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Bau­stein Forschung

Kli­ma­wan­del, Digi­ta­li­sie­rung und Roh­stoff­kri­se set­zen der Bau­wirt­schaft zu. Neue For­schungs­an­sät­ze zei­gen mög­li­che Lösun­gen auf – vie­le Inno­va­tio­nen sind aber noch nicht auf der Bau­stel­le angekommen.
APA/Schneider
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Der Bau­sek­tor gilt als eher trä­ger Tan­ker. Das ist nicht unbe­dingt die bes­te Vor­aus­set­zung in Zei­ten von Kli­ma­wan­del, Digi­ta­li­sie­rung, Roh­stoff­kri­se und gesell­schaft­li­chen wie demo­gra­fi­schen Ver­än­de­run­gen. Inzwi­schen kommt aber etwas Bewe­gung in die Sache – das Fun­da­ment dafür ist die Forschung.

„Ein Schnell­boot ist die Bau­in­dus­trie sicher­lich nicht. Aber so schlecht, wie sie immer dar­ge­stellt wird, ist sie auch nicht“, ver­weist Ralph Stöckl vom Insti­tut für Bau­be­trieb und Bau­wirt­schaft der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät (TU) Graz auf zahl­rei­che aktu­el­le Akti­vi­tä­ten. Wo gibt es Inno­va­tio­nen in der Bran­che? Wel­che neu­en Tech­no­lo­gien und Mate­ria­li­en wer­den bereits ein­ge­setzt, sind in Ent­wick­lung oder könn­ten in Zukunft eine Rol­le spie­len? Wie lässt sich die Digi­ta­li­sie­rung nut­zen? Und wel­chen Ein­fluss haben Kli­ma­wan­del, Nach­hal­tig­keit und Kreis­lauf­wirt­schaft? APA-Sci­ence hat sich umgehört.

Bran­che im (Klima-)Wandel

Um Gebäu­de an die Erfor­der­nis­se des Kli­ma­schut­zes anzu­pas­sen, ist die gan­ze Bau­bran­che im Wan­del, erklärt Azra Kor­je­nic vom Insti­tut für Werk­stoff­tech­no­lo­gie, Bau­phy­sik und Bau­öko­lo­gie der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät (TU) Wien: „Wir wis­sen, dass das Bau­we­sen einer der Wirt­schafts­zwei­ge mit den größ­ten Mate­ri­al­flüs­sen, sowie dem größ­ten Ener­gie- und Res­sour­cen­ver­brauch ist, und des­halb gibt es hier viel zu tun.“ Von der Ent­nah­me der Mate­ria­li­en in der Natur, über die Trans­port­we­ge, die Bear­bei­tung, die Nut­zungs­pha­se des Gebäu­des und die Wie­der­ver­wer­tung müs­se man alles inklu­diert betrach­ten und pla­nen. Außer­dem müs­se mehr wie­der­trenn­bar gemacht und recy­celt werden.

Vor fünf bis zehn Jah­ren hat­te die Bau­wirt­schaft den Kli­ma­wan­del noch gar nicht im Fokus, nun muss sie sich aber ganz genau über­le­gen, wie sie das „Treib­haus­gas-Bud­get“ inves­tiert, das ihr laut Welt­kli­ma­rat zusteht, erklärt Alex­an­der Pas­ser von der Pro­fes­sur für Nach­hal­ti­ges Bau­en am Insti­tut für Trag­werks­ent­wurf der TU Graz. Die Kli­ma­po­li­tik muss in Zukunft im Hin­blick auf die Kli­ma­zie­le von Paris eine „här­te­re Spra­che spre­chen als die Bud­get­po­li­tik“, meint er. Aktu­ell ent­wi­ckelt Pas­ser mit sei­ner For­schungs­grup­pe Rechen­mo­del­le, um Treib­haus­gas-Bilan­zen für den gan­zen Lebens­zy­klus eines Gebäu­des zu ermitteln.

Am Bau­stel­len­be­trieb kön­ne man Eini­ges der zehn Pro­zent Treib­haus­gas­emis­sio­nen ein­spa­ren, für die die Bau­in­dus­trie welt­weit ver­ant­wort­lich ist, fan­den die Bau­be­triebs­for­scher Leo­pold Wink­ler und Maxi­mi­li­an Wei­gert vom Insti­tut für Inter­dis­zi­pli­nä­res Bau­pro­zess­ma­nage­ment der TU Wien her­aus. Die von ihnen ver­öf­fent­lich­te Stu­die „CO2 neu­tra­le Bau­stel­le“ zeigt, dass eini­ge tech­ni­sche und orga­ni­sa­to­ri­sche Maß­nah­men die CO2-Last bereits um die Hälf­te sen­ken (sie­he Gast­bei­trag „Auf dem Weg zur CO2-neu­tra­len Bau­stel­le“).

Fokus auf Bestandssanierung

„Die gro­ßen Schrit­te, um die Kli­ma­zie­le im Bau­sek­tor zu errei­chen, sind aber nicht im Neu­bau, son­dern bei der Bestands­sa­nie­rung zu set­zen“, sagt Mar­kus Leeb vom For­schungs­be­reich Smart Buil­ding and smart City der Fach­hoch­schu­le (FH) Salz­burg. Mit Kol­le­gen hat er ein For­schungs­pro­jekt namens „Zero Car­bon Refur­bish­ment II (ZeCa­Re)“ in einer Salz­bur­ger Wohn­sied­lung aus den 1980er Jah­ren durch­ge­führt, die dadurch kli­ma­neu­tral gestal­tet wur­de. Man hat dort nicht nur ein erneu­er­ba­res Ener­gie­sys­tem mit Pho­to­vol­ta­ik, Abluft­wär­me­rück­ge­win­nung, Abwas­ser­rück­ge­win­nung und Kes­sel­pel­lets instal­liert und das Gebäu­de wär­me­iso­liert. Damit die Mobi­li­tät der Bewoh­ner umwelt- und kli­ma­scho­nen­der wer­den kann, gibt es dort nun eine gro­ße Rad­ga­ra­ge, Car­sha­ring und Lastenfahrräder.

