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Der Energieausweis
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Der Energiepass
Quelle:
Deutsche-Energieagentur GmbH (DENA)
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Der sommerliche Wärmeschutz

von Ulrich Jung

Ziel des sommerlichen Wärmeschutz ist die Sicherung von thermischer Behaglichkeit. In aktiv gekühlten Gebäuden kommt das Ziel der Begrenzung des Energieaufwandes für die Kühlung hinzu.:

 

Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz


Die EnEV 2002/2004 verlangt den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes für alle Gebäude deren Fensterflächenanteil über 30% liegt. Der Fensterflächenanteil wird dabei als Fensteranteil bezogen auf alle Fassadenflächen (Fenster AW und Außenwandflächen AAW) definiert.

Bei Häusern mit beheizten Dachgeschossen sind Dachfenster als Fenster und Dachschrägen als Außenwandflächen bei den jeweiligen Flächenansätzen mit einzubeziehen. Wände, die an Erdreich grenzen, sind nicht zu berücksichtigen, auch wenn sie Fenster (zu Lichtschächten) enthalten.

Eine Betrachtung einzelner Orientierungen oder Räume wird nicht vorgenommen, sondern es sind die Flächensummen über alle Orientierungen zu bilden. Natürlich können einzelne Räume mit hohen Fensterflächenanteilen ein Problem des sommerlichen Wärmeschutzes haben, selbst wenn der Fensterflächenanteil des gesamten Gebäudes unter 30% liegt. In solchen Gebäude wird die Untersuchung des sommerlichen Wärmeschutzes im Interesse des Bauherren liegen, auch wenn die EnEV keinen Nachweis verlangt.

Die kommende Novelle der EnEV (2006 oder 07) wird aller Voraussicht nach ohnehin den Nachweis für alle zu errichtenden Gebäude unabhängig vom Fensterflächenanteil verlangen.

Eine Auslegungsfrage ist, in wie weit die Anforderungen des sommerlichen Wärmeschutzes auch für bestehende Gebäude gelten. Die EnEV verlangt hier diesen Nachweis nicht. Dennoch erwarten Beschäftigte und Bewohner und somit auch Auftraggeber, dass die Ziele „thermische Behaglichkeit“ und „Begrenzung des Energieaufwandes für die Kühlung“ auch in bestehenden Gebäuden realisiert werden. Der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes kann also bei vielen Maßnahmen und Bewertungen im Bestand auch privatrechtliche Bedeutung haben.

 

Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes

Zum Nachweis wird auf die DIN 4108:2003-07 und den „Sonneneintragskennwert“ verwiesen, der nach dieser Norm zu begrenzen ist. Auf die in der Norm alternativ zugelassene und für bestimmte Situationen (z.B.Transparente Wärmedämmung) sogar zwingend vorgeschriebenen „ingenieurmäßigen Berechnungsverfahren“ wird nicht Bezug genommen. Es darf aber hier wohl angenommen werden, dass diese Berechnungen auch für die Erfüllung der EnEV die Ermittlung des Sonneneintragskennwertes ersetzen können. Bei Nichtwohngebäuden ist künftig der Nachweis für jede einzelne Zone, in die Gebäude nach DIN V 18599 zu teilen sind, zu führen.

Abweichungen von diesem Verfahren sind möglich in Nichtwohngebäuden, die künstlich gekühlt werden. In diesen wird mindestens verlangt, „dass die Gebäude so ausgeführt werden, dass die Kühlleistung bezogen auf das gekühlte Gebäudevolumen nach dem Stand der Technik und den im Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird. Dabei sind insbesondere die Maßnahmen zu berücksichtigen, die das [...] angegebene Berechnungsverfahren zur Verminderung des Sonneneintragskennwertes vorsieht.“

Das Einhalten dieser Anforderung soll sicher stellen, dass bestimmte Grenzwerte der Innentemperatur zu nicht mehr als 10% der Aufenthaltszeit (bei Wohngebäuden 24h/d, bei Büroräumen 10h/d) überschritten werden. Der Grenzwert der Innentemperatur hängt von der jeweiligen Klimaregion ab.

