Energieeinsparpotential der verschiedenen Sonnenschutzsysteme

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1 Energieeinsparpotential der verschiedenen Sonnenschutzsysteme Starrer und beweglicher Sonnenschutz Zu stark tendenziösen Aussagen bezüglich der möglichen Energieeinsparung von Sonnenschutzsystemen gelangen oftmals von Herstellern verfasste Publikationen, obwohl ihre Betrachtungen eingeschränkt und unvollständig sind. Der vorliegende Beitrag eines Herstellerunabhängigen Fachberaters dient der Aufklärung im Hinblick auf das wahre Energieeinsparpotential von Sonnenschutzsystemen und bietet daher einen gesamtheitlichen Überblick über die Auswirkungen eines Sonnenschutzsystems auf den Energiebedarf von Bürogebäuden. Die verglasten Fassaden eines Gebäudes müssen auch in den gemäßigten Breiten der Bundesrepublik Deutschland eine gute Sonnenschutzwirkung aufweisen, um während der heißen, sonnigen Sommertage die nach Aus- sage der Klimaforscher auch in Deutschland immer häufiger werden [1] den solaren Wärmeeintrag zu begrenzen. Hierfür können prinzipiell verschiedene Sonnenschutzsysteme eingesetzt werden, die sich in ihrer Wirkung jedoch erheblich voneinander unterscheiden. Starrer Sonnenschutz Der starre Sonnenschutz ist gekennzeichnet durch seine Unveränderlichkeit. Diese bietet oftmals Vorteile hinsichtlich Schadensanfälligkeit, Investitionskosten, Gestaltung, etc. Ein fixer Sonnen- Abbildung 4: Außenliegender Sonnenschutz in Form von ausstellbaren Markisen (links) oder Raffstoren mit horizontalen Lamellen (oben). Fotos: Warema

2 schutz kann unterschiedlich ausgeführt werden: Opake Vorbauten, z. B. Dachauskragung oder Säulen Dieser Sonnenschutz-Typus wird häufig auch als besonderes, gestalterisches Element im Museumsbau eingesetzt, wie der Abbildung 1 zu entnehmen ist. Sonnenschutzverglasung Bei höheren Gebäuden, die dem Wind besonders ausgesetzt sind, wird der starre Sonnenschutz häufig mit Hilfe einer Sonnenschutzverglasung realisiert. Diese Form des Sonnenschutzes ermöglicht eine glatte, äußere Oberfläche, welche häufig aus architektonischen Gründen bevorzugt wird (vgl. Abbildung 2). Sonnenschutzfolie Im Gegensatz zu den bisher betrachteten starren Sonnenschutzsystemen bietet die Sonnenschutzfolie den Vorteil, dass sie nachträglich auf die Verglasung aufgebracht werden kann und damit auch bei Bestandsbauten nachgerüstet werden kann (Abbildung 3). Beweglicher Sonnenschutz Der bewegliche Sonnenschutz unterscheidet sich vom starren Sonnenschutz dadurch, dass er in Form beweglicher Sonnenschutzelemente geschlossen und wieder geöffnet werden kann. Diese Beweglichkeit ermöglicht es, dass sich die Fassade den veränderlichen Außenbedingungen anpassen kann und der Sonnenschutz nur geschlossen wird, wenn er wirklich gebraucht wird. Bei Sonnenschutzsystemen mit beweglichen Elementen wird meist die Lage des Sonnenschutzes und sein Material zur Klassifizierung herangezogen. Abbildung 1: Starrer Sonnenschutz in Form von Dachauskragung und Säulen. Foto: Stefan Braunfels Architekten Außen liegender Sonnenschutz Der Außensonnenschutz ist durch seine Lage außen vor der Verglasung charakterisiert und er wird häufig in Form eines Gewebes oder eines Lamellenbehangs ausgeführt (siehe Abbildung 4). Sonnenschutz im Fassadenoder Scheibenzwischenraum Beim integrierten Sonnenschutz wird das Gewebe oder der Lamellenbehang Abbildung 2: Starrer Sonnenschutz als Sonnenschutzverglasung wird häufig bei hohen Gebäuden angewendet, die einer starken Windbelastung ausgesetzt sind und eine glatte Oberfläche gewünscht wird. Fotos: Warema Abbildung 3: Starrer Sonnenschutz als eine auf die Verglasung aufgebrachte Sonnenschutzfolie ist auch bei Bestandsbauten möglich. 13

