Sommerlicher Wärmeschutz

Kühl kalkuliert

Der sommerliche Wärmeschutz wird immer wichtiger – wegen häufigerer Hitzeperioden, gestiegener Komfortansprüche und aus Energiespargründen. Die aktuelle Energieeinsparverordnung (EnEV) fordert deshalb den Nachweis für Neubauten und Erweiterungen.

Marian Behaneck

Der Wärmeeintrag durch Fenster, Wintergärten oder Oberlichter wird häufig unterschätzt. Immer längere, heißere Sommerperioden und steigende Komfortansprüche von Gebäudenutzern tragen dazu bei, dass der sommerliche Wärmeschutz von Gebäuden an Bedeutung gewinnt. Das hat dazu geführt, dass die Anforderungen der aktuellen Energieeinsparverordnung EnEV 2014/2016 und der korrespondierenden Norm DIN 4108-2 bzw. DIN EN ISO 13792 an den sommerlichen Wärmeschutz verschärft wurden. Ein ausreichender sommerlicher Wärmeschutz muss gemäß EnEV sowohl für Wohn- und Nichtwohngebäude als auch für Neubauten, Erweiterungen sowie für die energetische Sanierung rechnerisch nachgewiesen werden, sofern ein An- oder Ausbau mit einer Nutzfläche von mehr als 50 m² hinzukommt. Da in der Sanierung oft kein Planer beteiligt ist, muss diesen Nachweis häufig der Fensterbauer erbringen.

Einfach berechnen oder präzise simulieren?

Zwei Nachweisverfahren stehen gemäß aktueller EnEV 2014/2016 zur Auswahl: Das vereinfachte Verfahren über den sogenannten Sonneneintragskennwert oder alternativ eine dynamisch-thermische Gebäudesimulation. Welches Berechnungsverfahren gewählt werden sollte, hängt vom jeweiligen Objekt ab: Je mehr es im Hinblick auf die Gestaltung, Konstruktion oder Nutzung von Standards abweicht, desto sinnvoller sind Simulationsrechnungen. Das gilt auch für leichte Bauarten und für Nichtwohngebäude. Für die Berechnung relevante Grenzwerte und Randbedingungen enthält die im Februar 2013 erneuerte Norm zum sommerlichen Wärmeschutz DIN 4108-2, auf die sich die EnEV bezieht. Grundlegender Gedanke der Norm ist die Vermeidung unzumutbar hoher Temperaturen in Gebäuden, die später energieintensive und kostenintensive Maßnahmen, etwa zur Gebäudekühlung, zur Folge haben. Demzufolge ist dafür zu sorgen, dass Gebäude-Innentemperaturen an heißen Sommertagen zulässige Grenzwerte auch ohne Klimaanlage nicht überschreiten. Bei der vereinfachten Berechnung nach DIN 4108-2 werden „kritische“ Räume bzw. Raumbereiche an der Außenfassade, die der Sonneneinstrahlung besonders ausgesetzt sind, berücksichtigt. Welche Räume als „kritisch“ im Sinne der Norm anzusehen sind, muss im Einzelfall eigenverantwortlich entschieden werden, denn das muss nicht zwangsläufig der nach Süden ausgerichtete Raum sein. Es kann auch ein Nord-Windfang mit großen Fensterflächen und kleinem Grundriss sein. Im vereinfachten Nachweisverfahren wird über standardisierte Randbedingungen für jeden zu bewertenden Raum oder Raumbereich der jeweils vorhandene mit einem maximal zulässigen Sonneneintragskennwert verglichen. Für kritische Räume kann gezielt über Sonnenschutzmaßnahmen der Sonneneintragskennwert reduziert werden. Grundlage für die Berechnung der Sonneneintragskennwerte ist der Gesamtenergiedurchlass durch alle Fensterflächen, einschließlich Sonnenschutz in Bezug zur Raum-Nettogrundrissfläche. Zu den Eingabedaten zählen der Standort (Klimaregion), die Raumdaten, Fensterdaten (g-Wert, Zwei- oder Dreifach-Verglasung, Rahmenanteil), die Bauart der Raumhülle sowie Lüftungsdaten. Auf eine Berechnung kann verzichtet werden, wenn bei Wohngebäuden der grundflächenbezogene Fensterflächenanteil kleiner als 35 % ist und die Fenster einen außen liegenden Sonnenschutz haben. Kein Nachweis ist erforderlich, wenn der Fensterflächenanteil kleiner als 10 bzw. 15 % ist, je nach Fensterorientierung.

