g-Wert Fenster: Bedeutung, Berechnung und Sonnenschutz

• Definition g-Wert: Der Gesamtenergiedurchlassgrad, auch als g-Wert bezeichnet, ist eine zentrale Kenngröße zur Beurteilung der energetischen Eigenschaften von Verglasungen, insbesondere im Hinblick auf den Sonnenschutz und die thermische Behaglichkeit in Gebäuden.
• Was sagt der g-Wert aus? Der g-Wert gibt den prozentualen Anteil der einfallenden solaren Energie an, der durch die Verglasung ins Gebäude gelangt und dort zur Erwärmung des Raumes beiträgt. Der g-Wert berücksichtigt dabei auch die in der Glasscheibe gespeicherte Wärmeenergie, die dann als langwellige Wärmestrahlung wieder in den Raum abgegeben wird.
• Ein niedriger g-Wert wie z. B. bei Fenstern mit Sonnenschutzverglasung bedeutet, dass weniger Sonnenenergie in den Raum gelangt. Dies verringert den Kühlbedarf im Sommer. Ein hoher g-Wert wie bei Fenstern mit Zweifachverglasung bedeutet, dass wesentlich mehr solare Wärmegewinne entstehen. Dies verringert den Heizbedarf im Winter.
• Sommerlicher Wärmeschutz: Der g-Wert fließt unter Berücksichtigung des Sonnenschutzes in den g_-total-Wert ein, der der vereinfachten Berechnung des Sonneneintragskennwerts S_vorh im Rahmen des Verfahrens zur Abschätzung des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2:2013-02, Abschnitt 8.3 dient. Der g-Wert wird dazu mit dem F_c-Wert des vorhandenen Sonnenschutzes und der Fensterfläche multipliziert und in Beziehung zur Nettogrundfläche des Raumes gesetzt.
• Unterschied U-Wert und g-Wert: Der U-Wert gibt an, wie viel Wärme durch ein Bauteil, wie z.B. eine Wand oder ein Fenster, von innen nach außen entweichen kann. Er misst also die Wärmedämmung eines Bauteils. Der g-Wert beschreibt, wie viel Sonnenenergie durch eine Verglasung ins Gebäudeinnere gelangt und gibt damit an, wie viel der auftreffenden Sonneneinstrahlung durch die Verglasung nach innen hindurchgeht und den Raum aufheizt.

Der g-Wert eines Fensters („Gesamtenergiedurchlassgrad“) beschreibt, wie viel Prozent der auf die Fensterscheibe treffenden Solarenergie letztlich in den Wohnraum gelangt.

Die durch die Fenster-Verglasung eintretende Sonnenenergie setzt sich dabei aus zwei Hauptkomponenten zusammen:

• Direkte solare Einstrahlung: Dieser Anteil der Sonnenenergie wird direkt durch die Scheibe in den Innenraum transportiert. Er wird auch als transmittierter Anteil bezeichnet.
• Indirekte Wärmeabstrahlung: Ein Teil der auf die Verglasung auftreffenden Sonnenstrahlen wird von der Scheibe absorbiert und führt zu einer Erwärmung der Glasoberfläche. Diese gespeicherte Energie wird dann als langwellige Wärmestrahlung wieder in den Raum abgegeben.

Der g-Wert summiert beide Effekte – den direkten und den indirekten Energieeintrag – und beschreibt somit den gesamten Energiefluss, der durch die Verglasung in den Innenraum gelangt.

Der g-Wert des Fensters wird i.d.R. in Prozent angegeben, wobei ein g-Wert von 1 bzw. 100 % bedeutet, dass die gesamte auf die Scheibe treffende Sonnenenergie in das Gebäude gelangt, was in der Praxis jedoch nicht vorkommt. 0 % bedeuten, dass keine Solarenergie in den Raum gelangt.

Mit folgender Formel wird der g-Wert vereinfacht berechnet:

\(1 = τ + α + ρ\)

\(g = τ = 1 - α - ρ\)

ρ steht dabei für den Reflexionsgrad, α für den Absorptionsgrad und τ für den Transmissionsgrad.

Unter Berücksichtigung indirekter Wärmeabstrahlung q ließe sich folgende Formel zur Berechnung des g-Wertes heranziehen:

\(1 = (τ + q) + α + ρ\)

\(g = (τ + q) = 1 - α - ρ\)

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Die Wahl der Verglasung eines Fensters ist insbesondere im Hinblick auf den sommerlichen Wärmeschutz und die Vermeidung von Überhitzung entscheidend. Dabei gilt:

• Hoher Fenster-g-Wert: Verglasungen mit einem hohen g-Wert (z.B. 60–70 %) lassen viel solare Energie in den Raum. Dies kann in der kalten Jahreszeit von Vorteil sein, da es die Heizkosten reduziert. In heißen Sommermonaten kann dies jedoch zu einem Wärmestau und einem erhöhten Kühlbedarf führen.
• Niedriger Fenster-g-Wert: Verglasungen mit einem niedrigen g-Wert (z.B. 20–40 %) bieten einen besseren Sonnenschutz, da sie weniger Wärme in den Innenraum durchlassen. Dies ist insbesondere bei Gebäuden mit großer Fensterfläche oder in warmen Klimazonen wichtig, um Überhitzung zu vermeiden und den Energiebedarf für Klimatisierung zu senken.

