Kompaktheit und solare Orientierung

Kompaktheit

Je kompakter man ein Haus baut, desto weniger wärmeübertragende Außenoberfläche hat es pro umbautem Volumen und pro Wohnfläche. Entsprechend niedriger sind seine Transmissionswärmeverluste bei gleichem Dämmstandard. Maßstab für die Kompaktheit eines Baukörpers ist dessen A/V-Verhältnis.

Größere Baukörper haben bei gleicher Form stets weniger Oberfläche pro Volumen. Dies ist am Beispiel eines Würfels leicht nachvollziehbar. Hat ein Würfel z.B. die Kantenlänge 1m, so ist sein Volumen 1 m³ und die Außenoberfläche seiner sechs Seiten ist 6 x 1m² also 6m². Das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche ist 6:1, also 6. Hat er jedoch die Kantenlänge 2m, ist sein Volumen 2m x 2m x 2m = 8 m³ und seine Oberfläche 6 x 4m² = 24 m². Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist nur noch 24:8 = 3., also halb so groß wie beim ersten Würfel. A/V-Verhältnisse von Mehrfamilienhäusern bis etwa 30 Wohnungen betragen üblicherweise zwischen 0,3 und 0,7 m²/m³, bei Einfamilienhäusern liegen sie zwischen 0,5 und 1,3 m²/m³, was zu erheblich höheren Transmissionswärmeverlusten pro m² Wohnfläche führt.

Die Kompaktheit hängt daneben auch von der Gliederung des Baukörpers ab. Die drei Bilder rechts zeigen ein sehr kompaktes MFH mit A/V=0,39, eine recht kompakte Reihenhauszeile mit A/V=0,53 und eine stärker gegliederte Reihenhauszeile mit A/V=0,65. Bei angenommener gleicher Dämmstärke der Außenwände hat das dritte Beispiel also etwa 22 % höhere Wärmeverluste über die Außenwände als das zweite Beispiel.

Solare Orientierung

Solare Wärmegewinne durch Fenster können bei besonders Energie sparenden Neubauten den Heizwärmebedarf im Winter erheblich verringern. Die Höhe der erzielbaren solaren Wärmegewinne hängt von der Ausrichtung, der Größe, der Verschattung und vom g-Wert der Verglasung der Fenster ab.

Fenster die nach Norden, NO und NW ausgerichtet sind, bringen selbst bei den besten heute lieferbaren Glasqualitäten stets höhere Verluste als Gewinne im Winterhalbjahr. Sie sollten daher eher klein sein. Nach Westen und Osten ausgerichtete und unverschattete Fenster können bei sehr guten Glasqualitäten mit U-Werten der Verglasung von nicht höher als 1,1 W/m²K und hohen g-Werte von nicht unter 60 % bilanzneutral sein, bringen aber noch keine Gewinne. Sind sie im Winterhalbjahr ganz oder teilweise verschattet, bringen sie meist mehr Verluste als Gewinne. Unverschattete Süd-, SW- und SO-Fenster können dagegen sowohl bei guter Zweifach- als insbesondere bei guter Dreifachverglasung im Winterhalbjahr deutlich höhere Wärmegewinne als Verluste mit sich bringen und damit den Heizwärmebedarf verringern.

Da die winterliche Nicht-Verschattung von Fenstern für die solaren Wärmegewinne eine ganz wesentliche Rolle spielt, sollte diese schon in der Bebauungsplanung bei der Festlegung zulässiger Baukörperausrichtungen, Gebäudehöhen, Gebäudeabstände und Dachneigungen einbezogen werden. In der konkreten Bauplanung sollte sie in die Baukörpergestaltung, Grundrissplanung, Positionierung und Gliederung der Fenster einfließen. Dabei sollten auch die vielen kleinere Einflussfaktoren auf die effektive Verschattung wie Dachüberstände, Rahmenanteile, Rahmenbreiten, Laibungstiefen, und evtl. Sprossungen nicht unterschätzt werden.

Wie stark sich allein eine falsche Positionierung eines Hauses auf dem Grundstück auf die Höhe der solaren Wärmegewinne auswirken kann, zeigt folgendes Beispiel eines 3-er Reihenhauses in Passivhaus-Bauweise.

Dieses Haus ist konsequent nach Süden ausgerichtet und hat die meisten Fenster (85 m²) auch nach Süden. Nach Norden zeigen 36 m² Fensster, nach Ost und West je 13 m². Sein Dachüberstand bringt im Winter keinen Nachteil, im Hochsommer aber eine gewisse Abschattung der obersten Fenster.

Würde man es anders herum auf das Grundstück bauen, würde sein Heizwärmebedarf um bis zu 40 Prozent zunehmen, weil die solaren Wärmegewinne dann um bis zu ein Drittel zurückgehen.

Ausrichtung nach

gesamter Heizwärmebedarf

darin solare Gewinne

Süd

12,6

18,9

West/Ost

17,0

14,2

Nord

17,4

13,8

Dieser Einfluss gilt bei konsequent  südorientierte Passivhausbauweise, wie hier realisiert. Hat ein Haus keine klare Südorientierung der Fenster oder einen niedrigen energetischen Standard, ist der Effekt geringer, weil dann die solare Wärmgewinne ohnehin nur einen kleineren Deckungsanteil am Heizwärmebedarf stellen.

Dass bei diesem Haus die solaren Wärmegewinne bei Südausrichtung höher sind als der gesamte Heizwärmebedarf, kann irritieren, ist aber korrekt. Der Heizwärmebedarf ergibt sich im Fall der Südausrichtung bei Berechnung mit PHPP wie folgt:

Transmissionsverluste

31,9 kWh/m²*a

+ Lüftungswärmeverluste

7,7 kWh/m²*a

- solare Gewinne

18,9 kWh/m²*a

- innere Gewinne

-8,1 kWh/m²*a

= Heizwärmebedarf

12,6 kWh/m²*a