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2022 | Book

Nachhaltige und digitale Baukonzepte

Methoden und Wege zu einer ökologisch ausgerichteten Baubranche

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About this book

In Anbetracht der Auswirkungen des Klimawandels auf unsere Umwelt müssen

bestehende Prozesse in vielen Bereichen unserer Gesellschaft überdacht werden.

Damit einhergehend ist es wichtig, innovative und vor allem auch ökologische Konzepte

vermehrt in den Fokus zu rücken. Da die Baubranche einen massiven Anteil

an den negativen Effekten auf unsere Umwelt hat, liegt es nahe, erfolgsversprechende

Ansätze genau in diesem Bereich ausfindig zu machen. Mithilfe digitaler Konzepte

sind verschiedene Zusammenhänge so modifizierbar, dass Abläufe nicht nur

effektiver, sondern insbesondere auch nachhaltiger werden. So stellt sich im Hinblick

auf die anstehenden Herausforderungen infolge des Klimawandels die Frage,

welche zusätzlichen Potenziale sich durch innovative Herangehensweisen ergeben.

Das vorliegende Sammelwerk präsentiert diesbezüglich aktuelle und zukunftsweisende

Konzepte aus verschiedenen Bereichen der Baubranche.

Table of Contents

Frontmatter
Nachhaltige und digitale Konzepte im Bauwesen – komplex, konträr, kompatibel, konstruktiv
Zusammenfassung
Die Herausforderungen, die unsere Gesellschaft im Rahmen des stetig voranschreitenden Klimawandels zu bewältigen hat, sind nicht nur vielfältig und komplex, auch ergeben sich aufgrund zweier konträrer Paradigmen – der Digitalisierung und der Nachhaltigkeit – ineinandergreifende Fragestellungen, die im Hinblick auf notwendige Lösungsansätze diskutiert werden müssen. Da das Bauwesen einen erheblichen Anteil an der Zerstörung unserer Umwelt beisteuert, ist es erforderlich, dass nachhaltige Potenziale nicht nur intensiv diskutiert, sondern auch zeitnah implementiert werden. Dabei kommen verschiedene Aspekte der Digitalisierung ins Spiel. Der Beitrag zeigt im Kontext möglicher Synergieeffekte verschiedene Konzepte auf, die im Zuge der Bekämpfung des Klimawandels innerhalb der Baubranche herangezogen werden können. Anhand innovativer und disziplinübergreifender Ansätze wird dargestellt, dass technologische Neuentwicklungen einer nachhaltigen Ausrichtung nicht per se entgegenstehen müssen. Vielmehr ergeben sich durch kooperative Zusammenspiele vielversprechende Potenziale – nicht nur aufgrund digitaler und damit zeitgemäßer Prozesse, z. B. um wirtschaftliche Mehrwerte zu erzielen –, sondern insbesondere auch, um mithilfe ökologisch-kompatibler Interaktionen im Bauwesen konstruktiv dem Klimawandel entgegenzuwirken.
Thomas Kölzer
Kreislauffähige Konzepte im Bauwesen – Gebäude als Materialdepots
Zusammenfassung
Um durch das Bauwesen verursachte Emissionen und Abfälle zu reduzieren sowie den immensen Ressourcenverbrauch zu senken, müssen neue Wege für den Umgang mit Baustoffen in der Branche geschaffen werden. Der vorliegende Beitrag bietet eine Einführung in zirkuläre Konzepte und erklärt, wie diese das Wiederverwenden von Baumaterialien unterstützen und somit ein nachhaltiger Wandel im Bausektor ermöglicht werden kann. Konkret steht dabei die Implementierung von Materialausweisen im Fokus, welche in Kombination mit der Methode BIM die Speicherung umfangreicher Daten zu in Gebäuden verbauten Materialen ermöglichen. Unter diesem Aspekt wird weiterhin aufgezeigt, wie Gebäude zukünftig als Materialdepots verstanden werden können und warum der Wandel zu einer nachhaltigeren Baubranche nicht ohne digitale Methoden realisierbar ist.
Kim Hannah Gülck
Bauwerksbegrünungen – Allgemeine Potenziale, grundlegende Konstruktionsvarianten und digital ausgerichtete Anwendungsmöglichkeiten
Zusammenfassung
