Windlast

Windgeschwindigkeit - Windklassen - Windlastzonen - Windwiderstandsklassen - Geländekategorien

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik

Abkürzungen im SHK-Handwerk

Bosy-online-ABC

Die Windlast hat einen Einfluss auf Gebäude oder Bauteile. Sie ist in vielen Bereichen der Haustechnik von Bedeutung. Die Windlast muss bei der Planung in die statische Berechnung von Windkraft- und Solaranlagen eingehen. Aber auch bei der Planung von Dächern, Dachflächenheizungen, Außenjalousien, Markisen und Rolläden sind die Windlastzonen, Windwiderstandsklassen und Geländekategorien wichtige Faktoren. Wobei das Problem wohl besonders bei Markisen und Rolläden in der Praxis besonders beachtet wird.
Die Windströmung beaufschlagt ein Gebäude mit einem Winddruck, der auf der Luv-Seite einen Überdruck und auf der Lee-Seite einen Unterdruck aufbaut. In wie weit sich die Windlast auf ein Gebäude auswirkt, hängt von dem Standort mit dem örtlichen Windklima und der topographische Lage ab.
Windgeschwindigkeit / Windrichtung

Wind entsteht durch Luftdruckunterschiede zwischen Luftmassen. Luftteilchen strömen solange aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck (Hochdruckgebiet) in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck (Tiefdruckgebiet) bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Die Windgeschwindigkeit ist von der Größe der Unterschied zwischen den Luftdrucken abhängig. Je größer der Luftdruckunterschied ist, desto höher ist die Windgeschwindigkeit.
Für die Windgeschwindigkeit gibt es 3 Maßeinheiten:
       Meter pro Sekunde (m/s)
       Seemeile oder nautische Meile pro Stunde (Knoten = nm/h)
       Kilometer pro Stunde (km/h)
Daraus ergibt sich folgende Umrechnung:
       1 kn = 1 nm/h = 1,852 km/h
       1 m/s = 3,6 km/h
       1 kn = 0,514 m/s
Auf dem Land und Meer wird hauptsächlich die horizontale Strömung (bei Tornados ist auch die vertikale Strömung von Bedeutung) inform der Windgeschwindigkeit gemessen. In der Luftfahrt ist vertikale Strömung von Bedeutung (Aufwinde für Segelflieger oder Paragleiter).
Durch die Windgeschwindigkeit ent steht auch ein Winddruck (Windanfall) bzw. Staudruck, der in der Haustechnik einen besonderen Einfluss hat. So wirkt sich der Windeinfluss bei der Heizlastberechnung (Infiltration), bei der Schornsteinplanung, dem Lüftungsverhalten in Häusern bzw. Wohnungen bei der Fensterlüftung und bei der Auslegung bzw. Funktion von raumlufttechnischen Anlagen (z. B. KWL, Luftschleieranlage, Dunstabzughaube) aus.

Windstärken, Windgeschwindigkeiten, Winddruck, Wind-Auswirkungen (Land, Meer)

Windstärke
Beaufort-Skala

Bft

Geschwindigkeit
m/s

Geschwindigkeit
km/h

Winddruck
Staudruck
Kp/m2

Knoten
kn

Bezeichnung
Wind-Auswirkungen (Land)
Wind-Auswirkungen (Meer) 
0
< 0,2
< 1
0
< 1
Stille, Windstille

