Ökologische Bewertung von Industrie- und Gewerbebauten

Ökologische Bewertung von Industrie- und Gewerbebauten Markus Kuhnhenne Dresden, 27. Oktober 2010

Wärmeschutz Energieeinsparung Ökobilanz Nachhaltigkeit Entwicklung der Regelungsansätze im Neubau Komplexität der Anforderungen Mindestwärmeschutz nach Bauordnungsrecht Energieeinsparung bei Gebäuden Energiesparender Wärmeschutz Umweltleistung von Gebäuden DIN 4108-2/3 (versch. Ausgaben seit 1952) Wärmeschutzverordnungen (1977, 1982, 1995) Energieeinsparverordnungen (2002, 2004, 2007, 2009, 2012) Bisher keine gesetzlichen Regelungen Komplexität der Berechnungen

Wärmeschutz Energieeinsparung Ökobilanz Nachhaltigkeit 300 280 260 Hei izenergiebe edarf [ kwh/ /(m²a) ] 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Altbau 1977 1982 1995 2002/2007 2009 2012 Passivhaus Autarkes Haus

Wärmeschutz Energieeinsparung Ökobilanz Nachhaltigkeit Wärmeschutz und Energieeinsparung (Nichtwohngebäude) Sehr unterschiedliche und variable Nutzungen Büro und Verwaltung Schule und Sport Industrie und Gewerbe Lager... Steigerung der Energieeffizienz i Klimagerechte Architektur Verbesserung der energetischen Qualität der Gebäudehülle Optimierte Anlagentechnik Tageslichtnutzung

Wärmeschutz Energieeinsparung Ökobilanz Nachhaltigkeit Ökologische Bewertung Gesamtenergiebedarf Energiebedarf für Heizung, Lüftung, Kühlung, Beleuchtung Zeit

Wärmeschutz Energieeinsparung Ökobilanz Nachhaltigkeit Ökologische Bewertung Gesamtenergiebedarf Energiebedarf für Herstellung Instandhaltung Rückbau Entsorgung Energiebedarf für Heizung, Lüftung, Kühlung, Beleuchtung Zeit

Nachhaltigkeitsbewertung nach DGNB Schutzgüter natürliche Umwelt natürliche Ressourcen ökonomische Werte soziale & kulturelle Werte Schutzziele Schutz der Umwelt Schutz der natürlichen Ressourcen Senkung der Lebenszykluskosten Erhalt ökonomischer Werte Sicherung von Gesundheit/ Behaglichkeit im Gebäude Erhaltung sozialer und kultureller Werte Bewertung Ökologische Qualität 22,5 % Ökonomische Qualität 22,5 % Soziokulturelle und funktionale Qualität 22,5 % Technische Qualität 22,5 % Prozessqualität 10,0 % Standortqualität

Ökobilanz als Baustein der Nachhaltigkeitsbewertung Ökologische Qualität Wirkungen auf die lokale und globale Umwelt Ressourceninanspruchnahme und Abfallaufkommen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Treibhauspotenzial (GWP) Ozonschichtabbaupotenzial (ODP) Ozonbildungspotenzial (POCP) Versauerungspotenzial (AP) Überdüngungspotenzial (EP) Risiken ik für die lokale l Umwelt Sonstige Wirkungen auf die lokale Umwelt Materialverwendung aus erneuerbaren Ressourcen; Holz aus nachhaltiger Gewinnung Mikroklima Primärenergiebedarf, nicht erneuerbar Gesamtprimärenergiebedarf; Anteil erneuerbarer Energien Sonstiger Verbrauch nicht erneuerbarer Ressourcen Abfall nach Abfallkategorien Trinkwasserverbrauch und Abwasseraufkommen Flächeninanspruchnahme

Ökobilanz - Grundlagen Eine Ökobilanz ist die Bilanzierung aller Energie- und Stoffflüsse in und aus der Umwelt über die gesamte Lebensdauer eines Produkts (Herstellung, Nutzung, Instandsetzung und Rückbau) Produktion Rohstoffgewinnung Wiederverwertung / Recycling Entsorgung Rückbau Nutzungsphase Bauprozess

