Energie sparen mit Sonnenschutz

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1 Seite 1 von 8 Dipl.-Phys. Michael Rossa, Prüfstellenleiter Glas Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg, Leiter PR & Kommunikation Energieeffizientes, behagliches Wohnen und Arbeiten mit innovativem Sonnenschutz sowie Tageslichtsteuerung Die Fassade beeinflusst den Wohnkomfort und die Energieeffizienz von Gebäuden in erheblichem Maß und ist für nachhaltige und energieeffiziente Gebäude sehr wichtig. Die Zusammenhänge von Wärme-/ Sonnenschutz und Tageslichtnutzung sind komplex und teilweise gegenläufig. Glas, Fenster und Fassade müssen bezüglich ihrer bauphysikalischen Eigenschaften integriert betrachtet werden und die Auswirkungen auf die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik sowie die Tages- bzw. Kunstlichtversorgung sind zu berücksichtigen. Bild 1 Gegenläufige Anforderungen von Sonnenschutz, solarer Energienutzung und Blendschutz

2 Seite 2 von 8 Ganzheitliche Planung von Sonnenschutz, Blendschutz & Co. Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz müssen heute gemäß EnEV 3 und 4 eingehalten werden. Die Planungsaufgabe besteht vereinfacht darin, eine Überhitzung der Räume durch Solarstrahlung in Verbindung mit den auftretenden internen Wärmelasten zu verhindern und gleichzeitig die solaren Gewinne im Heizfall zu nutzen. Eine gemeinsame Planung mit der Innenraumgestaltung ist sinnvoll, um blendfreie Arbeitsplätze, eine ausreichende Versorgung mit Tageslicht und damit eine Minimierung des Stromverbrauchs für Kunstlicht zu erreichen. Im Wohnungsbau ist eine Planung über das einfache Verfahren der DIN (Sonneneintragswert, Abminderungsfaktor F c ) noch ausreichend, weil die Anforderungen an die Lichtversorgung geringer sind und die Bewohner den Blend und Sonnenschutz individuell regeln können. Orientierung für die Energieeffizienz eines Fensters bietet auch das Energy-Label des ift Rosenheim, dass den winterlichen und sommerlichen Wärmeschutz sowie die Tageslichtnutzung bewertet. Bild 2 Genauere Bestimmung des F c -Werts für innenliegenden Sonnenschutz in Abhängig keit von der Verglasung Nichtwohnungsbauten haben höhere Anforderungen an die thermische und visuelle Qualität höher sowie eine komplexere Haustechnik und deshalb muss genauer geplant werden. Erschwerend kommt hinzu, dass Fassaden auf die tages- und jahreszeitlichen Schwankungen des solaren Strahlungsangebotes und der Außentemperatur reagieren müssen. Der Nachweis nach DIN ist für Nichtwohngebäude deshalb nur bedingt geeignet. Für Nichtwohngebäude und Gebäude mit höherem Glasanteil sind deshalb genauere, ingenieurmäßige Verfahren empfehlenswert.

3 Seite 3 von 8 Bild 3 Bestimmung g-wert im Zusammenspiel von Sonnenschutz und Verglasung Wohin mit Sonnenwärme und Licht? Die Sonnenschutzwirkung einer Fassade (g-wert) sollte möglichst detailliert ermittelt werden, am Besten durch Messung der einzelnen Komponenten aus Glas und Sonnenschutz und einer Berechnung des Gesamtsystems (EN 13363, ISO 15099). Die Ermittlung der notwendigen lichttechnischen Eigenschaften und des g-wertes von Glas erfolgt nach EN 410. Die Berechnung des Gesamtsystems nach dem detaillierten Verfahren der EN ergibt ausreichend genaue Kennwerte, die auf Basis der spektralen Eigenschaften der Verglasung und der Sonnenschutzeinrichtungen, unter Berücksichtigung der Behangöffnung, der Hinterlüftung und der Höhe der Zwischenräume und der Luftdichte, bestimmt. Die Kennwerte sind die Voraussetzung für eine detaillierte Abschätzung der thermischen Behaglichkeit und damit die Vermeidung einer sommerlichen Überhitzung von Nichtwohngebäuden. Eine gute Ergänzung für komplexe und winkeselektive Fassaden- bzw. Sonnenschutzsystemen bietet die kalorimetrische Messung, bei der das Bauteil mit einer künstlichen Sonne bestrahlt wird. Damit können auch winkelabhängige g-werte sowie die kritischen inneren Oberflächentemperaturen der Fassade für Worst-Case-Szenarien mit hohen Außentemperaturen und maximaler Solarstrahlung für beliebige Standorte und Einbausituationen ermittelt werden.

