Mit der intelligenten Fabrik Gebäude energetisch sanieren

Projektidee zur Fassaden- und Dachfertigung

Deutsches Ingenieurblatt 12/2022
Forschung
Green Engineering: Umwelt, Energie, Mensch
Energie, Klima und Dämmung

Die Jade Hochschule am Fachbereich Seefahrt und Logistik in Elsfleth hat in einem internationalen Projekt-Konsortium eine intelligente Fabrik entwickelt, in der Fassaden- und Dachpaneele zur energetischen Sanierung von Gebäuden hochautomatisiert gefertigt werden. Ziel ist es, 15.000 Wohneinheiten in der Nordseeregion jährlich mithilfe der smarten Fabrik energetisch zu sanieren. Neben der Reduzierung von CO2-Emissionen sollen zeitgleich Kosten gesenkt und die Arbeitsbelastung auf Baustellen reduziert werden. Das von der EU geförderte Interreg-Projekt Indu-Zero endete im Juni dieses Jahres nach einer Laufzeit von vier Jahren.

In den Nordsee-Anrainerstaaten gibt es eine Vielzahl veralteter Wohngebäude mit schlechter Isolierung und hohem Energiebedarf, die den heutigen Energiestandards nicht mehr entsprechen und zur Erreichung des Pariser Klimaabkommens, dessen Ziel es ist, die Erderwärmung auf unter zwei Grad zu begrenzen, energetisch saniert werden müssen. Die Kosten der derzeitigen handwerklichen Methoden sind für Eigentümer oftmals zu hoch und die Modernisierung ist sowohl aufwändig als auch zeitintensiv.

Hier will Indu-Zero, was kurz für "Industrialisation of house renovations towards energy neutral" steht, Abhilfe schaffen. An dem Projekt sind neben der Jade Hochschule Partner aus Industrie und Wissenschaft aus sechs Nordseeländern beteiligt: die Niederlande, Belgien, Großbritannien, Norwegen, Schweden und Deutschland. In diesen Ländern verursachen insgesamt 22 Mio. Wohnhäuser aufgrund ihrer veralteten energetischen Standards jährliche CO2-Ausstöße in Höhe von 79 Millionen Tonnen. Die Anzahl der energetisch sanierungs-bedürftigen Gebäude in Deutschland beläuft sich auf rund drei Millionen.

Schnellere Fortschritte beim Sanieren im Nordseeraum

"Die Fabrik, die wir entwickelt haben, ermöglicht die energetische Sanierung der Häuser nicht nur massenweise mit individualisierbaren Lösungen, sondern wird die gesamte Sanierung schneller durchführen und um rund 50 Prozent günstiger machen. So hoffen wir auf insgesamt schnellere Fortschritte bei den klimagerechten Sanierungen im Nordseeraum", sagt Prof. Dr. Kerstin Lange, die an der Jade Hochschule eine Professur für Transportwirtschaft und Projektlogistik inne hat und das Projekt wissenschaftlich begleitete. 15.000 Wohneinheiten (Reihenhäuser, Doppelhaushälften und Apartmenthäuser) sollen pro Jahr renoviert werden können. Dafür müssen in der Fabrik durchschnittlich 615 Paneele pro Tag produziert werden. Da nicht alle Baustellen gleichzeitig versorgt werden können, dauert es teilweise bis zu zwei Wochen, bis die Paneele abgeholt werden können. Bis dahin haben sich 6.000 Paneele angesammelt. "Die Frage ist, wie wirdiese Paneele bewegt bekommen, denn in der intelligenten Fabrik gibt es keine manuellen Gabelstapler mehr. Stattdessen haben wir neuartige Hängebahnsysteme entwickelt", erläutert Bennet Zander, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt.

