Bauen mit moderner Gebäudesimulation

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Ganzheitliche Betrachtung als Grundlage für innovative Kultur und wirtschaftliche Optimierung

Mit einer modernen Gebäudesimulation können alle spezifischen Einflüsse und deren Wechselwirkungen auf Gebäude und Räume individuell erfasst werden. Moderne Analysetools sind kein teurer Luxus, sondern eine Möglichkeit, jede Gebäudeart – vom Einfamilienhaus bis zum Büro- oder Hotelkomplex – energetisch und wirtschaftlich zu optimieren. „Mit der modernen Gebäudesimulation sind wir längst so weit, Häuser jedweder Art als Ganzes zu erfassen, darzustellen und zu bewerten“, sagt Andreas Lahme. Eine getrennte Betrachtung von Baukörper beziehungsweise Bauphysik und Gebäudetechnik, wie sie heute in der Regel praktiziert werde, entspreche nicht mehr dem Stand der Technik. Der Physiker ist Chef des Braunschweiger Ingenieurbüros Alware, das mit seinen Simulationstools seit Jahren erfolgreich nachhaltige Energiekonzepte für Büro- und Verwaltungsgebäude, aber auch für Wohnhäuser entwickelt.

Dabei gehe es, so Lahme, nicht nur um optimale Arbeitsbedingungen für die Beschäftigten und Bewohner. Thermische, visuelle und akustische Behaglichkeit seien gewissermaßen nur das spür- und sichtbare Ergebnis einer guten Lösung. Dahinter stehe die Aufgabe, die reale Nutzung wirtschaftlich umzusetzen, also ein optimales Gebäude, ob Neubau oder Bestandsmodernisierung, nicht mit steigenden Kosten zu erkaufen, sondern genau das Gegenteil dessen zu erreichen.

Simulation und späteres Betriebsverhalten weichen in der Regel kaum voneinander ab. Wirtschaftlichkeit mit Funktionalität, Energieeffizienz und Komfort in Einklang zu bringen, das sei die große Herausforderung, der sich die moderne Gebäudesimulation erfolgreich stelle. Auf Basis stündlicher Daten der Heiz- und Kühlleistungen eines Gebäudes, einzelner Räume oder Zonen werde die benötigte Anlagentechnik simuliert; Interdependenzen können durchgespielt und bedarfsoptimiert, also individuell geplant und ausgelegt werden. Die alte, sukzessive Vorgehensweise, erst dämmen und sich dann um „den Rest kümmern“, also danach die Haustechnik auszurichten und erst im zweiten Ansatz zum Beispiel erneuerbare Energien ins Spiel zu bringen, wie dies als Philosophie noch der Energieeinsparverordnung (EnEV) zugrunde liege, sei kontraproduktiv.

Eine durch Simulation erreichte „normunabhängige Auslegung führt in der Regel zu wirtschaftlichen Vorteilen“, sagt Lahme, wohl wissend, dass eine „Abweichung von der Norm“ für manchen Planer für technische Gebäudeausrüstungen dem Tatbestand der Gotteslästerung gleichkommt. „Besser als die Norm zu sein ist kein Verbrechen, sondern stellt sich als ein Ausweis wirtschaftlicher Vernunft dar“, hält Lahme dagegen.

Planer von Einhaltung der Norm freistellen

Individuelle und bedarfsoptimierte Lösungen seien kein Luxus, sondern reduzierten die Investitionen sowie die anfallenden Betriebskosten. Auf die Wohnungswirtschaft angesprochen, meint der Darmstädter Architekt Helmut Dörfer, gelte dies zwar grundsätzliche auch für diese Branche. Aber hier habe seit vielen Jahren eine „Juristifizierung“ stattgefunden, die ein Bauen anders als nach Norm schwermache. Für Planer und Architekten sei die „Einhaltung der Regeln der Bautechnik“, also all das, was in den DIN-Normen und den hinterlegten Rechenwerken festgelegt ist, eine Absicherung vor Diskussionen, Ärger und Regress. Besser als normgerecht zu bauen stelle sich als Experiment und Wagnis dar, das nicht zum Geschäft passt. So werde nicht gefragt, was tatsächlich benötigt werde, also zum Beispiel welchen Einfluss die tatsächliche Speichermasse eines Gebäudes, die passive Sonnennutzung oder ähnliche Faktoren haben, ob bei einem hohen Nutzungsgrad von Sonnenenergie tatsächlich aufwendig gedämmt werden müsse, etc. Stattdessen werden die Bedarfe übereinandergelegt und noch ein Stück Sicherheit draufgepackt. Selbst wenn der Bauherr ein positives Abweichen von der Norm mitgehen will, könnte er sich unversehens mit der Forderung des Planers konfrontiert sehen, diesen „von der Einhaltung der Norm freizustellen“.

