Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“
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Publikation – ift Rosenheim Dipl.-Phys. Michael Rossa Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“ Seite 1 von 7 Dipl.-Phys. Michael Rossa ift Rosenheim Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“ Solar Power contra Sonnenschutz und Behaglichkeit 1 Solare Gewinne überall Der Begriff „erneuerbare Energien“ ist in aller Munde und zum Synonym für saubere Energien geworden. Diese Bezeichnung ist physikalisch gesehen jedoch eigentlich nicht richtig: Energie wird umgewandelt, aber sie kann nicht erneuert werden. Wir haben – nüchtern betrachtet – auch gar kein Energieproblem, denn wir sind von Energie umgeben. Das Problem dabei ist, sie liegt nicht immer in der gewünschten und technisch nutzbaren Form vor oder das Energieangebot der Ressource schwankt zeitlich. Gerade dieser Umstand gilt für die Nutzung der solaren Gewinne in Gebäuden. Während der Wintermonate ist die solare Strahlung begrenzt und schwankt je nach Wetterlage. Im Sommer, wenn das Solarangebot kaum benötigt wird, ist es jedoch im Überfluss vorhanden. Leider in einer Form, die wir so technisch nicht direkt nutzen können. Dies führt bei falscher Planung sogar dazu, dass wir im Sommer Energie zur Kühlung aufwenden müssen, um die solaren Gewinne zu beseitigen und ein behagliches Raumklima zu schaffen. Die Nutzung solarer Gewinne für Gebäude muss daher gut überlegt und geplant werden. Eine reine Ug- und g-Wert Betrachtung ist nicht ausreichend. Nur eine ganzheitliche Betrachtung des Gebäudes unter Berücksichtigung der Nutzung, der solaren Gewinne, des erforderlichen Sonnenschutzes, des Tageslichtangebotes und ggf. eines Blendschutzes schafft ein für den Nutzer in jeder Hinsicht befriedigendes Umfeld. 2 U-Wert contra solare Gewinne Der U-Wert ist die maßgebliche Größe für den Wärmeschutz eines Gebäudes. Wertvolle Heizenergie muss eingespart werden. Ein aus Sicht des Wärmeschutzes ideal ausgeführtes „Gebäude“ ist eine Thermoskanne: ideale Isolation, aber auch kein © 2010 Institut für Fenstertechnik e.V.; Theodor-Gietl-Straße 7-9; 83026 Rosenheim www.ift-Rosenheim.de; [email protected]; Tel./Fax 08031/261-0/290 Publikation – ift Rosenheim Dipl.-Phys. Michael Rossa Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“ Seite 2 von 7 Tageslicht, kein Sichtkontakt nach außen und keine Nutzung solarer Gewinne. Eine aber nicht wünschenswerte Zukunft. Glas, Fenster und Fassaden haben zugegebenermaßen einen geringeren U-Wert als z. B. eine massiv gedämmte Wand. Sie kompensieren dieses Manko jedoch durch hervorragende Eigenschaften, die eine Wand nicht besitzt. Sie lassen Tageslicht in den Raum, sie stellen dem Nutzer den Kontakt zur Außenwelt her, und durch die Verglasung gelangt Solarstrahlung in das Gebäude, die das Gebäude beheizt. Kostenlose Energie durch das Fenster. Die solare Energie wird oft unterschätzt. Welchen Anteil sie im Vergleich zu den Wärmeverlusten hat, zeigt Bild 1. Bild 1 Wärmegewinne decken einen Großteil der Heizkosten Als erste Aufgabe bei der Planung gilt es daher, den g- und den U-Wert der Verglasung zu optimieren. Eine einseitige Ug-Wert-Optimierung ohne Berücksichtigung der solaren Gewinne kann sogar zu einem Mehrverbrauch führen, wie das Berechnungsbeispiel in Bild 2 zeigt. © 2010 Institut für Fenstertechnik e.V.; Theodor-Gietl-Straße 7-9; 83026 Rosenheim www.ift-Rosenheim.de; [email protected]; Tel./Fax 08031/261-0/290 Publikation – ift Rosenheim Dipl.-Phys. Michael Rossa Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“ Seite 3 von 7 Bild 2 Optimierungsstrategie Ug und g Die einfache Betrachtungsweise in Form des äquivalenten U-Wertes Ueq Ueq = Ug – S x g g = Gesamtenergiedurchlassgrad S = Strahlungsgewinnkoeffizient Ug = U-Wert der Verglasung verdeutlicht dies, ist aber als Planungsinstrument ungeeignet. Letztendlich ist eine gesicherte Aussage erst unter Berücksichtigung aller Einflussgrößen wie etwa des erforderlichen Sonnenschutzes und des geplanten Fensterflächenanteils usw. möglich. Eine komplexe Aufgabe, die durch einen Planer geleistet werden muss. 3 Solare Gewinne contra Sonneschutz Im Sommer ist das Strahlungsangebot der Sonne besonders groß. Die Außentemperaturen sind im Regelfall jedoch so hoch, dass eine Beheizung des Gebäudes nicht notwendig ist. Die Folge: unbehaglich hohe Innenraumtemperaturen. Bereits im Frühling und Herbst können nicht mehr alle solaren Gewinne genutzt werden. Das Zuviel ist eine Aufgabe für einen gut funktionierenden Sonnenschutz. Der Sonnenschutz soll also den g-Wert der Verglasung reduzieren. Hierzu existieren mehrere Möglichkeiten: Sonnenschutzgläser sind statische Systeme mit niedrigem, konstantem g-Wert. Sie reduzieren die solaren Gewinne auch dann, wenn sie benötigt werden. Außenliegende, © 2010 Institut für Fenstertechnik e.V.; Theodor-Gietl-Straße 7-9; 83026 Rosenheim www.ift-Rosenheim.de; [email protected]; Tel./Fax 08031/261-0/290 Publikation – ift Rosenheim Dipl.