Sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-2 – Rechner, Anleitung und Beispiel

Was ist der sommerliche Wärmeschutz?

Der sommerliche Wärmeschutz begrenzt den Sonnenenergieeintrag in einen Raum so weit, dass er im Sommer ohne Kühlung erträglich bleibt. Maßgeblich ist DIN 4108-2, die dafür zwei Wege kennt: das vereinfachte Verfahren über den Sonneneintragskennwert und die thermische Simulation mit Übertemperaturgradstunden.

Beim Sonneneintragskennwert wird der vorhandene Wert S_vorh aus Fensterflächen, Gesamtenergiedurchlassgrad g und Sonnenschutz F_c gebildet und auf die Nettogrundfläche des Raums bezogen. Er muss kleiner oder gleich dem zulässigen Wert S_zul sein, der sich aus Anteilswerten S₁ bis S₆ für Klimaregion, Bauart, Nachtlüftung, Fensterflächenanteil, Verglasung, Fensterneigung und Orientierung zusammensetzt.

Die Simulation rechnet stattdessen den Verlauf der operativen Raumtemperatur über den Sommer stundenweise durch. Bewertet wird die Summe aus Stunden mal Kelvin, um die eine Grenztemperatur überschritten wird: die Übertemperaturgradstunden. Der Rechner unten bietet beide Wege an: den Sonneneintragskennwert im Reiter „Sonneneintrag", die Stundensimulation in den Reitern Zone bis Bewertung.

Wann ist der Nachweis Pflicht?

Das Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG) verlangt in § 14, dass ein Gebäude so errichtet wird, dass der Sonnenenergieeintrag durch einen ausreichenden baulichen sommerlichen Wärmeschutz begrenzt wird. Der Nachweis gehört damit zu jedem Neubau, für Wohngebäude wie für Nichtwohngebäude, und ist Teil des Wärmeschutznachweises zum Bauantrag; Ablauf und Kosten des Wärmeschutznachweises beschreibt die Leistungsseite. Im Energieausweis eines neu errichteten Gebäudes wird die Einhaltung des sommerlichen Wärmeschutzes ausdrücklich angegeben.

Das Gesetz erkennt beide Wege der Norm an: Entweder überschreitet der Sonneneintragskennwert die Anforderungswerte der DIN 4108-2 nicht, oder eine Simulation nach der Norm zeigt, dass die für den Standort zulässigen Übertemperaturgradstunden eingehalten sind. Bei Gebäuden mit Kühlanlage, die über die Simulation nachgewiesen werden, sind bauliche Maßnahmen insoweit vorzusehen, wie sie sich über die Einsparung an Kühlenergie innerhalb ihrer Nutzungsdauer erwirtschaften.

Auf die Berechnung darf verzichtet werden, wenn der grundflächenbezogene Fensterflächenanteil eines Raums unter den in DIN 4108-2 tabellierten Grenzwerten bleibt; diese Grenzwerte hängen von Orientierung und Neigung der Fenster ab und sind der Norm-Tabelle zu entnehmen. Bei Erweiterung und Ausbau um mehr als 50 m² zusammenhängende Nutzfläche ist der sommerliche Wärmeschutz für die neuen Gebäudeteile ebenfalls nachzuweisen. Für die reine Sanierung ohne neue Räume besteht keine Nachweispflicht, das ausgebaute Dachgeschoss mit großen Dachflächenfenstern ist aber genau der Fall, in dem sich die Prüfung fachlich lohnt.

Nachweis nach DIN 4108-2 oder Kühllastberechnung?

Die beiden Rechnungen werden oft verwechselt, beantworten aber verschiedene Fragen. Der Nachweis nach DIN 4108-2 fragt: Kommt der Raum ohne Kühlung aus? Er ist ein baulicher Nachweis, sein Ergebnis ist „erfüllt" oder „nicht erfüllt". Die Kühllastberechnung fragt: Wie viel Kälteleistung braucht der Raum, wenn gekühlt wird? Ihr Ergebnis ist eine Leistung in Watt für die Auslegung von Klimagerät oder Kaltwassersatz, gerechnet für den Auslegungstag nach VDI 2078.

Praktisch gehört die Reihenfolge so: erst den sommerlichen Wärmeschutz baulich ausschöpfen (Sonnenschutz, Verglasung, Speichermasse, Nachtlüftung), dann für die Räume, die trotzdem gekühlt werden müssen, die Kühllast bestimmen. Wer die Kühllast ohne Sonnenschutz rechnet, legt die Anlage für ein vermeidbares Problem aus. Den zweiten Schritt übernimmt der Kühllast-Rechner; die Reiter „Kühlung" und „Bewertung" des Rechners auf dieser Seite zeigen als Vorschau, welche Kühlleistung und welchen Strombedarf ein Raum bei gegebener Solltemperatur hätte.

Der kritische Raum

Der Nachweis wird raumweise geführt. Geprüft wird nicht das ganze Gebäude, sondern der Raum, bei dem das Verhältnis aus vorhandenem und zulässigem Sonneneintragskennwert am ungünstigsten ist. Ist dieser Raum in Ordnung, gilt der Nachweis als erbracht.

