Klima-Absicherung von Gebäuden gegen Überhitzung

Mehrere Ansätze können verwendet werden, um Gebäude gegen zu hohe Temperaturen klimasicher zu machen. Solche Optionen betreffen die Gebäudegestaltung (einschließlich des Einsatzes von IT-Technologien zur Optimierung des thermischen Komforts) und Gebäudehüllen (Dach, Decken, Außenwände, Türen, Fenster – einschließlich Sonnenschutzgläsern, die die Sonneneinstrahlung in die Wohnung reduzieren – und Fundamente).

Gebäudedesign-Lösungen umfassen traditionelle Merkmale, die häufig in Regionen mit warmem Klima zu finden sind, wie zum Beispiel:

• Gebäudeseitenverhältnis: Das Verhältnis zwischen Innenraum und Außenfläche des Gebäudes, das die interne Wärmeverteilung optimiert und gleichzeitig die Sonnenwärmeabsorption minimiert.
• Architektonische Elemente: Features wie Markisen, Überhänge, Fensterschirme, Portiken, weiße oder leicht gefärbte Außenwände und Dächer, um Wärme zu reflektieren.
• Sonnenausrichtung: Positionierung des Gebäudes, um die tägliche Exposition gegenüber direkter Sonneneinstrahlung zu minimieren.

Auch Hightech-Lösungen können eine sehr wichtige Rolle spielen. Dazu gehören Sensoren zur Überwachung der thermischen Bedingungen, die eine präzise Anpassung von Klimaanlage und Lüftung ermöglichen, sowie die Echtzeitausrichtung von Beschattungspaneelen auf der Grundlage der Isolationsbedingungen. Sensoren und digitale Wärmeregulierungsgeräte können in Maßnahmen zur Laststeuerung integriert werden, um die Auswirkungen des Kühlbedarfs auf Spitzenlasten in Zeiten elektrischer Systemspannungen zu verringern (siehe auch die Anpassungsoption zu Änderungen des individuellen Verhaltens im Energiesektor). Ein berühmtes Beispiel für ein Gebäude, in dem ein komplettes Paket modernster Lösungen zum Einsatz kommt, ist das 2014 fertiggestellte Bürogebäude The Edge in Amsterdam. Seine Hülle umfasst dynamische Fenster, automatische Schattierungen und Verdrängungslüftung. Mit 28.000 Sensoren, die Bewegung, Beleuchtungsstärke, Luftfeuchtigkeit und Temperatur überwachen, kann sich das Gebäude sofort an den Energiebedarf anpassen, wie zum Beispiel das automatische Abschalten von Heizung, Klimaanlage und Beleuchtung in ungenutzten Bereichen. Darüber hinaus können Mitarbeiter mit einer App die Temperatur und das Beleuchtungsniveau in ihrem Arbeitsbereich anpassen. Darüber hinaus wird die Kühlung und Heizung durch Wärmeübertragungen zwischen dem Gebäude und einem darunter liegenden Grundwasserleiter optimiert.

Die technischen Eigenschaften der Gebäudehülle sind entscheidend für ihre Fähigkeit, die Innentemperaturen zu kontrollieren. Die in der Hülle verwendeten Materialien und ihre Masse spielen eine Schlüsselrolle dabei, wie schnell Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenräumen kompensiert werden. Zum Beispiel erfordern traditionelle dickwandige Gebäude im Mittelmeerraum weit weniger Klimaanlage als moderne Strukturen. Alternativ kann die Verwendung von Materialien mit hoher thermischer Beständigkeit dazu beitragen, die in das Gebäude eintretende Wärme zu minimieren. Diese Option ist besonders interessant für die Nachrüstung bestehender Gebäude mit Dämmschichten, die die schlechten thermischen Eigenschaften der ursprünglichen Baustoffe ausgleichen.

Auch die Verwendung von mechanischer oder natürlicher Belüftung oder die Lagerung von Kälte in Materialien mit hoher thermischer Masse wie Fliesen oder Steinen reduziert den Bedarf an Klimaanlagen. Kältespeicher können mit einer Wärmepumpe gekoppelt werden (möglicherweise basierend auf einem Geothermiesystem, das die Differenz zwischen Untergrund- und Oberflächentemperatur ausnutzt), um die Flexibilität beim Einsatz von kalter Luft zu erhöhen. Die Anpassung der Raumfeuchtigkeit kann sich stark auf die wahrgenommenen Temperaturen und letztlich auf den thermischen Komfort der Bewohner eines Gebäudes auswirken.

