Planung eines solaren Direktgewinnhauses

Das solare Direktgewinnhaus ist eine energieeffiziente Bauweise. Neben direkter Nutzung von Solarstrahlung über transparente Bauteile ist auch eine gute Speichermasse notwendig.

Im Mehrfamilienhaus Spreitenbach von 5 Architekten, Wettingen, sieht man hoch angelegte Stege vor der Südfassade mit einem Sturzwinkel von etwa 30° und in die Südwest- respektive Südost-Ecke geschobenen Aussenraum. Diese Anordnung garantiert den vollen solaren Direktgewinn und lichtdurchflutete Wohnräume im Süden.
Im Mehrfamilienhaus Spreitenbach von 5 Architekten, Wettingen, sieht man hoch angelegte Stege vor der Südfassade mit einem Sturzwinkel von etwa 30° und in die Südwest- respektive Südost-Ecke geschobenen Aussenraum. Diese Anordnung garantiert den vollen solaren Direktgewinn und lichtdurchflutete Wohnräume im Süden.

Die Solararchitektur ist eine ganzheitliche, energiesparende Bauweise, bei der die direkte Nutzung von Solarstrahlung über transparente Bauteile elementarer Bestandteil ist. Eine gute Speichermasse ist Voraussetzung, um Wärme in Böden, Wänden und Decken zu speichern und in der Folgezeit – den sonnenarmen Stunden – davon zu profitieren. 

Einst ging man der Frage nach, ob ein solares Direktgewinnhaus auf minimalen Wärmeverlust oder maximalen Solargewinn zu optimieren sei. Mittlerweile ist man sich einig, dass beides für ein derartiges nachhaltiges Gebäudekonzept notwendig ist. 

Solare Erträge ermitteln

Das solare Direktgewinnhaus enthält nur die notwendigste Technik. Die Wärme wird mehrheitlich über die Südfenster gewonnen. Vor dem Bau muss dafür die solare Ertragssituation am Standort festgestellt werden. Diese kann unter anderem von Nachbargebäuden und Bäumen gemindert werden. Auch im Winter kann das Astwerk eines Laubbaumes bis zu 50 % abschatten. 

Ausrichtung

Im Dezember und Januar findet die Sonneneinstrahlung etwa zwischen 30° Südost und 30° Südwest statt. Mit entsprechender Solarverglasung ist, in Abhängigkeit des Standortes, im Hochwinter meistens ein Nettoertrag zwischen 50° Südost bis 50° Südwest möglich. Die höchsten Erträge sind mit Ausrichtungen von 15° Südost bis 15° Südwest zu erzielen. 

Aussenform

Glasfläche gegen Süden sollte möglichst unbeschattet und weit aussen platziert sein. Leibungen und Stürze sind entsprechend auszuführen. Sind tiefe Leibungen für das architektonische Konzept massgebend, können diese sonnengerecht gestaltet werden. 

Zwar steht die Sonne am kürzesten Tag nur mit 20° zur Waagerechten im Zenit, der Sturzanstellwinkel sollte aber grösser als 30° gewählt werden, weil andernfalls die Gewinne Ende Februar und im März sowie im Oktober und Anfang November zu stark reduziert würden. 

Beschattung und Blendschutz 

Für die Sommer- und Übergangszeit haben Fenster von Südost bis Südwest einen äusseren Sonnenschutz und für den Winter einen inneren Blendschutz.

  • Sonnenschutz Südost-Südwest: Ein 1,5 m langer ausladender Knickarmstoren, eine ausschwenkbare Brüstung oder ein temporäres Vordach eignen sich in der Regel für eine normale Stockwerkhöhe. 

  • Sonnenschutz Ost und West: Nur senkrechte Sonnenschutzvorrichtungen eignen sich gegen die morgens und abends tiefstehende Sommersonne.

  • Blendschutz Südost-Südwest im Winter: Massgebend für das Gebäudekonzept, weil in dieser Zeit kein äusserer Sonnenschutz betrieben werden darf. Dient neben dem Blendschutz auch der Lichtumlenkung und Verdunkelung. 

Natürliche Auskühlung

Eine Querlüftung zur Nachtauskühlung ist optimal, wenn zwei gegenüberliegende Fassadenflächen, möglichst in der Hauptwindrichtung, geöffnet werden können. Eine Übereck-Lüftung bedarf entsprechender Grundrissgestaltung. Vertikale Luftbewegungen, bspw. über Treppenhäuser, sind ebenfalls sehr wirkungsvoll. 

