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Anforderung:
Sommerlicher Wärmeschutz ohne zusätzliche Bauteile, die das Fassadenbild beinträchtigen
Lösung:
Sonnenschutzglas mit hoher Selektivität, das die Aufheizung von Innenräumen verhindert
Der sommerliche Wärmeschutz von Gebäuden hat in den letzten Jahrzehnten eine deutlich höhere Gewichtung für die Beurteilung architektonischer Qualität bekommen – sowohl im gesellschaftlichen Bewusstsein und in der Erwartungshaltung der Gebäudenutzer als auch in den baulichen Vorschriften und Regelwerken. Dauerhaft warme Innenräume stoßen kaum noch auf Toleranz und speziell in Büro- oder Geschäftsgebäuden gelten überhitzte Arbeitsplätze nicht mehr als akzeptabel.
Diese Neubewertung des sommerlichen Innenraumklimas hat eine Reihe von Gründen, die hier ohne Rang- und Reihenfolge skizziert seien:
Sofort ins Auge springt der hohe Fensterflächenanteil der zeitgenössischen Architektur. Vollverglaste Fassaden, größere Fensterformate und bodentiefe Fenster erhöhen den transparenten Anteil der Gebäudehülle. Dadurch wird mehr Sonnenenergie in die Räume eingestrahlt und es kommt zu stärkeren Aufheizungen als bei konventionellen Lochfassaden.
Die zunehmende Verwendung von Leichtbauweisen sowie der Verzicht auf traditionelle Elemente wie Fensterläden oder Dachüberstände speziell in urbaner Architektur verstärken die Tendenz der Aufheizung. Ähnliches gilt für den städtebaulichen Rahmen heutiger Architektur, bei dem zunehmende Versiegelung der Böden und Verdichtung der Bebauung zu höheren Umgebungstemperaturen führen, sodass selbst nächtliches Lüften kaum noch als Abkühlung empfunden wird.
Einfluss auf die Gebäudeinnentemperaturen haben außerdem die Veränderung des Klimas, mit seinen zunehmenden heißen Sommern, sowie die steigende Zahl elektro- bzw. datentechnischer Geräte, die vor allem in Bürogebäuden, aber auch in Wohnungen für zusätzliche innere Wärmelasten sorgen, die in heißen Sommern oft nicht mehr allein über eine einfache Fensterlüftung abgeführt werden können.
Sommerlichen Wärmeschutz nachweisen
Unter den genannten Bedingungen sind Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes nicht mehr allein ein Komfortmerkmal, sondern notwendige Voraussetzung für eine nachhaltig nutzbare und thermisch behagliche Architektur. Anders formuliert: Dauerhaft aufgeheizte Innenräume im Sommer werden von den Nutzern als baulicher Mangel empfunden.
Der Gesetzgeber sieht das ähnlich: Nach § 14 GEG sind neue Gebäude so zu errichten, „dass der Sonneneintrag durch einen ausreichenden baulichen sommerlichen Wärmeschutz nach den anerkannten Regeln der Technik begrenzt wird.“ Das Gesetz verweist für die genauen Anforderungen auf DIN 4108–2:2013–02 Abschnitt 8, wo zwei mögliche Nachweisverfahren beschrieben werden.
Zum einen mittels der rechnerisch ermittelten Werte des Sonnenenergieeintrags über transparente Bauteile. Das Ergebnis ist der Sonneneintragskennwert, der eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf. Das Verfahren arbeitet mit Tabellenwerten, die mit Sicherheitsaufschlägen behaftet sind, was zu weniger zielgenauen Ergebnissen führen kann.
Für Gebäude mit hohem Fensterflächenanteil, wie er in der Büro- und Gewerbearchitektur typisch ist, sollte deshalb die zwar aufwändigere, aber genauere Simulationsrechnung nach DIN 4108–2 Abschnitt 8.4 verwendet werden. Das Ergebnis sind hier die Übertemperatur-Gradstunden, die ein geplantes Gebäude voraussichtlich erreichen wird. Die Simulation beschreibt also nicht, wie viel Energie eingestrahlt wird, sondern wie lange es wie warm in einem Raum wird, und ist dadurch deutlich näher am physiologischen Empfinden der Raumnutzer.
