Architektur + Nachhaltigkeit

Architektur + Nachhaltigkeit Philippe Bujakiewicz SIlvia H채fner

Nachhaltigkeit mag heutzutage ein Begriff sein, der nicht zuletzt aufgrund seiner vielfältigen, gewöhnlich auf bestimmte Teilbereiche fokussierten Anwendungen und Auslegungsformen, vielfach als eine dem Zeitgeist entsprungene Erscheinung aufgefasst wird. Meist wird zudem die Tragweite und Historie des Begriffes unterschätzt und eine Beschäftigung mit etwaigen Anforderungen und Maßgaben findet nur oberflächlich und in unzureichender Intensität und Kompromisslosigkeit statt. Tatsächlich kann nachhaltiges Handeln jedoch als eine der grundlegenden Kompetenzen des menschlichen Siedlungswesens, welche offenkundig/mutmaßlich/anzunehmenderweise ein essentieller Erfolgsfaktor dieser Entwicklung war, angesehen werden. Zu Beginn dieses Prozesses waren die Auswirkungen menschlichen Handelns auf sein natürliches Umfeld gering: Als Sammler und Jäger war der Mensch zwar als einflussnehmender Konsument in viele Ökosysteme integriert, aufgrund der geringen Bevölkerungsdichte und -Anzahl jedoch nicht in der Lage empfindliche und weitreichende Störungen lokaler als auch globaler Zusammenhänge zu bewirken. Angepasst an natürliche Gegebenheiten, sind die einstigen Ansprüche und Möglichkeiten des Menschen dabei kaum mit seinen heutigen Handlungsweisen oder Fähigkeiten zu vergleichen. Emissionen resultierten im Wesentlichen aus offenen Verbrennungsvorgängen und produzierte Abfälle konnten in natürliche Stoffkreisläufe zurückgeführt werden, verursachten also keine dauerhaften Belastungen für die Umwelt. Der Mensch war schlichtweg noch nicht in der Lage sich die Natur in einem solchen Maße untertan zu machen, wie es ihm heute möglich ist. Zunächst mit dem kultivieren von Land und dem Wissen um die Nutzung des Feuers und letztendlich durch den tech-

nologischen Umbruch der industriellen Revolution entstanden Möglichkeiten gravierende Handlungswirkungen, -Ausmaße und -Effekte auf regionale und überregionale ökologische Wirkungszusammenhänge zu erzeugen.

Nicht mehr abhängig von natürlichen Gegebenheiten, sondern diese beherrschend, stellten sich schrittweise steigende Komfort- und Entwicklungsanforderungen über die Integration in bestehende Ökosysteme. Mittlerweile ist diese Entwicklung bis zu einem Punkt fortgeschritten, an dem die Menschheit nahezu alle natürlichen Systeme in einem solchen Maß übernutzt und beansprucht, dass deren Regenerationsfähigkeit um ein vielfaches überschritten wird. Von einer langfristigen Sicherung der Lebensgrundlagen scheint man zugunsten kurzfristiger Zielsetzungen fast gänzlich abgewichen zu sein, denn auch auf dem Handlungsfeld der durch den Menschen selbst initiierten und etablierten Systeme, dominieren wenig vorrausschauende Haltungen. Dabei scheint unstrittig, dass uns die Möglichkeiten nachhaltigen Handelns zur Verfügung stehen: Wissenschaft und Forschung haben große Teile bestehender Wirkungszusammenhänge entschlüsselt und nachvollzogen.

Kausalzusammenhänge (Ursache–Wirkungs–Prinzip) sind weitestgehend bekannt, Computersimulationen ersetzen partiell das Durchführen aufwendiger Versuche in der Praxis und die Verfügbarkeit von Baustoffen und Technologien ist trotz der sich abzeichnenden Ressourcenverknappung besser denn je. Viele Lösungen zur Erfüllung ökologischer Anforderungen – insbesondere im Bereich von Architektur und Baubetrieb – existieren zudem bereits seit mehreren Dekaden, was einen sicheren Einsatz in der Planung ermöglicht, da man auf zahlreiche Erkenntnisse und Kennwerte zurückgreifen kann. Dennoch scheinen wir – trotz dieser

hervorragenden Bedingungen zur Entwicklung und Umsetzung nachhaltiger Konzeptionen – an bekannten Standards und Bauweisen festzuhalten, welche sich jedoch oft durch ein unzureichendes Maß an ökologischen Zielsetzungen auszeichnen. Demgegenüber stehen die gesicherten Erkenntnisse, dass globale Entwicklungstendenzen auf ökologischer, ökonomischer sowie soziokultureller Ebene – bezugnehmend auf etablierte Nachhaltigkeitsdefinitionen (≥ 01 Situation ≥ Nachhaltigkeitsmodelle) – langfristig auf eine drastische Veränderung der Lebensweisen und -Umstände, wenn nicht sogar auf eine Gefährdung unserer Lebensgrundlagen hindeuten. Dementsprechend sind veränderte, zukunftsfähige und an die jeweiligen Erfordernisse angepasste Handlungsmaximen und Prozesse, unter Abweichen von bekannten Routinen, zwingend erforderlich.

Nachhaltiges Handeln ist keine zeithistorisch einzugrenzende Episode oder in ihrem Handlungsrahmen festzulegende Zielsetzung, sondern vielmehr ein kontinuierlicher Prozess, dessen Fortentwicklung aufgrund der globalen Rahmenbedingungen stetig notwendiger wird.

Aus genannten Gründen scheint eine Beschäftigung und Auseinandersetzung mit den Anforderungen an zukunftsfähige Architekturen nicht nur sinnvoll, sondern notwendig. Aufgrund des hohen Energie- und Rohstoffbedarfs existieren gerade auf dem Gebiet des Bauwesens wichtige Einsparungs- und Optimierungspotentiale, welche es zukünftig zu nutzen gilt. Für uns als werdende Architekten ist es daher essentiell einen Zugang zum Thema zu finden, ein Verständnis für die Gesamtproblematik zu entwickeln und einen Überblick über die zahlreichen Einflussfaktoren, Ziele und Lösungsstrategien zu gewinnen.

Zu Beginn dieser Ausarbeitung wird daher zunächst auf

die globale Situation – also die Rahmenbedingungen und Aussichten, denen wir gegenüberstehen – eingegangen, um daraufhin einen Bezug zu Architektur und Bauwesen herzustellen. Relevant ist eine Betrachtung der Gesamtzusammenhänge vor allem um zu verstehen, aus welchen Ebenen menschlicher Gesellschaften, Strukturen und Handlungsweisen ökologische Defizite resultieren und welchen Anteil diese an der sich allmählich zuspitzenden globalen Realität haben. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge innerhalb des Themengebiets Nachhaltigkeit, kann im Rahmen dieser Ausarbeitung lediglich eine Momentaufnahme – gewissermaßen der ‚Status-quo‘ in Bezugnahme auf Architektur und Bauwesen – umrissen werden. Da der zeitliche Rahmen dieser Arbeit mit wenigen Wochen begrenzt, eine intensive Beschäftigung mit den Prinzipien nachhaltigen Bauens jedoch zeitaufwendig, sowie in allen Maßstäben und Detaillierungsebenen nahezu unerschöpflich ist, muss an dieser Stelle betont werden, dass weder ein Vollständigkeitsanspruch noch eine Mustergültigkeit der beschriebenen Maßnahmen erhoben wird – bzw. erhoben werden kann. Beschrieben wird daher ein Querschnitt augenblicklich zur Verfügung stehender Werkzeuge und Instrumente, die zur Umsetzung nachhaltiger Planungen bereitstehen und mittel- oder langfristig Potentiale aufweisen, den Anforderungen nachhaltiger Bauwerke zu genügen. Die mit einer weiteren Auseinandersetzung einhergehenden Erkenntnisse, sind daher als sinnvolle Ergänzungen zu den ausgeführten Grundlagen anzusehen. Ziel dieser Arbeit ist es, zunächst einen Zugang sowie eine Diskussionsgrundlage für die Vertiefung weitergehender Inhalte zum Thema nachhaltiges Bauen zu bieten, welche vor dem Hintergrund der Entwicklungsaussichten

für die Architektenschaft unerlässlich scheint und als Grundlage zukünftiger Planungen anzusehen ist.

Eine Arbeit zum Thema Nachhaltigkeit wird erst dann in sich schlüssig, erscheint sie nicht nur in ihrem Kern, sondern auch nach außen hin glaubwürdig. Im grafischen Gewerbe ist es in der heutigen Zeit üblich, sich viele Dinge sehr einfach zu machen. Gedruckt wird online, freigestellt oder produziert in Fernost, alles immer schneller und preiswerter. Leider bleibt so oftmals nicht nur die Qualität, sondern auch ein angemessenes Umweltbewusstsein auf der Strecke.

Vielen Verbrauchern scheint es viel zu oft schlichtweg egal zu sein, welche ökologischen Maßstäbe die Publikation, die sie in den Händen halten berücksichtigt – etwaige Details erfahren kaum Wertschätzung. Dabei sollte der Anspruch eines jedem im Bereich der Gestaltung tätigen (unabhängig ob im Bereich Print, Digitale Medien oder wie in unserem Fall der Architektur) das Produzieren hochwertiger und qualitätsvoller Arbeiten sein, weshalb im Vorfeld einige Faktoren und Fragestellungen zu klären und zu berücksichtigen waren, um die Eingangs angesprochene Glaubwürdigkeit der Ausarbeitung zu gewährleisten. Das Thema Nachhaltigkeit sollte demnach nicht nur inhaltlich, sondern – einer holistischen Konzeption folgend – auch in der Produktion sowie bereits in der Gestaltung des Layouts erkennbar sein. Es geht dabei nicht einfach nur darum im Druck ein holzfreies Papier mit FSC-Zertifizierung zu verwenden. Gestaltung kann und muss mehr leisten um eine Arbeit innerhalb des Themenbereichs der Nachhaltigkeit auch wirklich nachhaltig umzusetzen. Das Verwenden einer sogenannten japanischen Bindung dient daher nicht nur dem Zweck einer

zeitgemäßen Gestaltung, sondern bietet durch den Verzicht auf Leim- und Klebestoffe die Möglichkeit sämtliche enthaltenen Materialien – nach Ablauf des Lebenszyklus dieses Druckwerks – rückstandslos und unkompliziert voneinander zu trennen und in ihre Stoffkreisläufe zurückzuführen. Des Weiteren ermöglicht eine solche Buchbindemethode das Verwenden von dünneren Papierstärken. Die Falzung der Bögen erzeugt trotz reduzierter Materialstärken ein hohes Volumen und somit bei den Nutzern der Eindruck einer schweren haptischen Qualität. Während ein gängiges Laserdruckpapier 90-100 g/m² wiegt, ist der in dieser Arbeitet verwendete Bedruckstoff nur 60 bzw. 65 g/m2 leicht. Dadurch, dass der Falz des Druckbogens nach außen hin sichtbar ist und die offene Seite des Druckbogens im Bund verschwindet, können die Seiten über den Rand des Bogens hinaus laufen und werden so „versteckt“. Neben dem Effekt eines schönen Farbspiels im Schnitt des Buches spart dies ebenfalls Platz ein. Eine japanische Bindung ist auf vielerlei Arten zu verarbeiten.

Nachdem die Bögen von Hand mit einem sogenannten Falzbein gefalzt werden, muss der Papierstapel zusammengetragen und temporär mithilfe von Maulklammern fixiert werden.

Um wie eingangs erwähnt auf den Einsatz von Klebemitteln zu verzichten, wird der Papierblock zunächst mit einer Bohrmaschine gelocht und daraufhin mit einem Faden genäht. Auf einen nachhaltigen Einsatz von Druckmitteln eingehend, spricht die stringente Verwendung von lediglich einer Farbe die klare Sprache einer angemessenen Reduktion: Werden nicht nur die Grundfarben des Vierfarbendrucks (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) verwendet, müssen gewählte Farben im System der autotypischen Farbmischung miteinander kombiniert werden.

Eine Sekundärfarbe – also eine Farbe, die aus 2 Grundfarben gemischt wird – wie beispielsweise Rot, wird aus Anteilen von Gelb und Magenta produziert. Tertitärfarben wie etwa Braun benötigen sogar 3 Grundfarben (Gelb, Mangenta und Schwarz). Ein Verzicht auf eine Farbigkeit im Druck bedeutet daher gleichermaßen das Einsparen eines Großteils des Farbauftrags. Um sich nicht dem Vorwurf der gestalterischen Simplizität unterwerfen zu müssen wird eine Farbigkeit einfach durch die Verwendung farbiger Papiere erzielt.

Neben dem besagten Effekt, dass im Druckvorgang somit Toner gespart werden, ergibt sich darüber hinaus eine schlüssige Buchstruktur für den Betrachter: Die farbigen Seiten werden in Kapiteltrenner und Anhang des jeweiligen Kapitels verwendet, was bewirkt dass der Buchblock eine farbige Unterteilung bekommt, Text- und Hilfsanteile deutlich sichtbar werden und so eine genaue Navigation zu entsprechenden Abschnitten der Arbeit ermöglicht wird. Um den interdisziplinaren Charakter der Arbeit zu stärken wurde beim Cover der Publikation eine weitere Druckform verwendet. Mit dem in Behörden bekannten Risographen MZ770 wurde das Deckblatt der Publikation zweifarbig bedruckt. Der große Vorteil des Risographen ist dabei, dass er nicht wie konventionelle Digital– oder Tintenstrahldrucker mit Tonerpulver oder Tintenfarbe, sondern auf Basis eines mit Farbpartikeln versetzten Gemischs aus Soja–Öl und Wasser druckt. Durch einen solchen Druckvorgang wird keinerlei CO2 ausgestoßen, was ihn als nachhaltigste Möglichkeit der Vervielfältigung – neben der manuellen Reproduktion - auszeichnet. Dadurch, dass der Risograph für jede Farbe der zu bedruckenden Seite eine so genannte Masterfolie belichtet – wodurch in etwa Kosten in Höhe von 0.30 Euro pro Folie entstehen –

hätte es jedoch wenig Sinn ergeben eine Farbigkeit auf sämtlichen Seiten des Inhalts mit dieser Methode durchzusetzen. Um dennoch von der handgemachten Siebdruckasthetik dieser Drucktechnik zu profitieren, wurde daher zumindest das Buchcover auf dem Risographen der Staatlichen Akademie der Bildenden Kunste in Stuttgart realisiert.

Alle aufgeführten Aspekte komprimieren an dieser Stelle den Prozess der Auseinandersetzung mit der gestalterischen Ausführung der Ausarbeitung extrem. Tatsächlich resultieren diese jedoch aus einer konstanten Beschäftigung mit den Möglichkeiten einer Implementierung nachhaltiger Prinzipien und dem Versuch eines intelligenten Designs, welches die auf inhaltlicher Ebene getätigten Aussagen und formulierten Nachhaltigkeitsanforderungen unterstreichen soll.

Architektur + Nachhaltigkeit Eine Arbeit von: Philippe Bujakiewicz Silvia Hﾃ､fner

HS窶適oblenz M.A. Architektur SS 2013

Juni 2013, erste Auflage.

01 Situation

nahwärme

Einleitung

fernwärme

GlObale Rahmenbedingungen

wärmepumpe

Biokapazität Vs. Ressourcenverbrauch

Die Problematik der wachstumslogik

biomasse + biogas

regenerative wärmeerzeugung

ÖKONOMIE ALS NATÜRLICHER FEIND DER NACHHALTIGKEIT?!

holzhackschnitzel

NACHHALTIGKEIT – BEGRIFFSERLÄUTERUNG

holzpellets

NACHHALTIGKEITSMODELLE

solarenergetische nutzung

Drei Säulen Modell / Gewichtetes Drei Säulen Modell

solarthermie

integratives nachhaltigkeitsmodell

geothermische nutzung oberflächennahe geothermie

39

02 Architektur + Bauwesen

erdwärmekollektoren

GEBÄUDE ALS SYSTEME BEGREIFEN

erdspeicher

Zukunftsmodell stadt

erdregister

erdwärmesonden

historischer umriss der stadtentwicklung

globale tendenzen

energiepfähle

ANFORDERUNGEN UND ZIELSETZUNGEN

grundwassernutzung

VISION ÖKOPOLIS?

tiefe geothermie

57

03 Planungsgrundlagen

hydrothermale systeme

petrothermale systeme

standort

tiefe ermewärmesonden

gebäudeform

abwärmenutzung

orientierung zonierung

kraft-wärme-kopplung

speichermassen

blockheizkraftwerk

flexibilität

kälteversorgung

fensterflächenanteil

gebäudehülle

kompressionskältemaschine

aussenwände

sorptionskälte

passive systeme

erdberührte bauteile

aktive systeme

dächer

transparente bauteile / verglasung

luft-erdwärmetauscher

behaglichkeit / wohlbefinden

wasser-erdwärmetauscher

grundwassernutzung

visueller komfort

natürliche wärmesenken

luftfeuchte

nachtluftkühlung

luftbewegung

raumluftqualität

bauteilaktivierung

temperatur der raumluft und

sohlplattenrückkühlung

raumumschliessender bauteile

verdunstungskühlung –

akustischer komfort

olfaktorischer komfort

hybride systeme

adibate kühlung

licht tageslicht

81

04 Technologie

tageslichtnutzung

fossile energieträger

tageslichtsysteme

wärmeversorgung

lichtstreuung / diffuslichtdurchlass

Inhalt

17

lichtlenkung

integrale planung

kunstlicht

konzepte + ansätze

kunstlichtkonzepte

wasser

triple zero

wasserkreisläufe

bewertungssysteme

wasseraufbereitung

differenzierung

regenwassernutzung

DGNB

abwassernutzung

BNB

grauwassernutzung

BREEAM

wärmerückgewinnung aus grawasser

lEED

albatros

wassereinsparende technologien

cradle to cradle (c2c)

trockentoilette

fazit

vakuum-toiletten

no-mix-systeme strom

zentrale stromversorgung

aufwindkraftwerke windenergieanlagen wasserkraftwerke dezentrale stromversorgung photovoltaik (pv-anlagen)

windgeneratoren - kleinwindanlagen

gas- / dampfturbinen brennstoffzelle

virtuelles kraftwerk / smart grids

luft maschinelle lüftung dezentrale zu- und abluftanlagen

freie / natürliche lüftung

wind thermik lüftungssysteme quellluftsysteme mischlüftung verdrängungslüftung

05 Umsetzung

161

lebenszkylische betrachtung

ökobilanzierung / life cycle assessment graue energie materialeffizienz suffizienz öko-effektivität / öko-effizienz gebäudebestand in der lebenszykl. betrachtung

kommentar eines zweifelnden

Biokapazität Vs. Ressourcenverbrauch Die Problematik der wachstumslogik ÖKONOMIE ALS NATÜRLICHER FEIND DER NACHHALTIGKEIT!?

NACHHALTIGKEIT – BEGRIFFSERLÄUTERUNG NACHHALTIGKEITSMODELLE Drei Säulen Modell / Gewichtetes Drei Säulen Modell

01

GlObale Rahmenbedingungen

Situation

Einleitung

19

Einleitung Der Begriff der Nachhaltigkeit unterliegt in jüngster Vergangenheit offenkundig einem inflationären Gebrauch. In nahezu allen Bereichen menschlichen Handelns werden nachhaltige Verhaltens- oder Vorgehensweisen proklamiert, ob diese Angaben jedoch der Wahrheit entsprechen oder lediglich den Eindruck nachhaltigen Verhaltens erwecken sollen, ist dabei meist schwer nachvollziehbar. Medienwirksam fordern Politiker zu nachhaltigem Handeln auf, Großbanken werben mit nachhaltigen Kapitalanlagen und brüsten sich mit dem Verfolgen nachhaltiger Investmentstrategien zur Gewinnmaximierung, Bio-Siegel preisen die Qualität von Produkten aus nachhaltiger Landwirtschaft und sogar Autohersteller deklarieren den Kauf eines verbrauchsarmen Mittelklassewagens als nachhaltig. Diese Aufzählung ließe sich in beliebiger Länge weiterführen, die aufkommende Fragestellung bleibt jedoch ein und dieselbe: Wie ist es möglich, dass Personen, Unternehmen, Gesellschaften, Institutionen oder Regierungen, deren Interessen offenbar diametral gegenläufig sind, ein und dasselbe Prinzip für ihr Handeln beanspruchen? Nachhaltigkeit scheint also zum einen eine Handlungsmaxime oder Ausrichtung, andererseits je nach Intention dieser Handlungen in erhöhtem Maß variabel. Doch in welchem Verhältnis stehen die implizierten Motivationen und Interessen der Nachhaltigkeit zueinander?

Beispielsweise kann ein Interesse im Sinne einer ökonomisch orientierten

:–01: Systemanalytische Studie des

Nachhaltigkeit sein, ein bestimmtes Stück Wald abzuholzen, welches je-

Prognose

doch im Sinne ökologischer Nachhaltigkeit zwingend zu erhalten ist.—01 Wie sind diese teils paradoxen Situationen, Strategien und Ausrichtungen innerhalb der Nachhaltigkeitsdebatte also zu bewerten und vor allem be-

Rohstoffe

friedigend im Sinne des eigentlichen Begriffs zu lösen? Eine klare Antwort hierauf ist einerseits wohl abhängig von der verfolgten Zielsetzung, scheint andererseits aufgrund der Vielschichtigkeit der Terminologie jedoch stets

Bevölkerung

Umweltverschmutz

streit- und anfechtbar und kann daher nicht erschöpfend geliefert werden.

Bei all diesen Auslegungen von Nachhaltigkeit sollten jedoch die Fakten nicht außer Acht gelassen werden. In dem langanhaltenden Prozess men-

1900

1950

2000

schlichen Wirkens auf diesem Planeten haben wir die natürlichen Limitierungen des Ökosystems Erde erkannt. Ein überwiegender Anteil unserer

:–02: Derzeitige Szenarien des glo

das Jahr 2020 bei einem Bevöl

Handlungen war – bzw. – ist zwar von kurzfristigem, zielsetzungsbezogenem Erfolg gekrönt, langfristig jedoch nicht reversibel, was heißt, dass sie verschiedenste Güter, Ressourcen oder Werte unwiederbringlich tilgen und ökologische Systeme schädigen. um die Endlichkeit von Ressourcen und der Regenerationsfähigkeit

400

natürlicher Systeme, sowie das Wissen um globale Wirkungszusammen-

200

gabte Wesen erstellen wir umfangreiche Untersuchungen und detail-

1049

85

800 600

klare Einflussfaktoren zu bestimmen. Als rational denkende, vernunftbe-

1121

1000

Der durch kognitive Weiterentwicklung ermöglichte Erkenntnisgewinn

hänge und Auswirkungen unserer Handlungsweisen, ermöglichen uns heute

1169

1200

0

423

2000

WBGU Shell SCA WECA3 Shel

erneuerbare Energie traditionelle Biomasse

20

01 Situation

lierte Prognosen, sodass sich die Notwendigkeit einer drastischen Änderung unserer Handlungsweisen allmählich manifestiert. Wir wissen, wann die von uns dringend benötigten Ressourcen versiegen. Wissen, ab welchem Maß die von uns verursachten CO2 Emissionen wahrscheinlich zu einem Kollaps des sensiblen Klimas unseres Planeten führen. Wissen, bis wann die Bevölkerungszahlen derart gestiegen sind, dass nicht mehr alle Menschen von der Bewirtschaftung des Globus zu ernähren sind. Umso mehr verwundert es, dass vor dem Hintergrund eines solch existenziellen Bedrohungsszenarios menschliche Systeme und Handlungsmaximen, wie beispielsweise das Credo des Wachstums kaum in Frage gestellt werden, obwohl eine diesbezügliche Anpassung im Sinne eines evolutionären Fortschritts unabdingbar scheint. Einige dieser Handlungsweisen und Methoden, welche ein wirklich nachhaltiges Agieren zu verhindern scheinen, werden nun kurz umrissen um die Komplexität der einflussnehmenden Dimensionen und Faktoren vor Augen zu führen. Eine ausführliche und erschöpfende Darstellung soll (und kann) im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht erfolgen.

Globale Rahmenbedingungen Seit dem Aufbruch in das Industriezeitalter haben sich unsere Lebensumstände radikal verändert. Die Prosperität industrialisierter Nationen basierte

s Club of Rome zur Weltwirtschaft

jeher – neben stetigem technischen Fortschritt – auf dem ungezügelten Verbrauch endlicher, fossiler Energieträger.—02 Energiekrisen, wie zum Beispiel der Öl-Shock der 1970er-Jahre, zeigten uns warnend die empfind-

Industrieproduktion

liche Abhängigkeit unserer Wirtschaft von fossilen Brennstoffen, änderten jedoch kaum etwas am globalen Wettfördern. Selbst bedrückende Vorhersagen, wie das 1972 vom Club of Rome veröffentlichte ‚Die Grenzen des Nahrungsmittel

zung

Wachstums‘ verdeutlichten in drastischen Szenarien die Wechselwirkungen von Bevölkerungswachstum, Umweltverschmutzung und Ressourcenverbrauch, zeigten zugleich die absehbare Endlichkeit unseres immensen Raubbaus, die Kausalität von menschlichem Handeln und Umweltproble-

2050

2100

men, bewirkten jedoch ebenfalls kein grundlegendes Umdenken.—01, —02 Die Dimension, Maßlosigkeit aber auch Geschwindigkeit des mensch-

obalen Primärenergieverbrauchs für

lichen Ressourcenverbrauchs erschließt sich jedoch erst, setzt man die

lkerungswachstum auf 9-10 Milliarden

statistisch ermittelten Reichweiten konventionell geförderter, nicht er-

54

neuerbarer Energiereserven in Relation zu deren Entstehungszeitraum: Ein signifikanter Abbau fossiler Energieträger begann mit Einsetzen der Industrialisierung um etwa 1800. Schätzungen aus dem Jahr 2008 – also nur

825 636

635

597 431

etwa gut 200 Jahre nach Anstoß dieser Entwicklung – gehen von einer Verfügbarkeit von Mineralöl für weitere 41 Jahre, Erdgas für 61 Jahre, Kohle für bis zu 200 und Uran für weitere 40 Jahre aus.—03 Zu ihrer Entstehung

WEC C1 Faktor4

benötigten Erdöl und Erdgas jedoch zwischen 200 und 400 Millionen, Kohle

Kernenergie

Mineralöl

in etwa 300 Millionen Jahre. Trotz aller Entwicklungen, Diskussionen und

Erdgas

Kohle

Beschlüsse rund um den angestrebten Energiewandel haben nicht-regene-

llDAS WECB RIGES

SEE

21

rative Energieträger noch immer einen Anteil von ca. 86% des derzeitigen, globalen-Primärenergieverbrauchs.

—04, —03

:–03: Anteile der Energieträger am in Deutschland

Selbst in Deutschland, Pionier

auf dem Gebiet regenerativer Energieerzeugung und GreenTech, werden laut Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie noch immer über 80% des Primärenergieverbrauchs durch fossile Energieträger gedeckt.—05 Neue Entwicklungen und Technologien wecken dennoch die Hoffnung, dass der Mensch im Stande sein wird, sich der zunehmenden Verknappung fossiler Ressourcen bis zum prognostizierten Versiegen der Quellen und Abbaugebiete durch Nutzung alternativer Energien und Entwicklung neuer Technologien anzupassen.

Ob und inwieweit die Menschheit dennoch einer lebenswerten Zukunft entgegenblickt, hängt grundlegend an Themen der Klimaerwärmung, der demografischen Entwicklung sowie den Möglichkeiten, die wir bereits heute

:–04: Anteil der genutzten Energie

ergreifen, um unser Leben unter sich verändernden Bedingungen organi-

80

sieren und bewältigen zu können.—06 Zunächst auf den Klimawandel einge-

70

hend, ist dieser in seiner Komplexität keinesfalls zu unterschätzen. Noch immer sind noch nicht alle Wechselwirkungen und Faktoren bekannt und daher kaum verlässliche, absolute Zahlen zu nennen. Fakt ist jedoch der maßgebliche Einfluss ausgestoßener Treibhausgase auf den globalen Klimawandel. Seit 1750 stieg die CO2-Konzetration in der Atmosphäre um ca.

36%, was dem wahrscheinlich höchsten Niveau der letzten 20 Millionen Jahre entspricht.

—05

Kohle

60 50 40 30

Holz

20 10 Erdöl

0

Wissenschaftliche Untersuchungen prognostizieren

1850

Wasserk

1900

in unseren Breiten einen Temperaturanstieg zwischen 1.5 und 5.8°C bis zum Jahr 2100, wobei der Weltklimarat von einem maximal tolerierbaren Temperaturanstieg von 2.0°C ausgeht, bevor irreversible Schädigungen

:–05: Entwicklung der durchschnitt

CO2-Konzentration in den ver

Wirkungsausmaß unbekannter Faktoren können erstellte Prognosen jedoch stark variieren. So birgt vor allem die Überschreitung sogenannter ‚Tipping Points‘—06 die Gefahr der Auslösung von Prozessen unvorhersehbarer und nicht zu kontrollierender Eigendynamik und einer damit einhergehenden Wirkungsverstärkung des Klimawandels. Hierzu zählt unter anderem das Abschmelzen der antarktischen sowie grönländischen Eisschilder (Erhöhung des Meeresspiegels)—08 sowie das Auftauen des sibirischen Permafrostbodens (Freisetzung eingeschlossener Methangase).

In Bezug auf die demografische Entwicklung scheint vor allem die voraussichtlich bis 2050 auf 9 Milliarden Menschen ansteigende Bevölkerungszahl und das damit einhergehende gesteigerte Konsumverhalten problematisch. Derzeit leben um die 7 Milliarden Menschen—09 auf der Erde, von denen derzeit jeder im weltweiten Durchschnitt 4,4t CO2 produziert. Bis zum Jahr 2050 wird demnach für etwa 2 Milliarden zusätzliche Menschen eine angemessene und nachhaltige Lebensgrundlage bereitzustellen, sowie deren pro Kopf Emissionen auf ‚klimaverträgliche‘ 1,3t CO2 zu reduzieren sein.—07 Schwierig ist in diesem Hinblick nicht bloß der drastische Minimierungsbedarf aller Emissionen – also das Ablösen der Max-

CO2-Konzentr. [ppm]

Aufgrund vielschichtiger und oft in ihrem

350 300 250 200 150

Temperaturunterschied [K]

des Klimasystems einträten.

—07

2 0 -2 -4 -6 -8 -10 400000

300000

22

01 Situation

ime des quantitativen durch die eines qualitativen Wachstums—10 – son-

m Primärenergieverbrauch

dern der Umstand, dass sich der Bevölkerungsanstieg vornehmlich in Entwicklungs- und Schwellenländern vollziehen wird.—08

Ungeachtet aller bisherigen Effizienzbemühungen steigt der Energiebe-

darf bis 2050 beispielsweise in Asien um prognostizierte 40%, während Lateinamerika seinen Energiebedarf mit 55% voraussichtlich sogar mehr als verdoppeln wird. In diesen Schwellenländern werden in den kommenden Jahren folglich enorme Investitionen in Energieinfrastrukturen fließen und somit zugleich die Höhe der resultierenden CO2-Emissionen für die kommenden Jahrzehnte festgelegt. Fraglich ist jedoch, ob und in welchem Maße diese Entwicklungsländer ihren rapide wachsenden Energiebedarf mit erneuerbaren statt mit fossilen Energieträgern decken werden. Laut dem 4.

Sachstandbericht des IPPC bleibt zur wesentlichen Senkung der Treib-

eträger weltweit [%]

hausemissionen und dem damit verbundenen Ziel, die globale Erwärmung auf vorerst 2.0°C (gegenüber der vorindustriellen Zeit) zu begrenzen, ein verbleibendes Zeitfenster von etwa 10 – 15 Jahren.—11 Es wird daher nicht genügen lediglich auf technische Lösungen zu hoffen und wie gehabt fortzu-

Erdgas

38 %

fahren. Der Übergang in das postfossile Zeitalter, mehr aber noch die vor-

26 % 23 %

geschaltete Karenzzeit, wird absehbar aber auch notwendigerweise mit weitreichenden politischen und sozialen Folgen einhergehen. Ob und inwie-

Kernenergie

kraft 1950

2000

7 % 3,5 % 2,5 %

weit wir im Stande sind, diese Umbrüche zu bestehen und bereits bestehende sowie aus dem Wandel resultierende Problemstellungen zu lösen, hängt auch davon ab, in welchem Maße wir schon heute eine Entwicklung anstoßen, die eine Abhängigkeit von endlichen Ressourcen reduziert

tlichen Jahrestemperatur und

rgangenen 400000 Jahren

oder letzten Endes vermeidet sowie den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid drastisch, zeitnah und wirkungsvoll senkt.

2006: 383ppm

Biokapazität vs. Ressourcenverbrauch Basierend auf der Prognose einer rückläufigen globalen Fertilität wird sich das Bevölkerungswachstum in den kommenden Dekaden zwar verlangsamen, die Zahl der insgesamt auf der Erde lebenden Menschen jedoch – laut Modellrechnungen der UN-Bevölkerungsabteilung – bis 2050 auf rund 9 Milliarden—12 ansteigen.

Dies vollzieht sich in unterschiedlichen Wachstumsgeschwindigkeiten der einzelnen Nationen, wobei sogenannte Entwicklungsländer wie beispielsweise Indien oder Nigeria, einen deutlich höheren Bevölkerungsanstieg als 200000

100000

0 Rückrechnung [a]

die westlichen Industriestaaten verzeichnen werden. Der Populationszuwachs konzentriert sich dabei, wie die Tendenzen der letzten Jahre bereits andeuten, vorrangig auf urbane Ballungsräume, sodass zukünftig die Mehrheit der Weltbevölkerung in Städten angesiedelt sein wird.—09 Ein Eintreten dieser Entwicklungsaussichten hätte, neben einem generell gesteigerten Rohstoff- sowie Güterbedarf, einen enormen Anstieg des ‚ökologischen Fußabdrucks‘ der Menschheit zur Folge.

23

:–06: Tipping Points des Klimasystems

des Ressourcenverbrauchs und gibt an, wie viel Biokapazität (natürliches klimawandelinduziertes Ozonloch

Ressourcenangebot) der Erde - angegeben in gha (global hectare)—13 - zur Ermöglichung eines bestimmten Lebensstandards beansprucht werden.

Die Berechnungsmethode schließt hierzu Flächen ein, die zur Produktion von Verbrauchsgütern, der Energiebereitstellung, Müllentsorgung als auch

verringerte Sonnenrückstrahlung im Himalaya

Der sogenannte ökologische Fußabdruck ist ein Instrument zur Bewertung

zur Bindung der durch Aktivitäten freigesetzten CO2-Emissionen notwendig klimawandelinduziertes Ozonloch

sind. Die Erfassung und Bilanzierung des menschlichen Konsumverhaltens, umgelegt auf die hierzu notwendigen, begrenzt zur Verfügung stehenden Flächen, zeigt deutlich das Ungleichgewicht der globalen Verteilung der

Wiederbegrünung der Sahara

Naturnutzung—10 als auch die deutliche Überschreitung der verfügbaren Biokapazitäten.—11

Schmelzen des grönländischen Eisschildes

keinesfalls nachhaltiges Maß an Ressourcenverbrauch, Landinanspruchnahme und Überbelastung von Ökosystemen. Berechnungen des Global Footprint Networks zufolge übersteigt der Gesamt–Ressourcenverbrauch schon jetzt das derzeitig vorhandene ‚Naturbudget‘ der Erde um das Eineinhalbfache, was einen ökologischen ‚Overshoot‘ – also eine Überschreitung

Versiegeln der Tiefenwasserbildung

Bereits in den 1980er Jahren aufgestellte Prognosen verweisen auf ein

der Wachstumsgrenze – darstellt. Angesichts der Perspektive einer stetig weiter wachsenden Weltbevölkerung benennt eine Prognose für das Jahr 2050 unter Beibehaltung des immensen Ressourcenverbrauchs und der konstanten

:–07: Pro-Kopf CO2-Emissionen im J

Verschwendung endlicher Rohstoffe - den Anstieg des ökoligischen Fußab-

Katar

drucks auf das Zwei- bis Zweieinhalbfache der globalen Biokapazitäten.

Kuwait

Beispielsweise beliefen sich im Jahr 2007 die verfügbaren Ressourcen

VAE

auf 12 Milliarden gha – demnach etwa 1,8 gha pro Person. Der tatsächliche ökologische Fußabdruck betrug jedoch um die 18 Milliarden gha, also fast 3 gha pro Person. Dies bedeutet, dass die Menschheit bei gleichbleibenden Verhältnissen und Wachstumstendenzen bis zur Mitte dieses Jahrhun-

Luxemburg Bahrain USA Trinidad & Tobago Brunei

derts etwa 2,5 Planeten von der Dimension der Erde benötigt, um den Kon-

Australien

sumbedarf der Weltbevölkerung decken zu können. Um eine irreversible

Finnland

Erschöpfung globaler Ökosysteme, wie sie sich bereits jetzt abzeichnet,

Deutschland

abzuwenden, müssen nachhaltige und somit zukunftsträchtige Handlung-

klimaverträglich

sweisen und Entwicklungen fokussiert werden.

Vor dem Hintergrund der Zunahme der Weltbevölkerung scheint es prinzipiell nachvollziehbar, dass ein entsprechendes Maß an Wachstum notwendig scheint, um den steigenden Bedarf an Gütern aller Art zu decken. Es gibt jedoch Faktoren, welche über dieses Maß hinaus ein exponentielles Wachstum einfordern, was jedoch langfristig keinesfalls durchsetzbar ist. Warum scheint stetiges und permanentes Wachstum eine scheinbar adäquate Antwort auf die strikten Restriktionen der Natur zu sein? Wie können stetig neue, gesteigerte Wachstumsbestrebungen von Politik und Wirtschaft bei

10

:–08: Prognose des Bevölkerungswac Weltbevölkerung [Mrd.]

Die Problematik der Wachstumslogik

0

8

6 Entwicklungsländer 4

2

0 1950

1975

2

24

01 Situation

gleichzeitiger, abzusehender Verringerung der Verfügbarkeit unserer Lebens-

s

grundlagen eine nachhaltige und damit zukunftsfähige Entwicklung bedingungen und menschlichem Handeln zu verdeutlichen, ist ein Blick Versiegeln der Tiefenwasserbildung und assoziierter Nährstoffversorgung

auf natürliche Wachstumsprozesse sinnvoll.—12 Diese pendeln sich nach einer schnellen Wachstumsphase in der Regel auf einem stabilen Niveau ein, was heißt, dass Aufbau und Abbau in etwa gleichwertig sind. Somit antarktisches Ozonloch

wird zugleich die Wachstumsgrenze des Systems definiert, jedoch auch eine langfristige Funktionalität desselben gewährleistet. Ein anschauliches Beispiel hierzu ist der Mensch selbst: Zunächst steigt die Anzahl seiner Zellen bis zu einem gewissen Punkt, danach halten sich Absterben und Bildung neuer Zellen im Gleichgewicht.—14 Ökonomische Systeme hingegen sind nicht auf eine solche Stabilisierung, sondern auf ein exponentielles Wachstum ausgelegt. Exponentiell wachsende Prozesse begin-

Schmelzen des westantarktischen Eisschildes

Störung natürlicher Klimaschwankungen (El Niño)

Störung der marinen Kohlenstoffpumpe

Kippen der Amazonasvegetation

Versiegelung von nährstoffreichen Staubquellen

Störung des indischen Monsuns

ermöglichen? Um die Widersprüchlichkeit zwischen bestehenden Rahmen-

nen meist langsam, wachsen ab einem gewissen Punkt explosionsartig und kommen danach diskontinuierlich und meist abrupt – mangels neuer Ressourcen – zum Erliegen.—15 Auf einem solchen Konzept basiert auch das globale Finanzsystem, welches mit Schuld, Zinsen- und Zinseszinsen bewerkstelligt, was kein natürliches System abzubilden vermag: Ein exponentielles Wachstum ohne die Zunahme der eigentlichen Wachstumsbasis.

Wo früher die Geldschöpfung an Goldbestände gekoppelt war, entsteht es

Jahr 2003 45

heute ohne (oder nur anteiligen) realen, also einlösbaren Gegenwert. Jeder

26

Zins zwingt den Schuldner dabei zu gesteigerten, höheren Leistungen, und

24

zwar um genau den Anteil des zu tilgenden Zinssatzes. Um diesen Mehr-

23 23 20 20 18

30

erung der Zeiträume erhöhen sich jedoch auch die jeweiligen Zinsanteile, gegebenenfalls erfolgt sogar eine Verzinsung der Zinsen, was eine exponentielle Zunahme derselben bedeutet.

14

Um dieses, auf hypothetisch existierenden Geldern und Zahlungsmitteln

11

basierende System vor dem Zusammenbruch zu bewahren – beispielsweise im Fall umfassender Auszahlungsforderungen - ist weiteres, permanentes Wachstum notwendig. Doch nicht nur auf Ebene der Finanzsysteme, auch

40

innerhalb politischer und wirtschaftssystematischer Zusammenhänge scheint der Wachstumszwang sich über Dekaden manifestiert zu haben.

chstums bis 2050

2000

also zusätzliche Leistungen am Markt abgesetzt werden. Mit einer Verläng-

17

1,3 20

aufwand stemmen zu können, müssen während des Zeitraums des Leihens

Prognose

Historisch betrachtet herrschte nach den Zerstörungen des zweiten Weltkriegs in Deutschland sowie weiten Teilen Europas ein umfassender Bedarf an Gütern aller Art, vorrangig an Nahrung und Wohnraum. Der Wiederaufbau vollzog sich rasch und so wurde schnell eine Sättigungsgrenze erreicht, welche die Befriedigung der menschlichen Grundbedürfnisse signalisierte und weiteres Wachstum folglich kaum oder nur in geringem Maße ermöglichte. Um dennoch ein anhaltendes Wachstum zu erzeugen, began-

Industrienationen

nen Wirtschaft und Politik verschiedenste, über die Grundbedürfnisse 2025

2050

hinausgehende Wünsche und Begehrlichkeiten zu wecken.

25

tingmethoden sowie die fehlende Einsicht um die Endlichkeit grundlegender Ressourcen, ermöglichten dabei eine stetige Anhebung der Standards und Konsumniveaus. Ein solches ‚Anheizen‘ des Konsumverhaltens durch Suggestion eines Bedarfs hatte überdies auch soziokulturelle Effekte.

:–09: Anteil der Stadt– an der Ges Verteilung [%]

Fortschreitende Technisierung und Fertigungsmöglichkeiten, neue Marke-

100 80 60 40

Das Streben bzw. die Gier nach materiellem Wohlstand stieg, Überfluss

20

und Maßlosigkeit verdrängten die Angemessenheit und zudem schien eine

0

kritische Prüfung der Zukunftsfähigkeit eines Systems unter permanentem Wachstumszwang aufgrund des stetig steigenden Wohlstands auszublei-

1950

:–10: Global Footprint — Biokapaz

ben. Die konjunkturelle Expansion ließ jedoch auch staatliche Ausgaben ansteigen, was folglich die zu tragende Zinslast erhöhte, welche es zu refinanzieren galt. Dies ist Staaten vorrangig durch die Erhebung von Steuern, welche direkt oder indirekt an Wirtschaft und Märkte gekoppelt sind oder das Aufnehmen von neuen Krediten möglich. Die Globalisierung der Wirtschaft und zunehmende Liberalisierung der Märkte führte ferner zu einer steigenden Exportorientierung der Nationen. Deutlich wird dies vor allem, vergleicht man den Anstieg der Weltwarenproduktion seit 1960 (Faktor 5,2) mit dem Wachstum des internationalen Außenhandels (Faktor 14,8).—16, —13 Durch die damit einhergehende Abkehr von der Selbstversorgung schien plötzlich kaum ein Staat mehr in der Lage, seine Bevölkerung durch einheimische Produkte – also autark – zu versorgen.

> 300

100 – 1

200 – 299

75 – 99

Zwar bewirkte der weltweite Handel der industrialisierten Gesellschaften Effizienzsteigerungen in der Produktion und weltweiten Arbeitsteilung,

:–11: Entwicklung der globalen Bi Fußabdruck der Menschheit

liche Einsparpotentiale relativierte (Rebound-Effekt—17). Die entstandene Abhängigkeit von globalen Märkten verursachte zudem ökologisch nicht vertretbare Produktionsketten und teils absurde Transportwege, welche noch heute einen hohen Anteil am Gesamt-Primärenergieverbrauch haben.

Wachstum scheint also nicht bloß eine Forderung gewinnorientierter Strukturen und Märkte, sondern zugleich grundlegender Bestandteil unseres globalen Handels- und Finanzsystems.

Umso problematischer wird ein Abweichen von dieser Maßgabe, welche zunehmend dringender erforderlich wird, um zukunftsfähige und langfristig funktionierende Wirtschafts-, Güter- und Produktionskreisläufe zu etablieren. Unter der Prämisse der starken Nachhaltigkeit – also einer vorrangig ökologischen Auslegung des Nachhaltigkeitsbegriffs – wird es notwendig, ökonomische Zwänge und Restriktionen, welche ein Resultat der beschriebenen Entwicklungen sind, zu minimieren oder aufzuheben, um das absehbare Ende der Verfügbarkeit grundlegender Ressourcen kompensieren zu können. Ökonomische als auch soziokulturelle Aspekte werden auch zukünftig nicht in der Lage sein die absehbare ökologische Kargheit aufzuwiegen, welche wir kontinuierlich, durch unveränderte Handlungsmuster heraufbeschwören.

Anzahl globaler Hektar pro Person

ging jedoch einher mit einem ansteigenden Gesamtkonsum, was diesbezüg-

4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

Jahr

1961

1971

:—12: Wachstumsmodelle

198

26

samtbevölkerung, 1950, 2010, 2050

ÖKONOMIE ALS NATÜRLICHER FEIND DER NACHHALTIGKEIT?!

Eine weitergehend detaillierte Aufführung markt- und finanz wirtschaftlicher Prinzipien, deren kritische Betrachtung oder gar Bewertung, welche zu einem umfassenden Verständnis der Nachhaltigkeitskonzeptionen bzw. der diesbezüglichen Umsetzungsproblematik notwendig sind, soll im Folgenden ausbleiben, da ein fachlicher Bezug

2010

2050

nur indirekt vorhanden ist. Dennoch empfiehlt sich eine dahingehende Recherche zum Erfassen der Grundzüge oben genannter Sys-

zität vs. Ressourcenverbrauch

teme und deren Selbstzweck, um einen Überblick zu erhalten, warum die – bereits umfangreich erarbeiteten Nachhaltigkeitsprinzipien, auch auf dem Gebiet der Architektur – lediglich eine solch schleppende Umsetzung erfahren.

Die Komplexität und Mehrdimensionalität des Begriffs Nachhaltigkeit, welche diesen einerseits ausmacht, verwässert zugleich die, seine Umsetzung betreffenden Problematiken, als auch die Dringlichkeit des Handlungsbedarfs. Zwar sind im Sinne ganzheitlich nachhaltiger Handlungsweisen ökologische, ökonomische und soziokulturelle Aspekte gleichermaßen zu berücksichtigen, aufgrund unserer massiven Abhängigkeit von monetären

199

< 75

9

Keine Angaben

Grundlagen und deren unmittelbar spürbaren Effekten scheint eine Gleichberechtigung der oben genannten Dimensionen allerdings lediglich eine

iokapazitäten in Relation zum ökol.

81

01 Situation

Ökologischer Fußabdruck

romantische Utopie.

Erkennbar ist zudem, dass die übergeordneten ökonomischen Einflussgrößen unserer industrialisierten Gesellschaftsordnung – also Marktwirtschaft

Biokapazität

und Finanzwesen – systembedingt keine Anreize zur Berücksichtigung ökologischer oder sozialer Aspekte vorsehen und solche Ansätze folglich in ihrer Umsetzbarkeit geschwächt werden. In industrialisierten Gesellschaften scheinen ökologische Maßgaben daher lediglich optional und zur Befriedigung vorrangig moralischer und ethischer Aspekte zu dienen, also selten mit direkt erfahrbaren Konsequenzen verknüpft und demzufolge mit einem eher langfristigen Wirkungsmaßstab versehen. Die Folgen der jahrzehnte1991

2001

2007

langen Missachtung des Umweltschutzes sind dementsprechend nur allmählich spürbar: Schleichend steigende Energiepreise, eine noch kaum merkliche Ver-

exponentiell linear

knappung von Rohstoffen sowie ein ‚Klimawandel in Raten‘ stellen für viele ein in zu geringem Maß bedrohliches Szenario dar. Soziale, vor allem aber ökonomische Faktoren dagegen sind essentiell und kurzfristig erfassbar, eine Vernachlässigung also direkt und drastisch für den Einzelnen, aber auch das Kollektiv erfahrbar. Resultat ist eine erhöhte Gewichtung, sowie priorisierte Optimierung ökonomischer Handlungen und Zielsetzungen. Zwar existiert aufgrund der Erkenntnis um die weitreichende Gefährdung natürlicher Systeme und ihrer Ressourcen eine zunehmende Sensibilisierung und Handlungsbereitschaft zur Fokussierung ökologischer Zielsetzungen,

27

jedoch ist dies meist nur unter Aufbringung erhöhter monetärer Mittel

:–13: Warenproduktion vs. Warenex

möglich. Dies liegt daran, dass nahezu alle Systeme und Fertigungsprozesse

Warenproduktion 1960–2011:

auf Basis wirtschaftlicher Zielsetzungen entwickelt wurden, welche ökolo-

Warenexport 1960–2011:

gischen Absichten meist diametral entgegengesetzt sind. Daher diktieren fast ausschließlich ökonomische Überlegungen die Budgets ökologischer Maßnahmen, was sich – wie ein Blick in die Vergangenheit eindrucksvoll zeigt – als wenig nachhaltig erwiesen hat.

Selbst die gegenwärtige Entwicklung hin zu fadenscheinig ‚grünen‘ Handlungsweisen, umweltbewussten Prozessen und – in Bezug auf das Baugewerbe – zertifizierter Nachhaltigkeit, gründet weniger auf ökologischem Idealismus als auf der Erkenntnis, daraus Profite erwirtschaften zu können:

Jahr

1960

1970

1980

199

Im Zuge der gesellschaftlichen Adaption des Begriffs Nachhaltigkeit und den damit in Verbindung stehenden positiven Assoziationen ist es der öffentlichen Wahrnehmung von Unternehmen – teilweise auch von Individuen – sehr zuträglich in vermeintlich grünen Bauwerken zu agieren, zu arbeiten, oder diese selbst zu errichten.

In Folge einer so gesteigerten Nachfrage am Markt lassen sich mit zertifizierten Immobilien höhere Mietpreise und Auslastungen erzielen, was vorrangig einen ökonomischen Gewinn für den jeweiligen Eigentümer – sowie die zertifizierenden Organisationen darstellt – die ökologischen Absichten jedoch in den Hintergrund rückt. Klar ablesbar ist dieser Trend zur Beanspruchung des Nachhaltigkeitsbegriffs für nahezu jegliche Form des Handels, an der absurd inflationären Nutzung des Begriffs zu Werbe- und Marketingzwecken. So scheint es einer fast schon tragischen Komik gerecht zu werden, dass ein Gros internationaler Großbanken—18 mit ‚nachhaltigen Produkten und Dienstleistungen‘ wirbt und sogar Mineralölkonzerne—19 wie beispielsweise Shell, Exxon Mobil und BP ‚Sustainability‘ als eine Art Glaubensbekenntnis zu inszenieren wissen, obwohl sie offenkundig zu den globalen Akteuren zählen, die primär einer rücksichtslosen Gewinnmaximierung verpflichtet scheinen. Ohne den Anschein einer Hetzschrift gegen kapitalistische Grundprinzipien erwecken zu wollen, scheint es dennoch an der Zeit zu realisieren, dass wir unter einer Fokussierung vornehmlich ökonomischer Entwicklungsziele (und zunehmend auch soziokultureller Aspekte) schwerlich in der Lage sein werden, die gravierenden ökologischen Defizite, die wir konstant erweitern, auszugleichen.

Gerade weil vor diesem Hintergrund eine umfassende Änderung bestehender Wirtschafts-, Produktions- und Wertschätzungsprozesse erforderlich scheint und ein effektives Handeln aufgrund seiner vielschichtigen Verknüpfungen in fast alle Strukturen und Organisationsformen nicht innerhalb weniger Jahre umzusetzen ist, sollte dem Aspekt der Ökologie eine zentrale Position in vielerlei Hinsicht, vor allem aber auf der Ebene der industriellen Produktion und des Baugewerbes, zu Teil werden. Solange ökonomische Bewertungskriterien soziales, kulturelles, vorrangig aber ökologisches Handeln durch Limitierung der Mittel einschränken, wird der dringend not-

„Insbesondere d

der Ressourcen

und der Aufnahm

ständen werden

ersetzbare Leist

Natur angesehe

lichkeiten mens

schaftens begre

28

wendige Paradigmenwechsel ausbleiben und die zukünftige globale Situa-

xport, weltweit 1960–2011 +

tion merklich verschärfen. Selbst aus einer diesbezüglich fragwürdigen, je-

428,6 %

doch langfristig-ökonomischen Motivation heraus, scheint es widersinnig

+ 1.458,0 %

90

01 Situation

eine Verlagerung bzw. ein Umdenken hin zu ökologischen Maßgaben noch weiter hinauszuzögern. „Die Haushaltung der Natur ist die alleinige Basis für unsere Ökonomie“.—20 Die zunehmende Verknappung natürlicher Rohstoffe - bei sinkender Regenerationsfähigkeit der Ökosysteme – wird bei Festhalten an geltenden Handlungsmustern und -Absichten unweigerlich in den Vordergrund treten und auf wirtschaftlicher Ebene einen ungeheuren Anstieg der Güternach2000

2008

09

10

11

die Funktionen

nbereitstellung

me von Rück-

n als nicht

tungen der

frage bei zugleich ausbleibender Bedarfsdeckung zur Folge haben. Demnach ist ein immenser Preisanstieg entsprechender Güter und Rohstoffe zu erwarten, sodass ökologisches Handeln – salopp formuliert – erst recht ‚unbezahlbar‘, aber stetig essentieller wird. Auch nicht ökologisch ausgerichtetes Handeln wird in diesem Szenario unabsehbar kostenintensiv, da es an Ressourcen und somit Handlungsgrundlagen mangeln wird.

Also scheint selbst auf rein monetärer Betrachtungsebene das Anstoßen einer ökologischen Optimierung globalen Handelns sinnvoll. Betritt man darüber hinaus die Ebene der Worst-Case Szenarien – was hieße, dass das menschliche Handeln, sowie das steigende Bevölkerungswachstum keine Änderung erfahren – scheint neben dem ökologischen Ausbluten des Planeten auch ein ökonomischer Kollaps plausibel. Diese Annahme ist dabei gestützt auf die Tatsache, dass das Finanzwesen wie kein anderes System auf stetigem Wachstum basiert, es durch die kritische ökologische Ausgangslage jedoch plötzlich an materiellen Wachstumsgrundlagen fehlt. In einer sich gegenseitig bedingenden Abfolge von ökonomischen Wechselwirkungen wird möglicherweise der Punkt erreicht werden, an dem die ökologische Interessensicherung der Bevölkerung derart dringlich ist, dass eine massive Entwertung monetärer Mittel folgt. Möglich scheint in diesem Szenario einer derart zugespitzten Krise auch eine schrittweise, aber stetige Entwertung des Finanzwesens aufgrund der stetig minimierten materiellen Werte, also ein Einhergehen ökonomischen aber auch ökologischen Ausblutens.