keine Luftbewegung, Rauch steigt senkrecht empor

spiegelglatte See
1
0,3 - 1,5
1 - 5
< 0,1
1 - 3
schwacher Wind, leiser Zug kaum merklich, Rauch treibt leicht ab, Windflügel und Windfahnen unbewegt  
leichte Kräuselwellen
1,6 - 3,3
6 - 11
0,2 - 0,6
4 - 6
schwacher Wind, leichte Brise Blätter rascheln, Wind im am Körper spürbar kleine, kurze Wellen, Oberfläche glasig
  3,4 - 5,4
12 - 19
0,7 - 1,8
7 - 10
schwacher Wind, schwache Brise Blätter und dünne Zweige bewegen sich, Wimpel bzw. Fahnen werden gestreckt Beginn der Schaumbildung
4
 5,5 - 7,9
20 - 28
1,9 - 3,9
11 - 15
mäßiger Wind, mäßige Brise Zweige bewegen sich, Blätter werden vom Boden gehoben kleine, länger werdende Wellen, überall Schaumköpfe
 8,0 - 10,7
29 - 38
4 - 6
16 - 21
frischer Wind, frische Brise größere Zweige und Bäume bewegen sich, der Wind ist deutlich hörbar mäßige Wellen von großer Länge, überall Schaumköpfe
6
 10,8 - 13,8
39 - 49
7 - 11
22 - 27
starker Wind dicke Äste bewegen sich, hörbares Pfeifen an Strom- und Telefonleitungen größere Wellen mit brechenden Köpfen, überall weiße Schaumflecken
7
 13,9 - 17,1
50 - 61
12 - 17
28 - 33
starker Wind, steifer Wind kleine Bäume bewegen sich, Widerstand beim Gehen gegen den Wind weißer Schaum von den brechenden Wellenköpfen legt sich in Schaumstreifen in die Windrichtung
8
17,2 - 20,7
62 - 74
18 - 26
34 - 40
Sturm, stürmischer Wind große Bäume werden bewegt, Fensterläden und Rolläden klappern, Zweige brechen von Bäumen, beim Gehen erhebliche Behinderung ziemlich hohe Wellenberge, deren Köpfe verweht werden, überall Schaumstreifen
9
20,8 - 24,4
75 - 88
27 - 36
41 - 47
Sturm Äste brechen, kleinere Schäden an Häusern, Ziegel und Schornsteinaufsätze werden abgehoben, Gartenmöbel werden umgeworfen und verweht, beim Gehen erhebliche Behinderung hohe Wellen mit verwehter Gischt, Brecher beginnen sich zu bilden
10
24,5 - 28,4
89 - 102
37 - 50
48 - 55
schwerer Sturm Bäume werden entwurzelt, Baumstämme brechen, Gartenmöbel werden weggeweht, größere Schäden an Häusern; in freier Lage, selten im Landesinneren sehr hohe Wellen, weiße Flecken auf dem Wasser, lange, überbrechende Kämme, schwere Brecher
11
28,5 - 32,6
103 - 117
51 - 67
56 - 63
orkanartiger Sturm heftige Böen, schwere Sturmschäden, schwere Schäden an Wäldern (Windbruch), Dächer werden abgedeckt, Autos werden aus der Spur geworfen, dicke Mauern werden beschädigt, Gehen ist unmöglich; in freier Lage, sehr selten im Landesinneren tobende See, Wasser wird waagerecht weggeweht, starke Sichtverminderung
12
> 32,6
> 117
> 67
> 63
Orkan
schwerste Sturmschäden und Verwüstungen; in freier Lage. sehr selten im Landesinneren
See vollkommen weiß, Luft mit Schaum und Gischt gefüllt, keine Sicht mehr

Alle Angaben beziehen such auf 10 Meter über dem Boden bzw. der Wasseroberfläche (bei 4 Meter über der Wasseroberfläche ist die Windgeschwindigkeit ca. 20 % geringer)

Windstärke 13 : Windgeschwindigkeit: 134–149 km/h
Windstärke 14 : Windgeschwindigkeit: 150–166 km/h
Windstärke 15 : Windgeschwindigkeit: 167–183 km/h
Windstärke 16 : Windgeschwindigkeit: 184–202 km/h
Windstärke 17 : Windgeschwindigkeit: > 202 km/h

Umrechnung der Windgeschwindigkeit - Wetter- und Klimaprojekt Andreae-Gymnasium Herrenberg Wolfgang Roos
Quelle: PCE Deutschland GmbH

Die Windgeschwindigkeit wird mit Windmesser bzw. Windmessgeräten gemessen. Mit den Messgeräten (Hitzedrahtmessgeräte, Flügelradwindmesser oder tragbare, wasserdichte Geräte in Taschenformat) werden die Luftgeschwindigkeit, die Windstärke und bei einigen Geräten auch der Volumenstrom ermittelt. Die Ergebnisse der Luftgeschwindigkeitsmessung sollten in einem Speicher abgelegt, zu einem PC übertragen und ausgewertet werden können.

Ein Schalenkreuzanemometer mit Digitalanzeige muss nicht exakt in die Windrichtung gehalten werden. Dieses Messgerät kann mit Schnittstelle, Speicher, Datenkabel und Software zur Übertragung der Messwerte zu einem PC oder Laptop ausgestattet werden.
Das Schalenkreuzanemometer hat eine senkrechte Achse und drei oder vier eierförmige Halbschalen, die den Wind aufnehmen. Je schneller der Wind weht, desto schneller drehen sich die offenen Halbkugeln vom Schalenkreuzanemometer. Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute wird elektronisch aufgezeichnet. Zählt man die Umdrehungen in der Sekunde oder Minute hat man ein Maß für die Geschwindigkeit des Windes. Meistens gibt es die Schalenkreuzanemometer in Verbindung mit einem Windrichtungsgeber, montiert auf einem Gestell bzw. Mast als feste Messeinheit, die möglichst frei und hoch über dem Gelände angebracht werden sollten..

