Definition des Technologiefeldes

Das Technologiefeld energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik umfasst:

• Gebäudehülle und Bautechnik (Hochleistungswärmedämmung, funktionelle optische Oberflächen, transparente und transluzente Fassadenelemente, ressourcenschonendes Bauen, multifunktionale Gebäudehülle)
• Gebäudesystemtechnik (Gebäudeautomation, Wärmespeicher, Stromspeicher, Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs- (HLK) Systeme, insbes. Low-Ex-Systeme, Kunstlicht) 
• Planung und Gebäudebetrieb (Informationsmanagement, Life Cycle Assessment, Monitoring & Diagnose, Nutzer-Gebäude Beziehung)

Aktueller Stand der Technologie

Gebäudehülle und Bautechnik: Hochleistungsdämmstoffe (TRL: 2-9) haben Wärmeleitfähigkeitswerte unter 0,026 W/(mK), kommerziell sind aufgrund ihrer höheren Kosten nur wenige verfügbar, beispielsweise Vakuumisolationspaneele (ca. 0,005 W/(mK)) oder nanoporöse Dämmstoffe (z. B. auf Aerogelbasis; unter 0,020 W/(mK)). Zu den funktionellen optischen Oberflächen (TRL: 4-9) zählen sog. low-e Oberflächen, welche nur wenig Wärmestrahlung an die Umgebung abgeben und auftreffende Wärmestrahlung wieder reflektieren. Der Einsatz von Oberflächen mit einem hohen solaren Reflexionsgrad sowie einem hohen thermischen Emissionsgrad im Dachbereich (cool roofs) ermöglicht z. B. eine Reduktion der zur Klimatisierung notwendigen Energie. Im Bereich transparente/ transluzente Fassadenelemente (TRL: 3-9) finden sich Isoliergläser aus zwei oder mehr Glasscheiben mit einem Scheibenzwischenraum, der mit einem Edelgas gefüllt ist. Dreifachisolierglas ist mittlerweile kommerziell verfügbar und hat im Neubau Zweifachisolierglas weitestgehend verdrängt. Vakuumisolierglas weist noch niedrigere Energiedurchlassungsgrade auf, bei gleichzeitig geringerem Gewicht und weniger Materialeinsatz. Zu den sog. Tageslichtsystemen zählen neben feststehenden passiven und beweglichen regelbaren Sonnenschutzsystemen auch Blendschutz-, Tageslichtlenk- und transluzente Systeme. Tageslichtlenksysteme (verspiegelte Systeme, prismatische Verglasungen, Glasfasern, strukturiertes Glas) werden teilweise als Oberlichter, Deckenelemente oder Lichtkamine eingesetzt. Ressourcenschonendes Bauen (TRL: 2-9) bedeutet u. a. den Einsatz von nachwachsenden und/oder wiederverwendbaren Baumaterialien. Naturdämmstoffe (Marktanteil 2011: ca. 7 %) erfordern im Vergleich zu herkömmlichen Wärmedämmungen höhere Dämmstoffstärken. Neben konventionellen Baustoffen rücken verstärkt leichte und flexible Konstruktionen aus Membranen (Gewebe, Folien) in den Blickpunkt („textile Architektur“). Auch Begrünungen können ein wichtiger Baustein einer energetisch effizienten und klimatisch ausgleichenden Gebäudehülle sein. Multifunktionale Komponenten der Gebäudehülle (TRL: 2-8) übernehmen neben Funktionen wie Wärme-, Schall- und Witterungsschutz Zusatzfunktionen wie die Erhöhung der Gebäudeenergieeffizienz. Zum Einsatz kommen hierbei bspw. Komponenten zur Klimatisierung des Gebäudeinneren oder Photovoltaiksysteme zur Stromgewinnung. Die schaltbare Wärmedämmung (SWD) leitet im Winter solare Wärme durch nichttransparente Fassadenflächen ins Gebäudeinnere und hat bei geringem solarem Angebot einen hohen Wärmeschutz. Das Heizen und Kühlen kann durch eine aktive Fassadentemperierung mittels wasserdurchflossener Rohrregister, wie z. B. eine außenliegende Low-Ex Wandtemperierung, passieren. Die Fassade kann zudem Wärme in massiven Baustoffen wie Beton oder latent durch Phasenwechselmaterialen (PCM) kurzzeitig speichern. Sowohl für die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) als auch die gebäudeintegrierte Solarthermie (BIST) existieren verschiedene Integrationsmöglichkeiten (z. B. in Wärmedämmverbundsystemen oder Isolierverglasungen). Fassadenintegrierte HLK Systeme nutzen Gebäudewände zur mechanischen Belüftung durch Ventilation.

