-Vorstellung und kritische Wertung verschiedener gebräuchlicher Kennwerte zur solar+energetischen Bewertung städtebaulicher Planungen.


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Solar-energetische Kennwerte

Anhand von Kennwerten sollen städtebauliche Planungen in ihrer solar+energetischen Effizienz verglichen und der Erfolg einer Optimierung bewertet werden.

Die Verwendung ungeeigneter Kennwerte kann jedoch zu eklatanten planerischen Fehlentscheidungen und in der gebauten Realität zu einer deutlichen Erhöhung des Heizwärmebedarfs führen.


Inhalt:

A/V-Verhältnis

Verfügbarer Solargewinn / Solare Verluste

Solarer Deckungsgrad SDG

Spezifischer Heizwärmebedarf



 

A/V-Verhältnis

Des Außenoberflächen/Volumen-Verhältnisses A/V gilt als "Maß für die Kompaktheit".

Das A/V-Verhältnis kann sowohl manuell als auch mit CAD-Programmen relativ einfach ermittelt werden, verfälscht jedoch bei der Beurteilung der Dachausformung (Kniestock, Dachneigung) und Höhenentwicklung eines Gebäudes systematisch die energetische Bewertung.

So täuscht jede Vergrößerung des Volumens, als einfachstes Beispiel die Erhöhung der Geschoßhöhe oder, wie im nachfolgenden Beispiel, eine steilere Dachneigung sowohl eine Verbesserung des A/V-Verhältnisses als auch eine Verringerung des volumen- bzw. "nutzflächen-" spezifischen Jahres-Heizwärmebedarfs Q"H nach WSchVO'95 (Nutzfläche AN=V/0,32 !!!) und damit eine höhere "Kompaktheit" vor, während in Realität der (wohnflächenspezifische und absolute) Heizwärmebedarf Q"H deutlich ansteigt (siehe nachfolgendes Berechnungsbeispiel).

 

Bewertungsfehler des A/V-Verhältnis
Dachform: Flachdach
Pultdach
Grundfläche 10 m x 8 m
Wandhöhen Süd/Nord 5.60 / 5.60 7.00 / 5.60 m
Oberfläche A 361.6 388.0
Volumen V 448.0 504.0 m3
A/V-Verhältnis 0.807 0.770 1/m
Volumenspez. Heizwärmebedarf Q'H, WSchVO'95 27.80 27.15 kWh/m3a
nach A/V und Q'H, WSchVO'95 erscheint das Pultdach zunächst kompakter und energetisch günstiger.
Bezieht man den resultierenden Heizwärmebedarf QH auf die jeweils identische Wohnfläche WF kehrt sich das Ergebnis real um:
Heizwärmebedarf QH = Q'H, WSchVO'95 x V 12453 13685 kWh/a
Wohnfläche WF 136.0 136.0
Wohnflächenspez. Heizwärmebedarf
Q"
H, WF = QH / WF
91.57 100.62 kWh/m²

PS: Versuchen Sie beim Pultdach das Ganze mal mit FH=5.6m und TH=5.2m ....

 

Zudem ignoriert das A/V-Verhältnis den divergierenden Wärmeverlust von an Außenluft bzw. an das Erdreich angrenzenden Bauteilen. Ein turmartiger Baukörper wird damit unzutreffender Weise mit einem gleich geformten, jedoch liegenden Baukörper gleichgesetzt. So weist beispielsweise eine stehende Scheibe (L=20m, T=11m, H=55m) das selbe A/V-Verhältnis wie eine liegende Scheibe (L=20m, T=55m, H=11m) auf. Der spez. Wärmeverlust ist jedoch bei unveränderten k-Werten bei der stehenden Scheibe um mehr als 10% höher.


 

Verfügbarer Solargewinn / Solare Verluste

Der Solare Verlust setzt die "Besonnung" eines unverschatteten, süd/optimal orientierten Gebäudes in Bezug zur Besonnung des selben, jedoch innerhalb des Planungsbereichs plazierten Gebäudes.

Zur Ermittlung der prozentualen "Solaren Verluste" gibt es unterschiedliche Verfahren, die bezüglich der Aussagekraft des Kennwertes stark voneinander abweichen.