„Insbesondere die Funktionen der Ressourcenbereitstellung und der Aufnahme von Rückständen werden als nicht ersetzbare Leistungen der Natur angesehen, die die Möglichkeiten menschlichen Wirtschaftens begrenzen können.“—21

en, die die Mög-

NACHHALTIGKEIT – BEGRIFFSERLÄUTERUNG

schlichen Wirt-

Sucht man nach einer allgemeingültigen Definition des heutzutage zuneh-

enzen können.“

mend inflationär und sinnentleert gebrauchten Begriffs der ‚Nachhaltigkeit‘, gelangt man unweigerlich auf das 1713 von Hans Carl von Carlowitz

29

verfasste Werk ‚Sylvicultura oeconimica - oder haußwirthliche Nachricht und Naturmäßige Anweisung zur wilden Baum-Zucht‘. In seiner Abhandlung formuliert Carlowitz erstmals die Ansprüche eines respektvollen, pfleglichen und vor allem vorrausschauenden Umgangs mit der Natur und ihren Rohstoffen, kritisiert den auf kurzfristige Gewinne abzielenden Raubbau der Wälder—22 und gilt daher als Urheber des Begriffes der Nachhaltigkeit.

Ungeachtet der Tatsache, dass der eigentliche Terminus in der 432-Seiten starken Abhandlung lediglich einmal genannt wird, lieferte sie seinerzeit die Wortschöpfung, Definition sowie dahinterstehende Haltung eines langfristig angelegten und verantwortungsbewussten Umgangs mit einer Ressource im Kontext der Forstwirtschaft. Der Bestand sei demnach durch planmäßige und kontinuierliche Nachzucht als auch durch eine sinnvolle Verwendung des geschlagenen Holzes zu sichern. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass ein System oder Gut nur in einem solchen Maß zu nutzen sei, dass es sich regenerieren und somit in seinen wesentlichen Eigenschaften langfristig bestehen kann, also ein Gleichgewicht zwischen Nutzung und Regeneration zu schaffen ist.—23 Einen weiteren wichtigen Schritt in der Entwicklung des Nachhaltigkeitsbegriffes markiert die ‚Weltkommission für Umwelt und Entwicklung‘ (WCED), welche 1987 den sogenannten Brundtland-Bericht veröffentlichte, damit großen Einfluss auf die internationale Debatte über die Entwicklungs- und Umweltpolitik nahm und zugleich eine Definition des Begriffs ‚Nachhaltige Entwicklung‘ lieferte: „Dauerhafte Entwicklung ist Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, daß künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können.“—24 Zielsetzung sei demnach eine Entwicklung, die zwar auf gegenwärtige Anforderungen und Bedürfnisse reagiere, jedoch niemals in einem solchen Maß, dass die Bedürfnisbefriedigung kommender Generationen gefährdet sein könnte. In diesem Zusammenhang wurde neben dem Begriff der intergenerationellen Gerechtigkeit – also der Verantwortung gegenüber zukünftigen Generationen – auch die intragenerationelle Gerechtigkeit angesprochen, welche ein wichtiges ethisches Prinzip nachhaltiger Entwicklungen darstellt. Demzufolge solle die weitere Entwicklung aller aktuell existierenden Menschen, Generationen und Nationen möglichst gerecht verlaufen um Wohlstandsdiskrepanzen zu verringern.

Auf globaler Ebene bedeutet dies den Fortschritt wohlhabender Industrienationen nicht zu Lasten anderer, noch in der Entwicklung befindlicher Regionen, voranzutreiben.—25 Aber auch innerhalb einer Gesellschaft – beispielsweise zwischen Arm und Reich – sollte dieses Prinzip Anwendung finden. Darüber hinaus sollten im Zuge einer nachhaltigen Betrachtungsweise stets folgende Grundsätze eingebunden werden: Die Regenerationsfähigkeit natürlicher Systeme muss berücksichtigt werden, zum einen in Bezug auf eine Entnahme von Rohstoffen und Naturgütern, zum anderen bezogen auf den Ausstoß von Emissionen und Verursachung von Um-

30

01 Situation

weltschäden. Eine Missachtung dieser ‚Systemgrenzen‘ mag kurzfristig funktionieren, ist jedoch keinesfalls zukunftsfähig. Ebenso relevant ist eine Erhaltung ökologischer Potentiale und Förderung der Biodiversität sowie ein sparsamer Umgang mit Ressourcen.

Ohne dem Nachhaltigkeitsprinzip seine Notwendigkeit absprechen zu wollen, scheint es dennoch sinnvoll, einen grundlegend kritischen Blick auf das Wirken des Menschen zu werfen. Zwar scheinen sich Ambitionen und Bemühungen, die gravierenden ‚Fehler der Vergangenheit‘ wettzumachen, zu häufen und der Fokus von kurzfristigen, auf die Anforderungen des Augenblicks eingehende Handlungsweisen hin zu langfristigen, zukunftsorientierten Entwicklungen zu verschieben, jedoch scheint historisch betrachtet die neuzeitliche Entwicklung des Menschen, sowie seine Nutzung und Formung der Umwelt (seit Einsetzen der Industrialisierung) – im strengen Sinne – nie nachhaltig gewesen zu sein.

Dies soll nicht ausschließen, dass der Mensch zukünftig in der Lage ist, sich und sein globales Agieren umfangreich anzupassen und gegebenenfalls den Zielvorstellungen eines umfassenden Nachhaltigkeitsanspruches entsprechend weiterzuentwickeln, jedoch sollte – gerade in Bezug auf das aktuelle Zeitgeschehen – eine unverfälschte Bewertung von Handlungsweisen des Menschen gestärkt werden. So umweltfreundlich, nachhaltig und vermeintlich ‚grün‘ wir auch handeln mögen, stellt es doch stets einen Eingriff in die bestehenden und überdies komplexen Ökosysteme des Planeten dar, meist unter unwiederbringlichen Verlusten seitens der Natur.

Es wäre vermessen, eine vollkommene Tilgung dieser Auswirkungen – ob in lokalem, oder globalem Maßstab – zu fordern, da dies unter dem Aspekt des weiteren Bestehens der menschlichen Spezies in seiner jetzigen Anzahl nahezu unmöglich scheint. Ein unserer Rolle als globale Wechselwirkungen maßgeblich beeinflussender Faktor, angemessenes Handeln, scheint jedoch zwingend notwendig und dringender denn je.

NACHHALTIGKEITSMODELLE In der wissenschaftlichen Nachhaltigkeitsdiskussion, insbesondere in Bezugnahme auf die verschiedenen Nachhaltigkeitsmodelle, wird zwischen ‚starker‘ sowie ‚schwacher Nachhaltigkeit‘ differenziert. Schwache Nachhaltigkeit definiert dabei die Gleichsetzung ökologischer mit ökonomischer als auch sozialer Aspekte, wie sie beispielsweise im ‚Drei-Säulen-Modell‘—14 dargestellt sind. Demnach seien natürliche Ressourcen (Ökologie) durch Human- und Sachkapital substituierbar, was jedoch gerade vor dem Hintergrund der Endlichkeit der zu Verfügung stehenden Rohstoffe anzuzweifeln ist. Die Konzeption der ‚starken‘ Nachhaltigkeit erkennt diese Limitierung des Naturkapitals, welches als grundlegende Voraussetzung für Ökonomie und Soziokulturelles angesehen wird, an und gibt der ökolo-

31

gischen – daher Vorrang vor der ökonomischen – und soziokulturellen-Dimen-

:–14: Drei–Säulen–Modell

sion. Diese Ansicht wird mittlerweile von vielen Experten vertreten und in verschiedenen Nachhaltigkeitsmodellen wie zum Beispiel dem Pyramidenoder Ein-Säulen- sowie dem gewichteten Drei-Säulen-Modell dargestellt.

Nachhalt

Ökonomie

Drei Säulen Modell / Gewichtetes Drei Säulen Modell Eine Enquete-Kommission des deutschen Bundestags entwickelte 1995 das sogenannte ‚Drei-Säulen-Modell‘,—26 welches davon ausgeht, dass eine nachhaltige Entwicklung lediglich durch das gleichrangige und gleichberechtigte Umsetzen von umweltbezogenen (Ökologie), wirtschaftlichen

:–15 : Gewichtetes Säulen–Modell

(Ökonomie) und soziokulturellen Zielsetzungen erreicht werden kann. Als Kritik an diesem Modell kann angeführt werden, dass es trotz Herausstellen

Nachhalt

des interdisziplinären Charakters von Nachhaltigkeit auf eine Darstellung Ökonomie

der komplexen Wechselwirkungen der unterschiedlichen Nachhaltigkeitsdimensionen verzichtet und daher der Eindruck jeweils isoliert anzuwendender Nachhaltigkeitsziele entsteht. Ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit lassen sich jedoch kaum unabhängig voneinander realisieren ohne den integralen Gesamtansatz der Nachhaltigkeitsidee zu

Natürliche Ress

vernachlässigen. Auch scheint eine erhöhte Gewichtung ökologischer Aspekte sinnvoll, da diese eine begrenzt zur Verfügung stehende Grundlage ökonomischer sowie soziokultureller Entwicklungen darstellen.—27 Einen

:–16: Integrierendes Nachhaltigkei

)

wichtigen Fortschritt für ein solches Nachhaltigkeitsverständnis stellte es

(z

daher die Weiterentwicklung hin zum gewichteten drei Säulen Modell—15 So

zi

al

dar, welches verdeutlicht auf welchem Fundament nachhaltige Entwicklung basieren.

Integratives Nachhaltigkeitsmodell

vorwie

sozi sozial-

Das integrative Nachhaltigkeitsmodell—16 ist ein Resultat der Kritik an

ökologisch vorwiegend

des Nachhaltigkeitsbegriffs nicht gerecht wird. Aufgrund des daraus entmeist integriert dargestellt.—28 Anstatt drei getrennter Säulen werden die verschiedenen Dimensionen als sich überlagernde Kreise oder Zonierungen innerhalb eines Dreiecksdiagramms dargestellt.

sozi

ökolog

dem klassischen Drei-Säulen Modell, welches der realen Vielschichtigkeit standenen veränderten Begriffsverständnisses wird Nachhaltigkeit heute

sta

soz

ökonom

ökologisch Biodervisität

Ökoeffi

Ökologie (x)

—17

Die Schnittmenge der Bereiche bezeichnet dabei das Ziel einer nachhaltigen Entwicklung, was die gegenseitigen Abhängigkeiten sowie die Wechsel-

:–17: Integratives Nachhaltigkeits

wirkungen der Nachhaltigkeitsaspekte verdeutlicht.

Ökolo

Nachhal Ökonomie

32

Soziales

Ökologie

tigkeit

Soziales

Ökologie

tigkeit

sourcen / Klima

its–Dreieck

ark

zial

egend

ial

ial-

sozialökonomisch

gisch-

misch

Ök

ökonomisch

smodell

ogie

ltigkeit Gesellschaft

) (y

ökonomisch

ie

stark

om

on

izienz

vorwiegend

01 Situation

Anhang zu:

01 Situation

Textnachweise

—15 Vgl. Behlau, L. / Fraunhofer Gesellschaft (2012): Dimensionen der Nachhaltigkeit. Ein Überblick. S.6

—01 Vgl. Bovelet J. / Heinrich, N. / Lauterbach, C.

—16 Vgl. Bundeszentrale für politische Bildung

(2006): Differenzierung von Nachhaltigkeit. In: Prytula,

(Hrsg.) (2013): Entwicklung des grenzüberschreitenden

M. (Hrsg.): Urbaner Metabolismus 2. Analyse und Be-

Warenhandels. URL: http://www.bpb.de/system/files/

wertung von Energie- und Stoffströmen urbaner Sys-

dokument_pdf/01%20Grenzueberschreitender%20

teme. Berlin, 2006. S. 1

Warenhandel.pdf (Zugriff: 27.04.2013)

—02 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—17 Rebound-Effekt: besagt, dass Effizienzstei-

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

gerungen eine vermehrte Nutzung der optimierten

1. Auflage, München. S.39

Technologien/Produkte nach sich ziehen kann, was

—03 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

insgesamt - trotz der erhöhten Nutzungseffizienz -

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

durch Beschleunigung der Konsumspirale, insgesamt

1. Auflage, München. S.41

also zu einem Anstieg des Verbrauchs/Konsums führt.

—04 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Letztendlich werden also nicht weniger, sondern mehr

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Ressourcen verbraucht, was einer Überkompensation

1. Auflage, München. S.41

des Einspareffektes gleichkommt. Ein Ausstieg aus

—05 Bundesministerium für Wirtschaft und Technol-

diesem Bumerang-Effekt scheint nur über das Suffi-

ogie (Hrsg.)(2013): Primärenergieverbrauch in Deutsch-

zienz-Prinzip zu bieten. (Vgl. Quelle:

land 2012, S.1. URL:

http://www.umweltdatenbank.de/cms/lexikon/

http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/E/

lexikon-r/2852-rebound-effekt.html)

energiestatistiken-energiegewinnung-

—18 Bezugnahme auf die jeweilige Internetpräsenz

energieverbrauch (Zugriff: 02.04.2013)

des genannten Unternehmens:

—06 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

https://www.nachhaltigkeit.commerzbank.de/de

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

http://about.hypovereinsbank.de/de/nachhaltigkeit

1. Auflage, München. S.20

http://www.exxonmobil.com/lubes/sustainability.aspx

—07 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

http://www.bp.com/sectionbodycopy.do?

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

categoryId=3411&contentId=7081516

1. Auflage, München. S.40

http://www.shell.de/environment-society/

—08 Vgl. Zeit Online (2012): Umwelt – Arktis – Dra-

sustainability-report-tpkg.html

matische Eisschmelzen in Grönland könnten normal

—19 Grober, U. (2010): Die Entdeckung der Nach-

sein. URL: http://pdf.zeit.de/wissen/umwelt/2012-08/

haltigkeit – Kulturgeschichte eines Begriffs. S. 129

groenland-eisschild-schmelze.pdf (Zugriff: 28.03.2013)

Enquete-Kommission des dt. Bundestages (Hrsg.)

—09 Vgl. United Nations Department of Economic

(1993): Zwischenbericht - Schutz des Menschen und

and Social Affairs Population Division (2013): Tables –

der Umwelt - Bewertungskriterien und Perspektiven für

Population 1950 - 2100. URL: http://esa.un.org/wpp/

umweltverträgliche Stoffkreisläufe in der Industriege-

unpp/panel_population.htm (Zugriff: 29.03.2013)

sellschaft, S.19. URL: http://dip21.bundestag.de/dip21/

—10 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

btd/12/058/1205812.pdf (Zugriff:26.04.2013)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—20 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

1. Auflage, München. S.42

(22.02.2013): Hans Carl von Carlowitz. URL:

—11 Vgl. Bundesministerium für Bildung und

http://de.wikipedia.org/wiki/Hans_Carl_von_Carlowitz

Forschung (2013): 4. Sachstandbericht (AR4) des IPCC

(Zugriff: 28.03.2013)

(2007) über Klimaänderungen – III – Verminderung des

—21 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

Klimawandels – Zusammenfassung. URL:

Ursprung des Begriffs Nachhaltigkeit. URL:

http://www.bmbf.de/pubRD/IPCC_AG3_kurzfassung_

http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

dt.pdf (Zugriff: 03.04.2013)

Nachhaltig-Bauen_Nachhaltigkeit_665829.html

—12 Vgl. Bundesinstitut für Bevölkerungsforschung

(Zugriff: 22.03.2013)

(Hrsg.) (06/2011): Bevölkerungsforschung Aktuell. 32.

—22 Hauff, M. / Kleine, A. (2009): Nachhaltige En-

Jahrgang. Wiesbaden

twicklung - Grundlagen und Umsetzung. Oldenburg. S.7

—13 global hectare (gha): Maß zur Angabe der

—23 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

weltweit durchschnittlichen Bioproduktivität. 1 gha

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

entspricht ca. 10.000m².

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 48 f.

—14 AMGEN GmbH (Hrsg.): Ständiger Abbau und

Deutscher Bundestag (Hrsg.) (2004): Wissen –

Aufbau von Knochensubstanz im Gleichgewicht. URL:

Analysen und Gutachten – Nachhaltigkeit – Der aktuelle

http://www.leben-mit-knochenmetastasen.de/knochen/

Begriff vom 06.04.2004. URL:

abbau-und-aufbau (Zugriff 04.04.2013)

http://webarchiv.bundestag.de/archive/2008/0506/

wissen/analysen/2004/2004_04_06.pdf

dokument_pdf/01%20Grenzueberschreitender%20

(Zugriff:04.04.2013)

Warenhandel.pdf (Zugriff: 27.04.2013)

—24 Vgl. Aachener Stiftung Kathy Beys (08.01.2013):

—13 Spindler, E. (2012): Geschichte der Nach-

Lexikon der Nachhaltigkeit – Drei Säulen Modell.

haltigkeit vom Werden und Wirken eines beliebten Be-

URL: http://www.nachhaltigkeit.info/artikel/

griffs.S.13, Abb.4. URL: http://www.nachhaltigkeit.info/

1_3_a_drei_saeulen_modell_1531.htm

media/1326279587phpeJPyvC.pdf (Zugriff: 27.05.2013)

(Zugriff: 04.04.2013)

—14 Spindler, E. (2012): Geschichte der Nach-

—25 Vgl. Aachener Stiftung Kathy Beys (08.01.2013):

haltigkeit vom Werden und Wirken eines beliebten Be-

Lexikon der Nachhaltigkeit – Drei Säulen Modell.

griffs.S.14, Abb. 6. URL: http://www.nachhaltigkeit.info/

URL: http://www.nachhaltigkeit.info/artikel/

media/1326279587phpeJPyvC.pdf (Zugriff: 27.05.2013)

1_3_c_integratives_nachhaltigkeitsmodell_1541.htm

—15 Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)(2008):

(Zugriff: 04.04.2013)

Drei-Säulen-Modell (Nachhaltigkeit). URL: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Integrierendes_Nach-

Bildnachweise

haltigkeitsdreieck.png (Zugriff: 27.05.2013) —16 FP international (Hrsg.)(o.J.): integratives Na-

—01 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

chhaltigkeitsmodell.URL: http://www.fpintl.de/images/

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

zoom/146.jpg (Zugriff: 27.05.2013)

1. Auflage, München. S.39, Abb. B1.2 —02 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.45, Abb. B1.24 —03 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.44, Abb. B1.22 —04 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.44, Abb. B1.20 —05 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.39, Abb. B1.3 —06 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.40, Abb. B1.9 —07 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.42, Abb. B1.16 —08 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.41, Abb. B1.13 —09 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

1. Auflage, München. S.45, Abb.01 —10 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

1. Auflage, München. S.24, Abb.04 —11 Land Salzburg, Abteilung Umweltschutz (Hrsg.): URL: http://www.salzburg-nachhaltig.at/img/content/ biokapazitaet_entwicklung-big.jpg (Zugriff: 27.05.2013) Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.) (2013): Wachstum (Mathematik). URL: http://upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/4/49/Wachstumsmodelle.png (Zugriff: 27.05.2013) —12 Bundeszentrale für politische Bildung (Hrsg.)

(2013): Entwicklung des grenzüberschreitenden Warenhandels. S.1 . URL: http://www.bpb.de/system/files/

HISTORISCHER UMRISS DER STADTENTWICKLUNG

GLOBALE TENDENZEN

ANFORDERUNGEN UND ZIELSETZUNGEN

VISION ÖKOPOLIS?

02

ZUKUNFTSMODELL STADT

Architektur & Bauwesen

GEBÄUDE ALS SYSTEME BEGREIFEN

41

„Nachhaltig Bauen bedeutet vereinfacht ausgedrückt: Bauwerke errichten und erhalten, die ein Kapital für zukünftige Generationen

vereinfacht aus

darstellen und keine Altlast.“—01 Bauwerke sind langlebig. Im Normalfall übertreffen sie die Lebenserwartung ihrer Erbauer um ein vielfaches, was bedeutet das getroffene Entscheidungen und Planungen dementsprechend langfristige und weitreichende Umweltwirkungen nach sich ziehen. Heute errichtete Gebäude werden – bei üblicher Lebensdauer – voraussichtlich sogar Zeugen des Umbruchs in ein postfossiles Zeitalter.—02 Ihre Herstellung, Nutzung und Bewirtschaftung verursacht ca. 30% der globalen Energie- und Stoffströme,

„Nachhaltig Bau

—03

ver-

braucht etwa 50% aller auf der Welt verarbeiteten Rohstoffe, verursacht 30

werke errichten

die ein Kapital f

Generationen da

keine Altlast.“ _

bis 40% aller CO2-Emissionen und löst somit weltweit 40 bis 50% des Gesamtenergieverbrauchs aus.—04 Bezüglich anfallender Abfälle gibt es in globalem Maßstab keine gesicherten Zahlen, jedoch gibt der Umstand,

:–01: Zusammensetzen des Abfallauf

in absoluten Zahlen und Ante

dass allein in Deutschland mehr als 60% des Abfallaufkommens vom Bauwesen erzeugt werden—01, —05, einen tendenziellen Ausblick auf die weltweite Situation und deren Einsparungs- und Optimierungspotentiale. Auch der Wohnflächenbedarf in Deutschland hat sich im Vergleich zu den 1960er Jahren mit einem Sprung von 19m² auf durchschnittlich 42m² pro Person

Abfälle aus Produktion und Gewerbe 57,1 Mio. t (15,3 %) Bergematerial aus dem Bergbau

mehr als verdoppelt – Tendenz steigend. Folge ist, dass trotz stagnierender

42,0 Mio. t (11,3 %)

Bevölkerungszahlen täglich etwa 129 Hektar Freiflächen versiegelt werden,

Abfälle aus

was ungefähr 164 Fußballfeldern entspricht.—06 Dies verdeutlicht die Flächeninanspruchnahme, aber auch die erhebli-

Abfallbehandlungsanlagen 31,4 Mio. t (8,4 %) Siedlungsabfälle

chen Stoff-, Energie- und Ressourcenströme, welche der Bausektor verur-

46,4 Mio. t (12,5 %)

sacht und damit in drastischem Umfang ökologische Systeme sowie die

Bau- und Abbruchabfälle

natürliche Umwelt verändert und beeinflusst. Auch andere Disziplinen wie z.B. die Landwirtschaft oder Automobilproduktion haben die Notwendigkeit zu handeln erkannt, sind jedoch im direkten Vergleich in ihren Nachhaltigkeits- und Effizienzbemühungen deutlich weiter fortgeschritten.

Demzufolge scheint auch ein Paradigmenwechsel hin zu einem tragfähigen und wirkungsvollen Leitbild nachhaltiger Architektur und Baukultur unumgänglich und zeitnah umzusetzen.—07 Architekten und Ingenieure müssen sich daher schon heute den umfassenden, und aufgrund ihrer komplexen Wechselwirkungen, schweren Aufgaben nachhaltigen Agierens stellen und versuchen, die Ressourceninanspruchnahme ihrer Bauten – auf deren gesamte Lebensdauer bezogen – zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Architekturqualität zu erreichen.

Dabei sollte Nachhaltigkeit als Perspektive und nicht als Hindernis verstanden und die Chance zur Innovation ergriffen werden, anstatt den vermeintlichen Verlust von Gestaltungsfreiheiten zu beklagen.—08 Der zunehmend notwendige Einbezug von Spezialisten verschiedenster Disziplinen erlaubt es Architekten wieder ihre Kompetenzen als Generalist wahrzunehmen und den Planungs- und Bauprozess koordinierend in Richtung nach-

195,8 Mio. t (52,5 %)

42

uen bedeutet

sgedrückt: Bauund erhalten,

02 Architektur + Bauwesen

haltiger Zielsetzungen zu steuern. Von essentieller Bedeutung wird hierbei die Bildung von Synergien zwischen Technologie und baulicher Ausformung, ohne dass der Eindruck von Entsagungsästhetik entsteht, sodass sich nachhaltige Planungen auch innerhalb des bestehenden kulturellen und sozialen Gefüges etablieren können.

Denn auch wenn die beunruhigenden ökologischen Fakten mittlerweile

für zukünftige

jedem Laien bekannt sein dürften, scheint sich die Erwartungshaltung der

arstellen und

materielle und energetische Reduktion leisten, wirkungsvolle Systeme und

_01

fkommens

eilen in Prozent, 2006

breiten Masse nur langsam zu ändern. Nachhaltige Architektur muss daher Wirkungskreisläufe ausbilden und darüber hinaus solche Qualitäten bieten, dass Nutzer, Eigentümer, Investoren und Bauherren darin einen reellen Mehrwert erkennen und nicht bloß erhöhte Erstellungskosten und Anforderungen kritisieren. Neben unseren Bauwerken wird jedoch auch ein sich wandelnder Lebensstil zeigen, ob die erforderlichen Nachhaltigkeitsbemühungen von Erfolg gekrönt sein werden. Es wäre blauäugig zu glauben, dass ein solcher Bewusstseinswandel schnell herbeigeführt werden kann, doch gerade deshalb sollten wir schon heute beginnen, Verantwortung zu übernehmen.

GeBäuDe alS SYSTeMe BeGreifen Fachleute nahezu aller Disziplinen des Lebens, seit jeher aber auch Architekten und Planer, nehmen Teil an der Diskussion um den Nachhaltigkeitsbegriff. Obwohl dahingehende Entwicklungen des Bauwesens schon seit Dekaden gefordert, und mittlerweile die Auswirkungen unseres Handelns und vor allem unseres baulichen Wirkens zunehmend deutlicher werden, scheinen Technologien, fachliches Wissen als auch gewonnene Erkenntnisse erstmals seit dem Beginn des Industriezeitalters einen Umbruch und somit effektives Handeln innerhalb moderner Architekturtypologien und -auffassungen zu ermöglichen. Obwohl nach einem Umdenken und gesellschaftlichem Wandel strebend, werden gerade idealistisch ausgerichteten Themen in erhöhtem Maße kommerzialisiert und durch werbewirksame Phrasendrescherei sinnentleert.

So auch der mittlerweile omnipräsente Nachhaltigkeitsbegriff: Vieles scheint plötzlich ökologisch, umweltfreundlich, grün, nachhaltig, obwohl sich kaum etwas geändert zu haben scheint. Es ist daher sehr genau zu differenzieren zwischen fadenscheinigen Beweggründen und Handlungsweisen und – oft in geringerem Maße inszeniertem – tatsächlich wirkungsvollem Agieren. Aktuelle Fachliteraturen, Zeitschriften oder Diskussionen tendieren darüber hinaus dazu, den Begriff der Nachhaltigkeit zwar medienwirksam in Szene zu setzen – was in gewissen Anteilen sicherlich auch sinnvoll scheint – inhaltlich jedoch oft auf Teilaspekte zu reduzieren und somit den Eindruck technischer Anforderungen zu erwecken. Zwar markiert diese Fokussierung auf Einzelaspekte eine wichtige Voraussetzung für das Ver-

43

haltigkeit eine viel größere Anzahl von Aspekten, die teilweise eher subjektiv oder zumindest nicht quantifizierbar sind.“—09 Um dies nachzuvollziehen ist es jedoch notwendig, den Betrachtungs-

Deckung Energiebedarf

technische Anforderung ist, die sich quantifizieren lässt, umfasst Nach-

Umweltbelastung

individuelle Gestaltung/Personalisierung

effizientem‘ und ‚nachhaltigem Bauen‘: „Während Energieeffizienz eine rein

Schadstoffe

sommerlicher Wärmeschutz

Zugänglichkeit und Nutzbarkeit für alle

angemessen, komplexen Nachhaltigkeitsdiskussionen forciert werden. Sinnvoll scheint in diesem Bezug auch eine Unterscheidung zwischen ‚energie-

Freianlagen

Integration, Durchmischung

soziale Kontakte

dringend notwendigen Paradigmenwechsels – das Entstehen von dem Begriff

Strahlung

Licht

Grundversorgung/Nutzungsmischung

Sicherheit

digen Teilbereichen, jedoch sollte – gerade vor dem Hintergrund eines

und öffentlicher Verkehr

:–02: Übersicht der Nachhaltigkeit

Langsamverkehr

ständnis von Wechselwirkungen und der stetigen Optimierung von notwen-

rahmen als auch -Maßstab anzupassen und soziale, kulturelle als auch ökonomische Dimensionen mit einzubeziehen, um Strategien sowie ganzheitlich nachhaltige Architekturkonzepte zu entwickeln und umsetzen zu können. Viele Kriterien sind dabei in hohem Maße miteinander vernetzt und

Gesellschaft

können nur im Gesamtkontext bewertet und verbessert werden. —10 Auch sind viele Faktoren der Nachhaltigkeit ausschließlich subjektiv zu

erfassen und daher streitbar. Hierzu zählen neben rein formaler Gestaltung und Ästhetik auch das Wohlbefinden, die Identifikation sowie kultu-

räumliches, gesellschaftliches, ökologisches sowie ökonomisches Wirkungsgefüge verstanden werden.—02 Um sinnvolle Lösungen zu finden, müssen Korrelationen verschiedenster Parameter erkannt und analysiert, also Planungen mit ähnlichen Zielsetzungen wie autochthone Bauformen—11 forciert werden, anstatt lediglich die Symptome einer mangelnden planerischen Auseinandersetzung zu bekämpfen. Die Vielschichtigkeit dieser Herangehensweise verlangt ein Abweichen von dem erlernten linearen Vorgehen, hin zu iterativen Planungsprozessen, sowie die grundlegende Einbindung systematischer Analysemethoden. (≥ Integrale Planung) Zielsetzungen und Anforderungen an das jeweilige Bauvorhaben sind demnach nicht von vornherein festzulegen, sondern aus der Analyse und dem beginnenden Entwurfsprozess abzuleiten. Auch eine stetige Überprüfung der vereinbarten Ziele innerhalb einer Planung ist unabdingbar zur Verwirklichung nachhaltiger Bauten.

Gebäudestruktur / Ausbau

doch nicht bloß das städtebauliche Umfeld, sondern eher ein vielfältiges

Solidarität / Gerechtigkeit

eingebettete Systeme zu betrachten und bezüglich aller darauf einwirkenden Faktoren auszurichten und zu optimieren. Dabei sollte unter ‚Kontext‘ je-

Partizipation

neuer Gestaltungsprinzipien, sondern darin Gebäude als in ihrem Kontext

Lärm/Erschütterung

Planer und Architekten liegt also vorrangig nicht bloß in der Schaffung

Raumluft

quantitativ erfassen lassen und eine derartige Abstraktion und Übersetzung in Richtwerte und Normen daher anzuzweifeln ist. Die Herausforderung für

räumöiche Identität/Wiedererkenntung

relle Einbindung am Standort, welche sich stets nur unter Einschränkungen

44

ZUKUNFTSMODELL STADT HISTORISCHER UMRISS DER STADTENTWICKLUNG Die Nutzung von Landfläche war stets geprägt von verschiedenen Interessen und dem Credo effizienter Nutzung. Vor allem in bereits bebauten Gebieten konkurrieren seit jeher die verschiedensten Funktionen, unter anderem gesteuert von technischen Vorgaben, wirtschaftlichen Interessen oder der

Rückbau

Rohstoffe: Verfügbarkeit

Abfälle aus Betrieb und Nutzung

Elektrizität

Wärme für Warmwasser

Wärme (Kälte) für Raumklima

Wasser

Mobilität

tskriterien

sozialen Ordnung. Ein Blick auf die Geschichte der Stadtentwicklung zeigt, dass bereits in den entstehenden Ballungszentren des Mittelalters, die das Umland bewirtschaftenden Agrarbetriebe zunächst noch in die Stadtstrukturen integriert waren, mit einer Verminderung der zur Verfügung stehen-

Ökologie

den Flächen, bedingt durch das Ansteigen der Bevölkerungszahlen, jedoch ausgelagert wurden um den Raumanforderungen gerecht zu werden.

Im Zeitalter der Industrialisierung wuchsen die Städte rapide, was ihren Flächenbedarf erhöhte und sich in dichten Bebauungsstrukturen äußerte.

Freiräume und öffentliche Flächen wurden bei dieser Bauweise – welche

Ökonomie

zwar den Bedarf an Wohnflächen deckte, Notwendigkeiten wie Lichteinfall und Frischluftzufuhr jedoch ausblendete – auf ein Minimum reduziert.—12 Als Reaktion auf übervölkerte Strukturen, schlechte gesundheitliche Bedingungen sowie mangelnden innerstädtischen Freiraum wurde ab ca. 1900 stadt vermeiden und lediglich deren Vorteile beibehalten und weiterentwickeln sollte. Im Umland größerer Städte wurden dazu Siedlungen geplant, deren Nutzungen wie z.B. Wohnen, Bildungs- und Kultureinrichtungen oder Instandsetzung

Betrieb und Instandhaltung

Finanzierung

Bausubstanz

externe Kosten

Lebenszykluskosten

das Modell der Gartenstadt entwickelt, welches die Nachteile der Groß-

Standort

Grundstücksfläche

02 Architektur + Bauwesen

Gewerbeflächen konzentrisch um ein öffentliches Zentrum angeordnet und jeweils durch Grünstreifen voneinander getrennt wurden. Zwar hielten sich die, dieser Konzeption folgenden Bautätigkeiten in Grenzen, dennoch beeinflusste die Gartenstadt-Idee die Prinzipien der Stadtplanung nachhaltig.—13 In den 1920er Jahren proklamierten Stadtplaner und Architekten die Maßgabe von ‚Luft, Licht und Sonne‘ woraufhin im urbanen Raum erstmals Blockstrukturen entkernt und ausreichend große Abstände zwischen Gebäuden definiert wurden, um eine Belichtung der Wohnräume zu gewährleisten. 1929 wurden auf dem internationalen Kongress Moderner Architektur mit der ‚Charta von Athen‘ diese Tendenzen aufgegriffen und weitergehende Forderungen nach Freibereichen und erhöhter Ordnung im urbanen Gefüge zu Zielsetzungen der Siedlungsentwicklung formuliert.

Das Ideal der ‚funktionalen Stadt‘ mit seiner strikten Trennung der Funktionen wurde propagiert, was aus heutiger Sicht jedoch dem Strukturverständnis des Systems Stadt widerspricht. Es war diesem Modell folgend kaum möglich, dass sich Synergieeffekte zwischen den einzelnen Nutzungen bilden konnten. Zudem mussten Strukturen, aufgrund zu langer Wege teilweise doppelt errichtet werden, um den lokalen Bedarf zu decken. Des Weiteren erzeugte diese Konzeption von Stadt zusätzlichen Verkehr, ver-

45

schwendete Raum und reduzierte die Lebensqualität durch eine zunehmende Umweltbelastung in den Zentren maßgeblich.

—14

:–03: Verstädterung

Stadt- und Landbevölkerung i

Durch die nach

in Prozent der Weltbevölkeru

und nach aufkommenden Erkenntnisse der Endlichkeit von Ressourcen und Flächen änderten sich die Zielsetzungen der Stadtentwicklung grund-

1950

legend. Die fortgeschrittene Ausdehnung, die aber lediglich beschränkt zu

Stadtbevölkerung ökonomisch

Verfügung stehenden Flächen, die Tendenz zur Zersiedelung und der

sich entwickelnder Staaten

wachsende Mobilitätsbedarf sowie die damit einhergehende abnehmende

0,3 Mrd (11,9%)

davon China: 0,3 Mrd (11,9%)

Biodiversität verdeutlichen die Notwendigkeit zu handeln.

Stadtbevölkerung ökonomisch

GLOBALE TENDENZEN

entwickelter Staaten

Metropolen wie Konstantinopel, Alexandria, Rom und schließlich London

Landbevölkerung

0,43 Mrd. (17,0%)

zeigten bereits früh in der Geschichte das unglaublich hohe Entwicklungs-

1,8 Mrd. (71,2%)

potential urbaner Ballungsgebiete. Doch erst die industrielle Revolution

2009

setzte seinerzeit eine Landflucht immensen Ausmaßes in Gang. Einmal an-

Stadtbevölkerung ökonomisch

gestoßen, scheint diese Entwicklung bis heute stetig zuzunehmen – ein Ende scheint nicht absehbar.—03 Um 1800 lebten nur um die 3 % der Welt-

sich entwickelnder Staaten 2,5 Mrd (36,6%)

bevölkerung in Städten. Im Jahre 1900 war diese Anzahl bereits auf etwa 13 % angestiegen, 1950 näherte sich diese Verteilung der 30 % Marke und im Jahr 2010 erreichte der Anteil der Stadtbevölkerung weltweit sogar um die 50 %. Aktuelle Schätzungen der UN gehen davon aus, dass die Anzahl der Stadtbevölkerung bis 2050 auf circa 69% der Menschheit ansteigt.—04, —15

Der Lebensraum Stadt scheint also nicht bloß die Zukunft der Mensch-

davon China: 0,62 Mrd. Stadtbevölkerung ökonomisch entwickelter Staaten 0,92 Mrd (13,5%) Landbevölkerung 3,41 Mrd. (49,9%)

heit zu bestimmen, sondern stellt zugleich auch das Handlungsfeld mit dem höchsten Potential als auch Bedarf nachhaltiger Entwicklungen dar. :–04: Verstädterung

Stadt- und Landbevölkerung i

ANFORDERUNGEN UND ZIELSETZUNGEN

in Prozent der Weltbevölkeru

Es zeichnet sich ab, dass ein Großteil der Menschen zukünftig in Städten le-

Stadt

Land

in Tausend

in Taus

ben wird, welche maßgeblichen Anteil an Energie- und Ressourcenverbrauch

1950

729.317

1.800.0

haben, jedoch bisweilen nicht in der Lage sind, ihren immensen ‚Hunger‘ un-

1955

852.570

1.910.8

1960

997.571

2.025.7

1965

1.163.594

2.168.0

1970

1.329.983

2.355.7

1975

1.511.414

2.549.9

1980

1.727.237

2.710.3

zips—16 auch in Zielsetzungen der weltweiten Stadtentwicklung zu zeigen

1985

1.976.417

2.869.8

und die bisherige Maßgaben und Superlative des Städtebaus als nicht weiter

1990

2.254.592

3.035.8

1995

2.539.470

3.173.6

2000

2.837.431

3.277.9

2005

3.166.711

3.345.5

2010

3.486.326

3.422.3

2015

3.824.073

3.478.1

nerhalb und zwischen den Städten aufrecht zu erhalten, ihre kulturelle

2020

4.176.234

3.498.5

Vielfalt zu ermöglichen und eine hohe gestalterische, bauliche und Umwelt-

2025

4.535.925

3.475.6

2030

4.899.858

3.409.0

2035

5.263.115

3.307.4

2040

5.619.628

3.181.5

2045

5.963.274

3.033.0

2050

6.285.881

2.864.1

abhängig zu stillen oder gar Autarkie zu erreichen. Jetzt, wo jedoch auch Volkswirtschaften an die Grenzen des stetigen Wachstums stoßen, scheint sich diese Einsicht um die Endlichkeit des ‚Höher-Schneller-Weiter‘-Prin-

praktizierbare Auslaufmodelle abzulösen. „Auf Dauer können die Städte ihre Funktion als Träger gesellschaftlichen Fortschritts und wirtschaftlichen Wachstums (…) nur wahrnehmen, wenn es gelingt, die soziale Balance in-

qualität zu schaffen. Wir brauchen mehr ganzheitliche Strategien und abgestimmtes Handeln aller am Prozess der Stadtentwicklung beteiligten Personen und Institutionen (…)“

—17

formulierten die Minister der Europäischen

46

02 Architektur + Bauwesen

Union im Zuge der Leipziger Charta 2007, welche sich mit der Umsetzung

in absoluten Zahlen und in Prozent

ung, 1950—2009

nachhaltiger Stadtentwicklungen unter Einbezug wirtschaftlicher, ökologischer, sozialer und kultureller Dimensionen beschäftigte.—18 Vergleicht

Weltbevölkerung 2,53 Mrd.

man den Pro-Kopf-Energieverbrauch verschiedenster Metropolen, zeigt sich eine deutliche Korrelation von Bebauungsdichte und Energieeffizienz.—05

Grundlegend scheint das Modell Stadt also kein Antonym nachhaltigen

Wachstums. „Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt bereits in Städ-

)

ten. Das Leben in Städten ist ökonomisch und umweltfreundlich, denn Dichte ist effizient. Die notwendige technische Infrastruktur ist nur bei dichter Besiedelung auf Dauer zu garantieren. Die Zugänglichkeit aller Einrichtungen verbessert sich durch Nähe, ermöglicht eine Vielfalt kommerzieller, sozialer und kultureller Angebote. Öffentlicher Nahverkehr ist nur bei Dichte wirtschaftlich attraktiv. Die Verkehrsbewegungen reduzieren sich.

Weltbevölkerung 6,83 Mrd.

Gerade in Regionen mit schrumpfender Bevölkerung wird es zwingend notwendig, Dichte weiterhin sicherzustellen und damit einer Abwärtsspirale entgegenzuwirken.“—19 Es gilt also den innerstädtischen Flächenverbrauch zu reduzieren, Grünflächen zu bewahren oder weiter zu entwickeln und vorhandene Infrastrukturen effizient, ökologisch und sozialverträglich zu nutzen, um Lebendigkeit und Qualität in Stadträumen zu sichern. Dabei sollte der Individualverkehr soweit möglich gegen leistungsfähige Verkehrssysteme ausgetauscht werden, um die Lebens- und Aufenthaltsqualität in den Zentren zu erhöhen. Nur über die Nachverdichtung im Bestand und das Anordnen von Zentren zur Deckung des täglichen Bedarfs scheint eine nachhaltige Entwicklung dem Leitbild der ‚Stadt der kurzen Wege‘ entsprechend möglich.

Das Zusammenwirken von baulicher Nutzung und Freiraum sowie der Vernetzung benachbarter Räume wird dabei Garant für das Funktionieren

in absoluten Zahlen und in Prozent

ung, 1950—2050

des meist sehr heterogenen urbanen Raums.—20 Eine dichte Besiedelung senkt den Energieverbrauch um nahezu das Achtfache, weshalb prinzipiell

Stadt

Land

eine verdichtete Bauweise angestrebt werden sollte. Studien anhand der

send

in % der Weltbevölkerung

028

28,8

71,2

Stadt Zürich zeigten, dass durch eine maßvolle Verdichtung auf dem glei-

884

30,9

69,1

chen Stadtgebiet bis zu 25% mehr Menschen – ohne Einbußen an Leben-

787

33,0

67,0

077

34,9

65,1

squalität – leben könnten.—21 Auch wenn sich diese Untersuchungsergeb-

794

36,1

63,9

nisse auf die – im globalen Vergleich - relativ kleine Stadt Zürich beziehen,

903

37,2

62,8

372

38,9

61,1

830

40,8

59,2

Abweichungen auch auf andere Städte übertragen lassen, was bedeutet,

859

42,6

57,4

603

44,5

55,5

dass ein nachhaltiges Wachstum vor allem durch die gewissenhafte und

937

46,4

53,6

565

48,6

51,4

362

50,5

49,5

113

52,4

47,6

gen Himmel strebenden Megastädte unserer Zeit zeigt, dass nicht außer

599

54,4

45,6

608

56,6

43,4

Acht gelassen werden darf, dass der Energiebedarf zur Errichtung und Betrieb

038

59,0

41,0

eines Gebäudes mit zunehmender Höhe stetig – bis in die Unwirtschaft-

455

61,4

38,6

569

63,9

36,1

lichkeit hinein – wächst: Erhöhte statische Anforderungen verringern die

071

66,3

33,7

103

68,7

31,3

kann man davon ausgehen, dass sich diese Erkenntnisse mit gewissen

qualitative Verdichtung der Städte zu bewerkstelligen ist. Dies sollte jedoch nicht uneingeschränkt als Maßgabe gelten. Gerade ein Blick auf die

effektiv nutzbare Fläche und erhöhen den Ressourcenbedarf. Auch die mit zunehmender Geschosszahl notwendigen Erschließungssysteme wie

47

Aufzugsanlagen oder die Gebäudetechnik verbrauchen zusätzlichen Raum

:–05: Verhältnis von Bebauungsdich ausgewählter Städte

Eine Verschattung der Nachbargebäude und Straßenräume sowie das mögliche entstehen von Fallwinden mindert die Aufenthaltsqualität der Umgebung enorm. Daher ist das bauliche Streben nach Dichte nur bis zu einem gewissen Grad durch den Gewinn an Höhe zu rechtfertigen und sollte stets kritisch überprüft und gegen andere Bauformen abgewogen werden.

Aufgabe von Planern und Architekten ist es also mitunter einen angemessenen Mittelweg zwischen Flächeneffizienz und Angemessenheit sowie nutzbarer Fläche und Höhe zu finden um eine nachhaltige und den Anforderungen entsprechende Stadtentwicklung zu sichern.

jährlicher Ölverbrauch pro Einwohner [l]

und Energie. Ebenfalls sollten die Effekte auf das Umfeld bedacht werden.

80.000

60.000

40.000

VISION ÖKOPOLIS? 20.000

Städte stellen zurzeit ein erkennbares ökologisches Problem dar, bieten jedoch andererseits ein unglaubliches Potential zur Umsetzung nachhaltiger Konzepte. Die Infrastruktur vieler mitteleuropäischer Städte entstammt dabei jedoch strukturellen Planungsansätzen der Nachkriegsjahre und erschwert dadurch einen Umbau nach ökologischen Maßgaben. Das Postulat der individuellen Mobilität ermöglicht die Zugänglichkeit nahezu aller Stadtbereiche mit dem PKW und zudem untermauern Regularien, wie zum Beispiel bestehende Bauordnungen durch die Forderung des Errichtens von Stellplätzen, das Einströmen unzähliger Automobile in den urbanen Raum. Erst nach und nach findet ein Umdenken statt und so gewinnen Fußgängerzonen, verkehrsberuhigte Bereiche und innerstädtische Grünanlagen zunehmend an Bedeutung für die Stadtplanung.

Auch der zunehmende Ausbau der ÖPNV-Strukturen sowie Versuche des Begrenzens des Individualverkehrs durch Maßnahmen, wie beispielsweise die ‚City-Maut‘, zeigen eine Tendenz zu den Vorgaben nachhaltiger Handlungsweisen, lassen aber zugleich erkennen in welchem Maße eine Gesellschaft bereit oder eben noch nicht bereit zu sein scheint, diese zu adaptieren.

Wie bereits in den vorherigen Ausführungen erläutert wird es ein wichtiger Bestandteil unserer künftigen Entwicklung sein, ein qualitatives Leben in Stadträumen sicherzustellen. In ein Gesamtsystem integrierte, weitgehend dezentrale Strukturen sowie Mischnutzungen können helfen, Städte stabiler und flexibler gegenüber Veränderungen funktionieren zu lassen.—22 Nicht nur auf den Menschen bezogen, sondern auch in Bezug auf Fauna und Flora, ist auf ein höheres Maß an Biodiversität hinzuarbeiten. Urbaner Naturraum macht Freiräume erlebbar und ist dem Gesamtsystem Stadt in vielerlei Hinsicht – z.B. durch verbesserte Luft – qualitativ zuträglich. Zudem wird das Etablieren von Kreisläufen, ein anderes Maß an gesellschaftlicher Suffizienz sowie technische Effizienz notwendig zur Entwicklung zukunftsfähiger Ballungsräume: „Zivilisationslust statt -last wird erlebbar, der menschliche Maßstab kehrt in die Stadtquartiere zurück. Menschen können

0 0

50

100

48

02 Architektur + Bauwesen

hier ihre Identität finden, die sie am Arbeitsplatz in den schnelllebigen Wirt-

hte und Energieverbrauch

schaftsstrukturen mit häufigen Jobwechseln verloren haben. Die ökologisch und ökonomisch stabilen Stadtstrukturen geben den Bewohnern den Aktionsraum zurück. Ein nachhaltiges Gleichgewicht des Umfeldes ist ihr Anliegen; denn es ist die Grundlage ihres Lebens.“—23 Es gilt zu begreifen, dass viele der hierzu notwendigen Techniken, wenn auch in spezifischeren Zusammenhängen, schon umgesetzt wurden und zur Anwendung bereit stehen. Die Ökologische Stadt – oder Ökopolis, um die von Prof. Dr.-Ing. Glücklich geprägte Begrifflichkeit aufzugreifen – ist also keinesfalls eine Utopie, sondern bereits jetzt umsetzbar. Es bedarf jedoch einiger struktureller und organisatorischer Änderungen, einer prinzipiell erhöhten Prozesstransparenz, vor allem jedoch aber an Wissen um die Zusammenhänge innerhalb des Entwicklungsziels der Nachhaltigkeit.

Erst wenn ein Großteil der Menschen die Tragweite, wie auch Vielschichtigkeit der zu bewältigenden Anforderungen verstanden hat, kann eine konstruktive Diskussion – welche zwingender Bestandteil einer umfassenden Umstrukturierung ist – und eine darauf aufbauende Umsetzung erfolgen.

150

200

250

300

Bebauungsdichte [Person/ha]

NATUR ALS VORBILD Damit die Erde auch zukünftig als Lebensraum für den Menschen erhalten bleibt, werden wir lernen müssen, wieder im Sinne und nicht entgegen natürlicher Prinzipien zu agieren. Aufgrund eines großen Material – sowie Energiebedarfs und den steigenden Entwicklungsaussichten, richtet sich eine solche Forderung zu großen Teilen auch an das Bauwesen. Auf die Entwicklung des Bauens zurückblickend, ist ein massiver Anstieg ökologischer Auswirkungen, insbesondere nach dem Einsetzen der Industrialisierung, erkennbar. Zwar kam es schon zuvor – variierend mit Herrschaftsverhältnissen und zeitgeschichtlicher Epoche - zu einer mal steigenden, mal tendenziell geringeren Beanspruchung und Nutzung von Naturgütern oder dem gezielten Übergehen gegebener Umweltfaktoren, jedoch ermöglichten erst die zahlreichen technologischen aber auch gesellschaftlichen Umbrüche des 19. Jahrhunderts ein sich stark änderndes Selbstverständnis des Menschen sowie der Architektur und deren Gestaltungs- als auch Komfortansprüchen.

Natur bezwingen und beherrschen ist das Kennzeichen einiger stark expansiver Kulturen, beginnend bei den Römern und in seinen Auswirkungen ansteigend über Renaissance und Kommunismus bis hin zu hochkapitalistischen modernen Staaten der Neuzeit.—24 Jahrhundertelang verstanden die Menschen überwiegend in einem angepassten - euphemistisch ausgedrückt – harmonisch ausgewogenen Verhältnis mit der sie umgebenden Umwelt zu existieren. Äußere Bedingungen

49

waren Restriktion und zugleich Lebensgrundlage, weshalb lokale Bauweisen stark auf die klimatischen und ökologischen Anforderungen reagierten.

Wenige Jahrzehnte eines immensen technischen und wissenschaftlichen Fortschritts und der globalen gestalterischen Angleichung ließen diese Ansprüche verschwimmen. Natürliche Gegebenheiten wurden zunehmend weniger als Anpassungsgrund denn als überwindbare Einschränkung begriffen, die unter Inkaufnahme eines erhöhten Aufwandes kompensiert werden konnte. Das Bezwingen der Natur entwickelte sich zu einem Kennzeichen

„Natur kapieren

der Fortschrittlichkeit von Bauwerken, was aufgrund der mangelnden Erkenntnis um die Grenzen der Verfügbarkeit von Ressourcen stetig an Bedeutung gewann. Dies führte zu einem Abweichen von autochomen Prinzipien, welche über Jahrhunderte an jeweilige Standortfaktoren angepasste Bauwerke erzeugten. Ein Vernachlässigen dieser Bauweisen aufgrund vorrangig gestalterischer Ideale manifestierte sich bis heute zunehmend im Architekturverständnis moderner Gesellschaften. Diesbezüglich zukunftsweisende Lösungsansätze zeigen sich mittlerweile wieder in vielen Teilbereichen, müssen jedoch in der Forschung- und Entwicklung stärker forciert und daraufhin in die Praxis eingebunden werden. So beispielsweise auch auf dem Fachgebiet der Bionik, welche dem Credo ‚Lernen von der Natur‘ folgt.

Es gilt von der belebten Natur und deren, durch evolutionäre Prozesse optimierten Strukturen zu lernen, sie zu verstehen und im Sinne einer technologischen Übersetzung für uns nutzbar zu machen. Als integrativer Bestandteil sowie optimierendes Werkzeug eingesetzt, können konstruktiveoder leitende Systeme, Materialien und Oberflächen ihren jeweiligen Anforderungen effizienter und angemessener entgegentreten. Dabei gilt es nicht nur den optischen Eindruck biologischer Strukturen zu erwecken, sondern vielmehr um die Funktionsweisen von Infrastrukturen, Bauwerken, Bauteilen, Bauprodukten und Materialien. Verstehen zukünftige Planungen diese Funktionsanalogien zwischen Natur und Architektur, entstehen auf einer Funktionskopie (‚Bionik + Architektur = Funktionskopie‘ ) basierende Bauwerke, welche die optimierten Prozesse und Abläufe der Natur imitieren und dementsprechend hocheffizient zu betreiben sind.

Der österreichische Förster, Erfinder und Naturforscher Viktor Schauberger setzte sich bereits Anfang des 20. Jahrhunderts für eine an der ‚Natur orientierten Technik‘ ein und proklamierte: „Wahrheit gibt es nur in der allweisen Natur.“ Er experimentierte vor allem mit Wasser und versuchte dessen Prinzip der Eindrehung bzw. Verwirbelung – eine grundlegende Bewegungsart in der Natur – mit technischen Anlagen zum Zwecke einer umweltfreundlichen und effizienten Energieerzeugung nachzuahmen. Seiner Entwicklungsarbeit entsprangen zunächst leistungsfähige Schwemmkanäle zum Holztransport, nachfolgend aber beispielsweise auch die ‚Sogund Forellenturbine‘, welche in Wasserkraftwerken Einsatz findet kann und einen deutlich höheren Wirkungsgrad hat als herkömmliche Turbinenanlagen. Basierend auf der natürlichen Verwirbelung konstruierte er ebenfalls

„Wahrheit gibt e weisen Natur.“

n und kopieren“

es nur in der all-

50

02 Architektur + Bauwesen

Antriebsmotoren für Flugzeuge (Levitations-Antrieb) und kleine Heimkraftwerke. Aus heutiger Sicht relevant können zudem seine Erkenntnisse zu einem effizienteren Transport von Wasser und Luft in speziellen, Verwirbelungen erzeugenden und dadurch die Reibung minimierenden Rohren sein, welche zugleich das Selbstreinigungspotential des geführten Elements aktivieren und so dessen Qualität verbessern. Es gilt also Schaubergers Prinzip ‚Natur kapieren und kopieren‘ aufzugreifen, auch im Bereich der Architektur umzusetzen. Insbesondere im Umgang mit der energetischen Verwendung von Wasser und Luft könnten sich hier zukünftig große Potentiale auftun.

Auch Technologien wie beispielsweise die mittlerweile realisierungsfähigen, photoadaptiven Fassaden, welche mithilfe von Mikroalgen solare Einstrahlung in den Energieträger Biomasse umwandeln und CO2-Emissionen binden, können mittelfristig als bauwerkintegrierte Lösung energetischer und ökologischer Problemstellungen fungieren. Doch nicht nur im Betrieb von Gebäuden, auch in Bezug auf die zur Erstellung verwendeten Ressourcen scheint eine umfassende Optimierung etablierter Produktionsprozesse sinnvoll. Ansätze wie die ‚Cradle to Cradle‘ Konzeption von Braungart und McDonough (≥ Umsetzung ≥ Cradle to Cradle) deuten auf die Möglichkeiten rezyklierender Stoff- und Materialströme hin. Ganz nach dem Vorbild der Natur soll durch das Etablieren separierter biologischer- (Biosphäre) so-wie technischer Kreisläufe (Technosphäre)

zur Erzeugung,

Verwendung und Wiederverwertung von Produkten ein Aufkommen von Abfall - im Sinne von nicht weiter nutzbaren Rohstoffen - ausbleiben. Eine gleichbleibende Menge an Ressourcen könnte so beliebig oft verwendet werden, was in Anbetracht der sich abzeichnenden Verknappung von Rohstoffen als zukunftsweisend zu bezeichnen ist.

