Themen/Stadt und Lebensraum/Gebäude

Teilprojekt 3.1.1 - Gebäude- und Siedlungsstrukturen

Das Teilprojekt 3.1.1. beschäftigt sich mit den Auswirkungen der für die Modellregion Dresden relevanten Umwelteinwirkungen Sommerhitze, Überflutung, Starkregen und Hagel auf die in der Region anzutreffenden Gebäude und Baukonstruktionen. Dazu bedarf es einer umfassenden Analyse der aktuellen Regelwerke, einer Untersuchung möglicher Folgen für Gebäude in Form von Schäden oder Nutzungsbeeinträchtigungen sowie der Entwicklung geeigneter Anpassungsmaßnahmen zur Reduzierung der Verletzbarkeit.

Nachfolgend erhalten Sie Informationen über Ziele, Forschung, Ergebnisse, Produkte und Partner des Teilprojektes.  


Ziele

Die Arbeiten im Teilprojekt „Gebäude- und Siedlungsstrukturen“ konzentrieren sich auf die Entwicklung und Umsetzung ganzheitlicher Analysemethoden zur Beurteilung der Verletzbarkeit der in der Modellregion maßgebenden Gebäudetypen und Siedlungsstrukturen gegenüber veränderten Einwirkungen infolge des Klimawandels.

Die Beurteilung der Verletzbarkeit ermöglicht es gebäudetypenspezifisch planerische und bautechnische Anpassungsoptionen zu untersuchen und im Hinblick auf ihre bauliche und wirtschaftliche Tauglichkeit zu bewerten. Ein wesentliches Forschungsfeld liegt daher in der Entwicklung innovativer Konzepte, welche die Ertüchtigung der relevanten Gebäudetypen hin zu weitgehend klimaresistenten Baustrukturen ermöglichen. Auch soll die Frage geklärt werden, in welchem Umfang die baulichen Maßnahmen zur Klimaanpassung geeignet sind unter definierten Einwirkungen potenzielle Gebäudeschäden bzw. Nutzungsbeeinträchtigungen zu reduzieren.

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Untersuchungsgebiet

In ausgewählten Fokusgebieten werden exemplarisch Siedlungsstrukturen und Gebäudetypen in der Modellregion identifiziert. Diese Analyse erfolgt auf vier räumlichen Größenebenen unter Nutzung des Strukturtypenansatzes.

Großstadt Dresden: Innere Altstadt, Äußere Neustad, Seevorstadt West/Ost, Striesen, Kleinzschachwitz, Friedrichstadt, Leuben

Mittelstadt Pirna: Altstadt und gründerzeitliches Erweiterungsgebiet, Bebauung am Unterlauf der Seidewitz

Kleinstadt: Altstadt Stolpen, Bannewitz

Dorf/ländliches Gebiet: Diera-Zehren, Crostwitz, Rechenberg-Bienenmühle

A) Identifizierung wesentlicher Stadtstrukturtypen und Baualtersstufen in der Modellregion

Eine bedeutende Grundlage für die in Arbeitsschritt C) folgenden Verletzbarkeitsuntersuchungen bildet die raumstrukturelle Gliederung der Modellregion Dresden. Erst in Kenntnis der charakteristischen Gebäude- und Siedlungsstrukturen wird es möglich, die Verletzbarkeit von Gebäuden und Baukonstruktionen gegenüber veränderten Klimaeinwirkungen systematisch zu untersuchen und eventuelle Defizite hinsichtlich der Klimaanpassung zu beseitigen. Dabei wird aufgezeigt, wie mittels einer spezifischen Gebäudetypologie der zunächst sehr vielfältige Bestand an Wohn- und Nichtwohngebäuden in den Fokusgebieten zielgerichtet differenziert und dokumentiert werden kann. Die Ähnlichkeit der Gebäude gleichen Typs bezieht sich vorwiegend auf bautechnische Merkmale, die sich auf die Verletzbarkeit gegenüber veränderten Einwirkungen infolge des Klimawandels auswirken.

