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Zusammenfassung (Deutsch)

Der Gebäudesektor hat sowohl in Deutschland als auch in den übrigen Industrienationen einen entscheidenden Anteil am Gesamtenergieverbrauch und Klimagasausstoß. Seine energetische Verbesserung nimmt daher im Zuge des anstehenden Klimawandels und der Verknappung der (Energie-)Ressourcen eine entscheidende Rolle ein. Abgesteckte Ziele geben für die Baubranche - isoliert betrachtet - Einsparungen bei den CO2-Gesamtemissionen in Höhe von rund 90 % in den nächsten vier Dekaden vor. Die Europäische Union fordert hierzu für Neubauten ab 2019 (öffentlich) bzw. 2020 (privat) einen national zu definierenden Standard des Niedrigstenergiegebäudes. In Deutschland ist im Rahmen der Energiewende zudem das Ziel des Klimaneutralen Gebäudebestands bis 2050 formuliert. Aufbauend auf der Motivation Energie(-kosten), Klimagasemissionen und/oder den Ressourcenverbrauch zu verringern, entstehen weltweit bereits seit vielen Jahren Gebäude mit dem Anspruch an eine ausgeglichene Energiebilanz - sog. Nullenergiegebäude. Diese weisen die - laut der von der EU vorgegebenen „Directive on the Energy Performance of Buildings (EPBD)“ - zwei entscheidenden Faktoren einer sehr hohen Gesamtenergieeffizienz und einer Deckung des fast bei null liegenden Energiebedarfs durch Energie aus erneuerbaren Quellen auf. Somit wird also ein über die bisherigen Anforderungen von Immobilien hinausgehender, energetischer Anspruch sowie die Übernahme ebensolcher Verantwortung für Gebäude formuliert. Die Umsetzung dieser Ziele und Gebäudekonzepte, ihr Einfluss auf die Gebäudegestaltung sowie die mögliche Kompensation werden durch die Architekturschaffenden weitreichend diskutiert und im Zuge dieser Arbeit analysiert. Ziel und Inhalt der vorliegenden Arbeit werden durch vier - teils aufeinander aufbauende - Kernaspekte bestimmt. Zu Beginn wird das Szenario des Klimaneutralen Gebäudebestands dahingehend eingeordnet, dass energetische Alternativen außerhalb des Gebäudesektors skizziert und damit die Wichtigkeit und Verantwortung des Gebäudesektors für das Erreichen der formulierten (Klimaschutz-)Ziele dargestellt werden. Es zeigt sich, dass die Deckung des gesamten gebäudeinduzierten Energieverbrauchs in Deutschland nicht durch die externe Nutzung erneuerbarer Energien außerhalb des Gebäudesektors kompensiert werden kann. Für Gebäude bietet sich die Möglichkeit, ihren Energiebedarf durch eigene lokale Erträge zu decken. Da sich eine Analogie zwischen den beiden Größen auf Grund des heizungsdominierten Klimas bzw. Energiebedarfs in Mitteleuropa selten ergibt, und deren Herbeiführung in technischen Sonderlösungen mit großem Speicheraufwand mündet, eignet sich hierzu die Energiebilanz im Zuge eines Jahres - die sog. Netto-Nullenergiebilanz. Der zweite Kernaspekt beinhaltet die möglichen methodischen Festlegungen innerhalb einer solchen Energiebilanz. Da zum Zeitpunkt des Verfassens der Arbeit kein einheitliches (normatives) Verständnis des Nullenergiegebäudes etabliert ist, aber bereits etwa 80 solcher Definitionen aus der Gebäudepraxis sowie weitere wissenschaftlich diskutierte Ansätze bekannt sind, werden verschiedene Optionen zu unterschiedlichen Festlegungen und deren Auswirkungen auf die Architektur bzw. die Umsetzbarkeit an Gebäuden untersucht. Hier sind vor allem Indikatoren und Bewertungsverfahren, Bilanzgrenze und rahmen sowie mögliche Quantifizierungsgrößen zu nennen. Gegenüber der theoretischen Analyse der Methodik bilden die in der Praxis genutzten Umsetzungsstrategien und -maßnahmen auf dem Weg zu Nullenergiegebäuden und deren Querschnitt sowie ein Vergleich mit normativen Anforderungen bzw. der