Sicherung der Klimaverträglichkeit von Gebäuden gegen übermäßige Wärme

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Klimasicherheit von Gebäuden im Hinblick auf übermäßig hohe Temperaturen zu implementieren. Solche Optionen beziehen sich auf die Gebäudeplanung (einschließlich des Einsatzes von IT-Technologien zur Optimierung des thermischen Komforts) und Gebäudehüllen (Dach, Decken, Außenwände, Türen, Fenster – einschließlich Sonnenschutzbrillen, die die Sonneneinstrahlung in die Wohnung reduzieren – und Fundamente). Gebäudedesign-Lösungen umfassen traditionelle Merkmale von Wohnungen in traditionell warmen Klimaländern, wie:

• das Gebäudeaspektverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen Innenraum und Außenfläche des Gebäudes, das die Dispersion der inneren Wärme maximiert und die Aufnahme von Wärme durch Sonnenstrahlung minimiert.
• architektonische Elemente wie Markisen, Überhänge, Fensterschirme, Portikus, weiße oder helle Außenwände und Dach
• die solare Ausrichtung des Gebäudes, die die tägliche Exposition des Gebäudes gegenüber Sonnenlicht minimieren kann.

Auch Hi-Tech-Lösungen können eine sehr wichtige Rolle spielen. Dazu gehören Sensoren, die eine feine Überwachung der thermischen Bedingungen und damit eine optimierte Feinabstimmung von Klimaanlage und Lüftung ermöglichen, und sogar die Ausrichtung von Beschattungsplatten nach Echtzeit-Isolierungsbedingungen. Sensoren und digitale thermische Regelungsgeräte lassen sich auch mit bedarfsseitigen Maßnahmen gekoppelt werden, die dazu beitragen, die Auswirkungen des Kühlbedarfs auf Spitzenlasten zu reduzieren, wenn das elektrische System unter Druck steht (siehe auch die Anpassungsoption zu Veränderungen des individuellen Verhaltens im Energiesektor). Ein berühmtes Beispiel für ein Gebäude, in dem ein komplettes Paket modernster Lösungen angewendet wurde, ist das Bürogebäude The Edge in Amsterdam; abgeschlossen im Jahr 2014. Die Gebäudehülle umfasst dynamische Fenster, automatische Schattierungen und Verdrängung. Insgesamt 28.000 Sensoren verfolgen Bewegungen, Lichtpegel, Feuchtigkeit und Temperatur, die eine sofortige und effizientere Reaktion auf den Energiebedarf ermöglichen, wie z. B. automatisches Abschalten von Heizung, Klimaanlage und Beleuchtung in ungenutzten Bereichen. Darüber hinaus ermöglicht eine App für diejenigen, die im Gebäude arbeiten, die Temperatur und das Lichtniveau um sie herum mit ihrem Smartphone anzupassen. Kühlung und Heizung beinhaltet die Verwendung eines Wärmetauschers, der Wärme in die gewünschte Richtung zwischen dem Gebäude und einem darunter liegenden Grundwasserleiter überträgt.

Die Organisation des Raumes in der Nähe von Gebäuden spielt ebenfalls eine Rolle: insbesondere das Vorhandensein von Bäumen erhöht den Luftstrom und reduziert die Auswirkungen der Sonneneinstrahlung und den für moderne Städte typischen Wärmeinseleffekt.

Die technischen Merkmale der Gebäudehülle sind entscheidend für ihre Fähigkeit, die Innentemperaturen zu kontrollieren. Die Materialien, aus denen die Hülle gebaut wird und ihre Masse in der Tat bestimmen, wie schnell Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenbereich kompensiert werden. Zum Beispiel erfordern dickwandige traditionelle Gebäude im Mittelmeer viel weniger Klimaanlagen als moderne; alternativ kann der Einsatz von Materialien mit hoher thermischer Beständigkeit die Wärme reduzieren, die in das Gebäude gelangt. Diese Option ist besonders interessant für die Nachrüstung bestehender Gebäude mit Dämmschichten, die die schlechten thermischen Eigenschaften der ursprünglichen Baustoffe kompensieren.