-Phys. Michael Rossa Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“ Seite 4 von 7 nach Möglichkeit variable Sonnenschutzsysteme sind am effektivsten, da sie die Solarstrahlung reduzieren, noch bevor sie ins Gebäude gelangt. Sie haben aber den Nachteil der Witterung ausgesetzt zu sein und müssen ggf. durch Windwächter bei Sturm vor Zerstörung geschützt werden. Es gibt jedoch auch Systeme, die hohen Windgeschwindigkeiten widerstehen. Ein weiteres Thema ist ggf. die Wartung und Reinigung. Diese Nachteile vermeiden Systeme, die im Scheibenzwischenraum des Isolierglases eingebaut sind. Diese sind vor Beschädigung und Verschmutzung geschützt, müssen aber eine hohe Dauerhaftigkeit aufweisen, da der Sonnenschutz für Wartung und Reparatur nicht mehr zugänglich ist. Ein im Raum angebrachter Sonnenschutz ist am wenigsten effektiv, insbesondere dann, wenn er als Notbehelf nachträglich geplant wurde, da sich die Strahlung bereits im Raum befindet. Hier besitzen nur nach außen reflektierende Systeme eine befriedigende Leistung. Neben den hier angesprochenen klassischen Systemen gibt es noch eine Reihe innovativer Entwicklungen im Sonnenschutzbereich wie z. B. elektrochrome Verglasungen und speziell gefertigte Lamellensysteme, die auch zur Tageslichtlenkung dienen. DIN 4108 und DIN V 18599 enthalten Planungsvorgaben für ein „behagliches Raumklima“ und die Nutzung solarer Gewinne. Die gestellten Anforderungen an den Sonnenschutz sind jedoch Mindestanforderungen, die nicht immer ein behagliches Innenklima sicherstellen. Abschließend sei darauf hingewiesen, dass auch passive System nur unterstützen könne. In Hitzephasen mit tropischen Außentemperaturen über einen langen Zeitraum kann auch ein Sonnenschutz keine Innentemperaturen sicherstellen, die unter der Außentemperatur liegen. Maßnahmen zu Nachtauskühlung durch ein Lüftungskonzept können unterstützen. 4 Zusammenfassung Wärmeschutz, solare Gewinne und Sonnenschutz sind eine ganzheitliche Planungsaufgabe, um den Energieverbrauch eines Gebäudes zu minimieren und ein behagliches Raumklima für den Nutzer sicher zu stellen. Hierbei muss das Gebäude in seinen Funktionen und Energieströmen als Ganzes betrachtet werden. Einseitige Teiloptimierungen, z. B. beim Wärmeschutz, führen oft in eine Sackgasse und für den Nutzer zu unbefriedigenden Lösungen. Fenster und Fassaden brauchen in jedem Fall einen Sonnenschutz, der – sofern sinnvoll und erforderlich – variabel sein sollte. Nur so wird aus dem Solarkraftwerk Fenster und Fassade ein Kraftwerk, hinter dem Wohnkomfort und niedriger Energieverbrauch herrscht. © 2010 Institut für Fenstertechnik e.V.; Theodor-Gietl-Straße 7-9; 83026 Rosenheim www.ift-Rosenheim.de; [email protected]; Tel./Fax 08031/261-0/290 Publikation – ift Rosenheim Dipl.-Phys. Michael Rossa Fenster und Fassaden als „Solarkraftwerk“ Seite 5 von 7 Wissenswertes in Kürze Worauf ist bei der Nutzung solarer Gewinne zu achten? 1 Es zählt die Energiebilanz. Daher den Ug-Wert und den gWert der Verglasung sowie Ausrichtung und Fensterflächenanteil in der Planung optimieren. 2 Bei Fenstern immer einen zusätzlichen Sonnenschutz berücksichtigen. Fenster ohne Sonnenschutz erfüllen in der Regel nicht die Anforderung der EnEV und sorgen für unbehaglich hohe Raumtemperaturen. 3 Ein variabler Sonnenschutz garantiert hohe solare Gewinne, behagliche Innentemperaturen und eine ausreichende Tageslichtversorgung. 4 Bei Arbeitsplätzen auf einen Blendschutz achten. Eine Kombination aus Sonneschutz und Blendschutz ist ideal. 5 Großzügige Verglasungen benötigen immer einen gut funktionierenden Sonnenschutz 6 Klimatische Randbedingungen berücksichtigen! In Helsinki benötigt der Planer andere Lösungsstrategien als in Frankfurt oder Rom. © 2010 Institut für Fenstertechnik e.V.; Theodor-Gietl-Straße 7-9; 83026 Rosenheim www.ift-Rosenheim.de; [email protected]; Tel./Fax 08031/261-0/290
