Bauen der Zukunft: Agile, digitale und intelligente Bauwerke

Das zeitgemäße Gebäude gliedert – abseits irgendwelcher künstlerischer Theorien des „richtigen“ Bauens –, den Einzelnen in die moderne Welt ein. Das Gebäude hat nicht minder als zu vorherigen Zeiten eine Schutzfunktion, entspricht aber deutlicher denn je dem Willen zur Interaktion, ist ein Gehäuse für unseren Zugang zur digitalen Welt.

Das zeitgemäße Gebäude versorgt den Bewohner mit Ressourcen und mit Energie, entsorgt Abflüsse und Abfälle, führt in unserer modernen Welt immer öfter auch Wärme und Kälte zu respektive ab, stellt elektrischen Strom bereit, verschafft Daten und Informationen, bindet an die Mobilitätsinfrastruktur an, vereinfacht den Alltag durch umfangreiche technologische Funktionen.

Eine zunehmend flexible und agile Gesellschaft erfordert Bauwerke, die ähnlich agile Eigenschaften an den Tag legen. Das bedeutet auf baulicher Seite, dass das Gebaute anpassbar, erweiterbar, ausbaubar, funktionell und modular ist, ohne dass jedes Mal das gesamte Bauwerk vom Fundament an neu geschaffen werden muss.

Darüber hinaus sind Bauteile und Tragteile bestenfalls keine eindimensionalen Elemente, sondern erfüllen komplexe Mehrzweckaufgaben.

Von Bedeutung ist zunehmend die Interaktion zwischen digitaler und realer Welt, indem die Dinge zunehmend ein Eigenleben führen und sich so etwas wie „künstliche“ Intelligenz einstellt. Das Metaverse ist ein entsprechender Ansatz.

Bauen und Wohnen werden darüber hinaus immer energieintensiver. Die Elektrisierung der Mobilität schafft neue Herausforderungen, die sich auch im Bauwerk und im Wohnraum materialisieren.

Beim Thema Energiebedarf ist zuallererst einmal die Minimierung des Energiebedarfs im Sinne der Energieeffizienz ein Thema. Vor allem anderen steht die Vermeidung. In Zeiten von Temperaturextremen, der begrenzten physischen und geopolitischen Verfügbarkeit von Energie und einer grundsätzlichen Klimaerwärmung werden die Anforderungen an das Bauwerk komplexer.

Die Gebäudehülle ist nicht mehr nur die hübsche Fassade, sondern erfüllt komplexe bauphysikalische Bedingungen.

Die Wärmekapazität, die sich aus der Dichte sowie der Wärmeaufnahmefähigkeit ergibt, ist beim Thema der sommerlichen Überhitzung von Bedeutung. Baumaterialien mit einer hohen Wärmekapazität reagieren träge auf Temperaturschwankungen. Das bewirkt Vorteile im Sinne der Phasenverschiebung. Das Bauteil ist folglich kühler sobald die Tageshöchstspitzen erreicht sind und gibt diese Wärme in der Folge dann an die Umgebung ab, wenn die Temperaturen nachts sinken.

Indem das Gebäude über Verschattungsmöglichkeiten verfügt, begrünt wird und indem die Ausrichtung zur Sonne sinnvoll ausgewählt wird, ergeben sich Möglichkeiten und Chancen. Gerade die Begrünung speichert Wasser, das durch Verdunstung die Lufttemperatur senkt, weil die Phasenverschiebung von flüssig zu gasförmig Energie verbraucht, welche von der Umgebung in Form von Wärme entnommen wird. Daraus folgt auch, dass das bauwerksnahe Gewässer die Umgebungstemperatur vorteilhaft beeinflusst.

Insofern im Winter allerdings die Heizung notwendig wird, verbrauchen Bauteile mit einer hohen Wärmekapazität zu viel Energie, um auf die gewünschte Oberflächentemperatur aufzuheizen und leiten diese dann auch noch weiter, sodass wärmedämmende Materialien von Vorteil sind.

In Umgebungen, in denen kalte Winter sowie heiße Sommer vorgegeben sind, ist es folglich vorteilhaft, das Untergeschoss massiv und die bewohnten Räume wärmedämmend auszuführen und folglich im Sommer einen Durchzugseffekt zu nutzen.

