Die Baubranche steht vor großen Herausforderungen. Laut Bundesverband energieeffiziente Gebäudehülle (BuVEG) lag die Sanierungsquote im deutschen Gebäudebestand 2025 bei lediglich 0,67 Prozent. Um die Klimaziele im Gebäudesektor zu erreichen, wären rund zwei Prozent notwendig. Gerade bei Bestandsgebäuden fehlen häufig belastbare Datengrundlagen für Investitionsentscheidungen. Jede Entscheidung ist teuer, komplex und oft ein Blick in die Kristallkugel. Die zentrale Frage lautet daher: Wie lassen sich Sanierungen wirtschaftlich, fundiert und mit maximaler Klimawirkung steuern?

Hybrenergy: Der digitale Zwilling zur Energieberatung

Einen Lösungsansatz liefert das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt „Hybrenergy “. Es verbindet Gebäude- und Betriebsdaten zu einem hybriden digitalen Zwilling, der energetische Zusammenhänge sichtbar und bewertbar macht. Simulation, Optimierung in der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) und virtuelle Realität (VR) werden in einer Anwendung kombiniert. Ziel ist es, Energieverbräuche am simulierten Bauobjekt zu analysieren und Investitionsentscheidungen datenbasiert zu priorisieren. Beteiligt sind Partner aus Forschung und Industrie: neben dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sind das Forschungszentrum Informatik (FZI), die RWTH Aachen und Konsortialführer Schneider Electric GmbH im Vorhaben aktiv. Mit dabei sind auch die Unternehmen Lumoview Building Analytics GmbH, Actimage GmbH und Archis Architekten + Ingenieure GmbH. Das Ziel: CO₂-Emissionen in Gebäuden messbar reduzieren – im Bestand ebenso wie bei neuen Objekten.

Für Schneider Electric war dabei vor allem der Gebäudebestand von Interesse. Während Neubauten heute zunehmend digital geplant und dokumentiert werden, fehlen bei bestehenden Industriegebäuden häufig belastbare Informationen über technische Ausstattung, Nutzung oder energetische Zusammenhänge. Das Unternehmen stellte deshalb einen eigenen Produktionsstandort als Demonstrator zur Verfügung. „Gerade im Bestand liegt ein riesiges Potenzial. Uns hat besonders interessiert, wie sich bestehende Gebäude nicht nur geometrisch erfassen, sondern auch ihre technische Ausstattung und Nutzung digital abbilden lassen“, erklärt Ingo Gitschier, Diplom-Ingenieur (FH) für Versorgungstechnik, Konsortialleiter des Projekts und zuständig für Digitale Wartung im Rahmen von Gebäudeautomatisierungsprojekten bei Schneider Electric. Neben dem Erkenntnisgewinn ging es für das Unternehmen auch um die Frage, wie sich bestehende Lösungen und Produkte künftig mit solchen digitalen Zwillingen verknüpfen lassen.

Ein virtueller Blick hinter die Fassade

„Im Zentrum steht aber immer der Mensch“, betont Dr.-Ing. Polina Häfner. Sie war am Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen (IMI) des KIT als Expertin für Virtual Engineering und Rendering maßgeblich am Aufbau des hybriden Zwillings beteiligt und von Projektbeginn an dabei. Neben Technik und Kosten rücken Komfort und Betriebsqualität für die Personen im betreffenden Gebäude stärker in den Fokus. Die Visualisierung von Sanierungsmaßnahmen hilft, komplexe Zusammenhänge zu verstehen, bauliche Veränderungen miteinander zu vergleichen und Entscheidungen effizient abzustimmen. Maßnahmen werden erlebbar und durch die Berechnung von Investitionskosten, Energieverbräuchen, CO₂-Emissionseinsparungen sowie weiteren Parametern bereits im System vergleichbar – noch bevor der erste Euro investiert wird. Das macht Sanierungsentscheidungen schneller, transparenter, belastbarer. Schauplatz des Projekts ist eine Produktionshalle von Schneider Electric aus den 1960ern mit elf Gebäudeeinheiten. Der Standort in Neuenstadt am Kocher ist typisch für über Jahrzehnte gewachsene Industrieareale mit hoher technischer Vielfalt – und damit ein ideales Testfeld für Hybrenergy, um energetische Optimierung im laufenden Betrieb zu untersuchen.

Wenn Daten zeigen, wo Energie verloren geht

Während Schneider Electric die Datenerfassung sicherstellte, nutzen die beteiligten Teams der RWTH Aachen diese Informationen zur Optimierung der energetischen Simulationen in der digitalen Nachbildung. Bewährte Methoden aus Maschinenbau und Automatisierung werden auf das Gebäude übertragen. Ziel ist eine Simulation, die die reale Gebäudeperformance abbildet und damit eine solide Grundlage für die Entwicklung und Priorisierung von Sanierungsvarianten liefert. Eigentumsparteien und Investierende können so die energetische Performance ihrer Immobilien bewerten und Maßnahmen dort priorisieren, wo sie den größten Effekt erzielen. Virtual Reality ist dabei kein Selbstzweck, sondern ein Tool zur Entscheidungsunterstützung. Genau darin sieht Schneider Electric den größten praktischen Nutzen der Anwendung. Erste Auswertungen des Demonstrators zeigten beispielsweise, dass einzelne Gebäudebereiche sehr unterschiedlich genutzt werden. Während manche Bereiche stark frequentiert sind, bleiben andere zeitweise nahezu ungenutzt. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten für die Flächenorganisation und den Energieeinsatz. Gleichzeitig lassen sich Investitionskosten den erwarteten Einsparungen gegenüberstellen. „Am Ende läuft es auch bei Industrieunternehmen auf die Frage hinaus, ob sich eine Maßnahme rechnet“, sagt Gitschier. „Wenn wir finanzielle Aufwände und die dahinterliegenden Energieeinsparungen realistisch simulieren können, lassen sich Modernisierungsmaßnahmen deutlich fundierter begründen.“