Kritisch sind in der Regel Räume mit großem Fensterflächenanteil nach Süden, Südwesten oder Westen, Dachflächenfenster (geneigte Verglasung fängt mehr Strahlung als senkrechte, deshalb der Abschlag S₄), zweiseitig befensterte Eckräume und Wohnräume mit raumhoher Verglasung. Für einseitig befensterte Räume begrenzt die Norm die anrechenbare Raumtiefe auf das Dreifache der lichten Raumhöhe; ein tiefer Schlauchraum darf sich nicht mit Grundfläche weit hinten im Raum entlasten.

Wenn Ihr Projekt im Gebäudeprofil erfasst ist, übernimmt der Rechner die Räume mit Fenstern und Orientierungen aus dem CAD-Editor und findet über „Alle Räume prüfen" den kritischsten Raum selbst.

Sonnenschutz, Verglasung, Speichermasse, Nachtlüftung als Stellschrauben

Sonnenschutz. Der Abminderungsfaktor F_c wirkt direkt auf S_vorh. Außenliegende Raffstores, Jalousien oder Rollläden halten die Strahlung vor der Scheibe ab und erreichen kleine F_c-Werte; innenliegende Rollos und Vorhänge lassen die Wärme erst in den Raum und wirken nur schwach. F_c gilt nach Norm-Tabelle in Abhängigkeit von Sonnenschutzart und Glaserzeugnis, der Rechner hinterlegt diese Tabelle.

Verglasung. Der g-Wert bestimmt, welcher Anteil der Strahlung durch das Glas gelangt. Sonnenschutzglas mit g ≤ 0,40 senkt S_vorh und bringt zusätzlich den Anteilswert S₃; im Winter kostet es allerdings solare Gewinne, die im Wärmeschutznachweis fehlen. Den U-Wert des Fensters prüfen Sie im Fenster-U-Wert-Rechner.

Speichermasse. Die Bauart leicht, mittel oder schwer beschreibt die wirksame Wärmespeicherfähigkeit des Raums. Schwere Decken und Wände nehmen tagsüber Wärme auf und geben sie nachts ab; ein Holzrahmenbau mit Gipskartonschalen kann das nicht und heizt sich schneller auf. Der Anteilswert S₁ steigt mit der Bauart.

Nachtlüftung. Erhöhte oder hohe Nachtlüftung kühlt die Speichermasse zurück und hebt S₁ deutlich an, in Wohngebäuden ist sie der zweitgrößte Hebel nach dem Sonnenschutz. Sie ist nur anrechenbar, wenn die Fenster nachts sicher geöffnet werden können oder eine Lüftungsanlage die Luftmengen liefert; der Lüftungsrechner zeigt, ob die Anlage das schafft.

Welche Eingaben der Rechner braucht

Für den Nachweis über den Sonneneintragskennwert (Reiter „Sonneneintrag"):

• Sommerklimaregion A, B oder C — aus der Klimakarte der DIN 4108-2 nach dem Standort; der Niederrhein liegt in Region B.
• Nutzung Wohngebäude oder Nichtwohngebäude — entscheidet über die S₁-Zeile und die S₂-Formel.
• Bauart leicht, mittel oder schwer — aus den Bauteilaufbauten des Raums (wirksame Wärmespeicherfähigkeit nach Norm).
• Nachtlüftung ohne, erhöht oder hoch — aus dem Lüftungskonzept.
• Verglasungsklasse Sonnenschutzglas g ≤ 0,40, Zweifach- oder Dreifachglas g > 0,40 — aus dem Fensterdatenblatt.
• Raummaße Tiefe, Breite, Höhe oder direkt die Nettogrundfläche A_G, mit Schalter für einseitig befensterte Räume.
• Je Fenster: Orientierung, Fläche A_w im lichten Rohbaumaß, g-Wert, Sonnenschutzart (F_c-Auswahl) und Neigung — aus Grundriss, Fensterliste und Sonnenschutzplanung.
• Passive Kühlung als Schalter, wenn eine Bauteilaktivierung oder Erdsonde den Raum kühlt (Anteilswert S₆).

Für die Stundensimulation (Reiter Zone bis Bewertung) kommen hinzu: Standort aus zehn Städten, Bodenfläche, Raumhöhe, Außenwand- und Dachfläche mit U-Werten (aus dem U-Wert-Rechner), Fensterflächen bis vier Orientierungen mit g-Wert, U-Wert und Neigung, Sonnenschutztyp mit optionaler strahlungsgesteuerter Aktivierung, Luftwechsel am Tag und in der Nacht, Zeitfenster und Auslösetemperatur der Nachtlüftung, interne Lasten aus Personen, Geräten und Beleuchtung mit Nutzungsprofil sowie Grenztemperatur und Gradstunden-Grenzwert. Die Simulation arbeitet mit synthetischen Testreferenzjahren und ist als Planungsvorschau gedacht; der rechtsverbindliche Simulationsnachweis verlangt die Randbedingungen und Klimadatensätze der Norm.