Reduktion des Kühlenergiebedarfs durch optimierte Bebauungsstrukturen und Prozess- und Entwurfsoptimierung in der Gebäudeplanung (smartKB*)

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/ Motivation

Der kürzlich publizierte Österreichische Sachstandsbericht Klimawandel 2014 bestätigt, dass die durch den Klimawandel verursachte Erwärmung in Österreich doppelt so stark ausgeprägt ist, wie im globalen Durchschnitt. Der Bericht prognostiziert für die Zukunft außerdem eine weitere Zunahme heißer Tage und warmer Nächte, sowie das häufigere Auftreten anhaltender Hitzewellen. (vgl. KROMP-KOLB u. a., 2014)

Angesichts dieser Entwicklungen ist in den kommenden Jahrzehnten von einer zunehmenden Bedeutung des Kühlenergiebedarfs zur Sicherstellung von optimalen, raumklimatischen Verhältnissen auszugehen. Gefragt sind also Planungsstrategien zur thermischen Beherrschbarkeit von Gebäuden unter dem Einfluss steigender Außentemperaturen. Für die Entwicklung von Neubau- und Sanierungsprojekten bedeutet dies, dass entsprechende Bebauungsstrukturen als Voraussetzung, sowie geeignete Bauweisen und Planungsstrategien zur Minimierung des Kühlbedarfes als immer wichtigere Qualitätskriterien für zukunftsfähige Gebäude angesehen werden müssen.

Obwohl die Methode der integralen oder vernetzten Planung in Fachkreisen seit vielen Jahren bekannt ist und auf theoretischer Ebene stetig diskutiert, analysiert und weiterentwickelt wird, erfolgen Planungsprozesse in der Praxis in Österreich meist noch immer sequenziell (beginnend mit der Standortanalyse bis hin zur Ausführungs- und Detailplanung), ohne ausreichendes  Bewusstsein für die Auswirkungen der Zusammenhänge zwischen verschiedenen Architektur- und Fachplanungsentscheidungen. Dadurch werden auch die Wechselwirkungen unterschiedlicher Entwurfsentscheidungen und ihre Bedeutung für kühlbedarfsrelevante Gebäudeeigenschaften nur unzureichend berücksichtigt.

Integrale Planung ist grundsätzlich wichtig, bei der Planung von kühlbedarfsoptimierten Gebäuden wird jedoch eine weitere Dimension deutlich. Die Weichenstellungen zur Planung von kühlbedarfsoptimierten Gebäuden erfolgen bereits in den allerersten Phasen - beginnend mit dem örtlichen Entwicklungskonzept  und der Bebauungsplanung. Optimierungen sind rückwirkend schwer oder nur mit erhöhtem Aufwand zu erreichen.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Forschungsprojekt smartKB* befasste sich daher mit Maßnahmen und Strategien zur Reduktion des Kühlenergiebedarfs durch optimierte Bebauungsstrukturen, sowie durch die Prozess- und Entwurfsoptimierung in der Gebäudeplanung. Das Projekt zielt darauf ab, den Kühlbedarf von Gebäuden durch Anwendung von spezifischen Entwurfs- und Planungsstrategien ohne zusätzliche Kostenaufwendungen zu minimieren. Dabei wurde der Fokus im smartKB* Projekt auf den außeninduzierten Kühlbedarf (KB*) gelegt. Die Reduktion innerer Wärmelasten, etwa durch den Einsatz energieeffizienter Geräte oder intelligente Abwärmenutzung, stellt einen eigenen umfangreichen Themenbereich dar, der entsprechend der Aufgabenstellung des smartKB* Projektes hier bewusst abgegrenzt wurde und an anderer Stelle behandelt werden muss.

Da wichtige, innenraumklimatische und kühlbedarfsrelevante Weichenstellungen bereits in den frühesten Planungsphasen zu erfolgen haben, stellt die Optimierung von Planungsprozessen einen zentralen Bestandteil des smartKB* Projektes dar.

Methodische Vorgehensweise

Ziel des Projektes war - neben der Identifikation des aktuellen Forschungsbedarfs - die Zu-sammenstellung von Vorgehensweisen und Handlungsempfehlungen zur Reduktion des Kühlbedarfs von Gebäuden auf drei Maßnahmenebenen: von der Optimierung und Verwendung geeigneter Bebauungsstrukturen über Entwurfsstrategien und passive Maßnahmen für Gebäudekonzepte bis zur Kühlenergiebedarfsreduktion durch integrale Planungsprozesse.

Ergebnisse von Recherchen und Analysen zu diesen drei Ebenen wurden in einem interdisziplinären Themenworkshop mit ExpertInnen und PraktikerInnen aus den Fachbereichen Architektur, Städtebau, Haustechnik, Bauphysik, Sonnenschutz, Klimatologie, Fassadenbegrünung, Facility Management usw. vorgestellt. Ziel des Workshops war die Evaluierung der  Zwischenergebnisse in einer interdisziplinär zusammengesetzten Runde. Durch die Miteinbeziehung von erfahrenen PraktikerInnen in die Diskussion wurde der Praxisbezug der gewonnenen Erkenntnisse hergestellt und gesichert.

