Schritt für Schritt zur Ökobilanz. Anna Braune & Johannes Kreißig, PE INTERNATIONAL Bastian Wittstock, Uni Stuttgart, Lehrstuhl für Bauphysik

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1 Schritt für Schritt zur Ökobilanz Anna Braune & Johannes Kreißig, PE INTERNATIONAL Bastian Wittstock, Uni Stuttgart, Lehrstuhl für Bauphysik

2 Ökobilanz im DGNB System 7 Kriterien werden gemeinsam durch die Ökobilanzergebnisse adressiert 2

3 DGNB Pilotzertifikat: Zentrum für Umweltbewusstes Bauen, Kassel Silber 3

4 Ergebnisse Ökobilanz des ZUB 60 Treibhauspotential (GWP) 50 GWP [kg CO2 Äq./m²NGF*a] ZUB Zielwert "Gold" Referenzwert "Silber" Minimum Grenzwert = "Bronze" 4

5 Ergebnisse Ökobilanz des ZUB 300 Primärenergiebedarf nicht erneuerbar (PEne) 250 PE (n.e.) [kwh/m²ngf*a] ZUB Zielwert "Gold" Referenzwert "Silber" Minimum Grenzwert = "Bronze" 5

6 Ergebnisse Ökobilanz des ZUB 0,16 Überdüngungspotential (EP) 0,14 EP [kg PO 4 3- Äq./m²NGF*a] 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 ZUB Zielwert "Gold" Referenzwert "Silber" Minimum Grenzwert = "Bronze" 6

7 Ergebnisse Ökobilanz des ZUB 100% Relative Beiträge der Lebenszyklusphasen 80% 60% 40% 20% 0% End-of-Life Instandhaltung Raumkonditionierung Herstellung -20% PE_ges GWP AP EP POCP ODP 7

8 Die Fragen Was verlangt die DGNB? Was ist die Ökobilanz? Was bedeuten Vorzertifikat und Zertifikat für die Ökobilanz? Wie bekomme ich die erforderlichen Ökobilanz- Ergebnisse? 8

9 Übersicht Die Ökobilanz im Schema der DGNB Grundlagen der Ökobilanz Vom Produkt zum Gebäude Gebäude-Ökobilanzen als Entscheidungsgrundlage Umweltdeklarationen (EPD) für Bauprodukte Schritt für Schritt zur Ökobilanz 9

10 Die Ökobilanz im Schema der DGNB 10

11 Architektur des DGNB Systems Übergeordnetes Ziel: Nachhaltiges Bauwerk 1 Ziel Schutzzielgruppen: Kriteriengruppen 6 Gruppen Quantifizierungsmethoden: Kriterien, Indikatoren, Zielwerte ~ 50 Kriterien Umsetzung in Planung, Ausführung und Betrieb: Messen und Steuern Ist- und Soll-Kennwerte Unendliche Anzahl Lösungswege 11

12 Nachhaltiges Bauen beinhaltet 12

13 Ökologische Kriterien im DGNB System 13

14 Ökobilanz Ergebnisse berechnen Alle Materialien Primärenergiebedarf Technische Beschreibung X Umweltwirkungen Beschreibung der Umweltwirkungen ERGEBNISSE Treibhauspotenzial Versauerung Überdüngung Sommersmog Je Material Ozonschichtabbau 14

15 Ökobilanzen in der Planung 15

16 Ökobilanzen mit geeigneten Daten Planung: Durchschnittsdaten Nachweis: Spezifische Daten Ökobilanz Datenbank für Planer und Architekten: Ökobau.dat, EPDs Spezifische EPD von Herstellern möglich 16

17 Die Ökobilanz und das Zertifikat Wo liegen die Schwachstellen? Wie kann ich meinen Entwurf beeinflussen / optimieren? Ökobilanz auf Grundlage weniger Daten Erste Aussagen sollen getroffen werden Ergebnisse müssen Richtungssicherheit bieten Frühe Rückmeldung, ob Korrekturen in der Planung sinnvoll sind Nachweis der Anforderungen Detailierte Ökobilanz Nach Baufertigstellung Nachweis der Anforderungen des Zertifikats Fragen in der Planungsphase Vorzertifikat zur Vermarktung Gütesiegel 17

