Ressource Tageslicht

Geometrische Zusammenhänge von städtebaulichen Anordnungen und Tageslichtausbeute in der Planung nutzen

Vor dem Hintergrund der Wohnungsknappheit und Notwendigkeit der Nachverdichtung stellt sich die Frage nach zufriedenstellender Tageslichtversorgung in dichten Quartieren. Um den Aspekt des Tageslichts frühzeitig sinnvoll in den Planungsprozess einbinden zu können, ist eine einfache Bewertungsmethode und ein Verständnis der geometrischen Zusammenhänge erforderlich.

An dieser Stelle setzt das Forschungsvorhaben LUX an. Es entstand eine Datenbank von typisierten Geometrien sowie deren geometrischen und solaren Parametern. Dabei wurden die Simulationsergebnisse sowohl numerisch als auch in Form von Bildern und 3-D-Objekten gespeichert.

Die Datenbank steht für Forschungsvorhaben zur Verfügung. Um einen unmittelbaren praktischen Nutzen sicherzustellen, wurde ein Online-Tool zur Untersuchung von Lichtverhältnissen im Innenraum, sowie ein Online-Zugriff auf den Inhalt der Datenbank entwickelt. Diese Tools und die darin hinterlegten Informationen ermöglichen es, die Erkenntnisse dieses Forschungsprojekts unmittelbar in Planung und Lehre einzusetzen.

In der Gebäudeplanung stehen die verschärften Wärmeschutzanforderungen wirtschaftlich sinnvollen und ökologischen Überlegungen oft gegenüber, da in der Regel eine Reduzierung der Hüllfläche und ein gutes A/V-Verhältnis angestrebt werden. Die Hüllflächenminimierung führt dann häufig zu schlecht belichteten (und belüfteten) Innenräumen mit sehr tiefen Grundrissen bei geringer Geschosshöhe. Die sich daraus ergebenden ungünstigen Raumverhältnisse belasten auf Dauer die Energiebilanz negativ.

Diese Strategie der »dichten Stadt« steht aber auch im Widerspruch zur Forderung nach »Licht, Luft und Sonne«, wie sie der Architekt Le Corbusier schon am Anfang des 20. Jahrhunderts – neben sozialen Aspekten auch mit dem Streben nach Gesundheit und Hygiene – aussprach. Und sie steht im Widerspruch zum heutigen Wunschbild und ästhetischen Ideal nach großen Öffnungen bzw. sonnendurchfluteten Innen- und Außenräumen. Städtebauliche, architektonisch-gestalterische und funktionale Planungsziele entsprechen somit häufig nicht den energetischen Zielen.

Diesem Problem sieht sich jeder Architekt und Entscheider im Wettbewerb, spätestens aber bei der konkreten Gebäudeplanung, ausgesetzt. Zurzeit stehen zwar bereits einige wenige Bewertungsinstrumente zur Verfügung. Diese berücksichtigen aber nur einzelne Aspekte energieeffizienter Gebäude- und Stadtplanung. Wissenschaftlich gesicherte Aussagen, die auch den jahreszeitlichen dynamischen Verlauf der Sonne (Strahlung), zusammen mit dem Gebäudeprofil, der Gebäudestellung, der Außenraumnutzung und der Vegetation (z.B. Bäume) betrachten, fehlen.

Zur Bewertung der im Gebäude verfügbaren Lichtmenge wird zunächst die Menge des verfügbaren Lichts auf der Gebäudehülle gemessen. Dies erfolgt über eine Tageslichtsimulation auf Basis eines künstlichen Himmels unter Verwendung von Wetterdaten. Berechnet wird die Strahlungsleistung in kWh. Dies gibt Auskunft sowohl über direkte Sonneneinstrahlung bei klarem Himmel als auch über indirektes Licht bei bedecktem Himmel. Die Betrachtung der Gebäudehülle allein gibt jedoch noch keine Auskunft über die Lichtverhältnisse im Innern, insbesondere über deren Verschlechterung mit zunehmender Gebäudetiefe.

Modell A Quartier

Die Ergebnisse der Simulationsreihe wurden in eine Datenbank eingespeist, welche alle geometrischen Parameter sowie die Ergebnisse der Solareinstrahlung, nach Himmelsrichtungen getrennt, enthält. Nach Ausfilterung sich überschneidender oder überlappender Geometrien verbleiben ca. 90 000 untersuchte Varianten in der Datenbank.

Auf Grundlage dieser umfangreichen Erhebungsgröße kann eine Reihe belastbarer Auswertungen erzeugt werden. Die wesentlichen Zusammenhänge zwischen Gebäudetypen, geometrischen Parametern und der erzielbaren Sonneneinstrahlung werden hier zusammengefasst. Da das größte Potenzial für solare Gewinne im Frühling und Herbst liegt, wird März als repräsentativer Zeitraum ausgewählt.

Abb. 4 zeigt das gesamte Variantenspektrum bewertet nach durchschnittlicher Sonneneinstrahlung (kWh/m²) und A/V-Verhältnis. Der Gebäudetyp ist farbig gekennzeichnet. Die höchste erreichbare durchschnittliche monatliche Sonneneinstrahlung beträgt etwas über 50 kWh/m². Je höher der Energieeintrag auf der Fassade, und je niedriger das A/V-Verhältnis, desto besser ist die Variante energetisch in Bezug auf das Tageslicht zu bewerten.

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