Der Leitfaden "50 Solarsiedlungen in NRW" definiert die solaren Verluste über den SF-Faktor. Bewertet wird dabei die auf die sogenannte "Energiegewinn"-Fassade auftreffende Solarstrahlung. Die übrigen drei Fassaden (Ost/West/ Nord) bleiben unberücksichtigt auch wenn sie, entsprechend der Landesbauordnung "notwendige Fensterflächen" aufweisen. Durch die Beschränkung auf die "Energiegewinnfassade" wird der bei unterschiedlichen Gebäudetiefen und damit verschiedenen "notwendigen" Fensterflächen der einzelnen Fassaden divergierende Einfluß der Orientierung auf die Solareinstrahlung ignoriert (siehe Abb.2).

Der vom Verhältnis Einstrahlung zu Wärmeverlust abhängige Solare Nutzungsgrad sowie die vom Einfallswinkel abhängige Energiedurchlässigkeit von Verglasungen bleibt beim SF-Kennwert ebenso wie die Verschattungswirkung von Bäumen unberücksichtigt.

Die nach dem GOSOL-Verfahren berechneten verfügbaren Solargewinne / solaren Verluste beziehen sich dagegen auf die zur Substitution von Heizwärme tatsächlich genutzten Solargewinne aller Fenster eines optimal orientierten Gebäudes unter Einbeziehung der durch Bäume verursachten Verschattung. Dabei wird der vom Wärmedämmstandard abhängige solare Nutzungsgrad ebenso wie der Strahlungsdurchgang durch die Verglasung berücksichtigt.


 

Solarer Deckungsgrad SDG (Gebäude)

Der "Solare Deckungsgrad" ist ein bei der Auslegung von thermischen Solaranlagen gebräuchlicher und sinnvoller Kennwert.

Im Planungsleitfaden "50 Solarsiedlungen in NRW" wird der "Solare Deckungsgrad SDG" jedoch als Kennwert für Gebäude definiert. Der SDG errechnet sich dabei aus dem Quotient passiver Solargewinn zur Summe aus passivem Solargewinn und Heizwärmebedarf. Der SDG ist damit in erster Linie von der Fenstergröße und dem Wärmeverlust eines Gebäudes und nur nachrangig von den städtebaulichen Randbedingungen abhängig.

Wird der SDG als Zielgröße vorgegeben, können städtebaulich bedingte Solare Verluste, wie eine starke Verschattung oder ungünstige Orientierung z.B. durch eine (widersinnige) Vergrößerung der Fensterfläche kompensiert werden.

Der geforderte SDG von mehr als 45% führt zudem in Kombination mit der Anforderung des Leitfadens an den baulichen Wärmeschutz (Q"H<WSchVO'95-60%) zu einer Überdimensionierung von Fensterflächen und damit zu einer häufigen und starken Überhitzungstendenz des Gebäudes da, anders als bei aktiven Solarsystemen, die thermische Speicherkapazität des Gebäudes begrenzt und der Ort der Wärmegewinnung und Wärmespeicherung identisch sind.


 

Spezifischer Heizwärmebedarf

Die entscheidende Kenngröße zur Beurteilung der Energieeffizienz einer Planung und der durch Planungsoptimierung erreichbaren Heizwärmeeinsparung ist der "spezifische Heizwärmebedarf" (kWh/m²WFa) während der Heizperiode nach DIN EN 832 (nicht Q"H nach WSchVO !!!).

Der spezifische Heizwärmebedarf bilanziert die beiden solar+energetischen Antagonisten Wärmeverlust und Wärmegewinn in einem Kennwert. Dabei müssen jedoch die Solargewinne, abweichend zur DIN EN 832, individuell mit Hilfe der Computersimulation berrechnet werden.

Der wohnflächenspezifische Heizwärmebedarf setzt den solar+energetischen Kennwert in Bezug zu der jeweiligen Nutz- oder Wohnfläche (nicht AN nach WSchVO !!! ). Damit können städtebauliche Strukturen unabhängig von der Baugebietsgröße verglichen, bewertet und eingeordnet werden.

 

 





 


 
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