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SIMULATION UND ANALYSE DER SONNENLICHTPLANUNG
Verschattungs- und Solarpotentialanlyse am Beispiel eines Plangebietes in
BACHELORARBEIT
im August 2011
CAROLIN GAYKO
Saarbrücken

Technische Universität Kaiserslautern
CPE - Computergestützte Planungs- und Entwurfsmethoden in Raumplanung und
Architektur
Fachbereich Raum- und Umweltplanung
Pfaffenbergstrasse 95
67663 Kaiserslautern
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Bachelorarbeit:
Simulation und Analyse der Sonnenlichtplanung
Verschattungs- und Solarpotentialanlyse am Beispiel eines Plangebietes in
Saarbrücken
Betreuung:
Prof. Dr.-Ing. Bernd Streich
Dipl.-Ing. MSc. Jan-Philipp Exner
Dipl.-Ing. Stefan Höffken
August 2011

Verfassererklärung
Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Bachelorarbeit eigenständig verfasst
und keine weiteren als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Diese
Arbeit ist bisher weder veröffentlicht, noch einer sonstigen Prüfungsbehörde vorgelegt
worden. Ich bin mir bewusst, dass eine falsche Erklärung das Aberkennen der
Prüfungsleistung zur Folge haben kann.
Carolin Gayko Kaiserslautern, August 2011

Inhaltsverzeichnis
1. Einführung ............................................................................................................ 1
1.1 Thema der Bachelorarbeit ................................................................................... 1
1.2 Zielsetzung ........................................................................................................... 2
1.3 Methodik und Vorgehensweise ............................................................................ 3
2. Theoretische Grundlagen .................................................................................... 4
2.1 Nachhaltigkeit ...................................................................................................... 4
2.1.1 Nachhaltigkeit und regenerative Energien..................................................... 5
2.1.2 Nachhaltigkeit und Stadt ............................................................................... 7
2.2 Solare Lichtplanung ............................................................................................. 8
2.2.1 Eigenschaften des Sonnenlichts .................................................................... 8
2.2.2 Sonneneinstrahlung und Verschattung in der Stadtplanung ........................ 11
2.2.3 Solarenergie ................................................................................................ 15
2.3 Computergestützte Visualisierung ...................................................................... 24
2.3.1 Darstellungsmöglichkeiten ........................................................................... 25
2.3.2 LOD2 für die Tageslichtplanung ................................................................... 28
2.4 Computergestützte Simulation ........................................................................... 29
2.4.1 Simulation von Licht und Schatten ............................................................... 31
2.4.2 Bedeutung für die Stadtplanung.................................................................. 32
3. Verwendete Softwareprogramme ...................................................................... 34
3.1 Google SketchUp ............................................................................................... 34
3.2 Autodesk Ecotect Analysis.................................................................................. 35
3.3 Ausblick: weitere mögliche Software .................................................................. 37
4. Praktische Umsetzung ........................................................................................ 39
4.1 Vorstellung des Plangebietes in Bübingen, Saarbrücken .................................... 39
4.1.1 Verortung des Plangebietes ......................................................................... 39
4.1.2 Die Bebauungsvorschläge........................................................................... 41

4.2 Erstellung der 3D-Modelle .................................................................................. 45
4.2.1 Einzelne Arbeitsschritte ................................................................................. 45
3.2.2 Die fertigen Modelle .................................................................................... 52
4.3 Simulation der Verschattung mittels Ecotect Analysis ......................................... 55
4.3.1 Simulation der Verschattungssituation .......................................................... 55
4.3.2 Analyse der Verschattungssimulationen....................................................... 57
4.4 Simulation der Solarpotenzialanalyse mittels Ecotect Analysis............................ 62
4.4.1 Simulation zur Messung der Sonnenintensität ............................................... 62
4.4.2 Analyse des Solarpotenzials ......................................................................... 66
5. Fazit ................................................................................................................... 67
6. Literatur- und Internetquellen ............................................................................ 69
7. Abbildungsverzeichnis ....................................................................................... 71
8. Tabellenverzeichnis ............................................................................................ 72
9. Abkürzungsverzeichnis ....................................................................................... 73

1. Einführung
1.1 Thema der Bachelorarbeit
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Durch den Fortschritt der Computertechnologie und die Vielzahl der Möglichkeiten die
hiermit in Verbindung stehen, werden alle Bereiche unseres Lebens immer
weitreichender durch die Nutzung dieser technischen Möglichkeiten beeinflusst. So
profitiert auch die Stadtplanung von der anhaltend raschen Entwicklung im Bereich
der Computertechnologie. Der Computereinsatz spielt zur Unterstützung des
Planungsprozesses eine immer wichtiger werdende Rolle. Die computergestützte
Visualisierung und Simulation stadtplanerischer Situationen bietet vielfältige
Möglichkeiten diesen Prozess zu optimieren. So können vor allem mögliche negative
Auswirkungen der Planung im Vorfeld der Realisierung ermittelt und verhindert werden.
Dies ermöglicht eine Abwägung alternativer Planungen untereinander, wodurch
Aussagen über situationsabhängige Gegebenheiten unterschiedlicher planerischer
Themenbereiche getroffen werden können.
Ein wesentlicher Themenbereich stellt die Lichtplanung dar, denn die Verwendung von
Licht verzeichnet einen großen Einfluss in unserem Alltag. Sowohl die künstliche
Beleuchtung als auch das Sonnenlicht bedürfen einer genauen Planung
beziehungsweise Berücksichtigung im Entwurf von Stadt und Raum. Während die
Planung mit Kunstlicht zusätzliche Beleuchtungsquellen zur städtebaulichen
Lichtgestaltung einsetzt, ist die Tageslichtplanung darauf bedacht, das Sonnenlicht in
die Planung zu integrieren oder den Entwurf dem Lichteinfall je nach Zweck
anzupassen.
In dieser Arbeit liegt der Fokus allein auf dem Umgang von Tages- beziehungsweise
Sonnenlicht in der Stadtplanung. Zum einen muss darauf geachtet werden, eine
möglichst geringe Verschattung der umliegenden Bebauung und sonstigen
Umgebung zu verursachen. Zum anderen gibt es die Möglichkeit die
Sonneneinstrahlung energetisch zu nutzen, zum Beispiel zur passiven
Wärmegewinnung oder durch Solaranlagen auf den Dachflächen. Hierfür ist es
notwendig die Vorbedingungen eine solche Anlage zu ermöglichen in die Planung
mit einzubeziehen.
Die Förderung solarenergetischer Nutzung ist ein wichtiger Aspekt für eine nachhaltige
Stadtplanung, welche großräumig eine ausgewogene Ordnung mit gleichwertigen
Lebensverhältnissen heutiger und zukünftiger Generationen gewährleisten soll [vgl. §1
Abs.2 ROG]. Neben dem enormen Potenzial der Sonne zur aktiven und passiven
1

2
Bachelorarbeit
Nutzung der Sonnenenergie sprechen der Gesundheits- und Kostenaspekt für den
Ausbau nachhaltiger Planung.
Folglich ist die Absicht nachhaltig und energieeffizient zu bauen schon bei dem
Entwurf von Bebauungsplänen zu berücksichtigen, denn hier wird die Grundlage für
das weitere Bauen gelegt. Es ist also festzustellen, dass der Planer mitverantwortlich ist
für die Energieeffizienz des fertiggestellten Planes.
1.2 Zielsetzung
Das Ziel dieser Arbeit ist es, anhand eines praktischen Beispiels den Mehrnutzen
computergestützter Simulationen im Bereich der Tageslichtplanung aufzuzeigen. Die
theoretischen Grundlagen der Nutzung des Sonnenlichtes sollen am Beispiel eines
Plangebietes in Bübingen, Stadt Saarbrücken angewendet werden. Der Fokus liegt
hierbei im Aufzeigen der Verschattungssituationen und dem Potenzial der
Solarenergienutzung zweier unterschiedlicher Bebauungsvorschläge. Ein Vergleich der
Analyseergebnisse beider Vorschläge soll Aufschluss geben über die Geeignetheit des
jeweiligen Planes.
In Bezug auf die Lichtplanung soll erörtert werden, welchen Einfluss das Tages-
beziehungsweise Sonnenlicht in der Stadtplanung hat und wie dieses in der konkreten
Planung beachtet werden kann, um ungünstige Verschattungssituationen zu
vermeiden und zur nachhaltigen Entwicklung durch die Nutzung der Solarenergie
beizutragen.

1.3 Methodik und Vorgehensweise
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Die Arbeit gliedert sich in fünf Hauptkapitel. Hierbei werden in den ersten Kapiteln die
thematische Hinführung und theoretische Grundlagen beleuchtet.
Die Einleitung bildet die thematische Einführung und beschreibt Ziel und Aufbau dieser
Arbeit.
Das zweite Kapitel befasst sich mit den stadtplanungsrelevanten Bedingungen für die
Planung mit Sonnenlicht. Neben der Bedeutung von Nachhaltigkeit für die Stadt und
das Solarpotenzial werden die Grundlagen solarer Lichtplanung und Verschattung
sowie die Nutzung von Solarenergie in Form von Solaranlagen erläutert.
Im dritten Kapitel werden die Grundlagen zur computergestützten Visualisierung und
Simulation beschrieben. Hier wird näher auf die Anwendung von 3D-Modellen zur
Darstellung und Simulation räumlicher Situationen eingegangen. Außerdem wird ein
kurzer Überblick über die verwendeten und weiterführenden Softwareprogramme
gegeben.
Die praktische Umsetzung erfolgt im vierten Kapitel. Dieses beinhaltet die Modellierung
zweier unterschiedlicher Entwürfe für ein Plangebiet mit Google SketchUp [vgl.
sketchup.google.com]. Anschließend werden diese im Hinblick auf die in Autodesk
Ecotect Analysis [vgl. www.autodesk.de] simulierten Verschattungssituationen und die
gemessene Sonneneinstrahlung auf den Dachflächen verglichen. Hieraus lassen sich
in einer Analyse Aussagen über das Besonnungsdefizit und das Potenzial zur
Anbringung von Solaranlagen auf dem Dach treffen.
In einem anschließenden Fazit soll die Arbeit ergebnisorientiert aufgearbeitet und
überprüft werden, ob die zu Beginn formulierten Zielsetzungen beantwortet werden
konnten.
3

2. Theoretische Grundlagen
4
Bachelorarbeit
Eine zeitgemäße Stadtplanung erfordert heute das Einbeziehen verschiedenster
Faktoren, um die optionale Grundlage für gelungene Lebensmodelle zu schaffen.
Dabei sollte nicht nur eine Wertsteigerung städtischer Grundstücke in den Blick
genommen werden, sondern auch langfristig für zukünftige Generationen
angemessener Wohnraum geschaffen werden. Gefragt sind heute neben
nachhaltiger Planung und energiesparendem Bauen auch eine angemessene
Mitwirkung zukünftiger Interessenten und Nutzer. Dazu dienen die Darstellungen von
computergestützter Visualisierung und Simulation.
2.1 Nachhaltigkeit
Für den Begriff der Nachhaltigkeit existiert keine allgemein gültige Definition [vgl. Prinz,
2010, S.33]. Ein Versuch die Nachhaltigkeit zu beschreiben könnte so lauten: „der
Begriff der nachhaltigen Entwicklung signalisiert ein Bewusstwerden der Umweltrisiken,
er steht jedoch zugleich für ein Gesellschaftsprojekt, das versucht ökologische,
wirtschaftliche und soziale Kriterien miteinander zu verbinden“ [Gauzin-Müller, 2002,
S.13].
Ihren historischen Ursprung findet die Nachhaltigkeit bereits im 18. Jahrhundert in
Zusammenhang mit der Forstwirtschaft. Zur Überwindung der Holzknappheit sollte
ökonomisches Handeln im Gleichgewicht mit den Erfordernissen der Natur stehen und
eine Balance zwischen der Abholzung und Aufforstung von Waldbeständen
geschaffen werden [vgl. von Hauff, LS VWL 2, WS10/11]. Der Begriff der nachhaltigen
Entwicklung, wie er heute verwendet wird, wurde durch den im Jahre 1987 von der
Brundtland-Kommission verfassten Bericht „Unsere gemeinsame Zukunft“ geprägt [vgl.
Gauzin-Müller, 2004, S.13]. Die hieraus entstandene Definition beschreibt die
dauerhafte Entwicklung als Entwicklung, welche die Bedürfnisse der Gegenwart erfüllt,
ohne die Möglichkeiten der zukünftigen Generationen einzuschränken [vgl. UNO,
1987, S.24].
Das Leitbild der Nachhaltigkeit ist seit der UN-Umwelt- und Entwicklungskonferenz von
Rio de Janeiro im Jahre 1992 weit verbreitet und dient als Grundlage vieler
Diskussionen und wissenschaftlicher Arbeiten. Allgemeines Ziel dieser Konferenz war es,
gesetzmäßige Richtlinien für die Ziele der Nachhaltigkeitsdimensionen Ökologie,
Ökonomie und Soziales zu formulieren [vgl. Steinebach et al., 2009, S.9]. Die Agenda
21, ein Entwicklungsprogramm für das 21. Jahrhundert, definiert die Prinzipien der
Erklärung von Rio. Diese beinhaltet neben sozialen und ökonomischen Themen wie
Armutsbekämpfung, Kontrolle der demographischen Entwicklung,

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Gesundheitsfürsorge, Änderung des Konsumverhaltens und Förderung eines in den
Entwicklungsländern realisierbaren urbanen Modells, auch Aufgaben zu Umweltschutz
und einer effizienten Nutzung der natürlichen Ressourcen. Zu den wichtigsten Faktoren
zählen der Schutz der Atmosphäre, die Bewirtschaftung und Erhaltung der Wälder, der
Erhalt der ökologischen Vielfalt und der Schutz der Ozeane und Meere [vgl. Gauzin-
Müller, 2002, S.13].
Sämtliche Faktoren haben gemeinsam, dass bei einer Schädigung beziehungsweise
einer Übernutzung ökonomische und soziale Probleme in der Zukunft verursacht
werden. So bewirkt zum Beispiel eine zu starke Abholzung die Verschlechterung der
Luftqualität, welche zu einer Minderung der Lebensstandards zukünftiger Generationen
führt. Eine anhaltende Emission der Treibhausgase würde zu einer weiteren Erwärmung
der Erdatmosphäre und dadurch zu einem vermehrten Abschmelzen der Gletscher
führen, und in der Folge ein Ansteigen des Meeresspiegels erwarten lässt. Weiter käme
es verstärkt zu Umweltkatastrophen beziehungsweise zur Häufung von klimatischen
Ausnahmeereignissen in Form von Überschwemmungen oder Orkanen. Um diese
Auswirkungen zu verhindern, gilt es vor allem die CO 2-Emissionen sukzessiv zu
vermindern und dadurch den Klimawandel zu stoppen oder auf ein akzeptables Maß
zu reduzieren [Späte, Ladener, 2007, S.8]. Umgekehrt können wirtschaftliche
Entscheidungen negative Konsequenzen für Umwelt und soziale Bereiche haben.
Diese wechselseitigen Auswirkungen zeigen die Zusammenhänge zwischen der
ökologischen, ökonomischen und sozialen Dimension [vgl. Rio-Erklärung, 1992]. Eine
Visualisierung dieser Beziehung wird oft mittels eines sogenannten
Nachhaltigkeitsdreiecks vorgenommen.
2.1.1 Nachhaltigkeit und regenerative Energien
Die Quellen für den allgemeinen Energieverbrauch lassen sich in erschöpfbare und
regenerative Ressourcen unterteilen. Zu den erschöpfbaren Energieressourcen zählt
man neben der Kernenergie die klassischen fossilen Brennstoffe Gas, Kohle und Öl. Im
Jahre 2010 bemisst sich der Anteil der erschöpfbaren Energien des weltweiten Bedarfs
auf etwa 85 Prozent. Infolgedessen fassen sich die regenerativen Energien zu 15
Prozent zusammen. Diese lassen sich in Solarenergie, Windenergie, Biomasse und
Wasserkraft unterteilen, wobei die Biomasse deutlich den größten Anteil darstellt (vgl.
Abb.01). Anhand der Abbildung 01 lässt sich ebenfalls erkennen, dass ab dem Jahr
2030 ein stagnierender Einsatz der fossilen Energien anzunehmen ist. Wohingegen der
zunehmende Energiebedarf von den regenerativen Energien gedeckt wird. Während
für die fossilen Brennstoffe ab 2040 eine stetige Reduzierung prognostiziert wird, wird
5

