Besser lernen mit innovativem Sonnenschutz und Tageslichtlenkung

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1 Seite 1 von 7 M.BP. Dipl.-Ing. Manuel Demel Manuel Demel, Produktingenieur Bauphysik Dipl.-Ing. Jürgen Benitz-Wildenburg, Leiter PR & Kommunikation Besser lernen mit innovativem Sonnenschutz und Tageslichtlenkung Der sommerliche Wärmeschutz sowie die Tageslichtversorgung gewinnen aufgrund häufigerer Hitzeperioden, der Reduzierung von Klimatisierungs- und Beleuchtungskosten sowie steigender Komfortansprüche immer mehr an Bedeutung. Neben der technischen und energetischen Seite zeigen neue Forschungsergebnisse immer deutlicher den großen Einfluss von natürlichem Tageslicht auf die physische und psychische Gesundheit des Menschen. Medizinische Studien belegen, dass das Tageslicht den Stoffwechsel reguliert, die Melatoninproduktion (Schlafhormon) unterdrückt, die Gute-Laune-Hormone wie Seratonin und Noradrenalin aktiviert, die Abwehrkräfte verbessert, den Schlaf- /Wachrhythmus steuert sowie die Leistungsfähigkeit und Lernfähigkeit steigert. Dies allein zeigt die enorme Bedeutung von Tageslicht für Kinder in Schulen. Im Licht dieser Fakten sollten alle energetischen und baulichen Aspekte eigentlich in den Hintergrund treten. Aber es gilt natürlich auch die störenden Einflüsse von Blendungseffekten und der Überhitzung im Sommer zu vermeiden. Damit wird deutlich, dass die Planung und Umsetzung von Sonnenschutz, Blendschutz und Tageslichtversorgung zu den anspruchsvollsten Planungsaufgaben zählt, aber von Bauherren, Lehrern und Planern oft unterschätzt wird. Bild 1 Design, Sonnenschutz und Tageslicht schließen sich nicht aus (Köster Lichtplanung, RetroSolar)

2 Seite 2 von 7 Sommerlicher Wärmeschutz Den auch in Deutschland spürbaren Konsequenzen der Erderwärmung tragen die Verschärfungen in der EnEV 2016 und der DIN Rechnung. Beide Regelwerke gelten für neue Gebäude sowie für Erweiterungsbauten bzw. neue Gebäudeteile im Sinne der EnEV. Die DIN bietet ein vereinfachtes Verfahren (Sonneneintragskennwert- Verfahren oder S x -Verfahren) und eine dynamische Gebäudesimulation mit festgelegten Parametern und Randbedingungen an. Durch die Überarbeitung der DIN kann nun auch eine passive Kühlung und Nachtlüftung mit unterschiedlich hohen Luftwechseln berücksichtigt werden. Das vereinfachte Verfahren bewertete früher bei einem fassadenflächenbezogenen Fensterflächenanteil von unter 50 % zu scharf und bei größeren Fensterflächenanteilen zu weich. Diese Fehlbewertung wurde nun korrigiert, so dass das vereinfachte Verfahren und die Simulation zu ähnlichen Ergebnissen kommen. Bei größeren Fensterflächen ergibt sich nun eine strengere Bewertung, so dass nun tendenziell bessere Sonnenschutzmaßnahmen als bisher erforderlich sind. Eine Beispielrechnung für eine einfache Fassade mit Lochfenstern, die auch auf ältere Schulgebäude übertragbar ist, zeigt, dass trotz eines Sonnenschutzglases mit einem g- Wert von 31 % und einem zusätzlichen, außenliegenden Sonnenschutz, der Nachweis über das vereinfachte Verfahren der DIN nur knapp erfüllt werden kann. Im Nichtwohnungs- und Schulbau wird daher eine thermische Gebäudesimulation das übliche Nachweisverfahren sein. Tabelle 1 Beispielrechnung für ein Nichtwohngebäude nach dem vereinfachten Verfahren der DIN (Vergleich Fassung 2003/2012)