Im Zuge des voranschreitenden städtischen Wachstums muss den zunehmenden Hitze-, Wasser- und Luftbelastungen mit innovativen und nachhaltigen Konzepten begegnet werden. Der Beitrag zeigt auf, inwieweit Bauwerksbegrünungen diesen urbanen Problemen entgegenwirken können. Neben einer Übersicht zu grundlegenden Konstruktionsvarianten von Begrünungssystemen stellen Kombinationen von Begrünungen mit nachhaltigen und digitalen Ansätzen einen weiteren Schwerpunkt dar. Da insbesondere Verknüpfungen mit Sensortechnologien vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten bereitstellen, finden sich im Beitrag ebenfalls Beispiele, wie Bauwerksbegrünungen zukünftig beim Kampf gegen den Klimawandel oder auch beim Einsatz in Wartung und Pflege, dabei helfen können, Städte digitaler und gleichzeitig nachhaltiger zu machen.
Clea Kummert
Form follows Energy in der Solararchitektur – Welche Optimierungspotenziale bieten interaktive evolutionäre Algorithmen?
Zusammenfassung
Da die Festlegung einer Gebäudeform direkte Konsequenzen auf die Ausrichtung aller Teiloberflächen einer Gebäudehülle hat, wird im vorliegenden Beitrag am Beispiel interaktiver evolutionärer Algorithmen die Fragestellung behandelt, wie mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz die Morphologie von Gebäuden – also ihre äußere Gestalt- und Formgebung – für die Gewinnung von Solarenergie optimiert werden kann. Aus der Rolle des Gebäudesektors bei der großflächigen Bereitstellung geeigneter solarer Empfangsflächen für die Energiewende wird das Erfordernis der Entwicklung einer neuen, solaren Formensprache in der Architektur abgeleitet und die hieraus folgenden zahlreichen und zum Teil konträren Anforderungen an einen solaradaptierten Gebäudeentwurf aufgeführt. Als Lösungsansatz für eine optimierte Morphogenese wird die Verwendung effizienter metaheuristischer Suchfunktionen aus dem Bereich der KI – hier am Beispiel interaktiver, evolutionärer Algorithmen – vorgestellt und der Einfluss solcher digitaler, algorithmischer Entwurfsräume sowohl auf energetische als auch ästhetische Aspekte bei der Solarisierung architektonischer Gebäudeformen bewertet.
Christina Rullán Lemke
Nachhaltig ausgerichteter Hausbau in Deutschland – Partielle und holistische Gebäudeinnovationen
Zusammenfassung
In Deutschland existieren bereits heute vielfältige Konzepte für die Errichtung und den Betrieb von Gebäuden, die als nachhaltig bezeichnet werden können – auch wenn sie sich meist nur speziellen Problemfeldern innerhalb des Bauwesens widmen. Die Grundlagen dieser Gebäudekonzepte werden im vorliegenden Beitrag erläutert, um einen Einstieg in das Themengebiet des nachhaltigen Bauens zu geben. Darüber hinaus wird die Frage erörtert, ob Gebäude, deren Planung auf partiellen Ansätzen beruht, heute noch als nachhaltig bezeichnet werden können. Abschließend widmet sich der Beitrag der Automatisierung von Ökobilanzierungen. Das damit einhergehende und auf digitalen Methoden aufbauende Potenzial zeigt wie negative Auswirkungen von Neubauprojekten auf unsere Umwelt mithilfe der Methode des Building Information Modeling reduziert werden können.
Viktor Hasselbring
Potenziale der Digitalisierung im traditionellen Lehmbau
Zusammenfassung
Lehm gilt als nachhaltiger und ökologischer Baustoff. Das Material kann durch einfache Aufbereitung beliebig oft für tragende und nicht-tragende Konstruktionen eingesetzt oder dem Naturkreislauf zurückgeführt werden. In diesem Beitrag werden zunächst traditionelle Lehmbauweisen vorgestellt und materialspezifische Eigenschaften mit Nachhaltigkeitskriterien und politischen Strategien in den Kontext gebracht. Zusammenhänge zwischen klassischer Herstellung und Digitalisierung wurden herausgearbeitet. Neubauprojekte wie die Alnatura Arbeitswelt in Darmstadt sowie rezente Forschungsarbeiten über robotische Herstellung von Fertigteilen oder in-situ Fabrikation mittels 3D-Druck werden diskutiert. Der meist sehr zeitintensive Lehmbau kann durch standardisierte Lösungen und Fertigteilproduktion im Rahmen des ökologischen Hausbaus einen großen Beitrag für nachhaltiges Bauen leisten.
