Klimaneutrales Bauen und Betreiben: Welche Technologien jetzt in den Fokus rücken

Eva Marion Beck

Klimafreundliches Bauen und Betreiben muss zum Mainstream werden. Darüber ist man sich spätestens seit dem neuesten Bericht des Weltklimarats einig. Als Treiber für die Energie- und Ressourceneffizienz von Immobilien wird die Digitalisierung rund ums Gebäude jetzt noch mehr gefördert. Denn bis 2045 soll Deutschlands Baubestand komplett klimaneutral sein. Erfahren Sie mehr über die Technologien, die dabei im Fokus stehen.

Unter dem Druck des Verfassungsgerichts und neuer EU-Vorgaben hat die Bundesregierung eine Verschärfung der Klimaziele beschlossen. Der Treibhausgas-Ausstoß soll bis 2030 um mindestens 65 Prozent im Vergleich zum Jahr 1990 reduziert werden. Bis 2045 soll Deutschland dann komplett klimaneutral sein. Das Klimaschutzprogramm 2030 und das Konjunkturpaket von 2020 stellen Milliarden Euro für die Energiewende bereit. Jetzt gilt es, das Geld intelligent zu nutzen. Dabei liegt im Bausektor der größte Hebel.

„Rund 40 Prozent der Treibhausgasemissionen und über die Hälfte des gesamten Abfallaufkommens in Deutschland entstehen in der Bauwirtschaft. Im deutschen Bausektor gehen zudem etwa 90 Prozent aller verwendeten nicht nachwachsenden mineralischen Ressourcen verloren“, sagt Michael Wicke, Co-Koordinator für Bauen bei den Architects for Future. Der Verein wurde von engagierten Architekten gegründet, um den trägen Riesen Bauwirtschaft in punkto Klimaneutralität auf Trab zu bringen. Als Beschleuniger werden in den nächsten fünf Jahren vor allem folgende Digitalisierungstrends im Bereich Planung, Bau und Betrieb wirken.

Cradle to Cradle mit BIM

Building Information Modeling (BIM) ist eine Schlüsseltechnologie beim klimafreundlichen Bauen. Ein BIM-Modell entsteht in der Regel, bevor ein Gebäude gebaut wird, als eine Art planerischer „digitaler Zwilling“. Dieser ermöglicht dank seiner strukturierten 3D-Geometrie und einer alphanumerischen Datenbank verschiedene Vorabsimulationen, mit denen der Entwurf optimiert werden kann, um eine bessere Energie- und Klimaperformance des Gebäudes in allen Phasen seines Lebenszyklus zu erreichen.

Die Möglichkeit, die Datenbank eines „digitalen Zwillings“ mit Cradle to Cradle-Kriterien zu verknüpfen, macht BIM zu einem Grundpfeiler des kreislauffähigen Bauens (Cradle to Cradle) und der Nachhaltigkeitsbewertung, z.B. der „grauen Energie“ – ein Ansatz, der alle verursachten Emissionen von der ersten Herstellung der verwendeten Bauprodukte über den Transport bis zum Abriss des Gebäudes mitberücksichtigt. Dieser „graue“ Energieverbrauch, der in den verbauten Materialien steckt, macht 40 bis 50 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs aus. Das Holzhybrid-Bürogebäude „The Cradle“ in Düsseldorf ist eines der ersten Bauprojekte, bei denen das BIM-Modell mit einem »Material Passport« verknüpft ist und somit sämtliche Daten für einen späteren Rückbau zur Verfügung stehen.

„Die Auswertung erfolgt hinsichtlich ökologischer Folgewirkungen wie Gesundheitsklasse, CO₂-Fußabdruck, Demontierbarkeit, Trennbarkeit von Materialien und Rezyklierbarkeit von Materialien und Produkten“, erläutert Gerhard G. Feldmeyer, geschäftsführender Gesellschafter des Büros HPP Architekten, das The Cradle entworfen hat. Ganz im Sinne des Kreislaufgedankens können einzelne Bauelemente somit nach Gebrauch wiederverwertet, nicht recycelbare Materialien minimiert und der CO2-Ausstoß reduziert werden. Ein ressourcenschonender Bauprozess, eine umweltbewusste Bewirtschaftung und ein recyclingorientierter Rückbau können mit BIM so präzise und effizient wie nie zuvor von Anfang an geplant und koordiniert werden.

Quelle: HPP Architekten, Foto: Chris Rausch

Alle in The Cradle verbauten Materialien werden über das 3D-BIM-Modell in einem Building Material Passport dokumentiert. Dieser ermöglicht eine optimale Materialauswahl und eine präzise Dokumentation für einen klimafreundlichen Rückbau.

