RAPID-U

Das deutsch-finnische Kooperationsprojekt „Rapid-U“ zur Validierung eines Messgerätes für die In-situ-Messung des Wärmedurchgangskoeffizienten konnte 2020 planmäßig abgeschlossen werden. Für das auf deutscher Seite vom Bundeswirtschaftsministerium über den Projektträger Jülich geförderte Projekt (03ET1564A) wurden umfangreiche Laboruntersuchungen an typischen Bestandsgebäude-Außenwänden durchgeführt. In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Energieberaternetzwerk DEN e.V. konnten zahlreiche Gebäude und Bauteile untersucht werden.

Für ökonomische und effiziente Sanierungsmaßnahmen ist es essentiell, im Vorfeld möglichst genaue Kenntnis über den tatsächlichen energetischen Zustand eines Bauwerkes zu haben. Eine Berechnung des U-Werts aufgrund tabellierter Werte ist oftmals ungenau und sehr risikoavers. Eine Messung mit etablierten Messmethoden ist sehr zeitintensiv und teuer. Messungen mit Kurzzeit-Messmethoden sind dagegen sehr ungenau und fehleranfällig. Da privatwirtschaftlich vor allem dann Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen ausgelöst werden, wenn die Maßnahmen wirtschaftlich sind und den Investoren plastisch vor Augen geführt wird, in welchem Zustand die Bauteile sind, stellt eine Messung der tatsächlichen Qualität der Bauteile vor Ort eine sehr gute Möglichkeit dar, Energieeffizienzmaßnahmen im Gebäudebestand zu stimulieren.
Im Vorhaben wurde eine schnelle, einfach anzuwendende und zerstörungsfreie Messmethode zur U-Wert Bestimmung eines Bauteils evaluiert. Durch das einfache Messverfahren kann eine große Zahl von Gebäuden schnell und kostengünstig vermessen werden. Die daraus resultierende bessere Kenntnis über die Bauteile hilft bei der bedarfsgerechten Planung der tatsächlich notwendigen Sanierungsmaßnahmen und ist die Basis für konkrete Berechnungen der zu erwartenden Einsparungen. Damit werden auch etwaige Überdimensionierungen von Maßnahmen aufgrund von Sicherheitszuschlägen in tabellierten Werten verhindert, was wiederum Investitionskosten senkt und die Attraktivität von energetischen Sanierungsmaßnahmen für Investoren und Eigentümer erhöht.
Neben den Einsparmöglichkeiten und der Verbesserung der bedarfsorientierten Planung ermöglicht ein U-Wert Messsystem wie Rapid-U auch eine vor-Ort-Kontrolle des Erfolgs von Dämmmaßnahmen bzw. die Qualitätskontrolle an einzelnen Bauteilen. Das steigert die Akzep-tanz und das Vertrauen zu energetischen Sanierungsmaßnahmen in der Bevölkerung. Besonders hohes Potenzial entsteht so im Bereich der Wohngebäude, da sich ein großer Anteil des sanierungsbedürftigen Gebäudebestands in privatem Besitz befindet.
Das primäre Ziel der Untersuchungen im Labor sowie In-situ bestand darin, die Funktion der Rapid-U-Geräte bei unterschiedlichen Randbedingungen zu validieren. Im Verlauf der Untersuchungen wurden acht für Wohngebäude in Deutschland typische Wandtypen im Labor genauen Untersuchungen zu deren thermischen Eigenschaften unterzogen. Die Referenzwerte der thermischen Eigenschaften wurden dabei mittels etablierter Labormessmethoden bestimmt.
Für die Rapid-U-Messungen wurde ein gestaffeltes Vorgehen angewendet. Die tatsächliche Messgenauigkeit sowie der Einfluss aus der Montage der Geräte an den Wänden wurde in Versuchen bei konstanten Temperaturen innen und außen überprüft. Dabei zeigte sich, dass die Messmethode Ergebnisse mit guter Genauigkeit liefert, trotz der mit 45 bis 90 Minuten sehr kurzen Messzeiten. Die Einflüsse der Montage und des Handlings flossen in die weiteren Untersuchungen ein, bei denen veränderliche Temperaturen auf der Außenseite der Bauteile angesetzt wurden, wie sie in der Realität oft unvermeidlich sind. Hierfür wurden auch umfangreiche Simulationsrechnungen durchgeführt.
U-Wert Messergebnisse unter instationären Randbedingungen schwanken in Abhängigkeit der thermischen Trägheit der Bauteile und der Temperaturverläufe. Bei instationären Langzeitmessungen, z.B. mit Wärmestrommessplatten, werden diese Einflüsse über eine Mittelwertbildung eliminiert. Bei Kurzzeitmessungen ist das nicht möglich, die Messwerte bilden jeweils den im Messzeitraum vorherrschenden Wärmestrom ab. Zeitfenster zu finden oder gar vorherzusagen, wann eine Kurzzeitmessung Ergebnisse liefert, die zum stationären U-Wert passen, stellt die eigentliche Herausforderung einer U-Wert Messung in einem kurzen Zeitraum dar.
Eine richtige Anwendung des Rapid-U Messsystems erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und Wissen über die Messtechnik sowie das thermische Verhalten von Bauteilen unter realen und damit schwankenden Randbedingungen. Großen Einfluss auf die Messergebnisse haben auch die Ausrichtung und Positionierung der Geräte auf den zu messenden Bauteiloberflächen. Während die Referenzmethoden aufgrund größerer Messflächen einen integrativen Charakter haben, schlagen sich bei kleinräumigen Inhomogenitäten die Einflüsse bei den Rapid-U-Geräten direkt im Ergebnis nieder. Die Ausbildung und kontinuierliche Weiterbildung von Experten in der praktischen Anwendung der Rapid-U Messtechnik durch einen stetigen Austausch von Erfahrungswerten aus Labor und Praxis hatte daher im Verlauf des Vorhabens oberste Priorität. So konnten auch unter In-situ Bedingungen teils valide Ergebnisse mit der Rapid-U Messtechnik erzielt werden. Allerdings eignen sich im gemäßigten Klima in Deutschland nur wenige Tage im Jahr für eine schnelle U-Wert Bestimmung mit Rapid-U, da bestimmte Randbedingungen unbedingt einzuhalten sind. Dies schränkt die Anwendbarkeit von Rapid-U zusätzlich ein.

Das Vorhaben mit der 03ET1564A wurde gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

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Christoph Schreiber