Durch die solar+energetische
Simulation wird für jedes einzelne Gebäude
innerhalb des Planungsbereichs unter Berücksichtigung:
- der Höhenlage der
Gebäude,
- der individuellen Ausrichtung
der Gebäude,
- der Verschattung durch
Nachbargebäude,
- der jahreszeitlich
wechselnden Verschattung durch die
Vegetation,
- der Verschattung durch
die Topographie des Planungsgebietes und
seiner Umgebung sowie
- optional der Verschattung
durch Teile des Gebäudes selbst wie
Wandvorsprünge, Dachüberstände, Balkone
usw.
die Solareinstrahlung in die
einzelnen Fenster bzw. solarthermischen Kollektoren
oder Photozellen quantitativ ermittelt. Die
Berechnung erfolgt im Tages- und Jahresgang
mindestens stündlich (frei wählbar) und aufgeteilt
in Diffus- und Direktstrahlung.
Bei Laubbäumen wird
die jahreszeitlich wechselnde Strahlungsdurchlässigkeit
der Belaubung bzw. des Geästes berücksichtigt.
Für die Berechnung
der direkten Solareinstrahlung (sichtbarer
Schatten) wird unter Berücksichtigung der umgebenden
Gebäude, Bäume und Geländeformen der Schattenwurf
auf die einzelnen Fensterflächen zumindest
in Stundenintervallen im Jahresgang berechnet.
Bei der Berechnung der
Diffuseinstrahlung (bedeckter Himmel) wird
die Himmelskuppel in über 32000 Segmente aufgeteilt,
für welche jeweils separat die Strahlungsdichte
berechnet wird. Damit ist es möglich sowohl die
Verminderung der Diffusstrahlung durch Gebäude und Bäume
als auch den einfallswinkelabhängigen
Strahlungsdurchgang der Diffusstrahlung durch Fenster
exakt zu erfassen (Gebäudesimulationsprogramme berücksichtigen
die"Verschattung" der Diffusstrahlung meist
nicht, obwohl während der Heizperiode die
Diffusstrahung 2/3 der gesamten Globalstrahlung
ausmacht).
Die Berechnung der in das Gebäude
eingestrahlten Sonnenenergie berücksichtigt
dabei neben der Bewölkungshäufigkeit
und der durch Dunst bzw. Luftverschmutzung beeinflußten
atmosphärischen Trübung auch den einfallswinkelbezogenen
Gesamtenergiedurchlaßgrad g der Verglasung.
Auf Basis lokaler Klimadaten,
der Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz
und des zugrundegelegten Heizungsanlagentyps
wird der Bruttoheizwärmebedarf für jedes Gebäude
automatisch ermittelt (bei EnEV in Abhängigkeit von
der Heizungsamlage). Dabei können folgende Wärmeschutzanforderungen
zugrundegelegt werden:
- die Mindestanforderungen
zur Begrenzung des Heizenergiebedarfs nach
EnEV 2009 (Energieeinsparverordnung
2009) für verschieden Heizungsanlagen,
- auf den
Mindestanforderungen nach EnEV aufbauende verschärfte
Anforderungen (KfW 55, KfW70,
KfW 85),
- gegenüber den
Mindestanforderungen der EnEV um einen frei
definierbaren Prozentsatz verschärfte
Anforderungen, d.h. ein prozentual
verminderter Jahres-Heizenergiebedarf Q"P,H,
- frei definierte Wärmedurchgangskoeffizienten
und Luftwechselraten (Niedrigenergiehaus,
Passivhaus, ...)
- Zielwerte
(z.B. xxx kWh/m2WFa
nach dem Berechnungsverfahren der DIN EN 832).
Wichtigste, die solar+energetische
Effizienz einer städtebaulichen Planung
kennzeichnende Zielgröße ist der auf die beheizte
Nutz- bzw. Wohnfläche bezogene spezifische
Heizenergiebedarf [kWh/a m²(WF)]. Die
Berechnung erfolgt normgerecht nach dem Monatsbilanz-Verfahren
der DIN EN 832, DIN 4701-10 (Anlagen-Aufwandszahl ep)
sowie DIN 4108-6 unter Anrechnung der individuell
durch Simulation ermittelten nutzbaren Solargewinne
jedes einzelnen Gebäudes und der (frei definierbaren)
internen Wärmegewinne aus Abwärme von Personen
und Geräten.
Da neben den Wärmeverlusten
und passiven Solargewinnen auch thermische und
photovoltaische Solargewinne bilanziert werden, kann
eine Gesamtenergiebilanz (Heizen,
Brauchwasser, Strom) für die Siedlung erstellt
werden. Damit kann, u.a. bei der städtebaulichen
Optimierung, ausgeschlossen werden, daß
konkurrierende Anforderungen aus aktiver und passiver
Sonnenenergienutzung oder der Bauform (Wärmeverlust)
zu Konflikten führen, die eine Erhöhung des
Gesamtenergiebedarfs bewirken.
Entscheidende Kenngröße für
die Qualität einer städtebaulichen Planung
hinsichtlich der passiven Nutzung der Sonnenenergie
sind die "verfügbaren Solargewinne",
welche die individuell nutzbaren Solargewinne jedes
einzelnen Gebäudes in Relation zu dem Optimum des
jeweiligen Gebäudetyps (optimal orientiert und
unverschattet = 100 %) setzen. Diese Kenngröße ermöglicht
ein weitgehendes Ausblenden der gebäudespezifischen
Faktoren (wie Raumtemperatur, Fenstergröße,
Glaseigenschaften, thermische Speicherkapazität,
baulicher Wärmeschutz etc.) und damit eine
Beurteilung der solarenergetischen Auswirkungen städtebaulicher
Festsetzungen.

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