30.09.2022
Jan Dehoust

Gebäude als digitale Ökosysteme

Das Potenzial der „urbanen Energiewende“

Die Transformation der Energiesysteme ist zweifellos die Herausforderung schlechthin, die wir als Menschheit im 21. Jahrhundert bewältigen müssen.

  1. Da unser Planet nur über begrenzte natürliche Ressourcen verfügt und vor allem Deutschland kaum Rohstoffe besitzt, rückt das Thema Rohstoffknappheit zunehmend in den Fokus von Unternehmen. Laut einer Studie leiden bereits 85 Prozent der Betriebe des Baugewerbes sowie des produzierenden Gewerbes unter steigenden Rohstoffpreisen. Erstaunlich ist, dass die Rohstofffrage von Unternehmen bereits heute als weit drängender beurteilt wird als das Jahrhundertthema Energie. Alle Prognosen gehen von einer weiteren Verschärfung des Wettlaufs um die Rohstoffe aus. Zudem enthalten viele der heute verwendeten Materialien gesundheitsgefährdende Stoffe. Gerade im Bereich der Baustoffe wird diese doppelte Schwierigkeit immer mehr zur Herausforderung für Produkthersteller, Planer – und letztlich auch für die Bauherren. Von Effizienz zu Effektivität – die großen Anstrengungen im Bereich Energieeffizienz der letzten Jahre reduzieren zwar den Verbrauch, stellen jedoch allein keine langfristige Lösung dar. Denn die Effizienzgewinne im Betrieb sind meist mit massiven Mehraufwendungen für Baumaterialien verbunden, die auf Kosten der Umwelt hergestellt und entsorgt werden müssen. Ein Beispiel hierfür ist das häufig eingesetzte Wärmedämmverbundsystem. Um langfristig ausreichend Ressourcen für dauerhaftes Wachstum zu sichern, müssen wir vom linearen Effizienzpfad zu einer Circular Economy mit erneuerbaren Energien und rezyklierbaren Stoffflüssen gelangen. Der Umbau unserer Industrie wird vor allem durch einen neuen Qualitätsanspruch und höhere Wertschöpfung motiviert. Die Cradle to Cradle Methode ist hierbei die wissenschaftliche Grundlage zur Umsetzung einer Circular Economy in der Bau- und Immobilienwirtschaft. Verbrauchsgüter sind biologisch abbaubar und gehen in den natürlichen Nährstoffkreislauf zurück. Gebrauchsgüter werden nach ihrer Nutzung in sortenreine Ausgangsstoffe zerlegt und einem technischen Kreislauf zugeführt. Dabei bleibt ihre stoffliche Güte erhalten, ein Downcycling mit Qualitätsverlust wird vermieden. Alle Inhaltsstoffe sind chemisch unbedenklich und kreislauffähig. Müll im heutigen Sinne gibt es nicht mehr, sondern nur noch nutzbare Nährstoffe. Damit werden Gebäude zu Rohstoffdepots, welche die Ressourcen nach dem Ende der Nutzungszeit wieder freigeben und sie zur Grundlage neuer Produkte werden lassen. Somit ist das Cradle to Cradle Prinzip geboren.Rohstofflager durch Urban Mining gibt Materialien eine Identität, reduziert den CO2-Ausstoß und erhöht die Verfügbarkeit von Baumaterialien. Durch Materialkataster können Potenziale erkannt und genutzt werden. Als Konsequenz hieraus für Sanierungen – und dann auch für Neubauten – sollte das Cradle to Cradle Designprinzip angewendet werden. Der Building Circularity Passport wird mit der Planung digital vernetzt, sodass die Kreislauffähigkeit eines Gebäudes messbar wird und folglich der CO2-Fußabdruck direkt abzuleiten ist. Die Mehrwerte werden somit transparent und liegen auf der Hand – auch eine Investitionsplanung wird in Verbindung mit den Klimazielen möglich. Es wird ein geringerer CO2-Fußabdruck geliefert, die Gesundheit von Nutzern in Gebäuden gefördert, Ressourcen werden geschont, lokale Wertschöpfungsketten erschlossen, finanzielle Mehrwerte können direkt abgeleitet werden und wir sind flexibel und zukunftsfähig.

