LEGEP
Software für eine integrale Gebäudeplanung
Das Erstellen alternativer Gebäudelösungen zum Vergleich von deren Lebenszykluskosten und Ökobilanzen wird künftig immer wichtiger. Die Software LEGEP ist ein geeignetes Werkzeug dafür.
Die Berechnung von Investitions- und Nutzungskosten, Energiebedarf und Ökobilanz ist für nachhaltige Gebäude notwendig. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen, die durch die Auswahl von Materialien, Konstruktionen und technischen Anlagen entstehen, müssen diese Berechnungen integral sein. Das ist nur mit einer entsprechend konzipierten Software möglich. Pionier auf diesem Gebiet ist die vor zehn Jahren konzipierte und seither kontinuierlich weiterentwickelte Softwarelösung LEGEP. Sie liefert schnell präzise nachvollziehbare Ergebnisse und ermöglicht, unterschiedliche Lösungsvarianten konsistent zu verfolgen.
Dass die Zertifizierung von Gebäuden nach dem Deutschen Gütesiegel Nachhaltiges Bauen den Nachweis der Lebenszykluskosten und der Ökobilanz zwingend fordert, deutet darauf hin, dass diese in nicht allzu ferner Zukunft zur Normalität des Leistungsumfangs jeder Projektentwicklung gehören werden. Während bislang die Herstellungskosten und der Energiebedarf entscheidende Kennzahlen waren, rücken nun auch die zu erwartenden Folgekosten und Umweltbelastungen in den Mittelpunkt der Betrachtung.
Gebäudemodellierung mit der Elementmethode
Die Gebäudemodellierung durch Elemente ermöglicht dem Planer in frühen Planungsphasen eine exakte Projektbeschreibung, die von allen am Bau Beteiligten verstanden und genutzt werden kann. Bei LEGEP ist deshalb der Programmpunkt "Projektbeschreibung“ das zentrale Erfassungs- und Editierwerkzeug. Auf den ersten Blick erscheint diese Vorgehensweise in einer frühen Planungsphase als unangemessen zeitaufwendig. Das würde stimmen, wenn der Planer erst einmal alle Bauteile mühsam zusammenstellen müsste. Doch das muss er nicht. Ein umfangreicher Bauteilkatalog mit vordefinierten Baukonstruktionen dient als Grundlage und reduziert den Zeitaufwand für die Gebäudemodellierung erheblich.
Die Elementmethode der Software sirAdos erlaubt die Modellierung von Gebäuden auf der Basis exakt definierter Baukonstruktionen oder technischer Anlagen. Um der Logik der Kostenermittlung nach der DIN 276 zu entsprechen, bietet das Programm Elemente für die Aufstellung des Kostenrahmens, der Kostenschätzung, der Kostenberechnung und des Kostenanschlags an. Innerhalb der Gruppe der Baukonstruktionen (Kostengruppe 300) entsprechen die Feinelemente den Roh- und Ausbaukonstruktionen, diese ergeben mit den Anteilsfaktoren zusammengestellt die Gesamtkonstruktion als Grobelement. Die Feinelemente basieren auf den jeweiligen Teilleistungen (Positionen). In der Gruppe der Gebäudetechnik (Kostengruppe 400) entspricht das Grobelement einem Ausstattungsgegenstand oder einer technischen Anlage, die wiederum aus Feinelementen und deren Teilleistungen zusammengesetzt sind.
Der Elementaufbau heißt „Bottom-up“, da er von den kleinsten Einheiten (Leistungspositionen) ausgehend immer größere Einheiten aufbaut. Dabei gehen auf keiner Aggregationsebene die Informationen verloren, wie dies bei der Kennwertmethode nach dem alten „Top-down-Prinzip“ (Auswertung realisierter Gebäude) unvermeidlich ist. Dadurch lassen sich zum einen komplexe konstruktive Bauteile und technische Anlagen beschreiben und sofort verwenden, zum anderen sind diese Elemente über die Teilleistungen individuell anpassbar.
