{"id":1097,"date":"2020-04-08T10:57:20","date_gmt":"2020-04-08T08:57:20","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/?p=1097"},"modified":"2020-05-15T11:15:46","modified_gmt":"2020-05-15T09:15:46","slug":"grundlagen-der-solararchitektur-gesamt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/grundlagen-der-solararchitektur-gesamt\/","title":{"rendered":"Grundlagen der Solararchitektur – Gesamt"},"content":{"rendered":"

Als erstes soll mit dem Beispiel des solaren Direktgewinnhauses die K\u00f6nigsdisziplin der Solararchitektur eingef\u00fchrt werden. Denn diese bildet die Grundlage nach dem Prinzip: viel Haus, wenig Technik, da die W\u00e4rme durch die S\u00fcdfenster gewonnen wird. Nachstehend wird die W\u00e4rmephysik der H\u00fclle, die W\u00e4rmeaufnahme im Innern des Hauses und die W\u00e4rmespeicherung erkl\u00e4rt. Die aufgezeigte einfache rechnerische Absch\u00e4tzmethode ist als Arbeitsinstrument f\u00fcr den Entwurfsarchitekten oder den Energieplaner in der Genauigkeit vollkommen ausreichend und erhebt keinen Anspruch auf Wissenschaftlichkeit. Sie hat sich bei den wohl weltweit ersten Nullheiz\u00adenergie-Direktgewinnh\u00e4usern in Trin (Baujahr 1993), am wahrscheinlich weltersten Plusenergie-Gewerbegeb\u00e4ude Gasser in Chur (Baujahr 1999, Schweizer und Europ\u00e4ischer Solarpreis, SIA-Preis f\u00fcr Nachhaltiges Bauen) sowie bei vielen weiteren Sonnenh\u00e4usern gut bew\u00e4hrt.<\/p>\n

Horizont<\/h2>\n

Eine Horizontaufnahme am Standort kl\u00e4rt sehr schnell die solare Ertragssituation. Es gilt nicht nur den im Internet f\u00fcr jeden Standort zu bestimmenden Fernhorizont \u2013 zum Beispiel Bergverl\u00e4ufe \u2013 zu erheben, sondern auch den Nahhorizont, wie Nachbargeb\u00e4ude, B\u00e4ume, etc. Da die diesbez\u00fcglichen Eingabem\u00f6glichkeiten f\u00fcr Berechnungen nach Norm SIA 380\/1 ungen\u00fcgend sind, muss ein anderer Weg beschritten werden. Eine gute Methode stellt immer noch die grafische Horizontbestimmung nach M\u00fctzenberg dar. Die damit erhobenen monatlichen Beschattungswerte f\u00fchren zu brauchbaren Berechnungen der solaren Direktgewinne durch Fenster. Zur Erhebung der Daten ben\u00f6tigt man einen Kompass mit H\u00f6henwinkelfunktion oder einen M\u00fctzenbergzylinder, den das Modellbauatelier der HTW Chur in Kleinserien wieder herzustellen beabsichtigt.<\/p>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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Abbildung 8: M\u00fctzenberg\u00adzylinder.<\/div>\n

In Abbildung 9 tr\u00e4gt man den Horizont ein. Mit Transparentkopien der Abbildung 10 und Abbildung 11 wertet man aus. Die Auswirkung einer Nachbarsbaute kann auf diese Weise genau analysiert und die Situierung eventuell angepasst werden. B\u00e4ume auf der Bauparzelle m\u00fcssen eventuell entfernt werden. Denn selbst im Winter kann ein Laubbaum durch das Astwerk bis zu 50\u2009% abschatten. Dieser Faktor ist entsprechend zu gewichten, sind doch Dezember und Januar die wichtigsten Ertragsmonate. Ein Standort, der erst am Mittag besonnt wird, kann eine Drehung der Direktgewinn-Fensterfront in Richtung S\u00fcdwest rechtfertigen. Bei einem kritischen Nahhorizont sollten mehrere Positionen der S\u00fcdfassade untersucht werden. F\u00fcr h\u00f6here Stockwerke kann die Horizontposition auch \u00fcber den H\u00f6henwinkel und die Hindernisdistanz umgerechnet werden. Auf dieselbe Art l\u00e4sst sich das Beschattungsrisiko durch eine m\u00f6gliche sp\u00e4tere Bebauung auf einer Nachbarsparzelle beurteilen.<\/p>\n

Nun gilt es, eine Software zu finden, die eine monatliche Horizonteingabe erm\u00f6glicht, sowie \u2013 im Idealfall \u2013 die Eingabe der genauen Ausrichtung nach der Himmelsrichtung. Eine m\u00f6gliche L\u00f6sung bietet das Programm Entech 380\/1 von hetag.ch. Dabei setzt man die Nettos\u00fcdglasfl\u00e4che als \u00abLucido\u00bb ein (die Fenstereingabe S\u00fcd l\u00e4sst man frei). Man gibt den U-Wert des Glases an und rechnet die monatliche Beschat-tung in den g-Wert ein. Die S\u00fcdfensterrahmenfl\u00e4che muss man als separate S\u00fcdfassadenfl\u00e4che auff\u00fchren und den Psi-Wert des S\u00fcd-Glasrandverbundes (linearer W\u00e4rmebr\u00fcckenverlustkoeffizient) als W\u00e4rmebr\u00fccke erfassen. Die genaue Ausrichtung der Fassaden kann allerdings nicht erfasst werden. Man muss sich f\u00fcr S\u00fcd oder 45\u2009\u00b0 verschoben entscheiden. Dieses Vorgehen ist f\u00fcr ein sinnvolles Konzept meistens genau genug.<\/p>\n

