Mit Simulationssoftware auf dem Weg zu klimaresilienten Gebäuden

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Sturm, Hagel, Hochwasser, Überschwemmungen – Wetterextreme haben in den
vergangenen Jahren Schäden in Milliardenhöhe verursacht.

Im Projekt
ResCentric haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik,
Ernst-Mach-Institut, EMI eine Simulationssoftware entwickelt, mit der sich
Risiken bei baulichen Infrastrukturen identifizieren, die
Wahrscheinlichkeit und die Höhe der Kosten von Schäden berechnen und
Maßnahmen zum Schutz von Immobilien bei Klimarisiken ermitteln lassen. Im
Fokus steht die Resilienz von Gebäuden.

Nicht zuletzt die Überschwemmungen im Ahrtal und die Hochwasserkatastrophe
in Süddeutschland im Juni dieses Jahres haben gezeigt, wie verwundbar
unsere Infra-strukturen sind. Nach Angaben des Verbands der Deutschen
Versicherungsgesellschaft (GDV) steigen die versicherten Schäden an
Häusern, Hausrat und Betrieben jedes Jahr um Beträge im mehrstelligen
Millionenbereich. Vorbeugende bauliche Maßnahmen und Anpassungen an
Klimafolgen werden angesichts der Zunahme von Extremwetterereignissen
unerlässlich. Im Projekt ResCentric hat das Fraunhofer EMI gemeinsam mit
einem Industriepartner eine Software für die Bewertung der Folgen von
Wetterextremen entwickelt. Die Simulationssoftware bewertet die Schäden
und Ausfallzeiten von mehrstöckigen Verwaltungs- und Bürogebäuden,
Industriehallen oder Einfamilienhäusern, wobei der Schwerpunkt auf
Starkregen-Hochwasser- und Starkwindszenarien liegt. In künftigen
Versionen sollen auch Hitzewellen und Waldbrände berücksichtigt werden.

»Starkregen ist besonders gefährlich, da er ohne Vorwarnung einsetzt. Er
tritt immer häufiger auf und richtet oftmals großen Schaden an. Unser
übergeordnetes Ziel ist die Stärkung der Resilienz urbaner Strukturen«,
sagt Dr. Julia Rosin, Wissenschaftlerin am Fraunhofer EMI in Efringen-
Kirchen bei Freiburg. Mit ihrem Team entwickelt sie die Plattform, mit der
sich die monetären Auswirkungen von klimatischen Extremwetterereignissen
bewerten und Strategien zur Schadensminderung ermitteln lassen, wobei die
Kosten im Vergleich zu finanziellen Schäden berücksichtigt und
Intensitäten, Risiken und Auftretenswahrscheinlichkeiten von Klima-
Extremen einkalkuliert werden. »Die Software versetzt uns in die Lage,
gebäudespezifisch zu berechnen, welche Kosten infolge von Schäden durch
Klimaphänomene auftreten und wie hoch die Kosten der Instandsetzung sind.
Besonders an unserer Entwicklung ist, dass wir die Kosten präzise ihrer
Ursache zuordnen können. Zudem können wir die ausfallbedingten
Einnahmeverluste infolge fehlender Mieten oder durch Produktionsausfälle
analysieren und so ermitteln, wann sich Maßnahmen zur Verbesserung der
Immobilien amortisieren«, so Rosin. Von den Berechnungen profitieren
Immobilieninvestoren, Versicherungsgesellschaften, Rückversicherungen,
Wohnungsbaugesellschaften, aber auch Verwaltungsbehörden. Darüber hinaus
lassen sich neben den eigentlichen Schäden auch Versagensmuster
identifizieren, mögliche Schadenswahrscheinlichkeiten quantifizieren,
Verbesserungsmaßnahmen qualifizieren und deren Effizienz bewerten. Ob
Türen, Fenster, Lichtschächte und Tiefgarageneinfahrten – alles gehört auf
den Prüfstand. »Moderne Türen mit dreifacher Dichtung können verhindern,
dass Wasser eindringt. Auch durch den Austausch von Fenstern mit
Dreifachverglasung kann man Wasserschäden vorbeugen. Unsere Software
liefert einen ganzen Katalog an präventiven Maßnahmen inklusive der
jeweils anfallenden Kosten.«

Auf dem Prüfstand: Schadensberechnung von Gebäuden

Immobilienunternehmen können ihren Immobilienbestand bzw. ihr
Gebäudeportfolio in die Software einlesen, die dann in Sekundenschnelle
für ein spezielles Gebäude und ein Wetterereignis eine entsprechende
Schadensprognose berechnet. Dies gelingt unter anderem mithilfe von
generischen Gebäudemodellen, einem zentralen Element der Software. Das
sind vereinfachte mathematische Modelle, die typische Merkmale von
Gebäuden in Bezug auf ihre Struktur, Materialien und Bauweise
berücksichtigen. Diese Modelle stellen eine breite Palette von
Gebäudetypen dar und können verwendet werden, um die Vulnerabilität einer
großen Anzahl von Gebäuden gegenüber Hochwasser zu bewerten.
Probabilistische Analysen generischer Gebäudemodelle basieren auf der
Verwendung von Wahrscheinlichkeitsverteilungen für verschiedene Parameter,
z. B. die Höhe des Hochwassers, der Fließgeschwindigkeit des Wassers,
Windstärken, die Größe von Hagelkörnern, herumfliegende Gegenstände oder
Festigkeitswerte der Konstruktionswerkstoffe. Durch die Kombination dieser
Wahrscheinlichkeitsverteilungen können Rosin und ihr Team statistische
Aussagen über die Wahrscheinlichkeit zu erwartender Schäden ableiten. »Wir
berechnen quasi ein Typengebäude und übertragen die Ergebnisse auf alle
Gebäude, die diesem ähnlich sind«, erklärt die Forscherin. Aktuell liegen
Gebäudemodelle von mehrstöckigen Verwaltungs- und Bürogebäuden,
Industriehallen und Einfamilienhäusern vor, das Portfolio soll jedoch
sukzessive erweitert werden. Ebenfalls geplant ist, die Software künftig
über Schnittstellen mit digitalen Stadtmodellen zu verknüpfen. Kommunen
könnten dann städtebaulich auf die Anforderungen des Klimawandels
reagieren und nötige Vorkehrungen umsetzen.