Der Entwurf eines optimierten Fenster- und Fenstersystems ist leichter gesagt als getan. Die Entscheidung für die passende Kombination aus Glas und Beschattung erfordert eine Balance zwischen Ästhetik (Architektur), gesundheitlichen Vorteilen (Zugang zu Tageslicht), Komfort (Überhitzung und Senkung der Blendung) sowie der Energielast (HVAC). Sind diese Parameter nicht ausbalanciert, wird es für die Gebäudenutzer keinen zufriedenstellenden thermischen und visuellen Komfort geben.
Deshalb ist es wichtig, mögliche Kombinationen von Glastypen und Sonnenschutzmaßnahmen schon früh im Planungsprozess mit einzubringen und zu optimieren.
Bemessungsmethoden wie der „Europäische Standard“ liefern zwar detaillierte Informationen zum Tageslicht, sind aber häufig zu rechenintensiv, um mit dem Tempo der frühen Entwurfsphasen Schritt zu halten. Gleiches gilt für umfassende energetische und thermische Simulationen.
Als Tageslichtspezialist im Byrån för Arkitektur och Urbanism (BAU, siehe Autorenkasten) konzentriere ich mich bei der Berechnung und der Beratung auf eine gute Tageslichtnutzung.
Hierzu habe ich verschiedene Methoden entwickelt, um den Einfluss des Sonnenschutzdesigns auf das Raumklima zu bewerten. Auf diese Weise können wir Tageslicht und Sonnenschutz in den Entwurfsprozess unserer Projekte einbeziehen.
Anforderungen an das Design
Um ein effektives und nachhaltiges Glas- und Sonnenschutzdesign zu erhalten, konzentrieren wir uns auf drei Themenbereiche: Sichtkomfort (= visueller Komfort), Kühllast und thermischer Komfort. Diese spielen alle jeweils eine wesentliche Rolle für die Umsetzung. Gleichzeitig überschneiden sich diese Themenbereiche jedoch, da Entscheidungen/Änderungen, die in einem Bereich getroffen werden, zu Veränderungen in den anderen Bereichen führen (können).
Visueller Komfort
Bei unseren Planungen versuchen wir generell, so viel Tageslicht wie möglich im Gebäude zu nutzen und gleichzeitig die Sicht nach draußen zu maximieren. Das versuchen die über 80 Architekten, Ingenieure, Visualisierungsspezialisten und Umweltingenieure unseres Büros immer umzusetzen, unabhängig davon, ob der Sonnenschutz aktiviert ist oder nicht.
Der Tageslichtfaktor ist der häufigste Indikator zur Beurteilung des Tageslichteinfalls. Dabei sind klimabasierte Tageslichtsimulationen, beispielsweise Simulationen gemäß der Europäischen Tageslichtnorm CEN-17037: 2018 für die Beurteilung der Gesamtperformance vorzuziehen.
Bild: BAU
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Blendschutz nicht vergessen
Die Vermeidung von Blendung ist ebenfalls ein wichtiger Planungsaspekt. Simulationen mit erweiterten Blendungsmetriken sind jedoch häufig zu umständlich, um mit dem Tempo der frühen Entwurfsphasen Schritt zu halten. Eine nützliche Herangehensweise ist es, die jeweilige Sonnenschutzanforderung in zwei Teilaspekte zu „zerlegen“.
Zum einen, wenn der Sonnenschutz aktiviert wird, und zum anderen in Bezug auf die für den Sonnenschutz eingesetzten Materialen bzw. die Auswahl des Sonnenschutzgewebes. Unter der Annahme, dass der richtige Stoff in den meisten Fällen einen angemessenen Blendschutz bietet (und die Auswahl des Stoffes zu einem späteren Zeitpunkt feiner abgestimmt werden kann), kann in der frühen Entwurfsphase der Fokus auf die Einsatzdauer und den spezifischen Einsatzzeitpunkt des Sonnenschutzes gelegt werden.
Beispiel: Es sollten keinen Gläser ausgewählt werden, die im Winter eine Beschattung erfordern. Grafik 01 zeigt zwei Zeitverläufe: einerseits ein Fenstersystem mit suboptimaler Leistung in Bezug auf Solargewinne (Grafik 01 oben) und andererseits ein gut konzipiertes System (unten). Die erste Glas/Sonnenschutz-Kombination ist aufgrund der Sonnenwärmegewinne (gelb) im Winter nicht zufriedenstellend. Das zweite untere Diagramm zeigt eine signifikante Reduzierung dieses Sonnenschutzbedarfs.
