Читать книгу Das Baustellenhandbuch für die Ausführung nach EnEV 2014 - H Uske - Страница 9

Sommerlicher Wärmeschutz

Nicht nur ein zu geringer Wärmeschutz im Winter führt zu einem erhöhten Energieverbrauch, sondern auch ein nicht ausreichender Sonnenschutz. Der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes soll sicherstellen, dass im Sommer in Gebäuden auch ohne Kühlmaßnahmen keine zu hohen Temperaturen auftreten. Es sollten alle baulichen Maßnahmen ausgeschöpft werden, selbst wenn eine Raumkühlung installiert wird.

Anforderungen nach EnEV an Wohngebäude

EnEV 2014 § 3 Abs. 4:

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

Die Mindestanforderung an den sommerlichen Wärmeschutz basiert auf einem Nachweisverfahren nach DIN 4108-2:2013-02.

Anforderungen nach EnEV an Nichtwohngebäude

EnEV 2014 § 4 Abs. 4:

„(4) Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz nach Anlage 2 Nummer 4 eingehalten werden.“

Wohngebäude: Grundsätze des sommerlichen Wärmeschutzes nach EnEV 2014

Die Mindestanforderung an den sommerlichen Wärmeschutz für Wohngebäude basiert auf einem Nachweisverfahren nach DIN 4108-2:2013-2. Damit ein ausreichender baulicher Wärmeschutz gewährleistet werden kann, sind die Anforderungen nach Abschnitt 8.3 bzw. die Übertemperatur-Gradstunden nach Abschnitt 8.4 zu begrenzen.

Der sommerliche Wärmeschutz nach Abschnitt 8.3 ist für mindestens einen Raum zu führen, der seiner Lage nach bei der Berechnung zu den höchsten Anforderungen führt. Auf einen Nachweis darf verzichtet werden, wenn die Voraussetzungen nach Abschnitt 8.2.2 erfüllt sind.

Wird bei Wohngebäuden, in denen eine Kühlung vorgesehen ist, die Berechnung nach Abschnitt 8.4 durchgeführt, sind die baulichen Maßnahmen, den sommerlichen Wärmeschutz betreffend, soweit vorzusehen, wie sich die Investitionskosten dafür innerhalb der Nutzungsdauer durch die energetische Einsparung zur Kühlung erwirtschaften lassen.

Als höchstzulässige Sonneneintragskennwerte sind die festgelegten Werte nach Abschnitt 8.3.3 einzuhalten. Bei zu errichtenden Wohngebäuden ist der Sonneneintragskennwert nach dem im Abschnitt 8.3.2 genannten Verfahren zu bestimmen.

Ein ausreichender sommerlicher Wärmeschutz kann auch dann gewährleistet werden, wenn nach der Simulationsberechnung aus DIN 4108-2 Abschnitt 8.4 gezeigt wird, dass die genannten Randbedingungen für den Standort des Wohngebäudes, die Übertemperatur-Gradstunden aus Tabelle 9 nicht überschritten werden.

Sonnenschutzvorrichtung nach EnEV 2014 Anlage 1 Tabelle 1

Im Rahmen des Nachweises nach Nr. 2.1.1 bzw. 2.1.2 ist keine Sonnenschutzvorrichtung anzurechnen.

Nichtwohngebäude: Grundsätze des sommerlichen Wärmeschutzes nach EnEV 2014

„Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz nach Anlage 2 Nummer 4 eingehalten werden.“ Dieser besagt, dass der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes entsprechend der Anlage 1 Nummer 3 geführt wird.

Sonnenschutzvorrichtung nach EnEV 2014 Anlage 2 Tabelle 1

Für das Referenzgebäude ist die tatsächliche Sonnenschutzvorrichtung des zu errichtenden Gebäudes anzunehmen. Dies ergibt sich aus den Anforderungen nach Nr. 4 „Sommerlicher Wärmeschutz“.