Für die Phase der Entwurfsplanung erfolgt die Erfassung in der Regel über Grobelemente, um mit wenigen Bauteilen das Gebäude ausreichend genau zu beschreiben. Sind zu diesem Zeitpunkt noch nicht alle Informationen zur Gebäudemodellierung vorhanden, übernehmen beliebig gewählte Bauelemente die Funktion eines Platzhalters (Default-Element).
Die Anzahl der Ansätze für die Gebäudemodellierung in verschiedenen Planungsphasen erfordert ungefähr
- 80 bis 100 Grobelemente
- 150 bis 200 Feinelemente
- 1000 Leistungspositionen
Im Planungsablauf ist jede Phase nachvollziehbar, da von der Grobelementkalkulation über die Feinelementmodellierung bis hin zum Leistungsverzeichnis alles ohne Informationsbruch aufeinander aufbaut. Mit der Bauteilbeschreibung durch Elemente ist die Zielsetzung gelungen, eine durchgängige Datenstruktur für verschiedene Planungsphasen anzubieten.
Kostenplanung
Die erste Auswertung des Gebäudemodells erfolgt in LEGEP mit dem Programmpunkt „Kostenplanung“. Die traditionellen Methoden der Kostenschätzung bzw. Kostenberechnung über Kostenkennwerte abgerechneter Bauvorhaben sind mit den Anforderungen der Ermittlung und Bewertung für Bauprojekte in engen Toleranzgrenzen überfordert. Die Modellierung von Gebäuden mit Bauelementen erlaubt dagegen die korrekte Beschreibung und Berechnung eines konkreten Projektes.
Nahezu jeder Anbieter von AVA-Software unterstützt inzwischen die Methodik der Berechnung von Baukosten mit Bauteilen. Die sirAdos-Elemente basieren auf Leistungspositionen mit aktuellen Baupreisen. Diese werden mit der Auswertung von Preisspiegeln erhoben.
Ohne zusätzlichen Eingabeaufwand erzeugt das Gebäudemodell je nach gewünschter Differenzierung die erforderlichen Unterlagen zur Kostenermittlung nach DIN 276 mit zusätzlichen grafischen Darstellungen. Eine Ausgabe aller projektbezogenen Leistungsverzeichnisse ist ein weiterer Leistungspunkt von LEGEP. Sämtliche LVs lassen sich über übliche Schnittstellen in jede beliebige AVA-Software exportieren.
Eine weitere Planungsaufgabe besteht heute mit dem Nachweis des Energiebedarfs nach EnEV 2009 oder DIN 18599. Meist vergeben Planer diese Arbeiten an ein spezialisiertes Ingenieurbüro, das zunächst mit einer anderen Software ein eigenes Gebäudemodell erzeugt. Das bedeutet nicht nur erhöhten Zeitaufwand, sondern oftmals auch Fehler durch Neuberechnungen oder falsche Datenübermittlung.
Wärme und Energie
Durch das bereits vorhandene Gebäudemodell auf Basis von Elementen und der konkreten Beschreibung eines jeden Elements als bauphysikalisches Schichtenmodell ist es innerhalb LEGEP möglich, den Transmissionswärmeverlust und den Energiebedarf nach EnEV bzw. DIN 18599 zu berechnen.
Hierfür ist es lediglich notwendig, die entsprechenden Elemente nach Gebäude- und Flächenorientierung als Hüllfläche – z. B. Bodenplatte, Fenster oder Dach – festzulegen. Grundvoraussetzung für die Berechnung ist natürlich die Ausrüstung der Bauteile mit bauphysikalischen Daten. Dazu sind ca. 1400 Baustoffe mit den Leistungspositionen und mit den Elementen verknüpft. Die Baustoffdaten werden gültigen Normen wie der DIN 4108 oder aus entsprechenden Literaturquellen für Bauphysik bzw. den konkreten Herstellerangaben entnommen.
Die Elemente der technischen Anlagen sind bereits mit allen notwendigen Zusatzangaben vorbelegt: Dies sind unterschiedliche Kennzeichen wie z. B. Lüftungsart, Solarnutzung, Wärmeerzeugung, Regenwassernutzung, Betriebsmittel und Wirkungsgrad des Heizkessels. Durch die Bereitstellung dieses umfangreichen Datenpools für mehrere Tausend Elemente verkürzt sich die notwendige Eingabezeit für die Berechnung um die Hälfte.