Ein Windfühler (WF) wird als zusätzlicher Fühler in Heizungs-, Kühl- und Lüftungsanlagen eingesetzt. Aber auch als Führungsfühler kann dieser Fühler notwendig werden, wenn ein Gebäude, Gebäudeteile oder Anlagenteile stark dem Winde ausgesetzt sind und dadurch die Raumtemperatur oder die Luftführung beeinträchtig werden kann.
Bei einem Windsensor wird mit zwei Messelementen die Windgeschwindigkeit bestimmt. Eines misst die Umgebungstemperatur; das andere wird ständig auf eine um 10 °C höhere Temperatur beheizt. Dazu verhält sich notwendige elektrische Leistung direkt proportional zur Windgeschwindigkeit. Sie wird als DC 0...10 V-Signal abgegeben.
Der Fühler ist an der dem Wind zugewandten Hauswand im Abstand von max. 0,5 m zur Hausecke und in einer Höhe von mindestens 67 % der Gebäude- bzw. Zonenhöhe anzubringen. Außerdem sind Windschatten, Windstau durch Vorsprünge oder Bäume und die Montage an Luftabzügen zu vermeiden.
Eolis Sensor RTS
Quelle: Somfy GmbH
Windfühler (Windsensoren) werden auch zur Steuerung von Markisen auf Terrassen, Balkon und Wintergärten eingesetzt. Mit dem Sensor wird die Windgeschwindigkeit gemessen. Wird der eingestellte Wert (10 - 50 km/h) überschritten, so wird die Markise eingeholt. Die Reaktionszeit beträgt in der Regel 2 Sekunden und die Freigabe nach dem Wind kann zwischen 12 bis 30 Sekunden eingestellt werden.
 
Funk-Windautomatik - Somfy GmbH

 

Windklassen
Die IEC-Windklasse (International Electrotechnical Commission bzw. Internationale Elektrotechnische Kommission) löst zunehmend die bekannte Beaufortskala für die Bezeichnung der Windgeschwindigkeit ab. Die IEC-Windklasse ist eine energetische Beschreibung eines Standortes einer Windkraftanlage oder windbelasteter Bauteile (z. B. Solarkollektoren, Außenjalousie, Markise, Rollladen).
Im Gegensatz zur Beaufortskala nehmen die Windgeschwindigkeiten (Meter pro Sekunde [m/s]) bei den IEC-Windklassenn mit der Größe der Zahl ab. Die IEC-Windklassen werden in nur vier Kategorien unterteilt, dabei hat die IEC-Windklasse 4 die geringsten Windgeschwindigkeit und die IEC-Windklasse 1 die höchste Windgeschwindigkeit. Im Binnenland (IEC-Windklassen 2 und 3) sind die erreichten Windgeschwindigkeiten geringer als an der deutschen Nord- und Ostseeküste (IEC-Windklasse 1). In der Regel wird die IEC-Windklasse 4 in Deutschland nicht angewendet.
Vor allen bei der Planung von Außenjalousien, Markisen und Rollläden kommen die Windklassen nach der DIN EN 13561 zum Einsatz.

IEC-Windklassen
 
1
2
3
4

durchschnittliche
Windgeschwindigkeit

10 m/s
8,5 m/s
7,5 m/s
6 m/s

durchschnittliche
Windgeschwindigkeit

36 km/h
30,6 km/h
27 km/h
21,6 km/h
Windklassen nach DIN EN 13561
 
0
1
2
3
Windgeschwindigkeiten
< Klasse 1
5,5 - 7,4 m/s
8,1 - 10,5 m/s
10,8 - 13,6 m/s
Windgeschwindigkeiten
< Klasse 1
20 - 27 km/h
29 - 38 km/h
39 - 49 km/h
Quelle: KilletSoft
Windlastzonen

Das Windklima ist von der Firma C. Killet in einer Windzonenkarte erfasst. Darin sind über einen langen Zeitraum gemittelte Windgeschwindigkeiten für verschiedene geographische Regionen als Windlastzonen (WLZ) dargestellt. Deutschland ist in vier Windlastzonen eingeteilt.