4 Seite 4 von 8 Bild 4 Optimierung der Sonnenschutzverglasung mit Siebdruck durch Ermittlung der Kennwerte Die thermische und visuelle Behaglichkeit von Räumen ist stark subjektiv durch den Nutzer geprägt und abhängig von vielfältigen Einflüssen, beispielsweise variable Solarstrahlung (Sonnenstand, Bewölkung), Außentemperatur, natürliche Verschattung (Gebäude, Bäume etc.), transparente Flächen (Aufbau, Größe, Himmelsorientierung und Neigung), g-wert von Verglasung und Sonnenschutz, Luftwechsel und der Art der Lüftung, interne Wärmequellen (Personen, Computer, künstliche Beleuchtung), Gebäudetechnik (Steuerung, Klimatisierung) sowie Raumgröße und Wärmespeicherfähigkeit der Innen- und Außenbauteile. Zur Beschreibung dient die operative Temperatur (Kombination aus Lufttemperatur und Wärmestrahlung der raumumschließenden Flächen) sowie die ausreichende Versorgung mit blendfreiem Licht. Insbesondere die internen Lasten sollten nicht unterschätzt werden. Schon ein zusätzlicher PC-Arbeitsplatz erhöht die Belastung um bis zu 270 W. Besonders knifflig ist die Sicherstellung der Blendfreiheit und eine ausreichende Tageslichtversorgung. Oft blendet der Sonnenschutz, weil sich Leuchtdichten am Fenster über 4000 cd/m² ergeben und damit ein Arbeiten am Bildschirm erschweren. 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. Ideal ist daher eine Kombination von Sonnenschutz und Blendschutz, insbesondere an Bildschirmarbeitsplätzen.

5 Seite 5 von 8 Bild 5 Blendung trotz Sonnenschutz? Technische Lösungen Dem Planer stehen eine Vielzahl an feststehenden oder beweglichen Sonnenschutz- und Blendschutzsysteme sowie Sonnenschutzgläser zur Verfügung, die sich in den letzten Jahren stark weiter entwickelt haben. So können die klassischen außenliegenden Verschattungslamellen, dank geänderter Geometrie und Aufhängung gemäß ift Richtlinie AB 01-1 nun deutlich höhere Windgeschwindigkeiten bis zur Windstärke 7 aushalten. Auch die Sonnenschutzgläser haben sich weiter verbessert und bieten mit hochselektiven, neutralen Beschichtungen hohe Lichttransmissionen bis zu 70 %, bei gleichzeitig niedrigen g-werten von 40 %. Die für den sommerlichen Wärmeschutz benötigten niedrigen g-werte reduzieren jedoch die Nutzung der Solarstrahlung in der Heizperiode und außerdem ist ein zusätzlicher Blendschutz erforderlich. Neu entwickelte elektrochrome Verglasungen können als Sonnenschutzglas variabel auf Solarstrahlung reagieren. Sie bestehen aus einem Verbundglas mit einer ionenleitfähigen Polymerfolie, auf dessen innerer und äußerer Floatglasscheibe eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung (TCO) aufgebracht ist. Diese dienen zur elektrischen Ansteuerung der elektrochromen Verglasung. Hierdurch ist der Gesamtenergiedurchlassgrad im Bereich von 38% bis 9% und der Lichttransmissionsgrad in einem Bereich von 50% bis 15% steuerbar. Wissenschaftliche Untersuchungen im Rahmen des Forschungsprojekts Enbop Energetische Betriebsoptimierung zeigen, dass große Glasflächen hierbei nicht automatisch thermischen Diskomfort bedeuten. Entscheidend ist die richtige Planung und Ausführung. Eine interessante Option bieten PV-Module, deren Verschattung und Lichttransmissionsgrad sich durch eine unterschiedliche Belegung mit PV-Zellen variieren lässt. Gerade bei Dachverglasungen von Atrien, bei denen die Verschattung schwierig ist, lassen sich so Sonnenschutz und Energiegewinnung ideal kombinieren. Für den Einsatz in der Fassade eignen sich auch PV-Module in Dünnschichttechnologie, weil diese im Format flexibler herstellbar sind und sich die Lichttransmission und Transparenz von Dünnschichtmodulen mittels Lasertechnik besonders gut variieren lässt. Neue Messungen am ift Rosenheim haben gezeigt,