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Bachelorarbeit
ein gleichbleibender Einsatz der alternativen Energiequellen, mit Ausnahme des
Solarstroms angenommen. Es wird vermutet, dass der Solarstrom das Erdgas, den bis
dahin größten Energielieferanten, um das Jahr 2050 ablösen wird.
Abbildung 01: Veränderung des weltweiten Energiemixes 2100
[www.solarwirtschaft.de/uploads/pics/energiemix_ges_th_01.jpg, 15.07.2011]
Unter der Annahme, dass der weltweite Energieverbrauch weiterhin ansteigt sowie der
Tatsache, dass Erdöl und Erdgas in absehbarer Zeit erschöpft sein werden zeigt sich,
wie essentiell eine vermehrte Nutzung regenerativer Energien ist. Zudem ist ein Ausbau
der Kerntechnik zum einen aus Sicherheitsgründen bedenklich und nicht
erstrebenswert, zum anderen spricht das ungelöste Problem der Endablagerung der
Reaktorabfälle und der damit verbundenen langfristigen Kosten dagegen. Ein weiterer
Punkt, der für eine Ausweitung der Inanspruchnahme regenerativer Energien spricht, ist
das Freisetzen von Kohlendioxid vor allem bei der Verbrennung von Braun- und
Steinkohle, anteilig auch von Öl und Gas und die damit verbundenen gravierenden
Klimaveränderungen [vgl. Hadamovsky, 2004, S.13].
Bereits 0,015 Prozent der solaren Strahlungsenergie würden ausreichen, um den
gesamten weltweiten Energiebedarf zu decken [vgl. Hufnagel, 2010, S.19]. Dies
beschreibt das immense Potenzial der Sonne als Energielieferanten. Infolgedessen
„wird angenommen, dass die Solarenergie weltweit bis zum Ende des Jahrhundert die

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
wichtigste Energiequelle und damit der wichtigste Klimaschützer wird“ [Hufnagel, 2010,
S.19].
2.1.2 Nachhaltigkeit und Stadt
Wie bereits erwähnt, beschreibt der Begriff der Nachhaltigkeit einen Bereich mit großer
Reichweite. Aus diesem Grund ist es umso wichtiger in der Planung konkrete
Handlungsansätze als lokale Agenda zu formulieren, wie die Nachhaltigkeit im
jeweiligen Fall umzusetzen ist. Eine nachhaltige Raumentwicklung, welche als
Leitvorstellung der Raumordnung gilt, soll „die sozialen und wirtschaftlichen Ansprüche
an den Raum mit seinen ökologischen Funktionen in Einklang bringen und zu einer
dauerhaften, großräumig ausgewogenen Ordnung mit gleichwertigen
Lebensverhältnissen führen“ [§1 Abs.2 ROG]. Grundsätze, die dieses Leitbild
konkretisieren sind in §2 Abs.2 des Raumordnungsgesetzes benannt. Vor allem durch
Ordnungsprinzipien wie dezentrale Konzentration, Funktionsmischung und räumliche
Dichte können Verkehr und Flächenverbrauch minimiert werden. Auf diese Weise kann
nachhaltig eine effiziente und klimafreundliche Raum- und Siedlungsstruktur
gewährleistet werden. Demnach ist der Klimaschutz ein relevantes Teilziel der
nachhaltigen Raumentwicklung [vgl. Prinz, 2010, S.33]. Hierunter fällt auch eine
solarenergetische Planung.
So ist es Aufgabe von Politik und Stadtplanung übergeordnete und städtebauliche
Grundsätze auszuarbeiten, um so Grundsteine für energiesparende Bauweisen zu
setzten. Dies erfordert eine möglichst präzise Ausformulierung der Grundziele anhand
des lokalen Kontextes [vgl. Gauzin-Müller, 2002, S.39]. In der Bauleitplanung können
Festsetzungen getroffen werden welche diese unterstützen [vgl. Prinz, 2010, S.34].
Gauzin-Müller nennt einige Faktoren mit welchen in der Stadtplanung
Energieeinsparungen begünstigt werden können [vgl. Gauzin-Müller, 2002, S.49]:
- städtische Bebauungsdichte in Bezug auf den Heizwärmebedarf abhängig
von der Gebäudetypologie;
- Berücksichtigung der Verschattung beim Standort der Gebäude, je nach
Topographie, Nachbarbebauung und Vegetation;
- Ausrichtung der Gebäude zur bestmöglichen passiven
Sonnenenergiegewinnung;
- Optimierung der Dachorientierung und -neigung, um eine bestmögliche
Nutzung von photovoltaischen und thermischen Solaranlagen zu garantieren;
- effektive Energieversorgung.
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8
Bachelorarbeit
Durch die Beteiligung aller Verantwortlichen sowie Betroffenen und mit Hilfe
energiesparender Technologien im Gebäude- und Siedlungsbau ist es möglich die
strategischen Ziele nachhaltiger Stadt- und Siedlungsentwicklung zu erfüllen.
2.2 Solare Lichtplanung
Nachdem die Kunstlichtplanung immer weiter ausreifte und nun von spezialisierten
Fachingenieuren ausgeführt wird, ist die Tageslichtplanung heute ein eigenständiger
Fachbereich. So werden, gerade auch im Zuge der Energieeinsparung, immer neue
Möglichkeiten gesucht, das Maximum an Tageslicht zur Beleuchtung zu nutzen [vgl.
Brandi, Geissmar-Brandi, 2001, S.22 f.]. Auch die Solarenergie hat in den letzten
Jahren stark an Bedeutung gewonnen und ist mittlerweile eine nennenswerte
Alternative zur bisherigen Energiegewinnung. Hierfür ist eine optimale Ausrichtung der
Gebäude notwendig, sowohl zur Vermeidung von ungünstigem Schattenwurf, als
auch für eine effiziente Nutzung von Solaranlagen auf dem Dach. Die beiden
Bereiche der Tageslichtplanung und Solartechnik sind, vor allem in Verbindung
miteinander, wichtige Aspekte für die zukünftige Stadt- und Gebäudeplanung.
2.2.1 Eigenschaften des Sonnenlichts
Sonnenstand
Die Dauer und die Intensität der Belichtung eines Gebäudes durch die Sonne hängt
von den Faktoren Jahreszeit, Tageszeit, Grad der Bewölkung und Verschattung durch
Nachbargebäude ab [vgl. Heisel, 2007, S.02-7]. Durch die Neigung der Erdachse
empfängt im Winter die Nordhalbkugel weniger und im Sommer mehr Sonnenenergie
[vgl. Späte, Ladener, 2007, S.11]. Der Jahresrhythmus der Sonne ist infolgedessen
durch sich ändernde Aufgangs- und Untergangspunkte sowie ihre Höhe über dem
Horizont gekennzeichnet. Während die Sonne zur Wintersonnenwende (21.12.) ihren
niedrigsten Mittagsstand mit etwa 15 Grad über dem Horizont erreicht und der Tag
lediglich 7,5 Stunden dauert, erreicht sie zur Sommersonnenwende (21.06.) mit 62
Grad über dem Horizont ihren mittäglichen Höchststand. Ein Tag dauert hier 16
Stunden. Zu den Tag- und Nachtgleichen (21.03. und 23.09) dauert ein Tag demnach
jeweils 12 Stunden. [vgl. Heisel, 2007, S.02-7 f.]. Hierzu zeigt Abbildung 02 die
Veränderung des Sonnenwinkels von Winter und Sommer im Vergleich.

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Abbildung 02: Veränderung des Sonnenwinkels im Laufe eines Jahres
[Späte, Ladener, 1993, S.11]
Zur Beurteilung der Besonnung eines Bauwerkes werden grundsätzlich die drei oben
erwähnten Besonnungsfälle untersucht. Während die Werte des Sonnenstandes zur
Sommersonnenwende und Wintersonnenwende als Extremwerte dienen, können die
Werte aus Tag- und Nachtgleichen als durchschnittliche Werte angenommen werden.
Außerdem ist die Höhe des Sonnenstandes von dem jeweiligen Breitengrad des Ortes
abhängig. Die geographische Breite Saarbrückens beträgt 49,4 Grad. Der
Schattenwurf eines Gebäudes lässt sich zeichnerisch anhand des Horizontal- und
Vertikalwinkel des Sonnenstandes bestimmen [vgl. Heisel, 2007, S.02-9].
Strahlungsintensität
Die solare Strahlung, auch Globalstrahlung genannt, wird in direkte und diffuse
Strahlung unterschieden. Der Unterschied liegt im Anteil der Bewölkung. Die
Direktstrahlung trifft ungehindert auf die Erde und ist somit auch für die
Solarenergienutzung wesentlich. Im Gegensatz dazu gilt „je stärker die Trübung der
Atmosphäre und damit je höher der Anteil der diffusen Strahlung ist, umso mehr
nimmt auch der Energiegehalt der Globalstrahlung ab“ [Späte, Ladener, 2007, S.12].
Aufgrund dessen wird in der Mittagszeit an trüben Tagen eine Strahlungsintensität von
40-200 Watt/m² und an klaren Tagen von 600-1.000 Watt/m² gemessen [vgl. Späte,
Ladener, 2007, S.12].
Die Abbildung 03 zeigt die jährliche Direkteinstrahlung weltweit. Es ist ersichtlich, dass
die geographische Lage einen sehr entscheidenden Einfluss auf die jährliche
Strahlungsmenge hat. Die mittleren Strahlungswerte in Deutschland liegen zwischen
950 kWh/m² und 1.200 kWh/m² [vgl. Quaschning, 2008, S.120]. Bei der Errichtung einer
Solaranlage sind zudem die örtlichen Gegebenheiten, wie Topographie und
mögliche Verschattungsobjekte zu berücksichtigen.
9

Abbildung 03: Jährliche Direktstrahlung im weltweiten Vergleich
[www.renewable-energy-concepts.com, 20.07.2011]
10
Bachelorarbeit
Die Strahlungsintensität der Sonne und die daraus entstehende Strahlungsenergie ist
abhängig von der jeweiligen Tageslänge und dem Einfallswinkel der Sonne. Diese
variiert sehr stark im Verlauf eines Jahres. Während der Wintermonate können sich
wetterbedingt mögliche Energiegewinne zusätzlich reduzieren. Durch Änderung der
Höhen- und Seitenwinkel der Sonneneinstrahlung sind unterschiedliche energetische
Situationen auf den Dachflächen zu verzeichnen [vgl. Heisel, 2007, S.02-8] (vgl.
Tab.01).
Tabelle 01: Orientierungswerte für Sonneneinstrahlung auf waagrechten Dachflächen
Uhrzeit Sommer Frühling/ Herbst Winter
5 70
6 190
7 330 100
8 460 220
9 600 370 100
10 690 460 230
11 760 550 340
12 780 580 380
13 760 550 340
14 690 460 230
15 600 370 100
16 460 220
17 330 100
18 190
19
[Heisel, 2007, S.02-7]
70
(in W/m²)

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Infolgedessen ist für die sinnvolle Orientierung von Gebäuden, Dach- und
Fassadenflächen und einer optimalen Ausrichtung von Sonnenkollektoren die jährliche
Sonneneinstrahlung im Vorfeld der Planung zu berücksichtigen. Bei der Errichtung einer
Solaranlage sind zudem die örtlichen Gegebenheiten, wie Topographie, und
mögliche Verschattungsobjekte zu berücksichtigen.
2.2.2 Sonneneinstrahlung und Verschattung in der Stadtplanung
Die Sonneneinstrahlung und die hiermit verbundene Verschattung spielen in der
Planung eine große Rolle. Sie entscheiden neben weiteren Faktoren wie beispielsweise
Gebäudezustand und Umgebung der Bebauung, über die Qualität der Gebäude
[vgl. Heisel, 2007, S.02-7]. In diesem Kapitel werden sonnenlichtrelevante Aspekte in
der Stadtplanung näher erläutert. Dazu wird den folgenden Fragen nachgegangen:
Welche Wirkung hat das Licht auf den städtischen Raum? Welchen Einfluss hat die
Verschattung auf Gebäude und Nutzung? Und wie können negative Planungen
verhindert werden?
Wirkung von Licht
Die Atmosphäre einer Stadt oder eines städtischen Raumes ist durch den Einfall des
Tageslichts geprägt. Aufgrund wetterbedingter, ständig wechselnder
Lichtbedingungen ändert sich folglich auch die Wirkung des Raumes. Morgens
beispielsweise, wirkt ein Raum anders als in der Abenddämmerung. Die klimatischen
Bedingungen können ebenso die Sicht verändern. Die unterschiedlichen Farben des
Lichts können Gebäude entweder klar und deutlich oder eher verschwommen und
schemenhaft erscheinen lassen. Je nach Tages- und Jahreszeit entstehen
unterschiedlich lange Schatten, die ebenfalls die Wirkung der Bebauung auf
umliegende Gebäude und Freiflächen bestimmen. Auch die Ausrichtung der
Gebäude, Straßen- und Platzräume beeinflussen die Erscheinung des Stadtbildes. Je
nach Ausrichtung zur Himmelsrichtung werden einige Fassaden nur wenig oder gar
nicht von der Sonne angestrahlt, andere dagegen durchgehend von morgens bis
abends. Der Eindruck den das natürliche Sonnenlicht bewirkt ist in jeder Stadt ein
Anderer und somit einzigartig [vgl. Schmitt, Töllner, 2006, S.6].
Tageslichtplanung
Der Begriff Tageslichtplanung meint in dieser Arbeit konkret die Planung zur Ausrichtung
der Gebäude sowie Innenräume für eine optimale Nutzung des Tageslichtes. Diese
kann je nach Gebäudeform und Nutzung variieren.
11

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Bachelorarbeit
„Das Tageslicht hat schon immer eine bedeutende Rolle im Entwurf von Gebäuden
gespielt“ [Brandi, Geissmar-Brandi, 2001, S.22]. Neben dem gestalterischen Aspekt,
sind vor allem auch der gesundheitliche und energetische Gesichtspunkt zu
berücksichtigen. Das Tageslicht ist für Menschen lebensnotwendig. Und um die
Menschen körperlich und seelisch gesund zu halten darf eine ausreichende Menge
an Tageslicht nicht fehlen [vgl. Haas-Arndt, Ranft, 2007, S.5]. Außerdem gilt, je
effektiver das natürliche Licht genutzt wird, desto weniger Energie muss für die
Beleuchtung durch künstliches Licht aufgewandt werden [vgl. Haas-Arndt, Ranft, 2007,
S.5]. Hauptsächlich sind diese Aspekte durch die Innenraumaufteilung, Fassaden- und
Fenstergestaltung, sprich durch den Architekten zu regeln, aber auch der Stadtplaner
kann durch seine Grundlagenplanung eine positive Tageslichtnutzung bewirken. Durch
Vorgaben wie die Orientierung der Gebäude zur Himmelsrichtung, zum Beispiel durch
die festgelegte Firstrichtung, und der Abstand der Gebäude zueinander mittels
Baugrenzen und -linien, kann der Planer die Entwicklung eines Gebietes oder
Stadtraumes beeinflussen. Mit Hilfe computergestützter Simulationen ist es möglich die
geplante Situation zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten an einem
bestimmten Ort darzustellen. In einer anschließenden Analyse können Aussagen
darüber getroffen werden, welche Fassade besser nach Osten und welche besser
nach Süden auszurichten ist, sowie welche Höhe beziehungsweise ab welcher Nähe
sich die umliegende Bebauung negativ auf die Planung auswirkt.
Auswirkungen von Verschattung auf unterschiedliche Gebäudetypologien und
deren Umgebung
Grundsätzlich werden drei Gebäudetypologien unterschieden. Dazu zählen
punktförmige Bebauung, zeilenförmige Bebauung und Blockrandbebauung [vgl.
Steinebach, LS Stadtplanung, WS07/08]. Mit den folgenden schematischen
Abbildungen sollen unterschiedliche Verschattungssituationen deutlich gemacht
werden. Um sie miteinander vergleichen zu können, ist die Ausgangssituation in allen
drei Beispielen gleich. Gewählt wurde der 01. April, 12.00 Uhr mit der Lokalisierung
Frankfurt am Main.
Die Gebäudeform mit der kleinsten Grundfläche und der niedrigsten
Bebauungsdichte ist die punktförmige Bebauung. Meistens spricht das für freistehende
Familienhäuser und Doppelhaushälften, aber auch Hochhäuser zählen zu dieser
Kategorie. Diese Bautypologie besitzt die höchste Flexibilität in der Anordnung der
Gebäudekörper. Darüber hinaus bestehen in Bezug auf die Stellung der Gebäude die
besten Möglichkeiten die Baukörper optimal zur Himmelsrichtung auszurichten und

eine gegenseitige Verschattung zu verhindern (vgl. Abb.04).
Abbildung 04: Verschattungssimulation einer Punktbebauung
[Eigene Darstellung]
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Unter zeilenförmiger Bebauung sind entweder Mehrfamilienhäuser, Ketten- oder
Reihenhäuser zu verstehen. Die Möglichkeiten die Baukörper optimal auszurichten ist
etwas geringer als bei der punktförmigen Bebauung. Wichtig zu berücksichtigen ist der
Abstand der Zeilen zueinander um möglicherweise verschattetende Abschnitte der
Fassade zu reduzieren oder gar zu verhindern (vgl. Abb.05). Simulationen zur
Verschattungsanalyse und Berechnung des Tageslichtfaktors auf einzelnen
Fassadenflächen überprüfen diese Aspekte.
Abbildung 05: Verschattungssimulation einer Zeilenbebauung
[Eigene Darstellung]
Die dichteste Variante der möglichen Bautypologien ist die Blockrandbebauung.
Typische Erscheinungsformen sind Mehrfamilienhäuser im Altbau. Während die
Außenfassade in den meisten Fällen direkt an die Straße grenzt, ist der Innenhof
häufig als Grün- und Freifläche genutzt. Im Rahmen von
13