Anhang zu:

02

Architektur & Bauwesen

Textnachweise

Europäischen Stadt. S.1 URL: http://www.bbsr.bund.de/ cln_032/nn_21944/BBSR/DE/FP/ReFo/Staedtebau/

—01 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

2008/StaedtDimensionStrukturfondsprog/

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

LeipzigCharta,templateId=raw,property=

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 17

publicationFile.pdf/LeipzigCharta.pdf

—02 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

(Zugriff: 29.03.2013)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—19 Vgl. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und

1. Auflage, München. S.26

Raumforschung im Bundesamt für Bauwesen und

—03 Vgl. König, H. / Kohler, N. / Kreißig, J. / Lützken-

Raumforschung (2007): Leipzig Charta zur nachhaltigen

dorf, T. (2009): Lebenszyklusanalyse in der Gebäudepla-

Europäischen Stadt. S.2 URL:

nung. Grundlagen – Berechnung – Planungswerkzeuge.

http://www.bbsr.bund.de/cln_032/nn_21944/BBSR/DE/

1. Auflage, Regensburg. S.6

FP/ReFo/Staedtebau/2008/

—04 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

StaedtDimensionStrukturfondsprog/LeipzigCharta,

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

templateId=raw,property=publicationFile.pdf/

1. Auflage, München. S.20

LeipzigCharta.pdf (Zugriff: 29.03.2013)

—05 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—20 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.27

1. Auflage, München. S.27

—06 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—21 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.38

1. Auflage, München. S.64

—07 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—22 Vgl. Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

1. Auflage, München. S.38

1. Auflage, München. S.21

—08 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

—23 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

1. Auflage, München. S.22

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—09 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

München. S.11

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

—24 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

1. Auflage, München. S.32

Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

—10 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

München. S.16

1. Auflage, München. S.33

—25 Glücklich, D. (Hrsg.)(2013): Ecobine – Integral-

—11 Autochthone Bauformen basieren auf der

er Gesamtansatz – 1.3 – Ökopolis. URL: http://www.

tradierten Erkenntnis, den klimatischen Bedingungen

ecobine.de/indexc.php?SESSID=&id=1.3&kurs=9&l=de

angepasster Architektur.

(Zugriff: 27.04.2013)

—12 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—25 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

1. Auflage, München. S.62

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—13 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

München:. S. 20 ff.

(22.02.2013): Gartenstadt URL: http://de.wikipedia.org/

—26 Vgl. Suite101.com Media Inc. “Suite101” (Hrsg.)

wiki/Gartenstadt (Zugriff: 05.03.2013)

(Mai 2012): Bionische Architektur – Funktionsanalogie.

—14 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

URL: http://suite101.de/article/bionische-architek-

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

tur--funktionsanalogie-a134660#ixzz2UXPFYc3f

1. Auflage, München. S.63

(Zugriff: 28.05.2013)

—15 Vgl. United Nations Department of Economic

—27 Vgl. wearechangeaustria.wordpress.com (Hrsg.)

and Social Affairs (2011): World Urbanization Prospects,

(o.J.): URL: http://www.wasserwesen.ch/viktorschau-

the 2011 Revision. URL: http://esa.un.org/unpd/wup/

berger.html (Zugriff: 28.05.2013)

index.htm (Zugriff: 22.03.2013)

—28 Vgl. Härtel, M. (2008): Schauberger Briefe. URL:

—16 Vgl. Gaines, J. / Jäger, S. (2009): Albert Speer &

http://www.geheimnis-eiskalte-sonne.de/viktor-schau-

Partner. Ein Manifest für nachhaltige Stadtplanung.

berger-forellen-turbine.html (Zugriff: 28.05.2013)

Think Local, Act Global. München. S.17

—29 Vgl. Braungart, M. / McDonough, W. (2011):

—18 Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raum-

Einfach intelligent produzieren – Cradle to Cradle: Die

forschung im Bundesamt für Bauwesen und Raum-

Natur zeigt, wie wir die Dinge besser machen können. 6.

forschung (2007): Leipzig Charta zur nachhaltigen

Auflage, Berlin. S. 115 ff.

Bildnachweise —01 Statistisches Bundesamt (Hrsg.) (Sept. 2008): Statistisches Jahrbuch 2008. Für die Bundesrepublik Deutschland. Wiesbaden. S. 309, Zusammensetzung des Abfallaufkommens 2006 —02 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (Nov. 2007): Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden anhand von 20 Beispielprojekten als konkrete Handlungslinie und Arbeitshilfe für Planer. Abschlussbericht des Forschungsvorhabens, gefördert unter AZ 24084-25 durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU).

Darmstadt. S. 27, Abb. 7 —03 Bundeszentrale für politische Bildung (Hrsg.)

(2010): Verstädterung. Stadt- und Landbevölkerung in absoluten Zahlen und in Prozent der Weltbevölkerung, 1950 und 2009. URL: http://www.bpb.de/wissen/ 6ODQKG,0,Verst%E4dterung.html (Zugriff: 27.05.2013) —04 Bundeszentrale für politische Bildung (Hrsg.)

(2010): Tabelle: Verstädterung. Stadt- und Landbevölkerung in absoluten Zahlen und in Prozent der Weltbevölkerung, 1950 und 2009. URL: http://www.bpb. de/wissen/ 6ODQKG,0,Verst%E4dterung.html (Zugriff: 27.05.2013) —05 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.63, Abb. B2.5

orientierung zonierung speichermassen flexibilität fensterflächenanteil gebäudehülle aussenwände

erdberührte bauteile

dächer

transparente bauteile / verglasung

behaglichkeit / wohlbefinden

visueller komfort

luftfeuchte

luftbewegung

raumluftqualität

temperatur der raumluft und

raumumschliessender bauteile

akustischer komfort

olfaktorischer komfort

03

gebäudeform

Planungsgrundlagen

standort

59

Standort

:–01: Beispiel einer städtebaulic

Der Standort eines Bauvorhabens ist maßgeblich beeinflusst von dem vorherrschenden Lokalklima der Region sowie dem Mikroklima der unmittelbaren Umgebung.

Zusammen mit dem städtebaulichen Kontext hat er wesentlichen Einfluss auf energetische, raumklimatische und gestalterische Aspekte einer Planung. Orientierung und Struktur eines Gebäudes sind von der städtebaulichen und topographischen Einbindung abhängig und beeinflussen Faktoren wie den Grad der solaren Einstrahlung, Verschattung sowie Windund Lärmexposition—01. Hinzu kommen Aspekte der Nutzbarkeit, welche durch Verkehrsströme und infrastrukturelle Anbindung des Standortes festgelegt werden—01. Im Sinne der anzustrebenden Nachhaltigkeit zukünftiger Planungsaufgaben sollte daher noch in der Konzeptionsphase eines Bauvorhabens eine detaillierte Standortanalyse und Bewertung

:–02: A/V-Verhältnis bei Körpern m einer Halbkugel und r=4,5m

durchgeführt werden, bevor mit der baulichen Umsetzung begonnen wird.

Gebäudeform

1,00

1,0

1,08

1,1

Nicht nur der Kontext eines Bauvorhabens, auch verschiedene Formgebungen wirken sich unterschiedlich auf energetische und bauklimatische Gegebenheiten eines Bauwerks aus. Wichtige Kenngröße bei der energetischen Bewertung von Gebäuden ist dabei das A / V-Verhältnis, welches

A/V-Verhältnis bei der Zusamm 20m × 5m (unterschiedl. Volumi

die Kompaktheit eines Gebäudes, d.h. das Verhältnis von Hüllfläche zu umschlossenem Bruttovolumen, beschreibt. Je kleiner dieser Wert ist, desto geringer ist der Energiebedarf pro m³ beheiztem Raum.

Das optimale A / V-Verhältnis hat demnach eine Kugel, gefolgt von einem

0,7

0,5

0,45

0

Würfel. Typische Werte bewegen sich zwischen 0,3 (mehrgeschossige Gebäude und Reihenhäuser) und 1,1 (Bungalows)—02. Primär hängt das Verhältnis von Hüllfläche und Volumen von der absoluten Größe des Baukörpers, sekundär von dessen spezifischer Ausformung ab—02. Die Ausformung sowie Dachform beeinflusst. Umso größer die Gebäudehüllfläche, desto größer ist auch die energieübertragende Fläche und deren Dämmbedarf—03. Die daraus zu folgernde Aussage, dass eine höhere Kompaktheit des Baukörpers automatisch höhere Energieeinsparung bewirke, stimmt jedoch nur teilweise. Aufgrund der erhöhten Anforderungen an Green Buildings bezüglich ihrer Wärmedämmung – und der stetigen Weiterentwicklung der Baustoffe – ist eine Tendenz zur größer werdenden Unabhängigkeit von Transmissionswärmeverlusten und A / V-Verhältnis zu erkennen

—04, —03

. (Daher kann in der Praxis ein ungünstigeres A / V-Ver-

hältnis zugunsten eines besseren Gesamtkonzepts akzeptiert werden.) Es gilt nicht bloß den Heizwärmebedarf zu reduzieren, vielmehr sollte eine Optimierung aller Energieströme angestrebt werden.

:–03: Einfluss der Kompaktheit ein energiebedarf

Primärenergiebedarf [kWh/m2a]

wird wiederrum von den Faktoren Proportion, Zergliederung, Versprung

250

Altb

200

150

100 50

0 0,2

0,4

0,6

60

03 Planungsgrundlagen

So sind beispielsweise Vorteile in Tageslichtnutzungsgrad und Aspekten

chen Energienanalyse Fensterlüftung nicht möglich

Fensterlüftung eingeschränkt möglich Fensterlüftung uneingeschränkt möglich

der Frischluftversorgung, aber auch strukturelle Faktoren wie städtebauliche Einordnung und innere Organisation gewichtiger als das alleinige Optimieren der Kompaktheit—05.

Orientierung ⁄ Zonierung Die Orientierung und Ausrichtung eines Gebäudes bestimmt maßgeblich die Wärmeinträge durch solare Strahlung während der Heizperiode, aber ebenso während der - diesbezüglich deutlich problematischeren - Sommerzeit, in der es bei einem zu hohen Fensterflächenanteil schnell zu Überhitzungsproblemen und einem erhöhten Kühlbedarf kommen kann. Bei den mäßig gedämmten Bauwerken der Vergangenheit war es möglich, durch

mit gleichem Volumen beginnend mit

eine intelligente Ausrichtung und Zonierung eines Bauwerks, Energieeinsparungen von bis zu 30 % zu erreichen—06.

Aufgrund des, mittlerweile durch gute Dämmmaterialien ohnehin niedrigen Heizwärmebedarfs, wird die Maximierung solarer Energiegewinne über das Planungsparameter der Orientierung häufig überbewertet. Städtebau-

1,05

02

liche und nutzungsspezifische Vorteile in Bezug auf die Ausrichtung eines Baukörpers sind mittlerweile gewichtiger als eine diesbezügliche Opti-

11

mierung der solaren Wärmeeinträge—07. Je nach Gebäudeform und Fenster-

1,78

flächenanteil liegen die maximalen Wärmegewinne bei 4-8 kWh / m² im Jahr

mensetzung eines Körpers von 10m × ina im Vgl. zur vorhergehenden Abb.)

und sind somit lediglich bei Passivhäusern mit einem Jahresheizwärmebedarf von max. 15 kWh / m² relevant—08. Grundsätzlich unterscheidet man dennoch zwischen zwei möglichen Fällen der Gebäudeorientierung in Abhängigkeit zur Ausrichtung der Hauptfassaden:

55

0,55

NORD-SÜD ORIENTIERUNG: Wohn-, Aufenthalts- und oft genutzte Räume nach Süden, Nebenräume nach Norden orientiert. Es können mittlere Gebäudetiefen von zehn bis zwölf Metern realisiert werden. An

0,47

0,4

den Südfassaden kann sinnvollerweise eine Solarenergienutzung angedacht werden.

nes Gebäudes auf den Primär-

OST-WEST ORIENTIERUNG: Das Volumen sollte in einen Tagbereich mit

bau

Orientierung nach Westen – und einen Nachtbereich mit Orientierung nach Osten aufgeteilt werden. Prinzipiell sind relativ große Gebäudetiefen darstellbar, wobei Nebenräume als auch die Erschließungsflächen in der Gebäudemitte angeordnet sein sollten.

EnEV

Örtliche Gegebenheiten wie Bestandsbebauungen oder Topographie erfordern nicht selten eine abweichende Ausrichtung. Grundsätzlich sollte bei

Passivhaus 0,8

0,9

1,0

A/V-Verhältnis [1/m]

der Anordnung von Wohn- und Aufenthaltsräumen eine Ausrichtung nach Süden angestrebt werden. Büro- und Verwaltungsbauten sind aufgrund ihrer Dimension und den meist hohen Anforderungen an eine effiziente

61

Flächennutzung sehr kompakt und lassen sich ohne erhöhten Aufwand als

:–04: Zonierung der Nutzung innerha

Niedrigenergiehaus ausführen. Eine Fokussierung der Belange des sommerlichen Wärmeschutzes und einer optimierten Tageslichtnutzung er-

Haush alt sr äu Gar me de ro be

ternen Wärmelasten sind auf der Nordseite anzuordnen—09, —04.

Bei Bauten mit einem erhöhten Wärmebedarf, wie z.B. Wohnungsbauten, empfiehlt es sich verschiedene Nutzungszonen zu definieren, welche sich z.B. nach den Temperaturanforderungen, dem Tageslichtbedarf oder nach

Ei ng an

scheint daher sinnvoll. Räume mit den am höchsten zu erwartenden in-

aus nh pe ep r T g/

Nord

durch vorgelagerte Pufferzonen. Auch das Zusammenfassen von Nutzungseinheiten, Zonen oder Räumen gleicher Temperaturanforderungen kann einen energetischen Mehrwert bedeuten. Für Wohnbauten ergeben sich daraus drei mögliche Zonierungsprinzipien

—10

en

Vorteile hat dabei auch die thermische Zonierung der Hauptnutzungen

Ga rt

mer im immer ez z st its ä G rbe er mm rrasse A i z te hn ohn o W W

bevorzugten Zeiten des Aufenthalts von Nutzern richten. Energetische

Somm

Wint

: schutz

KONZENTRIScHE ZONIERUNG: ermöglicht hohe Gebäudetiefen, ordnet thermisch stabil zu haltende Zonen im Gebäudekern an.

te Räume dagegen orientieren sich nach Norden.

GEScHOSSWEISE ZONIERUNG: Räume mit hohen thermischen Anforderungen liegen im Kern eines Geschossstapels. —05

SPeicherMaSSen

Nord/Ost

oder Westen ausgerichtet. Wenig genutzte oder nicht dauerhaft beheiz-

Süd/West

mit dem höchsten Licht- und Wärmebedarf sind nach Süden, Osten

:–05: Prinzipien thermischer Baukör

Nord

LINEARE ZONIERUNG: basiert auf der Orientierung zur Sonne. Räume

Die Wärmespeicherfähigkeit raumumschließender Bauteile kann ein wichtiger Parameter zur Vermeidung sommerlicher Überhitzung und zur Reduzierung des Kühlenergiebedarfs sein. Die Positionierung und Aktivierung raturspitzen im Innenraum durchaus wirksam abfangen, dennoch war lange Zeit – vor allem im Bürobau - eine einseitige Konzentration auf die Nutzungsflexibilität erkennbar, was partiell mit den Voraussetzungen komfortabler Innenraumbedingungen kollidierte: Großflächige Verglasungen, abgehangene Decken, doppelte Böden und Leichtbau-Trennwände stellten nahezu keine Speichermasse bereit und verhinderten zudem einen Wärmefluss zwischen Raumluft und massiven Bauteilen wie z.B. Deckenplatte oder Erschließungskern, was dazu führte dass Innenräume bei sommerlichen solaren Erträgen bis weit über die Behaglichkeitsgrenze aufheizen und ein erhöhter Anteil an Energie in die Kühlung der Räume fließen musste—11. In bereitstehenden Speichermassen

Süd

von Speichermassen, beispielsweise in Form massiver Bauteile kann Tempe-

62

alb der Wohnung nach Sonnenstand

den. Entscheidend für den Grad der Wirksamkeit dieser Speichermassen

Wa s

ist dabei deren thermische Verbindung mit dem Innenraum, die spezifisch

e ch kü ch

e nd um u d

den

- beispielsweise in massiven Decken, Wand- und Bodenbauteilen - kann ein Teil der Wärmeenergie aufgenommen und phasenversetzt abgegeben wer-

Vorr ats rä um e

Ab st el lr ä Ba

03 Planungsgrundlagen

materialabhängige Wärmespeicherkapazität, die eingesetzte Masse sowie die Größe der verbauten Oberfläche. Die wirksame Wärmespeicherfähig-

immer lafz Sch

WC

keit eines Materials oder Bauteils hängt von der spezifischen Wärmekapazität und der Rohdichte ab und kann nach den Grundsätzen der DIN V 4108-6 ermittelt werden. Der Wärmekapazität-Wert gibt dabei an, wie viel Wärmeenergie ein Baustoff pro Kilogramm Eigengewicht aufnehmen kann.

Bal ko n

r me

ter

K i nd er zi m

mer

Gute Speichereigenschaften haben aufgrund ihrer hohen Rohdichte vorallem massive Materialien, wie z.B. Beton, Ziegel oder Naturstein—12.

Aber auch organische Baustoffe wie Holz eignen sich aufgrund ihrer – im Vergleich zu mineralischen Baustoffen – höheren spezifischen Wärme-

raum ken oc tr he Sonne sc Wä

kapazität als mögliche Speichermasse. Unabhängig von der Masse kann durch sogenannte „Phase change Materials“ (PCM) eine erhöhte Speicherfähigkeit erzielt werden—13.

Diese meist auf Parafinen oder Salzhydraten basierenden Materialien verfügen über ein latentes Speichervermögen, was bedeutet, dass sie bei c) geschossweise Staffelung

rperzonierung:

einem Anstieg der Temperatur ihren Aggregatszustand wechseln und dabei Wärmeenergie binden. Diese Aufnahme von Wärme ist jedoch zunächst nicht fühlbar, erst nach Beenden des gesamten Phasenübergangs steigt die Temperatur spürbar an—14. Meist mit einem Schmelzpunkt von 24 – 26 ° C werden PCM vor allem im Leichtbau verwendet, um die fehlenden Speichermassen zu kompensieren. Aktuelle Untersuchungen und Pilotprojekte zeigen vor allem das Potential von Latentwärmespeichern in Kombination mit anderen Bauteilen. So kann durch Integration eines PCM-Granulats in Putz,

b) lineare Anordnung

Fußboden und mittlerweile auch in Glasfassaden die Speicherfähigkeit immens gesteigert werden. „Eine nur wenige Zentimeter dünne Schicht der Latentwärmespeicher kann dabei so viel Wärme wie eine dicke Ziegelwand einspeichern und diese Nachts wieder abgeben.“—15, —06 Essentieller Bestandteil von Klimakonzepten unter Einbezug von Speia) konzentrische Anordnung

chermassen oder thermisch aktivierter Bauteilen ist die – meist nächtliche – Entwärmung derselben, z.B. durch eine Nachtlüftungsphase. Die Anordnung und Bereitstellung von Speichermassen hat dabei vor allem eine Relevanz für die Verhütung sommerlicher Überhitzungen, in Bezug auf potentielle Energieeinsparungen an benötigter Heizenergie besteht mit einem Wirkungsgrad von unter 1% nahezu keine Bedeutung —16.

63

FLEXIBILITÄT

:–06: Die Wärmespeicherfähigkeit v

Materialien. Für eine Wärmespeicher

Temperaturerhöhung um 10 °c ist be

In der lebenszyklischen Betrachtung ist ein möglichst flexibles Architekturund Nutzungskonzept ausschlaggebend für die Nachhaltigkeit eines Geb-

36cm, bei Beton von 24cm, bei Mass

bauweise sogar von 226cm erforderl

dicke von lediglich 2cm für densel

äudes—17. Während der Planungsphase sollte daher das Augenmerk nicht bloß auf den spezifischen Anforderungen des ersten Nutzers liegen, sondern bereits mögliche zukünftige Nutzungsanpassungen und Umbauten vorgesehen werden. Hierbei muss zwischen kurzfristiger und langfristigkonstruktiver Nutzungsflexibilität unterschieden werden—18.

Die kurzfristige Nutzungsflexibilität birgt dabei Vorteile innerhalb eines

PCM Beton 2cm 24cm

Mauerwerk Massivholz 38 cm 36 cm

Nutzungszyklus. So kann ein Gebäude beispielsweise durch bewegliche Trennwände, zusammenschaltbare Zimmer und mobile Einbauten ohne Vorsehen gemeinsam genutzter Räume und Zonen – beispielsweise bei Mehrfamilienhäusern – kann den Flächenbedarf senken und somit die Effizienz und Variabilität der Nutzung eines Gebäudes steigern.

Die langfristige Flexibilität kann dahingehend durch eine Trennung von Tragkonstruktion und weiterem Ausbau gewährleistet werden. Sinnvoll scheint der Verzicht auf tragende Innenwände, welcher sich bei einem Großteil der Bauvorhaben ohne statische Probleme realisieren lässt. So können Eingriffe in die räumliche Struktur ohne Eingriff in die Primärkon-

:–07: Beispielhafter Einfluss des

Primärenergiebedarf eines Wo Primärenergiebedarf [kWh/m2a]

bauliche Eingriffe auf sich ändernde Anforderungen reagieren. Auch ein

120 100 80 60 40 20

struktion den Anforderungen entsprechend variiert werden. Aufgrund sein-

0

er vergleichsweise geringen Lebenserwartung von 20 bis 25 Jahren ist auch

0

20

40

dem technischen Ausbau ein besonderes Augenmerk zu widmen. Leitungen und Installationen sollten gebündelt und vor allem von tragenden Bauteilen getrennt angeordnet werden. Aus Gründen der sozialen Gerechtigkeit, aber

:–08: Tageslichtangebot in Abhäng

1,6:1

werden. Kollidiert eine solche Gestaltung mit den aktuell an eine Planung gestellten Anforderungen, ist zumindest eine Nachrüstbarkeit unter mög-

f:n=1,5:1

rierefreie Erschließung von Gebäuden und Nutzungseinheiten zum Standard

1,9:1

auch aus Aspekten des demographischen Wandels, sollte zudem eine bar-

A B

lichst geringem Aufwand vorzusehen.

All diese Annahmen bezüglich zukünftiger Nutzungen basieren jedoch in

C

den wenigsten Fällen auf gesicherten Informationen, sodass bei all dem

D

Flexibilitätsstreben darauf geachtet werden muss, keinen identitätslosen Skelettbau ohne weitere räumliche Differenzierung zu erstellen. Die räumliche Qualität und die darauf fußende Akzeptanz und Identifikation der Nutzer mit dem Gebäude sind von ebenso gewichtiger Bedeutung.

Fensterflächenanteil Aufgrund stetig weiterentwickelter, leistungsfähiger Dämmstoffe und Bautechnik wurde der Heizwärmebedarf von Gebäuden in den letzten Jahrzehnten konstant minimiert. Eine Maximierung solarer Energieerträge zur unterstützenden Beheizung von Räumen tritt folglich in den Hintergrund—19.

D

C

B

A

h

64

von PCM im Vergleich mit anderen

rkapapzität von 1,6kWh/m2 und einer

ei Mauerwerk eine Schichtdicke von

sivholz von 38cm und bei Leicht-

lich. Bei PCM genügt eine Schicht-

lben Effekt (nach Dörken).

03 Planungsgrundlagen

Angesichts der globalen Erwärmung, der Erkenntnisse über den Zusammenhang von operativer Raumtemperatur und Leistungsfähigkeit der Nutzer, sowie erhöhter thermischer Komfortansprüche gewinnt der sommerliche Wärmeschutz daher zunehmend an Bedeutung—20. Nicht nur der Mensch kann sich wesentlich besser gegen zu geringe als gegen zu hohe Temperaturen schützen, auch die Erzeugung von Wärme ist physikalisch betrachtet mit einem geringeren Aufwand verbunden als die Kühlung.

Zudem steht den Belangen der Wärmeerzeugung ein deutlich größeres

Leichtbau 226 cm

Repertoire an Technologien zu Verfügung als der Gebäudekühlung, welche letztlich nur durch einen Abtransport der Wärme erfolgen kann—21. Solare Erträge durch transparente Bauteile haben meist einen beträchtlichen Anteil an der sommerlichen Wärmebilanz. Die Anordnung verglaster Flächen muss daher sorgfältig geplant und überprüft werden, denn selbst mit einem

Verglasungsanteils auf den

ohnhauses

optimiertem Sonnenschutz ausgestattet, übersteigt der Wärmeeintrag einer Ug = 1,8

transparenten Fläche den einer opaken Wand in der Regel um ein vielfaches.

Die Funktionen verglaster Bauteile, wie Durchsicht und Ausblick, Tageslichtnutzung und Solarenergiegewinnung müssen daher je nach Lage im baulichen Kontext gegeneinander abgewogen werden. Untersuchungen ha-

Ug = 1,1

ben gezeigt, dass ein Fensterflächenanteil für Südfassaden von 30 - 50%

Ug = 0,7

aus energetischer Sicht sinnvoll erscheint—22, —07, Ost- und Westfassaden

Ug = 0,4

sollten einen verglasten Anteil von 30% nicht überschreiten. Nordfassaden haben, bezogen auf den sommerlichen Wärmeschutz, kaum einen Einfluss.

60

80

100

Verglasungsanteil der Fassade [%]

Eine Erhöhung des Glasanteils auf 70 bis 90% bewirkt - neben erhöhten Wärmelasten durch solare Einstrahlung - keine bemerkenswerte Verbesserung der Tageslichtqualität und Nutzung—23. Ausschlaggebend für

gigkeit der Brüstungshöhe

die Effizienz der Tageslichtnutzung ist vielmehr die Anordnung und Positionierung der Fensterelemente: Verglasungen im oberen Bereich eines Geschosses - im Optimalfall sogar im Bereich des Sturzes - bewirken eine Verbesserung der Raumausleuchtung. Verglaste Brüstungsflächen hingegen beeinflussen den Tageslichtquotienten nur marginal—24, —08.

f

Gebäudehülle Die Gebäudehülle definiert das Erscheinungsbild, aber auch die bauphysikalischen Eigenschaften eines Bauwerks. Die Trennung von Innen und Außen, sowie gestalterische Merkmale wie Proportion, Materialität und Außenwirkung standen in ihrer Entwicklungsgeschichte - neben der elementaren Funktion des Witterungsschutzes – meist im Vordergrund.

Durch steigende energetische Anforderungen, die zunehmenden technischen Einflussmöglichkeiten auf den Innenraum und dessen Behaglichkeit, sowie einem gesteigerten kollektiven Bewusstsein zur Notwendigkeit nachhaltiger und umweltverträglicher Architektur hat sich die Gebäudehülle zu einem komplexen, maßgeblich klimaregulierenden Bauteil entwickelt—25.

Als Schnittstelle zwischen Umweltbedingungen und Nutzungsanforde-

65

rungen sollte sie eine Synthese aller relevanten Parameter darstellen und

:–09: Ausführungsvarianten der Ge

die, aus der Vielzahl an Aufgabenfeldern (z.B. Nutzung, Konstruktion, statische und rechtliche Anforderungen, Klima, Licht, Stromerzeugung, Schalldämmung, etc.) entstehenden Zielkonflikte objektspezifisch und unter Berücksichtigung der Aspekte der Energieeffizient und des nachhaltigen Bauens lösen. Prinzipiell ist hierbei zwischen Gebäudehüllen mit tragender Funktion und Außenhäuten, welche frei von primären statischen Anforderungen sind, zu unterscheiden—26, —09.

Dämmbeton

In allen Klimazonen ist es notwendig geeignete bauliche Maßnahmen zu ergreifen, um behagliche Innenraumbedingungen sicherzustellen. In den hiesigen, gemäßigten, aber vor allem auch in kalten Klimazonen hilft eine optimierte Gebäudehülle maßgeblich, die im Gebäude vorhandene Wärme zu erhalten, Transmissions- oder Lüftungswärmeverluste folglich in größtmöglichem Maß einzudämmen. Hierzu sind folgende relevante Faktoren zu nennen—27: Flächenoptimierung und Geometrie der Gebäudehülle

( ≥ Gebäudeform)

Wärmedämmeigenschaften opaker und transparenter Bauteile

Minimierung der Lüftungswärmeverluste

Passive oder aktive Nutzung der Solarstrahlung

WDVS, Massivwand

Die Höhe der Transmissionswärmeverluste steht dabei in Abhängigkeit von der Einbausituation und Wärmeleitfähigkeit der, das beheizte Volumen umfassenden, Bauteile. Als Kenngröße für deren thermische Qualität dient der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert), welcher in W / m²K angegeben wird und demnach den Wärmefluss pro Quadratmeter Fläche, bei einem gleichbleibenden Temperaturunterschied, von einem Kelvin an beiden Oberflächen eines Bauteils beschreibt—28. Je geringer dieser Wert ausfällt,

Fassadenpaneel, Luftschicht, Dämmung, Massivwand

desto bessere Dämmeigenschaften weist das jeweilige Bauteil auf. Eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit hat jedoch auch die verringerte Tragfähigkeit zur Folge, was gerade bei monolithischen Außenwänden zu konstruktiven Einschränkungen führt. In solchen Fällen eignet sich ein mehrschichtiger Wandaufbau, in den zusätzliche Dämmebenen integriert werden. Entsprechend den Anforderungen und dem Einsatzbereich gibt es zahlreiche konstruktive und materialspezifische Ausbildungsvarianten der Gebäudehülle, welche sich prinzipiell in folgende Dämmtypologien einteilen lassen: Kerndämmung, Außendämmung, Innendämmung und Skelettbauweise—29.

Pfosten-Riegel-Konstruktion/ Dämmpaneel, Glas

66

ebäudehülle

03 Planungsgrundlagen

Aussenwände Hier ist weitergehend zwischen einschaligen und zweischaligen Konstruktionen zu unterscheiden. Monolithische Wandaufbauten (wie z.B. aus gedämmtem Ziegelstein) haben dabei aus statischen Notwendigkeiten generell eine Mindestdicke von 17,5 cm, thermische Anforderungen führen jedoch meist zu höheren Wandstärken, i.d.R. zwischen 36,5 und 49 cm.

Stahlbeton, Kerndämmung, Stahlbeton

Zur Steigerung der Dämmeigenschaften kann eine zusätzliche Dämmebene - bauphysikalisch ideal - auf der Außenseite der Außenwände angeordnet werden, sodass die Tragkonstruktion im warmen Bereich liegt und mit ihrer Masse das Innenraumklima vorteilhaft beeinflussen kann—30 ( ≥ Speichermassen). Prominentes und flächendeckend angewandtes Beispiel

hierzu ist das Wärmedämmverbundsystem (WDVS), welches eine effiziente und thermisch hochwertige Optimierung von Außenwänden ermöglicht—31, unter ästhetischen Gesichtspunkten aber auch Aspekte der Umweltverträglichkeit, Entsorgung, Brandschutz und Lebensdauer betreffend, wird dieser Baustoff jedoch kontrovers diskutiert wird.—10 Eine weitere Möglichkeit ist das Loslösen der Ebene des Witterungsschutzes von der Dämmschicht – eine sogenannte hinterlüftete oder auch zweischalige AusSchalung, Luftschicht, Holzständerwand/Dämmung, Schalung

führung – welche ein größeres Spektrum an Fassadenmaterialien und Gestaltungsvarianten ermöglicht. Der vorgeschriebene Abstand zwischen den beiden Schalen liegt dabei zwischen 40 und 150mm. Die Hinterlüftung hat dabei bauphysikalische Vorteile für die gesamte Konstruktion und schützt die Dämmstoffe vor Feuchtigkeit. Die Verankerung der äußeren Schicht an der Tragkonstruktion verursacht durch die notwendigen Durchdringungen allerdings eine zu berücksichtigende Schwächung der Dämmebene. Ein zweischaliger Aufbau (z.B. Sichtbeton) der Gebäudehülle kann auch ohne Luftschicht, d.h. mit einer Kerndämmung, ausgeführt werden.

Die Vorsatzschale muss hier ebenfalls mit der innenliegenden Tragebene verbunden werden, was, wie o.g., zu einer Minderung des Wärmedurchgangskoeffizienten führt. Bei der Anwendung von standardisierten

Putz, Fachwerk, Innendämmung, Gipsplatte

Systemlösungen ist die Dimension der Dämmschicht zudem meist auf etwa 150mm begrenzt. Vorwiegend bei der Sanierung denkmalgeschützter Objekte angewendet, prinzipiell aber auch unter anderen Umständen eine Option, ist das innenseitige Anbringen der Dämmung. Die Tragstruktur liegt dabei im kalten Bereich, ist also thermisch vom Innenraum entkoppelt.

Aufgrund der möglicherweise aus diesem Aufbau resultierenden geringen Oberflächentemperatur an der Innenseite der tragenden Konstruktion muss eine Kondensatbildung vermieden werden, weshalb auf der Innenseite der Dämmung eine Dampfsperre (z.B. Polyethylenfolie) anzuordnen ist. Darüber hinaus ist besonders auf die sorgfältige Ausführung zu achten, da bereits kleinste Undichtigkeiten zu Feuchteschäden führen können. Al-

Glaspaneeel, Vakuumdämmung,

ternativ kann eine Innendämmung auch ohne Dampfsperre, dafür jedoch

Hartfaserplatte

unter Verwendung diffusionsoffener, besonders sorptionsfähiger Dämm-

67

:–10: Überblick der Behaglichkeits

nehmen ohne dass Feuchteschäden entstehen, ein hoher ph-Wert (10) verhindern. Gängige Dämmstärken

beider Ansätze liegen dabei zwischen 60 und 100mm. Bei der Skelettbauweise ermöglichen die stabförmigen vertikalen Elemente, welche die statische Funktion übernehmen, ein Zusammenlegen von tragender und dämmender Ebene, wodurch sich schon mit einer geringen Konstruktionstiefe annehmbare Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) erreichen

an die Feuchte- und Druckbeanspruchung auch den Aspekt der Verrotder damit günstigeren thermischen Rahmenbedingungen sind meist geringere Materialstärken als bei Bauteilen gegen Außenluft darstellbar. Üblicherweise kommen in diesem Bereich Dämmstoffe aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaumstoff (XPS) oder Schaumglas (CG) zum Einsatz—34.

Nahru

Kleid

Adapt

Tages

Raumb sonstige

Behaglichkeit

spaneelen—33.

tungsfreiheit erfüllen. Aufgrund des direkten Kontakts zum Erdreich und

ethni

olfaktorisch

mendem Maß auch kombiniert mit leistungsfähigen Vakuumisolation-

Perimeterdämmung bezeichnet und muss neben erhöhten Anforderungen

Alter

Massivdecken, Sparren- bzw. Pfettendächern und Leichtkonstruktionen unterscheiden. Ein grundlegendes Stilmittel moderner Architektur, das Flachdach, ist meist als Massivdach – i.d.R. als Betondecke – ausgeführt.

Hinsichtlich der thermischen Optimierung ist diese Bauweise mit massiven Außenwänden zu vergleichen, jedoch ist bei der Materialwahl auf eine erhöhte Druckbelastungsfähigkeit der Dämmstoffe – insbesondere bei begehbaren oder begrünten Dächern - zu achten. Je nach Ausführung und Aufbau sind für Wärmedurchgangskoeffizienten geringer als 0,15 W / m²K Dämmstärken von über 20cm erforderlich. Geneigte Dächer, vorrangig als Sparren- bzw. Pfettendach konstruiert, sind von den Anforderungen und Bedingungen prinzipiell mit Holzrahmen oder Holzständerkonstruktionen zu vergleichen. Die Dämmung kann dabei auf der Ebene der Tragkonstruktion (Zwischensparrendämmung) oder als eigenständige, durchlaufende Dämmebene auf den tragenden Elementen lagernd ausgeführt werden. Be-

Rauml

Geruc

Kohle

Staub

Blend

Farbe

Frequ

Geräu

Nachh

Rauml thermisch

oder Mischformen. Konstruktiv betrachtet kann man jedoch zwischen

Luftd

Außen

Dächer Viele Dächer sind Kombinationen verschiedener Formen und Konstruktionen

psych

Beleu visuell

Einsatz kommen bei dieser Bauweise Pfosten-Riegel-Systeme, in zuneh-

Die Wärmedämmung von Bauteilen mit Kontakt zum Erdreich wird als

Gesch

akustisch

eine thermische Trennung beider Bauteile zu achten. Überwiegend zum

Erdberührte Bauteile

körpe

Tätig

lassen. Wird die Gebäudehülle von der Tragkonstruktion abgesetzt, ist auf

intermediäre Bedingungen

kann zudem einen Schimmelbefall

—32

Gesun

physiologische Bedingungen

den. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften können sie Wasserdampf auf-

physikalische Bedingungen

stoffe (z.B. Calziumsilikat- oder Mineralschaumplatten) ausgeführt wer-

mittl

Rauml

Luftb

skriterien

68

03 Planungsgrundlagen

sonderes Augenmerk ist hierbei auf die sorgfältige und fehlerfreie Aus-

ndheitszustand, Konstitution

führung der Dampfsperre zu legen—35. Eine weitere Möglichkeit zur kon-

erliche Verfassung

struktiven Ausbildung des Daches ist ein Stahltragwerk, welches vielfach

hlecht

auf Flächenelementen wie z.B. Trapezblechen basiert. In der Regel wird die

r

Dämmebene dabei außenliegend angeordnet—36. Mittlerweile gibt es neben

ische Einflüsse

dem konventionellen Schichtaufbau auch vorgefertigte Sandwich-Ele-

ungsaufnahme

mente aber auch Verbundkonstruktionen, welche versuchen die Nachteile

dung

gkeit

tion und Akklimatisation

s- und Jahresrhythmus

einer Trapezblechkonstruktion durch Kombination mit dem Werkstoff Beton zu kompensieren—37.

Transparente Bauteile ⁄ Verglasung

belegung

hosoziale Faktoren

Im Vergleich zu gut gedämmten opaken Bauteilen weisen transparente Flächen in der Regel einen schlechteren Wärmeschutz auf—38.

druck

Neuentwicklungen der letzten Jahre, wie z.B. transparente- oder translu-

luftelektrizität

zente Wärmedämmstoffe, aber auch die zunehmend leistungsfähigeren

chs- und Ekelstoffe

Verglasungsarten versuchen diese Tendenz aufzuheben. Hier ist besonders

endioxid und andere Gase

auf Isolier- oder Wärmeschutzverglasungen einzugehen, welche bis zu 4

b

Glasscheiben zu einem Bauelement zusammensetzen. Der Hohlraum zwi-

uchtung, Kontrast, Lichtwinkel

schen den Glasebenen wird nicht mehr wie ursprünglich mit Luft, sondern

dung, Leuchtdichtverteilung

mittlerweile mit den weniger wärmeleitfähigen Edelgasen Argon oder Krypton

en, Farbkomposition, -wiedergabe

aufgefüllt. Da Glas für solare Erträge durchlässiger ist als für die vom

nbezug, Ausblick

Rauminneren abgegebene Wärmestrahlung und daher eine Überhitzung

uenzen

uschpegel

hallzeiten

lufttemperatur

l. Raumumschließungstemperatur

luftfeuchte

bewegung

des Innenraums ermöglicht, kann mit einer aufgedampften Metall- oder Metalloxidschicht, einer sogenannten ‚Low-E‘ Beschichtung, die Emissivität, d.h. die Durchlässigkeit für Wärmestrahlung maßgeblich gesenkt werden—39.

Durch eine solche Maßnahme verringert sich zwar der Energiedurchlassgrad (g-Wert) und damit auch der potentielle Anteil solarer Wärmeerträge, aufgrund effizienter Gebäudetechnik und gut gedämmter Gebäudehüllen rückt eine diesbezügliche Optimierung jedoch zunehmend in den Hintergrund (≥ Orientierung / Zonierung).

Mit aktuell auf dem Markt erhältlichen Wärmeschutzverglasungen lassen sich U-Werte von bis 0,3 W / m²K erreichen, was in Kombination mit der Einbindung in ein schlüssiges Gesamtenergiekonzept bereits Potentiale zur Realisierung von Nullenergiehäusern birgt. Als Beispiel hierfür kann Werner Sobeks Wohnhaus ‚R128‘ angeführt werden, dessen Gebäudehülle fast ausschließlich aus einer hochwertigen Dreifachverglasung mit einem U-Wert von 0,4 ausgeführt wurde und diese Maßgabe erreicht—40. Bereits erhältlich, jedoch noch mit erheblichen Entwicklungspotentialen versehen sind sogenannte Vakuumverglasungen, die einen hohen Wärmeschutz (passivhaustauglicher U-Wert von 0,5 W / m²K) bei gleichzeitig sehr geringen Bautiefe (< 10mm) und geringem Gewicht bieten sollen—41.

69

BehaGlichkeiT ⁄ wOhlBefinDen

:–11: Abhängigkeit des PPD- vom P

Von einer Vielzahl äußerer Faktoren beeinflusst, basiert das Wohlbefinden des Menschen stets auf einer subjektiven Wahrnehmung der Umgebung.

Neben normierten physikalischen Größen wie der Raumlufttemperatur und -qualität, Luftfeuchtigkeit und -bewegung, Beleuchtungsstärke und –intensität, sowie dem Geräuschpegel, wird es maßgeblich von individuellen Faktoren bedingt. Hierzu zählen physiologische Kriterien wie beispielsweise Alter, Geschlecht und körperliche Verfassung, sowie die sogenannten intermediären Bedingungen, zu denen unter anderem Bekleidung, Art und

Anteil Unzufriedener (PPD) [%]

80 60

40 30 20 15 10

Grad der Tätigkeit aber auch psychosoziale Komponenten zählen.

8 6 5 4

-2,0

-1,0

Die Behaglichkeit stellt also keine exakt messbare Größe dar, sondern kennzeichnet die individuelle Wahrnehmung empfundener Umgebungsverhält-

Empfindung

nisse—42. Dennoch lassen sich gewisse Konstellationen visueller-, ther-

kalt

mischer-, akustischer, taktiler- sowie olfaktorischer Parameter festlegen, unter denen sich eine überwiegende Anzahl der Menschen im Regelfall wohlfühlt

—43, —10

.

kühl erträglich (leicht) kühl neutral (behaglich) erträglich (leicht) warm

Physikalische Einflussgrößen betreffend, resultiert ein behagliches Um-

warm heiß

feld - in welchem sich eine Person insgesamt thermisch neutral fühlt - aus folgenden Maßgaben: Die Raumlufttemperatur sollte weder als zu kalt oder zu warm empfunden werden und daher in einem Bereich von 20 bis 22°C im Sommer bis zu 26°C – liegen. Die Raumluftfeuchte sollte einen Wert zwischen 35 – 60% annehmen und zur Vermeidung von Zugerscheinungen

:–12: Einfluss der relativen Luftf Raumtemperatur im Winter

.

Doch selbst unter optimalen Bedingungen ist eine hundertprozentige Nutzerzufriedenheit nicht erreichbar. Individuelle Einflussgrößen wie beispielsweise die Art der Betätigung, die Bekleidung oder das jeweilige Alter führen zu abweichenden Bewertungen des thermischen Empfindens—45. Zur Darstellung dieser subjektiven Beurteilungen dient der so genannte PMV-Wert

Raumluftfeuchte in %

sollte eine Luftbewegung von 0,15 m / s nicht überschritten werden

—44

(Predicted Mean Vote) (engl. = voraussichtliche durchschnittliche Bewertung).—11 Mit einem Wertebereich von -3,5 (extreme Kältebelastung) bis +3,5

kühl

(extremer Hitzestress) gibt er dabei an in welchem Maß ein Personen-

Empfindun

kollektiv im Durchschnitt die jeweiligen thermischen Bedingungen als unangenehm empfindet.

Direkt auf diesen PMV-Index bezogen, gelten Werte zwischen -0,5 und +0,5 üblicherweise als komfortabel—46. Aus dieser voraussichtlichen mit-

:–13: Nutzerempfinden in Abhängigk und -Geschwindigkeit

fied)—11 ermitteln, welcher die Anzahl der Personen angibt, die mit dem vorherrschenden Raumklima unzufrieden sind. Selbst bei einem optimalen PMV-Wert von Null, liegt der PPD bei 5%. Befindet sich der PMV-Wert im Bereich ± 0,5 beträgt die Anzahl der Unzufriedenen 10 - 12%. Aufgrund der beschriebenen, kaum zu vereinheitlichenden Behaglichkeitsempfindungen, sollte daher Abstand vom Wunsch eines jederzeit angenehmen ‚Normklimas‘ genommen werden—47.

lokale Lufttemperatur in °C

tleren Bewertung lässt sich der PPD-Wert (Predicted Percentage of Dissatis-

Luftg

Behagliche Luftgeschwindigkeiten b

(Turbulenzgrad von 10%) in Abhängi

70

03 Planungsgrundlagen

Planerischer Anspruch muss das Schaffen grundsätzlich behaglicher Be-

PMV-Wert

dingungen sein, in welches ein Nutzer in möglichst geringem Maße eingreifen muss – es bei Bedarf jedoch kann. Hierzu sollten zunächst alle wichtigen Einflüsse analysiert und geprüft werden, um ein Wohlbefinden in möglichst vielen Situationen, mit möglichst geringem technischem Aufwand sicherzustellen. Dabei ist nicht bloß die Ebene der physikalisch messbaren Kriterien zu betrachten, sondern auch die soziokulturelle Dimension der Nutzbarkeit zu berücksichtigen. Individuelle Anpassungsmöglichkeiten, bei spielsweise durch öffenbare Fenster, individuell beeinflussbare Sonnen- und Blendschutzvorrichtungen, sowie die moderate Steuerung der Raumtem0

1,0

2,0

Komfortempfinden (PMV) [-]

peratur, erhöhen laut einer Studie der Technischen Universität München—48 die Nutzerakzeptanz erheblich.

Predicted Mean Vote (PMV) -3

viSueller koMFort

-2 -1 0 1 2 3

Ca. 80% der aufgenommenen Informationsreize des Menschen basieren auf dem Sehsinn, welcher folglich als Leitsinn beschrieben werden kann.

Unter Maßgabe der visuell wahrgenommenen Informationsmenge werden die Eindrücke der anderen Wahrnehmungsebenen ergänzt und somit ein Gesamtbild erzeugt. Die visuelle Raumwahrnehmung ist somit entscheidend für die Wahrnehmung und Identitätsstiftung einer baulichen Konfiguration, aber auch für die Bewertung der Behaglichkeit eines Raumes.

feuchte auf die empfundene

„Sind die für den Benutzer notwendigen Informationen übersichtlich verfügbar, erhöhen sich Wohlbefinden, Orientierungsfähigkeit, Sicherheitsge-

komfortabel gut akzeptabel

fühl und Produktivität“.—49 Einflussfaktoren zur Beurteilung des visuellen Komforts sind neben dem möglichem Bezug zum Außenraum u.a. die Beleuchtungsart, –Intensität und -Verteilung, der Tageslichtanteil, die Blendfreiheit sowie Eigenschaften des Raumes wie Aufteilung und dessen Oberflächengestaltung. Trotz aller Möglichkeiten der Optimierung und dem Streben nach Tageslichtautonomie wird es allein aufgrund der natürlich schwankenden Verfügbarkeit von Tageslicht nicht möglich sein, einen umfassenden und dauerhaften visuellen Komfort sicherzustellen ohne eine

ngstemperatur in °C

unterstützende künstliche Beleuchtung vorzusehen. Bei der Betrachtung kunstlichtbasierter Beleuchtungskonzepte ist grundlegend zwischen zwei Ansätzen zu differenzieren: Fällt das Licht ohne Reflexion auf die vorgeseh-

keit von Lufttemperatur

ene Fläche, spricht man von einer direkten Beleuchtung.

Diese bietet Vorteile wie z.B. eine Stärkung der Kontrastwahrnehmung

komfortabel gut akzeptabel

geschwindigkeit in m/s

bei gleichmässiger Strömung

igkeit von der Lufttemperatur

sowie die bedarfsgerechte Regulierung, ermöglicht andererseits jedoch keine gleichmäßige Ausleuchtung und schränkt die Raumwahrnehmung, aufgrund einer zu geringen vertikalen Beleuchtungsstärke, ein.

Ein indirekter Beleuchtungsansatz hingegen ermöglicht eine gleichmäßige Raumausleuchtung und einen damit einhergehenden offenen Raumeindruck, benötigt zum Erreichen eines Beleuchtungsniveaus von 500 Lux auf Arbeitsebene jedoch einen doppelt so hohen Energieeinsatz wie eine

71

direkte Beleuchtung. Eine Kombination direkter und indirekter Kunst-

:–14: Kennwerte für die CO2-Belast

lichtquellen stellt daher meist das visuelle und wirtschaftliche Optimum

wesentlich vielschichtiger, da nicht bloß die stationäre Situation, sondern

mittlere

lichtnutzung basierenden, visuellen Komforts gestaltet sich dahingehend

energie-

stimmt—51. Die Beurteilung und planerische Umsetzung eines auf Tages-

optimiert

der Farbwiedergabeeigenschaften der verwendeten Leuchtmittel be-

gute Qualität

Reflexionseigenschaften der Umfassungsflächen sowie der Lichtfarbe und

CO2-Belastung in ppm

dar—50. Die hierdurch entstehende Lichtatmosphäre wird zudem durch die

auch die Veränderung der zur Verfügung stehenden Lichtanteile, im Wechsel von Witterungsverhältnissen, sowie in Abhängigkeit von Tages- und

:–15: Hygienisch erforderlicher fl

Jahreszeiten betrachtet werden muss.

für unterschiedliche Nutzung

Zudem bestimmen, neben den räumlichen Gegebenheiten des zu be-

Außenlufts

trachtenden Objekts, zusätzlich städtebauliche Aspekte sowie technische

getischen, konstruktiven und stadtplanerischen Ansprüchen und Erfordernissen verknüpft, sodass nur eine ganzheitliche Betrachtungsweise die Optimierung der Tageslichtnutzung ermöglicht.

Büro

raum. All diese Faktoren sind jedoch grundlegend mit thermischen, ener-

Konferenz

Eigenschaften der Gebäudehülle die Qualität des Tageslichts im Innen-

Tageslicht- [D] und der Sonnenlichtquotient [SQ] zur Verfügung. Beide Werkzeuge betrachten das Verhältnis von Außenhelligkeit [Eaussen] zu Beleuch-

Wohnen

Zur qualitativen Bewertung des Tageslichts im Innenraum stehen der

tungsstärke im Innenraum [Einnen]. Der Tageslichtquotient nimmt dabei Bezug auf die Beleuchtungsstärke bei bedecktem Himmel, wogegen der Sonnenlichtquotient explizit auf die Berechnung besonnter Räume mit Sonnenschutzvorrichtungen ausgelegt ist.—52

:–16: Empfindungstemperatur bei un temperaturen Thermischer Komfort

luFtFeuchte

Empfindungs-

17 °C

temperatur

Bemerkbar wird eine unvorteilhafte Luftfeuchtigkeit meist erst bei Unteroder Überschreitung der Schwellenwerte, sodass ein Bereich zwischen 35

Raumumschließ-

und 60 prozentiger Luftfeuchtigkeit möglichst eingehalten werden sollte.

ungstemperatur

tw =+14 °C

Ein Innenraum mit zu hoher Luftfeuchtigkeit erzeugt ein schwüles Raumklima und führt zu vermehrter Transpiration, was neben Komforteinschränkungen meist auch mit einer merklichen Senkung der Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit einhergeht. Auch aus bautechnischen Gründen wie

Raumlufttemperatur

im Winter (leichter Pullover

der Kondensation und möglicherweise daraus resultierender Schimmelbil-

gleichen niedrige Lufttemper

chen, die zu Erkältungskrankheiten führen. Durch Verwendung „atmender“ Baumaterialien wie z.B. Holz oder das Anordnen von Pflanzen oder Luftbefeuchtern kann diesbezüglich Abhilfe geschaffen werden.—53, —12

Strahlungstemperatur in °C

dung sollte eine erhöhte relative Luftfeuchte vermieden werden. Eine zu geringe Luftfeuchtigkeit wiederrum kann trockene Schleimhäute verursa-

tL=21 °C

:–17: Behagliche Raumtemperaturen

28 26 24 22 20 18 16 kühl

Lu

72

03 Planungsgrundlagen

luFtBeweGunG

tung in Räumen

Erhöhte Luftbewegungen bewirken einen stärkeren Wärmeaustausch Qualität

Qualität

niedrige

zwischen Luft und Körperoberfläche und haben daher spürbaren Einfluss auf das Wohlbefinden des Menschen. Je kälter und konstanter die Luftströme, desto stärker sind die Zugerscheinungen. Ein erhöhter Turbulenzgrad sowie wechselnde Anströmungsrichtungen verstärken dabei dieses Empfinden.—54 Bei Raumlufttemperaturen von 20 °C werden bereits Luftgeschwindigkeiten über 0,15 m / s als unbehaglich empfunden, mit steigenden Raum-

lächenbezogener Außenluftstrom

lufttemperaturen darf dieser Wert jedoch ebenfalls moderat zunehmen.—13

gen

rauMluFtQualität

strom m3/hm2

akzeptabel, Nichtraucher

Nichtraucher

guter Standard,

zer hat die Luftqualität in Innenräumen. Belastet wird sie durch SchadstofFensterlüftung vorhanden

emissionsarme Materialien,

konzeptionell optimiert,

Entscheidenden Einfluss auf Behaglichkeit und Leistungsfähigkeit der Nutfe verschiedenster Quellen wie z.B. durch Emissionen aus Baustoffen, Möbeln, Textilien und technischen Geräten sowie der verbrauchten Atemluft der Nutzer, weshalb stets für einen bedarfsgerechten und hygienischen Luftwechsel gesorgt werden sollte.—55, —14 Dies kann traditionell über eine freie Fensterlüftung, in zunehmendem Maße jedoch auch über geregelte Lüftungsanlagen oder dezentrale Lüftungselemente in der Fassade geschehen. Ein guter Indikator zur Ermittlung der Luftqualität eines Innenraums ist die CO2-Konzentration.—15 An diesem Wert gemessen, benötigt eine Person pro Stunde mindestens 20 m³ Frischluft zur Einhaltung des hygien-

nterschiedlichen Raumumschließungs-

isch zulässigen Grenzwerts von 1500 ppm—56. Neben Personen können auch Schimmelsporen und Bakterien – deren Entstehung durch eine zu

20 °C

hohe relative Luftfeuchtigkeit unterstützt wird – sowie, vorrangig im Innenausbau verwendete Baustoffe, die Raumluftqualität belasten.—57 Prominentes Beispiel hierzu ist das Mineral Asbest, welches in der Ver-

tw =+19 °C

gangenheit u.A. in Feuerschutzbeschichtungen, PVC-Platten und Bodenbelägen sowie Dichtungen Verwendung fand, heute jedoch aufgrund seiner gesundheitsschädlichen Wirkung in der EU verboten ist. Weitere Beispiele potentiell die Raumluft belastender Substanzen sind Acrylate oder Styrol – aus Lacken und Dämmstoffen – sowie Weichmacher, welche in zahlreichen

bei angepasster Bekleidung

r). Höhere Oberflächentemperaturen

raturen aus.

PVC und Elastomer-basierten Produkten vorkommen. Zur Sicherstellung der Raumluftqualität sollten daher ausschließlich emissionsarme bzw. -freie Materialen verbaut und ein schlüssiges Lüftungskonzept erarbeitet

warm

ufttemperatur in °C

komfortabel

werden.—58 Neben der qualitativ messbaren Luftqualität scheint die Wahl

gut

der Belüftungsart zudem das Behaglichkeitsempfinden der Nutzer auf

akzeptabel

subjektiver Ebene zu beeinflussen: Untersuchungen zeigten, dass in Gebäuden mit natürlichen Lüftungskonzepten ca. 20% der Nutzer das Raumklima als unbehaglich empfanden. In teilklimatisierten Gebäuden stieg dieser Anteil auf 34%, bei vollklimatisierten Bauwerken sogar auf 54%.—59

73

:–18: Einteilung der Lärmpegelbere und Nutzung Mehrpersonen-

Temperatur der Raumluft und RaumumschlieSSender Bauteile Das Maß der vom Menschen empfundenen Behaglichkeit hängt – aufgrund des Prinzips der Wärmestrahlung – neben der Raumlufttemperatur auch von den Temperaturen der raumumschließenden Oberflächen ab.—60 Demnach

50

40

30

20

bei der Temperaturunterschied beider Elemente, desto höher der Anteil abge-

Schallpege 10

überträgt der wärmere Körper seine Wärme an den kälteren. Je größer dastrahlter Wärme. Die vom Menschen empfundene Temperatur liegt dabei in etwa im Mittel zwischen Luft- und Strahlungstemperatur—16. Je mehr sich also beide Temperaturen angleichen, desto gleichmäßiger ist die Erwärmung des Menschen und desto höher sein Behaglichkeitsempfinden—17. Ein Ansteigen der Temperaturunterschiede, ebenso wie ein stark asymmetrisches thermisches Profil eines Raums, haben eine Steigerung des Unbehagens

:–19: Einflussfaktoren auf Nachhal

zur Folge. Die Differenz beider Werte >3K sollte daher prinzipiell vermieden werden.—61 Ein guter baulicher Wärmeschutz ist daher Grundlage komfortabler Umfeldbedingungen bei gleichzeitiger Minimierung des Heizenergiebedarfs.

