Nachhaltiges Design: Zukunftsfähige Gebäude für eine bessere Welt

Nachhaltiges Design – auch Ökodesign oder grünes Design genannt – geht weit über die Verwendung recycelter oder umweltfreundlicher Materialien in einem Gebäude hinaus. Insbesondere geht es um die Entwicklung und Umsetzung weitsichtiger, umweltbewusster Planungsoptionen, die die Auswirkungen eines Gebäudes während der Bauphase und während seines gesamten Lebenszyklus reduzieren.

Nachhaltiges Design ist sowohl eine Herausforderung als auch eine Chance, sich als Vorreiter zu etablieren. Mit der Umstellung auf umweltverträglichere Praktiken setzen Unternehmen in ihrem Bereich Maßstäbe, die den Wettbewerb anregen und das Interesse potenzieller Kunden steigern werden.  

Nachhaltiges Design ist jedoch nicht auf die frühen Phasen des Prozesses beschränkt. Es sollte in die Struktur eines Projekts integriert werden, von der Planung über die Wartung bis hin zum Rückbau. Umweltbewusste Designs, Produkte und Bauweisen sind gut für die Gegenwart, weil sie weniger Auswirkungen auf Ressourcen und die nähere Umwelt haben, und gut für die Zukunft, indem sie die Realisierung der Ziele des Pariser Abkommens und anderer Klimainitiativen unterstützen. 

Die gebaute Umwelt ist für 40 % des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. Reduziert man den Energieverbrauch beim Bau und Betrieb von Gebäuden, so wird die Erreichung der Netto-Null-Ziele möglicherweise erheblich erleichtert. Bei der Planung nachhaltiger Gebäude sind viele Aspekte zu berücksichtigen. Unternehmen, die sich für nachhaltiges Design entscheiden, werden von den Vorteilen genauso lange profitieren, wie das Gebäude steht – möglicherweise sogar länger. 

Nachhaltiges Design berücksichtigt die Nachhaltigkeit in allen Phasen eines Gebäudes: Entwurf, Beschaffung, Bau, Instandhaltung und Rückbau. Es zielt darauf ab, Materialverschwendung zu verringern, die Lebensqualität zu verbessern und die Umweltauswirkungen zu reduzieren. 

Das Motto „Reduzieren, wiederverwenden und recyceln“ ist nach wie vor ein guter Leitfaden für nachhaltiges Design. Es lässt sich in konkrete Strategien oder Grundsätze mit erreichbaren Zielen umsetzen:

• Energieeffizienz: Mit nachhaltigem Design bieten sich zahlreiche Möglichkeiten energieeffizient zu bauen. Die Reduzierung des Energieverbrauchs vor Ort spart auf der einen Seite Geld, berücksichtigt aber auf der anderen auch die Energie, die bei der Herstellung von Materialien und beim Betrieb eines Gebäudes verbraucht wird. Bauunternehmen und Architekturbüros können mithilfe verschiedener Software-Tools den Energieverbrauch simulieren und die Planung intelligenter machen.  

• Werkstoffauswahl: Von den Materialien, die für den Bau eines Fundaments verwendet werden, bis zu der Farbe, die auf die Wände kommt: Bei einem Bauprojekt müssen Hunderte – wenn nicht Tausende – von Werkstoffen ausgewählt werden. Jeder davon bietet die Möglichkeit, eine nachhaltigere Entscheidung zu treffen. Ungiftige und recycelte Materialien bilden nur der Anfang. Bauunternehmen und Ingenieurbüros können mithilfe eines Open-Source-Tools, dem Embodied Carbon Calculator (EC3), auch die verbauten Emissionen eines Werkstoffs ermitteln. Dadurch erhalten das Bauunternehmen und der Bauherr Auskunft über die Nachhaltigkeitskosten eines Materials, bevor es ausgewählt und transportiert wird. Total Carbon Analysis – ein Tool, das zum Autodesk-AECO-Portfolio gehört – liefert Einblicke in den Kohlenstoffemissionen jeder Entscheidung, die den Verantwortlichen ermöglichen, den Energieverbrauch zu senken und die CO2-Bilanz des Baus sowie der langfristigen Nutzung des Gebäudes zu verbessern. 