Die Verwendung solcher Grafiken liefert ein schnelles visuelles Feedback, das die Entwurfsentscheidungen für bessere Glas/Sonnenschutz-Kombinationen beeinflusst. Der Unterschied in der Glasauswahl: Das obere System hatte einen zu hohen g-Wert und erfordert im Winter eine Verschattung, trotz der relativ schwachen Sonnenlast. In vielen Fällen reicht hier der Einsatz eines dunkleren Glases, um ohne Sonnenschutz auszukommen. Anderseits besteht die Gefahr, dass ein (zu) dunkles Glas zwar genügend Sonnenschutz bietet, jedoch ein helleres Glas sinnvoller wäre, um einen verbesserten Seh- und Lichtkomfort zu bieten.
Kühllast
Oft wird die Wirksamkeit eines Verschattungssystems durch die Verringerung der Kühllast bewertet. Dieser Ansatz ist für HLK-Ingenieure allgemein üblich, kann jedoch zu stark vereinfacht werden. Stattdessen ist hier ein ganzheitlicherer Ansatz erforderlich. Ein sinnvoller erster Schritt besteht darin, die kritischsten Bereiche in der Fassade eines Gebäudes zu identifizieren, indem man die Spitzenlasten betrachtet, die auf jedes Fenster treffen.
Mit diesem Ansatz lässt sich die Beschattungsleistung für kritische Bereiche optimieren, aber auch separate Bereiche der Fassade betrachten, in denen die Sonneneinstrahlung aufgrund von Selbstbeschattung oder Ausrichtung schwächer ist.
Es ist dabei ratsam, ein Maßnahmenmix mit vielen verschiedenen Farb-/Glastypen zu vermeiden, da dies eine zusätzliche Herausforderung für die Ästhetik darstellt und meist die Kosten erhöht.
Wenn das Design ordnungsgemäß umgesetzt wird, reduziert sich die maximale Kühllast, was zu einer verringerten HLK-Größe führt.
Basiert die Auswahl des Sonnenschutzes hingegen nur mit Blick auf den kritischsten Bereich der Fassade, kann dieser Ansatz schnell zu einer Überdimensionierung des Beschattungssystems führen. Der nachfolgende Schritt schützt davor.
Wärmekomfort
Wärmekomfortberechnungen werden in der Regel nach ISO 7730 durchgeführt. Bei dieser Methode sind Eingabedaten für das Nutzerverhalten und das HLK-System wichtige Variablen. Weiter spielen die solaren Gewinne möglicherweise eine große Rolle.
Durch einige rudimentäre Annahmen über die Bewohner des Gebäudes und die HLK-Systeme lässt sich jedoch die Komplexität des Wärmekomfortmodells verringern. Dabei konzentrieren wir uns ganz auf den Einfluss der Sonneneinstrahlung. Durch die Berechnung des lokalen Temperaturanstiegs aufgrund der Sonne können wir die Leistung des Beschattungssystems schnell anhand seiner eigenen Vorzüge beurteilen. So ist es leicht festzustellen, wo die Beschattung nicht ausreicht, um Wärme zu blockieren, zudem lassen sich die Bereiche identifizieren, in denen eine Überbeschattung auftritt (Grafik 03).
Sonnenschutz ist Teamwork
Die Einbindung des Sonnenschutzes in den Entwurfsprozess erfordert die Zusammenarbeit aller Beteiligten. Dazu kommt, dass verschiedene Szenarien getestet werden müssen, die sich schnell prüfen lassen, um verschiedene Entwurfsoptionen diskutieren zu können, und dann eine für alle Beteiligten sinnvoll Lösung zu finden.
Es braucht einen ganzheitlichen Ansatz, der die verschiedenen Aspekte und Parameter des Projekts berücksichtigt. Mit den hier dargestellten Methoden lassen sich schon in frühen Entwurfsstadien aussagekräftige Lösungen ableiten und weiter entwickeln, die letztendlich den Entwurfsprozess und die Umsetzung optimieren.
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