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Das Paradoxon des “kühlen Daches”

Die Auswirkungen der globalen Erwärmung werden immer deutlicher spürbar, wobei längere und intensivere Hitzewellen im Sommer zur Normalität werden. Laut dem Bericht „European State of the Climate“ erwärmt sich Europa schneller als jeder andere Kontinent, wobei die Temperaturen doppelt so schnell steigen wie im globalen Durchschnitt.

Angesichts dieser Entwicklung überrascht es nicht, dass es schwierig wird, in Gebäuden angenehme Temperaturen zu halten, die für Bewohner und darin aufbewahrte Gegenstände geeignet sind. Immer mehr Menschen greifen auf Klimaanlagen zurück, die wiederum mehr Wärme erzeugen und mehr CO2 in die Atmosphäre abgeben. Laut einer Schätzung der französischen Agentur für Umwelt- und Energie (ADEME) waren 2021 in 25 % aller französischen Haushalte und in 40 % aller Gewerbebetriebe klimatechnische Anlagen mit unterschiedlichsten Wirkungsgraden installiert.

In diesem Zusammenhang gewinnt das Konzept des „Cool Roof“ weltweit als Lösung zur Eindämmung der Überhitzung von Gebäuden zunehmend an Bedeutung und entwickelt sich geradezu zu einer Art „Heiligem Gral“ in Bezug auf Energieeffizienz, sommerlichen Raumkomfort und Nachhaltigkeit. Angesichts der strengeren EU-Vorgaben für die Energieeffizienz und der zunehmenden Häufigkeit von Wärmeinseln in Großstädten wie Paris, Berlin oder London ist das Verständnis der physikalischen Grundlagen dieser Phänomene unerlässlich.

Was ist ein kühles Dach?

Ein Kaltdach ist so konzipiert, dass es mehr Sonnenlicht reflektiert und weniger Sonnenenergie absorbiert als ein herkömmliches Dach. Technisch ausgedrückt handelt es sich um eine Oberfläche, die unter der Sonne eine niedrigere Temperatur beibehält, indem sie zwei spezifische Materialeigenschaften maximiert: Sonnenreflexion (SRI) oder Albedo" (die Fähigkeit, Sonnenlicht zurück in die Atmosphäre zu reflektieren) und Wärmeabstrahlung (die Fähigkeit des Materials, sich abzukühlen, sobald es warm geworden ist).

Das Ziel eines "kühlen Daches" besteht darin, die Wärmemenge zu reduzieren, die in die darunterliegende Gebäudestruktur eindringt, wodurch das Gebäude im Sommer kühl bleibt und sich folglich die Energiekosten für die Klimatisierung senken lassen.

Die Entscheidung für ein wärmereflektierendes Dach sollte daher, besonders in wärmeren Regionen, selbstverständlich sein. Ein Großteil der Informationen stiftet jedoch Unklarheit über die konkreten Vorteile. Ist es die beste Lösung für die Bewohner des Gebäudes? Lassen sich damit spürbar Energiekosten einsparen? Trägt es wirksam zur Linderung des städtischen Wärmeinseleffekts bei? Ist die Lösung langfristig nachhaltig? Häufig werden diese Fragen durcheinandergebracht.

Nicht nur eine Frage der Farbe

In der Branche hat sich eine gefährliche Vereinfachung durchgesetzt: der Glaube, dass jedes weiße oder helle Dach ein "kühles Dach" ist, unabhängig davon, ob die Dachbahn selbst weiß oder hell ist oder ob sie mit einer lichtreflektierenden Beschichtung versehen wurde. In Wirklichkeit legt die Bauphysik ein komplexeres Paradoxon nahe.

Ein Thema, über das nicht oft gesprochen wird, ist die Frage, was auf lange Sicht geschieht, da die Reflexionsfähigkeit der Dachbahn oder der Beschichtung nicht ewig gleich bleiben wird. Alle hellfarbigen Dächer werden im Freien schmutzig und büßen mit der Zeit zwangsläufig Reflexionsvermögen ein. Allein in den ersten drei Jahren sind Einbußen von 30 bis 50 % möglich. Minderwertige Dachbahnen, die nicht ausreichend für die derzeitige UV-Belastung stabilisiert sind, vergilben. Sobald eine Dachbahn gelb oder elfenbeinfarben wird, ist sie kein "kühles Dach" mehr und verliert alle vermeintlichen thermischen Vorteile.

Auch die Verschmutzung spielt eine große Rolle. Die Dächer werden schon beim Verlegen verunreinigt, wenn die Verleger darauf hin- und herlaufen. Dächer mit Photovoltaikanlagen werden noch öfter begangen. Hier verschmutzen die Dächer entsprechend schneller. Im Laufe der Lebensdauer des Daches verschmutzt es durch ganz normale Einflüsse wie Staub, der in der Luft schwebt oder vom Wind verweht wird, Umweltverschmutzung, Vogelkot … und sogar Regen.

