Sommerlicher Wärmeschutz

Zum sommerlichen Wärmeschutz gibt es immer sehr viel zu lesen, doch was ist wahr, was ist erfunden, was ist angedacht? Nachfolgend eine kleine Zusammenfassung der wichtigen Vorgaben aus DIN und EnEV.

Bevor Sie beginnen mit dem Lesen, noch ein kleiner Hinweis:

Einige Sonderzeichen mag das EDV Programm für diese Internetseite nicht. Sollten Sie Fragen oder Anmerkungen haben, sind Sie jederzeit eingeladen, sich beim Sachverständigenbüro Holzmann-Bauberatung® unter der Telefonnummer 0821 – 60 85 65 40 zu melden.

Der sommerliche Wärmeschutz aus Sicht der EnEV 2009 und 2012

Weit bekannt dürften hierzu vor allem die Textpassagen aus der EnEV sein. So wurde schon zur EnEV 2009 in § 3 Absatz 4 (Wohngebäude) folgendes einbezogen, das auch zur EnEV 2012 identisch übernommen wurde (ergo auch hier § 3 Absatz 4):

„..Zu errichtende Wohngebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz nach Anlage 1 Nummer 3 eingehalten werden…“

Diese Anlage 1 beziehungsweise deren Nummer 3 lautete in der EnEV 2009 wie folgt:

„3. Sommerlicher Wärmeschutz

3.1 Als höchstzulässige Sonneneintragskennwerte nach § 3 Absatz 4 sind die in DIN 4108-2 : 2003-07 Abschnitt 8 festgelegten Werte einzuhalten.

3.2 Der Sonneneintragskennwert ist nach dem in DIN 4108-2:2003-07 Abschnitt 8 genannten Verfahren zu bestimmen. Wird zur Berechnung nach Satz 1 ein ingenieurmäßiges Verfahren (Simulationsrechnung) angewendet, so sind abweichend von DIN 4108-2 : 2003-07 Randbedingungen zu beachten, die die aktuellen klimatischen Verhältnisse am Standort des Gebäudes hinreichend gut wiedergeben.“

Dieser Anlagentext ist in der EnEV 2012 erweitert und angepasst worden, da mitunter die DIN 4108-2:2003-07 durch die DIN 4108-02:2013-02 ersetzt wurde. So lautet dieser Anhangtext heute (EnEV 2012):

„…3 Sommerlicher Wärmeschutz

3.1 Grundsätze

3.1.1 Zum Zweck eines ausreichenden baulichen sommerlichen Wärmeschutzes sind die Anforderungen nach DIN 4108-2:2013-02 Abschnitt 8 einzuhalten. Dazu sind entweder die Sonneneintragskennwerte nach Abschnitt 8.3 oder die Übertemperatur-Gradstunden nach Abschnitt 8.4 zu begrenzen; es reicht aus, die Berechnungen gemäß Abschnitt 8 Satz 1 der DIN 4108-2:2013-02 auf die Räume oder Raumbereiche zu beschränken, für welche die Berechnung nach Abschnitt 8.3 zu den höchsten Anforderungen führen würde. Auf eine Berechnung darf unter den Voraussetzungen des Abschnitts 8.2.2 der DIN 4108-2: 2013-02 verzichtet werden.

3.1.2 Wird bei Wohngebäuden mit Anlagen zur Kühlung die Berechnung nach Abschnitt 8.4 durchgeführt, sind bauliche Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz gemäß DIN 4108-2: 2013-02 Abschnitt 4.3 insoweit vorzusehen, wie sich die Investitionen für diese baulichen Maßnahmen innerhalb deren üblicher Nutzungsdauer durch die Einsparung von Energie zur Kühlung erwirtschaften lassen.

3.2 Begrenzung der Sonneneintragskennwerte

3.2.1 Als höchstzulässige Sonneneintragskennwerte nach § 3 Absatz 4 sind die in DIN 4108-2:2013-02 Abschnitt 8.3.3 festgelegten Werte einzuhalten.