Akustischer KOmfort Der akustische Komfort von Räumen setzt sich aus einer Vielzahl von Parametern, wie z.B. der Proportion und Dimension des Innenraums, dem Schallpegel der Außenlautstärke, dem Schalldämmmaß der Gebäudehülle, der Oberflächenbeschaffenheit und Materialisierung raumumfassender Ober-

:–20: Darstellung der Einheiten O

flächen und der Einrichtung, oder der Geräuschentwicklung von Gebäudetechnik und Nutzung zusammen.—62 Ähnlich wie Licht überträgt sich Schall dabei durch Absorption (Aufsaugung), Reflexion (Rückwurf) und Dissipation (Streuung).—63, —18, —19 Die auf Schwingungsübertragungen basierende auditive Wahrnehmung des Menschen—64 kann bereits durch Auftretenden niedriger, aber auch schwankender oder impulsartiger Schalldruckpegel [Lp] beeinflusst werden.—65 Der messbare Bereich des Schalldruckpegels reicht von 0 bis 160dB, wobei schon ein Unterschied von 10dB als eine Verdoppelung der Lautstarke wahrgenommen werden kann. Zur Beurteilung der Auswirkungen auf den Nutzer ist zudem eine Differenzierung zwischen Lärm und Geräusch notwendig. Während Lärm vorrangig als störend empfunden wird und daher meist mit einer Verschlechterung von Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit einhergeht, können Geräusche Assoziationen wecken und die akustische Behaglichkeit somit positiv beeinflussen.—66 Ob ein Geräusch als Lärm bzw. Störgeräusch wahrgenommen wird, hängt dabei von dessen Struktur (Pegel, Tonhöhe, Ton- und Impulshaltigkeit—67) sowie der subjektiven Bewertung der Schallquelle durch den Rezipienten – entsprechend seiner Konstitution, Situation, Befindlichkeit sowie soziokul-

1 Olf

74

03 Planungsgrundlagen

turellen Einbindung – ab. Ein hoher akustischer Komfort stellt sich ein,

eiche in Bezug auf Tätigkeit

wenn sämtliche Schalleinflüsse auf den betrachteten Bereich minimiert, die Sprachverständlichkeit somit erhöht und die Nachhallzeit den Anforderun-

büro

gen entsprechend optimiert wurden. Bei komplexen geometrischen Konfigurationen oder erhöhten Anforderungen an die Akustik ist es zudem notwendig detailliertere Bewertungsgrößen wie den Sprachübertragungsindex 100

90

80

70

60

el in dB(a)

[STI], den Konsonantenverlust [ALcons] sowie die Gleichmäßigkeit der Schallverteilung zu ermitteln.—68 olfaktorischer komfort Wurde bei der Bewertung der Luftqualität früher vorrangig der Schadstoffgehalt ermittelt, so hat sich mittlerweile auch die Bestimmung der empfun-

llzeit und akustischen Komfort

denen Luftqualität unter Berücksichtigung der Geruchswirkung etabliert.

Für die Beurteilung der Innenraumluft eignen sich daher neben der CO2Konzentration (≥ Raumluftqualität) die eigens zu diesem Zwecke entwickelten Maßeinheiten ‚OLF‘ und ‚Dezipol‘. Olf beschreibt dabei die Intensität von Geruchsquellen wie z.B. Menschen, Tiere, Pflanzen oder Materialausdünstungen. Das Dezipol bezieht in diese Bewertung der Geruchsemissionen zusätzlich einen Luftvolumenstrom von 10 l / sek—20 mit ein. Trotz aller technischer Neuerungen und entwickelter Instrumente ist diese Disziplin der Wissenschaft noch immer auf das menschliche Organ, die Nase angewiesen.

Olf und dezipol

10 l/s

1 dezipol

Anhang zu:

03

Planungsgrundlagen

Textnachweise

Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude, die mit weniger Technik mehr können. 1. Auflage,

—01 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P.

München. S. 145

/ Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude,

—15 Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P. / Sag-

die mit weniger Technik mehr können.

er, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude, die

1. Auflage, München. S. 181

mit weniger Technik mehr können. 1. Auflage, München.

—02 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

S. 145

Gebäudeorientierung und Zonierung. URL:

—16 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Solares Bauen -

http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

Wärmespeicherung. URL: http://www.ecobine.de/indexc.

Nachhaltig-Bauen_Gebaeudeform_662875.html

php?SESSID=&id=2.5.7.1.5&kurs=9&l=de

(Zugriff: 05.03.2013)

(Zugriff: 10.03.2013)

—03 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P.

—17 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

/ Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude,

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

die mit weniger Technik mehr können.

1. Auflage, München. S.56

1. Auflage, München. S. 135

—18 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

—04 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.68

München. S. 68

—19 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P.

—05 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

/ Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude,

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

die mit weniger Technik mehr können. 1. Auflage, München.

München. S. 68

S. 135

—06 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Solares Bauen -

—20 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Ausrichtung / Zonierung.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

URL: http://www.ecobine.de/indexc.php?SES-

1. Auflage, München. S.95

SID=&id=2.5.7.1.2&kurs=9&l=de

—21 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

(Zugriff: 08.03.2013)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—07 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P.

1. Auflage, München. S.95, Spalte 2, Z.21

/ Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude,

—22 Vgl.Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

die mit weniger Technik mehr können.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S. 135

1. Auflage, München. S.104

—08 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

—23 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Gebäudeorientierung und Zonierung. URL: http://www.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

baunetzwissen.de/standardartikel/Nachhaltig-Bauen_

1. Auflage, München. S.104

Orientierung-und-Zonierung_662877.html (Zugriff:

—24 BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012): Ver-

05.03.2013)

glasungs- und Fensterflächenanteil. URL: http://www.

—09 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Solares Bauen

baunetzwissen.de/standardartikel/

- Ausrichtung / Zonierung. URL: http://www.ecobine.

Tageslicht_Verglasungs-und-Fensterflaechenanteil_

de/indexc.php?SESSID=&id=2.5.7.1.2&kurs=9&l=de

167222.html (Zugriff: 05.03.2013)

(Zugriff: 08.03.2013)

—25 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—10 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S 82

1. Auflage, München. S.69

—26 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—11 Vgl. Hofer, G. / Varga, M. / Grim, M. / Amann, S.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2009): Nachhaltigkeit massiv – AP7 - Wirksame Spei-

1. Auflage, München. S 83

chermasse im modernen nutzungsflexiblen Bürobau.

—27 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

URL: http://www.voeb.com/material/service/downloads/

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

NHM_LEITFADEN_Speichermasse-B%C3%BCrobau.pdf

1. Auflage, München. S 86

(Zugriff: 03.03.2013)

—28 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

—12 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Wärmedurchgangskoeffizient.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

URL: http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

1. Auflage, München. S.158

Fenster-und-Tueren_Waermedurchgangskoeffizient_

—13 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

155337.html (Zugriff: 19.03.2013)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—29 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.158

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—14 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P. /

1. Auflage, München. S 87

—30 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.57

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—45 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S 88

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—31 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.57

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—46 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

1. Auflage, München. S 88

Wärme und thermische Behaglichkeit. URL: http://www.

—32 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

baunetzwissen.de/glossarbegriffe/Zukunftsfaehige-

Innendämmung ohne Feuchteschäden. URL: http://

Buerogebaeude_Predicted-Mean-Vote-PMV-_46145.

www.baunetzwissen.de/standardartikel/

html (Zugriff: 13.03.2013)

Altbaumodernisierung-Innendaemmung-ohne-

—47 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Innenklima. URL:

Feuchteschaeden_1568073.html (Zugriff: 20.03.2013)

http://www.ecobine.de/indexc.php?SESSID=&id=2.2.4

—33 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

&kurs=9&l=de (Zugriff: 13.03.2013)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—48 Hellwig, R. (2005): Thermische Behaglichkeit.

1. Auflage, München. S 88

Unterschiede zwischen frei und mechanich belüfteten

—34 Vgl. Fachvereinigung Polystyrol-Extruder-

Bürogebäuden aus Nutzersicht. München.

schaumstoff (2007): Merkblatt für den Wärmeschutz

—49 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

erdberührter Bauteile.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

URL: http://service.enev-online.de/bestellen/

1. Auflage, München. S.58

fpx_merkblatt_langfassung.pdf (Zugriff: 19.03.2013)

—50 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

—35 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

München. S. 32

1. Auflage, München. S 88

—51 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

—36 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

München. S. 33

1. Auflage, München. S 88

—52 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

—37 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

(11.08.2011): Trapezblech. URL: http://de.wikipedia.org/

München. S. 34

wiki/Trapezblech (Zugriff: 19.03.2013)

—53 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Innenklima. URL:

—38 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

http://www.ecobine.de/indexc.php?SESSID=&id=2.2.4

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

&kurs=9&l=de (Zugriff: 13.03.2013)

1. Auflage, München. S 90

—54 vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—39 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(11.08.2011): Mehrscheiben-Isolierglas.

1. Auflage, München. S.58

URL http://de.wikipedia.org/wiki/Mehrscheiben-

—55 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

Isolierglas (Zugriff: 19.03.2013)

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

—40 Krawietz, S. (2003): Gebäudeintegration von

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten. München.

Photovoltaik (GIPV) in Europa – Anhang_B11_

S. 43

B13. URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/

—56 Umweltbundesamt (2008): Gesundheitliche

290/12/Anhang_B11_B13.pdf S.5

Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft. URL:

—41 Fachinformationszentrum Karlsruhe

http://www.umweltbundesamt.de/gesundheit/

Gesellschaft für wiss.-technische Information mbH

publikationen/ad-hoc/kohlendioxid_2008.pdf

(2000): Next Step: Vakuumisolierverglasung.

(Zugriff:14.03.2013)

URL: http://www.enob.info/de/pdf/neue-technologien/

—57 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

projekt/details/next-step-vakuumisolierverglasung

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

(Zugriff:20.03.2013)

München. S. 40

—42 vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—58 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.55

München. S. 40

—43 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

—59 vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Wärme und thermische Behaglichkeit. URL:

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

1. Auflage, München. S.58

Boden-Waermedaemmung_151652.html

—60 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

(Zugriff: 13.03.2013)

Einfluss der Wandtemperatur.

—44 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

URL: http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Heizung_Einfluss-der-Wandtemperatur_161092.html

(Zugriff: 19.03.2013)

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—61 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.89, Abb. B 3.16 – 3.23

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—09 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.57

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—62 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.55, Abb. B 1.49

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—10 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

1. Auflage, München. S.59

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur. 1.

—63 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Auflage, München. S.57, Abb. B 1.56 + Abb. B 1.57

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—11 Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

1. Auflage, München. S.59

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—64 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

München. S.29, Abb. B 1.19

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—12 Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

1. Auflage, München. S.59

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—65 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

München. S.30, Abb. B 1.21

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—13 Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

München. S. 36

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—66 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

München. S.39, Abb. B 1.42

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007): Green Bulding.

1. Auflage, München. S.59

Konzepte für nachhaltige Architektur. München. S.39,

—67 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

Abb. B 1.43

(22.02.2013): Gartenstadt URL: http://de.wikipedia.org/

—14 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

wiki/Lärm (Zugriff: 14.03.2013)

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—68 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

1. Auflage, München. S.56, Abb. B 1.53

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—15 Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

München. S. 37

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

München. S.24, Abb. B 1.5

Bildnachweis

—16 Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007): Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—01 Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

München. S.37, Abb. B 1.39

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz

München. S.67, Abb. C 1.7 —02 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

München. S.46, Abb. 26 + Abb. 27 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur. 1. Auflage, München. S.86, Abb. B 3.10 —03 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

1. Auflage, München. S.40, Abb.5 —04 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.69, Abb. B.2.26 —05 Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P. / Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude, die mit weniger Technik mehr können. 1. Auflage, München. S.145, Abb. 5.1.4 —06 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.92, Abb. B 3.30 —07 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.104, Abb. B 3.86 —08 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

wärmeversorgung

abwärmenutzung

nahwärme

kraft-wärme-kopplung

fernwärme

wärmepumpe

kälteversorgung

regenerative wärmeerzeugung

aktive systeme

biomasse + biogas

kompressionskältemaschine

holzhackschnitzel

sorptionskälte

holzpellets

passive systeme

solarenergetische nutzung

solarthermie

blockheizkraftwerk

natürliche wärmesenken

luft-erdwärmetauscher

geothermische nutzung

wasser-erdwärmetauscher

oberflächennahe geothermie

grundwassernutzung

erdwärmekollektoren

nachtluftkühlung

erdspeicher

hybride systeme

erdregister

bauteilaktivierung

erdwärmesonden

sohlplattenrückkühlung

energiepfähle

verdunstungskühlung –

grundwassernutzung

tiefe geothermie

licht

tageslicht

hydrothermale systeme

petrothermale systeme

adibate kühlung

tageslichtnutzung

04

tiefe ermewärmesonden

Technologie

fossile energieträger

tageslichtsysteme

photovoltaik (pv-anlagen)

lichtstreuung / diffuslicht

windgeneratoren - kleinwindanlagen

durchlass gas- / dampfturbinen lichtlenkung brennstoffzelle kunstlicht

virtuelles kraftwerk / smart grids

kunstlichtkonzepte

luft wasser maschinelle lüftung wasserkreisläufe dezentrale zu- und abluftanlagen wasseraufbereitung

freie / natürliche lüftung

regenwassernutzung wind abwassernutzung thermik grauwassernutzung lüftungssysteme

wärmerückgewinnung auS graUwasser quellluftsysteme

wassereinsparende technologien mischlüftung

trockentoilette verdrängungslüftunG vakuum-toiletten

no-mix-systeme

strom zentrale stromversorgung Aufwindkraftwerke

Windenergieanlagen

wasserkraftwerke

Dezentrale stromversorgung

83

FOSSILE ENERGIETRÄGER

:–01: Weltweiter Primärenergieverb

Nicht ohne Beachtung dürfen bei dem Thema der energetischen Nutzung fossile Brennstoffe bleiben, da diese mit circa 80% noch immer den größten Anteil an der Deckung des weltweiten Energiebedarfs haben.

—01, —01

Fossile Energieträger basieren auf dem Kohlenstoffkreislauf und ermöglichen die Verwertung der durch geologische Abbauprozesse über Jahrmillionen in ihnen eingespeicherten Energie. Durch Zersetzung von Biomasse, Druckeinwirkungen darüber liegender Gesteins- und Erdschichten, sowie Veränderungen des Erdinneren und der Erdoberfläche konnten sich so die Energieträger entwickeln, auf denen unsere heutige technische Zivilisation fußt.—02 Zu ihnen gehören beispielsweise Erdöl, Erdgas, Steinkohle, Braunkohle und Torf. Aufgrund ihres organischen Kohlenstoffgehalts wird bei ihrer Verbrennung nicht nur Wärme, sondern auch Kohlenstoffdioxid – je nach Reinheitsgrad des Brennstoffes auch Ruß, Stickstoffdioxid sowie andere chemische Verbindungen – freigesetzt und in die Atmosphäre abgegeben, worin auch ihre Schädlichkeit für Umwelt und Ökosysteme begründet liegt. Proble-

:–02: Globaler Treibhausgasaussto

matisch ist in Bezug auf ihre negativen Effekte vor allem das Verhältnis des

20 % Erdg

langwierigen Entstehungsprozesses - jenseits menschlicher Zeitmaßstäbe – 6 % Öl

zu dem vergleichsweise verschwindend geringen Zeitraum von etwa 200 Jahren, in dem ein Großteil der gebundenen Energie vom Menschen genutzt

37% Kohl

und somit wieder freigesetzt wurde. Erst die technische Erschließung fos-

37 % Öl

siler Energieträger zu Beginn des 18. Jahrhunderts ermöglichte die rapide

2 % Kohl

industrielle Entwicklung der Menschheit und bewirkte so unsere Abhängigkeit von diesen Ressourcen.

4 % Öl &

Aufgrund ihrer endlichen Verfügbarkeit und der, durch die zur energetischen Verwertung notwendigen Verbrennungsprozesse entstehenden umweltschädlichen Abfallprodukte, ist ihre Zukunftsfähigkeit jedoch anzu-

:–03: Funktionsschema der Nahwärme

zweifeln, weshalb ihre Anwendungsmöglichkeiten und Nutzungstechnologien im Folgenden nicht weiter beschrieben werden. Tatsache ist, dass zum heutigen Zeitpunkt eine Energieversorgung aus rein regenerativen Energiequellen auf globaler Ebene noch nicht gewährleistet ist und eine ganzheitliche

Heizzentrale

diesbezügliche Umstrukturierung selbst mit bestem Willen einen langwierigen Prozess darstellt, weshalb fossile Energieträger auch in absehbarer Zukunft noch genutzt werden. Dennoch sollte diese Nutzung nicht bloß weiterbetrieben werden, sondern verstärkt Methoden und Überlegungen zu effizienteren und umweltschonenderen Gewinnungs- und Verwertungsmethoden, parallel zu den Bemühungen einer ‚Energiewende‘, forciert werden.

Fragwürdige und in immensem Maß in die Natur eingreifende Abbaumethoden wie das sogenannte Fracking—03 – hier aus dem Anlass aktueller Genehmigungsdiskussionen in Deutschland genannt – sollten dabei durch ökologisch verträglichere Techniken abgelöst werden. Auch eine Fokussierung auf weniger nachteilige fossile Brennstoffe kann in dieser Übergangsphase sinnvoll sein: So zeigt der Vergleich der CO²-Emissionen

Ablauf Wärmeerzeuger

Zulauf

84

04 Technologie

von Erdöl und Kohle mit Gas – bedingt durch seinen hohen Wasserstoffan-

brauch 21 % Erdgas 35 % Öl 7 % Kernkraft

teil –deutlich ‚vorteilhafter‘ zu bewertende Aspekte.—02 Der Betrieb moderner Heizkessel- und Brennerkonstruktionen erfolgt grundsätzlich mit Gas oder Öl.—04 Als potenzielle Wärmeerzeuger in diesem Bereich ist sowohl der Brennwertkessel – je nach Brennstoffart in Gas-Brennwertkesseln und

2 % Wasserkraft 1 % Andere erneuerbare

Öl-Brennwertkesseln zu unterscheiden – als auch der Niedertemperaturkessel zu erwähnen.

Energien 11 % Biomasse 35 % Kohle

WÄRMEVERSORGUNG NAHWÄRME Als Nahwärme bezeichnet man die thermische Energieversorgung durch Umwandlung von Primärenergie in Wärme innerhalb des zu beheizenden Objekts oder in unmittelbarer Nähe zum Verbrauchsort – charakterisiert somit also die Wärmeversorgung aus dezentralen Wärmeerzeugern.—03

oss mit Anteilen der Energieträger

Im Gegensatz zur Fernwärme, bei der die Abrechnung indirekt über die Gebäudeeigentümer erfolgt, werden die Kosten für den Energieträger bei

gas

der Versorgung mittels Nahwärme direkt mit dem Verbraucher – sprich den Mietern – abgerechnet.

Diese Art der Wärmeversorgung wird laut Deutscher Energie-Agentur

le

(dena) als ökonomische sowie ökologische Alternative der Zukunft gesehen, da bei diesem Verfahren die Möglichkeit besteht, die Produktion indivi-

lebergbau

duell auf die Endverbraucher abzustimmen und durch Anlagen mit hoher

& Gas

Versorgungssicherheit zu optimieren. Einsatz findet Nahwärme vor allem, wenn der Ausbau von Fernwärmenetzen aus wirtschaftlichen oder energietechnischen Gründen nicht sinnvoll erscheint. Nicht nur in der Gewinnungsart – bei Nahwärme beispielsweise durch Einzelfeuerungsanlagen –

e

sondern auch in der Größe der zu versorgenden Einheiten – kleinere EinWärmeabnahme

heiten wie Wohnsiedlungen oder Gewerbegebieten – liegen die signifikantesten Unterschiede beider Versorgungsvarianten begründet.

Die solarenergetische Speisung von Nahwärmenetzen wird als ‚Solare Nahwärme‘ bezeichnet, ist jedoch auf die Verwendung von Kurz- oder Langzeitwärmespeichern angewiesen.—05

FERNWÄRME Entgegen der zuvor beschriebenen Nahwärme findet die Produktion von Fernwärme zentral, in größeren Kraftwerken oder energieerzeugenden Anlagen statt. Von dort erfolgt die Verteilung der thermischen Energie an die Endverbraucher über Fernwärmenetze, die Abrechnung erfolgt jedoch indirekt über die Gebäudeeigentümer. Zudem wird die dort produzierte Wärme häufig nicht nur durch ein Verfahren, sondern durch die simultane Produktion von Strom und Wärme erzeugt, findet folglich also überwiegend im

85

Rahmen einer Kraft-Wärme-Kopplung statt. Der Transport der gewonnenen thermischen Energie erfolgt im optimalen Fall über wärmegedämmte, erdverlegte Rohrsysteme zum Verbraucher, wobei die Übergabe der Wärme in der Hausübergabestation an die Heizungsanlage durchgeführt wird. Dieser kontinuierliche Kreislauf beinhaltet als Wärmeträgermedium oftmals Warmwasser mit Temperaturen unter 110 ° C oder Heißwasser bis zu 180 ° C. Die Erschließung von größeren Wohngebieten bis hin zu ganzen Städten unter Verwendung von Dampf als Wärmeleiter nimmt aufgrund des damit verbundenen höheren Risikos vermehrt ab, stattdessen erfährt der Ausbau von Heißwassernetzten einen Anstieg.

Abgesehen von allen Vor- oder Nachteilen sowie Unterschieden unterliegen Nah- und Fernwärme hinsichtlich des Verfahrens zur Erzeugung wie auch der Brennstoffart vielseitigen Möglichkeiten. Die Produktion findet beispielsweise statt in / durch: Blockheizkraftwerken (BHKW) Heizkessel Wärmepumpen Biomasse Geothermie Solarthermie Abwärmenutzung.—06

:–04: Funktionsschema einer elekt

In vielen Fällen erfolgt die Kombination aus zwei oder mehr Wärmeerzeu-

Kompressionswärmepumpe

gern, bei der einer die Deckung der Grundlasten, der zweite die Abdeckung zusätzlicher Spitzenlasten gewährleistet. Dieses Prinzip der Wärmeversorgung kann sowohl auf regenerativen, als auch auf fossilen Wärmeerzeugern basieren. Im Hinblick auf einen möglichst ressourcenschonenden Betrieb sollte jedoch die Nutzung fossiler Brennstoffe möglichst ein-

Heizung 30 °C Kältemittel

Kondensator

flüssig

45 °C

geschränkt, daher die Wärmeerzeugung sobald möglich auf ausschließlich regenerative Brennstoffe umgestellt werden. Oft wird ein Zweileiter-System

Expansionsventil

mit Vor- und Rücklauf verwendet, um die Trägermedien Warm- und Heißwasser, in seltenen Fällen auch Niederdruckdampf innerhalb eines Kreis-

Verdampfer 0 °C

laufs, zirkulieren zu lassen. Die transportbedingten Wärmeverluste lassen sich dabei durch eine kompakte Bebauung, aber auch durch eine möglichst verbrauchernahe Erzeugung verringern.

5 °C Wärmequelle (z.B. Erdreich, Wasser,

86

04 Technologie

WÄRMEPUMPE Wärmepumpen heben die der Umgebung entzogene Wärmeenergie durch Nutzung des thermodynamischen Kreisprozesses und unter Einsatz elektrischer Energie auf ein höheres Temperaturniveau. Dieses Prinzip kann auf die Gebäudeheizung und die Warmwasserbereitung angewandt, durch technische und physikalische Umkehrung jedoch auch zur Kälteversorgung genutzt werden. Genutzt werden kann hierzu Umweltwärme aus Erdreich, Wasser oder Luft. Zur Beurteilung der energetischen Effizienz einer Wärmepumpe stehen zwei Kennzahlen zur Verfügung: Die Leistungszahl COP (Coefficient of Perfomance) sowie die Arbeitszahl β (in der Regel über ein ganzes Jahr ermittelt und als gemittelte Jahresarbeitszahl ausgegeben), welche das Verhältnis der vom System abgegebenen Nutzwärme (oder -Kälte) zu der dem System zugeführten Energie wiedergeben. „Die Arbeitszahl bezeichnet das Verhältnis zwischen erzeugter Energie in Form von Heizarbeit (in kWh) und der eingesetzten elektrischen Arbeit (kWh). (…) Die Leistungszahl hingegen beziffert das Verhältnis von Heizleistung (in kW) zur Antriebsleistung (kW) der Wärmepumpe in einem bestimmten Betriebszustand.

Sie kennzeichnet die Wirksamkeit der Wärmepumpe zu einem bestimmten Zeitpunkt bei definierten Rahmenbedingungen, beispielsweise der Vorlauftemperatur. Deshalb stellt die Leistungszahl nur einen Momentanwert dar.“—07 Eine steigende Leistungszahl der Wärmepumpe beschreibt folglich einen reduzierten Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und Heizungsvorlauf. Je größer die Differenz zwischen Umweltwärme und Heizwärme, umso mehr elektrische Energie bezieht der Kompressor demnach zur Verdichtung des Arbeits- oder Kältemittels. Das Funktionsprinzip basiert dabei auf einem ständig von flüssig zu gasförmig alternierendem Aggregatzustand der in der Wärmepumpe zirkulierenden Flüssigkeit mit niedrigem

trisch betriebenen

Siedepunkt.—04 Eine Wärmepumpenanlage besteht neben der Quellenanlage (z.B. Erdsonde), welche der Umgebung die benötigte Energie entzieht, aus der eigentlichen Wärmepumpe sowie einem Verteilungs- und Speich-

40 °C

ersystem. Zunächst erfolgt in diesem Prozess der Transport der aus der Umwelt gewonnenen Energie – beispielsweise aus geothermischer Nutzung – zur Wärmepumpe. Innerhalb dieser Wärmepumpe befindet sich ein weiterer

50 °C

Energie (z.B. Strom)

Kompressor

Kreislauf, in welchem ein Kältemittel zirkuliert. In einem sogenannten Verdampfer (Wärmetauscher) wird die zugeführte Energie nun auf dieses Kältemittel übertragen, was aufgrund der entsprechend niedrigen Siedetemperatur des Arbeitsmittels eine Verdampfung desselben zur Folge hat

5 °C

Kältemittel gasförmig

und das Wärmeträgermedium auf ca. 4 bis 6 K abkühlt.

Der entstandene Dampf wird nun in einen Kompressor geleitet, welcher unter Hinzuziehung elektrischer Energie die Verdichtung des gasförmigen

10 °C Luft)

Arbeitsmittels bewirkt. Durch die Druckerhöhung wird Wärmeenergie erzeugt und die Temperatur steigt auf bis zu 70 K. In einem sogenannten Kondensator wird dem gasförmigen Kältemittel nun durch Kondensation die

87

Wärme entzogen und weitergehend zur Wärmeversorgung eines Gebäudes

:–05: Möglichkeiten der Energieber

genutzt. Durch die Kondensation kehrt das Kältemittel also zu seinem ursprünglichen – flüssigen - Aggregatszustand zurück, muss jedoch vor Rück-

tauschers zur Verfügung und der Prozess kann von neuem beginnen.

Biochemische Umwandlung

fänglichem Druckniveau steht es somit wieder den Prozessen des Wärme-

Lagerung

eines Expansionsventils druckentlastet werden. Abgekühlt und mit an-

organ. Abfälle

führung in den Verdampfer – also der Schließung des Kreislaufes – mittels

Primär- und Sekundärprodukte. Erstere bezeichnen die, durch eine direkte photosynthetische Umwandlung solarer Strahlung entstehenden Energieteten Raps. Als Sekundärprodukte hingegen werden grundsätzlich alle organischen Stoffe, welche durch Organismen, Pflanzen und Tiere entstehen, bezeichnet. Weitergehend umfasst der Begriff „die abgestorbene, aber noch nicht fossile Pflanzenmasse sowie im weitesten Sinne alle Stoffe, die durch

Ernterückstände

träger - also Pflanzen wie beispielsweise den in Mitteleuropa weitverbrei-

Physikal.-chem. Umwandlung

masse‘ ergibt sich aus energetischer Sicht durch die Unterscheidung in

Termochem. Umwandlung

masse als auch Biogas. Eine Differenzierung innerhalb des Begriffes ‚Bio-

Transport

Unter die Kategorie der regenerativen Energieträger zählen sowohl Bio-

ernten, sammeln, verfügbar machen

BIOMASSE + BIOGAS

organ. Nebenprodukte

REGENERATIVE WÄRMEERZEUGUNG

eine Umwandlung bzw. stoffliche Nutzung daraus entstehen“.—08 Die Energiebereitstellung des Biomasseaufkommens kann demnach fol-

der Typisierung bietet die Unterscheidung nach ihrem Wassergehalt (Frisch- oder Trockenbiomasse) oder ihrer Herkunft (von Pflanzen stammend = ‚Phytomasse‘ / von Tieren stammend = ‚Zoomasse‘). Spezielle Energiepflanzen, welche eigens für die energetische Nutzung angebaut werden,

Aufbereitung

sowie organische Nebenprodukte und -Abfälle. Eine weitere Möglichkeit

Energiepflanzen

gendermaßen klassifiziert werden: Energiepflanzen, Ernterückstände

weisen das größte Potential einer energetischen Nutzung von Biomasse auf, da sie sowohl zur Brennstoff- als auch Treibstoffgewinnung genutzt werden können.

Hierzu zählen zum Beispiel ölhaltige Pflanzen wie Raps, schnell wachsende Gräser aber auch pflegearme Hecken- und Baumgewächse.

:–06: CO2-Kreislauf von Biomasse

Ebenfalls nutzbar sind aber auch Abfallprodukte aus der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung, welche sich beispielsweise für die Produktion von Biogas nutzen lassen. Das Resultat der unter Luftabschluss erfolgenden

CO2

Vergärung dient dabei ebenfalls – wie die Nutzung trockener Biomasse – der Strom- und Wärmeerzeugung. Weitere Potentiale liegen in der Nutzung biogener Sekundarenergieträger, welche wiederrum die Rückstände nach der Endnutzung charakterisieren und somit als organische Abfälle die Klärund Deponiegase bezeichnen.—09 Die zur Verfügung stehende Biomasse muss vor seiner Nutzung als Energieträger allerdings mehrere Phasen –

Verrottung

Biomas

88

von der Produktions- und Verfügbarmachung bis zur endgültigen Bereit-

reitstellung aus Biomasse

Aerober Abbau

stellung – durchlaufen, oder sich typbezogenen Aufbereitungsprozessen

Anaerober Anbau

Biogas

thermische Energie

unterziehen.—05 Üblicherweise wird Biomasse zur Erzeugung von Strom oder Wärme in Biomasseheizwerken, Biomasseheizkraftwerken oder Biogasanlagen umgesetzt, rechtliche Grundlagen hierzu stellt in Deutschland u.a. die Biomasseverordnung (‚BiomasseV‘).—10 Obwohl viele der natürlich nachwachsenden Rohstoffe zur Energieerzeugung verbrannt werden, sind sie als ‚CO2-neuKohlenstoffdioxid während ihrer Wachstumsphase gebunden wurde.—06 tivierung, Nutzung und Bewirtschaftung entsprechend sozialer und ökologischer Anforderungen und dem reduzierten Einsatz von Pestiziden—11,

flüssiger Brennstoff

mechanische Energie

welche in der Biomassestrom-Nachhaltigkeitsverordnung (‚Bio-St-NachV‘)

Verbrennung

festgelegt sind. Ähnlich wie fossile Brennstoffe verfügt Biomasse über einen Energiegehalt von 40 bis 70 %, erweist sich im Gegensatz dazu, mitunter durch die nachhaltigen Erzeugungsvorgaben und die Bindung von CO2, jedoch als deutlich umweltfreundlicher. Jedoch ist anzumerken, dass für eine ganzheitliche Bewertung von Biomasseprodukten und –Nutzungen nicht bloß die bei der Verbrennung erzeugten, sondern auch die durch den Transport und weitere Bereitstellung verursachten Emissionen zu bilanzieren sind.

Wie bereits beschrieben, werden organische Nebenprodukte und Abfälle (z.B. Dung, Gülle oder Grünschnitt) der nassen Biomasse zugeordnet.

Diese sogenannten ‚Abfälle‘ biologischer Erzeugnisse finden meist Verwen-

elektrische Energie

gasförmg. Brennstoff

ester (PME) Methanol

Voraussetzung für diese Bezeichnung ist allerdings eine nachhaltige Kul-

fester Brennstoff

Fest-

brennstoff

Kohle

Synthesegas

Pyrolyseöl

Pflanzenöl

Pflanzenmethyl-

Ethanol

Alkoholgährung

tral‘ ausgewiesen, da die bei der Verbrennung entstehende Menge an

Umesterung

Pressung/Extraktion

Verflüssigung

Vergasung

Verkohlung

sse

04 Technologie

dung in der Produktion von Biogas oder eignen sich zur Verbrennung und damit zur Strom- und Wärmeerzeugung. Gemäß Braungart und McDonough fällt die Biomassenverwertung demnach unter die effektive Nutzung lokaler Materialien - organische Abfälle, deren Nutzungszyklus eigentlich beendet ist, werden zu Energie weiterverwertet.—12 Zwar geschieht dies nicht immer direkt über den Abbau innerhalb eines biologischen Kreislaufs oder Prozesses, dennoch können die Rückstände dieser Vorgänge einen Nährboden für neue biologische Prozesse bilden, was einer effektiven Nutzung nach dem ‚Cradle-to-Cradle‘-Prinzip entspricht.

Allerdings birgt eine Biomassenutzung nicht nur Vorteile: Der Anbau von Energiepflanzen (z.B. Raps) konkurriert oftmals mit den notwendigen Flächen der Nahrungsmittelproduktion. Diese nur begrenzt zur Verfügung stehenden Anbauflächen regulieren folglich den Ausbau der

CO2

Biomasseproduktion, sodass für Länder mit vergleichbar geringem Flächenpotential wie Deutschland der Import von Biomasse, Biomasseprodukten oder Biokraftstoffen - neben der Entwicklung stetig effizienterer Verwertungstechnologien - die einzige Alternative scheint. Durch die hierbei entstehenHeizung

den weiten Transportwege werden jedoch stark erhöhte Schadstoffausstöße verursacht und Kraft- und Brennstoffe verbraucht. Auch muss bei

89

einem Import in erhöhtem Maße auf die an Anbaustandort die herrschen-

:–07: Feuerungsanlage für holzart

den Rahmenbedingungen eingegangen werden, da selbst eine prinzipiell nachhaltige Biomasseerzeugung eine durchaus negative ökologische Bilanz aufweisen kann. Die ist beispielsweise der Fall, wenn Energiepflanzen auf eigens für den Anbau gerodeten, wertvollen Waldflächen angebaut oder zu deren Kultivierung ökologisch schädliche Pflanzenschutz- oder Düngemittel eingesetzt werden. Um ein Überwiegen der Vorteile zu gewährleisten, erfordert die Nutzung von Biomasse und Biogas unzweifelhaft ein international gültiges Regelwerk, das eine saubere Verwertung der Biomassen regelt und ineffiziente, uneffektive und vor allem umweltschädliche Belastungen von Mensch und Umgebung – auch in Bezug auf die Erzeugung von Biomasse - ausschließt.4_13

holZhackSchnitZel Holzhackschnitzel (auch Hackgut genannt) werden vorrangig aus minderwertigem, nicht zum Baumaterial oder anderen höherwertigen Verarbeitungsformen tauglichem, maschinell zerkleinertem Holz (beispielsweise Waldholz oder Sägereste) hergestellt. Darüber hinaus eignen sich auch andere, naturbelassene, chemisch unbehandelte Industrie- und Energiehölzer schnell wachsender Baumarten zur Herstellung dieses Energieträgers.

Das sogenannte ‚Feinhackgut‘ mit einer Größe von bis zu drei Zentimetern ist für den Betrieb von Kleinanlagen vorgesehen, gröbere Hackschnitzel finden Verwendung in Biomasseheizwerken.

Qualität und Wirkungsgrad variieren nachvollziehbarerweise je nach zugrundeliegendem Rohstoff und dem folgenden Verarbeitungs- und Zerkleinerungsprozess. Diesbezüglich zu beachtende Einflussgrößen sind zum Beispiel der Rindenanteil, welcher den aus der Verbrennung entstehenden Ascheanteil beeinflusst, sowie der Wassergehalt bzw. Vortrocknungsgrad, der den Heizwert maßgeblich bestimmt und die im Holz enthaltene Feuchtigkeit daher auf Werte unter 40% reduziert werden sollte.—14 Die ‚Schüttraumdichte‘ - welche das Gewicht je Meter Schüttraum angibt spielt ebenfalls eine, den Heizwert beeinflussende, Rolle. Konträr zur konventionellen Scheitholzfeuerung – der ältesten Technik zur energetischen Nutzung von Biomasse – ermöglicht die Verwendung von Hackgut eine vollautomatische Beschickung der Heizungsanlagen.

Unter Betracht wirtschaftlicher Aspekte erweisen sich HackschnitzelHeizungssysteme ab einem Energiebedarf von 20kW oder mehr als sinnvoll und eignen sich dementsprechend vorrangig für größere Gebäude mit einem erhöhten Energiebedarf. Auch ein relativ hoher Wartungs- und Beschickungsaufwand der entsprechenden Anlagen empfiehlt den primären Einsatz in größeren Heizzentralen.

1 3

90

tige Energieträger - Hackgutkessel

04 Technologie

Nichtsdestotrotz gewährleistet der Einsatz eines Biomasse-Heizkessels mit seinem Gebrauch natürlicher, nachwachsender Rohstoffe, sowie der vergleichsweise wenig aufwendigen Aufbereitung derselben, eine CO2-neutrale, ökologisch als auch ökonomisch nachhaltige Lösung zur Wärmeversorgung.—15, —07 Holzhackschnitzel können ohne komplizierte Aufbereitungsmaßnahmen

1

Förderschnecke

2

Brennkammer

3

Brennteller

5

Aschebox

7

Wärmetauscher

8

Revisionsöffnung

zur Wärmeversorgung genutzt werden und bestehen aus chemisch unbelastetem Rohholz. Demnach zeichnet sich dieser nahezu überall lokal verfügbare Energielieferant nicht nur durch seine niedrigen Herstellungskosten, sondern – bei nachhaltiger Waldwirtschaft - auch durch seinen regenerativen charakter aus.

Der zugrundeliegende Energieträger Holz ist ausgewiesen cO2-neutral, da er während seiner Entstehung dasselbe Maß an Kohlenstoffdioxid bindet, welches seine anschließende Verbrennung verursacht. Diese Angaben beziehen sich jedoch in der Regel nur auf Lebenszyklus und cO2-Bilanz des Rohstoffes Holz und klammern die notwendigen Herstellungs- bzw.

Zerkleinerungsprozesse sowie den Transport der Güter aus. Holzhackschnitzel werden oft zur reinen Wärmeerzeugung in Kesselanlagen genutzt, finden aber zunehmend auch Verwendung in Blockheizkraftwerken, welche mittels Kraft-Wärme-Kopplung auch der Stromerzeugung dienen. Im Vergleich zu konventionell mit Gas oder Öl betriebenen BHKW fällt der Wirkungsgrad von mit Hackschnitzeln betriebenen BHKW jedoch merklich geringer aus und ist zudem mit relativ hohen Anschaffungskosten verbunden.

Dies, sowie die - im Vergleich zu Gas, Öl oder Pellets - deutlich geringeren Brennstoffkosten empfehlen daher vor allem eine Nutzung in größer dimensionierten Anlagen, wie beispielsweise gewerblichen Objekten, oder als Teil eines Nah- oder Fernwärmenetzes. Eine weitere Einschränkung scheint der hohe Platzbedarf zur Lagerung der Hackschnitzel: Im Vergleich zu Öl haben sie in etwas das zehnfache-, im Vergleich zu Holzpellets das dreifache Lagervolumen. Mit reduzierter Anlagengröße ist zudem verstärkt auf die Qualität der Hackschnitzel zu achten, da im Gegensatz zu den homogeneren Pellets oft eine variierende Beschaffenheit und Güte der Brennstoffe festzustellen ist.

Eine schlechte Materialgüte wirkt sich zudem negativ auf den Heizwert aus, schadet der Verbrennungsanlage und kann so neben einem Energieverlust auch zu erheblichen Mehrkosten führen. Auf Ebene des Nutzungskomforts liegen die Vorteile in der möglichen vollautomatischen Beschickung der Anlagen. Darüber hinaus muss man eine Toleranz gegenüber eventuell auftretender Geruchsbildung sowie der Entsorgung der anfallenden Ascherückstände aufbringen, welche ebenfalls eng mit der Qualität der verwendeten Energieträger korrespondiert. Eine Nutzung im privaten Bereich, beispielsweise bei Einfamilien- oder kleinen Mehrfamilienhäusern, empfiehlt sich daher nur bedingt.

91

holZPelletS

:–08: Feuerungsanlage für holzarti

Anders als Holzhackschnitzel sind Holzpellets ihrer Beschaffenheit betreffend nach DIN 51731 genormt und definiert als zylinderförmige Stäbchen, hergestellt aus gepresstem Restholz. Die klar definierten Qualitätskriterien von Länge (20mm bis 50mm), Durchmesser (4mm bis 10mm), Dichte (≈ 650 kg / m³) und Wasser- sowie Aschegehalt (Wassergehalt <12%; Aschegehalt <1,5%) ermöglichen eine exakte Anpassung der Verwertungssystemtechniken.

Die Presslinge sind darüber hinaus bindemittelfrei aus naturbelassenen

3 1

Hobel- und Sägespänen, in der Regel aus der holzverarbeitenden Industrie sowie der heimischen Land- und Forstwirtschaft stammend, herzustellen.

Der Heizwert beträgt durch die fertigungsbedingte Volumenreduzierung und damit erhöhte Dichte der Holzreststoffe ungefähr 5,1 kWh / kg. Im Ver-

:–09: Theoretisches Potential der

gleich entspricht dies der Menge von 2,5 kg Holzpellets, annähernd 1l Öl

die Erde im Vergleich zu fos

oder 1m³ Erdgas. Ähnlich wie Holzhackschnitzel verfügen auch Pellet-An-

weltweitem Energieverbrauch

lagen—08 über eine automatische Zuführung und sind unter Betracht des Platzbedarfs, möglicher Lagerzeiträume, wie auch des Bedienkomforts mit einer konventionellen Ölheizung vergleichbar. Angesichts dieser wesentlichen Eigenschaften stellt die Verwendung von Holzpellets eine besonders hochwertige und effektive Verbrennung von Biomasse dar, welche durch die vorgegebene Normierung und die daraus resultierende Präzision der Technik Wirkungsgrade von über 90% bei vergleichsweise geringen Emissionen aufweist. —17 Analog zur Holzhackschnitzel-Nutzung oder anderen, auf dem Rohstoff Holz basierender Energiegewinnungstechniken, bietet auch die Nutzung von Pellet-Anlagen die Vorteile lokal verfügbarer, ökologisch regenerativer, relativ emissionsarmer Energieträger. Aufgrund des Ausgangsmaterials Holz ist die cO2-Bilanz ohne Berücksichtigung der Produktions- und Transportkette folglich ausgeglichen. Allerdings unterliegen Holzpellets einer Normung, welche zwar den Vorteil eines, in seinem Energiegehalt gesteigerten, qualitativ homogenen Energieträgers bietet, zugleich jedoch in umfassendere Produktions- und Herstellungsvorgänge eingebundenen ist, welche durch den Verbrauch ‚grauer Energie‘ zusätzliche Emissionen verursachen. Insgesamt erzeugen Pellets bei einer nachhaltigen Waldwirtschaft jedoch deutlich geringere klimarelevante cO2-Freisetzungen (ca. 42g / kWh) als fossile Energieträger wie z.B. Öl (303g / kWh).—18 Eine Tonne Pellets entspricht dabei in etwa dem Energiegehalt von ca.

500l Heizöl. ähnlich den Holzhackschnitzeln eignen sich auch Pellets für den Einsatz in einem BHKW, in welchem sie einen hohen Wirkungsgrad erreichen—19 und zudem deutlich geringere Ascherückstände verursachen.

Kritisch sollte jedoch die Verwendung von bis zu 2% nahrungsmitteltauglicher Mehle als Pressmittel angesehen werden, welche folglich nicht mehr

:–10: Jährlicher Sonnenverlauf auf 21.06.

Sommersonnenwende 21.03. / 21.09.

W

Tag- und Nachtgleiche 21.12.

Wintersonnenwende

Süd

92

ige Energieträger - Pelletkessel

04 Technologie

der Erzeugung von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen. Ebenso ist bei international vermarkteten Pellets nicht immer gewährleistet, das lediglich Restholz oder anfallende Holzabfälle zur Fertigung genutzt wurden, sondern eigens dafür Waldflächen gerodet werden, so beispielsweise auch Tropenholzpellets.—20 Diese sind nicht bloß aufgrund des in seiner Wertigkeit unzureichend genutzten Ausgangsmaterials, sondern auch aufgrund der energieverschlingenden, langen Transportwege zu kritisieren.

Insgesamt werden in Deutschland – aber auch weltweit – zunehmend

1

Förderschnecke

3

Brennteller

4

Elektrozündung

6

Ventilator

zu fossilen Ressourcen deutlich niedrigeren cO2 und Schwefeloxid-Aus-

7

Wärmetauscher

8

Revisionsöffnung

stoßes, eine tendenziell zu begrüßende Entwicklung darstellt, zugleich je-

mehr Pellet-Anlagen in Betrieb genommen, was aufgrund des, im Vergleich

doch Gefahren birgt: Der massiv ansteigende Nutzungsgrad erfordert mindestens in gleichem Maße wachsende Waldflächen. Es ist daher von

jährlichen Sonneneinstrahlung auf

ssilen Rohstoffreserven und

besonderer Relevanz, den Waldbestand nicht in Manier des Abbaus fossiler Rohstoffe bei steigendem Bedarf radikal zu minimieren, sondern eine nachhaltige Waldwirtschaft aufrecht zu erhalten. Genau hier liegen die Systemgrenzen holzbasierter Energiegewinnung. Ein Überschreiten dieses

jährliche Sonneneinstrahlung auf der Erde

Nutzungsmaßes oder gar ein Raubbau hätte kaum einschätzbare und vor allem weitreichende Folgen für die globale Situation.—21 Auch die Aussage der Klimaneutralität des Verbrennens von Holz wird durch den grenzüberschreitenden Handel und die zunehmend intensiv-

Erdöl

eren Waldnutzungen relativiert. Auch ist es sinnvoll sich den zeitlichen As-

Erdgas

pekt vor Augen zu führen: Je nach Holzart und Standort werden zwischen

Kohle

16 und 100 Jahre zu einer entsprechenden Bindung von cO2 benötigt, die Energieerzeugung durch Holzverbrennung ist ein ausschließlich kurzfristi-

Uran

ger Prozess, welcher nur vorübergehend einen Bedarf deckt. Primär sollte

weltweiter jährlicher

Holz daher als Baumaterial eingesetzt werden, da es so deutlich länger

Energieverbrauch

wirken und dem geforderten Zweck dienlich sein kann. Nach Ablauf einer konstruktiven Nutzung ist es jedoch durchaus sinnvoll Holz als Grundlage einer energetischen Verwendung zu nutzen und es so einem geschlossenen Stoffkreislauf zuzuführen.

f der nördlichen Hemisphäre

SOlarenerGeTiSche nuTzunG

Meridian

Grundsätzlich ist die Strahlungsenergie bzw. der Wärmeertrag aus solarer

West

Einstrahlung aktiv als auch passiv nutzbar. Die Umwandlung von SolarNord

strahlung in Wärmeenergie wird dabei generell als ‚Solarthermie‘ bezeichnet und ist an einige grundlegende Voraussetzungen gekoppelt, auf welche unter ‚Solarthermische Anlagen - Solarthermie‘ weiter eingegangen wird.

Azimut Ost

Das Energiepotential der auf der Erde auftreffenden solaren Strahlung übersteigt den weltweiten Energieverbrauch um ein Vielfaches und weist die Sonne somit als die wichtigste, potentiell nutzbare, regenerative Energiequelle, die uns zur Verfügung steht aus.—09 Um eine effiziente Nutzung dieser Energiequelle zu ermöglichen, ist das Wissen um ihren Verlauf im

93

Turnus der Tages- und Jahreszeiten eine wichtige Handlungsgrundlage.

:–11: Solare Nutzung in Gebäuden [

Wie eingangs erwähnt, ist eine Differenzierung zwischen passiver

transparente

und aktiver Nutzung der Sonnenenergie möglich. Die passive Nutzung

Gebäudehülle

—10

bezieht sich dabei auf eine diesbezügliche Optimierung ohne den Einbezug zusätzlicher technischer Anlagen. Hierzu zählt beispielsweise die Positionierung von solar bestrahlten Speichermassen zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs in der Heizperiode oder eine auf die Nutzung des Son-

Speichermasse

a

nenlichts hin ausgerichtete Gebäudeform oder Typologie. Die Nutzung er-

Kollektor

folgt also lediglich über die bauliche Gestaltung und deren Materialität und kann in Bezug auf die Wärmeerzeugung als Absorption von Sonneneinstrahlung - welche durch den photothermischen Effekt eine Umwandlung in Wärmestrahlung zur Folge hat - beschrieben werden, ist jedoch auch zeitlich an die Verfügbarkeit solarer Strahlung gebunden.

Kollektorkreis

b

Die aktive Nutzung greift zu einer dahingehenden Optimierung oder weitergehender Nutzung solarer Erträge hingegen auf spezielle Technologien, Installationen oder Systemkomponenten zurück. Die Absorption, Umwand-

:–12: Sonnenstrahlung - Anteile in

Solarkonstant 1,37 kW/m

lung, Speicherung und Nutzung erfolgt also nicht ausschließlich durch Bauteile oder bauliche Substanz, sondern mithilfe technischer Werkzeuge.

Kollektoren, Wärmeträger, Transportsysteme und Wärmespeicher ermöglichen neben einer möglichen Einflussnahme auf den Wärmefluss zudem eine zeitliche Entkoppelung der Nutzung solarer Wärme von den natürlich limitierten Bestrahlungszeiträumen und wechselnden Intensitäten.—22, —11

Von zentraler Bedeutung für beide Varianten solarenergetischer Nutzung ist neben dem Standort und seinem Kontext die Ausrichtung des Gebäu-

des. Eine passive Nutzung verzeiht eine diesbezügliche Fehlplanung kaum,

Globalstrahlung =

diffuse Strahlung

aktive Nutzungskonzepte bieten jedoch durch die Möglichkeit einer opti-

Auf der Erdoberfläche

mierten Ausrichtung der technischen Komponenten auch nachträglich

und z.T. Umwandlung in Wärme

Chancen eine ungünstige Gebäudeausrichtung zu kompensieren.

Zum weiteren Verständnis solarenergetischer Nutzung ist zudem eine

+

re

St

Reflexionen der Sonnenstrahlung

bei wolkenlosem Himmel,

im rechten Winkel zur Strahlungsr

Differenzierung innerhalb der sogenannten Globalstrahlung vorzunehmen.

Die ‚direkte‘ bezeichnet dabei die ungehindert und direkt auf einem Standort oder Gebäude auftreffende, die ‚diffuse‘, die erst nach einer Brechung

:–13: Schema einer solarthermische

durch Wolken auf die Erdoberfläche gelangende solare Strahlung. Darüber hinaus wird ein gewisser Anteil der Globalstrahlung von der Erdoberfläche oder darauf errichteten Gebäuden und anderen baulichen Anlagen reflektiert und folglich als Reflexionsstrahlung bezeichnet.—12 Anzunehmende

Kollektor

Nachh

Kenngrößen liegen bei einer klaren Atmosphäre – also einer direkten Einstrahlung – bei ungefähr 1000 W / m², bei einer aufgelockerten Bewölkung ca. 200–700 W / m² und bei einer dichten Bewölkung bei unter 200 W / m².—23 Über das Jahr gemittelt sind die Anteile beider Strahlungstypen proportional etwa gleichwertig und somit prinzipiell energetisch nutzbar, jedoch können nicht alle solarthermischen Systeme gleichermaßen davon Gebrauch machen.

Regelung

94

SOLARTHERMIE ⁄ SOLARTHERMISCHE ANLAGEN

[a = passiv / b = aktiv]

Grundlegend definiert sich die Nutzung solarthermischer Anlagen—13 über Wärmeabgabe (unkontrolliert)

estrahlung, welche beim Auftreffen von Licht auf ein absorptionsfähiges werden dafür von einem Wärmeträgermedium durchströmt, welches über Wärmeabgabe (unkontrolliert)

in die Anlage integrierte, teils aber auch externe Wärmetauscher eine Abführung des Wärmeertrags in einen Speicher ermöglicht. Idealerweise sollten Reflexion und Transmission der Absorber dabei minimiert und die absorbierte Wärmeenergie folglich unter Vermeidung von Abstahlungsverlusten—14

Heizkreis

in das Trägermedium übertragen werden.

Die Energiedifferenz zwischen zugeführten und abgeführten Trägermedien stellt dabei den aus der auftreffenden solaren Strahlung erwirtschafteten Wärmeertrag dar. Entscheidendes Qualitätsmerkmal solarthermischer Anlagen ist dabei der resultierende Wirkungsgrad. Meist werden solarther-

te m2

trahlung

den Prozess der Umwandlung von kurzwelliger Solar- in langwellige WärmMaterial – dem solarthermischen Wandler – erfolgt. Die Solarkollektoren

n der Erdatmosphäre

eflektierte

04 Technologie

mische Anlagen zur Brauchwassererwärmung, aber auch zur Unterstützung der Gebäudeheizung verwendet, sodass durch diesen Vorgang erwärmtes Wasser daraufhin zur weiteren Nutzung bereitsteht. Überdies besteht oftmals noch die Möglichkeit der zusätzlichen Nachheizung. Das Eindringen von kaltem Wasser in den Wärmetauscher wird - beispielsweise durch einVerlust durch Streuung, Reflexion, Absorption +

en Temperaturdifferenzregler im Solarkreislauf – verhindert, weshalb folglich nur in den Kollektoren erwärmtes Wasser in den Speicher gelangt.—24

direkte

Ungeachtet der Nutzung einer regenerativen Energiequelle sind zu einer

Strahlung

Bewertung der Systeme sämtliche, durch den Herstellungsprozess sowie den Betrieb der meist notwendigen Pumpen, verursachten Emissionen einzubeziehen. Derzeit marktübliche, solarthermische Kollektoranlagen können gemäß ihrer technischen Ausbildung und zugrundeliegender Prinzipien in offene Absorber, Flach-, Luft-, Vakuumröhren- oder konzentrienende

richtung ~ 1 kW/m

2

Kollektoren unterschieden werden.—15

Die einfachste Art der solarthermischen Wandler – sogenannte offene Ab-

sorber – finden beispielsweise Anwendung bei der Beheizung von Freibädern,

en Anlage

besitzen aufgrund hoher Wärmeverluste jedoch lediglich einen geringen Wirkungsgrad von ungefähr 40%. Die meist verwendete Kollektorart - der Flachkollektor - zeichnet sich durch ein flaches Gehäuse, eine Dämmung auf der Warmwasser

heizung

sonnenabgewandten Seite, sowie spezielle Solarglasabdeckungen aus und befördert die nutzbare Wärme mithilfe einer aus Wasser und Glykol bestehenden Trägerflüssigkeit, womit er einen deutlich höheren Wirkungsgrad

Speicher

von 60% bis 70% erreicht. Ähnlich aufgebaut, jedoch etwas wirkungsvoller, sind sogenannte Luftkollektoren, welche meist in Kombination mit Luftheizsystemen Verwendung finden. Die Wärmeaufnahme erfolgt hier allerdings nicht über eine im System zirkulierende Flüssigkeit, sondern über das Vorbeiführen der Luft an solar erwärmten Absorberblechen.—25

Kaltwasser

95

Im Vergleich zu den genannten Systemen nutzen Vakuumröhrenkollek-

:–14: Verlustfaktoren der Wärmeabs

toren die solare Einstrahlung, mit einem Wirkungsgrad von 80 bis 85%, am

100% solare Strahlungsenergie

effizientesten. Bewerkstelligt wird dies durch das Anordnen der flächigen oder runden Absorber in einer evakuierten Glasröhre sowie das Abführen

7% Reflexion

der absorbierten Energie in gedämmten Rohren, was eine nahezu vollständige Minimierung von Konvektions-Wärmeverlusten sicherstellt.

Glas

2% Absorptio

Viele Modelle erlauben zudem eine Drehung der Absorber-Röhren und damit eine optimierte Ausrichtung zur solaren Strahlung, sodass auch bei flachen oder steilen Neigungswinkeln eine hohe Effizienz gewährleistet

15% Konvektion

bleibt. Diesem Umstand ebenfalls zuträgliche sowie gängige Maßnahme ist das Aufbringen hochselektiver Schichten auf der Außenseite der Glasröhren. Eine weitere Konstruktionsart sind die konzentrierenden Kollek-

Absorber

Dämmung

3% Wärmel

toren, welche hoch reflektierende Spiegel oder Linsen nutzen um die Sonneneinstrahlung auf die im Brennpunkt angebrachten Absorber zu konzentrieren und deren Wirkungsgrad somit zu erhöhen. Dieses Prinzip

:–15: Typische Kollektorarten und

findet aufgrund der Notwendigkeit ausschließlich direkter solarer Ein-

Bezeichnung

strahlung vor allem in südlicheren Regionen Europas Anwendung, meist

Querschnitt

offener Abs

sogar in eigens zur Energieerzeugung errichteten Anlagen größeren Maßstabs.—26

Energieträgerfluss

Fernab von den Anforderungen nachhaltiger Anbaumethoden pflanzlicher Energieträger bietet sich die Sonne, als eine tatsächlich unerschöpfliche Energiequelle und damit sinnvolle Alternative zur Wärme- und Stromerzeugung, an. Die solarenergetische Nutzung erweist sich dabei als gefahrlos und vor allem prinzipiell umweltfreundlich, da der Natur keine Schäden

Wirkungsgrad

zugefügt oder Güter entnommen werden. Unter Einbezug der notwendigen

typ. Anwendung

40%

typ. Betriebstemeratur 30-40°C

Freibadheiz Wärmepumpe

Technologien und Systemkomponenten, deren Herstellung, Betrieb und Entsorgung relativiert sich diese uneingeschränkte Empfehlung jedoch: Die Herstellung von Solarmodulen benötigt eminente Energieaufwend-

Bezeichnung

ungen unter Verbrauch endlicher Ressourcen. Nun sollte ein notwendiger

Querschnitt

Flachkollekt

Energieaufwand zur Herstellung einer Technologie nicht als tragender Kritikpunkt angeführt werden, da alle herstellenden Prozesse Energie ver-

Energieträgerfluss

schlingen. Längerfristig ist es eine generelle Anforderung, den notwendigen Energiebedarf solcher Prozesse zu minimieren oder eine flächendeckende regenerative Erzeugung zum Standard zu erheben. Kritischer sind die verwendeten Materialien zu beurteilen, neben Glas – was in einem reinen Zustand zu 100% wiederverwertet werden kann – sind vor allem die, den Wirkungsgrad der solarthermischen Anlagen sinnvollerweise erhöhenden, Oberflächenbeschichtungen der Module eine Problematik. Diese selektiven Schichten werden in verschiedenen Verfahren hergestellt: So beispielsweise durch das Aufdampfen von metallischen und dielektrischen Schichten – sogenannten Interferenzfiltern – auf eine Glasscheibe, oder durch das sogenannte Galvanisieren – eine Oberflächenveredlung auf Basis von Metalloxiden oder Sulfiden wie Nickel, Chrom oder pigmen-

Wirkungsgrad

65-70%

typ. Betriebstemeratur 60-90°C typ. Anwendung

Trinkwassere Heizung,

solare Kühlu

96

Energieertrag [%]

sorption [Beispiel Flachkollektor]

on

04 Technologie

tiertem Aluminiumoxid.—27 Zwar sind diese aufgebrachten Schichten nur wenige Mikrometer stark, dürfen jedoch aufgrund ihrer toxischen Eigenschaften nicht unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Gerade vor dem Hintergrund des rasant wachsenden Marktes auf dem Gebiet solarer Nutzungen ist neben dem Ressourcenverbrauch auch die damit einhergehende Umweltbelastung zu berücksichtigen. Als problematisch stellt sich – wie bei so vielen Baustoffen und Technologien – die Entsorgung bzw. das Recy-

5% Reflexion 8% Wärmeabstrahlung 60% absorbierte Energie

cling ausgedienter oder defekter Anlagen dar. Fehlende gesetzliche und normative Regelungen (bisher sind Solarmodule aus der in der EU geltenden ‘WEEE‘-Richtlinie ausgenommen) ermöglichten bislang einen großen Interpretationsspielraum, welcher teilweise zu wenig ökologischen Entsorgungsstrategien führte. Zwar versuchte der 2007 gegründete Branchenverband

leitung

PV-Cycle sich auf nationaler Ebene an der Entwicklung flächendeckender Sammel- und Recyclinglösungen, aufgrund der ungelösten FinanzierungsAnwendungsbeispiele

sorber

zung

tor

erwärmung

ung

Luftkollektor

frage ist der Erfolg der Bemühungen jedoch weiterhin umstritten. Ökologisch betrachtet erscheint es daher notwendig eine grundlegende Sammelwie auch Verwertungsstrategie festzulegen. Einen Schritt in die richtige Richtung markiert der Änderungsbeschluss oben genannter ‚WEEE‘-Richtlinie (Waste of Electrical an Electronic Equipment). Demnach sollen künftig 85% der in der EU verkauften Solarmodule gesammelt und zu mindestens 80% recycelt werden.—28 Fragwürdig ist jedoch, warum lediglich inkonsequente 85% der Module und nicht der gesamte Bestand als dahingehend recycling-pflichtig deklariert wurden. Um die Entsorgungsthematik nicht nur effizient, sondern auch

60-65% 40-50°C

im Sinne einer ökologischen Effektivität zu behandeln, wäre ein Anknüp-

Luftheizung

fen an den von Braungart und McDonough ausgeführten Thesen des ‚Wiege-

solare Kühlung

zur-Wiege‘-Prinzips, möglicherweise sogar unter Einbezug des ebenfalls von diesen Autoren entwickelten Konzepts des ‚Öko-Leasings‘ zu bedenken.

Vakuumröhrenkollektor

Beide Konzepte folgen der Maxime der strikten Trennung von Wertstoffen und deren Zirkulation in geschlossenen Ressourcenkreisläufen zur Vermeidung von Abfällen.

—29

Bereits im Jahr 2002 formulierte auch Diplom-

Ingenieurin Birgit Hütter in der Broschüre ‚Photovoltaik – und SolarthermieAnlagen. Aufbau, Verwendung, Verwertung und Entsorgung‘—30 ähnliche Überlegungen zur Rückführung von Metallbauteilen in entsprechende Materialkreisläufe. Das fördern solcher Materialströme würde eine fortwährende Produktionsgrundlage für weitere Anlagen gewährleisten und zudem verhindern, dass toxische Elemente durch unsachgemäße Entsorgung in die 80-85% 70-130°C Trinkwassererwärmung Heizung, solare Kühlung

Umwelt gelangen. Dies würde jedoch vor allem für die produzierende Industrie einen immensen Mehraufwand bedeuten, der langfristig aber unvermeidbar zu sein scheint. Prinzipiell sollten ökonomische Mehraufwendungen, in Anbetracht der Erhaltung und Sicherung unserer natürlichen Lebensgrundlage, idealerweise keinen Einfluss auf die Entwicklung nachhaltiger Stoffströme und Handlungsweisen haben. Technologiebezogene Kritik an solarthermischen Anlagen kann zudem an den noch in zu gerin-

97

gem Maße leistungsfähigen Speichern geübt werden. Für einen gesteigerten ‚solaren Deckungsanteil‘—31 müssten größere Speichervolumina entwickelt werden, welche die Anlagendimensionierung nicht in ein exorbitantes Verhältnis zur flächenspezifischen Effizienz des Systems stellen und zugleich ausführbar konzipiert sind. Zudem mindern Energieverluste sowie zu kurze Wärmespeicherungs-Zeiträume, welche teilweise ein Nachheizen erfordern, den grundsätzlich nachhaltigen Ansatz. Bislang wird zwar eine grundsätzliche, doch recht kurzfristige Entkoppelung des Strahlungsgewinns vom natürlichen Strahlungsangebot ermöglicht, jedoch müssen langfristig leistungsfähigere Speicher entwickelt werden, um das gegenläufige Verhältnis von Angebot und Nachfrage solarer Strahlung und Energiebedarf im Wechsel von Sommer und Winter zu kompensieren.

GEOTHERMISCHE NUTZUNG „Geothermische Energie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. Synonyme sind Erdwärme oder auch Geothermie. Erdwärme steht generell überall und jederzeit zur Verfügung. Bei sachgerechter Bewirtschaftung ist sie praktisch unerschöpflich.“ (VDI-RICHTLINIE 4640) Erdwärme ist grundlegend auf zwei divergierende Komponenten zurückzu-

„Geothermische die in Form von

cherte Energie u Oberfläche der Synonyme sind

auch Geotherm

steht generell ü

jederzeit zur Ve

sachgerechter B

tung ist sie prak schöpflich.“

führen: die Gravitationswärme aus dem Entstehungsprozess des Planeten mit einem Anteil von ungefähr 30 Prozent, sowie aus dem Zerfall natürlicher, radioaktiver Elemente entstammende Energieströme, welche die verbleibenden 70 Prozent ausmachen.

Mit zunehmender Tiefe steigt die Erdtemperatur im Mittel um etwa 3 Kelvin pro 100 Meter und erreicht approximative Werte von 5.000 bis 6.000°C im Erdmittelpunkt. Der geothermische Gradient bezieht sich dabei auf

:–16: Schemadarstellung eines Erdw

diesen Wirkungszusammenhang und wird in mK / m (Angaben in °C je km) gemessen. Die Temperaturverteilung im Untergrund ist jedoch nicht flächendeckend einheitlich, sodass in einigen Bereichen eine signifikante Erhöhung gegenüber dem Durchschnittswert zu verzeichnen ist, welche als

Wärmepumpe

positive Temperaturanomalie bezeichnet wird und einen Vorteil für geo-

Wärmespeicher

thermische Energienutzungen bedeutet. Prinzipiell können geothermische

Erdregister

Systeme sowohl zur Wärme- und Kälteversorgung als auch zur indirekten Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden. Die sogenannte Enthalpie (Wärmeinhalt) stellt dabei ein Maß für die Energie thermodynamischer Systeme dar. Weitergehend wird die Geothermie klassifiziert in: Oberflächennahe Geothermie und Tiefe Geothermie. Bei erstgenanntem Prinzip wird die geothermische Energie dem oberflächennahen Erdmantel durch Bohrungen oder Flächensysteme - üblicherweise bis zu einer Tiefe von 400 Metern - entzogen. Hierzu erforderliche Techniken sind beispielsweise Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Grundwasserbohrungen

98

e Energie ist Wärme gespei-

04 Technologie

und Energiepfähle. Soll eine energetische Nutzung hinsichtlich der Wärmeund Kälteversorgung von Gebäuden oder technischer Anlagen erfolgen, werden meist sogenannte Wärmepumpen verwendet, um die dem Erdmantel entnommene Energie nutzbar zu machen.

unterhalb der

Bei Bohrungen tiefer als 400m – üblicherweise jedoch tiefer als 1000 m –

festen Erde.

von tiefer Geothermie gesprochen, welche zudem in hydrothermale (auf natür-

Erdwärme oder

petrothermale (auf der natürlichen Gesteinswärme basierenden) Verfahrens-

mie. Erdwärme

und einem dadurch erreichten Temperaturbereich von 60°C und höher, wird lich vorhandenen Wasserdampf oder Thermalwasser zurückgreifende) oder weisen zu differenzieren ist. Im Gegensatz zu oberflächennahen geothermischen Systemen bedarf es bei diesen Methoden nur in verringertem Maß der Verwendung von Wärmepumpen.—32

überall und

Besonders geeignet für tiefe geothermische Nutzungen sind vulkanisch

erfügung. Bei

die Temperaturzunahme pro 100m Tiefe bei über 3°C liegt. Ein in Mitteleu-

Bewirtschaf-

ktisch uner-

wärmekollektors

inaktive Regionen, welche ‚geothermische Wärmeanomalien‘ aufweisen, d.h. ropa einmaliges Beispiel hierfür ist der Oberrheingraben, welcher aufgrund aufsteigender, heißer Tiefengewässer partiell bereits in einer Tiefe 1000m Temperaturen bis zu 100°C aufweist.—33

OBERFLÄCHENNAHE GEOTHERMIE ERDWÄRMEKOLLEKTOREN ⁄ ERDSPEICHER ⁄ ERDREGISTER Eine Nutzungsmethode zur Gewinnung oberflächennaher Erdwärme bieten sogenannte Erdwärmekollektoren - auch horizontale Erdreich-Wärmetauscher genannt.—16 Hierzu werden ca. 0.2m unter der örtlichen Frostgrenze Rohrregister oder Kapillarrohrmatten verlegt, in welchen ein Trägermedium (meist ein Wasser-Glykol-Gemisch oder eine Soleflüssigkeit) zirkuliert und sich durch die im Erdreich gespeicherte Energie - entstanden aus solarer Einstrahlung, Wärmeübertragung aus der Luft oder Niederschlägen - auf annähernd 10°C erhitzt.—32 Die zur Gebäudeheizung benötigten höheren Temperaturen werden jedoch erst durch die Kopplung an eine Wärmepumpe erreicht. Des Weiteren besteht eine starke Abhängigkeit von natürlichen, jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen sowie der damit zusammenhängenden Wärmequellentemperatur. Längere Kälteperioden erhöhen daher die entstehenden Betriebskosten der Wärmepumpe und verringern somit den Wirkungsgrad des technischen Systems. Auch die Beschaffenheit des vorhandenen Bodens hat Einfluss auf die spezifische Entzugsleistung (W / m²) der Erdwärmekollektoren: ein trockener, sandiger Boden hat beispielsweise ein Energiepotential von 15 W / m², ein trockener, lehmiger Boden in etwa 25 W / m² und ein grundwasserführender Boden bis zu 35 W / m². Unabhängig dieser Werte sollte eine Entzugsleistung von 10W pro Meter Rohr nicht überschritten werden.—35 Als grober Richtwert zum Flächenbedarf von Erdwärmekollektoren kann in etwa das Zweifache der

99

zu beheizenden Fläche angenommen werden. Aufgrund der eben aufgeführ-

:–17:

Schemadarstellung einer Erd

ten Parameter sowie Material und fertigungsspezifischen Eigenschaften der verschiedenen Systeme variieren Anzahl und Umfang der benötigten Rohrkreisläufe jedoch mitunter beträchtlich.

Wärmepumpe

ERDWÄRMESONDEN

Wärmespeicher Erdwärmesonde

Im Vergleich zu den flächig verlegten Erdkollektoren handelt es sich bei Erdwärmesonden um vertikale, geschlossene Systeme zur energetischen Nutzung der Erdreich- bzw. Grundwassertemperatur, eine in Deutschland also üblicherweise in Tiefen von 30 bis 100 Metern anwendbare Technolgie.—36, —17 Eine tiefere Abteufung ist aus wirtschaftlichen als auch technischen Gründen wenig sinnvoll.

Aufgrund des natürlich aufwärts gerichteten Wärmeflusses aus dem

:–18: Als Energiepfähle ausgeführt oberflächennaher Geothermie

Erdinneren und des somit erreichten, weitgehend konstanten Temperaturniveaus, dem geringen Flächenbedarf (meist vertikale, lediglich in seltenen Fällen schräge Bohrungen) sowie der Möglichkeit des nachträglichen Einbaus, zählen Erdwärmesonden zu den am weitesten verbreiteten Systemen in Mittel- und Nordeuropa. Als Wärmetauscher fungierende U- oder koaxial-Rohre beziehen Energie aus dem Erdreich, welche zuvor durch Absorption solarer Einstrahlung eingespeichert wurde, weshalb sie untergeordnet auch der indirekten Nutzung von Sonnenenergie zuzuordnen sind.—37 Analog zu den zuvor genannten Erdwärmekollektoren dient auch bei diesem System Wasser – unter Zugabe von Frostschutzmittel – oder Soleflüssigkeit als, innerhalb des Rohrkreislaufs zirkulierendes, Trägermedium. Der signifikanteste Unterschied zu Erdregistern, bei denen die Gefahr eines nicht regenerierbaren Dauerfrosts durch überschüssig entzogene Wärme besteht, liegt – neben der Ausrichtung der Systeme – in der Potentialität der autonomen Regeneration des Erdreichs nach Entzug der thermischen Energie.

Um eine wechselseitige Beeinflussung der Sonden zu vermeiden, ist un-

Gründungspfähle / Energiepfä

:–19: Schema eines Brunnensystems

abhängig von der Dimension oder Anzahl der Sonden innerhalb des Systems, untereinander jeweils ein Mindestabstand von ungefähr 10 Prozent der Sondenlänge einzuhalten. Daher ist vor Installation eines Erdwärme-

Entnahmebrunnen

sonden-Systems ist eine geologische Vorerkundung zur Klärung der Schichtenfolge und der Grundwasserverhältnisse sowie die Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds - ein sogenannter ‚Geo-

Fließri

Fliefge

Geschwi

thermal Response Test‘ - unabdingbar.

ENERGIEPFÄHLE ⁄ THERMISCH AKTIVIERTE GRÜNDUNG Ein den Erdwärmesonden ähnliches Funktionsprinzip haben die sogenannten Energiepfähle. Bei der Erstellung von Bauwerken auf schwierigem Baugrund sind oft Tiefengründungen erforderlich, um die auftretenden Lasten

Mindest

(Gefahr von Ablanger

100

04 Technologie

über senkrechte Betonelemente wie Gründungspfähle oder Pfahlwände in

dwärmesonde

den Untergrund abzuleiten.—18 Angesichts der guten Wärmeleitfähigkeit von Beton empfiehlt sich in manchen Fällen daher eine Nutzung dieser thermischen Speicherfähigkeit durch Ausbildung der Gründungen zu sogenannten Energiepfählen. Die erfolgt über die problemlose Einbindung eines Wärmetauschersystems in die ohnehin erforderlichen Armierungskörbe.

Dem Prinzip der Erdsonden entsprechend dient das systemumgebende Erdreich als saisonaler Speicher bei wechselseitigem Wärme- und Kältebetrieb. Die Ausführung der Stahlbetonpfähle ist auf der Baustelle aber auch werkseitig möglich. Ein hoher Vorfertigungsgrad unter optimalen Bedingungen im Fertigungswerk hilft dabei bei der Minimierung verfahrensbedingter Risiken - wie beispielsweise der Einhaltung der definierten Abstände und Überdeckungen der Wärmetauscher – und hat, neben Auswirkungen auf die

te Gründung zur Nutzung

Ausführungsqualität, durch die Möglichkeit der direkten Verarbeitung der Fertigteile, zudem positive Effekte auf die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme. Bei einer optimalen, den Bodenverhältnissen angepassten Auslegung und Dimensionierung, kann neben einem höheren Wirkungsgrad auch ein Kostenvorteil von bis zu 40% gegenüber konventionellen Erdwärmesonden entstehen. Analog zu dem Prinzip der Energiepfähle können auch andere erdberührte, technisch notwendige Betonflächen und -bauteile geothermisch aktiviert werden. Größtes diesbezügliches energetisches Potential haben – neben den Pfahlgründungen – Bodenplatte, Fundamente oder

Nicht tragfähiger

Schlitzwände. —38

Baugrund

GRUNDWASSERNUTZUNG Grundwasserleiter (Sand)

Grundwasserbohrungen nutzen unter Verwendung einer Grundwasser-Wärmepumpe die im Wasser gebundene thermische Energie des oberflächen-

Tragfähiger

ähle

Baugrund

zur geothermischen Nutzung

ichtung

efälle

indigkeit

tabstand

rungen Eisen/Mangan)

nahen Grundwassers zur Gebäudekühlung und -heizung.—19 Eine solche Nutzung setzt jedoch die Beachtung der hydrogeologischen Gegebenheiten – sprich „den Eigenschaften und Erscheinungsformen des unterirdischen Wassers innerhalb der Lithosphäre, seinen Wechselwirkungen mit den Gesteinen sowie seinen Nutzungs- und Schutzbedingungen“—39 – voraus.

Schluckbrunnen

Zu beachtende Faktoren bezüglich möglicher Nutzungseinschränkungen sind in den Grundwassereigenschaften begründet, welche auf der einen Seite zu Ablagerungen (Verockerungen) – durch erhöhte Eisen- und / oder Mangangehalten in sauerstoffreduzierten Wässern – auf der anderen Seite zu Korrosionserscheinungen von Anlageteilen – durch aggressive Beschaffenheit des Wassers – führen können. Weitere zu prüfende Parameter bestehen in der Durchlässigkeit des Untergrundes sowie der Fließrichtung und – geschwindigkeit des Grundwassers, um beispielsweise die Ausbreitung von Temperaturfeldern hinsichtlich der Vermeidung eines thermischen ‚Kurzschlusses‘ zu ermitteln. Aus diesem Grund liegt zwischen dem der Erschließung des Grundwassers dienendem Förderbrunnen und dem separat

101

zur

Rückführung

genutzten

Schluckbrunnen

(bei

nicht

bekannter

Fließrichtung) eine einzuhaltende Distanz von mindestens 15 Metern.—40 Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Systemen dient das abgepumpte Wasser hierbei selbst als Wärmeträgermedium und wird über den Förderbrunnen zum Verdampfer der Wärmepumpe geleitet. Frei von chemischen Zugaben wird die entnommene Wassermenge daraufhin über den Schluckbrunnen wieder in das Erdreich eingebracht. Um einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen, sind schwankende Grundwasserstände über die Absenkung des Förderbrunnens unter das Grundwasserniveau, zu berücksichtigen. Des Weiteren ist eine kontinuierliche Grundwasserströmung, als Grundlage einer Dauerentnahme für den Nenndurchfluss der angeschlossenen Wärmepumpe, Voraussetzung für eine optimierte Brunnenleistung.

Im Heizbetrieb – sprich bei dem Entzug von Wärme und daraus resultierender Abkühlung des Wassers – beträgt die spezifische Grundwasserförderrate ungefähr 0.25 m³ / h pro 1 kW Verdampferleistung, wohingegen das Wasser im Kühlbetrieb eine Erwärmung von maximal 6 Kelvin erfährt.—41 Gewichtiger als technische Optimierungsbestrebungen der Brunnenleistung sind jedoch zunächst der sorgfältige Umgang sowie die Vermeidung von Verunreinigungen des Grundwassers. Aus diesem Grund erfordert die Grundwassernutzung zu geothermischen Zwecke eine wasserrechtliche Erlaubnis sowie die sachgerechte Ausführung durch ein nach ‚DVGW W 120‘ (Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.) zertifiziertes Fachunternehmen.

Die oberflächennahe Geothermie lässt sich als nahezu unerschöpfliche, regenerative Energiequelle kategorisieren – sofern ihre Nutzung durch den Menschen keine Überbeanspruchung darstellt. Zwar birgt die energetische Nutzung des Erdreichs aktuell noch viele Ausbaupotentiale, jedoch sollte der nachhaltige Wärmeentzug stets die Regenerationsfähigkeit der Erdwärme berücksichtigen, um nicht Gefahr zu laufen, durch einen übermäßigen Entzug thermischer Energie einen nicht reversiblen Dauerfrost zu erzeugen oder zumindest zu begünstigen. Auch eine TAB—42Studie des Deutschen Bundestages aus dem Jahre 2003 verweist auf den Umstand, dass Erdwärmenutzung immer für einen ‚lokalen Abbau‘ der gespeicherten Wärmeenergie steht. Demzufolge kann „geothermische Energie (…) nur in einem weiteren Sinne zu den regenerativen Energien gerechnet werden“—43, eine dahingehende Nutzung muss im Sinne einer ‚Bewirtschaftung‘ also stets nachhaltig ausgeführt werden. Angesichts umfangreicher Bohrungsarbeiten in Deutschland scheint das Terrain hinsichtlich geophysikalischer Gegebenheiten relativ gut erschlossen zu sein.

Trotzdem zeigen Vorfälle der jüngsten Vergangenheit, dass eine Geothermienutzung immer noch schwer vorhersehbare, mitunter gravierende Umweltrisiken bergen kann. Bleibt beispielsweise die Rückführung des aus dem Boden entnommenen Wassers aus oder wird es lediglich in unver-

102

04 Technologie

hältnismäßigen Mengen zurückgeführt, kann eine Entstehung von Hohlräumen und dadurch bedingte Absenkungen oder - im Umkehrschluss – ein Aufquellen bestimmter Gesteinsschichten durch das Eindringen von Wasser verursacht werden. Illustratives Beispiel hierfür ist eine Hebung geologischer Schichten in der Stadt Staufen im Breisgau Ende des Jahres 2007, bei welcher die zur Installation von Erdsonden notwendigen Bohrungen eine Gipskeuper-Schicht—44 durchdrangen, welche dadurch auf darunter liegende Grundwasserleiter abgeteuft wurde. Da Keuper als Anhydritmineral sedimentären Ursprungs ist und unter permanenter Feuchtigkeitseinwirkung durch chemische Reaktion mit Wasser zu Gips modifiziert, kann eine Volumenzunahme um bis zu 60 Prozent erfolgen.

Ungewolltes Resultat der Bohrungsmaßnahmen in Staufen war letztendlich ein Grundwasseraufstieg wie auch eine Hebung des Zentrums von über 30 Zentimetern – Teile des bewohnten Gebietes unterlagen dadurch einer gravierenden Zerstörung.—45 Ein weiteres potentielles Risiko besteht in der übermäßigen Abkühlung des oberflächennahen, belebten Untergrunds, was eine Verzögerung des Pflanzenwachstums an der Oberfläche hervorzurufen kann und somit das jeweils betroffene Ökosystem in seiner Entwicklung beeinträchtigt. Auch eine dauerhafte Veränderung der Grundwassertemperatur ist durch übermäßige geothermische Nutzungen möglich, diesbezügliche Auswirkungen auf die Umwelt sind zwar noch nicht umfassend erforscht, prinzipiell jedoch als kritisch zu betrachten.

Geothermische Anlagen sollten daher immer unter Einbezug von Fachplanern und detaillierter Beachtung und Vorerkundung ökologischer sowie geologischer Gegebenheiten am jeweiligen Standort geplant, errichtet und betrieben werden. Besonders kritisch sind in diesem Kontext notwendige Bohrungsarbeiten zu betrachten, da sie als Hauptverursacher von potentiellen Schädigungen der Umwelt gelten. Sind etwaige Risiken für Umwelt, ökologische Zusammenhänge am Standort oder beschriebene dauerhafte Veränderungen der Ökosysteme absehbar, sollte von einer geothermischen Nutzung abgesehen und auf Alternative, regenerative Energiesysteme zurückgegriffen werden. Auch sollte vor Installation einer geothermischen Nutzungsanlage der Standortfaktor und dessen Entwicklungsziele, insbesondere auf bauliche Dichte eingehend, geprüft werden, da oberflächennahe Systeme einen relativ hohen Flächenbedarf aufweisen. Bei monovalenter Auslegung des energetischen Konzepts ist in der Regel das Anderthalbbis Zweifache der zu beheizenden Fläche an geothermischer Kollektorfläche notwendig, was einen Einsatz solcher Systeme in dicht besiedelten Regionen oder Ballungsräumen daher nahezu ausschließt. Aufgrund der Gefahr bei nachfolgenden Bauarbeiten Leitungen zu beschädigen, müssen die genutzten Flächen zudem von einer weiteren Bebauung oder Versiegelung ausgenommen werden. Energetische Vorteile oberflächennaher Geothermie liegen in der möglichen Kopplung mit reversibel betriebenen Wärmepumpen sowie der sommerlichen Betriebsvariante des ‚free cooling‘. —46

103

Warmwasser aber auch von nutzbarer Kühle, was die Möglichkeit einer ganzjährigen Klimatisierung von Gebäuden einschließt. Auf die Materialisierung der Anlagen selbst eingehend, muss diese dennoch weiter ökologisch optimiert werden. Bei Erdwärmekollektoren und Erdregistern sollten die Rohrmaterialien beispielsweise nicht nur möglichst hohe Lamda-Werte pekte unbedenklich und unschädlich sein. Aus diesen Gründen gilt die Vermeidung des bisweilen häufig eingesetzten Polyvinylchlorids (PVc) als Ausbaumaterial der Systeme, da es in der Erzeugung sowie seinem gesamten Lebenszyklus gravierende Umweltschäden verursachet. Die Materialien Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), welche der Gruppe der Polyolefine zuzuordnen sind, bieten sich hier als sinnvolle Alternative an.

Sie weisen nicht nur eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit sondern zudem eine macher auskommen. Diese einfachen Polymere werden von Greenpeace als deutlich geringer risikobehaftet eingestuft und eignen sich darüber hinaus in erhöhtem Maße für mechanische Recyclingprozesse. Aufgrund ihrer erdölbasierten Herstellung sind sie jedoch nur ein mittelfristiges äquivalent zu PVc.—49 Eine Substitution dieser Materialien kann zukünftig durch biologisch abbaubare Kunststoffe - also Werkstoffe, deren Abbau durch Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Algen möglich ist -

Hyrdrothermale Systeme:

tendenziell bessere ökologische Bilanz auf, da sie ohne sogenannte Weich-

erfolgen. Diese sogenannten Biopolymere, welche auf Grundlage erneuerbarer, natürlicher Rohstoffe hergestellt werden, gelten daher als zukunftsweisende, ökologisch verträgliche Alternativen.

hYDrotherMale SYSteMe Mit niedriger Enthalpie dienen hydrothermale Systeme meist der Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen und nutzen das im Untergrund vorhandene Wasser durch direktes anordnen an wasserführende Schichten und der Förderung des Wassers aus thermalen Grundwasserleitern (sogenannten

Tiefe Erdwärmesonden:

Tiefe GeOTherMie—20

Gesteinsschichten zur Erzeugung von Wärme (> 20°C) oder

[λ] aufweisen, sondern auch bezüglich weitergehender ökologischer As-

E

Lockergestein

liegen also vor allem in der möglichen Bereitstellung von Heizwärme und

500 m

eine fundierte und fachgerechte Planung und Ausführung vorausgesetzt -

Quartiär

gespeicherten Energie in Kälteperioden. Vorteile solcher Installationen -

W

in das Erdreich sowie eine bedarfsgerechte Wiederverwendung dieser

Petrothermale Systeme (HDR, EGS):

siger Abwärme – beispielsweise im Sommer aus der Raumklimatisierung –

0 m

z.B. ermöglicht darüber hinaus die Ableitung und Speicherung überschüs-

ckenen Gesteinen über induzierten Wasserkreislauf mit-

verbrauch haben erdgekoppelte Wärmepumpen ein Potential von etwa 10 Prozent—47 – also ca. 960 PJ im Jahr—48. Die Bauform der Energiepfähle

Strom (>100°C) mittels Dublette (Förder- oder Injektionsbohrung) tels Dublette nach künstlicher Schaffung von Risssystemen

der Gebäudeheizung darstellt. Gemessen am gesamtdeutschen Energie-

Wärme- und Stromerzeugung aus heißen, überwiegend tro-

Energiequellen erfolgen, was eine ökologische und effiziente Möglichkeit

senen Kreislaufs in einer koaxialen tiefen Sonde

:–20: Nutzungsarten der tiefen Geo

Erzeugung von Wärme durch Nutzung eines geschlos- Direkte Wärmenutzung aus klüftig-porösen oder zerrütteten

Der Betrieb der Wärmepumpen kann zudem mit Strom aus erneuerbaren

104

04 Technologie

Aquiferen), um die vorhandene Wärmeenergie direkt oder über einen

othermie

Wärmetauscher zu entziehen und das so abgekühlte Wasser daraufhin wieder in denselben Grundwasserleiter zurückzuführen. Ursprünglich waren Warmwasser

hierzu zwei Vertikalbohrungen in einer entsprechenden Entfernung zueinander notwendig, mittlerweile wurde die Technik insofern weiterentwickelt, dass Förder- und Injektionsbohrung vom selben Standort aus erschlossen werden können.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit der Kombination mehrerer dieser sogenannten ‚Dubletten‘. Bei Wassertemperaturen von über 100°C kann weise Organic Rankine Cycle- (OCR) oder Kalina-Anlagen, eine geothermiz.B. Gneise und Granite

Kristallines Grundgebirge

Kaltwasser

darüber hinaus mit zusätzlich angewandten Technologien, wie beispielssche Stromerzeugung ermöglicht werden.—50 Die geothermische Energiegewinnung bzw. Stromerzeugung mithilfe hydrothermaler Systeme mit hoher Enthalpie definiert sich über die Nutzung von Dampf- oder ZweiphasenSystemen, fand in Deutschland jedoch noch keine Anwendung.

PetrotherMale SYSteMe

Kaltwasser

Die Nutzung der im Gestein gespeicherten Energie und tief liegender Wärmereservoire bezeichnet man als petrothermale Systeme der tiefen Geothermie. Im Gegensatz zu hydrothermalen Methoden ist dieses Prinzip der Energiegewinnung weitgehend unabhängig von wasserführenden Strukturen und nutzt vorrangig heiße Gesteinsschichten (häufig kristallines Grundgebirge) als Wärmetauscher, wozu jedoch mindestens zwei Bohrun-

Warmwasser

gen (Injektions- und Förderbohrung) in einem systembedingten Abstand von ca. 500-1000m notwendig sind. Die im Erdreich gespeicherte Energie wird aufgrund der geringen Durchlässigkeit der Reservoirgesteine meist erst durch Stimulationsmaßnahmen in ausreichendem Maße nutzbar gemit eingelagerten Vulkaniten

klüftige Sedimentgesteine

Rotliegendes

macht, welche unter dem Oberbegriff des ‚Enhanced Geothermal Systems‘ (EGS) zusammengefasst werden.—51 Diesem Begriff zugeordnet werden die Verfahren des ‚Hot-Dry-Rock‘ (HDR), ‚Deep Heat Mining‘ (DHM), ‚HotWet-Rock‘ (HWR) sowie ‚Hot Fractured Rock‘ (HFR).

Die Gesteinsschichten der oberen Erdkruste sind meist durch bestehende Klüfte und das dort geführte, hoch mineralisierte Wasser verbunden und in seiner Beschaffenheit mit einem Aquifer mit sehr geringer Durchlässigkeit zu vergleichen. Die künstliche Verbesserung der Wasserwegsamkeit und die Erhöhung der Permeabilität des Gesteins, also eine Ausweitung und

von Wasser unter hohem Druck – erreicht werden. Eine weitere Stimulationsmöglichkeit besteht in der Verwendung von Chemikalien, welche ein säurebasiertes, partielles Auflösen und somit eine erhöhte Durchlässigkeit des 2000 m

Locker- und

Stimulation wie beispielsweise das ‚hydraulic fracturing‘ – dem Einpressen

Festgestein 1500 m

1000 m

Tertiär

Erweiterung des bestehenden Kluft-Systems, kann durch hydraulische

Gesteins bewirken. All diese Stimulationsmaßnahmen haben eine Reichweite von etwa mehreren hundert Metern und sollten eine ausreichend

105

große Durchlässigkeit generieren, eine zu hohe Durchlässigkeit – die sogenannte niedrige Impendanz – aufgrund der Gefahr einer daraus resultierenden unzureichenden Wärmeübertragung, jedoch dringlichst vermeiden.

TIEFE ERDWÄRMESONDEN Ebenfalls unter die Kategorie der petrothermalen Systeme fallen die tiefen Erdwärmesonden, deren Funktionsweise der geothermischen Nutzungsmethode der flachen Erdwärmesonden (≥ oberflächennahe Geothermie) sehr ähnlich ist. Der grundsätzliche Unterschied liegt in den üblichen Sondentiefen von bis zu 3000m sowie den höheren, erreichten Systemtemperaturen, weshalb in vielen Fällen auf den Einsatz einer Wärmepumpe verzichtet werden kann, weshalb wiederrum jedoch keine Kälteerzeugung möglich ist. In geschlossenen Sondensystemen mit sogenannten Direktverdampfern (auch: Wärmeröhren / Heatpipes) zirkuliert ein AmmoniakWasser Gemisch als Wärmeträgermedium, welches sich durch das umgebende Gestein erwärmt und daraufhin an die Oberfläche zurückgeführt wird. Die thermische Leistung ist mit wenigen hundert kW dabei im Vergleich zu offenen Systemen relativ gering, da die wärmeübertragende Oberfläche lediglich auf die Mantelfläche der Bohrung begrenzt ist. Das in der Sonde zirkulierende Fluid wird bei seiner technisch geregelten, langsamen Bewegung von etwa 5-65m pro Minute konvektiv erwärmt und steigt daraufhin in einem isolierten Innenrohr nach oben. Durch die energetische Nutzung an der Erdoberfläche wird es wieder auf ca. 15° C herabgekühlt und mittels einer Sondenkreispumpe in den Rohrkreislauf zurückgeführt.

Aus der durch den Wärmeentzug bedingten Abkühlung des Umgebungsgesteins resultiert ein horizontaler Temperaturgradient, welcher das Nachfließen von Wärme aus der weiteren Umgebung des betroffenen Bereichs zur Folge hat.

Die Menge der nutzbaren geothermischen Wärmeenergie wird durch verschiedene geologische Randbedingungen (u.a. die Wärmeleitfähigkeit des Bodens) sowie Anlagenspezifische Faktoren (z.B. die thermischen Eigenschaften der Ausbaumaterialien und die Betriebsdauer der Sonde) bedingt, hängt jedoch vorwiegend von dem geothermischen Gradienten – sprich dem lokal vorhandenen Temperaturniveau in zunehmender Tiefe – ab. Regionen mit einer hohen Untergrundtemperatur oder gar positiven Temperaturanomalien bieten daher optimierte Bedingungen für die Energiegewinnung mit tiefen Erdwärmesonden. Bei suboptimalen Bedingungen, also geringeren Ausgangstemperaturen, kann eine Steigerung der Leistungsaufnahme durch den Einsatz von Großwärmepumpen erreicht werden.

Den höchsten Anteil an den Investitionskosten zur Installation des erläuterten Erdwärmesonden-Systems hat die Erstellung der Tiefenbohrungen. Die Umnutzung bestehender Bohrungen, welche beispielsweise im Zuge von Erdöl- oder Erdgasexplorationen erstellt wurden, birgt daher ein großes

106

04 Technologie

Potential zur Kostenreduzierung. Anders als hydrothermale Systeme oder ‚Enhanced Geothermal Systems‘ erfolgt durch den geschlossenen Kreislauf der Anlage weder ein nennenswerter Eingriff in das Stoffgleichgewicht des Gebirges noch werden durch die geothermische Nutzung Lösungs- oder Fällungsreaktionen verursacht. —52

Unter Betracht der möglichen Risiken oberflächennaher geothermischer Nutzungen sind die potentiellen Umweltbeeinträchtigungen durch Tiefen-Geothermianlagen dementsprechend absehbar. Insbesondere petrothermale Systeme, welche durch das Einpressen von Wasser (oder anderen Trägermedien) unter hohem Druck Risse in vorhandenen Gesteinsschichten erzeugen, um deren Wasserwegsamkeit zu erhöhen, können massive Beeinträchtigungen sowie weitreichende Störungen des Ökosystems zur Folge haben. Das hierbei angewandte ‚hydraulic fracturing‘ ist den in der Erdöl- und Erdgasförderung verwendeten Methoden des ‚frackings‘ technisch ähnlich, kommt jedoch mit einem signifikant geringeren Anteil chemischer Zusätze und weiterer Stützmittel aus. Trotz der Möglichkeit des ökologisch verträglicheren – da vollkommen ohne Chemikalien auskommenden – ‚clean-fracking‘ ist eine ungewollt weitreichende Rissbildung innerhalb der Gesteinsschichten nicht auszuschließen. Gegenwärtig kann daher keine Garantie dafür gegeben werden, dass sich die durch Stimulationsmaßnahmen erzeugten Gesteinsrisse nicht auch in wasserführende Schichten fortsetzen und aufgrund dessen ein Übertritt der – je nach Methode - in geringem Umfang eingesetzten umweltschädlichen Stoffe (wie beispielsweise die zur Bohrung verwendeten Additive) in tiefe Grundwasserleiter erfolgt.

Da Wasser eine nicht substituierbare, notwendige Lebensgrundlage darstellt, sollte es jedoch grundsätzlich vor allen potentiellen Verunreinigungen geschützt werden. Zusätzlich besteht durch die Stimulation des Untergrunds das Risiko der Verursachung erhöhter seismischer Aktivitäten. Das Einpressen von Wasser oder anderen sogenannten ‚Fracfluiden‘ stellt für das Erdreich mehr oder weniger starke Erschütterungen dar.

Diese künstlich ausgelösten Erdbeben können als Nebenwirkungen durch eine Veränderung des natürlichen Porenwasserdrucks, bedingt durch die Erdwärmenutzung, verstärkt werden und zudem Erdabsenkungen zur Folge haben. Die Bürgerinitiative für umweltverträgliche und nachhaltige Nutzung alternativer Energiequellen (BIF UNAE) verweist in ihrem Veröffentlichung ‚Wie steht es um die Erdwärmenutzung in Deutschland?‘ auf das seismische Risiko, ausgelöst durch geothermische Anlagen, welches durchaus über die Wahrnehmbarkeitsgrenze von Anwohnern steigen und zu erheblichen Gebäudeschäden führen kann. So ergab sich im August 2009 durch das Geothermie-Kraftwerk am Standort Landau in der Pfalz eine solche induzierte - d.h. von menschlichen Aktivitäten verursachte – Seismizität. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und

107

Rohstoffe konnte eine Kausalität zwischen dem Betrieb der Anlage und den Erbeben mittlerweile nachweisen.—53 Geologische Stimulationsmaßnahmen haben zudem einen großen Bedarf an Frischwasser, von dem bis zu 50.000 m³ aus der öffentlichen Wasserversorgung, Oberflächengewässern oder aber aus dem Grundwasser stammen (ein Mehrbedarf ist nur unter Beantragung einer wasserrechtlichen Genehmigung möglich). Nach Angaben des Bundesverbandes Geothermie e.V. kann eine solche intensive Wasserentnahme jedoch zu einem zeitlich befristeten, geringfügigen Absinken des Grundwasserspiegels führen. Dies kann zwar nicht in Gänze verhindert werden, eine hydrogeologische Erkundung und Bewertung ermöglicht jedoch die Ermittlung der speicherschonendsten Förderungsmethode oder eine diesbezüglich sinnvolle Kombination der Wasserbezugsquellen.

ABWÄRMENUTZUNG Nicht nur auf eine mögliche Optimierung des eigentlichen Energiebezuges, sondern auch auf Energieeinsparpotentiale durch intelligente Nutzung der bestehenden technischen Anlagen und Systeme eingehend, stellt die Abwärmenutzung eine umweltschonende Maßnahme zur Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs dar. Anwendung findet sie bei der Beheizung und Kühlung von Gebäuden, bei großen Anlagen sogar in mehreren Stufen der Nachverstromung (z.B. bei BHKW). Je nach Wirkungsgrad und Rahmenbedingungen kann sie zur Vorwärmung von Prozessmedien oder zur Beheizung ganzer Prozesse genutzt und gespeichert werden.

:–21:

Bei der Wärmeerzeugung oder –Gewinnung entstehende Wärmeverluste

Kraftwerkstyp

Wirkungsgrade verschiedener

können mithilfe von Wärmetauschern zurückgewonnen und weiter energetisch verwertet werden. Meist wird die anfallende Abwärme auf ein

Kernkraftwerk

Transportmedium (beispielsweise Wasser oder Luft) übertragen, welches

Gasturbinenkraftwerk

die Wärmeenergie zur Zwischenspeicherung oder weiteren Verwendung

Gas- / Dampfturbinenkraftwerk

Kohlekraftwerk

bereitstellt und zudem die Möglichkeit der Zusammenführung der Abwär-

Blockheizkraftwerke

me aus mehreren Prozessen bietet. Das Potential einer Abwärmenutzung

Wasserkraftwerke

Kraft–Wärme–Kraftwerke

ist dabei grundlegend abhängig von folgenden Faktoren:

:–22: Prinzip der Kraft-Wärme-Kopp

verfügbare Energiemenge (Angaben in thermischer Leistung des jeweiligen Trägermediums)

Genera

Temperaturniveau der entstehenden Abwärme

Medium der Abwärme

zeitliche Verfügbarkeit der Abwärme(kontinuierlich oder schwankend / saisonal oder ganzjährig / zu erwartende Volllaststunden pro Jahr)

Brennstoff

Verbrenn

moto

108

die Verunreinigung / Verschmutzung des Abwärmemediums (z.B. durch Staub, Öl, giftige oder brennbare Substanzen, aggressive oder korrosive Bestandteile, Ruß, Fett oder kondensierbare Dämpfe)—54 Eine Abwärmenutzung kann in direkte oder indirekte Nutzungsarten differenziert werden, wobei eine direkte Nutzung meist konstruktiv einfacher und kostengünstiger umzusetzen ist als die indirekte. Bei beiden Ansätzen wird weitergehend in diffuse, das heißt über Oberflächen durch Strahlung oder Strömung (Konvektion) an die Umgebung abgegebene, oder an flüssige oder gasförmige Medien gebundene Abwärme unterschieden.

Neben der Prozesswärme können beispielsweise Abluft, Abgase, Dämpfe, Brüden (mit Wasserdampf gesättigte Luft), Kühlwasser oder Kühl-Öl Träger von Abwärme sein. Um einen optimalen Nutzungsgrad zu gewährleisten muss die Wärmeübertragung zwischen Abwärmequelle und Nutzungsort (Wärmesenke) jedoch bestimmte Bedingungen erfüllen. So muss das Temperaturniveau der Wärmesenke über der Temperatur der Wärmequelle liegen, wird keine Wärmepumpe eingesetzt. Die zeitliche Verfügbarkeit betreffend, sollte die Abwärme zudem dem Nutzungsprofil der geplanten Abwärmenutzungs-Technologie entsprechen, um einen Speicher oder ein dementsprechend redundantes System zu umgehen.

KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet das Prinzip der Abkopplung bzw. Nutzung von, bei der Stromerzeugung entstehender, Abwärme zu

r Kraftwerkstypen Primärenergetischer Wirkungsgrad Ƞ [%]

nutzung. Im Gegensatz zu anderen Stromerzeugungsmethoden wird die Abgabe ungenutzter Prozesswärme dabei weitgehend vermieden und die

38

eingesetzte Primärenergie deutlich wirkungsvoller genutzt—21 (hoher

55–60 80 85-90 95

Wirkungsgrad von ca. 85%)—55, —56, was einen verringerten Brennstoffbedarf zur Strom- und Wärmebereitstellung und somit auch stark reduzierte Schadstoffemissionen zur Folge hat. Das Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip kann mit nahezu jedem Energieträger oder Brennstoff genutzt werden.

Neben fossilen- können demnach auch erneuerbare Energieträger wie z.B. Biogas, Holz, Pellets, Bioethanol, Solar- oder Geothermie zum Einsatz kom-

Stromnutzung

men. So gibt es zahlreiche Anlagenvarianten zur Nutzung der KraftWärme-Kopplung: neben konventionellen Technologien wie Gas- oder Dieselmotoren können Dampf- oder Gasturbinen (GuD), Brennstoffzellen oder Dampfkolbenmotorenprozesse auf Basis des Organic Rankine Cycle (OR-

Abgase

C)—57 zum Einsatz kommen.—22 Mit zunehmender Anlagengröße und weiterem Wirkungsradius - beispielsweise bei größeren Heizkraftwerken zur

nungs-

or

Heizzwecken und ist eine wichtige und weitverbreitete Form von Abwärme-

34 42

plung

ator

04 Technologie

Wärmenutzung

flächigen Fernwärmeversorgung – erhöht sich das Verhältnis von Strom- zu Wärmeerzeugung, also die Energieausbeute, zugleich verringert sich jedoch die Effizienz aufgrund deutlich höherer Leitungsverluste.

109

BLOCKHEIZKRAFTWERK Verbreitete Nutzung findet das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung durch sogenannte Blockheizkraftwerke (BHKW). Diese kleinen bis mittelgroßen Anlagen versorgen meist in der näheren Umgebung befindliche Gebäude (z.B. einen Wohnblock) oder einzelne Bauwerke und werden durch Verbrennungsmotoren, Brennstoffzellen, Gas- oder Dampfturbinen betrieben. Gemäß ihrem Einsatzbereich, Leistung und Größe werden sie weitergehend differenziert in Nano-, Mikro-, Mini- und Groß-Blockheizkraftwerke.

Mit einer elektrischen Leistung von bis 2,5 kW für die Anwendung in Niedrigenergie- sowie energiesparsamen Ein- bis Dreifamilienhäusern geeignet sind sogenannte Nano-BHKW. Einen ähnlichen Anwendungsbereich haben Mikro-BHKW mit einer elektrischen Leistung von 2,5 bis 20 kW. Blockheiz-

:–23: Wärmelasten eines Gebäudes

kraftwerke mit einer Leistungsaufnahme im Bereich von 20 bis 50 kW werden den Mini-BHKW zugeordnet, Anlagen mit höheren Kapazitäten werden als Groß-BHKW klassifiziert.

in

Anlagen im Segment der Nano-, Mikro- und Mini-Bauformen werden meist als gekapseltes Kompaktmodul hergestellt, d.h. Motor, Generator und weitere Bauteile in einem schalldämmenden, als Standgerät ausgelegtem Gehäuse zusammengefasst. In der Klasse der Nano-BHKW ist zudem

Wärmelast

eine Entwicklung hin zu – eher an Thermen erinnernde - Bauarten als wandhängende Gehäuse erkennbar. Groß-BHKW sind in der Regel als ungekapseltes Kompakt-Stahlrahmenmodul ohne weitere Schalldämmende Maßnahmen erhältlich, können jedoch auch als Einbau-BHKW in Einzelteilen

ex

vor Ort montiert werden. Soll die Anlage nicht in umbaute Bauvolumina platziert werden, steht zudem die Möglichkeit der Ausführung als ContainerBHKW bereit.—58 ( ≥ Strom ≥ dezentrale Stromversorgung ≥ Gas- ⁄ Dampfturbinen; Brennstoffzelle)

KÄLTEVERSORGUNG Die Regulierung hoher Temperaturen trägt neben der Wärmeversorgung einen maßbeglichen Anteil zur Behaglichkeit in Gebäuden bei, wobei die auftretenden Kühllasten auf internen sowie externen Ursachen beruhen können.—23 Zur Minimierung dieser Wärmelasten stehen derzeit verschiedene passive, aktive oder hybride Systeme bereit.

Bislang wird die aktive Kälteerzeugung dabei oftmals über Kompressionskältemaschinen, in zunehmenden Anteilen auch über Adsorptions- und Absorptionskälteanlagen, geregelt. Zur Deckung des Kältebedarfs oder als Ergänzung zu installierten Anlagen besteht zudem die Möglichkeit, auf passive – d.h. auf mechanische Antriebe verzichtende – Kälteerzeugungssysteme zurückzugreifen und beispielsweise natürliche Kältepotentiale (Wärmesenken), welche ohne zusätzlichen Einsatz von Energie zu Verfü-

1

grosses Einflusspotential über di

ntern

xtern

110

04 Technologie

gung stehen, zu nutzen. In Hinblick auf eine regenerative Erzeugung von Kälte bieten vor allem die Nachtluft, das Erdreich sowie das Grundwasser große Nutzungspotentiale. Hybride Systeme dagegen sind eine Kombination passiver und aktiver Erzeugungsmaßnahmen, welche in vielen Fällen jedoch durchaus sinnvoll ist. Die passiven Systeme übernehmen dabei meist die Funktion der Grundlastabdeckung, aktive Systeme werden hinzugeschaltet, um Spitzenlasten zu bedienen. Einer dieser hybriden Ansätze zur Deckung des Kältebedarfs ist beispielsweise eine Bauteilaktivierung in Verbindung mit geothermischen Nutzungen.—59 Prinzipiell können viele der in diesem sowie im Kapitel ‚Wärmeversorgung‘ (≥ Wärmeversorgung) beschriebenen Erzeugungssysteme mit einer reversiblen Wärmepumpe kombiniert werden und somit Wärme als auch Kälte erzeugen.

Eine solche Doppelnutzung der Wärmepumpe kann eine wirtschaftliche Generator

Beleuchtung1

Arbeitshilfen

Produktion

Solarstrahlung1

Transmission1

Generator

Lösung darstellen, sofern Wärme und Kälte nicht zeitlich parallel bereitgestellt werden sollen.—60 Strombetriebene Anlagen können so im Sinne eines nachhaltigen Gebäudebetriebs beispielsweise mit Photovoltaikanlagen kombiniert und als ‚solare Kühlung‘ betrieben werden.—61 AKTIVE SYSTEME Aktive Kühlsysteme beinhalten die Aufrechterhaltung komfortabler Innenraumtemperaturen sowohl über elektrisch als auch thermisch angetriebene Kältemaschinen und werden eingesetzt, wenn vorherrschende interne und externe Wärmelasten nicht mehr mittels passiver Maßnahmen, wie beispielsweise über eine Nachtlüftung, abgeführt werden können.

KOMPRESSIONSKÄLTEMASCHINE

ie Gebäudehülle

Bei einem hohen oder intensiven Kühlbedarf, welcher eine genaue Regelung und konstante Leistungsfähigkeit erfordert, können sogenannte Kältemaschinen genutzt werden, um die erforderliche Kälte bereitzustellen.

Die elektrische Kälteerzeugung ist die zurzeit gebräuchlichste Form der Kälteerzeugung und mittlerweile ein ausgereiftes und in vielen Leistungsund Anforderungsbereichen einsetzbares System.

Die angewandte Technologie entspricht dabei dem Prinzip einer Wärmepumpe und basiert auf dem physikalischen Effekt der Verdampfungswärme bei einem von flüssig zu gasförmig wechselnden Aggregatzustand (≥ Wärmepumpe). Die Antriebsenergie wird dabei allein als mechanische

Energie zugeführt, welche über Elektro- oder Verbrennungsmotoren erzeugt werden kann. Aufgrund der zur Kältebereitstellung erforderlichen EnergieInputs ist die Primärenergiebilanz solcher Systeme – isoliert betrachtet – jedoch als ungünstig zu beurteilen, weshalb eine Kopplung mit Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung hinsichtlich einer CO²-neutralen Energieversorgung notwendig scheint.—62

111

SORPTIONSKÄLTE Der thermischen Kälteerzeugung zuzuordnen, stellen Sorptionskältemaschinen mittlerweile eine Alternative zur konventionellen Kälteerzeugung dar. Hierzu können die Prinzipien der Absorptions- (Aufnahme von Gasen durch Flüssigkeit) oder Adsorptionskälte (Aufnahme und Bindung von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten an der Oberfläche von Stoffen) genutzt werden.—63,

—24

Wesentliches Qualitätsmerkmal dieser Sorptionskälte-

prozesse ist deren Leistungszahl, also das Verhältnis von erzielter Kühlungsenergie pro eingebrachter Einheit Antriebsenergie, der sogenannte ‚Coeffizient of Performance‘ (COP). Entsprechende Maschinen werden

:–24: Schema einer solarthermische

mit Warmwasser, welches über Nah-, Fern- oder Abwärmesysteme bereit-

Sorptionskältemaschine

gestellt werden kann, oder alternativ mit Gas betrieben. Entscheidendes Merkmal der Sorptionstechnik ist jedoch die Nutzung von Wärme als Antriebsenergie, was sie als geeignete Gegenlösung zur konventionellen Klimakälteerzeugung macht. Dieser technische, wirtschaftliche, vor allem jedoch ökologische Vorteil gewinnt an Bedeutung, stammt die Wärmeenergie aus einer regenerativen Erzeugung, wie beispielsweise aus einer KraftWärme-Kopplung in Blockheiz- oder Fernheizkraftwerken oder direkt aus

Wärme-

Speicher

erzeuger

solar- oder geothermischen Anlagen. Ein weiteres Kriterium stellt der Einsatz natürlicher Kältemittel, welche ein hohes Substitutionspotential von Treibhausgasen besitzen, dar. Neben normalen Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen besteht zudem die Möglichkeit einer thermischen

Sorptions-

Rück-

kälte-

kühlung

Kälteerzeugung über sogenannte ‚Desiccant and Evaporative Cooling‘-An-

maschine

lagen (DEC-Anlagen). Solche Anlagen funktionieren nach dem Prinzip der sorptiven Luftentfeuchtung sowie Verdunstungskühlung und weisen sich als offener Adsorptionsprozess aus. Wichtiges Merkmal stellt hierbei die Trennung der Verfahrensschritte Entfeuchtung und Kühlung dar. Dabei wird zunächst die angesaugte Außenluft über das Sorptionsmittel getrocknet und - in Folge der kontinuierlichen Entfeuchtung des Luftstromes über einen Sorptionsgenerator und die dadurch freigesetzten Kondensationswärme (Adsorption) – erwärmt. Weiterführend wird diese sowohl der Wärmerückgewinnung als auch einer zusätzlichen direkten Befeuchtung

:–25: Solare Kühlung mit Sorptions

zur Verfügung gestellt. Solare Wärmeerträge sorgen dabei für die Regener-

Erhitzer (solar)

ation des Sorptionsgenerators (Desorption).—25 Bisweilen haben sich zwei Arten von DEC-Anlagen etabliert, wobei überwiegend Anlagen mit rotierendem Adsorptionsrad entgegen Anlagen mit

Fortluft 50°C

stationärer Adsorptionsspeichermasse eingesetzt werden.

40 °C 70 °C

Die zuvor beschriebenen elektrisch angetriebenen Kompressionskältemaschinen werden aufgrund ihrer niedrigen Investitionskosten sowie einem

Frischluft 32 °C

45 °C

hohen COP noch immer bevorzugt eingesetzt. Grundlegend unterscheiden sich die beschriebenen Systeme hinsichtlich der mechanischen Verdichtung des Kältemittels (Kompressionsprozesse) und der thermischen Verdichtung

Sorptionsrad

Wärmet

112

04 Technologie

des Arbeitsstoffpaares (Sorptionsprozesse). Hierbei finden meist die Kältemittel Wasser und Ammoniak oder Lithiumbromid Anwendung. Die Raumluftkonditionierung mit natürlichen Kältemitteln ist dabei zu bevorzugen, da sie keine zusätzliche Umweltbelastung darstellt und zur Reduktion des CO²-Ausstoßes beiträgt. Bei Kompressionsanlagen bedarf es an mechanisch erzeugter Energie, wohingegen sich der Einsatz von Sorptionsanlagen durch die Nutzung von Wärme als Antriebsenergie besonders dort empfiehlt, wo Wärme oder Abwärme zur Verfügung stehen und diese somit energieeffizient und wirtschaftlich weiterverwertet werden können.

PASSIVE SYSTEME

en Kühlung mit

Passive Kühlsysteme unterliegen, genau wie auch die zuvor beschriebenen aktiven Systeme, den Anforderungen der Behaglichkeit (≥ Planungsgrundlagen ≥ Behaglichkeit und Wohlbefinden). Aufgabe dieser KlimatiKollektorfeld

sierungssysteme besteht demnach darin, die wesentlichen Indikatoren des Raumluftklimas, welche sich aus der Lufttemperatur, -feuchte, -geschwindigkeit und Reinheit der Luft zusammensetzen, im positiven zu beeinflus-

Kühlelement

sen und zu kompensieren. Entgegen aktiver Kühlelemente zeichnen sich passive Systeme grundsätzlich dadurch aus, dass der gewünschte Wärmetransport ohne zusätzlich eingebrachte (elektrische) Energie angestoßen, bewerkstelligt oder aufrechterhalten wird. Sinnvolle Ergänzungen stellen

-

in diesem Bezug sogenannte Kühlbalken oder Kühldecken dar, welche nutzungsbedingte Wärmelasten durch die Bereitstellung von ‚KälteleisRaum

tung‘ – physikalisch korrekt als ‚Wärmesenke zu bezeichnen—64 – mittels des Transportmediums Wasser abführen.

NATÜRLICHE WÄRMESENKEN Unter die Kategorie der passiven Systeme fällt insbesondere die Reduktion der Wärmelasten über natürlich vorkommende Kühlpotentiale bzw. Wärmesenken sowie die Nutzung des Speichermassen der eingesetzten Medien. Ökologisch und primärenergetisch vorteilhafte Energiequellen mit niedri-

sgrad [DEC]

gem Temperaturniveau zur Applikation als Wärmesenke stehen in Form

)

Wasser

des Erdreiches und des Grundwassers, unter bestimmten klimatischen Randbedingungen ebenfalls die Außenluft, zur Verfügung.

20 °C

26 °C

LUFT-ERDWÄRMETAUSCHER Wasser

Das Prinzip der thermischen Nutzung des Erdreichs für die Gebäude24 °C

tauscher

Befeuchter

lüftung ist kein neues, bereits 1877 wurde ein „Verfahren zur Kühlung und

17 °C

Vorerwärmung der Luft mit Hülfe der Erdwärme“—65 beim kaiserlichen Raum

Patentamt angemeldet.

113

Luftdurchströmte Erdreichwärmetauscher (L-EWT) basieren grundsätzlich auf einem einfachen System, wobei sogenannte Erdkanäle zur Vorkonditionierung von Außenluft eingesetzt werden können um, den Lüftungswärme- oder den Kühlenergiebedarf zu reduzieren. Dabei wird das im Erdreich vorhandene Temperaturniveau genutzt, welches in 3 – 8 m Tiefe und in Abhängigkeit zur Jahreszeit zwischen etwa 6° und 15°C liegt.—66 Die Speicherfähigkeit des Erdreichs bewirkt, in Abhängigkeit zur Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und Erdreich, eine Kühlung der durchströmenden Luft um mehrere Kelvin im Sommer- bzw. eine Erwärmung der Luft im Winterfall.—26

:–26: Mittlerer Jahrestemperaturve

Das Kühl- bzw. Wärmepotential ist dabei abhängig von der Jahresmittel-

unterschiedlichen Tiefen

temperatur und der Dimensionierung der Anlage. Erdkanäle, in Form von tern, können in nahezu allen Querschnitten angelegt werden, welcher in Abhängigkeit zu dem notwendigen Luftvolumenstrom sowie standortbedingten und thermischen Bodeneigenschaften festzulegen ist. Bei großen Bauvorhaben empfiehlt sich eine entsprechend große Ausführung oder eine Aufteilung in mehrere, parallel verlegte Kanäle.

—67

20 18 Temperatur [°C]

begehbaren Kanälen, konventionellen Stahlbetonrohren oder Rohrregis-

16 14 10 8 6 4 2

L-EWT unterliegen

0 -2

vielseitigen Einsatzbereichen, bieten sich zudem vor allem dort an, wo Luft

-4

ohnedies als Wärmeträger Verwendung findet – beispielsweise kann diese

J

F

M

A

M

J

J

A

Methodik mit einer Nachtluftkühlung kombiniert werden. Ein sogenannter Bypass—68 ermöglicht dabei ein vorübergehendes Umgehen des Erdkanal-Luftstroms, sodass auf passivem Weg hohe Wärmelasten abgeführt

:–27: Verlegungsmöglichkeiten wass Erdreichwärmetauschers

werden können. a)

b)

WASSER-ERDWÄRMETAUSCHER EWT

Wasserdurchströmte Erdreichwärmetauscher (W-EWT) beruhen auf dem

GS

gleichen Prinzip wie L-EWT, nutzen folglich also die saisonale thermische Speicherfähigkeit sowie das zur Verfügung stehende Temperaturniveau des Erdreichs. Die Systeme unterscheiden sich lediglich in Bezug auf die

:–28: Gebäudekühlung über Grund- o

technische Umsetzung, wobei W-EWT Wasser als Kältemedium einsetzen und das Kühlkonzept auf einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf zwischen Gebäude und Erdreich basiert.

Dieses Verfahren bietet im Vergleich zu luftdurchströmten Erdreichwärmetauschern den Vorteil einer erhöhten Wärmeaufnahmekapazität sowie Dichte des Trägermediums Wasser. Dadurch verringert sich beim Transport der Energie nicht nur der erforderliche Volumenstrom, sondern auch der damit einhergehende Bedarf an Förderenergie. Darüber hinaus offeriert das geschlossene Hydraulikkonzept stärkere Wechselwirkungen zwischen Gebäude und Wasser-Erdwärmetauscher und bietet die Möglichkeit an der Kälteabgabeseite gezielt Speichermassen zu aktvieren (Betonkernaktivierung). Die erzielbaren Spitzentemperaturen von W-EWT durch die Wärmeaufnahme im Gebäude liegen bei maximal 26°C und fallen

Kalt

114

04 Technologie

somit gegenüber den Spitzenleistungen bei L-EWT (mit über 32°C) wesentlich geringer aus.—69 Wasserdurchströmte Erdreichwärmetauscher eignen sich, genau wie L-EWT, für unterschiedliche Einsatzbereiche und können als im Erdreich verlegte Erdsonden oder Energiepfählen sowie als Betonfundament mit integrierten Rohrmatten ausgeführt werden.—27 Darüber hinaus können W-EWT zum Heizen und Kühlen in einem luftgeführten Energieabgabesystem integriert werden, wobei die Energieübertragung wiederum über einen Wasser / Luft-Wärmetauscher erfolgt. Infolgedessen erzielt diese Kombination aufgrund höherer Betriebszeiten (Sommer und Winter) auch höhere Energieerträge.

erlauf im Erdreich bei

Außenluft Erdoberfläche

gen mit ganzjährigen Temperaturen von 8° bis 12°C nicht nur ein großes

4m Tiefe

Potential in Hinblick auf die Nutzung als Wärmequelle für Wärmepumpen (≥ Wärmeversorgung), sondern ebenfalls als nutzbare Wärmesenke für

die Kühlung von Gebäuden. Das Prinzip der Grundwassernutzung beruht

8m Tiefe O

N

Natürliche Wasservorkommen (Grundwasser und Oberflächenwasser) ber-

2m Tiefe

6m Tiefe

S

GRUNDWASSERNUTZUNG

auf einem Förder- und Schluckbrunnen, über welche das Wasser entnom-

D

men und mittels Wärmetauscher Wärme bzw. Kälte entzogen und an ein Kreislaufsystem abgegeben wird. Anschließend wird das Wasser unbelastet in das Erdreich zurückgeführt. Voraussetzung für die Integration von

serdurchströmter

Grundwasser als Wärmequelle / -senke in das Technikkonzept ist eine ausreichend vorhandene Wassermenge mit einem Temperaturniveau von unter

c)

20°C.—70, —28 Vorteil dieser Verfahrensvariante ist die ganzjährige, ohne zeitliche Einschränkungen mögliche Nutzung. Überdies bietet die hohe

GS

EWT GS

EWT

Speicherfähigkeit des Wassers eine erhöhte Leistungsdichte hinsichtlich der thermischen Entspeicherung. (≥ Wärmeversorgung ≥ Oberflächennahe Geothermie ≥ Grundwassernutzung)

oder Oberflächenwasser

NACHTLUFTKÜHLUNG Das Einbeziehen des Prinzips der Nachtlüftung kann zur unterstützenden oder alleinigen Kühlung eines Bauwerks genutzt werden, wenn eine ausreichend hohe Speichermasse (z.B. massive, unbekleidete Geschossdecken) —29

zur Abführung der zu erwartenden internen Wärmelasten und ex-

ternen Wärmegewinne vorliegt.—71 Ein optimal ausgeführtes Lüftungskonzept versucht dabei weitestgehend ohne mechanische Ventilation auszukommen, da ein ökonomischer Betrieb der erforderlichen Ventilatoren (mit einem systembedingen Wert von n = 4 h-1) lediglich Luftwechselraten erzielt, welche deutlich unter den potentiell, mit ausreichend dimensionierten Lüftungsöffnungen zu erreiWarm

chenden, Luftwechselraten liegen. Die Kühlleistung kann zudem verbessert werden, indem das Lüftungssystem mit einem Schacht oder solaren

115

:–29: Einfluss der Speichermasse a

mischen Auftriebs eine Effizienzsteigerung bewirkt. Dies kann beispiels-

Raumluft bei Nachtluftkühlun

weise mittels überhöhter Atrien aber auch über transparente Solarkamine im Fassadenbereich erreicht werden. Dies eignet sich besonders dann, sind in dem jeweiligen Bereich am Tag solarthermische Überschüsse vorhanden. Besonders für langanhaltende, heiße Phasen, in denen die Wärme-

Temperatur [°C]

Kamin gekoppelt wird, welcher über Unterdruck oder das Prinzip des ther-

einträge das Kühlpotential der Nachtluft—30 übersteigen können, kann es

35

30

25

unter Umständen notwendig sein unterstützende Systeme vorzusehen, um eine ausreichende Entwärmung des Gebäudes zu gewährleisten. Die Inves-

20

titionskosten für das Einrichten eines Nachtlüftungssystems liegen aufgrund eines vergleichsweise geringen Grads an notwendigen technischen

15 28. Juli

Anlagen deutlich unter denen einer konventionellen Klimaanlage. Um die

2

Speichermass

Wärmelasten welche vorrangig tagsüber in die Gebäudemassen abgegeben wur-

Speichermass

Speichermass

den über eine Nachtdurchlüftung abzuführen, sollte die Außenlufttempe-

Außentempera

ratur für etwa 5 bis 6 Stunden mindestens 5K unter der Innenraumtemperatur liegen. Da in Mitteleuropa die sommerlichen Nachttemperaturen meist unter plausibel.

Die Studie des Passivhaus Institutes „Passivhäuser für verschiedene Klimazonen“ belegt, dass an den meisten Standorten nicht die Wärmeversorgung, sondern vielmehr die Klimatisierung bzw. das Vermeiden von

:–30: Qualitatives Potential für e Temperatur [°C]

ein Niveau von 20°C fallen, ist eine Entwärmung durch ein solches Konzept

35

30

25

Überhitzungen den energieaufwendigsten Faktor darstellt. Daher sollten bereits im Entwurf entsprechende Maßnahmen vorgesehen und hierauf

20

einflussnehmende Standortfaktoren berücksichtigt werden. Eine ausreichende Raumklimatisierung bei gleichzeitiger Vermeidung einer Kondensatbildung ohne aktive Zuluftentfeuchtung durch separat angewandte passive Systeme ist demnach nur an bestimmten Orten der Welt - den sogenannten ‚lucky climates‘, wie beispielsweise in Teilen Portugals - realisierbar. Bei Gebäuden mit niedrigen Wärmeeinträgen ist die Kombination mehrerer passiver Systeme eine in Betracht zu ziehende, potenzielle Lösung zur Klimakonditionierung. Je nach Bauvorhaben, Anwendung und Standort erfordern solche Systeme jedoch teilweise eine erhöhte Nutzertoleranz bezüglich der temporären Überschreitung von Grenzwerten und individueller Regulierbarkeit, weisen jedoch eine deutlich höhere ökologische Qualität auf. Bei Gebäuden mit einem erhöhtem Klimatisierungsbedarf und hohen internen Wärmelasten (zum Beispiel Verwaltungs- und Bürobauten) erweisen sich in mitteleuropäischen Klimazonen jedoch vor allem Kombinationen passiver und aktiver Kühlsysteme als sinnvoll. Eine solche Anwendung ermöglicht zudem oft die Bildung und Nutzung von Synergieeffekten, was eine ökologische Bewertung der Anlagen meist deutlich verbessert.

15 28. Juli

2

Kühlpotentia

Außentempera

116

auf die Temperaturamplitude der

04 Technologie

HYBRIDE SYSTEME

ng

Hybride Gebäudekühlung steht für ein bivalentes Klimasystem, bei welchem durch Kombination passiver und aktiver Kühlung die Vorteile beider Systeme zu Nutzen gemacht werden. Dabei wird die Kälte aus natürlichen Wärmesenken zur Aufrechterhaltung eines angenehmen Raumklimas bezogen und mit geringem Einsatz anlagentechnischer Systeme kombiniert. Somit wird zur Verteilung der Kälte aktiv Energie bezogen, wohingegen die Erzeugung der Kälte passiv erfolgt (dieser Vorgang ist auch reversibel ausführbar)

29. Juli

30. Juli

31. Juli

se 200kg/m2

BAUTEILAKTIVIERUNG

se 500kg/m

2

se 1000kg/m2

Bei Thermoaktivierten Bauteilsystemen (TABS) - auch thermische Bauteil-

atur ta

aktivierung (BTA) - genannt, wird die thermische Speicherkapazität von statisch erforderlichen Massivbauteilen hinsichtlich der Wärme- oder Kältespeicherung eingesetzt. Durch integrierte Rohrleitungen oder Rohr-

eine Nachtluftkühlung

29. Juli

register, beispielsweise in Stahlbetondecken (Betonkernaktivierung), wird die materialbedingte Speichermasse des Bauteils thermisch genutzt, sodass eine Grundtemperierung der angrenzenden Innenräume erzielt werden kann. Innerhalb dieses geschlossenen Kreislaufsystems dient meist Wasser als Trägermedium für Wärme- bzw. Kälte. Voraussetzung für den Einsatz eines solchen Systems stellt, im Hinblick auf eine konsequente Reduktion der Heiz- und Kühllasten, ein integral geplantes Gebäudekonzept dar. Da die Leistungsfähigkeit thermisch aktivierter Bauteile trotz erhöhter Wärmeübertragungsflächen begrenzt und aufgrund ihrer (großen) Masse und 30. Juli

al der Nachtluft

atur ta

31. Juli

Trägheit eine genaue Reglung der Raumsolltemperatur nicht möglich ist, erfordert dieses System in der Regel ein ergänzendes, schnell regelbares Heiz- bzw. Kühlsystem. Darüber hinaus ist bei dem Einsatz von TABS zu gewährleisten, dass die Bauteiloberfläche in einem störungsfreien Austausch mit der Raumluft steht. So zum Beispiel ist eine thermisch aktivierte Decke nur sinnvoll, liegt sie ‚frei‘ und ist nicht, von einer durchgehend abgehängten Decke vom Innenraum getrennt. Die Bereitstellung der notwendigen Kälte bzw. Wärme zur Bauteilaktivierung kann in Verbindung verschiedenster Möglichkeiten erfolgen. Aus ökologischer Sicht bieten sich Systeme zur Nutzung natürlicher Wärmesenken als ideale Kombinationspartner hinsichtlich der Gebäudekühlung an. (≥ 02 Planungsgrundlagen ≥ SpeichermaSsen).

SOHLPLATTENRÜCKKÜHLUNG In Kombination mit einem System zur Kälteverteilung kann mittels Sohlplattenrückkühlers das Erdreich unterhalb des Gebäudes als Wärmesenke genutzt werden. In der Sohlplatte eingelassene Rohrregister – in Form von Erdkollektoren – stehen in engen thermischen Kontakt mit dem

117

Untergrund, sodass die, durch beispielsweise die Kombination mit thermisch aktivierten Bauteilen, gesammelte Wärme an das Erdreich abgegeben werden kann. Das eingesetzte Trägermedium Wasser wird hierbei nach Kühlung durch die Erdkollektoren in einen Verteiler, von dort aus über eine Umwälzpumpe der Vorlaufleitung in die entsprechende Kühlebene der Betonkernaktivierung gefördert. Bei weiterem Kühlbedarf wird das Wasser innerhalb des Kreislaufsystems erneut über den Verteiler in die Vorlaufleitung der Erdkollektoren befördert.

Die Nutzung des Erdreichs in Hinblick auf eine Rückkühlung kann als weitgehend regenerativ angesehen werden, wobei die Beschaffenheit des Bodens bei diesem System eine wichtige Einflussgröße darstellt. Analog der Anwendung oberflächennaher Geothermie (≥ 04 Technologie ≥ Oberflächennahe Geothermie ⁄ Erdwärmekollektoren ⁄ ErdspeicheR ⁄ Erdregister) droht die Kühlleistung des Bodens zu erschöpfen, sodass ein

nicht regenerierbarer Dauerfrost resultieren kann.

:–31: Indirekte adiabate Kühlung ü Wärme- bzw.

VERDUNSTUNGSKÜHLUNG – ADIABATE KÜHLUNG

Kälterückgewinnung

Als Alternative zu den genannten Kühlsystemen kann der Einsatz einer adiabaten Kühlung in Kombination mit einer Nachtluftkühlung angesehen

Fortluft 30°C

werden. Die Verdunstungskühlung - auch ‚Evaporation Cooling‘ genannt beruht auf dem physikalischen Vorgang der adiabaten Luftbefeuchtung.

Dieser Prozess, bei welchem Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand überführt wird ohne thermische Energie mit der Umgebung auszutauschen, ähnelt in seinem Ablauf prinzipiell der Kühlung durch Transpiration über das Organ Haut.—72 Verdunstungskälte ist demnach die durch das Verdunsten bzw. Verdampfen des Wassers resultierende Abkühlung der Flüssigkeit sowie ihrer Umgebung. Die für diesen Vorgang notwendige Energie wird dabei in Form von Verdunstungswärme der Luft entzogen. Begünstigt werden der Verdunstungsvorgang sowie die damit einhergehende Verdunstungskühlung durch das Abführen des Wasserdampfes mittels trockener Luftzüge.

Daraus resultiert demnach eine kontinuierliche Zufuhr sowie Bereitstellung ungesättigter Luft zur erneuten Aufnahme von Wasserdampf und schnelleren Abkühlung der Umgebung. Die Temperaturabsenkung der Zuluft von Gebäuden kann, bezugnehmend auf diese Methode, sowohl direkt als auch indirekt erfolgen. Findet zur Absenkung der Lufttemperatur eine direkte Befeuchtung des zugeführten Luftstroms statt, so handelt es sich um das Verfahren der direkten adiabaten Kühlung, welche durch offene Wasserflächen, Pflanzen sowie eine Sprühverneblung zu erzielen ist.

Grundsätzlich geht mit dieser Methodik jedoch ein Anstieg der Luftfeuchte einher, welche die empfundene Behaglichkeit des Raumklimas beeinflusst. Die indirekte adiabate Kühlung—31 hingegen gewährleistet eine Temperatursenkung sowie gleichzeitige Vermeidung des Anstiegs der

Frischluft 32 °C

118

04 Technologie

Luftfeuchte im Gebäudeinneren durch die Befeuchtung des Abluftstroms und damit einhergehender (indirekter) Kühlung der warmen Außenluft mittels eines Wärmetauschers. Gegenüber der direkten Verdunstungskühlung basiert diese Verfahrensweise auf der Nutzung einer maschinellen Zu- und Abluftanlage, wohingegen die dadurch in ihrer absoluten Feuchte unveränderte Zuluft den größten Anteil ihres Wärmepotentials über die Wärmerückgewinnung an die ebenso gekühlte wie auch feuchte Abluft abgibt.—73 Die Kombination direkter und indirekter Verdunstungskühlung in Verbindung mit einer solarthermischen Kühlung ( ≥ Kälteversorgung ≥ Sorptionskälte) erreicht gesamtenergetisch betrachtet die besten Ergeb-

nisse sowie eine optimal gesteigerte Leistungsfähigkeit der Anlagen.

Die Anwendung hybrider Systeme bietet die Vorteile der erhöhten Regulierund Kontrollierbarkeit aktiver Systeme und nutzt zugleich passive, ökolo-

über eine raumlufttechnische Anlage

gisch vorteilhafte Kühlungsprinzipien. Die Kühlleistung erfährt durch die

Luftbefeuchtung

Verwendung solcher Kombinationen meist zwar keine Steigerung, lässt

bzw. Verdunstung

sich jedoch effektiver und effizienter einsetzen.

Passive Systembausteine gewährleisten dabei meist die kontinuierliche

Wasser

Abführung der Grundlast, wohingegen sich die aktiven Komponenten erst 20 °C

bei gesteigerten internen Wärmelasten hinzuschalten. Meist bietet eine

26 °C

Integration solcher hybriden Lösungen in das Klima- und Energiekonzept auch Vorteile für die Wärmeerzeugung und -Verteilung in der Heizperiode.

So zum Beispiel ermöglichen geothermische Anlagen eine Nutzung der saisonalen Speicherfähigkeit und der vorherrschenden natürlichen Temperaturniveaus zur Bedarfsdeckung von Kälte- als auch Wärmeenergie.

22 °C

Raum

LICHT TAGESLICHT Wichtig für das Wohlbefinden des Menschen, sowie einen Bezug zum Außenraum vermittelnd, steht uns das von der Sonne abgestrahlte Licht in Abhängigkeit von Standort, Wetter, Tages- und Jahreszeit in unterschiedlichen, meist schwankenden Stärken - i.d.R. zwischen 2.000 (Winter) und 100.000 Lux (Sommer) - zur Verfügung. Im Schatten reduziert sich dieser Wert auf 10 - 20%. Ein stark bedeckter Himmel reduziert die Beleuchtungsstärke dabei auf ein Zehntel des Wertes gegenüber Sonnentagen.—74 Tageslicht besteht aus gerichteten sowie ungerichteten – diffusen – Anteilen und kann transmittiert, absorbiert, reflektiert und gebrochen werden. Diffuse Tageslichteinstrahlung sorgt grundsätzlich für eine bessere Ausleuchtung von Räumen, gerichtete Primärstrahlung hingegen kann über Tageslichtsysteme gezielt in die Tiefe des Raums gelenkt werden.—75 Aufgrund seiner zentralen Bedeutung für die Behaglichkeit und Atmosphäre von Innenräumen, visueller Wahrnehmung und Leistungsfähigkeit

119

am Arbeitsplatz,—76 aber auch im Sinne einer energetischen Nachhaltigkeit - die Verringerung des Kunstlichtbedarfs betreffend - sollte ein möglichst hoher Grad an Tageslichtnutzung angestrebt werden.—77 Da hierzu transparente oder transluzente Bauteile erforderlich sind, welche jedoch stets eine Erhöhung der solaren – vor allem im Sommer unerwünschten - Wärmeeinträge zur Folge haben, sollte die Tageslichtplanung immer eng mit dem sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz abgestimmt werden. Insbesondere sollten die durch erhöhten Tageslichteinfall erzielbaren Einsparungen an Kunstlichtbedarf mit dem - zur Abführung der folglich erhöhten solaren Wärmeeinträge - benötigten Energieaufwand verglichen werden.

Zur Bewertung der Tageslichtnutzung von Räumen steht das Instrument des Tageslichtquotienten (Daylight Factor) zur Verfügung, welcher das Verhältnis Beleuchtungsstärke an einem bestimmten Punkt im Innenraum zur unverschatteten Beleuchtungsstärke im Freien angibt. Zurzeit in Deutschland geltende Regelwerke zur Tageslichtnutzung in Innenräumen sind

:–32: Tageslichtangebot in einem s

unterschiedlichen Fensteröff

beispielsweise die ‚DIN 5034 – Tageslicht in Innenräumen‘ sowie die ‚ArbStättV - §7‘.

1,6:1

dehülle oder spezielle Tageslichtsysteme. Bei allen Ansätzen sollte ein Ab-

1,9:1

Konventionell erfolgt die Tageslichtnutzung über Öffnungen in der Gebäu-

2,4:1

TAGESLICHTNUTZUNG

schirmen oder Reflektieren direkter Sonneneinstrahlung zur Vermeidung

A B

von Blend-Erscheinungen und Überhitzung angewandt werden. Grundsätzlich ist der Grad der Tageslichtnutzung im Innenraum von folgenden Para-

C

metern abhängig:

D

Größe, Anordnung und Position der Fenster Größe, Form und Proportion des Innenraums

:–33: Öffnungsvarianten und Lichte einfachen Fensters

Orientierung der transparenten Bauteile und Flächen sichtbarer Himmelsanteil und Himmelslichtverteilung Materialisierung und Farbgebung des Innenraums

Verglasungsart —78 Die lichtdurchlässigen Anteile einer Gebäudefassade nehmen maßgeblichen Einfluss auf die Raumnutzung und Ausleuchtung des Innenraums. Bei seitlicher Lichteinstrahlung kann ein Raum zur Einhaltung der von der Arbeitsstättenrichtlinie geforderten 300 / 500lx ohne die Anwendung zusät-

Licht

[vertika

120

04 Technologie

zlicher lichttechnischer Systeme und entsprechend der Anordnung der Verglasungen bis zu einer Raumtiefe von etwa 5m natürlich belichtet werden. Geringe Sturzhöhen ermöglichen den Lichteinfall in die Raumtiefe, wogegen ein tief heruntergezogener Sturz eine Verdunkelung derselben bewirkt.—32 Ein lichtdurchlässiges mittleres Feld lässt neben dem Sichtbezug zum Außenraum und der Möglichkeit zur freien Lüftung eine Beleuchtung der fensternahen Zonen zu. Deutlich geringere Vorteile - in Bezug auf den Nutzungsgrad des Tageslichts - bietet dagegen eine Verglasung des Brüstungsbereichs. Lediglich der freie Ausblick, die sich ändernde Raumwahrnehmung oder die Integration des Bereichs in ein ganzheitliches Klimaund Nutzungskonzept kann als Argument hierzu angeführt werden.—79, —33 Oberlichter dagegen nutzen das zu Verfügung stehende Licht zur natürlichen Raumbeleuchtung deutlich effektiver und bewirken eine Verbesserung der Beleuchtungsverhältnisse und des Tageslichtquotienten. In zunehmendem Maße, insbesondere bei Büro- und Verwaltungsbauten,

seitenbelichteten Raum bei

werden verglaste Lichthöfe – sogenannte Atrien - genutzt, um eine Be-

fnungen

lichtung in der Tiefe des Gebäudes zu erreichen. Das Licht fällt – wie beim Oberlicht – von oben ein, weshalb bei der Planung in Hohem Maße die Eigenverschattung durch das Bauvolumen berücksichtigt werden sollte, welche starken Einfluss auf die nutzbare Beleuchtungsstärke nehmen kann.—80 Untersuchungen der Lichtausbeute von Atrien mit Glasdächern zeigten, dass je nach Konstruktion und Verglasungsart dennoch von einem um bis zu 40% verringerten Tageslichteintrag auszugehen ist.—81 Eine Materialisierung des Atriums mit hellen Umgebungsflächen erhöht zusätzlich

h

f

das natürliche Lichtangebot im Innenraum. Das Einbringen speicherfähiger Bauteile kann zudem für die Temperierung hilfreich sein, da im Sommer neben der Beleuchtungsstärke - auch die thermische Belastung innerhalb eines Atriums ansteigt. Sinnvoll erscheinen in diesem Zusammenhang auch wirksame Maßnahmen zur Verschattung.—82 In vielen Fällen dient das Atrium also nicht bloß Zwecken der Belichtung, sondern erfüllt Funk-

einfall am Beispiel eines

aler Schnitt]

tionen der natürlichen Be- und Entlüftung innerhalb eines Gesamtkonzepts und wirkt als Klimapuffer zum Ausgleich von Temperaturspitzen.

TAGESLICHTSYSTEME Tageslichtsysteme können die Tageslichtnutzung erheblich verbessern und Licht

bewirken auch bei großen Raumtiefen eine erhöhte und gleichmäßige Tageslichtausbeute.—83 Die Vielzahl der zur Verfügung stehenden Variationen gliedert sich in statische und im Betrieb regelbare Systeme, ausgeführt als Sonnenschutz, lichtlenkendes -streuendes oder –transportierendes Bauteil. Eine weitere Differenzierung erfolgt je nach Lage zur Verglasung, Einbausituation und Funktionsspektrum.—84 Viele Systeme bieten mittlerweile kombinierte Lösungen, bewirken eine entscheidende Verbesserung der Lichtsituation und minimieren Blendung und Überhitzungspotentiale.—34

121

LICHTSTREUUNG / DIFFUSLICHTDURCHLASS

:–34: Unterschiedliche Prinzipien

Durch Prismenplatten, Aluminiumlamellen, Sonnenschutzspiegelraster und mittlerweile auch elektrooptisch schaltbare Systeme wird die auftreffende direkte Sonneneinstrahlung reflektiert, während die Diffusstrahlung unlichtung weder Blendung noch Überhitzung in den dahinterliegenden Räumen.—85

s

klar

beeinflusst weitergeleitet wird.—35 So entsteht trotz der natürlichen Be-

:–35: Prismenplatte reflektiertes Sonnenlicht

LICHTLENKUNG Das in einem bestimmten Winkel auftreffende Sonnenlicht wird durch ein Lenksystem (i.d.R. im Oberlichtbereich einer Verglasten Fläche) entweder direkt oder indirekt, über eine gut reflektierende Deckenfläche, in die Tiefe des Raumes gelenkt und somit eine Verbesserung der Tageslichtausleuchtung in fensterfernen Zonen erreicht. Anwendung finden hier z.B. Lichtlenkende Gläser mit im Scheibenzwischenraum integrierten Lichtlenkprofilen,

Sperrbereich

Lichtschwerter, horizontale Lamellensysteme oder sogenannte Laser Cut Panels (LCP).

:–36: Empfohlene Beleuchtungsstärk Raumnutzung, Tätigkeit

KUNSTLICHT

Em [Lx]

Verkehrszonen und allg. Bereiche innerhalb von Gebäuden Verkehrflächen und Flure

Ziel einer Lichtplanung ist es durch die konzeptionelle Optimierung aller hierfür bedeutsamen Parameter - insbesondere der Gebäudeorientierung

100

Kantinen und Teeküchen

200

Sanitärräume

500

Vorrats- und Lagerräume

100

und -Hülle – eine möglichst hohe Tageslichtautonomie zu erreichen. Aufgrund der natürlich bedingten, wechselnden Verfügbarkeit von Tageslicht, kann durch das Installieren von Kunstlichtsystemen eine konstante Nutzbarkeit eines Gebäudes gewährleistet werden. Technischer Anspruch ist

Büronutzung Ablegen und Kopieren,

300

Verkehrszonen Schreiben, Lesen, EDV

500

technisches Zeichnen

750

meist eine zum Tageslicht funktionsadäquate oder der Nutzung entsprechend angemessene künstliche Beleuchtung—36 von Innenräumen mit möglichst geringem Energieverbrauch.—86 Ein wichtiger diesbezüglicher Kennwert ist die installierte Lichtleistung in Bezug zur Nutzfläche (in W / m²). Die Berücksichtigung von Behaglichkeitskriterien wie Farbneutral-

Büroräume Lagerräume

50-200

Büroräume,

300

tageslichorientiert Büroräume, standard Großraumbüros

500 750-1000

ität, Blendfreiheit und angemessener Kontrastverhältnisse ist bei der Planung ebenso wichtig wie eine energetische Optimierung auf den Ebenen

:–37: Kennwerte der Beleuchtungste

Beleuchtungstechnik-, Konzeption und Automatisierung. Zur Beschreibung und Bewertung von Beleuchtungssystemen sind zunächst einige relevante Kennwerte zu nennen:—37 Die Basis bildet der sogenannte Lichtstrom, welcher die in alle Richtungen abstrahlende Leistung einer Lichtquelle – sozusagen deren Effektivität – angibt. Die Lichtausbeute hingegen geht auf die Effizienz einer Lichtquelle, also deren Verhältnis von

Lichtstro

Lich Leuchtdichte (L)

Leistung zu der aufgewendeten elektrischen Energie, ein. Die Lichtmenge bezeichnet den über einen festgelegten Zeitraum abgegebenen Lichtstrom, wohingegen die Beleuchtungsstärke den auf einer definierten Fläche auf-

Bodenreflexion

122

04 Technologie

treffenden Lichtstrom kennzeichnet. Der Parameter Lichtstärke gibt dabei

der Tageslichtnutzung

den anteiligen, winkelbezogenen Lichtstrom einer bestimmten Strahlungsrichtung an, die Leuchtdichte stellt einen Wert zur Erfassung des Helligkeitseindrucks einer Lichtquelle oder beleuchteten Fläche bereit und wird als flächenbezogener Lichtstärke-Quotient ermittelt. Künstliche Licht-

streuend

lichtlenkend

quellen werden in diesem Kontext als Leuchtmittel (oder Lampen) bezeichnet und weisen teils signifikante Unterschiede in Effizienz und Lebensdauer auf, was unter anderem auch den Grad interner Wärmelasten beeinflusst

diffuses

und mitunter gravierende Bedeutung für ökonomische und ökologische Be-

Tageslicht

wertungen haben kann.—38

KUNSTLICHTKONZEPTE Sinnvoll ist in vielen Anwendungsfällen die Erstellung eines differenzierten, nutzungsspezifischen Beleuchtungskonzepts. Bereiche ohne besondere Durchlass-

Anforderungen wie beispielsweise Erschließungszonen werden demnach

bereich

flächig und homogen beleuchtet (Grundbeleuchtung), spezifische Raumnutzungen, wie z.B. Arbeitsplätze, sollten hingegen durch eine, den definier-

ken nach DIN EN 12 464-1

ten Anforderungen entsprechende Zonenbeleuchtung optimiert werden, da

Raumnutzung, Tätigkeit

Em [Lx]

diese maßgeblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und das Behaglichkeitsempfinden der Nutzer nehmen kann. (≥ Behaglichkeitskrite-

Verkaufsräume Verkaufsbereich

300

situation spezifisch genutzter Innenräume, ist die Kombination direkter

öffentliche Bereiche Park- / Abstellflächen

rien ⁄ Visueller Komfort). Eine häufig als angenehm empfundene Licht-

75

und indirekter Beleuchtung. Des Weiteren können helle oder reflektierende

Eingangshallen

100

Küchen

500

Oberflächen zur Unterstützung der Beleuchtungssituation und einer Ver-

Konferenzräume

500

ringerung der erforderlichen Lichtleistungen angeordnet werden. Weitere, hohe Einsparpotentiale des Stromverbrauchs - durch Reduzierung der Vol-

Ausbidungseinrichtungen Spielzimmer, Krippenräume

300

Unterrichtsräume in Grund-

300

Hörsäle, Unterrichtsräume

llaststunden - bietet eine automatisierte Lichtsteuerung- und Regelungstechnik.—39

und weiterführenden Schulen 500

Bei der Planung solcher Systeme ist jedoch auf eine angemessene Ge-

Bibliotheken: Bücherregale

200

wichtung der Aspekte Energieeinsparungen und Nutzerzufriedenheit

Bibliotheken: Lesebereiche

500

für Abendklassen

einzugehen, um den Eindruck einer, den Nutzer kontrollierenden Gebäudetechnik zu vermeiden.—87 Die Beleuchtung in Sanitär- und Erschließungsbereichen kann so nahezu ausschließlich durch Präsenz- oder

echnik

helligkeitsbezogene Automation gesteuert werden, Arbeitsplätze hingegen Deckenreflexion

om (o I)

hsttärke (I)

haben einen berechtigten Anspruch auf manuell anpassbare Belichtungssituationen.

Wandreflexion vertikale Beleuchtungsstärke

WASSER Die Thematik der Ressourcenverknappung nimmt zunehmend eine zentrale Bedeutung im Bereich des Planens und Bauens ein. Ebenfalls davon

horizontale Beleuchtungsstärke

betroffen ist auch das Element Wasser, welches als Grundvoraussetzung jeglichen Lebens eine unabdingbare, nicht substituierbare Ressource un-

123

serer Gesellschaft darstellt. Sowohl für Mensch, Tier als auch Pflanze ist

:–38: Lichtausbeute und Lebensdauer

die Versorgung mit Trinkwasser ein essentielles Grundbedürfnis, dem in

Glühbirne

jedem Lebensprozess eine eminente Bedeutung zukommt. Obgleich ca.

70% der Erdoberfläche mit diesem kostbaren Gut bedeckt ist, stehen le-

NV–Halogen

diglich etwa 0,5% des globalen Wasservorkommens—88 als Trinkwasser

HV–Halogen

oder Einsatzmittel für landwirtschaftliche Nutzungen zur Verfügung.

Leuchtstoff-

Der mit rund 2,5% größte Teil des weltweiten Süßwasservorkommens

lampen 26mm

steht aufgrund seiner Bindung in den Eisschilden der Antarktis und Grön-

Leuchtstoff-

lands nicht zur Disposition. Die verbleibenden 97,5% der globalen Wasser-

lampen 16mm

menge sind Salzwasser und können nur durch unverhältnismäßig hohen

Kompakt–LL

technischen Aufwand als Trinkwasser nutzbar gemacht werden. In Anbe-

(Stecksockel)

tracht der steigenden Weltbevölkerung und dem damit einhergehenden er-

Kompakt–LL

höhten Wasserbedarf wird der Problematik der Wasserverknappung bis

(Energiespar-

dato noch zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt, vor allem in den Industrienationen wird das Grundnahrungsmittel Wasser noch immer ineffizient

lampe) LED (weiß)

genutzt, verschwendet oder verunreinigt. Auch der Weltwasserbericht der

0

20 40 60 8

UNESCO vom 12. März 2012 unterstreicht die Notwendigkeit der verstärkten Integration dieser Problematik in die globale Politik, da die alleinige Versorgung mit Niederschlagswasser aus natürlicher Verdunstung zukünftig nicht mehr ausreichen wird, um den Wasserbedarf der gesamten Weltbevölkerung zu befriedigen. Nicht zuletzt aufgrund steigender Preise erfährt der Wasserverbrauch in der Bundesrepublik Deutschland gegenwärtig einen tendenziellen Rücklauf.

1991 lag der Trinkwasserverbrauch pro Tag und Bundesbürger noch bei rund 144 Litern, reduzierte sich mittlerweile (laut Angaben des statistischen Bundesamts 2012) jedoch auf 120 Litern. Erst mit einem Blick auf die historische Entwicklung wird der signifikante Anstieg unseres Wasserkonsums deutlich: In der vorindustriellen Zeit verbrauchte ein Mensch lediglich ca. 30 Liter Wasser täglich, wohingegen der Bedarf bis 1950 bereits auf 85 Liter anstieg.

:–39: Beispielhafte Messergebnisse

der Beleuchtung auf den Ener Wandschalter (Referenz) Wandschalter mit abschaltenden Anwesenheitssensoren ein/aus Anwesenheitssensor Wandschalter mit tageslicht abhängiger Dimmung Wandschalter mit tageslichtabhängiger Dimmung und Anwesenheitssensor 0

Diese Zunahme ist insbesondere in der wachsenden Priorität sanitärer

25

jährlich

Standards und steigenden Komfortanforderungen begründet. Derzeit werden rund zwei Drittel des Trinkwassers zur Körperhygiene sowie zur Spülung der Toilette verbraucht, wohingegen nur ein geringer Anteil für grundlegende und lebensnotwendige Nutzungen wie das Kochen und Trinken aufgewendet wird.—40 Ein leichtfertiger Umgang mit lebensnotwendigem Trinkwasser geht überdies einher mit einem erhöhten Energieverbrauch für dessen Erwärmung und belastet zunehmend die Abwassersysteme und Klärwerke. Eine Verschwendung findet jedoch nicht nur im privaten Bereich, sondern in erheblichem Maße auch im Betrieb und der Reinigung von Büro- und Industriebauten statt.

Der leichtfertige und oftmals unangemessene Umgang mit Wasser muss deshalb in Frage gestellt, das Bewusstsein um unbelastetes, sauberes Trinkwasser als eine endliche, begrenzt zur Verfügung stehende und zu

:–40: Trinkwasserverwendung in Deu

pro Kopf bezogen auf die Was Kleingewerbe

124

r verschiedener Lampen im Vergleich

04 Technologie

schützende Ressource zunehmend gestärkt werden. Auf Theorien eines kommenden weltweiten Konflikts aufgrund mangelnder Wasserverfügbarkeit soll hier nicht detailliert eingegangen werden, jedoch ist dies bei der abzusehenden globalen Entwicklung ein erschreckendes, aber durchaus plausibles Szenario. Anders als viele fossile Rohstoffe, welche zunehmend durch alternative Ressourcen ersetzt werden, ist Wasser nicht substituierbar, d.h. nicht adäquat zu ersetzen. Eine deutliche Verknappung—41 dieser Lebensgrundlage kann daher vom Menschen absehbar kaum bzw. nur schwerlich kompensiert werden. Zukünftig wird es daher umso wichtiger sein sämtliche EinsparPotentiale, welche nicht nur durch die Umstellung bestimmter Lebens- und Nutzungsgewohnheiten, sondern auch durch effizientere Nutzungs- und Verbrauchsmethoden zu erreichen sind, umfassend anzuwenden.

Hierzu zählen auch der sinn- und verantwortungsvolle Umgang mit Regenund Grauwasser, welcher mithilfe von Kreislaufsystemen sowie Aufbereit-

80 100 120 0

20 40

60

80 100 120

ungs- und Filteranlagen den Wirkungsradius und vor allem die Effektivität der Wassernutzung enorm steigern kann.

e zum Einfluss der Automatisierung

rgieverbrauch

WASSERKREISLÄUFE Ungeachtet

technischer

Optimierungsmöglichkeiten

ermöglicht

das

Berücksichtigen, Einbinden und Vorsehen von Wasserkreisläufen einen effizienten und wasser- sowie energiesparenden Gebäudebetrieb. Durch verschiedenste Maßnahmen können so mitunter kosten- und wartungsintensive technische Anlagen oder erhöhte Materialbedarfe vermieden werden.

Zu diesem Zweck sollte die Planung eine Freiflächen- und Gebäudegestaltung anstreben, welche lokale Wasserkreisläufe nur in geringstmöglichem Maße unterbricht, den Abfluss von anfallendem Niederschlag nicht verzögert und Wasser somit als Potential erhält, um durch Verdunstung (Adiabate Kühlung) das Mikroklima am Standort positiv zu beeinflussen.—42 50

75

100

125

her Beleuchtungsenergiebedarf [%]

Dies kann beispielsweise durch eine zentrale (Rückhaltebecken) oder dezentrale (Zisternen) Wasserrückhaltung, das Anordnen von Sickerflächen in Form von Mulden oder Rigolen mit unterirdischen Pufferspeichern aus Kies

utschland - Durchschnittswerte

sserabgabe an Haushalte und

36%

27%

Baden, Duschen,

oder Schotter sowie einer generellen Reduzierung der versiegelten Flächen geschehen. Zisternen bieten dahingehend den Vorteil einer möglichen Reduktion des Trinkwasserbedarfs durch eine vorgesehene Regenwasser-

Körperpflege [43l]

nutzung. Eine Pufferung oder Zwischenspeicherung des Wassers mittels

Raumreinigung, Autopflege,

Grünflächen, -Dächern oder in Oberflächengewässern und Becken kann

Garten [7l]

Temperaturspitzen ausgleichen oder abmildern sowie für eine Reduktion

Kleingewerbeanteil [11l]

des Staubanteils in der Luft sorgen. Das Bereitstellen die-ser Flächen und

Wäsche Waschen [15l]

Wasserspeicher sowie das Vorsehen von Bepflanzungen erhöht zudem die

4%

Essen und Trinken [5l]

Verdunstungsleistung am Standort und trägt vor allem im städtischen

6%

Geschirrspülen [7l]

Kontext zu einer wirkungsvollen Temperatursenkung und einem damit ein-

6%

Toilettenspülung [33l]

hergehenden verminderten Energiebedarf, einer Hebung der Aufenthalts-

9% 12%

125

qualität, einer Verbesserung der Landschaftsgestalt sowie einer Verrin-

:–41: Weltbevölkerung und Wasserkn

gerung der in die Kanalisation abzuführenden Abwassermengen bei. Den

Welt

Grad der Wasserdurchlässigkeit und Versickerungsfähigkeit von Ober-

6

flächen bestimmt der Abflussbeiwert (Ψ), welcher das Verhältnis von ober-

71

flächlich abfließendem Regenwasser zur Gesamtabflussmenge und für

23

verschiedene Oberflächen angibt. Je höher dieser Wert (0 = komplette Versickerung / 1 = keine Versickerung), desto weniger Regenwasser versickert.—43

Welt

23

WASSERAUFBEREITUNG

22

55

Laut Umweltbundesamt für Mensch und Umwelt findet in Deutschland zu

*

über 70% die Trinkwasseraufbereitung durch Nutzung von Grundwasser oder Uferfiltrat, welches aus Grund- und Oberflächenwasser besteht, statt.

Vor der Aufbereitung als Rohwasser bezeichnet, erfährt dies bei Letztgenanntem meist bereits eine natürliche, mechanische Vorreinigung durch

Wasserknappheit: verfügbares erneue

und Jahr liegt zwi Wassermangel:

Süsswasserangebot

sandige Uferbereiche. Im Allgemeinen weist Rohwasser zwar eine gute Qualität auf, wird jedoch gemäß DIN-2000, mit dem Ziel einer Reduzierung

:–42: Mikroklimatisch wirksame Eleme

von Eisen- sowie Manganwerten, nochmals zentral aufbereitet. Überdies

Sonneneinstrahlung

kann eine Desinfektion oder eine Enthärtung erforderlich sein, um die technische Eignung zur Wasserverteilung zu optimieren. Die Trinkwas-

Verringerung der

serverordnung definiert zudem Zulässigkeiten der Wasseraufbereitung

Windgeschwindigkeit

sowie -Gewinnung und bestimmt darüber hinaus in §4 die Beschaffenheit des Trinkwassers für den menschlichen Gebrauch - also frei von Krankheits-

Verdunstung

erregern, rein sowie genusstauglich. Die Aufbereitungsverfahren gewährleisten dabei, dass mit dem Trinkwasser aus der Leitung Speisen und Ge-

Refle

tränke zubereitet und bedenkenlos konsumiert werden können.

Die Reinigung und Sterilisation des Rohwassers beginnt in der Regel mit der Entfernung von Partikeln durch Flockung oder Filtration, gegebenenfalls (zur Beseitigung kleinster Partikel) zusätzlich durch den Einsatz von

Grundwasserspiegel

sogenannten Membranverfahren. Des Weiteren sorgen Oxidations-, Ionentausch- sowie Aktivkohleverfahren für die Beseitigung von gelösten Stoffen im Rohwasser. Besonders umweltfreundlich, da ohne Einsatz von Chemikalien möglich, sind diesbezüglich Prozesse der Ufer- und Langsam-Sandfiltration, bei denen der Partikel- und Schadstoffabbau wirkungsvoll durch Mikroorganismen in filtrierenden Bodenschichten bewältigt wird.

:–43: Abflussbeiwert nach DIN 1986 Oberfläche Dächer, Neigung > 15° Beton- und Asphaltflächen Pflasterflächen

REGENWASSERNUTZUNG

Kisdächer, Höfe, Promenaden

Betonpflaster, versickerungsfähige

Granitpflaster, versickerungsfähig

Nicht nur auf ökologischer sondern auch auf ökonomischer Ebene stellt die

Dachgärten

Einbindung von Regenwassernutzungsanlagen—44 eine sinnvolle Maßnahme

Rasenfugenpflaster, Splittfugen

Spiel– und Sportplätze

zur Reduzierung der Trinkwasserbedarfs sowie einer regenerativen Wasser-

Vorgärten

nutzung dar. Insbesondere die Möglichkeit der nachgeschalteten Nutzungs-

Parks und Anlagen an Gewässern

prozesse des gesammelten Niederschlagswassers und ein somit deutlich effizienterer Umgang mit dem Rohstoff birgt enorme Potentiale. So kann

Schrebergärten

1

entspricht 100% Wasserabfluss

2

nach Forschungsergebnissen

126

04 Technologie

nappheit

das Regenwasser zunächst zu Reinigungszwecken (z.B. in Waschmaschi-

tbevölkerung 2010: 6,9 Milliarden

nen) verwendet werden, um nachfolgend nochmals als Grauwasser genutzt

6%

Wassermangel

(z.B. Toilettenspülung, Reinigung, Gartenbewässerung) und abschließend,

1%

Wasserknappheit

in konsekutiver Verwertung als Schwarzwasser abgeführt zu werden. Wird

3%

Ausreichende Wasserversorgung

eine solche Regenwasser-Mehrfachnutzung konsequent durchgeführt, lässt sich der Trinkwasserverbrauch um annähernd 50 % mindern.—89

tbevölkerung 2050: 9,3 Milliarden*

3%

Wassermangel

2%

Wasserknappheit

5%

Ausreichende Wasserversorgung

Dieser schrittweisen, verlangsamten Senkung des Wertniveaus (Downcycling) durch den Mehrfachgebrauch steht die Alternative des sogenannten Upcyclings gegenüber. Technische Lösungen ermöglichen bereits den Einsatz von aufbereitetem Regenwasser als technisches Betriebsmittel, beispielsweise innerhalb gebäudetechnischer Anlagen zu Kühlzwecken.—90

Projektion

Infolge von möglichen Verunreinigungen sollte die Speisung von Regen-

erbares Süsswasserangebot pro Kopf

wassernutzungsanlagen jedoch nicht mit Niederschlagswasser aus dem

ischen 1.001 m3 und 1.666 m3

Straßenraum, sondern ausschließlich über den Anschluss von Dachflächen

pro Kopf beträgt höchstens 1.000 m3

erfolgen. Eine Begrünung dieser Regenwasser-Sammelflächen unterstützt hierbei die notwendige Filterung und Reinigung von Grobschmutz, welche

ente und die Wirkung auf den Baukörper

cherweise mit Filtersystemen bewerkstelligt wird. Die Regenwasserspei-

geringe Aufheizung

exion

vor der Speicherung in monolithischen Zisternen notwendig ist und üblicherung kann in Kunststoff- oder Betonspeichern passieren, welche in kühler und lichtgeschützter Umgebung aufgestellt werden sollen, um einem Algen und Bakterienwachstum vorzubeugen. Oftmals werden die Zisternen daher außerhalb des Gebäudevolumens frostsicher im Erdreich angeordnet.—91

Verdunstung

Die zum Transport und der weiteren Verteilung des eingespeicherten Re-

Fassadenbegrünung

trale oder direkt bei der Zisterne – als sogenannte Tauchpumpe – ausgeführt

genwassers notwendige Pumpenanlage kann innerhalb einer Technikzenwerden. Das erforderliche Leitungsnetz sollte dabei aus korrosionssicheren Kunststoff oder Edelstahlrohren bestehen. In die Berechnung des Speichervolumens einer Regenwassernutzungsanlage müssen die jährlich zu erwartende Niederschlagsmenge, der geschätzte Betriebswasserbedarf

Wasserversickerung

des Gebäudes sowie die Dimension und Beschaffenheit der Regenwasser sammelnden Fläche (i.d.R. die Dachfläche) einfließen. DIN 1989-1, welche ‚Planung, Ausführung, Betrieb und Wartung von Regenwassernutzungsanla-

6 Abflussbeiwert [-]

gen‘ umschreibt, empfiehlt als Mindestgröße des Speichers etwa 6% des Betriebswasser-Jahresbedarfs.