Was den Transport anbelangt, so wurde ein Tool für die Verkehrsmittelwahl erarbeitet. Ein Umstieg vom LKW auf das Schiff oder den Zug könne, so Zander, möglicherweise rentabler sein. Doch galt es in Indu-Zero nicht nur, neue Transport- und Kommissionierungsstrategien zu realisieren, sondern es mussten auch moderne Logistikkonzepte und Wertschöpfungsstrategien erarbeitet werden, um die hohen logistischen Anforderungen einer intelligenten Fabrik nachhaltig zu verwirklichen. Im Einzelnen wurden neue Strategien der Beschaffungs-, Produktions-, Distributions- und Baustellenlogistik generiert. Zu den getesteten Technologien gehörten Virtual Reality, intelligente Roboter, cyber-physikalische Systeme oder auch das Internet der Dinge. "Wir haben verschiedene Simulationen durchgeführt. Mithilfe von Virtual Reality – durch den Einsatz von VR-Brillen – ist es möglich, virtuell durch die zukünftige Fabrik oder auch durch die zu renovierenden Gebäude zu gehen", so Zander.

Wie funktioniert die Sanierung von Gebäuden mithilfe der "smarten Fabrik"?

Zunächst erfolgt eine 3D-Laservermessung des zu renovierenden Gebäudes sowie eine Aufbereitung der Daten mit der sogenannten BIM-Technologie (Building-Information-Modelling-Technologie). Mit dieser Methode lassen sich alle Informationen über das Gebäude digital erfassen und modellieren. Sie ermöglicht es, den kompletten Lebenszyklus des Gebäudes abzubilden. Außerdem werden Daten über die Fassaden und Materialien verfügbar; man kann eine Energiesimulation machen und testen, wie teuer es werden wird, die Materialien zu ersetzen. "Wichtig ist, dass alle Beteiligten einen Zugang zu der Gebäudedatei haben", sagt Zander. Nach dem Einsatz dieser Technologie werden die neu entworfenen Fassaden- und Dachpaneele passgenau in der dezentralen intelligenten Fabrik gefertigt. Fenster, Türen, Solarpaneele sowie Ventilationssysteme sind bei diesen bis zu zwölf Meter langen und drei Meter hohen Elementen bereits integriert, sodass diese innerhalb weniger Tage vor Ort installiert werden können. Die Paneele bestehen aus EPS (Styropor), da dieser Dämmstoff angesichts der großen Anzahl der zu renovierenden Gebäude am kostengünstigsten ist. Dank der Integration von Sonnenkollektoren oder Wärmepumpen bietet die Sanierung eine nachhaltige Lösung zur Energiegewinnung und Steigerung des Wohnkomforts.

Sowohl Privateigentümer von Gebäuden als auch Wohnungsbaugesellschaften sind, nach Angaben von Zander, sehr angetan von der im Projekt erarbeiteten Lösung, denn die Renovierungskosten werden um bis zu 50 Prozent reduziert und der Renovierungsprozess geht schneller vonstatten. Theoretisch lässt sich der Baustellenprozess bei einem Reihenhaus auf drei Tage reduzieren. Hinzukommt, dass die Hausbewohner während der Renovierungsarbeiten nicht ausziehen müssen.

Mutige Investoren gesucht

Bislang existiert die hochautomatisierte Fabrik nur digital. Geplant ist eine zweistöckige, etwa 26 Hektar große Fabrik, die sich in das Landschaftsbild integrieren lassen soll. Angedacht ist ein Standort in den Niederlanden bei Enschede. Dort sind auch bereits erste Wohneinheiten mit den entworfenen Sanierungspaketen testweise ausgerüstet worden. Hierbei bestätigte sich, dass sich das Renovierungstempo deutlich steigern lässt und eine Umfunktionierung zu einem Nullenergiehaus realistisch ist. Erforderlich sind nun insbesondere mutige Investoren, die den Bau einer solchen Fabrik finanzieren. Bennet Zander zufolge ist ein Baubeginn vor 2024/2025 derzeit unrealistisch.