Um Bedürfnisse ihrer Nutzer zu erfüllen, müssen Gebäude sich über geeignete Verglasungen, Fassaden und Systeme für das Luft- und Wärmemanagement an das Außenklima und die variierenden Nutzeranforderungen anpassen. Clevere Gebäudekonzepte und innovative gebäudetechnische Systeme bieten hierfür die notwendige Flexibilität. Doch für heutige und besonders für zukünftige Gebäude gilt: Sie sind keine abgeschlossenen Systeme. Gebäude interagieren künftig stärker über Energiesysteme mit anderen Gebäuden oder Energieversorgern. Als Elemente in einem größeren Netzwerk haben Gebäude energetische Schnittstellen zu Nachbargebäuden, zum Quartier und zu Strom- und Wärmenetzen.

Solaraktive Gebäudehüllen, ein hoher Wärmeschutz und energie- und exergieoptimierte Gebäudetechnik ermöglichen Plusenergiegebäude, die in der Jahresbilanz mehr Energie erzeugen als sie verbrauchen. Damit können sie als netzdienliche Gebäude eine stärker interaktive Rolle im Zusammenspiel mit dem künftigen erneuerbaren Stromnetz übernehmen. In Zukunft kann so überschüssiger Solar- und Windstrom hocheffizient in Form von Wärme und Kälte in Gebäuden genutzt und gespeichert werden.

In vielen Demonstrationsprojekten in Neubau und Sanierung werden unterschiedliche technologische Innovationen und neue Systeme und Konzepte praktisch erprobt und die resultierende Gebäudeperformance und die Auswirkungen auf das Energiesystem wissenschaftlich evaluiert.

Gebäude haben eine sehr hohe Lebenserwartung. Ein Großteil des Gebäudebestandes sind also Altbauten, welche deutlich mehr Energie benötigen als die heute errichteten Neubauten. Sie müssen daher zu einem geeigneten Zeitpunkt renoviert werden. Da in der Bausubstanz viel Energie in Materialien unds Komponenten gebunden ist (sogenannte „graue Energie“) ist es aus Sicht der Energiewende wichtig, dass die Sanierung von Gebäuden attraktiver als Abriss und Neubau werden. Eine Sanierung erfordert meist umfangreiche Baumaßnahmen. Häufig können die Bewohner die Gebäude während dieser Zeit weiter nutzen, was für sie natürlich mit Beeinträchtigungen verbunden ist. Zudem amortisieren sich die baulichen Maßnahmen häufig erst nach vielen Jahren über reduzierte Energiekosten. Sanierung muss also deutlich einfacher, rationeller und kostengünstiger werden, um attraktiver zu werden.

Industrielle Vorfertigung im Baukastenprinzip und Konzepte der Integration von technischen Systemen sind mögliche Strategien zur Senkung der Sanierungskosten bei gesteigerter Ausführungsqualität. Entscheidend sind optimierte Sanierungsprozesse und eine Einbettung der Gebäudeenergiekonzepte in lokale oder regionale Energiesysteme sowie minimalinvasive Lösungen. In vielen Sanierungsprojekten werden technologische Innovationen und neue Sanierungskonzepte praktisch erprobt und die resultierende Gebäudeperformance wissenschaftlich evaluiert.

Die Investitionszyklen für Gebäude betragen ungefähr 30 Jahre. Daher werden Gebäude, die heute errichtet werden, voraussichtlich auch im Jahr 2050 noch weitgehend unverändert bestehen. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, ist es also eigentlich nötig, die Gebäude schon heute so zu bauen, dass Sie weitgehend klimaneutral sind. Hierfür sind jedoch eine Vielzahl aufeinander abgestimmter Maßnahmen im Bereich der Gebäudehülle und der Gebäudetechnik notwendig. Der geringe Energiebedarf, der verbleibt, kann aus regionalen erneuerbaren Quellen oder lokalen und regionalen Energiesystemen gedeckt werden. Dabei ist es wichtig, nicht nur die Errichtung der Gebäude zu betrachten, sondern auch den gesamten Lebenszyklus im Blick zu behalten. Ist das Energiesystem eines Gebäudes besonders komplex und im Betrieb energieoptimiert, wird für die Herstellung dieses Systems nach heutigem Stand der Technik häufig besonders viel Energie aufgewendet, die dann in dem Gebäude gebunden ist.

Viele Gebäudekonzepte und technologische Lösungen können bereits heute die gesetzlichen Standards deutlich übererfüllen. Sie werden zu Plusenergiegebäuden und erzeugen in der Jahresbilanz mehr Energie als sie verbrauchen. Damit können sie als netzdienliche Gebäude eine stärker interaktive Rolle im künftigen erneuerbaren Stromnetz übernehmen. In Zukunft kann so überschüssiger Solar- und Windstrom hocheffizient in Form von Wärme und Kälte genutzt und gespeichert werden. In vielen Demonstrationsprojekten werden verschiedene technologische Innovationen und neue Systeme und Konzepte praktisch erprobt und die resultierende Gebäudeperformance wissenschaftlich evaluiert.

Mit einem energieoptimierten Gesamtkonzept aus Architektur, Bauphysik und Gebäudetechnik können Gebäude einen geringen Heiz- und Kühlenergiebedarf erzielen. Dabei gibt es für das Beheizen, Lüften und Kühlen jeweils eine Vielzahl von Technologieoptionen. Sie werden je nach konkreten Nutzungsanforderungen und Energieversorgungsoptionen vor Ort zu einem stimmigen Gesamtkonzept verknüpft. Oft bedeutet dies eine gut gedämmte und dichte Gebäudehülle, effektive Sonnenschutzsysteme, eine effiziente und auf die hygienisch erforderliche Luftmenge abgestimmte Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Wenn dann noch eine ausreichend wirksame thermische Speicherkapazität im Gebäude vorhanden ist, kann auf eine Vollklimatisierung in vielen Fällen verzichtet werden.

Ein hoher Raumkomfort ist dennoch erreichbar, denn mit thermoaktiven Bauteilsystemen können diese Gebäude mit sehr kleinen Temperaturdifferenzen beheizt und gekühlt werden – zumeist in Kombination mit natürlichen, regenerativen Wärmequellen oder Wärmesenken. Weil die Temperaturdifferenzen zwischen der Raumluft und den Wärmequellen zur Beheizung oder Kühlung sehr gering sind, spricht man von Niedrig-Exergie-Systemen. Interessant sind auch bauteil- oder fassadenintegrierte Systeme, gerade im Zuge von rationellen, minimalinvasiven Sanierungskonzepten. Und mit Blick auf in Zukunft weitgehend regenerative Stromnetze haben Wärmepumpen das Potenzial, eine Schlüsselrolle für den netzdienlichen Betrieb von Gebäuden einzunehmen. Erneuerbarer Strom wird effizient für Wärmeanwendungen genutzt und die Sektoren Strom und Wärme werden für ein intelligentes Lastmanagement über Wärmepumpen und thermische Ener-giespeicher in Gebäuden gekoppelt. Hinzu kommt eine ausgeklügelte, vorausschauende, adaptive und mit dem Energiesystem kommunizierende Gebäudeautomation.

Heutige Gebäude sind zunehmend komplexe „Systeme“. Dies gilt besonders für Nichtwohngebäude, die meistens individuell geplante und gefertigte Prototypen sind, um beim hohem Komfortniveau auch individu-elle Nutzungsprofile zu unterstützen. Aber auch Wohngebäude werden durch die Nutzung von verschiedenen regenerativen Wärmequellen und Speichermöglichkeiten zunehmend komplex. Die Inbetriebnahme solcher Gebäude erfordert eine Phase der intensiven Einregulierung und Optimierung. Auch im laufenden Betrieb werden geeignete Kompetenzen und Werkzeuge benötigt, um den Nutzerkomfort durchgängig und energie- und kosteneffizient garantieren zu können.

Heute fehlt es oftmals an Verständnis für die „richtige“ Nutzung moderner Heizungs- und Lüftungstechnik sowie für die Funktionen und Konzepte der Gebäudebetriebsführung durch entsprechende Systeme. Normalerweise können Nutzer hier individuell eingreifen, weil das die Akzeptanz und den persönlichen Komfort erhöht. Dabei kann sein Verhalten dem Energie- und Komfortkonzept zuwiderlaufen, beispielsweise über geöffnete Fenster im Winter oder Hochsommer. Deshalb sind gut konzipierte Mensch-Technik-Schnittstellen ebenso wichtig wie Informationskampagnen zur Funktionsweise der Gebäude. In vielen Neubau- und Sanie-rungsprojekten werden die Systeme für die Gebäudebetriebsführung besonders unter die Lupe genommen und mit Blick auf die energetische Gebäudeperformance sowie Nutzerverhalten und Nutzerzufriedenheit wissenschaftlich evaluiert.