„In Öster­reich leben die meis­ten Men­schen in Ein­fa­mi­li­en­häu­sern“, so Bern­hard Som­mer von der Uni­ver­si­tät für ange­wand­te Kunst (Die Ange­wand­te) in Wien. Beim Hei­zen ist dies ein Nach­teil, denn es ist auf­wen­di­ger, sie etwa an Fern­wär­me­net­ze anzu­schlie­ßen, und im Ver­gleich zum Volu­men haben sie eine recht gro­ße Ober­flä­che, über die Wär­me ver­lo­ren geht. „Bei der Ener­gie­pro­duk­ti­on durch Solar­pa­nee­le ist die ver­gleichs­wei­se gro­ße Dach­flä­che jedoch ein Vor­teil, und auch auf der Wie­se rund­her­um kann man wun­der­bar Wär­me­pum­pen auf­stel­len oder Geo­ther­mie nut­zen“, sagt er: „Die­se Mög­lich­kei­ten haben wir im inner­städ­ti­schen Bereich nicht.“

Auf einen Blick
  • Der Bau­sek­tor ist nicht gera­de geprägt von schnel­len Umbrü­chen, steht aber vor gro­ßen Her­aus­for­de­run­gen, was die „Gebäu­de der Zukunft” betrifft.
  • Inno­va­ti­ve Ansät­ze ent­wi­ckeln sich vor allem in den Berei­chen Kli­ma & Ener­gie, Mate­ria­li­en, Digi­ta­li­sie­rung und Raumplanung.
  • In der Umset­zung und Anwen­dung gibt es ein­zel­ne Vor­rei­ter und Pilot­pro­jek­te, oft ist aber die Wirt­schaft­lich­keit (noch) nicht gegeben.
Facts

Pro­gramm Stadt der Zukunft.

Pro­gramm Haus der Zukunft

Stu­die „CO2 neu­tra­le Baustelle“

Pro­jekt „Zero Car­bon Refur­bish­ment II (ZeCa­Re)“

Dekar­bo­ni­sie­rungs-Road­map der Zementindustrie

Digi­tal Fin­det Stadt – die Inno­va­ti­ons­platt­form für Digi­ta­li­sie­rung am Bau

Eige­ne Energieproduktion

„In Zukunft wird man nicht ohne Ener­gie­pro­duk­ti­on am Gebäu­de selbst aus­kom­men“, erklärt Kor­je­nic: „Öster­reich und die Euro­päi­sche Uni­on müs­sen end­lich aus der Ener­gie­ab­hän­gig­keit gelan­gen, egal ob es von Russ­land oder Ame­ri­ka ist.“ Bei Wohn- und Büro­häu­sern wäre aktu­ell die Pho­to­vol­ta­ik am wich­tigs­ten. „Es gibt aber auch noch ande­re Arten der Gewin­nung, wie etwa Geo­ther­mie, und man kann mit Wär­me­pum­pen arbei­ten.“ Wind­rä­der am Gebäu­de selbst könn­ten eben­falls eine Opti­on wer­den. „Davor scheu­en noch vie­le zurück und der­zeit emp­feh­len wir das auch noch nicht“, meint sie. Wegen des Kli­ma­wan­dels gewin­ne auch das The­ma Küh­lung an Bedeutung.

 

„Ich weh­re mich zwar immer noch sehr stark, im Wohn­be­reich zu küh­len, weil man zuerst alle pas­si­ven Maß­nah­men ergrei­fen soll­te, aber ich weiß, wie es sich in der Groß­stadt anfühlt, wenn zehn Tage hin­ter­ein­an­der die Nacht­tem­pe­ra­tu­ren nicht unter 25 Grad sin­ken“, berich­tet Leeb: „Irgend­wann ist der Lei­dens­druck so hoch, dass eine Küh­lung her muss“. Die­se kann man mit einer her­kömm­li­chen Kli­ma­an­la­ge und Fan Coils (Geblä­se­kon­vek­to­ren) bewerk­stel­li­gen, aber viel effek­ti­ver wäre sie mit­tels „ther­mi­scher Bau­teil­ak­ti­vie­rung“. Dabei wer­den die Bau­tei­le, vul­go Wän­de, zusätz­lich zu ihrer Stütz- und Trenn­funk­ti­on als Wär­me- und Käl­te­spei­cher verwendet.

Bei der soge­nann­ten Inge­nieur­bio­lo­gie wer­den Pflan­zen und Pflan­zen­tei­le zur Sta­bi­li­sie­rung von Bau­wer­ken ver­wen­det, sowie als Ero­si­ons­schutz, sagt Rose­ma­rie Stangl vom Insti­tut für Inge­nieur­bio­lo­gie und Land­schafts­bau (IBLB) der Uni­ver­si­tät für Boden­kul­tur (BOKU) in Wien. In der Land­schafts­bau­tech­nik wür­de man wie­der­um mit här­te­ren Natur­ma­te­ria­li­en wie Holz und Stein zum Bei­spiel für die Pflas­te­rung von Frei­räu­men und ande­ren Auf­ent­halts­flä­chen sor­gen. „Eine Spar­te, die jetzt immer rele­van­ter und bri­san­ter wird, ist aber der Rück­bau, um die Sied­lungs­räu­me zu begrü­nen“, sagt sie. In der For­schung wür­de man dafür ganz spe­zi­el­le, leis­tungs­fä­hi­ge „tech­ni­sche Sub­stra­te“ ent­wi­ckeln. Sie könn­ten über­all dort ein­ge­setzt wer­den, wo zuvor groß­flä­chi­ge Flä­chen asphal­tiert und beto­niert wur­den, ohne dass es unbe­dingt nötig war (also pri­mär aus Kostengründen).

