Gutachten Berechnung der Verschattung durch die geplante ... · Masterplan Mitte Altona für das...
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Umweltmeteorologische Beratung Dr. Klaus Bigalke
Jappopweg 9h 25421 Pinneberg Tel. 04101 / 693856 Fax 04101 / 693857
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Gutachten
Berechnung der Verschattung durch die
geplante Bebauung im Bereich des
Bebauungsplangebietes „Altona-Nord 26“
(Mitte Altona 1. Bauabschnitt)“
Auftraggeber:
Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt
Amt für Landes- und Landschaftsplanung
Neuenfelder Straße 19
21109 Hamburg
Pinneberg, den 29. August 2013
Version 1.0
Verschattung B-Plangebiet „Altona-Nord 26“
Umweltmeteorologische Beratung
Dr. K. Bigalke
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Inhaltsverzeichnis
1. Aufgabenstellung ................................................................................................................ 2
2. Methodik und Untersuchungsumfang .................................................................................. 5
3. Bewertungsmaßstäbe ......................................................................................................... 7
4. Eingangsdaten der Modellrechnungen ................................................................................ 8
5. Berechnungsergebnisse .................................................................................................... 14
5.1. Sonnenstunden am Stichtag 17. Januar ..................................................................... 14
5.1. Sonnenstunden am Stichtag 21. März ........................................................................ 23
6. Bewertung ......................................................................................................................... 33
Literatur .................................................................................................................................... 35
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1. Aufgabenstellung
In Altona stehen nach der Aufgabe von Betriebsflächen durch die Deutsche Bahn AG große
zusammenhängende Flächen zur städtebaulichen Entwicklung zur Verfügung. Die Freie und
Hansestadt Hamburg hat hierzu einen Planungsprozess eingeleitet. Das neue Stadtquartier
trägt die Bezeichnung „Mitte Altona“.
Etwa die Hälfte der insgesamt ca. 26 ha großen potentiellen Entwicklungsfläche stehen für eine
vorgezogene Entwicklung zur Verfügung. Hierfür befindet sich der Bebauungsplan „Altona
Nord 26“ in Vorbereitung. In der Abbildung 1 ist in einem Luftbild das Plangebiet rot markiert. Es
handelt sich im Wesentlichen um das Gebiet zwischen der Harkortstraße und den bestehenden
Gleisanlagen der Deutschen Bahn AG. Zusätzlich ist das Areal der Theodor-Haubach-Schule
zwischen Vereinsweg, Haubachstraße und Holsten-Brauerei im Plangebiet enthalten.
Abbildung 1: Luftbild des Bebauungsplangebiets „Altona-Nord 26“ mit rot umrandeten
Gebietsgrenzen (Quelle: GoogleEarth).
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Neben den Schulgebäuden befinden sich im Plangebiet mehrere unter Denkmalschutz
stehende Bauwerke. Hierzu zählen der alte Güterbahnhof, die so genannte „Kleiderkasse“
sowie der Wasserturm. Diese bleiben nach den Planungen weitgehend erhalten.
Der Bebauungsplan sieht strukturell zwei Quartiere vor, die durch einen ca. 2,5 ha großen Park
voneinander getrennt sind (Abbildung 2). Im nördlichen Quartier wird ein Allgemeines
Wohngebiet ausgewiesen. Die sieben Wohnblöcke dieses Quartiers werden fünf bis sieben
Geschosse erhalten. Angrenzend an Park und Harkortstraße sind im südlichen Quartier drei
Wohnblöcke mit ebenfalls fünf bis sieben Geschossen sowie ein Schulgebäude vorgesehen.
Der südliche Bereich wird als Mischgebiet ausgewiesen. In die Bestandsgebäude des
Güterbahnhofs werden sechs achtgeschossige Neubauten zur überwiegend wohnlichen
Nutzung integriert.
Entlang der Harkortstraße grenzt überwiegend vier- bis sechsgeschossige Wohnbebauung an
das Plangebiet, im nördlichen Straßenabschnitt teilweise auch Betriebsgebäude der Holsten-
Brauerei. Nach Westen und Norden schließen sich derzeit nur die Gleisanlagen an das
Plangebiet an. Nach dem Masterplan sind allerdings zukünftig dort zwei weitere Quartiere
vorgesehen. Diese werden im Rahmen der vorliegenden Untersuchung zum B-Plan „Altona
Nord 26“ noch nicht berücksichtigt, weil die Freigabe der Flächen noch von Überlegungen der
Deutschen Bahn AG zur Verlegung des Fernbahnhofs Altona abhängt.
Die neue Bebauung überragt mit bis zu acht Geschossen die östlich angrenzende
Bestandsbebauung. Sie wird überdies gebietsweise bis auf Entfernung von weniger als 30 m an
bestehende Wohnbebauung heranrücken, die bisher gegenüber freiem Bahngelände lag.
Zwischen den neuen Wohnblöcken werden mit etwa 20 m noch einmal geringere Abstände
eingehalten werden.
Aufgrund ihrer Höhe, Ausdehnung und Entfernung werden die Neubauten abhängig von
Jahres- und Tageszeit die angrenzenden Bestandsgebäude und Grundstücke abschatten. Auch
innerhalb des Plangebietes wird es zwischen der Neubebauung zu gegenseitiger Abschattung
kommen.
Mit dem vorliegenden Gutachten soll abgeschätzt werden, in welchem Maße und in welcher
räumlichen Differenzierung die Neubauten zu einer Verschattung der angrenzenden
Wohnbebauung sowie zu gegenseitiger Verschattung führen werden. Grundlage der
Untersuchung und Bewertung ist ein 3-D-Gebäudemodell, dessen Höhenstaffelung dem
Masterplan Mitte Altona für das Bebauungsplangebiet entspricht. Als Bewertungsmaßstab kann
die DIN 5034-1 „Tageslicht in Innenräumen“ [1] herangezogen werden.
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Abbildung 2: Bebauungsplanentwurf „Altona-Nord 26“.
