Bauen für die Zukunft: Vier Innovationstrends für grüne Gebäude

An vorderster Front in Sachen Energieeffizienz

Gebäudesanierungen zur Erhöhung der Energieeffizienz sind in ganz Europa ein Thema - eine Fülle von innovativen, grünen Bautechnologien sind dafür perfekt geeignet.

In Europa entfallen auf Privathaushalte, Unternehmen und öffentliche Gebäude etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs und damit mehr als auf die Bereiche Industrie (32 %) und Transport (28 %). Dies entspricht etwa 20 Exajoule Energie pro Jahr - dem Äquivalent von ca. 3,5 Milliarden Barrel Öl - und bedeutet, dass rund 36 % der CO2-Emissionen Europas durch Gebäude verursacht werden.

Da Europa stark daran gelegen ist, seinen Energieverbrauch zu senken und seine CO2-Bilanz zu verbessern, wurde der Gebäudesanierung oberste Priorität eingeräumt. Bereits in den kommenden Jahren steht die Sanierung unzähliger Häuser an, und nach dem Inkrafttreten strengerer EU-Richtlinien 2020 wird die Zahl der Neubauten und Gebäuderenovierungen in die Millionen gehen (siehe Ausblick unten).

Vor diesem Hintergrund hat der grüne Bausektor einen regelrechten Boom erfahren. Das europäische Marktvolumen in diesem Bereich wird sich bis 2020 voraussichtlich auf 140 Milliarden EUR verdoppeln. Die Patentanmeldungen, die auf grüne Bautechnologien gerichtet sind, haben sich innerhalb von gut zehn Jahren verdreifacht (siehe Infografik).

Trends in green building technology patents

Die dynamischsten Patentierungsbereiche rund um grünes Bauen:

  1. Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK)
  2. Energieeffiziente Isolierung
  3. "Grüne" Beleuchtung
  4. Nutzung erneuerbarer Energien

1. Heizung und Kühlung: Energielöcher stopfen

Etwa die Hälfte der Gesamtenergie eines Gebäudes wird auf Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK) verwendet. Somit überrascht es wenig, dass viele Innovationen hier ansetzen.

Einer der vielen erfolgversprechenden HLK-Patentierungsbereiche ist die Luftreinigung, etwa mittels UV-Licht und photoreaktiver Chemikalien, die in ähnlicher Form auch in der Erdatmosphäre vorkommen. Solche Systeme machen es möglich, einen Großteil der Innenluft eines Gebäudes wiederzuverwenden und die Heizkosten zu senken.

Ebenfalls im Kommen ist der Bereich der passiven Solar- und Strahlungsheizung: von der Sonne erwärmte Luft wird abgeleitet und dazu verwendet, ein Gebäude zu heizen oder - in den Sommermonaten - kühlere Luft zur Klimatisierung zuzuführen. Passive Solarlösungen dieser Art kommen in vielen energieeffizienten Gebäuden zum Einsatz, z. B. in der großen Glaskuppel des Reichstagsgebäudes in Berlin und im neuen Raiffeisenhaus in Wien (RHW-2).

2. Nachhaltige Dämmung

Insulation (JPG)Eine energieeffiziente Heizung kann ein Gebäude nur dann warmhalten, wenn durch thermische Isolierung dafür gesorgt ist, dass die Wärme nicht entweichen kann.

Viele sehr gebräuchliche, hoch effiziente Dämmstoffe wurden schon vor Jahrzehnten entwickelt und immer weiter verbessert. Dazu gehören die sogenannten Insulating Concrete Forms (ICF), die dem deutsch-kanadischen Ingenieur Werner Gregori zu verdanken sind: Beton-Schalungssteine aus Polystyrol, die in einem Stecksystem zusammengefügt werden, sodass fugenlose und luftundurchlässige Wände entstehen.

Ein weiterer häufig verwendeter Dämmstoff sind sogenannte Sandwichelemente (Structural insulated Panels, SIP). Ihre Beliebtheit hängt u. a. damit zusammen, dass sie mit vielen verschiedenen Materialien kombiniert werden können, darunter Holzfaser- und Gipskartonplatten, Metallblech sowie Kunst- und Schaumstoffe. Das isolierende Kernmaterial befindet sich zwischen zwei Baustoffplatten, um eine gleichmäßige Dämmung zu gewährleisten.

Eine neuartiges Dämmverfahren, bei dem verschiedene thermische Prinzipien zum Einsatz kommen, hat seit seiner Markteinführung vor etwas mehr als fünf Jahren für eine kleine Sensation gesorgt. Anders als herkömmliche Dämmungen, bei denen Luft meist in fasergefüllten Hohlräumen festgehalten wird, um den Wärmeverlust zu verhindern, können Phasenübergangsmaterialien (PCM) Wärme aufnehmen oder abgeben, indem sie sich beim Phasenübergang verfestigen bzw. verflüssigen. Sie "schmelzen" und "erstarren" gewissermaßen bei Bedingungen nahe der Raumtemperatur und können dabei Wärme aufnehmen oder abgeben.

