Wärmegewinne und geringerer Energiebedarf durch moderne Glasprodukte

Solare Gewinne durch Multifunktionsgläser

Solare Wärmegewinne durch Fenster können bei besonders Energie sparenden Neubauten den Heizwärmebedarf im Winter erheblich verringern. Die Höhe der erzielbaren solaren Wärmegewinne hängt dabei von der Ausrichtung, der Größe, der Verschattung und vom g-Wert der Verglasung der Fenster ab.

Veröffentlicht: 27. September 2019

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Solare Gewinne sind die Wärmeerträge in Gebäuden, die sich aus der Sonneneinstrahlung durch Fensterflächen ergeben. Sie sind abhängig von der Fläche der Fenster, deren Ausrichtung zur Sonne (Süden, Westen, Osten) und Energiedurchlässigkeit. Früher waren Wintergärten notwendig, um passiv Solarenergie zu gewinnen. Heute ist dies ohne Pufferzonen mit großen Panorama-Verglasungen möglich. Die Verbesserung des Wärmeschutzes bei gleichzeitig hohem Gesamtstrahlungsdurchlass ermöglicht den unmittelbaren Solarwärmegewinn durch besonnte Verglasungen, ohne zu so hohen Wärmeverlusten wie früher zu führen. Licht und Sonnenwärme können so direkt den Hauptnutzflächen zugeführt werden. Generell gilt: In den Wintermonaten sollten die solaren Gewinne möglichst hoch sein, damit der Heizwärmebedarf und somit die Heizkosten gering bleiben. In den Sommermonaten hingegen sollten die solaren Gewinne durch entsprechende Verschattungsmaßnahmen reduziert werden. Der optimale Kompromiss zwischen solaren Gewinnen im Sommer und im Winter ist immer standortabhängig, da das jeweilige lokale Strahlungsangebot entscheidet, wie viel Energie über das Gesamtjahr eingespart werden kann.

Wie fallen passive solare Wärmegewinne an?

Passive solare Wärmegewinne fallen unmittelbar im sonnenbeschienenen Raum an. Durch Absorption der Strahlungsenergie von der Sonne erwärmen sich Fußböden und Wände. Sie geben den solaren Wärmegewinn konvektiv oder durch Wärmestrahlung wieder an den Raum ab. Die erwärmte Raumluft lässt sich begrenzt durch thermischen Auftrieb und kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung im Gebäude weiterführen. Kann man die passiven solaren Gewinne jedoch nicht mehr nutzen, da der Raum beispielsweise bereits warm genug ist, wandelt sich der Gewinn an Wärme unmittelbar in eine Wärmelast um. Nicht wenige gläserne Bürobauten verwenden einen großen Teil der in ihnen verwandten Energie darauf, solche unerwünschten Wärmelasten unter Aufwand erheblicher Energiemengen der wieder wegzukühlen. Passive Solarwärmegewinne sollten daher sorgfältig geplant und mit geeigneten flexiblen Verschattungsmaßnahmen kombiniert werden, etwa einer Jalousie im Scheibenzwischenraum. Glashäuser mit hochwertigen Wärmeschutzverglasungen und Rahmensystemen können heute in vielen Fällen vom Frühjahr bis zum Herbst zur Hauptnutzfläche gezählt werden. Eingebunden in angepasste Gebäudeplanungen mit genügend großen Speichermassen und Sonnenschutzsystemen eröffnen sich zahlreiche Entwurfsvarianten für energieoptimierte Fassaden.

Moderne Gläser senken den Jahresprimärenergiebedarf

Da die winterliche Nicht-Verschattung von Fenstern für die solaren Wärmegewinne eine ganz wesentliche Rolle spielt, sollte diese schon in der Bebauungsplanung bei der Festlegung zulässiger Baukörperausrichtungen, Gebäudehöhen, Gebäudeabstände und Dachneigungen einbezogen werden. In der konkreten Bauplanung sollte sie in die Baukörpergestaltung, Grundrissplanung, Positionierung und Gliederung der Fenster einfließen. Dabei ist es wichtig, auch die vielen kleineren Einflussfaktoren auf die effektive Verschattung wie Dachüberstände, Rahmenanteile, Rahmenbreiten, Laibungstiefen und evtl. Sprossungen nicht zu unterschätzen. Generell ist Glas nach wie vor der einzige Baustoff, der direkte solare Gewinne vorweisen kann und somit den Jahresprimärenergiebedarf senkt. Hierzu ein Beispiel: Die Berechnung erfolgte mit der öffentlich zugänglichen Excel-Tabelle der Universität Kassel zur Berechnung von Gebäuden nach ENEV 2009 und der DIN V 4108-4. Dort gibt es die Möglichkeit, Beispiel-Referenzgebäude herunterzuladen. Die nachfolgenden Berechnungen wurden mit dem Beispiel „Einfamilienhaus“ durchgeführt.

Volumen (Außenmaß) [m³]	V_e =	669,00
Geschosshöhe [m]	h_G =	2,75
Nutzfläche [m²]	A_N=	f_G * V_e= 0,32 * 669,00 = 214,1 m²
Fensterfläche	Nord 90°	5,5 m²
Fensterfläche	Süd 90°	12,5 m²
Fensterfläche	Ost – West	13,5 m²

Nutzfläche AN = 214,1 m²

Primärenergiebedarfe:

		U_W– Wert [W/m²K]	g -Wert	Primärenergiebedarf Q_P[kWh/(m²+a)]
1.	Referenzausführung	U_W= 1,3	g = 0,6	63,16
2.	g – Wert verbessert	U_W= 1,3	g = 0,63	62,61
3.	U – Wert verbessert	U_W= 1,0	g = 0,6	60,02
4.	U- und g-Wert verbessert	U_W= 1,0	g = 0,62	59,70

„Referenz-Fenster“ mit Zweischeiben-Isolierglas mit Ug = 1,1 W/m²K und g = 0,6
„Standard-Fenster“ mit modernem Zweischeiben-Isolierglas Ug = 0,7 W/m²K und g = 0,60
Verbessertes Fenster mit modernem Dreischeiben-Isolierglas Ug = 0,7 W/m²K und g = 0,60
Verbessertes Fenster mit „High-end“ Dreischeiben-Isolierglas mit Ug = 0,7 W/m²K und g = 0,63.

Mit modernen Dreischeiben-Isoliergläsern kann also im typischen Einfamilienhaus durch optimierte U- und g-Werte der Jahresprimärenergiebedarf im Vergleich zur Ausrüstung mit „Referenzwert-Fenstern“ um 6-7 % gesenkt werden. Zusätzlich wird der Wohnkomfort verbessert, da aufgrund der hohen Wärmedämmung die Oberflächentemperaturen der Verglasung von Dreischeiben-Isolierglas deutlich höher sind als die von Zweischeiben-Isoliergläsern. Der Mensch fühlt sich in der Nähe einer solchen Verglasung behaglicher und wohler.