Wintergärten

Alles zur Wirkung, Funktion, Wärmespeicherung, Verschattung und Konstruktion von Wintergärten, über grundlegende Fehler bei der Errichtung und tatsächliche Energieeinsparung

Wintergarten mit innenliegender Verschattung und mediterranem Bewuchs

Neben dem Pool ist der Wintergarten der Inbegriff einer modernen Wohnanlage und Traum vieler Immobilien-Besitzer. Kein Wunder, stellt doch der Wintergarten den Übergang von der Natur zum Wohnraum dar und kann ein blühender Garten in der kühleren Jahreszeit sein. Neben der Hoffnung auf eine behagliche Atmosphäre ist auch der Glaube weit verbreitet, dass Wintergärten Heizenergie sparen. Doch leider ist oft das Gegenteil der Fall. Natürlich, wenn die Sonne scheint und der Wintergarten sich langsam aufwärmt, kann der Eindruck vom stetigen Zufluss kostenloser Wärme entstehen. Bei hoch stehender Sonne kann es sogar so heiß werden, so dass eine Verschattung gewünscht wird. Doch nach Sonnenuntergang und während der kurzen, oft kraftlosen Sonnenscheinstunden in der Übergangszeit, vom Winter gar nicht zu reden, ist der Zufluss von Wärme jedoch unterbrochen. Steht die Sonne tief, hat sie nur wenig Energie abzugeben. An vielen Tagen des Jahres verlässt dann über die Verglasung mehr Wärme den Raum, als über den Tag zuströmt. Wenn dann nicht geheizt wird, lässt die Behaglichkeit zu wünschen übrig.

Wirkung eines unbeheizten Wintergartens

Ein Wintergarten bewirkt, wie jeder an das beheizte Wohnhaus angrenzende unbeheizte Raum (Windfang, Garage, Schuppen), eine Verminderung der Wärmeverluste, der an den Raum unmittelbar angrenzenden Außenwände des Hauses. Im Winter wird daher die Lufttemperatur im Wintergarten meist höher sein als die Außenlufttemperatur. Ist und bleibt der Wintergarten unbeheizt, stellt er eine Art Schleuse zwischen der Außenluft und dem beheizten Wohnhaus dar. Die inneren Oberflächentemperaturen der an den Wintergarten grenzenden Außenwände sind höher als bei Außenwänden, die direkt an Außenluft grenzen. Dieser Effekt verringert sich umso mehr, je besser der Wärmeschutz des beheizten Wohnhauses ist.

Wie funktioniert der Wintergarten?

Gesamtenergiegewinn durch eine Wärmeschutzverglasung (mit bedampfter Reflexionsschicht)

Etwa die Hälfte bis zwei Drittel der eintreffenden kurzwelligen Solarstrahlung durchdringt die Wärmeschutzverglasung eines Wintergartens. Hier trifft sie auf die Speichermasse der Wände, des Fußbodens und der Einrichtung und erwärmt diese. Nun erwärmt sich auch langsam die umgebende Luft im Wintergarten. Die Abkühlung der Luft wird durch die Wärmedämmung der umgrenzenden Bauteile (Verglasung, Wände, Boden, ggf. Dach) verhindert. Gleichzeitig senden die erwärmten Speichermassen jetzt eine langwellige Wärmestrahlung aus, die an der Verglasung reflektiert wird. So heizen sich neben der Luft, alle umgebenden Bauteile und die Einrichtungsgegenstände (auch Pflanzen und Erdreich) auf. Der Vorgang des Aufheizens wird gestoppt, wenn die Sonne nicht mehr scheint bzw. der Wintergarten gut verschattet wird, und zwar von außen. Eine Abkühlung kann jetzt nur noch durch effektive Be- und Entlüftung oder mit hohem Elektroenergieaufwand durch eine Klimaanlage herbeigeführt werden.

Speichermasse ist wichtig

Die Wärme speichernde Masse von Bauteilen spielt bei einem Wintergarten eine wichtige Rolle. Ist sie hoch, wie z.B. bei massiven Wänden (Rückwand, viertelhohe Seitenwände) und dem Boden, kann während der "Einspeicherphase" sehr viel Wärmeenergie aufgenommen werden. ("Zwischenlagerung"). Diese Wärmeaufnahme erhöht die Bauteiltemperatur. Ist die Sonne verschwunden, wird aus der Speichermasse wieder Wärme an den Wintergarten abgegeben. Die Abkühlung der Luft im Wintergarten verlangsamt sich. Als wirksame Speichermasse selbst eignen sich alle schweren, dichten Wandbaustoffe wie Ziegel, Naturstein oder Beton. Dies ist allerdings ein Widerspruch zur gewünschten Wärmedämmung der Außenwände. Ist die Wärmedämmung gut, ist die Wärmespeicherkapazität eher klein. Bei der Planung und Konstruktion sind daher Kompromisse einzugehen, die von der Art der Bepflanzung (einheimisch oder mediterran) und von der gewünschten Nutzung des Wintergartens abhängen.