3. Es werde - neues - Licht

Auch wer es zu Hause und am Arbeitsplatz schön hell haben will, braucht Energie - auf die Beleuchtung entfallen zwischen 10 % und 30 % des Gesamtenergieverbrauchs eines Gebäudes. Die Entwicklung innovativer, effizienter Beleuchtungstechnologien verläuft mit unglaublicher Geschwindigkeit.

Zahlreiche Anwendungen mit anorganischen (LED) und organischen (OLED) Leuchtdioden verheißen erhebliche Einsparungen beim Energiebedarf für Beleuchtung.

LEDs brauchen nur etwa ein Zehntel der Energie, die Glühbirnen benötigen, und etwa halb so viel wie Kompaktleuchtstofflampen ("Energiesparlampen"), die in Europa Standard sind. Außerdem halten sie mindestens 40 Mal so lang.

Shuji Nakamura, Finalist des Europäischen Erfinderpreises 2007, entwickelte zusammen mit seinem Team die ersten blauen Leuchtdioden und ebnete damit den Weg für die Herstellung von LEDs in allen Farben einschließlich Weiß. Die britischen Wissenschaftler Richard Friend, Jeremy Burroughes und Donal Bradley, die 2006 zu den Finalisten des Europäischen Erfinderpreises zählten, schufen die ersten OLEDs, die aufgrund ihrer flachen Ausführung in Baumaterialien wie Fliesen und Fensterglas integriert werden können: tagsüber lassen sie die Sonnenstrahlen durch, nachts geben sie Licht ab.

4. Energieautarke Gebäude

Self-powered buildingsWirklich grünes Bauen - d. h. Nullenergiehäuser und was darüber hinausgeht - wird erst dann erreicht sein, wenn ein Gebäude nicht nur extrem effizient ist, sondern auch genug Strom produziert, um den Eigenbedarf zu decken und überschüssige Energie ins Versorgungsnetz einzuspeisen. Vielversprechende Technologien dafür finden sich im Bereich der Solar- und Windenergie, und verschiedene Innovationen tragen dazu bei, diese Technologien in Gebäude zu integrieren.

Hochhäuser sind der ideale Standort für dachmontierte Windturbinen. Dank des beinahe konstanten Luftstroms in größeren Höhen können solche Turbinen einen beträchtlichen Teil des gebäudeeigenen Strombedarfs decken.

Solarenergie ist ein umfassend erprobtes Verfahren, mit dem sich erneuerbare Energie an Bauwerken erzeugen lässt. Photovoltaik-Module finden sich nicht nur auf Dächern, sondern auch an Gebäudefassaden und sogar in transparenter Ausführung als Fenster und Oberlichter.

Ein spektakuläres Beispiel für die kluge Nutzung von Solar- und Windenergie ist der renovierte CIS Tower in Manchester, England. Seine aus Photovoltaik-Zellen bestehende Außenhaut kann 180 000 Kilowattstunden Elektrizität pro Jahr erzeugen; zusätzlich verfügt das Gebäude über zwei Dutzend Windturbinen, die etwa ein Zehntel seines Energiebedarfs decken.

Ausblick: 2020 und danach

Laut dem Energieeffizienzplan 2011 (EEP) der EU ist der Bausektor der Bereich, in dem am meisten Energie und Emissionen eingespart werden können. Der Plan sieht vor, dass bis 2020 jährlich 3 % aller öffentlichen Gebäude renoviert werden. Von 2020 an müssen alle Neubauten praktisch CO2-frei sein.

Das Europäische Institut für Gebäudeeffizienz (BPIE) geht davon aus, dass durch die großflächige Umsetzung grüner Baumethoden im Einklang mit den EU-Plänen bis 2050 Energiekosten in Höhe von 1,3 Milliarden EUR eingespart werden können. Die EU verspricht sich von ihrer Wachstumsstrategie Europa 2020 jährliche Einsparungen von bis zu 1 000 EUR pro Haushalt und eine Senkung der jährlichen Treibhausgasemissionen um 740 Millionen Tonnen.

Diese Initiativen werden sich auch in Mehreinnahmen für den europäischen Bausektor niederschlagen, der etwa 10 % des europäischen Bruttoinlandsprodukts ausmacht und einer der größten Arbeitgeber ist. Und da Länder in der ganzen Welt, insbesondere die USA und China, ebenfalls auf energieeffiziente, umweltfreundliche Gebäude drängen, dürften europäische Innovationen zu einem einträglichen Geschäft werden.

Video: The future of building technology

The future of building technology

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