GOSOL -
das solar+energetische Städtebausimulationsprogramm

Mit dem städtebaulichen Simulationsprogramm GOSOL können städtebauliche Planungen solar+energetisch schnell und zielsicher bewertet, verglichen und optimiert werden.

Im Gegensatz zu anderen Simulationsprogrammen beschränkt sich die Berechnung mit GOSOL nicht nur auf einzelne Gebäude. Für jedes Gebäude des Planungsbereichs wird individuell, in einem Zug, die Verschattungswirkung, die Solareinstrahlung, der zulässige Wärmebedarf und der resultierende Primär-Energiebedarf billanziert.

Grundlage ist ein dreidimensionales Computermodell aus Gebäuden, Vegetation und Topographie. GOSOL ist derzeit das einzige verfügbare Simulationsprogramm, mit dem städtebauliche Planungen in ihrer Gesamtheit, unter Einbeziehung aller relevanten Einflussparameter, auf die CO2-relevante Zielgröße Heizenergiebedarf bzw. Gesamtenergiebedarf hin untersucht werden können.

Zur Überprüfung der Wohnqualität kann außerdem die tägliche/monatliche Besonnungsdauer von einzelnen Fenstern, Räumen, Wohnungen, Geschossen oder Freibereichen ermittelt und als Verschattungssilhouette dargestellt werden. Alle solar+energetischen Kennwerte können graphisch als Lageplankartierung dargestellt werden.

GOSOL stellt unangefochten den Stand der Technik für die solar+energetische Analyse und Optimierung städtebaulicher Planungen dar.

Für die Qualität von GOSOL bürgt u.a., daß das Land Nordrhein-Westfalen eine Landeslizenz für alle Kommunen und Hochschulen in NRW erworben hat.

Detaillierte Informationen zu GOSOL mit Abbildungen finden sie hier



Kurzbeschreibung:

Einsatzbereich

Das städtebauliche Simulationsprogramm GOSOL wurde von Dr.-Ing. Peter Goretzki speziell für die vergleichende solar+energetische Analyse, Bewertung und Optimierung von städtebaulichen Planungen entwickelt.

Besonderes Spezifikum von GOSOL, das auch mit der Umschreibung "solar+energetisch" zum Ausdruck gebracht werden soll, ist die Erstellung von vollständigen Heizwärmebilanzen für jedes einzelne Gebäude bzw. in Form von Summen- und Mittelwerten für den gesamten Untersuchungsbereich. Die Heizwärmebilanzen beinhalten sowohl die gebäudespezifischen Wärmeverluste (abhängig von Wärmeschutzstandard und Gebäudegeometrie) als auch die hiermit in Wechselwirkung stehenden nutzbaren aktiven und passiven Solargewinne bei der jeweiligen Gebäudeorientierung und Verschattungssituation. Erst die Bilanzierung der beiden Antagonisten Wärmegewinne und Verluste in der Zielgröße "wohnflächenspezifischer Heizenergiebedarf" ermöglicht es Fehlplanungen zu vermeiden.

Zur Bewertung der Wohnqualität hinsichtlich ausreichender Besonnung kann außerdem DIN-gerecht die mittlere an einem klaren Tag mögliche Besonnungsdauer oder die monatliche reale Besonnungsdauer unter Einbeziehung der Bewölkungshäufigkeit im Tagesgang von einzelnen Fenstern, Räumen, Geschossen oder Freibereichen ermittelt und als Farbkartierung bzw. Verschattungssilhouette dargestellt werden. Weiter wird der Anteil der Gebäude ermittelt, welche definierte Mindestanforderungen an die Besonnungsdauer nicht erfüllen.


Der Einsatzbereich von GOSOL umfasst im Einzelnen:

• die quantitative solar+energetischen Vorprüfung von städtebaulichen Wettbewerben,
• die Analyse und Bewertung von Bebauungskonzepten hinsichtlich solar+energetischer Mängel und Konflikte,
• die solar+energetische Optimierung des städtebaulichen Vorentwurfs und Rechtsplans,
• die Analyse der Auswirkung von Planungen auf den Gebäudebestand (u.a. veränderte Besonnungsdauer, Solargewinne und Heizenergiebedarf),
• die solar+energetische Zertifizierung von Baugebieten,
• die Ermittlung der "Qualitätskriterien Solarsiedlung in Planung" des Landes Nordrhein-Westfalen
• Besonnungsuntersuchungen im Rahmen von Baugenehmigungsverfahren sowie der Bauleitplanung.

