Sommerlicher Wärmeschutz

Ziel des sommerlichen Wärmeschutzes ist esi, die Erwärmung einzelner Räume durch Sonneneinstrahlung zu begrenzen.

Der Gesetzgeber hat hier das Ziel, den übermäßigen Einsatz von Kühlanlagen einzuschränken oder besser vorzubeugen. Was für viele öffentliche Gebäude mit großen Fensterflächenanteilen zu entsprechenden und aufwändigen Sonnenschutzanlagen führt, wird für private Bauherren in vielen Fällen durch einen maximalen Fensterflächenanteil pro Raum und gängige Sonnenschutzmaßnahmen wie Rolläden erreicht.

 

Die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz sind auf einzelne Wohnräume bezogen und müssen dann einzeln nachgewiesen werden. Dabei reicht es in der Praxis meistens, den ungünstigsten Raum entsprechend dem Fensterflächenanteil zu bestimmen und den sommerlichen Wärmeschutz nachzuweisen.

 

Im wesentlichen werden zwei Fragen gegeneinander gehalten:

 

1) Wieviel Strahlungswärme tritt in den Raum maximal ein?

2) Wie reagiert der Raum thermisch?

 

Die eintretende Strahlungswärme wird durch die Fensterflächen, deren Orientierung, die g - Werte und den Sonnenschutz der Raumfenster beeinflusst.

Die Aufheizung eines Raumes durch die thermische Trägheit der Raumwände. Und zwar sowohl der Innen- als auch der Außenwände. Ein Raum mit schweren Wänden (z.B. Kalksandstein oder Ziegel) heizt sich im Sommer langsamer auf als ein Raum mit leichten Wänden (z.B. die gedämmte Holzkonstruktion eines Dachraumes).

 

In der EnEV wird der Nachweis nach DIN 4108 Teil 2 gefordert. Danach wird für kritische Räume mit hohen Fensterflächenanteil der vorhandene Sonneneintragskennwert Svorh bestimmt und mit dem zulässigen Sonneneintragskennwert Szul verglichen. Wenn gilt

 

Svorh < Szul

 

ist der sommerliche Wärmeschutz erfüllt. Die DIN 4108 lässt zudem einige vereinfachte Verfahren zu. Insbesondere für Wohngebäude muss nur ein Fensterflächenanteil von weniger als 35 % nachgewiesen werden, was in der Praxis häufig zur Anwendung kommt.

 

Im folgenden werden wesentliche Einflüsse auf den sommerlichen Wärmeschutz erläutert.

Klimaregion

Abbilding: Klimazonen nach DIN 4108 Teil 2

Verschattung

 

Die Verschattung von transparenten Bauteilen hat maßgeblichen Einfluss auf den sommerlichen Wärmeschutz eines Raumes.

Die Faktoren der Strahlungsabminderung werden dabei entsprechend DIN 4108 Teil 6 im Verhältnis zum g - Wert ermittelt.

In der Praxis wird dabei oft die Wirkung von diffuser Strahlung unterschätzt. Werden Südfenster zum Schutz von direkter Einstrahlung mit Verschattungseinrichtungen versehen, so gilt das für Nordfenster nicht immer. So gelegene Räume heizen sich allerdings ebenfalls durch diffuse Strahlung auf. Diese Problematik trifft besonders auf Nichtwohngebäude zu. Eine ausgewogene Kombination aus Sonnenschutzglas und Verschattungsvorrichtungen je nach Orientierung eines Raumes ist von einem Fachplaner durchzuführen, wobei selbstverständlich auch die Wirtschaftlichkeit berücksichtigt werden muss.

Art des Sonnenschutzes Abminderungsfaktor
Ohne Sonnenschutzvorrichtung 1,0

Innenliegend oder zwischen den Scheiben:

  weiß oder reflektierende Oberfläche mit geringer Transparenz*

  helle Farben und geringe Transparenz*

  dunkle Farben und höhere Transparenz

 

0,75
0,8
0,9

Außenliegend:

  drehbare Lamellen, hinterlüftet
  Jalousien und Stoffe mit geringer Transparenz
  Jalousien allgemein
  Rollläden, Fensterläden
  Vordächer, Loggien, freistehende Lamellen
  Markisen, oben und seitlich ventiliert
  Markisen, allgemein

 

0,25
0,25
0,4
0,3
0,5
0,4
0,5

Wärmespeicherung

 

Baustoffe haben unterschiedliche Wärmespeicherungsfähigkeiten. Im allgemeinen können schwere Baustoffe, wie Kalksandstein oder Beton Wärme besser speichern als leichte Baustoffe wie Holz, Porenbeton oder Dämmschichten.