Auf Basis der Recherche- und Workshopergebnisse wurden die Wechselwirkungen zwischen Bebauungsstrukturen und dem Kühlenergiebedarf von Gebäuden beschrieben und Empfehlungen für die Bebauungsplanung wie auch für die Gebäudeplanung ausgearbeitet.

Im Weiteren wurde eine systematische und übersichtliche Zusammenstellung der für den außeninduzierten Kühlbedarf von Gebäuden entscheidenden Planungsmaßnahmen ausgearbeitet und zusammen mit den relevanten bauklimatischen Zusammenhängen und möglichen Wechselwirkungen von kühlbedarfsrelevanten Planungsentscheidungen mit wesentlichen anderen Planungszielen moderner Gebäude dargestellt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die zunehmende Klimaerwärmung und die Bildung von Hitzeinseln in dicht bebauten Stadtgebieten stellen Stadt-, Freiraum- und GebäudeplanerInnen vor neue Herausforderungen. Durch die Berücksichtigung der geänderten Rahmenbedingungen und die Bündelung geeigneter Maßnahmen auf den verschiedenen Planungsebenen - von der Bebauungsplanung über die Stadtraumgestaltung bis hin zur Gebäudeplanung - können diese jedoch bewältigt werden.

Voraussetzung dafür ist das Bewusstsein aller Planungsbeteiligten für die bestehende Problematik und ein Verständnis für die möglichen Wechselwirkungen zwischen einzelnen Planungsentscheidungen über die verschiedenen Maßnahmenebenen hinweg. Die Anordnung baulicher Strukturen und die Gestaltung der städtischen Freiräume haben einen starken Einfluss auf den Kühlenergiebedarf von Gebäuden und die Möglichkeiten passive Maßnahmen zur Gebäudekühlung zu nutzen. Zugleich wirkt sich die Gestaltung der einzelnen Gebäude auf die mikroklimatischen Bedingungen im Umfeld des Gebäudes aus.

Im Rahmen des smartKB* Projektes wurden diese Wechselwirkungen analysiert und systematisch dargestellt. Für alle Planungs- und Maßnahmenebenen wurden konkrete Handlungsempfehlungen formuliert und zielgruppenorientiert aufbereitet. Die Ergebnisse liegen in Form einer Checkliste für Gemeinden, eines detaillierten Planungsleitfadens und einer in verständlicher Sprache gehaltenen Kurzbroschüre vor, mit er eine möglichst breite Zielgruppe erreicht werden soll.

Ausblick

Sowohl die Stadt- als auch die Gebäudeplanung müssen zahlreiche und teilweise gegensätzlich Ziele vereinbar machen um ein lebenswertes urbanes Umfeld und moderne, nachhaltige Gebäude zu gewährleisten. Während seit einigen Jahren hinsichtlich Reduktion des Heizwärmebedarfs im Gebäudesektor große Effizienzsteigerungen zu verzeichnen sind, gewinnt derzeit die Gebäudekühlung durch Klimaerwärmung, Hitzeinseleffekte in wachsenden Städten und steigende Komfortansprüche an Bedeutung.

Um die energieeffiziente Entwicklung von Gebäuden und Stadtteilen trotz veränderter Rahmenbedingungen langfristig zu sichern, ist es erforderlich, die Planungsziele „Vermeidung von Hitzeinseln“ und „Gebäude ohne Notwendigkeit einer aktiven Kühlung bzw. mit stark reduziertem Kühlbedarf“ als fixen Bestandteil in die Planungsprozesse zu integrieren und einen interdisziplinären Dialog zwischen allen Planungsbeteiligten auf allen Planungsebenen herzustellen.

„Climate Proofing“, also der Nachweis, dass das Mikroklima am Standort durch ein neu errichtetes Gebäude nicht verschlechtert wird, sollte durch den Gesetzgeber vorgegeben werden. Gebäudezertifizierungssysteme haben dahingehend bereits erste Entwicklungen eingeleitet. Auf Gebäudeebene sollte die energetische Optimierung eines Gebäudes anhand der realen mikroklimatischen Gegebenheiten und einer Bandbreite von Klimadaten durchgeführt werden, um eine Planungslösung mit hoher Resilienz zu gewährleisten. 

Projektleitung

Donau-Universität Krems, Department für Bauen und Umwelt

Projekt- und KooperationspartnerInnen

SERA energy & resources e.U.

Donau-Universität Krems, Department für Bauen und Umwelt

• Zentrum für Facility Management und Sicherheit
• Zentrum für Lichtplanung und Lichtlabor Krems
• Zentrum für Bauklimatik und Gebäudetechnik

DI Christina Ipser
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
am Zentrum für Facility Management und Sicherheit
Department für Bauen und Umwelt
Donau-Universität Krems
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A-3500 Krems

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