Auch die Verwendung von mechanischer oder natürlicher Belüftung oder die Lagerung von Kälte in Materialien mit hoher thermischer Masse wie Fliesen oder Steinen reduziert die Notwendigkeit einer Klimaanlage. Die Kühlspeicherung kann mit einer Wärmepumpe gekoppelt werden (möglicherweise basierend auf einem geothermischen System, das die Differenz zwischen Untergrund- und Oberflächentemperaturen ausnutzt), um die Flexibilität beim Einsatz von kalter Luft zu erhöhen. Die Anpassung der Innenfeuchte kann einen starken Einfluss auf die wahrgenommenen Temperaturen und letztlich auf den thermischen Komfort der Bewohner eines Gebäudes haben.

Dächer sind auch wichtige Wärmeaustauschflächen, und ihr Design kann dazu beitragen, den Energiebedarf eines Gebäudes deutlich zu reduzieren. Begrünte Dächer können beispielsweise erheblich dazu beitragen, den Wärmeinseleffekt in Städten zu reduzieren, indem sie Bauflächen auf natürliche Weise durch Wasser und Vegetation kühlen. Eine billigere, aber auch effektive Option ist, Dächer weiß oder in hellen, hochreflektierenden Farben zu malen, die die Sonneneinstrahlung zurückprallen. Hochwertige weiße Dächer reflektieren 80 % der Sonnenenergie; schwarze Dächer hingegen spiegeln nur 5 % bis 10 % wider (CRRC, 2013).

Die beschriebenen Maßnahmen konzentrieren sich auf den Umgang mit übermäßiger Hitze. Dies bedeutet nicht automatisch, dass alle von ihnen auch dazu beitragen können, Hitze im Winter zu sparen. Diejenigen, die die Isolierung der Gebäudehülle erhöhen und die thermische Masse erhöhen, können jedoch auf beide Weisen funktionieren.

IPCC -Kategorien

Strukturell und physisch: ökosystembasierte Anpassungsoptionen, Strukturell und physisch: technologische Optionen

Stakeholderbeteiligung

Die Eigenschaften eines Gebäudes, einschließlich der Art und Weise, wie es übermäßige Innenheizung verhindert, sind in der Regel eine private vertragliche Angelegenheit 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 ein Standardgebäude und dies zu Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf die öffentlichen Haushalte und/oder der Fähigkeit des Befürworters, eine angemessene Finanzierung für das Projekt zu finden, führen kann. Unter den genannten Optionen ist die Schaffung von Grünflächen in der Nähe von Gebäuden zur Beschattung natürlich dem üblichen Genehmigungsverfahren unterworfen und erfordert eine Konsultation mit den lokalen Gemeinschaften über die Präferenz dieser Option gegenüber alternativen Nutzungen desselben Gebiets.

Erfolgsfaktoren und Hemmnisse

Die Haupthindernisse für eine klimasichere Gebäudegestaltung sind ökonomisch und kulturell. Einige der vorgeschlagenen Optionen (hochwertigeres Material für Gebäudehüllen, Begrünungsdächer, automatische Fensterbeschattung) sind teurer und schwieriger zu implementieren und zu warten als übliche Gebäudepraktiken. Kulturell können Architekten ihre Kreativität wahrnehmen, die durch die Komplexität einiger dieser Lösungen reduziert wird. Ein Gebäude mit völliger Wahlfreiheit in Bezug auf Formen und Materialien zu entwerfen und gleichzeitig auf Klimaanlagen zu achten, um den thermischen Komfort in Innenräumen zu gewährleisten, ist eine verlockende Perspektive, die technische Herausforderungen, Baukosten reduziert und das ästhetische Spektrum für Gestaltungsmöglichkeiten erhöht. Dies ist besonders relevant für große Gebäudeeinheiten wie Wolkenkratzer, Einkaufszentren, Campus usw. Die Relevanz dieses Hinderniss 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 derzeit durch Klimatisierung gebotene Flexibilität in der Gebäudegestaltung durch diese Lösungen jemals gleichgesetzt wird.

