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Passive Solarnutzung
Passive Solarnutzung

Passive Solarnutzung
Der Anteil der Nachfrage nach Wärmeenergie (vor allem zur Raumheizung) im Wohn- und Tertiärbereich an der Energie-Gesamtnachfrage in der EU (15 Mitgliedstaaten) beträgt 23%. Schätzungen gehen davon aus, daß 40% der in diesem Sektor tatsächlich verbrauchten Energie in Wirklichkeit in Form von Sonnenenergie durch Fenster in die Gebäude gelangt. Diese passive Energiequelle findet in den Statistiken jedoch keine Berücksichtigung. Daraus folgt, daß für eine weitere Reduzierung der Nachfrage nach Wärmeenergie in Gebäuden unter Einsatz der verfügbaren Technologien zur passiven Nutzung der Sonnenenergie ein erhebliches Potential vorhanden ist. Die Errichtung solarer bzw. energiearmer Gebäude kostet kaum mehr als herkömmliches Bauen. In Österreich gesammelte Erfahrungen haben gezeigt, daß bei Gebäuden mit passiver Solartechnologie die Gesamtwohnkosten nur um etwa 4% höher sind als bei konventionellen Gebäuden, während Wärmeenergieeinsparungen von 75% erzielt werden können. Auch bei bereits vorhandenen Gebäuden sind durch Nachrüstung von Fenstern
und Fassaden sowie durch eine verstärkte Nutzung des natürlichen Sonnenlichts und eine gleichzeitige verbesserte Isolierung erhebliche Energieeinsparungen zu erzielen. Neue Werkstoffe für Fenster, zur Nutzung des Tageslichteinfalls und zur Isolierung sind im Handel erhältlich. In den letzten paar Jahren sind auch passive Kühltechniken entwickelt worden, die dazu beitragen könnten, die schnell wachsende Nachfrage nach Kühlanlagen in südeuropäischen Ländern zu decken. Selbst vorsichtige Schätzungen gehen davon aus, daß die Nachfrage nach Wärmeenergie in Gebäuden bis zum Jahre 2010 durch eine verstärkte passive Nutzung
der Sonnenenergie um 10% gesenkt werden könnte. Wenn man davon ausgeht, daß der Anteil der Nachfrage nach Wärmeenergie im Wohn- und Tertiärbereich an der Energie-Gesamtnachfrage mit 23% stabil bleibt, entspräche dies einer Brennstoffeinsparung von 35 Mio. t RöE. Die Schweiz hat sich bereits verpflichtet, den Energieverbrauch zu Heizzwecken in Gebäuden bis zum selben Jahr um 30% zu reduzieren. Dieser zusätzliche Gewinn ist bei der Bilanzierung des Bruttoenergieverbrauchs der Europäischen Union zu berücksichtigen.

Grundlage für die Betrachtung passiver Solarnutzung ist die Wärmeausbreitung die auf folgende Arten geschieht und der Klimaraum in dem sich ein zu untersuchendes Projekt liegt.:

Wärmeleitung
In festen Körpern findet ein Temperaturausgleich durch Übergang der der Bewegungsenergie von Molekül zu Molekül statt, der als Wärmeleitung bezeichnet wird. Die Wärmeleitfähigkeit gilt als Stoffkonstante und ist abhängig von der Rohdichte des Stoffes, von der Art, Grösse und Verteilung der Poren, von der mineralischen Struktur und von der Feuchtigkeit des Stoffes.

Wärmeströmung
In flüssigen und gasförmigen Stoffen wird Wärme übertragen, indem Masseteilchen, an die Wärme gebunden ist, ihre Lage verändern. Dis erfolgt auf Grund von Druckunterschieden in der Regel als Folge von Temperaturdifferenzen. Es ist ein stoffgebundener Vorgang und es handelt sich dabei in der Regel um Luft oder Wasser. Warme Luft wird z.B. leichter, dehnt sich aus und steigt auf. Dadurch strömt kühlere Luft nach und es entsteht eine kontinuierliche Luftbewegung. Man nennt dies eine natürliche oder mit mechanischer Unterstützung künstliche Konvektion.

Wärmestrahlung
Sonnenstrahlen durchdringen sowohl luftleeren Raum oder gasgefüllte Körper, ohne sie zu Erwärmen. Sind zwei verschieden temperierte Körper nur durch ein strahlendurchlässiges Medium (Luft) voneinander getrennt, setzt eine Strahlung vom wärmeren Körper zum kälteren ein. Mann nennt dies eine Wärmeabstrahlung. Die Sonnenstrahlung ist eine kurzwellige Lichtstrahlung, Strahlung von festen Körpern ist langwellige Infrarotstrallung.

Der Klimaraum
Der Klimaraum indem sich ein Objekt findet ist massgeblich beteiligt wie ein Projekt energetisch zu planen ist und setzt sich aus folgenden Faktoren zusammen:.

Aussentemperatur
Aus der minimalen- und maximalen Tagestemperatur, sowie aus dem monatlichen Durchschnittswert leiten sich die Heiztage für die Wärmebedarfsrechnung ab.


