Effizienz

Massnahmen zur Effizienzsteigerung

Ressourcen durch eine Effizienzsteigerung einzusparen, verstehen wir als rein technologischen Ansatz. Optimierte Systeme verringern den Verbrauch von Ressourcen, ohne Komforteinbussen hinzunehmen oder das Verhalten anzupassen. Im System Gebäude unterscheiden wir zwei Ansätze der Effizienzsteigerung:

• Strukturelle Optimierung: Kompaktheit in der Volumetrie und Qualität der Gebäudehülle,
• Technische Optimierung: effizientere Gebäudetechnikanlagen, Einsatz neuer Materialien und Konstruktionen.

Um die Effizienz von Gebäuden zu steigern, werden die Ressourcenströme im gesamten System betrachtet. Ein geringerer Verbrauch der einen Ressource kann zu einem erhöhten Verbrauch einer anderen Ressource führen. In diesem Fall gilt es, ein Optimum zu finden.

Strukturelle Optimierung

Im Bereich der strukturellen Optimierung beobachten wir unterschiedliche Themen, die eng mit dem architektonischen Entwurf verbunden sind. Beispielsweise beeinflussen das Gebäudevolumen, das Raumlayout oder die Fassade – also klassische Bearbeitungsfelder der Architektinnen und Architekten – die strukturelle Effizienz. Im Folgenden wollen wir auf die Dichte, die Fläche, die Kompaktheit und die Gebäudehülle eingehen.

Dichte

Boden ist in unseren Städten zu einer knappen Ressource geworden. Für Entwicklungsstrategien von Quartieren und Arealen stehen keine allgemeingültigen Regeln und Plangrundlagen zur Verfügung. Städte haben sich im Lauf der Jahrhunderte jeweils weiterentwickelt, sie sind gewachsen und haben unterschiedliche Massstabssprünge erfahren. Die Revision des Raumplanungsgesetzes im Jahr 2014 wurde durch die Landschaftsinitiative veranlasst und hat zum Ziel, die Zersiedelung zu bremsen. Diese Massnahmen werden zu definierten und harten Grenzen zwischen Stadt und Landschaft führen. Stadtentwicklung bedeutet damit nicht allein Wachstum in der Horizontalen, sondern heute verstärkt in der Vertikalen. Dies und häufig auch der ökonomische Druck haben zu Verdichtung geführt. Eine angemessene Dichte zu ermitteln, ist stark an kulturelle Fragen gebunden und beeinflusst die Lebensqualität der Bewohner. Die Anliegen der heutigen Gesetzgebung, der Ökonomie, einer hohen Lebensqualität und der Wille zur Schonung der Umwelt stellen die wesentlichen Herausforderungen unserer Gesellschaft dar. Architektinnen und Planer sind gefordert, Antworten zu entwickeln.

Fläche

Flächeneffizienz bedeutet rechnerisch ein gutes Verhältnis von beheizter Geschossfläche zu Nutzfläche zu etablieren. Diese Optimierung wird meist auch aus wirtschaftlichen Gründen gefordert, denn Flächen wie Erschliessungsflächen bringen keinen Ertrag. Oft kann durch geschickte Grundrissgestaltung beispielsweise die Erschliessungsfläche oder die Anzahl der Treppenhäuser reduziert werden. Mit der Wahl der Gebäudetypologie wird bereits früh eine entscheidende Weiche gestellt, wie effizient das Grundrisslayout von einem Gebäude werden kann. Typologische Untersuchungen in einer frühen Planungsphase helfen, die geeignete Grundrissallokation zu finden.

Kompaktheit

Das Verhältnis von der Abmessung der Gebäudehülle zur Geschossfläche gibt Aufschluss über die rechnerische Kompaktheit eines Gebäudes. Beeinflusst wird die Kompaktheit auch durch die Parzellenform oder durch eine lärmexponierte Lage. Kompakte Gebäude sind jedoch nicht unbedingt wirtschaftlicher, nur weil die Fassade ein teures Bauteil ist und weniger Aussenhülle zu einem geringeren Wärmeverlust führt. Grosse Raumtiefen beeinflussen die Tageslichtführung. In der Bemessung der Architektur spielen oft nicht messbare, qualitative Faktoren eine weit wichtigere Rolle als die messbaren quantitativen.