Die Erforschung des gesamten „Green-Potenzials“ von Building Information Modeling ist aber noch in den Anfängen, vielversprechende Innovationen befinden sich in der Entwicklung oder in der Pilotphase. So zum Beispiel eine Kombination von BIM mit Künstlicher Intelligenz (KI) bei der Planung, die ganz neue Dimensionen der Flächen- und damit Energie- und Materialeffizienz eröffnen könnte. Sicher ist: BIM und Nachhaltigkeit können in der Bau- und Immobilienwirtschaft effektiv zusammenwirken und sich in Zukunft als Powerteam erweisen.

Gebäudebetrieb mit dem Internet of Things

Den größten Teil der neuen Einsparungen soll der Energiesektor bringen. Hersteller von Heiz-, Lüftungs- und Klimatechnik bieten einerseits moderne Technologien zur Verbesserung der Energieeffizienz, andererseits werden zu diesem Zweck immer mehr digitale Services entwickelt. Diese ermöglichen es Eigentümern, die Heizung über das Smartphone zu steuern, Installateure profitieren wiederum von einem App-basierten Frühwarnsystem im Fall von Störungen. Wohnungsbaugesellschaften sowie Energieversorgern hingegen können Verbrauchsdaten durch Schnittstellen in der Steuerung der Heizungsanlagen für ein Monitoring des Energieverbrauchs nutzen. Mit IoT-Sensoren lassen sich also die Faktoren ausfindig machen, die zu einem unnötigen Stromverbrauch führen. Die intelligenten Lösungen optimieren den Einsatz von Licht, Lüftung, Klimaanlage und Heizung und verbessern so den Energieverbrauch. Demnach entwickelt sich das „Internet of Things“ mittels Smart Regler, Software, Apps und digitalen Anwendungen zum Treiber klimafreundlicher Gebäudebewirtschaftung.

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Zwischen Boom und Datenschutz-Bremse

Die Förderung von Forschungsprojekten und Start-ups mit den Schwerpunkten Künstliche Intelligenz, Big Data, Internet of Things, Robotik und Industrie 4.0 boomt, da diesen Technologien enorme Potenziale zugesprochen werden, den Energieverbrauch beim Planen, Bauen, Bewohnen und Betreiben zu senken. In Berlin soll in den kommenden Monaten ein Innovationsort für die Energiewende entstehen. Rund 50 Unternehmen und Start-ups sind bereits im „Future Energy Lab“ vernetzt und erproben auf Basis von Technologien wie Blockchain und Künstlicher Intelligenz digitale Lösungen für eine klimafreundliche Energiewirtschaft. Die kreislauffähige Planung von Gebäuden, skalierbare energetische Gebäudetechnik – das alles funktioniert aber nicht ohne die Anpassung von Gesetzen bzw. behördlichen Auflagen. Dies erweist sich als Bremse, die nicht leicht zu lösen ist.

 

Mit riesigen Fragezeichen versehen ist beispielsweise noch der Datenschutz. Über ein digitales Monitoring könnte zum Beispiel eine Anlage auch über mehrere Jahre beobachtet und auf Effizienz analysiert werden. Eine Hürde für die ganzheitliche Messung und Steuerung des Wärme- und Energieverbrauchs in den Liegenschaften ist jedoch die Bereitstellung und Integration von Daten. Für sie müssen erst einheitliche Standards und Schnittstellen entlang der Wertschöpfungskette geschaffen werden. Die Voraussetzung hierfür ist wiederum die Klärung datenschutzrechtlicher Aspekte – genau wie für die Anwendung von Blockchain-Technologien, mit denen logistische Prozesse durch „smarte“ Lieferketten wesentlich effizienter ablaufen können. Bisher ist in vielen Fällen keine hundertprozentige Datenschutz-Compliance möglich, sondern nur eine Risikominimierung. Und auch die effiziente Nutzung von Daten ist noch ein Problem. Bis die wertvollen, im digitalen Zwilling hinterlegten Daten über den gesamten Bauwerkslebenszyklus und alle Schnittstellen hinweg automatisiert, integriert, kombiniert und verglichen werden können, ist es noch ein langer Weg.

 

In der Vergangenheit wurden Digitalisierung und klimafreundlicher Gebäudebestand in Forschung, Praxis und Politik meist getrennt voneinander behandelt und diskutiert. Hier scheint aber aktuell ein Umdenken stattzufinden. Eine größere Präsenz der Zusammenhänge im öffentlichen Diskurs und mehr Vernetzung zwischen Forschungsinstituten, Unternehmen, Verwaltungen, Verbänden und Initiativen ist zu beobachten. Ein hoffnungsvolles Zeichen, dass klimafreundliches Planen, Bauen und Betreiben zwar noch eine Baustelle ist – aber eine, auf der mit immer mehr Zielbewusstsein und Strategie gearbeitet wird.

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Bildnachweis: epixproductions/Shutterstock.com; Chris Rausch/HPP Architekten.