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2. Methodik und Untersuchungsumfang
Die Sonneneinstrahlung wird nach unterschiedlichen Strahlungsanteilen unterschieden. Die
Summe aller auf einer Empfangsfläche (hier: Erdoberfläche oder Hausfassaden der Umgebung)
eintreffenden kurzwelligen Strahlungsflüsse wird als Globalstrahlung bezeichnet. Diese setzt
sich aus der direkt von der Sonne kommenden Direkteinstrahlung (am scharfen Schatten
erkennbar) und der ungerichteten Diffusstrahlung zusammen, die aus der Streuung des
Sonnenlichts in der Atmosphäre resultiert. Die Diffusstrahlung ist nicht gleichmäßig über den
Himmel verteilt, sondern weist Intensitätsmaxima in der Sonnenumgebung und dem Zenit auf.
Sie wird daher nach isotropen und anisotropen Anteilen unterschieden. Die vom Erdboden,
Horizonteinschränkungen oder anderen Hindernissen reflektierte Globalstrahlung kann je nach
vertikalem Neigungswinkel einer Empfangsfläche einen nicht vernachlässigbaren Anteil an der
gesamten empfangenen Globalstrahlung ausmachen. Die reflektierte Globalstrahlung ist
einerseits von dem Reflektionsvermögen der Oberflächen („Albedo“) abhängig, andererseits
aber auch von der Stärke der dort auftreffenden Globalstrahlung – somit also dem höchst
komplexen Wechselspiel gegenseitiger Verschattung und Vielfachreflektion.
Die Berechnung der Einstrahlungsverhältnisse im und in der Umgebung des Plangebietes
„Altona Nord 26“ erfolgt mit dem Simulationsmodell METSUN in der Version 3.5. Dieses Modell
ist eine programmtechnische Eigenentwicklung und beruht auf frei zugänglichen,
veröffentlichten Berechnungsansätzen [2], [3], [4], [5] und Richtlinien [6], [7].
Verifikationsrechnungen mit METSUN wurden in [8] veröffentlicht. Das Modell entspricht mit
den implementierten Berechnungsansätzen dem heutigen technischen Stand.
METSUN berechnet kurzwellige Strahlungsflüsse auf beliebig orientierte Flächen unter
Berücksichtigung von Verschattungen sowohl durch Orographie als auch durch andere
Hindernisse, wie z. B. Gebäude oder Bäume. Dabei wird nach direkter, diffuser (isotrope und
anisotrope) und reflektierter Strahlung unterschieden. Zusätzlich steht als Berechnungsergebnis
der prozentuale Anteil der Verschattungsstunden an den astronomisch möglichen
Sonnenstunden zur Verfügung.
Die Strahlungsberechnung erfolgt für diskrete Empfangspunkte auf Empfangsflächen. Die
Anzahl und Größe von ebenen Empfangsflächen und deren Orientierung im Raum ist frei
wählbar, ebenso die räumliche Auflösung dieser Flächen in Empfangspunkte. Abschattende
Objekte sind immer als ebene Drei- oder Vierecke beliebiger Lage im Raum definiert.
Räumliche Objekte werden durch eine beliebige Anzahl von Objektoberflächen angenähert.
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Das Modell kann entweder die astronomisch möglichen Strahlungsflüsse, ggf. unter
Berücksichtigung einer vorgegebenen Zeitreihe der Bewölkungsverhältnisse, oder die realen
Strahlungsflüsse unter Vorgabe einer gemessenen Zeitreihe der Globalstrahlung berechnen.
Bei Vorgabe einer gemessenen Jahreszeitreihe der Globalstrahlung lassen sich zwar die
einzelnen Strahlungsflüsse unter dem Verschattungseinfluss recht genau berechnen. Sie gelten
aber nur für das betrachtete Jahr und lassen sich nicht ohne weiteres auf die mittleren
Verhältnisse zukünftiger Jahre übertragen. Zudem kann die räumliche Übertragung der
Messdaten von einer möglicherweise weit entfernt gelegenen Messstation mit erheblichen
Fehlern verbunden sein.
Im Rahmen dieses Gutachtens werden die maximalen, astronomisch möglichen
Strahlungsflüsse bei ganzjährig unbewölktem Himmel betrachtet. Diese Vorgehensweise
ermöglicht die Berechnung der maximal möglichen Strahlungsverluste durch Verschattung, die
sich nach Jahres- und Tageszeit unterschiedlich darstellen kann. Die realen Strahlungsverluste
können sowohl im Mittel als auch zu jedem Zeitpunkt geringer ausfallen.
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3. Bewertungsmaßstäbe
Hinsichtlich der für ein gesundes Wohnen und Arbeiten notwendigen solaren Einstrahlung,
Anzahl an Sonnenstunden oder Helligkeit existieren keine gesetzlichen Regelungen. Allerdings
definiert die DIN-Norm 5034-1 [1] Anforderungen an die Belichtung von Innenräumen mit
Tageslicht. Nach deren Abschnitt 4.4 trägt „eine ausreichende Besonnung [von Wohnräumen]
zur Gesundheit und zum Wohlbefinden bei“. Um diese sicherzustellen werden zwei Kriterien
definiert:
Die mögliche Besonnungsdauer soll in mindestens einem Aufenthaltsraum einer Wohnung
zur Tag- und Nachtgleiche (21. März bzw. 23. September) mindestens 4 Stunden und
am 17. Januar mindestens 1 Stunde betragen.
Diese Anforderungen gelten für die Fenstermitte in Fassadenebene. Die von Jahr zu Jahr
unterschiedlichen meteorologischen Verhältnisse an diesen Tagen spielen keine Rolle, so dass
nur die astronomisch mögliche Besonnungsdauer zu bewerten ist.
Die Anforderungen der DIN 5034-1 sind zwar wichtige Mindestanforderungen, können aber in
der Realität besonders in Innenstädten häufig nicht eingehalten werden. Als Beispiele seien in
Erdgeschosswohnungen in der Innenstadt oder komplett nach Nordwest bis Nordost
ausgerichtete Wohnungen genannt. Dennoch sollte im Planungsprozess angestrebt werden,
diesen Kriterien durch geeignete Gebäudegeometrie möglichst nahe zu kommen.