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B) Spezifizierung der infolge des Klimawandels relevanten Einwirkungen auf Gebäude- und Siedlungsstrukturen

Der Arbeitsschritt B) umfasst eine systematische Ex-Post-Analyse der relevanten klimatischen Kenngrößen der Modellregion Dresden anhand vorhandener Beobachtungs- und Messdaten für den Betrachtungszeitraum (1961-) 1991-2010, je nach Datenlage, um Rückschlüsse auf bereits tatsächlich aufgetretene Ereignisse in der Region zu erhalten. Dabei wurde eine Zusammenstellung der im Stadtgebiet Dresden bisher nachgewiesenen und dokumentierten klimatischen, hydrologischen und hydrogeologischen Kenngrößen erstellt. Als relevante Umwelteinwirkungen der Modellregion Dresden wurden neben Sommerhitze und Überflutung auch Starkregen und Hagel identifiziert. Weniger relevant sind Wind und Schnee. Als wesentliche Randbedingungen im Hinblick auf die Beanspruchung der Gebäude- und Siedlungsstrukturen wurden die regionalisierten Klimaszenarien und Projektionen des Modul 2 verwendet.

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C) Analyse ausgewählter Repräsentanten der maßgebenden Gebäudetypen im Hinblick auf ihre Verletzbarkeit

Das Gebäude und seine Baukonstruktionen werden in exponierter Lage durch unterschiedliche Witterungseinflüsse beeinflusst. Die wesentliche Aufgabe der Baukonstruktionen der Gebäudehülle ist es dabei, den Bewohnern einen ausreichenden Schutz vor klimatischen Einwirkungen zu bieten. Um dies auch unter zukünftigen klimatischen Verhältnissen gewährleisten zu können, überprüfen die im Projekt beteiligten Ingenieure, inwieweit für die bestehende Gebäudesubstanz ein Anpassungsbedarf besteht. Zur Ermittlung der Anpassungsnotwendigkeit muss die Verletzbarkeit der Gebäude untersucht werden, die wesentlich von der Nutzung, den vorhandenen Baukonstruktionen und den haustechnischen Elementen bestimmt wird. Zur Beurteilung der Verletzbarkeit sind daher eine umfassende Analyse und eine ausführliche Dokumentation in Form von  Gebäudesteckbriefen notwendig. Darauf aufbauend werden einwirkungsspezifische Methoden zur Verletzbarkeitsanalyse entwickelt und an ausgewählten Repräsentanten der Gebäudetypen erprobt.

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D) Bautechnische Anpassungsoptionen zur Optimierung der Klimaresistenz der analysierten Repräsentanten

Dieser Arbeitsschritt beinhaltet die Erarbeitung und Darstellung baukonstruktiv möglicher, bautechnisch tauglicher und wirtschaftlich sinnvoller Anpassungsmaßnahmen für die analysierten Repräsentanten gegenüber den insbesondere betrachteten Umwelteinwirkungen Sommerhitze, Überflutung, Starkregen und Hagel. Das Ziel liegt in der Erarbeitung eines Anpassungskataloges, der für die maßgebenden Gebäudetypen der Modellregion mögliche Anpassungsmaßnahmen aufzeigt.

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E) Bewertung ökonomischer Aspekte der Klimaanpassung von Gebäuden und Siedlungen sowie Akteursanalyse

Die Anpassung von Gebäuden und Baukonstruktionen an sich verändernde Umwelteinwirkungen infolge des Klimawandels ist monetär darstellbar. Jedoch spielen bei der wirtschaftlichen Betrachtung, neben den reinen Baukosten, weitere Parameter eine entscheidende Rolle. So sind neben der zu erwartenden Schadenshöhe und der Jährlichkeit der Einwirkungen der Zeitpunkt von Analyse und Umsetzung, die Investitionskosten, die erforderlichen Instandhaltungs- und Wartungsaufwendungen sowie die Lebensdauer der bestehenden und modifizierten Elemente zu betrachten.