1,01 0,9 0,75

ABWASSERNUTZUNG

0,5

e Fugen

0,402

ge Fugen

0,332

Die weitere Verwertung und Nutzung – bestenfalls eine mehrfache Ver-

0,3

wendung zur Deckung einzelner Bedarfe - von bisweilen in die Kanalisation

0,25 0,22

abgegebenem Abwasser, stellt ebenfalls eine Option zum effizienten

0,15

Umgang mit einer endlich vorhandenen Ressource dar.—45 Gemäß des

2

0,05 0

Wasserhaushaltsgesetztes (WHG) §54 definiert sich Abwasser als in seinen Eigenschaften verändertes Wasser, deren Verunreinigungen durch häuslichen, gewerblichen, landwirtschaftlichen oder sonstigen Gebrauch entstehen.

127

Ebenfalls unter diese Begrifflichkeit fällt das bei Trockenwetter zusammen

:–44: Schema einer Regenwassernutz

abfließende Schmutzwasser, sowie das in Folge von Niederschlägen auf versiegelten Bereichen gesammelte Niederschlagswasser. Gemäß seines Gebrauchs lässt sich Abwasser weitergehend wie folgt unterteilen: Schwarzwasser: Sanitärwasser von Toiletten und Urinalen sowie fä12

kalienhaltiges Spülwasser 11

Gelbwasser: Urin aus Separationstoiletten und Urinalen, mit und ohne Spülwasser

13 8

Braunwasser: Schwarzwasser ohne Urin bzw. Gelbwasser 10

9

Grauwasser: häusliches Abwasser aus Küche, Bad (Dusche, Badewanne, Waschbecken) und Waschmaschinen.—92 Die Reinigung des Abwassers in Kläranlagen unterscheidet sich in drei verschiedene Reinigungsstufen: mechanische, biologische und chemische Reinigung. Dabei ermöglichen bereits die ersten beiden Stufen den Entzug

:–45:

Nutzungsmöglichkeiten versc

Grauwasser definiert sich als dabei Abwasser, welches von Waschmaschinen, Badewannen, Duschen, Geschirrspülern und Spülbecken stammt, mit weniger als 10% Stickstoffanteilen entgegen dem Schwarzwasser also nicht hochbelastet verunreinigt ist. Hauptsächlich setzt sich die Wasserverunreinigung aus Seifenrückständen, Speiseresten und Fetten zusammen. Aufgrund eines relativ hohen Verfahrensaufwandes zur Reinigung wird das Schmutzwasser aus Küchen gemeinhin in Grauwassernutzungsan-

Gelb- und Schwarzwasser

Mehrfachverwendung unserer Lebensgrundlage.—46

Grauwasser

zur Reduzierung des gesamten Trinkwasserbedarfs und zur wirkungsvollen

Toilettenspülung,

Die Verwertung und Nutzung von Grauwasser ist eine weitere Möglichkeit

Waschmaschine,

GRAUWASSERNUTZUNG

Sterilisierung

Gelb- und Schwarzwasser, Toilettenspülung,

Filtration,

Umwälzung und den Transport des zu reinigenden Wassers verbraucht wird.

biologische Aufbereitung

Grauwasser, Dusche, Waschmaschine,

(Kiesschicht),

Menge an Energie, welche insbesondere durch die notwendige Belüftung,

Nutzungsmöglichkeiten

behandlungsanlagen übersteigen in Deutschland die Trinkwasseraufbereitungskosten deutlich und verbrauchen mit 4.400 GWh / a eine exorbitante

Weiternutzung

sowie ressourcenaufwendige Verfahren. Großtechnische, zentrale Abwasser-

— Kühlung,

einfache Filtration, Regenwasser

eine Beseitigung nahezu jeder Verunreinigung über verschiedene, energie-

Grundwasserergänzung Bewässerung,

Aufbereitung Stoffstrom

Die chemische Reinigung erfolgt hingegen nur selten, ermöglicht jedoch

Wasserversorgung

von etwa 90% der biologisch abbaubaren Verschmutzungen.

nicht-umgesetztem organischem Material auf, welches leicht zugänglich für vorhandene Mikroorganismen ist und daher einer schnellen Zersetzung unterliegt. Die gesteigerte Abbaurate von Schmutzstoffen des Grauwassers

Grauwasser

lagen nicht aufbereitet. Indes weist Grauwasser einen höheren Gehalt an

128

ermöglicht zum einen eine optimale Verwendung als Düngemittel (verbes-

zungsanlage 1 Dachrinne

sertes Pflanzenwachstum), zum anderen erfordert sie eine zeitnahe Be-

2 Filter

handlung durch Grauwasseranlagen.

3 Regenwasserspeicher

1

4 beruhigter Zulauf

Diesbezüglich besteht also keine Möglichkeit der längeren Zwischen-

5 Überlauf mit

lagerung in Speicherbehältern ohne eine direkte Aufbereitung, wie bei-

Geruchsverschluss 6 Saugleitung

spielsweise bei der Schwarzwassernutzung. Aufgrund der im Grauwasser

7 Versickerung oder

enthaltenen Stoffe und pathogenen Keime findet ein schnelles Aufbrau-

Kanalanschluss

chen des verfügbar gelösten Sauerstoffes und eine daraus resultierende

8 Kompaktanlage zur 9 Regenwasserverteilung 10 Zapfstellen

weiteren Vermeidung von Geruchsbildung und dem Einsetzen des Fäule-

11 Toilette

prozesses wird daher der Grauwasseranlage in geregelten Abständen

12 Waschmaschine 13 Trinkwassernachspeisung

Druckluft zugeführt.—47 Ungeachtet des Einsatzgebiets – ob als dezentrale oder als zentrale, in-

2 7

6 5

3

terne Grauwasseranlage im Gebäude – erfolgt die Reinigung von verschmutztem Trinkwasser zu hygienisch sauberem Klarwasser in verschiedenen Aufbereitungsstufen: die mechanische Vorreinigung sowie die darauffolgende biologische oder physikalische Reinigung. Die Filtration und Reinigung

4

des Schmutzwassers zu verwendbarem Betriebswasser wird zusätzlich

Humus- und Düngerproduktion

Stufe der mechanischen Vorreinigung werden größere Partikel mit mehr als lauf in die Kanalisation geleitet. Dieser Vorreinigung wird das biologische Verfahren nachgeschaltet, bei welchem die Reinigung durch Kleinstlebewesen (Bakterien) zur Beseitigung von gelösten organischen Stoffen – (z.B. Öle, Seifen, Hautschuppen) erfolgt.

Alternativen zur biologischen Reinigung in großtechnisch eingesetzten Belebtschlammverfahren bestehen in Form von Tropfkörperverfahren wie

Humus- und Düngerproduktion

Biogasproduktion

0.8 mm Durchmesser mittels Spaltsiebfilter entfernt und über einen Über-

auch in Tauchkörperverfahren. Bei der kleinräumigen Variante des Belebtschlammverfahrens, dem sogenannte Membranfilterverfahren, werden mittels Membranfiltern alle Bakterien, Keime und Mikroorganismen herausgefiltert und das Wasser bedarf keiner zusätzlichen Nachklärung. Bei Grauwasseranlagen entfallen durch die unterschiedlichen Abscheide- und Spülvorgänge 30% der Wassermenge als nicht mehr wiederzuverwendendes, abzuleitendes Schmutzwasser, wohingegen die restlichen 70%—93 zur Den täglichen Grauwasseranfall bei Wohngebäuden betrachtend, wel-

Kompostierung

cher bei durchschnittlich 40 Litern je Bewohner liegt, kann aufgrund dieser Mehrfachnutzung eine Reduktion des Trink- sowie Abwassers um bis zu 30% erzielt werden. Die notwendige Betriebswassermenge in Wohngebäuden liegt im Allgemeinen unterhalb der möglichen, zur Aufbereitung anfallenden Bioabfälle

Grauwassermenge.

Küchen- und

Schwarzwasser anaerobe Gärung

Rohstoff chem. Industrie

durch eine UV-Lichtbehandlung zur Entkeimung ergänzt. In der ersten

weiteren Verwendung als Betriebswasser zur Verfügung stehen.

Speicherung

Düngerproduktion,

Speicherung und Trocknung,

Gelbwasser

biologische Aufbereitung

Sterilisierung durch

Grundwasserergänzung Wasserversorgung Aufbereitung,

Bewässerung,

anaerobe Zersetzung sowie eine unangenehme Geruchsbildung statt. Zur

Regenwasserversorgung

chiedener Gebäudewasserströme

Filtration, biologische

04 Technologie

Aus dieser Methode des Wassermanagements kann demnach die vollständige Bedarfsdeckung, beispielsweise an Toilettenwasser erfolgen, was darüber hinaus – neben den Trinkwassereinsparungen – auch eine Reduk-

129

tion der Abwassermenge zur Folge hat. Kann der Betriebswasserbedarf

:–46: Einbindung einer Grauwassern

nicht allein mit der anfallenden Grauwassermenge gedeckt werden, besteht

Entlüftun

zudem die Option einer automatischen, unregelmäßigen Beschickung der

1

Anlage mit Trinkwasser. Aus ökologisch nachhaltigen Gründen kann hierzu 6

vorzugsweise gesammeltes Regenwasser genutzt werden. Eine genaue

7

Berechnung der Grauwassernutzungsanlage ist daher notwendig, um einen hohen technischen und energetischen Aufwand hinsichtlich der Produktion von überschüssigem Betriebswasser zu vermeiden.

Geruchsverschluss

5

Obwohl die Grauwasser-Aufbereitungsmethodik in Deutschland keiner gesetzlichen Qualitätsanforderung unterliegt, bedarf es einer strikten Trennung zwischen Betriebs- und Trinkwassernetz sowie einer Anmeldung des Einbaus und der Inbetriebnahme einer Grauwasseranlage bei den örtlichen Gesundheitsämtern.

WÄRMERÜCKGEWINNUNG AUS GRAUWASSER Auf dem günstigen Temperaturprofil des Grauwassers beruhend, ermög-

Trinkwasser

1 Ausguss

Betriebswasser

2 Waschmasc

Grauwasser

3 Urinal

Schwarzwasser

:–47: Schematische Darstellung ein Grauwasser (z.B. Wasch-, Dusch-, Badewannenwasser)

licht die separate Erfassung des anfallenden Schmutzwassers die Wärmerückgewinnung aus Grauwasser. In Kombination mit einer Wärmepumpe eignen sich Grauwassernutzungsanlagen innerhalb eines Gebäudes aufgrund dessen zur Raumheizung bzw. Wärmeerzeugung. Demnach wird die für die direkte Raumerwärmung nötige Energie ohne zusätzlichen Aufwand aus der Strahlungswärme des Grauwassers geliefert.

Der Wärmerückgewinnungsanlage vorgeschaltete Filtrationsvorgang gewährleistet das Abfangen grober Schmutzpartikel, sodass innerhalb des Wärmetauschers die Abgabe der im Betriebswasser enthaltenen Energie auf das gegenströmende Kaltwasser erfolgen kann. Im Allgemeinen resultiert aus diesem Vorgang pro Kubikmeter Grauwasser und pro Kelvin Temperaturunterschied annähernd eine Kilowattstunde an Energie—94. Die Speicherung des erwärmten Betriebswassers erfolgt mittels Pufferspeicher und dient beispielsweise zur Vortemperierung des Trinkwassers.

Die Grauwassernutzung liefert - exemplarisch für viele Nachhaltigkeitsaspekte des Bauens - eine streitbare Diskussionsgrundlage zur Gegenüberstellung ökologischer Vorteile und wirtschaftlicher Betrachtungsweisen.

Zunächst resultieren aus der vorgeschriebenen, hierzu notwendigen Separation des Trinkwasser- und Betriebswassernetzes erhöhte Investitionskosten zur Errichtung und Installation der Anlagen sowie ein Anstieg der Betriebsund Wartungsaufwendungen. Demgegenüber stehen jedoch nicht bloß die erhöhten ökonomischen Einsparpotentiale bei Trink- und Abwassergebühren, sondern weitaus gewichtigere Faktoren der Reduktion des gesamt Wasserverbrauchs und Abwasseraufkommens.Zudem bietet die Kombination einer solchen Anlage mit einer Wärmepumpe die Option der Wärmerückgewinnung, deren Installation zwar wiederrum Kosten verursacht,

Überlauf

130

andererseits eine umweltfreundliche Variante zur Bereitstellung von Wär-

nutzunganlage

meenergie darstellt. Die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen erhöht sich

Entlüftung

ng 3

2

zugleich mit der Anlagengröße, unter anderem da sich die hohen Investi-

4

tionskosten durch einen höheren Grauwasseranfall schneller amortisie-

Alternative

ren. Grundsätzlich sollten bei diesbezüglichen Entscheidungen jedoch die ökologischen Vorteile solcher Anlagen höher gewichtet werden als eventuell auftretende ökonomische Nachteile. Ohne eine GrauwassernutzungGarten Trinkwasser Bodenablauf

chine 4 WC 5 Grauwasseranlage

Kanalisation

1

04 Technologie

sanlage entfällt die Möglichkeit einer Mehrfachnutzung des kostbaren Trinkwassers und eine erhebliche Menge an potentieller Energie wird ohne Nutzung in die Kanalisation abgegeben.

WASSEREINSPARENDE TECHNOLOGIEN Neben der Aufbereitung und Mehrfachnutzung anfallenden Betriebswass-

ner Grauwassernutzunganlage

ers kann der Trinkwasserverbrauch sowie das Abwasseraufkommen auch durch eine Reduzierung des allgemeinen Wasserbedarfs erreicht werden.

Toiletten-

Dabei bieten sich in vielen Bereichen erhebliche Einsparpotentiale:

spülung

WC-Spülkasten mit Sparschaltung

UV–Licht

wassersparende Armaturen (z.B. Wasserhahn - Einhebelmischer) Trinkwassernachspeisung

und Geräte (Spül-, Waschmaschine)

Armaturen mit Annäherungselektronik in öffentlichen Bereichen

Druckluft Abwasserkanal

Vakuum- oder Unterdruckentwässerungssysteme—95 Bei wassersparenden Armaturen ist besonders auf eine ausreichende Abwassermenge bzw. Durchströmung zu achten, damit im Entwässerungssystem keine Rückstände verbleiben oder sich die Standzeiten innerhalb der Leitungen so erhöhen, das ein gesteigerter Aufwand zur Sicherstellung der Trinkwasserhygiene notwendig wird. Die Dimensionierung der Rohrnetze kann bei Neubauten auf eine niedrigere Wassermenge ausgelegt, das Risiko der Trinkwasserverschmutzung durch Abflussverstärker gemindert werden.

TROCKENTOILETTE Eine ökologisch sinnvolle Maßnahme stellt die Integration sogenannter Trocken- oder Komposttoiletten, also wasserloser Toiletten und Urinale, dar.

Diese Systeme arbeiten grundsätzlich ohne Zugabe von Wasser oder Chemiezusätzen und beruhen auf der Separation von Urin und Fäkalien, wobei Feststoffe durch einen Kompostiervorgang – entweder über eine komplette Kompostierung an externer Stelle oder eine Vorkompostierung in einem in-

131

tegrierten Vorratsbehältnis – für eine weitere biologische Weiterverwertung nutzbar gemacht werden. Die Kompostierung ist Teil des biologischen Nährstoffkreislaufes und ein, in allen Böden zu findender, natürlicher Vorgang, welcher die biochemische Zersetzung organischer Stoffe durch aerobe Organismen (Pilze und Bakterien) unter Einfluss von Sauerstoff beschreibt. Die hierzu im Komposter benötigten Organismen wie Bakterien, Actinomyceten—96, Pilze, Arthropoden oder Regenwürmer werden dem System bei Betriebsaufnahme einmalig hinzugefügt. Energie, Kohlendioxid und Wasserdampf werden fortan durch den Abbau der organischen Substanz in den Fäkalien, mit Hilfe der im Kompost enthaltenden Organismen freigegeben. Grundsätzlich entstehen während dieses Prozesses Temperaturen im mesophilen—97 Bereich, sodass eine Überschreitung von 100° F nicht erfolgt. Feuchtigkeitsliebende Krankheitserreger in den Fäkalien werden demnach nicht durch die vorherrschende Temperatur, sondern durch den nicht-gesättigten Zustand innerhalb der Kompostierungskammer abgetötet. Die biologische Trockenmasse des Endprodukts ähnelt in seiner Beschaffenheit einem Oberboden und ist reich an Nährstoffen und Organismen. Die aufgefangenen Flüssigstoffe (Urin) wird von Trockentoiletten-Anlagen entweder in die Kanalisation geleitet oder aufgefangen um beispielsweise als Dünger für Grünflächen und Gärten eingesetzt zu werden. Der abgesonderte Urin, welcher bis zu 85%—98 der menschlichen Ausscheidungen ausmacht, wird hierzu durch Mikroorganismen in organische Pflanzennährstoffe transformiert. Neben einer hygienischen Trennung von Fest- und Flüssigstoffen verhindert überdies eine kontrollierte Luftzirkulation das Zustandekommen übelriechender Abbauprozesse.

Wasserlose Toiletten nutzen zur Ableitung der Ausscheidungen eine Sperrflüssigkeit, welche der Vorbeugung von Gerüchen dient. Diese Flüssigkeit befindet sich auf der Benutzerseite des Urinals und besitzt nicht nur eine geringere Dichte sondern ebenso eine höhere Viskosität als Urin, sodass eine Mischung beider Flüssigkeiten vermieden wird und die eintretenden Flüssigstoffe unkompliziert hindurch fließen können. Organische Sperrflüssigkeiten sind dabei biologisch abbaubar, müssen jedoch regelmäßig ergänzt, bzw. nachgefüllt werden. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit solcher Trockentoiletten sieht zum Zwecke der Geruchversiegelung mechanische Verschlüsse, entweder über Auftriebskörper oder Schlauchventile geregelt, vor.

VAKUUM-TOILETTEN Das Prinzip der Vakuum-Toiletten basiert, im Vergleich zur konventionellen Sanitärtechnik, auf einem im gesamten Rohrsystem vorherrschenden Unterdruck von -0.6 bar—99, erzeugt durch eine Vakuumpumpe in der zentralen Vakuumstation. Absaugventileinheiten fungieren hierbei als Verbindung zwischen den einzelnen Sanitärobjekten und dem geschlossenen

132

04 Technologie

Rohrsystem. Das Abführen anfallender Schmutzwässer und Ausscheidungen erfolgt durch das Öffnen dieser Absaugventile, welche an das Betätigen der Spültaste gekoppelt ist. Bei jedem Absaugvorgang gelangt dabei atmosphärische Umgebungsluft in das Rohrleitsystem und erzeugt in gleicher Weise einen Druck auf die dort befindliche Wassersäule. Ebenso wie die Weiterleitung der Ausscheidungen und des Schmutzwassers zum Sammeltank erfolgt die Abgabe in die lokale Kanalisation intervallweise. Durch das Unterdruck-Verfahren werden sowohl die notwendige Wassermenge beim Spülvorgang als auch die Rohrdurchmesser der Anlage auf ein Minimum reduziert. Hinsichtlich des Stromverbrauchs arbeitet die Vakuumpumpe durchaus effizient. Erst bei Überschreiten des vorgegebenen Unterdrucks beginnt die Vakuumpumpe zu arbeiten. Bei Erreichen des erforderlichen Unterdrucks schaltet sich die Anlage ab. Ähnlich arbeiten die Abwasserpumpen, welche das gesammelte Abwasser bei maximalem Füllstand schubweise in die öffentliche Kanalisation leiten.

Im Gegensatz zu konventionellen Sanitärtechniken bietet eine Vakuumanlage zudem den Vorteil einer flexiblen Verlegung der Rohrleitungen beispielsweise im Bereich abgehangener Decken. Durch die Funktionsweise über vorherrschenden Unterdruck im Leitungssystem (Absaugen des Abwassers) kann bei der Verlegung auf ein Gefälle verzichtet werden. Der Einsatz von Vakuum-Sanitärsystemen begrenzt sich indes auf die Schwarzoder Grauwasserableitung und benötigt zur Schwarzwasserentsorgung separate Leitungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sanitären Anlagen, welche zwischen 5 und 9 Liter Wasser pro Spülvorgang verbrauchen, benötigen Vakuumtoiletten nur etwa 1 Liter und eignen sich daher besonders für Gebäude, welche aufgrund hoher Nutzungsfrequenzen ein erhöhtes diesbezügliches Trinkwassereinsparpotential aufweisen, wie beispielsweise Bürobauten und Krankenhäuser.

NO-MIX-SYSTEME Sogenannte No-Mix-Systeme sind urinseparierende Wasserklosetts und basieren auf einer Trennung von Urin, Fäkalien und Wasser. Die Ableitung des Urins erfolgt hierbei über eine Öffnung im vorderen Teil der Toilette, welche sich durch die Benutzung der Toilettenbrille automatisch öffnet, bzw. vor dem Spülgang wiederrum schließt.

Dieser Vorgang stellt sicher, dass kein Spülwasser in die separate Urinleitung gelangt. Fäkalien hingegen werden mit einer begrenzten Spülwassermenge von drei oder sechs Litern in den hinteren Ablauf der Toilette gespült. Dieses Verfahren der Urinseparierung hat eine Entlastung der Kläranlagen zur Folge und ermöglicht überdies, analog der wasserlosen Toiletten und Urinale, eine Aufbereitung der im Urin enthaltenen Nährstoffe zu Dünger. No-Mix-Systeme wurden bereits in den 1990er-Jahren in Schweden entwickelt und weisen mittlerweile eine Vielzahl von Ausführung-

133

smöglichkeiten sowie unterschiedlichen Arten der Wasserableitung auf.

Sowohl wasserlose Toilettensysteme als auch No-Mix-Systeme weisen reelles Marktpotential in rasch wachsenden Städten der Schwellen- und Entwicklungsländern auf, welche unter Gewässerschutzproblemen leiden oder in sehr wasserkargen Gebieten situiert sind.—100 Diese wassersparenden Verfahren verfügen über enormes Potential in Hinblick auf den nachhaltigen, umweltbewussten Umgang mit der zunehmend knapper werdenden, überlebenswichtigen Ressource Wasser.

STROM Die derzeitige Diskussion um die Energiewende sowie die energiewirtschaftliche Entwicklung Deutschlands ist stark geprägt von den ausbaubedürftigen Transportgrößen der elektrischen Netze, sowie den Reserven der zur Verfügung stehenden Umweltkapazitäten energetischer Rohstoffe. Immer bedeutender für die heimische Energiepolitik wird dabei nicht nur die Thematik der bezahlbaren, unabhängigen Strom- und Wärmeversorgung, sondern auch das Leitbild der umweltverträglichen, erneuerbaren Energien. Gemäß des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) veröffentlichten Berichtes ‚Energie in Deutschland – Trends und Hintergründe zur Energieversorgung‘—101 ist im Zuge der Energiewende unter anderem eine zügige Erweiterung bestehender Stromnetze sowie der Ausbau regionaler Verteilernetze notwendig. Das politische Instrument des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) bildet die Grundlage dieser Ausgestaltung, welches die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz bevorzugt. Demnach soll ein Ausstieg Deutschlands aus der Kernenergie bis 2022 realisiert werden, der Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch bis zum Jahr 2050 auf 60 % angehoben, deren Anteil am Bruttostromverbrauch auf mindestens 80 % gesteigert und der Primärenergieverbrauch gegenüber 2008 um 50 % gesenkt werden.—102 Diese politischen Entscheidungen zeigen die Bedeutung der Thematik auf, insbesondere da Strom nicht nur aus physikalischer Sicht die hochwertigste Energieform darstellt. Aufgrund der möglichen Umwandlung in andere Energieformen wie beispielsweise Kraft, Kälte oder Wärme kommt dem elektrischen Strom zudem eine gewichtige Rolle in vielen Bereichen des alltäglichen Gebrauchs – besonders im Gebäudebetrieb zu. Im Gegensatz zu dem Kühl- oder Wärmebedarf eines Bauwerks lässt sich der individuell vom Nutzer verursachte Stromverbrauch nur begrenzt beeinflussen. Aus diesem Grund stellen die Reduzierung des Strombedarfs durch energieeffiziente Gebäudetechnik sowie die Prüfung der Potentiale einer dezentralen, integrierten Stromerzeugung zukünftig wichtige Parameter hinsichtlich einer optimierten Gebäudeplanung dar. Die bedeutendsten Techniken hinsichtlich einer ausgeglichenen Gebäude-Energiebilanz basieren bisweilen auf der Nutzung regenerativer Stromerzeuger (z.B. Pho-

:–48: Schema - zentrale Stromerzeu

134

04 Technologie

tovoltaik-Anlagen) sowie der Nutzung von Synergieeffekten wie beispielsweise durch eine dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung. Weitere Verfahren wie die solarthermische Stromerzeugung, Wind- und Wasserkraftnutzung weisen prinzipiell ähnlich große Potentiale für die Integration von stromerzeugenden Anlagen in Gebäudekonzepte auf. Diese Systeme nutzen in zunehmendem Maß Synergieeffekte und übernehmen über die alleinige Energieerzeugung hinausgehende Funktionen wie beispielweise das Fungieren als Sonnenschutz sowie partielles oder vollständiges Ersetzen der thermischen Hülle.

ZENTRALE STROMVERSORGUNG Die zentrale Stromversorgung—48 erfolgt bisweilen überwiegend in konventionellen (reine Erzeugung elektrischer Energie) oder thermischen Kraftwerken (Wärme- sowie Stromerzeugung) unter vorrangiger Verwendung fossiler Brennstoffe. Die Verteilung der Energie von den Erzeugungsstandorten zu den Verbrauchern findet dabei über umfangreiche Versorgungsnetze statt. Der Transport des Stroms über weite Strecken verursacht jedoch beachtliche Verluste, sodass die zentrale Stromerzeugung einen Wirkungsgrad – Verhältnis der Bruttostromerzeugung zum gesamten Energieeinsatz – von 42,4 %—103 (Angabe aus dem Jahr 2011) aufweist. Die Effizienz der Energieausnutzung ist dank verbesserter Technologien, trotz der immer noch beträchtlichen Transportverluste, im Vergleich zum Jahr 1990 (Wirkungsgrad von 36,5 %) prinzipiell gestiegen. Weitere Verbesserungen der Effizienz und damit einhergehender Wirkungsgrade durch thermodynamische und werkstofftechnische werden in naher Zukunft jedoch nur durch moderne oder technologisch neuartige Kraftwerksbauten realisierbar sein.

AUFWINDKRAFTWERKE Als Alternative zu konventionellen Kraftwerken in der Stromerzeugung könnten in Zukunft solare Kraftwerke, sogenannte Aufwindkraftwerke, dienen. Die Stromerzeugung erfolgt hierbei infolge einer Erwärmung der

ugung

Außenluft über eine transluzente Solar-Kollektorfläche. Bedingt durch den thermischen Auftrieb steigt diese in einem zentral in der Anlage situierten Stromerzeugung Stromverbrauch

Kamin auf (Kamineffekt). Die entstehende Druckdifferenz zwischen kühler Außenluft und erwärmter Luftsäule kann wiederum mechanisch zur Druckumwandlung durch Turbinen genutzt werden, sodass mit Hilfe eines Generators die Strömungsenergie in elektrischen Strom umgewandelt werden kann.—49 Das Prinzip der Nutzung des thermischen Auftriebs in Verbindung mit dem Antrieb einer stromerzeugenden Turbine wurde bereits 1989 erstmals umgesetzt. Jedoch erlangt die Methode erst im Zuge einer verstärkten Nachhaltigkeitsdiskussion um die Notwendigkeit der regenerativen, ökologisch verträglichen Energieerzeugung zunehmend an Bedeutung.

135

WINDENERGIEANLAGEN

:–49: Funktionsschema eines Aufwin

Auf den Sektor der erneuerbaren Energien in Deutschland dominiert die

Turm

Windkraft mit einem fünfprozentigem Deckungsanteil des Stromverbrauchs—104 und bietet darüber hinaus die größten Ausbaupotentiale.

Windenergieanlagen (WEA) sind eine der ältesten Nutzungen der indirek-

Stromgenerator

ten Sonnenenergie (durch die unterschiedlich starke solare Einstrahlung auf der Erde entstehen entsprechende Druckunterschiede, welche Luftmassen in Bewegung setzen und so Wind entstehen lassen). Windenergie-Kraftwerke sind mittlerweile weit verbreitet, vor allem in den nördlichen Regionen Deutschlands sowie den Küstengebieten. Wichtigste Einflussgröße hinsichtlich der Nutzbarkeit von WEA stellen die am jeweiligen Standort herrschenden Windverhältnisse dar – lassen die Strömungsgeschwindigkeiten des

kühle Luft erwärmte Luft steigt auf

Windes nach, reduziert sich simultan der Ertrag solcher Anlagen. Aufgrund einer kontinuierlicheren Luftströmung, höherer Windgeschwinigkeiten sowie einer tendenziell abnehmenden Akzeptanz gegenüber Standorten auf dem Festland (bedingt durch erhöhte Schallemissionen) erzielen OffshoreAnlagen nicht nur gesteigerte Erträge, sondern unterliegen einer energetischen Amortisierung innerhalb von 3–4 Monaten (Onshore-Anlagen: 6-7 Monate).—105 Ungeachtet des Standortes erfolgt die netzgekoppelte Erzeugung von elektrischem Strom bei Windenergieanlagen durch die Bewegungsenergie des Windes infolge unterschiedlicher Luftdruckverhältnisse an der Erdoberfläche. Technisch fortgeschrittenere Anlagen nutzen statt des überholten Widerstands- das sogenannte Auftriebsprinzip: die Rotorblätter werden aufgrund des erzeugten Auftriebs durch die Luftströmungen des Windes, ohne Entgegensetzen von Widerstand, in Bewegung versetzt. Ein Generator wandelt infolgedessen diese Bewegungen in elektrische Energie um. Wie auch andere solarenergetische Nutzungsanlagen (Solarthermie, Photovoltaik) sind WEA unmittelbar von den Wetterverhältnissen abhängig, sodass eine kontinuierliche Speisung in das Stromnetz nicht gewährleistet werden kann. Auf einen Lebenszyklus von 20 Jahren umgelegt, ersetzen Windkraftanlagen von 1,5 MW hingegen die Verwertung fossiler Ressourcen, beispielsweise von etwa 80.000 Tonnen Braunkohle.

WASSERKRAFTWERKE—50 Die kinetische Energie von fließendem Wasser wurde bereits in dem vorindustriellen Zeitalter von der Menschheit zum Antrieb von Mühlen oder Wasserrädern genutzt. Mit Beginn der Industrialisierung wurde die potenzielle Energie der Wasserströmung durch Turbinen in mechanische Energie umgewandelt und zum Antrieb von Maschinen oder Generatoren eingesetzt.

In Deutschland werden Wasserkraftwerke gegenwärtig beinahe ausschließlich zur Erzeugung elektrischen Stroms genutzt. Zur heutigen Zeit ist

:–50: Prinzip der Stromerzeugung m Strömung

136

04 Technologie

die technische Entwicklung der Wasserkraftnutzung und deren Einsatzmöglichkeiten weitestgehend ausgeschöpft, sodass die Potentiale solcher

ndkraftwerks

Anlagen laut Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit insbesondere in der Modernisierung, Reaktivierung sowie vereinzelt in der Erweiterung—105 vorhandener Anlagen bestehen.

500–1000m

Erfolgt die Umsetzung solcher Ausbaumaßnahmen, sind dahingehend

So

la

rs

tr

ah

lu

ng

alle Umweltanliegen zu berücksichtigen: aus wirtschaftlichen sowie ökologischen Gründen ist eine Leistungssteigerung an bestehende Wasserkraftanlagen zu prüfen, da integrativer Bestandteil solcher Erweiterungen / Modernisierungen die Berücksichtigung gewässerökologischer Anforderungen beinhaltet. Die Erzeugung elektrischer Energie wird in unterschiedlichen Glasabdeckung

Arten von Wasserkraftwerken realisiert: Kleinwasserkraftwerken, Speicherkraftwerken, Pumpspeicherkraftwerken und Laufwasserkraftwerken.

Letzt benannte Anlageform nutzt die Strömung, vor allem jedoch die Fließenergie eines Flusses oder Kanals und charakterisiert sich durch niedrige Fallhöhen bei relativ großer, jahreszeitlich abhängiger Wassermenge.

Speicherkraftwerke hingegen nutzen die Speicherkapazität von Oberflächengewässern (Talsperren, Bergseen), um elektrische Energie in Form von potentieller Energie (Lageenergie) bei Bedarf abzurufen. Die angestaute Wassermenge sowie die Fallhöhe zwischen Speicher und Turbine stehen in Abhängigkeit mit der zu gewinnenden Energie. Entscheidendes Merkmal dieser Anlagentechnik besteht in der flexiblen und schnellen Anpassungsfähigkeit an den Strombedarf, so können sie zur Deckung der elektrischen Grundlast als auch dem Einsatz im schwankenden Spitzenlastbetrieb di-

mittels Wasserkraft

enen. Pumpspeicherkraftwerken werden konträr der zuvor beschriebenen Anlagen nicht durch natürliche Wasservorkommen, sondern durch Rückführung von Wasser unter Aufwendung überschüssiger elektrischer Ener-

Turbine

gie in höher gelegene Speicherbecken, bzw. Wasserreservoirs, betrieben.

Im Gegensatz zu den reinen Speicherkraftwerken agiert diese Form der Wasserkraftnutzung neben der Stromerzeugung auch als Speicher hinsichtlich der potentiellen Energie des Wassers. In Spitzenlastzeiten können die zwischengespeicherten Überschüsse so wiederum über eine Turbine in elektrische Energie umgewandelt werden. Sie stellen die wirtschaftlichste Variante bezüglich einer Speicherung elektrischer Energie dar. Technisch gesehen handelt es sich bei Kleinwasserkraftwerken ebenfalls um Speicheroder Laufwasserkraftwerke, verzeichnen jedoch gegenüber den Großwasseranlagen eine deutlich eingeschränktere Leistung (geringerer Fallhöhen sowie Wassermengen).

Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken stehen Wasserkraftanlagen prinzipiell für eine umweltverträgliche und ressourcenschonende Form der Energiegewinnung. In der Regel bleiben die durch diese Anlagen verursachten Auswirkungen auf die Flüsse, die Landschaft und die Gewässerökologie jedoch ungeachtet. Das sensible Ökosystem erfährt beispielsweise

137

durch die Begradigung der Ufer oder Veränderung der Strömungsverhältnisse nachteilige Folgen. Durch das Erzeugen von Talsperren und Stauseen unterliegt die Tier- und Pflanzenwelt erheblichen Störungen, sodass nicht nur Wanderbewegungen von Fischen verhindert, sondern auch Biotope durch die veränderte Gewässerstruktur zerstört werden. Bauliche Maßnahmen (wie beispielsweise Fischtreppen) können solche negativen Belastungen zwar in geringem Maße abmildern, hingegen nicht gänzlich aufheben.

Unter Betracht dieser Aspekte verliert die Bezeichnung des durch Wasserkraft erzeugten ‚grüner Stroms‘—108 jedoch seine Bedeutung. Dem Verbraucher werden hingegen nur die bei der Stromerzeugung durch Wasserkraft entstehenden Vorteile wie die Schadstoffneutralität sowie die stark minimierte Abwärme-Produktion präsentiert. Im Vergleich zu Kernkraftwerken bewirken diese Einflussgrößen eine immense Ressourceneinsparung wie auch eine gewisse Umweltverträglichkeit. Jedoch sollte nicht nach dem Prinzip ‚vermindern, vermeiden, reduzieren‘ gehandelt werden, denn: „‚Weniger schlecht‘ ist nicht gut“—109. Zumal diese ökologischen Vorteile der Reduzierung umweltentlastender Parameter erheblichen negativen Einfluss auf das sensible Ökosystem der Gewässer haben. Aus ökologischer Sicht sollten demnach keine Kompromisslösungen eingegangen werden, wohingegen solche aus menschlicher Betrachtungsweise unumgänglich sowie tragbar sind. Denn immerhin ist die zugrundeliegende Misere der zunehmenden Umweltzerstörung gänzlich auf den Machtmissbrauch sowie das Überlegenheitsgefühl der Menschen über die Natur zurückzuführen. Somit steht die Menschheit in der Bringschuld der Natur und hat dafür Sorge zu tragen, dass jene keine weitere Destruktion erfährt. Aus diesem Grund sollte das Potential der Windenergie einer besonderen Bedeutung zukommen. Wind-Onshore-Anlagen unterliegen einer immer größeren Ablehnung, da diese mit Schallemissionen belastet sind. Erfolgt der Betrieb solcher Anlagen nicht in Vogel- und Naturschutzgebieten, sodass diese wiederum negative Auswirkungen auf das Ökosystem der Vögel hat, sollte dahingehend eine Sensibilisierung der Menschen erfolgen.

DEZENTRALE STROMVERSORGUNG—51 Wichtiger Aspekt der modernen Energieerzeugung stellt die dezentrale Stromversorgung unmittelbar in Verbrauchernähe durch Kleinkraftwerke, beispielsweise in Form der Brennstoffzellentechnologie, dar. Darüber hinaus gewinnt die Nutzung stromerzeugender Anlagetechniken in der zukünftigen Gebäudeplanung immer mehr an Bedeutung, zumal der heutige Stand der Wissenschaft die Gelegenheit einer Integration dieser als gestalterische Elemente bietet. Zudem verzeichnet die Ergänzung zur zentralen Stromerzeugung in Großkraftwerken deutlich reduzierte bis kaum spürbare Energieverluste durch minimierte Transportwege und ermöglicht überdies die Nutzung der durch die elektrischen Energieerzeugung bedingt anfallenden

:–51: Schema - dezentrale Stromerz

138

04 Technologie

Wärme vor Ort mittels Kraft-Wärme-Kopplung ( ≥ Wärmeversorgung ≥ Kraft-Wärme-Kopplung). Hinblickend auf den Einsatz von dezentralen

KWK-Anlagen stehen unterschiedlichste Technologien zur Verfügung, welche unter dem Aspekt einer umweltfreundlichen Betriebsweise auf regenerativen Energiequellen beruhen sollten. Von zunehmender Bedeutung erweisen sich dahingehend die Stromerzeugung aus der geothermischen Nutzung, Solarthermische Anlagen, die Bioenergienutzung sowie Blockheizkraftwerke. Aufgrund deren Potentiale hinsichtlich der simultanen Versorgung mit elektrischer sowie thermischer Energie wird an dieser Stelle auf das Kapitel ‚Wärmeversorgung‘ ( ≥ Wärmeversorgung ≥ Regenerative Wärmeerzeugung) verwiesen, welches auf zuvor benannte Ver-

fahren detaillierter eingeht.

PHOTOVOLTAIK (PV-ANLAGEN) Unter photovoltaischer—110 Stromerzeugung versteht man die direkte Umwandlung solarer Strahlungsenergie in elektrische Energie. Die Basis von PV-Anlagen bilden aus Halbleitermaterialien bestehende Solarzellen. Das in solchen Anlagen am weitesten verbreitete Halbleitermaterial ist das Halbmetall Silizium (Si). Halbleiter erzeugen durch Übertragung der, in den Photonen des Sonnenlichts enthaltenen, Energie auf die im Material gebundenen Elektronen ein Spannungspotential. Die unter Lichteinfluss getrennten freien Ladungen stehen wiederum zur direkten Nutzung als Gleich-

zeugung

strom über einen elektrischen Kreislauf zur Verfügung oder zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz als Wechselstrom.—111 Darüber hinaus werStromerzeugung Stromverbrauch

den Solarzellen je nach Struktur und verwendeten Basismaterialien in verschiedene Kategorien unterteilt: kristalline Siliziumzellen, Dünnschichtzellen sowie Nanosolarzellen. Kristalline Solarzellen lassen sich zudem auf Grund ihres Herstellungsverfahrens in mono- sowie polykristallinen Zellen klassifizieren, wobei die polykristalline Solarzellen die am häufigsten angewandte Bauform darstellen. Im Gegensatz dazu bieten monokristalline Typen zwar einen höheren Wirkungsgrad, jedoch auch deutlich höhere Fertigungskosten. Solarzellen aus amorphem Silizium fallen unter die Kategorie der Dünnschichttechnologie und weisen durch das hauchdünne Aufdampfen der Halbleitermaterialien auf die Trägerschicht (Glas, Metall oder Kunststoff) erhebliche Material- und Energieeinsparungen auf. Diese Verfahrensweise beinhaltet für den Planer die größten Gestaltungsfreiheiten, da nicht nur auf Größe und Form der Zellen, sondern auch in Hinblick auf optischen Eigenschaften (beispielsweise durchscheinende oder opake Zellen) Einfluss genommen werden kann. Aufgrund des optimierten Wirkungsgrades dominieren in der Farbgebung allgemein dunkle Töne, vor allem das weithin bekannte

–

fast

schon

als

charakteristisch

für

PV-Anlagen

an-

zusehende - Dunkelblau. Der Verbund mehrerer solcher Solarzellen wird als Photovoltaikmodul oder auch Solarmodul bezeichnet. In der Regel gliedert

139

Wirkungsgrade, Flächenbedar

:–52:

dass ebenfalls eine freie Ausbildung als Solarkraftwerk möglich ist. Überdverschattendes Element zur Fassadenintegration zu nutzen. Die Mehrfachnutzung von PV-Modulen, beispielsweise als äußere Haut bei Pfosten-Riegel-Konstruktionen oder als Vorhangschale bei massiven Konstruk-

Zelltyp

ies besteht das Potential photovoltaische Anlagen als gestalterisches oder

0,4-0,5 7-9 115-150 11,5-15

0,3-0,4

0,33 6-6,5 160-170 16-17

5-6,5

6,5-9

von Photovoltaikanalagen nicht zwingend an das Gebäude gebunden, so-

160-200

120-160

der Solargeneratoren.—55 Unabhängig von der Nutzungsweise ist der Betrieb

20,3

sen sind.—54 In den meisten Fällen erfolgt eine netzgekoppelte Ausführung

polykristallin

Wechselstrom auf Wechselrichter - auch als ‚Inverter‘ bezeichnet - angewie-

20,2

netzgekoppelte Anlagen zur Umwandlung des erzeugten Gleichstroms in

hybride HIT-Zellen

latoren sind bei Photovoltaik-Inselanlagen unverzichtbar, wohingegen

16-20

ausgeführt werden. Systeme zur Energiespeicherung in Form von Akkumu-

12-16

abhängig für abgelegene Standorte, oder auch als netzgekoppelte Anlagen

24,7

(komerziell, %) (Labor, %)

siert werden.—53 PV-Module können sowohl als Inselanlagen, Netzun-

21,6

kungsgrad

der optimalen Ausrichtung können infolge geringerer Erträge durchaus reali-

Hochleistungszellen

Modulwirmaximaler Zell-

wirkungsgrad

Neigungswinkel von circa 30° erzielt werden. Größere Abweichungen von

monokristallin Standard

kann der maximale Jahresertrag mit einer Südausrichtung sowie einem

Leistung

Einfluss hierauf nehmen der Grad der solaren Einstrahlung auf die Modulfläche, der Standort sowie die Ausrichtung der Module. In Deutschland

raturerhöhung

lust bei Tempe-

/m2)

leistungsbezogenen Eigenschaften von Solarzellen liefert der elektrische Wirkungsgrad, welcher in Abhängigkeit verschiedenster Parameter steht:

(Wp)

pro Quadratmetern und Jahr (kWh / m²) definiert ist.—52 Die wesentlichen,

für 1 kWp

angegeben, sodass der erzielbare Jahresenergieertrag als Kilowattstunden

Modulfläche

geltenden Normen wird die Nennleistung von Photovoltaikanlagen in kW

bedarf

trische Leistung unter definierten, optimalen Bedingungen.—113 Gemäß

Flächen-

Peak (kWp) bezeichnet dahingehend die von PV-Modulen abgegebene elek-

Leistungsver-

auf. Der sogenannte Kilowatt

0,4-0,4

unterschiedlicher Solarzelle

pro m2

eine Leistung von annähernd 110 Wp

—112

(% / °C)

sich ein typisches Modul in der Größenordnung von 1.2 * 1.0 m und weist

tionen, stellt einen konstruktiven wie auch wirtschaftlichen Synergieeffekt dar. Eine Substitution von ohnehin konstruktiv notwendigen Materialien er-

:–53: Einfluss der Ausrichtung auf Anlage in Deutschland

weist sich nicht nur als ökonomisch, sondern meist auch ökologisch sinnvolles Prinzip. Die elektrische Stromerzeugung mittels Photovoltaiktechnologie

1

verursacht weder mechanischen Verschleiß, Luftemissionen oder Geräuschentwicklungen. Umweltschäden sind demnach bei der Nutzung von PV-Anlagen so gut wie auszuschließen, jedoch erweist sich deren Herstellung als

110

sehr energieintensiv. Bei sinnvoller Planung und Anordnung und dementsprechenden Energieerträgen ist eine energetische Amortisierung somit nach drei – fünf Jahren erreicht. Mit absehbaren Lebenszyklen von durchschnittlich 30 –

West

85

40 Jahren, erweisen sich PV-Anlagen zudem als relativ langlebige Systeme.

WINDGENERATOREN – KLEINWINDANLAGEN Entgegen der bislang üblichen Windenergienutzung durch größere Onshore-und Offshore-Anlagen erfährt die Windkraft mittlerweile eine zu-

Süd

120

85

140

04 Technologie

nehmende Integration als Kleinwindanlagen an oder in Gebäuden. Für die

rf und Temperaturverhalten

en

Zukunft wird diese Thematik der Stromerzeugung durch gebäudeintegrierte Windgeneratoren vermehrt in den Fokus der Planer rücken, zumal sich 0,2-0,3

0,3

0,3-0,4

0,3-0,4

0,5-0,7

0,1-0,2

standortabhängig – erhebliche energetische Potentiale abzeichnen.

Dezentrale Windturbinen bieten den Vorteil der verbrauchernahen Stromerzeugung bei geeigneten Strömungsverhältnissen. Gebäudeintegrinoch eher eine Ausnahme dar. Prominentes Beispiel hierzu ist das Bahrain

9-17

10-13

15-17

9-13

11-15

15-21

15-21

erte Kleinwindanlagen sind derweil noch nicht weit verbreitet und stellen World Trade Center (BWTC) in Manama, welches als sogenanntes Windhochterisch weitreichende Form- und Materialvielfalt zulassen, könnte in

60-110

80-100

60-70

80-110

70-90

50-70

50-70

haus konzipiert wurde. Die Integration solcher Bauteile, welche eine gestalZukunft als dynamisches Gestaltungsmerkmal in der Architektur zu einem gewohnten Anblick werden.—114 Zudem bietet sich die windenergetische Nutzung als sinnvolle Ergänzung solarer Energiegewinnung an: In den Anlagen zunehmend geringere Erträge erzeugen könnten die Windgenera-

6-11

8-10

6-7

8-11

7-9

5-7

5-7

windstarken Phasen des Herbst und Winters, in welchen solarenergetische toren eine autarke Stromversorgung gewährleisten. Prinzipiell kann man die Anlagen zudem nach ihrer Rotationsachse differenzieren: Windkraftankonstante, horizontale Windanströmung, welche durch das Vorbeiströmen

16,5

14,0

13,1

20,0

13,0

15,2

13,2

lagen mit horizontal ausgerichteten Turbinen benötigen prinzipiell eine an den Rotorblättern einen aerodynamischen Auftrieb verursacht, welcher Achse rotierende Anlagen können dagegen tendenziell auch bei wechselhaften Luftströmungen betrieben werden, weisen jedoch einen grundsätzlich geringeren Wirkungsgrad als ihre horizontalen Äquivalente auf. Die Durchmesser der Rotoren variieren bisher mitunter stark, Turbinen-Durchmesser von 0.7 – 2.0m scheinen sich jedoch zu etablieren. Aufgrund der

CdTe

Nanosolarzellen

Schwefel

CIS Standard (Selen)

mikromorph

mikrokristallin

Silizium amorph

diese antreibt und einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Auf vertikaler

wenig standardisierten Bauweisen, der noch kaum verbreiteten Anwendung und je nach Standort stark variierender energetischer Nutzungspotentiale

f den Ertrag einer Photovoltaik-

existieren bisher kaum verlässliche Kennwerte zur Planung. Die ‚donQi‘ Kleinwindanlage, welche speziell für eine bebaute Umgebung - also mitunter auch den städtischen Kontext - entwickelt wurde, erzeugt als Horizon-

100

talturbine bei maximaler Leistung ca. 2.000 Watt.—115 90

GAS- ⁄ DAMPFTURBINEN

110 60 85

Ost

Eine spezielle Form der Kraft-Wärme-Kopplung zur gleichzeitigen Stromsowie Wärmeerzeugung bieten sogenannte Gas- oder Dampfturbinenprozesse.

Erstere setzen sich aus den Komponenten eines Verdichters, einer Brennkammer und einer Turbine zusammen. Die Gasturbine komprimiert dabei die aus der Umgebung angesaugte Luft im Verdichter, um diese darauf in der Brennkammer - unter Zugabe von Brennstoffen - einer Verbrennungsreaktion auszusetzen. Das dadurch entstehende Rauchgas treibt durch die Entspannung in der Turbine einerseits den Verdichter, andererseits den Ge-

141

nerator zur Stromerzeugung an. Diesem Prozess schließt sich üblicherweise

:–54: Verschiedene Wechselrichters

netzgekoppeltes System und I

die Abgabe der entstehenden Abgase an die Umgebung an, durch die Ergänzung eines Wärmetauschers wird die in den Abgasen enthaltene –

Wechselstrom

sonst ungenutzte – Wärmeenergie mit einer Temperatur von 400 – 600°C auf ein anderes Medium, wie beispielsweise Wasser, übertragen und somit nutzbar gemacht. Entgegen den Dampfturbinen basieren Gasturbinen auf einem Kessel mit sogenanntem Überhitzer, einer Turbine, einem Kondensator sowie einer Speisewasserpumpe. Durch die Verdampfung von Wasser im Kessel mit anschließender Temperaturerhöhung des Dampfes im Über-

Zähler Wechselrichter

hitzer kann der erzeugte Frischdampf in der Turbine zum Antrieb des stromerzeugenden Generators genutzt werden.

Nach Kondensation des austretenden Dampfes (Kondensator) dient die Speisewasserpumpe dem Angleichen auf den nötigen Prozessdruck, um die daran anschließende Rückführung in den geschlossenen Kreislauf des

:–55: Schema einer netzgekoppelten

Systems durchführen zu können. Ähnlich zu den Prozessen in der Gasturbine kann bei diesem Verfahren die entstehende Kondensationswärme durch eine Übertragung auf ein Medium mittels eines Wärmetauschers weiter energetisch genutzt werden. Um dies zu ermöglichen, bedarf es jedoch einem höheren Druck- bzw. Temperaturniveaus des abgegebenen Dampfes, was nur unter Einbezug weiterer Technologien möglich ist.

Solargenerator

Wichtigster Unterschied zur Gasturbine wie auch zum normalen BHKW besteht in der möglichen Verwertung fester Brennstoffe – beispielsweise Biomassenutzung oder Müllverbrennung – und daraus entstehender atmosphärischer Verbrennung.—116

BRENNSTOFFZELLE Die Brennstoffzellentechnologie charakterisiert die gleichzeitige, effektive Gewinnung elektrischen Stroms und Wärme nach dem Kraft-Wärme-Kopplungs-Prinzip. In der Regel verweist dieses Verfahren meist auf eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, welche den Einsatz von (regenerativ gewonnenem) Wasserstoff zur Stromerzeugung beschreibt. Die Wärmeproduktion bezieht sich - je nach Zellentyp - auf die Gebäudeheizung oder die Nutzung der gewonnenen Wärme in Hochtemperaturprozessen. Grundsätzlich handelt es sich bei der Brennstoffzelle um eine galvanische Zelle, eine Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie, bei der die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt wird. Demzufolge liegt diese Technik nicht in der Energiespeicherung begründet, sondern repräsentiert die Energiewandlung, bei welcher die eingesetzte Primärenergie elektrochemisch in Energie umgewandelt wird, statt diese – wie beispielsweise bei BHKW – zu verbrennen.—117 Prinzipiell beruhen alle Brennstoffzellen, unabhängig von den verwendeten Brennstoffen – Erdgas, Biogas, Methanol, Benzin oder Wasserstoff –

Generator-

Verbrauche

Anschlusskasten

Netzeinspeisegerät

142

04 Technologie

auf einem sandwich-ähnlichen Aufbau, sowie einem der Umkehrung der

systeme -

Inselsystem

Elektrolyse von Wasser entsprechenden Funktionsprinzip. Unter der ‚eiGleichstrom

gentlichen‘ Wasserelektrolyse wird die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe eines elektrischen Stromes verstanden, wohingegen die Brennstoffzelle diesen Prozess umkehrt und elektrische Energie durch direkte Umwandlung aus chemischer Energie gewinnt. Als ‚kalte Verbrennung‘ bezeichnet diese Reaktion somit das Verfahren, bei welchen Elektroden mit Wasserstoff – bzw. wasserstoffreichem Gas – und

Batterie

Sauerstoff – bzw. Luft – umspült werden und durch die stark exotherme

Laderegler

Reaktion eine Gleichspannung resultiert. Diese Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser setzt wiederrum Wärme frei. Detailliert beschrieben, befinden sich demnach zwei gasdurchlässige Elektroden – die Anode und die Kathode – in der Brennstoffzelle, welche durch eine ionen-

n Photovoltaikanlage

leitende Elektrolytschicht getrennt, den Austausch der Ionen (meinst Protonen) ermöglicht. Um diesen Prozess kontinuierlich Aufrechtzuerhalten, ist die Gewährleistung einer gleichmäßigen Zufuhr der Reaktionsgase, welche jeweils in die Elektroden integriert ist, Grundvoraussetzung. Die Oxidation des Brenngases Wasserstoff – die Zerlegung in Elektronen und Ionen – wird auf der Anodenseite mittels Katalysator herbeigeführt. Die dabei entstehenden Elektronen treten auf einen festen Leiter über, d.h. sie fließen über den äußeren Verbraucherstromkreis zum Gegenpol, der Kathode, und verrichten infolgedessen elektrische Arbeit. Der Transport der

er

Ionen erfolgt hingegen direkt durch den Elektrolyten. Auf der Kathodenseite findet die erneute Verbindung der zuvor getrennten Ionen und Elek-

kWh

tronen mittels integrierter Zuführung von Sauerstoff zu Wasser statt, Zähler

Netzanschluss

welches wiederrum als Wasserdampf abgeführt wird. Um die Abwärme der Brennstoffzelle zu Heizzwecken nutzbar zu machen, erfolgt eine Auskopplung dieser über einen Kühlkreislauf.—118, —56 Unterschiede der Zellentypen bestehen hauptsächlich in den verwendeten Materialien, den damit einhergehenden Temperaturentwicklungen, wie auch in den daraus resultierenden Einsatzmöglichkeiten. Eine optimale Nutzung liegt in der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung, da sich Brennstoffzellen durch eine modulweise Zusammenschaltung zu beliebigen Leistungseinheiten zusammenfassen lassen. Da die Zellen einen sehr hohen elektrischen und thermischen Wirkungsgrad aufweisen, besteht darüber hinaus die Möglichkeit der sogenannten Zellstapel (‚Stack‘), bei welchen Zellen in Serie geschaltet werden, um das Ziel möglichst hoher Spannungen und Leistungsdichten zu erreichen. Des Weiteren zeichnen sich Vorteile dieser Technologie durch die Geräuschlosigkeit des Prozesses wie auch sehr geringe Schadstoffemissionen ab, welche jedoch mit eingesetztem Brennstoff variieren. Eine Bildung der Schadstoffe Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickstoffoxide (NOx) sind bei der herbeigeführten Reaktion in der Zelle grundsätzlich ausgeschlossen, da Brennstoffzellen auf Wasserstoff-Basis ausschließlich Wasser emittieren. Entscheidend für die Emis-

143

sionsbilanz ist dabei lediglich die Erzeugung des Wasserstoffes mittels

:–56: Aufbau einer Brennstoffzelle

fossiler Brennstoffe oder solarer Energie. Da sich die Brennstoffzellentech-

-

nologie noch in der Entwicklung befindet und die verschiedenen Typen

-

unterschiedliche Stadien aufzeigen, gibt es bisher nur wenig Anwendungserfahrung. Die größte Einsatzmöglichkeit besteht derzeit in größeren BHKW

H2

auf Brennstoffzellen-Basis sowie einer Nutzung dieser Technologie in der Automobilindustrie, beispielsweise als Antrieb für Elektro-Fahrzeuge.—119

+

VIRTUELLES KRAFTWERK ⁄ SMART GRIDS Bislang dominierten im Bereich der Stromerzeugung vor allem starre, zen-

Anode

ElektrolytMembran

trale auf großen Erzeugungsstandorten basierende Strukturen, was sich jedoch allmählich hin zu dezentralen Organisationsstrukturen zu ändern scheint. Das intelligente Zusammenschalten von dezentralen Energieerzeugungsanlagen zu einem Verbund, dem sogenannten virtuellen Kraftwerk – oder auch Smart Grid - stellt einen zukunftsweisenden Lösungsansatz sowie eine sinnvolle Ergänzung zu bestehenden Erzeugungsstrukturen dar.