Die regelmäßige Reinigung des Daches scheint die Lösung zu sein, aber die Erfahrung zeigt, dass tatsächlich nur sehr wenig gereinigt wird. Dies ist größtenteils auf die damit verbundenen Kosten zurückzuführen: Der Aufwand, der nötig wäre, um das ursprüngliche Reflexionsvermögen des Daches beizubehalten, wäre ungleich höher als die Energieeinsparungen aus der Farbwahl.

Bei der Planung zukünftiger Projekte ist es daher wichtig, den "gealterten SRI"-Wert einer Dachbahn oder Beschichtung zu berücksichtigen. Die Wahl eines leicht zu reinigenden Materials oder eines Materials mit antimikrobiellen Eigenschaften trägt ebenfalls zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit bei.

Die Bedeutung des gesamten Dachsystems

An einem heißen Sommertag liegt die oberflächennahe Temperatur auf einem hellfarbigen Dach bei etwa 40 bis 45 °C. Auf dunklem Untergrund werden 70 bis 75 °C erreicht. Bedeutet das, dass wir durch den Einbau einer weißen oder hellen Dachbahn oder -beschichtung automatisch eine Verbesserung des Raumklimas im Gebäude um 30 °C erzielen? Nicht wirklich.

Alles hängt vom gesamten Dachaufbau ab. Ein Dach ist eigentlich eine Gesamtheit von Bauelementen: Es besteht aus verschiedenen Schichten, die jeweils eine bestimmte Funktion haben. Damit ein Dach die gewünschte Wirkung zeigt und optimale Dämmleistung erbringt, muss jede Komponente einen bestimmten Zweck erfüllen und mit den anderen Komponenten zusammenwirken. Es reicht also nicht, sich nur mit der obersten Schicht zu befassen und den Rest außer Acht zu lassen.

Um auf jedem Dach wirklich Energieeffizienz zu erzielen, hat eine gute Wärmedämmung einen weitaus größeren Einfluss als die Farbe der Dachbahn. Wenn zum Beispiel eine reflektierende Membran oder Beschichtung auf einem ungedämmten Wellblechdach verwendet wird, werden wir tatsächlich einen Rückgang der Innentemperatur feststellen. Wenn das Dach nur minimal gedämmt ist, ist das Temperaturgefälle zum Gebäudeinneren wesentlich größer. Wenn das Dach also gut gedämmt ist, ist der Komfortgewinn, der allein durch den Einbau einer reflektierenden Membran oder Beschichtung erzielt wird, praktisch vernachlässigbar.

Ist ein Kühles Dach nachhaltig?

Wie nachhaltig eine Dachbahn ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Einer davon ist der Energiebedarf bei der Herstellung (CO2-Bilanz). Für einlagige Dachabdichtungen, wie UltraPly TPO, wird wegen des niedrigen Gewichts bei der Herstellung weniger Energie verbraucht. Sie werden ohne Chlor- oder Halogenzusätze hergestellt und sind vor allem sehr langlebig.Die Lebensdauer steht in Zusammenhang mit der erbrachten Leistung.

Die Lebensdauer einer EPDM-Dachbahn ist wesentlich länger als die einer hellfarbigen Dachbahn gleicher Dicke. Das bedeutet, dass sie weniger häufig ausgetauscht werden muss. Bei Arbeiten für ein neues Dach werden zusätzlich CO2 freigesetzt, Abfall erzeugt und Kosten verursacht. Diese Faktoren müssen bei der Frage nach der nachhaltigsten Dachmembran berücksichtigt werden. Ist es die mit dem höchsten Reflexionsvermögen oder die mit der längsten Lebensdauer?

Helle Untergründe senken die Umgebungstemperaturen und beeinflussen somit den städtischen Wärmeinseleffekt. Der Effekt auf die Temperaturen im Gebäude ist weniger ausgeprägt. Jüngste Studien der Stanford University1 zeigen jedoch, dass reflektierende Dächer das Wärmeproblem nicht beseitigen, sondern es lediglich auf benachbarte Flächen verlagern. In einer urbanen Landschaft haben nicht die Dächer den größten Flächenanteil, sondern die Straßen und Fassaden. Reflektierende Dächer können die Energie auf große benachbarte Flächen von Glasfassaden oder Betonfassaden zurückwerfen. Diese Oberflächen stauen viel Wärme und können sie während der Nachtstunden nicht effizient abgeben, was die Situation noch verschlimmert.

