Solar+energetische Planungshilfen
für den städtebaulichen EntwurfJeder Strich in einem städtebaulichen Entwurf bedeutet auch eine solarenergetische Entscheidung.
In der ersten Entwurfsphase ist es jedoch meist zu aufwendig, ein ganzes Baugebiet zu simulieren, um die solarenergetischen Wirkungen städtebaulicher Entscheidungen zahlenmäßig sichtbar zu machen, da die Planung in ihrer meist skizzenhaften Form noch zu unkonkret und wenig verfestigt ist. Auch steht in der Konzeptionsphase noch nicht die quantitative Bewertung oder gar Optimierung im Vordergrund, sondern zunächst die Entwicklung einer tragfähigen, städtebaulichen Konzeption ohne grobe solarenergetische Mängel.
Die Schablonen „Passive Solargewinne" dienen ebenso wie das PC-Programm AVplan als Entwurfshilfe, mit der singuläre, energetische Wirkungen einer planerischen Lösung überschlägig ermittelt bzw. im Umkehrschritt die für bestimmte städtebauliche Konzeptionen solarenergetisch notwendigen räumlichen Parameter wie z.B. Gebäudeabstände usw. bestimmt werden können.
Planungswerkzeuge "Passive Solargewinne"
Mit den Planungswerkzeugen "Passive Solargewinne" sollen Stadtplanerinnen und Stadtplaner in die Lage versetzt werden, solarenergetische Kriterien und Planungsanforderungen ohne Computereinsatz direkt auf ihre Planung anzuwenden.
Mit Hilfe von transparenten, auf den städtebaulichen Entwurf aufzulegenden Schablonen können hierbei die solarenergetischen Wirkungen der singulären Einflußgrößen:
- Orientierung der Gebäude,
- Gebäudeabstände und
- Baumabstände
überschlägig ermittelt und bewertet werden. Entsprechend einem Winkelmesser bzw. Lineal kann an den Schablonen die Verminderung der passiven Solargewinne während der Heizperiode für verschiedene standardisierte Situationen (z.B. Einzelgebäude, gereihte Einzelgebäude, parallele Zeilen,...) und verschiedene Gebäudetypen (Anzahl der Geschosse, verschiedene Dachformen, ...) abgelesen werden.
In den Schablonen werden nicht vordergründig beobachtbare und für eine solarenergetische Bewertung ungeeignete Effekte dargestellt, sondern die in Simulationsreihen berechneten energetischen Wirkungen auf die während der Heizperiode September bis Mai verfügbaren Solargewinne (Basis Gebäude nach EnEV 2002).
Allgemeine Hinweise:
Die einzelnen Schablonen geben die Verminderung der passiven Solargewinne in Standardsituationen für jeweils einen singulären Faktor an.
Da sich die einzelnen Faktoren gegenseitig beeinflussen, kann weder eine exakte quantitative Bewertung der einzelnen Parameter erwartet, noch eine zuverlässige mathematische Verknüpfung der einzelnen Faktoren vorgenommen werden, aus der eine solarenergetische Gesamtwirkung im Sinne einer quantitativen Bewertung bestimmt werden könnte. Diese bleibt der Computersimulation vorbehalten.
Die Aussagegenauigkeit der mit den Schablonen ermittelten Kennwerte gegenüber den exakten Kennwerten der Computer-Simulation mit GOSOL liegt bei ebenem Gelände und regelmäßiger Gebäudeanordnung bei jeweils ca. -5/+2 Prozentpunkten für ungünstige Orientierung bzw. Verschattung durch Nachbargebäude sowie bei ca. -10/+5 Prozentpunkten bei der Verschattung durch Bäume. Die Aussageschärfe ist damit für die Entwurfsphase oder die erste qualitative Einschätzung einer Planung, nicht aber für eine detaillierte Analyse oder Planungsoptimierung hinreichend genau.
Die Verschattungs-Schablonen 2-8 sind im Planungsmaßstab M 1:500 und M 1:1000 verfügbar und für diesen Maßstab direkt anwendbar. Durch entsprechende Verkleinerung (z.B. 40%+50% für M 1:2500) können die Verschattungs-Schablonen auch an andere Planungsmaßstäbe angepaßt werden.
Die Schablone 1 "Orientierung" ist ohne Maßstab und kann beliebig vergrößert oder verkleinert werden.
Anwendung der Schablone 1:
Gebäudeorientierung:
Mit Hilfe der Schablone "ungünstige Gebäudeorientierung" kann die Verminderung der passiven Solargewinne eines beliebig orientierten Gebäudes gegenüber einem südorientierten Gebäude abgelesen werden.
