TGA Management

TGA Ausgabe 12-2017
U-Wert-Rechner im Vergleich

Bauteileigenschaften einfach nachweisen


1 Mit Programmen zur U-Wert-Berechnung und zum Tauwassernachweis lassen sich Bauteile optimieren und bauphysikalische Fehler vermeiden.

1  Mit Programmen zur U-Wert-Berechnung und zum Tauwassernachweis lassen sich Bauteile optimieren und bauphysikalische Fehler vermeiden.

U-Wert-Rechner überprüfen U-Werte nach DIN EN ISO 6946, führen Tauwassernachweise nach DIN 4108-3 und ermitteln teilweise auch Energieeinsparpotenziale baulicher Maßnahmen. Wie sich die einzelnen Programme unterscheiden, zeigt dieser Produktvergleich.

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Programme zur U-Wert-Berechnung und zum Tauwassernachweis helfen, bauphysikalische oder energetische Fehler zu vermeiden.

U-Wert-Rechner sind zwar auch in EnEV-Programmen oder in den Berechnungsmodulen von TGA-CAD-Programmen integriert. Als Desktop-Programm oder Web-Anwendung eigenständig laufende U-Wert-Rechner bieten jedoch meist umfangreichere Funktionen, etwa für die Bauteiloptimierung.

Für komplexere Bauteile oder Randbedingungen sind Wärmebrücken-Simulationsprogramme sinnvoller, da sie auch dreidimensionale Wärmebrücken präzise berechnen können.

Für die Berechnung und Optimierung von Fenster-/Fassaden- und Haustürkonstruktionen und ihren Anschlüssen werden spezielle U-Wert-Rechner oder Simulationsprogramme angeboten.

TGA-Fachplanern, die regelmäßig mit der Heiz- und Kühllast von Gebäuden zu tun haben oder auch als Energieberater tätig sind, begegnet er auf Schritt und Tritt: der U-Wert, früher „k-Wert“ und heute „Wärmedurchgangskoeffizient“ genannt. Er gibt den durch das Temperaturgefälle zwischen warmer und kalter Seite bedingten Wärmestrom durch ein Bauteil in der Einheit W/(m2  K) an. Das Bauteil kann dabei aus mehreren unterschiedlichen Schichten bestehen. Der U-Wert definiert somit die Energiemenge pro Zeiteinheit, die durch eine Fläche von 1 m2 im stationären, eingeschwungenen Zustand fließt, wenn sich auf beiden Seiten die Lufttemperatur um ein Kelvin unterscheidet.

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist ein spezifischer Kennwert eines Bauteils, der im Wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit und Dicke der verwendeten Materialien, aber auch durch die Wärmestrahlung und Konvektion an den Oberflächen bestimmt wird. Er ist der wichtigste Wert zur Beurteilung und zum Vergleich der Wärmedämmfähigkeit von Materialien und Bauteilen. Je niedriger der Wärmedurchgangskoeffizient ist, desto besser ist die Wärmedämmeigenschaft eines Materials oder Bauteils.

Der U-Wert dient dem Nachweis der Wärmeverluste eines Gebäudes und der Bestimmung der Transmissionswärmeverluste durch Außen- und Innenwände, Flach- und Steildächer, Bodenplatten, Zwischendecken, Fenster und Türen hindurch. Dafür schreibt die Energieeinsparverordnung (EnEV) in mehreren Nebenanforderungen für die wesentlichen Bauteile vor, wie hoch der U-Wert jedes Bauteils (ggf. nach einer Dämmmaßnahme) maximal sein darf.

Was können U-Wert-Rechner?

Bauphysikalische Planungs- und Ausführungsfehler können erhebliche Bauschäden und hohe Folgekosten nach sich ziehen. Programme zur U-Wert-Berechnung und zum Tauwassernachweis helfen, diese Fehler zu vermeiden. So lassen sich U-Werte von Außenwandkonstruktionen ermitteln oder der Tauwasserausfall in der Außenwandkonstruktion anhand von Glaserdiagrammen darstellen. Über die Berechnungen von Temperaturverlauf und Wasserdampfdiffusion können Wand-, Fenster- und Türkonstruktionen an ihren kritischen Stellen überprüft und optimiert werden.

