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Schutz vor sommerlicher Überhitzung

Energiefresser Sommer

Bisher stand beim energiebewussten Bauen die Reduzierung des Energieverbrauchs im Winter im Vordergrund. Durch genügend dicke Dämmschichten für Wärmedämmung haben Bauherrn und Experten diesen Aspekt mittlerweile gut im Griff. Jetzt gilt es, einen Schritt weiter zu gehen und den Schutz vor Hitze als wichtigen Aspekt des Energieverbrauchs zu berücksichtigen.

Die Behaglichkeitserwartungen der Menschen steigen. Wohnkomfort bedeutet neben warmer Temperaturen im Winter auch angenehm kühle im Sommer. Derzeit sparen wir zwar Heizenergie im Winter ein, doch der Energieverbrauch ist im Sommer aufgrund der stärkeren Klimatisierung erheblich angestiegen.

Tatsächlich wird in Italien im Sommer bereits mehr Energie verbraucht als im Winter. Die Ausfälle der Stromversorgung der vergangenen Jahre haben die Spitze der Problematik aufgezeigt und die Thematik der sommerlichen Überhitzung in den Blickwinkel gerückt. Hier ist eine fachliche Auseinandersetzung zum Thema unabdingbar. Fachleute, Planer, Bauherrn und Baufirmen sind aufgefordert, ihre Aufmerksamkeit verstärkt dem Hitzeschutz zuzuwenden, um Energieeinsparungen auch im Sommer zu erreichen.

Aufklärung- und Informationsbedarf!

Allem voran ist Bedarf an Aufklärung zu verzeichnen, denn viele Menschen glauben, eine gute Wärmedämmung habe im Sommer automatisch stickige Luft und die Überhitzung des Wohnklimas zur Folge. Studien belegen das Gegenteil.
Außerdem denken wir beim Thema Dämmung in erster Linie an den Winter. Durch gute Wärmedämmung allein ist jedoch keineswegs automatisch auch der Schutz vor sommerlicher Hitze gegeben!
Wesentlich ist, dass entsprechende Maßnahmen bereits während der Planungs- und Bauphase vorgesehen werden.

Klimaveränderung und Energieverbrauch

Die Richtlinien für Klimahaus berücksichtigen für die Berechnungen bisher nur den Energieverbrauch für Heizung, nicht aber für Kühlung. Die Praxis zeigt aber, dass wir immer mehr Bedarf an Energie im Sommer haben, weil

  • die Erwartungen an klimatisierte Räume ansteigen
  • das Klima sich stark verändert und die Sommer immer wärmer werden.


Schon im Jahr 2001 waren von 100 Familien in Italien 11 im Besitz einer Klimaanlage, das entspricht einem Durchschnitt von 11% (ISTAT)

Stromverbrauch-Zunahme im Sommer in Italien
Stromverbrauch-Zunahme im Sommer in Italien


Das Diagramm weist vor allem auf zwei Aspekte hin:

  • eine generelle Zunahme des Energieverbrauchs
  • ein Plus an Energiebedarf im Sommer gegenüber den Wintermonaten.

Spitzenwerte wecken Handlungsbedarf

Schon im Jahr 2003 waren die Verbrauchsspitzen im Sommer höher als im Winter. Wir erinnern uns an das Strom-Blackout im gesamten Staatsgebiet. Grund für diesen Verbrauchsrekord ist die verstärkte Installation von Klimaanlagen.
Der heißeste Monat seit 100 Jahren in Bozen war der Juni 2003 (Hydrographisches Amt).

Hitze-Rekordmonat Juni 2003 in Bozen
Hitze-Rekordmonat Juni 2003 in Bozen

Die maximale Tagestemperatur lag im Juni 2003 in Bozen immer über 30°C, d.h. zwischen 30-40°C. Diese Temperaturen befinden sich weit außerhalb des für den Menschen komfortablen Bereiches von maximal 27°C.
Interessanterweise lagen die Mindesttemperaturen immer zwischen 17-21°C. D.h. nachts war es trotz der Tagesspitzen kühl und die Temperaturen lagen außerhalb jenes Bereiches, den der menschliche Organismus als angenehm empfindet.
Ziel ist es also, Bauweisen oder Maßnahmen zu finden, welche ein Haus vor erhöhten Tagestemperaturen schützen und es mit Hilfe der Nachttemperatur kühlen.

Die Baugeschichte belegt hierzu verschiedene Beispiele z.B.:

  • die Trulli in Apulien
  • Kirchenbauten
  • Alte Gebäude aus Steinmauern
Trulli – Häuser aus Steinmauern in Apulien

Als negatives Beispiel hingegen sei die boomende Glasbauweise erwähnt, wie sie u.a. bei größeren Bürogebäuden zu sehen ist. Hier kann die sommerliche Überhitzung ein ernsthaftes Problemen darstellen.