Begrü­nung von Dächern und Fassaden

Auch Begrü­nun­gen an Dächern und Fas­sa­den soll­ten ver­mehrt ange­bracht wer­den. „Wenn man auf der grü­nen Wie­se ein Haus baut, dann ist die­se Flä­che fort­an eine Voll­ver­sie­ge­lung“, sagt sie. Begrünt man anschlie­ßend das Dach, wür­de dies zumin­dest teil­wei­se den Ver­lust der Pflan­zen kom­pen­sie­ren, die etwa CO2 auf­neh­men, Feuch­tig­keit spei­chern und für Küh­lung sor­gen. „Aller­dings soll­te man hier einen guten Auf­bau ver­wen­den, der aus­rei­chend Regen­was­ser für die Pflan­zen spei­chern kann“, meint sie: „Es macht wenig Sinn, über­all Grün­be­wach­sun­gen zu machen, die man extra bewäs­sern muss.“

 

Wäh­rend die För­de­rung bei kom­mer­zi­el­len Bau- und Reno­vie­rungs­ar­bei­ten laut den Exper­ten noch zu wenig auf Nach­hal­tig­keit und Kli­ma­schutz aus­ge­legt ist, ste­hen bei der For­schungs­för­de­rung zahl­rei­che Mög­lich­kei­ten offen. So gab es bei der Öster­rei­chi­schen For­schungs­för­de­rungs­ge­sell­schaft FFG schon von 1999 bis 2012 das Pro­gramm Haus der Zukunft und aktu­ell För­der­mög­lich­kei­ten zur Stadt der Zukunft. Die Wirt­schafts­agen­tur des Lan­des Nie­der­ös­ter­reich (eco­p­lus) lan­ciert ein For­schungs­pro­jekt, wie man den zuneh­men­den Kühl­be­darf „mit pas­si­ven, tech­nisch robus­ten und ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Maß­nah­men“ decken kann.

Auf das Mate­ri­al kommt es an

Als in vie­ler­lei Hin­sicht bedeu­ten­der Ansatz­punkt ange­sichts der aktu­el­len Her­aus­for­de­run­gen gel­ten die in der Bau­wirt­schaft ein­ge­setz­ten Mate­ria­li­en. Beton, Holz und Zie­gel sind wohl die bedeu­tends­ten Bau­stof­fe der tra­gen­den Struk­tur von Bauprojekten.

 

„Beton ist welt­weit mit einem Anteil von nahe­zu 90 Pro­zent der mit Abstand meist ein­ge­setz­te Bau­stoff“, so Ildi­ko Mer­ta, Mate­ri­al­wis­sen­schaf­te­rin am Insti­tut für Werk­stoff­tech­no­lo­gie, Bau­phy­sik und Bau­öko­lo­gie der TU Wien. Der Bau­stoff hat bekannt­lich einen schlech­ten Ruf, wenn es um die Öko­bi­lanz geht. Beton ist laut der Exper­tin aber an sich ein nach­hal­ti­ges Mate­ri­al mit einem nied­ri­gen CO2-Fuß­ab­druck. Wenn man ihn mit ande­ren Mate­ria­li­en ver­glei­che, sei er nicht „schmut­zi­ger“ als die­se. „Die Krux an Beton und Zement ist die enor­me Men­ge, die her­ge­stellt wer­den muss“, schil­dert Merta.

Die CO2-Haupt­last ent­steht bei der Zement­her­stel­lung – rund acht Pro­zent der welt­wei­ten Treib­haus­gas­emis­sio­nen kom­men aus der Zement­pro­duk­ti­on: Der Roh­stoff Kalk­stein muss auf 1.450 Grad erhitzt wer­den. Dabei ent­ste­hen 40 Pro­zent der Treib­haus­gas-Emis­sio­nen beim rei­nen Ver­bren­nungs­pro­zess, 60 Pro­zent wer­den durch die che­mi­sche Reak­ti­on bei der Kalk­stein­ver­bren­nung freigesetzt.

Die Zement­an­la­gen – vor allem in Öster­reich – sei­en bereits äußert effi­zi­ent. Da ist laut Mer­ta kaum mehr etwas her­aus­zu­ho­len. Öko­lo­gisch gese­hen sei also der Haupt­an­satz­punkt, „wie viel Zement bringt man in den Beton“. Außer­dem gehe es unter ande­rem dar­um, alter­na­ti­ve Bin­de­mit­tel zu ent­wi­ckeln, um den klas­si­schen auf Kalk­stein basie­ren­den Zement zu redu­zie­ren bezie­hungs­wei­se teil­wei­se zu sub­sti­tu­ie­ren. Die neu­en Pro­duk­te müs­sen idea­ler­wei­se Eigen­schaf­ten wie der klas­si­sche Zement aufweisen.

Es braucht also Alter­na­ti­ven. So soll etwa Zement­klin­ker, der gebrann­te Bestand­teil des Zements, der für die Aus­här­tung unter Bei­men­gung von Was­ser zustän­dig ist, teil­wei­se durch getem­per­te (kal­zi­nier­te) Tone, die welt­weit recht breit ver­füg­bar sind, ersetzt und damit die CO2-Bilanz des Betons ver­bes­sert wer­den. Da die Ver­bren­nungs­tem­pe­ra­tur von getem­per­tem Ton rund bei der Hälf­te von Kalk­stein lie­ge, wer­de ins­ge­samt 30 bis 40 Pro­zent weni­ger CO2 ausgestoßen.

Beton ist auf dem Weg

„In den ver­gan­ge­nen zwei Jah­ren hat sich sehr viel in Öster­reichs Beton- und Zement­bran­che getan“, freut sich auch Joa­chim Juhart, Lei­ter der Arbeits­grup­pe mine­ra­li­sche Bau­stof­fe am Insti­tut für Mate­ri­al­prü­fung und Bau­stoff­tech­no­lo­gie mit ange­schlos­se­ner TVFA für Fes­tig­keits- und Mate­ri­al­prü­fung der TU Graz. Der Stand der Din­ge sei näm­lich, dass die euro­päi­sche Zement­in­dus­trie eine Dekar­bo­ni­sie­rungs-Road­map auf­ge­legt hat – also Pfa­de zur CO2-Reduk­ti­on in der Zement- und Beton­her­stel­lung – und die hei­mi­sche Zement­in­dus­trie folgt die­sen Wegen.

