Solare Gewinne opaker Bauteile

Studie über den Einfluss der solaren Erträge über die Außenwände auf den Energiehaushalt eines Wohngebäudes

Vorwort

Solare Gewinne bedeuten, man gewinnt Energie von der Sonne, die mildernd in die Energiebilanz einfließt. Solare Gewinne in Wohngebäuden bedeuten, man gewinnt Energie von der Sonne über die Fenster. Geschieht dies während der Heizperiode, ist weniger Energie für die Heizwärme aufzuwenden.

Fenster sind transparente Bauteile, sie lassen Licht hindurch. Licht ist der sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums, den der Mensch zum sehen nutzt, indem seine Rezeptoren im Auge auf eben diese Frequenzen reagieren (VIS = visible = ca. 380 bis 780 nm). Die anderen Frequenzen sind für den Menschen unsichtbar: UV Strahlung, IR Strahlung usw.

Die Sonne strahlt kurzwellige Strahlung ab, die durch die Fensterscheiben nach innen gelangt und den Raum erwärmt. Angestrahlte Gegenstände absorbieren diese kurzwellige Strahlung, sie werden wärmer und geben langwellige Strahlung ab, die Wärmestrahlung (MIR = mittleres Infrarot = ca. 3…50 m). Es wird wärmer im Raum und somit muss weniger geheizt werden.

Die Energiemenge, welche auf diesem Wege gewonnen wird, lässt sich berechnen: S = I ● AS, wobei I die Strahlungsintensität der solaren Einstrahlung ist und AS die effektive Kollektorfläche. Einflussfaktoren sind Verschattung, Sonnenschutzvorrichtungen, der Rahmenanteil und der g-Wert als Durchlassgrad in Abhängigkeit von der Verglasung.

Opake Bauteile sind nicht transparente Bauteile wie z.B. die Außenwand. Solare Gewinne bedeuten hier, man gewinnt Energie von der Sonne, die jedoch für die Energiebilanz des Gebäudes keine Rolle spielt – zumindest, wenn man der Propaganda sowie den Berechnungsverfahren nach Norm bzw. EnEV Glauben schenkt.

"Wenn solare Gewinne und langwellige Abstrahlung der Bauteile berechnet werden soll, so ist diese Option zu aktivieren. Der Einfluss ist in der Regel gering, genaue Angaben zu den Oberflächen der Bauteile liegen oft nicht vor." weiß z.B. ein Softwarehersteller zu berichten. Das ist nur ein Beispiel von zahllosen dafür, dass die Auffassung, dass die solaren Gewinne über opake Bauteile keine Rolle spielen sollen, ungeprüft übernommen wird.

Es gibt eine Reihe von Fachleuten, die diese Auffassung für falsch und nicht wissenschaftlich belegt halten. Es gibt auch genügend Hinweise in der Literatur, die diese Lehrmeinung anhand jahrzehntelanger praktischer Erfahrungen in Frage stellen. Der Artikel befasst sich sowohl mit den Berechnungsverfahren nach Norm als auch mit alternativen Betrachtungen zum Thema und folgt damit Bestehendem.

Der Artikel vermittelt ein umfangreiches Grundlagenwissen, er enthält zahlreiche Quellen- und Literaturangaben, Formeln und Abbildungen. Die Komplexität und Tiefe der Behandlung dieses speziellen Themas stellt in dieser Form ein Novum dar.

Danksagung

Der Autor dankt den Herren Prof. em. Dr.-Ing. Paul-Michael Weinspach, Dipl.-Ing. Peter Rauch, UBI, Ingenieurbüro für Arbeitsgestaltung und Baubiologie, Leipzig, und Dipl.-Ing. Niels Christiansen, öbuv SV, Bau-Sachverständigenbüro, Itzehoe, für ihre freundliche Unterstützung durch Lektorat, Materialzusendung und Gedankenaustausch.


Zusammenfassung

Der Artikel zeigt grundlegende methodische Fehler in den vom DIN normierten Berechnungsverfahren auf und erläutert diese, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit oder gar Abgeschlossenheit zu erheben. In summa gelingt der Nachweis, dass die normierten Ansätze zur Berechnung solarer Gewinne opaker Bauteile einer Überprüfung nicht standhalten.

Es werden Datengrundlagen für die Berechnung gezeigt und Quellen dafür aufgeführt, gleichzeitig werden Defizite in der Bereitstellung der Daten beschrieben. Es erfolgt eine Zusammenfassung und Vorstellung von Untersuchungen und Forschungsberichten, die gemeinsam haben, dass sich alle meist nur mit Teilaspekten befassen. Hinsichtlich der Größenordnungen bzw. Potenziale der solaren Gewinne opaker Bauteile werden somit Richtwerte geliefert.

Anhand der Zusammenstellung von verschiedenen gemessenen Werten zu einem Referenz-Beispiel wird eine analytische Bewertung der bauphysikalischen Vorgänge und Zustände an und in der beschienenen Wand an einem Wintertag angestellt. Hierbei finden alle Formen des Wärmetransportes Berücksichtigung.

Infolge solarer Erträge der opaken Außenwände sind - in Abhängigkeit vom Standort und von Einflüssen des Wetters - Einsparungen im Energiehaushalt eines Wohngebäudes in der Größenordnung von 10-20% realistisch.

Dipl.-Ing. Matthias G. Bumann
DIMaGB, Berlin, 05.04.2009

weitere Informationen:
solare_gewinne_opaker_bauteile.pdf