Falls Sonnenschutzverglasungen zum Einsatz kommen, sind für diese folgende Kennwerte anzusetzen:

• anstelle der Werte für Vorhangfassaden

Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung	g⊥ = 0,35
Lichttransmissionsgrad der Verglasung	τD65 = 0,58

• anstelle der Werte für Fenster, Fenstertüren und Dachflächenfenster

Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung	g⊥ = 0,35
Lichttransmissionsgrad der Verglasung	τD65 = 0,62

Kenngrößen, die das Verhalten auf den sommerlichen Wärmeschutz beeinflussen

Für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes müssen die Randbedingungen der DIN 4108-2 beim Berechnungsverfahren eingehalten werden. Dies gilt auch für die Verwendung einer Raumkühlung im Gebäude.

Grundlagen bei der Planung des sommerlichen Wärmeschutzes

Bei der Planung zum sommerlichen Wärmeschutz sind in erster Linie folgende Einflussfaktoren zu berücksichtigen:

• Klimaregion, in der sich das Gebäude befindet

• Bauart

• Gesamtenergiedurchlassgrad der transparenten Außenbauteile, wie Fenster und Festverglasungen

• Sonnenschutz

• Flächenanteil der Fenster bzw. Verglasung zur Bauteilaußenfläche

• Orientierung nach Himmelsrichtung

• Neigung der Fenster in Dachflächen

• Lüftung der Räume (Nachtlüftung)

Große Fensterflächen können im Sommer zur Überhitzung der Räume führen. Durch bauliche Maßnahmen wie z. B. Balkone, Dachüberstände usw. kann ein wirksamer Sonnenschutz erreicht werden, aber auch durch Sonnenschutzgläser oder einen außen bzw. innen liegenden Sonnenschutz.

Die Verschattungsmaßnahmen dürfen jedoch das Tageslicht im Raum nicht reduzieren. Kunstlicht gilt es zu vermeiden, da dieses mit Energie erzeugt wird. Auf eine tageslichtoptimierte Sonnenschutzvorrichtung sollte geachtet werden.

Weiterhin sollten Fenster im Raum nur in eine Richtung orientiert sein. Südöstlich und südwestlich orientierte Fenster, die sich gegenüberliegen, wirken sich ungünstig auf den sommerlichen Wärmeschutz aus. Horizontale Vorsprünge sind nur bei südorientierten Fenstern sinnvoll.

Klimaregionen nach DIN 4108-2

Festlegen der Klimaregion nach DIN 4108-2 Bild 1

Um regionale klimatische Unterschiede bei der Erstellung des Nachweises für den sommerlichen Wärmeschutz zu berücksichtigen, wurde das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland in drei Klimaregionen unterteilt.

Die Zuordnung der Klimaregion des individuellen Standortes erfolgt nach dieser Unterteilung.

Lässt sich der Standort des zu betrachtenden Gebäudes nicht eindeutig zuordnen, ist dieser

• zwischen A und B nach B,

• zwischen B und C nach C und

• zwischen A und C nach C

festzulegen.

Bild 1: Klimaregionen für den sommerlichen Wärmeschutznachweis

Nachweisverfahren nach DIN 4108-2

Für das Nachweisverfahren ist zuerst zu überprüfen, welcher Raum des Gebäudes als „kritischer Raum“ bezüglich seiner Sonneneinstrahlung und der Bauweise (Raumbereiche an der Außenfassade) angesehen werden muss. Als „kritisch“ wirken sich z. B. große süd- oder westorientierte Fensterflächen, geringe wirksame Wärmespeicherfähigkeit der Bauteile und eine unzureichende Möglichkeit der Nachtlüftung aus.

Liegt der Fensterflächenanteil f_WG unterhalb der in der Tabelle angegebenen Werte, so kann auf einen Nachweis verzichtet werden. Bei Wohngebäuden bzw. bei Gebäudeteilen, die der Wohnnutzung dienen und deren kritischer Raum einen grundflächenbezogenen Fensterflächenanteil von 35 % nicht überschreitet, kann ebenfalls auf einen Nachweis verzichtet werden, sofern deren Fenster in Ost-, Süd- oder Westrichtung orientiert sind (einschl. eines vorhandenen Glasvorbaus) und mit einer außenliegenden Sonnenschutzvorrichtung, wie z. B. Rollläden, Jalousien usw., ausgestattet sind. Der Abminderungsfaktor F_C für den außenliegenden Sonnenschutz muss nach DIN 4108-2 Tabelle 7 betragen:

• F_C ≤ 0,3 bei Glas mit g > 0,4 bzw.