Luftfeuchtigkeit
Die relative und die vorhandene Luftfeuchtigkeit bilden die Faktoren. Nebel ist ein gutes Wärmeleitmedium und erhöht den Wärmeverlust eines Gebäudes.

Windrichtung und Windgeschwindigkeit
Massgeblich ist die jährliche Windhäufigkeit die dominierende Windrichtung.

Niederschlag
Massgeblich sind Niederschlagsmenge, Zeitpunkt und Niederschlagsart (Regen, Schnee, Hagel)

Globalstrahlungsverhältnisse
Gemessen in Wh / qm / Monat, das heisst die Sonneneinstrahlung auf 1 qm horizontaler Fläche.

Sonnenscheindauer in Stunden

Gemessen in Stunden pro Monat, als Grundlage zur Speicherdimensionierung und den solaren Heizungsbeiträge.



Sonnenstand - Sonnenstrahlung


Sonnenkarten und Sonnendiagramme
Zwei anschauliche und farbenfrohe Produkte des SIR helfen Ihnen zur Beurteilung der Besonnungssituation an jedem Ort in Salzburg. Sie sind damit für Zwecke der Energienutzung, Gebäudeplanung, Raumordnung und vieles andere mehr einsetzbar.
Die SIR-Sonnenkalender sind für jede Gemeinde des Landes Salzburg verfügbar. Sie zeigen Ihnen besonders anschaulich, wo die "schattigen Flecken" und die "sonnigen Plätzchen" liegen. Mit Sonnenkalendern kann für alle 12 Monate beurteilt werden, wieviele Stunden pro Tag eine beliebige Fläche im Land von der Sonne bestrahlt wird, bzw. wie lange sie durch das umgebende Gelände abgeschattet wird.
Besonnungsdiagramme sind Detailstudien z.B. für einen konkretes Grundstück. Sie erlauben sogar das Ablesen von Uhrzeiten an denen die Beschattung des Platzes durch das Gelände einsetzt oder endet.
Die Grundlage dafür bilden astronomische Programme, ein landesweites digitales Geländemodell und Eigenentwicklungen im GIS-Bereich des SIR.

Beispiel für einen Sonnenkalender - Sonnenkalenderausschnitte Grödig:


Sonnenlicht und -wärme sind sowohl wichtige Faktoren für das menschliche Wohlbefinden, als auch für diverse Formen umweltfreundlicher Energienutzung. Gerade in einem Gebirgsland wie Salzburg gibt es jedoch Gebiete, die für unterschiedliche, z.T. sehr lange Zeiträume vom Gelände beschattet werden. Die im Beitrag vorgestellten Simulationsergebnisse - Besonnungsdiagramme, Besonnungskarten für Einzelzeitpunkte, Karten der Sonnenscheindauer - dienen der leicht verständlichen Illustration von komplexen, orographisch bedingten Besonnungs- und Abschattungsverhältnissen.

Das Licht und die Wärme der Sonne spielen eine enorme Rolle für das geistige und körperliche Wohlbefinden des Menschen. Parallel zu diesen positiven Effekten liefert uns die Sonne zusätzlich kostenlose, saubere Energie. Gerade in gebirgigen Regionen wie im Land Salzburg beeinflußt jedoch das Gelände durch seine Abschattungswirkung die Menge und Zeitdauer der Sonnenstrahlung, welche die Erdoberfläche tatsächlich erreicht, teilweise erheblich.

Die Beobachtung dieser orographisch bedingten Schattenwirkung ist allerdings durch den laufenden Positionswechsel der Sonne im Tages- und Jahreslauf recht schwierig. Zwar haben viele Menschen in ihrer persönlichen Umgebung recht gute Kenntnisse über besondere Zeitpunkte im Jahr, an denen die Sonne beispielsweise "das erste Mal nach dem Winter den ganzen Nachmittag wieder über den Berg kommt" oder ähnliches. Weiters gibt es auch Messungen der Sonnenscheindauer an ausgewählten meteorologischen Stationen. Aber erst die GIS-Simulation ermöglicht in Verbindung mit digitalen Geländemodellen ein recht universelles, flächendeckendes und je nach Geländemodell auch kleinräumiges Simulieren und Modellieren des Phänomens "Sonne und Geländeschatten".

Das Salzburger Institut für Raumordnung und Wohnen als Forschungs-, Planungs- und Beratungseinrichtung möchte dieses Thema im Bundesland Salzburg besonders für den Anwendungsbereich Raumordnung - Bauen - Wohnen - Energie in leicht verständlicher Form aufbereiten. Der vorliegende Beitrag zeigt verschiedene Formen anschaulicher Ergebnisse, die durch Kombination von detaillierten Sonnenstandsdaten, Geländemodell, topographischen Karten und GIS-Modellierung erarbeitet wurden.
Der "Lauf der Sonne" als tages- und jahreszeitliche Bewegung der Sonne am Himmel über einem Beobachter auf der Erdoberfläche entsteht durch die Kombination der Erddrehung mit der Bewegung der Erde um die Sonne. Diese Sonnenbahn am Himmel läßt sich in Form einzelner Kurven für besonders aussagekräftige Tage darstellen. Diese Kurvendiagramme unterscheiden sich dabei je nach geographischer Breite des Standortes mitunter erheblich.

