Sommerlicher Wärmeschutz und Passive Cooling

Wärmeschutzmaßnahmen dienen meist dem Schutz des (warmen) Innenraums vor der Kälte draußen. Doch auch im Sommer ist oftmals ein Wärmeschutz nötig, um den (dann kühleren) Innenraum vor der Wärme draußen, aber auch vor internen Wärmequellen zu schützen. Um dies zu erreichen, können einige bauliche, also passive Maßnahmen ergriffen werden, etwa ein außenliegender Sonnenschutz oder die Reduktion interner Wärmequellen. Doch auch bei der Planung von Heizungs- und Lüftungsanlagen bietet sich die Möglichkeit, Bestandsgebäude vor der sommerlichen Wärme zu schützen und zu kühlen. Die wesentlichen Regelwerke hierfür sind das Gebäudeenergiegesetz (GEG) sowie die DIN 4108-2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz.

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Bestandsgebäude verfügen oft nicht über einen geeigneten Wärmeschutz. Wenn jedoch ein solches Gebäude saniert wird, bietet sich in der Regel auch die Chance, im Zuge dessen auch den Wärmeschutz zu aufzuwerten. Meist allerdings liegt der Fokus dabei ausschließlich auf dem winterlichen Wärmeschutz. Doch auch bei den nicht selten hohen Temperaturen im Sommer muss das Innenraumklima reguliert werden. Dies sollte bereits bei der Planung der Heizungs- und Lüftungsanlagen berücksichtigt werden.

Wärmepumpe: Heizungsanlage mit Kühlfunktion

Wärmepumpen eignen sich – entgegen häufigen Vorurteilen – auch für die Nachrüstung in Bestandsbauten (siehe Kapitel „Wärmepumpen im Bestand“). Eigentümerinnen und Eigentümer von Gebäuden sollten bei der Heizungsplanung mit einer Wärmepumpe außerdem in Betracht ziehen, über dasselbe Heizsystem die Räume zu kühlen. Das ist mit Geräten im sogenannten „reversiblen Betrieb“ möglich, üblicherweise als „Active Cooling“ bezeichnet. Dabei produziert die Wärmepumpe keine Wärme, sondern Kälte, mit der die Räume gekühlt werden können:

Luft/Luft-Wärmepumpen funktionieren dabei wie klassische Klimaanlagen: Die Kälte wird über Ventilatoren direkt an die Innenraumluft abgegeben. Bei allen anderen Wärmepumpensystemen erfolgt die Kühlung über den Heizkreislauf des Gebäudes. Die Kälte wird dabei über Flächenheizungen, etwa Fußbodenheizungen, oder über Radiatoren an den Raum abgegeben. Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass die Oberflächentemperaturen nicht zu stark absinken. Andernfalls kann sich Kondenswasser bilden, das Bauteile schädigen und die Entstehung von Schimmel begünstigen kann.

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Free/Passive Cooling: Kostenlose Kälte 

Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen, die das Erdreich oder das Grundwasser als Umweltenergiequelle nutzen, bieten bei der Kühlung einen wichtigen Vorteil: Die ganzjährig relativ konstanten Temperaturen des Erdreichs (Geothermie) beziehungsweise des Grundwassers von in der Regel 8 bis 12 °C können direkt zur Kühlung der Innenräume genutzt werden. Da hierfür keine aktive Kälteerzeugung durch den Verdichter der Wärmepumpe erforderlich ist, sondern lediglich die vorhandene Kälte über einen Wärmetauscher an das Gebäudesystem übertragen wird, spricht man von „Free Cooling“ oder „Passive Cooling“. Es fallen lediglich geringe Betriebskosten für Umwälzpumpen und Regelungstechnik an.

Grundsätzlich lassen sich auch andere Kältequellen erschließen. So kann beispielsweise die sogenannte „kalte Nahwärme“ – ein Niedertemperatur-Wärmenetz, das etwa Quartiere mit Temperaturen zwischen 5 und 20 °C versorgt – im Winter als Wärmequelle für Wärmepumpen und im Sommer zur Gebäudekühlung genutzt werden, indem überschüssige Wärme an das Netz abgegeben wird. Eine weitere Möglichkeit bieten Eisspeicher (Latentwärmespeicher). Ihnen wird im Winter Wärme entzogen, sodass sich Eis bildet. Dieses kann im Sommer als Kältequelle für die Raumkühlung genutzt werden. Der Kreativität bei der Erschließung geeigneter Kältequellen für die Gebäudekühlung sind nahezu keine Grenzen gesetzt.

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Lüftung: Passives Kühlen mit Luft

Zum Kühlen von Innenräumen bedarf es nicht zwingend einer Maschine, die aktiv Kälte erzeugt. Oft genügt es bereits, die Raumtemperatur um wenige Grad zu senken. Hierfür lassen sich die Speichermassen eines Gebäudes gezielt nutzen. Grundsätzlich gibt es dafür zwei Möglichkeiten:

Bei der Nachtauskühlung werden die Räume – der Name verrät es bereits – nachts so gelüftet, dass die kühlere Außenluft durch das Gebäude strömt und dabei sowohl die Raumluft als auch die Bauteile und Einrichtungsgegenstände abkühlt. Dazu genügt es häufig, den Kamineffekt zu nutzen, indem möglichst weit unten und möglichst weit oben im Gebäude Fenster oder Lüftungsklappen geöffnet werden. Durch Temperaturunterschiede entsteht ein natürlicher Luftstrom, der einen kontinuierlichen Luftaustausch bewirkt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Bauteile gezielt zu temperieren. Dazu werden beispielsweise Rohrleitungen in Decken oder Böden verlegt, durch die kühles Wasser als Wärmeträgermedium zirkuliert und den Bauteilen Wärme entzieht. Alternativ existieren Systeme, bei denen die Zuluft einer Lüftungsanlage durch spezielle Luftkanäle innerhalb der Bauteile geführt wird und diese auf diese Weise ebenfalls abkühlt.

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Normen und Regelwerke

Wesentliche Grundlage für die Planung ist die DIN 4108-2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz. Sie legt die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz von Gebäuden fest und enthält Vorgaben zum winterlichen und sommerlichen Wärmeschutz sowie Hinweise für die wärmetechnische Planung und Ausführung von Aufenthaltsräumen in Hochbauten, die ihrer Bestimmung nach auf übliche Innentemperaturen von 19 °C beheizt werden. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) nimmt an mehreren Stellen Bezug auf die Norm, unter anderem in § 11 „Mindestwärmeschutz“, § 14 „Sommerlicher Wärmeschutz“ und § 47 „Nachrüstung eines bestehenden Gebäudes“.

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