Sonnenhitze soll draußen bleiben: Die Physik von Rolladen & Co.

In einem gemütlichen Wohnzimmer bevorzugen viele Menschen eine Raumtemperatur von 20 bis 22 Grad Celsius. Im Schlafzimmer dürfen es zur Sicherstellung einer erholsamen Nachtruhe noch vier Grad weniger sein. Doch die Hitzewellen über Europa lassen nicht nur Asphalt aufplatzen – sie verwandeln jedes Verweilen in den eigenen vier Wänden in einen unfreiwilligen Saunagang. An heißen Tagen können so die Temperaturen in unklimatisierten Räumlichkeiten auf weit über 30 Grad Celsius klettern und dort selbst nach Sonnenuntergang oft noch stundenlang verweilen. Doch warum werden Räume eigentlich so heiß – und was kann man dagegen tun? F.A.Z.-Artikel häufiger in Ihren Suchergebnissen sehen F.A.Z. bei Google bevorzugen Die Schwachstellen im Haus Dafür lohnt sich zunächst ein Blick darauf, wie Wärme in einen Raum gelangt. Im Sommer geschieht das hauptsächlich auf drei Wegen: Über direkte Sonneneinstrahlung, das Aufheizen der Wände und des Daches sowie den Einstrom von Luft durch offene Fenster. Letztere sollten daher möglichst geschlossen bleiben, sobald die Außentemperatur höher ist als die Innentemperatur – denn frische Luft ist dann heiße Luft. Und ist diese Wärme einmal im Haus, geht sie nicht mehr raus. Wärme kann aber auch ohne das Strömen warmen Materials transportiert werden, einfach aufgrund der Wärmeleitfähigkeit eines Mediums. Erwärmt sich beispielsweise die Außenseite einer Hauswand, dann breitet sich die thermische Energie langsam im Mauerwerk aus, bis sie dann auf der Innenseite wieder abgegeben wird. Der sogenannte Wärmedurchgangskoeffizient, auch U-Wert genannt, beschreibt, wie viel Wärme durch ein Bauteil fließt, wenn zwischen innen und außen ein Temperaturunterschied von einem Grad besteht. Die Kraft der Sonne Die direkte Sonneneinstrahlung schließlich ist häufig die größte Quelle der Raumaufheizung. Trifft die Sonnenstrahlung auf eine Fensterscheibe, wird ein Teil reflektiert, ein Teil absorbiert, und ein Teil gelangt in den Raum. Das eindringende Licht trifft dann auf Boden, Wände und Mobiliar, erwärmt alle diese Oberflächen, die dann vermehrt infrarote Wärmestrahlung abgeben. Deren Wellen sind länger als die sichtbaren Lichtes, und Fensterglas ist für sie nicht mehr transparent. Sie werden also zurückgehalten und geben ihre Energie schließlich an die Raumluft ab. Entscheidend sind nun die Fläche und die Beschaffenheit der Fenster: Große Fensterscheiben erhöhen den möglichen Energieeintrag, Verglasungen mit niedrigem Gesamtenergiedurchlassgrad, dem sogenannten g-Wert, begrenzen ihn. Der g-Wert nimmt Werte zwischen 0 und 1 an und ist ein prozentuales Maß für die Durchlässigkeit von Materialien für Sonnenlicht. Während Einfachverglasungen Werte bis zu 0,87 erreichen, reduzieren spezielle Sonnenschutzgläser den Wert auf bis zu 0,27 – das heißt 60 Prozentpunkte weniger bei gleicher Sonneneinstrahlung. Ein vereinfachtes Modell Wie stark sich nun ein Raum durch die Sonne aufheizt, hängt also von vielen Faktoren ab. Ein exaktes Modell für die dynamische Entwicklung der Raumtemperatur über den Tagesverlauf ist daher sehr komplex und würde das Lösen partieller Differentialgleichungen bedeuten – eine einfache Formel gibt es daher nicht, was auch das Umweltbundesamt bestätigt, das 2023 eine ausführliche