Bioklimatische Architektur und Klimaanalyse

Was bedeutet bioklimatische Architektur?

Gebäude gehören zu den größten Energieverbrauchern der Welt!

Wohn- und Gewerbegebäude machen über 60 % des weltweiten Stromverbrauchs aus.

Prognosen zufolge könnte der Verbrauch von Öl, Kohle und Erdgas zwischen 2007 und 2035 um 30–50 % steigen, was bis 2050 zu einem drastischen Anstieg der CO₂-Emissionen führen würde.

Diese Entwicklung verschärft die Auswirkungen des Klimawandels weiter, weshalb die Reduzierung des Energieverbrauchs und die Umsetzung umweltfreundlicher architektonischer Lösungen immer dringlicher werden.

Die bioklimatische Architektur bezieht sich auf die architektonische Planung, die sich an den lokalen klimatischen und natürlichen Gegebenheiten orientiert.

Ziel ist es, natürliche Ressourcen so effektiv wie möglich zu nutzen und dadurch den Energiebedarf des Gebäudes zu minimieren.

Die Entwicklung der bioklimatischen Architektur

Traditionelle architektonische Formen und Techniken waren über Jahrtausende hinweg an die jeweiligen klimatischen Bedingungen angepasst. Die Gebäude sorgten auf passive Weise für Temperaturregulierung und ein angenehmes Raumklima.

Dafür gibt es zahlreiche Beispiele aus verschiedenen Regionen der Welt:

Die dicken Steinmauern mediterraner Häuser, die im Sommer kühl und im Winter warm halten. Die Windtürme (Badgir) der arabischen Welt, die in heißen Klimazonen für natürliche Belüftung sorgen. Holzhäuser in Japan und Skandinavien, die dank ihrer Bauweise eine hervorragende Wärmedämmung in kalten Regionen bieten.

Nach der Industriellen Revolution veränderte sich die Architektur grundlegend durch die Verbreitung neuer Baumaterialien wie Beton, Stahl und Glas sowie durch den einfachen Zugang zu Energiequellen.

In den 1950er- und 1960er-Jahren, mit dem Aufstieg der modernen Architektur, verdrängten Glasfassaden, Klimaanlagen und verschiedenste technische Systeme zunehmend die traditionellen, klimaangepassten Bauweisen.

Die Ausrichtung der Gebäude und die Nutzung natürlicher Temperaturregulierung wurden häufig vernachlässigt, da künstliche Kühlung und Heizung den Eindruck vermittelten, Gebäude könnten unabhängig von den klimatischen Bedingungen funktionieren.

Dieses neue Verständnis basierte auf billig verfügbarer Energie – ohne Rücksicht auf die langfristige Nachhaltigkeit der Ressourcen!

Klimasensitives Planen

Das klimasensitive Planen ist eine weiterentwickelte, bewusstere und moderne Form der bioklimatischen Architektur, die auch zeitgemäße Baumaterialien und Technologien einbezieht.

Dabei werden traditionelle, empirisch gewonnene Methoden mit wissenschaftlichen Messungen und Klimasimulationen kombiniert, um den Energieverbrauch von Gebäuden auf ein Minimum zu reduzieren – ohne den thermischen Komfort der Bewohner zu beeinträchtigen.

Bereits in den 1920er- und 1930er-Jahren erkannte die moderne Architektur die Bedeutung von Sonnenlicht und Ausrichtung. Diese Prinzipien spiegeln sich auch in den Arbeiten renommierter Architekten wie Le Corbusier und Alvar Aalto wider.

Ab den 1940er- und 1950er-Jahren fanden zunehmend wissenschaftliche Ansätze Eingang in die architektonische Planung, um Gebäude besser an klimatische Bedingungen anzupassen.

In den 1950er-Jahren entwickelte die Forschungsgruppe Form and Climate an der Columbia University die ersten systematischen Entwurfsstrategien zur Klimaanpassung.

Parallel dazu veröffentlichte das American Institute of Architects (AIA) grafische Klimaanalysen, die zur Bewertung klimatischer Verhältnisse in verschiedenen US-amerikanischen Städten dienten.