üblichen Baupraxis den dritten Kernaspekt. Hier lassen sich Trends für die typische und typologiespezifische Umsetzung von Nullenergiegebäuden darstellen und Empfehlungen für das zukünftige Bauen ablesen. Der vierte Kernaspekt beschreibt, inwiefern die Architektur von Nullenergiegebäuden durch das energetische Konzept beeinflusst bzw. gegenüber herkömmlichen Gebäuden gestalterisch und formal verändert wird. Hierüber und durch die Gegenüberstellung mit den Gegebenheiten des deutschen Gebäudebestands lässt sich das Potenzial des Klimaneutralen Gebäudebestands in Deutschland sowie die Frage einer neuen Architekturepoche diskutieren. Die zentralen Erkenntnisse der Arbeit lassen sich auf die Kernaspekte aufteilen. Allem voran steht die Erkenntnis, dass Nullenergiegebäude möglich sind, jedoch im Gegensatz zu üblichen Gebäuden bestimmte, sowie im Falle von Sanierungen weitreichende Voraussetzungen (z.B. Lage, Dichte oder Baustandard) erfordern bzw. mindestens formale Konsequenzen (bspw. Kompaktheit oder Dachform) nach sich ziehen. Darüber hinaus kann festgehalten werden, dass der auszumachende Anstieg der Wohnfläche pro Person sowohl ein Hindernis als auch Wegbereiter für den Ausgleich der Energiebilanz und damit das Ziel eines Klimaneutralen Gebäudebestands darstellt. Sofern der gesteigerte Flächenbedarf in urbanen Stadtquartieren oder tendenziell effizienten, weil dichten (Mehrfamilien-)Häusern gedeckt wird, verringern sich die Potenziale für den Ausgleich der Energiebilanz dieser Gebäude. Mündet er in kleinen Wohngebäuden, steigt zwar der Flächenverbrauch weiter, aber parallel auch das Verhältnis zwischen Nutz- und über Solaranlagen nutzbarer Dachfläche. Ein gesteigertes Pendleraufkommen zehrt allerdings die Einsparungen dieser Gebäude auf, was stellvertretend für die generellen Anstrengungen im Zuge der Energiewende steht. Es gilt Energiebedarfe ganzheitlich und absolut zu betrachten (Suffizienz), zu verringern (Effizienz) sowie durch erneuerbare Energie zu decken (Konsistenz). Im Bereich der Methodik erweist sich die Fortführung der tlw. bereits eingeführten asymmetrischen und nicht-statischen Gewichtung von Primärenergiebedarfen und -erträgen bzw. den damit verbundenen CO2-Emissionen als architektonisch schwerlich umsetzbar. Sofern die Gutschriften gegenüber den Energiebedarfen durch die Verwendung dieser Indikatoren stark abgewertet werden, steigen die benötigten Erzeugungskapazitäten so massiv an, dass diese weder auf den Gebäuden installiert noch ausgeglichene Energiebilanzen erreicht werden können. Der Einfluss auf die Indikatoren bzw. Umrechnungsfaktoren aus Politik und der sich wandelnden Energieinfrastruktur verzerrt die Gebäudebewertung, so dass die Berechnung weiterer Quantifizierungsgrößen vorgeschlagen wird. Hierüber kann die energetische Verknüpfung der Nullenergiegebäude mit der Infrastruktur und deren Umgang mit saisonalen Lastunterschieden beschrieben werden. Es zeigt sich, dass eine Harmonisierung von Energiebedarf und -ertrag (hohe Raten bei der Eigenbedarfsdeckung und -ertragsnutzung) mit teils mäßig vergrößerten Solarstromanlagen zu realisieren ist, während netzreaktive Anpassungen hinsichtlich zeitvariabler Ertragsüberschüsse auf Gebäudeebene durch vergrößerte Solarstromkapazitäten erneut kaum umsetzbar sind. Eine Lastgangadaption lässt sich vielmehr durch den Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung und/oder kleine Batteriespeicher ohne formale Eingriffe realisieren, wobei die KWK auch auf saisonaler Ebene Vorteile erbringt. Anforderungen an einen bestimmten Anteil an erneuerbaren Energieträgern können entfallen, da Nullenergiegebäude hier ohnehin sehr hohe Anteile erreichen. Die Hinzunahme der