Die X-Achse eines derartigen Diagramms stellt die Himmelsrichtung dar, in der sich die Sonne aus der Sicht eines Beobachters mit definiertem Standort befindet. Im Fall von Salzburg variiert beispielsweise die Himmelsrichtung des Sonnenaufgangs je nach Jahreszeit von Südost bis Nordost. Die Y-Achse zeigt die Winkelhöhe der Sonne über dem Standort in Altgrad. Die Höhe der Sonne bestimmt zusammen mit der Geländeform die Dimension des Geländeschattens. Die starke jahreszeitliche Variation der Sonnenhöhe zu Mittag läßt erahnen, wie unterschiedlich groß der Schatten ein und desselben Berges im Winter und im Sommer ausfallen kann. Die Länge der Sonnenkurven veranschaulicht die jahreszeitlich unterschiedliche Tageslänge, die auch an den Sonnenaufgangs- bzw. Untergangszeiten abzulesen ist.

Zur Beurteilung der Schattenwirkung des Geländes benötigt man nun noch den Verlauf des Geländehorizonts, wie er sich vom bestimmten Standort aus ergibt. Dieser Geländeverlauf kann mittels Theodolit oder Heliograph (R. KRISMER, 1997) vom Standort aus genau vermessen werden. Im gegenständlichen Beispiel wurde er für eine grobe Abschätzung der Geländewirkung direkt aus einem landesweit verfügbaren Geländemodell mit 50x50 Meter Rasterweite errechnet.

" Mit einem Blick" läßt sich nun ablesen, zu welchen Jahres- und Tageszeiten die Sonne vom Gelände verschluckt wird, wann also ein vom Gelände verursachter Schatten auf den Beobachtungstandort fällt. Dies trifft immer dann zu, wenn die Sonnenkurven im grauen Bereich des Geländes verlaufen. Liegen die Kurven höher als das Gelände, scheint am Standort die Sonne - sofern sie nicht durch Wolken oder lokale Objekte wie Bäume oder Gebäude verdeckt ist.

Das beiliegende Diagrammbespiel (Abbildung 1) beschreibt eine Straßenkreuzung im Süden der Stadt Salzburg in der Siedlung Fürstenbrunn. Südlich dieses Gebiets erhebt sich der Untersberg, der den Talboden um rund 1400 Meter überragt und im Diagramm deutlich zu erkennen ist. Der zweite, weiter westlich gelegene Bergrücken ist sehr viel niedriger, liegt dem Standort aber viel näher. An den Kurvenverläufen wird sichtbar, daß die Sonne im Winter diesen Standort zwischen Ende November und Ende Jänner nur zwei Stunden pro Tag erreicht. Zur "dunkelsten" Zeit liegt der Standort praktisch den ganzen Tag im Schatten des Untersberges.

Derartige Diagramme charakterisieren einen einzelnen Standort sehr gut und eignen sich besonders für einen Vergleich von einzelnen Standortvarianten, z.B. bei der Auswahl zwischen mehreren Grundstücken für den Hausbau.

Die Veränderung der besonnten bzw. beschatteten Bereiche im Verlauf eines Tages in Form von animierten Karten zählt zu den anschaulichsten Möglichkeiten, die Auswirkungen des "Laufs der Sonne" zu demonstrieren.

Kartenserien bilden die besonnten und beschatteten Gebiete in einen bestimmten Raumausschnitt auf dem Hintergrund einer topographischen Karte zu frei gewählten Zeitpunkten ab, z.B. zu jeder Stunde am 21. Dezember. Läßt man diese Kartenbilder hintereinander am Computerbildschirm ablaufen, erhält man einen sehr lebendigen Eindruck der Besonnungsbedingungen. Man erkennt dabei beispielsweise sehr gut, wie weit ein bestimmter Berg an diesem kürzestem Tag im Jahr seinen Geländeschatten ins Tal wirft, oder ab/bis wann ein Gebiet Sonnenstrahlung erhält. Interessante Vergleiche ergeben sich, wenn man diesen stündlichen Ablauf nun für verschiedene, markante Tage im Jahr durchspielt. Diese Darstellungsform eignet sich optimal für Lehrzwecke.

Die untenstehende Kartenabbildung (Abbildung 2) zeigen ein Beispiel eines Tagesablauf, wieder mit dem Untersberg, direkt südlich der Salzburger Stadtgrenze, am 21. Dezember, dem kürzesten Tag mit dem niedrigsten Sonnenstand im Jahr: Am Vormittag erreicht die Sonne die Ostflanke des Berges und auch den Talboden im Norden des Berges. Über Mittag wandert der Bergschatten nordwärts, gibt den nordwestlich angrenzenden Talboden kurzzeitig frei und verschluckt um 15.00 bereits wieder den gesamten Gebietsausschnitt.
Weitergehende, regionale Vergleiche der Besonnungsverhältnisse verlangen neben der obigen Beobachtung von Einzelstandorten (Diagramm) oder Einzelzeitpunkten auch generelle Überblicksinformation. Dazu eignen sich besonders Darstellungen, welche die potentielle Sonnenscheindauer eines Gebiets in Abhängigkeit vom Gelände und von der Jahreszeit ausweisen.

