Ökobilanzierung von Gebäuden

Die Frage, wieviel graue Energie in einem Gebäude gebunden wird, kann mit der Lebenszyklusanalyse beantwortet werden. Ökobilanzierung berücksichtigt neben der Umweltwirkung aus dem Energiebedarf (EnEV) auch die Umweltwirkungen aus dem verwendeten Baumaterial. Mit der Ökobilanzierung von Bauwerken steht ein Instrument zur Verfügung, das es ermöglicht, Gebäude über ihren gesamten Lebenszyklus zu bewerten.

Neben der architektonischen und funktionalen Qualität eines Gebäudes ist in den letzten Jahren die ökologische Betrachtung von Bauwerken und Gebäuden weiter in den Fokus gerückt. Gründe für die gestiegene Nachfrage sind u. a. die innerhalb der Bewertungssysteme des nachhaltigen Bauens geforderten ganzheitlichen Nachweise und die verstärkte öffentliche Diskussion über die Einhaltung bzw. die Realisierbarkeit der deutschen Klimaschutzziele. Der aktuelle Gebäudeplanungsprozess stützt sich ausschließlich auf den im EnEV-Nachweis errechneten Energiebedarf sowie die daraus resultierenden Umweltwirkungen eines Gebäudes und vernachlässigt im Gegensatz zu einer ganzheitlichen Betrachtung die Umweltwirkungen der im Bauwerk verwendeten Materialien, die graue Energie. Eine dementsprechende Nachweisführung und eine darauf basierende Einstufung hat sich in den Systemen des Nachhaltigen Bauens bereits seit längerer Zeit etabliert. Als ein wesentlicher Teilaspekt aller deutschen Bewertungssysteme des nachhaltigen Bauens wird die Gebäudeökobilanz als rechnerischer Nachweis bereits seit längerer Zeit verpflichtend gefordert. Während in der Vergangenheit die graue Energie, also die materialgebundene Umweltwirkung, vernachlässigbar war, da der Gebäudeenergiebedarf während der Nutzungsphase dominierte, hat sich dieses Verhältnis in den letzten Jahren auf Grund der inzwischen gestiegenen energetischen Anforderungen verschoben.

Lag in der Vergangenheit das Verhältnis der Umweltwirkung aus der Nutzungsphase zu den Umweltwirkungen aus den eingesetzten Baumaterialien bei ca. 70 % zu 30 %, so war der entschei-

dende Hebel die Reduzierung des Energieverbrauchs während der Nutzungsphase. Durch die konti­nuierliche Reduktion der Energieverbräuche hat sich im Laufe der letzten Jahre dieses Verhältnis auf aktuell ca. 50 % aus der Nutzungsphase zu 50 % aus den eingesetzten Baustoffen (graue Energie) verschoben. Bei energetisch ambitioniert geplanten und gebauten Gebäuden hat sich dieses Verhältnis bereits verkehrt. Das bedeutet, dass die im Material gebundene Umweltwirkung die Umweltwirkung der während der Nutzungsphase benötigten Energie, bezogen auf den rechnerisch angesetzten Lebenszyklus von 50 Jahren, zukünftig übersteigen wird und demensprechend an Bedeutung gewinnen wird. Aus diesem Grund ist seit Jahren ein ganzheitlicher Ansatz in der energetischen Bilanzierung wünschenswert und sollte stärker priorisiert werden.

Umweltwirkungen bewerten

Das Instrument für den rechnerischen Nachweis der Umweltwirkungen eines Gebäudes über seinen gesamten Lebenszyklus ist die Ökobilanz, auch LCA (Life Cycle Assessment) genannt. Die Vorschriften der Berechnung und Bewertung basieren auf den Vorgaben des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB). Seine Datengrundlage bilden die Datensätze, die mit der ÖKOBAUDAT zur Verfügung gestellt werden. Die ÖKOBAUDAT mit ihren qualitätsgeprüften Datensätzen ist in allen Systemen des Nachhaltigen Bauens als verlässliche Datengrundlage festgeschrieben.

