Messen oder berechnen? - Wie man die Isolationsqualität von Gebäuden beurteilt

In diesem Beitrag werden zwei Methoden zur Berechnung des U-Wertes miteinander verglichen: die Berechnung aufgrund angenommener Werte und die Berechnung unter Zuhilfenahme der tatsächlich gemessenen Wärmeflüsse. Als Messobjekt dient eine Hauswand im Technopark Zürich, einem Geschäftsgebäude, das 1990 auf Basis der neusten Energiestandards gebaut wurde. Das Ziel der Messung ist es, die Abweichungen des theoretischen Wertes zu dem gemessenen Wert zu bestimmen.
Das Gebäude wurde seit seiner Errichtung 1990 nicht renoviert. Die Wand besteht aus mehreren Schichten (Bild 1). Die erste Schicht besteht aus Beton (180 mm; Nr.1), danach kommt eine Glaswolle-Schicht (100 mm; Nr.2), gefolgt von einem Hohlraum (40 mm; Nr.3) und zum Abschluss eine Gipsplatte (10 mm; Nr.4).
Der theoretische U-Wert wird unter Angabe der Wandstärke und des verbauten Materials online über www.u-wert.net berechnet. Die online Berechnung ergibt einen theoretischen U-Wert von 0,31 W/m²K.

Messaufbau
Die Parameter Wärmefluss sowie Außen- und Innentemperatur werden an einer nach Westen ausgerichteten Wand gemessen. Die gemessenen Werte werden dann als Basis für die Berechnung des U-Wertes verwendet. Die Wand ist durch die umliegenden Gebäude geschützt vor Sonneneinstrahlung. Der Raum, in dem die Messung durchgeführt wird, wird tagsüber benutzt. Die Messdauer dauert zweiundsiebzig Stunden und entspricht somit ISO 9869.
Der Wärmeflusssensor wird an der Innenseite der Wand angebracht. Der Innentemperatursensor wird daneben in einem Abstand von 3 bis 4 cm zur Wand angebracht. Der Außentemperatursensor wird an der Außenseite ebenfalls in einem Abstand von 3 bis 4 cm zur Wand, angebracht.

Ergebnisse
Das Ergebnis der U-Wertmessung wird in der folgenden Abbildung wiedergegeben. Der Graph bildet den Wärmefluss, die Innentemperatur, die Außentemperatur und den U-Wert ab.
In Bild 4 wird deutlich, dass der Wärmefluss ein Muster aufweist, das sich jeden Tag wiederholt und von der thermischen Masse der Wand abhängt. Morgens, wenn die Heizung angestellt wird, steigt die Temperatur und dementsprechend der Wärmefluss. Während der Nacht findet der umgekehrte Prozess statt. Um eine genaue Messung bei einer dickeren Wand oder einem Objekt mit einer hohen thermischen Masse durchzuführen, ist es wichtig, die Messung während zweiundsiebzig Stunden (oder einen anderen Multiplikator von vierundzwandzig) durchzuführen. Diese Schwankungen wurden zudem durch die tägliche Lüftung des Raums verstärkt. Die Standardabweichung der letzten vierundzwanzig Stunden betrug nur 2,65%, was unter den geforderten 5% nach ISO 9869 liegt. Der gemessene U-Wert beträgt 0,63 W/m²K.
Die nebenstehende Tabelle vergleicht den berechneten U-Wert, den gemessenen U-Wert und den geforderten U-Wert für eine Minergie Sanierung. Zusätzlich werden die verlorene Wärme pro m², die Heizkosten pro Wand m² und die gesamten Heizkosten angegeben. Für die Berechnung der Heizkosten wurden die durchschnittlichen Heiztage der letzten zwei Jahre im Norden der Schweiz genutzt und mit einem Preis von 0,10 Euro/kWh und einer Wandfläche von 400 m² verrechnet.

Analyse
Die Berechnung des U-Wertes auf Basis von Wärmefluss sowie Außen-  und Innentemperatur ist mehr als doppelt so hoch als der theoretische Wert. Die Isolation der Wand ist schlechter als angenommen.  Für die Heizkosten müssen pro m² tatsächlich 2,70 Euro mehr bezahlt werden als aufgrund des theoretischen Wertes angenommen wurde. Wenn der gemessene U-Wert für alle Wände repräsentativ ist, sind die Heizkosten um 1000,– Euro höher als durch die Berechnung angenommen. Eine Minergie Sanierung würde in diesem Büro die Heizkosten um 1200,– Euro pro Jahr senken. Um eine genaue und verlässliche Kosteneinsparung berechnen zu  können, müssten mit zusätzlichen Messungen die U-Werte aller Wände bestimmt werden. Aufgrund dieser Werte könnte ein Handwerker dann genauere Kosteneinsparungen errechnen.
Der Unterschied zwischen dem theoretischen und dem gemessenen Wert ist schwer zu erklären. Die Dämmeigenschaft von Glaswolle verändert sich kaum mit dem Alter, das Eindringen von Feuchtigkeit könnte jedoch zu Veränderungen und zur Verschlechterung der Dämmeigenschaft geführt haben. Eine weitere Ursache können Fehler bei der Auftragung des Dämmmaterials gewesen sein. Die vom Gebäudemanagement zur Verfügung gestellten Daten über die Isolierung mussten an die gelisteten Materialien des U.wert.net Rechners angepasst werden, wobei es zu Fehlern gekommen sein kann. Eine genaue und tiefgehende Analyse müsste durchgeführt werden, um den Unterschied besser erklären zu können.

Fazit
Eine erfolgreiche Messung wurde durchgeführt, die allen Vorgaben der ISO 9869 Norm entspricht. Die Ergebnisse der Messung können daher als verlässlich angesehen werden. Obwohl alle Informationen zur Gebäudeisolierung vorliegen, war der gemessene U-Wert mehr als doppelt so hoch wie der theoretisch errechnete. Dadurch wird deutlich, dass Berechnungen, die nur auf den verwendeten Materialien beruhen, oftmals ein falsches Bild des Wärmeverhaltens eines Gebäudes wiedergeben und zusätzliche Nachforschungen und Messungen erforderlich sind.

Bilder: greenTEC AG

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