Dächer sind auch wichtige Wärmeaustauschflächen, und ihre Gestaltung (z. B. weiße Dächer, begrünte Dächer) kann dazu beitragen, den Energiebedarf eines Gebäudes erheblich zu senken. Zum Beispiel erhöht das Vorhandensein von Bäumen den Luftstrom, reduziert die Auswirkungen der Sonneneinstrahlung und hilft auch, dem städtischen Wärmeinseleffekt entgegenzuwirken. Bei der Umsetzung von Maßnahmen zur Bewältigung extremer Hitze ist es in der Tat wichtig, die Auswirkungen von Baustoffen und Baustilen auf das Mikroklima städtischer Gebiete zu berücksichtigen. Städtische Wärmeminderungsforschung fördert den Einsatz von reflektierenden Oberflächen, um den negativen Auswirkungen extremer Hitze entgegenzuwirken. Die Oberflächenreflexion ist ein Schlüsselparameter für das Verständnis, die Modellierung und die Modifizierung der städtischen Oberflächenenergiebilanz, um Städte zu kühlen und den thermischen Komfort im Freien zu verbessern (Fox et al., 2018). Lösungen zur Verringerung des städtischen Wärmeinseleffekts bei gleichzeitiger Verbesserung der Innenraumbedingungen durch die Gebäudehülle können auf zwei Arten angegangen werden: Erhöhung der Sonnenreflexion und Verbesserung der Verdunstung und Transpiration. Die solare Reflexion (Albedo) von Gebäudeaußenwänden und städtischen Pflasterungen kann dazu beitragen, den Wärmeinseleffekt zu mildern. Dies kann durch die Verwendung von Kaltfarbbeschichtungen und reflektierenden Beschichtungen wie retroreflektierenden Materialien erreicht werden. Darüber hinaus kann die zunehmende Verdunstung und Transpiration durch grüne Flächen und Bäume wie vertikale Grünanlagen, grüne Fassaden und begrünte Dächer erleichtert werden.

Weitere Informationen über die Nutzung grüner Infrastruktur zur Verbesserung der Lebensfähigkeit von Städten unter dem Klimawandel finden sich in der Anpassungsoption „Climate-ADAPT“ für städtische grüne und blaue Infrastruktur.

Besondere Aufmerksamkeit sollte historischen Gebäuden gewidmet werden, da viele der beschriebenen Maßnahmen aufgrund bestehender Gesetze und Vorschriften zur Erhaltung der verwendeten ursprünglichen Materialien und Bautechniken möglicherweise nicht anwendbar sind. Es müssen verschiedene spezifische Interventionen ermittelt, geplant und umgesetzt werden, wobei die Merkmale historischer Gebäude und ihre kulturelle Bedeutung sorgfältig zu berücksichtigen sind. Es wird dringend empfohlen, Experten für Denkmalpflege und Gebäudetechnik zu konsultieren, um einen maßgeschneiderten Kühlplan für bestimmte Gebäude zu entwickeln. Klimasichere Lösungen, die die historische Bedeutung von Gebäuden bewahren und gleichzeitig ihren architektonischen und kulturellen Wert erhalten, sind jedoch bereits verfügbar. Einige Beispiele sind im Projekt RIBuild enthalten.

Die Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) ermöglicht es den Mitgliedstaaten, die Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz sowohl für Wohngebäude (Artikel 5.2) als auch für Nichtwohngebäude (Artikel 9.6a) anzupassen.

Die Eigenschaften eines Gebäudes, einschließlich der Art und Weise, wie es übermäßige Raumheizung verhindert, sind in der Regel eine private Vertragssache zwischen dem Bauherrn und den Käufern des Gebäudes. Die Beteiligung der Interessenträger kann bei großen öffentlichen Gebäuden relevant sein, wenn die Kosten des vorgeschlagenen Entwurfs erheblich höher sind als die eines Standardgebäudes und dies zu Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf die öffentlichen Haushalte und/oder der Fähigkeit des Befürworters führen kann, eine angemessene Finanzierung für das Projekt zu finden. Unter den genannten Optionen unterliegt die Schaffung von Grünflächen um Gebäude für die Beschattung dem Standard-Autorisierungsverfahren. Es erfordert auch Konsultationen mit lokalen Gemeinschaften, um ihre Präferenz für diese Lösung gegenüber alternativen Nutzungen des Raums zu beurteilen. Bei der Renovierung historischer Gebäude müssen Organisationen und Behörden des Kulturerbes einbezogen werden, insbesondere wenn spezielle Genehmigungsverfahren befolgt werden müssen.

Die Haupthindernisse für eine klimasichere Gebäudegestaltung sind wirtschaftlich und kulturell. Einige der vorgeschlagenen Optionen (hochwertigeres Material für Gebäudehüllen, begrünte Dächer, automatische Fensterschattierung) sind teurer und schwieriger umzusetzen und zu warten als herkömmliche Baupraktiken. Kulturell können Architekten ihre Kreativität durch die Komplexität einiger dieser Lösungen reduziert wahrnehmen. Ein Gebäude mit völliger Wahlfreiheit in Bezug auf Formen und Materialien zu entwerfen und sich gleichzeitig auf Klimaanlagen zu verlassen, um sich um den thermischen Komfort in Innenräumen zu kümmern, ist eine verlockende Perspektive, die technische Herausforderungen, Gebäudekosten reduziert und das ästhetische Spektrum für Designoptionen erhöht. Dies ist insbesondere für große Gebäudeeinheiten wie Wolkenkratzer, Einkaufszentren, Campus usw. relevant. Die Relevanz dieses Hindernisses dürfte in den kommenden Jahren sinken, da klimasichere Lösungen technologische Reife erreichen und technologische Innovationen ihre Kosten senken werden. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass die Flexibilität in der Gebäudegestaltung, die die Klimaanlage derzeit bietet, jemals mit diesen Lösungen gleichgesetzt wird.