Nach der Festlegung der Gebäudekonstruktion mit Zuweisung der Hüllflächen und Angabe der Ausführungsmengen sowie der Anlagentechnik lässt sich die Berechnung des EnEV-Nachweises durchführen. Auch die Zonierung von Projekten und die Berechnungen nach DIN V 18599 für Alt- und Neubau sind möglich.
Den für die Baueingabe notwendigen Energiebedarfsausweis erzeugt das Programm automatisch auf Knopfdruck. Zusätzlich steht für die Projektdokumentation ein vollständiger Energiebericht zur Verfügung. Ergänzend dazu lässt sich auch noch der jährliche Wasser- und Strombedarf berechnen.
Durch das gemeinsame Gebäudemodell werden nicht nur alle Planungsänderungen in der Kostenplanung berücksichtigt, sondern auch die Folgen für den Energiebedarf berechnet. Dadurch kann der Planer allen Beteiligten den Zusammenhang zwischen Herstellungsaufwand und Betriebskosten transparent darstellen. Kosten-Nutzen-Betrachtungen für den Gebäudebestand lassen sich bei Bedarf mit dem Programmmodul „Wirtschaftlichkeit“ schnell und präzise durchführen.
Lebenszykluskosten
Das Programmmodul „Lebenszykluskosten“ liefert belastbare Aussagen zu den Gebäudekosten in der Nutzungsphase. Die bereits vorhandenen Ergebnisse zu Kostenplanung und Energiebedarf fließen in die neuen Berechnungen ein. Zusätzlich werden die bestehenden Neubauelemente um Folgeelemente für unterschiedliche Serviceleistungen in der Nutzungsphase ergänzt und verknüpft. Diese Folgeelemente für Reinigung, Wartung, Instandsetzung und Rückbau stellt eine Datenbank für die Bereiche „Neubau“ und „Bauen im Bestand“ zur Verfügung – insgesamt über 10 000 mit Daten zu mit jeweiligen Kosten und ihren zeitlichen Zyklen.
Die Reinigungsintervalle werden durch Branchenrecherche, bei Projektauswertungen und in Forschungsprojekten ermittelt. Die Wartungszyklen entsprechen entweder den Empfehlungen der Hersteller oder berücksichtigen gesetzliche Vorgaben aufgrund von Verordnungen – z. B. Heizungswartung. Die Instandsetzungszyklen beziehen sich weitgehend auf die Angaben im „Leitfaden für nachhaltiges Bauen“ des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS). Die Zyklen für die technischen Anlagen entsprechen den Angaben in der VDI 2067. Die Berechnungsergebnisse des Energiebedarfs werden automatisch mit Betriebselementen verknüpft.
Zusammen mit dem Energiebedarf verfügt das Gebäudemodell durch die Folgeelemente über alle notwendigen Informationen zur Ermittlung der Lebenszykluskosten. Alle vorgegebenen Standards bei den Reinigungs-, Wartungs- oder Instandhaltungszyklen sind innerhalb des Gebäudemodells jederzeit modifizierbar.
Die Auswertung des Gebäudemodells entsprechend der Gliederungsvorgabe der DIN 18960 ermöglicht die getrennte Sicht auf die einzelnen Kostenverursacher wie Reinigung, Wartung, Betrieb, Instandsetzung und Rückbau.
Über eine grafische Auswertung der Folgekosten im zeitlichen Verlauf der Bauwerksnutzung lassen sich die Kostenverursacher im Projekt identifizieren. Aufgrund dieser Informationen kann dann gegebenenfalls frühzeitig nach Ausführungsalternativen gesucht werden. Die grafische Darstellung erfolgt wahlweise kumuliert oder summiert.
Auch eine dynamische Berechnung der Lebenszykluskosten nach der Barwertmethode ist möglich. Diese Auswertungsart wird bei der Gebäudezertifizierung der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) ausdrücklich gefordert.