Gebäudehülle

Die Gebäudehülle ist ein entscheidendes Element, um die Energieeffizienz eines Gebäudes zu beeinflussen. Eine dichte und gut gedämmte Hülle sorgt für kleinere Wärmeverluste und geringeren Heizenergiebedarf. Auf der anderen Seite dichtet sie ein Gebäude so gut ab, dass der Einbau zusätzlicher mechanischer Lüftungseinheiten erforderlich wird. Sehr hohe Dämmwerte der Gebäudehülle führen zu massiven Aussenwänden und beeinflussen den konstruktiven Aufbau, die Gestalt und Masse eines Gebäudes. Zum Fenster: Isolierverglasungen weisen zwar hervorragende Dämmwerte auf, dennoch bleibt ein Fenster eine energetische Schwachstelle in der Gesamtbetrachtung der Gebäudehülle, um beispielsweise zusätzliche passive Wärmegewinne einzubringen.

Eine dichte und gut gedämmte Gebäudehülle verbessert die Energieeffizienz, ist aber auch mit einem erhöhten Materialaufwand und dadurch mit dem Aufwand von mehr grauer Energie verbunden. Wir empfehlen, das System Gebäude über den gesamten Lebenszyklus zu betrachten, um zu beurteilen, welche Entwurfsstrategie am Ende sinnvoll ist. So ist das Raumklima dynamischen Prozessen unterworfen und Temperaturspeicher spielen eine wichtige Rolle. Ein effizientes Gesamtgebäudesystem kann auf unterschiedlichen Wegen erreicht werden, die alle ihre Berechtigung haben und abzuwägen sind.

Die Entscheidungen, die grosse Auswirkungen auf die Effizienz eines Gebäudes haben, sind meistens früh im Planungsprozess zu fällen. Zu diesem Zeitpunkt sind genaue Berechnungen noch wenig sinnvoll, da Konstruktion, Volumetrie und weitere entscheidende Faktoren noch nicht explizit erarbeitet worden sind. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen abschätzen zu können und zu erkennen, wann die Beurteilung durch Experten von Nutzen ist.

Die Mindestanforderung an die Qualität der Gebäudehülle wird gesetzlich vorgegeben und von der Behörde geprüft. Im Zuge des Bewilligungsverfahren muss der Energienachweis erbracht werden, er hängt hauptsächlich von der Gebäudehülle ab.

Technische Optimierung

Von der Draisine zum Rennrad

Nutzenergie für den Betrieb eines Gebäudes wird vor allem in Form von Wärme, Licht und für den Luftwechsel benötigt. Bei Bestandsbauten stellt die Wärmeerzeugung den grössten Anteil an Energie dar. Eine Steigerung der Effizienz im Bereich der Energieflüsse bedeutet, mit möglichst wenig Primärenergie möglichst viel Nutzenergie bereitzustellen. Auf dem Weg von der Primärenergie, also der Energiequelle bis zur Nutzung, treten bei verschiedenen Umwandlungsprozessen Verluste auf. Durch die Optimierung der Effizienz werden diese Verluste minimiert.

Der höchste Anteil an Betriebsenergie wird bei Bestandsbauten für das Heizen und die Warmwasseraufbereitung benötigt. Eine Studie des Physikingenieurs Dr. Martin Jakob im Auftrag des Bundesamtes für Energie hat berechnet, dass bis zum Jahr 2050 eine Reduktion der Endenergie um 14 % möglich ist. Es wurden Massnahmen im Bereich Raumwärme, Warmwasser, Lüftung, Kälte, Beleuchtung und allgemeine Gebäudetechnik untersucht. Die nicht erneuerbare Primärenergie kann sogar um 38 % reduziert werden, was unter anderem durch das Ersetzen von fossilen Energiequellen durch erneuerbare erreicht wird und daher zum Bereich der Konsistenzstrategie zu zählen ist. ¹