Optimizing Digital Twin for Net-Zero Retrofitting for UK Existing Building Stock

Die Gebäude, in denen wir leben und arbeiten, sind ein massiver Teil des Klimaproblems. Im Vereinigten Königreich ist der gebaute Raum für fast ein Viertel der Kohlenstoffemissionen des Landes verantwortlich. Die Herausforderung besteht darin, dass die meisten Gebäude, die voraussichtlich im Jahr 2050 noch stehen werden, bereits gebaut wurden. Das bedeutet, dass der Weg in eine sauberere Zukunft nicht darauf beruht, neue, perfekte Strukturen zu errichten, sondern darauf, die alten zu reparieren. Die traditionelle Art der Modernisierung dieser Gebäude – oft als Retrofitting bezeichnet – besteht meist darin, Dämmung hinzuzufügen oder Heizsysteme basierend auf statischen Plänen auszutauschen. Diese Methoden scheitern jedoch oft daran, vorherzusagen, wie ein Gebäude tatsächlich funktionieren wird, sobald Menschen darin leben, was zu einer Lücke zwischen den auf dem Papier versprochenen Energieeinsparungen und der Realität vor Ort führt. Um diese Lücke zu schließen, schauen Forscher auf ein Werkzeug namens Digitaler Zwilling. Stellen Sie sich einen Digitalen Zwilling als eine lebendige, atmende virtuelle Kopie eines physischen Gebäudes vor. Im Gegensatz zu einem einfachen Bauplan ist diese digitale Version mit Echtzeitdaten verbunden, was es ermöglicht, zu simulieren, wie das Gebäude auf das Wetter reagiert, wie Menschen es nutzen und wie seine Energiesysteme im Laufe der Zeit funktionieren. Er bietet eine Möglichkeit, verschiedene Modernisierungen in einem virtuellen Raum zu testen, bevor Geld für physische Änderungen ausgegeben wird, und verspricht so einen smarteren, effizienteren Weg zu Netto-Null-Emissionen.

Ein Forschungsteam der University of Lincoln und der University of Westminster setzte sich zum Ziel zu prüfen, ob diese Technologie tatsächlich die britische Retrofitting-Krise lösen kann. Sie waren nicht nur an der Theorie der Digitalen Zwillinge interessiert, sondern an der praktischen Realität ihrer Anwendung auf die Tausenden bestehenden Gebäude im ganzen Land. Um dies herauszufinden, befragten sie 383 Fachkräfte aus dem Sektor, darunter Architekten, Ingenieure, Bauunternehmer und politische Entscheidungsträger. Dies waren die Menschen, die für die Planung, den Bau und die Verwaltung der Modernisierungen verantwortlich sind. Die Forscher fragten sie nach ihren derzeitigen Methoden, ihrer Vertrautheit mit der Technologie der Digitalen Zwillinge und was die Nutzung dieser Technologie behindert. Das Ziel war es, über den Hype hinauszugehen und die tatsächlichen Barrieren zu verstehen, die den Einsatz dieser leistungsstarken Werkzeuge zur Dekarbonisierung des nationalen Wohnungsbestands verhindern.

Die Ergebnisse zeichneten das Bild einer Branche, die das Potenzial versteht, aber Schwierigkeiten hat, den ersten Schritt zu machen. Die befragten Fachkräfte stimmten im Allgemeinen zu, dass Digitale Zwillinge unglaublich nützlich sein könnten. Sie erkannten, dass Echtzeitdaten und die Fähigkeit, die Leistung nach einer Renovierung zu verfolgen, entscheidend sind, um die Lücke zwischen erwarteten und tatsächlichen Energieeinsparungen zu schließen. Tatsächlich bewerteten die Befragten die Bedeutung der Integration von Echtzeitdaten sehr hoch. Als sie jedoch nach ihrer eigenen Erfahrung mit der Technologie gefragt wurden, änderte sich das Bild. Die meisten beschrieben sich selbst als nur wenig oder mäßig vertraut mit Digitalen Zwillingen. Während sie das Konzept erklären konnten, hatten sehr wenige die Technologie tatsächlich in einem realen Projekt angewendet. Die Studie ergab, dass sich die Technologie im Retrofit-Sektor derzeit noch in den Kinderschuhen befindet, wobei die Anwendung hauptsächlich auf Pilotprojekte oder theoretische Diskussionen beschränkt ist und nicht im alltäglichen Praktikum stattfindet.