Weiter ist zu beachten, dass hoch aufragende Gebäude die Energie in einer Weise reflektieren, die Regenzyklen stören können. Weiße Untergründe behindern das Aufsteigen von Feuchtigkeit in die Atmosphäre. Dies führt wiederum zu einer geringeren Wolkendecke, was weniger Regen und eine Zunahme dürreähnlicher Bedingungen zur Folge hat – also genau das Gegenteil des gewünschten Effekts.

Kurz gesagt: Um wirklich nachhaltig zu sein, muss eine Dachbahn ressourcenschonend sein, eine lange Lebensdauer aufweisen, eine hervorragende Leistungsfähigkeit bieten und sich für Lösungen wie Gründächer eignen, die das Dach im Sommer nicht nur kühler halten als eine weiße Oberfläche, sondern auch für Sauerstoffversorgung, Evapotranspiration und weitere Vorteile sorgen, die für eine echte und nachhaltige Minderung des städtischen Wärmeinseleffekts von großem Nutzen sind.

Keine Einheitslösung

Die tatsächlichen Vorteile eines kühlen Daches sollten unter Berücksichtigung des lokalen Klimas, der geografischen Lage, der Gebäudetypologie und der Wärmedämmung berechnet werden. Kosten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Ein kühles Dach ist bei Renovierungen in der Regel wirtschaftlich sinnvoll. Es müssen aber die langfristigen Kosten wie auch die Auswirkungen auf die Umwelt berücksichtigt werden.

„Die Entscheidung für eine Cool-Roof-Lösung bei der Sanierung eines schlecht gedämmten Gebäudes in einer warmen Region wie Südfrankreich kann durchaus attraktiv sein“, verrät Jean-Luc Roudaut, Manager für Photovoltaik-Planung für Frankreich bei Holcim Solutions and Products EMEA. „In Nordfrankreich dagegen ist es kühler. Da kommen Fragen auf: Wie viel Energie ist für die Klimatisierung im Sommer nötig und wie viel für die Heizung im Winter? Im Winter erwärmt sich eine reflektierende Dachbahn bzw. Farbe weniger. Und das kann zusätzliche Heizkosten verursachen. "Deswegen muss man das gesamte Jahr in Betracht ziehen, nicht nur den Sommer“, fügt Roudaut hinzu.

Es ist nicht ratsam, sich blindlings für ein herkömmliches kühles Dach zu entscheiden. Wird mehr Aufenthaltskomfort während heißer Tage oder ein niedrigerer Kühlbedarf (und damit niedrigere Energiekosten) angestrebt, sollten folgende Punkte in Betracht gezogen werden:

  • Hellfarbige Dachbahnen oder reflektierende Beschichtungen sind nicht die einzige Lösung. Bei der Planung müssen das gesamte Gebäude (Fassaden, unmittelbare Umgebung, Dämmung usw.) und das Budget miteinbezogen werden.
  • Berücksichtigen Sie die geografische Lage und Gebäudetyp. Wohn- und Gewerbebauten stellen sehr spezifische Anforderungen.
  • Wie gut ist das Dach gedämmt? Wird renoviert oder neu gebaut?
  • Reflektierende Dächer verlieren mit der Zeit ihre Reflexionsfähigkeit. Achten Sie auf den von einem Dritten bereitgestellten "älteren SRI"-Wert des Materials. Vergewissern Sie sich auch, dass das Dach ein angemessenes Gefälle hat, um Staunässe zu vermeiden, denn dadurch wird das Dach schneller schmutzig. Regelmäßige Reinigung kann zwar dazu beitragen, den SRI wiederherzustellen, ist jedoch mit Kosten verbunden und könnte sich zudem auf die Materialleistung auswirken, da sie die Membran schneller verschleißen lassen könnte.
  • Wenn Sie spiegelnde Beschichtungen verwenden, vermeiden Sie preiswerte Beschichtungen, die porös sind und leicht Schmutz anziehen können. Achten Sie darauf, dass sie keine Schadstoffe in die Luft oder ins Regenwasser abgeben.
  • Wie lange ein Dachabdichtungssystem seine Aufgabe erfüllt, ist einer der wichtigsten Überlegungsfaktoren.

Unsere einlagigen Dachabdichtungen bieten eine Vielzahl von Lösungen, die den thermischen Komfort in Gebäuden verbessern können, und ein „Cool Roof“ ist nur eine davon. Unsere Ansprechpartner vor Ort beraten Sie gerne, welche Option am besten zu Ihrem Bauvorhaben passt.

* „Effects of Urban Surfaces and White Roofs on Global and Regional Climate“, Mark Z. Jacobson und John E. Ten Hoeve, Institut für Bau- und Umweltingenieurwesen, Universität Stanford, Stanford, Kalifornien