14
Bachelorarbeit
Innenentwicklungsmaßnahmen städtischer Gebiete findet nicht selten eine
Nachverdichtung dieser Innenhöfe statt. Eine solche Aufgabe stellt hohe
Anforderungen an die Planung. Abbildung 06 zeigt deutlich die „Schwachstellen“ einer
solchen Bebauungsform. Während einige Flächen optimal belichtet sind, liegen
andere dauerhaft im Schatten. Nur mit der richtigen Ausrichtung des gesamten Blocks
und genügend Freifläche im Innenhof können die schlechter belichteten Stellen einer
Fassade minimiert werden. Auch bei dieser Bautypologie helfen Simulationen bei
einer Nachverdichtung die bisherige Wohnsituation lichttechnisch nicht zu gefährden.
Abbildung 06: Verschattungssimulation einer Blockrandbebauung
[Eigene Darstellung]
Bedeutung für unterschiedliche Nutzungen
Im folgenden Abschnitt sollen die Anforderungen der unterschiedlichen Nutzungen an
ihre Belichtung näher erläutert werden. Das Thema der Tageslichtplanung steht hier in
engem Zusammenhang mit der Kunstlichtplanung im Bereich der Architektur. Da in
der Stadtplanung festzusetzende Angaben zu Größe und Stellung von Gebäuden
getroffen werden müssen, ist ein Verständnis für die ungefähre Aufteilung der
Gebäudeinnenräume nötig. Aufgrund des gegebenen Umfangs des Themas
beschränkt sich die Arbeit an dieser Stelle auf die Beleuchtung von Innen- und
Außenräumen mittels Tages- beziehungsweise Sonnenlicht aus stadtplanerischer Sicht.
Jede Nutzung stellt andere Bedingungen an ihre Belichtung. Je nach Funktion der
Gebäude benötigt es unterschiedliche Intensitäten und unterschiedliche
Ausrichtungen der Bauten zu Sonne. „Blendwirkungen und Überhitzung durch ein
Übermaß an Besonnung können ebenso nachteilig sein wie starke Verschattung“
[Heisel, 2007, S.02-7].
Der Wohnbereich einer Wohnung oder eines Hauses (v.a. Wohnzimmer, Esszimmer,
Kinderzimmer) dient dem täglichen Aufenthalt und ist deshalb vorrangig nach Süden

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
oder Westen zu richten als beispielsweise der Schlafbereich, in welchem man sich in
der Regel hauptsächlich nachts aufhält. Auch der Küchen- und Vorratsbereich ist
aufgrund der Lebensmittellagerung eher in den kühleren Bereichen des Hauses
unterzubringen. Außen- und Gartenbereich liegen demnach bevorzugt im Südwesten.
Für Dienstleistungsnutzungen wie zum Beispiel durch Einzelhandel oder Gastronomie,
spielen zunächst einmal die räumlichen Standortbedingungen eine Rolle: je zentraler
die Lage, desto näher am Kunden. Aber auch die Belichtung muss in die
Außenwirkung mit einbezogen werden. Aus gastronomischer Sicht hat eine
Außenfläche, welche zwischen mittags und abends im besonnten Bereich liegt,
großes Potenzial gewinnbringend auf den Umsatz einzuwirken. Auch im Bereich des
Einzelhandels ist eine helle Umgebung kundenfreundlicher. Helle Schaufenster ziehen
das Auge an. Auch dies kann den Umsatz der Händler fördern.
Im gewerblichen und industriellen Zweig hängt die Belichtungsnotwendigkeit von der
jeweiligen Situation und genauen Branche ab. Oft ist hier auch eine Belichtung über
die Dachfläche sinnvoll. In diesen Fällen erfolgt die Planung eines Tageslichtsystems
durch den Architekten.
2.2.3 Solarenergie
Die zunehmende Bedeutung der Solarenergie für Deutschland ist vor allem an der
massiv ansteigenden Anzahl an Solaranlagen, die bereits im Jahr 2006 die
Millionengrenze überschritten hat zu erkennen, sowie an der Tatsache, dass die
Branche zwischen 1999 und 2005 Ihren Umsatz mehr als verzehnfacht hat [vgl. Witzel,
2007, S.7]. Man kann zu Recht behaupten, dass Deutschland in Forschung,
Entwicklung und Nutzung als Vorreiter dieser generativen Energiegewinnung
anzusehen ist.
Grundlagen der Solarenergie
Zwei Hauptnutzungsformen können dargestellt werden: Einerseits kann die
Sonnenenergie in Photovoltaikanlagen zur direkten Stromproduktion genutzt werden,
andererseits wird in Solarthermieanlagen Sonnenenergie in thermische Energie
umgewandelt. Bei der Untersuchung der Energiebilanzen Deutschlands fällt auf, dass
etwa 40 Prozent der benötigten Energie für Beheizung von Gebäuden und
Brauchwassererwärmung eingesetzt wird [vgl. Hadamovsky, 2004, S.15]. Dies
signalisiert auch das hohe Einsparungspotenzial über Solarthermieanlagen. Das
Grundprinzip ist bei allen solarthermischen Anlagen gleich. Ein Solarkollektor fängt das
Sonnenlicht auf, der Solarabsorber wandelt dann das Sonnenlicht in Wärme um und
15

16
Bachelorarbeit
gibt diese Wärme an ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder Öl, ab.
Der Kollektorwirkungsgrad kann mithilfe von drei Parametern bestimmt werden. Den
vom Absorber in Wärme umgewandelten Anteil des Sonnenlichts bezeichnet man als
optischen Wirkungsgrad, was den ersten Parameter darstellt. Die beiden anderen
Parameter definieren den Wärmeverlust im Kollektor [vgl. Quaschning, 2008, S.137].
Bei Photovoltaikmodulen bezeichnet der Wirkungsgrad die quotiale Verknüpfung von
elektrischer Leistung und eintreffender solarer Strahlungsleistung. Heutzutage übliche
Wirkungsgrade, beispielsweise einer Siliziumzelle können Werte zwischen 20 und 25
Prozent erreichen [vgl. Quaschning, 2008, S.105]. Da ein Temperaturanstieg der
Module von 25° Celsius die Leistung um etwa 10 Prozent mindert, ist es von
existentieller Notwendigkeit beim Einbau der Photovoltaikmodule dafür zu sorgen, dass
sie gut hinterlüftet sind, sodass sie von einem Luftzug gekühlt werden können [vgl.
Quaschning, 2008, S.107]. Desweiteren ist eine Verschattung der Anlagen zu
verhindern. Bereits durch eine Abdeckung von nur 2 Zellen lässt sich das gesamte
Modul lahmlegen. Infolgedessen gilt ein unverschatteter Aufstellungsort der Anlage
sogar als vorrangiger als deren optimale Ausrichtung [vgl. Quaschning, 2008, S.116].
Standortabhängig ergeben sich pro Jahr solare Strahlungsenergien zwischen 950
kWh/m² und 1.200 kWh/m². Es ist dementsprechend zu erkennen, dass ein
Photovoltaikmodul im Süden Deutschlands um mehr als 25 Pozent effizienter arbeitet,
als eine vergleichbare Anlage im Norden. Die in Abbildung 07 angegebenen Werte
gelten jedoch nur für eine horizontale Ausrichtung der Anlage [vgl. Quaschning, 2008,
S.120].

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Abbildung 07: Übersicht solare Strahlungsenergie, Deutschland 1981-2000
[Quaschning, 2008, S.120]
Bei der Montage einer Solaranlage auf ein Schrägdach sind die Modifikationen
gemäß Abbildung 08 zu beachten. Hier ist zu erkennen, dass der optimale
Neigungswinkel für das Beispiel Berlin zwischen 20 Grad und 45 Grad bei einer exakten
Südausrichtung liegt und somit das solare Strahlungsangebot um etwa 10 Prozent
erhöhen kann.
17

Abbildung 08: Änderung der solaren Bestrahlung, Beispiel Berlin
[Quaschning, 2008, S.121, eigene Darstellung]
18
Bachelorarbeit
Die Begründungen, warum die Anlagen die Labornennwerte nur schwer erreichen
können, liegen in der Verschmutzung, der Erwärmung, den Leitungsverlusten, der
Reflexion des Lichts sowie den Wechselrichterverlusten, die bei der Transformation von
Gleichstrom in Wechselstrom entstehen. Die Relation von realem Wirkungsgrad zu
Nennwirkungsgrad wird als Performance Ratio bezeichnet. Die Spanne von Werten
reicht von 85 Prozent für Anlagen mit sehr guter Hinterlüftung, ohne Verschattung und
wenig Verschmutzung bis hin zu maximal 50 Prozent für sehr schlechte Anlagen [vgl.
Quaschning, 2008, S.121 f.]. Bei einem Wirkungsgrad von 14 Prozent, einer
angenommenen Fläche von 20m², dem mittleren Wert der solaren Strahlungsenergie
von Saarbrücken von etwa 1.070 kWh/m², ein Gewinn durch optimale Neigung und
Ausrichtung der Anlage von 10 Prozent und einer Performance Ratio von 85 Prozent
ergäbe sich für die jährlich in das Stromnetz eingespeiste Energiemenge der Wert von
2.800kWh. In Deutschland ist über das „Erneuerbare Energie Gesetz“ (EEG) eine fixe
Vergütung für jede Kilowattstunde (kWh) vorgeschrieben, die von einer
Photovoltaikanlage ins öffentliche Elektrizitätsversorgungsnetz eingespeist wird. Bei der
aktuellen Einspeisevergütung von 28,74 Cent/kWh ergäbe sich für eine Menge von
2.800 kWh für den Investor ein jährlicher Betrag von 805 € [vgl. www.solar-und-
windenergie.de]. Die garantierte Abnahme der zuständigen
Elektrizitätsversorgungsunternehmen ist mit entsprechenden Kosten verbunden, die auf

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
alle Stromkunden umgeschlagen werden. Ziel des EEG ist es den Solarstrom langfristig
konkurrenzfähig zu machen [vgl. Quaschning, 2008, S.127].
Um ein Vergleichen verschiedener Photovoltaikmodule zu ermöglichen werden
einheitliche Testbedingungen (STC standart test conditions) verwendet. Diese
schreiben eine Bestrahlungsstärke von 1 KW/m² und eine Modultemperatur von 25°
Celsius vor [vgl. Quaschning, 2008, S.107].
Das Potenzial der Solarenergie in der Stadtplanung
Die Nutzung von Solaranlagen gewinnt immer mehr an Bedeutung und ist aufgrund
des rasanten Anstiegs nichtmehr nur vereinzelt vorzufinden. Um diese Entwicklung zu
fördern und das Potenzial zu nutzen, ist es auch Aufgabe der Stadtplanung die
Solarenergienutzung in die Planung mit einzubeziehen und optimale
Rahmenbedingungen zu schaffen. So regelt unter anderem das Baugesetzbuch, dass
„bei der Errichtung von Gebäuden bestimmte bauliche Maßnahmen für den Einsatz
erneuerbarer Energien wie insbesondere Solarenergie getroffen werden müssen“ [§9
Abs.1 Art.23 BauGB]. Die wichtigsten Faktoren einer optimalen Errichtung von
Solaranlagen sind neben der Gebäudestellung die Dachorientierung und -neigung,
sowie die Berücksichtigung der Verschattung beim Standort der Gebäude, je nach
Topographie, Nachbarbebauung und Vegetation.
Durch die starke Zunahme der Solaranlagennutzung in Zukunft, ist es heute wichtig vor
allem in der Neuplanung auf diese prognostizierte Entwicklung einzugehen. Die
Eigenschaften und Gegebenheiten der Gebäude und Umgebung für die Nutzung
solarer Anlagen sind im Nachhinein meist gar nicht oder nur sehr schwer und mit
hohem Kostenaufwand zu verändern. Wichtige Faktoren wie die Ausrichtung der
Gebäude sowie Dachflächen sind nachträglich nicht mehr anpassungsfähig.
Mit Hilfe von Simulationen kann der Bebauungsplan im Vorfeld der Planung auf die
Einbringung der Solarenergie hin geprüft werden. Auch schon bestehende Baukörper
können auf eine mögliche Solarenergienutzung getestet werden. Zur Bestimmung
potentieller Dachflächen für die Solarenergienutzung können unterschiedliche
Methoden und Instrumente eingesetzt werden [vgl. Hufnagel, 2010, S.71 ff.].
Die einfachste Methode ist die Ermittlung der solar nutzbaren Dachflächen anhand
Luftbildaufnahmen, beispielsweise mit dem Softwareprogramm Google Earth [vgl.
www.google.de/intl/de/earth]. So können Informationen über die Ausrichtung und
Größe von Flächen und Baukörpern ermittelt werden. Diese Methode eignet sich
besonders, die Potenziale großflächiger Gebiete schnell zu bestimmen [vgl. Hufnagel,
2010, S.71].
19

Abbildung 09: Potenzialanalyse anhand von Luftbildaufnahmen
[Prinz, 2010, S. 66, Ausschnitt]
20
Bachelorarbeit
Eine weitere Methode ist die Ermittlung potentieller Flächen mit Hilfe
computergestützter Simulationen, wie sie in dieser Arbeit angewendet wird. Spezielle
Softwareprogramme können die auftreffende Strahlungsleistung für unterschiedliche
Tages- und Jahreszeiten messen und graphisch darstellen. Grundlage für diese
Simulationen ist ein dreidimensionales Computermodell, welches im Vorfeld erstellt
werden muss. Der Vorteil hierbei liegt in der Möglichkeit der Mehrfachverwendung
dieses Modells. Je nach Software können neben einer Potenzialflächenanalyse für
Solaranlagen außerdem Verschattungs- und Tageslichtsimulationen durchgeführt
werden. Diese Methode eignet sich, für kleine Häusergruppen oder einzelne Gebäude
sehr detaillierte Aussagen über die Nutzbarkeit von Solarenergie zu machen.
Abbildung 10: Ermittlung der Strahlungsleistung mittels Ecotect Analysis
[Eigene Darstellung
Außerdem können sogenannte solare Rahmenpläne eingesetzt werden, die
Solarpotenziale in einem Stadtraum zu ermitteln. Basierend auf einer einheitlichen
Unterteilung von Stadträumen nach Gebäudetypen, lassen sich solare Potenziale
abschätzen. Diese Pläne „sind ein Aspekt einer integrierten städtebaulichen und