Hilfreich kann insbesondere in solchen Fällen, in denen die Mindestbesonnung aufgrund
äußerer Umstände nicht realisierbar ist, eine ergänzende Beurteilung anhand anderer Größen
wie der Globalstrahlung (als Maß für die Helligkeit) oder anhand des relativen Vergleichs von
Globalstrahlung oder Verschattung zwischen Ist- und Planzustand sein.
Im Rahmen dieses Gutachtens werden die DIN-Anforderungen an die Besonnungsdauer zu
den Stichtagen 17. Januar und 21. März als Maßstäbe zur Bewertung herangezogen.
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4. Eingangsdaten der Modellrechnungen
Die Eingangsdaten für die Modellrechnungen wurden auf Basis des vom Auftraggeber
bereitgestellten dreidimensionalen städtebaulichen Modells für die Umgebung des Plangebietes
und die geplante neue Bebauung erstellt. Die Höhenstaffelung des Gebäudemodell entspricht
dem Masterplan „Mitte Altona“. Die Daten liegen im dxf-Format getrennt nach Bestand und
Planbebauung „Altona Nord 26“ vor und wurden in das modellspezifische Datenformat von
METSUN konvertiert. Die nach dem Masterplan vorgesehenen weiteren Quartiere westlich des
Plangebiets sind, wie eingangs bereits erläutert, in dem Modell noch nicht enthalten.
In der Abbildung 3 ist ein Ausschnitt aus dem Gebäudemodell als schräge Aufsicht mit
Blickrichtung Nord dargestellt. Das Plangebiet „Altona Nord 26“ ist darin rot umrandet. Die
große unbebaute Fläche westlich davon ist das derzeitige Betriebsgelände der Deutschen
Bahn AG, das ggf. später für die weitere Entwicklung der „Mitte Altona“ zur Verfügung steht.
Im Norden ist im dargestellten Ausschnitt noch die Bebauung entlang der Stresemannstraße
enthalten. Die großen Hallen nordöstlich des Plangebiets sind Betriebsanlagen der Holsten-
Brauerei. Zwischen ihnen und dem Plangebiet zieht sich entlang der Harkortstraße eine Reihe
Wohngebäude. Nach Südosten schließt sich Wohnbebauung an, die in Blöcken strukturiert ist
und relativ einheitliche Höhen von vier bis sechs Geschossen aufweist.
Im südlichen Plangebiet sind die Hallen des Alten Güterbahnhofs zu erkennen. Diese genießen
ebenso wie die „Kleiderkasse“ in der Mitte des Plangebietes Bestandsschutz. Die geplante
neue Bebauung ist in der Abbildung 3 blau schraffiert. Im Süden werden sechs
achtgeschossige Neubauten in den Alten Güterbahnhof integriert. In der Abbildung ist auch zu
erkennen, wie die geplanten Wohnblöcke in ihrer Geschossigkeit strukturiert sind.
Das Plangebiet ist mit seinen Bestandsbauten und der Neubauten komplett im Gebäudemodell
enthalten. Allerdings endet das Modell südlich des Plangebietes. Dadurch können einige der
außerhalb liegenden Gebäude in ihrer abschattenden Wirkung auf das südliche Plangebiet
nicht berücksichtigt werden. Dort befinden sich jedoch keine hohen Gebäude, die weit in das
Plangebiet abschatten könnten. Für die Bewertung der Ergebnisse ist das Fehlen dieser
Gebäude deshalb von untergeordneter Bedeutung. Insbesondere sind nur relativ kleine Flächen
mit unter Denkmalschutz stehender Bestandbebauung betroffen.
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Abbildung 3: 3d-Modell der bestehenden und geplanten Gebäude in der Umgebung des
Bebauungsplangebietes „Altona-Nord 26“. Das Plangebiet ist rot skizziert. Die
blaue Schraffur markiert die Neubebauung innerhalb des Plangebietes mit einer
Höhenstaffelung gemäß dem Masterplan.
Entlang der Harkortstraße und anderer Straßen sowie in Innenhöfen findet sich Baumbestand,
der überwiegend aus Laubbäumen besteht und meist nicht höher als die Bebauung ist.
Innerhalb des Plangebietes wird es im zentralen Park, aber auch entlang der Wege und
Innenhöfe zu Baumanpflanzungen kommen. Bäume sind jedoch in dem städtebaulichen Modell
nicht enthalten.
Grundsätzlich lässt sich mit dem Strahlungsmodell METSUN auch die Verschattung durch
Bäume näherungsweise berechnen, auch unter Berücksichtigung von jahreszeitlich
unterschiedlicher Belaubung. Die Schwierigkeit liegt aber in der realitätsnahen Erfassung der
tatsächlichen Baumstrukturen. Aus diesem Grunde wird auf die Darstellung der Bäume im
Modell vollständig verzichtet und ausschließlich Verschattung durch Gebäude betrachtet. In die
Modellrechnungen gehen folglich nur die in der Abbildung 3 dargestellten Gebäudestrukturen
aus Bestand und Planung ein.
Da die Berechnungen ohne Berücksichtigung von Wolken erfolgen, ergibt sich die maximal
mögliche Verschattung der astronomisch maximal möglichen Einstrahlung durch Bestand und
neue Bebauung. Die Berechnung ist insofern konservativ als der maximal mögliche Einfluss der
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Bebauung auf die Besonnung in der Umgebung betrachtet wird. In der Realität ist die
Einstrahlung häufig bereits durch Wolken (oder Bäume) reduziert, so dass die Bebauung unter
solchen Bedingungen nur noch bedingt zu einer zusätzlichen Verschattung beiträgt.
Das geplante mittlere Geländeniveau des Plangebietes „Altona 26“ wird nach dem vom
Auftraggeber zur Verfügung gestellten aktuellen „Lageplan Entwässerung“ etwa zwischen 20
und 21 m über NN liegen. Der zentral gelegene Park wird ungefähr diesem Höhenniveau
entsprechen. Nach Norden hin fällt das Gelände leicht bis auf 19 m NN ab, nach Süden steigt
es bis rund 22 m NN an. Abschattungseffekte durch dieses leicht geneigte Gelände spielen
aufgrund der geringen Höhendifferenzen (Steigungswinkel << 1°) keine Rolle. Die Rechnungen
erfolgen deshalb ohne Geländemodell. Die Bestands- und Plangebäude gehen jedoch mit ihren
Höhen über NN in die Rechnungen ein, so dass in der gegenseitigen Verschattung die geringen
Höhendifferenzen des Geländes indirekt doch berücksichtigt werden.