Vor allem bei kleineren Wohneinheiten wie Einfamilienhäusern oder klein-mittelgroßen Wohnvierteln hingegen kann sich die Klimadichtheit als sehr anregende Gestaltungsherausforderung erweisen. In der EU gibt es eine Reihe von Initiativen zur Umsetzung grüner Lösungen für Wohngebäude und Stadtplanung, darunter Ökologisierung der städtischen Landschaften, Sensibilisierungskampagnen und finanzielle Anreize. Beispiele für finanzielle Anreize sind: Zuschuss für Begrünungsdächer in Höhe von 30 EUR^pro Mio. EUR und mindestens 40 m²ⁱⁿ Rotterdam (Niederlande), Subventionen für private Eigentümer von Gründächern, die in der Hamburger Gründachstrategie vorgesehen sind, bis zu 60 % der Baukosten; oder die Anreize für die Wärmedämmung von Gebäudehüllen in Italien, die bis zu 65 % der Kosten der Isoliermaterialien und ihrer Installation decken können.

Kosten und Nutzen

Die Kosten variieren je nach eingesetzter Lösung und dem Ort, an dem sie umgesetzt werden. So kosten Gründächer in Deutschland etwa 77 bis 145 EUR pro Quadratmeter und 145 bis 242 EUR in den USA aufgrund der unterschiedlichen Reife der Branche und der lokalen Baueigenschaften. Laut der Hamburger Green Roof Strategy Fallstudie „Schätzkosten für Installation, Wartung und Austausch über einen Zeitraum von 40 Jahren kumulieren sich auf 20,500 EUR für 300 Quadratmeter Fläche sowohl für graue als auch für begrünte Dächer. Bei der Fokussierung auf die Erstinstallation kostet ein Gründach 9,500 EUR gegenüber 3,000 EUR für ein graues Dach für 300 Quadratmeter Fläche.

Weiße Dächer sind deutlich günstiger, mit einem Preisschild pro Quadratmeter von etwa 6,5 bis 9,8 EUR, laut einer amerikanischen Kostenvergleichswebsite. Die Preise für Wand- und Dachisolierung variieren je nach Isoliermaterial stark, liegen aber in der Regel zwischen 40 und 100 EUR pro Quadratmeter. Die Preise für Sonnenschutzbrillen sind vergleichbar oder geringfügig höher als Standard-Isoliergläser, die üblicherweise in europäischen Häuserfenstern installiert werden. Ein vollständiges Menü modernster Klimaschutzlösungen in ein Gebäude zu verpacken, kann kostspielig sein, und es ist einfacher, es von Grund auf zu tun, indem ein neues Gebäude zu diesem Zweck entworfen wird. Der äußerst energieeffiziente und thermisch komfortable 39,673^m² Büroraum (plus 11,558 m²^{Innenparkplatz}) des The Edge- Gebäudes erforderte eine Investition von 74 Millionen Euro (Gesamtbaukosten).

Diese Kosten müssen gegen die positiven Auswirkungen auf Haushalte, Unternehmen und öffentliche Verwaltungen in Bezug auf Energieeinsparungen abgewogen werden, die für modernste Lösungen sehr substanziell sein können und sogar zu einem nahezu Null-Netto-Energieverbrauch führen können. Die Zunahme von Grünflächen in einem städtischen Kontext bringt auch eine Reihe von Nebenvorteilen in Bezug auf verbesserte Gesundheit, städtische Biodiversität, soziale Interaktionen und ästhetische Verbesserungen mit sich.

Rechtliche Aspekte

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

Die überarbeitete Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden sieht vor, dass alle neuen öffentlichen Gebäude seit 2018 N-ZEB (Near Zero Energy Buildings) sein müssen und dass der gesamte europäische Gebäudebestand bis 2050 N-ZEB sein soll. Obwohl sie nicht direkt auf die Anpassung an hohe Temperaturen ausgerichtet sind, werden diese Anforderungen eine breite Anwendung der hier beschriebenen Maßnahmen erfordern.

Umsetzungszeitraum

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

Lebensdauer

Die Lebensdauer variiert mit der Art der Intervention, die von wenigen Jahren bis zur Restlebensdauer des Gebäudes reicht.

Webseiten:

Referenz: