments have been used regularly on the field in the last 10 years and they have achieved reliability consolidated over time. You can find wireless systems that provide easy installation of the sensors and/or U measurements over different building elements at the same time and with resolution up to 0.01 W/m2 for the heat flux and 0.01 °C for the temperature sensors (see for example Thermozig).

  14. Interessant wäre, wie gut der U-Wert im Somnmer z. Bsp. mithilfe einer innenseitig angelegten Heizplatte bei fest eingestellter, bekannter Heizleistung aus der sich einstellenden Oberflächentemperatur der U-Wert bestimmt werden kann. Aus der Beziehung q(=Heizleistung=Wärmestrom[W/m²])= U x delta-T ergibt sich doch U = q /delta-T!
    Beispiel:Heizplatte mit 20 Watt, rückseitig gedämmt mit U= 0,1W/m²K ergäbe bei einer Heizfläche von 1 m² und einer Temperaturerhöhung Innen zu Aussen von 20 Kelvin einen U-Wert von 1,0 [W/m²K]
    Der seitlich abströmende Wärmeanteil muß jedoch noch über die Umfangsfläche berücksichtigt werden, indem die Messung über einen längeren Zeitraum durchgeführt und die beiden Wandtemperaturen(innen an mehrern Stellen)über diesen Zeitraum geloggt werden.
    Hat jemand mal eine solche Messung durchgeführt?
    Danke im Voraus für Tipps,
    heizerhermann

  15. Wärmeleitwiderstand (und damit auch „U-Wert“) kann man genauer über die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von thermischen Impulsen(Wärme- besser Temperaturwellen) im zu messenden Medium ermitteln. In der die wellenausbreitung beschreibenden Diferenzialgleichung geht allerdings auch die Wärmekapazität des Mediums ein. Diese muß also bekannt sein oder auch gemessen werden.
    Kochrezept folgt ev. später- bzw. zu finden in Physikliteratur…

  16. Das ist im Prinzip richtig. Bei Bauteilen die aus mehreren Schichten bestehen ist dieses Verfahren jedoch nicht praktikabel.

    Grüße
    Ralf Plag

  17. Ist der seitlich abströmende Wärmeanteil dabei nicht viel zu groß für eine brauchbare Messung? Die meisten Innenbekleidungen dämmen nicht gerade gut… Unter Umständen ist sogar eine extrem gut leitende Alufolie verbaut. Ich stelle mir das schwierig vor.

    Grüße
    Ralf Plag

  18. Zum Kommentar von energieagent am 1. Juni 2015:

    Bringen Sie Ihr Kochrezept noch? Das wäre schön…

    Danke!

  19. Ich habe aktuell die Aufgabe den R-Wert von Isomatten für Camping zu ermitteln und suche ein Verfahren. Es gibt derzeit keine Norm, kaum zu glauben. Die Hersteller geben schweigen über ihren Messaufbau, besser gesagt, die chinesischen Hersteller geben irgendetwas an. Also frei nach dem Motto es muss erst mal einer kommen, der die Angaben widerlegen kann. An eine Messung mit einer beheizten Platte habe ich auch schon gedacht. Hat vielleicht jemand damit Erfahrung, denn Wärmedämm-Materialien müssen ja auch geprüft werden um die Angabe der Isolierung zu erhalten?

  20. Hallo,
    Ich bin auf der Suche nach Publikationen zu dem umstrittenen Thema der U-Wert-„Messung“ bzw. Berechnung über Temperaturen.
    Kennt da wer Texte oder Hinweise wie man das ersuchen könnte (die Stadards wie U-Wertmessunge /berechnung, Temperaturen, hab ich schon durch.
    Danke!

  21. analog zum ohmschen Gesetz ist der Wärmestrom durch die innere Grenzschicht gleich dem durch das gesamte Bauteil, also U*(Ti-Ta)= (Ti-TWi)/Rsi, das umgestellt nach U =>
    U = (Ti-TWi)/((Ti-Ta)*Rsi)
    Beispiel: Ti = 20, TWi = 16, Ta = -10,
    Rsi = 0,13=> U = 3/(30*0,13) = 0,77
    Die Meßfehler sollen sein: Temperaturmessung absolut +-0,5°,Rsi +-10%,
    relativer Fehler von (Ti-TWi) = 2*0,5/3 = 33%,
    relativer Fehler von (Ti-Ta) = 0,5/30 = 1,7%, gem. Fehlerfortpflanzung wost case
    Summe relative Fehler von U also
    dU/U = 10+33+1,7 = +-44,7 %, => U = 0,77+-0,34
    das könnte man schönen durch den wahrscheinlichsten Fehler, würd ich aber lassen ohne genaue Kenntnis der Geräteeigenschaften und weil keine stationären Bedingungen vorliegen. Da geh ich besser in eine Bauteiltypologie und rate bei der Baustoffdichte

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