Lassen sich die hohen CO2-Emissionen im Gebäudebetrieb mithilfe digitaler Lösungen reduzieren?

Die globalen CO2-Emissionen gehen nur runter, wenn auch in der Bau- und Immobilienbranche der Energie- und Ressourceneinsatz reduziert wird. Der Bau, die Instandhaltung und Entsorgung von Häusern sind für 40 Prozent des gesamten Energieverbrauchs und für 36 Prozent der Treibhausgasemissionen in der EU verantwortlich – und weltweit ist das Bild ähnlich.

Das Problem ist komplex. In der EU stehen schon heute etwa 131 Millionen Gebäude (RICS, 2023), von denen die wenigsten wirklich effizient betrieben werden. Die Klimaziele bleiben so in weiter Ferne – und ihre Bewohner*innen sind kaum gegen steigende Energiepreise gewappnet. Gleichzeitig ist permanent neuer Wohnraum gefragt, denn die Bevölkerung wächst und benötigt insbesondere in den Städten dieser Welt erschwingliche Wohnungen. Damit steht der Gebäudesektor unter dem Druck, nachhaltige Lösungen zu finden und dabei Kosten und Zeitrahmen angemessen zu halten.

Unterstützung bei dieser Aufgabe kommt vermehrt von digitalen Technologien. Vor allem bei der Planung und dem Betrieb von ressourceneffizienten Gebäuden haben sie ein großes Potenzial, sagt Nicolas Réhault, Leiter der Gruppe Building Performance Optimization am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Deutschland. Bei der Planung helfen Simulationen und digitale Abbilder, das Zusammenspiel von Baukonstruktion, Materialien und dem Einsatz erneuerbarer Energiequellen zu berechnen und so von Anfang an Häuser mit kleinem CO2-Fußabdruck zu bauen.

Im Betrieb wiederum können digitale Technologien dabei unterstützen, sämtliche Verbräuche zu überwachen und so idealerweise zu reduzieren. Und das ist auch dringend nötig, denn der Gebäudebestand ist für einen Großteil der CO2-Emissionen des Sektors verantwortlich. Wie solche digitalen Tools konkret aussehen, lässt sich am Beispiel des Berliner Unternehmens metr zeigen.

metr will mit seiner digitalen Plattform Bestandsgebäude energieeffizienter machen und setzt dabei auf die Fernüberwachung von Energieverbräuchen und Heizungs- und Trinkwasseranlagen sowie eine KI-gestützte Heizungsoptimierung, da hier ein Großteil der CO2-Emissionen im Gebäudebetrieb entstehen.

Wo vermeidbare CO2-Emissionen entstehen

Die Idee hinter metr und anderen digitalen Anwendungen, die im Gebäudebetrieb ansetzen, ist es, vermeidbare Emissionen sichtbar zu machen. Diese entstehen aus verschiedenen Gründen:

• Betriebszeiten: Geräte wie Pumpen und Ventilatoren sind oft den ganzen Tag und am Wochenende in Betrieb, auch wenn kein Bedarf besteht – und vielmals sogar, ohne dass es den Betreibenden bewusst ist.
• Gleichzeitiges Heizen und Kühlen: Heiz- und Kühlsysteme versorgen aufgrund falscher Sollwerte oft dieselbe Zone zur gleichen Zeit, was den Energieverbrauch erhöht.
• Fehlerhafte Regelung: Die Steuerung von Anlagen kann Fehler in der Programmierung aufweisen oder, zum Beispiel durch falsch positionierte Sensoren, nicht die geplante Energieeffizienz erreichen.
• Mangelnde Wartung: Systeme können auch aufgrund mangelnder Wartung in ihrer Funktion und Effizienz eingeschränkt sein.

Diese Probleme werden, so Réhault, „[…] noch zusätzlich durch Informationslücken und Verluste verschärft, die dadurch entstehen, dass es eine Vielzahl an Betreibern und Verantwortlichen gibt, es an Schnittstellen mangelt, unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt werden oder eine Qualitätssicherung fehlt.“

Datengesteuerte Lösungen für ein effizientes Gebäudemanagement

Die Plattform von metr ist eine Art „digitales Rückgrat“ des Gebäudes, das sämtliche technischen Systeme miteinander verbindet. Sowohl neue als auch bestehende Geräte – wie Zähler und Sensoren – lassen sich dabei unabhängig vom Hersteller nahtlos in das System integrieren. Die Daten werden dann unmittelbar oder zeitgesteuert über ein multifunktionales Gateway zur Plattform von metr übertragen.

„In Deutschland sind mehr als 85 Prozent der Gebäude älter als 25 Jahre und mit veralteten Heizungsanlagen ausgestattet, die größtenteils fossil und ‚im Blindflug‘ betrieben werden. Um ihre Gebäude energieeffizienter zu betreiben, braucht die Immobilienbranche Transparenz über ihre Verbrauchs- und Gebäudedaten. Auf deren Grundlage lassen sich Optimierungspotenziale mithilfe digitaler Lösungen schnell und kostengünstig identifizieren und ausschöpfen“, erklärt Dr. Franka Birke, CEO, den Ansatz von metr.

Bei der Optimierung setzt metr an verschiedenen Stellen an. Der sogenannte Heizungswächter erhebt die relevanten Daten der Heizungsanlage und schafft Transparenz über den Betriebszustand. Darauf aufbauend unterstützt die intelligente Energieoptimierung dabei, den Betrieb der Heizungsanlage automatisch und kontinuierlich zu verbessern.