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
energetischen informellen Fachplanung und stellen flächendeckend für das gesamte
Stadtgebiet die langfristigen Potenziale der Solarenergienutzung dar“ [Hufnagel, 2010,
S.73]. Das Instrument hilft, bei Entwicklungs-, Erneuerungs- und Umbaubedarf von
Stadträumen, Planungsempfehlungen und Projektvorschläge zur Solarenergienutzung
zu formulieren [vgl. Hufnagel, 2010, S.72 f.].
Eine vergleichsweise noch sehr junge Methode ist das Laserscannen von
Geländeoberflächen. Sie wurde erst im Jahre 2006 entwickelt. Hiermit kann ein sehr
detailliertes Solarpotenzialkastaser erstellt werden, wie es beispielsweise die Stadt Wien
durchgeführt hat [vgl. www.wien.gv.at]. Das Kataster zeigt an, welche Dachflächen
welches Solarenergiepotenzial aufweisen (vgl. Abb.11). Basierend auf den digitalen
topographischen Luftaufnahmen, welche mittels einer Laserscanbefliegung
durchgeführt werden, sowie den Daten von Vermessungsämtern lassen sich Aussagen
über Größe, Ausrichtung und Geometrie der Gebäude treffen und die Neigung
jeglicher Dachflächen und deren mögliche Verschattung feststellen [vgl. Hufnagel,
2010, S.77 f.].
Abbildung 11: Solarpotenzialkataster Wien
Laserscanning -> Solarpotentialkataster Wien
[www.wien.gv.at/umweltgut/public/grafik.aspx?ThemePage=9, Zugriff: 26.07.2011]
Die Quote der Solaranlagen steigt und die Möglichkeiten Photovoltaik- oder
Solarthermieanlagen an Gebäuden oder anderen Baukörpern anzubringen werden
vielfältiger. Hier sollen nur einige Beispiele dazu genannt werden.
Eine der gängigsten Möglichkeiten ist die Anbringung von Solaranlagen auf einer
Dachfläche (vgl. Abb.12). Es besteht ein großes Potenzial an geeigneten
Dachflächen im baulich hochverdichteten Deutschland. Neben der klassischen
Weise, der Anbringung von solaren Anlagen als aufgeständerte Module auf
vorhandene Dachflächen, besteht die Möglichkeit die Anlagen als sogenannte
21

22
Bachelorarbeit
Dachfolien in ein Glasdach zu integrieren [vgl. Hufnagel, 2010, S.31 f.]. Neben dem
Sattel- oder Pultdach bietet auch das Flachdach die Möglichkeit Solaranlagen
aufzustellen. Hier kann die optimale Winkelrichtung zur Sonne individuell eingestellt
werden. Wird das Flachdach gleichzeitig begrünt, herrscht gegenüber nichtbegrünten
Dächern eine kühlere Umgebungstemperatur, was zur Folge hat, dass die Solarzellen
einen höheren Wirkungsgrad erreichen und die Solaranlage ihr Potenzial besser
ausschöpfen kann [vgl. Hufnagel, 2010, S.35].
Abbildung 12: Solaranlagen auf der Dachfläche (Flachdach, Satteldach)
[www.solarcenter.de/referenzen, Zugriff: 26.07.2011]
Solaranlagen in der Fassade sind denen auf Dachflächen aufgrund einer nicht
optimalen Ausrichtung zur Sonne oft unterlegen. Aber in die Fassade integrierte
Solarelemente können neben der photovoltaischen oder thermischen
Energiewandlung auch dem Wetterschutz oder zu Schalldämpfung dienen.
Zunehmend werden solche Anlagen auch als architektonisches Gestaltungselement
verwendet [vgl. Hufnagel, 2010, S.36 f.]. Die Möglichkeit Photovoltaikmodule in eine
Glasscheibe zu integrieren bietet sich auch in der Fassade (vgl. Abb.13).
Abbildung 13: Solaranlagen in Gebäudefassaden
[www.images.worldsoft-cms.info, www.solarcenter.de/referenzen, Zugriff: 26.07.2011]

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Auch Freiflächen dienen der Nutzung von Solaranlagen (vgl. Abb.14). Allerdings ist
diese Form der Verwendung mit einer großen Flächeninanspruchnahme verbunden,
weshalb sie sehr stark diskutiert wird. Der Vorteil ebenerdiger Installationen von
Solaranlagen ist jedoch, dass die Modulflächen mittels einer aufwendigen Technik
dem Sonnenstand nachgeführt werden können. Dies kann gegenüber festinstallierten
Modulen ein Mehrertrag von 25 Prozent bedeuten. Auch hat die ebenerdige
Installation eine höhere Leistungsdichte im Vergleich zu anderen Kraftwerken,
beispielsweise einer Windkraftanlage [vgl. Hufnagel, 2010, S.38 f.].
Abbildung 14: Ebenerdige Installation von Solaranlagen
[ww.solarcenter.de/referenzen, Zugriff: 26.07.2011]
Zudem gibt es eine Reihe weiterer Möglichkeiten Solaranlagen aufzustellen und einen
Mehrnutzen der Anlage zu schaffen. Diese sind jedoch aufgrund der raschen
technologischen Entwicklung noch kaum abzuschätzen. Beispielsweise ein Carport,
bei dem die Anlage als Dachfläche fungiert, oder der als Verschattungs- und
Gestaltungselemente am Haus und im Garten (vgl. Abb.15). Eine Integration von
Solarzellen in Bodenbeläge kann zur Platz- und Stadtraumgestaltung dienen [vgl.
Hufnagel, 2010, S.41 f.].
Abbildung 15: Weitere Einsatzmöglichkeiten von Solaranlagen
[www.fotovoltaikanlage.net, www.solarcenter.de/referenzen, Zugriff: 26.07.2011]
23

2.3 Computergestützte Visualisierung
24
Bachelorarbeit
Bevor von computergestützter Visualisierung gesprochen werden kann, muss zunächst
der Begriff der „Visualisierung“ alleinstehend näher erläutert werden. Unter
Visualisierung versteht man den Vorgang, bei welchem abstraktes Datenmaterial in
eine visuell greifbare Form gebracht wird und ein „sichtbares Bild (…) von Strukturen
und Prozessen“ [Streit, Vorlesungen, Kapitel 8] erzeugt wird. In der räumlichen Planung
bedeutet dies die Darstellung von Vorhaben und Projekten mit Hilfe von Skizzen,
Plänen, Karten oder Modellen. Mittels Visualisierungen können komplexe
Zusammenhänge verständlich gemacht werden. So ist beispielsweise das Instrument
der verbindlichen Bauleitplanung, der Bebauungsplan, zu nennen. Die textlichen
Festsetzungen sind ohne den dazugehörigen, zeichnerischen Teil nur sehr schwer
nachzuvollziehen und umzusetzen.
Abbildung 16: Ausschnitt eines Bebauungsplans
[Landeshauptstadt Saarbrücken, eigene Darstellung]
Werden nun diese visuellen Darstellungen mit Hilfe des Computers erzeugt, spricht
man von computergestützter Visualisierung. Die Entwicklung von der manuellen
Darstellung hin zur computergestützten Visualisierung steckt schon längst nicht mehr in
ihren Kinderschuhen. In den letzten Jahren ist eine rasante Entwicklung auf diesem

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Gebiet zu verzeichnen. So zählt auch der Computereinsatz in der Anwendung von
Planungsmethoden bereits zum gängigen Methodenrepertoire der Stadtplanung [vgl.
Streich, 2005, S.155 ff.]. Es bieten sich zunehmend mehr Möglichkeiten wie die
Planung von Stadt und öffentlichem Raum durch die Verwendung von
Computertechnologie optimiert werden kann. Vor allem in der Phase des
Planentwurfes kommen die computergestützten Entwurfsmethoden und
Optimierungsverfahren des planerischen Entwurfs zum Einsatz [vgl. Streich, 2005, S.183
ff.]. Hierbei kann in Methoden der Stadtstruktur sowie der Stadtgestalt unterschieden
werden. Nach Streich erfolgt die Stadtstrukturplanung „unter Anwendung von
sogenannten Geographischen Informationssystemen (GIS)“ und „für Aufgaben der
Stadtgestaltung kommen Systeme aus dem Umfeld des Computer-Aided Design
(CAD) zum Einsatz“ [Streich, 2005, S.33]. Bei einer modellhaften Darstellung der Realität
ist jedoch zu beachten, dass es nie ganz möglich ist, eine vollkommen
realitätsgetreue Visualisierung zu erreichen. Die Modellierung findet unter
Berücksichtigung mehrerer Rahmenbedingungen statt, welche die Darstellung
beeinflussen können. [vgl. Stachowiak, 1983].
2.3.1 Darstellungsmöglichkeiten
Die Visualisierung in der Stadtplanung kann in zweidimensionaler Form, wie Plänen
oder Analysekarten, aber auch dreidimensional, beispielsweise als komplettes
Stadtmodell, erfolgen. Zudem ist es möglich bei der Darstellung von 3D-Modellen je
nach Anwendungszweck auf unterschiedlich stark ausgeprägte Detaillierungsstufen
zurück zu greifen. Auf diese Vorgehensweisen soll im nachfolgenden Text
eingegangen werden.
2D und 3D Darstellungen
Die Visualisierung lässt sich in verschiedenen Dimensionen darstellen. So kann man
zwischen 1D, 2D, 3D und der Zeitkomponente unterscheiden. Abhängig davon, in
welcher Dimension die Visualisierung stattfinden soll, sind unterschiedlich viele
Raumkoordinaten nötig, um einen Punkt im Raum zu definieren. Während die
Eindimensionalität eine linienförmige Struktur darstellt, welche nur eine Koordinate
benötigt, setzt sich die zweite Dimension aus zwei Koordinaten (Breite und Tiefe)
zusammen. So lassen sich schon einzelne Flächen darstellen. In Folge dessen besteht
die dritte Dimension aus drei Raumkoordinaten (Breite, Tiefe und Höhe), mit welchen
dreidimensionale Körper gebildet werden können. In der Vierdimensionalität werden
25

26
Bachelorarbeit
die Koordinaten aus der 3D-Darstellung durch eine vierte, die zeitliche Komponente
ergänzt zur dynamischen Prozesssteuerung in der Planung [vgl. Streich, 2005, S.367 f.].
In der Stadtplanung wird vor allem auf die zwei- und dreidimensionalen
Visualisierungsmöglichkeiten zurückgegriffen. Hierbei definiert Streich die
zweidimensionale Ebene treffend: „Karten und Pläne sind die graphischen
Darstellungen von in die (Grundriß-) Ebene projizierten Sachverhalten der Erde“
[Streich, 2005, S.182]. Mit solchen Darstellungsformen lassen sich komplexe Situationen
anschaulich präsentieren. Aus diesem Grund stellt die Planungskartographie das
größte Methodenrepertoire im Bereich des stadt- und raumplanerischen
Zusammenhangs dar [vgl. Streich, 2005, S.182]. Auch dreidimensionale Darstellungen,
beispielsweise digitale Stadtmodelle, können komplexe Stadt- und
Planungssituationen anschaulich visualisieren. Hier kann vor allem ein reelles
Raumgefühl erzeugt werden. Visualisierungen dieser Art werden mit Hilfe von CAD-
Programmen ausgeführt.
In der Gegenüberstellung weisen beide Darstellungsarten ihre eigenen Vorteile auf.
Ob eine Visualisierung in 2D oder 3D erfolgen soll, entscheidet sich je nach
Verwendungszweck. Im Vergleich zu 3D-Darstelllungen ist es bei 2D möglich einzelne
Informationen gefiltert sichtbar zu machen. So eigenen sich 2D-Pläne um
beispielsweise unterschiedliche Nutzungen in einem Gebiet, Abstände, oder
Wegebeziehungen darzustellen. 3D-Modelle dienen im Gegensatz dazu der besseren
Veranschaulichung von Bestand und Planung. Ein Gebiet lässt sich im Gesamten
dreidimensional modelliert besser betrachten. Die erzeugte Tiefe erreicht die
eigentliche Raumwirkung auf den Betrachter.
Level of Detail (LOD-Stufen)
Der Begriff des Levels of Detail, abgekürzt LOD, wird häufig mehrdeutig verwendet. In
der Stadt- und Raumplanung bezeichnet er den Detailierungsgrad in der Darstellung
von virtuellen 3D-Stadtmodellen. Dieser reicht von einfachen Regionalmodellen
(LOD0) bis hin zu komplexen Innenraummodellen einzelner Objekte (LOD4) [vgl. Zeile,
2010, S.124 f.]. Je nach dem, welches Ziel mit der Visualisierung erreicht werden soll,
wird eine der fünf Detailierungsstufen ausgewählt.
Das Regionalmodell (LOD0) [vgl. Zeile, 2004, S.20] ist ein digitales Geländemodell
(DGM) welches die Höhenunterschiede eines Gebietes aufzeigt. Es bildet die
Geländegrundlage für ein realitätsgetreues Stadtmodell.

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Das Kubaturmodell (LOD1) ist ein sogenanntes „Klötzchenmodell“ welches die
Gebäude in rationalisierter Form darstellt, ohne jegliche Gestaltungsformen wie Dach-
und Fassadenstrukturen oder Farben. Mit Hilfe dieser abstrakten Darstellung lässt sich
ein erster Eindruck der dreidimensionalen Raumwirkung eines Stadtraumes vermitteln.
Das Kubaturmodell mit Dachform (LOD2) ist ein Modell „mit differenzierter Dachstruktur,
optional mit Fassadentexturierung und additiven Vegetationsmerkmalen“ [Zeile, 2004,
S.20]. Anhand dieser Modellform lassen sich Analysen in der Stadtplanung
durchführen, für welche eine neutrale Gebäudeform ausreichend ist.
Das Architekturmodell im Außenraum (LOD3) ist die detaillierteste
Darstellungsmöglichkeit eines Gebäudekörpers oder Stadtmodells, Die Darstellung
erfolgt inklusive Fassadentextur, Vegetationselementen sowie Stadtraum- und
Straßenraummöblierung. Es stellt eine realitätsgetreue, dreidimensionale Abbildung
eines Stadtraumes dar. Für gestalterisch ausgeprägte Darstellungen einzelner
Teilräume ist diese Art von Modellen unausweichlich.
Das Innenraummodell (LOD4) ist ein detailliertes Architekturmodell zur Visualisierung
von Innenräumen. Diese Detaillierungsstufe liegt in der Zuständigkeit des Architekten,
und ist daher für die Stadtplanung eher unbedeutend. Simulationen zum
Tageslichteinfall in Räume können hiermit beispielsweise durchgeführt werden.
Abbildung 17: Die Stufen des Level of Detail
LOD0: Regionalmodell LOD1: Kubaturenmodell
LOD2: Kubaturenmodell mit Dachform LOD3: Architekturmodell
[Eigene Darstellung]
27