Untersuchungen an Hallenbauwerken Verzinkter Stahlbau 2004, ca. 656000 t Treppen, Geländer etc. 8,4% Hallen 31,1% Abdeckungen 6,6% Glasdachkonstruktionen 1,2% Dachstühle 0,6% Fertigteilbauten aus Stahl 5,2% Fußgängerbrücken, Signal-, Kabel- und Rohrbrücken 0,2% Türme, Gittermaste u. ortsfeste Gerüstkonstr. 20,6% Stütz- und Trägerkon- struktionen, andere Zwecke 10,0% Büro- und Amtsgebäude 0,7% Bahnhöfe, Flughäfen 2,5% Stütz- und Trägerkonstruktionen, Anlagenbau 12,9%

Ökobilanz Untersuchungsrahmen 1 Untersuchungsrahmen Hier betrachtet: Herstellung der Stoffe Entsorgung der Stoffe Vernachlässigt werden: Transporte Errichtung

Ökobilanz Sachbilanz 2 Sachbilanz Ermittlung der Emissionswerte und des Ressourceneinsatzes Datenbank mit spezifischen Emissionswerten je Baustoff Ermittelte Massen je Baustoff im Bauwerk Emissionswerte je Baustoff im Bauwerk

Ökobilanz Wirkungsabschätzung 3 Wirkungsabschätzung Ermittlung der Emissionsäquivalenzwerte Emissionswerte je Baustoff im Bauwerk (co2, methan) Charakterisierungsmodell, Umweltrelevanz (Methan auf co2 äquivalent Wirkungsendprodukt in Form von Emissionswerten

Ökobilanz Auswertung 4 Auswertung Zusammenfassung und Interpretation der Ergebnisse der Sachbilanz und/oder der Wirkungsabschätzung Identifizierung i der signifikanten ifik Parameter Beurteilung der Ergebnisse Ableitung von Schlussfolgerungen und Aussprechen von Empfehlungen für die Zielgruppe

Beispiel: Typenhalle mit Kranbahnträger des Bauforum Stahl Abmessungen Breite: 15 m Länge: 60 m Binderabstand 6m Höhe: 5 m Ökobilanzen unter Variation des Tragwerks Bauweise: Stahl, Beton, Holz Stahlgüte S235, S355, S460 statisches System Einfeldträger auf: eingespannten Stützen, Zweigelenkrahmen der Außenwand Stahl PUR Sandwich Kassettenwand Porenbetonwand

Beispiel: Typenhalle aus Stahl - Tragwerksvariation Statisches System 1 - eingespannte Stützen, gelenkig angeschlossene Binder Statisches System 2 - Zweigelenkrahmen mit Längsstabilisierungsverbänden

Beispiele: Hallen in Stahl / Beton / Beton-Holz: Baustoffmassen Stahl Beton Bewehrungsstahl Holz Stahl S235, System1, eingespannte Stützen Stahl S355, System1, eingespannte Stützen Stahl 460, System1, eingespannte Stützen Stahl S235, System2, Zweigelenkrahmen Stahl S355, System2, Zweigelenkrahmen Stahl S460, System2, Zweigelenkrahmen Stahlbeton, eingespannte Stützen Stahlbeton / Holz, eingespannte Stützen 19,6 t 93,1 t 1,94 t --- 14,8 t 97,8 t 2,02 t --- 13,3 t 99,4 t 2,07 t --- 20,1 t 40,9 t 038t 0,38 --- 16,7 t 46,8 t 0,39 t --- 15,4 t 49,9 t 0,42 t --- --- 199,3 t 9,14 t --- --- 130,6 t 3,90 t 10,2 t

Beispiel: Typenhalle aus Stahl Ergebnis der Tragwerksplanung stat. System Stahlsorte System 1 (eingespannte Stützen) System 2 (Zweigelenkrahmen) S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stützen HEA 200 HEA 180 HEA 180 IPE 400 IPE 400 IPE 400 Binder IPE 500 IPE 400 IPE 360 IPE 450 IPE 360 IPE 330

Weiterer Vergleich: Ausführung in Beton oder Beton / Holz 40,0 Beton: - eingespannte Stahlbeton-Stützen Stützen mit Betonfertigteilbindern 40,0 40,0 Bügel: o 8 / 30 A so = 4 o 14 Längsbewehrung: 8 o 18 80,0 Bügel: o 8 / 20 4 o 25 A su = 4 o 28 [cm] Beton Holz: 40,0 - eingespannte Stahlbeton-Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Bügel: o 8 / 30 BSH-I 69,0 4 o 25 14,0 [cm]