CO2-redu­zier­te Zemen­te sei­en bereits ver­gan­ge­nes Jahr auf den Markt gekom­men, heu­er soll­ten wei­te­re fol­gen. Neue, mit einer noch­mals ver­bes­ser­ten CO2-Bilanz aus­ge­stat­te­te Pro­duk­te wür­den eben­falls knapp vor der Markt­rei­fe ste­hen. Wei­ters plä­diert Juhart für ein ein­heit­li­ches Nor­men- und Regel­werk, das die CO2-Last über alle Bau­stof­fe hin­weg ver­gleich­bar macht.

Holz wächst

Beim Holz­bau ist seit gerau­mer Zeit ein ste­ti­ges Wachs­tum fest­stell­bar. In den ver­gan­gen Jah­ren hat sich der Holz­bau­an­teil fast ver­dop­pelt. Unge­fähr ein Drit­tel der Bau­kör­per wird laut von APA-Sci­ence befrag­ten For­schern in Öster­reich in Holz aus­ge­führt – zumeist im Bereich Ein­fa­mi­li­en­haus. Im mehr­ge­scho­ßi­gen Wohn­bau gibt es Leucht­turm­pro­jek­te in Holz­bau­wei­se, was aber noch nicht in der Brei­te ange­kom­men ist. Die Wis­sen­schaf­ter glau­ben aber, dass es in die­sem Bereich zu star­ken Zuwäch­sen kom­men wird.

Beim klas­si­schen Holz­haus wer­de meist vom Fer­tig­teil­haus aus­ge­gan­gen. Das sei eine rela­tiv effi­zi­en­te Rah­men­bau­wei­se mit Dämm­stof­fen und Werk­stoff­plat­ten, erläu­tert Johan­nes Kon­nerth vom Insti­tut für Holz­tech­no­lo­gie und Nach­wach­sen­de Roh­stof­fe der Uni­ver­si­tät für Boden­kul­tur (Boku) in Wien: „Vor unge­fähr 20 Jah­ren ist dann das Brettsperr­holz (BSP) unter maß­geb­li­cher Mit­wir­kung von Ger­hard Schick­ho­fer, Lei­ter des Insti­tuts für Holz­bau und Holz­tech­no­lo­gie der TU Graz, ent­wi­ckelt wor­den, das beson­ders den mehr­ge­scho­ßi­gen Holz­bau im urba­nen Raum vor­an­ge­bracht hat. BSP ist ein flä­chi­ges Mate­ri­al mit dem man mas­si­ve Holz­wän­de bau­en kann. BSP-Plat­ten in Kom­bi­na­ti­on mit Brett­schicht­holz (BSH-Trä­gern) haben in den ver­gan­ge­nen Jah­ren durch diver­se Leucht­turm­pro­jek­te gezeigt, dass mit ihnen effi­zi­ent mehr­ge­scho­ßi­ge Gebäu­de auch im städ­ti­schen Umfeld rea­li­sier­bar sind“, so Konnerth.

Ein­satz von Laub­höl­zern ausweiten

„Die Holz­tech­no­lo­gie in Öster­reich hat sich seit jeher mit Nadel­bäu­men beschäf­tigt und erst mit aus­rei­chen­der Ver­füg­bar­keit das Laub­holz mit­ein­be­zo­gen“, erzählt wie­der­um Tho­mas Schna­bel, For­schungs­lei­ter am Stu­di­en­gang Holz­tech­no­lo­gie & Holz­bau an der Fach­hoch­schu­le Salz­burg. Mitt­ler­wei­le gebe es bereits Laub­holz­pro­duk­te, die im Bau für hoch bean­spruch­te Bau­teil­ele­men­te ein­ge­setzt wer­den können.

Die For­schungs­an­stren­gun­gen bezüg­lich Laub­höl­zern wür­den ver­stärkt, bestä­tigt auch Kon­nerth. „Das sind Holz­ar­ten, die ande­re Eigen­schaf­ten auf­wei­sen und völ­lig anders zu behan­deln sind. Wenn wir den Holz­bau mas­siv stei­gern wol­len, muss aus den bestehen­den Res­sour­cen mehr her­aus­ge­holt wer­den. Dabei soll­ten außer­dem neue Pro­zes­se ent­wor­fen wer­den“, erklärt der Exper­te. Künf­tig wer­de man wohl tra­di­tio­nel­le Fer­tig­kei­ten mit inno­va­ti­ven Tech­no­lo­gien kom­bi­nie­ren müs­sen. Dies­be­züg­lich sind die Wis­sen­schaf­ter aber zuver­sicht­lich. „Wir haben in Öster­reich einen sehr guten Anteil an inno­va­ti­ven Betrie­ben. Das zeich­net uns aus, daher zäh­len wir zu den füh­ren­den Län­dern bei der Holz­ver­ar­bei­tung und im Holz­bau“, ist Kon­nerth überzeugt.

Zie­gel durchleuchten

Dem Zie­gel wird beim Wohn­bau hohe Wert­schät­zung ent­ge­gen­ge­bracht. Immer­hin ent­schei­den sich in Öster­reich laut dem Fach­ver­band der Stein- und kera­mi­schen Indus­trie 70 Pro­zent beim Wohn­bau für den jahr­tau­sen­de­al­ten gebrann­ten Bau­stoff. Von der tech­ni­schen und tech­no­lo­gi­schen Sei­te her gebe es jedoch wei­ter­hin viel Poten­zi­al zu heben, wird von meh­re­ren Sei­ten attestiert.