• F_C ≤ 0,35 bei Glas mit g ≤ 0,4

Ein Nachweis muss erbracht werden, wenn der Fensterflächenanteil f_WG in Abhängigkeit von der Himmelsrichtung den Wert in nachfolgend aufgeführter Tabelle, überschreitet. Zulässige Werte des auf die Grundflächen bezogenen Fensterflächenanteils, unterhalb dessen auf einen sommerlichen Wärmeschutznachweis verzichtet werden kann – nach DIN 4108-2 Tabelle 6.

Ein Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2 kann nicht geführt werden, wenn der betrachtete Raum oder Raumbereich mit folgenden Einrichtungen oder Konstruktionen in Kontakt steht:

• Doppelfassade

• Transparente Wärmedämmsysteme (TWD)

Bei Glasvorbauten, die nicht beheizt werden und mit Räumen bzw. Raumbereichen des Gebäudes verbunden sind, gilt der Nachweis als erfüllt, wenn bei einer Belüftung nur über den unbeheizten Glasvorbau,

• der unbeheizte Glasvorbau einen Sonnenschutz mit einem Abminderungsfaktor F_C ≤ 0,3 hat und

• eine Lüftungsöffnung im obersten und untersten Glasbereich mit einer Fläche von min. 10 % vorhanden ist.

Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, ist anhand einer thermischen Gebäudesimulation (nach DIN 4108-2 Abschnitt 8.4) der Nachweis zu führen. Dabei ist die tatsächliche bauliche Situation einschließlich des Glasvorbaus nachzubilden.

Schrittweises Vorgehen beim Nachweisverfahren für den sommerlichen Wärmeschutz

Ermittlung des solarwirksamen Flächenanteils fWG

Bild 2: Kritischer Raum des Gebäudes

Der solarwirksame Flächenanteil f_WG wird aus dem Verhältnis der Fensterfläche A_W zur Nettogrundfläche A_G berechnet.

fWG	=	(AW / AG) x 100
AW	=	gesamte Fensterfläche des kritischen Raums
AG	=	Nettogrundfläche des Raums

Ermittlung der Fensterfläche AW

Die Fensterfläche A_W ergibt sich aus den lichten Rohbaumaßen der Wandöffnungen, an denen das Fenster angeschlagen wird. Der Putz oder vorhandene Wandverkleidungen bleiben unberücksichtigt.

Ermittlung der Nettogrundfläche AG und Raumtiefe

Die Nettogrundfläche A_G wird aus den lichten Raummaßen (l x b) ermittelt. Sind die Räume sehr tief, wird für den Nachweis die Raumtiefe begrenzt. Die größte anzusetzende Raumtiefe darf das Dreifache der lichten Raumhöhe (h) nicht überschreiten. Haben Räume gegenüberliegende Fassaden, gibt es keine Begrenzung der Raumtiefe, sofern der Fassadenabstand das Sechsfache der lichten Raumhöhe nicht überschreitet. Ist dies jedoch der Fall, muss der Nachweis für beide fassadenorientierten Raumbereiche mit den dazugehörigen Raumtiefen (dreifache Raumhöhe) geführt werden.

Bild 3: Berechnung der Nettogrundfläche AG bei einer lichten Raumtiefe > 3 · h

Bild 4: Berechnung der Nettogrundfläche AG bei einer lichten Raumtiefe > 6 · h gegenüberliegender Fassaden

Fensterrahmenanteil und Fensterfläche

Das vereinfachte Nachweisverfahren mittels Sonneneintragskennwert S ist für Fenster mit einem Rahmenanteil von 30 % abgeleitet worden. Es kann aber auch bei Fenstern mit einem Rahmenanteil ungleich 30 % angewandt werden. Ist der Rahmenanteil genauer zu berücksichtigen, ist die thermische Gebäudesimulation mit den entsprechenden Randbedingungen durchzuführen.

