Geschossbau

keine einheitliche Def -> deswegen versch. Ansätze

• ist ein Handlungsprinzip zur Ressourcennutzung mit dem Ziel der dauerhaften Bedürfnisbefriedigung, durch die Bewahrung der natürlichen Regenerationsfähigkeit der Ökosysteme gewährleistet werden soll

• Brundtland-Bericht (1987)

  -> eine Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können

• vor etwa 300 Jahren nachhaltige Waldbewirtschaftung eingeführt

  -> nicht mehr nutzen, als nachwächst

• Holzzuwachs 8,5m3 / Jahr / Hektar

• Holznutzung 7,2m3 / Jahr / Hektar

2016 wurden von der UN 17 globale Ziele für nachhaltige Entwicklung definiert

• Einrichtung 1-5 Jahre

• Raumaufteilung 3-30 Jahre

• TGA 7-15 Jahre

• Gebäudehülle 20 Jahre

• Tragkonstruktion 30-300 Jahre

• Boden - unendlich

Nutzungsdauer:

• 50 Jahre als Basis (in Planung)

wirtschaftliche Lebensdauer:

• Wohnen 60-100 Jahre

• Büro, Schule 50-80 Jahre

• Industrie 25-60 Jahre

fuktionale Lebensauer:

• tatsächlicher Zeitraum, in dem Tragwerk standsicher (und gebrauchstauglich) ist

• Stahlbeton und Holz können aber auch mehrere Jahrhunderte überstehen

Vision:

unendlich langes Leben von Rohstoffen durch ständige Kreislaufwirtschaft im Sinne von urban mining

Produktion -> Konsum -> Entsorgung -> Aufbereitung

• ganzheitlicher Ansatz

• Ökobilanz (Life Cycle Assessment)

  • Analyse der Umwelteinwirkungen von Baumaterialien während gesamter Betriebszeit

• Lebenszykluskosten (Life Cycle Cost)

  • Kostenanalyse des Gebäudes während Lebenszyklus

Drei Säulen aus Ökonomie, Ökologie, Soziales:

BNB System sowie DGNB System -> 6 Themenfelder

Ökologische Qualität

Ökonomische Qualität

soziokulturelle und funktionale Qualität

technische Qualität

Prozessqualität

Standortqualität

Flächeneffizienz gibt an, welche Flächen innerhalb eines Gebäudes genutzt werden können

Flöcheneffizienzfaktor (in %):

F eff = Nutzfläche NF (m2) / Bruttogrundfläche BGF (m2)

F eff ist immer kleiner 1, sollte aber möglichst dicht an diese rankommen

im Holzbau werden die höchsten Flacheneffizienzen erreicht, da Holzständerwände dünner ausgeführt werden können

• nachhaltige Materialgewinnung

• Risiken für lokale Umwelt

• Flächenverbauch

• Wasserverbrauch (150l / m3 Beton)

• Ressourceninanspruchnahme (Sandverknappung)

• Treibhauspotenzial

-> in allen Punkten Einfluss durch das Tragwerk, Bauteile oder Bauprodukte

=> Ökobilanz ist ein Werkzeug zur systematischen Bewertung der …

• relevanten Umweltwirkungen wie. Treibhauspotenzial

• Ressourceninanspruchnahme über Primärenergiebedarf

Ökobilanz:

• erlaubt systematische Analyse der potenziellen Umweltwirkungen wie Treibhauspotenziale und der Ressourceninanspruchnahme über den Primärenergiebedarf während gesamten Lebenszyklus

• alle Umweltwirkungen betrachten

  • Klimaerwärmung (GWP)

  • Ozonschichtabbau (ODP)

  • Versauerung (AP)

  • Eutrophierung (Überdüngung) (EP)

CO2 Bilanz:

• nur die Umweltwirkung der Klimaerwärmung (GWP)

global warming potential

ozone depletion potential

acidification potential

eutrophication potential

Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmens

Sachbilanz

Sammeln aller Daten zu allen Stoff- und Energieströmen

Massenermittlung der Baumaterialien

Wirkungsabschätzung

Festlegung der Umweltwirkung (bspw GWP)

“Ökologischer Einheitspreis”

-> Grundlage: Ökobaudat, Umweltproduktdeklarationen

Auswertung und Interpretation

Bilanzmethode entspricht Kostenermittlung nach DIN 276

CO2 Bilanz ist nie 1:1 Abbild der Realität

einheitliche Systematik ist ein gutes Werkzeug zur Optimierung und Vergleichbarkeit