Thermogramm eines integrierten Wintergartens ohne Verschattung und Belüftung mit Wärmebrücken

1. Variante: Der Wintergarten wird passiv mit geheizt. Gut Wärme speichernde Wände des Wintergartens haben eine große Masse, aber eine eher schwache Wärmedämmung. Der U-Wert dieser Bauteile liegt in einem Bereich von 1 bis 2 W/m²K. Zur Veranschaulichung: Eine 36 cm starke Ziegelwand, erbaut in der Mitte des 20. Jh., besitzt einen U-Wert von etwa 1,3 W/m²K. Ein ähnlicher Wert ergibt sich, wenn bei einem Neubau mit Wärmedämmverbundsystem (WDVS) die Wärmedämmung der Rückwand im Bereich des Wintergartens weggelassen wird. An kalten Tagen gelangt so etwas Wärme vom Wohnraum in den Wintergarten und verhindert Temperaturen unter dem Gefrierpunkt (mediterrane Bepflanzung). Massive, von außen gedämmte, viertelhohe Seitenwände sind bei dieser Variante möglich und sinnvoll.

2. Variante: Der Wintergarten wird nicht beheizt. Darf im Wintergarten gelegentlich Frost auftreten (einheimische Pflanzen), kann eine energiesparendere Variante gewählt werden. Die Rückwand ist z.B. eine hochwärmedämmende Wand wie die übrigen Außenwände des Hauses z.B. mit U-Werten um 0,2 W/m²K oder darunter. Massive, von außen gedämmte, viertelhohe Seitenwände sind möglich und sinnvoll. Eine passive Miterwärmung des Wintergartens über den Raum hinter der Rückwand ist ausgeschlossen. Allerdings sind Frostgrade im Wintergarten natürlich möglich.

unbeheizter Wintergarten vor gut dämmender Hauswand mit Zu- und Abluftmöglichkeit

3. Variante: Der Wintergarten wird aktiv beheizt. Darf im Wintergarten kein Frost auftreten (mediterrane Bepflanzung), kann bei hochwärmedämmender Rückwand (U-Wert um 0,2) eine Variante mit aktiver Beheizung gewählt werden. Eine Fußbodenheizung verhindert Frost und kann bis zur Behaglichkeitsschwelle (um 20°C) den Wintergarten beheizen. Dies erfordert einen erheblichen Mehrbedarf an Heizwärme, was mit entsprechenden Kosten verbunden ist. Massive, von außen gedämmte, viertelhohe Seitenwände sind auch bei dieser Variante möglich und sinnvoll.

Diese Fehler vermasseln eine positive Bilanz

Die Wintergartenverglasung ist wärmetechnisch leider ein Leichtgewicht mit meist schwachen U-Werten. Sie sind in der Regel deutlich schlechter als die der Außenwände. Ist auch sonst wenig Wärmespeichermasse vorhanden, steigt die Lufttemperatur bei entsprechender Einstrahlung rasch an. Ist die Sonne weg, fällt die Temperatur auch schnell wieder. Wird Bilanz gezogen (gerechnet und gemessen), zeigt sich oft, dass in den Nachtstunden und in der sonnenarmen Jahreszeit mehr Wärme den Wintergarten verlässt als von diesem eingefangen wird. Die erwartete Energieeinsparung wird also nicht erreicht. So ergibt sich selbst bei sehr guter Verglasung (U-Werte um 0,5 W/m²K) ein Mehrbedarf an Heizenergie von 10% bis 30%.

Im Wohnbereich integrierter Wintergarten mit einer innenliegenden Verschattung
  1. Die Hauptursache für eine negative Bilanz ist, dass die allermeisten Wintergärten nicht als separate Bauwerke vor das Wohnhaus gestellt, sondern integriert werden. Damit sind die energetisch schwächeren Verglasungen sowohl am Wärmegewinn, aber eben auch am Wärmeverlust beteiligt - und das überwiegend.
  2. Sind Haus und Wintergarten dagegen durch eine wärmedämmende Wand mit wärmetechnisch guten Türen bzw. Fenstern getrennt, kann die Bilanz positiv sein. Wenn aber temperiert und z.T. sogar entfeuchtet werden muss (mit Klimaanlagen) wird (Pflanzen, Wohnbereichserweiterung) kippt die Bilanz ins Negative.
  3. Durch Planungsfehler, aber auch durch lagebedingte Einschränkungen, werden Wintergärten auf die Nordseite gestellt, wodurch nur geringfügige oder gar keine solare Wärmegewinne erzielt werden.