Die Energiezufuhr an das Bauwerk in Form von Elektrizität und Wärme wird zunehmend von Bedeutung. Im Bereich der Wärme ist die Verwendung von fossilem Erdgas mehr und mehr problematisch. Die Tendenz geht in Richtung Nutzung von regenerativem Biogas. Die Nutzung der Solarenergie birgt immer noch ein riesiges Potential. Der Wärmebedarf wird heute zunehmend durch Strom abgedeckt, welcher extern zugeführt oder durch Photovoltaik erzeugt wird. Die Wärmepumpe erzeugt dabei Wärme auf Strom, ist allerdings auf bestimmte Außentemperaturen angewiesen, um effizient arbeiten zu können. Dabei kommt besonders auch die Erdwärme ins Spiel.

Wesentlich ist der Umstand, dass die Nutzung der Erdwärme heute nur sehr begrenzt erfolgt. Während die oberflächennahe Geothermie sich für die Wärmeerzeugung eignet, können im Rahmen der tiefen Geothermie Wasserdampfturbinen effizient betrieben werden, sodass Elektrizität erzeugt werden kann. Allerdings sind die effizienten geographischen und geologischen Standorte begrenzt und die Tiefen im Kilometer-Maßstab sind auf industrielle Großanlagen beschränkt.

Alternativen wie Wasserstoff, der sich sowohl zur Produktion von elektrischer Energie als auch von Wärme eignet (Kraft-Wärme-Kopplung), sind eher erst langfristig zu erwarten.

Von der Autarkie her gedacht müsste das Gebäude die eigene Energie so weit es geht, selbst abdecken. Moderne Gebäude bieten dazu Möglichkeiten. Von der Nutzung der solaren Energie zum Wärmen und zur Stromproduktion bis hin zur Geothermie, die als oberflächennahe Geothermie zum Wärmen zur Verfügung steht, bestehen Potentiale. Darüber hinaus gilt es, die Energie zu speichern, um die Divergenz zwischen Energieproduktion und Energienutzung zu schließen.

Zu viel Technik schlägt allerdings ins Gegenteil um. Die Summe an Geräten erzeugt Wärme, ist für Fehler anfällig, erfordert laufende Wartungen und Instandhaltungen. Beim Technologischen gilt es ein so viel wie notwendig, doch ein so wenig wie möglich zu verwirklichen. Richtig geplant muss das Gebaute mit einem Mindestmaß an Technik auskommen. Umso größer die Entfremdung vom „richtigen“ Bauen, umso mehr müssen Technik und Künstlichkeit diese Mängel begleichen.

Das „richtige“ Bauen kommt mit so viel Technik wie notwendig, doch mit so wenig Technik wie möglich aus. Der Rückgriff auf die Natur und ihre Möglichkeiten ist unerlässlich. Darin äußert sich das intelligente Planen.

In diesem Sinne wirkt das Gebaute durch die Bereitstellung von Ressourcen als Entlastung, vor allem aber auch als Möglichkeit zur Entfaltung.

Gebäude müssen immer öfter an eine dynamische Gesellschaft und an ihre wechselhaften Anforderungen angepasst werden. In unserer mobilen Gesellschaft sind auch Gebäude ständig im Wandel.

Es geht folglich darum, Gebäude adaptiv zu gestalten, damit Änderungen flexibel möglich sind, ohne das Gebäude abzureißen, sondern über möglichst lange Zeiträume hinweg anzupassen. Das Gebaute ist damit mehr denn je etwas Dynamisches, das Funktionen und Aussehen im Rahmen des Lebenszyklus anpassungsfähig ändert, aber auch etwas Beständiges, weil die grundlegende Struktur bleibt oder bleiben soll.

Insbesondere der moderne Holzbau ermöglicht digitales Planen und Fertigen auf höchstem Niveau, integrales und intelligentes Planen ohne Pfuschen, schlanke und effiziente Bauwerke, einen hohen Grad an Vorfertigung, eine schnelle Montage.

Bauen heute richtig gedacht, bedeutet, den Planungs- und Bauprozess um ein Vielfaches effizienter auszugestalten, dabei auf Digitalisierung und Vernetzung zurück zu greifen, Lerneffekte zu nutzen und die Fehleranfälligkeit zu reduzieren. Diese Tendenz läuft auf eine zunehmende Serienanfertigung bei Wahrung der baulichen Individualität und Identität hinaus.

Letztlich ist auch das moderne technische Bauen an den Menschen und seinen Lebensraum gebunden. Der Mensch schätzt Schönheit mehr als reine Nützlichkeit. Folglich ist die moderne High-Tech-Villa gegenüber klassischer Schönheit deutlich im Nachteil – mit weitaus geringerer Halbwertszeit.

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