Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden

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1 Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Hochbautag , Feuchtwangen Dr. Stephan Leitschuh

2 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 2

3 Ausgangslage Dr Stephan Leitschuh Dr Josef Hochhuber Wie kann ich mich gegen Überwärmung Ingo Bartussek - Fotolia Dr Harald Krause Bauherr ist verunsichert: Wie baue ich richtig? Wie baue ich umwelt- und klimagerecht? schützen? Welche Kosten entstehen über die gesamte Lebensdauer? Dr Josef Hochuber 3

4 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 4

5 Methode: Lebenszyklusanalyse (LCA) Herstellung Nutzung Entsorgung Rohstoffbereitstellung Transport Herstellung des Baumaterials Instandhaltung Ersatz Energiebedarf Recycling Abfallbeseitigung Berechnung der einträge über den gesamten Lebenszyklus 50 Jahre Ökobaudat 2016 DIN EN und

6 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 6

7 Mustergebäude: Ansichten des Einfamilienhauses Ost Süd West 7

8 Mustergebäude: Grundrisse EG 8 OG

9 Mustergebäude: Bauweisen Ziegel Dr Stephan Leitschuh Hybridkonstruktion Holzständer Massivholz Dr Stephan Leitschuh Bestandsgebäude: Ziegel Dr Josef Hochuber 9

10 Mustergebäude: Energetische Niveaus EnEV (Niveau ab ), ohne Lüftungsanlage 30 kwh/(m² Jahr) spez. Heizwärmebedarf, mit Abluftanlage 15 kwh/(m² Jahr) spez. Heizwärmebedarf, mit Lüftungsanlage und Wärmerückgewinnung Bestandsgebäude Baualtersklasse 8 ( ) 10

11 Mustergebäude: Heiztechniken Gas-Brennwertkessel mit Solarthermie für WW Holzpelletkessel Luft-Wasser-Wärmepumpe Wasser-Wasser-Wärmepumpe Modellierung von 72 Varianten LfU Bestandsgebäude: Konstanttemperaturkessel Öl 11

12 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 12

13 Auswertungen auswirkungen Primärenergie: erneuerbar, nicht erneuerbar, gesamt Treibhausgas Überdüngung Versauerung Sommersmog Qualitative Aspekte Thermischer Komfort Schallschutz Brandverhalten Nutzungsdauer Schadstoffe in der Raumluft Ökonomie Kosten verschiedener Bauweisen in EnEV-Standard 13

14 Exkurs: Thermisch-dynamische Simulationsrechnung Heizwärmebedarf unter Berücksichtigung von Wärmespeichereffekten EG 14 OG

15 Hybrid Ziegel Massivhholz Hybrid Ziegel Massivhholz Hybrid Ziegel Massivhholz Heizwärmebedarf kwh/(m² Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Exkurs: Thermisch-dynamische Simulationsrechnung EnEV-Niveau mit Holzheizung oder Wärmepumpe (56 kwh/(m² Jahr)) 30 kwh-niveau 15 kwh-niveau Schwere Gebäude können passive solare Gewinne besser nutzen verringerter Heizwärmebedarf im Vergleich zu leichten Gebäuden im gewählten Mustergebäude: - 3,6 bis - 6,3 % 15

16 Gas-Brennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gas-Brennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gas-Brennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Öl-Kessel Heizenergiebedarf. Endenergiebedarf, kwh/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Heizwärmebedarf - Endenergiebedarf Heizwärmebedarf Endenergiebedarf EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude Bestand 80er Jahre 16

17 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 17

18 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Primärenerige, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Primärenergie für Gebäude* Beispiel: Holzpelletheizung Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude * Herstellung, Instandhaltung/Ersatz und Entsorgung OHNE Energiebedarf im Betrieb 18

19 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Primärenergie, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Primärenergie für Gebäude und Betrieb Beispiel: Holzpelletheizung Primärenergie nicht erneuerbar - Betrieb Primärenergie erneuerbar - Betrieb Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude Bestandsgebäude: PE gesamt: 1189,9 MJ/(m² NRF * Jahr) PE Gebäude: 5,7 MJ/(m² NRF * Jahr) PE Betrieb: 1184,2 MJ/(m² NRF * Jahr) EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 19

20 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Primärenergie, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Primärenergie für Gebäude und Betrieb Beispiel: Luft-Wärmepumpe Primärenergie nicht erneuerbar - Betrieb Primärenergie erneuerbar - Betrieb Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 20