18 Die Ökobilanz und das Vorzertifikat Abschätzungen sind gefragt! Wo liegen die Schwachstellen? Wie kann ich meinen Entwurf beeinflussen / optimieren? Fragen in der Planungsphase Ökobilanz auf Grundlage weniger Daten Wie lassen sich Abschätzungen herleiten? Erste Aussagen sollen getroffen werden Ergebnisse müssen Richtungssicherheit bieten Frühe Rückmeldung, ob Korrekturen in der Planung sinnvoll sind Vorzertifikat zur Vermarktung Nachweis der Anforderungen Detailierte Ökobilanz Nach Baufertigstellung Nachweis der Anforderungen des Zertifikats Gütesiegel 18

19 Die Ökobilanz und das Zertifikat Anforderungen sind vorgegeben! Fragen in der Planungsphase Ökobilanz auf Grundlage weniger Daten Wie ist das prinzipielle Vorgehen? Wo liegen die Schwachstellen? Wie kann ich meinen Entwurf beeinflussen / optimieren? Erste Aussagen sollen getroffen werden Ergebnisse müssen Richtungssicherheit bieten Fachwissen ist erforderlich! Ausbildung ist notwendig! Frühe Rückmeldung, ob Korrekturen in der Planung sinnvoll sind Vorzertifikat zur Vermarktung Nachweis der Anforderungen Detailierte Ökobilanz Nach Baufertigstellung Nachweis der Anforderungen des Zertifikats Gütesiegel 19

20 Grundlagen der Ökobilanz 20

21 Prinzip Shift of Burdens Avoid solving a problem... 21

22 Prinzip Shift of Burdens Avoid solving a problem by creating a new problem. 22

23 Prinzip Lebenswegbetrachtung Vorprodukte-Herstellung Herstellung Rohstoff-Abbau Entsorgung Recycling Nutzungsphase 23

24 Prinzip Wirkungen über den Lebenszyklus Wirkungsbilanz Energieverbrauch, Rohstoffverbrauch, Treibhauseffekt, Sommersmog, Versauerung, Überdüngung, Umweltgifte, Abfallproblematik,... Wirkungsanalyse Emissionen (Abfälle) Sachbilanz Output Input Output Input Output Input Output Input Output Input Ressourcen Lebensweg Rohstoffabbau und Aufbereitung Herstellung Vorprodukte Produktion Nutzung Entsorgung / Sekundärrohstoffe 24

25 Das Produktmodell als Grundlage Produktion Produktion Nutzung Nutzung End End of of Life Life Produktion Produktion Produktion 25

26 Umweltthemen Indikatoren Ökobilanz-Kriterien im DGNB-Zertifikat 26

27 Indikator Treibhauspotential Global Warming Potential (GWP) Effekt: Zunehmende Erwärmung der Troposphäre durch anthropogene Treibhausgase z. B. durch Verbrennung fossiler Brennstoffe. Referenzsubstanz: Kohlendioxid (CO 2 ) Referenzeinheit: Quelle: kg CO 2 -Äquivalente IPCC (Intergovernmental Panel on Climatic Change) Absorption Reflexion UV - Strahlung Infrarotstrahlung FCKW Spurengase in der Atmosphäre CO 2 CH4 Triftgletscher 1949 und 2006

28 Indikator Ozonabbaupotential in der Stratosphäre Ozone Depletion Potential (ODP) Effekt: Verringerung der Ozonkonzentration in der Stratosphäre durch Emissionen wie Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKWs) Referenzsubstanz: Referenzeinheit: Tri-chlor-fluor-methan (R11) kg R11-Äquivalente Quelle: CML, (Heijungs, Centrum voor Milieukunde Leiden), 2001 UV - Strahlung Stratosphäre km Absorption Absorption FCKW Stickoxide

