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Sommerlicher Wärmeschutz für Gebäude

Gebäude schützen Nutzer vor Kälte, Nässe und Hitze. Der sommerliche Wärmeschutz ist ein Thema, dem aufgrund des Klimawandels und der damit einhergehenden längeren Hitzeperioden auch in Deutschland immer größere Wichtigkeit zukommen muss.  Ist der sommerliche Wärmeschutz ungenügend, kann es in der wärmeren Jahreszeit schnell zu einer unangenehmen Hitzeentwicklung im Gebäudeinneren kommen, die das Wohlbefinden und die Gesundheit der Bewohner und Nutzer beeinträchtigen kann. Innenraumtemperaturen über 25-27° C müssen daher vermieden werden.

Wärmeschutzmaßnahmen haben also einen positiven Einfluss auf das Raumklima. Dagegen haben Gebäude mit unzureichendem Wärmeschutz oft einen stark erhöhten Energieverbrauch für Kühlung. Daher ist wichtig, bei der Gebäudeplanung auf eine optimale Kombination aus Sonnenschutz, Dämmung, Lüftung und Materialauswahl zu achten, um ein angenehmes Raumklima zu gewährleisten und den Energieverbrauch zu minimieren.

In diesem Blog erfahren Sie

Ursachen für Überhitzung durch fehlende Wärmeschutzmaßnahmen:

  • Sonneneinstrahlung auf bzw. in das Gebäude, besonders bei großen Fensterflächen
  • Positionierung von Fenstern, so dass sie zu viel Sonnenstrahlung ins Gebäude lassen
  • Unzureichende oder falsche Belüftung, so dass sich warme Luft im Gebäude staut und die Raumtemperatur erhöht
  • Ungünstige Ausrichtung des Gebäudes
  • Mangelnde Speicherfähigkeit der Bauteile
  • Zu hohe Wärmeabgabe von elektrischen Geräten

Eine Kombination dieser Faktoren kann zu einer besonders starken Überhitzung führen. Mit negativen Auswirkungen auf die Gebäudenutzer: In Bürogebäuden verschlechtert sich die Arbeitsleistung der Anwesenden, in Wohngebäuden sinkt die Lebensqualität und durch überhitzte Schlafräume auch die Regenerationsphasen. 
Um dann trotzdem eine Abkühlung erzielen zu können, muss bei konventionellen Gebäuden Kühltechnik eingesetzt werden, was zu hohen Energiekosten führt. Im Sinne einer bessere Energiebilanz und CO2-Reduzierung sollten daher möglichst natürliche und passive Maßnahmen gegen Überhitzung eingesetzt und wenig Anlagentechnik verbaut werden.

Grafik, die die Wirkung der Stellung von Fensterlamellen zeigt
Lichtlenkungselementen leiten das einfallende Licht gezielt in den Raum und reduzieren gleichzeitig die Strahlung und Hitze

Maßnahmen zur Vermeidung von Überhitzung von Gebäuden:

Um Überhitzung von Gebäuden im Sommer zu vermeiden, gibt es verschiedene Strategien und Technologien. Hier sind einige Möglichkeiten:

  • Verschattungssysteme: Durch den Einsatz von Rollläden, Jalousien oder Sonnensegeln an Fenstern und Fassaden kann die Einstrahlung von Sonnenlicht reduziert werden. Dies führt zu einer verminderten Wärmeaufnahme durch die Gebäudehülle und trägt dazu bei, dass das Innere des Gebäudes kühler bleibt. Hierbei ist vor allem der außen liegende Sonnenschutz zu bevorzugen, weil so die Wärme noch vor Eintritt in das Gebäude blockiert wird. Optimal ist ein Sonnenschutz mit Tageslichtlenkung: Dieser ermöglicht es, das natürliche Licht in Innenräumen zu erhalten und gleichzeitig eine Überhitzung zu vermeiden. Dies wird durch die Kombination von Sonnenschutz- und Lichtlenkungselementen erreicht, die das einfallende Licht gezielt in den Raum leiten und gleichzeitig die Strahlung und Hitze reduzieren. Diese Technologie kann den Energiebedarf für künstliche Beleuchtung und Klimatisierung reduzieren und das Raumklima verbessern.
Grafik zum solaren Eintrag nach Himmelsrichtung, der zeigt, dass Nordfenster durchaus Sonnenstrahlung abbekommen
Auch Nordfenster erhalten einen solaren Strahlungseintrag
  • Ausrichtung und Neigung der Fensterflächen: Eine sorgfältige Planung der Fensterpositionen kann dazu beitragen, eine Überhitzung des Gebäudes im Sommer zu vermeiden. Durch die Ausrichtung der Fenster nach Norden und durch eine Neigung der (Dach-)Fensterflächen in einem Winkel, der eine direkte Sonneneinstrahlung vermeidet, kann die Wärmeeinwirkung reduziert werden. Allerdings ist eine Süd-Ausrichtung der Fenster nicht generell unerwünscht, da diese im Winter energetisch wichtig sind. Hier divergieren die Ansprüche von Architekten und Bauphysikern: Während die einen möglichst große Fensterflächen zur Belichtung der Räume wollen, möchten Ingenieure im Hinblick auf die Raumüberhitzung diese möglichst klein halten oder an die Nordfassade setzen. Anzustreben ist daher eine optimale Verteilung, Positionierung und Größe der Fenster. Anzumerken ist aber, dass auch Nordfenster einen solaren Eintrag haben, wie an folgender Grafik sehen ist:
Tabelle, die den Luftwechsel bei unterschiedlicher Fensterstellung anzeigt - am höchsten bei Querlüftung
Querlüften ermöglicht einen hohen Luftaustausch in relativ kurzer Zeit
  • Art der Verglasung (Fensterbeschichtungen): Spezielle Fensterbeschichtungen können dazu beitragen, eine Überhitzung des Gebäudes im Sommer zu vermeiden. Diese Beschichtungen reduzieren die Sonneneinstrahlung und lassen dennoch ausreichend Tageslicht in den Raum. Der Gesamtdurchlassgrad, der soenannte g-Wert einer Wärmeschutzverglasung liegt im Normalfall zwischen 0,72 und 0,65. Ein g-Wert von 0,65 bedeutet, dass nur 65% der Energie (Transmission und Wärmeabgabe) vom Glas durchgelassen werden.  Bei Sonnenschutzverglasungen sind dagegen g-Werte bis 0,20 möglich. Während ältere Sonnenschutzgläser noch bräunlich waren, sind diese heute farblich nahezu neutral. Die Beschichtung erfolgt üblicherweise als Bedampfung z.B. mit Silber oder Chrom und ist auf diese Weise hauchdünn. 
  • Fensterlüfter: Fensterlüfter ermöglichen eine natürliche Belüftung des Raumes. Die Lüfter können entweder manuell oder automatisch gesteuert werden und sorgen für eine kontinuierliche Frischluftzufuhr. Einbruchssichere Nachtlüftungsklappen ermöglichen eine kontrollierte Luftzirkulation bei geschlossenen Fenstern. Da sie mit speziellen Sicherheitsmerkmalen wie verstärkten Rahmen, verschließbaren Klappen und abschließbaren Griffen ausgestattet sind, sind sie einbruchssicher und können so gerade Bürogebäude mit der kühlen Nachtluft versorgen. 
  • Unterschiedliche Arten der Raumlüftung: Eine gezielte Raumlüftung kann dazu beitragen, eine Überhitzung des Gebäudes im Sommer zu vermeiden. Dabei können beispielsweise Fenster und Türen auf gegenüberliegenden Seiten des Gebäudes geöffnet werden, um einen erhöhten Luftwechsel durch Durchzug zu erzeugen (Querlüften). Zudem macht es Sinn, nachts zu lüften, wenn die Außentemperatur niedriger ist, und tagsüber im Sommer die Fenster geschlossen zu halten. Ein hoher Luftwechsel (Austausch der Luft in einer Stunde) findet statt, wenn der Luftaustausch sogar über mehrere Etagen erfolgt.
  • Konstruktionsweise der raumumfassenden Bauteile: Durch eine geeignete Konstruktion der Wände, Dächer und Böden kann die Wärmeübertragung reduziert werden. So trägt beispielsweise eine massive Wandkonstruktion dazu bei, dass die Wände Wärme speichern bzw. sich nicht so schnell erhitzen. Außerdem findet so eine Phasenverschiebung statt, also die verzögerte Temperaturweitergabe von der Außenfläche eines Bauteils bis zu seiner Innenfläche, was das Raumklima besonders im Sommer begünstigt:  Die maximalen Außentemperaturen kommen erst zeitversetzt auf der Innenseite der Wand an, also erst in den kühlen Nachtstunden und umgekehrt. 
  • Passive Kühlung: Passive Kühlungssysteme nutzen natürliche Energiequellen wie Erdsonden, Aquathermie-Sonden oder Eisspeicher, um das Gebäude im Sommer kühl zu halten. Durch die ganzjährig gleichbleibende Temperatur von ca. 10-12° C und eine Umkehrung der Funktion der Wärmepumpe können diese regenerativen Quellen ein Gebäude im Sommer kühlen – bei Kombination mit der Stromgewinnung für die Wärmepumpe aus einer Solaranlage ganz ohne Kosten oder CO2 Ausstoß. Als Quelle zur Gebäudekühlung dienen auch Eisspeicher, die so im Sommer auftauen und sich wieder regenerieren. Am besten kombiniert wird diese Art der Kühlung mit einer Flächenheizung oder Bauteilaktivierung.