21 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Primärenergie, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Primärenergie für Gebäude und Betrieb Beispiel: Grundwasser-Wärmepumpe Primärenergie nicht erneuerbar - Betrieb Primärenergie erneuerbar - Betrieb Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 21

22 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Primärenergie, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Primärenergie für Gebäude und Betrieb Beispiel: Gasbrennwert mit Solarthermie Primärenergie nicht erneuerbar - Betrieb Primärenergie erneuerbar - Betrieb Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 22

23 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Treibhausgaspotenzial, kg CO 2 -Äq/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Treibhausgaspotenzial für Gebäude* Beispiel: Gasbrennwert mit Solarthermie Treibhausgaspotential - Gebäude 0 EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude * Herstellung, Instandhaltung/Ersatz und Entsorgung OHNE Energiebedarf im Betrieb 23

24 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Treibhausgaspotenzial, kg CO 2 -Äq/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Treibhausgaspotenzial Gebäude + Betrieb Beispiel: Gasbrennwert mit Solarthermie Treibhausgaspotential - Betrieb Treibhausgaspotential - Gebäude 0 Bestandsgebäude: Gebäude: 8,3 kg CO 2 /(m² NRF * Jahr) Betrieb: 78,9 kg CO 2 /(m² NRF * Jahr) EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 24

25 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Treibhausgaspotenzial, kg CO 2 -Äq/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Treibhausgaspotenzial Gebäude + Betrieb Beispiel: Luftwärmepumpe Treibhausgaspotential - Betrieb Treibhausgaspotential - Gebäude 0 EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 25

26 Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Ziegel Massivholz Treibhausgaspotenzial, kg CO 2 -Äq/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Treibhausgaspotenzial Gebäude + Betrieb Beispiel: Holzpelletheizung Treibhausgaspotential - Betrieb Treibhausgaspotential - Gebäude 0 EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 26

27 Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Primärenerige, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Vergleich von Heizsystemen Beispiel: Ziegelgebäude, Primärenergiebedarf für Gebäude* Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude * Herstellung, Instandhaltung/Ersatz und Entsorgung OHNE Energiebedarf im Betrieb 27

28 Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Primärenergie, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Vergleich von Heizsystemen Beispiel: Ziegelgebäude, Primärenergiebedarf für Gebäude und Betrieb Primärenergie nicht erneuerbar - Betrieb Primärenergie erneuerbar - Betrieb Primärenergie nicht erneuerbar - Gebäude Primärenergie erneuerbar - Gebäude EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 28

29 Gasbrennwert Holzpellet Luftwärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luftwärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luftwärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Treibhausgaspotenzial, kg CO 2 -Äq/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Vergleich von Heizsystemen Beispiel: Ziegelgebäude, Treibhausgaspotenzial für Gebäude* Treibhausgaspotential - Gebäude 0 EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude * Herstellung, Instandhaltung/Ersatz und Entsorgung OHNE Energiebedarf im Betrieb 29

30 Gasbrennwert Holzpellet Luftwärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luftwärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luftwärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Treibhausgaspotenzial, kg CO 2 -Äq/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden auswirkungen: Vergleich von Heizsystemen Beispiel: Ziegelgebäude, Treibhausgaspotenzial für Gebäude und Betrieb Treibhausgaspotential - Betrieb Treibhausgaspotential - Gebäude 0 EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude 30

31 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 31

32 Sensitivitäten: Überblick Variation des Betrachtungszeitraums: Jahre Mit oder ohne Keller bauen? Variation der Dämmstoffe: nachwachsende <-> synthetische Rohstoffe Raumtemperatur: 20 ºC 22 ºC 32

33 Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Gasbrennwert Holzpellet Luft-Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Primärenergie gesamt, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Sensitivität: Betrachtungszeitraum Jahre: Gebäude* Jahre Ø - 27 % 50 Jahre Ø - 10 % 80 Jahre 0 EnEV-Niveau: * Herstellung, Instandhaltung/Ersatz und Entsorgung OHNE Energiebedarf im Betrieb 33

34 ohne Keller mit Keller ohne Keller mit Keller ohne Keller mit Keller Primärenergie, MJ/(m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Sensitivitäten: Mit oder ohne Keller bauen? Beispiel: 30 kwh-gebäude mit Luftwärmepumpe: Primärenergie (PE) Bezug auf welche Nutzfläche? mit Keller: bezogen auf 51 % mehr Nutzraumfläche Ersatzbauproblematik Flächenversiegelung 50 0 PE nicht erneuerbar - Gebäude PE erneuerbar - Gebäude 34