2.3.2 LOD2 für die Tageslichtplanung
28
Bachelorarbeit
Die Wahl der geeigneten Detaillierungsstufe ist abhängig davon, an welchen
Adressaten sich die Visualisierung richtet und von den Informationen, welche mit dem
dreidimensionalen Modell transportiert werden sollen. Prinzipiell kann nicht jede dieser
Stufen für jeden Visualisierungszweck eingesetzt werden. So muss vor Beginn der Arbeit
der Einsatzbereich, für welchen die Visualisierung angefertigt werden soll, festgestellt
und die zu erreichende Zielgruppe definiert werden.
So ist beispielsweise ein LOD1-Modell (Kubaturmodell) sinnvoll um eine schematische
Darstellung der unterschiedlichen Gebäudenutzungen eines Gebietes zu visualisieren
oder Simulationen zur Hochwasserausbreitung durchzuführen. Jedoch ist es für die
Darstellung einer Platzgestaltung oder zur Erzeugung einer gesamtstädtischen Wirkung
völlig ungeeignet, da sie ein sehr abstraktes Stadtbild widergibt. Hierfür wäre eher die
LOD3-Stufe (detailliertes Architekturmodell des Außenraumes) zweckmäßig. Jedoch ist
nicht immer ein LOD3-Modell am sinnvollsten, da es bis ins kleinste Detail
ausdifferenziert ist und keinen Spielraum für Interpretationen lässt. Für den Bürger
beispielsweise, ist es zwar am einfachsten sich mit Hilfe des LOD3-Modells die Planung
in realisierter Form vorzustellen, allerdings hat dieser somit bestimmte Erwartungen, wie
die Neuplanung auszusehen hat. Fällt die Realisierung aber nicht plangemäß aus,
könnte der Bürger mit der Umsetzung unzufrieden sein. Außerdem kann eine zu
detaillierte Darstellung des Bestandes und unwichtiger Kleinigkeiten den Bürger von
den wesentlichen Aussagen der Visualisierung ablenken. Ein LOD2-Modell ist für die
Bereiche sinnvoll, in denen die Fassadenstruktur der Gebäude irrelevant ist, jedoch die
Dachform eine Auswirkung auf die zu untersuchenden Bereiche hat. Dies betrifft
neben der Darstellung von Sichtachsen oder Lösungsansätzen von
Baulückenschließungen auch die solare Lichtplanung mit Verschattungsanalysen
sowie dem Aufzeigen von Potenzialflächen zur Errichtung von Solaranlagen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit Letzterem ausführlich, weshalb die Wahl des LOD2-
Modells zur Ausführung der Simulationen und Analysen nachfolgend näher erläutert
werden soll. Für das Aufzeigen von Verschattungssituationen ist die Dachform
durchaus relevant, da sie je nach Sonnenstand auch Einfluss auf die Verschattung der
Umgebung eines Gebäudes hat. Ein Flachdach produziert keinen Schatten, während
im Gegensatz dazu jede Form der Erhöhung über dem eigentlichen Gebäudekörper
einen Schatten erzeugt. Bei der Betrachtung eines großräumigen Gebietes könnte die
Darstellung einer Fassadenstruktur insofern relevant sein die Verschattung großer
Vorsprünge aufzuzeigen. Auch bei der Analyse des Flächenpotenzials für Solaranlagen
auf dem Dach ist die Darstellung der Dachform entscheidend. Ein Flachdach bietet

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
im Vergleich zu einem Pult- oder Satteldach für die Montage einer Solaranlage eine
andere Voraussetzung. So müssen die zu untersuchenden Gebäude, ganz gleich für
welchen Adressaten die Visualisierung bestimmt ist, in ihrer Darstellung eine Dachform
aufweisen. Eine Ausgestaltung der Fassade in diesem Modell würde von der
eigentlichen Aussage ablenken und ist daher irrelevant.
Bei der Visualisierung solarer Lichtplanung kann die Zielgruppe ziemlich vielfältig sein.
Für Verschattungsanalysen sind es entsprechend Zuständige der Stadt, interessierte
Bauherren sowie Immobilienverkäufer in den Bereichen der Neuplanung, Planung im
Bestand (Umbau, Ausbau, Sanierung) und der Baulückenschließung. Zielgruppe für
Solarflächenpotenzialanalysen ist ebenfalls die Stadt, welche mit der Festlegung des
Bebauungsplanes die Grundlage für eine rentable Nutzung der Sonnenenergie
fördern kann. Ebenfalls zu nennen sind Bauherren und -unternehmer, die sich für die
Anbringung einer Solaranlage und dessen Vorteile für die private Nutzung
interessierten. Außerdem gehören hier Fachleute der entsprechenden Branche,
welche für eine optimale Montage von Solaranlagen zuständig sind, zu den
Zielgruppen.
2.4 Computergestützte Simulation
Das vorherige Kapitel beschrieb die computergestützte Visualisierung in der
Stadtplanung, sprich die Darstellung einer Situation in der Planung mit Hilfe des
Computers. Die Simulation in der Stadtplanung dient dem Zweck, komplexe Prozesse
der Planung oder der Auswirkungen äußerer Einflüsse aufzuzeigen und verständlich zu
machen. Anhand der Ergebnisse lassen sich Schlüsse ziehen wie qualitativ die
Planung ist, beziehungsweise ob eventuell Alternativen gefunden werden müssen. In
den folgenden Abschnitten sollen zum einen die wesentlichen Grundlagen von
computergestützten Simulationen geklärt und zum anderen deren Bedeutung für die
Stadtplanung erläutert werden.
Die Computersimulation meint „eine modellhafte Abbildung der Realität in einem
Computersystem“ [Streich, 2005, S.190]. So können Situationen bestimmter Aspekte
aus dem realen System nachgestellt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit neue
Ideen zu erforschen und diese mittels der Computersimulationen hinsichtlich ihrer
Effektivität und Effizienz zu untersuchen. Sie dient demzufolge auch der
Erkenntnisgewinnung [vgl. Streich, 2005, S.190].
Die ersten Simulationsmodelle und entsprechende Computersimulationen stammen
aus den 1960er Jahren [vgl. Streich, 2005, S.191]. Bis heute, und gerade in den letzten
Jahren, ist die Verwendung computergestützter Simulationsmodelle stark angestiegen
29

und nicht mehr wegzudenken. Die rasante Entwicklung in der Computer Computer- und
Internettechnologie förderte den Trend zur Erstellung von Simulationsmodelle
Simulationsmodellen und –
verfahren enorm.
Grundsätzlich können zwei Arten von Simulationen unterschieden werde werden. In den
deterministischen Simulationen sind alle verwendeten Größen exakt definiert und
miteinander verknüpft, während in den stochastischen Simulationen auch
zufallsabhängige Größen mit einfließen [vgl. Streich, 2005, S.190 f.]. Auch in urbanen
Simulationen ionen gibt es fixe und variable Größen, die zu berücksichtigen sind. Dazu
zählen beispielsweise Vorausberechnungen der Bevölkerungsentwicklung entwicklung die auf einer
Zusammensetzung mehrerer Einflussfaktoren basieren. . Während Geburten Geburten- und
Sterblichkeitsraten mehr oder weniger kontinuierlich verlaufen, sind unter anderem
Bevölkerungswanderungen schwerer einzuschätzen. So wird situationsabhängig eines
der Simulationsmodelle eingesetzt.
Eine weitere Simulationsmethode ist die der Anwendung zellulärer Automaten. [vgl.
Batty, 2005, S.3]. Diese basiert auf einem Rasterzellenprinzip in welchem Raum und
Zeit dargestellt gestellt werden (vgl. Abb.03 Abb.03). ). In Zeitschritten werden die wahrgenommenen
oder prognostizierten Veränderungen, immer in Bezug auf den Ausgangspunkt
(Zeitpunkt t0), simuliert [vgl. Streich, 2005, S.192]. Diese Methode kann auch für urbane
Simulationen eingesetzt werden [vgl. Longley, , et. al., 2003, S.69 ff.]. Vor allem
komplexe Daten lassen sich mit Hilfe dieser Zellenmethode anschaulich simulieren, so
beispielsweise das Wachstum einer Stadt oder die Entwicklung des Wohnungsmarktes.
Abbildung 18: : Simulierte zukünftige Entwicklung der Reaktivierung Berlins, 1990 1990-2010
[www.metspacelab.com, 20.07.2011]
30
Bachelorarbeit

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Die dynamischen Computervisualisierungen erweitern die Möglichkeiten, Prozesse in
der Stadtstruktur und Stadtgestalt darzustellen. „Eine urbane Simulation gibt die
Funktionsweise einer Stadt oder urbanen Region wieder“ [Bernet]. Mit ihr können
Entwicklungspotenziale durch städtebauliche Planungen aufgezeigt werden. Dazu
gehört auch, Auswirkungen unterschiedlicher Planungsvarianten aufzudecken und
anschließend städtebauliche Maßnahmen für die Entwicklung des urbanen Raumes
zu formulieren [vgl. Bernet].
2.4.1 Simulation von Licht und Schatten
Aber nicht nur die Stadtgestalt ist entscheidend für die urbane Entwicklung, auch
ökologische Aspekte spielen in der Stadtplanung eine wichtige Rolle [vgl. Schubert,
2004, S.1]. Zu den ökologischen Aspekten zählt unter anderem das Sonnenlicht. Es ist
keine beeinflussbare Größe aber dennoch ein wichtiger Aspekt im täglichen Leben
mit viel Potenzial für die urbane Planung. Je nach Sonnenstand und Eigenschaften der
Gebäude (Höhe, Dichte und Anordnung) werfen diese mehr oder weniger Schatten.
Da die Sonne nicht zu beeinflussen ist, können nur Gebäude und die Auswirkungen
ihre Umwelt durch Planung optimiert werden. Mittels Computersimulationen lässt sich
der Schattenwurf im Tagesverlauf und zu unterschiedlichen Jahreszeiten im Vorfeld der
Planung aufzeigen. Im Vergleich mehrerer Planungsoptionen können die Ergebnisse
gegeneinander abgewogen und zwischen den Alternativen die Bestmögliche
ausgewählt werden.
Abbildung 19: Verschattung im Tagesverlauf (09-17 Uhr)
Sommer-Verschattung (01.06) Winter-Verschattung (01.12)
[Autodesk Ecotect Analysis, eigene Darstellung]
Eine weitere Möglichkeit, die Wirkung des Sonnenlichts zu simulieren ist das Aufzeigen
der Strahlungsintensität. Hierdurch können zum einen der Tageslichtanteil und zum
anderen die Wattstunden auf einzelnen, ausgewählten Flächen gemessen werden.
Das Ergebnis der Simulation des Tageslichteinfalls in den Gebäudeinnenräumen kann
31

32
Bachelorarbeit
ein Indikator dafür sein, wie die Gebäude auszurichten beziehungsweise die
Innenräume aufzuteilen sind. Dies gehört jedoch eher in das Aufgabenfeld des
Architekten. Außerdem kann die Belichtung einer Fassade oder eines Daches simuliert
werden. Hierbei wird gemessen, wie viele Wattstunden (Kilowattstunden pro m² im
Jahr) auf die Oberfläche einfallen.
Abbildung 20: Simulation der Strahlungsintensität
[Autodesk Ecotect Analysis, eigene Darstellung]
2.4.2 Bedeutung für die Stadtplanung
Computergestützte Simulationen werden in der Stadtplanung immer häufiger
eingesetzt und gewinnen damit stets an Bedeutung. Nicht nur der Fortschritt der
technischen Möglichkeiten ist hier als möglicher Grund zu nennen. Es ist erkannt
worden, welchen Mehrnutzen die Computersimulationen für die urbane Planung mit
sich bringen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Möglichkeit die Planung im Vorfeld der
Realisierung mittels Simulationen in einer Vielzahl relevanter Aspekte zu „testen“. Durch
die Simulation verschiedener Szenarien können die Auswirkungen der einzelnen
Planungsvarianten sichtbar gemacht werden. Dies hilft die Alternativen objektiv zu
vergleichen und Vor- und Nachteile der Planungen aufzuzeigen. So ist es möglich
mittels computergestützter Simulationen die Planung zu optimieren und eventuelle
Fehlplanungen zu verhindern. Damit eng verbunden ist die Transparenz im
Planungsprozess [vgl. Matthias, 2007]. Nicht nur das Aufzeigen der Auswirkungen der
Planung, sondern auch die erleichterte Miteinbeziehung mehrerer Beteiligter, unter
anderem der Bevölkerung, machen den Planungsverlauf transparent. Mit Hilfe der

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Simulationen lassen sich die Planungen realistisch und für jeden lesbar darstellen.
Auch die Übermittlung und Ausbreitung von Daten mittels globaler und lokaler
Vernetzung über das Internet verhelfen über diese Form der Planungskommunikation
Beteiligte zu erreichen [vgl. Läpple, 2004, S.407 f.] und die Gelegenheit zu geben in
der Planung mitzuwirken. Die computergestützte Simulation ist also in den
unterschiedlichen Bereichen der Stadtplanung vielfältig einsetzbar und bietet viele
Möglichkeiten den Planungsprozess zu gestalten.
33

3. Verwendete Softwareprogramme
In n der computergestützten Planung gibt es durch das große Angebot an
Softwareprogrammen eine Vielzahl an Möglichkeiten stadtplanerische Situationen zu
modellieren dellieren und Planungsvorhaben zu visualisieren beziehungsweise Auswirkungen
von Planungsvarianten zu simulieren. Das folgende Kapitel beschäftigt sich mit den in
dieser Arbeit verwendeten Programmen, Google SketchU SketchUp und Autodesk Ecotect
Analysis sowie einer er Auswahl an weiteren Programmen
Programmen, , die sich für diese Aktionen
eignen.
Die folgende Tabelle soll einen kleinen Überblick einiger Softwareprogramme geben,
welche sich zur computergestützten Visualisierung und Simulation lichtplanerischer
Modellierungen eigenen.
Tabelle 02: : Softwareprogramme zur Modellierung und Lichtplanung
34
Icon Softwarebezeichnung Beschreibung Internetquelle
Google SketchUp 8/
3D-
Google SketchUp
Modellierungssoftware
Professional 8
Autodesk Ecotect
Analysis 2011
Gosol
LightUp for SketchUp
Autodesk 3ds Max
[Eigene Darstellung]
3.1 Google SketchUp
Analysesoftware
solar-energetisches
Simulationsprogramm
Plugin zur
realitätsnahen
Beleuchtung von
Modellen
3D-Animations- und
Modellierungssoftware
Google SketchUp Up ist eine 3D 3D-Modellierungssoftware Modellierungssoftware die sich im Bereich der
Stadtplanung besonders zur Erstellung einzelner Baukörper sowie ganzer Baugebiete
eignet. Neben der kostenfreien Basisversion, welche für den Privatgebrauch völlig
ausreichend ichend ist, gibt es außerdem eine kostenpflichtige Vollversion (Google Sketch SketchUp
Professional), die über einige zusätzliche Funktionen verfügt, , wie zum Beispiel der
Möglichkeit das Modell in diverse weitere Dateitypen zu konvertieren.
Bachelorarbeit
sketchup.google.co
sketchup.google.com/intl/de,
26.07.2011
www.autodesk.de/adsk/servlet/
pc/index?siteID=403786&id=
15073595, , 26.07.2011
www.gosol.de, , 26.07.2011
www.lightup.co.uk/index.php?c=EUR
up.co.uk/index.php?c=EUR,
26.07.2011
www.autodesk.de/adsk/servlet/
pc/index?id=14642267&siteID
=403786, 26.07.2011

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Doch mit beiden Versionen kann durch die einfache Handhabung und einem
umfangreichen Materialkatalog ein detailliertes 3D-Modell erstellt werden. Von der
Modellierung einfacherer Kubaturen bis hin zur detaillierten Visualisierung eines LOD3-
Modells (siehe Kapitel 2.3.1) kann SketchUp eingesetzt werden. Zudem besteht die
Möglichkeit die Gebäudemodelle in ein Geländemodell einzusetzen. Diese Funktion
ist vor allem für stadtplanerische Zwecke nützlich, um so Stadtmodelle noch
realitätsgetreuer darzustellen. Hierfür kann entweder ein Gebiet aus Google Earth in
Form eines Geländemodelles in SketchUp importiert werden, oder das Gelände mit
Hilfe der „Sandkistenfunktion“ eigens modelliert werden. Wobei Ersteres sehr viel
ungenauer ist, und Zweiteres mit der dazu benötigten Einarbeitungszeit aufwendiger
aber präziser ist.
SketchUp verfügt neben einer großen Funktionspalette, über die Möglichkeit durch
sogenannte Plug-ins erweitert zu werden ist. So kann beispielsweise die Rendersoftware
„Kerkythea“ [vgl. http://www.kerkythea.net/joomla] mit SketchUp verknüpft und
hochwertigere Bilder des 3D-Modells erzeugt werden.
Außerdem kann SketchUp für einfache analytische Ansätze eingesetzt werden. Eine
erste Schattenanalyse oder die Analyse von Wege- und Sichtbeziehungen wären hier
beispielhaft zu nennen. Gehen jedoch die Untersuchungen über die durch reine
Visualisierung darstellbare Analysen hinaus, kommt SketchUp schnell an seine
Grenzen. Bei Analysen unter anderem zum thermischen Verhalten der Gebäude oder
der genauen Sonneneinstrahlung in Wattstunden pro Quadratmeter, müssen andere
Softwareprogramme herangezogen werden. Doch besteht die Möglichkeit das
SketchUp-Modell zur analytischen Weiterbearbeitung in die entsprechenden
Programme zu importieren. Hierfür muss die SketchUp-Datei konvertiert werden. Dies ist
grundsätzlich mit beiden Versionen möglich, jedoch mit der Basisversion wesentlich
aufwendiger. Durch mehrere Zwischenschritte, die durchzuführen sind, ist der Prozess
gleichzeitig fehleranfälliger und daher nicht für den allgemeinen Gebrauch geeignet.
Alles in allem ist Google SketchUp eine empfehlenswerte Software um kostengünstig
und einfach dreidimensionale Stadtmodelle zu erarbeiten und zu präsentieren und
damit eine Grundlage für weitere stadtplanerische Analysen zu schaffen.
3.2 Autodesk Ecotect Analysis
Ecotect Analysis ist eine komplexe und kostenpflichtige Analysesoftware, die für
Simulationen und Energieeffizienz-Berechnungen nachhaltiger Gebäudeplanung von
Autodesk entwickelt wurde. Anhand solcher Analysen im Vorfeld der Realisierung
können bereits während des Planungsablaufes von Sanierungs- und Neubauprojekten
35