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Ausgewählte Ergebnisse der Gebäudetypenkartierung

Auf der Grundlage einer GIS-basierten Luftbildauswertung wurden im Zuge von systematischen Ortsbegehungen etwa 850 ha Siedlungsfläche mit etwa 8.000 Gebäuden kartiert, fotografisch erfasst und anhand einer dafür entwickelten Gebäudetypenmatrix klassifiziert. Die Ergebnisse dieser Gebäudetypenkartierung zeigen signifikante Unterschiede hinsichtlich der wesentlichen Bebauungsstrukturen und Baualtersstufen in den untersuchten Fokusgebieten. Diese Unterschiede lassen sich anhand von Luftbildern und Kartierungsergebnissen der Gebäudetypen einschließlich Matrizen visualisieren.

Fokusgebiet DD-Friedrichstadt, Luftbild und Wohngebäudematrix (Quelle: Orthobild landeshauptstadt Dresden; Hennersdorf, IÖR)
Fokusgebiet Stolpen, Luftbild und Wohngebäudematrix (Quelle: Digitale Orthofotos (ATKIS-DOP) 2005 mit Erlaubnis des LVA Sachsen; Hennersdorf, IÖR)
Fokusgebiet Crostwitz, Luftbild und Wohngebäudematrix (Quelle: Digitale Orthofotos (ATKIS-DOP) 2005 mit Erlaubnis des LVA Sachsen; Hennersdof, IÖR)

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Relevante Klimaeinwirkungen auf Gebäude

Für Gebäude der REGKLAM-Modellregion Dresden werden im Zuge der Analyse vier Einwirkungen als relevant identifiziert:

  • steigende Beanspruchung durch Sommerhitze (Intensität und Häufigkeit),
  • erhöhte Gefahr durch Flussüberschwemmungen und zeitweises Anstauen von Niederschlagswasser nach Regenfällen,
  • erhöhte Intensität und Häufigkeit von lokal beschränkten Starkniederschlägen und
  • ein erhöhtes Hagelrisiko.

Für weitere für Gebäude relevante Einwirkungen wie Sturm und Schnee liegen in der Modellregion keine Hinweise vor, die zukünftig eine signifikante Änderung der Auftrittswahrscheinlichkeit und -intensität anzeigen.

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Verletzbarkeitsuntersuchung Sommerhitze

Die Auswirkungen des Klimawandels auf den sommerlichen Wärmeschutz werden mittels instationärer, thermischer Gebäudesimulationen analysiert. Die Simulationen werden auf Grundlage der Randbedingungen nach E DIN 4108-2:2011-10 durchgeführt. Die gewählte Untersuchungsmethodik erlaubt es, die Entwicklung der thermischen Innenraumverhältnisse von der Mitte des 20. Jahrhunderts bis zum Ende des 21. Jahrhunderts abzubilden. Hohe Innenraumtemperaturen haben negative Auswirkungen auf die Behaglichkeit, die Leistungsfähigkeit und die Gesundheit des Menschen. Aus diesem Grund wird die Verletzbarkeit durch so genannte Übertemperaturgradstunden beurteilt. Dies ist eine Kenngröße, die sowohl die Höhe als auch die Dauer einer Temperaturüberschreitung berücksichtigt. Um überprüfen zu können, inwieweit die heutigen Prämissen des Gebäudeentwurfs auch in der Zukunft sinnvoll bleiben, wird in einem weiteren Schritt die Entwicklung des Heizwärme- und des Kühlenergiebedarfs untersucht.