Die vielleicht überraschendste Erkenntnis war, dass das bloße Wissen über die Technologie nicht garantiert, dass jemand sie auch anwendet. Die Forscher analysierten die Daten, um zu sehen, ob die Vertrautheit einer Person mit Digitalen Zwillingen, ihr Vertrauen in ihre eigenen digitalen Fähigkeiten oder ihr Glaube an staatliche Förderung die Entscheidung vorhersagen würde, ob sie ein auf dieser Technologie basierendes neues Framework übernehmen würde. Die Antwort lautete nein. Keiner dieser individuellen Faktoren war stark genug, um die Einführung allein vorherzusagen. Dies deutet darauf hin, dass das Problem nicht ein Mangel an Bewusstsein oder individueller Bereitschaft ist. Stattdessen ist die Barriere systemisch. Die Branche wartet nicht darauf, dass eine einzelne Person zum Experten wird; sie wartet darauf, dass sich das gesamte System ändert. Die Fachkräfte identifizierten, dass die eigentlichen Hindernisse struktureller Natur sind: die Unfähigkeit verschiedener Softwaresysteme, miteinander zu kommunizieren, ein Mangel an standardisierten Wegen zum Datenaustausch und unzureichende Finanzierung zur Unterstützung des Übergangs.

Die Umfrage hob fünf spezifische Bereiche hervor, die der Branche nach Meinung der Beteiligten adressiert werden müssen, damit Digitale Zwillinge funktionieren. Die am häufigsten genannte Priorität war die Dateninteroperabilität, also die Fähigkeit verschiedener Computerprogramme und Datenbanken, Informationen nahtlos auszutauschen. Oh\ne dies kann ein Digitaler Zwilling nicht funktionieren, da er nicht in der Lage ist, die notwendigen Daten von Sensoren, Designmodellen oder Energiefakturen zu sammeln. Die zweite und dritte Priorität waren die Notwendigkeit standardisierter Rahmenbedingungen sowie bessere Finanzierung oder finanzielle Anreize. Die Fachkräfte hatten das Gefühl, dass die derzeitige Regierungspolitik zwar gut gemeint, aber schlecht implementiert sei, wodurch sie ohne die klaren Regeln oder finanziellen Sicherheitsnetze blieben, die für Investitionen in neue digitale Werkzeuge nötig wären. Die vierte und fünfte Priorität waren die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Sektoren und die Entwicklung von Ausbildungsprogrammen zur Qualifizierung der Belegschaft.

Basierend auf diesen Erkenntnissen schlugen die Forscher ein neues Framework vor, um den Übergang des Vereinigten Königreichs zu leiten. Dieser Ansatz konzentriert sich nicht nur auf die Installation von Software; es ist eine vierteilige Strategie, die das Problem als Ganzes betrachtet. Die erste Säule konzentriert sich auf den Aufbau eines nationalen Daten-Ökosystems, in dem alle verschiedenen digitalen Werkzeuge dieselbe Sprache sprechen können. Die zweite Säule fordert ein kohärentes Politikpaket, das die staatliche Förderung an die Nutzung dieser digitalen Werkzeuge koppelt und sicherstellt, dass finanzielle Unterstützung nur dann verfügbar ist, wenn Projekte bestimmte Datenstandards erfüllen. Die dritte Säule betont den Kapazitätsaufbau, was bedeutet, dass Universitäten und Berufsverbände die nächste Generation von Architekten und Ingenieuren darin schulen müssen, in digitaler Modellierung und Datenanalyse versiert zu sein. Die letzte Säule ist die kollaborative Governance, die vorschlägt, Allianzen zwischen Regierung, Industrie und Wissenschaft zu schaffen, um Wissen zu teilen und neue Ideen in realen Umgebungen zu testen.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Technologie zur Optimierung des britischen Gebäudebestands existiert, aber derzeit in einem Kreislauf aus Bewusstsein ohne Handeln feststeckt. Die Fachkräfte sind bereit, voranzuschreiten, aber sie benötigen ein unterstützendes Umfeld, das die technischen und finanziellen Hürden beseitigt. Die Forscher argumentieren, dass der Weg zu Netto-Null nicht eine Frage des Wartens darauf ist, dass die Technologie perfekt wird, sondern des Aufbaus des Ökosystems, das ihren effektiven Einsatz ermöglicht. Indem man sich auf Datenstandards, konsistente Politik, Ausbildung der Belegschaft und Zusammenarbeit konzentriert, kann das Vereinigte Königreich seinen alternden Gebäudebestand von einer Kohlenstoffbelastung in ein Modell der Effizienz verwandeln. Der Weg von einem statischen, ineffizienten Gebäude zu einem dynamischen Netto-Null-Asset erfordert mehr als nur ein neues Werkzeug; er erfordert eine neue Art des Zusammenarbeitens.