Betriebswirtschaftliches Ergebnis durch Gebäudesimulation verbessern

Selbst viele Bauherren tendierten zu dieser Haltung, da sie sich ihrerseits gegenüber Geldgebern und Mietern lieber „auf der sicheren Seite“ sehen wollen. Dies wird nicht zuletzt als bedeutsam für den Fall ausgegeben, dass sich die Partner im Nachhinein vor Gericht treffen könnten, so Dörfer. Ob dies aber bei besseren Lösungen tatsächlich die Gefahr sei, bezweifelt wiederum Andreas Lahme. Wenn die Industrie als Bauherr für Bürogebäude oder Produktionshallen auftritt, sei die Situation eine andere, meint Architekt Dörfer. Die Unternehmen seien ihr eigener Herr in ihren Industriebauten, sie könnten und wollten die Optimierungspotenziale heben. Für sie zählt allein das betriebswirtschaftliche Ergebnis, und wenn dies durch eine Gebäudesimulation verbessert werden könne, dann sei dies ein Mittel der Wahl.

Diese Erfahrung bestätigt auch Lahme. Allerdings sei durchaus Bewegung in die vielfach beklagte Unbeweglichkeit bei der energetischen Gebäudesanierung gekommen. Dies erfordere sicher neue Herangehensweisen und auch Kreativität, selbst wenn sich dies für die handelnden Personen erst im Laufe des Prozesses als wirtschaftlich vernünftig herausstellt. Als Beispiel führt er eine Zusammenarbeit mit der Baugenossenschaft Bochum an. In deren Auftrag hatte das Braunschweiger Büro bei der Erstellung eines Konzepts zur Sanierung und Modernisierung der Wohnsiedlung Bochum-Langendreer, einem Quartier aus den Jahren 1953/1954, mitgewirkt. Als energetisches Ziel wurde der KfW-100- oder KfW-70-Standard von der Genossenschaft vorgegeben und in Varianten untersucht.

Neue Töne aus der Wohnungswirtschaft

Diese Untersuchung gliederte sich zum einen in die Bedarfsanalyse bei Heizenergie, Trinkwarmwasser-Bereitung und Strom sowie die Überprüfung des thermischen Verhaltens der Gebäude. Und zweitens in Aufbau und Simulation eines Energieversorgungskonzepts mit jeweiliger Analyse von Erzeugung, Bedarf und Deckung sowie einer Bewertung der Wirtschaftlichkeit der Varianten. Zur Diskussion standen, von der Genossenschaft gewünscht, ein Blockheizkraftwerk (BHKW mit ganzjährigem Betrieb) mit Gaskessel und einem zu bauenden Nahwärmenetz in jeweils unterschiedlicher Auslegung, Eigenstromversorgung und natürlich die Frage der Gebäudedämmung.

Möglichkeiten einer thermischen Einteilung der Gebäude - © ALWARE

Möglichkeiten einer thermischen Einteilung der Gebäude – © ALWARE

Die Alware-Simulation erbrachte zwar eine wirtschaftlich darstellbare Lösung, da diese aber unter anderem den Verzicht auf eine Gebäudedämmung vorsah, ergab sich ein Konflikt mit bestehenden Normen, nicht zuletzt auch mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) und den Bestimmungen zur Förderung der KfW-Bankengruppe. „Die EnEV legt uns Fesseln an und vernachlässigt die Wirtschaftlichkeit“, kritisiert Oliver Krudewig, Vorstand der Baugenossenschaft. Darüber hinaus stellte sich auch das angedachte Nahwärmenetz als eine Investition heraus, welche die Baugenossenschaft nicht stemmen wollte. Vor allem rieb sich Krudewig an der rechtlichen Situation, in die ihn die Lösung gebracht hätte: „Ich hätte für eine technische Gebäudeausrüstungs- Planung bezahlen und sie gleichzeitig von der Haftung freistellen müssen.“

Dazu war er nicht bereit und setzte durch, dass die Baugenossenschaft die Lösung mit BHKW und Wärmenetz kippte und „den Prozess wieder auf null stellte“. Stattdessen verfolgt Krudewig nun einen, wie er selbst sagt, „experimentellen Ansatz“, bei dem er die Planungshoheit und das entsprechende Know-how ins eigene Unternehmen holt. Dazu stellte er einen erfahrenen Installateurmeister mit Erfahrung als Planer ein und sicherte sich Partner für die weitere Zusammenarbeit. Außer einem Architekten unter anderem die Firma Delta Systemtechnik in Celle. Gegenwärtig favorisiert er deren Gas-Brennwerttechnik für die 13 Baukörper sowie Wohnungsstationen für die Warmwassererzeugung. Aber auch das Thema Eigenstrom und/oder Solar sei noch nicht vom Tisch; dies könne auch in Etappen realisiert werden.