Mit der Arbeit von Victor und Aladar Olgyay entstand das bioklimatische Diagramm, ein Planungsinstrument, das Architekt:innen dabei unterstützte, energieeffiziente und klimagerechte Gebäude zu entwerfen (Pontes et al., 2022).

In den 1970er- und 1980er-Jahren nahm die Entwicklung der klimasensitiven Architektur weiter Fahrt auf – nicht zuletzt durch den wachsenden Einfluss computergestützter Planungsverfahren und die zunehmende Bedeutung energietechnischer Forschung.

Klimaanalyse und Modellierung

Die Klimaanalyse und -modellierung verfolgt das Ziel, auf Basis meteorologischer Daten die Energieeffizienz, den thermischen Komfort und die Anpassungsfähigkeit von Gebäuden und städtischen Räumen nachhaltig zu verbessern.

Sie unterstützt die Optimierung von Gebäudestandort, Ausrichtung, Volumetrie und funktionaler Organisation – stets im Kontext standortspezifischer klimatischer Parameter wie Temperatur, Sonneneinstrahlung, Windverhältnisse, Luftfeuchtigkeit und Topografie.

Der Prozess lässt sich im Wesentlichen in zwei zentrale Phasen gliedern:

Klimaanalyse – Erhebung, Auswertung und Interpretation klimatischer Daten Modellierung – Simulation klimatischer Einflüsse mithilfe computergestützter Werkzeuge Bereits in den 1970er-Jahren kamen erste digitale Hilfsmittel zum Einsatz – etwa das Programm Climate Consultant von Murray Milne sowie das standardisierte EnergyPlus Weather (EPW)-Datenformat, das den Zugang zu ortsgenauen Klimadaten erleichterte.

In den 2000er-Jahren entwickelte Andrew Marsh mit Ecotect und Weather Tool zwei Softwarelösungen, die eine direkte Integration von Klimadaten in CAD-basierte Entwurfsprozesse ermöglichten.

Heute bieten moderne Werkzeuge wie Ladybug Tools, Climate Studio und Cove.tool visuell gestützte Klimaanalysen innerhalb etablierter Entwurfsumgebungen wie Autodesk Revit oder Rhinoceros 3D – und schaffen damit die Grundlage für eine datengestützte, klimaorientierte Architekturplanung.

Fazit

Klimasensitives Planen ist für uns keine bloße Theorie, sondern ein zentraler Bestandteil unserer architektonischen Praxis.

Bereits in der frühen Konzeptphase fließen passive Entwurfsstrategien – wie natürliche Belüftung, solare Wärmegewinne oder effektive Verschattung – systematisch in unsere planerischen Entscheidungen ein.

Dieser integrative Ansatz ermöglicht nicht nur die Senkung von Betriebskosten und eine Steigerung des Raumkomforts, sondern stärkt langfristig auch die Anpassungsfähigkeit – und damit die Resilienz – der gebauten Umwelt gegenüber klimatischen Veränderungen.

Planung klimaangepasster Gebäude

Bei Equinox beginnt jeder Entwurfsprozess mit einer präzisen Analyse der standortspezifischen Klimabedingungen.

Unabhängig davon, ob es sich um einen Neubau oder eine Bestandsmodernisierung handelt – dieser Schritt bildet das Fundament für alle weiteren planerischen Entscheidungen.

Klimadaten als Grundlage – Analyse des adaptiven Komforts

Mithilfe realer meteorologischer Daten – wie Sonnenstand, Windverhältnisse, Luftfeuchtigkeit und Temperatur – führen wir eine Analyse des adaptiven Komforts durch.

Dabei betrachten wir nicht nur physikalische Temperaturwerte, sondern auch das subjektiv empfundene Behaglichkeitsniveau der Nutzer:innen – unter Berücksichtigung lokaler Gewohnheiten und klimatischer Anpassungsfähigkeit.

Unser Ansatz basiert somit nicht auf idealisierten Annahmen, sondern auf den konkreten klimatischen Realitäten, an die sich das Gebäude funktional und gestalterisch anpassen muss.

Sensitivitätsanalyse

Ein wesentlicher Bestandteil des klimaangepassten Planungsprozesses ist die Sensitivitätsanalyse, die im Anschluss an die Einbettung des Gebäudes in eine klimatische Simulationsumgebung auf Basis realer meteorologischer Daten (z. B. EPW-Dateien) durchgeführt wird.

