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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Überprüfung des
Vorliegens eines minimalen Sollwerts für den Wärmedurchgangskoeffizienten
(U) an einer Gebäudefläche. Als
Wärmedurchgangskoeffizient
wird in der Bauphysik ein Wert bezeichnet, der die Qualität der Dämmung einer
Gebäudewand
beschreibt. Der Wärmedurchgangskoeffizient
ist weitgehend unabhängig
von den Umgebungsbedingungen und wird daher für Normen und andere Vorschriften
verwendet, die auf die Wärmedämmung angewendet
werden. Ein hoher Wärmedurchgangskoeffizient
beschreibt eine schlecht gedämmte
Wand, während
ein geringer Wert eine gute Isolierung repräsentiert. Die auch als „U-Wert" bezeichnete Größe bezeichnet
die Wärmeenergiemenge,
die pro Sekunde durch 1 m2 einer Stoffschicht
mit der Dicke d im Dauerzustand der Beheizung hindurchgeht, wenn
der Temperaturunterschied von Raumluft zur Außenluft 1 K (Kelvin) beträgt. Je kleiner
der U-Wert ist, desto größer ist
der Energiesparwert.
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Der Wärmedurchgangskoeffizient liegt
approximativ tabelliert als Normwert vor, deren Werte bei einer
Baukonstruktion erreicht bzw. Unterschritten werden muss. Je nach
Oberflächenbeschaffenheit
der Wände,
der Lage der Bauteile und der konstruktiven Ausgestaltung der Wände wird
ein unterschiedlicher Wärmedurchgangskoeffizient
erreicht.
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Ein weiterer Wert, der das Dämmverhalten der
Wand beschreibt ist der Wärmedurchlasswiderstand
R, der mit U zusammenhängt über die
Gleichung R = 1/U – 1/h1 – 1/he. Dabei bezeichnen die Größen h die
jeweiligen Wärmeübergangszahlen
für innen
und außen,
die den Wärmeübergang
an den Oberflächen
beschreiben. Die Wärmeübergangszahlen
sind im allgemeinen tabelliert und hängen von der jeweiligen Temperatur,
Luftfeuchte und sonstigen Parametern ab.
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Der Wärmedurchlasswiderstand R kann
direkt aus der Schichtdicke d einer Isolierschicht und der Wärmeleitfähigkeit λ der Schicht
ermittelt werden. Liegen mehrere unterschiedliche Schichten vor, so
addieren sich die Einzelwiderstände
zu einem Gesamtwiderstand.
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Stand der
Technik
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Der Wärmedurchgangskoeffizient wird
zur Beschreibung der Eigenschaften von Gebäudewänden, Umfassungswänden, Wohnungstrenndecken, Decken,
Dachschrägen
und dergleichen verwendet. Zur Herstellung z.B. einer Gebäudewand
mit einem gewünschten
Wärmedurchgangskoeffizienten
U werden üblicherweise
zunächst
geeignete Materialien mit der zugehörigen Wärmeleitfähigkeit ausgewählt und
in der erforderlichen Dicke zusammengestellt. Aus den jeweiligen
Werten kann zunächst
R und dann auch U ermittelt werden. Der Gebäudearchitekt greift dabei üblicherweise
auf tabellierte Werte zurück,
welche empirisch ermittelt wurden. Diese liegen der theoretischen
Berechnung zugrunde. Ob die tatsächlich
verbauten Materialien dann auch diese Werte aufweisen, wird dabei üblicherweise
nicht überprüft.
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Eine Wand mit einem unzureichenden
Wert für
den Wärmedurchgangskoeffizienten
kann Probleme wie Schimmelpilz, Zugluft-Gefühl und zu hohe Heizkosten verursachen.
Kommt es zu solchen Problemen, so wird wiederum die Schichtdicke
der einzelnen Isolierschichten überprüft. Dann
wird rechnerisch aus der Wandstärke
zusammen mit den Wärmeleitfähigkeiten
der eingesetzten Materialien der Wärmedurchgangskoeffizient ermittelt.
Dies ist aufwendig und ungenau. Eine tatsächliche Ursachen-Prüfung für oben aufgeführte Probleme
ist nicht möglich.