Andererseits kann sich insbesondere bei kleineren Einheiten wie Einfamilienhäusern oder kleinen bis mittelgroßen Wohnquartieren die Klimatisierung als sehr anregende Gestaltungsherausforderung erweisen. In der EU gibt es eine Reihe von Initiativen zur Umsetzung grüner Lösungen für Wohngebäude und Stadtplanung, darunter die Ökologisierung von Stadtlandschaften, Sensibilisierungskampagnen und finanzielle Anreize. Beispiele für finanzielle Anreize finden sich unter anderem in Rotterdam (Klimaanpassungszuschuss), Hamburg (Gründachstrategie Hamburg) und Italien (Grüner Bonus).  

Darüber hinaus stellt die Klimaverträglichkeit in bestehenden Gebäuden, insbesondere im Bereich des Kulturerbes, aufgrund von Vorschriften und Erhaltungsparadigmen besondere Herausforderungen dar. Die Herausforderung besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen der Anpassung an den Klimawandel und der Wahrung der Authentizität und Integrität dieser historischen Stätten zu finden.

Die Kosten variieren je nach der angewandten Lösung und dem Ort, an dem sie umgesetzt werden, aufgrund der unterschiedlichen Reife der Branche und der lokalen Gebäudemerkmale. Laut der Fallstudie der Hamburger Gründachstrategie sind Gründächer eine Investition mit klaren zukünftigen Erträgen. Die Kosten für die meisten umfangreichen Begrünungsdächer liegen im Bereich von 40-45 € /m2, während intensive Begrünungsdächer etwa 58 € /m2 kosten können.

Weiße Dächer sind deutlich günstiger. Die Preise für Wand- und Dachdämmung variieren je nach Dämmstoff stark, liegen jedoch in der Regel zwischen 40 und 100 EUR pro Quadratmeter. Die Preise für Sonnenschutzbrillen sind vergleichbar oder geringfügig höher als bei Standard-Isoliergläsern, die üblicherweise in Fenstern europäischer Haushalte installiert werden. Das Verpacken eines vollständigen Menüs modernster Klimaschutzlösungen in ein Gebäude kann kostspielig sein, und es ist einfacher, dies von Grund auf zu tun, indem ein neues Gebäude zu diesem Zweck entworfen wird. Die äußerst energieeffiziente und thermisch komfortable Bürofläche von 39.673 m2 (plus 11.558 m2 Tiefgaragenstellplatz) des The Edge-Gebäudes erforderte eine Investition von 74 Millionen Euro (Gesamtbaukosten).

Diese Kosten müssen gegen die positiven Auswirkungen auf die Haushalte, Unternehmen und öffentlichen Verwaltungen in Bezug auf Energieeinsparungen abgewogen werden, die für modernste Lösungen sehr erheblich sein und sogar zu einem Nettoenergieverbrauch von nahezu null führen können. Die Zunahme von Grünflächen im städtischen Kontext bringt auch eine Reihe von positiven Nebeneffekten in Bezug auf verbesserte Gesundheit, städtische Biodiversität, soziale Interaktionen und ästhetische Verbesserungen mit sich.

Auf der regulatorischen Ebene können die oben genannten technischen Lösungen in die Bauvorschriften integriert werden. Wenn dies noch nicht durchgesetzt ist, ist ein regulatorischer Schritt in diese Richtung für EU-Länder mit einem warmen Klima ratsam.

Mit der überarbeiteten Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EU/2024/1275) werden die Anforderungen an die Gesamtenergieeffizienz neuer Gebäude verschärft. Sie schreibt vor, dass alle neuen Wohn- und Nichtwohngebäude ab dem 1. Januar 2028 für Gebäude im Eigentum öffentlicher Einrichtungen und ab dem 1. Januar 2030 für alle anderen neuen Gebäude emissionsfrei sein müssen, wobei spezifische Ausnahmen möglich sind. Gemäß der überarbeiteten Richtlinie weist ein emissionsfreies Gebäude keine CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen vor Ort und eine sehr hohe Gesamtenergieeffizienz auf.  Obwohl diese Anforderungen nicht direkt auf die Anpassung an hohe Temperaturen abzielen, werden sie eine breite Anwendung der hier beschriebenen Maßnahmen erfordern.

Die Implementierungszeit variiert je nach Art der Intervention und reicht von einigen Stunden für die Installation von Vorhängen und Schattierungen bis hin zu mehreren Monaten oder sogar Jahren, um ein klimasicheres Gebäude von Grund auf neu zu entwerfen und zu bauen.

Die Lebensdauer variiert je nach Art des Eingriffs und reicht von wenigen Jahren bis zur Restlebensdauer des Gebäudes.