Wärmeverlust

Berechnung des Konduktiven Wärmeverlusts durch eine Oberfläche

Der Wärmeverlust einer Oberfläche hängt von ihrer Fläche, ihrem Widerstand gegen Wärmefluss (ihrem R-Wert) und der Größe der Temperaturdifferenz ab, die sie trennt: Wärmeverlust = Fläche × Temperaturdifferenz ÷ R-Wert. Geben Sie die Fläche einer Oberfläche, ihren R-Wert und die Innen- und Außentemperaturen ein, und dieser Rechner findet heraus, wie viele BTU pro Stunde diese Oberfläche verliert.

Ein niedrigerer R-Wert (weniger Dämmung) oder eine größere Temperaturschwankung zwischen innen und außen treiben beide den Wärmeverlust nach oben. Dies ist dieselbe grundlegende Beziehung, die eine schlecht gedämmte Wand an einem Wintertag kalt anfühlen lässt, und warum das Hinzufügen von Dämmung eine der effektivsten Methoden ist, um die Heiz- und Kühlkosten eines Hauses zu senken.

Wichtige Einflussfaktoren

• Dies berechnet jeweils eine Oberfläche — der gesamte Wärmeverlust eines Hauses ist die Summe über jede Wand, jedes Fenster, Dach und jeden Boden. Fenster haben typischerweise viel niedrigere R-Werte als Wände (oft R-2 bis R-5 für ein Fenster gegenüber R-13 oder höher für eine gedämmte Wand), sodass sie pro Quadratfuß Oberfläche häufig einen unverhältnismäßig großen Beitrag zum gesamten Wärmeverlust leisten.
• Diese Formel erfasst nur den Wärmeverlust durch Leitung, nicht die Luftinfiltration. Durch Lücken, Risse und unabgedichtete Durchbrüche entweichende Luft ist ein separater, oft erheblicher Wärmeverlustweg, den diese Berechnung nicht einbezieht — ein Haus kann nach dieser Formel gut gedämmte (wärmeverlustarme) Oberflächen haben und trotzdem erhebliche Wärme durch Luftlecks verlieren, die die Formel nicht erfasst.
• Zur Dimensionierung von Heizungsanlagen wird typischerweise eine „Auslegungstemperatur” statt einer durchschnittlichen oder rekordkalten Temperatur verwendet. Ingenieure verwenden üblicherweise eine regionale Winter-Auslegungstemperatur (ein realistisch kalter, aber nicht rekordbrechender Wert speziell für Ihre Region), statt entweder die Durchschnittstemperatur eines Tages oder den kältesten je aufgezeichneten Tag, für eine Dimensionierungsschätzung, die konservativ ist, ohne wild überdimensioniert zu sein.
• Eine vollständige Heiz- oder Kühllastberechnung berücksichtigt mehr als die Leitung einer einzelnen Oberfläche. Eine ordentliche Gesamtgebäude-Lastberechnung (wie das branchenübliche Manual J) berücksichtigt auch Luftinfiltration, interne Wärmegewinne von Menschen und Geräten sowie solare Wärmegewinne durch Fenster — dieser Rechner schätzt einen Teil dieses größeren Bildes, keine vollständige Lastberechnung für sich allein.

Die Formel

$$Q = \frac{A \times \Delta T}{R}$$

Wobei $Q$ der Wärmeverlust ist (BTU pro Stunde), $A$ die Oberfläche (Quadratfuß), $\Delta T$ die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen (°F), und $R$ der R-Wert der Oberfläche (ft²·°F·Std./BTU) — die standardmäßige imperiale Einheit, in der R-Werte angegeben werden.

Durchgerechnetes Beispiel

Eine 500 Quadratfuß Wand mit einer R-13-Dämmwertung, bei einer Innentemperatur von 70°F und Außentemperatur von 30°F:

1. Temperaturdifferenz: 70 - 30 = 40°F.
2. Wärmeverlust: 500 × 40 ÷ 13 ≈ 1.538 BTU pro Stunde.

Eine Verdopplung des R-Werts (auf R-26, etwa doppelte Dämmung) würde diesen Wärmeverlust halbieren — dieselbe Wand, dieselbe Temperaturdifferenz, aber nur halb so viel Energie, die stündlich entweicht.

Häufige Fehler

• Einen U-Wert eingeben, als wäre es ein R-Wert. Fenster werden oft mit einem U-Wert statt einem R-Wert bewertet, und beide bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen — ein niedrigerer U-Wert bedeutet bessere Dämmung, während ein niedrigerer R-Wert schlechtere Dämmung bedeutet. Da R-Wert = 1 ÷ U-Wert, erzeugt die direkte Eingabe eines U-Werts in das R-Wert-Feld ein völlig falsches Ergebnis.
• Die heutige Außentemperatur oder einen saisonalen Durchschnitt bei der Dimensionierung von Heizgeräten verwenden. Wie oben erwähnt, sollte die Gerätedimensionierung eine regionale Winter-Auslegungstemperatur verwenden, nicht nur das, was das Thermometer an einem milden Tag anzeigt — eine Unterdimensionierung basierend auf einer Durchschnittstemperatur lässt ein Haus in den kältesten Nächten nicht mithalten.
• Den Wärmeverlust einer Oberfläche als den gesamten Heizbedarf des Hauses behandeln. Dieser Rechner findet den Verlust durch eine einzelne Wand, ein Fenster oder einen Dachabschnitt — der gesamte Wärmeverlust eines Hauses (und damit die benötigte Größe der Heizung oder Wärmepumpe) ist die Summe über jede Außenfläche, nicht nur die hier eingegebene.
• Annehmen, dass diese Zahl bereits Zugluft und Luftundichtigkeiten einschließt. Wie oben behandelt, ist dies nur der Leitungsverlust — ein Haus mit ausgezeichneten Wand- und Fenster-R-Werten kann sich trotzdem zugig anfühlen und erheblich Wärme durch undichte Stellen verlieren, die diese Formel überhaupt nicht erfasst.

Wissenswertes

R-Wert und der metrische RSI-Wert sind nicht einfach durch Verschieben eines Kommas ineinander umrechenbar. Außerhalb der USA wird Dämmung üblicherweise in RSI (m²·K/W) statt im R-Wert (ft²·°F·hr/BTU) angegeben — die Umrechnung erfolgt, indem man den R-Wert mit etwa 0,1761 multipliziert (oder den RSI-Wert durch denselben Faktor teilt), sodass eine amerikanische R-13-Wand ungefähr RSI-2,3 entspricht, nicht “13” in metrischen Einheiten. Vergleicht man ein Dämmwert-Datenblatt aus einem System direkt mit einer Zahl aus dem anderen, ohne vorher umzurechnen, wirkt ansonsten gleichwertige Dämmung sehr unterschiedlich.