Zukunftssichere Architektur widersteht dem Klimawandel. Dazu muss sich der Schutz vor der Sonne den Klimaveränderungen anpassen. Denn in wenigen Jahren werden höhere Anforderungen an den Überhitzungsschutz zu erfüllen sein als heute: Steigende Außentemperaturen und häufigere Hitzewellen bei einer gleichzeitig wachsenden Sensibilität für den Nutzungskomfort stellen die gewohnten Standards infrage. Damit rückt eine sinnvolle Abschätzung künftig erforderlicher Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes in den Fokus. Architektinnen und Architekten benötigen Werkzeuge, die wissenschaftlich fundiert und somit prognosesicher, aber auch einfach zu handhaben sind. 

Durch künstliche Intelligenz (KI) gestützte Software ist eine mögliche Lösung. An dieser Schnittstelle zwischen Forschung und Praxis setzt ein gemeinsames Forschungsprojekt „Verfahren zur Bemessung des sommerlichen Wärmeschutzes unter Berücksichtigung der zukünftigen Klimaentwicklung“ des Ingenieurbüros Bow und der RPTU (Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachgebiet Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung), gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) an. 

Normativer Rahmen und planerische Erfahrung 

Heute wird der sommerliche Wärmeschutz nach DIN 4108-2 dimensioniert. Dabei wird als zentrales Bewertungskriterium die Überhitzung in Form von Übertemperaturgradstunden herangezogen. Es wird also bewertet, wie stark der in der Norm verwendete Temperatur-Grenzwert überschritten wird. Dem Bemessungsverfahren liegen wenige Referenzwetterstationen und veraltete Klimadatensätze zugrunde. Lokale Besonderheiten, wie städtische Wärmeinseln, die Geländeform, die Höhenlage oder kleinräumige Wetterunterschiede, bleiben dabei weitgehend unberücksichtigt. Auch mögliche Spannbreiten der Ergebnisse und deren künftige Entwicklung bleiben außen vor. Dies widerspricht der Praxiserfahrung: In fertiggestellten Gebäuden ist zu beobachten, dass selbst Gebäude identischer Geometrie an benachbarten Standorten ein deutlich unterschiedliches Überhitzungsrisiko aufweisen können. 

Wissenschaftliche Methodik und Praxisbezug 

Zielsetzung des Forschungsprojekts war ein einfach anwendbares Bemessungsverfahren, das die Spannbreite möglicher Überhitzungen sichtbar macht, und zwar für heute und für die kommenden Jahre. Der Fokus lag dabei ausdrücklich nicht auf der Entwicklung eines weiteren Simulationswerkzeugs, sondern auf einer praxistauglichen Entscheidungsunterstützung. 

Ausgangspunkt war eine systematische Auswertung realer Planungsprojekte aus der Beratungspraxis. Daraus wurden die maßgeblichen Einflussgrößen für den sommerlichen Wärmeschutz abgeleitet und in umfangreichen Gebäudesimulationen variiert: Raumgeometrie, Bauweise und thermische Speichermasse, Fensteranteile und -eigenschaften, Sonnenschutz, Nutzung sowie Lüftungsverhalten.  

Das Projektteam entwickelte eine automatisierte Simulationsumgebung, um die Einflussgrößen zu variieren. Als Wetterbasis dienten ortsgenaue Referenzdatensätze des Deutschen Wetterdienstes, die das Wettergeschehen für jeden Quadratkilometer des Landes abbilden. Dabei wurden sowohl heutige Bedingungen als auch ein Zukunftsszenario für das Jahr 2045 zugrunde gelegt. Auf diese Weise wurden mehrere zehn Millionen Stundenwerte der Raumtemperatur ermittelt.  

Künstliche Intelligenz als Planungswerkzeug 

Die ermittelten Stundenwerte bildeten die Brücke von der genauen Berechnung zur statistischen Auswertung durch KI. Auf dieser Datenbasis wurde ein Machine-Learning-Modell trainiert. Dieses Verfahren erlaubte es, komplexe Zusammenhänge zwischen Gebäudeparametern, Nutzung und Wetterbedingungen abzubilden, blieb dabei aber nachvollziehbar und robust.  

Dabei zeigte sich, dass die mit wenig Rechenaufwand erzielten KI-Ergebnisse nahe an den Ergebnissen erheblich aufwendigerer klassischer Gebäudesimulationen lagen. Während klassische Gebäudesimulationen je nach Komplexität der zu untersuchenden Randbedingungen einige Stunden bis hin zu mehreren Tagen beanspruchen, liefert das KI-Modell Ergebnisse innerhalb weniger Sekunden. Damit wird der direkte Vergleich verschiedener Entwurfs- und Klimaszenarien erstmals in frühen Planungsphasen realistisch möglich und bezahlbar. 

Bewertungskriterien auf dem Prüfstand 

Ein zentrales Ergebnis des Projekts betrifft die normativ festgelegten Bewertungskriterien. Die Untersuchungen zeigten, dass die Überschreitung des Temperatur-Grenzwerts (Übertemperaturgradstunden) höchst sensibel auf das örtliche Wetter reagierte. Da sich die zugrunde gelegten Wetterdatensätze jeweils auf einen Quadratkilometer beziehen und sich teilweise innerhalb eines Umkreises weniger Kilometer um ein Vielfaches unterschieden haben, resultierte die Verwendung der benachbarten Wetterdaten in sehr unterschiedlichen jährlichen Übertemperaturgradstunden. Diese hohe Streuung ließ an der Aussagekraft des Kennwerts „Übertemperaturgradstunden“ zweifeln. 

Deshalb wurden als Alternative die mittleren sommerlichen Tages- und Nachttemperaturen analysiert. Diese Kennwerte reagierten deutlich weniger empfindlich auf kleinräumige Wetterunterschiede. Außerdem machten sie gleichzeitig die Auswirkungen der für 2045 prognostizierten Klimaveränderung sichtbar. Für die Praxis der Bauplanung könnten sie also als verständlichere und robuster interpretierbare Ergänzung zu bestehenden Nachweisen herangezogen werden. 

Fazit: Forschung als Impuls für die Praxis 

Eine KI-Unterstützung bietet – neben den eingeführten normativ geregelten Verfahren – zusätzliche Perspektiven im Zusammenspiel von Entwurf, Bauphysik und Beratung: 

• Vergleich aktueller und zukünftiger Klimaszenarien bereits in frühen Leistungsphasen, 

• Einschätzung lokaler Wettereffekte, 

• transparente Darstellung von Temperaturverläufen im Dialog mit Bauherrschaft und Nutzenden, 

• bessere Begründung von Entscheidungen und 

• deutliche Reduktion des Zeitaufwands gegenüber klassischen Simulationen. 

Das Projekt zeigt, wie aus wissenschaftlichen Methoden und planerischer Erfahrung Praxistaugliches entstehen kann. Architektinnen und Architekten können dadurch Forschungsergebnisse aktiv in die eigene Praxis integrieren – nicht als abstrakte Theorie, sondern als konkrete Entscheidungshilfe im Planungsalltag. 

Es zeigte sich aber auch, dass beim KI-Einsatz die größte Herausforderung weniger in der Rechenleistung als in der Wahl geeigneter Bewertungskriterien und der korrekten Interpretation der Ergebnisse liegt. Nötig sind nicht nur neue Werkzeuge für Architektinnen und Architekten, sondern auch eine kritische Weiterentwicklung der normativen Grundlagen.