29 Indikator Bodennahes Ozonbildungspotential Photochemical Ozone Creation Potential (POCP) Effekt: Bildung von bodennahem Ozon unter Einfluss von Sonnenlicht durch photochemische Reaktion von Stickoxiden mit Kohlenwasserstoffen und flüchtigen organischen Stoffen (VOC) Referenzsubstanz: Ethen (C 2 H 4 ) Referenzeinheit: kg C 2 H 4 -Äquivalente Quelle: Udo de Haes et al., 1999

30 Indikator Versauerungspotential Acidification Potential (AP) Effekt: Verringerung des ph-wertes des Niederschlagwassers durch die Auswaschung von säurebildenden Gasen z. B. Schwefeldioxid (SO 2 ) und Stickoxide (NO x ). Referenzsubstanz: Schwefeldioxid (SO 2 ) Referenzeinheit: kg SO 2 -Äquivalente Quelle: CML, (Heijungs, Centrum voor Milieukunde Leiden), 2001 SO 2 NO X H 2 SO 44 HNO 3

31 Indikator Überdüngungspotential Eutrophication Potential (EP) Effekt: Übermäßiger Nährstoffeintrag in Gewässer und auf Landgebiete durch Substanzen wie Phosphor und Stickstoff aus Landwirtschaft, Verbrennungsvorgängen und aus Abwässern. Referenzsubstanz: Phosphat (PO 4 -) Referenzeinheit: kg PO 4 - Äquivalente Quelle: CML, (Heijungs, Centrum voor Milieukunde Leiden), 2001 Luftschadstoffe NO X N 2 O NH 3 Düngung Abwasser -3 PO 4 - NO 3 + NH 4

32 Indikator Energiebedarf Primärenergiebedarf nicht erneuerbar (PE ne ) Effekt: Primärenergie nicht erneuerbar als Maß für den Verbrauch fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgas, Steinkohle, Braunkohle sowie Uran) und damit für die Verknappung. Es liegt dabei der Ansatz zugrunde, dass die Energieträger (zumindest zu einem großen Teil) substituierbar sind. Referenzeinheit: MJ

33 Preisentwicklung von Rohöl Steigerung um Faktor 5! 33

34 Indikator Einsatz erneuerbarer Energie Gesamtprimärenergiebedarf und Anteil erneuerbare Energie (PE e ) Effekt: Primärenergie erneuerbar als Maß für die Nutzung erneuerbarer Energien (Windkraft, Wasserkraft, Biomasse, Solarenergie). Referenzeinheit: MJ

35 Umweltwirkungen Berechnung äquivalenter Beiträge Sachbilanzwert * GWP Faktor = Wirkungspotenzial* 25 kg CO 2 * 1 = 25 [kg CO 2 -Äquivalent] 2 kg CH 4 * 23 = 46 [kg CO 2 -Äquivalent]... *... =... Total: 71 [kg CO 2 -Äquivalent] 1 kg CH 4 Emission ist äquivalent zu 23 kg CO 2 Emission * Wirkungspotenzial = Wirkungsindikatorwert

36 Vom Produkt zum Gebäude Gebäude-Ökobilanzen als Entscheidungsgrundlage 36

37 Vom Produkt zum Gebäude Produktion Produktion Nutzung Nutzung End End of of Life Life Produktion Produktion Produktion 37

38 Gliederung Lebenszyklus Gebäude Verwaltungskosten (KG 200) Ver- und Entsorgung (KG 310) Herstellung Kostengruppe Reinigung (KG 320) Inspektion und Wartung (KG ) Instandsetzung (KG ) Sonstige Betriebskosten (KG ) Rückbau / Entsorgung DIN 276 DIN Lebensdauer des Gebäudes

39 Gliederung Herstellung Gebäude Außenwände und Kellerwände inklusive Fenster und Beschichtungen Dach Geschossdecken incl. Fußbodenaufbau und - belägen / Beschichtungen Bodenplatte incl. Fußbodenaufbau und belägen sowie Geschossdecken über Luft Fundamente Innenwände inklusive Beschichtungen sowie Stützen Türen Wärmeerzeugungsanlagen 39