Bestimmt werden die Fensterflächen A_W durch das lichte Rohbaumaß der Fensteröffnung zuzüglich der Einbaufuge. Der Putz oder evtl. vorhandene Bekleidungen, wie Gipskarton, Holzpanelle, usw., bleiben unberücksichtigt.

Opake Bauteile im Fensterelement

Sind in den Fenstern opake Bauteile eingebaut, wie Paneele, Vorbaukästen usw., sind nur die verglasten Teile der Fenster im Nachweis zu berücksichtigen. Die Rahmen zwischen der verglasten und opaken Fläche des Fensters werden dem verglasten Teil zugeschlagen und bei der Berechnung mit angesetzt.

Bei Dachflächenfenstern gilt das Außenmaß des Blendrahmens als lichtes Rohbaumaß.

Bild 5: Fensteröffnung – Ermittlung des lichten Rohbaumaßes 38

Beim Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes darf der vorhandene Sonneneintragskennwert S_vorh den zulässigen Sonneneintragskennwert S_zul nach DIN 4108-2 nicht überschreiten.

Svorh	≤	Szul
Szul	=	∑ Sx
Sx	=	anteiliger Sonneneintragskennwert nach Tab. 8 der DIN 4108-2

Nachfolgende Faktoren sind für den Sonneneintragskennwert S_zul ausschlaggebend:

• die Klimaregion, in der sich das Gebäude befindet bzw. erstellt wird

• die Speicherfähigkeit C_wirk der Innenbauteile (Bauart)

• die Lüftung, insbesondere in der zweiten Nachthälfte

• Grundflächenbezogener Fensterflächenanteil f_WG

• der Gesamtenergiedurchlassgrad g der Sonnenschutzverglasung

• die Neigung und Orientierung der Fenster.

• Einsatz passive Kühlung

Sonneneintragskennwert S

Der Sonneneintragskennwert S wird aufgrund der baulichen Gegebenheiten ermittelt. Nachfolgende Faktoren werden für die Berechnung herangezogen:

• Gesamtenergiedurchlassgrad g der Verglasung

• Wirksamkeit der Sonnenschutzvorrichtung

• Verhältnis f_WG der Fensterfläche A_W zur Nettogrundfläche A_G

Svorh	=	(ΣAW,j · gtot,j) / AG, wobei gtot = g · FC
AW,j	=	solarwirksame Fensterfläche des Raumes, Fensterfläche des j-ten Fensters in m2
gtot,j	=	Gesamtenergiedurchlassgrad des Glases einschl. Sonnenschutz
AG	=	Nettogrundfläche des kritischen Raumes in m2
g	=	Gesamtenergiedurchlassgrad des Glases einschl. Sonnenschutz
Fc	=	Abminderungsfaktor für die Sonnenschutzvorrichtung

Sind für Glasflächen bauliche Verschattungen zu berücksichtigen kann g_tot nach DIN V 18599-2 mit dem F_S-Faktor modifiziert werden

a) Die Sonnenschutzvorrichtung muss fest installiert sein. Übliche dekorative Vorhänge gelten nicht als Sonnenschutzvorrichtung.

b) Für innen und zwischen den Scheiben liegende Sonnenschutzvorrichtungen ist eine genaue Ermittlung zu empfehlen, da sich erheblich günstigere Werte ergeben können.

c) Hoch reflektierende Oberflächen mit geringer Transparenz dagegen sind Sonnenschutzvorrichtungen mit einer Transparenz ≤ 10 % und einer Reflexion ≥ 60 %.

d) Eine Transparenz der Sonnenschutzvorrichtungen unter 15 % gilt als gering.

e) Es muss näherungsweise sichergestellt sein, dass keine direkte Besonnung des Fensters erfolgt. Dies ist der Fall, wenn

• bei Südorientierung der Abdeckwinkel β ≥ 50° ist,

• bei Ost- oder Westorientierung der Abdeckwinkel entweder β ≥ 85° oder γ ≥ 115° ist.