Vorschriften und Normen, die den sommerlichen Wärmeschutz regeln:

  • Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) regelt den sommerlichen Wärmeschutz und verlangt, dass bei Neubauten und Sanierungen bestimmte Anforderungen erfüllt werden müssen.
  • Die DIN 4108-2 gibt die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz und damit die Regeln für den sommerlichen Wärmeschutz vor, die insbesondere bei der Planung und Ausführung von Gebäuden beachtet werden müssen. Hierbei werden unter anderem Maßnahmen wie Sonnenschutz und Lüftung berücksichtigt.
  • Die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) fördert Maßnahmen zur Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes.
  • Weitere Normen und Vorschriften sind die DIN EN 1737, die DIN 5034, die Tageslichtverordnung und verschiedene länderspezifische Regelungen.
Pueblo-Haus als Lehm mit dicken Wänden
Die dicken Mauern der Pueblo-Architektur sorgen für eine zeitversetzte Abgabe der Wärme in die Innenräume

Beispiele aus der Praxis mit gutem sommerlichen Wärmeschutz:

Ein Beispiel für ein modernes Gebäude in Deutschland mit erfolgreich umgesetztem sommerlichem Wärmeschutz ist das Oscar-von-Miller-Forum in München. Eine gebäudeintegrierte Photovoltaikanlage schützt die nach Süden ausgerichtete, doppelte und hinterlüftete Glasfassade vor übermäßiger Wärmeentwicklung und verhindert eine Überhitzung im Sommer, während im Winter die Sonnenstrahlung für die Erwärmung genutzt wird. Auch auf dem Dach dienen Photovolatik-Elemente im Sommer als Verschatter, das Dach ist außerdem begrünt. Die Klimatisierung erfolgt über eine Betonkernaktivierung und eine geothermische Kühlung. (http://thomasherzogarchitekten.de/wp-content/uploads/2017/04/DE-2010-OvMF.jpg). 