Auch ist es bei diesem Verfahren nicht möglich, Unterschiede entlang
einer Fläche
zu ermitteln, da gewöhnlich
nur ein Wert für
die gesamte Wandfläche
angenommen wird. Liegen Wärmebrücken oder dergleichen
vor, so werden diese normalerweise nicht berücksichtigt. Insbesondere das
Einhalten von Vorschriften im Baubereich ist gewöhnlich für den Bauherren als Laien nicht
kontrollierbar.
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Unter dem Begriff Infrarot-Thermographie
ist ein Verfahren bekannt, bei dem aus der von einem Gebäude emittierten
Infrarotstrahlung ein Temperaturprofil erstellt wird. Das Temperaturprofil
dient der Gebäudeanalyse.
So können
bei der Analyse Wasserschäden,
Wärmebrücken oder
dergleichen erkannt werden und so die Qualität eines Gebäudes beurteilt werden. Dieses
Verfahren dient zur Beurteilung des relativen Zustands eines Gebäudeteils
im Vergleich zu den übrigen
Gebäudeteilen.
Diese Beurteilung wird durchgeführt,
um den Wert eines Gebäudes
oder den Sanierungszustand zu ermitteln. Eine Überprüfung des Einhaltens von Vorschriften
erfolgt dabei nicht.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein
Verfahren zu schaffen, mit welchem das Vorliegen eines Sollwertes
für einen
Wärmedurchgangskoeffizienten
eines Gebäudes
auf einfache, schnelle und genaue Weise überprüft werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch
die Verfahrensschritte:
- (a) Messen der Luft-Temperatur
auf einer ersten Seite der Gebäudefläche,
- (b) Messen der Luft-Temperatur auf der der ersten Seite gegenüberliegenden
zweiten Seite der Gebäudefläche,
- (c) Ermitteln der bei diesen Bedingungen geforderten Oberflächentemperatur
auf der Innenseite des Gebäudes
aus dem Sollwert für
den Wärmedurchgangskoeffizienten
und
- (d) Vergleich der geforderten Oberflächentemperatur mit der tatsächlich gemessenen
Oberflächentemperatur,
wobei die Messung der Oberflächentemperatur
mittels der Infrarot-Thermographie durchgeführt wird.
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Die Durchführung dieses Verfahrens erfordert
lediglich eine einfache Berechnung der geforderten Oberflächentemperatur
und die Durchführung
der Infrarot-Thermographie. Sie ist entsprechend schnell durchzuführen und
liefert sehr exakte Ergebnisse, die auch vom Laien leicht zu interpretieren
sind. Das Verfahren ermöglicht
die Auswertung über
eine Vielzahl von Punkten auf der Wandoberfläche, so daß die Einhaltung von Vorschriften
oder Normen bezüglich des
Wärmedurchgangskoeffizienten
nicht von nur einem Meßpunkt
abhängt.
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Bei dem Verfahren wird also die Einhaltung der
Vorschriften überprüfbar, ohne
daß komplizierte Gebäudestrukturen
analysiert werden müssen.
Es ist lediglich eine Temperaturmessung erforderlich. Hierfür sind weder
Fachkenntnisse, noch Kenntnisse über
das Gebäude
erforderlich. Dies macht das Verfahren objektiv und auch für den Laien
nachvollziehbar.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel ist
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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Eine Gebäudewand soll nach einer DIN-Vorschrift
einen Wärmedurchgangskoeffizienten
von U = 0,50 W/m2K haben. Bei der Planung
des Gebäudes werden
entsprechend die jeweiligen erforderlichen Schichtdicken und Materialien
ermittelt. Zum Erfüllen der
Anforderungen wird dabei mit den theoretischen Werten gerechnet.
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Bei einem fertig gebauten Haus wird
die Überprüfung des
Wärmedurchgangskoeffizienten wie
folgt vorgenommen:
Vor der Messung wird für mindestens zwei Stunden der
Innenraum geschlossen gehalten. Das heißt Fenster und Türen bleiben
geschlossen, damit sich ein gutes Temperaturgleichgewicht einstellen
kann. Bei normalen Verhältnissen
sind diese Bedingungen morgens oder vormittags erreicht, wenn die
Bewohner eines Hauses über
einen längeren
Zeitraum im Haus waren. Damit gute Ergebnisse erzielt werden, wird
die Messung bei einer Temperaturdifferenz von wenigstens 15 Grad
durchgeführt.