Beachten Sie, daß sich die gesamten solaren Gewinne eines Gebäudes immer aus der Kombinationswirkung der jeweiligen Fassadenorientierung und dem auf diese Fassade entfallenden Fensterflächenanteil zusammensetzen. Die "Orientierungs-Schablone" weist deshalb drei Bewertungskurven auf.
- Die innere Bewertungskurve (------) gibt die orientierungsbedingte Verminderung der Solargewinne für ein einzelnes Fenster der jeweiligen Orientierung an.
- Die mittlere Bewertungskurve (blaue Flächen) gibt die orientierungsbedingte Verminderung der Solargewinne für ein Gebäude an, dessen Fensterflächen sich zu 2/3 auf die Hauptfassade und zu 1/3 auf die Rückfassade verteilen.
- Die äußere Bewertungskurve (- - -) gibt die orientierungsbedingte Verminderung der Solargewinne für ein Gebäude an, dessen Fensterflächen sich je zur Hälfte auf die Hauptfassade und die Rückfassade verteilen.
Die seitlichen Fensterflächen der Gebäude (zur Bauwich hin) bleiben zur Vereinfachung unberücksichtigt.
Abb1: Anwendung der Schablone 1-
Ermittlung des solaren Verlustes durch ungünstige OrientierungDie Bestimmung der durch ungünstige Orientierung verursachten solaren Verluste erfolgt entsprechend Abb. 1 in folgenden Schritten:
- Norden Sie die Schablone "Orientierung", entsprechend den angegebenen Himmelsrichtungen und
- legen Sie die Schablone mit ihrem Achsenkreuz-Mittelpunkt an die Hauptfassade (= "Wohnzimmerseite" = Fassade mit dem größten Fensterflächenanteil) des jeweiligen Gebäudes an.
- Je nach Verteilung der Fensterflächen auf die einzelnen Fassaden bestimmen Sie jetzt den Schnittpunkt der entsprechenden Bewertungskurve mit der am Achsenkreuz-Mittelpunkt angelegten Fassade (z.B. für die mittlere, durchgezogene Kurve bei einem Fensterflächenanteil von 2/3 auf der Hauptfassade).
- Folgen Sie jetzt dem konzentrischen Kreis, der dem bei Schritt 3 ermittelten Schnittpunkt "Bewertungskurve / Fassade" am nächsten liegt und lesen Sie die ungefähre prozentuale Verminderung der passiven Solargewinne ab.
Der maßgebliche Schnittpunkt liegt:
- für westlich orientierte Gebäude/Hauptfassaden unterhalb der West-Ost-Achse (im Beispiel SW-Hauptfassade mit 18%)
- für östlich orientierte Gebäude/Hauptfassaden oberhalb der West-Ost-Achse
Um die Voraussetzungen für zufriedenstellende Solargewinne in der Planungsphase zu schaffen genügt es in der Regel, das orientierungsbedingte Defizit bei der überwiegenden Anzahl der Gebäude/Hauptfassaden auf ca. 5% (Bereich "a") bis maximal 10% (Bereich "b") zu begrenzen.
Anwendung der Schablonen 2-4:
Verschattung durch Nachbargebäude
Mit den drei Schablonen "Verschattung durch Nachbargebäude" läßt sich die Wirkung der durch Nachbargebäude verursachten Verschattung auf die passiven Solargewinne einer Fassade bestimmen.
Der Verschattungsgrad gibt die Verminderung der passiven Solargewinne während der Heizperiode, bezogen auf die entsprechende aber verschattungsfreie Fassade mit der selben Ausrichtung an. Die Wirkung unterschiedlicher Orientierung auf die Verschattung wird dabei vernachlässigt. Der hierbei auftretende Fehler beträgt maximal +2 bis -5 Prozentpunkte.
Die drei Verschattungs-Schablonen sind am rechten unteren Rand entsprechend der Geschossigkeit des verschatteten Gebäudes in Bezug zur Geschossigkeit des schattenwerfenden Gebäudes gekennzeichnet mit:
- Z+I...Das verschattete Gebäude ist ein Geschoß höher als das schattenwerfende Gebäude (Schablone 2)
- Z .... Das verschattete Gebäude weist die selbe Geschosszahl auf wie das schattenwerfende Gebäude (Schablone 3)
- Z-I....Das verschattete Gebäude ist ein Geschoß niedriger als das schattenwerfende Gebäude (Schablone 4)
Die Geschossigkeit bezieht sich immer auf das schattenwerfende Gebäude.