Ausgewählte Ergebnisse möglicher baulicher Anpassungsmaßnahmen Sommerhitze

  • Verschattung der transparenten Gebäudeflächen gegen Eintritt solarer Strahlung ins Gebäude
  • Automatisierung des Sonnenschutzes
  • Nutzung natürlicher Wärmesenken zur Gebäudekühlung (beispielsweise automatisierte Nachtlüftung)
  • Erhöhung der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit
  • Überprüfung der Dämmwirkung opaker Außenflächen gegenüber Hitzewellen, gegebenenfalls Dämmqualität verbessern
  • Nutzung technischer Gebäudekühlung, Erzeugung der notwendigen elektrischen Energie über Photovoltaik

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Verletzbarkeitsuntersuchung Überflutung

Um die Verletzbarkeit von Gebäuden und Baukonstruktionen gegenüber Überflutungen zu analysieren und daraus Anpassungsmaßnahmen für Gebäude abzuleiten, bedarf es eines fundierten Wissens über Schadensmechanismen und deren Ursachen. Die gewählte Untersuchungsmethodik bedient sich bezüglich der Verletzbarkeit einer synthetischen Vorgehensweise, bei der Ingenieure die durch definierte Wasserstandshöhen hervorgerufenen Substanzschäden prognostizieren und kalkulieren. Dabei werden an den ausgewählten Gebäuden Wasserstände bestimmter Höhen definiert und diese stufenweise synthetisch geflutet. Auf der Grundlage einer Mengenermittlung entstehen Leistungsverzeichnisse, welche die notwendigen Instandsetzungsleistungen für jede Überflutungsstufe nachvollziehbar gliedern und durch Kostenansätze einheitlicher Qualität bewerten. Als ein wesentliches Ergebnis der Verletzbarkeitsanalyse entstehen Wasserstand-Schaden-Beziehungen.

Ausgewählte Ergebnisse möglicher baulicher Anpassungsmaßnahmen Überflutung

  • Verwendung wenig schadensanfälliger Schichtenfolgen für gefährdete Wand-, Decken- und Fußbodenkonstruktionen
  • Dimensionierung und Verwendung rasch demontierbarer Konstruktionselemente zur Vermeidung von Durchfeuchtungen
  • Verhinderung der Flutung bzw. der Einwirkung des Wassers auf äußere Bauteile durch permanente oder temporäre Barrieresysteme vor der Fassade
  • Bewusster Verzicht auf eine Unterkellerung bei der Errichtung neuer Gebäude
  • Errichtung aufgeständerter Gebäude in gefährdeten Gebieten

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Verletzbarkeitsuntersuchung Starkregen

Für Schadensfälle mit Bezug zu Starkregenereignissen können maßgebende schadensverursachende Bauteile abgegrenzt werden, die eine Vergleichbarkeit und Bewertung ermöglichen. Bauteile der Gebäudehülle sind hier von besonderer Relevanz. Im Regelfall entstehen Gebäudeschäden dadurch, dass Niederschlagswasser an bestehenden lokalen Detailpunkten der Gebäudehülle in die Konstruktion eindringen kann. Der Umfang und die Intensität der durch Starkregen hervorgerufenen Feuchteschäden können stark variieren und werden von weiteren Randbedingungen wie etwa Mängeln, Wartungsqualität und Gebäudestandort (Exposition) beeinflusst. Für eine Gesamtbewertung der Verletzbarkeit sind zunächst die wesentlichen Bauteile hinsichtlich ihrer Verletzbarkeit zu klassifizieren. Diese Einschätzung ist unter Berücksichtigung von Angaben zur Qualität von Planung und Ausführung sowie zur Wartung und Instandsetzung der Bauteile weiter zu verifizieren und endet schließlich in eine Gesamtbewertung für das Gebäude.

