Nachhaltigkeit im Industriebau

Lebenszyklusorientierte Planung als Schlüssel zur Energieeffizienz

Die produzierende Industrie ist laut EUROSTAT für 25,1 % des gesamten Endenergiebedarfs Europas verantwortlich und ist somit hinter Transport (31,6 %) und Haushalt (26,8 %) einer der größten Verbraucher der EU. Steigende Energiekosten und ein wachsendes Umweltbewusstsein der Konsumen­ten drängen Unternehmen vermehrt dazu, ihre Produktionsstandorte nachhaltig zu planen und zu betreiben. Auch gesetzliche Vorgaben, wie die EU-Richtlinie 2012/27/EU, fordern von Industriebetrieben nachhaltige Verbesserungen. Um zukünftige Anforderungen bestmöglich erfüllen zu können, steigen die Ansprüche an Bauherren, Errichter, Betreiber und natürlich auch Planer. Für die Umsetzung eines zukunftsweisenden Bauprojektes kommt es auf einen verantwortungsvollen Auftraggeber an. Ein lebenszyklisch denkender Bauherr und das Erkennen der Wichtigkeit der frühen Projektphase können die Energie- und Kosteneffizienz des Gebäudes hierbei wesentlich steigern. ATP architekten ingenieure und ATP sustain arbeiten hierbei intensiv sowohl in der Umsetz­ung als auch an Forschungsprojekten.

Was ist Nachhaltigkeit?

Als Nachhaltigkeit bezeichnet man eine Handlungsart, bei der Ressourcen nur in solcher Menge und auf solche Art verwendet werden, dass ihr Bestand für zukünftige Generationen weiter verfügbar bleibt. Dies gilt auf sozialer, ökonomischer und ökologischer Ebene. Die verschiedenen Ebenen der Nachhaltigkeit können nicht getrennt betrachtet werden, sondern sollen ineinanderfließen. Nur so viele Ressourcen zu verbrauchen, wie wieder nachkommen können, ist nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sowie sozial sinnvoll, wenn man annimmt, dass diese Ressourcen für unsere Gesellschaft einen gewissen Wert haben. Aspekte dieser drei Ebenen können auch im Konflikt zueinander stehen, wenn bspw. die sozial und ökonomisch nachhaltige Entwicklung zu Lasten der Umwelt geht. Nachhaltigkeit kann kein Trend, sondern muss der Weg in eine zukunftsfähige Welt sein.

Mit dem Konzept der nachhaltigen Entwicklung hat sich auch der Blickwinkel der Immobilienbranche auf die Erfassung des gesamten Gebäude-Lebenszyklus erweitert. Die Erkenntnis, dass Immobilien einen wesentlichen Einfluss auf den weltweiten Ressourcenbedarf ausüben, bringt die Notwendigkeit mit sich, die Auswirkungen in einem ganzheitlichen Kontext zu bewerten. Diese Vorgehensweise ist nur durch eine Betrachtung von Gebäuden über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg möglich.

Eine bedeutende Stellung im Lebenszyklus von Gebäuden nimmt die Phase des Betriebs ein. Das beste Gebäude kann nur so gut sein, wie seine entsprechende Bewirtschaftung es erlaubt. Dennoch sind die Weichen zu einem effizienten und wirtschaftlichen Betrieb bereits in der Planung zu stellen.

Integrale Planung und BIM

Die Integrale Planung von nachhaltigen Gebäuden erfordert die Betrachtung der Planung als einen Teil des gesamten Lebenszyklus einer Immobilie, welcher ein fortlaufender Prozess ist. Jede Phase des Gebäude-Lebenszyklus beruht auf den Leistungen der vorigen Periode. Für den Gesamterfolg sind somit alle Planungsphasen relevant. Der Erfolg zeigt sich u. a. in Energieeffizienz, ökologi-scher Qualität oder ökonomischem Wert. Werden bspw. die Weichen für ein energie-
effizientes Gebäude nicht schon in der ers-

ten Planungsphase gestellt, ist die Zielerreichung unter den terminlichen und monetären Vorgaben nahezu unmöglich. Auch eine optimale Betriebsführung kann dieses Säumnis nicht mehr aufholen. Damit die Verantwortlichen der jeweiligen Projektphase vorausblickend agieren können, muss das Fachwissen aller Projektbeteiligten in den Gesamtprozess integriert werden. Daraus kann Integrale Planung abgeleitet werden. Die Komplexität eines integralen Planungsprojektes ist um einiges höher als herkömmliche Planung. Zusätzliche Tools zur Unterstützung der Beteiligten sollen diesen Prozess fördern.