Wer U-Werte von mehrschichtigen Bauteilen, Temperaturen und den Tauwasseranfall bisher mit Tabellen und Taschenrechner berechnet hat, lernt den Komfort und die Vorteile von U-Wert-Berechnungsprogrammen schnell schätzen: Datenbanken erübrigen die Tabellenrecherche, Rechenalgorithmen machen manuelle Berechnungen überflüssig, Automatismen beschleunigen Abläufe, Vorgabewerte vereinfachen die Eingabe, Plausibilitätsprüfungen minimieren Fehlerquellen. Änderungen eines Wandaufbaus, des Materials oder der Dicke der Dämmung erfordern keine komplette manuelle Neuberechnung, sodass Alternativen schnell überprüft werden können.

U-Wert-Berechnungen nach DIN EN ISO 6946, Bauteilnachweise nach EnEV bzw. KfW oder Tauwassernachweise nach DIN 4108-3 lassen sich mit wenigen Tastatureingaben erledigen. Die Wasserdampfdiffusion, der Tauwasseranfall oder Temperaturverläufe werden sekundenschnell berechnet und als Glaserdiagramme grafisch dargestellt. Praktisch sind U-Wert-Rechner vor allem dann, wenn Materialien oder Schichtdicken geändert, Schichtdicken optimiert oder Varianten miteinander verglichen werden sollen. Ganz gleich, welche Parameter geändert werden – das Ergebnis steht sofort zur Verfügung.

U-Wert-Berechnungsprogramme können aber noch mehr: Baustoffe und Bauteile können in Katalogen verwaltet werden, individuelle Bauteile lassen sich bequem Schritt für Schritt über Dialogfenster alphanumerisch eingeben und editieren. Anhand einer parallel automatisch erstellten Grafik wird der Bauteilaufbau inklusive aller Materialschichten zwei- oder dreidimensional angezeigt. Teilweise kann auch das Energieeinsparpotenzial baulicher Maßnahmen sowie die Wirtschaftlichkeit dieser Maßnahmen überschlägig berechnet werden.

Alle Ergebnisse der Wärme- und Feuchteschutzberechnung lassen sich in Form von Berichten oder Reports ausgeben – zur Bauteilphysik, zu Bauteilvergleichen, zur Einsparung und Wirtschaftlichkeit, KfW- und EnEV-Berichte, Unternehmererklärungen etc. Ist der U-Wert-Rechner mit anderen Programmen des Herstellers verknüpft, lassen sich die Berechnungsergebnisse für die Energieberatung, Heizlast- und Kühllastberechnung, der Simulation des Gebäude-Energiebedarfs oder der Fußbodenheizungsauslegung und weitere Berechnungen verwenden.

Welche U-Wert-Rechner gibt es?

U-Wert-Berechnungsprogramme gibt es viele: Zum einen sind das in EnEV-Programme integrierte Funktionen oder Module (TGA 11-2013: Digitale Helfer für Beratung und Planung, Webcode  559846). Ebenso enthalten Wärmebrücken-Simulationsprogramme Bauteildatenbanken, Bauteileditoren und U-Wert-Rechner. Auch die Berechnungsmodule der meisten CAD-Programme für die Haustechnik, beispielsweise AX 3000, C.A.T.S. Software, DDS-CAD, liNear, mh-software, Raucad, Revit MEP, TGA 3D etc., verfügen über eine U-Wert-Berechnung (TGA 11-2014: Universelle Werkzeuge für TGA-Fachplaner, Webcode  616379).

Auch Hersteller von Baustoffen und Bauprodukten bieten für die Grobauslegung überschlägige U-Wert-Rechner mit herstellerspezifischen Katalogen, zum Beispiel Knauf, TMP, Weru, Wicona etc. Speziell für Fenster und Haustüren werden auch herstellerunabhängige U-Wert-Rechner angeboten, wie ProCalc von Zaremba Software Engineering oder die App Caluwin von Sommer-Informatik. Diese kann man auch für Bauteilnachweise nach DIN EN ISO 10 077-1 [6] verwenden, inklusive aller Kennzahlen von Profilen, Gläsern, Füllungen, Brüstungen, des Randverbunds, von Sprossen etc.

