Fenster in der Solararchitektur :

Kurzfassung eines Artikels zur solaren Optimierung, Autor : C. Dahl

Die Solararchitektur ist durch den drohenden Klimawandel wieder stärker in die öffentliche Aufmerksamkeit gerückt. Nicht ohne Grund, denn der Energieverbrauch unserer Gebäude macht einen großen Teil des Gesamtenergieverbrauchs aus. Solararchitektur kann helfen, diesen Verbrauch deutlich zu reduzieren.

Die aktive Gewinnung von Solarenergie über Kollektoren, sei es photovoltaisch oder thermisch, beherrscht die Diskussion so stark, daß ein wichtiger Aspekt unter den Tisch zu fallen droht, nämlich der passive Anteil an der Solararchitektur : der direkte Einfluss der Sonne auf das Bauwerk, die Wechselwirkung zwischen Grundrissanordnung, Fenstern und deren Beschattung und vieles mehr.

Ohne Mehrkosten kann allein durch solare Gebäudeausrichtung und richtige Fensterstellung bis zu 20% der Heizkosten und bis zu 40 % der Kosten für Kühlung der Gebäude eingespart werden.

Das wichtigste Element dabei sind die Fenster

Fenster sind der effektivste Sonnenkollektor. Nicht Hochleistungskollektoren oder die neuesten Photovoltaik – Module sind die besten Sammler von Sonnenenergie, sondern die Fenster. Mit keinem anderen Element können wir so einfach und mit so wenig Kosten Energie gewinnen wie mit einem richtig positioniertem Fenster. Und umgekehrt kann ein falsch positioniertes Fenster wie kaum eine andere Wärmequelle einen Raum im Sommer unerträglich aufheizen.

Die besondere Qualität von Solararchitektur ist aber mit der Energiegewinnung allein nicht erklärt. Eine großzügige Verglasung macht das Solarhaus selbst an trüben Tagen hell, und die wenigen Sonnenstunden im Winter zu einem Fest. Das Gefühl, nicht eingesperrt zu sein, den Kontakt zu Garten, Hof oder Straße, den Blick in die Ferne, das und vieles mehr bieten uns die Fenster. Glas, nicht Beton, ist der wichtigste Baustoff unserer Zeit. Die komplexen, vielfältigen Eigenschaften von Glas und Fenstern zu erkennen und anzuwenden sowie auch in Bezug zur Sonne richtig einzusetzen, darin besteht die besondere Qualität von Solararchitektur.

Die folgende Graphik zeigt den Jahresverlauf des Energieeintrags durch die Sonne an der Außenseite einer Wand oder eines Fensters, aufgeteilt nach den Himmelsrichtungen. Was von der einfallenden Energie innen ankommt, hängt von den verwendeten Scheiben ab. Die dargestellte Relation bleibt dabei in der Regel jedoch erhalten, die Kurven werden bei stärkerer Dämmung oder höherem Sonnenschutzfaktor lediglich flacher. In wie weit die ins Haus gekommene Energie nutzbar gemacht wird hängt zudem von den Baumassen, ihrer Erreichbarkeit und dem Zusammespiel mit Heizung und Lüftungsanlagen ab, was hier aber nicht weiter untersucht wird.

Leicht verständlich sind die Werte für Norden, die nur im Hochsommer geringe Energiegewinne zeigen, wie auch die Werte für Ost und West, die einen gleichmäßigen Anstieg von geringen Werten im Winter bis zu hohen Werten im Sommer zeigen. Auf den ersten Blick überraschend ist die Kurve für den Süden. Hier steigen die Werte bis Mitte März leicht an, fallen dann wieder und erreichen im Hochsommer den tiefsten Punkt. Grund dafür ist der steile Winkel (fast 70%) mit dem die Sommersonne auf die Südwand fällt. Verstärkt wird dieser Effekt bei Fenstern durch die Reflexion am Glas, die ab einem Einfallswinkel von 45° stark ansteigt.

Aus dem sommerlichen Rückgang des Energieeintrags auf die Südwände erklärt sich die Bedeutung der Südfenster; die Energiegewinne im Winter führen hier nicht zwangsläufig zu einer Überhitzung im Sommer, wie das bei Ost- und Westfenstern der Fall ist. Kaum verbreitet ist wie wenig man von der Südrichtung abweichen kann, bevor dieser Effekt endet. Südwest ist nämlich die Himmelsrichtung mit dem größten Energieeintrag im Sommer. Die Folge : Nur fast genau nach Süden zeigende Fenster profitieren von der geringen Wärme-Belastung im Sommer. Eine Abweichung von nur 15° macht hier schon viel aus.

Daraus folgt : Nicht wegen des Wärmegewinns im Winter, sondern zur Vermeidung von Überhitzung im Sommer ist die genaue Südausrichtung der Fenster wichtig. Besondere Bedeutung hat dies bei Bürogebäuden, die wegen ihrer inneren Wärmelast oft schon mehr Energie für die Kühlung im Sommer verbrauchen als für die Heizung im Winter. Hinzu kommt der Wunsch, durch großzügige Verglasung eine gute Tageslicht-Beleuchtung zu erreichen; oft wird aus ästhetischen Gründen dann noch zugunsten einer glatten Fassade jegliche Verschattung beseitigt. Hier kann eine ungenaue Gebäudeausrichtung, oder eine auf allen Seiten gleich gestaltete Fassade zu erheblichen Unterschieden im Energieverbrauch für die Kühlung führen.

Die nachfolgende Grafik faßt die Ergebnisse zusammen

Abb.2 : Optimale Fensterausrichtung

Fazit :

Solararchitektur kann einen wichtigen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Sie sollte daher Teil jeder Gebäudeplanung werden, insbesondere bei Büro und Geschäftshäusern; für alle Gebäude mit großen Glasflächen ist sie unverzichtbar. Wenn ohne Mehrkosten allein durch Gebäudeausrichtung und Fensterstellung bis zu 20% der Heizkosten und bis zu 40 % der Kosten für Kühlung der Gebäude eingespart werden können, dann stellt sich die Frage, warum das nicht schon länger und umfassend angewandt wird. Ein Grund liegt womöglich in der kostenlosen Verfügbarkeit. Hier lässt sich kaum etwas verkaufen, die Anwendung ist kaum sichtbar, keine neue Technik auf dem Dach, die für alle sichtbar die ökologische Ambition des Bauherrn demonstriert. Die passive Solararchitektur braucht also aktive Unterstützung, es liegt vor allem an uns Architekten sie in den Entwurfsprozess einzubringen. Hier können wir unseren Beitrag zur Energieeinsparung liefern als selbstverständlichen Teil unserer Entwurfsarbeit.