40 Ökobilanzen als Prognose-Werkzeug Ökologischen Nutzen zeigen die erreichbare Qualität im Entwurf abschätzen 40

41 Ökobilanz am Beispiel: Bestandssanierung im Hörnle (Marbach)

42 Bestandssanierung im Hörnle: Daten vom Architekten Massenberechnung für Reihenmittelhaus Multipor 0,045 Aufbau Wand: 12cm Betonkonstruktion, 12 cm Dämmung mitputz Beton Dämmung Putz Kupfer im Bereich Anbau, Tor und Windfang mit Kupfer verkleidet Dichte kg/m³ Dicke m 0,12 0,12 0,004 0,0006 Wandkonstruktion Aufstockung 78,5 m² Wandkonstruktion Anbau 22 m² , ,744 Wandkonstruktion Windfang 12,5 m² , ,9 Torkonstruktion 20 m² ,04 Summe Wand 133 m² , ,684 Aufbau Dach: Merck Dickholzplatten d=12cm, Dampfsperre, 12 cm Dickholzplatte Dampfsperre (PE Dämmung Unterspannbahn Dämmung 030, Unterspannbahn, Konterlattung, Lattung, Ziegeldeckung Dichte Dicke m 0,12 0,001 0,12 0,001 Dachkonstruktion Aufstockung 58,5 m² , ,3 54,1125 Dachkonstruktion Anbau 14,5 m² , ,1 13,4125 Dachkonstruktion Windfang 4,5 m² 216 4, ,1 4,1625 Summe Dach 77,5 m² , ,5 71,6875 Konstruktion Schiebeläden: Kupferbeplanktes Aluminium Aluminium Kupfer Rahmen Alu Dichte Hohlprofil 40x40 Dicke m 0,0006 0,0006 0, lfd m / m² Schiebeländen Aufstockung 7 m² 11,34 37,464 14,5152 1,6 mm Wandst Schiebeläden Anbau 6 m² 9,72 32,112 12,4416 Verwahrungen Aufstockung 32 m 51,84 171,264 66,3552 Verwahrungen Anbau 7,5 m 12,15 40,14 15,552 Verkleidung Anbau 9,1 m² 14,742 48, ,86976 Verkleidung Windfang 13 m² 21,06 69,576 26,9568 Verwahrung Torkonstruktion 6,5 m 10,53 34,788 13,4784 Verkleidung Tor 13 m² 21,06 69,576 26,9568 Summe Schiebeläden 94,1 m² 152, , ,12576

43 Bestandssanierung im Hörnle: Ergebnisdarstellung Wohnen im Hörnle: Die Umwelteffekte des Lebensweges von Bestand und Neubau (Treibhauspotenzial) 250 ~ 180 t 200 ~ 110 t t CO2-Äq ~ 45 t Treibhausgas- Einsparungen Jahre der Nutzung Bestand Neubau

44 Harrisdale Village - Ökobilanz Typisches Einfamilienhaus in West-Australien

45 Harrisdale Village Ökobilanz (Kernmodell)

46 Harrisdale Village Ökobilanz (LCA Modell)

47 Harrisdale Village Ökobilanz Ergebnisse Reference building: Life cycle phases over 50 years 100% Primary Energy (from resources) Primary Energy (renewable) Global Warming Potential Photochemical Ozone EutrophicationAcidification Creation Potential Potential Potential 80% 60% 40% 20% Construction Use phase End of life 0% -20% Environmental categories

48 Harrisdale Village Ökobilanz Ergebnisse Construction of the building: Contribution analysis 100% Primary Energy (from resources) Primary Energy (renew able) Global Warming Potential Eutrophication Potential Acidification Potential Photochemical Ozone Creation Potential 80% 60% 40% 20% Grano Painting Installations, plumbing Fixings Render, plaster, ceiling, tiles Windows and glazed doors Roof Walls Slab 0% Environmental categories

49 Ökobilanzen als Entscheidungshilfe Varianten prüfen und die Planung optimieren 49