3.2.2 Der Sonneneintragskennwert des zu errichtenden Wohngebäudes ist nach dem in DIN 4108-2:2013-02 Abschnitt 8.3.2 genannten Verfahren zu bestimmen.

3.3 Begrenzung der Übertemperatur-Gradstunden

Ein ausreichender sommerlicher Wärmeschutz nach § 3 Absatz 4 liegt auch vor, wenn mit einem Verfahren (Simulationsrechnung) nach DIN 4108-2:2013-02 Abschnitt 8.4 gezeigt werden kann, dass unter den dort genannten Randbedingungen die für den Standort des Wohngebäudes in Tabelle 9 dieser Norm angegebenen Übertemperatur-Gradstunden nicht überschritten werden….“

Wie vorab bereits angedeutet, wurde die DIN 4108-02:2003-07 mittlerweile durch die DIN 4108-02:2013-02 ersetzt. Da wir hier keine aktuellen und vor allem geschützten Texte aufzeigen wollen, zitieren wir beispielhaft hierfür die ältere Version der DIN, um somit auch einen Einblick in die Komplexität des „Sommerlichen Wärmeschutzes“ vorzeigen zu können. Die Änderungen in der neueren Version betreffen beispielweise folgende Punkte:

• • Es wurden die Mindestanforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz an neue Wetterdaten angepasst und die Klimakarte erneuert.

• • Es wurde das Nachweisverfahren für den Wärmeschutz im Sommer überarbeitet, sowie die Nachtlüftung und Kühlung mit aufgenommen.

• • Allgemein wurden genauere und präzisere Unterscheidungen vorgenommen.

• • Aufnahme des g-Wertes in die Tabelle der Anhaltswerte für Abminderungsfaktoren FC wurde vorgenommen.

• • Ergänzt wurden anteilige Sonneneintragskennwerte mit der Unterscheidung von Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden.
  • Zusätzlich wurden mehrere Randbedingungen für die thermische Gebäudesimulation aufgenommen.

Sollten Sie Gebäude beurteilen müssen, welche nach der in 2013 erfolgten Änderung zu DIN 4108-02 erbaut wurden, so sollten Sie auch die neue DIN hierfür nutzen (zu beziehen wäre diese beim Beuth-Verlag).

Der sommerliche Wärmeschutz aus Sicht der DIN 4108-2: 2003-07

4.3 Wärmeschutz im Sommer

4.3.1 Allgemeines

Bei Gebäuden mit Wohnungen oder Einzelbüros und Gebäuden mit vergleichbarer Nutzung sind im Regelfall Anlagen zur Raumluftkonditionierung bei ausreichenden baulichen und planerischen Maßnahmen entbehrlich. Nur in besonderen Fällen (z. B. große interne Wärmequellen, große Menschenansammlungen, besondere Nutzung) können Anlagen zur Raumluftkonditionierung notwendig werden.

4.3.2 Wärmeschutztechnische Maßnahmen bei der Planung von Gebäuden

4.3.2.1 Der sommerliche Wärmeschutz ist abhängig vom Gesamtenergiedurchlassgrad der transparenten Außenbauteile (Fenster und feste Verglasung), ihrem Sonnenschutz, ihrem Anteil an der Fläche der Außenbauteile, ihrer Orientierung nach der Himmelsrichtung, ihrer Neigung bei Fenstern in der Dachfläche, der Lüftung in den Räumen, der Wärmespeicherfähigkeit, insbesondere der innenliegenden Bauteile, sowie von den Wärmeleiteigenschaften der nichttransparenten Außenbauteile bei instationären Randbedingungen (tageszeitlicher Temperaturgang und Sonneneinstrahlung).

4.3.2.2 Große Fensterflächen ohne Sonnenschutzmaßnahmen und geringe Anteile, insbesondere innenliegender wärmespeichernder Bauteile können im Sommer eine Überhitzung der Räume und Gebäude zur Folge haben.