 

Dar­an arbei­tet For­schungs­lei­ter Josef Füssl mit sei­nem Team vom Insti­tut für Mecha­nik der Werk­stof­fe und Struk­tu­ren der TU Wien in Koope­ra­ti­on mit der Zie­gel­in­dus­trie. Im Kern geht es bei dem FFG-Pro­jekt um den Auf­bau eines vir­tu­el­len Labors, mit dem die unter­schied­li­chen Zie­gel­scher­ben­mi­schun­gen leich­ter, schnel­ler und kos­ten­güns­ti­ger ver­gleich­bar gemacht wer­den sollen.

 

„Wenn man ver­schie­de­ne Tone mischt und diver­se Poro­sie­rungs­mit­tel bei­gibt, kann man via Com­pu­ter­mo­dell vor­her­sa­gen, wel­che Qua­li­tä­ten bezüg­lich Fes­tig­keit und Wär­me­däm­mung zu erwar­ten sind“, umreißt Tho­mas Buch­ner, Pra­e­doc im Team Füssl, der zu die­ser The­ma­tik dis­ser­tiert, den beson­de­ren Wert der Idee. Mit einem „Knopf­druck“ sei es mög­lich, im vir­tu­el­len Labor eine rie­si­ge Men­ge an Mate­ri­al­tests durch­zu­füh­ren, ergänzt der Mate­ri­al­wis­sen­schaf­ter Mar­kus Königsberger.

Digi­ta­li­sie­rung wird zum Muss

Eine mas­si­ve Ver­än­de­rung steht der Bau­wirt­schaft mit der Digi­ta­li­sie­rung groß­teils noch bevor. Zwar wird der­zeit schon viel an Auto­ma­ti­sie­rung und dem Ein­satz von Sen­so­ren und künst­li­cher Intel­li­genz geforscht, auf den Bau­stel­len ange­kom­men ist davon aber kaum etwas. Wei­ter ist man schon in der Pla­nung und Bau­vor­be­rei­tung. Hier dürf­te sich vor allem Buil­ding Infor­ma­ti­on Mode­ling (BIM) als Stan­dard etablieren.

 

BIM ist eine Schlüs­sel­tech­no­lo­gie, ein digi­ta­les Gebäu­de­mo­dell, das Bau­werks­in­for­ma­tio­nen struk­tu­riert ver­füg­bar macht. „Das ist viel mehr als nur ein 3D-Modell, es ist eine eige­ne Metho­de. Dabei wer­den den ein­zel­nen Bau­tei­len Attri­bu­te, wie Mate­ria­li­en, Dau­ern oder Kos­ten, hin­ter­legt. So lässt sich aus­wer­ten, wie lan­ge der Bau des Gebäu­des dau­ert und wie viel es kos­ten wird. Der Vor­teil ist, dass ver­schie­de­ne Fir­men dar­auf zugrei­fen kön­nen“, streicht Ralph Stöckl von der TU Graz her­vor. BIM erlaubt es, die ver­schie­dens­ten ande­ren Tech­no­lo­gien anzu­bin­den – mit enor­mem Poten­zi­al, ergänzt Stef­fen Rob­bi, CEO von Digi­tal Fin­det Stadt – die Inno­va­ti­ons­platt­form für Digi­ta­li­sie­rung am Bau.

In ande­ren Pro­jekt­pha­sen spielt BIM eben­falls sei­ne Stär­ken aus: Das 3D-Modell kann in diver­se auto­ma­ti­sier­te Fer­ti­gungs­pro­zes­se über­führt wer­den oder man visua­li­siert die Daten und spa­ziert durch das Gebäu­de. „Auch die Kreis­lauf­wirt­schaft funk­tio­niert nur, wenn es eine digi­ta­le Gebäu­de­do­ku­men­ta­ti­on gibt. Wenn man aus irgend­wel­chen alten Plä­nen raus­zie­hen muss, wel­che Mate­ria­li­en da ver­baut sind, wird das nicht klap­pen. Unmög­lich“, ist Rob­bi über­zeugt. BIM sei die Grund­la­ge für die dar­auf auf­bau­en­de Anwen­dung von vie­len wei­te­ren digi­ta­len Use Cases und Technologien.

Hür­den in drei Bereichen

Aller­dings gebe es noch Hür­den in drei Berei­chen: Ers­tens bei Fach­per­so­nal und Kom­pe­tenz, zwei­tens bei der Stan­dar­di­sie­rung und den Schnitt­stel­len sowie drit­tens bei den inter­nen Pro­zes­sen. Ent­spre­chend geschul­tes Per­so­nal sei der­zeit kaum ver­füg­bar. „Die Mehr­heit der Archi­tek­tur- und Inge­nieur­bü­ros besteht nur aus ein paar Leu­ten. Wenn die einen gro­ßen Tech­no­lo­gie­wech­sel machen und ihre Mit­ar­bei­ter schu­len müs­sen, ist das für vie­le nicht leist­bar“, meint Kevin Bau­er, Glo­bal Busi­ness Deve­lo­p­ment Mana­ger bei Siemens.

Auch in der Aus­füh­rungs­vor­be­rei­tung scheint die Digi­ta­li­sie­rung schon vor­an­ge­schrit­ten. Ange­bots­ein­ho­lung und Auf­trags­ver­ga­be sind über ent­spre­chen­de Platt­for­men mög­lich. Für die Ein­schät­zung, wie teu­er ein neu­es Gebäu­de wird, kann man künst­li­che Intel­li­genz, die auf die Aus­wer­tung ver­gan­ge­ner Pro­jek­te trai­niert wor­den ist, nut­zen. Eine aktu­el­le Her­aus­for­de­rung ist laut Stöckl, dass man einen aus­rei­chend gro­ßen Daten­satz hat. Kein Pro­blem ist hin­ge­gen die Vir­tua­li­sie­rung von Räu­men. Der poten­zi­el­le Käu­fer eines Gebäu­des oder einer Woh­nung kann sich mit einer 3D-Bril­le durch die Räum­lich­kei­ten bewe­gen und sich über­le­gen, wel­che Boden­aus­stat­tung er wählt.