Kostenlose, nach aktueller Norm kalkulierende U-Wert-Rechner werden zum Beispiel von mh-Software (mh-Bauteil) oder von Ursa (Ursa U-Wert) angeboten. Auch kostenfreie Apps für Android- oder iOS-Mobilgeräte gibt es: den Rockwool U-Wert-Check oder U-Wert-Quick von Saint-Gobain. Sie ermöglichen eine U-Wert-Berechnung nach DIN EN 6946 oder dienen ambitionierten Bauherren zur einfachen U-Wert-Abschätzung ohne EnEV-Nachweis.

Diese Marktübersicht berücksichtigt ausschließlich auf eigens für die U-Wert-Berechnung nach DIN EN ISO 6946, Tauwassernachweise nach DIN 4108-3 und Bauteilnachweise nach EnEV ausgelegte, separat lauffähige Programme. Darunter sind sowohl herkömmliche Desktop-Programme als auch Web-Anwendungen, wie www.u-wert.net oder www.bauteilrechner.cc. Letztere haben den Vorteil, dass das Programm und die Material-/Bauteildaten stets aktuell sind und teilweise von den Nutzern kontinuierlich erweitert werden. Dafür fallen allerdings monatliche/jährliche Mietgebühren an.

Auf welche Details sollte man achten?

Neben den Funktionen sollte man bei der Auswahl eines U-Wert-Rechners auch Randbedingungen berücksichtigen. Anwender, die bereits Produkte eines der oben oder in der Tabelle genannten Softwareanbieters einsetzen, werden aus Gründen der Datendurchgängigkeit und einer einheitlichen Bedienung sinnvollerweise ihrem Hersteller treu bleiben.

Anhand der Einsatzbereiche kann man vorab das Nutzungsspektrum der Software einschätzen: Alle Lösungen sind neben der U-Wert-Berechnung, dem Wärme- und Feuchteschutz mehr oder weniger gut auch für die Baustoff- und Bauteilverwaltung geeignet. Nicht alle Programme können Schichtdicken bei vorgegebenem oder angestrebtem U-Wert optimieren.

Alle Lösungen berechnen wärme- und feuchteschutzrelevante Werte nach den Vorgaben der aktuellen DIN EN ISO 6946 [1] sowie DIN 4108-3 und -4 [2, 3]. Weitere wichtige Regelwerke sind die DIN V 4701-10 [4], EN ISO 13 788 [5] sowie die EnEV 2009/2014/2016.

Bei der Eingabe kann der Anwender auf Katalogdatenbanken zurückgreifen, die ein wichtiges Qualitätskriterium von U-Wert-Rechnern sind. Das bezieht sich sowohl auf den Umfang der mitgelieferten Baustoff-, Bauteil, Fenster-/Haustüren- und Herstellerkataloge als auch auf eine übersichtliche Strukturierung, auf die Material-/Bauteilsuche sowie auf komfortable Editierfunktionen. So sollten alle vorhandenen Baustoffe und Bauteile editierbar sein, ebenso sollten neue Baustoffe angelegt und die entsprechenden Parameter frei definiert werden können: Codierung, Bezeichnung, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, minimaler und maximaler Wasserdampfdiffusionskoeffizient etc.

Ferner sollten Baustoff-Stammdaten sowohl in Projekte übernommen als auch Baustoff-Kennwerte, ohne Einfluss auf die Baustoff-Stammdaten, projektbezogen angepasst werden können. Sowohl einfache Bauteile mit Schichtaufbau als auch komplexe, zusammengesetzte homogene oder inhomogene, aktuelle oder historische Bauteile sollten inklusive paralleler Grafik- und Ergebnisanzeige definierbar sein (beispielsweise historisches Fachwerk mit Schiefer-Verschindelung und nachträglicher Strohleichtlehm-Innendämmung).

Berücksichtigt werden sollten auch besondere Schichtarten. Dazu gehören ruhende, stark oder schwach belüftete Luftschichten, Lufträume, unbeheizte Räume, Dachräume, keilförmige Schichten (z. B. Gefälledämmung bei Flachdächern) etc. Gerade in der Fähigkeit, diese Details abzubilden, unterscheiden sich die einzelnen Programme erheblich.

Das gilt ebenso für Einfach-, Verbund- und Kastenfenster, Türen, Fensterelemente oder Fensterfassaden: Wichtig ist, dass diese Bauteile nach DIN EN ISO 10 077-1 berechnet werden. So kann der Einfluss von Geometrie, Rahmen, Verglasung und Randverbund auf den Gesamt-U-Wert des Fensters respektive der Fassade untersucht werden. Damit können zum Beispiel dem Fensterbauer konkrete Parameter vorgegeben und Alternativen beurteilt werden.