3 Abbildung 5: Integrierter Sonnenschutz in Form eines Lamellenbehangs im Fassadenzwischenraum Foto: Gerald Zugmann und in Form eines Lamellenbehangs oder Gewebes, das im Scheibenzwischenraum platziert wird. Abbildungen: Warema in den Zwischenraum einer Verglasung oder einer doppelschaligen Fassadenkonstruktion platziert (Abbildung 5). Innenliegender Sonnenschutz Auch der innenliegende Sonnenschutz kann in Form eines Gewebes (Rollo) oder eines Lamellenbehangs ausgeführt werden, wobei die Lamellen horizontal oder vertikal angeordnet sein können (vgl. dazu Abbildung 6). Energiebedarf zur Kühlung im Sommer Das Energieeinsparpotential eines Sonnenschutzes besteht natürlich in Abbildung 7: Definition des Gesamtenergiedurchlassgrades (g-wert). erster Linie in seiner Sonnenschutzwirkung, durch welche die zur sommerlichen Kühlung erforderliche Kälteenergie reduziert werden kann. Gesamtenergiedurchlassgrad der Fassade Als maßgeblicher technischer Kennwert zur Beurteilung der Sonnenschutzwirkung einer Fassade also von der Kombination aus Verglasung und geschlossenem Sonnenschutz (falls dieser vorhanden ist) dient der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-wert). Der g-wert ist definiert als derjenige Anteil der auf die Fassade auftreffenden Globalstrahlung, der im Raum in Form des solaren Wärmeeintrags freigesetzt wird. Dieser setzt sich zusammen aus der Strahlungstransmission und der sekundären Wärmeabgabe (vgl. dazu Abbildung 7). Hinsichtlich des Energiebedarfs zur sommerlichen Kühlung ist darauf zu achten, dass der Gesamtenergiedurchlassgrad g tot der Fassade also der Verglasung und des Sonnenschutzes herangezogen wird. 14 Sonnenschutzwirkung im Vergleich Um die Sonnenschutzwirkung und damit das Potential zur Einsparung von Kühlenergie der unterschiedlichen Sonnenschutzsysteme vergleichen zu können, wurden zunächst einige typische Fassadenausbildungen angesetzt und im Anschluss deren Gesamtenergiedurchlassgrad berechnet. Jedes Sonnenschutzsystem ist mit einer Verglasung kombiniert, wobei insbesondere die Sonnenschutzverglasungen ein weites Spektrum bieten (vgl. dazu Abbildung 8). Vor dem Hintergrund der großen Bandbreite bei den Sonnenschutzverglasungen wurde sowohl eine Sonnenschutzverglasung (SSV) mit Schwerpunkt Tageslicht wie auch eine SSV mit Schwerpunkt Sonnenschutz untersucht. Eine große Bandbreite wird auch von den Folienherstellern angeboten, so dass eine Verglasung mit aufgebrachter Folie in erster Näherung wie eine SSV betrachtet werden kann. Somit wurde von folgenden typischen Fassadenausbildungen ausgegangen: Innenliegendes Sonnenschutzgewebe (hellgrau) in Kombination mit einer hellen Sonnenschutzverglasung der Klasse 70/35 Innenliegendes Sonnenschutzgewebe in Kombination mit einer dunkleren Sonnenschutzverglasung der Klasse 40/21 Der integrierte Sonnenschutz als horizontale Lamellen (beidseitig alufarben) im Scheibenzwischenraum einer hellen Wärmeschutzverglasung Außen liegender Raffstore als horizontale Lamellen (beidseitig alufarben) in Kombination mit einer hellen Wärmeschutzverglasung Ein Vergleich der Sonnenschutzwirkung bzw. des Gesamtenergiedurchlassgrades der verschiedenen Sonnenschutzvarianten (ohne Anspruch auf Vollstänsicht+sonnenschutz 4/2009