Beim Schritt von digi­ta­li­sier­ten Pla­nungs­pro­zes­sen in die ope­ra­ti­ven Ein­hei­ten gibt es ins­ge­samt die größ­ten Schwie­rig­kei­ten. „Genau da hängt es. Auf der Bau­stel­le ist man noch im Expe­ri­men­tier­sta­tus. Das sind selbst bei ganz gro­ßen Unter­neh­men eher Pilot­pro­jek­te“, so ein Bran­chen­ken­ner. Vie­le Ansät­ze wür­den durch die Unmen­ge an Schnitt­stel­len und Insel­lö­sun­gen im Keim erstickt. Ideen zur Digi­ta­li­sie­rung der Pro­zes­se sind jeden­falls kei­ne Man­gel­wa­re. Ein Bei­spiel sind KI und Bil­d­er­ken­nung über eine Kame­ra am Kran. „So könn­te man nicht nur fest­stel­len, ob eine Wand schon errich­tet wor­den ist, son­dern auch, ob eine Arbeits­kraft einen Helm auf­ge­setzt hat oder sich in einem Gefah­ren­be­reich, zum Bei­spiel dem toten Win­kel eines Lkws, befin­det“, sagt Stöckl.

Auto­ma­ti­sie­rung noch nicht massentauglich

Gera­de bei der Auto­ma­ti­sie­rung von Bau­ab­läu­fen gibt es laut den Exper­ten gro­ßes Inter­es­se der Bran­che. Von Mas­sen­taug­lich­keit könn­te aber noch lan­ge nicht gespro­chen wer­den. Am wei­tes­ten ver­brei­tet sei die Bestands­er­fas­sung mit Laser­scan­nern auf der Bau­stel­le. „Egal, ob mit Droh­nen in grö­ße­ren kom­ple­xe­ren Bau­si­tua­tio­nen oder durch einen Robo­ter-Hund, der her­um­läuft, das funk­tio­niert sehr gut“, meint Robbi.

Bei der Fer­ti­gung sei man aber noch „mei­len­weit weg von Stan­dar­di­sie­rung“. Zwar gebe es Bohr­ro­bo­ter, die geo­me­tri­sche Infor­ma­tio­nen aus dem digi­ta­len Modell als Basis nut­zen, teil­au­to­ma­ti­siert oder ganz auto­ma­ti­siert durch die Gegend fah­ren und Löcher boh­ren. Loh­nen wür­de sich das aber erst ab 10.000 Bohr­lö­chern, etwa in Tun­neln oder bei wirk­lich gro­ßen Objek­ten mit einer hohen Anzahl stan­dar­di­sier­ter Bohr-Situa­tio­nen. In mitt­le­ren und klei­ne­ren Pro­jek­ten sei nach wie vor der hän­di­sche Weg der schnellste.

„Wir sind jetzt in einer Pilot­pha­se, in der vie­le Sachen aus­pro­biert wer­den“, stellt auch Bau­er fest. Vor allem die Kom­bi­na­ti­on von BIM, Cloud Tech­no­lo­gie und dem Inter­net der Din­ge (IoT) mache span­nen­de Pro­jek­te mög­lich, wie einen Bag­ger ans Inter­net anzu­bin­den. „Der 2D- oder 3D-Plan liegt in der Cloud und der Bag­ger kann das ohne Gefahr und auf allen Bau­stel­len auto­ma­tisch abgra­ben. Wenn klar wird, dass das geht, wird sich das schnell durchsetzen.“

Poten­zi­al beim 3D-Druck von Spezialbauteilen

Poten­zi­al gibt es laut Rob­bi beim 3D-Druck – zumin­dest in spe­zi­el­len Berei­chen wie der Beton­fer­ti­gung. Hier wür­den in Euro­pa eini­ge Pilot­pro­jek­te im mehr­ge­scho­ßi­gen Wohn­bau lau­fen. „Die Fir­ma Con­cre­te 3D druckt bei­spiels­wei­se Ein­zel­ele­men­te. Das geht viel schnel­ler und damit kos­ten­güns­ti­ger, als wenn man kom­pli­zier­te Scha­lun­gen ver­wen­den wür­de, die viel Zeit kos­ten. Inwie­weit sich das durch­setzt, ist schwer zu sagen.“ In Öster­reich schon eta­bliert und digi­tal fort­ge­schrit­ten sei die modu­la­re Vor-Fer­ti­gung und dort beson­ders der Holzbau-Bereich.

 

Im Gebäu­de­be­trieb ist Bran­chen­ken­nern zufol­ge mit Abstand der gerings­te Digi­ta­li­sie­rungs­fort­schritt zu ver­zeich­nen. „Obwohl es ent­spre­chen­de Tools, eine gute Sen­so­rik, ein ver­nünf­ti­ges Moni­to­ring und eine intel­li­gen­te Daten­aus­wer­tung schon sehr lan­ge gibt, pas­siert immer noch sehr wenig“, stellt der Exper­te fest. Grund dafür sei das The­ma Wirt­schaft­lich­keit. „Wenn der, der inves­tiert, direkt davon pro­fi­tiert, dann funk­tio­niert es. Solan­ge die Nut­zer ihre Mie­te oder die Betriebs­kos­ten bezah­len, hat der Eigen­tü­mer wenig Inter­es­se, in moder­ne Tech­no­lo­gien zu inves­tie­ren bezie­hungs­wei­se das Per­so­nal zu schu­len“, erklärt Robbi.

