Methode zur automatisierten Gebäudeökobilanz entwickelt

Höper hat sein Bachelorstudium in Energie- und Gebäudetechnik und das Masterstudium in Green Building Engineering an der TH Köln abgeschlossen und ist seit 2017 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Gebäudeausrüstung. Momentan promoviert er kooperativ an der TH Köln und der Bergischen Universität Wuppertal. Thema seiner Masterarbeit war die „Entwicklung einer Methode zur automatisierten Gebäudeökobilanz unter Einbindung der digitalen Planungsmethode Building Information Modeling (BIM)“. Betreut wurde seine Arbeit von Prof. Dr. Michaela Lambertz und Dr. Reinhard Wimmer. Im Interview erklärt er, warum eine Gebäudeökobilanz bisher keine große Rolle im Planungsprozess spielt und was sein Lösungsansatz daran ändern könnte.

Herr Höper, worum geht es in Ihrer Masterarbeit?

Meine Masterarbeit soll einen Lösungsvorschlag darstellen, um die Gebäudeökobilanz zukünftig als Planungsinstrument zu etablieren und den Bilanzierungsaufwand dafür zu minimieren. Hierzu habe ich eine Methode zur Automatisierung der Gebäudeökobilanz im BIM-Prozess entwickelt. Weiterhin sollte die Methode durch einen technischen Lösungsansatz prototypisch umgesetzt werden, wodurch die Baukonstruktion und die technische Gebäudeausrüstung, kurz TGA, vollständig ökologisch bilanziert werden können. Hierbei sollte herausgestellt werden, wie die open BIM-Methode – eine ganzheitliche kooperative Planungsmethode, bei der digitale Gebäudemodelle die Grundlage bilden – zur Berechnung von Gebäudeökobilanzen inklusive der TGA schneller und detaillierter genutzt werden kann. Dazu habe ich das herstellerneutrale Datenformat IFC, also Industry Foundation Classes, verwendet.

Warum haben Sie die Gebäudeökobilanz als Thema gewählt?

Der Bausektor ist die größte Industrie der Welt, leider aber auch einer der größten CO2-Verursacher. Mit der EU-Gebäuderichtlinie 2018 und dem darauf basierenden Gebäudeenergiegesetz wurden sowohl auf EU- als auch auf nationaler Ebene die Anforderungen an die Energieeffizienz und den Einsatz erneuerbarer Energien in Gebäuden verschärft. Das Problem bei dieser Entwicklung ist aber, dass der Fokus allein auf der Energieeinsparung in der Betriebsphase des Gebäudes liegt. Erstellungs- und Endphase von Gebäuden sind dagegen etwas unterbelichtet. Hinzu kommt, dass eine Gebäudeökobilanz bislang gesetzlich nicht festgeschrieben und noch mit einem erhöhten Aufwand verbunden ist. Das hat zur Folge, dass die Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus derzeit nicht ganzheitlich erfasst und mögliche ökologische Optimierungspotenziale nicht genutzt werden. Im Zuge der Digitalisierung entstehen jedoch Möglichkeiten, neue digitale Werkzeuge wie BIM mit der ökologischen Analyse von Gebäuden zu kombinieren. Dadurch könnten Synergien zwischen der Digitalisierung und Nachhaltigkeit von Gebäuden generiert werden, um beide Themen gleichzeitig zu fördern. Mit meinem Lösungsansatz wollte ich einen Beitrag dazu leisten, diese Potenziale zu aktivieren und die Ökobilanzierung im Planungsprozess von Gebäuden zu etablieren. Eine solche vollumfängliche Lebenszyklusanalyse muss zum Stand der Technik gehören, wenn die Klimaziele erreicht werden sollen.

Die Darstellung zeigt die automatisierte Berechnung der Ökobilanz einzelner Gebäudebestandteile, die im Modell gelb markiert sind. (Bild: Jannick Höper)

Wie haben Sie diese Optimierungspotenziale erschlossen?

Im Zuge meiner Masterarbeit habe ich eine Methode entwickelt, um den geometrischen Objekten in einem digitalen Gebäudemodell, zum Beispiel einem Rohr, die dazu passenden ökologischen Informationen einer externen Datenbank zuzuordnen. Diese Informationen berücksichtigen die Ökobilanz der einzelnen Materialien des Gebäudebestandteils. Wird ein Objekt in der Datenbank gefunden, wird automatisch eine Verknüpfung zu den ökologischen Daten hergestellt und die Umweltwirkungen, zum Beispiel CO2-Emissionen, mit dem Volumen oder der Masse des Materials beziehungsweise Produkts hochgerechnet. Mithilfe von Algorithmen, die ich mit der Programmiersprache JavaScript aufgebaut habe, wird die Bilanz automatisiert ermittelt. Anschließend kann das Modell mittels weiterer Skripte detailliert ausgewertet werden. Diese prototypische Umsetzung setzt zwar manuelle Prozesse sowie Fachwissen voraus; dadurch, dass ich die aufgebauten Datenbanken aber referenziert habe, müssen weniger Informationen manuell in das digitale Gebäudemodell eingetragen werden. Außerdem wird die Performance der BIM-Werkzeuge nicht beeinträchtigt. Als Datengrundlage für die ökologische Analyse diente unter anderem die frei zugängliche Datenbank ÖKOBAUDAT vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung. Diese habe ich auf ihre Eignung für die BIM-basierte Ökobilanz analysiert und anschließend vorhandene Lücken geschlossen.

Welche Vorteile bietet diese Automatisierung?

Die vorliegende Arbeit stellt einen ersten Schritt zur Standardisierung der open BIM-integrierten Ökobilanz dar, sodass Klimaneutralität ganzheitlich gemessen und bewertet werden kann. Hinzu kommt, dass Planungsprozesse erheblich effizienter gestaltet werden können. Zuvor musste ein deutlich erhöhter Zeitaufwand für die Berechnung der Ökobilanz eingeplant werden – mit der von mir entwickelten Methode ist das nun wesentlich schneller möglich. Dieser entwickelte Prozess ist unabhängig von einer bestimmten Software reproduzierbar und liefert eine exakte Vorlage zum Beispiel für Bauingenieurinnen und -ingenieure und TGA-Planerinnen und Planer beim Export von digitalen Gebäudemodellen für die Ökobilanz. So können verschiedene Akteurinnen und Akteure damit arbeiten und sich darüber austauschen. Ferner kann diese Methode auch für weiterer BIM-Anwendungen adaptiert werden.