Die ÖKOBAUDAT, Datengrundlage für die Gebäudeökobilanz

Die Grundlage für die Berechnung von Gebäudeökobilanzen bilden die Daten der ÖKOBAUDAT, der deutschen Baustoffdatenbank zur Bestimmung globaler ökologischer Wirkungen von Baustoffen. Die Datenbank wurde 2008 in Zusammenarbeit mit der deutschen Baustoffindustrie als „Start-Datensammlung“ realisiert. Ziel war es, eine für die ganzheitliche Gebäudebewertung weitestgehend vollständige und konsistente Datensammlung auf Basis gleicher methodischer Vorgaben zur Verfügung zu stellen, um erstmalig den ganzheitlichen Ansatz einer Lebenszyklusanalyse/-bewertung zu ermöglichen. Zu Beginn waren nur wenige Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declarations, sogenannte EPDs) verfügbar, so dass für viele Materialien und Bauprodukte sogenannte „generische Datensätze“ als Platzhalter erarbeitet werden mussten.

Im Laufe der vergangenen Jahre wurde die ÖKOBAUDAT regelmäßig aktualisiert und um EPD-Datensätze ergänzt, die Hersteller oder Herstellerverbände übermittelt haben. Aktuell enthält die Datenbank rund 1 200 gebäudespezifische Datensätze, davon etwa 550 generische Datensätze, deren Pflege und Aktualisierung in den Verantwortungsbereich des BBSR fallen. Zur Zeit werden ca. 650 EPD Datensätze regelmäßig von den Herstellern aktualisiert und durch unabhängige Dritte verifiziert. Damit stellt die ÖKOBAUDAT mittlerweile für alle wesentlichen Baustoffe des Hochbaus hochwertige, qualitätsgesicherte Datensätze bereit, die der europäischen Norm EN 15804 (Nachhaltigkeit von Bauwerken – Umweltproduktdeklarationen – Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte; Deutsche Fassung EN 15804:2012) entsprechen. Auf sie wird deshalb in allen deutschen Zertifizierungssystemen des nachhaltigen Bauens Bezug genommen.

Die Datensätze der ÖKOBAUDAT beruhen nicht auf Messwerten, vielmehr sind sie die Ergebnisse einer (auf einer Prozessanalyse basierenden) komplexen Modellrechnung. Alle wesentlichen, dem Produkt zugrundeliegenden Prozesse, wie z. B. die Rohstoffgewinnung, der Transport in die Produktionsstätte, der Fertigungsprozess im Werk usw. werden dokumentiert, von Fachleuten zu einem Prozessmodell zusammengefasst, um darauf basierend die dementsprechenden Umweltwirkungen zu errechnen. Hauptanwender dieser Daten sind Architekten, Planer und Energieberater, die auch ökologische Kennwerte von Produkten, Dienstleistungen und Prozessen für Entscheidungen heranziehen wollen. Die Datenbank steht unter www.oekobaudat.de frei zugänglich zur Verfügung.

Baustoffkonfiguration und Nutzungsdauern

Für die Berechnung der Umweltwirkungen auf Gebäudeebene mussten die Datenblätter der einzelnen Baustoffe jeweils über den Lebenszyklus verknüpft und um die gemäß BNB festgeschriebene Nutzungsdauer ergänzt werden. eLCA, das am BBSR entwickelte Ökobilanzierungswerkzeug für das BNB System, stellt diese Informationen für sämtliche ÖKOBAUDAT-Datensätze komplett vorkonfiguriert zur Verfügung. Dadurch bleibt dem Anwender dieser aufwendige und fehleranfällige Prozess erspart, gleichzeitig basieren die mit eLCA (www.bauteileditor.de) errechneten Ökobilanzen auf einer vereinheitlichten gemeinsamen Grundlage. Die Nutzungsdauer hat direkten Einfluss auf das Ergebnis einer Lebenszyklusberechnung. Wie oft ein Bauteil oder Baustoff innerhalb des Betrachtungszeitraums von 50 Jahren ausgetauscht werden muss (siehe „Beispiel Nutzungsdauer“), kann je nach Einbausituation variieren. Das BNB-System liefert mit seiner Tabelle der „Nutzungsdauern von Bauteilen für Lebenszyklusanalysen nach Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)“ wichtige Hinweise darüber, welche Nutzungsdauer für welches Material in welcher Einbausituation anzusetzen ist.