Dazu ist es nötig, im GIS-Modell für feine Zeitintervalle (z.B. 10 Minuten) großflächige Einzelberechnungen zur regionalen Besonnung bzw. Beschattung durchzuführen und sie dann für den jeweils interessanten Zeitraum zusammenzufassen. Als Ergebnis können beispielsweise stundenweise abgestufte Zonen ausgewiesen werden, die potentiell gleich lange volles Sonnenlicht erhalten oder auch Zonen, die im gewählten Zeitraum überhaupt keine direkte Sonnenstrahlung erhalten. Diese Simualtionsergebnisse sind besonders aussagekräftig, wenn sie über mehrere Zeiten berechnet, dann nebeneinander gestellt werden und somit einen längeren, jahreszeitlichen Vergleich zulassen.

Vom November bis Jänner erhält der südliche Teil der Ortschaft Fürstenbrunn teilweise überhaupt keine direkte Sonne, teilweise nur ein bis zwei Stunden (siehe Besonnungskarten der Einzelzeitpunkte, Abbildung 2). Die beiliegende Sonnenscheindauerkarte (Abbildung 3) illustriert wieder das oben beschriebene Gebiet, diesmal Mitte Februar. Im Februar ist der südliche Teil der Siedlung Fürstenbrunn weiterhin besonnungsmäßig benachteiligt. Der nördlich angrenzende Teil erhält jedoch nun schon 8-9 Stunden Sonne und somit mehr als die Siedlung Grödig, direkt im Osten des Untersberges. Der Schatten des Berges, der im Dezember speziell die Bergnordseite trifft, liegt im Februar besonders lange über dem östlichen Talboden. Der Grund liegt im höheren Sonnenbogen, der nun auch schon weiter nach Osten bzw. Westen reicht, im Dezember nur von Südost bis Südwest (siehe Grafik Besonnungsdiagramm).

Alle Berechnungen basieren auf einer ARC-INFO-GRID-Applikation des SIR. Damit werden sowohl die Geländehorizonte für die Besonnungsdiagramme ermittelt, als auch die Besonnungskarten errechnet. Als Grundlagen für die Sonnenstandsdaten stehen diverse astronomische Tabellen oder Programme zur Verfügung. GIS-Datengrundlage war überall ein Geländemodell des Bundesamtes für Eich- und Vermessungswesen mit einem 50x50 Meter Raster. Daraus ergibt sich von vornherein eine gewisse Ungenauigkeit. Sie kann sich besonders bei lokal sehr stark schwankenden Geländehöhen aus, die durch die Rasterweite unter Umständen "verschluckt" werden. Besonders bei den Horizontdiagrammen kann der relativ grobe Raster stark wirksam werden, wenn sehr nahe des Standortes große Höhendifferenzen zum Standort auftreten.


Gebäude, Baumbestände und Witterungsverhältnisse finden im Modell des SIR keine Berücksichtigung. Dies hätte erst Sinn, wenn die Genauigkeit aller Ausgangsdaten für lokale, kleinsträumige Auswertungen extrem erhöht würde. Dazu erscheinen Horizontaufnahmen durch Vermessung vor Ort geeigneter. Deren Gültigkeit schwankt allerdings unter Umständen schon innerhalb weniger Meter, speziell auch vertikal, z.B. Vergleich Erdgeschoß erster Stock. Die Produktion von Karten auf Basis zahlreicher einzelner Horizontaufnahmen verlangt anschließend zahlreiche Interpolationsschritte um zu flächendeckenden Aussagen zu kommen (H. RÖCK, 1987).

GIS-Raster-Analysen können jedoch auch mit sehr hochauflösenden Geländemodellen angewandt werden, wie z.B. SCHAAB und LENZ 1999 anhand von Vegetationsbeständen oder HERMESMEYER, ILSEMANN und RIENK (1999) anhand eines LaserScan-Höhenmodells von Gebäuden der Stadt Ravensburg und deren Einstrahlungsparametern zeigen.

Die Domäne der besprochenen Simulationen des SIR bleibt der Kartenmaßstabsbereich um 1:20000 und kleiner. Insgesamt liegt die Stärke dieser Auswerteformen sicherlich im regionalen Überblick, der großräumigen Flächendeckung, der Nachvollziehbarkeit, sowie natürlich im Sichtbarmachen und Vereinfachen eines komplexen dynamischen Prozesses - des Laufs der Sonne.