4 Abbildung 6: Innen liegender Sonnenschutz als Rollo ausgeführt... oder als horzontaler Lamellenbehang... oder mit vertikal angeordneten Stofflamellen. Fotos: Warema digkeit) ist in Abbildung 9 aufgetragen. Hier ist zu entnehmen, dass mit einem außen liegenden Raffstore nach wie vor die beste Sonnenschutzwirkung zu erzielen ist. Der Grund hierfür ist relativ simpel und spiegelt sich ebenfalls in Abbildung 9: Bei ähnlicher Strahlungstransmission weisen die Sonnenschutzsysteme sehr große Unterschiede bei der sekundären Wärmeabgabe auf. Es ist in Fachkreisen seit langem bekannt, dass der Sonnenschutz bei Besonnung recht warm wird und seine Wärme dann an seine direkte Umgebung abgibt. Dies führt dazu, dass bei einem innenliegenden Sonnenschutz unabhängig ob als Gewebe oder Lamelle die meiste Wärme an den Raum abgegeben wird. Dieser ungünstige Effekt kann nur etwas abgemildert werden, wenn eine sehr starke Sonnenschutzverglasung eingesetzt oder eine stark abmindernde Folie auf der Verglasung benutzt wird (vgl. dazu in Abbildung 9: SSV 40/21 mit IS). Bei dem Sonnenschutz, der im Scheibenzwischenraum angeordnet ist, kann das Gewebe oder der Lamellenbehang nicht hinterlüftet werden, so dass der Sonnenschutz sehr warm wird (bis ca. 80 bis 90 C, vgl. dazu Messungen des ift Rosenheim [4]). Da auf beiden Seiten des Sonnenschutzes nur eine einzelne Scheibe der Isolierverglasung angrenzt, gibt der Sonnenschutz seine Wärme auch zum großen Teil nach innen in den Raum hinein ab (was in Abbildung 9 anhand des relativ hohen Wertes der sekundären Wärmeabgabe für WSV mit IntS abzulesen ist). Einzig beim Außensonnenschutz stellt die Isolierverglasung hinter dem Sonnenschutz einen hohen thermischen Widerstand dar, so dass der Sonnenschutz nahezu seine gesamte Wärme an die Außenluft abgibt. Anhand obiger Ergebnisse lässt sich somit eindeutig konstatieren, dass ein Außensonnenschutz klar das größte Potential zur Einsparung von Kühlenergie bietet. Diese Tatsache ist seit langem bekannt und spiegelt sich auch in den maßgeblichen technischen Regelwerken (z.b. DIN , DIN V 18599) wider. Abbildung 8: Typische Isolierverglasungen in Deutschland. Energiebedarf der künstlichen Beleuchtung Hinsichtlich des Energiebedarfs der künstlichen Beleuchtung ist dabei darauf zu achten, dass in der Bundesrepublik Deutschland bedeckte Tage ohne Sonnenschein viel häufiger sind als sonnige Tage. Vor diesem Hintergrund stellt sich der bedeckte Tag ohne Sonne und somit auch ohne geschlossenen Sonnenschutz, falls dieser beweglich ausgeführt ist als maßgeblich dar. Tageslichttransmission der Fassade Als maßgeblicher technischer Kennwert zur Beurteilung des Tageslichteintrags durch eine Fassade wird der Lichtdurch- Grafiken: Dr. Pültz 15

5 lassgrad oder die Tageslichttransmission (t L -Wert) verwendet. In Analogie zum g-wert ist auch die Tageslichtransmission als Verhältnis definiert: Der t L - Wert gibt an, wie viel des außen auf der Fassade auftreffenden Tageslichts in den Raum hinein gelangt. Abbildung 9: Gesamtenergiedurchlassgrade (g-werte) der Fassaden 1 im Sommer. Abbildung 10: Lichtdurchlassgrade (t L -Werte) der Fassaden am bedeckten Tag. Abbildung 11: Gesamtenergiedurchlassgrade (g-werte) der Fassaden 2 im Winter. Tageslichteintrag im Vergleich Um den Tageslichteintrag und damit das Potential zur Einsparung von Strom für die Beleuchtung der unterschiedlichen