Eine dunkle im Vergleich zu einer hellen Farbgebung unverschatteter Außenbauteile führt zu höheren Temperaturspannungen der Außenoberfläche.

4.3.2.3 Ein wirksamer Sonnenschutz transparenter Außenbauteile kann durch die bauliche Gestaltung (z. B. auskragende Dächer, Balkone) oder mit Hilfe außen- oder innenliegender Sonnenschutzvorrichtungen (z. B. Fensterläden, Rollläden, Jalousien, Markisen) und Sonnenschutzgläser erreicht werden. Bei Fassaden und Dachflächen ist bei Ost-, Süd- und Westorientierungen ein wirksamer Sonnenschutz wichtig.

In Abhängigkeit von der Sonnenschutzmaßnahme ist aber darauf  zu achten, dass die Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht nicht unzulässig herabgesetzt wird (siehe auch DIN 5034-1). Sollte bei Büro-, Veranstaltungs- und ähnlich genutzter Gebäuden, eine für den Sommer erforderliche Tageslicht-Ergänzungsbeleuchtung erforderlich sein, sollte diese zur Vermeidung von sommerlicher Überhitzung geregelt erfolgen.

(Anmerkung: Horizontale Vorsprünge sind nur bei Südorientierung der transparenten Außenbauteile wirksam)

Räume mit nach zwei oder mehr Richtungen orientierten Fensterflächen, insbesondere Südost- oder Südwest-Orientierung, sind im Allgemeinen ungünstiger, als Räume mit einseitig orientierten Fensterflächen.

4.3.3 Sonneneintragskennwert von Außenbauteilen mit transparenten Flächen

Die Sonneneintragskennwerte von Außenbauteilen mit transparenten Flächen werden durch den Fensterflächenanteil, den Gesamtenergiedurchlassgrad und die Sonnenschutzmaßnahmen bestimmt.

4.3.4 Solargewinnende Außenbauteile

Bei Außenbauteilen mit transparenter Wärmedämmung, Glasvorbauten, Trombewänden, u.ä., ist durch geeignete Maßnahmen (jedoch keine Anlagen mit Kühlung) eine Überhitzung der Räume im Sommer infolge solarer Wärme-Einträge zu vermeiden.

4.3.5 Freie Lüftung

Das sommerliche Raumklima wird durch eine intensive Lüftung der Räume, insbesondere während der Nacht- oder frühen Morgenstunden verbessert. Entsprechende Voraussetzungen (z.B. zu öffnende Fenster, geeignete Einrichtung zur freien Lüftung) sollten daher vorgesehen werden.

4.3.6 Wirksame Wärmespeicherfähigkeit der Bauteile

Die Erwärmung der Räume eines Gebäudes infolge Sonneneinstrahlung und interner Wärmequellen (z.B. Beleuchtung, Personen) ist umso geringer, je speicherfähiger die Bauteile, die mit der Raumluft in Verbindung stehen, sind. Wirksam sind nur Bauteilschichten raumseits vor Wärmedämmschichten (siehe DIN EN ISO 13786).

Bei Außenbauteilen wirken sich außenliegende Wärmedämmschichten und innenliegende wärmespeicherfähige Schichten in der Regel günstiger auf das sommerliche Raumklima aus.

DIN 4108-2: 2003-07

8 Mindestanforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz

8.1 Allgemeines

Im Zusammenhang mit allgemeinen Energie-Einsparungsmaßnahmen im Hochbau muss darauf geachtet werden, dass durch bauliche Maßnahmen, verbunden mit der Nutzung eines Gebäudes, nicht unzumutbare Temperaturbedingungen in Gebäuden entstehen, die relativ aufwendig apparative und energie-intensive Kühlmaßnahmen zur Folge haben. Daher macht es Sinn, dass bereits in der Planungsphase eines Gebäudes der sommerliche Wärmeschutz mit einbezogen wird, damit bereits durch bauliche Maßnahmen weitgehend verhindert wird, dass unzumutbar hohe Innentemperaturen entstehen. Es handelt sich um ein Nachweisverfahren mit standardisierten Randbedingungen. Im Einzelfall kann es zur Überschreitung der unten genannten Werte kommen.

