Solararchitektur: Bauplan unter Berücksichtigung der Sonnenenergie

Solararchitektur: Bauplan unter Berücksichtigung der Sonnenenergie

 

Solararchitektur zielt auf eine umfassende Nutzung der Sonne. Daraus ergeben sich zwei fundamentale Forderungen: Einerseits soll das Haus Sonnenenergie einfangen und speichern, um den Wärmebedarf möglichst ohne Zusatzheizung bereitzustellen; andererseits gilt es, starke Sonneneinstrahlung von den Räumen abzuhalten, damit sie sich nicht überhitzen. Dazu lässt sich Solarenergie auf aktive oder passive Weise einsetzen. Elemente aktiver Nutzung sind z. B. Solarkollektoren für Heizzwecke oder Warmwasserbereitung, passive Nutzung setzt bei Planung und Ausstattung des Gebäudes an.

 

 Passive Solarenergienutzung

 

Die passive Nutzung der Sonnenenergie beginnt mit konsequenter Südorientierung der Gebäude. Während sich die Wohnräume nach Süden öffnen, um vor allem winters viel Sonnenstrahlung aufzunehmen, bleibt die Nordseite möglichst ohne Öffnungen. Die Energie der Sonnenstrahlung kann dabei direkt oder indirekt genutzt werden. Man spricht dann vom direkten bzw. indirekten Gewinn.

 

Beim direkten Gewinn dringt die Sonnenstrahlung durch die Fenster in das Rauminnere. Die kurzwellige Strahlung wird von Mauern und Fußböden absorbiert, gespeichert und später als langwellige Wärmestrahlung an den Raum abgegeben. Vordächer und Blenden, Läden und Abschattungen sorgen dafür, dass die Räume sommers nicht zu stark aufgeheizt werden. Im Winter sollten die Fenster nachts mit Rollläden verschlossen werden, um Abstrahlverluste zu minimieren. Eine Schlüsselrolle kommt der Dimensionierung der Fenster zu. Zwar können vor allem Südfenster auch an kalten Tagen für Wärmegewinn sorgen. Der Energiespareffekt wird allerdings durch die Verluste relativiert. Die Qualität der Verglasung ist ebenso ein wesentlicher Faktor. Im Vergleich zu Isolierverglasung spart Wärmeschutzverglasung rund 50 % an Heizenergie. Kleine Fensterflächen für Südseiten können günstiger sein, zudem bei ihnen an Wintertagen bei der dann schräger einfallenden Sonne die Gefahr der Überhitzung kleiner ist. Das gilt analog für Ost- und Westfenster. Gegen große Verglasungen spricht außerdem der höhere Verbrauch an Heizenergie. Gegenüber gut isolierten Wänden strahlt ein Nordfenster pro Quadratmeter das Vierfache, ein Ost- oder Westfenster das Doppelte an Wärmeenergie ab. Auch ein Wintergarten spart nur bei richtiger Auslegung Energie. Dazu gehört, dass er nicht selbst beheizt wird.

 

Beim indirekten Gewinn wird hinter der Südverglasung eine Wand aus Stein, Beton, Ziegeln oder Lehm angeordnet. Diese meist geschwärzten Speicherwände (Trombe-Wände) erwärmen sich tagsüber durch die einfallende Strahlung und geben nachts Wärme an den Raum ab. Eine zusätzliche Raumerwärmung ist erzielbar, wenn die Wand oben und unten einen Luftdurchtritt enthält. Durch den unteren Kaltlufteintritt strömt kühle Raumluft zwischen das Fenster und die Trombe-Wand, erwärmt sich dort, steigt auf und strömt durch den oberen Warmluftaustritt zurück in den Raum. Im Sommer sollten Ein- und Austritt geschlossen sein.

 

Zu den speziellen Einzelmaßnahmen zählt man das Thermosiphonsystem. Die tagsüber in einem Luftkollektor erwärmte Raumluft wird durch Schwerkraftzirkulation und eventuell durch einen Ventilator besonderen Wärmespeichern im Boden zugeführt. Nachts wird dann die gespeicherte Wärme wieder abgegeben.

 

 Transparente Wärmedämmung

 

Nur eine gute Dämmung der Außenwände kann Wärmeverluste durch Transmission vermindern. Allerdings lässt sich mit gängigen Dämmsystemen die auftreffende Strahlungsenergie nicht gezielt für Heizzwecke nutzen. Dies schafft erst eine transparente Wärmedämmung.

 

Trifft Sonnenstrahlung auf eine opak (lichtundurchlässig) gedämmte Wand, so wird sie zwar absorbiert, und die Außenfläche erwärmt sich, doch wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit der Dämmschicht kommt kaum etwas nach innen. Dagegen lassen hochtransparente Dämmstoffe Solarstrahlung großenteils passieren. An der dunklen Wand dahinter, die als Absorber wirkt, wird diese Energie in Wärme umgewandelt und in das Mauerwerk geleitet. Von dort gelangt sie mit Verzögerung, abhängig von Wandstärke und Baumaterialien, in die Räume dahinter und erwärmt diese. Die Wand wirkt also wie eine Niedertemperaturheizfläche.

 

In der Praxis haben sich Kapillar- und Wabenstrukturen aus Kunststoff oder Glas als transparente Wärmedämmschicht (TWD-Material) bewährt, die senkrecht zur Absorberfläche liegen. Auch mit transparenten Schäumen (Aerogelen) hat man gute Ergebnisse erzielt. Im Prinzip fällt aber jedes Material mit hoher Lichtdurchlässigkeit und wärmedämmenden Eigenschaften darunter. Der indirekte Gewinn mittels Glasfenster und Trombe-Wand kann also auch hierzu gezählt werden.