  2. Gebäude, die als Kraftwerke genutzt werden sind im Kommen. Es wird mehr als genügend Energie im Gebäude erzeugt, sodass der Überschuss Nachbargebäude mitversorgt. Damit Gebäude sich dezentral und klimagerecht mit Energie versorgen können, müssen sie Erneuerbare Energien zum Beispiel aus Wind und Sonne statt den fossilen Energieträgern nutzen. Doch bis dato ist es nicht einfach die Energieproduktion, die Energiespeicherung und den Energieverbrauch optimal aufeinander abzustimmen, ohne dass Stromversorgungsstrukturen an die Grenze der Leistungsfähigkeit kommen. Das liegt daran, dass die Erneuerbaren Energien naturgemäß hohen Schwankungen unterliegen, die einer Regulierung bedürfen. Mit sogenannten SmartGrids scheint aber auch für dieses Problem schon eine Lösung gefunden zu sein. Dabei handelt es sich um intelligente Stromnetze, über die die Anbieter die Erzeuger Erneuerbarer Energie, die Verbraucher und auch Gebäude miteinander kommunizieren können. Aus dem Smart Grid erfährt das Energiemanagement der Gebäude zum Beispiel, wann es günstig ist, Energie zu beziehen und wann es wiederum zur Entlastung des Netzes beitragen kann. Die schwankende Energiezufuhr und die Stromversorgung im Netz werden dadurch intelligent geregelt. Damit diese intelligente Regulierung funktioniert, müssen Gebäude jedoch über entsprechende digitale Technologie und Softwareprogramme verfügen. Als Smart Buildings können Immobilien mit Stromnetzen kommunizieren und ihren Verbrauch bei Bedarf anpassen. Um das Potenzial der Gebäude als Kraftwerke voll auszuschöpfen, ist ein weiterer Aspekt entscheidend: die Vernetzung –und zwar weg von der einzelnen Betrachtung der Gebäude hin zum Quartiers- oder Campusgedanken. Nur, wenn Immobilien als Teil eines großen Netzwerks aus Gebäuden, Straßen und grünen Energiequellen gesehen werden, kann die Vision von einer klimapositiven Zukunft wahr werden. Die Dekarbonisierung der Wärme weg von fossilen hin zu Erneuerbaren Energieträgern, die Sektorenkopplung und die Vernetzung der energieproduzierenden Gebäude in Quartieren inklusive Elektroladeinfrastruktur ist ein entscheidender Baustein um die Klimaschutzziele zu erreichen.

  3. Als dritten Impuls würden wir gerne auf die „schlauen“ Gebäude schauen, die ihren Energiebedarf selbst optimieren und sich an die Nutzerbedürfnisse intelligent anpassen. Hierbei liegt natürlich das Augenwerk auf einen optimierten Gebäudebetrieb. Viele Förderungen beziehen sich aktuell auf passive Maßnahmen wie zum Beispiel Dämmung oder neue Heizungsanlagen. Großes Potenzial bietet aber auch die Reduzierung des Energieverbrauchs durch Digitalisierung und Künstliche Intelligenz. Sogenannte Customized Smart Buildings können nicht nur die technischen Anlagen miteinander vernetzen, sondern auch eine Vielzahl von Daten erheben. Es handeltsich um Immobilien mit Köpfchen – künstliche Intelligenz verknüpft alle technischen Anlagen, Sensoren sowie Planungs-, Betriebs- und Nutzerdaten intelligent miteinander und steuert so die Prozesse im Gebäude in optimaler Weise. Dadurch wird die Künstliche Intelligenz das Gebäude und den damit verbundenen Energiebedarf nicht nur selbst optimieren, sondern in nicht allzuferner Zukunft auch verlässlich prognostizieren und das den Netzbetreibern mitteilen. Wenn es heißt "Ihre Strombestellung bitte.", dann können die Gebäude als Cognitive Buildings antworten. Die Grundlage dafür bildet der Einsatz von Sensorik, also die Nutzung von Messfühlern zur Messung und Kontrolle von Veränderungen in der Umgebung. Die Sensoren erfassen Verbrauchsdaten für Wasser, Strom oder Gas oder auch die Intensität der Lichteinstrahlung, melden Bewegungen oder messen den Schall. Ein Beispiel, das jeder von zu Hause kennt, sind Bewegungsmelder, die eben automatisch das Licht anschalten, sobald sie eine Bewegung vor der Haustür feststellen. Die Messungen der einzelnen Sensoren werden dann in elektrische Signale umgewandelt, die als Daten gesammelt werden um optimierte Nutzerprofile zu erstellen. Die Customized Smart Buildings – mit den Smart Grids als zentraler Steuerungseinheit – können sie anhand von Echtzeitdaten zu Stromerzeugung, Stromverbrauch und Stromspeicherung die Energieproduktion und den Energieverbrauch optimal aufeinander abstimmen und so zu einer Verbesserung des Lastenmanagements innerhalb des Stromnetzes beitragen. Das heißt, das Gebäude von morgen spricht quasi mit dem Stromnetz und vernetzt die Gebäude zu einem intelligenten Quartier als Basis für eine Smart City. Der Schlüssel für intelligente Stromnetze ist eine Priorisierung des Leistungsbedarfs aller angeschlossenen Geräte im Gebäude und eine entsprechende Regulierung der verfügbaren Leistung.

