Solare Einträge effektiv steuern

Wer genießt es nicht im Winter, angenehme Sonnenstrahlen auf der Haut, die eine wollige Wärme verspüren lassen, obwohl es draußen bitterkalt ist. Selbst auf der Nordseite entstehen an bewölkten Tagen durch diffuse Strahlung solare Energiegewinne – ein positiver Effekt der Sonnenenergie, die durch das Glas gelangt und in der kalten Jahreszeit kostenlos das Haus aufheizt. Was hier im Winter das Haus erwärmt, schafft das gleiche aber auch im Sommer. Hier sind die Energieeinträge aber noch viel höher und schaffen zu den hohen Außentemperaturen zusätzliche Hitzeprobleme, denen dann sehr oft mit externer Kühlung begegnet wird.

Sonnenschutzverglasungen im Winter ungünstig

Und genau hier wird die Notwendigkeit von Sonnenschutz sehr deutlich, denn nur mit automatisierten Systemen können die solaren Energiegewinne effektiv und vor allem nutzerfreundlich gesteuert werden. Bieten Sonnenschutzverglasungen im Sommer durchaus Potenziale, eintretende Sonnenstrahlung und damit Energieeinträge wirkungsvoll zu minimieren, so macht genau diese Wirkungsweise die möglichen solare Gewinne im Winter zunichte. Nebenbei wird das Lichtspektrum im Innenraum verändert, und damit auch das Wohlbefinden der Menschen beeinflusst.

Kann der Energiegewinn durch die Verglasung im Winter berechnet werden, besteht natürlich auch die Möglichkeit den solaren Eintrag im Sommer anzugeben, und damit auch die Reduzierung von Kühllasten zu definieren. Genau diese Berechnungen erlauben es auf Heller und Pfennig die Einsparungspotenziale durch Sonnenschutz aufzuzeigen. Die hohe Nutzungsdauer von Gebäuden und die lange Lebensdauer von Sonnenschutzprodukten machen den Einsatz von Sonnenschutzsystemen unausweichlich. Das nebenbei alle weiteren Faktoren wie Blendschutz & Co erfüllt werden, sind weitere Argumentationsmerkmale.

Ein weiterer Aspekt sind bei der Betrachtung die äußerst niedrigen Energiekosten, die beim Antrieb und der Steuerung der Sonnenschutzanlagen selbst entstehen. Genau hier liegt die große Chance für Fachbetriebe, den Sonnenschutz erfolgreich ins Spiel zu bringen, wenn Planer und Berater das entsprechende Potenzial besitzen, die Funktionsweise von sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz zu erklären.

Der sommerlicher Wärmeschutz

In den Blickpunkt der Politik ist der sommerliche Wärmeschutz erst relativ spät gerückt. Aber durch die Forderungen, Kühllasten zu reduzieren und die dadurch angepassten Vorschriften der Energieeinsparverordnung nach Möglichkeit auf den Einsatz von Klimaanlagen zu verzichten, stellen heute ganz klare Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz. Eigentlich geht es nur um ein Grundbedürfnis des Menschen: Die Verhinderung der Aufheizung von Räumen durch Sonneneinstrahlung und ein behagliches Raumklima. Beschrieben wird der sommerliche Wärmeschutz in der EnEV. In der DIN 4108 Beiblatt 2 sind die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz in Abschnitt 8 geregelt. Mit dieser Regelung wird der sommerliche Wärmeschutz in Abhängigkeit der folgenden Faktoren bestimmt:

• Klimaregion
• Ausrichtung der Fensterflächen und deren Neigung
• Verhältnisse von Fensterflächen zu den Grundflächen von Räumen
• Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung
• Wirksamkeit von Sonnenschutzeinrichtungen
• Lüftungsmöglichkeiten (aktiv und passiv, bzw. Nachtkühlung)
• Wärmespeicherkapazitäten der Wände
• Interne Wärmequellen wie anwesende Personen, EDV-Anlagen, Kunstlicht etc.

Die aufgezählten Faktoren zeigen dabei deutlich die Problematik auf. Durch Wärmequellen unterschiedlichster Art heizen sich Räume auf, das heißt die Energiezunahme ist größer als der Energieabfluss. Neben den wesentlichen Wärmequellen im Innenraum, wie Personen, Computern und den je nach Tageszeit entstehenden Kunstlichtanteil ist es vor allem die Sonne, die die Raumaufheizung stark begünstigt. Sind es zum einen die Fensterflächen, die durch den solaren Eintrag, steigende Raumtemperaturen verursachen, so erfolgt auch über die Aufheizung der Fassade oder das Mauerwerk eine Abgabe von Energie ins Rauminnere.

