Sommerlicher Wärmeschutz: Nachweis und Berechnung

Sonneneintragskennwerte
Die Ermittlung zum sommerlichen Wärmeschutz erfolgt über den Sonneneintragskennwert. Der vorhandene Sonneneintragskennwert wird nach dem in der DIN 4108-2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 2 Mindestanforderungen an den Wärmeschutz vorgegebenem Verfahren ermittelt:

Gallerie

Svorh. = ∑ Aw,J · gtot,j / AG

Aw,J   =  die Fensterflächen in m² eines Raumes als Rohbaumaß
g
tot,j  =  der Gesamtenergiedurchlassgrad des Glases einschließlich Sonnenschutz
AG
     =  die Nettogrundflächen in m² eines Raumes

Der Nachweis im vereinfachten Verfahren gilt nicht für Doppelfassaden oder Fassaden mit transparenter Wärmedämmung. Der Gesamtenergiedurchlassgrad gtot  wird als Produkt aus dem g-Wert des Glases und dem Abminderungsfaktor FC des gewählten Sonnenschutzes ermittelt (Abminderungsfaktoren siehe Abb1).

Wird kein Sonnenschutz eingeplant, beträgt der Abminderungsfaktor FC1, was keiner Verbesserung entspricht. Alle sonstigen innen- oder außen liegenden Sonnenschutzsysteme führen zu einer Verbesserung im Aufwärmeverhalten der Räume bzw. zu einer größeren Abminderung in den Berechnungen. Den wirksamsten Sonnenschutz bieten grundsätzlich die außen liegenden Systeme. Ebenso können als Schutz vor Sonneneinstrahlung auch Dachüberstände, Vordächer und Markisen als Abminderung angesetzt werden.

Für die sonnenschutztechnische Qualität des Glases wird der g-Wert genutzt. Dieser Wert gibt den Gesamtenergiedurchlassgrad einer Verglasung an. Damit wird die Minderung der auftreffenden Sonnenstrahlung auf die Glastafeln bewertet. Der g-Wert einer Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung liegt im Normalfall zwischen 0,72 und 0,65. Bei Sonnenschutzverglasungen sind dagegen g-Werte bis 0,20 möglich.

Die Bestimmung des vorhandenen Sonneneintragskennwertes nutzt gtot, der ermittelt wird aus:

gtot = g x FC

FC   =  der Abminderungsfaktor für Sonnenschutzvorrichtungen
g
    =  der Gesamtenergiedurchlassgrad des Glases für senkrechten Strahlungseinfall

Tatsächlich muss die Verwendung von Sonnenschutzverglasungen jedoch differenziert und auf den Einzelfall bezogen betrachtet werden. Da die Gläser eine stärkere Tönung haben, stehen der Einsparung an Kühlenergie höhere Kosten für die Beleuchtung der Räume über das gesamte Jahr gegenüber. Ebenso weist die DIN 4108-2 darauf hin, dass die FC-Werte für geschlossenen Sonnenschutz nicht für den Nachweis zum sommerlichen Wärmeschutz genutzt werden sollten, da hieraus ebenfalls ein zu hoher Energiebedarf an Kunstlicht resultiert.

Nachweisfreie Räume und Schwellenwerte
Im normativen Nachweisverfahren können unter besonderen Bedingungen einige Räume unberücksichtigt bleiben. Dies kann der Fall sein, wenn der Fensterflächenanteil fWG bezogen auf die Grundfläche eine bestimmte Größe nicht überschreitet (siehe auch Abb. 2):

  • Geneigte Fensterflächen von 0° bis 60°
    Dachflächenfenster < 7% Grundfläche

  • Fenster über 60° bis 90° zur Horizontalen
    Nordorientierte  Wand- und Mansarddachfenster < 15% Grundfläche wie vor, jedoch Orientierung von Nord-West, Süd bis Nord-Ost < 10% Grundfläche
Zusätzlich sind von der Nachweisführung Räume ausgenommen, wenn sie über einen unbeheizten Glasvorbau belichtet werden. Die Grundflächen bezogenen Werte werden durch den Bezug von Fensterfläche zur  Grundfläche des Raums ermittelt. Der grundflächenbezogene Fensterflächenanteil wird ermittelt mit:

fAG = AW / AG

AW  =  Fensterfläche
A
G   = Grundfläche des Raums
fAG
  =  grundflächenbezogener Fensterflächenanteil

Tatsächlich sind die Vorgaben zu den nachweisfreien Gebäuden nach DIN 4108-2 zum Teil irreführend. Eine Freistellung vom Nachweis bei einem grundflächenbezogenen Fensterflächenanteil von < 10 % widerspricht den allgemeinen Anforderungen der Landesbauordnungen, die für Aufenthaltsräume im Wohnbereich immer eine 1/8 Fensterfläche bezogen auf die Grundfläche fordern. Damit liegt der nach Bauordnung notwendige grundflächenbezogene Fensterflächenanteil bei 12,5%. Folglich muss für Fenster, die von Nord-West über Süd bis Nord-Ost orientiert sind, ein rechnerischer Nachweis geführt werden.