Smart­ness vom Gebäu­de­ty­pus abhängig

Wie smart und digi­tal Bau­pro­jek­te und Betrieb sind, hän­ge vor allem vom Gebäu­de­ty­pus ab, so Bau­er. Als Vor­rei­ter sieht der Sie­mens-Mana­ger bei­spiels­wei­se inter­na­tio­na­le Phar­ma­kon­zer­ne. „In der Woh­nungs­wirt­schaft gibt es von­sei­ten der Ent­wick­ler hin­ge­gen kein gro­ßes Inter­es­se, inno­va­tiv zu bau­en und die Betriebs­kos­ten nied­rig zu hal­ten, weil ohne­hin der Mie­ter zahlt und der Betrieb nicht kri­tisch ist. Ganz anders sieht das etwa bei Pro­duk­ti­ons­un­ter­neh­men aus: Die haben extrem hohe Betriebs­kos­ten, lau­fen teil­wei­se 24 Stun­den am Tag, sind extrem kri­tisch – eine Stun­de Still­stand kann in die Mil­lio­nen gehen – und da sind die Gebäu­de­be­sit­zer auch die Gebäudebetreiber.“

Im Prin­zip gehe es bei der Digi­ta­li­sie­rung immer um drei Sachen: Betriebs- bezie­hungs­wei­se War­tungs­kos­ten ver­rin­gern, Ener­gie­ef­fi­zi­enz und die Ver­bes­se­rung der Pri­mär­pro­zes­se. Was die Ener­gie­ef­fi­zi­enz betrifft, feh­le Gebäu­den oft noch die not­wen­di­ge Reak­ti­vi­tät. „Heu­te wer­den Gebäu­de im Vor­hin­ein pro­gram­miert: Am 13. März wird es 22 Grad haben und da wer­den sich so und so vie­le Leu­te im Gebäu­de auf­hal­ten. Der nächs­te Schritt wäre, dass sich das Gebäu­de an die Situa­ti­on anpasst, weil es nicht jedes Jahr am 13. März 22 Grad hat und viel­leicht vie­le im Home­of­fice sind. Damit das funk­tio­niert, muss ich das Gebäu­de einer­seits mit Sen­so­ren intel­li­gent machen und ande­rer­seits mit der Cloud ver­bin­den“, so Bauer.

„Künf­tig wer­den Mensch und Maschi­ne sehr eng zusam­men­ar­bei­ten, etwa beim Heben, Tra­gen, Fens­ter ein­rich­ten oder Türen einsetzen.” Stef­fen Rob­bi, CEO von Digi­tal Fin­det Stadt

„Wie der Bau­ar­bei­ter in 20 Jah­ren aus­sieht, kann ich nicht sagen, aber viel­leicht wird er von einem Exo-Ske­lett unter­stützt, viel­leicht lau­fen Arbeits­kräf­te mit Aug­men­ted Rea­li­ty-Bril­len her­um. Vor­aus­sicht­lich wer­den Droh­nen ver­mehrt ein­ge­setzt und Bil­d­er­ken­nung ist sicher­lich auch ein wich­ti­ger Punkt. Künst­li­che Intel­li­genz unter­stützt beim Ent­wurf von neu­en Gebäu­den und der Doku­men­ta­ti­on“, erwar­tet Stöckl. „Künf­tig wer­den Mensch und Maschi­ne sehr eng zusam­men­ar­bei­ten, etwa beim Heben, Tra­gen, Fens­ter ein­rich­ten oder Türen ein­set­zen. Sprit­zen, Schwei­ßen und Boh­ren über­neh­men zum Teil die Robo­ter“, pro­gnos­ti­ziert Robbi.

Quar­tier statt ein­zel­ner Gebäude

Ob Ener­gie­ef­fi­zi­enz, Mobi­li­tät oder Mate­ri­al: Das Gebäu­de als ein­zel­ne Ein­heit zu sehen, sei jeden­falls zu wenig. Viel­mehr müs­se man sys­te­misch den­ken, bringt Archi­tek­tin Doris Öster­rei­cher von der Boku in Wien einen wei­te­ren Aspekt ins Spiel. Es gehe um ein „Den­ken im Quar­tier“. So könn­te die Abwär­me eines Büros zugleich zum Hei­zen einer Schu­le genutzt wer­den. Im Neu­bau sei Ener­gie­spa­ren kein Pro­blem mehr, für den Alt­be­stand wür­den sich in einem Quar­tier vie­le Mög­lich­kei­ten bieten.

 

Hier könn­te auch die Nut­zung von nach­wach­sen­den Roh­stof­fen („Nawa­ro“) sinn­voll sein, erklä­ren die Bau­in­ge­nieu­re Mar­kus Wall­ner-Novak und Ewald Has­ler von der FH Joan­ne­um. Durch Bau­holz, Hanf- oder Schaf­woll­däm­mung lie­ße sich CO2 bin­den. Die Bau­tei­le wären zudem trenn­bar und damit wie­der­ver­wert­bar. Bau­stof­fe wie Holz, Hanf oder Schaf­wol­le sei­en über­dies lokal vor­han­den, was nicht nur öko­lo­gisch, son­dern auch öko­no­misch zu Syn­er­gie­ef­fek­ten füh­ren kann.

Ein wei­te­res Ziel müs­se die funk­tio­na­le Dich­te sein, so Öster­rei­cher. „Die Raum­pla­nung muss man so den­ken, dass es kur­ze Wege für die Mobi­li­tät und die Infra­struk­tur gibt. Es braucht die Stadt der kur­zen Wege, damit man pro­blem­los ohne Auto zum Ein­kau­fen oder zur Arbeit kommt.“ Denn ein gro­ßes Pro­blem sei die Zer­sie­de­lung – also Gebäu­de, die in gro­ßem Abstand zuein­an­der ste­hen. Nicht nur, dass es hier kei­ne Quar­tiers­ef­fek­te gibt, auch ande­re Kom­po­nen­ten wie Ener­gie­in­fra­struk­tur oder Stra­ßen wer­den dafür in viel grö­ße­rem Umfang gebraucht.