Sonnenschutz und Architektur
Um die Wärmeeinstrahlung über Fenster und verglaste Fassadenflächen zu reduzieren, gibt es die beiden grundsätzlichen Möglichkeiten von Sonnenschutzeinrichtungen an den Fenstern oder der Verwendung von Sonnenschutzglas.
Starre oder bewegliche Sonnenschutzeinrichtungen an den Fenstern sind bewährte Lösungen, die aber je nach Situation auch bauphysikalische oder architektonische Einschränkungen zur Folge haben. So sind innenliegende Behänge in Form von Raffstoren, Plissees oder Rollos durch ihre witterungsgeschützte Position einfach und preiswert, fangen die Sonneneinstrahlung jedoch erst hinter der Scheibe und damit bereits im Raum ab, was ihre Effektivität reduziert.
Diesen Nachteil vermeiden außenliegende Systeme, die starr oder beweglich ausgeführt werden können. Starre Lamellen oder auskragende Vordächer vor der Fassade sind sehr robuste Lösungen, die aber durch ihre Immobilität stets nur bei bestimmten und in der Planung vorab festgelegten Sonnenständen ihre Wirkung entfalten.
Bauphysikalisch am überzeugendsten sind daher bewegliche äußere Sonnenschutzsysteme, etwa als Raffstore oder Markise. Sie verhindern die übermäßige Erwärmung der Innenräume nachhaltig und sehr zielgenau zu den erforderlichen Zeiten. Aber auch sie haben funktionale Grenzen, zum Beispiel weil der herabgefahrene Behang den Ausblick und den Tageslichteinfall einschränkt oder die Behänge bei stärkerem Wind aus Sicherheitsgründen eingefahren werden müssen, obwohl sie wärmetechnisch vielleicht gerade dann erforderlich wären.
Architektonisch wirft der außenliegende bewegliche Sonnenschutz zudem die Frage auf, wo und wie die Behänge im eingefahrenen Zustand verstaut werden. Ebenso muss geklärt werden, ob und wie sich die verschiedenen Ansichtssituationen des offenen, halboffenen oder geschlossenen Sonnenschutzes in den Entwurf integrieren lassen.
Gerade wenn das Gebäude sehr scharfkantig und klar in der Linienführung gestaltet ist, sollte geprüft werden, ob statt der Sonnenschutzeinrichtungen an den Fenstern konsequent auf den sommerlichen Wärmeschutz mit Sonnenschutzglas gesetzt wird. Die Fassade kann dadurch allein durch die Materialität der Glasflächen und eventueller opaker Oberflächen im Brüstungsbereich wirken. Gleichzeitig wird die Geometrie des Baukörpers in ihrer Linienführung nicht durch Funktionsteile verunklart. Und nicht zuletzt sieht das Gebäude bei jedem Sonnenstand gleich aus.
Parameter von Sonnenschutzglas
Sonnenschutzverglasungen sind Isoliergläser, die zusätzlich zur Low-E-Beschichtung für den winterlichen Wärmeschutz eine weitere Beschichtung mit möglichst hoher Selektivität besitzen. Als Position wird meist die Innenseite der äußeren Scheibe gewählt, auf die in verschiedenen Verfahren hauchdünne und die Durchsicht praktisch nicht behindernde Schichten aus reflektierenden Metallen aufgedampft werden. Oft handelt es sich um komplexe Mehrschichtaufbauten auf der Basis von zum Beispiel Gold, Silber, Kupfer oder Nickel-Chrom. Je nach verwendetem Metall kann die Scheibe einen leicht silbernen, bläulichen oder bronzefarbenen Farbton bekommen. Auch spiegelnde Beschichtungen sind möglich, aber ebenso die aus Architektensicht meist besonders interessanten völlig farbneutralen und wenig reflektierenden Sonnenschutzgläser.