Abb.2: Anwendungsbeispiel für Schablone 3 -
Passiv Solare Verluste als Folge der Verschattung durch Nachbargebäude
Die Anwendung der Schablonen erfolgt entsprechend Abb.2 nach folgendem Schema:1. Wählen Sie die zur Geschossigkeit des betrachteten Gebäudes passende Schablone aus (z.B. Schablone 2 für Z+I, wenn das verschattete Gebäude ein Geschoß höher ist oder aufgrund der Topographie ein Geschoß höher liegt als das schattenwerfende Gebäude).
2. Legen Sie die Verschattungsschablone mit der strichpunktierten Linie an die Verschattungskante des schattenwerfenden Gebäudes an.
Entsprechend dem Gebäudequerschnitt - Schema links unten, ist bei Gebäuden mit Flach- oder Pultdach mit weniger als ca. 15 Grad Neigung die Attika/Traufe, bei Sattel- oder Tonnendach dagegen der "First" die maßgebliche Verschattungskante.
3. Bestimmen Sie jetzt die auf das schattenwerfende Gebäude zutreffende Spalte Dachform und Dachneigung und
4. die zutreffende Zeile "Anzahl der Vollgeschosse" mit der maßgeblichen Gebäude-Abstands-Linie ( = horizontale Linie, die durch die Geschoßzahl verläuft).
5. Folgen Sie dann der Gebäude-Abstands-Linie bis zum Schnittpunkt mit der Fensterfront / Fassade des verschatteten Gebäudes.
6. Bestimmen Sie die (nächstgelegene) Verschattungsgrad-Kennlinie und folgen Sie dieser aufwärts bis zum unteren Rand der Verschattungsskala.
Um die Verschattungs-Kennung A...G bzw. den prozentualen Verschattungsgrad bestimmen zu können, müssen Sie nun zunächst aus den neun Zeilen der Verschattungsskala die für Ihren Anwendungsfall maßgebliche Zeile für die Kenngrößen "Gebäude-/Zeilenlänge" und "seitlicher Gebäudeabstand" bestimmen.7. Hierzu wählen Sie zunächst in der linken Spalte "Gebäudelänge L" unter den drei Optionen
- "L = FH" - Gebäudelänge ungefähr gleich Gebäudehöhe,
- "L = 2·FH" - Gebäudelänge ungefähr doppelt so lang wie Gebäudehöhe und
- "L » FH" - Gebäudelänge viel größer als Gebäudehöhe, d.h. lange Zeilen oder geschlossene Bebauung
sowie anschließend für diese Gebäudelänge L
8. in der linken Spalte "Bauwich a" (seitlicher Grenzabstand) unter den Optionen
- a = 1.6 x FH - Bauwich entspricht 1.6-facher Firsthöhe
- a = 1.2 x FH - Bauwich entspricht 1.2-facher Firsthöhe
- a = 0.8 x FH - Bauwich entspricht 0.8-facher Firsthöhe
- a = 0.4 x FH - Bauwich entspricht 0.4-facher Firsthöhe
- a = 0.0 x FH - geschlossene Bebauung oder sehr lange Gebäude
die dem Entwurf entsprechende Zeile der Verschattungsskala aus.
9. In der nach Schritt 7 und 8 bestimmten Zeile kann nun an der vertikalen Verlängerung der in Schritt 5/6 bestimmten Verschattungs-Kennlinie die Verschattungskennung A bis G bzw. die ungefähre prozentuale Verminderung der Solargewinne während der Heizperiode infolge der Verschattung durch Nachbargebäude (Verschattungsgrad) abgelesen werden.
Abb. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine parallele Zeile freistehender Einfamilienhäuser mit Z=I+D und 30 Satteldach. Die Firsthöhe beträgt in diesem Modellfall 6.8m über der Bezugshöhe bei 11m Gebäudetiefe. Die Gebäudelänge beträgt 13m, der seitliche Grenzabstand jeweils 3.0m also 6.0m Abstand zwischen den Gebäuden.
Werden die Schritte 3 bis 9 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, kann vertikal vom Schnittpunkt Verschattungsgrad-Kennlinie / horizontale Abstands-Linie nach unten der notwendige Abstand zur Einhaltung eines vorgegebenen Verschattungsgrades abgelesen und in den Plan abgetragen werden.
Um in der Konzeptionsphase solarenergetisch ausreichende Zeilenabstände zu bestimmen, genügt es in der Regel, den Verschattungsgrad der Hauptfassade zu bestimmen und auf ca. 5% (Bereich "A") bis maximal 10% (Bereich "B") zu begrenzen.
Anwendung der Schablonen 5-10Verschattung durch laubabwerfende Bäume
Mit Hilfe der Schablonen "Verschattung durch Laubbäume" kann die durchschnittliche Verschattungswirkung laubabwerfender Baumreihen, Alleen oder Waldränder auf die Hauptfassade einer Gebäudezeile bestimmt werden. Voraussetzung ist allerdings, daß keine erhebliche Verschattung durch Nachbargebäude vorliegt.