Modellbildung

Die Grundlage der solar+energetischen Simulation bildet ein vollständiges, dreidimensionales, digitales Computermodell:

• der Topographie des Baugebietes sowie dessen weiterer Umgebung (Höhenrücken, Waldränder usw.) als digitales Geländemodell,
• der bestehenden Gebäude als Verschattungsquellen,
• der geplanten Gebäude mit definierten solaren und energetischen Eigenschaften,
• der Vegetation mit frei definierbarem Habitus, unter Berücksichtigung der im Jahresgang wechselnden Belaubung.

Das räumlich energetische Modell kann zusätzlich durch graphische Eingaben wie Straßen, Grundstücksgrenzen usw. ergänzt werden.

GOSOL-Programmaufbau

Das Progammpaket GOSOL besitzt einen modularen Aufbau:

Die Module GOS-ATYP und GOS-MTYP dienen zur Erstellung der im Untersuchungsbereich vorkommenden Gebäude für die solar+energetische Simulation sowie zur Erstellung von entsprechenden 3D-Zellbibliotheken zur Verwendung in CAD-Programmen.

In dem Modul GOS-MOD können des digitale Geländeoberflächen-Modell generiert, Gebäude und Bäume platziert sowie graphische Elemente eingegeben werden. Dabei stehen, je nach verfügbaren Datengrundlagen eine breite Palette unterschiedlichster Werkzeuge zur Verfügung. Weiter können 2D-CAD-Modelle direkt zu einem 3D-Modell erweitert werden.

Das Modul GOS-SIM führt die eigentliche solar+energetische Berechnung durch. Hier werden Solargewinne, Wärmebedarf, der Heizenergiebedarf sowie die Besonnungsdauer der einzelnen Gebäude und hieraus des gesamten Untersuchungsbereichs ermittelt.

Im Modul GOS-KART können sämtliche Berechnungsergebnisse nach den verschiedenen Kriterien ausgewertet und graphisch in Form von Farbkarten dargestellt werden.

Im Modul GOS-SIL können die Verschattungssilhouetten jedes einzelnen Fensters dargestellt, Besonnungszeiträume und Verschattungsquellen analysiert werden.

Das Modul GOS-DXF liefert eine Schnittstelle zu CAD-Programmen. Hiermit können vom Grundplan bis hin zum kompletten 3D-Modell Daten aus CAD-Programmen in GOSOL übernommen werden. In Gegenrichtung können aus GOSOL von der 3D-Zellbibliothek bis hin zum kompletten 3D-Modell Daten zur Weiterbearbeitung bzw. zum rendern an CAD-Programme übergeben werden.

Berechnete Kennwerte

Folgende Kennwerte können sowohl für jedes einzelne Gebäude als auch für den gesamten Untersuchungsbereich (Summen- und Mittelwerte) berechnet, als ASCII-Datei ausgegeben sowie als Farbkartierung des Untersuchungsbereichs dargestellt werden:

Absolute und wohnflächenspezifische solar+energetische Kennwerte:

• Brutto-Heizwärmebedarf (Gesamtwärmeverlust) [kWh/a], [kWh/m²WFa]
• Interne Wärmegewinne [kWh/a]
• Solareinstrahlung [kWh/a]
• Zur Heizung genutzte Solargewinne [kWh/a], [kWh/m²WFa]
• Resultierender Heizwärmebedarf [kWh/a], [kWh/m²WFa]
• Realer, durch Simulation ermittelter Heizenergiebedarf [kWh/a], [kWh/m²WFa]
• Realer, durch Simulation ermittelter Primärenergiebedarf [kWh/a], [kWh/m²WFa]
  

Weitere spezifische Kennwerte:

• Spezifischer Solargewinn von Kollektoren / Photozellen [kWh/m²(Kollektor) ]
• Nach EnEV zulässiger Heizenergiebedarf [kWh/m²Ana]