Das Modell METSUN berechnet die solare Einstrahlung auf vorab definierte Empfangsflächen,
die beliebig im Raum orientiert sein können, jedoch immer eben sein müssen. Wegen limitierter
Rechenkapazitäten und aus Gründen der Darstellungsmöglichkeiten ist es sinnvoll, sich auf
eine Auswahl repräsentativer Empfangsflächen zu beschränken, die wie folgt definiert wurden.
1. Horizontale Empfangsflächen
Die Berechnungen erfolgen für vier horizontale Flächen unterschiedlicher Höhen über NN. Da
das Gelände von Süden nach Norden leicht abfällt, repräsentieren diese Flächen je nach Lage
im Plangebiet unterschiedliche Höhen über Gelände bzw. unterschiedliche Geschosse. In der
Tabelle 1 sind die Höhenbezüge aller horizontalen Empfangsflächen zusammengestellt. Dabei
sind je Obergeschoss 3 m Höhe und für das Erdgeschoss 4 m Höhe zugrunde gelegt worden.
Die horizontalen Empfangsflächen decken ein Gebiet mit den Gauß-Krüger-Koordinaten
GK Rechtswert: 3 562 082 – 3 562 540
GK Hochwert: 5 936 534 – 5 937 234
ab. Mit einer Ausdehnung von 458 m x 700 m reichen sie über das Plangebiet hinaus bis in
solche Bereiche der Umgebung, die nennenswert von einer möglichen Verschattung durch die
bis zu achtgeschossigen Neubauten betroffen sein können. Auf diesen vier Flächen wird von
METSUN die einfallende Strahlung an diskreten Punkten in einem Rasterabstand von 1 m
berechnet, also an rund 1,3 Mio. Punkten.
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Plangebiet Süd Plangebiet Mitte Plangebiet Nord
No. Höhe
[m NN]
ca. Höhe
[m GOK]
ca.
Geschoss
ca. Höhe
[m GOK]
ca.
Geschoss
ca. Höhe
[m GOK]
ca.
Geschoss
1 23,5 1,5 EG 3,0 EG 4,5 1. OG
2 26,5 4,5 1. OG 6,0 1. OG 7,5 2. OG
3 29,5 7,5 2. OG 9,0 2. OG 10,5 3. OG
4 32,5 10,5 3. OG 12,0 3. OG 13,5 4. OG
Tabelle 1 Höhe der horizontalen Empfangsflächen und näherungsweise repräsentierte
Geschosshöhen je nach Lage im Plangebiet.
2. Vertikale Empfangsflächen (Hausfassaden)
In Abstimmung mit dem Auftraggeber wurden sechs repräsentative Hausfassaden ausgewählt,
auf denen die Einstrahlung einzeln berechnet und dargestellt wird. In der Tabelle 2 sind die
ausgewählten Fassaden in ihrer Lage und Ausdehnung zusammengestellt. Außerdem sind sie
in den Ergebnisabbildungen der Horizontalflächen ab Abbildung 4 durch weiße Linien markiert.
Die Abbildung 4 enthält zusätzlich die Nummern der Fassaden.
Bei der ersten Fassade handelt es sich um zwei Wohngebäude im nördlichen Abschnitt der
Harkortstraße vor dem Gelände der Holsten-Brauerei. Bisher wird diese Fassade, außer durch
Straßenbäume, nicht verschattet. Zukünftig wird auf der anderen Straßenseite ein hoher
Wohnkomplex stehen. Hier lässt sich der maximale Einfluss der Planung auf den Bestand
abschätzen.
Die zweite Fassade ist nach Südsüdwest orientiert und liegt nördlich des Parks am östlichen
Wohnblock. Sie repräsentiert eine fast optimal besonnte Fassade innerhalb der neuen
Bebauung.
Die dritte und die vierte Fassade gehören zu den nördlich an den Park angrenzenden
Wohnbauten. Beide Fassaden sind im gleichen Winkel nach Westnordwest orientiert. Sie
unterscheiden sich darin, dass Fassade Nr. 3 im Innenhof, Nr. 4 dagegen an der Außenseite
eines Wohnblocks liegt. Insbesondere wird die Innenhoffassade nach Süden von dem um zwei
Geschosse höheren Südflügel abgeschattet.
Hinsichtlich der Himmelsrichtung sind die fünfte und sechste Fassade günstiger nach
Südsüdwest ausgerichtet. Beide gehören zu dem südlich an den Park und an die Harkortstraße
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angrenzenden Wohnblock. Fassade Nr. 5 ist zum relativ weiten Innenhof orientiert. Dagegen
liegt die sechste Fassade zwar außen, allerdings mit geringem Abstand zum südlich
benachbarten Wohnblock.
Alle Fassadenabschnitte werden in einer räumlichen Auflösung von 0,25 m x 0,25 m berechnet.
Die Breiten liegen zwischen 24 m und 32 m. Die angenommenen Fassadenhöhe orientieren
sich an der Anzahl Geschosse, wobei je Geschoss 3 m, für das Erdgeschoss 4 m Höhe
angenommen wird. Insgesamt umfassen die Fassadenabschnitte mit diesen Maßen und der
räumlichen Auflösung noch einmal 56.000 Berechnungspunkte.
No. Lage Breite Höhe
1 Wohngebäude Harkortstraße, nördl. Abschnitt vor Brauerei 32 m 16 m
2 Neubau nördliches Quartier; Außenfassade Südflügel 32 m 22 m
3 Neubau nördliches Quartier; Innenfassade Ostflügel 24 m 16 m
4 Neubau nördliches Quartier; Außenfassade Westflügel 27 m 19 m
5 Neubau südliches Quartier; Innenfassade Nordflügel 32 m 22 m
6 Neubau südliches Quartier; Außenfassade Südflügel 32 m 19 m
Tabelle 2: Im Modell definierte Empfangsflächen (Hausfassaden).