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Abbildung 9: Sonnendiagramm. Dieses Blatt im Anhang kopieren und Horizont einzeichnen. (Quelle: vdf Hochschulverlag AG an der ETH Z\u00fcrich).<\/div>\n

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Abbildung 10: Bewertungsdiagramm. Von diesem Blatt im Anhang eine Transparent\u00adkopie erstellen und \u00fcber Abbildung 9 legen.<\/div>\n

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Abbildung 11: Ausrichtung zum Bewertungsdiagramm. Von diesem Bild im Anhang eine Transparentkopie erstellen und mit der Achse \u00abKollektorebene\u00bb verschoben \u00fcber die Abbildungen 9 und 10 legen. Die \u00abKollektorebene\u00bb ist die Fassadenausrichtung des zu bewertenden Projekts. Nun werden die Punkte auf Abbildung 10 mit den Prozentangaben auf Abbildung 11 pro Monat ausmultipliziert und zusammengerechnet. So erh\u00e4lt man die monatlichen Abschattungen.<\/div>\n

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Abbildung 12: Beispiel einer Horizont\u00adanalyse.<\/div>\n
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Ausrichtung<\/h2>\n

Die Ausrichtung einer auf Solarertrag getrimmten Fensterfront orientiert sich am Horizont und am Verh\u00e4ltnis zwischen g-Wert und U-Wert der Verglasung. Im Dezember und Januar findet die Sonneneinstrahlung etwa zwischen 30\u2009\u00b0 S\u00fcdost und 30\u2009\u00b0 S\u00fcdwest statt. Mit einer Solarverglasung (g-Wert-optimiert) mit einem g-Wert \u00fcber 0,66 und einem U-Wert unter 0,7 W\/(m2\u2009K) ist, je nach Standort im Hochwinter, meistens ein Nettoertrag zwischen 50\u2009\u00b0 S\u00fcdost bis 50\u2009\u00b0 S\u00fcdwest m\u00f6glich. Die h\u00f6chsten Ertr\u00e4ge bei optimalem Horizont bringen dabei die Ausrichtungen von 15\u2009\u00b0 S\u00fcdost bis 15\u2009\u00b0 S\u00fcdwest. Je h\u00f6her die g-Werte bei gleichzeitig tieferen U-Werten sind, desto weiter Richtung Ost und West reichen die sinnvollen Einsatzm\u00f6glichkeiten einer Solarverglasung. (Weitergedacht mit eventuell m\u00f6glichem superoptimalem Verh\u00e4ltnis von g-Wert zu U-Wert wird auch eine Nordverglasung positiv, besonders bei hohem Diffuslichtanteil.)<\/p>\n

Bei Fenstern in eine andere Himmelsrichtung, also West, Ost oder Nord, sollte eine U-Wert-optimierte Verglasung verwendet werden.<\/p>\n

In den meisten F\u00e4llen kommen heute 3-fach-Verglasungen zum Einsatz. Je nach Entwicklung der g-Werte und U-Werte k\u00f6nnen mehr Gl\u00e4ser Sinn machen. In Einzelf\u00e4llen, zum Beispiel im Industriebau mit tieferen inneren Zieltemperaturen, sind auch 2-fach-Solargl\u00e4ser mit h\u00f6heren g-Werten (zurzeit 75\u2009%) einsetzbar.<\/p>\n

Wird das Verh\u00e4ltnis von U-Wert zu g-Wert noch besser, also zum Beispiel U = 0,4 W\/(m2\u2009K) und g = 0,6, w\u00fcrde dies bedeuten, dass mit weniger innerer Masse und kleinerer S\u00fcdbefensterung das gleiche Resultat erreicht werden kann.<\/p>\n

Aussenform<\/h2>\n

Bei geschickter S\u00fcd\u00f6ffnung kann auch ein etwas ung\u00fcnstigerer Volumen-Oberfl\u00e4chen-Quotient trotzdem zum Ziel f\u00fchren. Ein solares Direktgewinnhaus ist ein W\u00e4rmeumsatzhaus.<\/p>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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Wichtig ist, dass gegen S\u00fcden m\u00f6glichst viel unbeschattete Glasfl\u00e4che zur Verf\u00fc-gung steht. Das Glas sollte zudem m\u00f6glichst weit aussen platziert werden und die Architektur keine Beschattung durch tiefe Leibungen, Balkone, Vord\u00e4cher, Fassadenvor- oder -r\u00fcckspr\u00fcnge aufweisen. Es kann allerdings Gr\u00fcnde geben, die eine Ausnahme von diesen Regeln gestatten. Ist es aufgrund des architektonischen Konzeptes trotzdem notwendig, tiefe Leibungen zu zeigen, k\u00f6nnen diese sonnengerecht gestaltet werden.<\/p>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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Wenn man sich bewusst ist, dass die Sonneneinstrahlung im Hochwinter etwa zwischen 30\u2009\u00b0 S\u00fcdost und 30\u2009\u00b0 S\u00fcdwest stattfindet, sollte die Leibungsgeometrie seitlich angepasst werden.
\nAuch die Ausbildung des Sturzes ist wesentlich. Am k\u00fcrzesten Tag steht die Sonne zwar nur mit 20\u2009\u00b0 zur Waagrechten im Zenit, der Sturzanstellwinkel sollte aber gr\u00f6s\u00adser als 30\u2009\u00b0 Grad gew\u00e4hlt werden, da sonst die Gewinne Ende Februar und im M\u00e4rz wie auch jene im Oktober und Anfang November zu stark reduziert w\u00fcrden. Dies gilt im Speziellen auch f\u00fcr vorgelagerte Balkone oder Vord\u00e4cher. Diese Beschattungseinfl\u00fcsse sollten in die monatliche Horizontbeurteilung einfliessen und rechnerisch verifiziert werden.<\/p>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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Abbildung 7: Kompass mit H\u00f6henwinkel\u00adfunktion.<\/div>\n