6 Seite 6 von 8 dass der g-wert von PV-Modulen unter Last, also bei Stromproduktion, gegenüber der lastfreien Messung signifikant besser ist, so dass der Sonnenschutz in der Praxis besser als in der Theorie ist. Bild 6 PV-Module bieten Sonnenschutz und produzieren Strom (Bildquelle: ertex solartechnik GmbH, Amstetten) Neu entwickelte Materialien und Geometrien wie die Genius-Lamelle ermöglichen eine leistungsfähige Kombination aus Sonnen-/Blendschutz und Lichtversorgung auch für den innenliegenden Sonnenschutz, so dass die Lamelle in Verbindung mit einem Sonnenschutzglas für bestimmte Nutzungsfälle ausreichen kann. Winkelselektive Sonnenschutzsysteme können sich den veränderten Lichtbedingungen besonders gut anpassen. Durch unterschiedliche lichttechnische Eigenschaften der Lamellen ergibt sich ein weiter Anwendungsbereich. Bei diesen Systemen ist die Berechnung, Planung und Steuerung besonders wichtig, da bereits geringe Abweichungen der Winkelstellung zu anderen Eigenschaften führt. Bild 7 Wirkweise winkelselektiver Systeme

7 Seite 7 von 8 Fazit Sonnenschutz und Blendfreiheit kann nur durch eine integrative Planung energieeffizient, kostengünstig und nachhaltig erreicht werden. Hierzu gehören auch Systeme zur Tageslichtlenkung, die das vorhandene Licht optimal in der Raumtiefe verteilen und den visuellen Komfort erhöhen und die Stromkosten reduzieren. Der Einsatz automatisch regelbarer Systeme und die Planung der zugehörigen Steuerung, die auf jeden Fall während der Nutzungsphase weiter zu optimieren ist, ermöglichen weitere Energieeinsparpotenziale. Thermischer Komfort ist auch bei großen Glasflächen möglich, wenn dies in der Planungsphase berücksichtigt wird. Nicht ein Entweder-oder, sondern ein Sowohl-als-auch muss deshalb der Grundsatz für die Planung von Fassade, Haustechnik und Beleuchtung sein. Autoren: Michael Rossa ist seit über 20 Jahren im Bereich der Glastechnik und der Bauphysik, mit den Schwerpunkten Lichttechnik, Energieeffizienz, Sonnenschutz, Photovoltaik tätig und zurzeit als Produktingenieur beim ift Rosenheim. Er gibt seine Erfahrung als Lehrbeauftragter an der Hochschule Rosenheim für gebäudeintegrierte Photovoltaik sowie durch Vorträge und in ED PRO Seminaren weiter. 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. Das ift Rosenheim existiert seit Es begleitet als neutrale Einrichtung die Fenster-, Fassaden- und Türenbranche in allen Fragen der Forschung, Normung, Zertifizierung und Zulassung. Die ift-richtlinien sind technische Regelwerke, die Normen ergänzen und deren praktische Anwendung erleichtern. Die Basis dafür sind Erkenntnisse und Erfahrungen aus Industrie, Wissenschaft, Forschung, Prüfungen und Gutachten. Seit März 2009 bietet das ift zusammen mit der Hochschule Rosenheim den berufsbegleitenden Masterstudiengang Fenster und Fassade an. Kontakt und weitere Infos:

8 Seite 8 von 8 Literaturhinweise [1] DIN : Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz [2] DIN V : Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs [3] DIN V /A1: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs; Änderung A1 [4] EN : 2003+A1:2007 Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades - Teil 1: Vereinfachtes Verfahren [5] EN : 2005 Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen - Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades - Teil 2: Detailliertes Berechnungsverfahren [6] EN 410: Glas im Bauwesen - Bestimmung der lichttechnischen und strahlungsphysikalischen Kenngrößen von Verglasungen [7] VDI 2078: Berechnung der Kühllast klimatisierter Räume (VDI- Kühllastregeln) [8] VDI 2078 Blatt 1, Ausgabe: Berechnung der Kühllast klimatisierter Gebäude bei Raumkühlung über gekühlte Raumumschließungsflächen [9] ift Forschungsbericht Entwicklung einer Referenzmethode zur kalorimetrischen Bestimmung des Gesamtenergiedurchlassgrades von transparenten und transluzenten Bauteilen (REGES); Oktober 2001 [10] EN 14501: 2005 Abschlüsse - Thermischer und visueller Komfort - Leistungsanforderungen und Klassifizierung