Design of a smart apartment building with special focus on digital, sustainable and social aspects

Abstract

Jüngste Phänomene wie Urbanisierung, Klimawandel und Digitalisierung beeinflussen die Art und Weise, wie wir heute und in Zukunft wohnen. Gebäude unter sozialen, ökologischen und digitalen Gesichtspunkten zu konzipieren, ist daher Teil der stetigen gesellschaftlichen Herausforderung, angemessenen Wohnraum bereitzustellen. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, eine Verbindung zwischen diesen Anforderungen zu schlagen und herauszufinden, wie in der Praxis zukunftsfähiges Wohnen aussehen kann. Eine Methode zur Gebäudebeurteilung wird vorgestellt, anhand der zunächst soziale und ökologische Gebäudeanforderungen evaluiert werden. Darüber hinaus wird untersucht, wie ein Smart Building umzusetzen ist, um eine menschorientierte, umweltfreundliche und zukunftsorientierte Gestaltung zu verwirklichen. Zunächst werden die Verankerung von angemessenem Wohnen als Menschenrecht sowie verschiedene Probleme und zeitgenössische Entwicklungen in Bezug auf Wohnraum beleuchtet. Gemeinsam mit einer Analyse der enormen Umweltauswirkungen der Bauindustrie werden wesentliche Anforderungen an die Gestaltung von Wohngebäuden aus sozialer und ökologischer Perspektive ermittelt und mit gängigen Gebäudebewertungssystemen verglichen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wird ein praxisorientiertes Gebäudebeispiel unter Verwendung von Building Information Modeling modelliert und mithilfe des EU-Berichtsrahmens Level(s) sowie ausgewählten Life Cycle Assessment-Tools optimiert. Das Planungsergebnis ist ein Mehrfamilienhaus aus überwiegend biobasierten Materialien mit zwölf Wohneinheiten und großzügig gestalteten Gemeinschaftsflächen. Zusätzlich ist ein intelligentes Gebäudesystem mit Berücksichtigung von Datensicherheit und -schutz unter Verwendung einer Internet of Things-Fog-Cloud-Architektur integriert. Die Nutzung von smarten Geräten verbessert die vorher festgelegten Gebäudeanforderungen und erlaubt eine dynamische Reaktion auf verschiedene Zukunftsszenarien, wie extreme Wetterereignisse und Pandemien, zum Vorteil der Bewohner*innen. Die Ergebnisse dieser Forschung liefern neben einem Leitfaden für die Berücksichtigung sozialer und ökologischer Anforderungen an die Gebäudeplanung auch die potenziellen Vorteile der Implementierung eines Smart Buildings auf.

Recent phenomena like urbanization, climate change and digitalization are influencing the way we dwell today and in the future. Designing buildings from a social, environmental and digital perspective is therefore part of the societal challenge of providing adequate housing. This research aims to bridge the gap between these design objectives and to find out what a future-proof residential building can look like in practice. A building assessment methodology is presented that first evaluates social and environmental building requirements. Additionally, it is investigated how a smart building can be implemented to realize a human-centered, ecological and future-oriented design. First, the enshrinement of adequate housing as a human right, possible problems and contemporary developments related to housing are elaborated. Together with an analysis of the enormous environmental impact of the construction industry, essential requirements for the design of residential buildings from a social and environmental perspective are identified and compared with common building sustainability assessment methods. Based on these findings, a practical building example is modeled using Building Information Modeling and optimized by means of the EU Level(s) framework and selected life cycle assessment tools. The design result is an apartment building made of predominantly biobased materials with twelve residential units and spacious common areas. In addition, a smart building system is integrated with consideration of data security and protection using an Internet of Things-fog-cloud architecture. The use of smart devices enhances the predetermined objectives for building design and allows for a dynamic reaction to various future scenarios, such as extreme weather events and pandemics, for the benefit of the residents. The findings of this research provide a guideline for addressing social and environmental requirements for building design and highlights the benefits of implementing a smart building.