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\u00c4ussere Beschattung, innerer Blendschutz<\/h2>\n

Fensterfl\u00e4chen von S\u00fcdost bis S\u00fcdwest haben f\u00fcr die Sommer- und \u00dcbergangszeit immer einen \u00e4usseren Sonnenschutz und f\u00fcr den Winter einen inneren Blendschutz.<\/p>\n

Sonnenschutz S\u00fcdost-S\u00fcdwest<\/h3>\n

Da die Sommersonne im S\u00fcden sehr hoch steht, ist hier die Beschattung einfach zu bewerkstelligen. F\u00fcr eine normale Stockwerksh\u00f6he gen\u00fcgt in der Regel ein 1,5 m langer, ausladender Knickarmstoren, eine ausschwenkbare Br\u00fcstung oder ein tempor\u00e4res Vordach, das Mitte April herausgezogen und Anfang Oktober wieder eingeschoben wird. Nat\u00fcrlich kann man auch handels\u00fcbliche \u00e4ussere Storen verwenden. Als einfachste Regeleinrichtung hat sich eine Jahresschaltuhr bew\u00e4hrt, die den Sonnenschutz w\u00e4hrend der Winterzeit aus\u00adser Betrieb setzt (dies bedingt allerdings eine Motorisierung und eine von den Bauteilen getrennte Kabelf\u00fchrung, wie sie im Passivhausbau \u00fcblich ist).<\/p>\n

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Abbildung 18: Die nach der Innentemperatur gerichtete, automatisierte Verschattungs- und Lichtumlenkl\u00f6sung beim Haus Gasser.<\/div>\n

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Abbildung 19: Die im Winter abgeschalteten Knickarmstoren als Sommerverschattung am Mehrfamilienhaus Terra Nova in St\u00e4fa von R\u00fcedi, Chur.<\/div>\n
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Sonnenschutz Ost und West<\/h3>\n

Da die Sommersonne morgens wie auch gegen Abend sehr tief steht, sind nur senkrechte Sonnenschutzvorrichtungen tauglich. Textile Senkrechtstoren erm\u00f6glichen bei einem tiefen g-Wert jedoch lediglich einen marginalen Durchblick. Eine gute L\u00f6sung sind in diesem Fall nach wie vor Lamellenstoren. Ost- und Westbeschattungen sind aufgrund des \u00dcberhitzungspotenzials mit mehr Sorgfalt zu planen als S\u00fcdverschattungen, denn tiefe g-Werte sind entscheidend.<\/p>\n

Blendschutz im Winter S\u00fcdost-S\u00fcdwest<\/h3>\n

Der innere Blendschutz f\u00fcr den Winter ist ein Schl\u00fcsselelement im solaren Direktgewinnhaus, da kein \u00e4usserer Sonnenschutz in Betrieb sein darf. Die Aufgaben umfassen aber nicht nur den Blendschutz, sondern auch die Lichtumlenkung und die Verdunkelung. Der innere Blendschutz geh\u00f6rt zur Basisausr\u00fcstung eines Sonnenhauses. Man kann Wohnungsmietern nicht im Winter den \u00e4usseren Sonnenschutz abschalten und derweil keine bauliche Einrichtung f\u00fcr den Blendschutz zur Verf\u00fcgung stellen. Ein Schulzimmer funktioniert im Winter nicht ohne inneren Blendschutz (mit Vorteil als Lichtumlenkung konzipiert) und Verdunkelungsm\u00f6glichkeit.<\/p>\n

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Abbildung 20: Innerer Blendschutz im B\u00fcrohaus Gasser. Dieser wird durch das Leitsystem bei entsprechender Sonnenstrahlung und Innentemperatur automatisch heruntergefahren. Da sich der Sonnenstand laufend \u00e4ndert, muss die Endstellung der polierten Lamellen monatlich programmiert werden. Die Umlenklamellen d\u00fcrfen dabei nicht bis zum Boden reichen, da sonst Sitzende schneller geblendet werden. Ein Kriterium f\u00fcr die H\u00f6he ist, dass keine Sonne auf die Tischplatte f\u00e4llt. Achtung: Ist der Boden zu hell, kommt es zu Blendeffekten. Ein dunkler Boden kann gleichzeitig als Prim\u00e4rsolarspeicher genutzt werden. Auf diesem Bild sieht man das durch die polierten Lamellen an die Decke umgelenkte Licht. Die Tageslichtnutzung verbessert sich deutlich und die Decke wird zum Prim\u00e4rspeicher.<\/div>\n

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Abbildung 21: Die breiten, gebogenen und von Hand schwenkbaren Lichtumlenklamellen wurden mit einem Schlosser und einem Schreiner als Prototyp produziert. Mit diesen Lamellen kann auch verdunkelt werden. Wichtig dabei ist, dass die Aussenfl\u00e4che mindestens eine mittlere Dunkelheit aufweist. So wird die Strahlung nicht nach aussen reflektiert. Die Lamellen absorbieren das Licht und werden warm. Hinter den Lamellen sowie oben und unten muss gen\u00fcgend Raum bleiben, dass die erw\u00e4rmte Luft zirkulieren kann. Angewendet in einem Musterschulzimmer, das auf Seite 27 und ab Seite 106 ausf\u00fchrlich dokumentiert ist.<\/div>\n
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Prinzip: Haus als Speicher, Winter und Sommer<\/h2>\n