    Es stellt sich zusammenfassend die Frage, wie wir gemeinsam die grüne Zukunft beschreiten. Digitales und nachhaltiges Bauen ist die notwendige Bedingung für die Zukunft. Nach etwas mehr als 100 Jahren stehen wir angesichts unserer schwindenden Ressourcen, des Klimawandels, der sich stetig vergrößernden Weltbevölkerung und der weltweiten Verstädterungsowie der digitalen Transformation erneut vor der Aufgabe, die gebaute Umwelt radikal neu zu denken und sie vor allem nachhaltig umzusetzen, um sie lebenswert und enkelfähig zuerhalten. Und so stimmen wir der Aussage Ursula von der Leyens vorbehaltlos zu: „Der Europäische Green Deal muss auch ein kulturelles Projekt für Europa sein.“ Die notwendige Voraussetzung ist, dass wir unsere Wirtschaft nachhaltig umbauen und dafür das enorme Potenzial der digitalen Technologien ausschöpfen. Für uns im Bau- und Immobiliensektor heißt das: Um unseren Teil des Green Deals einzuhalten, müssen Neubauten und Bestandsgebäude sich an höchsten Nachhaltigkeitsstandards messen lassen. Allein in Deutschland gibt es etwa 21 Millionen Gebäude.Ihr Anteil am gesamten deutschen Endenergieverbrauch beträgt 35 Prozent. Um die Klimaziele einzuhalten, muss der Primärenergiebedarf hierzulande um 80 Prozent bis 2050 reduziert werden. In der EU entfallen auf Gebäude sogar rund 40 Prozent des Energieverbrauchs und der Treibhausgase, was ein gigantisches Einsparpotenzial birgt. Derzeit wird aber nur eins von 100 Gebäuden energieeffizient renoviert, dabei sind europaweit um die 85 Prozent aller Gebäude in die Jahre gekommen. Das Einsparpotenzial ist also enorm. Kurzum: Im Neubau haben wir als Branche bereits einen guten Stand erreicht, unser Problem stellt jedoch der Bestand dar. Wenn wir die EU bis zum Jahr 2050 wirklich klimaneutral machen wollen, müssen wir deutlich mehr und deutlich schneller sanieren. Eine ganze Reihe ökologischer Ziele wird jedoch nur zu erreichen sein, wenn die benannten digitalen Lösungen in Kombination mit innovativen, nachhaltigen Konzepten und Kopplung von klaren Energiekonzepten beim Bauen noch viel stärker als bisher zum Einsatz kommen. Und auch der Rohstoffverbrauch muss keine Einbahnstraße sein. Die Baubranche verschlingt rund die Hälfte der europäischen Ressourcen und verursacht gleichzeitig gut 60 Prozent des Abfalls, teils in giftiger Form. Abhilfe verspricht das beschriebene „Cradle to Cradle“-Prinzip. Das EU-Klimagesetz ist das Herz des Green Deals. Erklärtes Ziel ist die Klimaneutralität aller Mitgliedstaaten und der EU selbst bis 2050. Hierzu muss es gelingen mehr CO2 zu binden, als freizusetzen. Wünschenswert – auch für unsere Branche – wären hier klare und messbare Ziele, um so eine bessere Vergleichbarkeit sicherzustellen. Darüber hinaus sollte es aber auch darum gehen, nicht alles allein auf CO2-Neutralität zu reduzieren, sondern dass alle Aspekte der Zukunft unter ESG (Environment Social Governance) zum Tragen kommen, beispielhaft hierfür seien Biodiversität oder Arbeitsbedingungen genannt.

    Abschließend kann man zusammenfassen: „Wir müssen eine Welt bauen, in der Nachhaltigkeit ein zu Hause hat“!
Der Autor
Dipl.-Ing. Jan Dehoust
Standortleitung Mannheim/ Regional Sales Rhein Neckar
Drees & Sommer SE