Unter dem Begriff BIM (Building Information Modeling) wird die objektorientierte, digitale Repräsentation des Gebäudes verstanden, die einen Datenaustausch zwischen den Planern ermöglicht. Der Fokus liegt vor allem auf dem Informationsaustausch im Planungsprozess. Durch zunehmende Projektgrößen, komplexere Gebäudegeometrien und strengere Anforderungen an die Gebäudeperformance im Hinblick auf Energie- und Ressourceneffizienz wird der Bau- und Planungsprozess immer umfangreicher. Diese Vielzahl an unterschiedlichen Faktoren führt zu einer wachsenden Anzahl an beteiligten Disziplinen am Planungsprozess. Mit der Anzahl an Planungsgewerken steigt auch die Anforderung an die eingesetzten Spezialwerkzeuge, mit deren Hilfe die jeweilige Disziplin ein Bauvorhaben plant und darstellt. Dem Wunsch, das gesamte Gebäude in einem gemeinsamen digitalen Modell abbilden zu können, kann mit BIM-Softwarepaketen Rechnung getragen werden. Unumgänglich für den effizienten Einsatz BIM-gestützter Planungsmethoden ist die genaue Rollenzuweisung und Definition der Arbeitsabläufe der Beteiligten, um die Zusammenarbeit erfolgreich zu ergänzen.

Bei ATP architekten ingenieure stellt Integrale Planung mit „lebenszyklischer Betrachtung einer Immobilie” einen immanenten Teil der Planungsphilosophie dar. Durch das Forschungsunternehmen ATP sustain werden laufend Lösungsansätze gesucht, um nicht nur auf traditionelle und altbewährte Systeme
zu bauen, sondern durch kreative Herangehensweisen neue Blickwinkel zu eröffnen. Gemeinsam mit universitären Forschungspartnern werden neue wissenschaftlich fundierte Werkzeuge zum nachhaltigen Bauen entwickelt.

Forschungsprojekte – Nachhaltiger
Industriebau

In den vergangenen Jahren waren Fertigungsbetriebe hauptsächlich auf Verfügbarkeit, Flexibilität und Produktivität fokussiert. Durch gesetzliche Vorgaben, wie die Energieeffizienz-Richtlinie der europäischen Union, werden produzierende Unternehmen in Zukunft gezwungen sein, jährliche Energie-Einsparungsziele zu erfüllen. Es ist daher zu erwarten, dass das Thema Lebenszyklus gemeinsam mit Energieeffizienz in den nächs-ten Jahren an Bedeutung gewinnt.

Mit dem Begriff der vierten industriellen Revolution unterliegt auch der Produktionsprozess in naher Zukunft einem drastischen Wandel. Der Begriff „Industrie 4.0“ ist definiert als die Digitalisierung und Vernetzung der gesamten Wertschöpfungskette. Industrie 4.0 bezieht sowohl Zulieferer oder Logistikunternehmen als auch unternehmensinterne Prozesse wie Beschaffung, Produktion, Vertrieb oder Wartung mit ein. Durch diese Digitalisierung der Gesamtheit der Fertigungsprozesse führt Industrie 4.0 zu einer höheren Produktivität und Flexibilität, mehr Innova­tion und geringerem Ressourcenverbrauch. Zusammen mit mehreren Instituten der Technischen Universität Wien arbeitet ATP sustain an neuartigen Herangehensweisen zum nachhaltigen Industriebau. Beispielhaft sollen die folgenden beiden Forschungsprojekte die aktuellen Weiterentwicklungen zeigen.