Sonnenschutzsysteme vergleichen zu können, sind in Abbildung 10 die Lichtdurchlassgrade der betrachteten Fassadenvarianten aufgetragen. In Abbildung 10 offenbart sich nun ein großer Nachteil von Fassaden mit starker Sonnenschutzverglasung oder von Verglasungen, die eine entsprechend stark abmindernde Folie aufgebracht haben, um eine einigermaßen gute Sonnenschutzwirkung zu bieten. Denn diese Fassaden weisen auch am bedeckten Tag eine deutlich niedrigere Tageslichttransmission auf als die Fassaden mit einer hellen Wärmeschutzverglasung. Wie der Abbildung 10 zu entnehmen ist, weisen die Fassaden mit heller Wärmeschutzverglasung (und hochgefahrenem Sonnenschutz) einen Tageslichteintrag auf, welcher nahezu doppelt so hoch ist wie bei einer starken Sonnenschutzverglasung bzw. Verglasung mit aufgebrachter Folie. Bei dem Sonnenschutz im Scheibenzwischenraum wirkt sich jedoch ungünstig aus, dass er durch seine Lage im Scheibenzwischenraum auch im hochgefahrenen Zustand eine gewisse Verglasungsfläche verschattet, z. B. als Lamellenpaket. Es liegt somit auf der Hand, dass sich der Strombedarf für künstliche Beleuchtung bei den Fassaden mit Wärmeschutzverglasung deutlich günstiger darstellt. Somit zeigt sich auch im Hinblick auf den Energiebedarf für die künstliche Beleuchtung die Überlegenheit der Fassade mit beweglichem Außensonnenschutz gegenüber den Fassaden mit starker Sonnenschutzverglasung oder Verglasungen mit aufgeklebter, stark abmindernder Folie. Energiebedarf zur winterlichen Beheizung Ähnlich wie im Sommerfall stellt der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-wert) der Fassade auch die maßgebliche Kenngröße zur Beurteilung der solaren Wärmegewinne im Winter dar. Allerdings stellt sich im Winter im Gegensatz zum Sommer ein möglichst hoher g-wert als zielführend dar, um ein Maximum der auf der Fassade auftreffenden Solarstrahlung in die Räume hineinzulassen und dadurch den Heizwärmebedarf zu verringern. Gesamtenergiedurchlassgrad der Fassade In Analogie zum Tageslichteintrag zeigt sich auch an dieser Stelle wieder ein großer, prinzipieller Vorteil einer Fassade, die einen beweglichen Sonnenschutz aufweist, gegenüber einer Fassade, die durch einen unveränderlichen g-wert gekennzeichnet ist (wie z. B. eine starke Sonnenschutzverglasung oder eine Verglasung mit einer aufgeklebten, stark abmindernden Folie): Der Außensonnenschutz kann im Winter hochgefahren bleiben, um möglichst große solare Wärmegewinne zu erzielen wenn ein geeigneter innenliegender Blendschutz verfügbar ist, um Blenderscheinungen zu vermeiden. Diese Anpassungsfähigkeit an die Jahreszeiten mittels verfahrbarem Sonnenschutz führt dazu, dass diese Fassaden im Winter einen deutlich höheren Gesamtenergiedurchlassgrad aufweisen als die Sonnenschutzverglasungen bzw. Verglasungen mit aufgeklebter Folie (vgl. dazu Abbildung 11). Der nahezu doppelt so hohe g-wert der Wärmeschutzverglasung gegenüber den Sonnenschutzverglasungen bzw. Verglasungen mit aufgeklebter Folie führt natürlich auch zu nahezu doppelt so guten solaren Wärmegewinnen im Winter. In Analogie zum Tageslichteintrag am bedeckten Tag bewirkt die ungünstige Lage des integrierten Sonnenschutzes im Scheibenzwischenraum der WSV durch die Lamellenpakete auch im Winter etwas reduzierte solare Wärmegewinne. Obige Ausführungen zeigen somit auf, dass das größte Potential zur Heizenergieeinsparung im Winter durch maximale solare Wärmegewinne wiederum die Wärmeschutzverglasung in Kombination mit dem Außensonnenschutz bietet. Energieeinsparpotential diverser Sonnenschutzsysteme Die Sonnenschutzwirkung einer Fassade kann durch verschiedene Systeme 16