Baustoffdatenbank mit vereinheitlichter Datenbasis

+ freie Verfügbarkeit

+ riesige Auswahl

- Daten meist mit Sicherheitsaufschlag von bis 30%

- ohne herstellerspezifische Besonderheiten bei Bauprodukten

• Kennwerte des Herstellers von Bauprodukten von Experten erstellt, von unabhängiger Seite verifiziert

+ exakte produktspezifische Kennwerte, umfassende Produktinfos

+ direkte Produktvergleiche möglich

- hoher Aufwand für Hersteller und Verbände für Erstellung

- noch nicht flächendeckend für alle Produkte

• Wärmedämmqualität ≠ Schalldämmqualität

• Vorteile von massiven gegenüber leichten Bauweisen

• Wärmeschutz

  • sommerlichen WS

    -> hängt von speicherfähiger Masse ab (Bauweise)

    -> Vorteile Massivbau

  • winterlichen WS

    -> meist sehr ähnlich aufgrund GEG; weniger durch die Bauweise beinflusst

    
    

• Naturgüter, d.h. Bestandteile der Natur, die einen ökonomischen Nutzen haben

• werden durch Konsumverhalten verbaucht -> Ressourcenverbrauch

• bilden energetische und materielle Grundlage unseres Lebensstandards

• Reduktion des Primärenergiebedarfs bei Gebäudeherstellung und -betrieb

• Reduktion der Flächeninanspruchnahme

• Wiederverwendung des Bestandstragwerks oder der vorhandenen Bausubstanz (Bauen im Bestand oder aufstocken)

• Wiederverwendung von Bauteilen oder Bauprodukten

• Weiterverwertung -> Recycling von Baumaterialien

• ist das Verhältnis eines bestimmten Nutzens zu dem dafür notwendigen Einsatz an natürlichen Ressourcen

• ist umso höher, je geringer der nötige Verbrauch oder je höher der Nutzen ist

• kann entlang des Lebenszyklus mit Hilfe geeigneter Maßnahmen verbessert werden

• kann im Bauwesen durch enormen Ressourceneinsatz bei Tragwerken verbessert werden

Ressourceneffizienz = Nutzen / Aufwand

• Rohstoffart

• Primärenergiebedarf

• CO2 Emissionen

• Entsorgung

• Suffizienz

  -> Verringerung von Produktion und Konsum durch Verhaltensänderung zu Verzicht und Selbstbegrenzung (Ressourcenschonung)

• Effizienz

  -> Maximierung der ressourceneffizienz (maximaler Nutzen bei minimalem Aufwand)

• Konsistenz

• -> naturverträgliche Stoffkreisläufe, Wiederverwendung, Weiterverwertung (Recycling), Müllvermeidung

Reduce

Reuse

Recycle

Baubranche größter Umweltverschmutzer der Welt

• 50% globaler CO2 Ausstoß

• 40% globaler Energieverbrauch

• 50% globaler Ressourcenverbauch

• 50-60% globales Abfallaufkommen

-> grob 50% der Weltweiten Umweltverschmutzung

-> starke Hebelwirkung des Bausektors zur Lösung der Klimafrage

! -> nur 1% Wiederverwendung

• Gebäude

• Energie

• Industrie

• Verkehr

• Abfall

• Landnutzung & Forstwirtschaft

• Landwirtschaft

• global 38% der CO2 Emissionen

  • 28% auf den Betrieb der Gebäude

  • 10% auf Bau und Herstellung

Fazit:

• Infolge zunehmender Energieeffizienz und Nutzung erneuerbarer Energien nehmen die betriebsbedingten Emissionen ab

• Anteil an konstruktionsbedingter Emissionen nimmt weiter zu

• Wahl von Materialien mit geringem Treibhauspotenzial und hohe Materialeffizenz gewinnen an Bedeutung

Energieeinspargesetz 1976, Wärmeschutzverordnung 1977, EnEV 2002, GEG 2020

-> Primärenergiebedarf zwischen 1990 und 2018 um 28% reduziert

-> da aber Wohnfläche / Person um 36% gestiegen ist, wurde Energieverbrauch um nur 2,6% gesenkt

Pariser Klimaabkommen will ab 2050 nurnoch emissionsneutrale Energieträger und somit die Emissionen quasi auf 0 minimieren

Primärenergieverbrauch

• 55% Herstellung und Errichtung

• 40% Nutzung

• 5% Abbruch und Verwertung

betriebsbedingter Energieverbrauch

• 78% Heizung

• 8% Beleuchtung

• 1% Kühlung

Graue Energie:

• eines Produktes -> für Herstellung, Transport, Lagerung und Entsorgung

• eines Gebäudes -> für Gebäude und Baustoffe

Graue Emissionen:

• eines Gebäudes -> CO2 Emissoinen für Gebäude und Baustoffe

bei Erstellung -> 56% graue Energie bei Rohbau / Tragwerk; 14% bei Fassade

gesamt in D 414 Mio tonnen

-> 55% auf Bau -> 230 Mio tonnen

Perspektivische Leitlinie:

Tripple Zero Prinzip

• zero fossile-based energy

• zero emissions

• zero waste

im Jahr 2015

195 Staaten

2 Grad Ziel Erderwärmung

möglichst sogar 1,5 Grad

-> Pariser Klimaziele sind politische Ziele

aber es zählt jedes Zehntelgrad

-> mit heutigen Maßnahmen steigt Erwärmung bis Ende des Jahrhunderts auf 3 Grad

Europas Klimaneutralität bis 2050

bis 2030 Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 50% gegenüber 1990

Maßnahmen (bezogen auf Gebäude und Tragwerk)

• Übergang zu kreislauforientierter Wirtschaft

• Verringerung Abhängigkeiten von Primärrohstoffen

• Förderung Binnenmarkt für max Wiederverwertung

• Entkopplung Wirtschaftswachstum von Ressourcennutzung

• Verringerung von Abfällen

• Renovierungswelle bezüglich Gebäude

• von Energieeffizienz hin zu Materialeffizienz

• Langlebigkeit und Anpassungsfähigkeit von Gebäuden

• digitale Gebäudelogbücher

• Integration Ökobilanz in öffentlicher Vergabe

EU-weites Klassifizierungssystem für die Bewertung ökologischer Nachhaltigkeit von wirtschaftlichen Aktivitäten

Ökonomische Ziele:

• Begünstigung der Finanzierung klima- und umweltfreundlichen Wirtschaftens

• Transparenz, Wettbewerbsgleichheit und Rechtssicherheit für alle In EU tätigen Unternehmen

Prinzip: Unternehmen muss

• zu einem der sechs ökologischen Ziele beitragen

• andere Ziele nicht nachhaltig beeinflussen

• soziale Mindeststandards einhalten

Ökologische Ziele:

• CO2 Minderung

• Anpassung an Klimawandel

• Übergang zur Kreislaufwirtschaft

• Vermeidung und Kontrolle Umweltverschmutzung

• Nachhaltige Nutzung und Schutz von Wasser- und Meeresressourcen

• Schutz und Wiederherstellung der biologischen Vielfalt und der Ökosysteme

• so viele Emissionen wie mögliche vermeiden

• Emissionen, die nicht vermieden werden können, reduzieren

• Emissionen, die weder vermieden noch reduziert werden können, kompensieren

Bei Gebäuden:

Kontigentierung und Nachweißpflicht der CO2 Emissionen während Lebenszyklus

28 Milliarden Tonnen Baumaterial in Tragwerken

337 t / Einwohner in D -> 140m3 / Einwohner

Wiederverwendung

Weiterverwertung

Abbruch

Abbruch perspektivisch vermeiden durch:

• Umbau und Rückbaufreundliche Planung

• Recyclinggerechtes Konstruieren (Kreislauffähigkeit)

• längere planmäßige Nutzungsdauern

Gründe gegen Wiederverwendung der Bausubstanz

• Materialschäden

• zu kleine Raum / Geschosshöhen

• zu starre Grundrisse

• zu große Defizite im Brand und Schallschutz

Material und Konstruktionswahl -> großer Einfluss auf Decken

Decken im Geschossbau bei 35-50% der CO2 Emissionen des Baus

Stahlbetonflachdecke die meistverwendete Decke, obwohl nicht materialoptimiert

Einfluss der Wände und Fundamente mit 15-25% relativ groß

• Gewichtsoptimierte Hohlkörperflachdecken

• Wärmedämmender Infraleichtbeton

• Gradientenbeton (an Deckenauslastung angepasste Verteilung der Hohlräume)

• Carbonbeton (hochfeste Carbonbewehrung)

• Holz- oder Holz-Beton-Verbunddecken

• Verzicht auf Untergeschosse

• Optimierte Dimensionierung weniger belasteter Wände (bspw. Mauerwerk statt Stahlbeton)

• nichtragende Wände aus biobasierten Materialien (Holz, Lehm, Hanfkalk)

Materialwechsel von unten nach oben bspw:

Stahlbeton -> Holzhybrid -> Holz

• adäquate Bodenerkundungsmaßnahmen erlauben exakte Bodenkennwerte für optimierte Dimesionierung der Gründung

• Variantenvergleich von verschiedenen Gründungskonzepten

• wachsendes Holz bindet Kohlenstoff

• bei Verwendung stellt Holz Kohlenstoffspeicher dar

• an Ende des Lebenszyklus (nach Verbrennung oder Zersetzung) emittiert das Kohlenstoff wieder

• -> CO2 Bilanz des Baumes über den gesamten Lebenszyklus am Ende wieder bei 0!