nutzungsspezifische Verbraucher in die Bilanzgrenze (sie machen ca. 60 % des Gesamtprimärenergieverbrauchs aus) verdoppelt die nötigen Ertragskapazitäten bei Nullenergiegebäuden gegenüber solchen, die allein die Verbräuche der bisher gängigen Normung ausgleichen. Dennoch findet dies sowohl in der Theorie als auch in der Praxis überwiegend Anwendung. Dies gilt nicht für die Hinzunahme der Grauen Energie. Zwar erscheint deren bilanzieller Ausgleich unter ökologischen Gesichtspunkten als konsequent, und nimmt sie bei Nullenergiegebäuden gegenüber sonstigen Gebäuden nicht zu, doch führt ihr Ausgleich zu einem weiteren Anstieg der nötigen Erträge und damit zu Schwierigkeiten in der Umsetzung. Hier gilt allerdings, dass der Aufwand der Grauen Energie durch den Zusammenhang mit der Quote an erneuerbaren Energieträgern in der Energieinfrastruktur zukünftig sinkt, und eine Kompensation einfacher wird. Die Erweiterung der Bilanzgrenze um die (Elektro-)Mobilität führt ebenfalls zu größeren Erzeugungskapazitäten, während die Nutzung von Elektroautos als reiner Speicherersatz Einspeisespitzen verringert und eine Entlastung des Stromnetzes ermöglicht. Der Querschnitt bekannter Nullenergiegebäude zeigt typische und typologiespezifische Umsetzungsstrategien auf. Neben einer Dominanz von Solarstromanlagen, die durchgehend Verwendung finden, sind die übrigen Strategien und Maßnahmen geprägt durch das Passivhauskonzept, umfängliche Maßnahmen zur Vermeidung der aktiven Kühlung und Ambitionen zum Einsparen nutzungsspezifischer Stromverbräuche. Die sehr häufige Nutzung von Wärmepumpen führt zu vielen Nur-Strom-Gebäuden. KWK-Anlagen als alternative Wärmeerzeuger ergänzen vor allem bei großen (Nichtwohn-)Gebäuden zusätzlich die Solarstromerträge und bieten die besten Optionen zu hohen Quoten bei der saisonalen Betrachtung von Eigenbedarfsdeckung und Eigenertragsnutzung. Windkraftanlagen auf Gebäuden sind hingegen eine Ausnahme. Während sich die Merkmale zur Gebäudeeffizienz typologieübergreifend ähneln und durchschnittliche Werte, die die normativen wie auch passivhaustauglichen Anforderungswerte unterbieten, durchweg angestrebt werden (z.B. mittlerer Primärenergieverbrauch meist deutlich unter 100 kWhP/m²NGF), driften die technischen Parameter oft auseinander (z.B. Ø Solarstromleistung bei kleinen Wohnhäusern 51, bei Verwaltungsbauten 36 Wp/m²NGF). Generell entwickeln Nullenergiegebäude wegen der vorangegangenen Aspekte formale Eigenheiten (Kompaktheit, asymmetrische Satteldächer, funktionale Einfachheit) und darüber eine eigene Identität. Eine gestalterische Dominanz des Konzepts der ausgeglichenen Energiebilanz kann hingegen auf Basis vergleichbarer Trends im Baugeschehen der letzten Dekade nicht allgemeingültig ausgemacht werden. Da Solarstromanlagen im Fokus des Konzepts stehen, gelingt ihre konzeptionelle Einbindung überwiegend. Aus Sicht der Planer müssen energetisch relevante Themen dazu unmittelbar in den Entwurfsprozess eingehen. Sofern die gestellten Anforderungen dies ermöglichen, steigt die Bereitschaft, Nullenergiegebäude zu entwickeln und darüber das Thema Energieerzeugung als eine weitere Grundfunktion von Gebäuden zu etablieren. Dabei bleibt es fraglich, ob sich eine Bauepoche der Energiewende ausprägen wird, da der Klimaneutrale Gebäudebestand trotz der beschriebenen Möglichkeiten ohne externes Zutun kaum zu realisieren sein wird und heutige Gebäude meist weder energetisch noch formal die Voraussetzungen bieten, ausgeglichene Energiebilanzen auf Gebäudeebene durchgehend zu erreichen. Externe Veränderungen und sich wandelnde Einflüsse werden dies im Sinne einer ausgeglichenen Energiebilanz auf Gebäudeebene zukünftig weiter erschweren.