Werden die vorgegebenen Schwellenwerte überschritten, müssen Kompensationen durch einen konstruktiven Sonnenschutz oder durch Sonnenschutzverglasungen eingeplant werden. Ein- und Zweifamilienhäuser sowie Gebäudeteile zur Wohnnutzung, bei denen der kritische Raum einen
grundflächenbezogenen Fensterflächenanteil 35% nicht überschreitet, bilden in den Betrachtungen zum sommerlichen Wärmeschutz ebenfalls eine Ausnahme. Der Nachweis kann für diese Gebäudetypen entfallen, wenn deren Fenster in Ost-, Süd- oder Westausrichtung mit einem außen liegenden Sonnenschutz ausgeführt wurden, der einen Abminderungsfaktor FC ≤ 0,3 besitzt.

Sommerklimaregionen
Die DIN 4108-2 unterteilt Deutschland in Sommerklimaregionen A, B und C (siehe Abb. 3). Im Zusammenhang zu den Sommerklimaregionen werden Bezugswerte der operativen Innentemperaturen für Simulationen vorgegeben:

  • Sommerklimaregion A mit 25 °C
  • Sommerklimaregion B mit 26 °C
  • Sommerklimaregion C mit 27 °C
Rechengang nach DIN 4108-2
Der normative Rechengang erfolgt als Gegenüberstellung des zulässigen Sonneneintragskennwertes Szul zu dem vorhandenen Sonneneintragskennwertes Svorh. Während der vorhandene Sonneneintragskennwertes Svorh aus der Größe und Qualität von Fenster und Sonnenschutz zur Grundfläche des Raumes ermittelt wird, müssen für den zulässigen Sonneneintragskennwert Szul verschiedene Faktoren bewertet bzw. berechnet werden. Dazu zählen die Bauart in Bezug zur möglichen Nachlüftung der Räume, der grundflächenbezogene Fensterflächenanteil, die eventuelle Nutzung von Sonnenschutzglas, die Neigung und Orientierung der Fensterflächen sowie der Einsatz passiver Kühlmaßnahmen.

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Wie die Energieeinsparverordnung legt das seit November 2020 gültige Gebäudeenergiegesetz fest, dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf nach den Regeln der Technik und den im Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird.

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Wärmebrücken: Planungshinweise

Für die thermische Trennung bietet die Industrie unterschiedliche Einbauteile an, wie z.B. Isolationskörbe für auskragende Betonplatten.

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Wie lassen sich Wärmebrücken vermeiden bzw. deren Einfluss in der energetischen Bilanzierung reduzieren?

Wärmebrückenbilanzierung nach DIN 4108 Beiblatt 2

Neben dem pauschalen Ansatz, Wärmebrücken ohne Nachweis über einen Zuschlag von &#x2206;WB 0,10 W/(m²K) auf die gesamte Hüllfläche zu berücksichtigen, oder einen detaillierten Nachweis mittels Simulationen zu erstellen, besteht nun die Möglichkeit, relativ effizient einen Gleichwertigkeitsnachweis zu führen.

Neben dem pauschalen Ansatz, Wärmebrücken ohne Nachweis über einen Zuschlag von ∆WB 0,10 W/(m²K) auf die gesamte Hüllfläche zu berücksichtigen, oder einen detaillierten Nachweis mittels Simulationen zu erstellen, besteht nun die Möglichkeit, relativ effizient einen Gleichwertigkeitsnachweis zu führen.

Das 2019 veröffentlichte Beiblatt ermöglicht einen Gleichwertigkeitsnachweis auf Grundlage von Bildvorlagen aus der Norm. Dazu wurden die Kategorien A und B für Wärmebrücken eingeführt.

Wärmetransportmechanismen

Bei einem Gebäude treten Wärmeströme vom beheizten zum unbeheizten Innenraum bzw. dem Außenraum auf (Abb.: ehem. Zollverein School of Management and Design in Essen, Sanaa, 2006).

Bei einem Gebäude treten Wärmeströme vom beheizten zum unbeheizten Innenraum bzw. dem Außenraum auf (Abb.: ehem. Zollverein School of Management and Design in Essen, Sanaa, 2006).

Da Baustoffe luftgefüllte Kammern bzw. Poren besitzen, überlagern sich die unterschiedlichen Wärmetransportmechanismen.

Winterlicher Wärmeschutz: Grundlagen und Ziele

Bei zerklüfteten Bauten steigt neben der Erhöhung der Hüllfläche auch der Einfluss von Wärmebrücken bzw. Durchdringungspunkten an Fassaden und Dächern (Abb.: Bürogebäude am Potsdamer Platz, Berlin).

Bei zerklüfteten Bauten steigt neben der Erhöhung der Hüllfläche auch der Einfluss von Wärmebrücken bzw. Durchdringungspunkten an Fassaden und Dächern (Abb.: Bürogebäude am Potsdamer Platz, Berlin).

Über die Ausrichtung, das Verhältnis der Flächen, den Öffnungsanteil und die Hüllfläche beeinflussen Planerinnen und Planer bereits beim Entwurf eines Gebäudes den Heizenergiebedarf.

Wärmebrückenfrei bauen

Thermische, bauphysikalische und ausführungsbedingte Wärmebrücken sicher vermeiden – mit dem Wärme-dämmelement FOAMGLAS PERINSUL

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