Um regionale Unterschiede der sommerlichen Klimaverhältnisse zu berücksichtigen, wird eine Differenzierung der Grenzanforderungen nach drei Klimakategorien für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vorgenommen:

• • sommerkühle

• • gemäßigte und
  • sommerheiße

Gebiete.

Mit den hier definierten Anforderungen an die thermische Behaglichkeit im Sommer, bleiben andere technische Regelwerke davon unberührt.

Der Grenzwert der Innentemperatur, der an nicht mehr als 10 % der Aufenthaltszeit (bei Wohngebäuden üblicherweise 24 h/d; bei Bürogebäuden üblicherweise 10 h/d) in beheizten Gebäuden überschritten werden soll, ist aus Tabelle 6 ersichtlich. Das sommerliche Außenklima wird für das Gebiet Deutschland nach drei Sommer-Regionen (A, B und C), gebildet aus 15 Klimaregionen nach DIN V 4108-6, wie in Bild 3 angegeben, unterschieden.

8.2 Bereiche der Anwendung

Der Nachweis für die Begrenzung der solaren Wärmeeinträge ist für „kritische“ Räume bzw. Raumbereiche an der Außenfassade, die der Sonneneinstrahlung besonders ausgesetzt sind, durchzuführen.

Nicht geführt werden kann der Nachweis mit dem hier vorliegenden vereinfachten Verfahren, wenn die für den Nachweis in Frage kommenden Räume oder Raumbereiche in Verbindung mit folgenden baulichen Einrichtungen stehen:

• • Unbeheizte Glasvorbauten

• • Wird der beheizte Gebäudebereich nur über den unbeheizten Glasvorbau belüftet, so gilt der Nachweis für den angrenzenden Raum als erfüllt, wenn der unbeheizte Glasvorbau einen Sonnenschutz mit einem Abminderungsfaktor kleiner gleich 0,30 und Lüftungsöffnungen im obersten und untersten Glasbereich hat, die zusammen mindestens 10 % der Glasfläche ausmachen.

• • Wird der Raum nicht über den unbeheizten Glasvorbau belüftet, kann der Nachweis geführt werden, als ob der unbeheizte Glasvorbau nicht vorhanden wäre.

• • Doppelfassaden oder

• Transparente Wärmedämmsysteme (TWD)

Bei Gebäuden mit Anlagen zur Kühlung müssen die Anforderungen des sommerlichen Wärmeschutzes nach 8.6 ebenfalls erfüllt werden, soweit es unter Ausschöpfung aller baulichen Möglichkeiten machbar ist.

Der Nachweis ist bei Bedarf mit Hilfe genauer, ingenieurmäßiger Berechnungsverfahren unter Beachtung der Randbedingungen (siehe 8.4) zu führen. Die Anwendung solcher Verfahren ist generell zulässig.

8.3 Bedingungen des sommerlichen Wärmeschutznachweises

Der hier anzuwendende vereinfachte Nachweis für die Begrenzung der solaren Wärmeeinträge ist für kritische Räume bzw. Raumbereiche an der Außenfassade, die der Sonneneinstrahlung besonders ausgesetzt sind, durchzuführen, wobei auch Dachflächen, sofern sie zum Wärmeeintrag beitragen, mit zu berücksichtigen sind. Damit in Gebäuden nach 8.2 zumutbare Temperaturen nur selten überschritten werden und möglichst keine Kühlungs-Anlagentechnik benötigt wird, darf der raumbezogene Sonneneintragswert (siehe 8.5) einen Höchstwert nicht überschreiten.

Liegt der Fensterflächenanteil unter den in Tabelle 7 angegebenen Grenzen, so kann auf einen Nachweis verzichtet werden. Der mögliche Verzicht gilt ebenfalls bei Ein- und Zweifamilienhäuser, deren Fenster in Ost-, Süd- oder Westorientierung mit außenliegenden Sonnenschutzvorrichtungen mit einem Abminderungsfaktor Fc  0,3 (siehe Tabelle 8) ausgestattet sind.