Klima-region nach 4108-2

Merkmal

Höchstwert der mittleren monatlichen Außen-temperatur
[C°]

Grenzwert der Innentemperatur
[C°]

A

sommerkühl

≤ 16,5

25

B

Ge-mäßigt

16,5 - 18

26

C

sommerheiß

≥ 18

27

Für die alternativ zugelassene „ingenieurmäßige Berechnung“ können thermische Simulationsprogramme eingesetzt werden, mit denen nachzuweisen ist, dass diese Bedingungen eingehalten wird.

 

Gestaltung des sommerlichen Wärmeschutzes

Die Herstellung von thermischer Behaglichkeit und Reduzierung der Kühlenergie ist zunächst eine Aufgabe für den Architekten, da die wichtigsten –Entscheidungen bereits im Vorentwurf des Gebäudes getroffen werden. Eine enge Verbindung gibt es mit der Tageslichtnutzung und der passiven Nutzung von Solarenergie im Winter.

 

Orientierung der Fenster

Räume mit Ost- oder Westfenster neigen grundsätzlich zu Problemen des sommerlichen Wärmeschutzes, da an den heißesten Tagen des Jahres vormittags bzw. nachmittags die Sonne steil in die Räume hineinscheint. Diese Räume sind daher auch schwierig zu verschatten und es treten in ihnen Blendwirkungen auf.

Nordorientierte Räume erhalten dagegen allenfalls morgens und abends flache solare Zustrahlung, soweit keine Verschattung durch Nachbarhäuser vorliegt.

Aber auch südorientierte Räume sind für den Sommerfall günstig, da die Sonne den ganzen Tag über nur relativ flach auf die Fassade scheint und sich somit auch gut wirksame Sonnenschutzmaßnahmen ergreifen lassen. Insofern lassen sich bei südorientierten Räume die Ziele des winterlichen Wärmeschutzes mit denen des sommerlichen Wärmeschutzes gut vereinbaren. Kritisch können südorientierte Räume in der Übergangszeit sein, wenn die Sonne noch relativ steil in Räume hineinscheint, ohne dass die Strahlung als Beitrag zur Beheizung nutzbar ist.

Kritisch sind außerdem geneigte Süd-, Ost-, West- Fenster. Hier können jedoch bereits kleine Fenster gute Beiträge zur Belichtung liefern.

 

Fensterflächenanteil

Da Fenster im Sommer unerwünschte solare Gewinne bringen, ist ihre Reduzierung für den sommerlichen Wärmeschutz von großem Vorteil. Dieses Vorhaben steht in Konkurrenz zum Wunsch der Sichtbeziehung nach außen und dem Ziel der weitestmöglichen Nutzung des Tageslichtes zur Belichtung, was letztlich Strombedarf und interne Lasten reduziert.

Der Anordnung der Fenster kommt daher eine große Bedeutung zu. Für die Belichtung am günstigsten sind Fenster im Bereich knapp unterhalb der Decke, während für die Sichtbeziehung nach außen der mittlere Bereich der Raumhöhe am wichtigsten erscheint. Ein Verzicht auf Verglasungen im Bereich der Brüstungen erscheint bei der Optimierung der Ziele sommerlicher Wärmeschutz, Außenbezug und Tageslichtnutzung ratsam.

 

g-Wert

Der Gesamtenergiedurchlassgrad, g-Wert [-], gibt an welcher Teil der Solar-Strahlung, die senkrecht auf die Fensterscheibe trifft, durch diese hindurch geleitet wird.

Ein niedriger g-Wert, wie ihn Sonnenschutzgläser aufweisen (< 0,4) ist für den sommerlichen Wärmeschutz von Vorteil. Das Ausblenden von solaren Gewinnen ist aber im Winter unerwünscht. Übliche Dreifach-Wärmeschutzverglasungen können diesem Dilemma in einem gewissen Ausmaß abhelfen. Der niedrige g-Wert (0,4 – 0,45) ist im Sommer angenehm, im Winter wird die dadurch bedingte Reduzierung der solaren Gewinne durch den niedrigen UG-Wert (ca. 0,7 W/(m²*K)) mehr als ausgeglichen.

Daneben geht ein niedriger g-Wert mit einem niedrigen Lichttransmissionsgrad, dem τD65-Wert einher, womit wiederum Nachteile für die Versorgung mit Tageslicht gegeben sind.

