Karl Bachl Fertigbau GmbH, Osterbachtal 1, 94133 Röhrnbach ...

Thema 25:
Die beste Heizung ist die Sonne PASSIVE NUTZUNG/SOLARENERGIE
Solares Strahlungsangebot
Das solare Strahlungsangebot zeigt in Deutschland ein deutliches Nordsüdgefälle. Die
Summe von direkter Sonneneinstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung, die in der
Heizperiode von Oktober bis April, auf horizontale Flächen trifft, reicht von 200 bis ca.
400 KWh/m².
Neben höheren Globalstrahlungswerten im Süden und niedrigeren Werten im Norden
sind regionale Einflüsse, beispielsweise der Mittelgebirge, erkennbar. Die Effekte einzelner
Berge, Täler oder Städte sind dagegen gering.
Einheitliche Mittelwerte der Einstrahlung für ganz Deutschland sind in der DIN 4108/6
angegeben. Bislang gibt es darin keine regionale Differenzierung, doch künftig sollen
40 Regionen unterschieden werden.
Passive Nutzung der Sonnenenergie
Passiv besagt dabei, dass die Nutzung der Sonnenenergie nicht mittels zusätzlich am
Gebäude angebrachter technischer Einrichtungen, wie etwa Kollektoren, erfolgt, sondern
mittels der Eigenschaften des Gebäudes selbst. Dafür sind folgende Komponenten
wichtig:
Zunächst muss solare Strahlungsenergie eingesammelt werden und ins Gebäudeinnere
gelangen. Im einfachsten Fall geschieht dies durch Fenster, die ohnehin nötig sind.
Durch Ausrichten in Himmelsrichtung und Neigung (beispielsweise süd-vertikal), die
Festlegung der Größe und Wahl geeigneter Fenstertypen, kann der Architekt/Planer
das Sammeln der solaren Strahlung beeinflussen.
Hinter der Sammelfläche muss ein
möglichst großer Teil der solaren
Strahlung absorbiert und in
Wärme umgewandelt werden. In
einem Sonnenkollektor dient dazu
geschwärztes Metall. Bei der
passiven Sonnenenergienutzung
hat der Hohlraum des Gebäudeinneren
diese Funktion übernommen.
Selbstverständlich müssen die
Räume innen deswegen nicht
schwarz gestrichen werden. Da die
meisten Räume viel mehr Wand-,
Boden- und Deckenfläche, als
Fensterfläche besitzen, ist Dank der vielfachen Reflektion und Streuung, auch bei den
üblicherweise verwendeten Farben, eine weitgehende Absorption der Strahlung gewährleistet.
Dies ist auch der Grund, weshalb Fenster von außen als dunkle Löcher
erscheinen.
Wesentlich für eine gute Nutzung der eintreffenden Sonnenstrahlung sind die speicherfähigen
Bauteile. Denn die in den Sonnenstunden gesammelte Strahlung übersteigt
häufig den momentanen Wärmebedarf des Raumes, oder sogar des gesamten Gebäudes.
Je höher die Speicherfähigkeit der umschließenden Bauteile eines besonnten