Das Haus mit seiner warmseitigen Masse ist der W\u00e4rmespeicher. Man sitzt sozusa-gen im Ofen, alle Fl\u00e4chen strahlen W\u00e4rme ab. Eine Erkenntnis ist dabei zentral: Um W\u00e4rme aufnehmen zu k\u00f6nnen, muss die Masse ein wenig w\u00e4rmer werden d\u00fcrfen. Um W\u00e4rme abgeben zu k\u00f6nnen, ist es umgekehrt. Damit man im Komfortbereich bleibt, sollte diese langsame Aufw\u00e4rts- und Abw\u00e4rtsbewegung der Massentemperatur innerhalb von 3\u2009K stattfinden. W\u00e4hrend die Sonne ins Haus strahlt, kann die Lufttemperatur die momentane Massentemperatur auch um 4\u2009K \u00fcbersteigen, ohne dass man dies als unangenehm empfindet. Man w\u00e4hlt dann eine etwas leichtere Bekleidung und geniesst die W\u00e4rme.<\/p>\n

Auch f\u00fcr ein gutes Hochsommerklima ist die Hausmasse wesentlich.<\/p>\n

In unserem Klima ist eine aktive Sommerk\u00fchlung nicht notwendig. Im von aussen gut beschatteten, massiven solaren Direktgewinnhaus ist n\u00e4chtliche Querl\u00fcftung \u2013 abgesehen von aussergew\u00f6hnlichen Hitzeperioden \u2013 ausreichend.<\/p>\n

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Abbildung 22: Auf diesem Bild sieht man die Dynamik im Nullheizenergie-Haus Trin (1. bis 7. Februar 1995). Die Zieltemperatur im Schlafgeschoss betrug 18\u2009\u00b0C bis 19\u2009\u00b0C (es k\u00f6nnen auch problemlos h\u00f6here Zieltemperaturen gefahren werden). Das ist der Normalverlauf im Hochwinter. In der \u00dcbergangszeit ist ausreichend Sonnenw\u00e4rme vorhanden.<\/div>\n

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Abbildung 23: Der hohe Sonnenstand vom 6. bis 12. Juli bringt nur noch rund 500 W\/m2 auf die senkrechte Glasfl\u00e4che (im Februar rund 1000 W\/m2).<\/div>\n<\/div>\n
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Abbildung 24: Sehr hohe Hitzebelastung im Ausnahmesommer 2015 bei voll belegtem Haus Gasser. Im Bild vier schw\u00fclheisse N\u00e4chte von 20\u2009\u00b0C bis 22\u2009\u00b0C und Tagestemperaturen bis 35\u2009\u00b0C. Dennoch bewegten sich die maximalen Innentemperaturen je nach Stockwerk bei lediglich 25,5\u2009\u00b0C bzw. 28\u2009\u00b0C. Die ersten zwei \u00abNormalhochsommertage\u00bb von 30\u2009\u00b0C und Nachttemperaturen von 16\u2009\u00b0C bis 18\u2009\u00b0C ergeben nur mit Nachtausk\u00fchlung angenehme Innentemperaturen von 23,5\u2009\u00b0C bis 25,5\u2009\u00b0C.<\/div>\n

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Abbildung 25: Durch das Leitsystem gesteuerte, nach aussen \u00f6ffnende und wettersichere Fenster beim Haus Gasser. An der Ostfassade werden \u00fcber Nacht drei, an der Westfassade zwei solche Fenster ge\u00f6ffnet \u2013 ab dem 1. Obergeschoss. Es versteht sich von selbst, dass Querl\u00fcftungs\u00f6ffnungen in Erdgeschossen einbruch\u00adsicher gel\u00f6st werden m\u00fcssen.<\/div>\n
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Abbildung 26: Der oft aus feuerpolizeilichen Gr\u00fcnden vorhandene RWA (Rauch- und W\u00e4rmeabzug) kann sinnvoll ins Leitsystem integriert und zur Nachtausk\u00fchlung eingesetzt werden.<\/div>\n<\/div>\n
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Eine funktionsf\u00e4hige bauliche Nachtausk\u00fchlung stellt allerdings konstruktive und gestalterische Anforderungen, wie die Abbildungen 25 bis 27 zeigen. Die Querl\u00fcftungsklappen m\u00fcssen wettersicher konstruiert sein, dass eine Nachtausk\u00fchlung bei gr\u00f6sseren Geb\u00e4uden auch automatisierbar wird. Wenn beispielsweise die Querl\u00fcftung pro Stockwerk erfolgt, kann dies mit einer Temperaturmessung (Vergleich von Durchschnitts\u00adinnentemperatur und Aussentemperatur) ausgel\u00f6st werden. Sobald in der Nacht ab 22 Uhr die Aussentemperatur 2 K tiefer ist als die Raumlufttemperatur, wird ge\u00f6ffnet. Bei kleinerer Temperaturdifferenz wird wieder geschlossen. Eine Querl\u00fcftung ist optimal, wenn zwei gegen\u00fcberliegende Fassadenfl\u00e4chen, m\u00f6g\u00ad\u00adlichst in der Hauptwindrichtung, ge\u00f6ffnet werden k\u00f6nnen. Eine \u00dcbereck-L\u00fcftung funktioniert aber auch. Dies bedingt eine entsprechende Grundrissgestaltung. Sehr wirkungsvoll sind auch vertikale Luftbewegungen. Dazu dienen beispielsweise (wettersichere) Treppenh\u00e4user mit ohnehin erforderlichen Rauch- und W\u00e4rmeabzugsvorrichtungen. Diese k\u00f6nnen am tiefsten Punkt mit einer mindestens gleich grossen Zuluft\u00f6ffnung versehen werden. Zus\u00e4tzlich zu beachten ist die Einbruchsicherheit, dies gilt insbesondere bei Erd\u00adgeschoss-Querl\u00fcftungen. Querl\u00fcftungen sind wichtig und k\u00f6nnen auch interessante Architekturelemente sein.<\/p>\n