Als abschattende Objekte werden in den Modellrechnungen über die Gebäude der Abbildung 3
hinaus auch alle Gebäude einer größeren Umgebung berücksichtigt, unabhängig davon, ob sie
an einem bestimmten Punkt der Empfangsfläche zur Verschattung beitragen können oder nicht.
Wie oben bereits erläutert endet das zur Verfügung gestellte städtebauliche Modell südlich des
Plangebiets. Verschattung durch Gebäude entlang der Julius-Leber-Straße gehen nicht in die
Berechnungen ein. Da hier und auch weiter südlich keine wesentlich höheren Gebäude als die
an das Plangebiet angrenzenden Wohngebäude stehen, ist der dadurch entstehende Fehler in
den Berechnungen gering und wirkt sich auch nur auf den Südrand des Berechnungsgebietes
aus.
Insgesamt wird im Modell im Planzustand die verschattende Wirkung von 93.811 Oberflächen
berücksichtigt.
Die Strahlungsberechnungen werden in einer zeitlichen Auflösung von 5 Minuten durchgeführt.
Die Berechnung der Abschattung erfolgt in diskreten Raumwinkelelementen. Hierzu wird die
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Himmelshalbkugel in jeweils 540 Azimut- und Zenitsegmente aufgeteilt; die horizontale
Auflösung beträgt somit 0,66°, die vertikale 0,33°.
Als geographischer Bezugspunkt für die Berechnung des Sonnengangs wird eine östliche
Länge von 09°56’20‘‘ und eine nördliche Breite von 53°33’40‘‘ verwendet. Monatliche
Mittelwerte für den Trübungsgrad der Atmosphäre (Linke-Trübungsfakturen) werden nach [9]
gesetzt.
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5. Berechnungsergebnisse
5.1. Sonnenstunden am Stichtag 17. Januar
Die Abbildungen 4 bis 8 zeigen die Anzahl der astronomisch möglichen Sonnenstunden wie sie
für den 17. Januar bodennah und in mehreren Höhen über Grund bis maximal zum
4. Obergeschoss (je nach Lage im Plangebiet) berechnet werden.
Ohne Verschattung durch Gebäude, Bäume oder Wolken sind am 17. Januar gut 8 Stunden
Sonnenschein möglich. Diese 8 Stunden werden westlich des Plangebietes, außerhalb der
Verschattung durch die Plangebäude, lokal erreicht.
Da die Sonne im Südosten auf- und im Südwesten untergeht, können Gebäudefassaden mit
Nordwest- bis Nordostausrichtung überhaupt keine direkte Sonneneinstrahlung erhalten, was in
den Abbildungen, unabhängig von der Höhe, deutlich an allen entsprechend orientierten
Gebäuden an den dunkelblauen Farbflächen (Sonnenscheindauer 0 bis 1 Std.) erkennbar ist.
Die von Südost bis Südwest orientierten Fassaden können dagegen in den Genuss von bis zu 8
Sonnenstunden kommen, sofern keine Nachbargebäude abschatten. Bei der dichten
innerstädtischen Bebauung ist das aber praktisch nirgends der Fall.
Im Bestand gibt es nur wenige Fassaden, die im Niveau von Erdgeschoss bis 1. OG (Abb. 4 u.
5) mehr als 1 Sonnenstunde am 17. Januar erhalten, so z.B. in der günstig ausgerichteten
Gerichtstraße oder am Alten Güterbahnhof. Das ist bereits im jetzigen Zustand abseits des
Plangebiets so gegeben. Die von der Planung am ehesten betroffenen Fassaden entlang der
Harkortstraße werden zwar zukünftig in den Abendstunden etwas durch die Neubauten
verschattet, können aber aufgrund ihrer Ausrichtung am 17. Januar ohnehin kaum mehr als 1-
2 Stunden Sonne erhalten. Dies kann auch aus dem Vergleich mit dem ähnlich orientierten
westlichsten Gebäude im Nordquartier, das nicht verschattet wird, abgelesen werden.
Innerhalb der Planbebauung wird im EG bis 1. OG entlang der näherungsweise Süd-Nord
ausgerichteten Fassaden mehr als 1 Stunde Besonnung erreicht. Mit 5 bis 8 Stunden
Besonnung sind die nach Süden orientierten Fassaden direkt nördlich des Parks besonders
bevorzugt. An fast allen anderen Fassaden im Plangebiet wird aufgrund der
Bebauungsabstände und Bauhöhen eine Mindestbesonnung von 1 Stunde nicht erreicht.
Insbesondere in den Innenhöfen der geplanten Wohngebäude gibt es keine Fassade, die
wenigstens 1 Stunde Besonnung erhält.
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Abbildung 4: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar in einer Höhe
von ca. 3 m über mittlerem Bodenniveau (ca. EG bis 1.OG).
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Abbildung 5: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar in einer Höhe
von ca. 6 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 1.OG bis 2.OG).
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Abbildung 6: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar in einer Höhe
von ca. 9 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 2.OG bis 3.OG).
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Abbildung 7: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar in einer Höhe
von ca. 12 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 3.OG bis 4.OG).
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Mit zunehmender Höhe wird die Besonnungsdauer länger. Im 2. bis 4. OG (Abb. 6 und 7)
erhalten in der Bestandsbebauung, von wenigen Ausnahmen abgesehen, nur noch die nördlich
orientierten Fassaden weniger als 1 Stunde Sonne. Dagegen ist die Situation bei den geplanten
Gebäuden wegen der größeren Gebäudehöhen vor allem in den Innenhöfen erheblich
ungünstiger. Die meisten Fassaden in den Innenhöfen erhalten selbst in diesen Höhen weniger
als 1 Stunde Sonne. Nur in den weiter geschnittenen Höfen werden an den südlich orientierten
Fassaden punktuell bis zu 5 Sonnenstunden erreicht.
Das erste Kriterium der DIN 5034-1, nach dem in jeder Wohnung in mindestens einem Raum
am 17. Januar eine Besonnungsdauer von 1 Stunde erreicht werden soll, wird demnach sowohl
im Bestand als auch im Plangebiet überwiegend nicht eingehalten.