Dabei werden einzelne architektonische und technische Parameter systematisch variiert, um folgende Fragen zu klären:

1. Welche Faktoren haben den größten Einfluss auf thermischen Komfort, Tageslichtverfügbarkeit und natürliche Belüftung?
2. Welche Maßnahmen führen zur stärksten Reduktion des jährlichen Energiebedarfs (Heizen, Kühlen, Beleuchtung)?

Analysiert werden dabei typischerweise folgende Parameter:

• Gebäudeausrichtung und volumetrische Gestaltung
• Größe, Position und Orientierung von Verglasungsflächen
• Effizienz passiver Verschattungssysteme (z. B. Dachüberstände, Lamellen, Fensterläden)
• Wärmespeicherfähigkeit und Materialaufbau verschiedener Fassaden- und Dachkonstruktionen

Die Ergebnisse der Analyse werden sowohl numerisch als auch visuell aufbereitet und liefern Planenden konkrete Rückschlüsse auf:

• potenzielle Überhitzungssituationen
• den Bedarf an Verschattung in bestimmten Tages- und Jahreszeiten
• die Tageslichtverfügbarkeit in Innenräumen
• den zu erwartenden Energieverbrauch je nach Entwurfsvariante

Die methodische Vorgehensweise orientiert sich an den gängigen Standards zur Komfort- und Überhitzungsbewertung, darunter CIBSE TM52, EN 16798 und DIN 4108-2.

Tageslichtanalyse

Im Rahmen der klimasensiblen Planung führen wir eine Tageslichtanalyse (daylight analysis) durch, bei der das natürliche Belichtungsniveau in den verschiedenen Gebäudebereichen unter realistischen Randbedingungen überprüft wird.

Grundlage dieser Bewertung ist die europäische Norm EN 17037, die seit 2018 erstmals eine umfassende Methodik zur Beurteilung der Tageslichtversorgung in Innenräumen bietet.

Im Fokus stehen dabei nicht nur quantitative Kriterien, sondern auch qualitative Aspekte des Tageslichts, unter anderem:

• Sichtverbindung zur Außenwelt (Ausblick)
• Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung im Raum
• Dauer direkter Sonneneinstrahlung (Besonnung)
• Visueller Komfort für die Nutzer:innen

Ein zentraler Kennwert ist die sDA – Spatial Daylight Autonomy, die angibt, inwieweit ein Raum durch Tageslicht ausreichend belichtet ist, und zwar:

• auf mindestens 50 % der Grundfläche,
• während mindestens 50 % der jährlichen Nutzungszeit (z. B. 8:00–18:00 Uhr),
• bei einem Mindestniveau von 300 Lux,
• ohne Einsatz künstlicher Beleuchtung.

Die Schwelle von sDA 300/50 % gilt als planerisches Mindestkriterium, um eine gute Tageslichtversorgung sowie eine energieeffiziente Lichtnutzung sicherzustellen.

Analyse des solaren Wärmegewinns

Ein zentraler Bestandteil der energieeffizienten Planung ist die Untersuchung des sogenannten solaren Wärmegewinns (solar heat gain).

Hierzu zählt insbesondere die Analyse der solaren Strahlung (solar radiation), bei der ermittelt wird, wie viel Sonnenenergie in den warmen Jahreszeiten auf die Gebäudehülle trifft – und wie stark dies zur internen thermischen Last beiträgt.

Die Ergebnisse dieser Analyse bilden eine wesentliche Entscheidungsgrundlage für verschiedene entwurfsrelevante Fragestellungen:

• Dimensionierung und Anordnung von Verschattungselementen
• Gestaltung von Fassaden- und Öffnungsflächen
• Entwicklung passiver und aktiver Kühlstrategien
• Bewertung des sommerlichen Wärmeschutzes gemäß EN 16798 und EN 17037

Im Zusammenhang damit steht auch die interne Wärmebelastung, also die Wärmeeinträge, die innerhalb des Gebäudes durch interne Quellen entstehen und den Kühl- bzw. Heizbedarf maßgeblich beeinflussen.

