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Solare Gewinne

Wenn die Sonneneinstrahlung auf ein Gebäude trifft, hat dies eine Wärmezufuhr in das Gebäude zur Folge. Solche sogenannten solaren Gewinne können in der Energiebilanz eines Gebäudes eine erhebliche Rolle spielen – vor allem bei gut wärmegedämmten Gebäuden, in denen die insgesamt umgesetzten Wärmemengen wesentlich kleiner sind als in ungedämmten Gebäuden. Vor allem in Passivhäusern übernehmen die solaren Gewinne kombiniert mit inneren Gewinnen (beispielsweise Wärmeabgabe durch Personen und Geräte) den Großteil der nötigen Wärmezufuhr; zusätzliche Heizwärme ist an den meisten Tagen nicht notwendig.

Wo und wie entstehen solare Gewinne?

Solare Gewinne werden in erster Linie durch Fenster erzielt, und zwar vor allem auf diejenigen auf der Südseite (für Gebäude auf der Nordhalbkugel), und in geringerem Maße auf der Westseite und Ostseite. Dies funktioniert im Wesentlichen so, dass die Energie der Strahlung der Sonne (vor allem sichtbares Licht und Wärmestrahlung = Infrarotlicht) zum Teil die Fensterscheiben durchdringen kann und danach irgendwo im Raum absorbiert wird, wobei diese Energie in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme verteilt sich dann im Raum und wirkt im Prinzip genauso wie zugeführte Heizwärme.

Hohe solare Gewinne lassen sich auch durch eine sogenannte transparente Wärmedämmung erzielen. In diesem Fall gelangt die Strahlung meist durch eine transparente Schicht und wird dann an der (oft dunkel gefärbten) Oberfläche des Mauerwerks absorbiert. Die entstehende Wärme fließt dann zum größeren Teil durch die Mauer in das Gebäude und zum kleineren Teil durch die Dämmung nach außen. In anderen Fällen kann die Strahlung wie bei einem Fenster auch direkt in das Gebäudeinnere gelangen.

An einer gewöhnlichen nicht wärmegedämmten Außenwand können echte solare Wärmegewinne nur erzielt werden, wenn die Außenseite der Wand eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur erreicht. Dies ist in der Regel nur möglich, wenn die Sonneneinstrahlung sehr stark und die Außentemperatur relativ hoch ist. Bei solchem Wetter sollte die Zufuhr von Heizwärme normalerweise ohnehin unnötig sein; allenfalls lässt sich am darauf folgenden Abend einige Heizwärme einsparen, wenn die Südwand entsprechend aufgeheizt wurde und deswegen entsprechend länger nicht geheizt werden muss. In der Regel dürfte aber der Effekt der solaren Gewinne durch Fenster größer sein.

Auch wenn die Außenseite einer ungedämmten Wand unterhalb der Raumtemperatur bleibt, kann ihre Temperatur durch Sonneneinstrahlung immerhin etwas höher werden als die Temperatur der Außenluft. Es erfolgt dann zwar kein Wärmegewinn, aber immerhin ein etwas verminderter Wärmeverlust. Bei sehr sonnigem Wetter an einem relativ milden Tag können die Wärmeverluste auf der Südseite unter Umständen sogar ähnlich stark reduziert werden wie durch eine Wärmedämmung. Da dieser Effekt aber an kalten und trüben Tagen entfällt, ohnehin auch in den Nächten, sind die über ein Jahr gemittelten Wärmeverluste einer ungedämmten Wand in der Regel erheblich größer als mit einer Wärmedämmung, z. B. in Form eines Wärmedämmverbundsystems (WDVS). Der genannte Mechanismus ist auch nicht sehr effektiv, da der Großteil der an der äußeren Wandoberfläche entstehenden Wärme nach außen abfließt und nicht nach innen.

Aus den genannten Gründen erfordert der Bau eines Passivhauses praktisch immer eine sehr gute Wärmedämmung, und man nutzt nur solare Gewinne durch Fenster.

Die Gewinnung von Wärme durch Sonnenkollektoren (Solarthermie), z. B. bei einer Solarheizung, fällt nicht unter die Nutzung solarer Gewinne; darunter versteht man nur die sogenannte passive Sonnenenergienutzung.

Optimierung solarer Gewinne

Um möglichst wenig Heizwärme zu verbrauchen, möchte man die solaren Gewinne normalerweise maximieren – jedenfalls in Gegenden mit eher kaltem Klima, wo häufiger ein Mangel als ein Überschuss von Wärme auftritt. Diese Strategie wird insbesondere bei der Konzipierung von Passivhäusern häufig verfolgt. Man wählt relativ große Fensterflächen auf der Südseite und achtet darauf, dass diese vor allem in Winter möglichst wenig z. B. durch Pflanzen verschattet werden. Außerdem sollten die Fenster einen möglichst hohen g-Wert (Gewinnwert, Energiedurchlassgrad), also eine hohe Durchlässigkeit für die Energie der Sonnenstrahlung aufweisen. Leider ist dieser Wert meist geringer für Fenster mit einem hohen U-Wert, wie er für eine gute Qualität der Wärmedämmung angestrebt wird. Hier ist also ein Kompromiss zwischen g-Wert und U-Wert nötig.

Problem der Überhitzung

Wenn im Sommer hohe solare Gewinne auftreten, kann dies unter Umständen zur Überhitzung von Räumen führen. Deswegen ist es manchmal notwendig, die solaren Gewinne bei Bedarf gezielt zu reduzieren. Dies ist möglich mit geeigneten Sonnenschutzvorrichtungen, beispielsweise in Form von Jalousien, bevorzugt auf der Außenseite.

Bei wie üblich senkrecht stehenden Fenstern (anders als bei schrägen Dachfenstern) werden die solaren Gewinne im Winter wegen des tiefen Sonnenstands relativ hoch und fallen im Sommer bei höherem Sonnenstand erheblich ab. Diese Abnahme kann noch verstärkt werden durch Vorsprünge an der Fassade oberhalb der Fenster, die eine Verschattung bewirken, – beispielsweise durch einen Balkon im darüber liegenden Stock. Deswegen werden die solaren Gewinne häufig auch ohne spezielle Sonnenschutzvorrichtungen im Sommer nicht zu hoch.

Anders als häufig vermutet hängt die Gefahr der Überhitzung von Räumen im Sommer kaum von der Wärmedämmung ab, da ein Abfluss überschüssiger Wärme nach außen an warmen Tagen ohnehin kaum möglich ist [2].

Siehe auch: Sonnenenergie, Fenster, transparente Wärmedämmung, Energiebilanz eines Gebäudes, Energiedurchlassgrad, Solarheizung, Sonnenschutz