Weitere Beispiele sind der Cube Berlin, ein nachhaltiges Bürogebäude, das über eine innovative Fassade sowie über ein intelligentes Belüftungssystem verfügt. Das begrünte Dach des Gebäudes trägt ebenfalls dazu bei, den städtischen Wärmeinseleffekt zu reduzieren (https://3xn.com/project/cube-berlin). Auch die Elbphilharmonie in Hamburg hat mit ihrer einzigartiger Glasfassade mit gebogenen Paneelen, die das Sonnenlicht reflektieren und den solaren Wärmeeintrag reduzieren ein innovatives sommerliches Wärmeschutzsystem. Zudem nutzt das Belüftungssystem Elbwasser zur Kühlung des Gebäudes (https://transsolar.com/de/projects/concert-hall-elbphilharmonie).

Auch ein Blick in die Vergangenheit lohnt sich: Traditionelle Gebäude bieten oft sehr guten sommerlichen Wärmeschutz, beispielsweise die Pueblo-Architektur im Südwesten der Vereinigten Staaten. Diese Gebäude bestehen in der Regel aus Lehm oder anderen natürlichen Materialien, die für thermische Masse sorgen, und sie haben dicke Wände und kleine Fenster, um die sommerliche Hitze draußen zu lassen. Die Gebäude haben außerdem oft überkragende Flachdächer, die Schatten spenden. Auch die typischen weißen Gebäude in Griechenland dienen dem Sonnenschutz, indem sie Sonnenstahlen reflektieren und sich so weniger aufheizen.

Ausblick und Innovationen:

Der sommerliche Wärmeschutz von Gebäuden wird in Zukunft aufgrund des Klimawandels und steigender Temperaturen eine immer wichtigere Rolle spielen. Denn die meisten Gebäude in Deutschland sind noch nicht ausreichend auf heiße Sommer vorbereitet und können in den kommenden Jahren große Probleme bekommen. 
Innovative Technologien und Materialien helfen, den sommerlichen Wärmeschutz zu verbessern.

  • Eine vielversprechende Entwicklung sind sogenannte "smart materials", die ihre Eigenschaften je nach Umgebungstemperatur anpassen können. Hierbei handelt es sich um Materialien, die aufgrund ihrer chemischen oder physikalischen Eigenschaften bei höheren Temperaturen ihre Struktur oder Farbe verändern und somit den Wärmeeintrag ins Gebäude reduzieren können. Beispielhaft für ein solches Material seien "thermochromische Beschichtungen" genannt, die ihre Farbe bei höheren Temperaturen ändern und somit einen höheren Reflektionsgrad aufweisen. Dadurch kann weniger Wärmestrahlung ins Gebäude eindringen und es bleibt kühler. 
  • Auch Phase-Changing-Materials (PCM) können die Wärmeentwicklung in Gebäuden steuern. Dabei handelt es sich um Latentwärmespeicher, die einen hohen Anteil von Wärme- und Kälteenergie über lange Zeit speichern und verlustfrei wieder abgeben können. Als Zugabe zum Beispiel in Porenbetonsteinen können PCM tagsüber überschüssige Wärmeenergie speichern und diese nachts wieder abführen. 
  • Eine vielversprechende Technologie steckt auch in sogenannten "aktiven Fassadensystemen", die unterschiedliche Methoden kombinieren. Sie können sich automatisch an die Umgebungstemperatur anpassen und somit den sommerlichen Wärmeschutz verbessern. Die Systeme bestehen aus verschiedenen Elementen, wie beispielsweise Sonnenschutzlamellen oder Klappen, die sich je nach Temperatur öffnen oder schließen und somit den Wärmeeintrag ins Gebäude regulieren.

Neben diesen innovativen Technologien erwarten wir auch eine verstärkte Nutzung von erneuerbaren Energien im Bereich der Gebäudekühlung. So werden Wärmepumpen oder Kälteerzeuger mit erneuerbaren Energien betrieben und leisten somit einen nachhaltigen Beitrag zum sommerlichen Wärmeschutz. 
Innovative Technologien und Materialien, erneuerbare Energiequellen sowie eine Rückbesinnung auf traditionelle Bauweisen bieten vielversprechende Möglichkeiten, um den Wärmeeintrag in Gebäude künftig zu reduzieren und somit ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Nebenbei sinken so auch die CO2 emissionen weiter. Lassen Sie sich von uns beraten!

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