Windlastzone 1 < 22,5 m/s
Windlastzone 2 < 25,0 m/s
Windlastzone 3 < 27,5 m/s
Windlastzone 4 - 30,0 m/s
.
Windwiderstandsklassen
Die Einteilung ist in den Normen DIN EN 13561 und DIN EN 13659 - CE-Kennzeichnung für Sonnen- und Wetterschutzprodukte - festgelegt.
Klassen
0
1
2
3
4
5
6

Nominaler Prüfdruck
p (N/m²)

Windgeschwindigkeit (km/h)

< 50

< ca. 31

50

ca. 31

70

ca. 39

100

ca. 43

170

ca. 58

270

ca. 77

400

ca. 95

Sicherheitsprüfdruck
1,5p (N/m²)

Windgeschwindigkeit (km/h)

< 75

< ca. 41

75

ca. 41

100

ca. 43

150

ca. 52

250

ca. 72

400

ca. 95

600

ca. 107

Geländekategorien
Ein Gelände ist in vier Geländekategorien eingeteilt, die entsprechende Windprofile und Windgeschwindigkeiten haben.
Geländekategorie I:
Offene See, See mit mindestens 5 km freier Fläche in Windrichtung und glattes, flaches Land ohne Hindernisse
Geländekategorie II:
Gelände mit Hecken, einzelnen Gehöften, Häusern oder Bäumen, z. B. landwirtschaftliche Gebiete
Geländekategorie III:
Vorstädte, Industrie- oder Gewerbegebiete und Wälder
Geländekategorie IV:
Stadtgebiete, bei denen mindestens 15 % der Fläche mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe 15 m überschreitet

Schneelast
Auch die Schneelasten haben eine große auswirkung auf die Haltbarkeit von haustechnischen Anlagen, so z. B. bei Windkraft- und Solaranlagen, Dachflächenheizungen, Außenjalousien, Markisen und Rolläden.
Quelle: KilletSoft

Schneelastzonen und Orte

Schneelastenrechner

Besonders durch Schneelasten kommt es immer wieder zu Schäden an Gebäuden und hier speziell an Dächern. Die Druckbelastung (Flächenlast), die durch den Schnee entstehen kann, wird immer noch unterschätzt. Die Schneelasten sind von der Klimazone und die Höhenlage abhängig. Das Schneeklima wird von der Firma C. Killet in einer Schneelastzonenkarte erfasst, welche die Schneeintensität für verschiedene geographische Regionen angibt.

In Deutschland gibt es die Zonen 1 bis 3 und die Zonen 1a und 2a. Die Schneehöhe ändert sich überproportional zur Höhenlage, deshalb muss auch diese Einflussgröße berücksichtigt werden. Bei der Berechnung der Dachstatik und bei der statischen Dimensionierung von Solarthermie- und Photovoltaikanlagen ist die Schneelast neben der Windlast ein wichtiger Berechnungsfaktor.

Schneeart
Dichte (kg/m3)
trockener Pulverschnee
30 bis 50
normaler Neuschnee
50 bis 100
feuchter Neuschnee
100 bis 200
trockener Altschnee
200 bis 400
feuchter Altschnee
300 bis 500
Firn
500 bis 800

Bei der Befestigung von thermischen Kollektoren und PV-Kollektoren sind die statischen Anforderungen (DIN1055) zu beachten. Hier sind besonders die Lastannahmen zu berücksichtigen, die in den jeweiligen Windlast- und Schneezonen angegeben sind. Die DIN EN 1991 1-3 (inkl. Nationaler Anhang) und  DIN EN 1990 (inkl. Nationaler Anhang) definieren die Einwirkungen, die aus dem Lastfall Schnee resultieren.
In den Rand- und Eckbereichen von Dächern sind spezielle Befestigungssysteme einzusetzen, da die hier auftretenden Windlasten (Sog [Lee] und Druck[Luv]) deutlich höher sind als im restlichen Dachbereich. Der Mindestabstand von den Kollektoren bis zum äußeren Dachrand soll ein Meter betragen.
Natürlich muss das Dach die zusätzliche Last der Kollektoren und der Befestigungssysteme tragen können. Dies ist besonders bei der Flachdachmontage zu beachten, wenn Ballastbefestigungssysteme verwendet werden. Die Kollektoren und die Rohrdurchführungen müssen so angebracht werden, dass die Regen-, Wind- und Luftdichtheit der Gebäudehülle gewährleistet bleibt. Das setzt eine fachgerechte Montage der passenden Befestigungssysteme voraus.

Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.
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