In den Abbildungen 8 bis 13 sind die Sonnenstunden auf den sechs Referenzfassaden in der
Hartkortstraße, an zwei Plangebäuden nördlich und einem Plangebäude südlich des Parks
dargestellt. Die Lage dieser sechs Fassaden ist in den Abbildungen 4 bis 7 für die horizontalen
Berechnungsebenen mit weißen Linien auf den Gebäuden markiert.
Die Fassade in der Harkortstraße (Abb. 8) erhält nahezu einheitlich ohne räumliche
Strukturierung kaum mehr als 1 Stunde Sonne. Daran ist zu erkennen, dass die geringe
Besonnung vor allem auf die Fassadenausrichtung Nordwest zurückzuführen ist und nur zu
einem geringeren Teil auf Verschattung durch die Neubauten.
An der südlich orientierten Außenfassade des „Neubau Nord“ nördlich des Parks (Abb. 9) findet
etwa oberhalb von 8 m, also etwa ab dem 2. OG keine nennenswerte Verschattung mehr statt.
Selbst im Erdgeschoss ist die Besonnung mit rund 6 Stunden für einen 17. Januar
hervorragend, weil die südlich benachbarten Gebäude erst in vergleichsweise großer
Entfernung jenseits des Parks stehen.
Die Fassaden Nr. 3 und 4 liegen ebenfalls direkt nördlich des Parks, sind aber nach
Westnordwest ausgerichtet und haben jeweils gegenüberliegende bzw. seitlich angrenzende
Bauflügel. Fassade 3 (Abb. 10) wird am 17. Januar auch in den Mittagsstunden vollständig
durch den südlich anschließenden und um 2 Geschosse höheren Gebäudeflügel abgeschattet.
Sie erhält ganztägig über die gesamte Breite und Höhe keine Sonne. Demgegenüber ist die
identisch ausgerichtete Fassade 4 deutlich begünstigt, obwohl das gegenüberliegende
Gebäude nur etwa 18 m entfernt ist. Immerhin werden 2 – 3 Stunden Sonne erreicht, im
Erdgeschoss und am nördlichen (linken) Rand etwas weniger. Die Reduzierung im Norden geht
auf das Konto des 7-geschossigen Flügels des Nachbarhauses. Der Vergleich beider Fassaden
belegt außerdem, dass es ausschließlich dieser 7-geschossige, parallel zum Park ausgerichtete
Flügel ist, der die Fassade Nr. 3 vollständig abschattet.
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Abbildung 8: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar auf die
Fassade 1 (Harkortstraße Nord).
Abbildung 9: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar auf die
Fassade 2 (Neubau nördl. Park, Südfassade).
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Abbildung 10: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar auf die
Fassade 3 (Neubau nördl. Park, Innenfassade).
Abbildung 11: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar auf die
Fassade 4 (Neubau nördl. Park, Außenfassade).
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Abbildung 12: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar auf die
Fassade 5 (Neubau südl. Park, Innenfassade).
Abbildung 13: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 17. Januar auf die
Fassade 6 (Neubau südl. Park, Südfassade).
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Die Fassaden 5 und 6 (Abb. 12 und 13) weisen in die gleiche Himmelsrichtung wie Fassade
Nr. 2. Sie liegen aber im Innenhof bzw. an der Südseite des südlich an den Park angrenzenden
Wohnblocks. Auf beide Fassadenabschnitte wirkt praktisch nur die Abschattung durch das
jeweils südlich gegenüberliegende Gebäude. Der nördlicheren Fassade 5 liegt ein 6-
geschossiges Gebäude in 40 m Entfernung, der südlicheren Fassade 6 nur ein 5-geschossiges
Gebäude, dafür aber bereits in 16 m Entfernung gegenüber. An Fassade 5 kommen
Erdgeschoss und 1. OG auf weniger als 1 Stunden Sonne am 17. Januar. Darüber steigt die
Anzahl der Sonnenstunden allmählich an und erreicht im 6. OG schließlich fast die
astronomisch mögliche Besonnungsdauer. An der Fassade 6 wird dagegen bis zum 2. OG die
Mindestbesonnung von 1 Stunde nicht erreicht. Darüber steigt die Besonnungsdauer mit der
Höhe schnell an und etwa ab dem 4. OG bekommt die Fassade ebenso viel Sonne wie die
Fassade Nr. 5.
5.1. Sonnenstunden am Stichtag 21. März
Das zweite Kriterium der DIN 5034-1 sieht für den 21. März eine Mindestbesonnung von
4 Stunden vor. Das entspricht in den Farbskalen der Abbildungen 14 bis 23 der zweiten,
helleren Grünstufe.
Ohne Verschattung sind an diesem Tag gut 12 Stunden Sonnenschein möglich. Da die Sonne
genau im Osten auf- und im Westen untergeht, kann nur eine unverschattete und exakt nach
Süden orientierte Fassade diese Maximaleinstrahlung erhalten. Umgekehrt wird nur eine exakt
nach Norden orientierte Fassade überhaupt keine Einstrahlung erhalten.
Im EG und 1. OG (Abb. 14 und 15) werden sowohl im Bestand als auch an den Plangebäuden
an den meisten Fassaden keine 4 Stunden Einstrahlung erreicht. Ausnahmen sind Innenhöfe
mit niedriger Umgebungsbebauung (Beispiel Alter Güterbahnhof) oder große Abstände vor
allem in Südost- und Südwestrichtung zur nächsten Bebauung (Beispiel Neubauten nördlich
des Parks). An den straßenparallelen Fassaden kommt nirgends die Mindestbesonnung
zustande, es sei denn, auf der gegenüberliegenden Straßenseite fehlt die Bebauung oder ist
sehr niedrig (nördliche Harkortstraße). Besonders ungünstig ist die Situation, wie schon im
Januar, in den meisten Innenhöfen der Plangebäude, deren Verhältnis von Höhe zu Hofbreite
ungünstiger als in der Bestandsbebauung ist.