 

Sonnenschutzeinrichtungen

Durch Sonnenschutzeinrichtungen kann die Zustrahlung von energiereichem direktem Sonnenlicht unterbunden werden. Sie können dabei nach ihrer Lage zum Fenster oder ihrer Variabilität unterschieden werden.

Grundsätzlich ist außenliegender Sonnenschutz wirksamer als innenliegender. Fixe (passive) Systeme (z.B.Vordächer) sind im Allgemeinen weniger wirksam als variable (aktive) Systeme und im Grunde nur auf Südseiten sinnvoll einsetzbar.

Bei Variablem Sonnenschutz ist eine gute Vereinbarkeit von sommerlichen mit winterlichem Wärmeschutz gegeben. Es gibt aber auch beim Sonnenschutz eine Konkurrenz mit den Zielen Außenbezug und Tageslichtnutzung.

 

Schwere der Bauart (Wärmespeicherfähigkeit)

Wärmespeichernde Bauteile können durch ihre Trägheit zwischen Wärmespitzen am Tag und der kühleren Phase in der Nacht ausgleichen. Insofern sind massive Bauweisen gegenüber Leichtbauweisen im Vorteil. Dies gilt aber nur, wenn die schweren Bauteile nicht durch abgehängte Decken und Vorsatzschalen verdeckt werden. Empfohlen wird dabei eine wirksame Speichermasse von 300 kg/m², was mit einer unbekleideten Massivdecke und massiven unbekleideten Innenwänden zu erreichen ist.

 

Raumtiefe

Für den Temperaturausgleich wirksam werden dabei nur die äußeren Zentimeter unter der Oberfläche eines inneren Bauteils. Das Verhältnis der wirksamen Speichermasse zur Fensterfläche wird daher am effektivsten durch wachsende Oberflächen, d.h. Raumtiefe verbessert, was regelmäßig auch mit einer Verbesserung des winterlichen Wärmeschutz durch Erhöhung der Kompaktheit einher geht.

Für die Tageslichtnutzung sind tiefe Räume aber wiederum ungünstig, da die Kernzone kaum natürlich zu belichten ist. Als Lösung bieten sich hier Systeme der Tageslichtlenkung und eine Anordnung von Nutzungsbereichen mit geringeren Beleuchtungsanforderungen in der Kernzone an. In obersten Geschossen bieten sich (kleine) Oberlichter an; bei diesen ist ein gutes Verhältnis von Belichtung zu Energieeintrag gegeben.

 

Nächtliche Lüftung

Eine Aktivierung der vorgenannten Speichermassen wird erst durch eine gesteuerte Belüftung der Räume möglich. Dabei ist es von Vorteil an warmen Tagen den Luftwechsel zu minimieren und vor allem in der zweiten Nachthälfte zu erhöhen.

 

Interne Wärmequellen

Im vereinfachten Rechenverfahren unberücksichtigt ist die Reduzierung der internen Wärmequellen. Die fehlende Berücksichtigung liegt keineswegs daran, dass diese Größe für den sommerlichen Wärmeschutz nicht entscheidend wäre, sondern wohl eher daran, dass sie vom Planer nur eingeschränkt beeinflusst werden kann. Die Wahl von effektiven Beleuchtungssystemen und sparsamen Geräten ist aber nicht nur durch die direkte Stromeinsparung allein zu begründen, sondern kann darüber hinaus mehrfache Einsparungen an elektrischem Energiebedarf für die Kühlung mit sich bringen.

Für Gebäude deren internen Lasten von üblichen Bedingungen stark abweichen wie EDV-Räume, Labore, ist das vereinfachte Verfahren untauglich und die Simulation vorzuziehen, auch wenn Sie die EnEV oder die DIN 4108-2 nicht ausdrücklich verlangt. Werden diese Räume aktiv gekühlt –wie meistens- ist die Kühllast nach EnEV wirtschaftlich zu begrenzen und sonst überhaupt kein Nachweis zu führen.

Dipl. Ing. Ulrich Jung ist Vorstandsmitglied der ArchiNea AG

Quelle:
Erstveröffentlichung in Bauen + Energie 07/06; 1. Jahrgang, Seite 2 aus dem Bundesanzeiger Verlag

21.12.2006 zurück
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