Zu den jeweiligen Orientierungen gehören Winkelbereiche von ± 22°. Bei Zwischenorientierungen ist der Abdeckwinkel β ≥ 80° erforderlich.

Bild 6: Vertikalschnitt und Horizontalschnitt durch Fassade

Der F_C-Wert darf auch für beschattete Teilflächen des Fensters angesetzt werden. Dann darf jedoch F_S nach DIN V 18599-2 nicht angesetzt werden.

Bauart des Gebäudes

Ob ein Gebäude als leicht, mittel oder schwer eingestuft wird hängt vom Gewicht der Innenbauteile ab. Das Gesamtgewicht der Innenbauteile wird dann bezogen auf die dazugehörige Fassadenfläche.

Für einen genauen Nachweis kann die wirksame Wärmespeicherkapazität C_wirk nach DIN EN ISO 13786 für einen Tag berechnet werden. Es ist dann folgende Einstufung vorzunehmen.

Als leichte Gebäude gelten auch:

• Gebäude in Holzbauweise ohne massive Innenbauteile

• Gebäude mit abgehängten Decken und überwiegend leichten Innenwänden

• Gebäude mit hohen Räumen

Vereinfachend kann von einer mittleren Bauart ausgegangen werden, wenn im Gebäude

• Stahlbetondecken vorhanden sind,

• die Innen- und Außenbauteile eine mittlere Rohdichte von ≥ 600 kg/m³ aufweisen,

• keine innenliegende Wärmedämmung an Außenwänden aufgebracht wurde,

• keine abgehängte Decke vorhanden ist,

• die Räume nicht höher als 4,50 m sind

Von einer schweren Bauart kann ausgegangen werden, wenn im Gebäude

• Stahlbetondecken vorhanden sind,

• die Innen- und Außenbauteile eine mittlere Rohdichte von ≥ 1600 kg/m³ aufweisen,

• keine innenliegende Wärmedämmung an Außenwänden aufgebracht wurde,

• keine abgehängte Decke vorhanden ist,

• die Räume nicht höher als 4,50 m sind

Nachtlüftung S1

Durch die Nachtlüftung kühlen Räume während der Nacht, gerade in der zweite Hälfte ab und können dann tagsüber mehr Wärme aufnehmen. Fenster, die geöffnet werden können, sollten entsprechend vorhanden sein. Eine optimale Lösung wäre die Möglichkeit der Querlüftung. Aber Achtung: Einbruchgefahr

Die Nachtlüftung kann aber auch über eine Lüftungsanlage erfolgen.

In Gebäuden mit einer Wohnnutzung kann im Normalfall von einer erhöhte Nachtlüftung ausgegangen werden kann. Ist eine Lüftungsanlage im Gebäude vorhanden und ist diese so ausgelegt, dass ein nächtlicher Luftwechsel von min. n ≥ 2 h^-1 sichergestellt wird, geht man ebenfalls von einer erhöhten Nachtlüftung aus.

Bei einer hohen Nachtlüftung geht man von der Möglichkeit aus, dass im kritischen Raum in der Nacht über mehrere Geschosse, wie z.B. angeschlossene Treppenhäuser, Atrium, usw., ein Luftwechsel stattfinden kann. Erfolgt der nächtliche Luftwechsel von min. n ≥ 5 h^-1 über eine Lüftungsanlage kann auch hier von einer erhöhten Nachtlüftung ausgegangen werden.

Der anteilige Sonneneintragskennwert S_x richtet sich nach der Bauart des Gebäudes.

Grundflächenbezogener Fensterflächenanteil S2

Der solarwirksame Flächenanteils f_WG wird aus dem Verhältnis der Fensterfläche A_W zur Nettogrundfläche A_G, wie vorher beschrieben berechnet.