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Abbildung 14: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März in einer Höhe
von ca. 3 m über mittlerem Bodenniveau (ca. EG bis 1.OG).
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Abbildung 15: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März in einer Höhe
von ca. 6 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 1.OG bis 2.OG).
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Abbildung 16: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März in einer Höhe
von ca. 9 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 2.OG bis 3.OG).
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Abbildung 17: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März in einer Höhe
von ca. 12 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 3.OG bis 4.OG).
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Im 2. bis 4. Obergeschoss (Abb. 16 und 17) ist die Besonnungsdauer wieder erheblich höher.
Weniger als 4 Stunden Besonnung erhalten vor allem die in nördliche Richtungen orientierten
Fassaden. Im Vergleich zum 17. Januar ist die Situation in den Innenhöfen der Plangebäude,
gemessen an den Kriterien der DIN 5034-1, jetzt günstiger. An den meisten Innenfassaden, die
nicht nach Nord orientiert sind, werden in dieser Höhe die 4 Stunden Sonne erreicht oder
überschritten. Nur in den besonders engen oder besonders hoch umbauten Innenhöfen wird an
einigen West- oder Ostfassaden die Mindestbesonnung unterschritten.
Nach dem ersten Kriterium der DIN 5034-1 wird demnach auch das zweite Kriterium, nach dem
in jeder Wohnung in mindestens einem Raum am 21. März eine Besonnungsdauer von
4 Stunden erreicht werden soll, sowohl im Bestand als auch im Plangebiet überwiegend nicht
eingehalten.
Die Abbildungen 18 bis 23 zeigen die Sonnenstunden am 21. März auf den sechs
Referenzfassaden.
Auf der Fassade 1 in der Harkortstraße (Abb. 18) ist der relative Verschattungseinfluss größer
als am 17. Januar. Nur in den oberen Geschossen im südlichen Abschnitt werden 4 Stunden
Besonnung überschritten. Nach unten hin wirkt sich die Verschattung durch die Neubauten am
Nachmittag in einer Reduzierung der Sonnenstunden auf teilweise unter 3 Stunden aus.
Die Außenfassade 2 des „Neubau Nord“ nördlich des Parks (Abb. 19) kommt über alle
Geschosshöhen mit mehr als 10 Stunden in den vollen Genuss der Sonne. Die Gebäude
südlich des Parks schatten wegen des hohen Sonnenstandes tagsüber nicht mehr ab und die
Gebäude im Osten sind zu weit entfernt, um in den Morgenstunden zu einer nennenswerten
Verschattung zu führen. Die astronomisch mögliche Einstrahlung von über 12 Stunden wird in
erster Linie deswegen nicht erreicht, weil Fassade 2 nicht genau nach Süden ausgerichtet ist.
Die Fassaden 3 und 4 können schon wegen ihrer Ausrichtung nach Westnordwest keine
6 Stunden astronomisch mögliche Einstrahlung erhalten. Wie die Abbildungen 20 und 21
zeigen, wird diese jedoch durch Verschattung noch erheblich reduziert. Die Innenfassade 3 wird
selbst im März fast vollständig von dem um zwei Geschosse höheren Südflügel des
Wohnblocks abgeschattet. Nur im nördlichen Abschnitt des obersten Geschosses werden die
4 Stunden Mindestbesonnung gerade noch erreicht. Auch die Fassade 4 wird vor allem durch
den angesprochenen 7-geschossigen Südflügel von der Sonne abgeschirmt. Sie erhält zwar
immerhin im Schnitt etwa 3 Stunden Sonne, die Mindestbesonnung wird aber auch auf dieser
Fassade nur im Obergeschoss des nördlichen Abschnitts erreicht.
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Abbildung 18: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März auf die
Fassade 1 (Harkortstraße Nord).
Abbildung 19: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März auf die
Fassade 2 (Neubau nördl. Park, Südfassade).
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Abbildung 20: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März auf die
Fassade 3 (Neubau nördl. Park, Innenfassade).
Abbildung 21: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März auf die
Fassade 4 (Neubau nördl. Park, Außenfassade).
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Abbildung 22: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März auf die
Fassade 5 (Neubau südl. Park, Innenfassade).
Abbildung 23: Astronomisch mögliche Anzahl an Sonnenstunden am 21. März auf die
Fassade 6 (Neubau südl. Park, Südfassade).
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Die Abbildungen 22 und 23 zeigen schließlich die Besonnungsdauer am 21. März auf die
Fassaden 5 und 6 des Wohnblocks südlich des Parks. Die Innenfassade 5 ist besonders
begünstigt. Wegen des ausreichenden Abstands des gegenüberliegenden Gebäudeflügels
werden selbst im Erdgeschoss mindestens 6 Stunden Sonne erreicht. Mit zunehmender Höhe
sind bis über 10 Stunden Besonnung möglich. Etwas ungünstiger ist die Situation an
Fassade 6, die einen erheblich geringeren Abstand zum Nachbarhaus aufweist. Dadurch
kommen im Erdgeschoss nur etwa 3 Stunden Besonnung an. Ab dem 1. OG wird die
Mindestbesonnung erreicht und die Obergeschosse erhalten sogar etwas mehr Sonne als
gleiche Höhen an Fassade 5.
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6. Bewertung
Die Kriterien der DIN 5034-1, nach denen ein Wohnraum jeder Wohnung am 17. Januar
mindestens 1 Stunde und am 21. März mindestens 4 Stunden Besonnung erhalten soll, stellen
Standards dar, die im verdichteten innerstädtischen Raum nur bedingt erreichbar sind. Nördlich
orientierte Fassaden erhalten auch ohne Verschattung durch Nachbargebäude eine geringere
Besonnung. Deshalb sollten Wohnungen nicht ausschließlich nach Nord ausgerichtete
Wohnräume haben. Andere Fassaden können nur bei ausreichend geringem Verhältnis von
Bebauungshöhe zu Bebauungsabstand in den Genuss der „Norm-Besonnung“ gelangen. Auch
wenn dies innerstädtisch für die unteren Geschosse oft nicht realisierbar ist, kann eine
Optimierung der Gebäudegeometrie in Richtung Zielgrößen der DIN 5034-1 angestrebt werden.