Aus: Besonnungsstudien Salzburg


Solares Standortkonzept


Um günstige Voraussetzungen für einen Bauplatz in einer natürlichen Umgebung zu erkennen und zu nutzen, muss zuvor untersucht werden welche klimatologische und landschaftlichen Eigenschaften vorhanden sind. Dadurch werden alle Kriterien für den Energieverbrauch und ev, Energiegewinn ermittelt. Das Grundstück ist durch seine Höhenlage, seine geographische und topographische Situation bestimmt. Der Heizenergieverbrauch wird neben den bauphysikalischen Eigenschaften auch von den makro- und mikroklimatischen Einflüssen bestimmt. Am Beispiel des Salzburger Klimakalender http://www.geo.sbg.ac.at/projects/klimastudie/index.htm kann die Klimasituationeines Standortes im Jahrsablauf verfolgt werden:

 

Wie Standortphänomene die Energiebilanz beeinflussen kann am Beispiel der Stadt. Wärmeinsel in Salzburg gezeigt werden:
Die städtische Wärmeinsel von Salzburg zeigt im Mittel Temperaturdifferenzen von 1.5°K. Die größten Differenzen zwischen Mirabellplatz und Flughafen treten während der Nacht auf. Dies ist im Winter überwiegend auf die Abwärme der beheizten Gebäude, im Sommer auf die erhöhten Temperaturen der versiegelten Flächen (z.B. am Mirabellplatz) zurückzuführen. So erscheint die Wärmeinsel in den Monaten Februar, Mai, Juli und August am intensivsten. Dass der Juni die Periode Mai bis August unterbricht, könnte als Auswirkung häufigerer atlantischer Störungen zu deuten sein. Diese Zweigipfeligkeit der Wärmeinsel wird auch von FEZER auf Grundlage zahlreicher Publikationen für den Raum München - Wien beschrieben. (FEZER, 1995, S 53ff).

Es sind sowohl negative als auch positive Aspekte der städtischen Wärmeinsel auf das menschliche Wohlbefinden zu beachten. Die Stadtbewohner empfinden hohe Lufttemperatur und Luftfeuchte als negativ. Zusätzlich ist die Windgeschwindigkeit in der Stadt geringer. Die Wärmebelastung wird somit noch erhöht. Demgegenüber wird es aber als angenehm empfunden, dass speziell an Sommerabenden die Temperaturen in der Stadt höher sind und so Gelegenheit für zahlreiche Aktivitäten im Freien besteht.

Im Winter bewirkt die städtische Wärmeinsel einen geringeren Energiebedarf im Zentrum, zusätzlich ist im Zentrum die Windgeschwindigkeit herabgesetzt.


Jahres- und Tagesgang der Wärmeinsel von Salzburg, Temperaturdifferenzen zwischen Mirabellplatz und Flughafen

Sonnenscheindauer

Die Strahlung der Sonne wird nach Tages- und Jahresgang differenziert. Unabhängig von der Bewölkung und dem Witterungsverlauf ergäbe sich ein astronomisches Strahlungsmaximum im Juni sowie ein Strahlungsminimum im Dezember. In Salzburg kommt es, beeinflusst durch den europäischen Sommermonsun (vermehrte NW-Wetterlagen mit Schlechtwetter) jedoch zu dem relativen Strahlungsmaximum erst im August. Im Juni vermindert sich sogar die Sonnenscheindauer gegenüber dem Mai. Juli und August zeigen jedoch fast die gleiche Anzahl an Sonnenscheinstunden. Zwischen 1987 und 1998 wurden bei der Station Freisaal durchschnittlich 1710 h und 50 min Sonnenschein im Jahr registriert.


Mittlere registrierte Sonnenscheindauer/ h , Freisaal 1987 - 1998

Besonnungskarten
Zusätzlich beeinflusst das Gelände die Dauer der potentiellen Sonnenscheindauer. In Salzburg ergeben sich durch die Stadtberge sowie durch die Beckenlage räumlich markante Unterschiede. Sonne und Wärme sind wichtige Faktoren für das Wohlbefinden, und damit ist auch die Dauer des Sonnenscheins ein wichtiges Qualitätsmerkmal für Siedlungsgebiete.

Durchströmung der bodennahen Luftschicht
Die Durchströmungsverhältnisse in einer Stadt sind für die klimatische und lufthygienische Situation von großer Bedeutung. Ein intakter vertikaler und horizontaler Luftaustausch bewirkt zum Einen eine Abschwächung der städtischen Wärmeinsel, zum Anderen die Erneuerung der mit Schadstoffen kontaminierten Stadtluft. Ist Letzteres besonders aus lufthygienischer Sicht bedeutend, stellt die klimatische Komponente einen wichtigen energetischen Faktor dar.

Mikroklima
Das Mikroklima kann durch die unmittelbare Umgebung des Bauwerkes beeinflusst werden und Auswirkungen auf den Energiebedarf haben wie z.B.:
Kaltluftschichten in Tallagen
Beschattung durch Buschwerk und Wald
Windschutz durch Buschwerk und Wald
Strahlenreflektierende Wasserflächen
Exponierte Höhenlage
Besonnte ruhige Flachlagen mit lichtem Wald
Offene Süd- und Hanglagen
Diese Faktoren sind bereits bei der Widmung von Bauland und Bebauungsplänen zu berücksichtigen.