Berechnet werden U- und R-Werte, die Wasserdampfdiffusion, der Taupunkt für Außen- und Innenwände, Flach- und Steildächer, Bodenplatten, Zwischendecken, Fenster und Türen. Auch bei der Bauteilberechnung zeigen sich die Unterschiede: Nicht alle Programme können beispielsweise mehrschichtige inhomogene Bauteile, eine Gefälledämmung, Bauteile zum Erdreich oder zu unbeheizten Räumen berechnen.

Auch der sommerliche Wärmeschutz, die thermisch-dynamische Charakteristik von Baustoffen respektive die tageszeitliche Temperaturschwankung sowie die Speicherfähigkeit der Baustoffe berücksichtigen nicht alle Programme. Entsprechend berechnen nicht alle das Temperaturamplitudenverhältnis (TAV) von Bauteilen.

Zu den Ausgabedaten zählen der Temperaturverlauf, Bauteilnachweise nach EnEV und KfW, Bauteilvergleiche, teilweise auch die mögliche Energie- und Kosteneinsparung von Bauteilvarianten, deren Amortisation, eine Unternehmererklärung nach KfW bzw. nach § 26a EnEV.

Zu den häufigsten Ausgabeformaten zählen RTF, DOC und PDF. Teilweise lassen sich die Berechnungsergebnisse direkt an EnEV- oder Berechnungsprogramme übergeben.

Unter „Besonderheiten“ haben die Hersteller drei Alleinstellungsmerkmale ihrer Software aufgelistet. Die Preise reichen von 100 bis 500 Euro (zzgl. MwSt.), je nach Programmumfang. Für das in der Regel jährliche Update/Upgrade werden rund 50 Euro berechnet. Bei Weblösungen sind sowohl Nutzungs- als auch Wartungskosten in den Software-Mietgebühren (zwischen 3,00 und 16,60 Euro/Monat) enthalten.

U-Wert-, EnEV- oder besser eine Wärmebrückensoftware?

Wer sich mit dem Gedanken trägt, sich einen separaten U-Wert-Rechner zuzulegen, sollte vorher prüfen, ob eine EnEV-Software nicht die sinnvollere Wahl ist. Sie bietet meist eine vergleichbare Funktionalität und zugleich den Vorteil, dass alle Eingaben und Ergebnisse für alle an die U-Wert-Berechnung anschließenden Aufgaben zur Verfügung stehen: für die energetische Optimierung von Wohn- und Nichtwohngebäuden, die Energieberatung, die Erstellung von Energieausweisen, Sanierungsfahrplänen und so weiter.

Sinnvoll sind separat lauffähige U-Wert-Rechner dann, wenn sie datentechnisch an EnEV-Programme angebunden sind, sodass auch damit ein vernetztes, durchgängiges Arbeiten möglich ist. Interessant sind webbasierte U-Wert-Rechner, weil Software und Daten stets aktuell sind, Material- und Bauteilkataloge sich dank Anwenderbeteiligung vergrößern können.

Wer allerdings ins Detail gehen, alle Bauteile und Anschlüsse im Gebäude analysieren sowie wärme- und feuchtetechnisch optimieren will, für den ist Wärmebrückensoftware die richtige Wahl. Sie berechnet neben U-Werten auch Psi-Werte (längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizienten) für detaillierte EnEV-Nachweise, Oberflächentemperaturfaktoren (F-Werte) für Feuchteanalysen und die Schimmelpilzbetrachtung oder punktbezogene Wärmedurchgangskoeffizienten (Chi-Werte) für die Betrachtung punktueller Wärmebrücken, ferner Temperaturen, Isothermen und Wärmeströme.

Praktische Tools mit Einschränkungen

U-Wert-Rechner sind praktisch, nützlich und sparen Zeit. Sie unterliegen aber auch Einschränkungen: So werden bedingt durch die verwendeten Verfahren zur U-Wert- oder Feuchteberechnung nur die Wärmeleitung, nicht aber Wärmeverluste oder -gewinne durch Wärmestrahlung berücksichtigt. Unberücksichtigt bleibt auch der kapillare Feuchtetransport und es werden nur stationäre, zeitlich konstante Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten angenommen.