Da Kernspeicher wie z.B. Mauerwerk und Beton thermisch sehr träge sind, erfolgt die Abgabe von der tagsüber durch Sonneneinstrahlung gespeicherten Energie bis in die Nachtstunden.

Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz

Um den sommerlichen Wärmeschutz zu gewährleisten, sind vier einfache Faktoren zu beachten:

• Der Energieeintrag muss vermieden werden. (bessere Dämmung der Fassaden und Außenwände und der Einsatz von automatisch gesteuerten Sonnenschutzanlagen)
• Einsatz von Tageslichttechnik (Sonnenschutz), um den Kunstlichteinsatz zu reduzieren
• Die Abführung der Wärme in der Raumlauft durch automatische Lüftungsanlagen
• Die Zwischenspeicherung der eingetragenen Energie in z.B. Kernspeichermassen und die verzögerte Abfuhr der Energieeinträge über die Nachtlüftung.

Ein gut funktionierender sommerlicher Wärmeschutz wird nur dann gewährleistet sein, wenn die einzelnen Komponenten wie Glas, Sonnenschutz, Lüftung und Dämmung etc. perfekt aufeinander abgestimmt und automatisiert werden, damit diese Systeme unabhängig vom Raumnutzer funktionieren.

Zudem müssen Faktoren wie Blendschutz am Arbeitsplatz und das Wohlbefinden der Menschen mit berücksichtigt werden, um eine ganzheitliche Lösung zu erreichen. Die wichtigste Forderung wird sein, dass der sommerliche Wärmeschutz auf den winterlichen Wärmeschutz abgestimmt wird, um die Gesamtenergiebilanz eines Gebäudes wirklich optimieren zu können.

Der winterliche Wärmeschutz

Unsere Gebäude sollten mit Blick auf den Wärmeschutz so konzipiert und realisiert werden, dass der Nutzer auf unterschiedliche klimatische Bedingungen reagieren kann, um nicht nur bei uns in Deutschland ganzjährig ein behagliches Innenraumklima sicherstellen zu können. In der grundsätzlichen Unterscheidung zwischen dem sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz dient die winterliche Komponente dem Zweck, die Wärmeverluste von Gebäuden während der Heizperiode zu minimieren, ein hygienisch einwandfreies Innenraumklima für den/die Nutzer zu gewährleisten sowie die Baukonstruktionen dauerhaft vor den Folgen von Feuchteeinwirkungen zu schützen und damit die Schadensfreiheit der Bausubstanz zu garantieren.

Wesentlich beeinflusst wird der bauliche Wärmeschutz dabei durch die Gebäudegeometrie und die bautechnische Ausführung der thermischen Gebäudehülle. Ein gut funktionierender winterlicher Wärmeschutz beinhaltet mehrere Maßnahmen, die die Wärmeübertragung bzw. den Wärmeaustausch zwischen Innenraum und Außenluft sowie kälterer Gebäudezonen reduzieren. Dadurch kann der Energiebedarf für die Heizung wesentlich reduziert (entsprechend auch die Schadstoffemissionen), und in Kombination mit einer effizienten und aufeinander abgestimmten Anlagentechnik die Voraussetzung für ein energieeffizientes und nachhaltiges Gebäude geschaffen werden.

Wesentliche Grundlage für die Berechnung des Energiebedarfs eines Gebäudes ist die jeweils gültige Fassung der Energieeinsparverordnung (derzeit EnEV 2009), in der die energetischen Mindestanforderungen für den Neubaubereich und den Gebäudebestand definiert werden. Die Hauptanforderung der EnEV für den Wohngebäudebereich wird mit dem zulässigen Jahres­primärenergiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung, Kühlung sowie Beleuchtung abgebildet, der den Wert eines Referenzgebäudes mit gleicher Geometrie, Ausrichtung und Nutzung nicht überschreiten darf. Werden die im Referenzgebäudeverfahren angesetzten oder bessere Werte für bauliche und technische Komponenten planerisch vorgesehen, kann sichergestellt werden, dass das Gebäude die Anforderungen der Energieeinsparverordnung einhält. Bei umfangreichen Sanierungsmaßnahmen an bestehenden Gebäuden gelten die Anforderungen in der Regel als erfüllt, wenn die Werte für den Primärenergiebedarf und die Höchstwerte der mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragenden Umfassungsfläche die Anforderungen für Neubauten um nicht mehr als 40 % überschreiten.