Standortstrategien für Passive Solarnutzung
In nördlichen oder alpinen Gebieten in denen die Tageshöchsttemperaturen selten über 30° C steigen ist eine Gebäudegeometrie zu suchen die voll auf die Südausrichtung orientiert ist. Die sonnen- abgewandten kalten Seiten sind durch räumliche Puffer und gepflanzten oder gebauten Schutzmassnahmen gegen Wind und Wetter zu schützen.
In wärmeren Gegenden wie in der ungarischen Tiefebene würde eine Südausrichtung im Sommer unerträglich sein und zusätzlicher Sonnenschutzeinrichtungen bedürfen. Ein Aufenthalt im Freien an der Südseite eines Hauses ist im Sommer unerträglich. Deshalb haben sich auch traditionelle Bauformen entwickelt bei denen die schmale Giebelseite nach Süden orientiert ist und die lange Ostseite, machmal sogar die Nordseite eines Hauses zum Aufenthalt und Arbeiten genutzt wird.
Ab dem späten Vormittag liegt der Laubengang bereits im Schatten und ist nicht so Aufgewärmt!
Im Winter ermöglicht die Nordsüdausrichtung an der langen Ostseite bereits eine volle Ausnutzung der Vormittagssonne. Die Südseite hat bedingt durch die Situation im Sommer, kleine Fenster und bietet im Winter eine grosse Speicherfläche als Sonnenwand, ebenso die Westwand.


Solares Innenraumkonzept


Bei der Konzeption der Innenräume unter Berücksichtigung der solaren Faktoren muss auch die Klimazone berücksichtigt werden, indem das Objekt stehen wird. Dabei muss für die Wohn- und Aufenthaltsräume mit einer erforderlichen Raumtemperatur von 20° der Standort gefunden werden der im Sommer und im Winter der optimale ist. Thermisch besonders zu Schützen sind die Nassbereiche wie das Bad mit einer erforderlichen Raumtemperatur von 24°. Diesen primäre Räumlichkeiten sind Temperaturpufferzonen zuzuordnen wie Windfang, Eingang, WC, Abstellräume, Schrankräume, Hausarbeitsräume und Hobbyräume die gegen die kalten Aussenseiten schützen sollen. .
In nördlichen oder alpinen Gebieten in denen die Tageshöchsttemperaturen selten über 30° C steigen ist eine Gebäudegeometrie zu suchen die voll auf die Südausrichtung orientiert ist. Die sonnen- abgewandten kalten Seiten sind durch räumliche Puffer und gepflanzten oder gebauten Schutzmassnahmen gegen Wind und Wetter zu schützen.


n wärmeren Gegenden wie in der ungarischen Tiefebene würde eine Südausrichtung im Sommer unerträglich sein und zusätzlicher Sonnenschutzeinrichtungen bedürfen. Ein Aufenthalt im Freien an der Südseite eines Hauses ist im Sommer unerträglich. Deshalb haben sich auch traditionelle Bauformen entwickelt bei denen die schmale Giebelseite nach Süden orientiert ist und die lange Ostseite, machmal sogar die Nordseite eines Hauses zum Aufenthalt und Arbeiten genutzt wird.
Ab dem späten Vormittag liegt der Laubengang bereits im Schatten und ist nicht so Aufgewärmt!
Im Winter ermöglicht die Nordsüdausrichtung an der langen Ostseite bereits eine volle Ausnutzung der Vormittagssonne. Die Südseite hat bedingt durch die Situation im Sommer, kleine Fenster und bietet im Winter eine grosse Speicherfläche als Sonnenwand, ebenso die Westwand.


Sonnenschutz statisch, beweglich, transparent

Südorientierte Flächen erhalten in den Übergangszeiten und im Sommer zuviel Sonneneinstrahlung und ohne Sonnenschutz währen südorientierte Räumen mit grossen Fensterflächen nicht bewohnbar. Deshalb müssen hier Sonnenschutzvorkehrungen getroffen werden. Man unterscheidet.

Statischen Stationären Sonnenschutz
Dazu zählen alle gebauten Vorkehrungen wie Vordächer, Balkone, statische Sonnenlammellen und Wäandteile in horizontaler und vertikaler Richtung.. Dafür muss ein Abschattungsdiagramm erstellt werden welches von der Himmelrichtung der Sonnenschutzeinrichtung und von der geografischen Lage des Standortes beeinflusst wird.Versucht wird zu erreichen dass in der Heizperiode eine Besonnung der Fensterflächen gewährleistet ist und sonst eine Beschattung erfolgt.

Beweglichen Sonnenschutz

Dazu gehören Rollläden, bewegliche Lammellen, Fensterläden und Markisen. Die ersten beiden ermöglichen auch bei geeigneter Ausführung einen Wärmeschutz im nächtlichen Winter. Bei Rolllädenund beweglichen Lamellen ist im letzterem Fall darauf zu achten,dass es keine Kältebrücken durch Bedienungseinrichtungen gibt.