Ökobilanz Sachbilanz, Datengrundlage: Ökobau.dat 2009 Baustoff Herstellungsprozess Gesamtprimärenergie Entsorgungsprozess Gesamtprimärenergie Stahlprofil Stahlprofil 24,16 MJ/kg Recyclingpotential Stahlprofil, warmgewalzt -7,64 MJ/kg Stahlblech Stahl Feinblech (20µm bandverzinkt) 33,71 MJ/kg Recyclingpotential Stahl Feinblech, verzinkt -12,73 MJ/kg Bewehrung Bewehrungsstahl 13,41 MJ/kg --- --- Beton Beton C25/30 1139,36 MJ/m³ Bauschutt Aufbereitung 0,05 MJ/kg Holz Brettschichtholz Nadelholz 16550,0404 MJ/m³ EOL Holzwerkstoffe in MVA -10,36 MJ/kg Porenbeton Porenbeton P2 04 1688,72 MJ/m³ Bauschutt Aufbereitung 0,05 MJ/kg PUR- Hartschaum Polyurethan- Hartschaum-Dämmstoff 102,98 MJ/kg End of life - Polyurethan Hartschaum (Rohrisolierung) -21,23 MJ/kg Mineralwolle Mineralwolle (Fassaden-Dämmung) 957,26 MJ/m³ Bauschuttdeponie 0,17 MJ/kg

Ökobilanz im Hallenbau Ergebnisse im Bilanzrahmen Herstellung + Entsorgung Variation des Tragwerks

Ergebnisse bei Variation Tragwerk: Gesamtprimärenergieverbrauch [MJ] des Tragwerks und der Fundamente 400000 Primärenergie, nicht regenerierbar Primärenergie, regenerierbar in MJ tprimärenergie Gesamt 300000 200000 100000 0 S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stahlbeton- Stahlbeton- Stützen mit Stahlbeton- Bindern Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Stahl-Tragwerk, 2-Gelenk-Rahmen Stahl-Tragwerk, eingespannte Stützen

Ergebnisse bei Variation Tragwerk: Gesamtprimärenergieverbrauch [MJ] des Tragwerks und der Fundamente 400000 Primärenergie, nicht regenerierbar Primärenergie, regenerierbar in MJ primärenergie Gesamt 300000 200000 100000 0 S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stahlbeton- Stahlbeton- Stützen mit Stahlbeton- Bindern Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Stahl-Tragwerk, 2-Gelenk-Rahmen Stahl-Tragwerk, eingespannte Stützen

Ergebnisse bei Variation Tragwerk: Gesamtprimärenergieverbrauch [MJ] des Tragwerks und der Fundamente 400000 Primärenergie, nicht regenerierbar Primärenergie, regenerierbar Gesam mtprimärenergie e in MJ 300000 200000 100000 0 S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stahlbeton- Stahlbeton- Stützen mit Stahlbeton- Bindern Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Stahl-Tragwerk, 2-Gelenk-Rahmen Stahl-Tragwerk, eingespannte Stützen

Ergebnisse bei Variation Tragwerk: Gesamtprimärenergieverbrauch [MJ] des Tragwerks und der Fundamente, Gewinne durch Recycling 600000 Herstellung End of Life 500000 Gesam mtprimärenergie e in MJ 400000 300000 200000 100000 0-100000 -200000 S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stahlbeton- Stahlbeton- Stützen mit Stahlbeton- Bindern Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Stahl-Tragwerk, 2-Gelenk-Rahmen Stahl-Tragwerk, eingespannte Stützen

Ergebnisse bei Variation Tragwerk: Treibhauspotenzial [kg CO 2 -Äqv.] des Tragwerks und der Fundamente, Gewinne durch Recycling 50000 Herstellung End of Life 40000 tenzial in kg CO 2 -Äqv. Treibhauspot 30000 20000 10000 0-10000 -20000 S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stahlbeton- Stahlbeton- Stützen mit Stahlbeton- Bindern Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Stahl-Tragwerk, 2-Gelenk-Rahmen Stahl-Tragwerk, eingespannte Stützen

Ergebnisse bei Variation Tragwerk: Treibhauspotenzial [kg CO 2 -Äqv.] des Tragwerks und der Fundamente 40000 Gesamtlebenszyklus tenzial in kg CO 2 -Äqv. Treibhauspot 30000 20000 10000 0 S235 S355 S460 S235 S355 S460 Stahlbeton- Stahlbeton- Stützen mit Stahlbeton- Bindern Stützen mit Brettschichtholz-Bindern Stahl-Tragwerk, 2-Gelenk-Rahmen Stahl-Tragwerk, eingespannte Stützen