Grundsätze der Gebäudeökobilanzierung – 

Bilanzierung von Neubauten

Der zuvor beschriebene Ansatz zeigt Grundsätze in der Berechnung von Gebäudeökobilanzen auf. Einem Herstellungsdatensatz ist ein Lebenszyklus-ende-Datensatz zugeordnet, der in Abhängigkeit der Nutzungsdauer ggf. mehrfach rechnerisch angesetzt werden muss. Für die Neubaubilanzierung bedeutet das, bezogen auf die Datensätze, folgendes: Einer Herstellung (Modul A1 –  A3) ist ein Entsorgungsprozess (Modul C3/C4) und, wenn vorhanden, das sogenannte Recyclingpotential (Modul D) zuzuordnen, um diese demensprechend in die Berechnung einfließen zu lassen. Ausschlaggebend für die normgerechte Bewertung der Gebäudequalität ist die Aggregation der Module A1  A3 und C3/C4, also der Herstellungs- und der Aufbereitungsprozess. Die aus dem Modul D resultierenden Umweltwirkung sind normkonform zu berechnen und separat auszuweisen.

Bilanzierung von Bestandsgebäuden

In der Bestandsbilanzierung ist der Materialein­satz differenzierter als in der Neubaubilanzierung zu betrachten. Rechnerisch muss zwischen der im Gebäude verbleibenden Bausubstanz und dem neu in das Gebäude zu verbringenden Baumaterial unterschieden werden. Das neu einzubringende Material folgt den Berechnungsregeln der Neubaubilanzierung (siehe Bilanzierung Neubau). Rechnerisch davon abweichend ist die weitergenutzte Bausubstanz zu bewerten. Diese hat bereits einen ersten Gebäudelebenszyklus erfolgreich absolviert, so dass die Umweltwirkungen der Herstellung dieses Bestandsmaterials nicht nochmals rechnerisch in Ansatz zu bringen sind*.

Die Bilanzierung dieser Materialherstellung wurde theoretisch  bereits in dem ersten Gebäudelebenszyklus berücksichtigt. Die Umweltwirkungen, resultierend aus dem Lebenszyklusende, gilt es jedoch sowohl für das Neubau- als auch für das Bestandsmaterial zu berechnen.

Neumaterial: Herstellung + Entsorgung (+ Informativ das Recyclingpotential)

Weitergenutzter Bestand: (Herstellung*) + Entsorgung  (+ Informativ das Recyclingpotential)

Dieser Ansatz ermöglicht weiterführende Auswertungen, die dem Planer zusätzlich wichtige Argumente liefern, wie hoch die durch eine Weiternutzung von intakter Bausubstanz eingesparten Umweltwirkungen im Vergleich zu einem Neubau ausfallen. Aktuell wird dieser Wert in den Bewertungssystemen des Nachhaltigen Bauens so nicht gefordert. Da diese Informationen jedoch einer BNB konformen Ökobilanz, die mit eLCA erstellt wurde, zugrunde liegen, wurde in eLCA eine ent­sprechende Auswertung ergänzt. Das explizit ausgewiesene Einsparpotential kann dazu beitragen, dass zukünftig auch dieser Aspekt in dem Prozess der Entscheidungsfindung, Neubau oder weitergenutzter Gebäudebestand, besser berücksich­tigt werden kann.

eLCA Ökobilanzierungstool für Gebäude

Um Architekten, Planern und Energieberatern den Einstieg in die Gebäudeökobilanzierung im Allgemeinen zu erleichtern und sie im Speziellen bei der Erstellung von Lebenszyklusanalysen für Gebäude zu unterstützen, wurde am Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) das Ökobilanzierungstool eLCA entwickelt. Der Schwerpunkt in der Entwicklung von eLCA war es, ein für jedermann leicht zu bedienendes Tool zu entwickeln, das alle Daten und die darauf basierenden Berechnungen transparent und leicht nachvollziehbar bereitstellt. Alle erforderlichen Einstellungen und die benötigten Datensätze der ÖKOBAUDAT sind vollständig in dem Bilanzierungstool integriert. Selbst ungeübten Nutzern ist es mit eLCA schnell möglich, Lebenszyklusberechnungen für Gebäude durchzuführen und die nachvollziehbaren Ergebnisse zu interpretieren. Nach einer intensiven Erprobungsphase an Hochschulen, in Forschungsprojekten und in der Gebäudezertifizierung nach BNB steht dem Anwender nun ein Ökobilanzierungstool für Gebäude zur Verfügung, mit dem sowohl Neu- als auch Bestandsbauten BNB-konform berechnet werden können. Nachdem das Tool auf der BAU 2015 in München der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, hat es sich mittlerweile weit verbreitet.