Transparenten Sonnenschutz
Er ist in der Lage Sonnenstrahlung zu filtern, wie z.B. die Lichtstrahlung, UV-Strahlung, Wärmestrahlung. Es gibt dazu mehrere angewendete und in der Entwicklung befindliche Systeme:

Mit keramischen Farben beschichtetes Glas. Die Farben werden durch den speziellen Herstellprozeß fest mit dem Glas verbunden. Die Farbenerfüllen noch weitere Funktionen. Reduzierung der Sonneneinstrahlung, Verringerung der Blendung, Sichtschutz, Lichtstreuung, Sicherheit, etc. Durch den Farbauftrag wird der Strahlungsdurchlaß verringert und damit der Beschattungsfaktor verbessert. Der Verbesserungsgrad steht im direkten Verhältnis zum Bedruckungsgrad und der gewählten Farben. Die Wahl der Farbe beeinflußt die Lichtdurchlässigkeit und den Energiedurchlaß. Generell haben hellere Farben eine höhere Lichtdurchlässigkeit als dunklere Farben. Helle Farben bieten auch den Vorteil einer größeren Energiereflexion und damit einer geringeren Wärmeaufnahme als dunkle Gläser, die dann ihr hohes Wärmepotential über die Sekundärabgabe (auch nach innen) abstrahlen. Keramische Farben erreichen durch den Einbrennvorgang folgende Eigenschaften:
-abriebfest
-säurebeständig (außer Flußsäure)
-weitgehend laugenbeständig
-lösungsmittelbeständig
-UV-beständig (Lichtechtheit nach Wollskala Wert 8, zum Vergleich organische Farben z.B. Lacke haben den Wert 4)
-temperaturwechselbeständig bis ca. 150 K bei Einscheibensicherheitsglas und bei teilvorgespanntem Glas bis ca. 100 K.
-Opake Farben haben deckende Eigenschaften, sind blickdicht und nahezu lichtundurchlässig. Sie eignen sich für strahlungstechnische Anwendungen.

-Transluzente Farben sind Anmischungen aus opaken Farben und ebenfalls blick- dicht. Ihre besonderen Eigenschaften bestehen in der guten Lichtstreuung und Lichtdurchlässigkeit, die teilweise bis über 40 % variiert werden kann. Mit transluzenten Farben beschichtete Gläser eignen sich besonders für hinterleuchtete Anwendungen wie z.B. Lichtdecken, Reklameschilder oder Informationstafeln.

-Transparente Farben haben eine hohe Lichtdurchlässigkeit und sind nicht blickdicht. Im Gegensatz zu den opaken Farben haben transparente Glasfarben eine geringere Resistenz gegenüber sauren und alkalischen Flüssigkeiten. Deshalb sollte bei Fassadengestaltungen der Farbauftrag auf der raumzugewandten Seite erfolgen.
Der Farbauftrag erfolgt im Siebdruckverfahren oder durch Walzen .
Der (aufwendigere) Farbauftrag im Siebdruckverfahren bewirkt eine homogene besonders feine Oberfläche, die bei Lichtdurchflutung eine ausgezeichnete Lichtstreuung erzeugt.
Einbrennvorgang
Die aufgetragene Farbe wird bei ca. 650 °C eingebrannt (emailliert). Gleichzeitig wird durch die Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit das Glas wärmeverfestigt (vorgespannt).

Bedruckungsgrad
Mit dem Bedruckungsgrad wird das Verhältnis von bedruckter Fläche zur Gesamtfläche einer Glaseinheit ausgedrückt. Die Wahl des Dekors bestimmt den Bedruckungsgrad. Umgekehrt können, ausgehend von einem gewünschten Bedruckungsgrad, neue Dekore definiert werden. Die Einheit und Angabe des Bedruckungsgrades a erfolgt in %.
Die Farbwirkung der Beschichtung bei der Durchsicht stark verändert wird.
Glasdicke
Die Glasdicke übt einen direkten Einfluß auf die Lichtdurchlässigkeit und den Gesamtenergiedurchlaß aus. So beträgt die Lichtdurchlässigkeit, bezogen auf die Lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges, einer 5 mm Floatglasscheibe ca. 89 %. Der Gesamtenergiedurchlaß beträgt ca. 84 % bei gleicher Scheibendicke. Beide Werte nehmen mit zunehmender Scheibendicke ab. Daneben wird durch die zunehmende Glasdicke die Farbwirkung einer Farbbeschichtung verändert.

Metallbeschichtungen
Weitere Parameter, die die strahlungstechnische und optische Qualität beeinflussen können sind dann zu berücksichtigen, wenn metall(oxid)beschichtete Sonnen- bzw. Wärmeschutzgläser in die Konfiguration einbezogen werden. Das Prinzip dieser Beschichtungen beruht darin, daß bestimmte Strahlen (insbesondere im sichtbaren Wellenbereich 380 - 780 nm) durchgelassen werden, andere Strahlen (über 780 nm Wellenlänge) durch die aufgebrachte Schicht zurückgeworfen d.h. reflektiert werden. Die Beschichtungen sind auch für die Farbgebung (z.B. silber, gold) verantwortlich .

