Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes im Bundesbau durch Standardisierung und Typisierung

Der sommerliche Wärmeschutz von Gebäuden gewinnt durch den Klimawandel an Bedeutung. Um den damit verbundenen wiederholten Planungsaufwand zu reduzieren und den Planungsablauf zu beschleunigen, sollen für Bundesgebäude Typenräume und Standardlösungen entwickelt werden.

Ausgangslage

Durch den Klimawandel nehmen auch in Deutschland die Temperaturen, die Anzahl heißer Tage und die Dauer sowie Häufigkeit der Hitzeperioden zu. Damit wächst die Bedeutung der Robustheit von Gebäuden gegenüber Hitze. Diese wird durch den sogenannten sommerlichen Wärmeschutz gewährleistet und ist im besonderen Maß bei Arbeitsstätten einzuhalten. Gleichzeitig gelten für Bundesgebäude spezielle und zum Teil höhere als die reinen baurechtlichen Anforderungen.

Obwohl die Ausgangslage und Anforderungen in vielen Projekten des Bundes vergleichbar sind, werden auch typische Raumnutzungen projektspezifisch beplant. Dadurch werden aufwändige Planungsleistungen wiederholt erbracht, welche Kosten verursachen und einen relevanten Planungszeitraum beanspruchen.

Ziel

Auf Grundlage dieser Problemstellungen zielte das Forschungsprojekt darauf ab, den Planungsaufwand zu reduzieren und die Bauherrenkompetenz im Bereich sommerlicher Wärmeschutz zu stärken. Das Projekt wurde kofinanziert durch die „Deutsche Bundesstiftung Umwelt“ (DBU) im Rahmen des Forschungsprojektes „Starke Bauherren - Gute Gebäude“.

Auftragnehmer war das Steinbeis-Innovationszentrum energieplus.

Konzept

Aus den bauherrenseitigen Anforderungen an Räume des Bundesbaus im Themenfeld sommerlicher Wärmeschutz sollten für häufig auftretende Raumnutzungen (Einzelbüro, Doppelbüro etc.) Typenräume mit standardisierten Raumkonzepten entwickelt werden. Zu den Anforderungen gehörten insbesondere die Energieeffizienzfestlegungen des Bundes und die damit einhergehende Qualität der thermischen Hülle (Neubau und Bestandssanierung), die Klimarichtlinie, Aspekte aus dem Bewertungssystem nachhaltiges Bauen und die Arbeitsstättenrichtlinien.

Im Projekt hat sich gezeigt, dass pauschale Raumkonzepte für eine geringe Zahl allgemeiner Typenräume nur bedingt zielführend sind, weil dies in einer Großzahl der Fälle zu einer Unter- oder Überdimensionierung der Wärmeschutzmaßnahmen führt. Aus diesem Grund erfolgten Parameterstudien in Form von thermischen Simulationen zur Bewertung des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2 (2013) und der Komfortbewertung nach DIN EN 15251 (2012) nach dem Qualitätsniveau 2 des „Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen“ für jede einzelne Raumkonfiguration (jeden einzelnen Raumtyp).

Durch die Auswertung der relevanten Ergebnisgrößen (Raumtemperatur, Übertemperaturgradstunden, Komfortbewertung) konnten allgemeingültige Ableitungen und konkrete Raumkonzepte für die einzelnen Raumtypen entwickelt werden. Diese können in den frühen Planungsphasen als Katalog zur Hilfe genommen und aufwändige Einzelfalluntersuchungen bzw. Variantenbetrachtungen auf ein Minimum begrenzen.

Ergebnisse

Durch die umfangreiche Simulationsstudie wurden über 9.200 Büroraumtypen untersucht. Hieraus wurden die wirkungsvollsten sommerlichen Wärmeschutzmaßnahmen sowohl für die einzelnen Räume aber auch für die Gesamtheit aller untersuchten Fälle abgeleitet.

Als Kernaussage kann festgehalten werden, dass ein außenliegender Sonnenschutz und eine verbesserte Sonnenschutzverglasung mit einem niedrigen Gesamtenergiedurchlassgrad für den überwiegenden Teil der Raumtypen die wirkungsvollsten Maßnahmen zur Vermeidung von Überhitzungsstunden in den Büroräumen darstellen.

Mit Hilfe der Anzahl der notwendigen sommerlichen Wärmeschutzmaßnahmen, die ein bestimmter Raum zur Einhaltung der beiden untersuchten Anforderungen mindestens benötigt, konnten die Räume in Bezug zum sommerlichen Wärmeschutz in günstige, mittlere und eher ungünstige Räume eingeordnet werden.

Zusätzlich zu diesen statistischen und korrelativen Analysen wurde ein Nachschlagewerk entwickelt, welches alle Raumtypen inklusive der raumspezifischen notwendigen sommerlichen Mindestwärmeschutzmaßnahmen umfasst. Darüber hinaus wurde ein Online-Tool erarbeitet, welches die simulierten Ergebnisse und weitere interpolierte Werte visualisiert und somit eine schnelle und qualitativ hochwertige Aussage zu ersten Planungs- und Entscheidungsprozessen liefert. Das entwickelte Online-Tool können Sie unter folgendem Link erreichen: Download auf https://www.bbsr.bund.de/