• Wassereinsparung: Infolge des Klimawandels werden die Wasservorräte in vielen Teilen der Welt knapp oder instabil. Nachhaltiges Design berücksichtigt den Wasserverbrauch und die Abfälle während des Baus und nach Abschluss des Projekts. Könnten einheimische Pflanzen und Bäume Wasserrückhaltung in der Umwelt unterstützen? Könnte das Abwasser zur Kühlung des Gebäudes verwendet werden? Autodesk-Software zur hydraulischen Modellierung kann die Auswirkungen von Regenabfluss oder anderen natürlichen Wasserquellen messen, um einen Plan für eine nachhaltige Wassernutzung zu erstellen. Mit diesem Programm können Ingenieure bei der Planung von Kanalisations- oder Wasserleitungsnetzen anhand von Modellen Kennzahlen wie Verschleiß und Leistung in Situationen mit hoher Beanspruchung – wie etwa Überschwemmungen – prognostizieren.

• Umweltqualität in Innenräumen: Beim nachhaltigen Design geht es um mehr als nur das Gebäude und die Struktur. Von Luftqualität und Temperaturregelung bis hin zum Zugang zu Licht und Luft: Auch die Auswirkungen der Entscheidungen auf das Innenraumklima werden berücksichtigt. Fachkräfte aus der Architektur- und Planungsbranche verwenden Revit, um sich die Möglichkeiten eines geplanten Raums vorzustellen. Mit einem BIM-Modell lässt sich eine Vielzahl von Situationen simulieren, die die jeweiligen potenziellen Ergebnisse und Anforderungen darlegen. Mit diesen Simulationen können die Fachkräfte Innenräume schaffen, die ebenso gut durchdacht und geplant sind wie jeder Außenraum.  

• Geplante Wiederverwendung und biologische Abbaubarkeit: Ein Gebäude ist kein normales Produkt. Sein Lebenszyklus ist nicht nur länger – zum Zeitpunkt der Planung und Bauausführung ist sein Endpunkt ist oft unbekannt oder unklar. Mit einem guten nachhaltigen Design können viele Szenarien durchgespielt und das Gebäude für alle Nutzungsphasen vorbereitet werden.

• Minimierung der Umweltverschmutzung: Beim nachhaltigen Design bedeutet Umweltverschmutzung minimieren mehr als nur weniger verschwenderisch sein. Ein schönes Gebäude, das die Kriterien für eine Umweltzertifizierung erfüllt, ist zwar bewundernswert. Wenn es jedoch am falschen Ort gebaut wird, verursachen pendelnde Mitarbeitende oder spätere Nutzer womöglich noch mehr Umweltverschmutzung. Ein breiteres Spektrum von Verschmutzungsfaktoren muss berücksichtigt werden, um die Nettoauswirkungen zu verstehen. Das in Revit integrierte Analyse-Tool Autodesk Insight kann den Kohlenstoffemissionen für jedes Element für die Bauphase und darüber hinaus modellieren. Diese Daten ermöglichen bessere Entscheidungen in der Werkstoff- und Designwahl mit der Folge, dass das Gebäude auch mit zunehmendem Alter eine geringe Kohlenstoffbelastung aufweist. 

Die Rolle der Technologie 

Unterstützende Technologien sind der Schlüssel zur Einbeziehung nachhaltiger Prinzipien in der Planung. Anwendungen und Software können zu jeder Zeit Projekte in Übereinstimmung mit den vom Architekten oder Ingenieur festgelegten Zielen und Parametern planen, produzieren oder neu entwerfen. Auf der einen Seite profitieren Menschen von Erfahrungen aus der realen Welt. Auf der anderen sorgt die Technologie dafür, dass die Optionen sich nicht auf das bereits Erreichte beschränken, sondern auch das bisher Unerreichte ermöglichen. 

