Ökologisch Planen

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Rund ein Drittel des Primärenergieverbrauchs in Deutschland entfällt auf die Nutzung von Gebäuden. Der Umweltgedanke ist aber bislang im Bauwesen oft nur punktuell verankert und beschränkt sich etwa auf Wärmedämmung oder solare Energie. Nachhaltigkeit im Sinne einer umweltgerechten, zukunftsfähigen und ressourcenschonenden Architektur hat dagegen ein Bauwerk als Ganzes im Blick, um über die gesamte Lebensdauer hinweg unterm Strich die ökologisch und ökonomisch beste Lösung zu erreichen.

Das schafft nur eine ganzheitliche Projektbearbeitung, die alle maßgeblichen Faktoren wie Energie- und Wasserverbrauch sowie CO2-Ausstoß mit einbezieht. Und zwar gleich zu Beginn der Planung, wenn es um die Formfindung selber geht: Denn im Vorentwurf und Entwurf fällen Bauingenieur oder Architekt die wesentlichen Entscheidungen, die am Ende für die ökologisch bzw. ökonomische Bilanz eines Gebäudes ausschlaggebend sind. Ingenieure und Architekten benötigen daher innovative Planungswerkzeuge, die ihnen von Beginn an durch umfassende Simulationen und Analysen fundierte Entscheidungsgrundlagen liefern. Nur so werden sie den heutigen Nachhaltigkeitsanforderungen mit angemessenem Aufwand gerecht, ohne diese Aufgabe an Spezialisten abgeben zu müssen.

BIM als ideale Wissensbasis

BIM-Systeme wie Autodesk Revit Architecture bilden hierfür die ideale Basis. Mit BIM (Building Information Modeling) arbeiten Ingenieur wie Architekt vom ersten Entwurfsgedanken an am digitalen, datenbankbasierten 3D-Modell, das sämtliche Gebäudeinformationen untereinander koordiniert und aktualisiert. Das gilt für geometrische Daten, aber auch für Mengen oder Kosten sowie für sämtliche bauphysikalische Eigenschaften. So entsteht ein virtueller Prototyp, an dem der Architekt schon in der Entwurfsphase Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Faktoren erkennen und aufeinander abstimmen kann – auch solche, die für die Nachhaltigkeit ausschlaggebend sind.

Die Simulationssoftware Autodesk Ecotect Analysis analysiert Gebäudedaten direkt aus dem BIM-Modell und stellt dabei Umweltfaktoren im Gebäude-Kontext als dreidimensionale Grafik dar. Damit sind Ergebnisse leicht verständlich. Und das ist wichtig: Denn einerseits muss der Planer für vorausschauende und effiziente Planung heute mehr wissen, andererseits muss ihm dieses Wissen schnell und anschaulich vermittelt werden, damit er es jederzeit ohne zusätzlichen Aufwand verwenden kann.

Den Standort einbeziehen

Nicht gegen, sondern mit der Natur entsteht die beste Lösung – man denke nur an die kubischen Bauten heißer Länder oder die steilen Dächer einer schneereichen Region. Dieser Ansatz lässt sich mit einer Simulationssoftware wie Autodesk Ecotect Analysis verfeinern, indem die klimatischen und topologischen Gegebenheiten schon in den Entwurf miteinbezogen werden.

Schon am Massenmodell können standortspezifische Faktoren simuliert werden. Während der Planer seinem Entwurfsgedanken im BIM-System Gestalt gibt, macht das Analysetool parallel dazu diese Sachverhalte im Gebäude-Kontext sichtbar. In einem Wechselspiel zwischen Entwurf und Analyse und durch den Vergleich verschiedener Varianten kann der Architekt so ein Entwurfskonzept finden, das dem Standort auf optimale Weise Rechnung trägt.

Dabei sind verschiedenste Analysen möglich: Anhand des Sonnenstandes lässt sich für jede Tages- und Jahreszeit oder über beliebige Perioden hinweg genau simulieren, welche Schatten das geplante Gebäude selber wirft und wie es durch die umgebende Bebauung beschattet wird. Lage, Form und Ausrichtung des Gebäudes kann sich dann genau nach diesen Ergebnissen richten. So wird gleich zu Beginn der Planung sichergestellt, dass sich etwa PV-Anlagen und Sonnenkollektoren am Ende optimal platzieren lassen und Tageslicht gezielt genutzt werden kann.