Mit Innovationen aus Forschung und Entwicklung kann sich der Gestaltungsspielraum für Architekten und Fachplaner deutlich erweitern. Neue Materialien oder Komponenten bringen neue Eigenschaften für die Ge-bäudehülle und für die Gebäudetechnik. Aktuell in der Entwicklung sind Hochleistungsdämmstoffe mit Schaumporen im Nanometerbereich, ebenso Dämmstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Beschichtete Folien mit selektiven, adaptiven oder schaltbaren Eigenschaften können als hauchdünne, verspannte Membran die Eigenschaften der Gebäudehülle erweitern. Neuartige Beschichtungstechnologien ermöglichen neue oder verbesserte Eigenschaften von Bauteiloberflächen.

Auch im Bereich der Verglasung gibt es noch Potenzial für Innovationen. Optisch adaptive oder selektive Schichten und Verglasungen unterstützen den Sonn- und Blendschutz in Gebäuden und lassen sich in Betriebsführungsstrategien für Gebäude eingliedern. Sogar für opake Elemente der Gebäudehülle werden schaltbare Module entwickelt, damit beispielsweise die Wärmeabgabe von Gebäuden bedarfsgerecht erfolgen kann. Multifunktionale Fassadenmodule übernehmen mehrere Funktionen zugleich, so zum Beispiel ein in die Verglasung integriertes Tageslichtsystem mit solaraktivem Modul und Sonnenschutzfunktion. Oder vorgefertigte Fassadenmodule für die minimalinvasive Sanierung mit integrierter Lüftungstechnik.

Tageslicht ist wichtig für das Wohlbefinden von Menschen. In Gebäuden vermittelt es den Bezug zum Außenraum und ist im Gegensatz zu einer statischen Kunstlichtbeleuchtung erheblich dynamischer und damit stimulierender. Der neue Fokus auf Energieeffizienz und Aufenthaltsqualität bringt höhere Anforderungen an Gebäude mit sich. Gut geplante Beleuchtungs- und Tageslichtsysteme sorgen für eine stimmige Balance zwischen Beleuchtungsniveau und Sonnenschutz und tragen zugleich zu einem geringeren Energiebedarf bei. Innovative Tageslicht- und Kontrollsysteme helfen bei wechselhaften Himmelszuständen, in Hitzeperioden oder bei bedecktem Himmel eine bedarfsgerechte Tageslichtversorgung aufrechtzuerhalten.

Die tageslichtabhängige Kontrolle der elektrischen Beleuchtung und präsenzabhängiges Ausschalten sind schon heute Stand der Technik. Die Vernetzung von Fassadenregelung und elektrischer Beleuchtung bringt weitere Energieeinspareffekte. Selbstlernende, adaptive oder schaltbare Systeme können zusätzliche Komfortgewinne und Energieeffizienzeffekte erschließen und jedem Nutzer das individuell benötigte Lichtmilieu bieten.

Durch den Einbau von Photovoltaik-Modulen oder Solarthermie-Kollektoren werden immer mehr Gebäudedächer und –fassaden zum Stromgenerator oder Wärmeerzeuger. Um den Energieverbrauch in Gebäuden und Quartieren mit regenerativen Energien zu decken, haben beide Technologien eine Bedeutung. Der flächenspezifische Energieertrag ist bei solarthermischer Lösung höher als bei solarelektrischer. Die Integration von Photovoltaik-Modulen in Gebäude (BIPV – Building Integrated Photovoltaics) wird heutzutage allerdings bereits flächendeckender eingesetzt als solarthermische Lösungen. Anders als für Solarmodule auf dem Dach, benötigt man für die Integration von Solarmodulen in die Fassade immer eine Zulassung im Einzelfall, da eine generelle baurechtliche Zulassung noch aussteht. Unterschiedliche Gewerke müssen reibungslos zusammenarbeiten. Hier können Erfahrungen aus öffentlich geförderten Demonstrationsprojekten als Wegbereiter für eine weitere Verbreitung dienen. Für die Solarwärmegewinnung sind Fassaden sehr interessant, dies ermöglicht auch eine gute Ergänzung zur Nutzung der Dachfläche durch Photovoltaik.

Neben Ertrag und Effizienz spielen auch architektonische Aspekte, wie Gesamtkonzeption, Integration der Solartechnik in die Gebäudehülle und Systemtechnik sowie Gestaltqualität und Funktionalität von Gebäude und Solaranlage eine wichtige Rolle.

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