Jessica Lohmann
Bioenergiefassaden – ökonomisch, ökologisch, digital
Zusammenfassung
Um den Gesamtenergiebedarf von Gebäuden während der Nutzung zu reduzieren und mit erneuerbaren Energien zu decken, reichen energieerzeugende Systeme auf Gebäudedächern allein nicht aus. In der Bundesrepublik Deutschland werden 65 % des Gesamtenergiebedarfs der Nutzungsphase von Bürogebäuden verbraucht. Im vorliegenden Beitrag wird eine Möglichkeit vorgestellt, oftmals architektonisch simple Fassadenflächen von überwiegend mehrstöckigen Bürogebäuden zur aktiven Reduzierung ihres Gesamtenergiebedarfs und als vertikale Agrarflächen einzusetzen. Mit Bioenergiefassade werden in einem Kulturmedium, das solarthermisch verwertet werden kann, Mikroalgen kultiviert, deren Verwendungsmöglichkeiten nachhaltig und vielseitig sind. Zudem werden Potentiale der Bioenergiefassade in Bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit durch Unterstützung von digitalen Methoden aufgezeigt.
Gyde Hartmut
Abfallvermeidung im Bauwesen – Status quo, Konzepte und digitale Möglichkeiten
Zusammenfassung
Die Reduktion und Vermeidung von Abfällen jeglicher Art hat unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit eine hohe Relevanz. Insbesondere dem Bereich des Bauwesens kommt aufgrund der hohen anfallenden Abfallmengen eine besondere Bedeutung zu. Übergeordnete Aspekte sind vor allem ein ökologischer Umgang mit entstandenen Abfällen, die Möglichkeiten einer möglichst hochwertigen Verwertung von vorhandenen Materialien sowie das Ziel, den Einsatz neuer Ressourcen langfristig zu reduzieren. Der vorliegende Beitrag befasst sich mit innovativen Ansätzen, konstruktiven Konzepten und digitalen Lösungsansätzen für eine nachhaltigere Abfallwirtschaft im Bauwesen.
Christina Berg
Wege zu einer ganzheitlichen Planung – Energieeffizientes Bauen im Kontext holistischer Konzepte
Zusammenfassung
Der vorliegenden Beitrag zeigt praxisnahe Beispiele und übergeordnete Methoden auf, die dabei helfen sollen, Gebäude – für Mensch, Umwelt und Wirtschaft – umfassend und vorteilhaft zu planen. Es werden neben der bisherigen Entwicklung effizienter Gebäudesysteme, über energetische Belange hinausgehende kritische Umweltauswirkungen sowie bestehende und zukünftig notwendige Ansätze des nachhaltigen Bauens thematisiert. Ziel des Beitrags ist es nicht nur innovative Maßnahmen zur Lösung spezifischer Probleme, wie der Reduzierung klimawandel-beschleunigender Treibhausgasemissionen, darzustellen, sondern einen Perspektivwechsel anzuregen, der es ermöglicht, Systeme zu schaffen, die rundum gewinnbringend sind. Gewinnbringend ist dabei nicht rein wirtschaftlich, sondern im Sinne von Mehrwerten für Mensch und Umwelt zu interpretieren. Im Verlauf des Beitrages wird anhand von Beispielen verdeutlicht, wie Naturprinzipien, Digitalisierungsprozesse und ganzheitliche Planungsansätze erfolgversprechende Methoden darstellen, diese Mehrwerte zu erreichen.
Julius Oldehaver
Der späte Triumph der zwei kleinen Schweinchen – Nachhaltige Alternativen zum Massivbau
Zusammenfassung
Die Errichtung und der Betrieb von Gebäuden tragen signifikant zum Ausstoß von Treibhausgasen und damit zur globalen Klimaveränderung bei. Im Speziellen verursacht die energieaufwendige Herstellung von Zement jährlich höhere CO2-Emissionen als der weltweite Flugverkehr. Ausgehend vom seit Jahrtausenden bekannten Baustoff Holz werden in diesem Beitrag moderne Baumaterialien und -konzepte vorgestellt, die das Potenzial bergen, beträchtliche Mengen an Ressourcen und Energie einzusparen. Auf andere Weise können die selbstgesteckten Nachhaltigkeitsziele des Bausektors realistisch nicht mehr erreicht werden.
Gunnar Schaan
Backmatter
Metadata
Title
Nachhaltige und digitale Baukonzepte
Editor
Thomas Kölzer
Copyright Year
2022
Electronic ISBN
978-3-658-36776-3
Print ISBN
978-3-658-36775-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-36776-3