36
Bachelorarbeit
optimierte Entwürfe entwickelt werden. Die Analysen werden für den genauen
Standpunkt mithilfe ortsspezifischer Wetterdaten durchgeführt.
Für die Stadtplanung relevante Schwerpunkte dieser Software sind die Analysen zum
thermischen Verhalten der Modelle, die Visualisierung und Messung der genauen
täglichen oder monatlichen Sonneneinstrahlung an bestimmten Oberflächen, die
Tageslichtberechnungen an einem Punkt in dem Modell und die damit verbundenen
Schatten- und Reflexionsdarstellungen, welche anhand des Sonnenstandes ermittelt
werden können. Weitere Analysemöglichkeiten bietet Ecotect Analysis im Bereich der
Energieanalyse des Gesamtgebäudes, mit welcher sich der
Gesamtenergieverbrauch und die CO2-Emmissionen berechnen lassen, sowie zur
Wasserverbrauch- und Kostenschätzung eines Gebäudes.
Für diese Arbeit sind vor allem die Funktionen der Sonneneinstrahlungsmessung und
die Visualisierung des Schattenverlaufs von Bedeutung. Aus diesem Grund werden sie
hier näher erläutert. Die Messung der Sonneneinstrahlung erfolgt aufgrund von
Wetterdaten des jeweiligen Ortes. Die benötigten Daten sind entweder aus einer von
Ecotect Analysis gegebene Auflistung, welche aber entsprechende Daten nur für
einige internationale Großstädte bereithält, in das Modell zu importieren oder mit
etwas mehr Aufwand selbst zu erstellen. So kann eine Visualisierung der stündlichen,
täglichen oder monatlichen Sonneneinstrahlung an bestimmten Orten in dem Modell
erfolgen. Die Anzeige wird in Wattstunden pro Quadratmeter (Wh/m²) angegeben.
Basierend auf den Ergebnissen können Rückschlüsse auf das Potenzial von
Solaranlagen, beispielsweise auf den Dächern, gezogen werden. Für die
Verschattungsanalyse kann der Stand der Sonne und die damit verbundene
Schattenbildung in Bezug auf das Modell nach Standort, Datum und Uhrzeit
dynamisch abgebildet werden. Die Darstellung erfolgt als Momentaufnahme oder als
Überlagerung der Schattierungen während eines Tages zwischen den jeweiligen
festgelegten Start- und Endzeiten. Die verschiedenen Zeitstufen der Darstellung
können selbst gewählt werden. Vor allem der Vergleich der Veränderungen zwischen
den Jahreszeiten ist bedeutend für die Planung von Bauvorhaben. Anhand des
Grades der Verschattung lassen sich Aussagen über die geeignete Platzierung und
Ausrichtung der Baukörper in dem Entwurf treffen.
Wie der Name schon verrät, funktioniert Ecotect Analysis eher zur Visualisierung von
Analysen der Energieeffizienz eines Gebäudes in Bezug auf seine Umgebung und ist
weniger zur Erstellung von Gebäudeentwürfen konzipiert. Die Zeichenoberfläche
eignet sich allenfalls für erste, einfach Entwürfe. Aber bei komplexeren Modellen bietet
es sich an, Ecotect Analysis in Verbindung mit anderen CAD-Programmen zu

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
verwenden. In dieser Arbeit ist ein in Google SketchUp erstelltes 3D-Modell konvertiert
und zur weiteren Bearbeitung in Ecotect Analysis importiert worden. Dies geschah im
DXF-Format (Drawing Exchange Format), einem Dateiformat zum Austausch von CAD-
Daten.
3.3 Ausblick: weitere mögliche Software
Gosol
Neben Autodesk Ecotect Analysis ist im Bereich der computergestützten Simulation
städtebaulicher Verschattungssituationen auch das solar-energetische
Städtebausimulationsprogramm Gosol zu erwähnen. Es basiert auf der Grundlage
eines dreidimensionalen Computermodells, welches sich aus Gebäuden, Vegetation
und Topographie zusammensetzt. Mit Gosol ist es möglich städtebauliche Planungen
in ihrer Gesamtheit, unter Einbeziehung aller relevanten Einflussparameter, auf die
CO2-relevante Zielgröße Heizenergiebedarf bzw. Gesamtenergiebedarf hin zu
untersuchen. Zudem können zur Überprüfung der Wohnqualität die tägliche und
monatliche Besonnungsdauer von einzelnen Fenstern, ganzen Innenräumen oder
Freibereichen ermittelt und deren Verschattungen dargestellt werden. Die Ergebnisse
der Analysen werden in einem Lageplan gebäudescharf visualisiert. Wesentliche
Einsatzbereiche von Gosol sind demnach vor allem die Analyse und Bewertung von
Bebauungskonzepten hinsichtlich solar-energetischer Mängel und Konflikte und
dessen Optimierung in einem städtebaulichen Vorentwurf sowie die Simulation der
Auswirkungen von Planungen auf den Gebäudebestand. Durch den integrierten
Regelkatalog, aus welchem der Benutzer die geeigneten Daten zur
Energieberechnung wählen kann, und dem vollautomatischen
Gebäudeerstellungsmodul ist gewährleistet, dass die Simulation durch keine
gebäudespezifischen Eigenschaften verfälscht werden kann. Das ermöglicht eine,
nach gesetzlichen Anforderungen und einheitlichen Grundsätzen, fehlerfreie
Modellierung und Optimierung der Planung, welche schnell, aber ohne vertiefte
bauphysikalische Kenntnisse, durch einen Stadtplaner ausgeführt werden kann [vgl.
http://home.arcor.de/gosol/gosol.htm]. Neben der nachhaltigen Siedlungsplanung im
Vorfeld der Realisierung, eignet sich Gosol außerdem für eine objektive,
qualitätsbezogene Bewertung von Planungsalternativen [vgl. Köhler, 2011, S.32].
37

LightUp
38
Bachelorarbeit
LightUp ist eine kostenpflichtige Erweiterungssoftware, die im Zusammenhang mit
SketchUp verwendet wird. Dieses Plugin ermöglicht eine realistische und zeitnahe
Beleuchtung von SketchUp Modellen. Architekten und Stadtplaner benutzen diese
Anwendung um ihre Visionen und Ideen möglichst realitätsgetreu erscheinen zu lassen
und die Auswirkung von Sonnenlicht oder künstlicher Beleuchtung auf die Planungen
zu verdeutlichen. Fügt man in der Praxis dem bestehenden SketchUp Modell mit Hilfe
von LightUp die Beleuchtung hinzu und setzt darüber hinaus Fenster in das Modell ein,
so entstehen schöne Reflektionen des Lichtes mit weichen Schatten und nuancierter
Schattierung. Dadurch leuchten die vorherigen Oberflächen auf, wodurch das Modell
optisch hervorgehoben wird. Bei der Verwendung von LightUp kann der Benutzer
zwischen vielen weiteren Funktionen des Programms wählen. Es können beispielweise
Lichtquellen animiert, Fassaden skizziert und gestaltet, sowie der Himmel realistisch
dargestellt werden.
Das fertig beleuchtete Modell kann als eine komprimierte Datei exportiert werden und
von anderen Benutzern des kostenlosen LightUp Players oder des LightUp Webplayers
angesehen werden.
Autodesk 3ds Max
3ds Max ist eine kostenpflichtige Software, welche von Autodesk entwickelt wurde und
zuvor unter dem Namen 3D Studio Max bekannt war. Durch eine komplexe
Benutzeroberfläche und einer Vielzahl an unterschiedlichen Funktionen ist 3ds Max für
Laien mit anfänglichen Schwierigkeiten verbunden. Die Software wird verwendet für 3D
Modellierungen, Erstellung von Animationen und hochauflösendem Rendering. In
Bezug auf die Lichtplanung können Lichtunterschiede zu verschiedenen Tageszeiten
simuliert und künstliche Beleuchtung erzeugt werden. Das Programm bietet somit
leistungsstarke und integrierte Lösungen für verschiedene Zielgruppen, wie zum
Beispiel Spiele-Entwickler, Grafikdesigner als auch Architekten, Planer, Ingenieure und
Visualisierungsspezialisten.
Mit Hilfe der verschiedenen Funktionen können zum Beispiel Abläufe schneller und
wirkungsvoller erfolgen. Außerdem kann eine zügige Verarbeitung von verfeinerten
und äußerst realistisch wirkenden Materialien erreicht werden.

4. Praktische Umsetzung
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Aufgabe war es nun, die theoretischen Grundlagen der Nutzung des Sonnenlichtes
am Beispiel eines Plangebietes in Bübingen, Saarbrücken anzuwenden, welches den
Schwerpunkt dieser Arbeit bildet. Wie oben beschrieben soll der Fokus im Aufzeigen
der Verschattungssituationen und dem Potenzial der Solarenergienutzung zweier
unterschiedlicher Bebauungsvorschläge liegen. Ein Vergleich der Analyseergebnisse
beider Vorschläge soll darüber hinaus Aufschluss geben über die Geeignetheit des
jeweiligen Planes.
4.1 Vorstellung des Plangebietes in Bübingen, Saarbrücken
Der erste Abschnitt soll einen einleitenden und informativen Überblick über das
Plangebiet geben. Hier werden das Plangebiet verortet, beschrieben und die
Planungshintergründe erläutert. Der Vergleich der beiden Bebauungsvorschläge stellt
einen wichtigen Teil dar, da spätere Analysen unter Umständen darauf zurück zu
führen und so die Unterschiede besser zu bewerten sind.
4.1.1 Verortung des Plangebietes
Das bearbeitete Plangebiet befindet sich in Bübingen, einem Stadtteil der
Landeshauptstadt Saarbrücken. Es ist ein Randgebiet an der südlichen Ortsausfahrt
Bübingens und liegt unmittelbar an der französischen Landesgrenze. Nördlich von
Bübingen grenzt der Stadtteil Güdingen an und südlich die Gemeinde Kleinblittersdorf,
welche dem Regionalverband Saarbrücken angehört.
Abbildung 21: Plangebiet im städtischen Kontext
[Google Earth, eigene Darstellung]
39

40
Bachelorarbeit
Nördlich des Plangebietes befindet sich ein Wohngebiet, welches durch eine in der
Fläche, großzügige Wohnbebauung charakterisiert ist. Im Osten wird das Gebiet durch
eine Hauptverkehrsstraße begrenzt. Die „Saargemünder Straße“ ist gleichzeitig
Ortsdurchfahrt und direkte Anbindung des Areals an das Straßenverkehrsnetz. Das
Plangebiet grenzt als Freifläche an den bebauten Ortsrand. So schließen im Süden
landwirtschaftlich genutzte Flächen an das Plangebiet an. Diese reichen bis zur
nächsten Gemeinde. Unmittelbar westlich des Areals verläuft eine Schienentrasse,
welche als Stadtbahnverbindung zwischen dem Saarbrücker Hauptbahnhof und
Kleinblittersdorf fungiert. Auch Bübingen ist durch diese Verbindung an die Umgebung
angeschlossen. Weiter westlich befinden sich einige Gewerbebetriebe und die stark
befahrene Bundesstraße 51, die das Gebiet an den Großraum Saarbrücken anbindet.
Entlang der Bundesstraße verläuft der Fluss Saar, welcher außerdem die Grenze zu
Frankreich bildet.
Das Gebiet ist als Grünfläche zu charakterisieren. Bis auf einige wenige
Bestandsgebäude ist das Areal bewaldet oder wird landwirtschaftlich genutzt. Die
Bebauung erstreckt sich entlang der Stichstraße „Alte Schulstraße“. Die ca. 8,6 ha
große Konversionsfläche weist ein leichtes Höhengefälle in Richtung Norden auf. Alles
in allem ist das Plangebiet und seine Umgebung von außerstädtischem und
ländlichem Charakter definiert.
Abbildung 22: Gebietseingrenzung
[Landeshauptstadt Saarbrücken, eigene Darstellung]

4.1.2 Die Bebauungsvorschläge
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Für das Gebiet besteht ein bereits 1996 von der Landeshauptstadt Saarbrücken
aufgestellter Bebauungsplan. Dieser wurde jedoch bis heute nicht realisiert. Nun hat
sich ein privater Investor dessen angenommen und für dasselbe Gebiet einen neuen
Bebauungsvorschlag entworfen. Beide Entwürfe basieren auf ähnlichen
Strukturkonzepten, sind aber dennoch in der detaillierteren Planung, vor allem im
Bereich der Gebäudeplanung, sehr unterschiedlich.
Im folgenden Text sollen die beiden Entwürfe näher erläutert werden und ihre
Unterschiede anschließend miteinander verglichen werden. Dies ist relevant, um
spätere, mögliche Erkenntnisse über unterschiedliche Verschattungssituationen und
Ergebnisse der Solarpotenzialflächenanalyse auf die planerischen Unterschiede der
Entwürfe zurück führen zu können und somit die Entwürfe in Hinblick auf die
untersuchten Gebiete bewerten zu können.
Das Gelände ist bis heute im Privatbesitz der Firma Saarstahl AG. Doch es soll nach
und nach in Einzelgrundstücken verkauft werden. Das Plangebiet ist Gelände des
ehemaligen Kalkwerkes der Firma.
Der Bebauungsplan der Landeshauptstadt Saarbrücken
Das Konzept des bestehenden Bebauungsplanes der Stadt Saarbrücken (vgl. Abb.23)
ist die Erschließung des Plangebietes durch eine Hauptachse und hiervon
abgehenden Stichstraßen zur Anbindung der Grundstücke. Vorherrschender
Gebäudetyp ist das Reihenhaus. Die Gebäude sind allesamt so angeordnet, dass sie
mit einem Pultdach und der Firstrichtung von Ost nach West optimal für die Installation
von Solaranlagen auf den Dächern geeignet sind. Garagen und Stellplätze sind
entlang der Straße eingerichtet, so dass die direkte Erschließung der Gebäude durch
einen autofreien Wohnweg erfolgen kann. Im Zentrum des Gebietes ist zur
Auflockerung neben einer Grünfläche auch ein Quartiersplatz, als wassergebundene
Decke oder Schotterrasen, vorgesehen. Die bebaute Fläche beschränkt sich auf die
oberen drei Viertel des Plangebietes, während im unteren Viertel Grün- und
Landwirtschaftsflächen geplant sind. Der Bebauungsplan basiert ebenfalls auf dem
Entwurf eines privaten Investors. Die Realisierung seines Planes blieb für ihn jedoch
ohne Erfolg. Das Gebiet ist immer noch Grünfläche und es sind keine einleitenden
Bauarbeiten sichtbar.
41

Abbildung 23: Bebauungsplan der Landeshauptstadt Saarbrücken, 1996
[Landeshauptstadt Saarbrücken]
Der Entwurf eines privaten Investors
42
Bachelorarbeit
Letztes Jahr machte erneut ein Investor auf sich aufmerksam und trat mit der Stadt
Saarbrücken in Kontakt. Er präsentierte seinen eigenen Entwurf für das beschriebene
Plangebiet. Dieser Entwurf wird nun in einigen Sitzungen und Versammlungen diskutiert
und im Einklang mit dem Stadtplanungsamt Saarbrücken optimiert, bevor er eventuell
vom Gemeinderat als neuer Bebauungsplan beschlossen werden kann. Ebenso wie
im derzeitigen Bebauungsplan ist die Stadt Saarbrücken auf eine, die Solarenergie
unterstützende Planung, bedacht.