Auch in akustischer Hinsicht lässt sich das Gebäude untersuchen und schon im Entwurf optimieren. So zeigen Analysen am BIM-Modell auf, wo der geplante Baukörper Geräusche besonders stark reflektiert. So lassen sich rechtzeitig Lärmentwicklungen verhindern, die in einer späteren Projektphase nur mit viel Aufwand vermeidbar sind. Und weil die Planer schon im Entwurf Informationen über Strömungswinde erhält, kann er sein Gebäude so formen und platzieren, dass dessen Belüftung später an vielen Tagen auf natürliche Weise erfolgen kann – ohne alle kostenintensive Energie.

Integrierte Betrachtung

Nachdem der Baukörper auf diese Weise den natürlichen Umweltfaktoren entspricht, lässt sich der zu erwartende Energieverbrauch für das gesamte Gebäude als Richtwert ermitteln sowie der in diesem Zusammenhang entstehende CO2-Ausstoß. Darüber hinaus kann der Planer anhand von Gebäudetypus und künftiger Nutzerzahl schon im Entwurf den späteren Wasserverbrauch einschätzen. So wird eine integrierte Betrachtung möglich, mit deren Hilfe der Architekt schon jetzt spätere Kostentreiber erkennen und dem Auftraggeber verdeutlichen kann: In einer Phase, in der sich das Bauwerk noch problemlos modifizieren lässt, um zu hohe Werte zu vermeiden.

Im weiteren Planungsverlauf können dann auch Grundrisse und Fassaden so gestaltet werden, dass das Gebäude im Betrieb möglichst wenig Energie verbraucht. Sobald das Massenmodell durch Bauteile mit konkreten Materialien ersetzt wird, kann der Planer etwa das Klima und die Luftzirkulation in Räumen genau untersuchen. Zudem lässt sich analysieren, wie stark die Sonne je nach Tages- und Jahreszeit auf Fenster und Fassade scheint. Autodesk Ecotect Analysis simuliert die entsprechenden Werte farblich differenziert im Modell-Kontext. Die Ergebnisse sind damit leicht verständlich und fließen direkt in die Ausbildung von Grundriss und Fassaden ein, bis schließlich eine Lösung gefunden ist, die beispielsweise die natürliche Belüftung sowie Sonnenlicht und -wärme bestmöglich nutzt.

Raumabhängige Faktoren kennen

Umgekehrt machen Analysen deutlich, wo eine Beschattung notwendig wird, um Blendeffekte oder eine mechanische Kühlung zu vermeiden. Wie genau diese Beschattung aussehen sollte, um besonders effektiv zu sein, kann der Architekt dabei ebenfalls für jede Fensterfront detailliert untersuchen. Weiterhin kann er mit der 3D-Simulationssoftware auch schon raumabhängige Faktoren wie Akustik in die Raumgestaltung mit einbeziehen.

Mit einer BIM-Lösung wie Autodesk Revit Architecture und einem Tool wie Autodesk Ecotect Analysis können Architekten mit wenig Aufwand eine Zusatzleistung erbringen und den Auftraggeber auch in punkto Nachhaltigkeit fundiert beraten. Dabei zeigt sich zwangsläufig, dass kein Aspekt isoliert betrachtet werden kann. Eine Lösung, die in jeder Hinsicht gelungen ist, wägt sämtliche Gesichtspunkte gegeneinander ab: Sowohl ökologische als auch ökonomische. Nachhaltigkeit bedeutet eben nicht in jedem Fall, ausschließlich gut zu dämmen – ein Ansatz, der häufig bei der energetischen Sanierung von Bauten im Bestand verfolgt wird. Energetisch leistungsfähig können auch Gebäude sein, die etwas weniger gut gedämmt sind, dafür aber natürliche Ressourcen besonders sinnvoll nutzen. Das perfekte Zusammenspiel von Building Information Modeling und fundierter Analyse hilft dem Architekten, in einem kosteneffizienten und durchgängigen Prozess die beste Lösung zu finden. So dass am Ende eine Architektur entsteht, die nicht nur durch Form, sondern auch durch – nachhaltige – Funktion besticht.