Wichtige Maßnahmen für ein kühles Wohnklima

Welche Maßnahmen sind am Bau wichtig für ein Haus mit ausgewogenen Innenraumtemperaturen? Im Wesentlichen handelt es sich dabei um vier Punkte:

  • Beschattung und Abschirmen der Sonneneinstrahlung: Für alle verglasten Flächen muss ein Sonnenschutz eingeplant werden.
  • Wärmeträgheit: Die restlichen Flächen der Bauhülle, welche nicht verglast sind, müssen eine gewisse Trägheit für Wärmedurchlässigkeit (Phasenverschiebung) aufweisen.
  • Nächtliche Kühlung: Es muss möglich sein, den Bau während der Nacht mit kühler Außenluft abzukühlen.
  • Kälte speichernde Oberflächen: Im Inneren des Hauses sollten viele Kälte (bzw. fachsprachlich korrekt: Wärme) speichernde Oberflächen vorhanden sein. Sie verlangsamen die Temperaturschwankungen und bremsen eine schnelle Erwärmung. Die Wirkung funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie etwa Eisbeutel in der Kühlbox.

Zu Punkt 1: Beschattung

Die Sonne hat im Sommer eine Intensität von ca. 1000 Watt/m². Bei einer üblichen Wärmeschutzverglasung kann diese hohe Wärmeleistung fast ungehindert durch Fensterflächen ins Hausinnere gelangen, damit ist eine Überhitzung unvermeidbar. Es gibt zwar Spezialgläser, welche die Sonnenstrahlung abmildern, durch diese Scheiben geht aber im Winter dann der nützliche Wärmeeintrag entsprechend verloren.

Der beste Weg ist daher die Beschattung der Glasflächen. Die Beschattungselemente sollen möglichst außenseitig angebracht werden, denn innenseitig angebracht verlieren sie an Wirkung. (z.B. Rollo, Markise, Raffstores, Jalousien oder Vorsprüngen wie Balkone usw.)

Die Abschirmung von Sonneneinstrahlung ist vor allem im Dachbereich wichtig, wo die Sonne senkrecht auf die Glasfläche trifft und damit in vollem Ausmaß beinahe ungehindert ins Innere gelangen kann.

Zu Punkt 2: Wärmeträgheit

Mauern und Dachflächen welche nicht aus Glas bestehen, brauchen nicht beschattet werden. Diese Flächen müssen jedoch so konstruiert werden, dass sie die Sonneneinstrahlung zumindest einen Tag lang absorbieren können. Diese Eigenschaft nennt man Wärmeträgheit.

Beispiele: Um die Auswirkung mehr oder weniger träger Materialien zu veranschaulichen, stelle man sich vor, wie die Sonne eine dünne Blechtafel bescheint. Innerhalb von nur wenigen Sekunden wird an der Hinterseite der Tafel ein Temperaturanstieg zu verzeichnen sein. Bei einer Gipsplatte von 1 cm Dicke hingegen dauert es 10 Minuten, bis Wärme durchdringt. Bei einer 40 cm starken Mauer aus Lochziegeln dauert es 15 Stunden. Ein Mauerwerk aus Stein mit 60 cm Stärke kommt auf 36 Stunden Wärmeträgheit.
D.h. ein übliches Mauerwerk hat genügend Wärmeträgheit, um einen Sonnentag zu überbrücken. Dabei wird davon ausgegangen, dass im Laufe des Tages die Sonne nicht über 10 Stunden auf ein und dieselbe Fläche scheint.

Sobald das träge Material nach 10-15 Stunden die Wärme abgibt, ist die Außentemperatur bereits gesunken und der Wärmeeintrag wird durch die nächtliche Kühle kompensiert.
Wärmeträgheit bei Leichtbauweise: Als Leichtbaukonstruktionen bezeichnet man Bauweisen aus Holz, Gips und anderen nicht massiven Baukonstruktionen. Hier ist von Natur aus eine geringere Wärmeträgheit gegeben, welche durch die Verwendung entsprechender Dämmstoffe auszugleichen ist, um trotz des niedrigen Gewichts am Ende mindestens 10 Stunden Phasenverschiebung zu gewährleisten.

Besonders geeignet sind Dämmstoffe mit einer hohen Dichte, wie z.B. Holzfaserdämmplatten. Sie haben eine Rohdichte von ungefähr 150 kg/m³ gegenüber leichten Dämmstoffen wie z.B. Glaswolle oder Kunststoffen mit ca. 20 kg/m³. D.h. am Dach kann z.B. bereits mit 14 cm dicken Holzfaserplatten eine Wärmeträgheit von 10 Stunden erreichet werden. Während mit leichten Dämmstoffen dafür 30 cm notwendig wären.