Die g-Werte von Verglasungen können durch spezielle Beschichtungen und den Aufbau des Fenstersystems beeinflusst werden:

• Sonnenschutzverglasungen sind häufig mit einer speziellen Metallbeschichtung versehen, die die kurzwellige Sonnenstrahlung reflektiert und so den Wärmeeintrag reduziert.
• Auch die Mehrfachverglasung (z.B. zweifach oder dreifach verglaste Fenster) trägt zur Senkung des g-Werts bei, indem sie die Wärmespeicherung in den Gläsern optimiert.

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Die DIN 4108 ist eine zentrale Norm in Deutschland, die den Mindestwärmeschutz und die Energieeinsparung bei Gebäuden regelt. Sie legt grundlegende Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz fest, um Energieverluste zu minimieren und die thermische Behaglichkeit zu gewährleisten.

Der g-Wert (Gesamtenergiedurchlassgrad) spielt in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle, da er die solaren Wärmegewinne durch Fenster und Verglasungen beeinflusst, was wiederum Auswirkungen auf den Heiz- und Kühlenergiebedarf eines Gebäudes hat.

Die DIN 4108 umfasst verschiedene Teilbereiche des Wärmeschutzes, darunter:

1. Sommerlicher Wärmeschutz (DIN 4108-2)
2. Wärmeschutz im Winter (DIN 4108-2)
3. Energieeinsparung und Bauphysik

Der g-Wert hat sowohl im sommerlichen als auch im winterlichen Wärmeschutz eine wesentliche Bedeutung.

Ein zentrales Thema der DIN 4108-2 ist der sommerliche Wärmeschutz, der sicherstellen soll, dass Gebäude auch bei hohen Außentemperaturen nicht überhitzen. Dies betrifft vor allem Gebäude mit großen Glasflächen, wie zum Beispiel Bürogebäude, Schulen oder Wohnhäuser mit großen Fenstern.

Die DIN 4108-2 gibt Richtlinien zur Vermeidung von Überhitzung in Räumen, indem sie Anforderungen an den Sonnenschutz festlegt. Hier kommt der g-Wert ins Spiel: Je niedriger der g-Wert einer Verglasung, desto weniger solare Wärme gelangt in den Innenraum und desto besser wird der Raum vor Überhitzung geschützt.

Konkrete Anforderungen an den g-Wert:

• Die DIN 4108-2 fordert, dass bei der Planung eines Gebäudes Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine unangenehme Überhitzung in den Sommermonaten zu vermeiden. Dazu gehören neben baulichen Maßnahmen (wie z.B. Außenverschattungen) auch die Auswahl geeigneter Fenster mit einem niedrigen g-Wert (typisch 20–40 % für Sonnenschutzverglasungen).
• Für Gebäude in besonders warmen Klimazonen oder mit großem Verglasungsanteil empfiehlt die Norm den Einsatz von Sonnenschutzverglasungen, um den Kühlbedarf zu minimieren. Der Einsatz solcher Verglasungen reduziert die Klimatisierungskosten erheblich und trägt zur Einhaltung der Anforderungen der DIN 4108-2 bei.

Auch im winterlichen Wärmeschutz spielt der g-Wert eine Rolle, jedoch in einem anderen Kontext. Während im Sommer ein niedriger g-Wert wünschenswert ist, um das Gebäude vor Überhitzung zu schützen, kann im Winter ein höherer g-Wert von Vorteil sein. Dies liegt daran, dass durch einen höheren g-Wert mehr Sonnenenergie in den Raum gelangt und somit die Heizlast verringert werden kann.

Winterliche Anforderungen an den g-Wert:

• Die DIN 4108 berücksichtigt diese Aspekte und gibt vor, dass bei der Planung eines Gebäudes die Nutzung solarer Wärmegewinne durch Fenster sinnvoll in das Heizkonzept integriert werden soll. Ein hoher g-Wert (z.B. 50–70 %) kann bei Fenstern, die nach Süden oder Westen ausgerichtet sind, positive Effekte auf die Reduzierung des Heizenergiebedarfs haben.
• Insbesondere bei Passivhäusern und energieeffizienten Gebäuden wird darauf geachtet, dass die solaren Gewinne optimal genutzt werden. Hier wird häufig ein Kompromiss zwischen ausreichendem Sonnenschutz im Sommer und maximalem Wärmegewinn im Winter angestrebt, um die Vorgaben der DIN zu erfüllen.

Die DIN 4108 ist eng mit dem Gebäudeenergiegesetz (GEG) verknüpft. Nach GEG § 14 ist der sommerliche Wärmeschutz für alle Neubauten und Erweiterungen nach § 51 Abs. 2 gemäß DIN 4108-2:2013-02 einzuhalten. Um die Anforderungen des GEG zu erfüllen, muss der g-Wert der Fenster auf das jeweilige Nutzungsszenario abgestimmt sein, da diese Energiegewinne in die Energiebilanz des Gebäudes eingehen.