Prozentuale solare Kennwerte zur Bewertung der Solaren Qualität:

• Gegenüber dem Optimum verfügbare Solareinstrahlung [%]
• Gegenüber dem Optimum verfügbare Solargewinne [%]
• Solarer Deckungsgrad [%]
• SF1, SF2 und SF-Faktor entsprechend Anforderungen "50 Solarsiedlungen NRW"

Besonnungsdauer eines Gebäudes bzw. eines einzelnen Geschosses:

(Jeweils für ein bestimmtes Fenster, die Fenster der Hauptfassade, die Fenster der Rückfassade und die Summe der Fenster der Haupt+Rückfassade = Wohnung)

• An einem klaren Tag mögliche Besonnungsdauer [h/d]
• Besonnungsdauer nach DIN 5034-1 (7-2011) in Fassadenebene  (Berechnung in Minutenintervallen)
• Besonnungsdauer nach DIN EN 17037 auf Rauminnenseite (5-2022) (Berechnung in Minutenintervallen)
• Anteil der Wohnungen mit einer bestimmten Besonnungsdauer
• Reale monatliche Besonnungsdauer auf Basis lokaler Bewölkungshäufigkeit und Sonnenscheindauer [h/M]
• Reale jährliche Besonnungsdauer auf Basis lokaler Bewölkungshäufigkeit und Sonnenscheindauer [h/M]
• Diffusquotient für Tageslicht

Weitere Gebäudekennwerte:

• Solarer Deckungsgrad [%]
• Mittlerer Wärmedurchgangskoeffizient U des Gebäudes [W/m²K]
• Errechnete/festgelegte Erdgeschoßfußbodenhöhe im Gelände [m.ü.NN]
• Wohnfläche nach WoFlV [m²]
• Grundfläche nach BauNVO [m²]
• Bruttogeschoßfläche nach BauNVO [m²]
• Gebäudevolumen [m3]
• Gebäudeoberflächen (getrennt nach Fenster-, Wand-, Dach- und Basisfläche)
• A/V-Verhältnis nach EnEV [1/m]
• Zulässiger spezifischer Primär-Energiebedarf Qp" nach EnEV, A/V-Verfahren [kWh/m²ANa]
• Aufwandszahl ep nach DIN 4701

Für jedes einzelne Gebäude im Untersuchungsgebiet werden außerdem die Ursachen für die solaren Verluste quantitativ (%, kWh/a, kWh/m²WFa) ermittelt und zwar aufgeschlüsselt nach:

• ungünstiger Gebäudeorientierung,
• Verschattung durch Nachbargebäude,
• Verschattung durch Vegetation und
• Verschattung durch Geländeformen.

Mit Hilfe dieser Kennwerte können gezielt Ansatzpunkte für eine solar+energetisch erfolgversprechende Modifikation der Planung herausgearbeitet werden. Die Kennwerte für den gesamten Untersuchungsbereich ergeben sich als wohnflächengewichtete Mittelwerte für die Summe der einzelnen Gebäude.

 

Graphische Auswertung

Zur Auswertung der Simulationsergebnisse steht ein integriertes Kartierungsmodul zur Verfügung. Hier können

• alle o.g. solar+energetischen Kennwerte sowie
• die Veränderung des Kennwertes zwischen zwei Varianten (z.B. Ausgangsvariante - Optimierungsvariante)

über einer Lageplandarstellung des Planungsbereichs als Kreisdiagramm (sw-kopierfähig) oder Farbflächendarstellung (grün=gut, rot=schlecht) kartiert mit dem jeweiligen Zahlenwert auf dem Bildschirm oder als HPGL-Datei in einem frei wählbaren Maßstab ausgegeben werden.

Die HPGL-Datei kann geplottet, in Graphikprogrammen weiterbearbeitet oder, z.B. mit Hilfe des Sharewareprogramms PRINTGL über jeden handelsüblichen Farb- oder SW-Drucker maßstäblich ausgedruckt werden.