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Abbildung 27: Die wettersicheren, automatisierten Querl\u00fcftungsklappen des \u00d6KK-Verwaltungsgeb\u00e4udes in Landquart von Bearth und Deplazes, Chur. Hier sieht man die Beschattungsl\u00f6sung und den inneren Blendschutz mittels Vorh\u00e4ngen. Als problematisch haben sich hier die nicht gel\u00f6ste \u00dcbereck-Verschattung und die aus Kostengr\u00fcnden gew\u00e4hlte 2-fach-Verglasung erwiesen.<\/div>\n<\/div>\n

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Nur Zusatzheizung oder keine Heizung<\/h2>\n

Ein solares Direktgewinnhaus ben\u00f6tigt nur an wenigen Schlechtwettertagen im Hochwinter eine Zusatzheizung. Diese sollte erst dann zum Einsatz kommen, wenn die Massentemperatur des Hauses den pers\u00f6nlich tolerierten Tiefstwert erreicht (z.\u2009B. 21\u2009\u00b0C). Die Zusatzheizung sollte so klein konzipiert sein, dass diese Temperatur nur gehalten wird und keine Aufladung der Masse stattfindet. Das Aufladen der Masse ist Aufgabe der Sonne. So ist es auch nachvollziehbar, dass dieser Tiefstwert der Massentemperatur nicht zu tief angesetzt wird \u2013 ein Fehler, den viele Nutzer anf\u00e4nglich machen. Ein solares Direktgewinnhaus liefert w\u00e4hrend des Winters zu 90% ein W\u00e4rme\u00fcberangebot, mit dem man lustvoll umzugehen lernt. Zentralheizungen mit aufwendiger W\u00e4rmeverteilung braucht es nicht. In der Regel reicht eine punktf\u00f6rmige W\u00e4rmequelle, etwa ein automatischer Holzpelletofen, der bei Erreichen des pers\u00f6nlichen Temperaturtiefstwertes zugeschaltet wird.<\/p>\n

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Abbildung 28: Bei einem Haus, das f\u00fcr \u00abNullheizenergie\u00bb konzipiert wird, erfolgt die Auslegung auf den sonnenschw\u00e4chsten Monat. In Trin ist dies der Dezember. Die Abbildung zeigt, dass in allen \u00fcbrigen Wintermonaten W\u00e4rme im \u00dcberfluss vorhanden ist. Im Februar stehen beispielsweise 40\u2009% \u00fcbersch\u00fcssige W\u00e4rme zur Verf\u00fcgung. In diesem Haus w\u00fcrde auch eine Komfortl\u00fcftung wenig Sinn machen. Im Dezember und Januar wird mehrmals t\u00e4glich eine Stossl\u00fcftung durchgef\u00fchrt, ebenso im Hochsommer. In den \u00fcbrigen Monaten ist Fensterl\u00fcftung fast uneingeschr\u00e4nkt m\u00f6glich.<\/div>\n<\/div>\n

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Abbildung 29: Grundrisse NullheizenergieHaus Trin.<\/div>\n<\/div>\n

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Abbildung 30: Schnitt.<\/div>\n<\/div>\n

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Abbildung 31: Ansicht von S\u00fcdost.<\/div>\n
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Abbildung 32: In Trin und allgemein in den Bergen kommen l\u00e4ngere Schlechtwetterperioden selten vor. In zwei durchgemessenen Wintern gab es die dargestellte Situation nur einmal. Wie man sieht, haben die vier dunklen, kalten Tage die Raumlufttemperatur nur gerade um 3,5 K gesenkt. An den Sonnentagen sieht man die leichte Lufttemperatur\u00fcberschwingung, jeweils in der Nacht zeigt das Diagramm die Massentemperatur.<\/div>\n<\/div>\n
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Abbildung 33: Das Verwaltungsgeb\u00e4ude der Gasser Baumaterialien AG in Chur weist etwas weniger \u00dcbersch\u00fcsse auf als das Haus in Trin. Diesem \u00f6konomisch optimierten Direktgewinnhaus (450 Fr.\/m3) liegt ein \u00abFastnullenergie-Konzept\u00bb zugrunde. Es ben\u00f6tigt lediglich noch 4,5 kWh\/m2 Zusatzw\u00e4rme. Diese wird im Erdgeschoss und im 2. Obergeschoss mit je einem 8-kW-Pellet-Aufstellofen ohne aktive W\u00e4rmeverteilung bereitgestellt. In der Regel laufen die \u00d6fen erst nach ein bis zwei Schlechtwettertagen an, denn vorher ist gen\u00fcgend W\u00e4rme in der inneren Geb\u00e4udemasse gespeichert. In einem Verwaltungs- und Verkaufsgeb\u00e4ude mit teilweise hoher Personenbelegung ist eine Komfortl\u00fcftung angebracht. Wie oben ersichtlich, beschr\u00e4nkt sich die Heizsaison auf etwa drei Monate und auch dann nur auf l\u00e4ngere Schlechtwetterphasen.<\/div>\n
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Prim\u00e4rspeicher<\/strong>
\nDirekt beschienene Bauteile wie Unterlagsboden, W\u00e4nde und S\u00e4ulen an der S\u00fcdfassade.<\/p>\n