Die Bedeu­tung des Stand­orts betont auch Wall­ner-Novak. „Wir kön­nen ein noch so ener­ge­tisch opti­mier­tes Haus bau­en, wenn wir mit dem Auto pen­deln, zer­stö­ren wir das, was wir auf­ge­baut haben“, erklärt er. Ein wei­te­res Pro­blem sei das star­ke Nutz­flä­chen­wachs­tum, also die Anzahl der Qua­drat­me­ter pro Per­son. „Das wird sich ein­pen­deln, viel­leicht sogar redu­zie­ren müs­sen.“ Ein Haus mit 150 Qua­drat­me­tern Flä­che, das nach dem Aus­zug der Kin­der nur noch von zwei Leu­ten bewohnt wird, sei ener­ge­tisch kein Gewinnbringer.

„Shared Housing“ und Gebäu­de in Lebenszyklen

Ein Kon­zept, das hel­fen könn­te, kommt aus der „Shared Eco­no­my“. In einem Quar­tier lie­ßen sich vie­le Räum­lich­kei­ten gemein­sam nut­zen, ver­deut­licht Öster­rei­cher: Fit­ness­raum, Par­ty­kel­ler, eine gemein­sa­me Grün­flä­che. „Co-living“ oder „Shared Housing“ nennt sich dies im Eng­li­schen. Hier kommt ein Merk­mal hin­zu, wel­ches der Exper­tin beson­ders wich­tig ist: „Wir haben lan­ge nur auf die Effi­zi­enz geschaut, die selbst­ver­ständ­lich wich­tig ist. Aber es geht beim Woh­nen auch um Suf­fi­zi­enz.“ Und an die­ser Stel­le sei es nun ein­mal frag­lich, ob zwei Leu­te 150 Qua­drat­me­ter brau­chen, oder ob weni­ger nicht aus­rei­chend wäre.

Recy­cling kennt man eher aus der Abfall­wirt­schaft, doch für das Bau­en der Zukunft ist die­ses Kon­zept nicht weni­ger wich­tig. „Wir müs­sen das Gebäu­de in Lebens­zy­klen den­ken“, erläu­tert Öster­rei­cher. Was gebaut wird, soll­te mög­lichst zer­leg­bar sein, damit die Kom­po­nen­ten mit wenig Ener­gie wie­der ver­wen­det wer­den kön­nen. Unter­stützt wird dies durch „Buil­ding Infor­ma­ti­on Mode­ling“ (BIM), einer digi­ta­len Daten­bank der Kom­po­nen­ten. „Letzt­lich kann man es sich vor­stel­len wie bei einem Holz­kas­ten: Den kön­nen Sie schrau­ben oder kle­ben.“ Nur geschraubt lässt er sich ein­fa­cher wie­der­ver­wen­den. Dies ist im Bau eben­falls möglich.

„Bau­tei­le müs­sen gewar­tet wer­den, wie ein Auto. Doch wer war­tet schon sei­ne Fenster?“ Ewald Has­ler von der FH Joanneum

Öster­rei­cher bekräf­tigt, dass es vor allem eins brau­che: sanie­ren, sanie­ren, sanie­ren. Die Sanie­rungs­quo­te in Öster­reich lie­ge näm­lich nur bei einem Pro­zent. Und die Lang­sam­keit dabei lie­ße sich ein­fach erklä­ren: „Es feh­len recht­li­che Rah­men­be­din­gun­gen, sowie der öko­no­mi­sche und poli­ti­sche Wil­le. Zum Bei­spiel muss man eine ande­re Her­an­ge­hens­wei­se fin­den, als nur ein­zel­ne Kom­po­nen­ten zu för­dern.“ Die Wich­tig­keit von Sanie­rung beto­nen auch die bei­den Bau­in­ge­nieu­re. „Man spart zwi­schen 50 und 80 Pro­zent an Res­sour­cen, wenn man umfas­send saniert, anstatt abzu­rei­ßen und neu zu bau­en“, stellt Wall­ner-Novak klar.

Zer­sie­de­lung als Problem

Dass die Ent­wick­lung von Quar­tie­ren zwar für urba­ne Zen­tren sinn­voll sei, aber nicht für den länd­li­chen Raum, lässt die Archi­tek­tin nicht gel­ten. „Auch hier geht es dar­um, die Zer­sie­de­lung zu stop­pen. Der 17. Super­markt an der Orts­gren­ze, zu dem man mit dem Auto fah­ren muss, das soll­te nicht das Ziel sein.“ Innen­ent­wick­lung sei das Ziel, Orts­ker­ne müss­ten wie­der­be­lebt wer­den. „Das wäre gut für die kli­ma­ti­schen Aspek­te und aus sozia­ler Sicht. In Dorf­zen­tren tref­fen sich Menschen.“

 

Wei­ters müs­se nicht nur die Flä­chen­ver­sie­ge­lung auf­hö­ren – das Bebau­en von Grün­flä­chen – son­dern es müs­se zu einer Ent­sie­ge­lung kom­men. Grün­flä­chen sei­en natür­li­che Küh­ler von Städ­ten, wäh­rend Asphalt wei­ter auf­hei­ze. Über­haupt lie­ße sich der Boden gut zum Küh­len nut­zen: „Mit Erd­wär­me­pum­pen kann man im Som­mer einem Gebäu­de Wär­me ent­zie­hen, denn der Boden hat auch dann nur rund zwölf Grad.“ Wall­ner-Novak hält Geo­ther­mie eben­falls für die bes­te Vari­an­te, um zu hei­zen und zusätz­li­che Küh­le zu schaffen.

Egal ob Kli­ma­schutz, Raum­pla­nung, Mate­ria­li­en oder Digi­ta­li­sie­rung: Bau­wirt­schaft und ‑for­schung wer­den mas­si­ve Anstren­gun­gen unter­neh­men müs­sen, um rasch Lösun­gen für die Gebäu­de der Zukunft zu ent­wi­ckeln und umzu­set­zen. Letzt­end­lich beein­flusst das unser aller Leben und Arbeiten.

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