Auf dieser Grundlage will er in den Prozess wieder einsteigen. Für ihn sei das eine „neue Baukultur“, sagt Krudewig, die sich durchaus an der Idee der holländischen Bauteams orientiere. Dort werden die an Bau oder Sanierung Beteiligten nicht separat vom Bauherrn beauftragt, sondern setzen sich alle bereits am Anfang zusammen und besprechen sowie planen die Abläufe. In diesem Kontext misst Krudewig der Gebäudesimulation einen hohen Stellenwert bei und möchte die Zusammenarbeit mit Alware weiterführen. Denn auf die Abstimmung von Gebäudehülle und Haustechnik per Simulation legt er nach wie vor großen Wert. „Diesen Weg schlagen wir ein, weil wir flexibler sein wollen, als es uns die DIN-Normen vorgeben“, resümiert Krudewig.

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Gebäudesimulation Teil einer neuen Baukultur

Auch für Andreas Lahme ist die Gebäudesimulation Teil einer neuen Baukultur. Den schlechten energetischen Zustand vieler Bestandsgebäude in Deutschland zu korrigieren oder gar eine „Wärmewende“ zu erreichen wird nicht mit den bisherigen Denkmustern, aber auch nicht auf Basis der gegenwärtigen Regelwerke zu bewerkstelligen sein, bemerkt er mit Blick auf die EnEV. Diese alte Philosophie betrachte Bauphysik und Haustechnik noch viel zu sehr als getrennte und eigenständige Disziplinen, statt sie als Teil des Ganzen zu akzeptieren, sie aufeinander zu beziehen, ihre Interdependenzen zu reflektieren und so ein optimales energetisches und wirtschaftliches Ergebnis bei der Modernsierung anzusteuern. Lahme: „Mit unseren Softwarettools zur Gebäudesimulation erreichen wir genau das und können zu Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit beitragen.“

Klaus Oberzig, Wissenschaftsautor, Berlin

Simulieren, analysieren und die Lösung finden

Alware ist ein Spezialist für thermische Simulationen. Das seit über 20 Jahren existierende Ingenieur- und Planungsbüro zeichnet sich durch die integrale Betrachtung spezifischer Einflüsse und deren Wechselwirkungen auf Gebäude und Räume aus. Alware arbeitet mit verschiedenen Software-Tools zur integrierten Simulation und Analyse von Bauphysik und haustechnischen Systemen unter Einbeziehung aller klimatischen, baulichen, gesetzlichen und nutzungsabhängigen Besonderheiten. Auf Basis stündlich-dynamischer Berechnung zum Beispiel des thermischen Innenklimas, des Energieverbrauchs des Gebäudes und der Anlagensysteme oder auch einer externen Verschattung kann eine präzise Beschreibung des späteren Betriebsverhaltens oder der Wirtschaftlichkeit ermittelt werden.

Über Erweiterungsmodule für die synchrone Simulation der Feuchtespeicherung in Bauteilen, Berechnung der natürlichen Lüftung aufgrund von Auftriebs- und Windkräften oder der Ermittlung des elektrischen Energieertrags von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen oder gebäudeintegrierten fotovoltaischen Systemen lässt sich dies ergänzen.

Moderne Gebäudesimulationen basieren nicht alleine auf Normvorgaben, sondern fordern eine individuelle Betrachtungsweise. Die Funktionalität von Gebäuden kann durch den Bau nach Norm nicht garantiert werden. Alware erstellt objektbezogene Kunden-Lösungen und sorgt für eine spezifische Justierung aller Einflussfaktoren.

Quelle

Modernisierungs-Magazin

Das Modernisierungs-Magazin ist eine der führenden Fachpublikationen für Entscheider in der Wohnungswirtschaft. Es berichtet in den kaufmännisch/technischen Fachgebieten: Modernisierung, Neubau, Bausanierung, Haustechnik, Bauwirtschaft, Wohnungswirtschaft (Verwaltung), EDV, Finanzierung sowie Sonderteil Objektpflege.

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