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Der Nachweis kann über das vereinfachte Verfahren Sonneneintragskennwerte nach DIN 4108-2:2013-02, Abschnitt 8.3 erbracht werden. Der Nachweis ist für kritische Raumsituationen, insbesondere einzelne Räume oder zusammenhängende Raumgruppen zu führen.

Je nach Klimaregion (A bis C) gilt als Grenz-Raumtemperatur ein Wert von 25°C (A) bis 27 °C (C), der in nicht mehr als zehn Prozent der Aufenthaltszeit überschritten werden sollte (siehe auch "Übertemperaturgradstunden").

Das Sonneneintragskennwertverfahren nach Nr. 8.3 DIN 4108-2 basiert auf einem Vergleich zwischen einem zulässigen Sonneneintragskennwert S_zul und einem für den Raum ermittelten, dem vorhandenen Sonneneintragskennwert S_vorh. Nach den Anforderungen der DIN 4108-2 gilt:

\(S_{vorh} \leq S_{zul}\)

Der vorhandene Sonnenschutz des Fensters wird über den Sonneneintragskennwert S_vorh abgebildet, der mit folgenden Größen berechnet wird:

• Fensterfläche A_w
• Gesamtenergiedurchlassgrad g_total des Glases
• Abminderungsfaktor F_c für die Sonnenschutzvorrichtung
• Nettogrundfläche des Raumes A_G

Mit folgender Formel lässt sich der vorhandene Sonneneintragskennwert S_vorh berechnet:

\(S_{vorh} = {\sum_{j} (A_{w,j} \cdot g_{total,j}) \over A_G}\)

\(g_{total,j} = g \cdot F_c\)

Der F_c-Wert, der in die Berechnung des g_total-Wertes einfließt, kann dabei der Tabelle 7 der DIN 4108-2 zur Abschätzung des Abminderungsfaktors in Abhängigkeit des g-Wertes entnommen werden.

In Wirklichkeit besteht jedoch auch eine Abhängigkeit zwischen dem Abminderungsfaktor des Sonnenschutz vom Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung, die insbesondere bei innenliegenden Sonnenschutzvorrichtungen sehr ausgeprägt ist.

\(F_c = F(g)\)

Daher lassen sich die Abschirmqualitäten eines Sonnenschutzes, insbesondere eines innenliegenden Sonnenschutzes, wirklich belastbar nur in Verbindung mit der Verglasung bzw. mit dem Wärmedurchlasskoeffizienten Λ beurteilen. Für die Formulierung der Sonnenschutzanforderungen ist es deshalb immer günstiger mit dem resultierenden gtotal-Wert zu rechnen.

g-Wert-Formel für außenliegenden Sonnenschutz:

\(g_{total} = τ_e \cdot g + α_e \cdot {Λ \over Λ_2} + τ_e \cdot (1-g) \cdot {Λ \over Λ_1}\)

g-Wert-Formel für innenliegenden Sonnenschutz:

\(g_{total} = g \cdot (1 - g \cdot ρ_e - α_e \cdot {Λ \over Λ_2})\)

g-Wert-Formel für Sonnenschutz zwischen den Glasscheiben:

\(g_{total} = g \cdot τ_e + g \cdot (α_e + (1 - g) \cdot ρ_e) \cdot {Λ \over Λ_3}\)

S_zul steht hingegen für den nach DIN 4108-2 zulässigen Sonneneintragskennwert. Das ist der maximale Sonneneintrag, der noch erlaubt ist, um ein angenehmes Raumklima zu gewährleisten, ohne dass eine Überhitzung entsteht.

Der zulässige Sonneneintragskennwert S_zul ist abhängig von:

• Nachtlüftung und Bauart nach Klimaregion S₁
• Grundflächenbezogener Fensterflächenanteil S₂
• Sonnenschutzverglasung S₃
• Fensterneigung S₄
• Orientierung der Fenster S₅
• Einsatz passiver Kühlung S₆

Mit folgender Formel lässt sich der zulässigen Sonneneintragskennwert S_zul berechnen:

\(S_{zul} = \sum S_x\)

Die Werte zur Berechnung von S_zul können ebenfalls über eine Pauschalwerte-Tabelle ermittelt werden.

Der f-Wert gibt letztlich das Verhältnis zwischen dem vorhandenen Sonneneintragskennwert S_vorh und dem zulässigen Sonneneintragskennwert S_zul wieder. Er gibt an, wie gut der Sonneneintrag in einem Raum den Anforderungen entspricht.

Die Formel zur Berechnung des f-Wertes lautet:

\(f = {S_{vorh} \over S_{zul}}\)

Der f-Wert zeigt, ob der Sonneneintrag im akzeptablen Bereich liegt

• f ≤ 1: Der Sonneneintrag liegt im zulässigen Bereich, d. h., der Raum sollte nicht überhitzt werden.
• f > 1: Der Sonneneintrag überschreitet den zulässigen Wert, d. h., es besteht eine Gefahr der Überhitzung, und es sollten Maßnahmen getroffen werden (z. B. besserer Sonnenschutz).

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