Zusammenfassung (Englisch)

The building sector is responsible for a significant share of total energy consumption and the emission of greenhouse gases, both in Germany and in other industrialised countries. Improving the energy-related performance of buildings thus plays a decisive role with respect to climate change and diminishing (energy) resources. Goals announced for the building sector – viewed in isolation – define savings in total CO2-emissions of around 90 % for the next four decades. The European Union requires each member state to define a national standard for Nearly Zero Energy Buildings, which will apply to new public buildings from 2019 and new private buildings from 2020. In Germany, the goal of a climate-neutral building stock by 2050 has also been formulated within the context of the energy revolution. Based on the motivation to reduce energy consumption or costs, greenhouse gas emission and/or consumption of resources, buildings have been constructed around the world for many years which aim to achieve an equalized energy balance – so-called net-zero-energy buildings. According to the EU “Directive on the energy performance of buildings“, these feature two crucial characteristics, a very high energy efficiency and a supply of the nearly-zero energy demand by renewable sources. The Directive thus formulates a more ambitious energy-related goal for buildings than elsewhere and thereby recognises the responsibility which the building sector must assume for its energy consumption. Implementation of these goals and building concepts, their influence on building design and possibilities for compensation are topics that are being widely discussed by architectural professionals and will be analysed in this thesis. The objectives and contents of the thesis presented here are determined by four core aspects, which are interdependent to some extent. Initially, the scenario of a climate-neutral building stock is placed in perspective by sketching energy-related alternatives outside the building sector, thereby clarifying the importance and the responsibility of the building sector for attaining the formulated climate-conservation goals. It becomes evident that meeting the entire building-induced energy demand in Germany cannot be compensated by the external application of renewable energy sources outside the building sector. Buildings have the option to meet their energy demand by their own supplies generated on site. As supply and demand seldom vary in parallel in Central Europe with its heating-dominated energy demand, and as matching them on a short time scale calls for special technical solutions requiring large storage capacity, the energy balance averaged over a year is a useful measure – the so-called net-zero energy balance. The second core aspect encompasses possible methodological definitions for such an energy balance. A single (normative) understanding of the “zero-energy building” concept had not yet been established at the time of writing the thesis but already about 80 such definitions were already known from building practice beside other scientifically discussed approaches. Therefore, different options for various definitions and their effect on architecture or the feasibility of implementing them in buildings were investigated. Primarily indicators and evaluation methods, balance boundaries and frameworks, and quantitative parameters are examined. Complementing the theoretical analysis of methodology, the third core aspect consists of a cross-sectional analysis of implementation strategies and measures, which are used in practice to achieve zero-energy buildings, and a comparison with standards specifications and the usual building practice. Trends for typical and typology-specific implementation of zero-energy buildings are presented and recommendations derived for future building practice. The fourth core aspect describes the extent to which the architecture of zero-energy buildings is influenced by the energy concept or is changed in design or formal aspects compared to conventional buildings. On this basis, and by comparing zero-energy buildings with the existing features of the German building stock, the potential for a climate-neutral building stock and the question of a new architectural era can be discussed. The central findings of the thesis can be allocated to the four core aspects. The most important is the in-sight that zero-energy buildings are feasible but, unlike conventional buildings, they demand certain pre-conditions (e.g. location, density or building standard) or at least design specifications (e.g. compactness or roof form) which can have wide-reaching consequences in the case of renovation. Beyond this, it should be noted that the identifiable increase in living area per capita can act as both a hindrance and a promoter for a neutral energy balance and thus the goal of a climate-neutral building stock. If the increased demand for floor area is met in medium-density housing or urban neighbourhoods, which already tend to be energy-efficient due to their density, the potential for balancing the energy budget of these buildings drops. If it leads to small houses, the land area consumption continues to increase, but so does also the ratio of the roof area which can be used for solar systems to utilized living area. However, increased commuting volume saps the savings achieved by the buildings themselves, which is representative in general for isolated efforts made as part of the energy revolution. It is necessary to examine energy demands holistically and absolutely (sufficiency), to reduce them (efficiency) and to meet them with renewable energy sources (consistency). Within the area of methodology, it is architecturally difficult to achieve continuity of implementation, given the asymmetric and non-static weighting factors for primary energy demand and supply and the associated CO2-emissions, which has already been introduced in some cases. As soon as the credits with respect to the energy demands are strongly devalued by usage of these weighting factors, the required generation capacity increases so enormously that it cannot be installed on the buildings and balanced energy budgets cannot be achieved. The influence on the indicators or conversion factors, which is defined by politics and the changing energy infrastructure, distorts the building energy evaluation, such that the calculation of further quantifying parameters is proposed. They allow the energy-related connection of zero-energy buildings to energy infrastructure and its treatment of seasonal load differences to be described. It becomes evident that energy demand and supply can be harmonised (high rates for “load match index“ and “supply cover factor”) often by moderate extension of photovoltaic systems, whereas grid-reactive adaptation with regard to fluctuating excess yields at the building level can again hardly be replaced by increased photovoltaic capacity. Adaptation of the load profile is much better achieved by application of combined heat and power (CHP) plants and/or small battery units without affecting the building form; CHP also brings advantages at a seasonal level. Specifications for a certain ratio of renewable energy (RER), by contrast, are not needed, as zero-energy buildings reach very large ratios anyway. Including usage-specific loads within the balance boundary (they can constitute up to 60 % of the total primary energy consumption) doubles the required supply capacity for zero-energy buildings compared to those which solely balance the consumption which has been conventionally considered up to now. Nevertheless, the conventional approach is the one that has been applied predominantly to date, both in theory and in practice. This does not apply for the inclusion of embodied energy. Although it appears consistent from ecological viewpoints to compensate for it also in the energy balance, and although it is not necessarily higher for zero-energy buildings than for conventional buildings, its compensation leads to a further increase in the required energy yields and thus to difficulties in implementation. However, the energy effort of embodied energy will sink in future due to its correlation with the quota of renewable energy within the energy mix, such that compensation will become simpler. Extending the balance boundary to include (electro-)mobility also leads to larger required generation capacity on the building, whereas the usage of electric cars purely as a substitute for stationary electric storage units flattens feed-in peaks and reduces the demands on the electricity grid. The cross-sectional analysis of known zero-energy buildings reveals typical and typology-specific implementation strategies. In addition to the dominant photovoltaic systems, which are used ubiquitously, the remaining strategies and measures include passive house concepts, extensive measures to avoid active cooling and efforts to reduce usage-specific electricity consumption. Very frequent usage of heat pumps leads to many all-electric buildings. CHP systems, as alternative heating sources, also complement the photovoltaic yields, particularly in large (non-residential) buildings, and offer the best options for high utilisation factors and self-consumption ratios when evaluated on a seasonal basis. By contrast, wind energy systems on buildings are an exception. Whereas the features leading to building efficiency resemble each other, regardless of the building typology, and the planned average values are lower in all cases than those required by conventional building or passive-building standards (e.g. average primary energy consumption significantly lower than 100 kWhP/m²nfa), the technical parameters often diverge (e.g. average photovoltaic capacity of 51 WP/m²nfa for small houses but 36 WP/m²nfa for commercial buildings). In general, zero-energy buildings develop their own identity due to individual design characteristics reflecting the aspects mentioned previously (compactness, asymmetric pitched roofs, functional simplicity) and other features. By contrast, design dominance of the net zero-energy concept cannot be generally identified on the basis of comparable trends in construction over the past decade. As photovoltaic systems form the core of the concept, their conceptual integration is predominantly successful. From the planner’s perspective, energy-relevant topics must enter directly into the early design process. If the specified demands allow it, the willingness to develop zero-energy buildings is increasing, allowing energy supply to become established as a further basic function of a building. Nevertheless, it is unclear whether a building era of the energy revolution will become identifiable, as it will hardly be possible to achieve a climate-neutral building stock, despite the described possibilities, and most of the buildings existing today possess neither the energy-relevant characteristics nor the design features needed to achieve equalized energy balances at the building level on a widespread basis. External variations and changing influences will make this still more difficult in future.