Raumes ist, desto größer ist der nutzbare Anteil der solaren Strahlung. Wesentliche
Eigenschaften speicherfähiger Bauteile sind: große Oberfläche, hohe Wärmekapazität,
mittlere bis gute Wärmeleitfähigkeit des Materials und möglichst direkte Besonnung, in
Verbindung mit dunkler Farbe.
Glashauseffekt:
Die Wirkungsweise des Glashauseffektes
ist ein wichtiger Aspekt der
passiven Sonnenenergienutzung. Die
eintreffende Sonnenstrahlung liegt
nahezu vollständig im spektralen
Bereich von 0,3 µm bis 2,5 µm
Wellenlänge, kurzwellige Strahlung
genannt. Diese Strahlung trifft außen
auf das Fenster.
Das Fenster muss also im solaren
Spektrum einen hohen Transmissionsgrad
aufweisen. Für die Anwendung
wird die Transmission solarer
Strahlung mit dem Gesamtenergiedurchlassgrad,
dem g-Wert, beschrieben.
Dieser Wert besagt, welcher
Anteil, der außen auf das Fensterglas
auftreffenden solaren Strahlungsenergie,
ins Innere gelangt. Je höher der
g-Wert, desto größer der Nutzen.
Die thermische Strahlung oder Wärmestrahlung aus dem Gebäudeinneren
liegt im langwelligen Spektrum, d.h., oberhalb von 4 µm und damit außerhalb
des Transmissionsbereiches von Glas. Die Strahlung wird größtenteils auf der
Innenseite des Glases absorbiert, kann also das Gebäude nicht verlassen.
Zusammengefasst heißt dies: Die eintreffende Sonnenstrahlung gelangt durch das
Fenster gut ins Gebäudeinnere, wird dort absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die
vom Inneren ausgehende Wärmestrahlung kann das Fenster nicht durchdringen. Dies
zusammen wirkt als Strahlungsfalle und wird als Glashauseffekt bezeichnet. Der ebenfalls
gebräuchliche Therminus-Treibhauseffekt wird hier nicht verwendet, um eine Verwechslung
mit dem physikalisch ähnlichen Prozessen gleichen Namens in der Erdatmosphäre,
die für das globale Klima relevant sind, zu vermeiden.
Häufig sorgt aber Sonnenschein für eine
Erwärmung des Gebäudes über das erwünschte
Maß hinaus. Solange die
Außenluft kühl genug ist, kann solche
überschüssige Wärme mittels Lüften
abgeführt werden. Für warme Tage ist
jedoch, zumindest an größeren Fenstern,
ein Sonnenschutz, zur Verhinderung einer
Überhitzung des Gebäudes, notwendig.
Dieser Sonnenschutz kann feststehend
oder einstellbar und beweglich sein.
(Querverweis: Thema 14 – Fenstertechnik)

Die Sonne steht nicht immer gleich hoch am Himmel.
Im Dezember geht die Sonne in Südost auf und in Südwest unter. Die Sonnenhöhe
beträgt mittags ca. 16 Grad und die Sonne bleibt etwa 8 Stunden lang über dem Horizont.
Im Juni dagegen liegt der Sonnenaufgang gegen 4.00 Uhr Sonnenzeit ungefähr in
Nordost, der Sonnenuntergang gegen 20.00 Uhr Sonnenzeit bei Nordwest. Die maximale
Sonnenhöhe beträgt mittags etwa 62 Grad.
Dies hat Auswirkungen auf die Bestrahlung
verschiedener Wandflächen. Im Hochsommer
erhält die Südwand insgesamt etwas
weniger Einstrahlung, als Ost- und
Westwände. Dieser Umstand ist für den
sommerlichen Sonnenschutz wichtig. Im Winter
ist die Bestrahlung der Ost- und
Westwände sehr gering, auf die Südwand
aber ähnlich wie im Sommer.
Die Verschattung eines Bauplatzes, etwa
durch einen bergigen Horizont, benachbarte Gebäude oder Vegetation, ist eine wichtige
Einflussgröße bei der passiven Sonnenenergienutzung. Wenn die Besonnung und
Verschattung im Detail von Interesse ist, kann eine computergestützte Verschattungsrechnung
hilfreich sein. Eine solche Rechnung erlaubt es, die Besonnungsverhältnisse
eines geplanten Gebäudes, in Tagesverläufen, für jede Jahreszeit zu simulieren.
Regeln für die Planung:
• Das ganze Gebäude nach Süden ausrichten und alle großen Fensterflächen nach
Süden orientieren. Der Winkelbereich Südost bis Südwest, von den Südfenstern aus
gesehen, ist von verschatteter Vegetation frei zu halten.
• Die Wohn- und Aufenthaltsräume sind auf der Südseite des Gebäudes anzuordnen.
• Die Fenster auf der Ost- und Westseite sind relativ klein.
• Fensterrahmen schmal halten und nicht zu viele und zu breite Unterteilungen
(Sprossen) einsetzen.
• Eigenverschattung kann auch durch die Tiefe der Fensterleibung entstehen. Letztere
lässt sich vermindern, wenn das Fenster ganz an eine Außendämmung herangeführt
wird.
• Wünschenswert ist ein hoher g-Wert der Verglasung, in Verbindung mit einem kleinen
U-Wert.
• Die Nutzer können mit Vorhängen den Gewinn weiter reduzieren. Helle Vorhänge
reflektieren einen Teil der Strahlung zurück nach außen, dunkel Vorhänge absorbieren.