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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/501894
Projekttitel
StaVerdi – Städtische Verdichtung und ihre Auswirkung auf den Energieverbrauch von Schweizer Städten
Projekttitel Englisch
StaVerdi – Urban densification and its impact on energy use in Swiss cities

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Schlussbericht
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Englisch)
densification, energy performance, buildings and neighborhoods, scenarios, CO2 emissions
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der urbanen Verdichtung und deren Auswirkung auf den Gesamtenergiebedarf von Arealen und Quartieren. Durch computergestützte Methoden wird die Energieperformance von verschiedenen Nachverdichtungsszenarien von Arealen und Quartieren ermittelt und gegenübergestellt. Die Projektergebnisse sollen zur Unterstützung bei raum- und städteplanerischen Entscheidungsprozessen in der Schweiz beitragen.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
This research project investigates the potential of urban densification and their resulting influence on the total energy consumption of neighborhoods and districts. With different computational methods, different scenarios of redensification and the resulting energy performance of neighborhoods will be investigated and compared. Project results shall support decision makers in regional and urban development processes in Switzerland.
Schlussbericht
(Deutsch)
Ziel und Umfang des Forschungsprojekts: In einem Zweijahresprojekt wurde das Potential der städtischen Verdichtung und deren energetische Auswirkungen für die Schweiz untersucht. Mithilfe verschiedener Verdichtungsstrategien wurde das Verdichtungspotential räumlich differenziert abgeschätzt. Dabei wurde ein besonderer Analysefokus auf die graue Energie gelegt. Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit von Bebauungsflächen und der steigenden Bevölkerung ist in der Schweiz das Aufzeigen verschiedener Verdichtungsoptionen für die Entwicklung nachhaltiger Quartiere besonders wichtig. Der Schwerpunkt der Analyse lag auf den städtischen Wohngebieten der Nachkriegszeit (1945- 1980). Dieser spezifische Fokus auf Nachkriegsquartiere bei der Quantifizierung des Verdichtungspotentials rührt daher, dass eine solche Verdichtung gleichzeitig die Möglichkeit bietet, die Energieeffizienz von Quartieren zu verbessern. Methoden: für die räumliche Erfassung, Quantifizierung und Bewertung von Verdichtungspotenzialen wurde ein räumlicher und datengetriebener Ansatz entwickelt. Verschiedene Quartiersarchetypen wurden für unterschiedliche Verdichtungsstrategien entworfen und mithilfe von (überwachten) Klassifizierungsmethoden alle bewohnten Quartiere der Nachkriegszeit der urbanen Schweiz klassifiziert. Die geografische Lage jedes Quartiers wurde im Hinblick auf ihre Anbindungsqualität und Erreichbarkeit bewertet, wobei davon ausgegangen wurde, dass eine Verdichtung an gut angebundenen und erreichbaren Standorten zu potentiellen Einsparungen im Transportsektor führt. Für die entwickelten Archetypen wurden bestehende oder neu entwickelte architektonische Entwürfe als Input für eine Energiesimulationssoftware (CESAR-P) verwendet, um die energetischen Auswirkungen verschiedener Verdichtungsstrategien zu bewerten. Die Auswirkungen des Einsatzes verschiedener Baumaterialien auf graue Emissionen und Emissionen für den Betrieb wurden für verschiedene Baumaterialszenarien untersucht. Für die verschiedenen Verdichtungsstrategien wurden basierend auf dem Merkblatt SIA 2032 die graue Energie und die Emissionen für neue und sanierte Gebäude berechnet. Schlussfolgerungen und Empfehlungen: Je nach Verdichtungsstrategie böten städtische Nachkriegsquartiere in der Schweiz Raum für zusätzliche 0.35 – 1.4 Millionen Einwohner und Einwohnerinnen (4 – 15% der heutigen Bevölkerung). Das Potenzial variiert jedoch stark zwischen den Gemeinden und ist geografisch ungleichmässig verteilt. Unter Annahme einer "Business-as-usual"- Verdichtungsstrategie wurde ein Verdichtungspotenzial von circa 0.7 Millionen Menschen abgeschätzt. Bei einer "konzentrierten Verdichtungsstrategie", bei der eine maximale Dichte nach heutigen städtebaulichen Kriterien angenommen wird, wurde das Verdichtungspotential auf circa 1.4 Millionen Einwohner und Einwohnerinnen geschätzt. In allen Szenarien befindet sich etwa die Hälfte des Verdichtungspotentials in geografisch günstigen Lagen, die für eine nachhaltige Verdichtung prioritär berücksichtigt werden sollten. Während das Verdichtungspotenzial in Nachkriegsquartieren an zentralen Lagen begrenzt ist, ist das Potenzial in Lagen mit mittlerer Zentralität und Erreichbarkeit erheblich. Die Verfolgung einer "Business-as-usual"- Strategie in zentralen Lagen anstelle der Realisierung von höheren Dichten wäre daher eine verpasste Chance für eine nachhaltige Verdichtung. Wir empfehlen eine stärkere Fokussierung des Verdichtungsdiskurses auf bereits bestehende Gebäude und Quartiere anstelle von neuen Entwicklungsgebieten. Die verschiedenen Verdichtungsstrategien der städtebaulichen Testentwürfe führen alle zu einem Anstieg der kombinierten Emissionen für den Bau und Betrieb der Nachkriegsquartiere. Tiefere Emissionen sind möglich, wenn der bereits vorhandene Gebäudebestand nachgerüstet anstatt durch Neubauten ersetzt wird. Das Fokussieren auf die Energieeffizienz und tiefe Emissionen neuer Gebäude ist wichtig, eine nachhaltige Nachrüstung und der Umbau bestehender Gebäude sollte aber ebenfalls bereits frühzeitig mit in den Entwurfsprozess einbezogen werden. In dieser Studie wurden davon ausgegangen, dass alle zusätzliche angenommenen Einwohner und Einwohnerinnen in neuen Gebäuden untergebracht und bestehende Gebäude entsprechend heute aktueller Zielwerte saniert werden. Skaliert man die Ergebnisse der Referenzentwürfe