INFO – Interdisziplinäre Forschung zur Energieoptimierung in Fertigungsbetrieben

Das Projekt INFO schaffte durch das breitgefächerte Wissen der teilnehmenden Institute und durch den Zusammenschluss von Industriepartnern aus unterschiedlichen Branchen (Energietechnik, Werkzeugmaschinenbau, Automation, Produktionstechnik, …) ein interdisziplinäres Forschungsfeld. Es wurden alle Prozesse eines Fertigungsbetriebes als dynamische Prozesse dargestellt (Gebäude, Fertigung, Investitionskosten, Lebenszykluskosten), um die Auswirkungen energetischer Maßnahmen auf die Kosten abzubilden. ­Diese detaillierte Betrachtung und die Vernetzung der verschiedenen Erkenntnisse ergaben ein ganzheitliches Konzept zur Mini­mierung des Energieverbrauchs entlang der Wertschöpfungskette. Optimierungsmöglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz wurden über fünf Phasen (Analyse, Modellierung, gekoppelte Simulation, Optimierung und Umsetzung) für jeweils den Prozess selbst, die Werkzeugmaschine, das Produk­tionssystem und das Gebäude ausgearbei­­tet, um die Auseinandersetzung mit den Prozessen und Systemen optimal abbilden zu können. Die Ergebnisse zeigten bereits die Wichtigkeit, in diesem Bereich weitere Forschung zu betreiben. Es konnte aus den Erkenntnissen dieses ersten Forschungsprojektes in Richtung Industrie 4.0 eine weiterführende Forschungsfrage entwickelt werden. BaMa – Balanced Manufacturing – beschäftigt sich nun damit, die ganzheitliche Methodik in ein Software-Tool zu gießen.

BaMa – Balanced Manufacturing

Das Forschungsprojekt Balanced Manufacturing versucht erstmalig in Zusammenarbeit von universitären und industriellen Partnern, eine ganzheitliche Methodik und darauf aufbauend eine Software-Tool-Kette zur Planung und Steuerung des Energiebedarfs in der industriellen Produktion zu entwickeln. Durch den Ansatz, eine ausgewogene, wirtschaftliche und energieeffiziente Produktion zu gewährleisten, soll eine Systemlösung mit den Erfolgsfaktoren Zeit, Geld, Qualität und CO₂-Fußabdruck entstehen, die Energieeffizienz und Wettbewerbsfähigkeit gleichermaßen unterstützt und in Einklang bringt.

Bei dem Energieeffizienzansatz nach BaMa wird der produzierende Betrieb als Gesamtheit betrachtet und sowohl Produktionssys­teme, Logistikeinrichtungen, Gebäude als auch Energiesysteme in die Betrachtung mit einbezogen. Das noch laufende Projekt wird produzierende Unternehmen in die Lage versetzen, den Energiebedarf ihrer Systeme mit Hilfe modernster Simulationstechnik zu analysieren, zu prognostizieren und durch angepasste Betriebsführungsstrategien zu optimieren. Das legt den Grundstein, um auch für Fertigungsbetriebe bereits in der frühen Planungsphase Aussagen über den Energiebedarf und die Lebenszykluskosten treffen zu können, um so dem Grundsatz der Nachhaltigkeit gerecht zu werden.

Gebaute Beispiele

Die folgenden beiden Beispiele zeigen, wie ATP durch konsequenten Einsatz und Weiterentwicklung die Integrale und lebenszyklusorientierte Planung erfolgreich im nachhaltigen Industriebau umsetzt:

Hilti P4plus

Das Hilti Werk in Thüringen, Vorarlberg (Österreich), ist spezialisiert auf Zerspanungstechnik, Baugruppenmontage und auf die Endmontage von Hilti-Geräten. Das 1970 gegründete Werk wurde im Laufe der Jahre stets weiter ausgebaut und erhielt Ende 2009 neue Produktions- und Logistikflächen sowie ein vollautomatisiertes Paletten- und Behälterlager und zugehörige Büroflächen. Gemeinsam mit dem Bauherrn wurde in einem integralen Vorprojekt ein „Anforderungskatalog Nachhaltigkeit“ erarbeitet. Die Energieeffizienz resultiert aus dem innovativen Zusammenspiel von Regelungstechnik, energieeffizienten hydraulischen Schaltungen und Systemen zur Erdwärme-, Grundwasser- und Abwärmenutzung. Das Projekt wurde von der Österreichischen Gesellschaft für Nachhaltige Immobilienwirtschaft (ÖGNI), einer Partnergesellschaft der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) als Pilotprojekt für die Zertifizierung von Industriebauten ausgewählt. Das Gebäude erreichte das Zertifikat ÖGNI Gold mit einer Bewertung von 72,7 %.

Bei dem Produktions- und Logistikgebäude wurden in der Planung durch ATP von Beginn an Aspekte der Nachhaltigkeit berücksichtigt. So hat Hilti vor Baubeginn einen Katalog mit Kriterien festgelegt, die sich an den Faktoren Wohlbefinden für die Mitarbeiter, Umwelt, Energienutzung und nachhaltiger Einsatz von Baumaterialien orientieren. Auch wird die für die Produktion genutzte
Energie sekundär weiter genutzt. Im Winter wird mit Produktionsabwärme und Lufterdwärmetauscher geheizt, im Sommer mit Unterstützung von Grundwasser gekühlt. Durch diese und weitere Maßnahmen kann der jährliche CO₂-Ausstoß um rund 210 000 kg verringert werden.

MPREIS

Nach einem Vollbrand des bestehenden Werkes zu Jahresbeginn 2011 wurde ein neues Produktionsgebäude für die renommierte Tiroler Supermarktkette MPREIS geplant. Die Großbäckerei ging nach 12-monatiger Bauzeit im April 2013 in Produktion, die Fleischproduk­tion wenig später. Vorausdenken mit zukunftsweisenden, umweltfreundlichen Technologien und Nachhaltigkeitsaspekten war dem Bauherrn für die neue Bäckerei ein besonderes Anliegen. Die indirekte Beheizung der Öfen erfolgt mittels Thermoöl und spart 30 – 40 % Energie gegenüber herkömmlichen Öfen. Die Kühlung erfolgt mittels 6° C kaltem Grundwasser und deckt 85 % des Kühlbedarfs ab. Die Wärmelieferung stellen Gas­kessel und ein gasbetriebenes Blockheizkraftwerk am Standort sicher. Die überschüssige Energie wird ins Netz eingespeist. Zusätzlich kann eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Bäckerei einen jährlichen elektrischen
Energieertrag von 500 MWh liefern.

Die MPREIS Bäckerei wurde in einem integralen Planungsprozess durchgehend mittels BIM geplant. Beachtet man die gesamte Realisierungszeit von 13 Monaten wird klar, dass dies nur mit Integraler Planung und durch Unterstützung des BIM-Modells möglich war.

Fazit

Ein nachhaltiger Industriebau besteht aus weit mehr als der Umsetzung einzelner Faktoren, wie dem Einsatz ökologischer Mate­rialien oder der Nutzung erneuerbaren Energiequellen. Vielmehr geht es um langfristige Wettbewerbsvorteile, konsequente Ressourcenschonung und eine leistungssteigernde Arbeitsumgebung. Ökologischer, sozialer und ökonomischer Nutzen sollen sich dabei nicht widersprechen, sondern durch effiziente Prozesse ergänzen. Für den Betreiber einer Immobilie sind die laufenden Kosten ein maßgebender Faktor. Steht die Kenntnis über die Lebenszykluskosten bereits bei der In­vestitionsentscheidung zur Verfügung, birgt dies einen erheblichen Vorteil.

Der Weg zum lebenszyklisch optimierten und nachhaltigen Gebäude führt über einen integralen Planungsprozess. Dabei arbeiten alle am Planungsprozess Beteiligten simultan und fachübergreifend die jeweils innovativste und nachhaltigste Lösung aus. Nur die Integrale Planung kann den gesamten Lebens­zyklus des Gebäudes umfassend darstellen und dabei alle Aspekte der Nachhaltigkeit
berücksichtigen.