3 Seite 3 von 7 Bild 2 Geometrie des Gebäudes mit einem kritischen Raum für die Rechnung in Tabelle 1 Die Anhaltswerte für die Abminderungsfaktoren F c von Sonnenschutzeinrichtungen in Tabelle 7 der DIN unterscheiden nun zwar zwischen Zwei- und Dreifach- Wärmeschutzglas sowie Sonnenschutzglas, aber eine Angabe konkreter Herstellerangaben für den g tot -Wert führt zu eindeutig besseren Ergebnissen. Es wird häufig nicht berücksichtigt, dass der für die Bemessung relevante F c -Wert von der Kombination aus Glas und Sonnenschutz abhängt. Die F c -Werte werden oft übertragen und unbedenklich genutzt, so dass es in der Praxis häufig zu Fehlplanungen kommt. In Bezug auf den F c -Wert sind bei außenliegendem Sonnenschutz Abweichungen von bis zu 20% möglich. Automatische Steuerungssysteme für Verschattungen werden intensiv propagiert und können den Kühlbedarf reduzieren. Diese Systeme greifen in der Praxis oft nicht wie gewünscht, weil eine zentrale Steuerung gerade bei den wechselnden Ansprüchen im Klassenzimmer oder Büro die individuellen Bedürfnisse der Menschen nicht ausreichend erfüllt und deshalb nicht akzeptiert werden. Vorteile ergeben sich durch eine Ansteuerung pro Sonnenschutzelement, da dies eine platzbezogene Regelung ermöglicht.

4 Seite 4 von 7 Bild 3 F c -Wert im Zusammenspiel von Sonnenschutz und Verglasung Blendschutz und Tageslichtlenkung Neben den thermischen Kriterien ist die Lichtqualität der zweite wichtige Faktor für die Planung von Fenstern und Fassaden. Die Beleuchtungsstärke im Freien streut sehr stark und reicht von bis über Lux und erfordert damit eine Regelung der Lichtintensität durch die Fassade. Dennoch wird an 85% der Tage ein Tageslichtangebot von min Lux zur Verfügung gestellt. Dies reicht zur Ausleuchtung der meisten Räume aus, falls keine Verschattung durch Gebäude, Pflanzen oder Verschmutzung der Verglasungen stören; bei starker Verschmutzung innen und außen kann das Tageslicht bis zu 50% vermindert werden. Als Basis für eine erste grobe Planung der Fenster können folgende Grundsätze angenommen werden: farbneutrale Verglasung mit einem Lichttransmissionsgrad von ca. 65% bis 75 % normal geschnittene Räume (Verhältnis Breite : Tiefe etwa 1 : 2) Breite der Fensterfront entspricht etwa der Raumbreite und sollte ca. 20% der Raumfläche betragen Breite und Höhe der Fenster etwa 1,5 m bis 2,5 m, Brüstungshöhe etwa 0,90 m und deckennaher Fensteroberkante. Keine Glasteilung durch Sprossen Möglichst geringe Abschattung durch Verbauung oder Pflanzen Integrative Planung von Sonnen-, Blendschutz und Tageslichtlenkung

5 Seite 5 von 7 Eine genauere Planung mit Lichtsimulationen bieten erfahrene Ingenieurbüros an, die sich bei Nichtwohnungsbauten anbietet, da hier oft eine Berechnung einzelner repräsentativer Räume ausreicht. Bild 4 Durch Lichtlenkungssysteme (Lamellen) lässt sich die Ausleuchtung eines Klassenzimmers bei ausreichendem Tageslicht gut regeln. Oben: ohne Lamelle, Mitte: Blendung im Bereich des Fensterbandes, Unten: optimale Ausleuchtung (Bilder: alware - Ingenieurbüro Bauphysik und Gebäudesimulation, Braunschweig) Oft blendet der Sonnenschutz, weil sich Leuchtdichten am Fenster über 4000 cd/m² ergeben und damit das Lernen erschweren. Ein visuelles Unbehagen kann sich selbst bei geschlossenem oder zu hellem Sonnen-/Blendschutz ergeben, wenn Fenster und Fassaden direkt von der Sonne beschienen werden und sich dann die Sonnenscheibe abzeichnet oder sich Sonnenlichtflecken auf Boden und Tischen bilden. Eine Blendung kann häufig nur durch einen zusätzlichen inneren Blendschutz oder winkelselektive Verschattungssysteme vermieden werden, die die direkte Sonnenstrahlung ausblenden, aber dennoch genügend indirektes und blendfreies Licht in den Raum lassen. Ein Blendschutz gemäß DIN EN soll deshalb den Grad der Leuchtdichte regulieren, die Leuchtkontraste zwischen verschiedenen Bereichen innerhalb des Gesichtsfeldes verringern sowie störende Reflexionen auf Bildschirmgeräten oder Arbeitsflächen verhindern. Ideal ist daher eine Kombination von Sonnen- und Blendschutz, insbesondere an Bildschirmarbeitsplätzen.