Das entspricht aber ebenso wenig der Realität, wie 100%ig dichte Dampfsperren und ein idealisierter Bauteilaufbau. Treffen drei oder mehr Bauteile aus unterschiedlichen Richtungen aufeinander (z. B. Kreuzlattung, Raumecke etc.) entstehen dreidimensionale Wärmebrücken, die U-Wert-Rechner nicht exakt berechnen können. Für diese und weitere Fälle ist der Einsatz von Wärmebrücken-Simulationsprogrammen sinnvoller.

Berücksichtigen sollte man auch, dass bauphysikalische Anforderungen bei der Baumaterialauswahl nur ein Teilaspekt sind. Neben dem Wärme- und Feuchteschutz spielen bei Neubauten und Sanierungsmaßnahmen auch Schallschutz, Brandschutz, Nachhaltigkeit und Unterhaltungskosten wichtige Rollen bei der Entscheidung für oder gegen einen Baustoff bzw. eine Lösung. Hier sind aber keine Software-Berechnungsfunktionen, sondern die Kompetenz und das Fachwissen des Planers gefordert. Marian Behaneck

Wärmebrücken-Simulationsprogramme (Auswahl)

AnTherm ( www.antherm.at ), Bauteilrechner ( www.sokö.de ), BKI Wärmebrückenplaner ( www.baukosten.de ), EVA die Wärmebrückenexpertin ( www.leuchter.de ), Flixo ( www.flixo.de ), Heat ( www.buildingphysics.com ), U-Therm ( www.hottgenroth.de ), PSI-Therm ( www.psi-therm.de ), Therm (windows.lbl.gov/software/therm), ThermCAD ( www.firstinvision.de , www.rowa-soft.de ), ThermCalc ( www.solar-computer.de ), Wärmebrücken-Paket ( www.bauphysik-software.de ), WinIso ( www.sommer-informatik.de ), ZUB Argos Pro ( www.zub-systems.de )

Literatur und weitere Infos

 [1] DIN EN ISO 6946 Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren. Berlin: Beuth Verlag, April 2008

 [2] DIN 4108-3 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung. Berlin: Beuth Verlag, November 2014

 [3] DIN 4108-4 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte. Berlin: Beuth Verlag, Februar 2013

 [4] DIN V 4701-10 Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung. Berlin: Beuth Verlag, August 2003

 [5] DIN EN ISO 13 788 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Raumseitige Oberflächentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflächenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. Berlin: Beuth Verlag, Mai 2013

 [6] DIN EN ISO 10 077-1 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Anschlüssen – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 1: Allgemeines. Berlin: Beuth Verlag, Mai 2010

 [7] DIN EN ISO 12 631 Wärmetechnisches Verhalten von Vorhangfassaden – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten. Berlin: Beuth Verlag, Januar 2013

 [8]  www.energieberaterforum.de Forum, Suche: U-Wert etc.

 [9]  www.u-wert.net U-Wert-Portal und Forum

[10]  www.waermebrueckenportal.de alles über Wärmebrücken

  • 2  U-Wert-Berechnungssoftware hilft, Bauteile und die Gebäudehülle energetisch und bauphysikalisch zu optimieren.

  • 3  Baustoff- und Bauteilkataloge sind ein wichtiges Qualitätskriterium von U-Wert-Software.

  • 4  Während der Bauteildefinition oder -bearbeitung wird parallel anhand einer Grafik der Bauteilaufbau inklusive aller Material-schichten zwei- oder dreidimensional angezeigt.

  • 5  Temperatur- und Dampfdruckverläufe werden in Form von Glaserdiagrammen anschaulich dargestellt.

  • 6  Unterschiede gibt es bei der Berücksichtigung von Bauteilen, bei den Berechnungsoptionen …

  • 7  … oder bei der Definition von Einfach-, Verbund- und Kastenfenstern oder Türen.

  • 8  Zu den Ausgabedaten zählen Bauteilvergleiche, teilweise auch die mögliche Energie- und Kosteneinsparung von Bauteilvarianten.

  • 9  Interessant sind webbasierte U-Wert-Rechner, weil Programm und Daten stets aktuell sind und sich Material- und Bauteilkataloge durch die Anwenderbeteiligung vergrößern können.

  • 1  Auch U-Wert-Apps gibt es – sie rechnen präzise nach DIN EN 6946 oder überschlägig.

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