Typische interne Wärmequellen sind:

• Nutzer:innen (Körperwärme)
• Beleuchtung (thermische Abgabe durch Leuchtmittel)
• Elektrische Geräte (z. B. Computer, Küchengeräte)
• Sonneneinstrahlung durch transparente Bauteile (indirekter Wärmeeintrag über Oberflächen)

Standortbezogene Windanalyse

Die Untersuchung der dominanten Windrichtungen stellt einen wesentlichen Bestandteil klimaadaptiver Entwurfsstrategien dar, da Windströmungen maßgeblich Einfluss auf die natürliche Lüftung, den thermischen Komfort und den Energiebedarf eines Gebäudes nehmen.

Methodik

Grundlage bildet die Auswertung meteorologischer Daten, insbesondere jährlicher und saisonaler Windverteilungen. Die Daten stammen aus offiziellen Wetterdiensten (z. B. OMSZ in Ungarn) oder aus EPW-Wetterdateien (EnergyPlus Weather), die simulationsbasiert nutzbar sind.

Die Ergebnisse werden in Windrosen visualisiert, die Häufigkeit und Intensität der Windrichtungen über das Jahr hinweg darstellen.

Auf Basis dieser Analyse werden Gebäudeform, Öffnungsstrategien und Außenraumgestaltung gezielt optimiert:

1. Natürliche Querlüftung: Durch gezielte Anordnung von Öffnungen lässt sich eine effektive Querlüftung ermöglichen – etwa zwischen Aufenthalts- und Schlafbereichen – zur Unterstützung des nächtlichen Temperaturausgleichs.

2. Windseitiger Schutz: In kälteren Klimazonen werden Fassaden auf der windzugewandten Seite kompakter und geschlossen ausgebildet, um Wärmeverluste zu minimieren und die Behaglichkeit zu steigern.

3. Geschützte Außenräume: Höfe, Terrassen und Eingangsbereiche werden windgeschützt positioniert, um ihre Nutzung über das gesamte Jahr zu sichern.

4. Reduzierter Kühlbedarf: Gezielt genutzte Luftbewegung kann in der warmen Jahreszeit den Einsatz mechanischer Kühlung deutlich reduzieren – mit entsprechend positiven Effekten auf die Gesamtenergieeffizienz.

Natürliche Lüftung

Die CIBSE-Richtlinien AM10 und TM37 gelten als maßgebliche Referenzen für die Planung natürlicher Lüftungssysteme. Sie adressieren zentrale Aspekte wie thermischen Komfort, Innenraumluftqualität sowie Energieeffizienz.

Grundformen natürlicher Lüftung:

1. Querlüftung – windinduzierter Luftaustausch über gegenüberliegende Öffnungen
2. Thermischer Auftrieb (Kamineffekt) – warme Luft steigt nach oben, kühle Frischluft wird von unten nachgeführt
3. Hybride Systeme – Kombination aus natürlicher und mechanisch unterstützter Lüftung

Die Leitfäden bieten praxisnahe Methoden zur Prognose von Luftströmungen, Temperaturverläufen und Lüftungseffizienz – mit dem übergeordneten Ziel, die Abhängigkeit von mechanischen Systemen zu minimieren und die Entwicklung nachhaltiger, energieoptimierter Gebäude zu fördern.

Im Planungsprozess wird das Gebäude in verschiedenen Schnittebenen analysiert, um natürliche Strömungspfade zu identifizieren. Auf dieser Basis erfolgt die gezielte Anordnung und Ausgestaltung von Öffnungselementen – angepasst an Raumfunktion, Nutzung und klimatische Randbedingungen.

Langfristige Bedeutung der Klimaanalyse

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit

• Durch eine optimierte Ausrichtung sowie den gezielten Einsatz passiver Maßnahmen zur thermischen Regulierung kann der Energiebedarf von Gebäuden um 50 bis 80 % reduziert werden (International Energy Agency).
• Der in Deutschland entwickelte Passivhaus-Standard ermöglicht eine Verringerung des Heizwärmebedarfs um bis zu 90 % gegenüber konventionellen Bauweisen.

Komfort und Gesundheit

• Eine ausreichende Versorgung mit Tageslicht und Frischluft kann die Konzentration von Innenraumschadstoffen um bis zu 30 % senken – mit nachgewiesenen positiven Effekten auf Gesundheit und Leistungsfähigkeit (Harvard T.H. Chan School of Public Health).

