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HABEN SIE EINIGE TAGE GEDULD
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 |
m² |
| 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 |
m² |
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.
- Das A/V-Verhältnis
bewertet primär die absolute Größe und erst sekundär
die Ausformung des Volumens.
- Bei der Bewertung der
Dachausformung führt das A/V-Verhältnis systematisch zu
eklatanten energetischen Fehlbewertungen.
- Der unterschiedliche Wärmeverlust
von an Erdreich und Außenluft angrenzenden Bauteilen
wird ignoriert.
- Das Außenoberflächen/Volumen-Verhältnis
A/V ist kein geeignetes Maß für die Kompaktheit.
- Das Maß der
Kompaktheit muß zumindest auf die reale
Nutzfläche NF oder Wohnfläche WF bezogen
werden.
- Ein aussagefähiges
Maß für die Kompaktheit ist der wohnflächenspezifische
Wärmeverlust je Gradtag (spez. Bruttowärmebedarf)
[kWh/m²Kd] oder vereinfacht, ohne thermischen Bezug das Außenoberflächen/Nutzflächen-Verhältnis
A/NF oder A/WF.
- Eine solar+energetische
Bewertung oder gar Optimierung einer Planung anhand des A/V-
oder A/WF-Verhältnisses ist ausgeschlossen, da eine
Bilanzierung mit den Solargewinnen nicht möglich ist.

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.
- Die
Verschattungswirkung von Bäumen wird im SF-Kennwert
nicht berücksichtigt.
- Der SF-Faktor überschätzt
die "Solaren Verluste" insbesondere durch
Orientierung um den Faktor 2-3 und bewirkt damit eine
nicht gerechtfertigte Einschränkung des planerischen
Spielraums.
- Eine solare
Bewertung einer Planung anhand des SF-Faktors ist
fehlerbehaftet.
- Eine belastbare solare
Bewertung erfordert die Betrachtung aller
Fassaden eines Gebäudes. Dabei ist von einer für
den jeweiligen Gebäudetyp typischen und von der Gebäudetiefe
abhängigen Fensteraufteilung auszugehen.
- Als
Bewertungskriterium für das solare Potential einer
Planung muß der zur Substitution von Heizwärme im Gebäude
verfügbare Solargewinn
und nicht die Solareinstrahlung auf eine Fassade
herangezogen werden.
- Die solaren Verluste müssen
Gebäudeausrichtung, Verschattung durch Nachbargebäude,
Topographie und Bäume berücksichtigen (vergl. GOSOL-Kennwerte).
- Der verfügbare
Solargewinn bzw. die hieraus berechneten solaren Verluste
(nicht SF!) ist bei einem geeigneten Berechnungs- und
Modellansatz ein aussagefähiger Kennwert für die
Besonnungsvoraussetzungen eines Planungsbereichs.
- Die "solaren
Verluste" lassen keine Planungsoptimierung zu, da
keine Verknüpfung mit den Wärmeverlusten (Heizwärmebilanz)
erfolgt.

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.
- Der Solare
Deckungsgrad des Gebäudeheizwärmebedarfs ist keine städtebauliche
Kennziffer sondern beschreibt Gebäudeeigenschaften.
- Die Festlegung des SDG
als Zielgröße führt in der baulichen Umsetzung oft zu
widersinnigen Ergebnissen.

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.
- Anhand des spezifischen
Heizwärmebedarfs nach DIN EN 832 läßt sich
die solar+energetische Qualität der
Planung abschließend beurteilen.
- Der wohnflächenspezifische
Heizwärmebedarf als CO2 relevante Zielgröße ermöglicht
hierbei, bei definiertem Wärmedämmstandard und
definierten wohnflächenspezifischen Fensterflächenanteilen,
den direkten Vergleich der Energieeffizienz verschiedener
Planungsvarianten, z.B. bei einer Wettbewerbsvorprüfung
und quantifiziert den Optimierungserfolg in
Planungsverlauf.
- Der spezifische Jahres-Heizwärmenedarf
Q"H
nach WSchVO/EnEVO ist für eine solar+energetische
Bewertung völlig unbrauchbar.


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