Konstruktiven Sonnenschutz planen

Ein weiterer Grund dafür, dass der Wärmeschutz in der Som­mer­zeit an Bedeutung zugenom­men hat, ist das grundlegend gewan­delte Energiebewusstsein in den modernen europäischen Gesell­schaften. Längst hat sich in der Fachwelt die Erkenntnis durchgesetzt, dass selbst in unserem moderaten Klima vor allem in gewerblich genutzten Bauten mehr Energie für die Ge­bäu­dekühlung im Sommer eingesetzt werden muss als für die Be­heizung dieser Gebäude im Winter.

Zwar gibt es energieeffiziente Kühlsysteme, wie etwa die adiabatische Kühlung, die dank der Bemühungen von Unternehmen wie Colt International (www.colt-info.de) in den vergangenen Jahren eine Renaissance erlebte. Aber der Anspruch der Bauherren geht mehr und mehr dahin, Gebäude so zu konzipieren, dass erst gar keine Kühllasten bewältigt werden müssen – das gilt für den gewerblichen, den öffentlichen und den privaten Bereich gleichermaßen. 

Diese Nachhaltigkeitsdiskussion wird zusätzlich dadurch beflügelt, dass zahlreiche Experten eine langsame aber sichere globale Erwärmung prognostizieren – mit fatalen Folgen für das Klima auf unserem Planeten. Als Ur­sa­che hierfür wird der stetig zunehmende weltweite Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) identifiziert, weswegen jede Einsparung von Energie vor allem in Form von elektrischem Strom begrüßt und mit zum Teil nicht unerheblichen öffentlichen Geldern geför­dert wird.

Komplexe Planungsaufgabe

Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass effektiver Sonnenschutz sich zu einer wesentlichen Planungsaufgabe entwickelt hat. Längst sind aus den bautechnischen Empfehlungen von einst Anforderungen geworden, die sowohl in der geltenden Energiesparverordnung (EnEV) also auch in diversen Normen und Baurechtsvorschriften fest verankert sind.

Zum Gebot der Energieeffizienz kommen gewachsene Ansprüche an den thermischen und visuellen Komfort in modernen Gebäuden, die sowohl die Tageslichtökonomie mit all ihren Facetten umfasst als auch eine wünschenswerte maximale Durchsicht aus dem Gebäudeinnern nach draußen.

Der Sonnenschutz von Gebäuden ist eine komplexe Aufgabe, die weit über standardisierte Rolladen-, Jalousien- oder Markisen­lösungen hinausgeht. Deshalb entwickeln die Fachingenieure von Colt International für jedes Objekt zuallererst eine spezifische Konzeption. Auf dieser Grundlage werden dann genau abgestimmte technische Anlagen gebaut, die sowohl hinsichtlich der Funktionalität als auch der Gebäudeästhetik im Einklang mit dem jeweiligen Baukörper stehen. Dabei steht immer der Mensch im Mittelpunkt aller Planungen – mit seinen Ansprüchen und Bedürfnissen nach Sicherheit, Behaglichkeit und Wirtschaftlichkeit.

Merkmale eines modernen konstruktiven Sonnenschutzes sind:

Grundsätzlich sind die klimatischen Bedingungen eines Raumes von den äußeren Bedingungen, den Gebäudeeigenschaften und dem Nutzerverhalten abhängig.

Diese Einflussfaktoren sind:

Das Zusammenspiel dieser Faktoren wird am besten mit Hilfe von komplexen Gebäudesimulationsprogrammen berechnet. Die EnEV und die DIN 4108-2 regeln, wann vereinfachte Verfahren angewendet werden können, die auf Tabellenwerten vereinfachten Rechenverfahren oder experimentellen (so genannten kalometrischen) Verfahren beruhen.

Das Sonnenschutz-Einmaleins

Schon die alten Ägypter schützten sich vor zu starker Sonne mit Hilfe von Sonnensegeln. Genau genommen dreht sich auch der moderne Sonnenschutz um die gleichen grundlegenden physikalischen Prozesse wie eh und je: Reflektion (Widerschein), Transmission (Übertragung) und Absorption (Aufnahme). Allerdings ist das Einmaleins des Sonnenschutzes heutzutage um einiges komplizierter geworden.

Herzstück aller Berechnungen für eine Sonnenschutzanlage ist die Kenntnis der über die Jahreszeiten möglichen Sonnenpositionen sowie die unterschiedlich intensive Sonneneinstrahlung auf die Fassaden. Die Sonnenposition wird hierbei durch die beiden Größen Sonnenazimut und Sonnenhöhe festgelegt, wobei international anerkannte Algorithmen für jeden Ort auf der Erde die Bestimmung dieser Werte ermöglichen.

Eine weitere geometrische Größe ist der vertikale Beschattungs­winkel (kurz VSA). Dieser Parameter wird mittels der Bestimmung des Gebäudestandortes (über Längen- und Breitengrad), der Aus­richtung der Fassade sowie der momentanen Sonnenposition berechnet. Für einen auskragenden Sonnenschutz beispielsweise definiert der Beschattungswinkel die Trennlinie zwischen be­sonntem und beschattetem Bereich einer Fassade. Der Be­schat­tungs­winkel und die sich daraus ergebenden Licht- und Schatten­bilder sind im Tages- wie auch im Jahreslauf ständigen Verände­rungen ausgesetzt (Ausnahme: Tag- und Nachgleiche im Frühjahr und Herbst).