Der größte Teil der Auswirkungen eines Produkts oder Gebäudes wird zwar in den frühesten Planungsphasen entschieden.  Das ist jedoch keineswegs der einzige Zeitpunkt, an dem die Projektpartner einen Einfluss haben. Erfolgreiches nachhaltiges Design erstreckt sich von der Planungsphase über die Bauvorbereitung und den Bau bis hin zu Wartung und Rückbau. 

Ingenieure verwandeln einen Entwurf in ein greifbares Objekt mit realen Kosten und realen Werkstoffen. Um die geplanten Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, ist die Zusammenarbeit zwischen Projektbeteiligten – ob dem Auftraggeber oder Fachkräften aus dem Architektur-, Ingenieur- oder Bauwesen – entscheidend. Konkret bedeutet das: Der Ingenieur bestimmt, ob ein Entwurf Kohlenstoffneutralität nur verspricht oder tatsächlich liefert. Der Ingenieur steuert wiederum neue Ideen und Feedback bei, die das nächste Projekt des Architekten verbessern und die gebaute Welt nachhaltiger gestalten können. 

Ob die Auswirkung von Werkstoffen, die Kühlung oder Heizung eines Gebäudes oder die Umweltauswirkungen einer Baustelle: Die Technologie erleichtert das Verständnis verschiedener Aspekte für Fachkräfte aus dem Planungs- und Ingenieurwesen. Software und Anwendungen können nahezu jede Situation simulieren, die in einem Gebäude auftreten kann – und im Rahmen eines nachhaltigen Designs können Planungsbüros, Bauunternehmen oder Architektenbüros dementsprechende Anpassungen vornehmen. Sie können auch fortschrittliche Technologien wie KI oder Gebäudedatenmodellierung (BIM) nutzen, um den Alterungsprozess zu prognostizieren, zu optimieren und somit ein Gebäude besser altern zu lassen.

So lässt sich etwa mithilfe von Simulationen vorhersagen, bis wann ein Kühlturmventilator ausgetauscht werden muss oder wie lange seine Lebensdauer durch regelmäßige Wartung verlängern lässt. IoT-Geräte können Anlagen in Echtzeit überwachen, um potenzielle Infrastrukturprobleme zu erkennen, bevor sie auftreten, und so kostspielige Ausfälle vermeiden. 

Mit Echtzeitsensoren und intelligenten Gebäudetechnologien sind auch die Auswirkungen der Gebäudenutzung leichter sichtbar. Zudem geben sie Auskunft darüber, was gegebenenfalls angepasst werden muss, um die Nachhaltigkeit zu verbessern oder Ressourcenverschwendung zu minimieren.  

Diese Technologien und Tools ermöglichen nicht nur umweltfreundliche Lösungen, sondern auch erhebliche Kosteneinsparungen. Bei Neubauten beträgt die durchschnittliche Senkung der Betriebskosten im ersten Jahr 10,5 %. Nach fünf Jahren liegt die Kosteneinsparung bei über 16 %. 

Wie viele Aspekte des Designs und der Produktion unterliegt auch das nachhaltige Design einem raschen Wandel. Das Erlernen und die Umsetzung der folgenden Trends werden nachhaltiges Design jetzt und in der Zukunft vorantreiben:

• Intelligente Gebäudetechnologien: Wie intelligente Geräte oder Fernseher können auch Gebäude mit Sensoren, KI und mehr für die Echtzeitüberwachung ausgestattet werden. Dieser Informationsstrom hilft den Bewohnern und Betreibern, Daten zu erfassen und sie für Feedback, Wartung und Einblicke zu analysieren. Durch die Verfügbarkeit dieser Daten könnte die Lebensqualität der Bewohner verbessert, Ressourcenverschwendung reduziert oder potenzielle Problemquellen identifiziert werden. Beispielsweise können Sensoren melden, dass ein Bereich des Gebäudes nach einer bestimmten Tageszeit nicht mehr genutzt wird. Das HLK-System für diesen Bereich könnte so programmiert werden, um Energie zu sparen, und die Beleuchtung kann gedimmt oder ausgeschaltet werden. Diese Praxis kann zu erheblichen Einsparungen führen: Laut dem American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) können Unternehmen, die intelligente Technologien einsetzen, den Energieverbrauch in einem Büro um 18 % reduzieren.