Zusammenfassung (Französisch)

En Allemagne comme dans les autres pays industrialisés, le secteur du bâtiment a une part déterminante dans la consommation totale d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre. Son amélioration énergétique prend pour cela une importance décisive au vu du processus du changement climatique actuel et de la raréfaction des ressources. Les objectifs fixés pour le secteur de la construction prévoient - considéré isolément - une réduction d'environ 90 % du total des émissions de CO2 sur les quatre prochaines décennies. L'Union Européenne exige dans cette optique une norme du bâtiment à consommation d'énergie quasi nulle à définir à l'échelle nationale à partir de 2019 (public) ou 2020 (privé). En Allemagne, l'objectif du parc de logements climatiquement neutre dans le cadre du tournant énergétique a par ailleurs été fixé à 2050. Dans le souci de réduire les coûts énergétiques, les émissions de gaz à effet de serre et/ou la consommation de ressources, des bâtiments exigeant un bilan énergétique équilibré (encore appelés bâtiment à consommation d'énergie nulle) voient le jour partout dans le monde depuis plusieurs années. Ceux-ci présentent - selon la directive sur la performance énergétique des bâtiments (PEB) fixée par l'UE - les deux facteurs décisifs d'une performance énergétique très élevée et de la satisfaction des besoins énergétiques quasi inexistants par l'énergie des ressources renouvelables. C'est ainsi qu'une exigence énergétique allant largement au-delà de celles jusqu'ici en vigueur pour l'immobilier ainsi que la prise d'une responsabilité semblable pour les bâtiments, a été formulée. La réalisation de ces objectifs et concepts de bâtiment, leur impact sur la conception des bâtiments, ainsi que la compensation éventuelle sont sujets de nombreux débats entre architectes et seront analysés au cours de ce travail. L'objectif et le contenu du présent travail seront déterminés par quatre aspects fondamentaux. Tout d'abord, le scénario du parc de logements climatiquement neutre sera classé de telle manière que des alternatives énergétiques en dehors du secteur du bâtiment soient définies et que l'importance et la responsabilité du secteur du bâtiment pour la réalisation des objectifs (relatifs à la protection du climat) fixés soient présentées. Il s'avère qu'en Allemagne, la satisfaction de la consommation totale en énergie induite par le bâtiment ne peut pas être compensée par l'utilisation externe d'énergies renouvelables en dehors du secteur du bâtiment. Le secteur du bâtiment a la possibilité de satisfaire ses besoins énergétiques à travers ses propres rendements locaux. Étant donné la faible éventualité d'une analogie entre ces deux dimensions en raison du climat d'Europe centrale dominé par le chauffage ou les besoins énergétiques en chauffage et le fait que leur intégration dans des solutions techniques spéciales entraîne des frais de stockage élevés, un bilan énergétique pendant l'année en cours, encore appelé - « bilan énergétique net zéro » est approprié. Le deuxième aspect comprend les définitions méthodiques possibles dans le cadre d'un bilan énergétique de ce type. Étant donné qu'une compréhension commune (normative) de la notion de « bâtiment à consommation d'énergie nulle » n'était pas établie au moment de la rédaction de ce travail mais que déjà environ 80 définitions issues du secteur du bâtiment ainsi que d'approches discutées sur le plan scientifique sont connues, diverses options relatives à différentes définitions ainsi que leur impact sur l'architecture ou leur applicabilité sur les bâtiments, seront analysées. Dans ce cadre, il faut particulièrement citer les indicateurs et les procédures d'évaluation, la limite de bilan et les cadres ainsi que les tailles de quantification possibles. Outre l'analyse théorique de la méthodologie, les stratégies et les mesures de mise en œuvre utilisées dans la pratique en vue de la réalisation de l'objectif des bâtiments à consommation d'énergie nulle et leur transversalité ainsi que la comparaison avec les exigences normatives ou la pratique normale en matière de