Gebäudesystemtechnik: Die Technologien der Gebäudeautomation (TRL: 2-9) beinhalten z. B. kleine Insellösungen (Smart Home) bis hin zu großen, mehrere Immobilien umfassenden Installationen mit Management-, Automations- und Feldebene. Neue Technologien und Ansätze, welche die Funktion einer klassischen Gebäudeautomation ergänzen, sind Smart Grid Interaktionen (Netzdienlichkeit von Gebäuden), präemptive Automation (unter Berücksichtigung von Wetter-/Nutzungs- und Lastprognosen) sowie themenübergreifende Systemintegration. Die Gebäudeautomation erfüllt weiterhin in zunehmendem Maße die Funktionen des Energiemonitorings und -managements.

Wärmespeicher-Systeme (TRL: 4-9) gibt es auf Basis der Speicherung sensibler Wärme (d.h. es werden Temperaturänderungen genutzt, um die innere Energie zu erhöhen), der Speicherung von latenter Wärme durch die Änderung der Enthalpie durch Zustandsänderungen (z. B. flüssig – fest), sowie durch chemische Speicherung. Im Gebäudebereich liegt das Augenmerk von Forschungsaktivitäten auf der Integration von PCM in Speichern und Baumaterialien. Stromspeicher (TRL: 5-9) kommen in Gebäuden vor allem in Verbindung mit Photovoltaiksystemen zum Einsatz. Momentan werden für Privathaushalte v. a. Lithium-Ionen und Blei- Säure-Batterien eingesetzt. Der Begriff Low-Ex-Systeme (TRL: 3-9) bezeichnet gebäudetechnische Systeme, die mit geringen Temperaturdifferenzen arbeiten. Für die Gebäudeheizung/-kühlung werden dabei passive Lüftungskonzepte wie Nachtlüftung oder zentrale Lüftungssysteme mit Erdreichwärmetauschern sowie aktive Flächenheiz-/ kühlsysteme, wie z. B. außenliegende Low-Ex Luft- und Wandtemperierungssysteme bei Bestandsgebäuden sowie Heiz-/Kühldecken oder Bauteilaktivierung verwendet. Kunstlicht (TRL: 4-9) basierend auf Festkörperbeleuchtung (LED, OLED) bietet hohe Potentiale zur Energieeinsparung. Planung und Gebäudebetrieb: Dem Informationsmanagement (TRL: 4-8) dient bspw. BIM – Building Information Modeling anhand aktueller Daten bzgl. Gebäudebau und dessen Bewirtschaftung aus einer Vielzahl unabhängiger Datenbanken. Die Ökobilanz, kurz LCA (Life Cycle Assessment (TRL: 6-9)), dient als Instrument zur Bewertung von Umweltqualitäten von Gebäuden. Gebäudeüberwachung (Monitoring & Diagnose (TRL: 4-9)) trägt wesentlich zu einer Energieeffizienzsteigerung beim Gebäudebetrieb bei. Konflikte zwischen dem Gesamtenergiebedarf und dem Komfort der Benutzer sind ein Beispiel für eine Nutzer-Gebäude Beziehung bzw. Schnittstelle (TRL: 1-9). Durch Nutzerverhalten können die durch Betriebsoptimierung erreichten Energieeinsparungen verringert oder überkompensiert werden (Rebound-Effekt).

Quellen