Wirtschaftliche Vorteile

• Laut dem World Green Building Council weisen nachhaltig errichtete Gebäude eine bis zu 20 % höhere Marktwertigkeit auf als konventionelle Immobilien.

Verringerung der Umweltbelastung

• Nachhaltige Gebäude verursachen im Betrieb 30–40 % weniger CO₂-Emissionen als herkömmliche Bauweisen – ein wesentlicher Beitrag zum Klimaschutz.

Weitere zentrale Aspekte

1. Die Berücksichtigung klimatischer Rahmenbedingungen ist von grundlegender Bedeutung, da nachhaltige Technologien nicht in allen geografischen Kontexten gleichermaßen wirksam einsetzbar sind.

2. Moderne Systeme und innovative Baustoffe setzen eine fachgerechte Planung, präzise Ausführung und kontinuierliche Wartung voraus – andernfalls sind Funktionalität und Effizienz langfristig nicht gewährleistet.

3. Über die reinen Bau- und Betriebskosten hinaus ist eine umfassende Lebenszyklusanalyse ökologischer Auswirkungen erforderlich, um die tatsächliche Nachhaltigkeit eines Projekts valide bewerten zu können.

4. Die Nutzerorientierung und gezielte Bewusstseinsbildung sind essenziell: Nachhaltige Lösungen entfalten ihr volles Potenzial nur dann, wenn die Nutzer:innen über eine energieeffiziente Handhabung informiert sind – und aktiv daran mitwirken.

Wie Equinox Ihre Projekte zukunftsfähig macht

Bei Equinox sind wir davon überzeugt, dass Architektur im besten Sinne ein Dialog mit dem Klima ist – nicht gegen, sondern im Einklang mit der Umwelt.

Deshalb verknüpfen wir bioklimatische Entwurfsprinzipien mit digitaler Modellierung und nachhaltigen Materialien, um Gebäude zu schaffen, die sich harmonisch in ihre Umgebung einfügen, den Energieverbrauch reduzieren und gleichzeitig gesunde, behagliche Innenräume ermöglichen.

Ob Passivhaus-Neubau oder klimaorientierte Sanierung – wir begleiten Sie von der ersten Idee bis zur erfolgreichen Umsetzung.

Unser interdisziplinäres Team unterstützt Sie bei der Entwicklung maßgeschneiderter, energieeffizienter und ressourcenschonender Lösungen – fachlich fundiert, praxisnah und zukunftsorientiert.

Angebotsanfrage

Damit wir ein auf Ihr Projekt zugeschnittenes Angebot erstellen können, bitten wir Sie, folgende Angaben bereitzustellen:

1. Art des Projekts (z. B. Wohngebäude, Büro, öffentliche Einrichtung etc.)
2. Standort des Grundstücks und klimatische Rahmenbedingungen
3. Nachhaltigkeitsziele (z. B. Nullenergiegebäude, Integration erneuerbarer Energien)
4. Planungsstand (Konzeptphase, Genehmigungsplanung, Ausführung etc.)
5. Budgetrahmen und Betriebskostenerwartungen

Zitierte und zusätzliche Literatur

Grundlagen der bioklimatischen Planung

• Olgyay, V. (1963): Design with Climate – A Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism
• Olgyay, A. & Olgyay, V.: Solar Control and Shading Devices
• Minke, G.: Bauen mit Erde – Baustoffe, Konstruktionen, Beispiele

Nachhaltigkeit und Energieeffizienz in der Architektur

• Herzog, T.: Energieatlas – Nachhaltige Architektur
• Fisch, N.: Energieeffiziente Gebäude – Architektur, Technik, Wirtschaftlichkeit
• Feist, W. (Hrsg.): Passivhaus-Baubuch

Klimaanalyse, Tageslicht und integrale Planung

• Gut, M.F. & Märki, P.: Planungshandbuch Nachhaltiges Bauen
• Jeska, S. et al.: High-Performance Building Design – Klimagerecht planen und bauen
• CIBSE TM52, AM10: Natural Ventilation & Thermal Comfort Guidelines
• Normen: DIN EN 16798, EN 17037, DIN 4108-2