Die Sonnenschutzschicht reduziert den Gesamtenergiedurchlassgrad g, was für weniger Energieeinstrahlung in den Raum sorgt. Zurückgehalten werden soll jedoch nur der Wärmeanteil dieser Strahlung, während das Licht möglichst ungehindert passieren soll. Diesen Lichtanteil beschreibt der Lichttransmissionsgrad τ.
Die Leistungsfähigkeit eines Sonnenschutzglases ergibt sich aus dem Verhältnis von in den Raum eingestrahlter Lichtenergie und zurückgehaltener Gesamtenergie (τ/g), das Selektivität genannt wird. Werte von 2,0 gelten als sehr gut, einzelne Produkte erreichen inzwischen auch 2,1. Aber auch ohne jede Rekordjagd können mit Werten ab etwa 1,2 spürbare Effekte für den sommerlichen Wärmeschutz erreicht werden.
Bei sehr hohen Anforderungen an die lichttechnische Qualität müssen eventuell weitere Parameter des Glases berücksichtigt werden. Dies kann zum Beispiel der Farbwiedergabeindex R sein, der maximal 100 betragen kann und ab 90 eine sehr gute Farbwiedergabe bietet – was die meisten Sonnenschutzgläser erreichen. Im Zusammenhang mit der Spiegelung sind außerdem die Lichtreflexionsgrade außen und innen bei der Auswahl des Glases zu beachten. Kleine Zahlenwerte bedeuten dabei wenig Reflexion.
Im Hinblick auf den winterlichen Wärmeschutz und speziell den U-Wert können Sonnenschutzgläser die gleiche Qualität wie Wärmeschutzgläser erreichen. Allerdings schränken sie durch den möglichst geringen g-Wert die passiven Wärmegewinne des Raumes im Winter ein, was in der Energiebilanz eventuell berücksichtigt werden muss. Zu beachten ist außerdem, dass Sonnenschutzglas keinen Blendschutz bietet.
Weitere Formen des Sonnenschutzes mit Glas
Neben klassischem Sonnenschutzglas mit aufgedampften Schichten gibt es verschiedene andere Möglichkeiten, die Aufheizung der Innenräume mit dem Glas zu reduzieren. Bekannt sind filigrane Jalousien im Scheibenzwischenraum. Jüngere Entwicklungen sind zum Beispiel innerhalb des Glasaufbaus einlaminierte Dünnschicht-PV-Module, bei denen es zwar in erster Linie um die solare Energiegewinnung geht, die aber gleichzeitig den Strahlungsdurchgang nach innen vermindern. Ähnlich kann es sich bei Isoliergläsern mit lichtbrechenden Kapillareinlagen darstellen, die primär für eine blendfreie und gedämpfte Tageslichtatmosphäre in den Innenräumen eingesetzt werden. Sie können jedoch gleichzeitig den g-Wert der Verglasung deutlich herabsetzen und damit den sommerlichen Wärmeschutz verbessern. Auch bedrucktes Glas reduziert die Einstrahlung.
Eine weitere Möglichkeit sind schaltbare Verglasungen, in denen sich eine elektrochrome Schicht bei Anlegen einer Spannung einfärbt. Dadurch sinkt der g-Wert und es gelangt weniger Wärme in den Raum. Mit einer erneuten Spannungsveränderung kann wieder die ursprüngliche Transparenz hergestellt werden. Der besondere Charme liegt also darin, dass die durch das Fenster tretende Strahlungsenergie nur bei Bedarf vermindert wird, während in kühleren Perioden solare Gewinne möglich sind.
Nach § 14 GEG sind neue Gebäude so zu errichten, „dass der Sonneneintrag durch einen ausreichenden baulichen sommerlichen Wärmeschutz nach den anerkannten Regeln der Technik begrenzt wird.“ Das Gesetz verweist für die genauen Anforderungen auf DIN 4108–2:2013–02 Abschnitt 8, wo zwei mögliche Nachweisverfahren beschrieben werden.
Markus Hoeft
Freier Bau-Fachjournalist u. a. für bba, DAB, db, dds und BBB in Fredersdorf bei Berlin.