Die unter S₁ (Nachtlüftung) festgesetzten Sonneneintragskennwerten gelten für grundflächenbezogenen Fensterflächenanteile von etwas 25 %. Durch den Wert aus S₂ findet eine Korrektur des S₁-Wertes statt. Bei Fensterflächen, deren Anteil < 25 % ist, wird S₂ positiv, bei einem Fensterflächenanteil > 25 % wird der Wert negativ.

Sonnenschutzverglasung S3

Je kleiner der Energiedurchlassgrad g einer Verglasung ist, desto weniger Sonnenenergie kann in einen Raum einstrahlen.

Als gleichwertige Maßnahme gilt i. d. R. eine Sonnenschutzvorrichtung, die die diffuse Strahlung permanent reduziert und deren g_total < 0,4 erreicht. Hierdurch erhöht sich ebenfalls der sommerliche Wärmeschutz.

Bei Fensterflächen mit unterschiedlichen Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung, einschließlich dem Sonnenschutz, g_tot ist S₃ flächenanteilig zu berechnen.

Fensterneigung S4

Ein weiterer Faktor für die Berechnung des sommerlichen Wärmeschutzes ist die Neigung der Fenster. Von der Neigung ist abhängig, wie viel Sonnenenergie in den Raum eindringen kann. Ist das Fenster weniger als 60° gegenüber der Horizontalen geneigt, wird die Sonneneinstrahlung dadurch erheblich erhöht.

fneig	=	AW,neig / AW,gesamt
AW,neig	=	Fensterfläche mit einer Neigung ≤ 60° gegenüber der Horizontalen
AW,gesamt	=	Gesamte Fensterfläche

Orientierung S5

Bei Fenstern, die nordorientiert oder dauerhaft verschattet sind, darf aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung der zulässige S_x-Wert erhöht werden.

fnord	=	AW,nord / AW,gesamt
AW,nord	=	alle nordorientierten oder dauerhaft verschatteten Fenster des Raums
AW,gesamt	=	gesamte Fensterfläche

Werden Fenster vom Gebäude selbst verschattet sind FS-Werte für die Verschattung nach DIN V 18599 anzusetzen. Für diese dauernd verschatteten Fenster gilt S₅ = 0. Gegebenenfalls können die betreffenden Fenster getrennt ermittelt werden.

Einsatz passiver Kühlung S6

Das Raumklima kann durch eine passive Kühlung positiv beeinflusst werden. Bei einer passiven Kühlung kommen Kühlungsgeräte zum Einsatz deren Energie nur zur Förderung des Kühlmediums erforderlich wird. Das Kühlsystem muss entsprechend der Raumsituation ausgelegt sein. Es handelt sich hierbei um

• Thermisch aktiver Bauteile mit Nutzung eines Sohlplattenkühlers oder Erdwärmetauscher oder

• Systeme mit Kühlung über indirekte Verdunstung

Speichermassen

Speichermassen sind für den sommerlichen Wärmeschutz, aber auch im Winter zur Einsparung von Primärenergie ein wichtiges Instrument. Im Winter gelangen solare Gewinne bei ausreichender und optimaler Orientierung der Verglasung ins Gebäude und werden in massiven Bauteilen zwischengespeichert – Nachts werden diese dann an den Raum abgegeben. Im Sommer wird durch die wesentlich höhere Sonneneinstrahlung die Wärme von den Speicherbauteilen aufgenommen und zwischengespeichert. Die Räume heizen sich nicht so auf. Die massiven Bauteile können eine große Wärmemenge aufnehmen, ohne sich selber stark zu erwärmen. Durch Nachtlüftung kann die eingelagerte Wärmemenge teilweise wieder abgebaut werden.

Wirksam sind jedoch nur Schichten von Bauteilen die raumseitig liegen und keine dämmende Wirkung haben.

Eine gute Speicherfähigkeit besitzen Materialien wie:

• Granit

• Beton

• Sandstein

• Ziegel

• Sand

• Gasbeton

• Hartholz

• Weichholz

Beispiele für die Wärmespeicherfähigkeit von Bauteilen