6 Seite 6 von 7 Bild 5 Winkelselektive Lamellen können Sonnen-/Blendschutz und Tageslichtlenkung gut verbinden (Bsp. Retroflex-Lamelle, Bildquelle ift Tagungsband zur R+T 2012, Köster- Lichtplanung) Für anspruchsvolle Sehaufgaben wie in Schulen wird normativ eine Beleuchtungsstärke von 500 lx gefordert, mehr ist natürlich besser. Diese Forderungen beziehen sich auf die eigentliche Sehaufgabe und lassen die Entdeckung eines dritten Lichtrezeptors auf der Netzhaut unberücksichtigt, der die biologische Uhr, die Hirnaktivität, das Wohlbefinden und die Gesundheit beeinflusst und erst ab Beleuchtungsstärken am Auge von größer 1000 lx reagiert. Grundsätzlich muss deshalb für die Gesundheit, Konzentrationsfähigkeit und Lernmotivation eine bestmögliche Versorgung mit Tageslicht gefordert werden. Diese Erkenntnisse erfordern eine gänzlich neue Bewertung von gutem Licht, die folgende Faktoren berücksichtigen muss: absolute Tageslichtmenge (Quantität), Natürliche Lichtqualität (Farbe, Richtung, dynamische Wechsel) Verlauf bzw. Verteilung des Tageslichts im Raum (Tageslichtquotient), Optische Wahrnehmungsbedingungen, Direktblendung, Reflexblendung, Visueller Bezug nach außen (Transparenz), Sonnenschutz (g-wert als Kennzahl für thermischen Sonnenschutz) Individuelle Anpassung und Abschaltung von Kunstlicht.

7 Seite 7 von 7 Fazit Sonnenschutz und Blendfreiheit kann nur durch eine integrative Planung energieeffizient, kostengünstig und nachhaltig erreicht werden. Die Tageslichtplanung kann durch Simulationen bereits im Entwurfsstadium deutlich verbessert werden. Die künstliche Beleuchtung muss dabei variabel und adaptiv an das Tageslichtangebot angepasst werden, d.h. die Leitgröße bleibt das Tageslicht, dass bezüglich der Intensität, Lichtrichtung und Lichtfarbe erhalten bleiben sollte. Dies ist möglich durch Systeme zur Tageslichtlenkung, die das vorhandene Licht optimal in der Raumtiefe verteilen, den visuellen Komfort erhöhen und die Stromkosten reduzieren. Der Einsatz automatisch regelbarer Systeme und die Planung der zugehörigen Steuerung müssen immer auch einen autonomen Eingriff von Lehrern und Schülern erlauben. Nicht ein Entweder-oder, sondern ein Sowohl-als-auch muss deshalb der Grundsatz für die Planung von Fassade, Haustechnik und Beleuchtung sein. Thermischer Komfort ist auch bei großen Glasflächen möglich, wenn dies in der Planungsphase berücksichtigt wird. Literatur: [1] Information Tageslicht am Arbeitsplatz leistungsfördernd und gesund, BGI/GUV-I, Februar 2009 [2] Gutes Licht für Schulen und Bildungsstätten, Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt [3] Fachinfo ift Rosenheim WA-21/1 "Sommerlicher Wärmeschutz - Vereinfachte Nachweisverfahren und Diagramme", Mai 2014 [4] VFF Merkblatt ES.04 "Sommerlicher Wärmeschutz", Januar 2013 [5] Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung, Berlin [6] Tageslichtfibel, Fachverband Tageslicht und Rauchschutz (FVLR ), Detmold, [7] Publikationen und Simulationen alware, Ingenieurbüro Bauphysik + Gebäudesimulation, Braunschweig [8] Muster-Schulbau-Richtlinie - MSchulbauR, April 2009 [9] Arbeitsstättenverordnung (ArbStättV), Juli 2010 [10] DIN : "Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz", Beuth Verlag GmbH, Berlin Autoren M.BP. Dipl.-Ing. Manuel Demel ist im ift Rosenheim als Produktingenieur "Bauphysik" mit dem Fokus auf wärmeschutztechnische Themen produktübergreifend tätig. Er vertritt das ift Rosenheim in mehreren Normen- und Fachausschüssen sowie in Seminaren. Dipl.-Ing. Jürgen Benitz-Wildenburg leitet im ift Rosenheim den Bereich PR & Marketingkommunikation. Als Schreiner, Holzbauingenieur und Marketingexperte ist er seit vielen Jahren in der Holz- und Fensterbranche in verschiedenen Funktionen tätig. Als Lehrbeauftragter, Referent und Autor gibt er seine Erfahrung weiter.