Mehr Sicherheit durch Simulation

Neben dem vereinfachten Verfahren ist gemäß novellierter DIN 4108-2 für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes auch der Nachweis per thermisch-dynamischer Simulationsrechnung zulässig. Bei Gebäuden besonderer Art und Nutzung schreibt sie diese sogar zwingend vor und definiert Anforderungen und Randbedingungen. Dynamische Simulationen sind deshalb erforderlich, weil sich die Einflussfaktoren wie Außentemperaturen, Strahlungswerte, Luftwechselraten, interne Wärmeeinträge etc. im Jahresverlauf erheblich ändern. Simulationen berechnen die Raumtemperatur am jeweiligen Standort jahreszeitabhängig für kritische Zeitabschnitte und berücksichtigen mehr Details, etwa die Fensterdaten oder die Eigenverschattung des Gebäudes. Für den sommerlichen Wärmeschutznachweis ausgelegte Simulationsprogramme können die gewünschten Ergebniswerte automatisch in zeitlicher Abhängigkeit und der gewünschten zeitlichen Auflösung berechnen. Für sommerliche Wärmeschutznachweise wird in kleinen Zeitschritten (in der Regel stündlich) die Raumtemperatur über ein ganzes Jahr hinweg ermittelt, sodass Schwachstellen an kritischen Tagen in Form von Über- oder Untertemperaturstunden erkannt werden. Simulationen können detailliert auf die jeweiligen individuellen Gegebenheiten eingehen, allerdings bedingt das einen höheren Eingabeaufwand, Erfahrung und Fachwissen. Lassen sich Geometrie-/Objektdaten und Randbedingungen aus CAD-, EnEV- oder anderen Programmen übernehmen, reduziert das den Arbeitsaufwand. Der Nachweis eines ausreichenden, sommerlichen Wärmeschutzes ist erbracht, wenn im Jahresverlauf nicht mehr als 500 bzw. 1200 (Nichtwohngebäude bzw. Wohngebäude) Übertemperaturgradstunden auftreten. Das ist eine Stunde im Jahr, in der die Raumtemperatur maximal ein Kelvin über der Grenztemperatur liegt. Die Grenztemperatur ist nach Klimaregionen gestaffelt und liegt zwischen 25 und 27 °C. Neben dem eigentlichen Nachweis werden auch Details der Simulation dokumentiert, z. B. Umschließungsflächen, Verglasung, Sonnenschutzart, Verschattung, Temperatur-Statistiken, stündliche Werte, Minimal- und Maximalwerte von Raumtemperaturen etc.

Software vereinfacht die Nachweisführung

Software für den sommerlichen Wärmeschutz unterstützt das vereinfachte Verfahren rechnerisch, während thermische Simulationen durch Soft- und Hardware erst möglich werden. Programme helfen dabei, alle Räume rechnerisch zu überprüfen, zu sortieren, kritische Räume zu finden und durch Verschattungsmaßnahmen gezielt zu optimieren. Da bei Simulationsrechnungen einzelne Parameter geändert werden können, lässt sich bspw. der Einfluss unterschiedlicher Sonnenschutzeinrichtungen oder besserer Sonnenschutzgläser überprüfen und Bauherren so die Vorteile deutlich machen. Die meisten der rund 20 Programme (siehe Infokasten) sind kostenpflichtig und in EnEV-Programme für die Erstellung von Energieausweisen oder für die Energieberatung eingebunden.

Das hat den Vorteil, dass bei der Nachweisführung die meisten Gebäude- und Bauteildaten einfach übernommen werden können. Die Preise liegen zwischen 100 und 1500 Euro für Berechnungsmodule, respektive für Simulationsprogramme. Hinzu kommen Kosten für Wartung/Service und Schulung. Wer ein kostenloses Programm sucht, wird beim Institut Wohnen und Umwelt (IWU) fündig (www.nswtool.iwu.de/download.php). Das IWU offeriert mit dem NSW-Tool eine auf Microsoft-Excel basierende Freeware für den vereinfachten Nachweis mit standardisierten Randbedingungen.


Software und Simulation

Wärmeschutz im Sommer

Der Wärmeintrag durch die Fenster wird häufig unterschätzt, obwohl er mit der Heizleistung einer Flächenheizung vergleichbar ist. Beeinflusst wird der sommerliche Wärmeschutz vom Gebäudestandort, den Raumabmessungen, der Fensterausrichtung, Größe und Verglasung, Beschattungen, Lüftungsverhalten, von internen Wärmequellen sowie von der Wärmespeicherkapazität der Bauteile.

Software und Anbieter: Vereinfachter Nachweis: AX3000 sommerlicher Wärmeschutz (www.ax3000.at), Bautherm EnEV X (www.bmz-software.de), EnEV-PRO (www.enev.net), Ennovatis EnEV (www.i-geb.de), EVA Energieberaterin (www.enev-shop.de), EVEBI Sommerlicher Wärmeschutz Pro 4108-2 (www.envisys.de), IBP:18599 (www.heilmannsoftware.de), NSW-Tool (http://nswtool.iwu.de/download.php), Rowa-Soft EnEV-Wärme&Dampf (www.rowa-soft.de)

Simulation: Dämmwerk Thermische Simulation (www.bauphysik-software.de), IDA ICE (www.equa.de/software), Simulation Sommerlicher Wärmeschutz (www.bki.de), Sommerlicher Wärmeschutz 3D Plus (www.hottgenroth.de), Sommerlicher Wärmeschutz DIN 4108-2 (www.solar-computer.de), Wufi Plus (www.wufi.de), ZUB Helena Sommer (www.zub-systems.de)

* Auswahl, ohne Anspruch auf Vollständigkeit


Der Autor

Dipl.-Ing. Marian Behaneck ist freier Journalist mit den Schwerpunkten Software, Hardware und IT im Baubereich.