Foto: FuehlerSystme
Werfen wir doch einfach mal den Begriff Globalstrahlung ins Rennen und vergleichen die Auswirkungen mit denen der Helligkeitsmessung. Denn genau diese benutzen wir zum steuern des Sonnenschutzes im Smart Home Bereich. 30 kLux setzen wir mit dem Befehl Sonnenschutz runter gleich, den viel Helligkeit bedeutet ja auch viel solaren Eintrag. Das ist sicherlich richtig, ab er nur die Hälfte der Wahrheit. Denn wann lassen wir den Sonnenschutz wieder hochfahren? Richtig, bei einem niedrigeren Helligkeitswert. Aber wo genau ist diese Schwelle zum rauffahren? Und gibt es z. B. dann keinen solaren Eintrag mehr? Kommt drauf, würde Radio Eriwan sagen, denn ohne Messung wissen wir es nicht so genau. Was können wir also tun, um den richtigen Schwellwert einzustellen?
Foto: Rademacher
Foto: Olaf Vögele
Foto: Olaf Vögele
Großer Bruder Gebäudeautomation
Bewegen wir uns in den Bereich der Großobjekte bei deren energetischen Berechnungen in der Planung mittlerweile (erfreulicherweise) auch der Sonnenschutz mit eingerechnet wird, um vor allem die Kühllasten im Gebäude durch Reduzierung der solaren Einträge zu senken, so finden wir hier als Sensortechnik sogenannte Pyranometer (von griechisch πûρ pyr „Feuer“ und οúρανός ouranós „Himmel“). Einfach gesagt ein Messgerät für die eintreffende globale Sonneneinstrahlung, die in Watt pro Quadratmeter (W/m2) mit einem Sichtfeld von 180 Grad gemessen wird. Das bedeutet hier wird der tatsächliche Wert der ankommenden Globalstrahlung am Gebäude ohne Berücksichtigung der tatsächlichen Helligkeitswerte gemessen.
Diffuse Betrachtungsweise
Unterscheiden müssen wir eigentlich zwischen der direkten Globalstrahlung, welche bei blauem Himmel (70 kLux Helligkeit) ohne Umwege durch eine saubere und trockene Atmosphäre zu unserem Fenster gelangt, und der diffusen Strahlung, die durch Wassertröpfchen (Regen) oder Staubteilen (z. B. Saharasand) oder durch Wolken gestreut wird und dadurch weniger intensiv am Fenster ankommt. Bewölkte Tage erzeugen deshalb weniger Globalstrahlung, als an einem hellen Sommertag. Und genau hier liegt das Problem für die Einstellung der Schwellwerte, wann ein Sonnenschutz runterfahren soll, um die solaren Einträge zu verhindern. Bei Gebäudeautomationen wird in der Regel ein Schwellwert von 200 W/m2 um eine Aufheizung zu verhindern.
In der Praxis kann das z. B. einen Helligkeitswert 15 kLux bedeuten, also einen Schwellwert, bei dem bei vielen Steuerungen schon die Wolkenuntergrenze eingestellt ist, weil man subjektiv als zu dunkel für den abgefahrenen Sonnenschutz wahrnimmt. Und genau hier liegt das eigentliche Problem in der Sache. Helligkeit ist eine subjektive Wahrnehmung. Natürlich nicht bei strahlend blauen Himmel, hier bedeutet natürlich viel Helligkeit auch viel Globalstrahlung. Schwierig wird die Einschätzung wenn es in den Bereich diffuses Licht geht, dass jeder Mensch unterschiedlich wahrnimmt. Was als bedeckt und Schattig wahrgenommen wird, bedeutet trotzdem sehr oft einen Wert von > 200 W/m2 Globalstrahlung, und damit eine unweigerliche Aufheizung des Gebäudes, obwohl die Sonne nicht zu sehen ist. Da stellt sich doch die Frage, messen wir in der falschen Einheit, und sollten wir etwas ändern?
Die Globalstrahlung
Die Globalstrahlung bezeichnet man als Summe aus direkter Solarstrahlung und Diffusstrahlung, welche horizontal auf der Erdoberfläche auftritt. Die Sonne strahlt dabei immer mit nahezu gleicher Kraft. Die ankommende Sonnenstrahlung an der Atmosphäre nennt man deshalb auch Solarkonstante, die ca. 1368 W/m² beträgt. Da der Großteil der Empfangsfläche der Erde durch die Neigung der Erdachse nicht senkrecht zur Sonne liegt, verteilt sich die Strahlung auf einer immer größeren Fläche in Richtung der Pole. Demzufolge kommt auf der Erdoberfläche entsprechend weniger Direktstrahlung an. Die einfache Formel lautet: Je niedriger der Sonnenstand, desto weniger Direktstrahlung. Da im Sommer die Sonne am höchsten steht, ist dementsprechend ist die Globalstrahlung am stärksten. Die Jahressumme (8760 Stunden/Jahr) der Globalstrahlung kann mit einer einfachen Formel aus den Messwerten berechnet werden. Um die gesamte Jahressumme zu berechnen wird die mittlere Globalstrahlung am Standort mit 8760 multipliziert und dann durch 1000 geteilt, um Watt in Kilowatt umzurechnen. Setzen wir eine durchschnittliche Einstrahlung in Deutschland von 133,67 W/m² (Stand 2020) an, so ergeben sich 133,67 W/m² × 8760 Stunden/1000 = 1171 kWh/m²/a.
