Clever bauen für die Zukunft

Wärmeschutz und Gesamtenergiebedarf sind zwei wichtige Elemente, wenn ein Gebäude effizient betrieben werden soll. Mit Blick auf die Klimaerwärmung wird vor allem der sommerliche Wärmeschutz an Bedeutung gewinnen und auch die graue Energie wird in der Betrachtung wichtiger werden. Wie gelingt es, die verschiedenen Themen zu strukturieren und beste Lösungen für Ihr Gebäude zu finden?

Der schweizerische Gebäudepark ist aktuell für rund 40 % des Endenergiebedarfs der Schweiz und ein Drittel des inländischen CO₂-Ausstosses verantwortlich (BFE, 2022). Gebäude stellen somit in der Energie- und Klimastrategie des Bundes ein zentrales Element dar, um die ambitionierten Klimaziele Netto-Null bis 2050 zu erreichen. Bei einer Gebäudelebensdauer von 50 bis 80 Jahren ist ebenfalls Fakt, dass wir heute die Gebäude für morgen und übermorgen bauen oder sanieren. Eine Studie des Amtes für Umwelt und Energie des Kanton Basel-Stadt geht davon aus, dass sich die Tropennächte je nach Klimaszenario in den kommenden 20 bis 30 Jahren verdoppeln oder gar vervierfachen werden (AUE Basel, 2021). Daher stellt sich die Frage: Wie optimieren wir unsere Neubauten und Sanierungen im Hinblick auf die künftigen Anforderungen?

Vereinfacht ausgedrückt wird der Energieverbrauch eines Gebäudes bestimmt durch die Summe aus der Qualität der Gebäudehülle (Wärmeschutz), der Effizienz der Gebäudetechnik, einem effizienten Betrieb und der Nutzung beziehungsweise des Nutzerverhaltens. In den 90er-Jahren kam die Idee auf, dass eine kompakte und gedämmte Gebäudehülle ein Gebäude energetisch effizienter macht. Für Wohngebäude stimmt dies bis heute. Moderne energieeffiziente Gebäude sind so konstruiert, dass im Innern erzeugte Heizwärme möglichst nicht nach draussen dringt und sich gleichzeitig das Gebäude bei intensiver Sonnenbestrahlung nicht unangenehm für die Bewohnerinnen und Bewohner aufheizt. Anders gesagt: Im Winter soll die gemütliche Wärme möglichst vollständig im Gebäudeinneren verbleiben; in der sonnigen Jahreszeit soll die Sommerhitze nach Möglichkeit draussen bleiben und nicht ins Gebäudeinnere vordringen. Die wesentlichen baulichen Massnahmen, um den Energieverlust in der kalten Jahreszeit vorzubeugen, liegen in der Luftdichtigkeit und Dämmung der Aussenhülle des Gebäudes, der Verwendung von mehrfachverglasten Fenstern sowie in der Vermeidung von Wärmebrücken und der effizienten Nutzung von solaren Gewinnen. Umgekehrt im Sommer: Dann tragen Verschattungen und kleinere Fensterflächen zur Kühlung des Gebäudes bei. Und damit sind wir auch schon beim Zielkonflikt angelangt.

Bei heutigen Neubauten im Dienstleistungsbereich, in welchen oft hohe interne Abwärme vorhanden ist, ist Isolation nur bis zu einem gewissen Punkt hilfreich. Räume in Spitälern, Büro- und auch Industriegebäuden, in welchen Prozesse und Gerätschaften stehen und sich vor allem auch viele Personen aufhalten, erhalten einen grossen Teil der Heizleistung im Winter durch interne Wärmeabgabe. Gleichzeitig gibt es im selben Gebäude beispielsweise Bettenzimmer oder Lager- und Verkehrsflächen, welche weniger interne Lasten besitzen und stärker beheizt werden müssen. Die interne Abwärme bedarf einer Verteilung innerhalb des Gebäudes und für die Dämmung der Gebäudehülle muss ein Optimum gefunden werden.