Ökobilanz im Hallenbau Ergebnisse im Bilanzrahmen Herstellung + Entsorgung Variation der Außenwand

Variation der Außenwandkonstruktion Vergleich von Konstruktionen mit gleichen wärmedämmenden Eigenschaften (U-Wert = 0,3 W/(m² K)) Stahl-PUR-Sandwich-Element d = 80 mm Kassetten-Konstruktion Konstruktion d = 140 mm + 40 mm vorgehängte Dämmschicht Porenbeton d = 300 mm

Variation der Außenwandkonstruktion Ge esamtprimärene ergie in kwh/m m² nach 20 Jahr ren 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 Herstellung / End of Life Transmission Summe 0,00 Stahl-PUR- Porenbeton Stahl-PUR- Sandwichelement Sandwichelement d = 80 mm; U = 0,3 W/m²K d = 300 mm; U = 0,3 W/m²K d = 200 mm; U = 0,13 W/m²K

Vergleich Gesamthalle mit unterschiedlicher Gebäudehülle; U-Werte [W/(m² K)] Halle A Halle B1 Halle B2 Halle B3 Halle C Tragwerk Stahl, S235, 2-Gelenk-Rahmen Stahl, S235, 2-Gelenk-Rahmen Stahl, S235, 2-Gelenk-Rahmen Stahl, S235, 2-Gelenk-Rahmen Stahl, S235, 2-Gelenk-Rahmen Fundamente Blockfundamente Blockfundamente Blockfundamente Blockfundamente Blockfundamente Bodenplatte ungedämmt, 0,44 gedämmt, 0,24 gedämmt, 0,24 gedämmt, 0,24 gedämmt, 0,24 Außenwände Dach Lichtband Dach Trapezblech, kalt, U = 5,88 Trapezblech, kalt, U = 7,14 Stahl-PUR- Sandwich, 80 mm, U = 0,33 Foliendach, 140 mm MW, U = 0,28 Porenbeton, 300 mm, U = 0,31 Foliendach, 140 mm MW, U = 0,28 Kassettenwand, 145+40 mm, U = 0,29 Foliendach, 140 mm MW, U = 0,28 Stahl-PUR- Sandwich, 200 mm, U = 0,13 Foliendach, 320 mm MW, U = 0,12 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 Fenster 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 Türen 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 Tore 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9

Vergleich Gesamthalle mit unterschiedlicher Gebäudehülle, Gesamtprimärenergie 2500000 Fenster Dach Außenwände Tragwerk Bodenplatte Fundamente Ge esamtprim märenergie in MJ 2000000 1500000 1000000 500000 0 Halle A Halle B1 Halle B2 Halle B3 Halle C

Vergleich Gesamthalle mit unterschiedlicher Gebäudehülle, Treibhauspotenzial 250000 Fenster Dach Außenwände Tragwerk Bodenplatte Fundamente 200000 kg CO 2 -Äq qv. 150000 GWP in 100000 50000 0 Halle A Halle B1 Halle B2 Halle B3 Halle C

Ökobilanz im Hallenbau Ergebnisse im Bilanzrahmen Betrieb

Variation der Betriebsphase Vergleich von zwei Hallen mit gleicher Tragkonstruktion (Zweigelenkrahmen Stahl S235) aber unterschiedlicher Gebäudehülle und Energieeffizienz Halle B Halle C1 Außenwände aus Stahl-PUR-Sandwich- Elementen der Dicke 80 mm 200 mm U-Wert Außenwände [W/(K m²)] 0,33 0,13 U-Wert Dachkonstruktion [W/(K m²)] 0,28 0,12 U-Wert Bodenplatte [W/(K m²)] 0,24 0,24 Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m² a)] 124 100

Vergleich Hallen in der Betriebsphase e in kwh 2800000 2400000 2000000 Konstruktion Halle B1 Nutzung Halle B1 Konstruktion Halle C Nutzung Halle C Betrieb Gesamtpri märenergi 1600000 1200000 800000 400000 Herstellung und Entsorgung 0 0 5 10 15 20 Nutzungszeit [a]

Vergleich Hallen in der Betriebsphase 3500000 3000000 Konstruktion + Nutzung Halle B1 Konstruktion + Nutzung Halle C Gesamtprim märenergie e in kwh 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 0 5 10 15 20 Nutzungszeit [a]

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! und wie viel Energie braucht Deins über den Lebenszyklus?