• Passive Designstrategien: Die Bezeichnung „Passives Design“ ist etwas unzutreffend – in den meisten Fällen werden Designentscheidungen sehr bewusst getroffen. „Passiv“ bezieht sich eher auf die Einbeziehung des lokalen Klimas und des Standorts, um den Bedarf an aktiver Heizung und Kühlung zu reduzieren. Bei der Bestimmung des besten Standorts für ein Gebäude können verschiedene Faktoren zur Verbesserung der Nachhaltigkeit berücksichtigt werden. Möglicherweise müsste das Gebäude in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sein, um die Morgensonne für die Wärmegewinnung zu nutzen und gleichzeitig die übermäßige Erhitzung durch die Nachmittagssonne zu verhindern. Durch die Einsetzung von Maßnahmen, die die thermische Masse des Gebäudes beeinflussen, kann die verfügbare Sonnenenergie für Heizung oder Strom verwendet werden.

• mit seiner Umwelt interagiert und wie die Umgebung des Gebäudes intelligente Entscheidungen beeinflussen kann. Die Biomimikry setzt auf Musterbeispiele aus der Natur, um Inspiration für neue Baumaterialien oder Energieeffizienz zu finden. Die wasserabweisende Eigenschaft von Meerestieren kann als Beispiel für neue Stoffe dienen, die den Wasserabfluss erhöhen, damit ein Gebäude mehr Wasser zurückgewinnen und in die natürliche Umgebung zurückführen kann. Beim biophilen Design werden natürliche Elemente in Gebäude integriert, um die Lebensqualität zu verbessern oder Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. So kann ein Unternehmen beispielsweise eine Dachterrasse mit Bäumen anlegen, die einerseits den Nutzer einen Raum mit natürlichem Licht und frischer Luft bietet und andererseits Schatten spendet und so die Energiekosten senkt.

• Adaptive Wiederverwendung: Die meisten Gebäude werden für einen Lebensdauer von 50 Jahren oder länger konzipiert. In dieser Zeit kann sich die Nutzung eines Gebäudes ändern. Die adaptive Wiederverwendung umfasst die Nachrüstung, Modernisierung und Neugestaltung älterer Gebäude: Dadurch gewinnen diese Objekte wieder an Relevanz. Bei Gebäuden, die einer umweltfreundlichen Sanierung oder Nachrüstung unterzogen werden, sind die Betriebskosteneinsparungen ähnlich hoch wie bei Neubauten: In den ersten 12 Monaten sinken die Betriebskosten um durchschnittlich 11,5% (PDF; S.2).

Jill Kurtz ist Nachhaltigkeitsbeauftragte bei Page, einem Architektur- und Ingenieurbüro im texanischen Houston. In dieser Rolle gestaltet sie Planungsentscheidungen mit und entwickelt Nachhaltigkeitsoptionen. 

Nach ihrem Bachelor-Abschluss in Architektur arbeitete sie für gemeinnützige Organisationen in Indien. In dieser Zeit erkannte Kurtz die Notwendigkeit einer stärkeren Integration zwischen Planungsfachkräften, Architekten und Nachhaltigkeitsexperten.  