Außerdem kann die Plattform als zentraler Messstellenbetreiber fungieren und übernimmt den Einbau, den Betrieb und die Fernauslesung der Messstellen für Strom, Gas und Wärme. Dadurch stehen die Verbräuche digital bereit und die Energiedatenerfassung wird vereinheitlich. Zusätzlich können alle weiteren Verbrauchszähler an das System angeschlossen und Energieeinsparpotenziale identifiziert werden. metr richtet sich mit seiner Lösung vor allem an große Wohnungsbaugesellschaften und u. a. Degewo, Heimstaden und DÜBS nutzen die Plattform bereits, um die Kosten und Umweltbelastungen ihres Gebäudebestands zu senken.

Auch viele andere Anbieter sind in diesem Bereich aktiv. aedifion zum Beispiel sammelt ebenfalls sämtlicher Daten aus dem Gebäude – ebenso unabhängig von Alter, Zustand und vorhandener Technik. Die Daten werden dann zu einem digitalen Zwilling zusammengetragen und eine künstliche Intelligenz analysiert diese kontinuierlich, identifiziert Fehler im Betrieb und gibt Empfehlungen zur Optimierung. Die Lösung von aedifion regelt zusätzlich noch mithilfe von KI die Anlagen im Gebäude autonom und selbstlernend.

Digitale Optimierung ist ein Anfang

Optimal eingesetzt sollen mit metr 48 Prozent der Kosten für den Betrieb von Heizungsanlagen und bis zu 25 Prozent ihres Energieverbrauchs einsparen zu können. Um weitere 10 Prozent kann sich der Energieverbrauch bei Verwendung von Submetering reduzieren, bei dem die Mieter*innen ihre Verbrauchsdaten per App erhalten. Und auch aedifion gibt an, dass durch die KI-basierte Analyse und die autonome Regelung potenziell bis zur 40 Prozent Energie, CO2 und Kosten eingespart werden können. Die tatsächliche Höhe würde natürlich je nach Alter, Zustand, Art und Betriebsstunden des Gebäudes variieren.

Werden diese Einsparungen tatsächlich erreicht, sind das beachtliche Zahlen – vor allem Anbetracht des großen Bestands. Aber sind solche digitalen Lösungen wirklich effektiv, um den CO2-Fußabdruck unserer Gebäude zu verringern?

Gebäude sind ein CO2-Schwergewicht: Das Bauen, Wärmen, Kühlen und Entsorgen unserer Häuser hat einen Anteil von rund 40 Prozent an den CO2-Emissionen Deutschlands. Unsere Klimaziele erreichen wir nur, wenn diese Emissionen massiv gesenkt werden.

Wie aber gelingt die nachhaltige Transformation der Gebäude und welche Rolle spielen digitale Lösungen dabei? Das RESET-Greenbook gibt Antworten: Gebäudewende – Häuser und Quartiere intelligent transformieren

Digitale Lösungen bekommen Rückenwind

Auf jeden Fall kann die Digitalisierung kurzfristig dabei helfen, den Energieverbrauch im Gebäudebetrieb zu optimieren, ohne unmittelbar aufwendige Sanierungsmaßnahmen durchzuführen, sagt Rita Streblow, Oberingenieurin am Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik an der RWTH Aachen mit einer Professur an der TU Berlin, im Interview mit RESET.

Und auch Nicolas Réhault geht davon aus, dass digitale Werkzeuge, die Transparenz in den Gebäudebetrieb bringen und über Optimierungsmöglichkeiten und Abweichungen informieren, […]Einsparungen von bis zu 20 Prozent erzielt werden können. Dies belegen mehrere Studien.“

Neben den Hightech-Ansätzen sind aber auch Lowtech-Lösungen für einen zukünftig klimaneutralen Gebäudesektor gefragt. Mit u. a. einer guten thermischen Isolierung und entsprechenden Fenstern können Gebäude langfristig CO2-Emissionen einsparen. Allerdings hat der Gebäudebestand einen sehr hohen Sanierungsbedarf, für den die Kapazitäten bei den Fachbetrieben kaum ausreichen. „Digitale Werkzeuge können ermöglichen, Gebäude effizienter zu sanieren, in dem sie die Planungs- und die Installationsprozesse zum Beispiel von Fenstern oder Dämmungen beschleunigen“, so Réhault. Hierbei sind durchgehende digitale Prozesse enorm hilfreich, da sie einerseits bei der Standardisierung von Prozessen unterstützen und alle Akteure zusammenbringen.

Trotz der Tatsache, dass digitale Anwendungen den Energieverbrauch senken und Wartungen reduzieren können, was zu langfristigen Kosteneinsparungen führen kann, entscheiden sich bisher nur wenige Wohnungsbaugenossenschaften und Immobilienbesitzer*innen für deren Einsatz. Mit steigenden Energiepreisen und sich verschärfenden Auflagen zum Klimaschutz in Europa und Deutschland ist jedoch davon auszugehen, dass digitale Werkzeuge in der Bau- und Immobilienbranche stärker in den Vordergrund rücken werden.

Allerdings sollte dabei nicht aus dem Blickfeld geraten, dass auch die digitalen Anwendungen selbst Energie und Ressourcen verbrauchen. Um die tatsächliche Höhe der Einsparungen zu berechnen, müssen diese miteinbezogen werden. Doch die wenigsten Anbieter machen bisher Angaben dazu, wie viel CO2 ihre Anwendungen in Entwicklung und Herstellung verursachen und wie energieintensiv ihre Nutzung ist.

Dieser Artikel gehört zum Dossier „Gebäudewende – Häuser und Quartiere intelligent transformieren“. Das Dossier ist Teil der Projekt-Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in deren Rahmen wir vier Dossiers zum Thema „Mission Klimaneutralität – Mit digitalen Lösungen die Transformation vorantreiben“ erstellen.