• nachhaltige Forstwirtschaft

• Biodiversität bei Wiederaufforstung

• regionale Herkunft mit geringen Transportwegen

• Kaskadennutzung -> stoffliche Verwertung in ein anderes Produkt (siehe Schaubild)

• CO2 Sequestrierung -> mehr Holzgebäude lagern mehr CO2 ein

• Wiederverwendung und Weiterverwertung

• Verarbeitungsart des Holzes

Holzkaskade:

• weltweit meistverbrauchter Baustoff wegen Dauerhaftigkeit, Formbarkeit, Tragfähigkeit

• CO2 Emissionen bei Zementherstellung Hauptursache für schlechte Bilanz (94%!)

• Gesteinskörnungen mit 10% Einfluss auf Bilanz eher geringe Auswirkungen auf CO2

• Emissionen entstehen zu 1/3 energiebedingt und zu 2/3 prozessbedingt

• Optimierung der Anlagentechnik (Drehrohröfen, Filter, Verstromung von Abgaswärme

• Einsatz regenerativer Energien

• Einsatz von Sekundärbrennstoffen zur Brennstoffsubsituition (Siedlungsabfälle, Gelbe Tonne Abfall)

• CO2 Abscheidung und -Speicherung

  -> Carbon Dioxide capture and storage

  -> abscheiden und speichern in unterirdischen Lagerstätten, wie erschöpfte Gas ider Ölfelder

• CO2 Abscheidund und -Nutzung

  -> Carbon Dioxide Capture and Utilization

  -> für die Herstellung synthetischer Kraftstoff nutzbar

• Sammelbegriff beider Verfahren -> Carbon Capture Technology

• Minimierung von (Schwer-) Transportwegen zwischen Herstellungs-, Verarbietungs-, Einbau- und Abbruchort

• Verringerung Zementnachfrage

  • durch Bauteiloptimierung (Bemessung)

  • durch Materialoptimierung (CEM III)

• Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft mit RC Beton und rezyklierter Gesteinskörnung

  
  

• Brauchwasser statt Frischwasser

• Reduzierung Klinkergehalt durch Teilsubstitution mit Hüttensand, Flugasche, Kalkstein, …

• Reduzierung Zementgehalt im Beton

• Alternative Zemente als Bindemittel

• Reduzierung natürlicher Gesteinskörnung durch Rezyklate

  
  

• aufbereiteter Bauschutt mit primär Beton, aber auch Mauersteine, sodass Mischgranulat entsteht

• Einsatz als Sekundärrohstoff, sodass Recyclingbeton (RC Beton) oder auch ressourcenschonender Beton (R Beton) entsteht

• Substituition der Gesteinskörnungen ab 2mm (bisher kein RC Sand zugelassen)

• bis 45% druch Rezyklate ersetzbar -> Vision 100%

  
  

Hüttensand

Flugasche

Kalkstein

neue Zemente aus kalzinierten Tonen, Geopolymeren, Magnesia- und Phospahtbindern sind in Entwicklung

• bei Herstellung rund 1/3 der CO2 Emissionen

• Emissionen zu 2/3 energiebedingt und zu 1/3 prozessbedingt

• perspektiven durch erneuerbare Energien in der Produktion (Grüner Strom, grüner Wasserstoff)

• Stahl ohne Qualitätsverluste unendlich oft recycelbar

• Betonstahl kann aus bis zu 100% Sekundärstahl aus Schrott eingeschmolzen werden

• wenn genug Stahl im Umlauf, dann kann Kreislauf geschlossen werden und Stahlbedarf mit Stahlrückbau gedeckt werden

  -> Somit Material der Zukunft

Baustahl aktuell aus 74% Sekundärstahl

Bei Walzenträgern bis zu 100%

Nach Rückbau:

88% Recycling -> stoffliche Weiterverwertung

11% Wiederverwendung -> Einbau in gleicher Form

1% Deponie

regenerative Energien

maximaler Einsatz von Sekundärstahl

Transformationsstufe 1:

Erdgas-basierte Direktreduktion im Elektrostahlwerk

50% Reduktion der CO2 Emissionen

Transformationsstufe 2:

Wasserstoff-basierte Direktreduktion im Elektrostahlwerk

95% Reduktion der CO2 Emissionen im Vergleich zur Hochofenroute (kohlebasiert)

klimafreundlicher Rohstahl ist derzeit etwa 10 bis 50 % teurer

fünf konkrete Handlungsfelder bezüglich Konstruktion:

• hohe Flächensuffizienz

• kreislauffähige Konstruktion

• flexible Nutzung

• geringer Materialverbrauch

• Niedriger CO2 Fußabdruck der Materialien

Handlunsgfelder für den Betrieb von Gebäuden

• Kontext

• Gebäudeenergie

• Nutzerenergie

• Versorgungssysteme

• erneuerbare Energie

-> schlankere Bemessung

-> bringt weniger Flexibilität, aber die ist nicht immer nötig -> Einsparpotenzial!

• möglichst direkter vertikaler Kraftfluss

• geradliniger vertikal Lastabtrag

• möglichst direkter horizontaler Kraftfluss mit effektiv positionnierten Aussteifungselementen

• kleinere Spannweiten

• hohe Ausnutzungsgrade

• materialgerechtes Konstruieren

• Diskussion und Präzisierung von Lastannahmen

Maßstabseffekt:

bei doppelter Spannweite -> doppelter Materialverbauch

-> doppelte CO2 Bilanz

• Baustellenorganisation

• Ressourcenschutz

• Gesundheit und Soziales

• Kommunikation mit lokaler Öffentlichkeit

• Qualität der Bauausführung

Im Sinne von Lean Construction Management -> Minimierung von Verschwendungen

Fassade hat zwei Funktionen

• tragende Funktion durch Konstruktion aus Profilen, Verglasung und Dichtungen

• bauphysikalische Funktion als thermische Gebäudehülle

hoher Primärenergieverbrauch bei Herstellung von Aluminium, Stahl, Glas und Kunststoffen

CO2 Bilanz bei 3fach WSV schlechter als bei 2fach WSV, aber durch die bessere Isolation auch weniger Emissionen im Betrieb

• Prinzip von Entnehmen, Produzieren, Verwenden und Wegwerfen

• enormer Ressourcenverbrauch

• Konsum mit einmaliger Nutzung von Gütern, die zu Abfall werden

Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG)

• Förderung Kreislaufwirtschaft

• Ressourcenschonung

• Abfallvermeidung

Reduzierung des Materialverbrauchs

• Minimierung verwendeter Mengen

• Minimierung weiterer Ressourcen (Land, Wasser, Energie)

• Bezug von Ressourcen aus ökologischen und sozial verantwortungsvollen Quellen

Design zur Abfallvermeidung

• Langlebigkeit

• Adaptivität und Flexibilität

• Wiederverwendung

• Werthaltigkeit

• Umnutzung

• Stoffliche Verwertung

• Reduktion von Baustellenabfällen, Abbruch, Aushub

Nachhaltiges Abfallmanagement

• Abbruch und Rückbau

• Aushub

• Baustellenbetrieb

• Gebäudebetrieb

• keine Serienfertigung, d.h. individuelle Planung und Fertigung

• sehr heterogene und komplizierte Bauherrenstrukturen

• spätere Nutzer in Planungsphase oft unbeteiligt

• lange Lebensdauer von Bauwerken

-> Standards entwickeln für Wiederverwendbarkeit (bspw. gleiche Stützenhöhen/Stützweiten)

• flexible Baustruktur mit nutzungsneutraler Konstruktion

• Modularität und serielle Formate

• lösbare Verbindungstechnik

• Materialvielfalt hinsichtlich Sortenreinheit, Schadstofffreiheit, Verwendung als Sekundärrohstoff

• digitaler Gebäuderessourcenpass

• Wertsteigerung durch Besitz von Rohbaukomponenten im Sinne von Urban Mining

Städtischer Bergbau

-> Bauwerke der Stadt als riesige Rohstoffmiene und anthropogenes (alles durch Menschen verursachte) Materiallager

• wichtiges Element der Kreislaufwirtschaft

• führt zu Reduktion des Verbrauchs an Primärrohstoffen

• betrachtet langlebige Güter

• umfasst auch die Untersuchung des Bestandes, um Prognose zukünftiger Stoffströme führen zu können

Prinzip lösbare Schraube

-> Methode aus Stahlbau in Massivbau übernehmen