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Heizlastberechnung starten
Normkonforme Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 — direkt im Browser.
Heizlastberechnung startenKaltluftabfall an Fenstern: Ursachen, Berechnung nach DIN 4108-2, Mindest-U-Wert für Fenster, Strahlungsasymmetrie und Raumkomfort nach DIN EN ISO 7730.
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Heizlastberechnung startenKaltluftabfall (auch: Kaltluftströmung, Fenster-Konvektion, engl. cold draft) ist eine Luftströmung, die an kalten Oberflächen — typischerweise Fensterflächen und ungedämmten Außenwänden — entsteht. Die Luft in der Nähe der kalten Oberfläche kühlt sich ab, wird dichter und sinkt ab. Am Boden breitet sich dieser Kaltluftstrom in den Aufenthaltsbereich des Raumes aus und erzeugt Zugluftempfindung — das bekannteste thermische Unbehagen in schlecht gedämmten Gebäuden.
Norm: DIN 4108-2:2013 (Mindestanforderungen an den Wärmeschutz, Fenster-U-Wert), DIN EN ISO 7730 (Ergonomie der thermischen Umgebung, Zugluft PPD), DIN EN 12831 (Heizlastberechnung, Hinweise zu Strahlungsasymmetrie)
Kaltluftabfall entsteht durch natürliche Konvektion an unterkühlten Oberflächen:
Die Stärke des Kaltluftabfalls wächst mit der Temperaturdifferenz zwischen Raumluft und Glasoberfläche — und damit direkt mit dem U-Wert des Fensters.
| Verglasungstyp | U_g [W/(m²·K)] | Glasoberflächentemperatur (θ_i = 20 °C, θ_e = –10 °C) | Kaltluftabfall |
|---|---|---|---|
| Einfachverglasung | 5,8 | ca. 0 °C | Stark, deutliche Zugluft |
| 2-fach-Isolierverglasung (alt) | 2,8 | ca. 8 °C | Merklich, Zugluft bei Aufenthalt |
| 2-fach-Wärmeschutz (Low-E) | 1,1 | ca. 14 °C | Gering |
| 3-fach-Verglasung | 0,6–0,7 | ca. 17 °C | Kaum wahrnehmbar |
| Passivhaus-Verglasung | 0,5 | ca. 18 °C | Praktisch nicht vorhanden |
Faustformel Innenoberflächen-Temperatur: θ_si = θ_i – (U_Fenster × 0,13 × (θ_i – θ_e))
Wobei 0,13 m²K/W der innere Wärmeübergangswiderstand nach DIN EN ISO 6946 ist.
DIN 4108-2:2013 definiert Mindestanforderungen an den Wärmeschutz, um Kaltluftabfall und Oberflächenkondensation zu vermeiden. Für Fenster gilt:
Mindestanforderung DIN 4108-2: Die Innenoberflächen-Temperatur bei θ_i = 20 °C und θ_e = –5 °C darf nicht unter 12,6 °C sinken (Taupunkt bei φ_i = 50 %).
Dies ergibt eine Mindestanforderung von etwa U_w ≤ 1,3 W/(m²·K) für das gesamte Fensterelement (Glas + Rahmen + Einbausituation).
Für den Einbaubereich (Fensterlaibung, Sturz) gilt analog eine Mindest-Oberflächentemperatur von 12,6 °C — dies schließt die Planung von Wärmebrücken im Anschlussbereich ein (Psi-Wert nach DIN EN ISO 10211).
Neben dem Kaltluftabfall verursacht eine kalte Fensterfläche thermische Strahlungsasymmetrie: Der menschliche Körper „sieht" auf einer Seite eine warme Wand (20 °C) und auf der anderen Seite eine kalte Glasfläche (5–15 °C). Das erzeugt ein Ungleichgewicht im Strahlungsaustausch, das als Unbehagen empfunden wird.
Nach DIN EN ISO 7730 gilt als Komfortgrenze:
Bei Einfachverglasung mit T_oberfläche = 0 °C und Raumtemperatur 20 °C: ΔT_str ≈ 10 K — gerade an der Grenze. Bei modernen 3-fach-Fenstern mit T_oberfläche = 17 °C: ΔT_str ≈ 1,5 K — kein Problem.
| Maßnahme | Wirkung | Hinweis |
|---|---|---|
| Fenstertausch auf 3-fach | Beseitigt Kaltluftabfall | Investition 400–1.200 € je m² |
| Heizkörper unter dem Fenster | Erwärmt abfallende Kaltluft | Klassisches Prinzip, auch bei guten Fenstern sinnvoll |
| Fußbodenheizung (Wandanschluss) | Gegenwärmt Kaltluftstrom | Randzone-Heizleistung erhöhen |
| Innendämmung Fensterlaibung | Verhindert Kältebrücke am Rahmen | Psi-Wert-Reduktion |
| Vorhänge/Rollos | Reduziert Kaltluftabfall (Luftsack zwischen Vorhang und Glas) | Einfachste Maßnahme, begrenzte Wirkung |
Die traditionelle Positionierung von Heizkörpern unter dem Fenster hat genau diesen Hintergrund: Die aufsteigende Warmluft des Heizkörpers überlagert den abfallenden Kaltstrom an der Scheibe und verhindert, dass die Kaltluft in den Aufenthaltsbereich gelangt.
Oberhalb einer Glasoberflächentemperatur von ca. 15–16 °C (bei θ_i = 20 °C) ist kein nennenswerter Kaltluftabfall mehr wahrzunehmen. Dies entspricht einem Fenster-U-Wert von ca. U_g ≤ 0,8–1,0 W/(m²·K) (3-fach-Verglasung). Selbst bei 2-fach-Wärmeschutzglas (U_g ≈ 1,1–1,3 W/(m²·K)) ist der Kaltluftabfall bereits deutlich reduziert gegenüber alten 2-fach-Isolierverglasungen (U_g ≈ 2,8 W/(m²·K)).
Der Kaltluftstrom am Fenster sinkt ab und breitet sich am Fußboden des Raumes aus — dort befinden sich die Füße von sitzenden oder stehenden Personen. Da der menschliche Körper temperaturempfindlich an den Extremitäten ist und Fußkühle physiologisch unangenehm ist, wird dieser Luftstrom trotz geringer Strömungsgeschwindigkeit (0,1–0,3 m/s) als störend empfunden. Ein auf Fußbodentemperatur aufgeheizter Boden (Fußbodenheizung, 22–25 °C Oberflächentemperatur) kann den Kaltluftstrom thermisch kompensieren.