Relevante Größe zur Beurteilung der energetischen Qualität von Bauteilen der Gebäudehüllenfläche ist dabei der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert), der es erlaubt die wärmedämmenden Eigenschaften von Bauteilen (z.B. Rollläden) untereinander zu vergleichen. Die einfache Faustformel, je geringer der U-Wert, desto besser ist die Fähigkeit des Materials, den Wärmeaustausch durch ein Bauteil zu be-/verhindern, stellt sich als unverzichtbare Beurteilungsgröße bei der energetischen Sanierung dar.

Das Steuern und Regeln der Gebäudehülle …

… wird als Gebäudeautomation verstanden. Hier gilt es durch die Überwachung von äußeren und inneren Messwerten entsprechende Steuerungsszenarien zu entwickeln, die den optimalen Betrieb des Gebäudes in Hinsicht auf Energieeffizienz zum Ziel haben, aber auch den Gebäudenutzer mit seinen Bedürfnissen mit einbeziehen. Die Szenarien können sich dabei innerhalb je nach Gebäudefaktoren wie Himmelsrichtung, Gebäudehöhe, Raumnutzung und Fassadenbeschaffenheit zur gleichen Tageszeit deutlich unterschieden. Dazu kommen Regelfaktoren wie kühlen/heizen, be-/entfeuchten, be-/entlüften oder Tageslicht/Kunstlicht und äußere Einflüsse wie Temperatur, Helligkeit, Sonne, Wind, Regen, etc. Natürlich müssen auch die Nutzeransprüche berücksichtigt werden. Im Vordergrund stehen hier das körperliche bzw. mentale Wohlbefinden und der Blendschutz am Arbeitsplatz.

Mit dem Ziel gewerkeübergreifend die Gebäudehülle zu steuern, kann es deshalb nicht die „eine“ Lösung geben, sondern nur einen Lösungsansatz, der alle Parameter auswerten, und vor allem werten kann. Dazu ist es notwendig Abhängigkeiten vorzugeben, Vorränge festzustellen, wie z.B. Blendschutz vor solarem Eintrag im Winter, oder Sonnenschutz in Kombination mit angemessenem Kunstlicht bei starker Sonneneinstrahlung auf der Fassade im Sommer.

Das Zusammenspiel ist entscheidend

Einfache Steuerungen werden zukünftig nicht ausreichen, um das Ziel Energieeinsparung wirkungsvoll umzusetzen. Wirklichen Erfolg kann es nur geben, wenn die Wirkungsweise der Funktions­elemente einer Gebäudehülle mit den haustechnischen Komponenten abgestimmt werden, um möglichst schnell und effektiv auf Witterungseinflüsse und Nutzerverhalten reagieren zu können.

Auch hier kann das Beispiel eines „billigen“ Tintenstrahldruckers mit dem (teueren) Nachkauf der Tinte herbeigeführt werden, da es nicht allein entscheidend ist, was das Gebäude kostet, sondern welche Kosten in der Lebenszeit des Gebäudes für Energieaufwände und Instandhaltung getätigt werden müssen. Nur eine genaue Abwägung aller Faktoren und die ganzheitliche Betrachtung der Gebäudehülle kann in Zukunft zu einem wirklich energieeffizienten und nutzerfreundlichen Gebäude führen. Der Anspruch an Architekten/Planer und ausführende Unternehmen wird in Zukunft deutlich ansteigen. Gut ausgebildete Fachleute müssen die Konsequenz sein, um Einflussfaktoren wie Himmelsrichtung, nicht senkrechter Sonneneinstrahlung, Verschmutzung von Verglasungen, Eigenverschattung durch Laibungstiefen oder andere Verschattungseffekte (Nachbarbebauung, Bäume, Balkone) im Zusammenspiel entsprechend zu berücksichtigen. Dann kann die Sonne kommen. —

Der Sachverständige und Fachjournalist Olaf Vögele befasst sich seit 1986 mit den Themen Rollladen, Tore, Sonnenschutz und dem Zusammenspiel mit Glas, Fenster und Fassaden. Mit seiner langjährigen Erfahrung als Betriebsleiter bei einem mittelständischen R+S-Unternehmen und den praktischen Erfahrungen eines Sachverständigen setzt sich der Autor mit den Branchenthemen intensiv auseinander. Die Praxiserfahrungen sind ein geschätztes Wissen in den Fachgremien von Verbänden und bei der Erstellung von Richtlinien.

Auch als Mitautor beim Teil C der VOB (DIN 18358 Rollladenarbeiten), der aktuell überarbeitet wird, fließen diese Erfahrungen mit ein. Olaf Vögele wird künftig die GLASWELT als Autor für die Themen Rollladen, Tore und ­Sonnenschutz unterstützen.