6 Das Neue kommt! (z. B. starr/beweglich, innen/außen, Gewebe/Raffstore, etc.) erzielt werden. Im Hinblick auf das Potential zu Energieeinsparungen stellt die Anpassungsfähigkeit der Fassade an die Jahreszeiten bzw. das Außenklima das wesentliche Qualitätsmerkmal dar. Eine ganzheitliche Betrachtung von Sommer bzw. Kühlenergiebedarf, Tageslicht bzw. Beleuchtungsenergiebedarf, Winter bzw. Heizenergiebedarf zeigt klar auf, dass eine Fassade mit handelsüblicher Wärmeschutzverglasung in Kombination mit einem außen liegenden Lamellen-Raffstore eindeutig die größtmöglichen Energieeinsparungen bietet. Es sei daher vor verkürzten Betrachtungsweisen gewarnt, welche in der Vergangenheit zu tendenziösen, fachlich unkorrekten Schlussfolgerungen führten. Abschließend sei auf ein sehr häufig unterschätztes Problem mit dem Außensonnenschutz hingewiesen: Die Erfahrung lehrt nämlich, dass die bloße Verfügbarkeit eines Außensonnenschutzes mit manueller Bedienung häufig nicht ausreicht, dessen Funktion sicherzustellen. Erst mit Hilfe automatischer Antriebe in Kombination mit einer intelligenten Steuerung (z. B. Schließen des Sonnenschutzes nur auf den besonnten Fassadenflächen) und einer ausreichenden Windstabilität kann das System Außensonnenschutz sein volles Potential entfalten. Dr. Gunter Pültz Neue Produkte! Neue Märkte! Neue Kunden! Neue Umsätze! Aluminium-Raffstoren Lieferbar ab April 2009 Die neue Raffstorelamelle ALUSTORE DBL 1 Die in Abbildung 9 dargestellten g-werte wurden mit Hilfe strahlungsphysikalischer Berechnungen auf Basis von Spektralverteilungen ermittelt. Die detaillierten Berechnungsalgorithmen hierzu finden sich in den maßgeblichen technischen Regelwerken DIN EN und ISO Die in Abbildung 11 dargestellten g-werte wurden mit Hilfe strahlungsphysikalischer Berechnungen auf Basis von Spektralverteilungen ermittelt. Die detaillierten Berechnungsalgorithmen hierzu finden sich in den maßgeblichen technischen Regelwerken DIN EN 410 bzw. ISO Literatur [1] Berechnung der Wahrscheinlichkeiten für das Eintreten von Extremereignissen durch Klimaänderungen mit Schwerpunkt Deutschland, M. Schönwiese, Institut für Atmosphäre und Umwelt der Universität Frankfurt/Main, Forschungsvorhaben im Auftrag des Umweltbundesamts, Forschungsbericht , August 2005 Textiler Sonnenschutz Lieferbar ab Mai 2009 [2] DIN EN 13363, Berichtigung, Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades Teil 2: Detailliertes Berechnungsverfahren; Deutsche Fassung EN :2005, Berichtigung zu DIN EN : ; Deutsche Fassung EN :2005/AC:2006 [3] ISO 15099, Ausgabe: Thermal performance of windows, doors and shading devices - Detailed calculations Garagenrolltor ROLENTO Lieferbar ab Juni 2009 [4] Integrale Bewertung innovativer Gebäudehüllen, M. Freinberger, Dr. P. Plathner, Forschungsbericht des ift Rosenheim, Juli 2004 [5] DIN EN 410, Ausgabe: Glas im Bauwesen - Bestimmung der lichttechnischen und strahlungsphysikalischen Kenngrößen von Verglasungen; Deutsche Fassung EN 410:1998 [6] ISO 9050, second edition: Glass in building Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar energy transmittance, ultraviolet transmittance and related glazing factors ROMA Rolladen+Tore Postfach Burgau Tel 08222/ Fax 08222/ vertrieb@roma.de