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Auch dieser Entwurf (vgl. Abb.24) basiert auf dem Konzept der Hauptverbindung mit
abgehenden Stichstraßen innerhalb des Plangebietes. Jedoch ist hier jedes einzelne
Grundstück an die Straße angebunden und mit dem Auto erreichbar. Zudem sind
insgesamt wesentlich weniger Grundstücke vorgesehen. Die Anordnung der Gebäude
erfolgt in einer Reihe von Doppelhäusern entlang der Stiche. Im Unterscheid zu
Reihenhäusern ist bei Doppelhäusern auf jedem Grundstück ein eigener Stellplatz zu
realisieren. Die Firstrichtung ist von Nord nach Süd anzunehmen, wobei auch eine Ost-
Westrichtung denkbar wäre. Letzteres würde für ein gewinnbringendes Ergebnis einer
Solaranlage auf dem Dach sprechen. An derselben Stelle, an welcher im
Bebauungsplan ein Quartiersplatz vorgesehen ist, wurde auch in diesem Entwurf eine
begrünte Parkanlage sowie ein Platz verortet.
Abbildung 24: Entwurf eines privaten Investors, 2010
[Quelle: Landeshauptstadt Saarbrücken]
In der folgenden Tabelle sind alle relevanten Eigenschaften der beiden Entwürfe
gegenübergestellt. Für die anschließende Analyse von Verschattungssimulation und
Ermittlung der Sonnenstärke ist sie relevant, um einen allgemeinen Überblick über
beide Planungsvarianten zu bieten und einen ersten Eindruck für den Vergleich zu
vermitteln. Es ist anzumerken, dass die Größe der Ausgangsflächen aufgrund
unterschiedlicher Gebietseingrenzung voneinander abweicht. Jedoch betrifft dies nur
43

44
Bachelorarbeit
die Verkehrsfläche der angrenzenden „Saargemünder Straße“ und hat daher keinen
Einfluss auf die für die Bemessungen innerhalb des eigentlichen Gebietes.
Tabelle 03: Vergleich von Bebauungsplan und Entwurf
Relevante Unterschiede Bebauungsplan der LHS Entwurf eines privaten Investors
Hauptgebäude
Anzahl der geplanten Gebäude 175 ca. 72
Anzahl der Bestandsgebäude 9 9
Stellung der Gebäude Firstrichtung: Ost - West Firstrichtung: Nord - Süd
Gebäudetyp RH, DH Freistehende EFH, DH
Gesamte Fläche ca. 8,7 ha ca. 8,9 ha
Versiegelte Fläche insg. 1,83 ha 1,48 ha
auf privatem Grundstück (nur
Gebäude und Garage)
1,0 ha 0,68 ha
öffentliche Verkehrsfläche 0,61 ha 0,74 ha
öffentliche Parkplatzfläche 0,2 ha 0,06 ha
Teilversiegelte Fläche insg. 0,63 ha 0,32 ha
Platz 0,14 ha 0,26 ha
Wohnweg 0,49 ha 0,06 ha
Nicht versiegelte Fläche insg. 6,22 ha 7,07 ha
private Grünfläche 1,97 ha 2,94 ha
öffentliche Grünfläche 3,15 ha 3,04 ha
Straßenbegleitgrün 0,04 ha 0,03 ha
Ackerfläche 1,06 ha 1,06 ha
Bemaßung Grundstück
m² 120 m² - 210 m² 320 m² - 429 m²
GRZ
GFZ
[Eigene Darstellung]
0,3 – 0,6
0,8 – 1,2
0,3 – 0,4
(als Annahme, da aus Entwurf
nicht ersichtlich)
0,6 – 0,8
(als Annahme, da aus Entwurf
nicht ersichtlich)

4.2 Erstellung der 3D-Modelle
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Der folgende Abschnitt zeigt die, entsprechend den Bebauungsvorschlägen,
modellierten 3D-Modelle. Die Erstellung erfolgte mit Google SketchUp. Zur
Schattensimulation und Potenzialanalyse für Solaranlagen ist ein einfacher
Detaillierungsmaßstab ausreichend, weshalb in dieser Arbeit die Ebene des LOD 2
gewählt wurde.
4.2.1 Einzelne Arbeitsschritte
Schritt 1: Vorbereitung und Datenbeschaffung
Als Bearbeitungsgrundlage dienten zum einen die von der Landeshauptstadt
Saarbrücken zur Verfügung gestellten Bebauungsvorschläge und zum anderen das
Geländemodell des Plangebietes inklusive Bestandsgebäude. Zur Vorbereitung der
Modellierung mussten nun die Karte des Bebauungsplanes und des Entwurfes jeweils
in eine SketchUp-Datei geladen und auf die richtige Größe skaliert werden. Für die
richtige Platzierung diente hier die Katasterkarte, welche ebenfalls gegeben war.
Abbildung 25: Geländemodell in SketchUp
[LHS, SketchUp, eigene Darstellung]
45

Abbildung 26: Geländemodell und Bestandsgebäude in SketchUp
[LHS, SketchUp, eigene Darstellung]
Abbildung 27: Katasterkarte in SketchUp
[LHS, SketchUp, eigene Darstellung]
46
Bachelorarbeit

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Abbildung 28: Bebauungsplan bzw. Entwurfsplan mit Katasterkarte in SketchUp
[LHS, SketchUp, eigene Darstellung]
Schritt 2: Baukörper modellieren
Die Modellierung der Baukörper erfolgt anhand der Vorgaben des Bebauungsplanes
und der dazugehörigen Legende beziehungsweise des Entwurfsplanes. Bezüglich der
Gebäudehöhen, Dachformen und -neigungen sowie einzelner Gebäudegrößen
variierten die Vorgaben. Auch die Stellung der Gebäude war in mehreren
Teilgebieten, je nach Festsetzung einer Baugrenze oder -linie, variabel. Daher sind in
diesen Fällen eigene Annahmen getroffen worden.
Zunächst wurden die Gebäude ebenerdig auf dem importierten Plan in LOD 2
modelliert und anschließend in das Geländemodell integriert. Auf Grund der
variierenden Geländehöhen, mussten die Baukörper an die Unebenheiten angepasst
werden beziehungsweise das Gelände an manchen Stellen begradigt werden.
Die Festsetzungen des Bebauungsplanes erlauben die Errichtung von Balkonen. Um
zusätzlich vergleichen zu können, welche Auswirkungen diese eventuell auf die
Verschattungssituation haben, wurden in dem Modell des Bebauungsplanes Balkone
modelliert.
47

Abbildung 29: Baukörper nach Bebauungsplan
[SketchUp, eigene Darstellung]
Abbildung 30: Baukörper nach Entwurfsplan
[SketchUp, eigene Darstellung]
48
Bachelorarbeit

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Abbildung 31: Baukörper nach Bebauungsplan im Geländemodell
[SketchUp, eigene Darstellung]
Abbildung 32: Baukörper nach Entwurf im Geländemodell
[SketchUp, eigene Darstellung]
49

Schritt 3: Bäume
50
Bachelorarbeit
Die Modellierung der Bäume basiert auf eigener Erstellung. Aus demselben Grund,
weshalb die LOD2 Stufe für die Baukörper gewählt wurde, sind auch die Bäume in
diesem einfachen Detaillierungsmaßstab gestaltet. Diese wurden zunächst nach den
Vorgaben des Bebauungsplanes und des Entwurfes ebenerdig positioniert und
anschließend an das Gelände angepasst.
Abbildung 33: Baumstruktur nach Bebauungsplan
[SketchUp, eigene Darstellung]
Abbildung 34: Baumstruktur nach Entwurf
[SketchUp, eigene Darstellung]

Schritt 4: Flächen einfärben
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Die Flächenabgrenzung der unterschiedlichen Nutzungen erfolgte jeweils nach den
Angaben der beiden Bebauungsvorschläge. Mit Hilfe des Sandkisten-Tools „Fläche
verbinden“ von Google SketchUp ist es möglich Linien, welche auf der Ebene des
importierten Planes gezeichnet wurden, auf die Geländefläche zu übertragen. So
konnten die einzelnen Flächen unterschiedlicher Nutzung entsprechend eingefärbt
werden. Da in der Detailstufe des LOD2 auch die Dachflächenstruktur angegeben
wird, waren diese in dem Modell auch einzufärben.
Sind alle Flächen eingefärbt, stellt dies die Grundlage dar, welche für die weiteren
Analysen benötigt wird. Die Modelle entsprechen den Darstellungen der
fertiggestellten Modelle (vgl. Kapitel 3.2.2).
Abbildung 35: Bebauungsplan
[SketchUp, eigene Darstellung]
51

Abbildung 36: Entwurf
[SketchUp, eigene Darstellung]
3.2.2 Die fertigen Modelle
52
Bachelorarbeit
An dieser Stelle werden die fertiggestellten Modelle in einer Reihe von Abbildungen
vorgestellt.
Die Modellierung des Bebauungsplanes in LOD2
Abbildung 37: Südansicht
[SketchUp, eigene Darstellung]

Abbildung 38: Süd-Ostansicht
[SketchUp, eigene Darstellung]
Abbildung 39: Süd-Westansicht
[SketchUp, eigene Darstellung]
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
53

Die Modellierung des Entwurfsplanes in LOD2
Abbildung 40: Südansicht
[SketchUp, eigene Darstellung]
Abbildung 41: Süd-Ostansicht
[SketchUp, eigene Darstellung]
54
Bachelorarbeit

Abbildung 42: Nord-Ostansicht
[SketchUp, eigene Darstellung]
4.3 Simulation der Verschattung mittels Ecotect Analysis
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Im Anschluss an die Modellerstellung sollen nun der Bebauungsplan und der
Entwurfsplan in Bezug auf die jeweilige Verschattungssituation miteinander verglichen
werden. Die Verschattung wurde mit der Simulationssoftware Autodesk Ecotect
Analysis durchgeführt.
4.3.1 Simulation der Verschattungssituation
Um das in SketchUp erstellte Modell für die Verschattungssimulationen nutzen zu
können, muss es zunächst in eine Ecotect kompatible Datei umgewandelt werden.
Mit SketchUp Pro lässt sich das Modell als sogenannte dxf-Datei exportieren und so
direkt in Ecotect Analysis importieren.
Nachdem das Modell erfolgreich in Ecotect eingefügt wurde, muss der Standort
gewählt werden um eine ortsspezifische Verschattungsanalyse durchzuführen. In
dieser Arbeit wurden die in Ecotect gegebenen Klimadaten für Frankfurt am Main
verwendet. Sobald diese Daten geladen sind, kann der Verlauf der Sonne für einen
bestimmten Tag oder ein Jahr visualisiert werden. Für eine aussagekräftige Analyse
erfolgt die Darstellung der Verschattungssituationen jeweils für die Sommer- (21. Juni)
und Wintersonnenwende (21. Dezember). In diesem Fall sind die
Verschattungsunterschiede am größten und somit am deutlichsten.
Um den Schattenverlauf eines Tages darzustellen, können Start- und Endzeitpunkt des
55

56
Bachelorarbeit
anzuzeigenden Verlaufes manuell eingestellt werden. In diesem Fall wurden die
Uhrzeiten des Sonnenaufgangs und –untergangs verwendet, welche sich aber
abhängig von der Jahreszeit unterscheiden, im Juni zwischen 06-21 Uhr und im
Dezember zwischen 09-16 Uhr. Auch die anzuzeigenden Abstände des
Schattenwurfes können beliebig gewählt werden. Hier wurde ein 30-minütiger
Schattenwurf ausgewählt.
Abbildung 43: Verschattung im Bebauungsplan zur Sommersonnenwende
[Ecotect, eigene Darstellung]
Abbildung 44: Verschattung im Bebauungsplan zur Wintersonnenwende
[Ecotect, eigene Darstellung]

Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Abbildung 45: Verschattung im Entwurfsplan zur Sommersonnenwende
[Ecotect, eigene Darstellung]
Abbildung 46: Verschattung im Entwurfsplan zur Wintersonnenwende
[Ecotect, eigene Darstellung]
4.3.2 Analyse der Verschattungssimulationen
Die folgende Analyse soll Aufschluss darüber bringen, welcher der beiden
Bebauungsvorschläge im Hinblick auf die Verschattungssituation der Fassaden sowie
der Gärten vorteilhafter ist. Wichtig bei der Auswertung ist es die genauen
Simulationseinstellungen zu kennen. Denn je nach Einstellung von Start- und Endzeit
57

58
Bachelorarbeit
des Verlaufes sowie der Zeitintervalle verändert sich die Abbildung der Verschattung,
was großen Einfluss auf die Wirkung und Beurteilung hat.
Auffallend bei der Verschattung im Bebauungsplan ist die durchgängige Verschattung
die Nordfassade der Gebäudezeilen in Ost-Westrichtung. Im Gegenzug dazu sind die
Südfassade und somit der Garten zumindest im Sommer durchgängig optimal
belichtet. Im Winter allerdings ist auch die Südfassade aufgrund der dichten
Bebauung stark verschattet. Die Gebäudezeilen im Osten des Gebietes in Nord-
Südrichtung sind insgesamt mittelmäßig belichtet. Außerdem ist zu beachten, dass
auch die Lärmschutzwand im Westen des Gebietes Schatten verursacht und damit
einen negativen Einfluss auf die Belichtung der angrenzenden Bebauung hat.
Abbildung 47: Analyse der Sommer-Verschattung (Bebauungsplan)
[Ecotect, eigene Darstellung]

Abbildung 48: Analyse der Winter-Verschattung (Bebauungsplan)
[Ecotect, eigene Darstellung]
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
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Bachelorarbeit
Die Verschattungssituation im Entwurfsplan ist im Durchschnitt primär positiv als negativ
zu bewerten. Durch die Stellung der Gebäude in Nord-Südrichtung gelangt das
Sonnenlicht zu gleichen Teilen an Vorder- und Rückseite der Gebäude. Dies bewirkt
durchgängig eine mittelmäßige Belichtung der Fassaden und Gartenflächen. Vor
allem die Simulation der Verschattung zur Wintersonnenwende weist eine geringe
Verschattung durch die Nachbarbebauung auf.
Abbildung 49: Analyse der Sommer-Verschattung (Entwurf)
[Ecotect, eigene Darstellung]

Abbildung 50: Analyse der Winter-Verschattung (Entwurf)
[Ecotect, eigene Darstellung]
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Ein abschließender Vergleich beider Planungen ergibt, dass die Entwurfsvariante
weniger verschattet ist und die Fassaden und Gartenflächen demnach besser
belichtet sind, als in der Variante des Bebauungsplanes.
Obwohl die Ost-Westorientierung der Gebäude des Bebauungsplanes eine optimale
Belichtung begünstigt, liegen die Mehrheit der südorientierten Fassaden auf Grund der
dichten Bebauungsstruktur durchgängig im Schatten der Nachbarbebauung. Die
schlechte Belichtung der Südfassaden im Bebauungsplan hat nicht nur negative
Auswirkung auf die Belichtung der Innenräume sondern kann vor allem im Winter
erhöhte Heizkosten erwirken. Eine aufgelockerte Bebauung könnte dem
entgegenwirken. Die durchschnittlich mittelmäßige Belichtung der Fassaden bewirkt
zwar, dass der Anteil der schlecht belichteten Fassaden ziemlich gering ist, jedoch ist
61