8.4 Randbedingungen

Zur Sicherstellung eines ausreichenden baulichen sommerlichen Wärmeschutzes, auch bei Verwendung von Raumkühlung, müssen die Anforderungen dieser Norm eingehalten werden. Wozu die nachfolgenden Randbedingungen für genauere ingenieurmäßige Berechnungsverfahren heranzuziehen sind:

a) Soll-Raumtemperatur für Heizzwecke (ohne Nachabsenkung): 20 °C
b) Klimazonen:

Das sommerliche Außenklima wird für das Gebiet Deutschlands nach drei Regionen, wie in Tabelle 6 angegeben, unterschieden. Dabei sind die 15 Klimaregionen nach DIN V 4108-6 zusammengefasst worden.

c)Luftwechselrate im Sommer:

Grundluftwechselrate nach DIN V 4108-6.
Überschreitet die Raumtemperatur 23 °C, kann die mittlere Luftwechselrate der Aufenthaltszeit bis auf n = 3 h-1 erhöht werden, um eine Überhitzung des Raumes durch erhöhte Lüftung zu vermeiden. Noch höhere Luftwechselraten als n = 3 h-1  sind aus praktikablen Gründen nicht mehr sinnvoll und dürfen daher nicht mehr in Ansatz gebracht werden. Außerhalb der Aufenthaltszeiten ist mit einer Luftwechselrate von n = 0,3 h-1  zu rechnen, sofern keine genaueren Angaben zur Luftdichtigkeit vorhanden sind. Nur wenn außerhalb der Aufenthaltszeit die Luftwechselrate erhöht werden kann, darf mit einer mittleren Luftwechselrate von höchstens n = 2 h-1  gerechnet werden.

d) Interner Wärmegewinn:

Der mittlere interne Wärmegewinn ist bezogen auf die jeweils betrachtete Nettogrundfläche für:

• • Wohngebäude 120 Wh/(m2d)

• Nichtwohngebäude 144 Wh/(m2d)

e) Nettogrundfläche und Raumtiefe:

Die Nettogrundfläche AG wird mit Hilfe der lichten Raummaße ermittelt. Bei sehr tiefen Räumen muss die für den Nachweis anzusetzende Raumtiefe begrenzt werden. Die größte anzusetzende Raumtiefe ist mit der dreifachen lichten Raumhöhe zu bestimmen. Bei Räumen mit gegenüberliegenden Fassaden ergibt sich keine Begrenzung der anzusetzenden Raumtiefe, wenn der Fassadenabstand kleiner/gleich der sechsfachen lichten Raumhöhe ist. Ist der Fassadenabstand größer als die sechsfache lichte Raumhöhe, muss der Nachweis für die beiden der jeweiligen sich ergebenden fassadenorientierten Raumbereiche durchgeführt werden. Bei der Ermittlung der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit sind die raumumschließenden Bauteile nur soweit zu berücksichtigen, wie sie das Volumen bestimmen, das aus der Nettogrundfläche AG und lichter Raumhöhe gebildet wird.

f) Fensterrahmenanteil:

Das vereinfachte Verfahren mittels des Sonneneintragskennwertes S, ist für Fenster mit einem Rahmenanteil von 30 % abgeleitet worden. Näherungsweise kann dieses Verfahren auch angewendet werden bei Gebäuden mit Fenstern, die einen Rahmenanteil ungleich 30 % haben. Soll der Einfluss des Fensterrahmenanteils genauer berücksichtigt werden, muss auf genauere, ingenieurmäßige Berechnungsverfahren unter Berücksichtigung der anzusetzenden Randbedingungen zurückgegriffen werden.

g) Fensterflächen:

Zur Bestimmung der Fensterfläche AW wird das Maß bis zum Anschlag des Blendrahmens verwendet. Als lichtes Rohbaumaß gilt das Maueröffnungsmaß, bei dem das Fenster angeschlagen wird. Dabei sind Putz oder ggf. vorhandene Verkleidungen (z.B. Gipskartonplatten beim Holzbau) nicht zu berücksichtigen. Von der so ermittelten Fenstergröße kann auch (unter Berücksichtigung der Einbaufuge) auf das zu bestellende Fenster geschlossen werden.