50 Variantenvergleiche mit Ökobilanzen Vergleich Primärenergieverbrauch Dunkelstrahler und Prozesswärmenutzung (MJ Primärenergie) 50

51 Optimierungspotenziale identifizieren mit Ökobilanzen 51

52 Datengrundlage Ökobilanzen als Grundlage für Umweltproduktdeklarationen 52

53 Datengrundlage ökologische Lebenszyklusbetrachtung EPD und Ökobau.dat 1 Planung: Durchschnittsdaten 2 Nachweis: Möglichkeit spezifische Daten zu verwenden Herstellerspezifische Produktinformationen 2 1 EPD Typische und/oder gemittelte Daten Ökobau.dat auf bauen.de

54 Indikatoren Datensätze der Ökobau.dat

55 Datengrundlage ökologische Lebenszyklusbetrachtung Konsistenz und Vollständigkeit Datensätze der Start-Datenbank sind und werden mit konsistenten Hintergrunddaten nach harmonisierter Methodik erstellt Umfang der Start-Datenbank umfasst wichtigste Materialien Qualitätssicherung Nur Datensätze, die auf EPDs basieren, sind bislang ausreichend qualitätsgesichert langfristig Verifikation durch einen unabhängigen Dritten Pflicht Nicht qualitätsgesicherte Daten erhalten Sicherheitszuschläge Umweltdeklarationen sind der effizienteste Weg der Qualitätssicherung Umweltdeklarationen EPDs stellen ein kontinuierliches Update der Daten sicher XML-EPD Datenformat stellt die technische Plattform für Datentransfer dar

56 Ökobilanzwerte in EPDs 56

57 EPD im DGNB System - Nachweismöglichkeiten 7 Kriterien mit direktem Bezug zu EPD 10 Kriterien mit indirektem Bezug zu EPD bzw. Möglichkeiten für Produkthersteller in EPD zu deklarieren 57

58 Daten für die Ökobilanz Ökobilanz-Referenzdatenbank für die Zertifizierung: DGNB/BMVBS: Start-Datenbank für Bauprodukte Umweltproduktdeklarationen (EPDs) für Bauprodukte Institut Bauen und Umwelt e.v. (IBU) Weitere Ökobilanz-Datenbanken ILCD-Datenbank der Europäischen Kommission GaBi-Datenbank

59 Schritt für Schritt zur Ökobilanz 59

60 Ökobilanz im DGNB System 7 Kriterien werden gemeinsam durch die Ökobilanzergebnisse adressiert 60

61 Ökobilanzergebnisse für das Vorzertifikat 61

62 Ökobilanzergebnisse für das Zertifikat 62

63 Ökobilanzergebnisse für das Zertifikat 63

64 Rechenverfahren Ökobilanz Gebäude Funktionelle Einheit: 1 m 2 NGF * a des Lebenszyklus des Gebäudes Herstellung: Nachweis für Gebäude wie gebaut Nutzung: Szenario über 50 Jahre Nutzung End of Life: Szenario Rückbau und Recycling/Verwertung/Entsorgung Systemgrenze Gebäude selbst d.h. Rohbau, Ausbau und Haustechnik

65 Gliederung Lebenszyklus Gebäude Verwaltungskosten (KG 200) Ver- und Entsorgung (KG 310) Herstellung Kostengruppe Reinigung (KG 320) Inspektion und Wartung (KG ) Instandsetzung (KG ) Sonstige Betriebskosten (KG ) Rückbau / Entsorgung DIN 276 DIN Lebensdauer des Gebäudes

66 Konstruktion: Massenermittlung und Modellierung (1)

67 Konstruktion: Massenermittlung und Modellierung (2)

68 Gebäudemodell Daten nutzen Aufgabe: Technische Gebäudebeschreibung mit Ökobilanz-Daten verknüpfen Technische Beschreibung: Fassade: 1250 t Stahlbeton mit 1190 t Ortsbeton 60 t Armierungsstahl 48 t Fassadenputz Ökobilanz-Software Daten aus Ökobilanz-Datenbank Umweltwirkungen für 1 kg Transportbeton Umweltwirkungen für 1 kg Armierungsstahl Umweltwirkungen für 1 kg Kratzputz 68