Das Verwaltungsgebäude der Gasser Baumaterialien AG in Chur ist ein ökonomisch optimiertes Direktgewinnhaus (450 Fr./m3), dem ein „Fastnullenergie-Konzept“ zugrunde liegt.
Das Verwaltungsgebäude der Gasser Baumaterialien AG in Chur ist ein ökonomisch optimiertes Direktgewinnhaus (450 CHF/m3), dem ein «Fastnullenergie-Konzept» zugrunde liegt.

Keine Heizung oder nur Zusatzheizung

Eine Zusatzheizung ist lediglich an wenigen Schlechtwettertagen an den kältesten Tagen im Winter notwendig und sollte erst dann eingesetzt werden, wenn die Massentemperatur des Hauses den persönlich tolerierten Tiefstwert erreicht (z.B. 21 °C). Das Aufladen der Speichermasse erfolgt durch die Sonne und nicht mithilfe der Zusatzheizung. Deshalb sollte diese entsprechend klein konzipiert werden. Als häufiger Fehler wird deshalb der Tiefstwert der Massentemperatur zu niedrig angesetzt. 

Sonnenstrahlungseintrag und Adsorptionsleistung

Das Haus ist der Wärmespeicher und alle Flächen strahlen Wärme ab. Für die Innenraumoberflächen (Sekundärspeicher) muss eine ausreichende Wärmeaufnahmefähigkeit nachgewiesen werden. So kann unter anderem eine Überwärmung der Innenraumluft verhindert werden und die Räume bleiben ohne Sonnenschutz oder Ablüftung in Bezug auf Ihre Temperatur im Komfortbereich. 

Direkt beschienene Oberflächen (Primärspeicher) erreichen in der Regel wesentlich höhere Absorptionsflächen. Rund 50 % der Strahlung werden dadurch auf der Oberfläche zu Wärme umgeformt. 

  • Mobiliar, Fenster: Südfenster sollten bis an den Boden geführt werden, weil Flächen hinter der Verglasung meistens frei bleiben und als Primärspeicher nutzbar sind.

  • Wände mit Primärspeicherzuschlag: Die wirkungsvollsten Flächen sind jene Wände, insbesondere Zwischenwände, die direkt an die Fensterfläche führen. 

Innere Speichermasse und Schlechtwettersicherheit

  • Innenwände und Zwischendecken geben die ökonomischsten Speicher ab, die Eindringtiefe von beiden Seiten anrechenbar ist.

  • Böden: Steinböden in südorientierten Räumen sind sehr effizient als Primär- und Sekundärspeicher, können allerdings nicht als Alleinspeicher eingesetzt werden. Eine Abdeckung von Böden durch Möbel und Teppiche ist zu vermeiden. 

  • Wände dienen vorwiegend als Sekundärspeicher, erreichen in der Regel eine zu kleine Absorptionsfläche und können durch Möbel oder Bilder abgedeckt sein. 

  • Decken sind normalerweise sehr effiziente Sekundärspeicher und können mit Lichtumlenkung auch zu Primärspeichern werden. 

In 10 Schritten zum solaren Direktgewinnhaus:

  1. Horizont aufnehmen und Sonnendiagramm erstellen

  2. Überzeugendes architektonisches Konzept

  3. Grundrissgestaltung mit der solaren Nutzung in Übereinstimmung bringen

  4. Fenstergrössen optimieren und Verglasungsqualität festlegen

  5. Äussere Beschattung und inneren Blendschutz einplanen

  6. Innere Oberflächen und Konstruktionen festlegen respektive überprüfen

  7. Innere Speichermasse mit Fenstergrössen und Verglasungsqualität abstimmen

  8. Heizwärmebedarf im Monatsmittel nach Norm SIA 380/1 berechnen

  9. Zusatzheizung und Wärmeverteilung für Schlechtwetterphasen festlegen

  10. Materialwahl und Detailkonstruktionen nach baubiologischen Kriterien überprüfen

Zum architektonischen Konzept von solaren Direktgewinnhäusern zählt:

  • Entwurf

  • Städtebau

  • Volumetrie

  • Projektidee (Situation, Kontext, Orientierung, Verortung, regionale Typologien, Flexibilität, Anpassungsmöglichkeit)

  • zukunftsfähiges Tragwerk, Konstruktion, Materialisierung

  • kompakte Gebäudeform, Ästhetik, Aussenraumqualität

  • Gesamtenergiekonzept

  • planerische Offenheit

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Zusätzliche Informationen

«Solararchitektur – Häuser mit solarem Direktgewinn» von Andrea Rüedi, Peter Schürch und Jörg Watter; Faktor Verlag, 2016 Artikel drucken