Zwischen Potenzial und Praxis: Wenn gute Modelle auf fehlende Daten treffen

Doch das Projekt hat nicht nur Potenziale sichtbar gemacht, sondern auch Grenzen aufgezeigt. Aus Sicht von Schneider Electric ist die größte Herausforderung aktuell nicht die Simulation selbst, sondern die Beschaffung der dafür erforderlichen Daten. Viele Informationen über Gebäudenutzung, technische Ausstattung oder Komfortanforderungen liegen im Bestand nicht zentral vor und müssen oft manuell erhoben werden. „Der Output ist gut. Der Weg dorthin ist noch verbesserungswürdig“, fasst Gitschier zusammen. Für konkrete Kundenprojekte sei der Aufwand heute teilweise noch zu hoch. Hier sieht er Potenzial für weitere Forschung: „Künftig könnten KI-gestützte Verfahren, digitale Gebäudedokumentation oder intelligente Sensorik dabei helfen, die Datenerfassung und Modellgenerierung stärker zu automatisieren und damit wirtschaftlicher zu machen.“

Der Weg zur skalierbaren Energiewende

„Durch die Virtual-Reality-Anwendung kann ein Investor auch in New York sitzen und trotzdem bequem durch das Gebäude laufen, Szenarien vergleichen und Maßnahmen besser einschätzen. Auch Fachkräfte für Gebäudetechnik können das Zwillingsmodell nutzen, um Betriebs- und Wartungsarbeiten aus der Ferne vorzubereiten. Das reduziert Abstimmungsaufwand und kann Einsätze vor Ort effizienter machen. Alles ist remote abschätzbar.“ Weniger Abstimmungsaufwand, bessere Vorbereitung und effizientere Umsetzung vor Ort also. Die langfristige Vision geht dabei über einzelne Standorte hinaus. Für Schneider Electric könnte der hybride Zwilling künftig nicht nur im eigenen Gebäudebestand eingesetzt werden, sondern auch Energieberatende, Facility-Management-Anbieter und Gebäudebetreibende bei der Planung und Bewertung von Maßnahmen unterstützen. Bereits heute werden Projektergebnisse genutzt, um Möglichkeiten für die Integration entsprechender Funktionen in bestehende Softwarelösungen und Facility-Management-Systeme zu prüfen. Perspektivisch lassen sich die Ansätze skalieren: auf ganze Quartiere und Stadtteile, integrierte Energiesysteme und deren Energieoptimierung. In Kombination mit künstlicher Intelligenz (KI) könnten künftig auch automatisierte Sanierungsvorschläge entstehen. Das Projekt NaiS (Nachhaltige intelligente Sanierungsmaßnahmen), das vom KIT koordiniert wird, zeigt bereits, wie KI komplexe Gebäudedaten analysieren und datenbasierte Sanierungsplanung beschleunigen kann.

Mehr Transparenz im Gebäudebestand

Hybrenergy demonstriert, wie sich der Gebäudebestand vom Blindflug zur datenbasierten Entscheidungsgrundlage entwickeln kann. Der hybride digitale Zwilling schafft Transparenz im laufenden Gebäudebetrieb, macht die Auswirkungen von Sanierungsmaßnahmen nachvollziehbar und ermöglicht es, Investitionen anhand belastbarer Daten zu priorisieren. Damit liefert das Projekt einen praxisnahen Ansatz, um Energieverbrauch und CO₂-Emissionen gezielt zu reduzieren.

Die Zukunft der Gebäudesanierung ist virtuell

Für Schneider Electric hat das Projekt zugleich gezeigt, welches Potenzial in der Verbindung von Gebäudedaten, Simulation und digitaler Visualisierung steckt – und wo für einen breiten Markteinsatz noch Entwicklungsbedarf besteht. „Wir haben gezeigt, dass der Ansatz funktioniert. Die nächste Herausforderung besteht darin, die Datenerfassung und Modellgenerierung deutlich stärker zu automatisieren“, sagt Ingo Gitschier von Schneider Electric. „Wenn uns das gelingt, steckt darin enormes Potenzial für die energetische Optimierung von Bestandsgebäuden.“ Genau darin liegt für Häfner eine zentrale Erkenntnis des Projekts für die Anwendungsforschung: „Das Schöne an Anwendungsprojekten ist, dass wir ein konkretes Problem lösen. Wir haben gesehen, wo die ‚Pain Points‘ liegen und konnten gezielt Lösungen dafür entwickeln“, resümiert sie. Der digitale Zwilling und die erlebbare virtuelle Realität stehen damit beispielhaft für eine neue Generation datengetriebener Werkzeuge im Gebäudemanagement. Sie schaffen die Grundlage für fundiertere Investitionsentscheidungen und effizientere Sanierungsstrategien – und zeigen, wie sich ökologische und wirtschaftliche Ziele im Gebäudebestand miteinander verbinden lassen.