construction, constituent le troisième aspect. Ici, on peut illustrer les tendances pour la réalisation typique et spécifique à la typologie des bâtiments à consommation d'énergie nulle et identifier des recommandations pour la construction du futur. Le quatrième aspect décrit dans quelle mesure le concept énergétique influence l'architecture des bâtiments à consommation d'énergie nulle ou les modifications architecturales que présenteront ces derniers en comparaison avec les bâtiments classiques. Ce sujet ainsi que la comparaison avec les données du parc de logements allemand permettent de discuter du potentiel du parc de logements climatiquement neutre en Allemagne ainsi que de la question du nouveau style architectural. Les points essentiels de ce travail sont répartis sur ces aspects fondamentaux. La constatation principale étant que la mise en œuvre de bâtiments à consommation d'énergie nulle est possible mais requiert, contrairement aux bâtiments classiques, des conditions précises et importantes en cas d'assainissement (p.ex. emplacement, étanchéité ou standard de construction) ou entraînent au moins des conséquences liées à l’architecture (p.ex. compacité ou forme du toit). On peut par ailleurs relever que l'augmentation discernable de la surface habitable par personne représente tout autant un obstacle qu'un élément précurseur de l'équilibre du bilan énergétique et donc de l'objectif d'un parc de logements climatiquement neutre. Du moment que les besoins en surface à la hausse dans les quartiers urbains ou en immeubles (collectifs) tendanciellement plus performants car étanches sera satisfait, les potentiels de compensation du bilan énergétique de ces bâtiments diminue. Si ces besoins s'orientent plutôt vers les petits bâtiments résidentiels, l'occupation des sols continue d'augmenter et avec elle le rapport entre la surface utile au sol et la surface de toiture utilisable à travers des installations photovoltaïques. Une augmentation du trafic consume cependant les économies de ces bâtiments ce qui représente les efforts généraux dans le cadre du tournant énergétique. Il s'agit d'étudier les besoins en énergie de manière globale et absolue (suffisance) ; de les réduire (performance) et de les satisfaire avec des énergies renouvelables (consistance). Dans le domaine de la méthodologie, poursuivre la pondération asymétrique et non statique déjà partiellement introduite des besoins et des rendements en énergie primaire ou des émissions en CO2 y étant liées se révèle comme difficile à réaliser sur le plan architectural. Si les crédits par rapport aux besoins énergétiques sont sujets à une forte perte de valeur à cause de l'utilisation de ces indicateurs, les capacités de production vont connaître une augmentation telle que ces derniers ne pourront ni être installés sur les immeubles, ni atteindre des bilans énergétiques équilibrés. L'impact sur les indicateurs ou les facteurs de conversion issus de la politique et les infrastructures énergétiques en évolution déforment la notation du bâtiment de telle manière que le calcul de tailles de quantification supplémentaires sera recommandé. À ce sujet, le lien énergétique entre les bâtiments à consommation d'énergie nulle et l'infrastructure ainsi que leur gestion des différences saisonnières de charges peut être décrit. Il s'avère que l'harmonisation des besoins et des rendements en énergie est réalisable avec en partie des installations photovoltaïques modérément élargies, pendant que des adaptations « réactives au réseau » ne sont de nouveau que très difficilement réalisables au vu d'excédents de rendements au niveau des bâtiments causés par des capacités photovoltaïques accrues. Un ajustement de la courbe de charge est plus facilement réalisable avec l'utilisation de la cogénération de chaleur et d'électricité et/ou de batteries de stockage, la cogénération apportant également des avantages à l'échelle saisonnière. Les bâtiments à consommation d'énergie nulle atteignant de toutes les façons des pourcentages très élevés, les exigences d'un pourcentage précis en sources d'énergie renouvelables peuvent être supprimés. L'inclusion