Sekund\u00e4rspeicher<\/strong>
\nNicht direkt beschienene Bauteile wie W\u00e4nde und Decken. Speichern W\u00e4rme aus der Raumluft und durch langwellige Strahlung.<\/p>\n

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Sonnenstrahlungseintrag und Absorptionsleistung<\/h2>\n

Um den grossen W\u00e4rmeertrag aus Sonnenstrahlung hinter der g-Wert-optimierten S\u00fcdverglasung nutzen zu k\u00f6nnen, muss die gen\u00fcgend grosse W\u00e4rmeaufnahmef\u00e4higkeit der Innenraumoberfl\u00e4chen (Sekund\u00e4rspeicher) nachgewiesen werden. So kann eine \u00dcbererw\u00e4rmung der Luft verhindert werden und die R\u00e4ume bleiben ohne Sonnenschutz oder Abl\u00fcftung in Bezug auf ihre Temperatur im Komfortbereich. Abbildung 34 zeigt, dass im ersten Moment die Absorption gr\u00f6sser ist als nach 2 Stunden. Dies hat mit der Erw\u00e4rmung der Oberfl\u00e4chen zu tun. F\u00fcr eine gen\u00fcgend genaue Absch\u00e4tzung reicht es aus, einen Mittelwert (nach etwa 2 Stunden) einzusetzen. Der gezeigte einfache lineare Absorptionsnachweis kann als Excel-Tabelle erstellt werden.<\/p>\n

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Abbildung 34: In die Absch\u00e4tzberechnung ist die Absorptionsleistung nach 2 Stunden einzusetzen.<\/div>\n
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Diese Werte betreffen die nicht direkt sonnenbeschienenen Oberfl\u00e4chen, also die W\u00e4rmeaufnahme \u00fcber Strahlung und Konvektion (Luftbewegung). Direkt beschienene Oberfl\u00e4chen (Prim\u00e4rspeicher) erreichen wesentlich h\u00f6here Absorptions-leistungen, sofern sie an der Oberfl\u00e4che mindestens eine mittlere Dunkelheit und eine ausreichende W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit aufweisen. Dadurch werden 50\u2009% der Strah-lung oder mehr auf der Oberfl\u00e4che zu W\u00e4rme umgeformt, die Oberfl\u00e4che erw\u00e4rmt sich st\u00e4rker und gibt wieder W\u00e4rme an die Luft und an Umgebungsfl\u00e4chen ab, sofern der Temperaturunterschied zwischen Oberfl\u00e4che und Raumluft dies erzwingt. Bei der Ermittlung der Prim\u00e4rspeicherfl\u00e4chen gilt es mehrere Aspekte zu beachten: Im Hochwinter bewegt sich die Einstrahlung von etwa 30\u2009\u00b0 S\u00fcdost bis 30\u2009\u00b0 S\u00fcdwest, die Sonnen-Schatten-Auswirkung \u00abbewegt\u00bb sich also \u00fcber den Raum. Zum einen bedeutet dies, dass nie die gesamte Fl\u00e4che beschienen wird, zum anderen kann in der Gestaltung bewusst mit verschiedenen Lichtszenarien gearbeitet werden, also mit der Sinnlichkeit des Lichts. Je nach Oberfl\u00e4chenfarbe, Widerschein und Sonnenstand kann man so die Tages- und Jahreszeit inszenieren.<\/p>\n

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  • Mobiliar, Fenster:<\/strong> Es empfiehlt sich, die S\u00fcdfenster bis an den Boden zu ziehen, da die Fl\u00e4chen direkt hinter der Verglasung meistens frei bleiben und als Prim\u00e4rspeicher voll nutzbar sind. F\u00fcr die \u00fcbrigen Fl\u00e4chen muss eine Abdeckung durch Mobiliar abgesch\u00e4tzt und in Abzug gebracht werden.<\/li>\n
  • B\u00f6den mit Prim\u00e4rspeicherzuschlag:<\/strong> F\u00fcr Steinb\u00f6den mittlerer Dunkelheit, z.\u2009B. aus geschliffenem Beton oder Zement\u00adunterlagsb\u00f6den mit Steinzeug- oder Natursteinplatten, kann f\u00fcr die beschienenen Fl\u00e4chen ein Zuschlag zum Sekund\u00e4rspeicherwert von etwa 50 W\/m2 angenommen werden. Es kann von einer etwa 50\u2009% h\u00f6heren Eindringtiefe ausgegangen werden. Dies bedeutet Folgendes: Weist normalerweise ein Unterlagsboden etwa 9 cm Bauh\u00f6he auf, kann der permanent direkt beschienene Teil des Steinbodens sinnvollerweise 13 cm Gesamtst\u00e4rke aufweisen. Sobald ein Holzparkett- oder ein Teppichboden auf dem Unterlagsboden angebracht wird, ist die Absorptionsleistung sehr viel kleiner. Ein vollverklebtes, dunkles Hartholzparkett erreicht etwa 20 W\/m2 Prim\u00e4r- plus Sekund\u00e4rabsorption, w\u00e4hrend ein getrennt aufgelegtes Parkett, ein Laminat oder ein Teppich die Absorption fast vollst\u00e4ndig verhindert. Platten- oder Natursteinb\u00f6den sollten im \u00abMittelbett\u00bb verlegt werden, also den Vollkontakt zum Unterlagsboden ohne Lufteinschluss oder Trittschalld\u00e4mmung garantieren.<\/li>\n
  • W\u00e4nde mit Prim\u00e4rspeicherzuschlag:<\/strong> Die wirkungsvollsten Fl\u00e4chen sind auch hier jene W\u00e4nde, insbesondere Zwischenw\u00e4nde, die direkt an die Fensterfl\u00e4che f\u00fchren. Auch diese k\u00f6nnen eine mittlere Dunkelheit aufweisen und dadurch mehr verwertbare Eindringtiefe generieren. So kann beispielsweise auch eine Wohnungstrennwand in Beton oder Kalksandstein voll genutzt werden. Dunkle Raumoberfl\u00e4chen reduzieren allerdings die Beleuchtungseffizienz. Dies sollte ber\u00fccksichtigt werden.<\/li>\n<\/ul>\n

