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| ENERGIEBEWUSSTE BAULEITPLANUNG |  |
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 3.2.3 Hilfsmittel zur Untersuchung der Besonnungsverhältnisse |
Horizontoskop
Ein einfaches, sehr nützliches Hilfsmittel zur Anfertigung von Verbauungsbildern einer bestehenden Standortsituation ist das von TONNE entwickelte und vom Institut für Tageslichttechnik in Stuttgart (www.ift-stuttgart.de) vertriebene "Horizontoskop" (s. Abbildung 3/14), das heute nicht mehr verfügbar, aber doch wegen seiner Anschaulichkeit hilfreich ist. Es besteht aus einer Plexiglashalbkugel mit ebenem, gleichfalls durchsichtigem Boden, die auf eine Diagrammscheibe gemäß Abbildung 3/12 aufgelegt werden kann. Am zu untersuchenden Ort wird die horizontal zu haltende Vorrichtung mittels eines integrierten Kompasses eingenordet. Auf der spiegelnden Plexiglashalbkugel bildet sich dann bei Betrachtung von oben das Verbauungsbild in Zentralprojektion ab und wird auf diese Weise in das darunter liegende Diagramm eingespiegelt, was eine Sofortbeurteilung ermöglicht.
Computer-Simulationsprogramm
Diese Verschattungsdiagramme lassen sich natürlich beim Vorhandenseindigitaler Pläne auch mit entsprechenden Simulationsprogrammenerzeugen. Diese sind speziell für die Berechnung derVerteilung der kurzwelligen Strahlung (Sonnenstrahlung) in einemModellgebiet ausgelegt und damit sowohl für Untersuchungen inStadtgebieten als auch bei geländeklimatologischen oder agrarmeteorologischenFragestellungen anwendbar, da neben der Konstellationabschattender Objekte auch der Verlauf der Geländetopographieberücksichtigt wird. Beispielsweise können mit RayMan(MATZARAKIS et al., 2010) neben der Beantwortung diverser stadtklimatischer Fragen auch Horizontogramme bzw. Schattenwürfeberechnet und dargestellt werden (s. Abbildungen 3/15 und 3/16).
Zur Beurteilung der Besonnungsverhältnisse komplexer Siedlungsstrukturen sind anspruchsvollere Hilfsmittel erforderlich. Dazu hat GORETZKI (1990, 2012) als Grundlage für die energetische Simulation ein Computer-Modell (GOSOL) entwickelt, das neben der Bewertung der solarenergetischen Eigenschaften eines Planungskonzeptes auch dessen räumliche Darstellung ermöglicht.
Grundlage ist ein dreidimensionales Computermodell aus Gebäuden, Vegetation mit jahreszeitlich wechselnder Belaubung sowie Topographie.
Besonderes Spezifikum von GOSOL, das auch mit der Umschreibung "solar+energetisch" zum Ausdruck gebracht werden soll, ist die Erstellung von vollständigen Energiebilanzen für jedes einzelne Gebäude bzw. in Form von Summen- und Mittelwerten für den gesamten Bebauungsplanumgriff. Die Heizwärmebilanzen beinhalten sowohl die gebäudespezifischen Wärmeverluste (abhängig von Wärmeschutzstandard, Heizsystem und Gebäudegeometrie) als auch die hiermit in Wechselwirkung stehenden nutzbaren passiven und thermischen Solargewinne bei der jeweiligen Gebäudeorientierung und Verschattungssituation. Die Bilanzierung der beiden Antagonisten Wärmegewinne und Verluste in der Zielgröße "wohnflächenspezifischer Heiz- oder Primärenergiebedarf" ermöglicht es Fehloptimierungen zu vermeiden. Zudem kann das Potential für photovoltaische Sonnenenergienutzung ermittelt und damit eine Gesamtenergiebilanz des Planbereichs erstellt werden.
Für jedes einzelne Gebäude im Untersuchungsgebiet werden außerdem die Ursachen für verminderte Solargewinne bzw. den erhöhten Heizenergiebedarf quantitativ ermittelt und zwar aufgeschlüsselt nach:
ungünstiger Gebäudeorientierung
Verschattung durch Nachbargebäude
Verschattung durch Vegetation
Verschattung durch Geländeformen.
Mit Hilfe dieser Kennwerte können gezielt Ansatzpunkte für eine solar+energetisch erfolgversprechende Optimierung der Planung herausgearbeitet werden.
Zur Bewertung der Wohnqualität hinsichtlich ausreichender Besonnung kann außerdem DIN-gerecht die an einem klaren Tag mögliche Besonnungsdauer oder die monatliche reale Besonnungsdauer unter Einbeziehung der Bewölkungshäufigkeit im Tagesgang von einzelnen Farbkartierung bzw. Verschattungssilhouette dargestellt werden. Weiter wird der Anteil der Gebäude ermittelt, welche definierte Mindestanforderungen an die Besonnungsdauer nicht erfüllen.
Alle Ergebnisse werden neben Tabellen auch als Farbkarten dargestellt. Dabei kann zur Kontrolle des Optimierungserfolgs auch die Ausgangsvariante mit einer Optimierungsvariante verglichen und für den jeweiligen Kennwert als Farbkarte dargestellt werden.
Abbildung 3/17 zeigt als Ergebnis einer solchen Berechnung den solaren Verlust durch Baumverschattung. In Abbildung 3/18 wird für die gleiche untersuchte Hausgruppe der solare Verlust durch ungünstige Ausrichtung angegeben.
Die vom Wirtschaftsministerium Baden Württemberg herausgegebene SOLARFIBEL (siehe Abb. 3-18a) zeigt anhand von Beispielen die Möglichkeiten einer energiebewussten Bauleitplanung auf.
Untersuchung des Schattenwurfs an physikalischen Modellen
Sofern für Windkanaluntersuchungen (s. Kap. 4.2) oder aus anderen Gründen ein physikalisches Modell der geplanten baulichen Maßnahmen erstellt wird, bietet sich eine Verschattungsuntersuchung mittels Beleuchtung des Modells an. Dazu übernimmt eine starke Lichtquelle die Funktion der Sonne, wobei die geometrischen Beziehungen bezüglich der Wahl von Tag und Stunde mit dem wahren Sonnenstand übereinstimmen müssen. Die sich ergebenden Verschattungsbilder werden dann photographisch dokumentiert und in Form von Horizontogramm (zeitlicher Zusammenhang an einem bestimmten Ort) bzw. Schattenwurfdarstellung (räumlicher Zusammenhang zu einem bestimmten Termin) ausgewertet.
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| Abb. 3/14: Das Horizontoskop nach TONNE im Einsatz | | |
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| Abb. 3/15: Horizontogramm berechnet mit RayMan | | |
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Abb. 3/16: Darstellung von Schattenwürfen mit RAYMAN
Quelle: Matzerakis und Rutz, 2007 | | |
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Abb. 3/17: Darstellung des solaren Verlustes durch Baumverschattung
(GORETZKI, 2012) | | |
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Abb. 3/18: Darstellung des solaren Verlustes durch ungünstige Ausrichtung der Gebäude
(GORETZKI, 2012) | | |
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Abb. 3/18a: SOLARFIBEL - Städtebauliche Maßnahmen, Energetische Wirkzusammenhänge und Anforderungen.
Quelle: Wirtschafstministerium Baden-Württemberg, 2007 |
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