Erforderliche Dämmdicke für 10h Wärmeträgheit

Leichte Dämmstoffe und eine geringe Wärmeträgheit führen zum sog. Barackenklima: Bei Sonnenschein überhitzt der Bau schnell, kaum ist die Sonne weg, kühlt der Bau sofort aus. Reisende kennen dieses Phänomen z.B. vom Camper oder Wohnwagen her.

Schwere Dämmstoffe mit einer hohen Dichte erhöhen die Wärmeträgheit.
Leichte Dämmstoffe führen zum sog. Barackenklima.

Zu Punkt 3: Nächtliche Kühlung

Auch wenn wir durch Beschattung verhindern können, dass die Sonne nach innen gelangt, kann trotzdem Erwärmung im Haus stattfinden. Der Grund dafür sind die sog. inneren Wärmequellen, z.B.:

  • der Kühlschrank, der Tag und Nacht Wärme abgibt
  • Herd, Ofen, Haushaltsgeräte, Computer und andere Elektrogeräte usw.
  • Beleuchtung


Die am Tag angestaute Wärme durch innere Wärmequellen muss durch die nächtliche Lüftung abgekühlt werden. Dies kann manuell geschehen, indem man nachts die Fenster öffnet, oder automatisch mittels Ventilatoren einer Lüftungsanlage. Prinzipiell soll nur dann gelüftet werden, wenn es draußen kühler ist als drinnen. Die beste Zeit zum Lüften ist zwischen Mitternacht und 6 Uhr früh.

Zu Punkt 4: Kälte speichernde Oberflächen

Ein anschauliches Beispiel für eine Kälte speichernde Oberfläche ist der Cotto-Boden. Er vermittelt im Sommer das Gefühl von Kühle. Schwere Materialien können mehr Kälte speichern als leichte Baustoffe, wie z.B. ein Teppich. Bei traditionell gebauten Häusern aus Mauerwerk und Verputz ist dieser Umstand bereits durch die schwere Materialwahl der Konstruktion gegeben. Bei Leichtbauweisen hingegen spielt die Gestaltung der inneren Oberflächen eine wichtige Rolle für die Kühlung des Hauses. Hier sollten zur Verkleidung der Decken und Wände möglichst schwere Baustoffe wie Verputz, Gipsplatten, Fliesen, Lehmplatten usw. verwendet werden. Je mehr es gelingt, solche Flächen aus schweren Baustoffen zu verwirklichen, desto länger in den Tag hinein wird sich die nachts gespeicherte Kühle halten.
Besonders wichtig ist das Anbringen von schweren inneren Oberflächen in Räumen, welche am meisten der Sonne ausgesetzt sind. Im Allgemeinen sind davon besonders die im Westen liegenden Räume betroffen, weil dort die Abendsonne besonders tief ins Innere strahlen kann.

Überhitzungsprobleme entstehen vor allem in der Übergangszeit und in den nach Westen ausgerichteten Räumen, da hier die Sonne auch im Sommer gegen Abend in die Fenster strahlt.

Ausblicke und Alternativen

Geothermie – am Boden der Realität

Eine interessante Methode zur Energieeinsparung, welche ganzjährig funktioniert, basiert auf Geothermie. Sie macht sich die Temperatur der Erde zu Nutze. Im Gegensatz zur Sonne, welche dann am meisten zur Verfügung steht, wenn wir sie zum Heizen am wenigsten brauchen (Sommer), steht uns die Geothermie ganzjährig in ausreichendem Maße zur Verfügung. Daher eignet sich die Geothermie z.B. sehr gut, um im Sommer unsere Häuser zu kühlen.
Schon mit einer Lüftungsanlage, welche die Luft über ein unterirdisch verlegtes Rohr ansaugt, lassen sich diese Faktoren gezielt einsetzen. Sie wärmt die Luft im Winter vor und kühlt sie im Sommer vor, bevor sie ins Haus gelangt.

Der Tipp

Die Nutzung der Geothermie ermöglicht, den Energiebedarf sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen zu reduzieren.

Zukunftsmusik: Solartechnik zur Kühlung

Schaut man sich die Kurve der Sonnenintensität im Jahresverlauf an, kann man leicht erkennen, dass die Sonne dann, wenn sie am meisten gebraucht wird, am wenigsten Wärme abgibt, im Winter eben - und dann am reichlichsten zur Verfügung steht, wenn wir sie am wenigsten zur Heizenergiegewinnung verwenden können – im Sommer.

Ideal wäre eine Technik, die es erlaubt, die Sonnenenergie zum Kühlen einzusetzen… Lachen Sie nicht, dieses System ist bereits erfunden und Gegenstand diverser Studien, in der Praxis jedoch noch nicht ausreichend erprobt.


Baufuchs 2007


Fachautor

Fach Ing. Peter Erlacher
Bauphysik & Holzbau, Naturns

www.erlacher-peter.it

Peter Erlacher

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