Die Verschattungsberechnungen zeigen, dass in den unteren Geschossen der
Bestandsbebauung, unabhängig von den Planungen zu „Altona Nord 26“, die nach DIN 5034-1
notwendige Mindestbesonnung nicht erreicht werden kann. Etwa ab dem 2. OG werden die
Kriterien dagegen weitgehend erreicht.
Die neue Bebauung nach dem Masterplan kann sich vor allem entlang der Harkortstraße in
einer Verschattung der Bestandbebauung auswirken. Aufgrund der Straßenausrichtung von
Südsüdwest nach Nordnordost sind die Verschattungswirkungen am Stichtag 17. Januar sehr
gering. Am 21. März dagegen können die Neubauten vor allem im nördlichen Abschnitt der
Harkortstraße zu einer nennenswerten Reduzierung der Besonnung auf unter 4 Stunden
führen, so dass das Kriterium der DIN zukünftig nicht mehr erfüllt sein wird. Allerdings befinden
sich die dortigen Gebäude heute in einer für innerstädtische Wohngebiete untypischen
Vorzugslage und sind nach Planumsetzung in einer vergleichbaren Situation zu dem weiter
südlich gelegenen Wohngebiet.
Innerhalb des Plangebiets werden in den unteren Geschossen der neuen Wohnbebauung
ebenfalls die Kriterien der DIN 5034-1 überwiegend nicht eingehalten. Eine Ausnahme bilden
die an den Park angrenzenden Gebäude des nördlichen Quartiers. Deren Südfassaden
erhalten wegen des großen Abstands zu Nachbargebäuden eine Besonnung weit über die
Kriterien der DIN 5034-1 hinaus.
Im Vergleich zur Bestandsbebauung stellt sich die Besonnungssituation in den oberen
Geschossen der Innenhöfe innerhalb der Planbebauung und insbesondere im Winter deutlich
kritischer dar. Im 2.-3. OG werden am 17. Januar fast nirgends mindestens 1 Stunde
Besonnung erreicht, im 3.-4. OG ist dies wenigstens an einigen nach Süden orientierten
Fassadenabschnitten der Fall. Am 21. März erhalten die meisten Fassaden in dieser Höhe zwar
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4 Stunden Sonne. Dennoch gibt es mehrere Fassaden, die nicht nach Norden ausgerichtet sind
und dennoch kaum auf die 4 Stunden Besonnung kommen.
Ursache für die vergleichsweise schlechtere Besonnung innerhalb der Planbebauung ist das
gegenüber der umgebenden Bestandsbebauung ungünstigere Verhältnis von Breite und Tiefe
der Innenhöfe zur Bebauungshöhe. Eine Reduzierung der Bebauungshöhe, insbesondere an
den Südflanken, könnte die Situation verbessern. Alternativ könnten die Innenabstände der
Wohnblöcke vergrößert werden, was allerdings nicht auf Kosten der Abstände zwischen den
Wohnblöcken erfolgen sollte.
Die exemplarische Untersuchung von sechs repräsentativen Fassadenabschnitten der
Bestands- und Planbebauung bestätigt im Wesentlichen die oben getroffenen Aussagen. In den
unteren Geschossen (EG, 1. OG) ist es innerstädtisch kaum möglich, die Anforderungen der
DIN 5034-1 nach einer Mindestbesonnung vollständig zu erfüllen. Ausnahmen sind besonders
begünstigte Lagen, wie die südlich orientierten Fassaden nördlich des Parks mit besonders
großem Abstand zur nächsten Bebauung. In mittleren und oberen Geschossen ist dies
durchaus möglich, wenn hinreichend große Verhältnisse von Bauhöhen zu –abständen
eingehalten werden, wie es in den Innenhöfen der beiden an die Harkortstraße angrenzenden
südlichen Wohnblöcke der Fall ist. Dagegen kann es bis zur vollkommenen Abschattung führen,
wenn nach Nordwesten oder Nordosten ausgerichtete Fassaden nach Süden hin von höheren
Seitenflügeln flankiert werden, wie es für die nördlich an den Park angrenzenden
Wohnquartiere der Fall ist. Hinsichtlich einer längeren Besonnungsdauer möglichst vieler
Wohnungen wäre eine von Süd nach Nord ansteigende Staffelung der Geschosshöhen
günstiger.
Pinneberg, den 29. August 2013
(Dr. K. Bigalke)
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Literatur
[1] DIN 5034-1 (2011): Tageslicht in Innenräumen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen. DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
[2] Hay, J.E., D.C. McKay (1985): Estimating solar irradiance on inclined surfaces: A review and assessment of methodologies. -- International Journal of Solar Energy 3, 203-240.
[3] Perez, R., P. Ineichen, R. Seals, J. Michalsky, R. Stewart (1990): Modelling daylight availability and irradiance components from direct and global irradiance. -- Solar Energy 44, 271-289.
[4] Remund, J., J. Page (2002): Integration and exploitation of networked Solar radiation Databases for environment monitoring - Advanced parameters. Report to the European Commission. -- http://www.soda-is.com/publications/d5-2-2_v3.pdf.
[5] Skartveit, A., J.A. Olseth, M.E. Tuft (1998): An hourly diffuse fraction model with correction for variability and surface albedo. -- Solar Energy 63, 173-183.
[6] VDI (1994): Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberflächen - Berechnung der kurz- und der langwelligen Strahlung. -- VDI-Richtlinie 3789, Blatt 2, Beuth Verlag, Berlin.
[7] VDI (2001): Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberflächen - Berechnung der spektralen Bestrahlungsstärken im solaren Wellenlängenbereich. -- VDI-Richtlinie 3789, Blatt 3, Beuth Verlag, Berlin.
[8] Eckhardt, K., K. Bigalke (2004): Comparison of two model systems for the calculation of the solar irradiance on shaded, arbitrarily orientated surfaces. Meteorol. Z. 13, 369-372.
[9] Kasten, F.; K. Dehne; H. D. Behr; U. Bergholter (1984): Die räumliche und zeitliche Verteilung der diffusen und direkten Sonnenstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland. Forschungsbericht BMFT-FB-T84-125.