Bestimmung von Tageslichtverhältnissen
Vereinfachte Berechnung des Sonnenhöhenwinkels
Das Tageslicht ist zu jeder Tages- und Jahreszeit Schwankungen unterworfen. Für eine Planung mit Tageslicht im Gebäudeentwurf werden aus diesem Grund im Wesentlichen die ermittelten maximalen oder minimalen Werte zugrunde gelegt. Für die Bestimmung der Lichtverhältnisse ist zunächst die Ausrichtung der Fassaden zu den Himmelsrichtungen zu ermitteln und die Nähe und Höhe der angrenzenden Bebauung, die zur Verschattung des Gebäudes beitragen könnte, zu analysieren.
Der Sonneneinstrahlungswinkel wiederum gibt Aufschluss darüber, wie hoch die Sonne zu einer bestimmten Zeit über dem Horizont steht und wie schräg die Strahlung dann auf die Fassade auftrifft und durch die Fensterflächen in Raumtiefe scheint. Um ihn zu bestimmen, wird zunächst der Breitengrad des jeweiligen Ortes benötigt. Hinzu bedarf es der Kenntnis, dass die Erdachse zur Ebene der Erdumlaufbahn um die Sonne um 23,5 Grad geneigt ist. Dadurch ergeben sich im Verlauf eines Jahres vier wesentliche Jahresabschnitte und Sonnenstände, die sich mit den oben genannten Angaben nach einem vereinfachten Verfahren rechnerisch bestimmen lassen.
Als Beispiel sei die Stadt Köln genannt; sie liegt auf dem 51. Breitengrad nördlicher Breite. Der höchste Stand der Sonne wird hier im Verlauf eines Jahres am längsten Tag, dem 21. Juni, mittags um 12 Uhr erreicht, der niedrigste Sonnenstand am kürzesten Tag, dem 21. Dezember um 12 Uhr. An diesen Tagen beträgt die Sonnendeklination entweder +23,5° am längsten Tag oder -23,5° am kürzesten Tag. Am 21. Juni werden demzufolge zum Breitengrad 23,5° addiert, am 21. Dezember 23,5° subtrahiert. Während der Tag- und Nachtgleiche, am 21. März oder am 23. September, steht die Sonne sowohl im Frühjahr als auch im Herbst in gleichem Winkel über dem Horizont und die Sonnendeklination beträgt 0. Das heißt, die Sonne steht an diesen Tagen senkrecht über dem Äquator.
Errechnet werden die Sonnenhöhenwinkel also wie folgt:
- Sonnenstand 21. Juni, 12.00 Uhr: 90° + 23,5° - 51° =
62,5°
- Sonnenstand 21. Dezember, 12.00 Uhr: 90° - 23,5° - 51° = 15,5°
- Sonnenstand 21. März oder 23. September, 12.00 Uhr: 90° - 51° =
39°