35 Sensitivitäten: Variation der Dämmstoffe Beispiel: 15 kwh-gebäude, Gasbrennwert, und Bauweise Basisvariante Synthetische nachwachsende Dämmstoffe Rohstoffe Bodenplatte Schaumglasschotter Polystyrol XPS Schaumglasschotter Fußboden Holz Holzfaserplatten Polystyrol EPS Holzfaserplatten Fußboden Estrich Mineralwollplatten Polystyrol EPS Korkplatten Außenwand WDVS Polystyrol EPS Polystyrol EPS Holzfaserplatten Decke über OG Mineralwollplatten Polystyrol EPS Zellulosedämmung bau Bodenplatte Schaumglasschotter Polystyrol XPS Fußboden Holz Holzfaserplatten Polystyrol EPS Fußboden Estrich Korkplatten Polystyrol EPS Außenwand Hohlraum Zellulosedämmung Mineralwolle Außenwand WDVS Holzfaserplatten Polystyrol EPS Decke über OG Zellulosedämmung Polystyrol EPS 35

36 Basisvariante nachwachsende Rohstoffe synthetische Rohstoffe Basisvariante synthetische Rohstoffe MJ/ (m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Variation der Dämmstoffe Primärenergie für Gebäude Primärenergie nicht erneuerbar Primärenergie erneuerbar 36

37 Basisvariante nachwachsende Rohstoffe synthetische Rohstoffe Standardvariante synthetische Rohstoffe kg CO 2 -Äq/ (m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Variation der Dämmstoffe Treibhausgaspotenzial für Gebäude

38 Basisvariante nachwachsende Rohstoffe synthetische Rohstoffe Standardvariante synthetische Rohstoffe g P-Äq/ (m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Variation der Dämmstoffe Überdüngungspotenzial für Gebäude

39 Basisvariante nachwachsende Rohstoffe synthetische Rohstoffe Basisvariante synthetische Rohstoffe g SO 2 -Äq/ (m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Variation der Dämmstoffe Versauerungspotenzial für Gebäude

40 Basisvariante nachwachsende Rohstoffe synthetische Rohstoffe synthetische Rohstoffe Standardvariante synthetische Rohstoffe g Ethen-Äq/ (m² NRF Jahr) Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Variation der Dämmstoffe Sommersmogpotenzial für Gebäude mit ohne Austausch WDVS nach 40 Jahren 40

41 Bestandsgebäude 80er Jahre EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude Bestandsgebäude 80er Jahre EnEV-Gebäude 30 kwh-gebäude 15 kwh-gebäude Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Sensitivität: Heizwärmebedarf bei höherer Raumtemperatur Erhöhung der Raumtemperatur von 20 ºC auf 22 ºC bei der Gebäudesimulation: Zunahme des Heizwärmebedarfs um % je Kelvin Zunahme des Heizwärmebedarfs um kwh/(m² Jahr) je Kelvin

42 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 42

43 Hybrid Ziegel Massivhholz Hybrid Ziegel Massivhholz Hybrid Ziegel Massivhholz flächengewichtete Überwärmungsstunden (> 26 ºC), Kh/Jahr Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Qualitative Aspekte: Thermischer Komfort Grenzwert Wohngebäude Grenzwert Nichtwohngebäude In der Praxis zu empfehlen EnEV-Niveau mit Holzheizung oder Wärmepumpe 30 kwh-niveau 15 kwh-niveau Schwere massive Gebäude weisen eine viel geringere Überwärmung auf. Dämmung + aktiver Sonnenschutz vermindert die Überwärmung deutlich. Überwärmung im Süd-West-Raum deutlich höher als im Durchschnitt. 43

44 Qualitative Aspekte: Schallschutz bei schwerer Bauweise leicht erfüllbar, insbesondere tiefe Frequenzen bei leichten Bauweisen mit einfachen Maßnahmen begrenzbar (z. B. Beschwerung der Zwischendecken) LfU Entkopplung des Fußbodens zur Rohdecken ist bei allen Bauweisen erforderlich (schwimmender Estrich) birgitta hohenester / pixelio.de 44

45 Qualitative Aspekte: Brandverhalten Bauweisen aus Stein erfüllen Feuerwiderstandsdauer F 90 Holzkonstruktionen erfüllen Feuerwiderstandsdauer F 30 Beide Bauweisen erfüllen gesetzliche Vorgaben Häufig unterschiedliche Einstufung bei der Gebäudeversicherung LGL 45

