In meiner vorherigen Kolumne haben wir die verschiedenen Möglichkeiten untersucht, wie Building Information Modeling (BIM) Software die nachhaltige Architektur beeinflusst hat. Aufbauend auf dem Thema Nachhaltigkeit untersucht die Kolumne dieses Monats einen neuen Trend in der Nachhaltigkeitssoftware, der als Building Energy Modeling (BEM) bezeichnet wird.

BEM ist eine Art von Software, die typischerweise mit BIM-Tools integriert wird, um die Energieanalyse und -verwaltung weiter zu verbessern. BEM-Programme bieten vollständige Gebäudesimulationen, die Ingenieure, Architekten und Forscher nutzen, um den Energieverbrauch zu modellieren – wie Heizung, Kühlung, Belüftung, Beleuchtung sowie Steckdosen- und Prozesslasten – sowie den Wasserverbrauch in Gebäuden.

Obwohl Building Energy Modeling derzeit ein Nischenmarkt für Software ist, glauben wir bei G2, dass es aufgrund seiner Fähigkeit, die Nachhaltigkeit zu verbessern, eine hohe Rendite zu bieten und letztendlich bessere Arbeitsumgebungen für die Öffentlichkeit zu schaffen, an Popularität gewinnen wird.

Warum ist BEM wichtig?

Laut der United States Energy Information Administration verbrauchten Wohn- und Geschäftsgebäude im Jahr 2018 etwa 40 % der gesamten Energie in den Vereinigten Staaten. 

Um dieses Problem zu verschärfen, wächst die Weltbevölkerung rapide und wird voraussichtlich bis 2050 10 Milliarden Menschen erreichen. Um mit diesem Bevölkerungswachstum Schritt zu halten, müssen wir täglich 13.000 Gebäude errichten und jährlich 3,3 Billionen Dollar in die Infrastruktur investieren bis 2030. Dies wird erhebliche Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Emissionen haben. Angesichts des bevorstehenden Anstiegs der Bautätigkeit müssen Architekten und Designer Wege finden, nachhaltige Infrastrukturen zu errichten. Eine der Lösungen für dieses Problem ist das Building Energy Modeling.

Historisch gesehen wurde die Energieeffizienz von Gebäuden grob geschätzt. Selbst mit BIM-Software konzentrierten sich Designer auf die Funktionalität des Gebäudes und nicht auf den gesamten Energieverbrauch.

Mit der Einführung des Building Energy Modeling können jedoch viele BIM-Plattformen die Energieeffizienz eines Gebäudes bereits in der Planungsphase leicht berücksichtigen. Designer können Parameter wie Gebäudegeometrie, Standort des Gebäudes und Wetterdaten eingeben. Das Ergebnis ist ein ganzheitlicherer Ansatz für das Building Energy Modeling, der erhebliche Auswirkungen auf die Reduzierung von Emissionen und Bauzeiten haben kann.

Es wird gesagt, dass 80 % der Leistung eines Gebäudes in den ersten 20 % des Designs entschieden werden. Wenn dies zutrifft, ist es ein weiterer Beweis für die Bedeutung der Durchführung von mehr Building Energy Modeling in den Planungsphasen.

Große Herausforderung für BEM

Für Architekten und Designer ist es ziemlich offensichtlich, dass BEM den Weg für eine nachhaltigere Zukunft ebnen kann. Dennoch deuten Schätzungen von Interessengruppen darauf hin, dass BEM nur in etwa 20 % der neuen kommerziellen Gebäudedesigns verwendet wird, und wahrscheinlich in einer noch geringeren Anzahl neuer Wohngebäudedesigns. Warum haben Designer und Architekten BEM so langsam übernommen?

Nun, aus verschiedenen Gründen.

Laut IBPSA Kanada wurde „die Entwicklung und Implementierung des automatisierten Datenaustauschs zwischen BIM und Energiesimulationstools durch die Branchenkultur spezialisierter Praktiker behindert, die sich mit der manuellen Eingabe von Gebäudedaten wohler fühlen als mit dem automatisierten Datenaustausch, dem Mangel an verfügbaren Softwareprogrammen, die einen robusten Übersetzungsprozess unterstützen, und der erforderlichen technischen Expertise.“ 

In erster Linie war der Datenaustausch zwischen architektonischen Design-Tools und Energiesimulationssoftware schon immer eine große Herausforderung. Es war ein solches Problem, dass Gebäudesimulationen zur Energieeffizienz manchmal vollständig aus dem Prozess weggelassen wurden.

