ENERGIEBEWUSSTE BAULEITPLANUNG
3.2.1 Globalstrahlung

Unsere wichtigste Primärenergiequelle ist die Sonne. Sie bestimmt mit ihrer Strahlung den Energiehaushalt der Atmosphäre. Die gesamte kurzwellige Bestrahlungsstärke bezogen auf eine horizontale Fläche wird als Globalstrahlung bezeichnet.

Man gibt die Globalstrahlung in der Einheit W pro m² oder in kJ pro Minute und cm² an, wobei es sich um eine "Energieflussdichte" oder "Leistungsdichte" handelt. Es gelten folgende Umrechnungen:
1 kJ/min cm² = 1,67 10⁵ W/m² sowie 41,67 W/m² = 1 kWh/m² d.

Strahlungssummen über Stunden, Tage oder Monate nennt man "Bestrahlung" oder "Energiedichte" und verwendet entsprechend die Einheiten kJ/cm² bzw. kWh/m². Hier gilt die Umrechnung:
1 kJ/cm² = 2,78 kWh/m².

Bei der Globalstrahlung handelt es sich um die Summe der Strahlungsflüsse aus der direkten Sonnenstrahlung und der diffusen Himmelsstrahlung. Diese Unterscheidung beruht auf dem Sachverhalt, dass auch im Falle der abgeschatteten Sonne (z.B. durch Gebäude) bzw. bei bedecktem Himmel Tageshelligkeit besteht und somit die diffusen Anteile des Sonnenlichts als Himmelsstrahlung wirksam werden.

Die Bedeutung der Himmelsstrahlung insbesondere für die im Abschnitt 3.2.4 zu besprechende Tageslichtbeleuchtung ergibt sich aus der für unsere Breiten häufig vorhandenen Bewölkung. Bei bewölktem Himmel erhöht sich nämlich dieser Anteil der Globalstrahlung, doch nur bis zu einer Bedeckung des Himmelsgewölbes von 6/10 bis 8/10.

Da es sich - bezogen auf die horizontale Fläche – bei der diffusen Himmelsstrahlung und der direkten Sonnenstrahlung um größenordnungsmäßig etwa gleichgroße Anteile handelt, würde eine alleinige Betrachtung der Sonnenstrahlung für den Energiehaushalt zu völlig falschen Werten führen.

Die direkte Sonnenstrahlung hat bei heiterem Himmel ihr Maximum. Sie kann durch die Angabe der Sonnenscheindauer eines Ortes näherungsweise beschrieben werden. Mit dem Sonnenschein unmittelbar verbunden ist aber auch die Erscheinung des Schattens. (Die auf dem Schattenwurf beruhende Sonnenuhr "zählt die heiteren Stunden nur".) Die für Licht und Schatten maßgeblichen Verhältnisse der Sonnengeometrie werden näher im Abschnitt 3.2.2 behandelt.

Die mittlere Jahressumme der Globalstrahlung beträgt z.B. in Stuttgart-Hohenheim für den 30jährigen Zeitraum 1961 bis 1990 402 kJ/cm², was einem Durchschnittswert der jährlichen Strahlungsleistung von 127 W/m² oder 1 116 kWh/m² a entspricht.

In Abbildung 3/3 wird die Verteilung der durchschnittlichen Sonnenscheindauer und der jährlichen Energielieferung der Sonne auf 1 m² Erdoberfläche für den Bereich der Bundesrepublik dargestellt. Die Sonnenscheindauer umfasst hier die Spanne zwischen 1300 und 2000 Jahresstunden, während sich die Globalstrahlung zwischen den Werten 780 bis 1240 kWh/m² a bewegt. Abbildung 3/4 zeigt die mittleren jährlichen Einstrahlungsverhältnisse in Baden-Württemberg.

Die Werte der Globalstrahlung korrelieren sehr eng mit der Sonnenscheindauer, was aus der Tabelle 3/1 hervorgeht. Dort sind für Stuttgart-Hohenheim die mittleren monatlichen Globalstrahlungssummen aufgeführt. Ferner ist in der Tabelle die mittlere tatsächliche (gemessene) Sonnenscheindauer in Monatsstunden der astronomisch möglichen Sonnenscheindauer gegenübergestellt. Der Jahresgang von tatsächlicher und astronomisch möglicher Sonnenscheindauer ist Gegenstand von Abbildung 3/5.

Für energetische Betrachtungen im Zusammenhang mit dem Raumwärmebedarf interessieren die Strahlungsverhältnisse während der Heizperiode bzw. Heizzeit von September bis Mai. Dazu geht aus Abbildung 3/5 hervor, dass aufgrund der Bewölkung gerade in den Wintermonaten die tatsächliche Sonnenscheindauer gegenüber der astronomisch möglichen stark abfällt. Dieser Sachverhalt wird durch die Sonnenscheinwahrscheinlichkeit dargestellt (vgl. dazu Tabelle 3/1).