62
Bachelorarbeit
auch nur an wenigen Stellen eine gute Belichtung der Fassaden fest zu stellen.
Außerdem liegt bei einem Großteil der Gebäude die nutzbare Gartenfläche durch
die Nord-Südorientierung und Anordnung der Straßen in östlicher Richtung, was zwar
eine Besonnung in den Morgenstunden gewährleistet, aber eine Nutzung der
attraktiven Nachmittagsonne ausschließt.
Müsste man sich für eine der Planungsvarianten entscheiden wäre im Hinblick auf die
Verschattungssituation wohl der Entwurf dem Bebauungsplan vorzuziehen. Um jedoch
eine optimale Belichtung zu erreichen würde sich eine Mischung beider Varianten
anbieten um die Vorzüge von beiden Planungen zu erhalten.
Um eine noch detailliertere Aussage bezüglich der Verschattungssituation und
Besonnungsdefizieten beider Bebauungsvorschläge zu treffen, wäre es sinnvoll
zusätzliche Simulation zu anderen Jahreszeiten durchzuführen. Zusätzlich könnte eine
Überprüfung der Tageslichtfaktoren an den Fassaden, zum Beispiel mittels Ecotect
Analysis, Aufschluss über den Verschattungsgrad geben und so zur Optimierung des
Entwurfes beitragen.
4.4 Simulation der Solarpotenzialanalyse mittels Ecotect Analysis
Ziel der Analyse ist es, herauszufinden, welche Potenziale die beiden
Bebauungsvorschläge für eine solarenergetische Nutzung aufweisen.
Grundlegend relevante Informationen hierfür sind neben den ortsspezifischen
Klimadaten die Orientierung der verwendeten Dachfläche zur Himmelsrichtung, die
Neigung sowie die Größe der Dachfläche. Die optimale Ausrichtung erfolgt nach
Süden und die bestmögliche Dachneigung liegt bei etwa 30 Grad [vgl. Kapitel 2.4.3].
Die Simulation erfolgte ebenfalls in Ecotect Analysis.
4.4.1 Simulation zur Messung der Sonnenintensität
Für die Analyse der auftreffenden Strahlung wurde die „Solar Insolation Analysis“
verwendet. Hierbei wird gemessen, wie viele Wattstunden auf die ausgewählte Fläche
treffen. Für die Simulation kann der zu beobachtende Zeitraum variabel eingestellt
werden. Hier wurde die Messung für 24h für das ganze Jahr durchgeführt. Bis auch die
Flachdach-Gebäudezeile im östlichen Teil des Bebauungsplangebietes sind alle
Dächer mit einem Pult- beziehungsweise Satteldach ausgestattet. Die Neigungswinkel
betragen zwischen 25 und 30 Grad, welches dem idealen Maß entspricht. Die
Simulation erfolgt für einzelne Teilbereiche der Gebiete. Diese Ausschnitte stehen
stellvertretend für den jeweils gleichen Bautyp.

Abbildung 51: Untersuchte Ausschnitte im Bebauungsplan
[Ecotect, eigene Darstellung]
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Das in Ausschnitt 1 untersuchte Gebäude ist mit einem Flachdach ausgestattet. Die
Analyse ergab eine solare Strahlungsenergie von etwa 920 kWh bis 990 kWh im Jahr.
Es ist sehr deutlich zu erkennen, dass die Umgebungsbebauung Auswirkungen auf die
Qualität der eintreffenden Strahlungsenergie haben kann. Auffallend ist außerdem,
dass die eintreffenden Strahlungswerte auf die Dachflächen der Ausschnitte 2 und 3
sich nicht signifikant unterscheiden, obwohl die Ausrichtung der Gebäude aus
Ausschnitt 2 um etwa 20 Grad von einer südlichen Ausrichtung abweichen. Die Werte
der Sonneneinstrahlung liegen hier zwischen 970 kWh und 980 kWh.
Abbildung 52: Ausschnitt 1
[Ecotect, eigene Darstellung]
63

Abbildung 53: Ausschnitt 2
[Ecotect, eigene Darstellung]
Abbildung 54: Ausschnitt 3
[Ecotect, eigene Darstellung]
64
Bachelorarbeit

Abbildung 55: Untersuchte Ausschnitte im Entwurf
[Ecotect, eigene Darstellung]
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Die Simulation der Sonneneinstrahlung der beiden Dachflächen des Entwurfsplanes
hat ergeben, dass auf beiden Flächen eine vergleichbare Strahlungsenergie auftrifft.
Hieraus ist zu schließen, dass sie sich gleichermaßen für die Errichtung von
Solaranlagen eignen. Obwohl auch hier eine Abweichung der Gebäudeausrichtung
von etwa 20 Grad zu erkennen ist, liegen die Ergebniswerte der Simulation zwischen
973 kWh und 980 kWh.
Abbildung 56: Ausschnitt 1
[Ecotect, eigene Darstellung]
65

Abbildung 57: Ausschnitt 2
[Ecotect, eigene Darstellung]
4.4.2 Analyse des Solarpotenzials
66
Bachelorarbeit
Ein Vergleich der Simulationen soll Aufschluss über die unterschiedlichen Potenziale
der beiden Bebauungsvorschläge für eine solarenergetische Nutzung geben. Jedoch
ergab die Simulation des „Solar Insolation Analysis“ überraschenderweise ähnliche
Werte der beiden Bebauungsvorschläge. Obwohl die gemessene Strahlung des
Bebauungsplanes von Süden beziehungsweise Südwesten und die des Entwurfsplanes
von Osten beziehungsweise Südosten auf die Dachflächen eintrifft, liegen die
Ergebniswerte im gleichen Bereich, etwa zwischen 970 kWh und 980 kWh. Allerdings
müsste der Unterschied der Einstrahlung vom Entwurfsplan zum Bebauungsplan nach
Abbildung 08 bei einer Reduzierung von etwa 10 Prozent liegen.
Ein komplexes Analyseprogramm wie Ecotect Analysis bietet eine Vielzahl an
Einstellungen, die für Laien oder Planer ohne Vorkenntnisse in dieser Software in einer
kurzen Einarbeitungsphase nur schwer zu durchschauen sind. Aus diesem Grund
würde sich an dieser Stelle eventuell eine Beauftragung eines Fachspezialisten
anbieten.

5. Fazit
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Die zunehmende Diskussion zur Verwendung von computergestützten 3D-Modellen
lässt auf den vermehrten und vielseitigen Einsatz von Computermodellen schließen.
Nicht nur der bekannte Visualisierungsbereich der Spielindustrie profitiert von immer
neuen Entwicklungen, auch die Unternehmen wenden vermehrt dreidimensionale
Computermodelle zu Werbezwecken und ihrem Internetauftritt an. So gewinnt auch
die Stadtplanung aus der Entwicklung und dem Mehrwert computergestützter
Visualisierung und Simulation und fördert zunehmend den Einsatz dieser Methoden im
Planungsprozess.
Hierfür verantwortliche Vorteile galt es in dieser Arbeit zu verdeutlichen. So ist es in der
Tageslichtplanung zum Beispiel möglich, die Einwirkung des Tages- beziehungsweise
Sonnenlichtes auf die Bebauung und deren Umgebung realitätsnah darzustellen und
Auswirkungen durch eine mögliche Verschattung der Gebäude und ihrer Umgebung
zu analysieren, sowie das Potenzial zur Errichtung von Solaranlagen zu untersuchen.
Die Analyse erfolgte anhand zweier unterschiedlicher Bebauungsvorschläge eines
Plangebietes in Bübingen, Stadt Saarbrücken, welche ein ähnliches Strukturkonzept
verfolgen, jedoch in der detaillierten Gebäudeplanung unterschiedliche Entwürfe
aufweisen. Die Modellierung und anschließende Simulation der
Untersuchungsschwerpunkte beider Varianten ermöglichte einen genauen Vergleich
der Alternativen. Die computergestützte Darstellung begünstigt also das Abwägen
mehrerer Planungsvarianten und unterstützt die Planung, unter Beachtung aller
einfließenden Faktoren, ein optimales Ergebnis zu erreichen.
Die Analyseauswertung der simulierten Verschattungssituationen ergab keine
eindeutige Präferenz einer der beiden Planungen. Während in dem Entwurf
durchgängig eine mittlere Belichtung der Fassaden erkannt wurde, was im Grunde
positiver zu bewerten ist, als die stark verschatteten Südseiten in dem Bebauungsplan,
liegen hier jedoch ein Großteil der Gärtenflächen nach Osten und nicht wie bei dem
Bebauungsplan in einer optimalen Südausrichtung.
Den theoretischen Grundlagen nach müsste die Bewertung in Bezug auf das
Solarpotenzial unterschiedlich ausfallen, jedoch zeigen die simulierten Ergebnisse das
Gegenteil. Die nach Süden beziehungsweise Süd-Westen gerichteten Dachflächen im
Bebauungsplan weisen ein ebenso großes Potenzial zur Nutzung von Solarenergie auf,
wie die nach Westen orientierten Dächer im Entwurfsplan. Dieses Ergebnis ist für mich
bis heute unerklärlich und nicht nachzuvollziehen, da die Angaben bezüglich dem
Potenzial einer Süd- beziehungsweise Ost- oder Westausrichtung auf ein anderes
Ergebnis schließen lässt.
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68
Bachelorarbeit
Die Auswertung zeigt, dass die Wirkung von Sonnenlicht stark von der Stellung der
Baukörper und der Gebäudehöhe abhängen. Diese Rahmenbedingungen
bestmöglich zu setzten liegt unter anderem in der Verantwortung der Planer.
So ist der Planer auch wesentlich daran beteiligt, durch die Formulierung von
Entwicklungskonzepten sowie der konkreten Umsetzung von Planungen eine
nachhaltige Raumplanung zu fördern, langfristig angemessenem Wohnraum zu
schaffen sowie die zukunftsgemäße Entwicklung des städtischen Raumes zu
gewährleisten.
Im Hinblick auf die Anwendung der Tageslichtplanung stellt sich abschließend nun die
Frage inwieweit die Simulationen von Sonnenlicht für eine regelmäßige Anwendung
im Planungsprozess spricht. Die Anwendung von Tageslichtsimulationen ist zwar mit
einem Kostenaufwand verbunden, jedoch besteht nur ein geringer zeitlicher
Mehraufwand für den Planer, wenn das 3D-Modell schon vorhanden ist. Außerdem ist
zu beachten, dass mit Hilfe der Simulationen die Planung eventuell optimiert werden
kann. Aus diesem ist es situativ abzuwägen ob eine Simulation von Schattenwurf und
Solarpotenzial in Frage kommt.

6. Literatur- und Internetquellen
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
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7. Abbildungsverzeichnis
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
Abbildung 01: Veränderung des weltweiten Energiemixes 2100 ................................... 6
Abbildung 02: Veränderung des Sonnenwinkels im Laufe eines Jahres ........................ 9
Abbildung 03: Jährliche Direktstrahlung im weltweiten Vergleich ................................ 10
Abbildung 04: Verschattungssimulation einer Punktbebauung ................................... 13
Abbildung 05: Verschattungssimulation einer Zeilenbebauung .................................. 13
Abbildung 06: Verschattungssimulation einer Blockrandbebauung ............................ 14
Abbildung 07: Übersicht solare Strahlungsenergie, Deutschland 1981-2000 .............. 17
Abbildung 08: Änderung der solaren Bestrahlung, Beispiel Berlin ................................ 18
Abbildung 09: Potenzialanalyse anhand von Luftbildaufnahmen ............................... 20
Abbildung 10: Ermittlung der Strahlungsleistung mittels Ecotect Analysis ..................... 20
Abbildung 11: Solarpotenzialkataster Wien ................................................................. 21
Abbildung 12: Solaranlagen auf der Dachfläche (Flachdach, Satteldach) ................ 22
Abbildung 13: Solaranlagen in Gebäudefassaden .................................................... 22
Abbildung 14: Ebenerdige Installation von Solaranlagen ............................................ 23
Abbildung 15: Weitere Einsatzmöglichkeiten von Solaranlagen .................................. 23
Abbildung 16: Ausschnitt eines Bebauungsplans ........................................................ 24
Abbildung 17: Die Stufen des Level of Detail............................................................... 27
Abbildung 18: Simulierte zukünftige Entwicklung der Reaktivierung Berlins, 1990-2010 30
Abbildung 19: Verschattung im Tagesverlauf (09-17 Uhr) ............................................ 31
Abbildung 20: Simulation der Strahlungsintensität ....................................................... 32
Abbildung 21: Plangebiet im städtischen Kontext ....................................................... 39
Abbildung 22: Gebietseingrenzung ............................................................................ 40
Abbildung 23: Bebauungsplan der Landeshauptstadt Saarbrücken, 1996 ................. 42
Abbildung 24: Entwurf eines privaten Investors, 2010 .................................................. 43
Abbildung 25: Geländemodell in SketchUp ................................................................ 45
Abbildung 26: Geländemodell und Bestandsgebäude in SketchUp........................... 46
Abbildung 27: Katasterkarte in SketchUp ..................................................................... 46
Abbildung 28: Bebauungsplan bzw. Entwurfsplan mit Katasterkarte in SketchUp ........ 47
Abbildung 29: Baukörper nach Bebauungsplan ......................................................... 48
Abbildung 30: Baukörper nach Entwurfsplan ............................................................... 48
Abbildung 31: Baukörper nach Bebauungsplan im Geländemodell .......................... 49
Abbildung 32: Baukörper nach Entwurf im Geländemodell ........................................ 49
Abbildung 33: Baumstruktur nach Bebauungsplan ..................................................... 50
Abbildung 34: Baumstruktur nach Entwurf ................................................................... 50
71

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Bachelorarbeit
Abbildung 35: Bebauungsplan ................................................................................... 51
Abbildung 36: Entwurf ................................................................................................. 52
Abbildung 37: Südansicht ........................................................................................... 52
Abbildung 38: Süd-Ostansicht ..................................................................................... 53
Abbildung 39: Süd-Westansicht................................................................................... 53
Abbildung 40: Südansicht ........................................................................................... 54
Abbildung 41: Süd-Ostansicht ..................................................................................... 54
Abbildung 42: Nord-Ostansicht ................................................................................... 55
Abbildung 43: Verschattung im Bebauungsplan zur Sommersonnenwende .............. 56
Abbildung 44: Verschattung im Bebauungsplan zur Wintersonnenwende .................. 56
Abbildung 45: Verschattung im Entwurfsplan zur Sommersonnenwende .................... 57
Abbildung 46: Verschattung im Entwurfsplan zur Wintersonnenwende ........................ 57
Abbildung 47: Analyse der Sommer-Verschattung (Bebauungsplan) .......................... 58
Abbildung 48: Analyse der Winter-Verschattung (Bebauungsplan) .............................. 59
Abbildung 49: Analyse der Sommer-Verschattung (Entwurf) ........................................ 60
Abbildung 50: Analyse der Winter-Verschattung (Entwurf) ............................................ 61
Abbildung 51: Untersuchte Ausschnitte im Bebauungsplan ........................................ 63
Abbildung 52: Ausschnitt 1 .......................................................................................... 63
Abbildung 53: Ausschnitt 2 .......................................................................................... 64
Abbildung 54: Ausschnitt 3 .......................................................................................... 64
Abbildung 55: Untersuchte Ausschnitte im Entwurf ...................................................... 65
Abbildung 56: Ausschnitt 1 .......................................................................................... 65
Abbildung 57: Ausschnitt 2 .......................................................................................... 66
8. Tabellenverzeichnis
Tabelle 01: Orientierungswerte für Sonneneinstrahlung auf waagrechten Dachflächen
................................................................................................................................... 10
Tabelle 02: Softwareprogramme zur Modellierung und Lichtplanung ......................... 34
Tabelle 03: Vergleich von Bebauungsplan und Entwurf............................................... 44

9. Abkürzungsverzeichnis
1D-3D Eindimensional-dreidimensional
BauGB Baugesetzbuch
B-Plan Bebauungsplan
CAD Computer-Aided-Design
DH Doppelhaus
DXF Drawing Exchange Format
EFH Einfamilienhaus
Simulation und Analyse der Sonnenplanung
GFZ Geschossflächenzahl=Geschossfläche/Grundstücksfläche
GIS Geographisches Informationssystem
GRZ Grundflächenzahl=Grundfläche/Grundstücksfläche
LOD Level of Detail
RH Reihenhaus
ROG Raumordnungsgesetz
vgl. vergleiche
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