GOSOL Leistungsmerkmale GOSOL ist speziell auf die solar+energetische Bewertung und Optimierung städtebaulicher Planungen zugeschnitten. Mit GOSOL können ganze Baugebiete komplett solar+energetisch untersucht werden. Die Modellgröße wird nur durch die RAM-Kapazität des Rechners begrenzt (16 MB = 4000 Gebäude + 8000 Bäume). GOSOL ermöglicht eine schnelle Modellbildung (600 Wohneinheiten in 3-5 Stunden) sowie kurze Rechenzeiten (600 WE in 10-20 Minuten). Alternativ ist bei Verwendung der von GOSOL erstellten Gebäudezellen und Topographie der direkte Import von 3D-CAD-Modellen ohne Nachbearbeitung, bei 2D-Modellen unter Ergänzung der Höheninformationen in GOSOL möglich. Die für die Simulation benötigten Klimadaten sind regional verfügbar (ca. 300 Datensätze für die BRD). GOSOL berücksichtigt alle städtebaulich relevanten Parameter (Topographie, Gebäude, Vegetation). Durch Verwendung genormter Berechnungsansätze (EnEV, EN 832, DIN 4108, DIN 4701, WoFlV usw.) sind die erzeugten Kennwerte vergleich- und nachvollziehbar. Die Auswertungsmodule ermöglichen eine zielgerichtete solar+energetische Optimierung auf den CO2 relevanten Kennwert wohnflächenspezifischer Heizenergiebedarf. Thermische Solaranlagen und Photovoltaikanlagen können mit einbezogen werden. Damit ist eine Optimierung auf die Zielgröße Gesamt-Primärenergiebedarf möglich. Hardware Anforderungen PC (ab Intel P3, AMD) mit Taktfrequenz > 200 MHz. 8 MB RAM (expanded Memory XMS, zusätzlich möglichst EMS-Treiber), Festplatte mit 10 MB freier Kapazität VGA-Grafikkarte > 480x640, 16 Farben LCD-Farbmonitor > 14" 3-Tasten Maus (mit Treiber für Windows) optional Digitalisiertablett mit 4-Tasten-Lupe min. 30 x 30 cm, MM-SummaSketch ASCII-BCD-Reportmodus, serieller Anschluß Schnittstellen HP/GL Plotfiles für Ergebniskartierung, Verschattungssilhouetten, Isometrie, Perspektive PCX Ergebniskartierung (Bitmap) Digitales Geländehöhenmodell der Landesvermessungsämter (dhm) DXF Import und Export (2D/3D Modell, Gebäudetypen usw....) Betriebssystem MS-DOS, PC-DOS, FREE-DOS , NW-DOS (multitasking fähig) - keine Einschränkungen bekannt. GOSOL-Version für erweiterten EMS-Speicher lauffähig. Unterstützte Betriebssysteme: Windows® 3.x, 95, 98, ME, NT 4.0:- keine Einschränkungen bekannt. GOSOL-Version für erweiterten EMS-Speicher lauffähig. Windows® 2000 und XP: Windows 9.x kompatible Grafikkarte erforderlich. In DOSBOX unabhängig von Hardware voll funktionsfähig, einschließlich serielles Digitalisiertablett und 3-Tasten Maus. Windows Vista®, Windows 7, Windows 10 und Windows 11 in DOSBOX Linux in DOSBOX BeOS, Mac OS X, OS/2 in DOSBOX Klimadatengrundlage Die Klima-Datenbasis für die Berechnung der in das Gebäude eingestrahlten Sonnenenergie stellen folgende langjährige Monatsmittelwerte dar: die Globalstahlung bezogen auf die Horizontale [kWh/m2M] die Diffusstrahlung bezogen auf die Horizontale (alternativ die Direktstrahlung oder der Anteil der Diffusstrahlung an der Globalstrahlung) [kWh/m2M] die Monatssumme der Normalstrahlung im Stundenintervall [kWh/M] oder alternativ die Sonnenstunden je Monat im Stundenintervall (DIN 4710) [1/M] der athmosphärische Trübungsfaktor die mittlere monatliche Außenlufttemperatur [C] die Lichtdurchlässigkeit von Vegetation [-] der Bodenreflexionsgrad [-] Für die Bundesrepublik Deutschland können flächendeckend lokale Klimadatensätze zur Verfügung gestellt werden. Detaillierte Informationen zu GOSOL finden sie hier