Lüftung des Wintergartens

Die Notwendigkeit den Wintergarten zu belüften, wird spätestens erkannt, wenn an einem Tag mit reichlich Sonnenenergie die Temperaturen im Wintergarten auf 40°C und mehr ansteigen. Aber auch dann, wenn an kühleren Tagen die Scheiben durch Kondensatfeuchte undurchsichtig werden, wird klar: Eine Be- und Entlüftung des Wintergartens ist zwingend erforderlich.

Entlüftungsmöglichkeit möglichst an der höchsten Stelle vorsehen!

Eine natürliche Be- und Entlüftung basiert auf nach oben steigender Luft (erwärmte Luft wird leichter) und von unten nachströmender, kühlerer Luft. Für einen effektiven Luftaustausch muss die warme Abluft am besten über eine automatisch gesteuerte Lüftungsklappe den Wintergarten an der höchsten Stelle verlassen. Kühlere Luft kann von außen über untere Lufteinlässe nachströmen. Ein ausreichender Luftwechsel ist im Sommer meist auch gegeben, wenn die Türen/Fenster in der Rückwand des Wintergartens geöffnet werden (können). Selbstverständlich lässt sich dieser Vorgang auch mit einer automatisierten Be- und Entlüftungsanlage auslösen. Ohne diese Be- und Entlüftung aber hat ein Wintergarten aber nur selten ein behagliches Raumklima. Es wird an vielen Tage des Jahres einfach zu heiß, wie das folgende Beispiel zeigt:

Der Wintergarten an einer Kita war bei Sonneneinstrahlung kaum benutzbar, da keine Lüftungsmöglichkeit

Ein angebauter Wintergarten konnte bei Sonneneinstrahlung durch die Kinder einer Kita nicht genutzt werden. Der Architekt und die Baubehörde hatten die notwendige Belüftung und Verschattung vergessen. Die oberen Verglasungen wiesen keine Lüftungsklappen auf. Fenster in der Seitenwand konnte aus Sicherheitsgründen nicht geöffnet werden. Über die Längsseite des Anbaus war kein Durchzug möglich. Zuluftöffnungen fehlten ebenso, wie die erforderliche Verschattung von außen. An einem Junitag nach der Inbetriebnahme stieg dann auch folgerichtig die Raumtemperatur auf unglaubliche 56°C. Nachträglich wurde zumindest eine teure Entlüftungsanlage eingebaut und Zuluftventile montiert.

Nachträglicher Einbau einer Entlüftungsanlage mit Absaugventilen kurz unter der Verglasung
An den Seiten des vorgebauten Wintergartens wurden zusätzlich Zuluftventile eingebaut

Wichtig: Verschattungsmöglichkeit

Eine Verschattungsmöglichkeit der Schräge und der vertikalen Seiten sollte unbedingt vorgesehen werden. Sonst kann es nicht nur unerträglich warm werden, auch die glashaltende Konstruktion wird mechanisch stark belastet. Ohne Verschattungsmöglichkeit wird es an vielen Tagen in einem Wintergarten mit Bewuchs auch den Pflanzen zu warm, die Luftfeuchtigkeit steigt infolge hohen Wasserverbrauchs. In manchen Situationen ist es ohne Verschattung einfach zu hell.

Eine Verschattungslösung ist möglichst von außen vorzusehen. Dort ist sie bedeutend wirksamer, da eine übermäßige Aufheizung der Glasflächen und der Haltekonstruktion verhindert wird. Markisen, Rollos, Raffstores, Sonnensegel u.ä. sind allerdings wegen der hohen Anforderungen (Wind, Regen, Schnee) aufwändig und teuer. Sie können aber auch einen Baum pflanzen, um mittelfristig einen guten, preiswerten Schattenspender vor dem Wintergarten zu haben. Es eignen sich Baumarten, die spät im Jahr dichtes Laub bekommen und früh wieder verlieren. So haben sie die maximale Verschattung im Hochsommer.

Innenliegende Verschattungen sind nicht zu empfehlen. Sie sind zwar der Witterung nicht ausgesetzt und preiswerter, dafür funktionieren sie auch nur als Schattenspender. Eine Reduzierung der Raumlufttemperatur ist damit nicht möglich.

Grundsätzlich sind helle, UV-stabile Materialien als Schattenspender vorzuziehen, da diese Materialien das Sonnenlicht reflektieren, ohne sich selbst nennenswert aufzuheizen.