Die Innentemperatur sollte also hoch genug sein. Auch dürfen die Flächen nicht
durch Sonneneinstrahlung erwärmt werden.
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Bei dem Messvorgang wird zunächst die
Außentemperatur
TA und die Innentemperatur TI bestimmt.
Weiterhin wird die Luftfeuchtigkeit (innen und außen) ermittelt.
Hierfür
wird eine Hydromette verwendet. Beispielsweise werden eine Außentemperatur
TA = 3°C
und eine Innentemperatur TI = 18°C ermittelt.
Die Temperaturdifferenz beträgt
demnach TI – TA=
15 K.
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Aus den Meßwerten können – zum Beispiel aus der Norm
DIN 4108 – Wärmeübergangszahlen für innen
und außen
(hi und he) ermittelt
werden. Im vorliegenden Fall ist h1 = 8
und he = 23. Der Wärmedurchgangswiderstand R ist
eine Funktion des Wärmedurchgangskoeffizienten
U und ergibt sich nach der Formel R = 1/U – 1/h1 – 1/he = (1/0,5) – (1/8) – (1/23) W/m2K =
1,8315 W/m2K
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Die Oberflächentemperatur Θ der Innenseite der
Gebäudewand
ergibt sich aus der Lufttemperatur innen TI,
der Temperaturdifferenz ΔT
= TA – TI, der Wärmedurchgangszahl
(innen) h; und dem Wärmedurchgangswiderstand
R nach folgender Formel: Θ = TI – (ΔT·1/h1)/R(U)Ist der Wärmedurchgangskoeffizient U
also hinreichend klein, so ist R groß, was einer höheren Temperatur
entspricht. Wenn U also kleiner oder gleich einem Sollwert US ist, so wird die erforderliche Oberflächentemperatur ΘS erreicht. Wird im Umkehrschluß die zu
dem Sollwert US gehörige Oberflächentemperatur ΘS nicht erreicht, so ist davon auszugehen,
daß die
Erfordernisse an den Wärmedurchgangskoeffizienten
U nicht erreicht werden.
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Im vorliegenden Fall ist ΘS = 18°C – (15K·0,125)/1,998
W/m2K = 18°C – 0,9K = 17,1°C. einem
Wärmedurchgangskoeffizienten
von 0,5 W/m2K entspricht nach obiger Rechnung
also eine Oberflächentemperatur
von 17,1°C.
Liegt die Temperatur unterhalb dieses Wertes, so geht mehr Wärme durch die
Wand verloren und der Wärmedurchgangskoeffizient
ist unterhalb des geforderten Wertes.
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Zur Uberprüfung einer Gebäudewand
auf das Vorliegen eines geforderten Wärmedurchgangskoeffizienten
wird weiter wie folgt vorgegangen: Zunächst wird die Oberflächentemperatur
nach obigem Schema berechnet. Danach wird die tatsächliche Oberflächentemperatur
mittels der Infrarot-Thermographie ermittelt.
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Mit der Infrarot-Thermographie wird
die Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich
von 8 bis 12 Mikrometer punktweise aufgenommen. Aus den Strahlungswerten
kann die Temperatur für
jeden der Punkte ermittelt werden. Das Ergebnis kann als Bild dargestellt
werden, in dem jeder Punkt, der die geforderte Temperatur unterschreitet
markiert ist. Das Bild ist ein Vektorbild, bei dem jedem Bildpunkt
ein Temperaturwert zugeordnet wird. Auf diese Weise kann analysiert
werden, wie gut die Wärmedämmung eines Gebäudes oder
eines Gebäudeteils
ist und ob erforderliche Vorschriften bezüglich der Isolation der Gebäudehülle eingehalten
wurden. Eine Analyse der Materialien, Schichtdicken und Anzahl der
Isolierschichten ist nicht erforderlich. Vielmehr kann mit einer
vergleichsweise einfachen Temperaturmessung das Einhalten der Vorschriften überprüft werden.
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Die angegebenen Formeln können entsprechend
den Bedingungen modifiziert werden um weitere Einflüsse zu berücksichtigen.
Hierfür
können
zusätzliche
Parameter eingeführt
werden.