Sommerlicher Wärmeschutz versus Kühllast

Im Gebäudeenergiegesetz GEG 2024 [1] wird hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes sowohl in § 11 (Mindestwärmeschutz) und als auch § 14 (sommerlicher Wärmeschutz) in den Absätzen 1 bis 3 auf die Einhaltung der DIN 4108 Bl. 2 [2] bzw. deren Berechnungsmethoden verwiesen. Absatz 4 beinhaltet Aspekte zur notwendigen Kühlung: „Wird bei Gebäuden mit Anlagen zur Kühlung die Berechnung nach Absatz 3 durchgeführt, sind bauliche Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz gemäß DIN 4108-2: 2013-02 Abschnitt 4.3 insoweit vorzusehen, wie sich die Investitionen für diese baulichen Maßnahmen innerhalb deren üblicher Nutzungsdauer durch die Einsparung von Energie zur Kühlung unter Zugrundelegung der im Gebäude installierten Anlagen zur Kühlung erwirtschaften lassen.“

Die DIN 4108 [2] weist jedoch im Allgemeinen nur auf Einflussfaktoren wie Fensterflächenanteil, Energiedurchlassfaktor und Abminderungsfaktoren von Sonnenschutzeinrichtungen hin, ohne auf den Einfluss der inneren nutzungsbedingten Wärmelasten, das Speicherverhalten der Raumumschließungskonstruktion und dem z. T. aus hygienischen Gründen notwendigen Außenluftwechsel einzugehen.

Vorbemessung

In Ergänzung zur DIN 4108 Bl. 2 [2] zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes kann bei nicht gekühlten Räumen nach Petzold [3], [4], [5] mit Hilfe des Wärmebeharrungsvermögens WBV abgeschätzt werden, welche bautechnischen und lüftungstechnischen Maßnahmen notwendig sind, um zulässige bzw. behagliche sommerliche Raumlufttemperaturen zu erreichen.

Das Wärmebeharrungsvermögen ist abhängig vom Speichervermögen des Gebäudes bzw. Raumumschließungskonstruktion, dem Wärmewiderstand der Raumumschließungskonstruktion und der Lüftung mit Außenluft. Es ist folglich – weil die benötigte Lüftung im Sommer besonders von der inneren (technologischen) Wärmelast bestimmt wird – auch von der Funktion des Gebäudes abhängig.

Das Vorbemessungsverfahren kann mit ingenieurtechnischen Mitteln die Wechselwirkung von Lüftung, innerer und äußerer Kühllast, dem Wärmebeharrungsvermögen (WBV) und mittlerer Raumlufttemperatur bewerten.

1. Kriterium

Das WBV ist groß, wenn eine geringe Lüftung mit Außenluft   genügt und eine große speicherwirksame Bauwerksmasse M vorhanden ist. Es gilt:

 600 kg/m² und 6(m³/h)/m²

mit: Bruttogeschossfläche in m²

Diese Kriterien gelten in der Regel bei Gebäuden (z. B. Wohngebäude oder analog genutzte Gebäude) bei denen die spezifische mittlere innere Wärmelast ≥ 10 W/m² ist und bei denen die Vorschriften von DIN V 18599 [6] und Richter [7] zugrunde gelegt wurden. Der sommerliche Wärmeschutz kann sich auf die Verschattung der Fenster (Gesamtenergiedurchlassgrad nach DIN 4108 Bl. 2 [1] und DIN 4710) [8] in Abhängigkeit von der verglasten Fenstergröße und der speicherwirksamen Bauwerksmasse beschränken.

Eine mittlerer Raumlufttemperatur 26 °C wird nicht überschritten, wenn

Ist das 1. Kriterium nicht erfüllt, so muss intensiv gelüftet werden, um erträgliche Raumlufttemperaturen zu erhalten.

2. Kriterium

Unabhängig von der speicherwirksamen Bauwerksmasse muss sein:

Legende dazu:

Tagesmittel der Strahlungslast in W

Tagesmittel der Transmissionslast durch Strahlung in W

Tagesmittel der inneren, nutzungsbedingten Wärmelast (Personen, Maschinen, Beleuchtung) in W

Wärmedurchgangskoeffizient in W/(m² K)

Oberfläche der Außenbauteile in m²

Wert entspricht dem spezifischen Transmissionswärmeverlust  nach EnEV (GEG 2024)

Tagesmittel der Außenlufttemperatur in °C

spezifische Wärmekapazität je Volumeneinheit Luft (= 0,33 Wh/(m³ K)

Tagesmittel des Außenluftvolumenstroms in m³/h

Tagesmittel des Sommermaximums der Basistemperatur, wie in nachfolgender Tabelle aufgeführt

Die Beziehung gilt auch

für Gebäude, die wegen größerer innerer Wärme- und/oder Stofflasten eine intensive Lüftung benötigen (z.B. Krankenhäuser, Schulen) und

für Gebäude mit kleinem Wärmebeharrungsvermögen. Dies sind

Leichtbauten (z.B. Wohncontainer, leichte Raumzellen) und

und intensiv gelüftete Räume mit ≥ 40 W/m², wobei die Ursache für den größeren Luftvolumenstrom in der Regel eine hohe spezifische innere nutzungsbedingte Wärmelast von   ist.

Bei diesen hohen spezifischen inneren nutzungsbedingten Wärmelasten genügt es, den sommerlichen äußeren Wärmeschutz darauf zu beschränken, dass ist.

Erfolgt eine Modifizierung der Gleichung für das 2. Kriterium, dem man

die Gleichung durch die Bruttogeschossfläche dividiert,

für den linken Term der Wert einsetzt,

für den Außenluftwechsel einführt,

von einer mittleren Raumhöhe 2,60 m ausgeht,

den spezifischen Transmissionswärmeverlust  einführt und

die Temperaturdifferenz ersetzt,

so kann der Zusammenhang zwischen dem Außenluftwechsel , der Temperaturdifferenz  und der spezifischen Gesamtwärmelast dargestellt werden (Abb. 1):

Es kann u. a. davon ausgegangen werden, dass der spezifische Transmissionswärmeverlust  auf Grund der Forderungen von [1] als gering bemessen werden kann.