46 Qualitative Aspekte: Lange Nutzungsdauer Qualitativ hochwertige und fehlerfreie Ausführung Gründlich überdachte Planung Langlebige Produkte (z. B. Anstriche) Schutz vor Witterung, auch beim Bau Stadtwerke Bamberg Schnittstelle der Gewerke Luftdichtheit Josef Hochhuber 46

47 Qualitative Aspekte: Schadstoffe in der Raumluft Holzprodukte / Möbel Formaldehyd aus Leimen, Lacken, etc. Kohlenwasserstoffe aus harzreichen Hölzern Mineralische Stoffe Keine Ausgasung aus Produkten Mögliche Emissionen aus Klebern, Putzen, Dichtungen Daniel Kocherscheidt / pixelio.de Lösung: Zertifizierte Bauprodukte, z. B. mit Blauem Engel Innenraumluftmessung 47

48 Inhalt Ausgangslage Methode Mustergebäude Auswertungen auswirkungen Sensitivitäten Qualitative Aspekte Ökonomie 48

49 Ergebnis Ökonomie Berechnung der Lebenszykluskosten Berücksichtigte Kosten für: Herstellung Versorgung Rückbau Instandsetzung Wartung Entsorgung 49

50 Ziegel pro m² Bruttogrundfläche Lebenszyklusanalyse von Wohngebäuden Ergebnis Ökonomie: Barwert verschiedener Bauweisen Beispiel: EnEV-Gebäude mit Holzpelletheizung Rückbaukosten Instandsetzungskosten Wartungskosten Energiekosten Herstellungskosten mit ohne Austausch WDVS nach 40 Jahren 50

51 Zusammenfassung Ökobilanz betrachtet belastungen v. a. Primärenergiebedarf und Treibhausgase über den gesamten Lebenszyklus je energieeffizienter ein Gebäude ist, desto höher ist der relative Anteil des Herstellungsaufwandes Primärenergiebedarf und auswirkungen lassen sich durch hohe Energieeffizienz erheblich senken. 51

52 Zusammenfassung Stärken der schweren Bauweise (Stein) Schwere Gebäudemassen o puffern und speichern Wärmeenergie (solare Strahlung), o reduzieren sommerliche Überwärmung deutlich, o können den Heizwärmebedarf in der Größenordnung von 10 % reduzieren. Je schwerer das Mauerwerk ist, desto einfacher ist hohes Schallschutzniveau erreichbar. Stärken der Holzbauweise Sie benötigt weniger Energie für die Herstellung graue Energie, Primärenergiebedarf (nicht erneuerbar und gesamt) ist verhältnismäßig niedriger. Treibhausgasemissionen, Versauerungs-, Überdüngungs- und Sommersmogpotential sind verhältnismäßig gering. 52

53 Zusammenfassung Keine Bauweise hat nur Vorteile; vereint viele Stärken. geringe sommerliche Überwärmung verhältnismäßig geringe wirkungen guter Schallschutz Heiztechnik Je niedriger der Heizwärmebedarf, desto weniger unterscheiden sich die verschiedenen Heiztechniken hinsichtlich der auswirkungen. Holzheizung schneidet bei Treibhausgaspotential sehr günstig ab. Aber Emissionen von Staub- und Kohlenmonooxidemission der Holzheizung wurde nicht bilanziert; diese sind i. d. R. höher als bei anderen Heizungstypen. Ressource Holz ist begrenzt. Lebenszykluskosten liegen in dieser Studie bei allen Bauweisen in der gleichen Größenordnung 53

54 Zusammenfassung Wohnkomfort wird durch effiziente Bauweisen optimiert: warme Wandoberflächen im Winter geringe Überwärmung im Sommer gute Luftqualität durch Lüftungsanlage Mögliche Ansätze zur Verbesserung der bilanz im Baubereich: solare Energiegewinne optimieren mit ausgewogenem Glasflächenanteil Heizenergiebedarf wird dadurch gesenkt. lange Nutzungsdauer anstreben: o qualitativ hochwertige Planung und hohe Qualität der Ausführung o flexible Grundrisse Recyclingbaustoffe verwenden, mit dem Ziel die graue Energie der Primärkonstruktion zu senken. Lüftungsanlage optimal einstellen, mit dem Ziel eines geringen Stromverbrauchs. 54

55 Wer glaubt, ein bisschen dämmen reicht, wird merken, dass die Wärme weicht. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 55