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    Abbildung 35: Absorptionsberechnung. Der Zusammenzug der Absorptionsleistungen sollte gleich viel oder mehr Absorptionsleistung ergeben als die um den g-Wert reduzierte Sonneneinstrahlung auf die unbeschattete Glasfl\u00e4che. Dieses Beispiel Casa Felice hat also keine \u00dcberhitzungsprobleme, trotz \u00fcberwiegender Massivholzbauweise.<\/div>\n
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    Tabelle 1: Baustoffkenngr\u00f6ssen f\u00fcr das Speicherverhalten. Von Interesse ist in erster Linie die aktive Dicke bei t = 4\u2009h. Im Dezember und Januar scheint die Sonne nur etwa 4 Stunden kraftvoll.<\/div>\n
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    Innere Speichermasse und Schlechtwettersicherheit<\/h2>\n

    Hinter der Materialoberfl\u00e4che der Raumbegrenzung muss eine gen\u00fcgend dicke Materialschicht ausgewiesen werden, um \u00fcber die ganze Zeit der Strahlungs- und W\u00e4rmeeinwirkung die Absorptionsleistung zu gew\u00e4hrleisten und so erst eine Energiespeicherung zu erm\u00f6glichen. In Tabelle 1 ist die Eindringtiefe bei 4-st\u00fcndiger und bei 8-st\u00fcndiger Einwirkung ersichtlich. Massgebend f\u00fcr den Hochwinter ist die Eindringtiefe bei 4-st\u00fcndiger Einwirkung, da die Sonne nicht l\u00e4nger kraftvoll scheint.<\/p>\n

    Diese relativ geringen Eindringtiefen lassen den Schluss zu, dass Innenw\u00e4nde und Zwischendecken die \u00f6konomischsten Speicher abgeben, da die Eindringtiefe von beiden Seiten anrechenbar ist und sinnvolle aktive Konstruktionsst\u00e4rken ergeben. Zur spezifischen Eignung der Bauteile kann Folgendes ausgesagt werden.<\/p>\n

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    • B\u00f6den:<\/strong> Steinb\u00f6den in s\u00fcdorientierten R\u00e4umen sind sehr effizient als Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rspeicher, k\u00f6nnen allerdings nicht als Alleinspeicher eingesetzt werden. Sind W\u00e4nde und Decken Leichtbauteile, so stellt sich schnell ein Heissluftpolster in der oberen Raumlufth\u00e4lfte ein und das Raumklima wird unangenehm. Eine Abdeckung von B\u00f6den durch M\u00f6bel und Teppiche ist zu vermeiden.<\/li>\n
    • W\u00e4nde:<\/strong> Die W\u00e4nde dienen vorwiegend als Sekund\u00e4rspeicher. Sie k\u00f6nnten auch als Alleinspeicher eingesetzt werden, erreichen aber in der Regel eine zu kleine Absorptionsleistung. Sie k\u00f6nnen teilweise durch M\u00f6bel und Bilder abgedeckt sein.<\/li>\n
    • Decken<\/strong> sind in der Regel sehr effiziente Sekund\u00e4rspeicher, k\u00f6nnen mit Lichtumlenkung aber auch zu Prim\u00e4rspeichern werden. Deckenfl\u00e4chen sind problemlos, da sie fast immer frei bleiben. Zur Absorptionsleistungserh\u00f6hung haben sich vergr\u00f6sserte Oberfl\u00e4chen bew\u00e4hrt. Es gibt keinen Konflikt zu erh\u00f6hten Raumakustikanforderungen. Mehr Oberfl\u00e4che bringt immer eine bessere Akustik. Im Musterschulzimmer (Abbildung 37) hat sich durch Messungen best\u00e4tigt, dass ein Balkenraster mit leicht konischen Zwischenr\u00e4umen sehr gute Akustikresultate bringt. Falls klassische Akustikpaneele eingesetzt werden, sollten sie kleinteilig mit gen\u00fcgend Zwischenraum und Distanz zur Masse montiert werden, so dass die Raumluftzirkulation gew\u00e4hrleistet bleibt. Decken oder Decken-Boden-Systeme eignen sich gut als Alleinspeicher.
      \nMit der f\u00fcr die meisten Menschen im Komfortbereich liegenden Schwankung von 3\u2009K zwischen Raumluft- und Massetemperatur (z.\u2009B. 21\u2009\u00b0C\u2009\/\u200924\u2009\u00b0C) l\u00e4sst sich die Speicherkapazit\u00e4t der Bauteile im Eindring\u00adtiefenbereich errechnen. Die so auf\u00adsum\u00admierte Energiemenge wird mit dem
      \ndurchschnittlichen Tagesw\u00e4rmebedarf im schlech\u00adtesten Monat (Dezember oder Januar) ohne Strahlungsgewinne verglichen. Der Monatsmittelbedarf kann aus der Berechnung nach SIA 380\/1 herausgelesen und auf einen Tagesbedarf runtergerechnet werden. Die errechnete Speicherenergie sollte mindestens einem Tagesbedarf entsprechen, dann hat das System eine gen\u00fcgend gros\u00adse Tr\u00e4gheit \u2013 dies k\u00f6nnte man die Schlechtwettersicherheit nennen. Das Nullheizenergie-Haus in Trin verf\u00fcgt \u00fcber 4 Tage Schlechtwettersicherheit. Dies reicht in den Alpen \u2013 auch bei deutlich h\u00f6heren Lagen als Trin mit 940 m.\u2009\u00fc.\u2009M. \u2013, um ohne Zusatzheizung auszukommen.<\/li>\n<\/ul>\n