Für bewegliche Sonnenschutz­systeme – wie Jalousien und Groß­lamellen – ist der vertikale Be­schattungswinkel diejenige Bezugsgröße, der die Lamellen bei sonnenstandgeführten Sys­tem „nachlaufen“, also sich auto­matisch nach dem jeweiligen Sonnen­stand aufrichten.

Optimaler Schutz durch außen liegende Systeme

Je nach individuellem Bedarf kommen unterschiedliche Son­nen­schutzsystem in Frage. Generell unterscheidet man in in­nen­liegende, im Scheiben­zwi­schen­raum liegende und außen­liegende Systeme. Jedes Kon­zept hat Stärken und Schwächen. Innenliegende Systeme sind einfach zu installieren und leicht­gewichtig gebaut, denn sie müssen keinen Witterungsein­flüs­sen standhalten. Außenliegende Sys­teme hingegen sind, was die Son­nen­schutzwirkung angeht, unschlagbar, denn die relevanten Prozesse der Strahlungsabsorption und -reflektion finden außerhalb des Gebäudes statt. Die Sonnenenergie kann ihre Wirkung im Gebäudeinnern also erst gar nicht entfalten, weil sie vor der Gebäudehülle ab­ge­blockt wird.

Neben diesen funktionalen Vorteilen kann eine pfiffig konzipierte Sonnenschutzanlage, beispielsweise mit gläsernen, dem Sonnenstand nachgeführten Lamellen, eine Fassade ästhetisch sehr aufwerten. Natur­gemäß gilt es hier, die auf den Son­nen­schutz wirkenden Kräfte und Gewichte statisch über die Fassadenstruktur abzutragen. Auch müssen Reinigungs- und Wartungskonzepte eingeplant werden.

Als Materialien für die Sonnenschutzlamellen kommen transparente, transluzente oder opake Stoffe in Frage – je nach Gebäudedesign. Ein ästhetisches Highlight sind gläserne Sonnenschutzsysteme. Zum Einsatz kommen aber auch – je nach Gebäudenutzung – textile Gewerbe, Hölzer, Strangpressaluminium, Blecke, prismatische Acrylgläser, Edelstahlgewebe oder auch Photovoltaiklamellen.

Tageslicht vor Kunstlicht

Konstruktiver Sonnenschutz hat neben den beschriebenen Funktionalitäten eine unmittelbare Auswirkung auf die Ergonomie im Gebäudeinnern. Zu den Gesetzmäßigkeiten menschlicher Arbeit gehört die Erkenntnis, dass die künstliche Beleuchtung von Bildungs- und Arbeitsstätten eine der wichtigsten Ursachen für das so genannte Sick Building Syndrome darstellt.  Nach internationaler Konvention der Weltgesundheitsorganisation WHO wird dann von einem Sick Building Syndrome gesprochen, wenn mehr als 10 bis 20 % der Nutzer eines Gebäudes über Störungen ihres Wohlbefindens oder über Beschwerden klagen. Physiologische Untersuchungen belegen, dass ein Viertel des menschlichen Energiehaushaltes für den Vorgang des Sehens aufgezehrt wird, während gleichzeitig 80 % unserer Nerven durch optische Reize beansprucht werden. Die Tageslichtökonomie eines Gebäudes kann demnach einen wesentlichen und nachhaltigen Beitrag zur Gesundheit und zum Wohlbefinden – und damit auch zur Leistungsfähigkeit seiner Nutzer leisten.

Nun steht eine ausreichende Beleuchtung von Räumen mit Tageslicht prinzipiell im Gegensatz zu einem hinreichenden Sonnenschutz: Zum einen sollen behagliche Innentemperaturen erzielt werden, zum anderen sollen die beschatteten Räume nicht abgedunkelt, das natürliche Tageslicht nicht ausgeschlossen werden. Moderne Sonnenschutzkonzepte verbinden diese beiden miteinander konkurrierenden Größen thermischer und visueller Komfort. Eine vorgehängte Lamellenanlage aus bedruckten Glaslamellen kann die Aufgabe eines thermischen Schildes und einer bedarfsgerechten Verteilung von Licht und Schatten gleichermaßen übernehmen.

Bewegung mit dem Sonnenlauf

Bewegliche, dem Sonnenstand nachgeführte Lamellensysteme verstehen sich als Manipulatoren oder auch Regulatoren in der Fassade zur bestmöglichen Wärme-, Licht- und Luftverteilung. Bewegliche Sonnenschutzanlagen stellen insofern die Verbindung dar zwischen dem statischen Gebäude auf der einen und der dynamischen, stets wechselhaften lokalen Witterung auf der anderen Seite.

Bewegliche Lamellenanlagen können mit vielseitigen Steuerungssystemen ausgestattet werden. Kalendarische Nachführungen, wie „ICS4link Solar Control“ oder „Soltronic“ von Colt International, ermitteln rechnerisch die momentane Sonnenposition. In Abhängigkeit vom lokalen Außenklima, das über entsprechende Sensoren erfasst wird, werden die Lamellen per Motorik in die passende Position gefahren.

Konstruktiver Sonnenschutz ist mehr als nur „Sonnenabwehr“. Er stellt ein vielseitiges Werkzeug dar. In den Händen von Architekten und Planern kann er dazu beitragen, Gebäude nicht nur vor Überhitzung zu schützen, sondern eine individuelle, bedarfsgerechte und ästhetisch anspruchsvolle Balance einer Vielzahl von Behaglichkeitsfaktoren zu erzielen.