Studie zu dem Thema veröffentlicht hat. Es ist aber möglich, eine vereinfachte physikalische Darstellung zu konstruieren, die die Wirkung verschiedener Sonnenschutzmaßnahmen im Vergleich veranschaulicht. Dieses Modell berücksichtigt sowohl den Einfluss der warmen Außenluft auf das Gebäude mittels eines U-Wertes als auch die direkte solare Einstrahlung durchs Fenster. In die Simulationsrechnungen, deren Resultate unten grafisch dargestellt sind, geht dabei maßgeblich die sogenannte Wärmekapazität der Kombination aus Raumluft und Mauerwerk ein. Ganz allgemein beschreibt diese Kennzahl, wie viel Energie einem System – in diesem Fall einem Raum – zugeführt werden muss, damit dessen Temperatur um einen Grad erhöht wird. Sie wird maßgeblich durch die Raumgröße, Bauweise und die Inneneinrichtung beeinflusst. Hier wurde ein 20 Quadratmeter großer Raum mit einer Deckenhöhe von 2,50 Metern und einer Fensterfläche von vier Quadratmetern angenommen sowie ein durchschnittlich gut gedämmtes Wohngebäude. Weiter wurde von einem Szenario ausgegangen, in dem Außen- und Innentemperatur morgens um 6:00 Uhr den gleichen Wert von 22 Grad Celsius betragen, die Außentemperatur dann im Laufe des Tages bis auf ein Maximum von 38 Grad um 16 Uhr ansteigt und bis 22 Uhr auf 27 Grad abfällt. Die Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung schwankt mit dem Sonnenstand, was hier durch eine Sinuskurve modelliert wurde. Für verschiedene Schutzmaßnahmen mit ihren jeweiligen g-Werten ergeben sich dann die gezeigten Verläufe der Raumlufttemperatur im Tageslauf. Wie sich zeigt, kann sich ein Raum bereits durch wenige Quadratmeter ungeschützter Fensterflächen an sonnigen Tagen erheblich aufheizen. Zudem macht es einen deutlichen Unterschied, ob der Sonnenschutz außen- oder innenliegend ist. Befindet er sich auf der Innenseite, wirft er nur einen kleinen Teil der eingefallenen Strahlung wieder durchs Fenster zurück nach draußen. Das Gros heizt die Luft zwischen Fenster und Vorhang, die ihre Wärme schließlich an die übrige Raumluft weitergibt. Es ist also immer ein Schutz auf der Außenseite zu empfehlen. In der vergangenen Hitzewelle vom Juni wurde in sozialen Netzwerken zuweilen die Rettungsdecke als improvisierter Schutz diskutiert. Eine solche mit Aluminium bedampfte Polyesterfolie dient normalerweise dazu, verunglückte Personen vor Unterkühlung zu schützen, hier wirkt sie als effizienter Lichtreflektor. Auch unser Modell deutet darauf hin, dass eine mit der silbernen Seite nach außen auf der Fensteraußenseite angebrachte Rettungsdecke den Wärmeeintrag reduzieren kann. Dabei ist allerdings immer darauf zu achten, dass es nicht zu Blendwirkungen gegenüber Nachbarn und Verkehrsteilnehmern kommt. Zudem muss die Decke sicher befestigt sein. „Wichtig, die Rettungsdecke nur außen anzubringen“, warnt Christoph Schünemann vom Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung, „Bei manchen Verglasungen kann die Scheibe reißen, wenn die Decke innen angebracht wird.“ Was immer man sich aber nun vors Fenster hängt: Das Modell, dem obige Kurven zugrunde liegen, erfasst die physikalischen Verhältnisse nur in stark vereinfachter Form und berücksichtigt zum Beispiel nicht, wie der Raum auf Durchluftereignisse reagiert. Gleichwohl können die Kurven qualitativ zu geeigneten Schutzmaßnahmen motivieren.