Den Schablonen liegt ein Belaubungszeitraum von Ende April bis Ende Oktober und eine winterliche Lichtdurchlässigkeit des Geästes von 70% zugrunde.
Der Verschattungsgrad gibt die Verminderung der passiven Solargewinne während der Heizperiode bezogen auf eine verschattungsfreie Fassade mit der selben Ausrichtung an.
Zur Abschätzung der Verschattungswirkung sind, je nach Geschossigkeit des verschatteten Gebäudes unterschiedliche Schablonen anzuwenden, die am rechten unteren Rand entsprechend gekennzeichnet sind.
Abb.3: Anwendungsbeispiel für Schablone 7 -
Ermittlung der Verschattungswirkung durch Baumreihen.Die Bestimmung des Verschattungsgrades erfolgt entsprechend Abb.3 nach folgendem Schema:
1. Wählen Sie zunächst die zur Geschoßzahl des verschatteten Gebäudes passende Verschattungsschablone und legen Sie diese
2. mit der strichpunktierten Linie auf die Achse der Baumallee (= Verbindungslinie der Baumstämme) an.
3. Bestimmen Sie dann entsprechend der Höhe der Bäume die maßgebliche Baum-Abstands-Linie (= horizontale Linie durch "Baumhöhe in [m]").
4. Der Schnittpunkt der Baum-Abstands-Linie mit der Fassade / Fensterfront des verschatteten Gebäudes bestimmt die Verschattungsgrad-Kennlinie. Folgen Sie dieser Kennlinie schräg nach oben bis zur Verschattungs-Skala.
5. Zur Bestimmung des Verschattungsgrades müssen Sie dann in der Verschattungs-Skala zunächst die für Ihre Planung maßgebliche Baum-Reihendichte ermitteln.
Hierfür stehen vier Zeilen zur Auswahl, die eine geschlossene Baumreihe (unterste Zeile) und drei Baumreihen mit unterschiedlichen Baumabständen (jeweils ein, zwei bzw. drei Bäume ausgelassen) darstellen.6. In der so bestimmten Zeile der Baumreihendichte kann nun an der vertikalen Verlängerung der in Schritt 4 bestimmten Verschattungsgrad-Kennlinie die ungefähre prozentuale Verminderung der Solargewinne abgelesen werden, die während der Heizperiode durch die Verschattung laubabwerfender Baumreihen verursacht wird.
Die Abb. 3 zeigt die Anwendung der Verschattungs-Schablonen Nr. 5-10 beispielhaft für ein dreigeschossiges Gebäude, das durch eine 15m hohe Baumreihe verschattet wird, die im Abstand von 15m zur Hauptfassade steht und bei der jeder zweite Baum "ausgelassen wurde".
Werden die Schritte 3 bis 6 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt (siehe Beispiel 3, Pfeil B, der punktierten Linie folgend), kann die maximale Baumhöhe bestimmt werden, bei der ein bestimmter Verschattungsgrad nicht überschritten wird. In Beispiel 3 müßte eine maximale Baumhöhe von etwa 11m eingehalten werden, um die hierdurch verursachten solaren Verluste auf 10% zu begrenzen.
Um "solarenergetisch befriedigende" Abstände zwischen Gebäuden und Baumreihen zu erhalten, sollte der Verschattungsgrad auf 5% bis maximal 10% (weißer Bereich) begrenzt werden.
Bei der Verschattung durch Bäume ist zu berücksichtigen, daß diese nur dann solare Verluste verursachen wenn die Bäume außerhalb der Verschattungszonen der Gebäude liegen.
Liegt der Verschattungsgrad einer geschlossenen Baumreihe bei weniger als ca. 2/3 der Verschattung durch Nachbargebäude, so kann davon ausgegangen werden, daß die Bäume innerhalb des Verschattungsbereichs der Nachbargebäude stehen und damit nicht zur Wirkung kommen.
Die Kombinationswirkung von Baum+Gebäudeverschattung kann mit den Verschattungs-Schablonen nicht erfaßt werden!
Kaufpreis:
Die Schablonen Passive Solargewinne M 1:500 (7 Folien), M 1:1000 (4 Folien) und 1:2500 (1 Folie) mit gedruckter Anleitung sind einschl. Versandkosten und Verpackung zum Preis von 129,00 Euro zuzügl. MwSt. zu beziehen.
Bezug:
Institut für solare Stadtplanung
Dr.-Ing. Peter Goretzki
Zinsholzstrasse 11
70 619 Stuttgart
Tel. (0711) 473994eMail: solarinstitut@arcor.de
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