Bei Dachflächenfenster kann analog das Außenmaß des Blendrahmens als lichtes Rohbaumaß angenommen werden. Dies gilt unabhängig vom Glasanteil und der Rahmenausbildung.

8.5 Bestimmung des Sonneneintragswertes

Der sommerliche Wärmeschutz ist abhängig vom Sonneneintragskennwert der transparenten Außenbauteile und der Bauart. Der Sonneneintragskennwert hängt von folgenden Größen ab:

• • Gesamtenergiedurchlässigkeit der Verglasung

• • Wirksamkeit der Sonnenschutzvorrichtung

• Dem Verhältnis von Fensterfläche zu Grundfläche des Raumes

Der zulässige Grenzwert der Innentemperatur hängt darüber hinaus von der sommerlichen Klimaregion ab (siehe Tabelle 6 und Bild 3).

Weitere Einflussgrößen aus dem höchst zulässigen Sonnen-eintragswert Smax sind:

• • die wirksame Wärmespeicherfähigkeit der raumschließenden Flächen

• • die Lüftung, insbesondere in der zweiten Nachthälfte

• • die Fensterorientierung und –neigung

• die internen Wärmequellen

Die Einflüsse werden mit Zuschlagswerten Sx berücksichtigt (siehe Tabelle 9). Die Summe ergibt den Höchstwert Szul.

Für den, bezüglich sommerlicher Überhitzung zu untersuchenden Raum oder der Raumbereiche ist der Sonneneintragskennwert A nach folgender Gleichung zu ermitteln:

      ∑j (Aw,j gtotal,j)

S=  ————-

      AG

Dabei ist

AW: Die Fensterfläche, in m2

Gtotal: Der Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung einschließlich Sinnenschutz, berechnet nach der nachfolgend aufgezeigten Gleichung bzw. E DIN EN 13363-1 oder angelehnt nach DIN EN 410 bzw. zugesicherten Herstellerangaben.

AG: Die Nettogrundfläche des Raumes oder des Raumbereichs in m2.

Die Summe erstreckt sich über alle Fenster des Raumes oder des Raumbereichs.

Der Gesamtdurchlassgrad der Verglasung einschließlich Sonnenschutz gtotal kann vereinfacht nach nachfolgender Gleichung berechnet werden. Alternativ kann das Berechnungsverfahren für gtotal nach DIN V 4108-6 Anhang B verwendet werden.

Gtotal = g x FC

Dabei ist

g: Der Gesamteenergiedurchlassgrad der Verglasung nach DIN EN 410

FC: Der Abminderungsfaktor dür Sonnenschutzvorrichtungen nach Tabelle 8

8.6 Anforderungen

Der nach 8.5 ermittelte Sonneneintragswert S darf den zulässigen Höchstwert Szul nach nachfolgender Gleichung nicht überschreiten:

S </= Szul

Der Höchstwert wird als Summe der anteiligen Sonneneintragswerte Sx nach nachfolgender Gleichung und Tabelle 9 ermittelt.

Der höchst zulässige Sonneneintragswert ergibt sich aus folgender Gleichung:

Szul = Sx

Dabei ist

Sx: anteiliger Sonneneintragswert nach Tabelle 9

Sie sehen, der sommerliche Wärmeschutz oder sommerliche Hitzeschutz, wie er auch gerne genannt wird, ist kein Thema, das mal eben so über den Daumen geschätzt werden kann.

Sollten Sie noch Fragen hierzu haben, dann können Sie sich gerne an das Sachverständigenbüro Holzmann-Bauberatung® wenden (Tel.: 0821 – 60 85 65 40).