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Verletzbarkeitsuntersuchung Hagel

Das Verletzbarkeitsrisiko eines Gebäudes gegenüber Hageleinwirkungen besteht zum einen aus der generellen Schadensanfälligkeit der mit Hagel in Verbindung kommenden Bauteile und zum anderen aus durch eine Beschädigung entstehenden Folgefaktoren. Diese sind die Einsehbarkeit, Zugänglichkeit und Reparaturnotwendigkeit von Schwachstellen sowie die Verfügbarkeit von Ersatzteilen und der für eine Reparatur notwendige Spezialisierungsgrad des Personals. Die Schadensanfälligkeit eines Gebäudes in Bezug auf Hagelereignisse ist das Verhältnis zwischen der Intensität eines Hagelschauers, welche vor allem durch den Korndurchmesser der Hagelkörner definiert und für die Modellregion mit 2 bis 3 cm prognostiziert wird, und der Widerstandsfähigkeit der mit Hagel in Verbindung kommenden Bauteile, welche aus einer Reihe genormter Prüfverfahren bestimmt werden kann. Aus der Schadensanfälligkeit und den Folgefaktoren ergibt sich anschließend gewichtet ein Gesamtverletzbarkeitsrisiko für jedes mit Hagel in Verbindung kommende Bauteil.

Ausgewählte Ergebnisse möglicher baulicher Anpassungsmaßnahmen Hagel

  • Verwendung von Materialien mit hohem Hagelwiderstand und hoher Alterungsbeständigkeit
  • Planung und Ausführung von gut zugänglichen und einsehbaren Konstruktionen
  • Schutz von Bauteilen durch geeignete Schutzschichten
  • Prüfung des Einflusses der jeweiligen Anpassungsmaßnahme auf die anderen genannten Umwelteinwirkungen

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Produkte

Identifizierung wesentlicher Gebäude- und Siedlungsstrukturen in der Modellregion - Gebäudetypologie (erschienen)

Ex-Post-Analyse von Einwirkungen und Extremereignissen (erschienen): Erstellt durch das Umweltamt der Landeshauptstadt Dresden. Ullrich, K. und Reinfried, F. (2011): Ex-Post-Analyse von Extremereignissen auf dem Gebiet der Landeshauptstadt Dresden. Unveröffentlicht, 2011.

Systematische Sensitivitätsanalysen an Repräsentanten (erschienen)

Katalog bautechnischer Anpassungsoptionen für die Repräsentanten (in Bearbeitung)

Bewertung ökonomischer Aspekte (in Bearbeitung)

Verletzbarkeitsanalyse Ex-Post an bestehenden Gebäuden in der Modellregion Dresden: Erstellt 08/2012 durch den Unterauftragnehmer MNI Dresden – Diplomingenieure für Bauwesen.

Heft 3 der REGKLAM Publikationsreihe „Gebäude unter den Einwirkungen des Klimawandels“ (erschienen)

Zu Beginn des Hefts 3 der REGKLAM Publikationsreihe werden relevante Einwirkungen auf Gebäude infolge des Klimawandels vorgestellt. Im zweiten Kapitel folgt die Entwicklung einer Gebäudetypologie für die untersuchte Modellregion. Abschließend geben die Verfasser einen Überblick zu möglichen Anpassungskonzepten.

Heft 4 der REGKLAM Publikationsreihe „Gebäudeertüchtigung in Detail für den Klimawandel(erschienen)

In der zweiten Publikation zum Themenfeld Gebäude und Klima stehen ausgewählte Beispielgebäude und deren bau- und haustechnische Anpassungsmaßnahmen im Mittelpunkt.

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Partner

Projektverantwortung

Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung
Dr.-Ing. Thomas Naumann
Dipl.-Ing. Johannes Nikolowski

Technische Universität Dresden, Institut für Baukonstruktion
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Weller
Dipl.-Ing. Marc-Steffen Fahrion
Dipl.-Ing. Sebastian Horn

 

Projektpartner

Hochschule Zittau/Görlitz, Professur für Bauphysik, Bauklimatik und Raumlufttechnik
Prof. Jens Bolsius

Umweltamt der Landeshauptstadt Dresden
Dr. Kirsten Ullrich
Dipl.-Met. Franziska Reinfried

TU Dresden, Professur Meteorologie
Prof. Dr. Christian Bernhofer
Dr. Valeri Goldberg
Dipl.-Hydrol. Majana Heidenreich

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Ansprechpartner

Dr. Thomas Naumann
t.naumann[...]ioer.de

 

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