Sie setzt die Analyse der Gebäudeleistung ein, um die Umweltauswirkungen eines Bauvorhabens für die Auftraggeber in Zahlen auszudrücken. Dadurch erhalten Letztere ein besseres Verständnis für die verschiedenen Möglichkeiten. Mit einer Kubaturstudie kann man beispielsweise zeigen, welche Auswirkungen die Verwendung von Glas auf ein Gebäude hat und wie es genutzt wird. Glas kann den Wärmegewinn maximieren, um ein Gebäude mit einer wenigen herkömmlichen HLK-Infrastruktur zu beheizen. Das Material kann auch verwendet werden, um das nutzbare Tageslicht in einem Gebäude zu erhöhen und dadurch eine Senkung der Stromkosten bzw. eine Verbesserung der Lebensqualität der Bewohner zu erzielen. 

Die Umsetzung von nachhaltigem Design sowie das Erlernen neuer Technologien und Techniken erfordert einen durchgehenden Prozess der Kommunikation, Bildung und Zusammenarbeit, der schon weit vor den ersten Projektbesprechungen anfängt und nach Abschluss der endgültigen Installation fortgesetzt wird. Folgende praktische Schritte gehören zur Umsetzung eines nachhaltigen Designs dazu: 

• Frühzeitige Planung: BIM- und Modellierungstechnologien sind für die frühe Entwicklung von Projekten von entscheidender Bedeutung. Sie unterstützen nicht nur Planer und Ingenieure bei der Planung der notwendigen Projektelemente – von Zeitplänen bis hin zu Budgets –, sondern auch Partnern bei der gezielten Ausrichtung auf bestimmte Bereiche, um Verschwendung zu vermeiden, Geld zu sparen, die Kohlenstoffbelastung zu reduzieren und die Sicherheit für das Bauteam zu verbessern.

• Zusammenarbeit: Das Baugewerbe ist eine kooperative Branche, in der Dutzende – manchmal Hunderte – von Auftragnehmenden, Konstrukteuren und Unterauftragnehmenden tätig sind. Das Ingenieur- und Bauunternehmen BAM Ireland setzte für ein Großprojekt mit mehreren Bauabschnitten eine integrierte Planungstechnik ein. Anstatt den Partnern einen Zeitplan aufzudrängen, lud die Firma sie zu einer Planungssitzung ein, in der die Beteiligten ihre Erwartungen und mögliche Ausnahmeregelungen austauschten, um einen realistischen Zeitplan zu erstellen, bei dem die Nachhaltigkeit im Mittelpunkt steht. 

• Kontinuierliche Weiterbildung: Nachhaltiges Design hat in den letzten zehn Jahren rasante Fortschritte gemacht. Um die Nachhaltigkeit in den Mittelpunkt zu stellen, müssen Architektur- und Designbüros mehrere Stufen der Ausbildung und Umschulung einführen. Dazu gehört formales Lernen wie etwa Weiterbildungskurse oder virtuelle Schulungen ebenso wie informelle Lernmöglichkeiten – beispielsweise die nachträgliche Analyse eines abgeschlossenen Bauprojekts. 

• Aufklärung der Auftraggeber: Auch das beste nachhaltige Design nützt nichts, wenn der Bauherr sich nicht für diese Optionen entscheidet. Simulationsstudien können Betriebskosteneinsparungen und Wartungspläne aufzeigen, die größere Störungen und Ausfälle verhindern. Aber in der Berufswelt ist es möglich, dass die Auftraggeber Praxisbeispiele sehen wollen. Hier können Planungsbüros und Bauunternehmen Ergebnisse aus der Arbeit an anderen Projekten zeigen, um die Auswirkungen nachhaltigen Designs greifbar zu veranschaulichen. 

Mit der Umstellung auf nachhaltiges Design ebnen Architektur- und Ingenieurbüros den Weg für branchenweite Veränderungen, von denen alle profitieren. Durch die Entscheidung, in umweltfreundliche Praktiken zu investieren, engagieren sich Unternehmen nicht nur für eine umweltfreundlichere Gegenwart, sondern auch für eine nachhaltigere Zukunft.