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      Abbildung 36: Die eng gerasterte Schnittholzspeicherdecke mit aufgelegten 7 cm starken Massiv-Kalksandsteinplatten und die 4\u2009cm starke Schnittholz-Wandverkleidung bilden die Hauptspeichermasse im Minergie-P-Direktgewinn-Einfamilienhaus Jakob, Brienz, von Schilt, Langnau.<\/div>\n
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      Abbildung 37: Die Stadt Chur realisierte im Jahr 2013 ein Musterschulzimmer, das durch solare Direktgewinnoptimierung und Abw\u00e4rmenutzung von Sch\u00fclern 45\u2009% des W\u00e4rmebedarfs einspart. Gut sichtbar ist die zus\u00e4tzliche Speichermasse mit F\u00f6hreb\u00e4lkchen, Lichtumlenkung, Solarglas, L\u00fcftungsger\u00e4t und Storensteuerung.<\/div>\n<\/div>\n
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      Abbildung 38: Das Schulhaus Vella hat eine Betondecke mit 20 cm breiten und 20 cm hohen Rippen, die im Vergleich zu einer \u00fcblichen Decke die doppelte Absorptions- und Speicherwirkung erreicht. Mit den lichtumlenkenden Innenstoren kann das Angebot zur Speicherung noch erh\u00f6ht werden.<\/div>\n
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      In der Regel ist es nur an Sch\u00f6nwetter\u00adtagen nachts sehr kalt, als Folge der n\u00e4chtlichen Abstrahlung in den Nachthimmel. Dieses Ph\u00e4nomen hat eine Oberfl\u00e4chenausk\u00fchlung unter die Lufttemperatur zur Folge. Auf diese Art entsteht beispielsweise auch die Eisschicht auf der Autoscheibe, da die w\u00e4rmere und feuchtereichere Luft auskondensiert. Bei Bew\u00f6lkung entf\u00e4llt dieser Effekt, es bleibt w\u00e4rmer.<\/p>\n

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      Abbildung 39: Im Modulbausystem Living-Box von Architeam 4 und Ruwa Holzbau werden die Boden-Decken-Module zur Absorption und Speicherung eingesetzt. Die auf dem R\u00fctteltisch als Holz-Beton-Verbund produzierten Teile kommen fertig auf die Baustelle. Beton und Holz speichern die Sonnenw\u00e4rme (Bild: Tom Kawara).<\/div>\n<\/div>\n

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      In Nebellagen, aber auch in Inversions\u00adlagen im Mittelland, in denen unter der Bew\u00f6lkung w\u00e4hrend Tagen Minusgrade vorkommen k\u00f6nnen, braucht es eine einfache Zusatzheizung. Eine Schlechtwettersicherheit von 1 bis 2 Tagen macht Sinn.<\/p>\n

      Da eine mehrt\u00e4gige Schlechtwettersicherheit mehr innere Masse und hervorragende D\u00e4mmwerte um 0,12 W\/(m2\u2009K) ben\u00f6tigt, was h\u00f6here Baukosten, l\u00e4ngere Bauzeit und mehr graue Energie zur Folge hat, kann eine Zusatzheizung auch aus \u00f6konomischen Gr\u00fcnden Sinn machen.
      \nSo auch im Verwaltungsbau Gasser: Die Schlechtwettersicherheit liegt bei 1,5 Tagen, die U-Werte der Bauteile betragen 0,15 W\/(m2\u2009K), die gemessene Energiekennzahl W\u00e4rme 4,5 kWh\/(m2\u2009a) \u2013 also mehr als dreimal tiefer als bei einem Minergie-P-Bau und die Baukosten mit 450 Fr.\/m3 auf dem Niveau des konventionellen Bauens. F\u00fcr die 2100 m2 grosse Gewerbefl\u00e4che braucht es lediglich 2 Pellet\u00adaufstell\u00f6fen mit je 8 kW Leistung als Zusatzheizung.<\/p>\n

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      Abbildung 40: Zur Berechnung der Speicherenergie kann eine Excel\u00adtabelle eingesetzt werden. Das Beispiel Casa Felice zeigt hier, dass gut sechs Stunden Sonnenschein in der Masse speicherbar sind. Das Haus ben\u00f6tigt bei 0\u2009\u00b0C und ohne solare Gewinne etwa 40 kWh W\u00e4rme pro Tag (der SIA-380\/1-Berechnung entnommen). Die Schlechtwettersicherheit des Hauses betr\u00e4gt also rund 1,25 Tage.<\/div>\n<\/div>\n

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      Als erstes soll mit dem Beispiel des solaren Direktgewinnhauses die K\u00f6nigsdisziplin der Solararchitektur eingef\u00fchrt werden. Denn diese bildet die Grundlage nach dem Prinzip: viel Haus, wenig Technik, da die W\u00e4rme durch die S\u00fcdfenster gewonnen wird. Nachstehend wird die W\u00e4rmephysik der H\u00fclle, die W\u00e4rmeaufnahme im Innern des Hauses und die W\u00e4rmespeicherung erkl\u00e4rt. Die aufgezeigte einfache rechnerische […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-1097","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-unkategorisiert"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1097","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1097"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1097\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1243,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1097\/revisions\/1243"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1097"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1097"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/solararchitektur\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1097"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}