Planungshinweise und Konstruktion

  • Damit die sommerliche Mittagssonne nicht zu extremen Überhitzungen des Wintergartens führt, sollte die Dachverglasung klein gehalten oder ganz auf sie verzichtet werden.
  • Von Schrägverglasungen oder horizontalen Glasflächen ist abzuraten, da bruchsicheres Sicherheits-Glas verwendet werden muss. Solche Konstruktionen können Probleme durch Überhitzung, insbesondere in der hoch stehende Mittagssonne, verursachen. Bei sehr geringen Neigungen kommt es leichter zu Schäden durch Schneelast im Winter. Sie verschmutzen leicht und sind schwer zu reinigen. Akzeptable klimatische und sichere Verhältnisse ergeben sich bei Wintergärten, die unter einem Dachüberstand angeordnet sind.
  • Nach Westen ausgerichtete Wintergärten neigen zu Überhitzungen im Sommer und sollten, wenn keine ausreichende Verschattung möglich ist, vermieden werden. Nach Norden ausgerichtete Wintergärten bringen schattenarmes Licht, aber nur einen kleinen Wärmegewinn.
  • Zuluftöffnungen für die Frischluft sollten in Bodennähe und Abluftöffnungen an der höchsten Stelle des Wintergartens eingeplant werden.
  • Planen sie mit einer natürlichen Verschattungsmöglichkeit durch laubwerfende Bäume und hohe Sträucher.
  • Auch für einen Wintergarten benötigen sie ein Fundament oder eine Bodenplatte mit Frostschürze. An der Außenseite eines Streifenfundamentes sollte eine Wärmedämmung (Perimeterdämmung) angebracht werden, um ggf. den Wurzelraum der im Wintergarten befindlichen Pflanzen vor Frost zu schützen. Bei einer Bodenplatte kann eine waagerecht im Erdreich verlegte Frostschürze diese Aufgabe übernehmen.
  • Für die glashaltende Konstruktion eigen sich, ähnlich wie beim Fensterbau, spezielle, wärmegedämmte Profile aus Aluminium oder Kunststoff. Auch eine Holzkonstruktion aus Leimholzbindern ist möglich, wenn das Holz außen später, z.B. mit Aluprofilen, abgedeckt wird. Bei zu erwartendem Kondensatanfall (spezielle Bepflanzungen mit hohen Ansprüchen an die Luftfeuchtigkeit) ist Holz aber nicht der geeignete Baustoff. Konstruktionen aus Aluminium-Profilen sind mit thermisch getrennten Profilen auszuführen, um eine Tauwasserbildung so weit wie möglich zu vermeiden.
  • In den senkrechten Flächen, z.B. auch auf den viertelhohen Seitenwänden, empfiehlt es sich gegenüberliegende Öffnungsmöglichkeiten zur Querlüftung vorzusehen (z.B. normale Fenster).
  • Der Boden über der Bodenplatte ist, um ein hohe Speichermasse zu erzielen, mit Fliesen, Steinzeug, Gehwegplatten o.ä. zu belegen. Bei einer Fußbodenheizung ist eine massive Variante zu bevorzugen. Für viertelhohe Seitenwände wird eine hohe Speichermasse mit Kalk-Sand-Steinen erzielt. Diese sollten außen eine Wärmedämmung erhalten.
  • Pflanzen im Wintergarten sollten große Temperaturunterschiede vertragen können und auch frostsicher sein. Muss der Wintergarten dafür passiv oder aktiv temperiert werden, hebt sich eine mögliche energiesparende Wirkung eines Wintergartens auf.

Und summa summarum?

  1. Auch ein „richtig“ konzipierter Wintergarten ist an etwa 100 Tagen im Jahr nicht als Wohnraum zu gebrauchen. Aus energetischer und finanzieller Sicht ist daher eine gut dimensionierte Südverglasung des Wohnraumes mit außenliegender Verschattung besser als ein „klassischer“ Wintergarten.
  2. Ein Wintergarten kann sinnvoller Bestandteil eines Niedrigenergiehauses sein, ist aber für eine positive Energiebilanz keineswegs zwingend erforderlich.
  3. Der Wintergarten steigert in erster Linie den Wohnwert. Vor allem in der Übergangszeit, aber auch an sonnigen Tagen im Winter, lässt er sich bei richtiger Planung als Ess-, Spiel- und Arbeitsraum nutzen.
  4. Eine Belüftung des Wintergartens ist auf Grund der Überhitzungsgefahr bei Sonnenschein und zum Abtransport von Raumluftfeuchtigkeit notwendig.
  5. Auf eine möglichst außen angebrachte Verschattung darf nicht verzichtet werden.