auf die übrige Schweiz, so wird geschätzt, dass der Einsatz von Holzbauten ein Emissions-Einsparungspotential von 6.4 – 6.8 % für die in dieser Studie betrachteten Verdichtungsstrategien ergibt. Wir plädieren für die Entwicklung eines Entwurfswerkzeugs das frühzeitig direktes Feedback zum grauen und betrieblichen Energiebedarf liefert bei architektonischen Projekten. Eine solche Berücksichtigung von Energie und Emissionen in einem frühen Stadium des Stadtplanungsprozesses würde die Nachhaltigkeit fördern. Die heutige Heterogenität und Eigentumsstruktur ist eine Herausforderung für die Energieoptimierung und nachhaltige Verdichtung auf Quartiersebene. Unsere Studie hat aufgezeigt, dass die genutzte Wohnfläche pro Kopf einen dominierenden Einfluss auf den Energieverbrauch sowie auf das Verdichtungspotenzial hat, und deshalb im Hinblick auf eine nachhaltige Verdichtung in der Schweiz hohe politische Aufmerksamkeit erhalten sollte.
Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Englisch)
Project scope and aim: This two-year project assessed the potential of urban densification and explored the impact on embodied and operational energy of different densification strategies for neighbourhoods across Switzerland. Increasing the effort to explore densification options that lead to more sustainable neighbourhoods is particularly important given the limited availability of land and increasing Swiss population. The focus of the analysis was on residential urban post-war neighbourhoods (1945-1980). The most important rationale for this specific scope of analysis is to quantify the potential of densifying the already built-up residential urban area where densification is thought to provide simultaneous benefits for improving the energy performance of neighbourhoods. A particular focus is laid on energy, including analysing embodied emissions. Methods: A geospatial data-driven framework was developed for spatial detection, quantification and evaluation of densification potentials. Different neighbourhood archetypes were designed for distinct densification strategies for each archetype. Based on supervised classification methods, all located residential neighbourhoods were classified. The geographic location of each neighbourhood was evaluated in terms of connectivity and accessibility whereby densification was assumed to save particularly on transportation energy in well-connected and accessible locations. For each archetype existing or newly created architectural urban designs were used as inputs for a building energy simulation tool to assess energy implications for different densification strategies. The effect on operational and embodied emissions of using different construction materials was studied for different construction material scenarios with an enhanced energy simulation software (CESAR-P). The SIA 2032 code was used to calculate the embodied energy and emissions incurred by the refurbishments and the construction of new buildings that are required in each of the densification strategies. Conclusions and recommendations: Depending on the pursued densification strategy, an additional 0.35 – 1.4 million people (4 – 15% of the current Swiss population) could be accommodated in Switzerland within post-war urban neighbourhoods. The potential within Swiss communities however varies considerably and is not evenly distributed geographically. A densification potential of around 0.7 million people is estimated for the business as usual densification strategy. For a concentrated densification strategy following maximum density based on contemporary urban development criteria, the estimate is about 1.4 million people. Across all scenarios, about half of this potential is located in favourable locations which should be considered first to explore sustainable densification. Whereas the densification potential of post-war neighbourhoods in highly central locations is limited, the potential is considerable in locations with medium centrality and accessibility. We argue that it would be an opportunity lost to pursue a business-as-usual densification strategy instead of realising higher densities in these neighbourhoods. We recommend a stronger focus of the densification discourse on already existing buildings and neighbourhoods instead of new development areas. The different densification strategies resulted in an increase in the combined embodied and operational emissions in all of the reference urban designs. Lower emissions are possible where densification strategies rely on retrofit the existing building stock rather than rebuilding. While energy efficiency and low emissions of new buildings should be considered, also a sustainable strategy for retrofitting already existing buildings should be taken into account in the design process. In this study, all additional occupant capacity is accommodated in new buildings and existing buildings are retrofitted to current target performance. Scaling the results from the reference designs to the rest of Switzerland estimates that the use of timber in the construction would save between 6.4% and 6.8% of emissions for the densification strategies considered in this study. The development of an early stage design tool for architects and urban planners could provide direct feedback on the embodied and operational energy demand. The consideration of energy and emissions early in the urban design process would foster sustainability. Additionally, the current heterogeneity and ownership structure are challenging for densification that optimises for energy and emissions perspective at the neighbourhood scale. We find that the floor area used per capita has a dominating impact on energy use per occupant and densification potentials and should gain high policy attention when improving the sustainability of densification or reducing energy demands.
Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)
Etendue et but du projet: Ce projet, se basant sur deux ans d'études, évalue le potentiel de densification urbaine et explore l'impact en terme d'énergie grise et d'utilisation pour différentes stratégies de densifications des quartiers en Suisse. Il est particulièrement important de multiplier les efforts d'exploration des options de densification menant à des quartiers durables en Suisse compte tenu de la disponibilité limitée des terres et d'une population croissante. L'analyse se concentre sur les quartiers urbains résidentiels de l'après-guerre (1945-1980). La raison principale de ce choix spécifique étant de quantifier le potentiel de zones déjà urbanisées, où des effets de synergie attribués à cette densification sont à supposer. Une attention particulière est accordée à l'énergie, y compris l'analyse des émissions y étant liées. Méthodes: Un environnement géo-spatial basé sur des données est développé pour la détection spatiale, la quantification et l'évaluation des potentiels de densification. Différents quartiers-type sont conçus pour des stratégies de densification distinctes. Tous les quartiers résidentiels détectés sont alors classés à l'aide de méthodes supervisées. La situation géographique de chaque quartier est évaluée en termes de connectivité et d'accessibilité, la densification permettant supposément d'économiser en particulier de l'énergie liée au transport dans des lieux bien connectés et facilement accessibles. Pour chaque quartier-type, des conceptions architecturales urbaines existantes ou récemment proposées sont utilisées comme données-base d'un outil de simulation énergétique des bâtiments, ceci afin d'évaluer les implications énergétiques des différentes stratégies de densification. L'effet sur les émissions d'utilisation et grises causées par l'emploi de différents matériaux de construction est étudié pour différents scénarios de construction avec un logiciel de simulation énergétique amélioré (CESAR-P). Le code SIA 2032 a été utilisé pour calculer l'énergie grise et les émissions induites tant par les rénovations que les constructions neuves de bâtiments nécessaires pour chacune des stratégies de densification. Conclusions et recommandations: En fonction des stratégies de densification choisies, 0,35 à 1,4 million de personnes supplémentaires (4 à 15% de la population suisse actuelle) pourraient être logées en Suisse dans les quartiers urbains d'après-guerre. Ce potentiel varie toutefois considérablement de commune en commune et ne se répartit pas de manière homogène sur le plan géographique. Un potentiel de densification d'environ 0,7 million de personnes est estimé pour la stratégie de densification "business as usual". Pour une stratégie de densification concentrée sur les critères actuels de développement urbain, l'estimation est d'environ 1,4 million de personnes. Pour tout scénario, environ la moitié de ce potentiel se situe dans des endroits favorables à une densification durable qui devraient être considérés en premier lieu. Si le potentiel de densification des quartiers d'après-guerre situés dans les lieux très centraux est limité, ce potentiel est considérable dans les lieux moyennement centraux et accessibles. Nous soutenons que ce serait une occasion manquée que de poursuivre une stratégie de densification "business as usual" au lieu de densifier les quartiers moyennement centraux et accessibles. Nous recommandons que le discours sur la densification soit davantage axé sur les bâtiments et les quartiers existants plutôt que sur de nouvelles zones de développement. Les différentes stratégies de densification entrainent une augmentation des émissions grises et d'utilisation dans tous les modèles urbains de référence. Des réductions d'émissions sont néanmoins possibles lorsque ces stratégies reposent sur la modernisation du parc immobilier existant plutôt que sur son remplacement. Si efficacité énergétique et faibles émissions de constructions neuves sont à considérer, il en va de même pour une stratégie de rénovation du parc immobilier existant. Dans la présente étude, tous les occupants supplémentaires sont logés dans des constructions neuves et les bâtiments existants sont modernisés aux standards-cible actuels. En étendant les résultats des conceptions architecturales de référence au reste de la Suisse, on estime que l'utilisation du bois dans la construction permettrait des économies de 6,4 % à 6,8 % selon les stratégies de cette étude. Le développement d'un outil de conception pour architectes et urbanistes fournirait un retour direct et anticipé sur les demandes énergétiques grise et d'utilisation. La prise en compte de l'énergie et des émissions dès le début du processus de conception urbaine favoriserait la durabilité. En outre, l'hétérogénéité du parc immobilier et la structure foncière actuelle constituent un défi pour une densification qui optimise consommation énergétique et émissions à l'échelle du quartier. Nous constatons que la surface d'habitation utilisée par personne a un impact dominant sur sa consommation énergétique et sur les potentiels de densification et devrait donc faire l'objet d'une grande attention politique pour améliorer la durabilité de la densification ou réduire la demande énergétique.
Zugehörige Dokumente