 

Dabei sind drei Kennzahlen wichtig für die Wärmespeicherfähigkeit eines Baustoffes:

Kenngröße Bedeutung Definition
Dichte Masse pro Volumen rho = m / V
spezifische Wärmekapazität

notwendige Wärme, um 1 kg eines

Baustoffe um 1 °C zu erwärmen

c wird im Labor bestimmt

Wärmespeicherzahl

Gibt die Speicherfähigkeit von 1 m³

eines Baustoffes an

S = rho x c
Temperaturleitfähigkeit Gibt die Temperaturausbreitungsgeschwindigkeit in einem Baustoff an a = lambda / S

In der folgenden Tabelle sind Anhaltswerte für die Wertebereiche einiger Baustoffe gegeben:

Baustoff Rohdichte

spezifische

Wärmekapazität

Wärmespeicherzahl

Temperatur-

leitfähigkeit

  [kg/m³] [kJ/kgK] [kJ/m³K] [m²/h]
Porenbeton 400 400 1 400 1,17 x 10-3
Porenbeton 800 800 1 800 0,68 x 10-3
Normalbeton 2400 0,9 2160 3,5 x 10-3
Nadelholz 600 1,6...2,1 960...1260 0,37...0,49 x 10-3
Mineralwolle 50 0,84...1 42...50 2,88...3,42 x 10-3
Wasser 1000 4,187 4187 0,54 x 10-3
Fensterglas 2400...2700 0,84 2014...2268 1,27...1,42 x 10-3

Tag - Nacht - Zyklus

 

Die Aufwärm- und Abkühlvorgänge verlaufen durch die Tag - Nacht - Zyklen wellenförmig durch das Bauteil. Auch wenn diese Prozesse im Wärmeschutznachweis nach EnEV bzw. DIN 4108 - 3 unberücksichtigt bleiben, haben sie auf den Wohnkomfort während der heißen Jahreszeit einen großen Einfluss.

 

In einem Bauteil breitet sich eine Welle erhöhter Temperatur aus. Dieser Vorgang wird durch zwei Größen beschrieben:

 

1. Das Temperatur - Amplituden - Verhältnis (TAV):

Das Verhältnis von der Temperaturdifferenz an der Innenseite zur Temperaturdifferenz an der Außenseite

Je kleiner, desto mehr Komfort im Sommer. Theoretische Extremwerte sind 0, wobei das Bauteil an der Innenseite konstant temperiert wäre und 1, was bedeuten würde, das die Bauteilinnenseite der durch Sonneneinstrahlung zyklisch aufgeheizten Oberfläche vollständig folgen würde.

2. Phasenverschiebung:

Die Zeit, nach der die Raumtemperatur der Außentemperatur folgt. Es kann zunächst keine Aussage getroffen werden, ob eine längere oder kürzere Phasenverschiebung zu bevorzugen ist, wobei hier viele Sachverständige generell höhere Zeiten bevorzugen. Dabei ist jedoch auch das Nutzerverhalten zu berücksichtigen.

 

In der folgenden Abbildungen sind die Vorgänge schematisch dargestellt und für einige Baustoffe sind Anhaltswerte angegeben:

Abbildung: Schematik Temperatur - Amplituden - Verhältnis (TAV) und Phasenverschiebung und Verläufe verschiedener Baustoffe

Fazit: Baustoffe mit einer kleinen Temperaturleitfähigkeit eignen sich gut für den sommerlichen Wärmeschutz

Belüftung

 

Berücksichtigt werden erhöhte Nachtlüftung, wovon beispielweise bei Wohngebäuden ausgegangen werden kann sowie passive Kühlung, wobei es sich um einen Luftbrunnen handelt.

Gesamtbewertung im sommerlichen Wärmeschutz nach EnEV

 

1. Bestimmung des vorhandenen Sonneneintragskennwertes

Aw = Fensterfläche in m2
gtot = Gesamtenergiedurchlassgrad des Glases einschließlich Sonnenschutz
AG = Nettogrundfläche des Raumes oder Raumbereichs in m2

 

2. Bestimmung des zulässigen Sonneneintragskennwertes

Szul = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6

 

wobei die folgenden Einzelwerte bestimmt werden:

Abbildung: Bestimmung des zulässigen Sonneneintragskennwertes (hier: Nichtwohngebäude) nach DIN 4108 Teil 2

Entfall des Nachweises

 

Der Nachweis muss nicht geführt werden, wenn für Wohngebäude für alle kritischen Räume ein Fensterflächenanteil von kleiner als 35 % bezogen auf die Raumnutzfläche nachgewiesen werden kann.

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© Christoph Mevenkamp