eLCA, Bauteile modellieren

Die Kernkomponente in eLCA bildet der sogenannte Bauteileditor. Der Bauteileditor ermöglicht dem Anwender die sehr einfache Erfassung aller Projektbauteile. Zur Kontrolle der Eingaben steht dem Anwender eine dynamische Grafik zur Verfügung. Diese Grafik zeigt das sich in der Bearbeitung befindliche Bauteil in einem eigenen Kontrollfenster an. Alle in einem Bauteil erfassten Materialschichten werden mit den dazugehörigen Materialstärken maßstäblich abgebildet und ermöglichen so eine sofortige visuelle Kontrolle der Eingabe.

Ausblick

Nachdem nun in diesem Beitrag ein erster Einblick in die Grundlagen der Gebäudeökobilanzierung vermittelt wurde, soll das Thema Ökobilanzierung in der Märzausgabe der DBZ vertieft werden. Der Folgebeitrag veranschaulicht die einfache Handhabung mit eLCA und stellt die Schnittstellen in den digitalen Workflow aus der EnEV Berechnung bzw. CAD Programmen vor.

Beispiel Nutzungsdauer

Die Nutzungsdauer eines Mauerwerks beträgt gemäß BNB Nutzungsdauertabelle 50 Jahre. Für die Berechnung einer Gebäudeökobilanz bedeutet das, dass ein Lebenszyklus, bestehend aus Herstellung und Entsorgung (H+E) anzusetzen ist. Der Putz hat ggf. nur eine Nutzungsdauer von 40 Jahren. Für die Berechnung muss deshalb zum ersten Lebenszyklus ein weiterer hinzugerechnet werden, der den Austausch abbildet: H+E + (H+E).
Mauerwerk 50 Jahre  = H+E
Putzschicht 40 Jahre = H + E + (H+E)
usw. (je weitere Materialschicht)
In eLCA sind sämtliche für die Berechnung erforderlichen Werte bereits hinterlegt. Der Nutzer wählt lediglich das zu verwendende Material, alle weiteren für die Berechnung benötigten Informationen werden automatisch zugewiesen.

Umweltwirkungen bewerten

 
  Σ Umweltwirkungen Herstellung aller Bauteile
+Σ Umweltwirkung Instandhaltung aller Bauteile
+Σ Umweltwirkung Betrieb des Gebäudes
+Σ Umweltwirkung Entsorgung aller Bauteile _____________________________________
               Nutzungsdauer (a) * NGF (m²)
 
 
mit Nutzungsdauer [a]

NGF: Netto-Grundfläche nach DIN 277 [m²]

Parameter zur Beschreibung der Umweltwirkungen:

GWP: Global Warming Potential, Treibhauspotential in Kohlenstoffdioxid-Äquivalenten, kg CO2-Äqu./(m²NGFa·a), Einfluss auf: z. B. Erderwärmung bzw. den Treibhauseffekt

ODP: Ozone Depletion Potential, Ozonschichtabbaupotential in Trichlorfluormethan Äquivalente, kg R11-Äqu./(m²NGFa·a), Einfluss auf: Ozonloch und verringert die Filterung von UV-A und UV-B Strahlen

POCP: Photochemical Ozone Creation Potential, Ozonbildungspotential in Ethen Äquivalente, kg C2H4-Äqu./(m²NGFa·a),  Einfluss auf: z. B. Sommersmog
AP: Acidification Potential, Versauerungspotential in Schwefeldioxid Äquivalente, kg SO2-Äqu./(m²NGFa·a), Einfluss auf: z. B. Versauerung von Böden und Gewässern, Waldsterben

EP: Eutrification Potential, Überdüngungspotential in Phosphat Äquivalente, kg PO4-Äqu./(m²NGFa·a); Einfluss auf: z.B. Anreicherung von Nährstoffen, Algenwachstum in Gewässern

PEGes: Gesamtprimärenergiebedarf in kWh/(m²NGFa·a)
PEern: Anteil der erneuerbaren Primärenergie in kWh/(m²NGFa·a)

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