Ökobilanzen
Eine der drei Säulen von Nachhaltigkeit ist die Ökobilanz. Für die Berechnung der Umwelteinträge eines Bauprojekts steht das Programmmodul „Ökobilanz“ zur Verfügung.
In einer eigenen Ökobilanzmoduldatenbank sind die Sach- und Wirkungsbilanzdaten für Bauprozesse, Bauprodukte, Energiebereitstellung, Transport und Entsorgung enthalten. Als Datenbasis dient die „Ecoinvent 2.0“ für internationale und die „Ökobau.DAT“ für nationale Projektierungen. Grundlage dafür sind aktuelle Sachbilanzdaten, die beide Datenanbieter bereitstellen. Es handelt sich dabei um produktneutrale Durchschnittswerte.
Mit diesen Werten berechnet die Software sowohl die Energie- und Stoffflussbilanzen als auch die Wirkungsbilanz. Dabei unterscheidet das Programm folgende Indikatoren:
- Primärenergieaufwand aus erneuerbaren Quellen (in MJ)
- Primärenergieaufwand aus nicht erneuerbaren Quellen (in MJ)
- Treibhauspotenzial (CO2-Äquivalent)
- Versauerung (SO2-Äquivalent)
- Ozonschichtabbaupotenzial (CFC11-Äquivalent)
- Ozonbildungspotenzial (Ethen-Äquivalent)
- Überdüngungspotenzial (Phosphat-Äquivalent)
Jede Phase des Lebenszyklus lässt sich separat anzeigen und bewerten. Die Software unterscheidet bei der Berechnung der Energie- und Stoffflüsse die folgenden Phasen:
- Herstellung (He)
- Betrieb (Be)
- Reinigung (Re)
- Instandsetzung (Ins)
- Entsorgung (Ent)
Projektvergleich
Projektvarianten eines Gebäudes lassen sich im Programmmodul „Projektvergleich“ miteinander vergleichen. Ein Gebäude dient dabei als Referenzbezug und die Software stellt die Varianten mit entsprechenden Abweichungen für verschiedene Planungsaspekte – wie z. B. Kosten, Energiebedarf oder Ökobilanz – dar.
Auf diese Weise entsteht für Bauherren und Investoren eine leicht nachvollziehbare Entscheidungsgrundlage.
Auswirkungen auf die Planung
Der umfangreiche Datenpool und die integrale Berechnungssoftware unterstützen den Planer schon in frühen Planungs- und Entscheidungsphasen. Durch die Verwendung des Gebäudemodells ist der Zeitaufwand für die vielen Auswertungsmöglichkeiten äußerst gering und eine absolute Datenkonsistenz gewährleistet.
Vorteilhaft ist ein Grundwissen über die verschiedenen Bearbeitungsfelder, um Plausibilitätsprüfungen durchführen zu können. Durch die konsequente Anwendung der integralen Bearbeitungsmethodik wächst bei allen Beteiligten das Wissen über die gegenseitigen Abhängigkeiten einzelner Planungsentscheidungen kontinuierlich an.
Im Planungsfortschritt lässt das Gebäudemodell bis hin zur Übergabe in ein Leistungsverzeichnis ohne Informationsbruch immer weiter verfeinern. Dabei können alle Planungsstände umfassend dokumentiert werden und stehen anderen Programmen zur weiteren Auswertung zur Verfügung. Für die Übergabe an andere Ausschreibungsprogramme existieren Standardschnittstellen.
In Vorbereitung sind weitere Schnittstellen für die Übergabe von Elementen der Lebenszykluskosten-Berechnungen an CAD-Software. Damit ist dann auch eine durchgängige Bearbeitung von Bauprojekten möglich.
Aber schon jetzt gilt: Auf die vielen komplexen Fragen, die eine Planung nach den Kriterien der Nachhaltigkeit stellt, liefert LEGEP mit einem überschaubarem Aufwand die passenden Antworten.
Autoren: Holger König, Karlsfeld und Wolfgang Mandl, Kissing