de consommateurs adaptés aux besoins dans les limites de bilan (ils représentent environ 60 % de la consommation en énergie primaire) double les capacités de rendement nécessaires chez les bâtiments à consommation d'énergie nulle par rapport à ceux qui compensent uniquement les consommations de la normalisation jusqu'ici habituelle. Cependant, ceci s'applique principalement autant en théorie qu'en pratique. Ceci ne concerne pas l'inclusion de l'énergie grise. Malgré le fait que leur compensation bilancielle paraisse cohérente du point de vue environnemental et qu'elle n'augmente pas chez les bâtiments à consommation d'énergie nulle contrairement aux autres, leur compensation entraîne la hausse des rendements nécessaires et avec elle les difficultés de réalisation. Ici, on note toutefois que le coût de l'énergie grise diminue à l'avenir par rapport au lien avec le quota des sources d'énergie renouvelables dans les infrastructures énergétiques, et qu'une compensation sera plus facile. L'élargissement des limites de bilan en matière de mobilité (électrique) conduit également à des capacités de productions plus importantes pendant que l'utilisation de véhicules électriques en tant que simple espace de stockage de remplacement réduit les pics de consommation et permet une décharge du réseau électrique. La transversalité de bâtiments à consommation d'énergie nulle révèle des stratégies de mise en œuvre typiques et spécifiques à la typologie. Outre la prédominance des installations photovoltaïques qui sont en constant usage, les stratégies et mesures restantes sont caractérisées par le concept de maison passive, des mesures complètes pour éviter la réfrigération active ainsi que des projets de réduction des consommations en électricité en fonction de l'utilisation. L'usage très fréquent de pompes à chaleur mène à trop de bâtiments « tout électrique ». Les installations de cogénération de chaleur et d'électricité en remplacement des générateurs de chaleur complètent les rendements photovoltaïques particulièrement dans les grands bâtiments (non habités) et offrent les meilleures options à des quotas élevés au vu de la satisfaction des besoins propres et de l'utilisation du propre rendement au niveau saisonnier. Les installations de parcs d'éoliennes sur les bâtiments sont par contre une exception. Alors que les caractéristiques de l'efficacité des bâtiments de toutes les typologies sont similaires et qu'on cherche vraiment à atteindre les valeurs moyennes en dessous des valeurs normatives et adaptées à la maison passive requises, les paramètres techniques divergent souvent. Généralement, les bâtiments à consommation d'énergie nulle développent à cause des aspects susmentionnés des particularités en matière de forme (compacité, toits asymétriques en bâtière, simplicité fonctionnelle) et donc une identité propre. Une prédominance architecturale du concept du bilan énergétique équilibré ne peut par contre pas être envisagée sur le plan général au vu des tendances similaires dans la construction des dernières décennies. L'inclusion conceptuelle des installations photovoltaïques réussit principalement car ces derniers sont au centre du concept. Selon les planificateurs, les thèmes importants sur le point de vue énergétique doivent être directement intégrés dans le processus d'élaboration. Pour autant que les exigences posées le permettent, la volonté de développer des bâtiments à consommation d'énergie nulle et d'établir le thème de la production d'énergie comme une fonction de base supplémentaire des bâtiments, augmente. La question se pose cependant de savoir si un style architectural liée au tournant énergétique va s'implanter, car le parc de logements climatiquement neutre restera presqu'impossible à réaliser malgré les possibilités décrites et les bâtiments contemporains n'offrent ni les conditions énergétiques ni architecturales nécessaires pour atteindre en permanence des bilans énergétiques équilibrés. Des changements extérieurs ainsi que des influences changeantes compliqueront encore plus cette situation dans le futur.

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