Weniger heiss durch mehr Grün: Bauen mit Licht und Schatten

Jeden Tag, an dem die Sonne scheint, verändert sich der Schatten. Das Schattendiagramm ist nicht nur für Sonnenanbeterinnen und -anbeter spannend, sondern auch beim Bauen oder bei der Planung eines Schwimmbads.

Wo Licht ist, ist auch Schatten. Die Grösse und Richtung des Schattens eines Gegenstandes ist vom Sonnenstand und dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen abhängig (siehe Beitrag «Hallo Wetterfrosch» in den FN vom 28. Dezember 2023). Am 21. Dezember ist die Sonne mit 19,5 Grad am tiefsten Punkt über dem Horizont angelangt. Die Sonnenstrahlen fallen in einem flachen Winkel auf einen Gegenstand und verursachen damit einen sehr langen Schatten.

Am 21. Juni erreicht die Sonne mit 66,5 Grad ihren höchsten Punkt über dem Horizont. Die Sonnenstrahlen kommen in einem steilen Winkel auf der Erdoberfläche an, und der Schatten eines Gegenstandes wird damit kurz.

Zwischen diesen beiden Extremwerten kann man also für jeden Tag die Sonnenbahn von Osten nach Westen berechnen und aufzeichnen. Es entsteht aus der Kurvenschar ein richtiges Sonnenbahndiagramm, und damit lässt sich leicht auch das Schattendiagramm konstruieren.

Eine optimale Besonnung planen

Beide Diagramme sind für einen Architekten, der Häuser baut oder ganze Stadtteile verändern muss, sehr wichtig. Er kann damit die Ausrichtung eines neuen Hauses so wählen, dass der Bauherr vom Sonnenauf- bis Sonnenuntergang eine optimale Besonnung ausnützen kann. Das Platzieren einer Terrasse oder der Arbeits- und Aufenthaltsräume ist wesentlich davon abhängig. Aus den Schattendiagrammen kann ein Architekt erkennen, ob die Sonne in den Sommermonaten auch die Nordseite des Hauses bescheint. Das würde die Feuchtigkeit beeinflussen und möglichst verhindern, dass sich Pilze und Algen an den Hauswänden bilden.

Besonnung mit Lampen reproduziert

In renommierten Architekturbüros hatte man früher Lampen, die die Sonnenbahnen simulierten. Dabei wurden Architekturmodelle (massstabgetreue, reduzierte 3D-Modelle) mit diesen Lampen bestrahlt. Daraus liessen sich die Besonnung und Schattenwürfe nachvollziehen. Heute gibt es dafür Computerprogramme, die mit entsprechenden Algorithmen die Sonnenbahnen und daraus die Schattenwürfe berechnen können.

Gesetz für den zulässigen Schattenwurf

In Städten spricht man heute von verdichtetem Bauen. Neue Häuser werden in die Höhe gebaut. Es entstehen ganze Siedlungen mit Blockbauten. Diese werfen, je nach Jahreszeit und Sonnenbescheinung, auch ihre Schlagschatten. Dafür wurden schon vor Jahren in verschiedenen Kantonen Regeln geschaffen. Diese beschreiben, dass ein hohes Gebäude nicht länger als zwei Stunden pro Tag einen Schlagschatten auf ein Nebengebäude werfen darf. Ein Stadtplaner oder Stadtarchitekt muss diese Regel berücksichtigen und die Gebäude in einem neuen Quartier entsprechend setzen.

Mehr Grün sorgt für weniger Hitze

Da der dicht bebaute Stadtraum wegen dem Klimawandel immer mehr Hitzeinseln aufweist, geben Sonnen- und Schattendiagramme den Stadtplanern auch Hinweise, wo man allenfalls mit intensiver Begrünung die Hitze vermindern kann. Das fängt schon mit begrünten Dächern an, die im Gegensatz zu bekiesten oder Bitumendächern wesentlich zu einem Ausgleich des Mikroklimas beitragen.

Intensive oder extensive Begrünungen von Dächern beeinflussen die Luftfeuchtigkeit, regulieren die Abflüsse von Regenwasser, isolieren gegen Wärme und Kälte, vermindern den Lärmpegel und holen auch Schadstoffe aus der Luft.

Bäume kühlen das städtische Klima

Nebst begrünten Dächern können neu gepflanzte Bäume einen grossen Beitrag zur Verminderung der direkten Sonneneinstrahlung leisten. Der Baum spendet Schatten, gibt Feuchtigkeit an die Luft ab und nimmt das Kohlendioxid (Treibhausgas) aus der Luft auf. Diese Faktoren führen zu einer Kühlung des städtischen Raumes.

Schatten- und Besonnungsdiagramme spielen auch im Gartenbau und in der Landwirtschaft eine wichtige Rolle. In Gärtnereien werden sonnen- und schattenliebende Pflanzen gezüchtet. Es ist also von Vorteil, wenn ein Gärtner weiss, an welchen Orten er durch das Jahr hindurch mit voller Sonneneinstrahlung und wann er mit Beschattungen rechnen kann.

Sonnenstrahlen im Schwimmbad

Eine grosse Rolle spielt der Schatten auch bei der Erschliessung von Tälern für den Tourismus. Es ist zum Beispiel sehr wichtig zu wissen, welche Talseite von der Sonne und welche mehr vom Schatten profitiert. Aus den Sonnenstandsdiagrammen kann man den Sonnenauf- und den Sonnenuntergang in Funktion der Jahreszeiten berechnen. Damit würde man ein Schwimmbad so anlegen, dass es im Sommer möglichst vom Vormittag, ab 9 oder 10 Uhr, bis zum Abend um 19 Uhr von der Sonneneinstrahlung profitieren kann. Skilifte und Skipisten hingegen müssten so gebaut werden, dass die Schattenzeiten in den Wintermonaten die Piste vor der Wärmeeinstrahlung schützen.
Der Schatten als Zwilling des Lichts hat also eine wichtige klimatologische Bedeutung. Dass er auch eine kulturelle Bedeutung hat, ist weniger bekannt. Dazu im nächsten Beitrag mehr.

Mario Slongo ist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den Freiburger Nachrichten spannende Naturphänomene. Weitere Beiträge sind auf www.freiburger-nachrichten.ch zu finden.