69 Konstruktion: GaBi Produktmodell

70 Rechenverfahren Nutzungsszenario Gliederung der Nutzung nach DIN 18960, : Ver- und Entsorgung (310) Instandsetzung I (410 und 420) Referenznutzungszeit: t d = 50 Jahre Kürzere Nutzungszeiten sind zu begründen Nutzungsdauern für Oberflächen und bewegte Bauteile Baustoffe: Leitfaden nachhaltiges Bauen mittlerer Wert Haustechnik: Nutzungsdauern nach VDI 2067 (sind in den Ökobilanz-Datensätzen hinterlegt)

71 Rechenverfahren Nutzungsszenario Betrieb des Gebäudes (Ver- und Entsorgung): Übernahme des End-Energiebedarfs für Strom und Wärme aus der ENEV- Berechnung Bestimmung von Wärmeerzeuger und Kältemaschinen und Zuordnung des entsprechenden Nutzungsdatensatzes aus der Ökobau.dat Fernwärme Datensatz kann mit Nachweis des Versorgers angepasst werden Verrechnung von deutschem Strom-Mix für Strombedarf Ausnahmen: Eigenerzeugung von Strom Strom-Mix kann entsprechend angepasst werden.

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74 Strom-Wärme Verhältnis Referenzgebäude 74

75 Referenzwerte Der Referenzwert (5 Punkte) errechnet sich aus Herstellung H ref + End of Life (E ref ) + Instandsetzung (I ref * t d ) + Betrieb (N ref * t d ) N ref errechnet aus ENEV mit 50% Gas/50% Heizöl für Wärme und Strom-Mix-Deutschland für Strom H ref, E ref sowie I ref sind in den Steckbriefen enthalten.

76 Benchmarks (Beispiel Treibhauspotential) GWP ref = GWP Kref + GWP Nref [kg CO 2 -Äq./(m 2 NGF a)] GWP Kref = (H ref + E ref ) / t D + I ref = 9,4 GWP Nref = 0,85 (GWP NSref + GWP NWref ) dabei ist GWP NSref = 0,71 * S ref GWP NWref = 0,31 * W ref 76

77 Referenz-, Grenz- und Zielwerte Bewer tung Beschreibung 10,0 a) Zielwert = 0,7 * Referenzwert R 9,0 b) 8,0 c) 7,5 d) 7,0 e) 6,0 f) 5,0 g) Referenzwert = R = GWP Gref 4,0 h) 3,0 i) 2,0 j) 1,0 k) Grenzwert = 1,4 * Referenzwert R 0,0 l) 77

78 Erreichte Punkte Treibhauspotenzial Punkte Zielwert Z Referenzwertwert R Grenzwert G Z R G kg CO 2 -Äqv./(m² NGF *a) GWP G Vorgehensweise zur Bestimmung der erreichten Punktzahl für das Kriterium Treibhauspotenzial 78

79 Ergebnisse Plausibilität gegeben? 1. Massenbilanz Herstellung vollständig? 2. Flächen vollständig ermittelt? 3. Energiekennwerte aus ENEV Nachweis? 4. Nutzungsdauern aus Leitfaden NB verwendet? 5. Vollständige Massenermittlung End of Life? 6. Zuordnung der Datensätze richtig? 7. Plausibilität Umweltwirkungen durch Sensitivitätsanalysen geprüft? 8. Zuschlag bei vereinfachtem Verfahren (10%) der Konstruktion zugerechnet? 9. Referenzwert für Betrieb richtig ermittelt?

80 Diskussion 80

81 Kontakt Anna Braune, Johannes Kreißig Bastian Wittstock PE INTERNATIONAL GmbH Tel / Fax 0711 / Universität Stuttgart, Lehrstuhl für Bauphysik, Abt. Ganzheitliche Bilanzierung bastian.wittstock@lbp.uni-stuttgart.de Tel / Fax 0711 /