Infolgedessen existieren nur zwei Datenformate, die den BIM-zu-BEM-Austausch erleichtern. Dazu gehören das Green Building XML Schema (gbXML) und die Industry Foundation Classes (IFC).

Alle Ergebnisse schnitten in einer Fallstudie schlecht ab, die versuchte, BIM-Dateien in BEM-Softwareplattformen zu übersetzen. Laut der Studie war das BIM visuell sauber, aber die importierte Geometrie hatte immer noch zahlreiche Lücken und nicht übereinstimmende Kanten.

Der Hauptgrund dafür scheint die Tatsache zu sein, dass BIM-Software speziell für Architekten und Designer entwickelt wurde; sie ist viel mehr auf die architektonische Darstellung und Baudokumentation fokussiert, während BEM-Software sich auf fortschrittliche Gebäudeenergieanalysen konzentriert. 

Abgesehen von Integrationsproblemen zwischen BIM und BEM gibt es auch Probleme im Zusammenhang mit dem Wert, den BEM-Software für Gebäudeeigentümer und Architekten bietet. Historisch gesehen wollten Gebäudeeigentümer Designs, die schnell und kostengünstig abgeschlossen werden konnten. Infolgedessen fühlen sich Architekten unter Druck gesetzt, sich bei ihren Entwürfen auf Funktionalität und Kosten zu konzentrieren, anstatt auf Energieverbrauch und Nachhaltigkeit. 

Der Weg zu mehr BEM-Implementierung

Angesichts der oben genannten Probleme müssen einige Dinge geschehen, bevor Architekten und Gebäudemanager BEM in höherem Maße implementieren.

In erster Linie müssen Gebäudemanager davon überzeugt werden, dass Building Energy Modeling ihnen helfen wird, Gewinne zu erzielen. 

Historisch gesehen waren die mit BEM verbundenen Kosten hoch. Bis vor kurzem wurden jedoch keine Studien zur Rendite der Implementierung von Building Energy Modeling durchgeführt. Eine Studie von Anica Landreneau, Direktorin für Nachhaltigkeitsberatung bei der globalen Architektur- und Ingenieurfirma HOK, ergab, dass die Rendite aus dem Energiemodellieren typischerweise nur 1–2 Monate beträgt.

  Quelle: Energy.gov

In einer ihrer Fallstudien entdeckte Anica ein Architekturprojekt, das HLK-Systeme schuf, die auf der Zirkulation von heißem und kaltem Wasser anstelle von heißer und kalter Luft basierten. Dieser Unterschied in der Infrastruktur ermöglichte es Nutzern, die BEM implementiert haben, eine erhebliche Menge an Geld bei HLK-Kosten zu sparen; das Unternehmen hatte eine Rendite von nur 1,3 Monaten.  

Wir erwarten, dass der BEM-Markt in Zukunft erheblich wachsen wird, da die Forschung weiterhin mehr Daten enthüllt, die die wirtschaftlichen Vorteile des Building Energy Modeling hervorheben. Abgesehen von der Rendite muss der BIM-Software-Markt Wege finden, mehr Produkte einzuführen, die BEM in ihre Lösungen integrieren. Dies würde einige der Hauptprobleme beim Datenaustausch zwischen BIM- und BEM-Software beseitigen.

Zum Zeitpunkt dieses Schreibens ist eines der wichtigsten Softwareprogramme auf dem Markt für Building Energy Modeling Software OpenStudio. OpenStudio unterstützt sowohl EnergyPlus als auch Radiance. Dies ermöglicht es Architekten, Licht- und Energieanalysen innerhalb eines einzigen Modells durchzuführen. Laut der International Building Performance Simulation Association sind derzeit weitere Integrationen zwischen OpenStudio und anderen großen BIM-Softwareprogrammen in Entwicklung. 

Dies ist ein Schritt in die richtige Richtung für eine nahtlose Integration zwischen BIM und BEM, das Endziel ist jedoch eine nahtlose Integration zwischen allen großen BIM-Softwareprogrammen.

       Quelle: MDPI

Laut Hexa Research wird der globale Markt für Gebäudeenergiemanagementsysteme (BEMS) mit einer jährlichen Wachstumsrate von 13,6 % wachsen und bis 2024 über 7 Milliarden Dollar erreichen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis wir in naher Zukunft einen enormen Anstieg dieser BIM-zu-BEM-Integrationen sehen werden.