Gebäudetechnik : BIM und Smart Living: So sehen die Lebensräume der Zukunft aus

Digitalisierung, Klimawandel, Ressourcenverknappung und Wohnraummangel – diese Trends verlangen von Gesellschaft, Wirtschaft und Forschung gleichermaßen eine Transformation der Gepflogenheiten. Auch die Bauindustrie ist gefordert, innovative und nachhaltige Lösungen zu entwickeln, um den stetig wachsenden Ansprüchen an Gebäuden gerecht zu werden. Dabei wird es zunehmend wichtiger, branchenübergreifend zu denken und vernetzt zu agieren. Die Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Bau forschen kontinuierlich an interdisziplinären Lösungen und Systemen, um die Lebensräume der Zukunft aktiv mitzugestalten.

Herzstück der Zusammenarbeit ist der begehbare Innovation Cube, der auch auf Ausstellungen zu Demonstrationszwecken genutzt wird. An dem zweigeschossigen Kubus werden innovative und nachhaltige Dämmstoffe, PV-Streifenkollektoren, fassadenintegrierte Beleuchtung und resiliente Fassadenelemente mit Sprengwirkungshemmung anschaulich präsentiert. Außergewöhnliche Materialien wie zum Beispiel veganes Leder für Architekturanwendungen oder Akustikputz werden an den Fassaden des Kubus ebenso demonstriert, wie der Einsatz von Phasenwechselmaterialien als Energiespeicher oder ein Luftkollektor und Deckenpanele für eine intelligente Gebäudeklimatisierung.

Bei der Augmented-Reality-Anwendung zur virtuellen Bemusterung von Räumen werden QR-Codes über eine App auf einem Tablet erfasst und die damit verknüpften virtuellen Bauprodukte an der Innenseite des Cubes dreidimensional eingeblendet. Mit dieser Technologie haben Architekten, Planer oder Hersteller die Möglichkeit, verschiedene System- oder Produktlösungen an virtuellen Modellen zu erproben und dadurch fundierte Entscheidungen bereits in einer frühen Planungsphase zu treffen.

"Während in anderen Ländern bereits große Anstrengungen unternommen werden, um die Möglichkeiten der Digitalisierung zur Steigerung von Produktivität, Kosteneffizienz sowie Fehlerreduktion auszuschöpfen, steckt die Digitalisierung der deutschen Immobilienwelt noch in den Kinderschuhen", erklärt Thomas Kirmayr, Geschäftsführer der Fraunhofer-Allianz Bau. Trotz einer guten Marktlage verharre man in Deutschland vielfach in alten Mustern und laufe dabei Gefahr international abgehängt zu werden.

Etliche Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Bau forschen nicht zuletzt deshalb intensiv an den umfangreichen Möglichkeiten des Building Information Modeling. Einen der Forschungsschwerpunkte stellt der digitale Zwilling, also die digitale Repräsentation eines real existierenden Gebäudes, dar. Solche Bauwerkinformationsmodelle können Objekte nicht nur in ihrer räumlichen Lage und Ausdehnung, sondern auch in ihren technischen, physikalischen und funktionalen Eigenschaften beschreiben und mit Simulationswerkzeugen sowie Vorhersagemodellen verknüpfen. Damit unterstützt der digitale Zwilling auch das virtuelle Planen und Bauen im Bestand – zum Beispiel beim Modernisieren und Sanieren von Wohngebäuden. Er ermöglicht eine schnelle Simulation von Nutzungsänderungen und kann die Auswirkung einzelner Maßnahmen, beispielsweise auf Energiebedarf, Nutzerkomfort und Umwelt vorwegnehmen. Die Auswertung der Daten durch Algorithmen ermöglicht eine vorausschauende Wartung, indem der Bedarf von Bestandshaltungsmaßnahmen automatisch angezeigt wird.

Ein effektiver Klimaschutz erfordert nicht nur energieeffiziente, emissionsarme Lösungen für die Gebäudenutzung, sondern auch ressourcenschonende Bauweisen sowie die Verwendung nachhaltiger Baustoffe. So ersetzen die Forscher der Fraunhofer-Allianz Bau beispielsweise die Carbon- und Glasfasergewebe in Textilbeton durch umweltfreundliche Naturfasern. Damit kann die CO2-Bilanz des Betons bei gleicher Performance verbessert und die Herstellungskosten können reduziert werden.

Eine weitere, immer wichtiger werdende Möglichkeit zur Einsparung endlicher Ressourcen stellt das Recycling von Baustoffen dar. Jährlich werden weltweit rund 600 Millionen Tonnen mineralische Baurohstoffe eingesetzt. Der Großteil davon wird über Primärrohstoffe abgedeckt, während lediglich fünf Prozent des Bauschutts für Bauanwendungen recycelt und in die Bauwirtschaft zurückgeführt werden. Das Fraunhofer-Verbundprojekt BauCycle hat es sich zum Ziel gesetzt, die Sortierung und Aufbereitung von anfallenden Abbruchmaterialien und ihre Rückführung in den Baukreislauf in einem effektiven Verfahren zu etablieren. Dadurch soll ein nachhaltigeres Bauen ermöglicht und der Verknappung von Deponierraum entgegengewirkt werden.

Ziel smarter Gebäude sollte es sein, den Bewohnern einen angenehmen, sicheren und gesunden Lebensraum zu bieten – das ist umso wichtiger, als der moderne Mensch bis zu 90 Prozent seiner Lebenszeit in umschlossenen Räumen verbringt. Smart Living steht daher vor allem für technische Verfahren und Systeme, die nutzerorientiert die Wohn-, Arbeits- und Lebensqualität in Räumen sowie das Energiemanagement und die Energieeffizienz des Gebäudes verbessern. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe digitaler, vernetzter und fernsteuerbarer Geräte und Installationen, aber auch durch automatisierte Abläufe und bauwerksintegrierte Komponenten.

Die Fraunhofer Bauforschung hat eine solarthermische Jalousie für transparente Flächen entwickelt. Diese nutzt die hohen Temperaturen, die zwischen Glasscheiben entstehen, indem sie die Wärme über in den Lamellen verbaute Heat-Pipes dem Warmwasserspeicher des Gebäudes zuführt. Das reduziert sowohl die Temperatur der raumseitigen Oberfläche als auch den Kühlbedarf des Gebäudes. Damit sorgt die solarthermische Jalousie nicht nur für einen guten Blendschutz und ein angenehmes Raumklima, sondern verringert gleichzeitig den Energiebedarf des Gebäudes.