Nicht erst seit dem Sommer 2022 ist der sommerliche Wärmeschutz und die Hitzeminderung im und am Gebäude in aller Munde. Immer grösser werdende Fensterflächen erhöhen den Bedarf an einem funktionierenden sommerlichen Wärmeschutz. Grosse Fenster bringen im Winter solare Gewinne und viel Tageslicht, sind aber im Sommer auch verantwortlich für eine mögliche Überhitzung der Räume. Neben der Gebäudedämmung sind Sonnenschutzverglasungen und Verschattungskonstruktionen wesentliche Elemente für einen funktionierenden sommerlichen Wärmeschutz.

Es scheint klar, dass ein Optimum über das ganze Jahr gefunden werden muss. Dabei sollten vor allem kritische Räume mit hoher interner Abwärme sowie hohen Glasanteilen betrachtet werden. Mit Hilfe von thermischen Simulationen können Parameter wie Fensteranteil, g-Wert oder Sonnenschutz optimiert werden. Die Grundlage bildet der Simulationsnachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach SIA 180. Hier kann die Architektur, über die vereinfachten baulichen Anforderungen hinaus, das Design bestimmen. Die Abbildung zeigt, dass mit einer Reduktion des Fensteranteils und der Installation eines aussenliegenden Sonnenschutzes der vorgeschriebene thermische Komfort eines Raumes erfüllt werden kann.  

In der Gebäudeplanung der Zukunft sollte die Analyse aus den genannten Gründen vertieft werden. Eine ideale Lösung bei Gebäuden mit hohen internen Lasten kann nur mit einer Gebäudesimulation gefunden werden, welche nicht nur den sommerlichen Wärmeschutz, sondern auch den Gesamtenergiebedarf in der Jahresbilanz, inkl. Erzeugung Wärme/Kälte, Geothermie usw., optimiert. Beides ist für eine Zertifizierung nach MINERGIE-P zwingend notwendig, weshalb das Label auch für Dienstleistungsbauten mit hohen internen Lasten zu empfehlen ist.

Je besser der energetische Standard von Gebäuden wird, desto weniger Emissionen werden im Betrieb ausgestossen – die gebäudebezogenen Emissionen steigen jedoch. Gemäss einer Studie von Röck et al. (2020) liegt der Anteil der grauen Emissionen von energieeffizienten Gebäuden bei rund 50 %. Gemäss ecobau können die grauen Emissionen um bis zu 30 % gesenkt werden, wenn das Thema Umweltbelastung der einzelnen Bauteile von der strategischen Planung bis zur Realisierung bei Neubauten und Sanierungen konsequent berücksichtigt wird. Mit Minergie-P-ECO, Standard Nachhaltiges Bauen Schweiz (SNBS), Schweizer Gesellschaft für Nachhaltige Immobilienwirtschaft (SGNI) oder beispielsweise das deutsche Pendant DGNB haben bereits diverse Labels einzuhaltende Grenz- und zu erreichende Zielwerte der grauen Energie definiert. Einzig der SIA Effizienzpfad (Merkblatt 2040) fordert in Bezug auf CO₂-Emissionen bei der Erstellung einen ambitiösen Grenzwert, jedoch zusammen mit der Betriebsenergie.

Es zeigt sich, dass ein Bau oder eine Sanierung eines Gebäudes immer einer individuellen Betrachtung bedarf. Die Nutzungen, Standorte und Gegebenheiten sind zu verschieden, als dass eine einfache Empfehlung genügen könnte. Labels und Berechnungstools können die Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger unterstützen, die richtigen Weichen für ein Bauprojekt zu stellen, sodass ihr Gebäude für die kommenden 80 Jahre die besprochenen Anforderungen erfüllen wird.

Über den Autor

Martin Mühlebach, MSc. Energy Science and Technology ETH, ist stellvertretender CEO der Lemon Consult AG und Berater der Energie-Agentur der Wirtschaft.

Quellen:
Amt für Umwelt und Energie des Kanton Basel-Stadt, 2021: https://www.bs.ch/dam/jcr:07f9630a-e468-440d-bc96-4358b867db4f/Bericht-Anpassung-an-den-Klimawandel-im-Kanton-Basel-Stadt-2021.pdf

BFE, 2022: https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/effizienz/gebaeude.html

Röck, M. et al., 2020: Embodied GHG emissions of buildings – The hidden challenge for effective climate change mitigation: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261919317945