Gaschrome Fenster. Die Fenster lassen sich auf Knopfdruck verdunkeln. Für die blaue Färbung sorgen dünne Wolframoxid-Schichten. Ein Elektrolyseur zersetzt dazu Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Wird der Edelgasfüllung im Scheibenzwischenraum der gaschromen Verglasung ein wenig Wasserstoff beigemengt, so färbt sich die Wolframoxidschicht blau. Durch Beimengung von Sauerstoff verschwindet die Farbe wieder. Die erforderlichen Konzentrationen des Schaltgases liegen unter einem Prozent, so dass der Elektrolyseur klein gehalten und mühelos in die Fassade integriert werden kann. Die gaschromen Fenster stehen kurz vor der Marktreife.

Intelligente Kunststoffschichten . Diese werden genutzt, um die Lichtdurchlässigkeit von Verglasungen gezielt zu verändern.
Thermotrope Systeme. Hier verändern die Gläser bei einer bestimmten Temperatur ihre Transmission. An heißen Sommertagen sind die Scheiben milchig weiß, an kalten, aber sonnigen Wintertagen bleiben sie transparent, damit die Solarenergie genutzt werden kann.

Mikrostrukturierte Oberflächen. Die feinen Strukturen lenken das Licht in eine gewünschte Richtung. Steht die Sonne im Sommer hoch, werden die Strahlen von den schräg hervorragenden, winzigen »Nasen« reflektiert. Die flach einfallende Wintersonne kann dagegen durch die Scheibe dringen. So gelangen Licht und Wärme in die Räume.

Wärmespeicherung

Primäre und sekundäre Wärmespeicherung in Innenräumen
Sonnenfenster als Sonnenkollektor
Das Fenster wird als Sonnenfenster definiert, wenn die Sonneneinstrahlung abzüglich unvermeidbarer Transmissionswärmeverluste während der gesamten Heizperiode eine positive Energiebilanz aufweist.
Die Wirkungsweise hängt von mehreren Faktoren ab:
Örtliche Globalstrahlungsverhältnisse
Fensterorientierung
Thermische Qualität der Verglasung, ( Strahlungsdurchlässigkeit und Wärmedurchgangszahl k)
Wärmedämmung in der Nacht (beweglich)
Art- und Kapazität der Wärmespeicherung im Innenraum
Zusätzliche Sonnenreflektoren (Schnee, Gewässer)
Elastisches Heizsystem mit thermostatischer Steuerung



Primäre und sekundäre Wärmespeicherung in Innenräumen Wintergarten / Glashaus
Eine Sonnenveranda, Sonnenloggia oder Glashaus / Wintergarten kann als passives Sonnenheizsystem angesehen werden, wenn es gegenüber dem anliegenden Innenraum (t innen = +20°) über die Heizperiode zu einer positiven Wärmebilanz kommt.
Zusätzlich zu den Kritärien beim Sonnenfenster kommen noch folgende faktoren für eine Bewertung hinzu:
Sommerliche Abschattung und Entlüftung
Die natürliche Luftkonvektion mit den Innenräumen des Gebäudes
Regelung der Luftkonvektion im Glashaus und Zusatzheizung im Innenraum des Gebäudes


Primäre und sekundäre Wärmespeicherung in Innenräumen Sonnenwand / Trombenwand


Sie wird definiert, dass sie gegenüber beheizten Innenräumen eine um T = +2° C positive Wärmebilanz über die gesamte Heizperiode aufweist. Die Trombenwand besteht aus der massiven Speichermasse als Wand die schwarz gestrichen ist und einer transparenten Abdeckung. Die Wirkung ist gleich eines Sonnenkollektors. In der Nacht muss diese Fläche isoliert werden. Eine Weiterentwicklung ist die Verwendung einer Transparenten Isolierung. Transparente aneinander gereihte geschlossene Kunststoffröhrchen lassen das Licht durch, die Wärme jedoch nicht mehr zurück. Im Sommer muss dieses System jedoch abgedeckt werden, sonst kommt es zu einem Hitzestau. Durch die Amplitudenverschiebung wir die Wärme von der Wand als Speicherkörper erst nach 6 12 Stunden an den Innenraum abgegeben. Es wird damit ein Temperaturausgleich bewirkt.
Zusätzlich zu den vorgenannten Faktoren beim Sonnenfenster und Wintergarten wird das System noch beeinflusst von:
Wärmedämmung bei Nacht oder der Isolierfähigkeit der Transparenten Wärmedämmung.
Von der Strahlungsabsorption an der Oberfläche
Von Ventilationsöffnungen zur konvektiven Ankoppelung des absorberseitigen (Sonnenkollektor) Luftraumes mit dem beheizten Innenraum.Von der Dicke, Dichte und dem medium der Wärmespeichermasse.
Ausschaltung der Wärmezufuhr während der Sommrermonate (Abschattungsvorrichtungen)



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