Gutachten Berechnung der Verschattung durch die geplante ... · Masterplan Mitte Altona für das Bebauungsplangebiet entspricht. Als Bewertungsmaßstab kann Als Bewertungsmaßstab

Umweltmeteorologische Beratung Dr. Klaus Bigalke

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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

1

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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von ca. 6 m über mittlerem Bodenniveau (ca. 1.OG bis 2.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).


Fassade 2 (Neubau nördl. Park, Südfassade).



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Fassade 3 (Neubau nördl. Park, Innenfassade).


Fassade 4 (Neubau nördl. Park, Außenfassade).



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Fassade 5 (Neubau südl. Park, Innenfassade).


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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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).


Fassade 2 (Neubau nördl. Park, Südfassade).



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Fassade 3 (Neubau nördl. Park, Innenfassade).


Fassade 4 (Neubau nördl. Park, Außenfassade).



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Fassade 5 (Neubau südl. Park, Innenfassade).


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.

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