Die ‚intelligenten‘ Stromnetze integrieren dabei sämtliche Akteure im Bereich der Stromerzeugung, -Speicherung, -Verteilung sowie des Verbrauchs in einer Infrastruktur. Ziel einer solchen, zentral von einer gemeinsamen Warte oder Schaltstelle aus koordinierten Nutzung ist die bessere Integration der zahlreichen kleineren Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien, sowie die erhöhte und bedarfsgerechte Flexibilität der zusammenschaltbaren Anlagen als Gesamtnetz. Bei temporären Schwankungen innerhalb des Stromnetzes erfolgt eine direkte Steuerung der Leistungsvorhaltung der gekoppelten Anlagen, was zu einer Optimierung der Netzstabilität beiträgt. Wichtig für den zukünftigen, effizienten Betrieb solcher Smart-Grids wird vor allem der weitere Um- und Ausbau der Netzinfrastrukturen zur informationstechnologischen Verbindung der vielen kleinen Anlagen sowie zum Transport und der Speicherung der erzeugten Energien.—120

BIOENERGIENUTZUNG ⁄ GEOTHERMIE ⁄ SOLARTHERMIE (≥ Wärmeversorgung ≥ Regenerative Wärmeerzeugung ≥ Biomasse + Biogas ≥ Geothermische Nutzung ≥ Solarthermie)

Zentraler Ansatz der zukünftigen Stromerzeugung durch erneuerbare Energien ist der weitere Ausbau einer dezentralen Versorgungsstruktur.

Kleine Erzeugungseinheiten bieten gegenüber den zentralisierten Ausbauvarianten vielerlei Vorteile: Verbrauchernah produzierter Strom muss entgegen zentraler Erzeugung nicht über große Entfernungen - und somit unter Inkaufnahme hoher Transportverluste - transportiert werden, was die gesamtenergetische Effizienz deutlich erhöht. Eine Dezentralisierung der Stromversorgung sorgt darüber hinaus für eine gleichmäßigere Verteilung und eine insgesamt stabilere als auch flexiblere Infrastruktur. Zudem

Eine dezentra

der Stromerzeu

ein weltweit übe

sorgungsmodell tential sich vor

Nutzung von Sy

verschiedenster definiert.

144

04 Technologie

bieten sich deutliche Vorteile in der Nutzung regenerativer Energien, da

e -

V

-

Gleichstrom

sich dezentrale Anlagen wesentlich leichter und individueller an den jeweiligen Standort anpassen lassen um dessen Vorteile optimal zu nutzen. In

+

Hinblick auf eine intelligente und sichere Stromversorgung auf dezen-

O2-

O2

tral-regenerativer Basis stellen die beschriebenen virtuellen Kraftwerke

Luft

(Smart Grids) erste, zukunftsfähige Ansätze dar. Durch eine direkte

H+ +

Steuerung können Leistungsschwankungen ausgeglichen und folglich eine konstante Versorgung durch regenerative Energie gewährleistet werden.

Eine dezentrale Konzeption der Stromerzeugung stellt darüber hinaus ein Wasser

Kathode

weltweit übertragbares Versorgungsmodell dar, dessen Potential sich vor allem über die Nutzung von Synergieeffekten verschiedenster Technologien definiert.

LUFT

ale Konzeption

ugung stellt […]

ertragbares Ver-

Die Luftqualität in Gebäuden ist ein wichtiges, sorgfältig zu untersuchendes Kriterium der Gebäudekonzeption, welches neben dem Behaglichkeitsempfinden (≥ Planungsgrundlagen – Behaglichkeit und Wohlbefinden) vor allem auch die Leistungsfähigkeit der Nutzer, insbesondere bei Büro- und Verwaltungsbauten, beeinflusst. Die Raumluftqualität wird nach DIN EN 13

l dar, dessen Po-

779 in vier Klassen (IDA 1-4) eingeteilt, welche die jeweiligen Grenzwerte für

allem über die

nach selbiger Norm in drei Stufen (IDA 1-3) klassifiziert. Eine ausreichende

ynergieeffekten

r Technologien

Verunreinigungen festlegt. Die Qualität der zugeführten Außenluft wird Lüftung gewährleistet demnach die Abfuhr von Feuchtigkeit, CO2 und anderen Schadstoffen, welche sich durch die Nutzung und Emissionen aus Baustoffen und Ausbaumaterialien in der Luft angereichert haben.—121 Daher ist eine möglichst hohe Luftqualität anzustreben, was jedoch unter anderem einen regelmäßigen, ausreichenden Luftwechsel - welcher in Abhängigkeit von Nutzung, Personenanzahl und deren Aktivitätsgrad ermittelt werden kann - erfordert. Die Luftwechselrate steht dabei zur groben Dimensionierung hierzu notwendiger Luftströme bereit und beschreibt, wie häufig das gesamte Luftvolumen eines Innenraumes innerhalb einer Stunde ausgetauscht wird. Überschlägige Kennwerte hierzu sind ein Luftwechsel von 1,0 – 2,0 h-1 bei Büroflächen und 0,3 – 0,5 h-1 bei Wohnräumen.—122 Durch Verordnungen oder Normen definierte Luftwechselraten sind meist sehr hoch angesetzt und nicht in allen Nutzungseinheiten oder Phasen eines Gebäudes erforderlich oder sinnvoll. Eine energieeinsparende Lüftungskonzeption sieht daher meist nur eine Deckung des Grundlüftungsbedarfs vor, welcher bei Bedarf zeitweise erhöht werden kann.

Zur Induzierung eines Luftstroms können verschiedene Antriebsarten eingesetzt werden, welche sich jedoch in Aspekten des Energiebedarfs sowie der architektonischen Gestaltung erheblich unterscheiden. Neben einer maschinellen Ventilation bietet sich zudem die Alternative der Nutzung natürlicher Lüftungsprinzipien, – des thermischen Auftriebs sowie des Windes.—123

145

MASCHINELLE LÜFTUNG Entgegen natürlichen Lüftungssystemen bieten mechanische Lüftungsan-

:–57: Systemübersicht zentraler un

Frischlufttechnik

lagen den Vorteil einer exakten Regulierung sowie die Möglichkeit zum Einsatz von Filtern und Wärmerückgewinnungsanlangen. Um eine konstante Luftbewegung bzw. Zu- oder Abfuhr sicherzustellen, kommen daher häufig

dezentral

elektrisch betriebene Ventilationssysteme zum Einsatz, welche sich je nach Bauart und Einsatzgebiet mitunter erheblich hinsichtlich eines effizienten Betriebs und baulichen Installationsaufwandes unterscheiden.

zentral

Abluftsysteme

Mechanische Lüftungsanlagen müssen weitergehend differenziert werden in dezentrale sowie zentrale Systeme.—57 Ein wesentliches Merkmal der zentralen maschinellen Lüftung ist dabei die Luftführung über geeignete Kanalsysteme. Dezentrale Konzeptionen hingegen sind meist in der Gebäudehülle integriert und benötigen deutlich

Be- und

Entlüftungssystem

weniger umfangreiche Stichkanäle zur Zu- oder Abluftführung, verzichten teilweise sogar auf ein Kanalnetz.—124 Neben Tangential-, Axial- und Querstromventilatoren sind die sogenannten Radialventilatoren die zurzeit gebräuchlichste Bauform zur Bewegung bzw. Hin- oder Wegführung von Luftmassen, da sie neben einer hohen Leistungsfähigkeit und vielfältigen Anschlussmöglichkeiten zudem den bereits angesprochenen, effizienten Betrieb ermöglichen. Der benötigte Luftwechsel wird in vielen Fällen über

:–58: Möglichkeiten für die energe

maschinellen Lüftungsanlagen

eine kontrollierte Zu- und Abluftanlage sichergestellt, jedoch lässt sich eine ähnliche Luftverteilung prinzipiell auch mit reinen Abluft- oder reinen Zuluft-Anlagen erreichen. Wird lediglich eine Abluftanlage installiert, erzeugt dies einen Unterdruck im Gebäude, was ermöglicht, dass über sinnvoll anzuordnende Öffnungen in der Fassade Luft nachströmen kann.

Eine Vortemperierung der Zuluft, beispielsweise über einen Erdkanal oder Wärmerückgewinnungsanlagen, ist in diesem Falle jedoch nicht möglich. Eine Umkehrung dieses Prinzips durch alleinige Installation einer Zuluft-Anlage, die einen Überdruck im Innenraum erzeugt und so den notwendigen Luftaustausch sicherstellt, ist ebenfalls realisierbar und ermöglicht eine Vorkonditionierung der Luftströme. Zur Verbesserung der Luftqualität kann in diesem Fall auch der Einbau von Filtern erfolgen, was jedoch regelmäßige Wartungen, Reinigungen oder den Filterwechsel - und somit erhöhte laufende Kosten im Lebenszyklus - nach sich zieht. Von zentralen Einzelanlagen bis hin zu dezentralen, fassadenintegrierten Systemen existieren mittlerweile zahlreiche Möglichkeiten zur Umsetzung eines Lüftungskonzepts auf Basis maschineller Ventilation, wel-che jedoch stets auf Anforderungen und Integration in die vorliegenden Rahmenbedingungen hin geprüft werden sollten. Das Vorsehen einer elektrisch geregelten Luftzufuhr verursacht aufgrund langer Betriebszeiten und einem Energiebedarf von ca. 2500Watt pro Kubikmeter Luft je Sekunde—125 meist einen beträchtlichen Energiekonsum und beansprucht je nach Ausführung zudem horizontal als auch vertikal beachtliche Flächen zur Luftkanalführung.

maschinelle Lüftung optimieren

146

nd dezentraler Lüftungssysteme

me

04 Technologie

Ein Abweichen oder Optimieren von dieser Umsetzungsmethode—58 bietet dementsprechend weitreichende energetische als auch konstruktive Einsparpotentiale. Unter Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit sollte daher ein größtmöglicher Anteil an natürlicher Lüftung umgesetzt werden, was

ohne Wärmerückgewinnung

bedeutet, dass der Luftaustausch vorrangig durch thermische Auftriebskräfte,—59 Druckkräfte oder Windbewegung—60 erfolgt.

mit Wärmerückgewinnung

DEZENTRALE ZU- UND ABLUFTANLAGEN ohne Wärmerückgewinnung

Dezentrale Zu- und Abluftsysteme sind in der Gebäudehülle angeordnet mit Wärmerückgewinnung über Luft-/ Wasserwärmepumpe

mit Wärmerückgewinnung über Wärmetauscher

und benötigen direkte Außenwanddurchführungen in welche ein rekuperativer Wärmetauscher sowie ein Ventilator integriert sind. An jedem zu beund entlüftenden Raum muss mindestens ein Gerät angeordnet werden, je nach Nutzung und Anforderungen an den Luftwechsel kann dieser Wert jedoch variieren. Die Lüftung erfolgt nach dem Prinzip der Querlüftung, was

mit Wärmerückgewinnung über Luft-/ Luftwärmepumpe

bedeutet, dass die Hälfte der Geräte die Abluft für etwa eine Minute aus den Innenräumen nach außen ‚drückt‘, während der andere Teil der Geräte Außenluft in den Innenraum fördert.—126 Die integrierten Wärmetauscher gewinnen hierbei einen Teil der in der Abluft enthaltenen Wärmeenergie

etische Optimierung von

n

zurück und Nutzen diese zur Vorwärmung der Zuluft (in der Heizperiode).

Eine reversible Ausführung der Wärmetauscher ermöglicht in den wär-

Luftbehandlung

meren Phasen des Jahres umgekehrt eine Vorkühlung der Außenluft.

reduzieren Luftmengen minimieren Luftführung optimieren Luftantrieb optimieren Wärme (Kälte) rückgewinnen

FREIE ⁄ NATÜRLICHE LÜFTUNG Die freie oder natürliche Lüftung ist ein Prinzip, welches vielfach in der Natur Anwendung findet (z.B. bei den unterirdischen Bauten des Präriehundes oder überirdischen Termitenhügel) und historisch betrachtet, ebenfalls schon lange Zeit von Menschen genutzt wird (z.B. persischer Windturm).

Freie bzw. natürliche Lüftungssysteme benötigen Öffnungen in der Gebäudehülle, damit ein Austausch von Druckdifferenzen ermöglicht wird. Diese Differenzen können durch unterschiedliche Temperaturniveaus zwischen Innen- und Außenraum aber auch aufgrund von Winddruck entstehen. Relevant sind hier vor allem Form und Dimension der Öffnungsflächen.—127 Anders als in Gebäuden mit einer mechanischen Klimatisierung kann in natürlich belüfteten Bauwerken kaum eine Einhaltung der maximalen Temperatur-Grenzwerte garantiert werden. Dennoch reagieren Nutzer mechanisch belüfteter Gebäude wesentlich sensibler auf Abweichungen von optimalen Raumtemperaturen als Nutzer natürlich belüfteter Gebäude.

147

WIND

:–59: Fassadenintegrierte Solarkam

thermisch

Wird ein Gebäude senkrecht von Wind angeströmt, bildet sich auf der Luvseite eine Druckzone, auf der Leeseite sowie an den Seiten des Bauwerks eine Unterdruckzone, welche im Sinne einer Querlüftung oder einer ÜberEck-Lüftung genutzt werden kann. Eine gleichmäßige Be- und Entlüftung ist hierdurch aufgrund des komplexen Druckfeldverlaufs, welche in starker Abhängigkeit zur Geometrie des Bauwerks steht, jedoch nur schwer zu gewährleisten und bedarf einer detaillierten strömungsmechanischen Simulation.—128 Besonders bei hohen Gebäuden kann verstärkt die

Solarkamin

natürliche Windbewegung zu Lüftungszwecken genutzt werden. Hierzu sollte der Baukörper an sich oder entsprechende Elemente desselben jedoch so ausgeformt werden, dass sie einen Unterdruck durch Windsog erzeugen. Bewährte diesbezügliche Prinzipien sind beispielsweise Windtürme

:–60: Nutzung von Windenergie für

oder sogenannte Venturi-Flügel. Vorteil einer auf Winddruck basierenden Lüftung - im Vergleich zu auf Thermik basierenden Anlage - ist vor allem

Unterdruc

der deutlich geringere Platzbedarf der Systemkomponenten.

THERMIK Die Nutzung des Prinzips des thermischen Auftriebs ist historisch betrachtet eine sehr alte Methode, welche die Druckunterschiede kalter und warmer Luft einsetzt, um eine Ausgleichsströmung hervorzurufen—129 welche gezielt zu Gebäudelüftungszwecken verwendet werden kann. Dies basiert auf dem Umstand, das warme Luft eine geringere Dichte als kalte

Windlüftung

Luft aufweist und der Luftdruck, bei konstanter Temperatur mit zunehmender Höhe, linear abnimmt. Demnach verstärkt sich der thermische Ef-

:–61: Maschinelle Lüftungsarten fü

fekt mit zunehmendem Temperaturgefälle und steigender Höhe, der relative Feuchtegehalt hat hierauf nur einen untergeordneten Einfluss.

Besonders geeignet für eine solche Nutzung sind daher hohe Räume wie Doppelfassaden oder Atrien, da in den oberen Zonen dieser Bereiche hohe Lufttemperaturen entstehen können.

An innerstädtischen Standorten kann eine natürliche Lüftung tagsüber

Mischluft,

Mischluft,

zu einer erhöhten Schadstoffbelastung des Innenraums führen, was jed-

tangential

radial

Fassadenlüftung mit

Fassadenlü

zentraler Abluft

dezentrale

och zu vermeiden ist. Filter, wie sie in Klimaanlagen gängig sind, können bei natürlich belüfteten Systemen nur in seltenen Fällen eingesetzt werden, da der von ihnen erzeugte Druckabfall höher ausfällt als der vom System erzeugte Unterdruck.

LÜFTUNGSSYSTEME Eine optimierte Lüftungsstrategie hilft nicht nur bei der Verbesserung des thermischen Komforts, sondern beeinflusst auch den Energieverbrauch eines Gebäudes. Die verschiedenen Systeme der Lüftungskonzeption un-

148

04 Technologie

mine für die Gebäudelüftung

terscheiden sich dabei in Aspekten des Installationsaufwands, der Kosten

her Auftrieb

sowie der zu erreichenden Luftqualitäten und werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Strömungseigenschaften differenziert.—61 QUELLLUFTSYSTEME Quelllüftungssysteme lassen die Zuluft im Bodenbereich der zu belüftenden Zone ausströmen und können so grundlegend eine gute Innenluftqualität gewährleisten (auch in Gebäuden mit erhöhten Anforderungen, wie zum Beispiel Bürobauten). Die Luftgeschwindigkeit ist mit <0.2m / s eher gering, was Zugerscheinungen auschließt, andererseits jedoch relativ große Zuluftkanäle notwendig macht. Durch die geringe Einströmgeschwindigkeit sowie die kühle Zuluft (ca. 2-4 K unter Raumlufttemperatur) bildet

die Gebäudelüftung

den verschiedenen internen Wärmequellen im Raum (z.B. Personen) erwärmt sich die nachströmende Luft, steigt infolgedessen auf und wird

ck

schließlich im Deckenbereich abgesaugt. Vorteil dabei ist, dass die frische Zuluft damit dort zur Verfügung steht, wo sie benötigt wird, ohne dass das Luftvolumen des gesamten Raumes umgewälzt werden muss. Die Systemgrenzen zur Bereitstellung von Kühle liegen bei etwa 20W / m², eine Beheizung von Räumen im Winter ist über ein solches System nicht möglich.

Müssen keine erheblichen Kühllasten aus dem Innenraum abgeführt werden – was zu energetischen Nachteilen führt – zeichnet sich dieses System vor allem durch eine gute Raumdurchströmung, hohe Behaglichkeit sowie die Möglichkeit eines wirtschaftlichen Betriebs aus.

MISCHLÜFTUNG

ür Bürogebäude

,

sich innerhalb des belüfteten Raumes ein sogenannter ‚Frischluftsee‘. An

Im Gegensatz zu Quellluftsystemen wird die Zuluft bei Systemen der Mischlüftung mit hoher Geschwindigkeit in den Innenraum eingebracht. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit vermischt sich die Zuluft schnell mit der Raumluft (Induktionseffekt), weshalb nur kleine Zuluftöffnungen notQuelllüftung

wendig sind, was einen reduzierten Installationsaufwand zur Folge hat.

Aufgrund der starken Durchmischung von Raum- und Zuluft kann die Temperatur der zugeführten Luft deutlich über oder unter dem Temperaturniveau des Innenraumes liegen, sodass mit diesem Lüftungsprinzip auch Teile der Heiz- oder Kühllast gedeckt werden können. Aufgrund der geringen Speicherfähigkeit von Luft sollten bei einer diesbezüglichen Zielsetzu-

üftung mit

Verdrängungs-

er Abluft

lüftung

ng jedoch eher auf wassergeführte Heizungs- und Kühlsysteme gesetzt werden. Sinnvoll sind Mischluftsysteme vorallem, wenn über einen hohen Luftwechsel ein Teil der thermischen Lasten über die Lüftung abgeführt werden soll.—130

149

VERDRÄNGUNGSLÜFTUNG Bei besonders hohen Anforderungen an die Reinheit der Innenraumluft, wie z.B. in Operations- oder Laborräumen, kann auf eine laminare Luftströmung – die Verdängungsslüftung - zurückgegriffen werden. Die Luft wird hierbei über große, raumabschließende Flächen in den Innenraum eingeströmt und auf gegenüberliegender Seite wieder abgeleitet. Ziel dieser Anordnung ist eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des Raumes ohne eine nennenswerte Induktion von Zu- und Raumluft. Idealerweise entstehen turbulenzarme, parallele laminare Luftströme, entweder zwischen Decke und Boden oder zwischen zwei gegenüberliegenden Raumabschlüssen.

150

04 Technologie

Anhang zu:

04 Technologie

Textnachweise

http://www.thema-energie.de/energie-erzeugen/ erneuerbare-energien/biomasse/grundlagen/vorteile-

—01 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

nachteile-von-biomasse.html (Zugriff: 02.04.2013)

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—14 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (2012) :

1. Auflage, München: S.44

Holzhackschnitzel. URL: http://www.baunetzwissen.de/

—02 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

standardartikel/Heizung_Holzhackschnitzel_161386.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

html (Zugriff: 08.03.2013)

1. Auflage, München: S.41 ff.

—15 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—03 Fracking / Hydraulic Fracturing (dt. hy-

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

draulische Frakturierung) ist eine Methode der Erdöl-

1. Auflage, München: S.117

und Erdgasförderung, bei der in technische Tiefbohrun-

—16 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

gen eine meist toxische Flüssigkeit – sogenanntes

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grun-

„Fracfluid“ – in das Erdreich eingepresst wird, um Risse

dlagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.24

zu erzeugen, aufzuweiten und zu stabilisieren, um somit

—17 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

die Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der Gesteins-

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

schichten zu erhöhen, was die Wirtschaftlichkeit

1. Auflage, München: S.116 ff.

etwaiger Förderungsmaßnahmen erhöht.

Deutsches Pelletinstitut (Hrsg.)(2011): Emissions-

—04 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

bilanz von Brennstoffen. URL: http://www.depi.de/media/

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

filebase/files/infothek/images/DEPI_Emissionsbilanz_

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

von_Brennstoffen.jpg (Zugriff 08.04.2013)

München:. S. 36 ff.

—18 Deutsches Pelletinstitut (Hrsg.)(2011):

—05 Vgl. dena – Deutsche Energie-Agentur GmbH

Wirkungsgrad verschiedener Feuerungsarten. URL:

(Hrsg.) (letzte Änderung: 22.03.2013): Nahwärme.

http://www.depi.de/media/filebase/files/infothek/

URL: http://www.thema-energie.de/?id=68

images/DEPI_Wirkungsgrad_Feuerungsarten.jpg

(Zugriff: 25.03.2013)

(Zugriff: 08.04.2013)

—06 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

—19 Deutsche Umwelthilfe e.V. (Hrsg.)(2006): Netz-

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

werk Bioenergie – Chancen & Risiken. URL:

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

http://www.duh.de/1111.html (Zugriff: 08.04.2013)

München: S. 70

Vgl. IEEP (Hrsg.)(2012): The GHG Emissions Intensity

—07 Heindl Server GmbH (Hrsg.) (Letze Änderung:

of Bioenergy. URL: http://www.ieep.eu/assets/1008/

01.07.2011; 13:28 Uhr): Arbeitszahl einer Wärmepumpe.

IEEP_-_The_GHG_Emissions_Intensity_of_Bioenergy_-_

URL: http://www.solarserver.de/wissen/lexikon/a/

October_2012.pdf S.7 (Zugriff: 08.04.2013)

arbeitszahl-einer-waermepumpe.html

—20 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(Zugriff: 19.03.2013)

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur. -

—08 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

1. Auflage, München: S.118

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—21 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

1. Auflage, München: S.115

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

—09 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

München:. S. 56

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten. München:

—22 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

S. 38 f.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—10 Vgl. juris Gmbh (2001): Verordnung über die Er-

1. Auflage, München: S.117 ff.

zeugung von Strom aus Biomasse (Biomasseverordnung

—23 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

– BiomasseV). URL: http://www.gesetze-im-

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

internet.de/bundesrecht/biomassev/gesamt.pdf

1. Auflage, München: S.119

(Zugriff: 08.04.2013)

—24 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

—11 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

1. Auflage, München: S.115

München:. S. 67

—12 Braungart, M. / McDonough, W. (2011): Einfach

—25 Vgl. Bayerisches Landesamt für Umweltschutz

intelligent produzieren – Cradle to Cradle: Die Natur

(Hrsg.) (2003): Photovoltaik – und Solarthermieanla-

zeigt, wie wir die Dinge besser machen können.

gen. Aufbau, Verwendung, Verwertung und Entsorgung.

6. Auflage, Berlin.

Augsburg: S. 6ff.

—13 Vgl. dena – Deutsche Energie-Agentur GmbH

—26 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (2012) :

(Hrsg.) (letzte Änderung: 28.03.2013): Biomasse. URL:

Recyling von Solarmodulen. URL:

http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

—38 Sächsisches Landesamt für Umwelt, Land-

Solar_Recycling-von-Solarmodulen_165804.html

wirtschaft und Geologie (Hrsg.) (2013): Hydrogeologie.

(Zugriff: 01.04.2013)

URL: http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/geologie/

—27 Braungart, M. / McDonough, W. (2011): Einfach

7654.htm (Zugriff: 15.03.2013)

intelligent produzieren – Cradle to Cradle: Die Natur

—39 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P.

zeigt, wie wir die Dinge besser machen können.

/ Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Geb-

6. Auflage, Berlin.

äude, die mit weniger Technik mehr können. 1. Auflage,

—28 Bayerisches Landesamt für Umweltschutz

München: S.174

(Hrsg.)(2002): Solarthermieanlagen – Aufbau, Verwend-

—40 Vgl. Bayerisches Staatsministerium für Umwelt,

ung, Verwertung und Entsorgung. URL:

Gesundheit und Verbraucherschutz (Hrsg.) (Juli 2005):

http://www.abfallratgeber.bayern.de/publikationen/

Oberflächennahe Geothermie. Heizen und Kühlen mit

doc/elektro/phovol_soltherm.pdf (Zugriff: 01.04.2013)

Energie aus dem Untergrund. Ein Überblick für Bauher-

—29 Der ‚solare Deckungsanteil‘ stellt den prozentu-

ren, Planer und Fachhandwerker in Bayern. München:

alen Anteil der vom Solarsystem nutzbar abgege-

Grundlagen und Technik – Grundwasser-Wärmepumpe,

benen Energie zum gesamten Wärmeenergiebedarf

S. 8. Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim

des Gebäudes dar. (Quelle: Energie Atlas. Nachhaltige

Deutschen Bundestag

Architektur. S. 119)

—41 Vgl. Deutscher Bundestag – Ausschuss für

—30 Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Natur-

Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung

schutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.) (Sep. 2011): Tiefe

(Hrsg.) (Februar 2003): Möglichkeiten geothermischer

Geothermie. Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland.

Stromerzeugung in Deutschland – Sachstandsbericht.

3.Auflage. Berlin: Grundlagen der tiefen Geothermie.

TAB – Arbeitsbericht Nr. 84. o.O.: S.20

Einige Begriffsbestimmungen, S.7 ff.

—43 Gipskeuper: Eine weit verbreitete geologische

—31 URL: http://www.erneuerbare-energien.de/file-

Kartiereinheit und historisch bestimmter Abschnitt

admin/ee-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/

in der strukturellen Gliederung von Gesteins- und

broschuere_geothermie_tief_bf.pdf (Zugriff:

Erdschichten, welcher vorwiegend aus Tonsteinen mit

13.03.2013).

Einlagerungen aus Gips-, Anhydrit- und Steinsalzlagen

—32 Vgl. Agentur für Erneuerbare Energien (Hrsg.)

besteht. Der aus dieser Schicht abgebaute Keuper-Gips

(o.J.): Glossar: Wärmeanomalie. URL: http://www.

deckt zurzeit etwa 50% des deutschen Naturstein-

unendlich-viel-energie.de/de/service/glossar.html

gipsbedarfs.

(Zugriff: 20.03.2013)

—44 Vgl. dena – Deutsche Energie-Agentur GmbH

—33 Vgl. Bayerisches Staatsministerium für Umwelt,

(Hrsg.) (letzte Änderung: 28.03.2013): Risiken bei

Gesundheit und Verbraucherschutz (Hrsg.) (Juli 2005):

Geothermieanlagen. URL: http://www.thema-energie.

Oberflächennahe Geothermie. Heizen und Kühlen mit

de/energie-erzeugen/erneuerbare-energien/geother-

Energie aus dem Untergrund. Ein Überblick für Bauher-

mie/grundlagen/risiken-bei-geothermieanlagen.html

ren, Planer und Fachhandwerker in Bayern. München:

(Zugriff: 08.04.2013)

Grundlagen und Technik – Erdwärmekollektor, S.5.

—45 Vgl. Bayerisches Staatsministerium für Umwelt,

—34 Vgl. Internetagentur Gudrun Stoiber (Hrsg.)

Gesundheit und Verbraucherschutz (Hrsg.) (Juli 2005):

(o.J.): Erdwärmeheizung: Auslegung des Erdkollektors.

Oberflächennahe Geothermie. Heizen und Kühlen mit

URL: http://www.energiesparhaus.at/energie/wp-erd-

Energie aus dem Untergrund. Ein Überblick für Bauher-

kollektor1.htm (Zugriff: 14.03.2013)

ren, Planer und Fachhandwerker in Bayern. München:

—35 Vgl. Bayerisches Staatsministerium für Umwelt,

Grundlagen und Technik – Erdberührte Betonbauteile,

Gesundheit und Verbraucherschutz (Hrsg.) (Juli 2005):

S. 9.

Oberflächennahe Geothermie. Heizen und Kühlen mit

—46 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

Energie aus dem Untergrund. Ein Überblick für Bauher-

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

ren, Planer und Fachhandwerker in Bayern. München:

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

Grundlagen und Technik – Erdwärmesonde, S. 6.

München:. S. 69

—36 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—47 Der Primärenergieverbrauch wird in der Regel

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur. 1.

als Energie, bezogen auf einen bestimmten Zeitraum

Auflage, München: S.121.

(oft ein Jahr), angegeben. Die normgerechte Einheit der

—37 Vgl. Schröder, B. / Hanschke, T. (2003): Ener-

Energie ist das Joule bzw. Vielfache davon: 1 PJ/Jahr

giepfähle – umweltfreundliches Heizen und Kühlen mit

(Petajoule/Jahr) = Joule/Jahr = 0,0317 GW (Gigawatt)

geothermisch aktivierten Stahlbetonfertigpfählen. – In:

(Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Prim%C3%A4ren-

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische

ergieverbrauch)

Wissenschaften GmbH & Co. KG (Hrsg.): Bautechnik 80.

—48 Vgl. Greenpeace e.V. (Hrsg.) (Nov. 2004):

Heft 12, Berlin. S. 925 ff.

Giftigkeit von Kunststoffen. URL: http://isybe.de/

wp-content/uploads/greenpeace_Giftigkeit-von-kunst-

Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude,

stoffen.pdf (Zugriff:05.04.2013)

die mit weniger Technik mehr können. 1. Auflage,

—49 Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Natur-

München. S.175

schutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.) (Sep. 2011): Tiefe

—62 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Geothermie. Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

3.Auflage. Berlin: Nutzungssysteme der tiefen Geother-

1. Auflage, München. S.128

mie, S.16

—63 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—50 Vgl. GtV – Bundesverband Geothermie e.V.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(Hrsg.) (o.J.): Petrothermale Geothermie. URL: http://

1. Auflage, München. S.129

www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/

—64 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P.

technologien/petrothermale-systeme.html (Zugriff:

/ Sager, C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude,

20.03.2013)

die mit weniger Technik mehr können.

—51 Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Natur-

1. Auflage, München. S.176

schutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.) (Sep. 2011): Tiefe

—65 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Geothermie. Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

3.Auflage. Berlin: Nutzungssysteme der tiefen Geother-

1. Auflage, München. S.129

mie, S.30 ff.

—66 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—52 Vgl. Bürgerinitiative für umweltverträgliche

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

und nachhaltige Nutzung alternativer Energiequellen

1. Auflage, München. S.129

BIF UNAE (Hrsg.) (August 2011): Wie steht es um die

—67 Vgl. Fink, C. / Blümel, E. / Kouba, R. / Heimrath,

Erdwärmenutzung in Deutschland?. URL:

R. (2002): Im Auftrag des Bundesministeriums für

http://alternative-energiequellen.info/alternative_db/

Verkehr, Innovation und Technologie. Passive Kühl-

wordpress/wp-content/uploads/TG-8-11-Deutschland.

konzepte für Büro- und Verwaltungsgebäude mittels

pdf (Zugriff: 23.05.2013)

luft- bzw. wasserdurchströmten Erdreichwärmetaus-

—53 Vgl. Sächsische Energieagentur – SAENA GmbH

chern. Berichte aus Energie- und Umweltforschung

(Hrsg.) (Juni 2012): Technologien der Abwärmenutzung.

35/2002 Gleisdorf. S.51 ff.

1. Auflage, Dresden: S. 5 ff. Vgl. Hausladen, G. / de

—68 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Saldanha, M. / Liedl, P. / Sager, C. (2005): ClimaDesign.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Lösungen für Gebäude, die mit weniger Technik mehr

1. Auflage, München. S.129

können. 1. Auflage, München: S.169

—69 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): De-

—54 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

tail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.61

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—70 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

München:. S. 41

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—55 Organic Rankine Cycle: Verfahren zum Betrieb

1. Auflage, München. S.129 f.

von Dampfturbinen mit organischen Flüssigkeiten mit

—71 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

einer niedrigen Verdampfungstemperatur anstatt des

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

üblichen Arbeitsmittels Wasserdampf.

1. Auflage, München. S.129 f.

—56 Vgl. BHKW-Infothek (o.J.): Baugrößen und Bau-

—72 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Tageslicht / Be-

formen, URL: http://www.bhkw-infothek.de/bhkw-

leuchtung. URL: http://www.ecobine.de/indexc.php?

informationen/technische-grundlagen/baugrosen-und-

SESSID=&id=2.5.6&kurs=9&l=de (Zugriff: 08.03.2013)

bauformen (Zugriff: 26.04.2013)

—73 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—57 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grun-

1. Auflage, München. S.102

dlagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.80

—74 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—58 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.102

1. Auflage, München. S.130

—75 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

—59 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grun-

1. Auflage, München. S.102

dlagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.84

—76 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Tageslicht / Be-

—60 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

leuchtung. URL: http://www.ecobine.de/indexc.php?

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

SESSID=&id=2.5.6&kurs=9&l=de (Zugriff: 11.03.2013)

1. Auflage, München. S.130

—77 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Tageslicht / Be-

—61 Vgl. Hausladen, G. / de Saldanha, M. / Liedl, P. /

leuchtung. URL: http://www.ecobine.de/indexc.php?

SESSID=&id=2.5.6.2&kurs=9&l=de (Zugriff:

—93 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

08.03.2013)

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—78 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Tageslicht-

München. S. 58

konzepte http://www.ecobine.de/indexc.php?SESSID=

—94 Bakterien; die thermophilen (wärmeliebenden)

&id=2.5.6.1&kurs=9&l=de (Zugriff: 08.03.2013)

und thermotoleranten Actinomyceten sorgen bei dem

—79 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

Prozess der Kompostierung für entscheidende Stof-

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

fumsetzungen bei steigenden Temperaturen und bauen

München. S.82

schwer abbaubare Naturstoffe wie Chitin ab

—80 BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

Bezeichnet in der Mikrobiologie die Bevorzugung mit-

Atrien und Lichthöfe. URL: http://www.baunetzwis-

tlerer, nicht extremer Temperaturen, meist im Bereich

sen.de/standardartikel/Tageslicht_Atrien-und-

zwischen 20 und 45°C

Lichthoefe_167206.html (Zugriff: 08.03.2013)

—95 Vgl. Ökohaus & Garten (Hrsg.) (o.J.): Trocken-

—81 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

trenntoiletten. URL: http://www.oekohaus-online.de/

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

index.php/de/Trockentoilette-Produktinformation/

1. Auflage, München. S.104

c-KAT100 (Zugriff: 28.04.2013)

—82 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—96 Vgl. Deipenbrock, T. (2007): Weiterentwicklung

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

und Prüfung eines Unterdruckentwässerungssys-

1. Auflage, München. S.104

tems für Gebäude und Grundstücke. Abschlußbericht.

—83 BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

Förderung durch Referat 23 Az 243 17. Münster

Sonnenschutz mit Diffuslichtdurchlass. URL: http://

—97 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): De-

www.baunetzwissen.de/standardartikel/Tag-

tail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

eslicht-Sonnenschutz-mit-

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.83

Diffuslichtdurchlass_674039.html (Zugriff: 08.03.2013)

—98 Bundesministerium für Wirtschaft und Technol-

—84 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

ogie (Hrsg.) (Feb. 2013): Energie in Deutschland –

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Trends und Hintergründe zur Energieversorgung.

1. Auflage, München. S.136

Aktualisierte Ausgabe Februar 2013 .Berlin:S.6 ff.

—85 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

URL: http://www.bmwi.de/Dateien/Energieportal/PDF/

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

energie-in-deutschland,property=pdf,bereich=bmwi2012,

1. Auflage, München. S.138

sprache=de,rwb=true.pdf (Zugriff: 22.05.2013)

—86 Vgl. Siebert, Sebastian (letzte Änderung:

—99 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und

29.04.2012): Infoblatt Mangelware Wasser. Hinter-

Technologie (Hrsg.) (Feb. 2013): Energie in Deutsch-

grundinformationen zur Weltwasserkrise. URL: http://

land – Trends und Hintergründe zur Energieversorgung.

www2.klett.de/sixcms/list.php?page= infothek_artike-

Aktualisierte Ausgabe Februar 2013 .Berlin: S.6 ff. URL:

l&extra=TERRA-Online%20/%20Realschule&artikel_

http://www.bmwi.de/Dateien/Energieportal/PDF/

id=108915&inhalt=klett71prod_1.c. 130434.de (Zugriff:

energie-in-deutschland,property=pdf,bereich=

28.04.2013)

bmwi2012, sprache=de,rwb=true.pdf (Zugriff:

—87 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): De-

22.05.2013).

tail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

—100 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.83

Technologie (Hrsg.) (Feb. 2013): Energie in Deutsch-

—88 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

land – Trends und Hintergründe zur Energieversorgung.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Aktualisierte Ausgabe Februar 2013 .Berlin: S.6 ff. URL:

1. Auflage, München: S.74 f.

http://www.bmwi.de/Dateien/Energieportal/PDF/

—89 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): De-

energie-in-deutschland,property=pdf,bereich=

tail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

bmwi2012, sprache=de,rwb=true.pdf (Zugriff:

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.83

22.05.2013).

—90 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): De-

—101 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

tail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.80

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—91 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

München:. S. 40 f.

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik.

—102 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

Grundlagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München:

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

S.81 ff.

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—92 Vgl. Bauer, M. / Mösle, P. / Schwarz, M. (2007):

München:. S. 40 f.

Green Bulding. Konzepte für nachhaltige Architektur.

—103 Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Natur-

München. S. 82

schutz und Reaktorsicherheit – BMU (Hrsg.) (2012) :

Kurzinfo Wasserkraft. URL: http://www.erneuerbare-

(Zugriff: 20.05.2013)

energien.de/die-themen/wasserkraft/kurzinfo/

—118 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Lüftung.

(Zugriff: 20.05.2013)

URL: http://www.ecobine.de/print.php?SESSID=

—104 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

5d7092d85d384778d6c3226dcb5d3204&id=2.5.4&

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

kurs=11&l=de (Zugriff: 24.05.2013)

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—119 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (2012) : Luft-

München:. S. 39f.

wechsel. URL: http://www.baunetzwissen.de/

—105 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

glossarbegriffe/Haustechnik_Luftwechselzahl_49305.

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

html (Zugriff: 14.05.2013)

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—120 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

München:. S. 39f.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—106 Vgl. Braungart, M. / McDonough, W. (2011):

1. Auflage, München: S.134

Einfach intelligent produzieren – Cradle to Cradle:

—121 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

Die Natur zeigt, wie wir die Dinge besser machen

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

können. 6. Auflage, Berlin. S.67 ff.

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.56

—107 Photovoltaik leitet sich aus dem griechischen

—122 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Wort für ‚Licht‘ (phos, photos) sowie aus der Einheit für

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

die elektrische Spannung Volt, benannt nach dem italie-

1. Auflage, München: S.99

nischen Physiker Alessandro Graf von Volta, ab.

—123 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

—108 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.57

1. Auflage, München: S.138 f.

—124 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

—109 Watt Peak (engl. peak ‚Spitze‘): gebräuchliche,

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

nicht normgerechte Bezeichnung für die elektrische

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.53

Leistung (Einheit: Watt) von Solarzellen.

—125 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

—110 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.55

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—126 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

München:. S. 65 f.

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—111 Vgl. Baulinks: ARCHmatic - Alfons Oebbeke

1. Auflage, München: S.135

(Hrsg.) (Mai 2013): Kleinwindanlagen: Marktübersicht

—127 Vgl. Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010):

und Handbuch zur gebäudeintegrierten Windenergie-

Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grund-

nutzung. URL: http://www.baulinks.de/webplugin/

lagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München: S.65

2013/0820.php4 (Zugriff: 26.05.2013) —112 Watt Peak (engl. peak ‚Spitze‘): gebräuchliche,

Bildnachweise

nicht normgerechte Bezeichnung für die elektrische Leistung (Einheit: Watt) von Solarzellen.

—01 UBS AG, Wealth Management Research (Hrsg.)

—113 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Gas- / Damp-

(Jan. 2007): UBS research focus. Klimawandel: Ein

fturbine. URL: http://www.ecobine.de/indexc.php?SES-

heisses Thema. Zürich. S.43, Abb. 4.9 A.Energie

SID=&id=2.5.5.2&kurs=9&l=de (Zugriff: 20.05.2013)

—02 UBS AG, Wealth Management Research (Hrsg.)

—114 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.) (letzte

(Jan. 2007): UBS research focus. Klimawandel: Ein

Änderung: 30. März 2013): Galvanische Zelle.

heisses Thema. Zürich. S.43, Abb. 4.9 B.Treibhausgase

URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Zelle

—03 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

(Zugriff: 01.01.2013)

Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

—115 Vgl. EnergieAgentur.NRW (Hrsg.)(o.J.): Funk-

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

tionsprinzip von Brennstoffzellen. URL:

München. S.70, Abb. 110

http://www.brennstoffzelle-nrw.de/index.php?id=21

—04 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(Zugriff: 02.04.2013)

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—116 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

1. Auflage, München. S.122, Abb. B4.45

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

—05 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

München:. S. 69 f.

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—117 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (2012) :

München. S.39, Abb. 10

Smart Grids. URL: http://www.baunetzwissen.de/

—06 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

standardartikel/Elektro-Smart-Grids_1636653.html

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.115, Abb. B4.17

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—07 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

München. S.41, Abb. 15

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

—23 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.24,

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Abb.3.6 a

1. Auflage, München. S.128, Abb. B4.65

—08 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

—24 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.24,

1. Auflage, München. S.130, Abb. B4.78

Abb.3.6 b

—25 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—09 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.131, Abb. B4.80

1. Auflage, München. S.17, Abb. A2.6

—26 Fink, C. / Blümel, E. / Kouba, R. / Heimrath, R.

—10 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2002): Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr,

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Innovation und Technologie: Passive Kühlkonzepte für

1. Auflage, München. S.54, Abb. B1.47

Büro- und Verwaltungsgebäude mittels luft- bzw. was-

—11 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

serdurchströmten Erdreichwärmetauschern. Berichte

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

aus Energie- und Umweltforschung 35/2002 Gleisdorf.

1. Auflage, München. S.118, Abb. B4.27

S.44, Abb. 5

—12 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

—27 Fink, C. / Blümel, E. / Kouba, R. / Heimrath, R.

Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

(2002): Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr,

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

Innovation und Technologie: Passive Kühlkonzepte für

München. S.56, Abb. 48

Büro- und Verwaltungsgebäude mittels luft- bzw. was-

—13 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

serdurchströmten Erdreichwärmetauschern. Berichte

Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

aus Energie- und Umweltforschung 35/2002 Gleisdorf.

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

S.52, Abb. 12

München. S.67, Abb. 97

—28 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—14 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.130, Abb. B4.74

1. Auflage, München. S.118, Abb. B4.31

—29 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—15 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.129, Abb. B4.70

1. Auflage, München. S.119, Abb. B4.36

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—35 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

C. (2005): ClimaDesign. Lösungen für Gebäude, die mit

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S.169, Abb. 5.4.1

München. S.53, Abb. 41

—22 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. /

—36 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.136, Abb. B4.100

—53 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—37 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.140, Abb. B4.112

1. Auflage, München. S.136, Abb. B4.99

—54 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

—38 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.75,

1. Auflage, München. S.136, Abb. B4.101

Abb.3.176

—39 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—55 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

/ Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

1. Auflage, München. S.137, Abb. B4.103

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

—40 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

München. S.66, Abb. 92

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

—56 EnergieAgentur.NRW (Hrsg.)(o.J.): Funktion-

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.79,

sprinzip von Brennstoffzellen. URL: http://www.brennst-

Abb.3.182

offzelle-nrw.de/index.php?id=21 (Zugriff: 02.04.2013)

—41 Deutsche Stiftung Weltbevölkerung (Hrsg.) (Jan.

—57 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

2013): Info Weltbevölkerung. Bevölkerung und natürliche

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

Ressourcen. Hannover. S.2, Weltbevölkerung und Was-

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.57,

serknappheit

Abb.3.120

—42 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—58 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.69, Abb. B2.28

1. Auflage, München. S.132, Abb. B4.85

—43 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

—59 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.68, Abb. B2.22

1. Auflage, München. S.134, Abb. B4.92

—44 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

—60 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.83,

1. Auflage, München. S.134, Abb. B4.91

Abb.3.195

—61 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail

—45 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundla-

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

gen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.64,

1. Auflage, München. S.75, Abb. B2.52

Abb.3.147

—46 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundlagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.80, Abb.3.187 —47 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.74, Abb. B2.49 —48 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.138, Abb. B4.107 a —49 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.144, Abb. B4.130 —50 Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen, M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

München. S.40, Abb. 12 —51 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.138, Abb. B4.107 b —52 Lenz, B. / Schreiber, J. / Stark, T. (2010): Detail Green Books: Nachhaltige Gebäudetechnik. Grundlagen – Systeme – Konzepte. 1. Auflage. München. S.75, Abb.3.177

graue energie materialeffizienz suffizienz öko-effektivität / öko-effizienz gebäudebestand in der lebenszykl. betrachtung integrale planung konzepte + ansätze

cradle to cradle (c2c)

triple zero

bewertungssysteme differenzierung

DGNB

BNB

BREEAM

lEED

albatros

fazit

kommentar eines zweifelnden

05

ökobilanzierung / life cycle assessment

Umsetzung

Lebenszkylische betrachtung

163

LEBENSZYKLISCHE BETRACHTUNG

:—01: Lebenszyklus eines Gebäudes Aktivitäten

Der Lebenszyklus beschreibt den Zeitraum zwischen der Herstellung und Entsorgung eines Baustoffes, Produkts, Materials oder einer Immobilie und umfasst demnach die Phasen der Rohstoffgewinnung, Fertigung, Nutzung bzw. Umnutzung sowie den Rückbau bzw. die Entsorgung. „Genau wie natürliche Systeme, unterliegen künstliche Systeme wie z.B. Bauwerke einem Kreislauf des Entstehens und Vergehens“.—01 Eine ganzheitliche lebenszyklische Betrachtung—01 sollte stets die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit also ökologische, ökonomische sowie soziokulturelle Aspekte berücksichtigen. Damit fußt sie nicht allein auf technisch-konstruktiven Anforderungen, sondern schließt auch Werte wie Nutzungstauglichkeit, Adaptionsfähigkeit und kulturelle Bedeutung und Integration mit ein: Ein von der Gesellschaft geschätztes und akzeptiertes Gebäude, wird genutzt, gepflegt und an zukünftige Anforderungen angepasst werden, was es zukunftsfähig macht. Wichtig ist in diesem Bezug nicht nur die wirtschaftliche Dimension, sondern vielmehr sein kultureller Wert. Mögliche Phasen im Lebenszyklus müssen also in Hinblick auf die unterschiedlichen Nachhaltigkeitsaspekte analysiert und in ihrem Zusammenwirken so optimiert werden, dass ein Produkt oder Bauwerk mit möglichst geringen Aufwendungen und Umweltwirkungen entsteht, welches langfristig eine hohe

:—02: Lebenszykluskosten unterschi

schaltbare Zimmer und mobile Einbauten) sowie die langfristig-konstruktive Nutzungsflexibilität (z.B. tragende Außenwände, statt tragender Innenwände) eines Bauwerks vorzusehen. (≥ PLANUNGSGRUNDLAGEN ⁄ FLEXIBILITÄT) In Bezug auf Konstruktion und Materialien sollten des Weiteren Faktoren wie der voraussichtliche Lebenszyklus, die Lebensdauer—02 und die im Betrieb entstehenden Unterhaltungs- und Instandhaltungskosten sowie das Recycling bei der Auswahl entscheidend sein.

—03

Vor dem Hintergrund

der Bezugnahme auf Architektur und Baubetrieb ergibt sich daher ein Katalog von Kriterien, welchen es bei der Konzeption und Planung sowie der Baustoff und Materialwahl zu berücksichtigen gilt:

Rohstoffe: Die verwendeten Rohstoffe müssen möglichst umweltund ressourcenschonend gewonnen und verarbeitet werden. Es sollten regenerative oder zumindest langfristig verfügbare Rohstoffe gewählt werden, deren Produktion weitgehend verwertbare Nebenprodukte erzeugt und keine bzw. eine möglichst geringe Schädigung der Biosphäre nach sich zieht.

r de

se

bä i kt

ll

nh ke

80

s

on

Ha

100

an

Lebenszykluskosten [%]

sind eine kurzfristige Nutzungsflexibilität (z.B. bewegliche Trennwände,

äu

fend eine höchstmögliche bauliche Flexibilität umgesetzt werden. Dabei

r

120

en

tige Nutzungsänderungen schwer vorauszusehen sind, sollte dies betref-

Kr

bauliche- und nutzungsbezogene Qualität aufrecht erhält.—02 Da zukünf-

u

od

Pr

60 40 20 0

0

10

20

164 und damit verknüpfte planerische

05 Umsetzung

Energieaufwand: Der zur Gewinnung und Produktion benötigte Energieaufwand sollte möglichst gering sein. Zudem sollte das Gesamtenergieszenario aus Energieaufwand für Herstellung, Einbau, Nutzung, Rückbau und Recycling bewertet werden.

Transportwege: die Wege welche vom Ort der Rohstoffgewinnung bis zum Einbau bzw. endgültigen Nutzungsort zurücklegt werden, sollten umweltschonend und daher möglichst kurz sein. Neben dem geringen Transportenergieaufwand erleichtert dies zudem die Entnahme und Rückführung in einen lokal zyklierenden Stoffstrom. Wichtig ist hierbei auch die Bewertung des standortbezogenen Verkehrsszenarios.

Emissionen: Bei der Gewinnung, Verarbeitung, Herstellung, Nutzung und Entsorgung sollten Schadstoffemissionen weitestgehend vermieden werden. Ein weiterer – wenn auch untergeordneter Faktor – sind die im Falle einer Betriebsstörung (z.B. Brandfall) zu erwartenden Emissionen oder Schadstofffreisetzungen, welche ebenfalls minimiert werden sollten.

Kreislauffähigkeit: Die Wiederverwertbarkeit eines Baustoffes, Materials oder Produkts ohne eine Herabsetzung seiner Wertigkeit sollte angestrebt werden. Wichtig ist hierbei vor allem das Zyklieren in einem

iedlicher Nutzungen

de

äu

b ge

B

s

geschlossenen Stoffkreislauf, der geringstmögliche Abfallmengen her-

e

ud

bä

ge

o ür

vorbringt.

Langlebigkeit: Die Dauerhaftigkeit von Baustoffen und Bauteilen aus)

sivh ude (Pas Wohngebä

Betrieb

sollte im Sinne einer Verlängerung ihrer Lebenszyklen und einer damit einhergehenden Reduzierung des Wartungs-, Unterhaltungs- und Erneuerungsaufwandes gegeben sein. Bei Projekten mit absehbar temporärer Nutzung kann der Faktor der Langlebigkeit zugunsten einer Op-

Bau 30

40

50

timierung der Bedingungen o.g. Faktoren weniger gewichtig bewertet werden.—04

Jahre

ÖKOBILANZIERUNG / LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA) Grundlage für die Entwicklung der Ökobilanzierung (engl.: “Life Cycle Assessment”) stellte ein Paradigmenwechsel in der Betrachtungsweise von Produkten und Dienstleistungen dar. Anstelle der isolierten Fokussierung von - Standort, Herstellungs- oder Nutzungsspezifischen - Auswirkungen und deren Minimierung, verfolgt man heute einen holistischen, d.h. ganzheitlichen Betrachtungsansatz.—03 Die Ökobilanzierung steht dazu als Werkzeug für die Darstellung der Umweltverträglichkeit eines Materials, Produkts oder Gebäudes, bezogen auf seinen gesamten Lebenszyklus zur

165

Verfügung. Es handelt sich hierbei um eine Beschreibung der Umweltauswirkungen, welche ein Produkt von der Gewinnung der Rohstoffe über Aufbereitung, Herstellung und Nutzung bis zu seiner endgültigen Entsorgung (von der Wiege bis zur Bahre – Cradle to Crave) – verursacht. „Ökobilanz ist die Zusammenstellung und Beurteilung der Input- und Outputflüsse und der potentiellen Umweltwirkungen eines Produktsystems im Verlauf seines Lebensweges.“—05 Die Idee der umfassenden Bilanzierung und systematischen Analyse von verursachten Emissionen, Ressourcenentnahme sowie Auswirkungen auf Natur und Umwelt entstand bereits im 19. Jahrhundert im Rahmen von Entwicklungen auf den Gebieten der Thermodynamik und Verfahrensmechanik.

—06

Die heute in der Ökobilanzierung verwendeten Methoden ba-

„Ökobilanz ist d

stellung und B

Input- und Out

der potentielle

kungen eines P

im Verlauf sein es.“

sieren auf der industriellen Energieanalyse, der sogenannten ökologischen Buchhaltung und der 1978 von der EMPA vorgelegten Bilanzmethodik.—07 Die Anwendung von Ökobilanzen im Bauwesen verlief zunächst parallel zur Entwicklung der entsprechenden methodischen Werkzeuge und somit fast

welche es Architekten und Planern ermöglicht Umweltaspekte explizit in

Planung

fangreiche Datensätze zu zahlreichen Materialien und Baustoffen vor,

strategische

management – Ökobilanz‘ weitestgehend standardisiert und es liegen um-

Anwendung

fahren jedoch durch internationale Normen wie die ISO 14 040 ‚Umwelt-

von Produkten

:—03: Prozessablauf zur Erstellung

Verbesserung

Anwendung in der Praxis zunächst entgegenstand. Mittlerweile ist das Ver-

Entwicklung und

ausschließlich im akademischen Umfeld – was einer flächendeckenden

Diese sogenannten Environmental Product Declarations (EPD)—08 sind Umwelt-Produktdeklarationen die Informationen zu Öko- und Sachbilanzen

Bewertung

aber auch weiterführende Informationen wie z.B. die Wirkungsabschätzung

Schlussfolgerungen

Auswertung

ihre Entscheidungen einzubeziehen.

eines Produkts oder Materials enthalten.—09 Auf diesen produktbezogenen – der ISO 14 025‚ Umweltkennzeichnungen und –Deklarationen‘ entsprech-

gesamter Gebäude erstellt werden.—10 Trotz der Berücksichtigung vieler Einflussfaktoren eignet sich die Methode der Ökobilanzierung nicht für die Bewertung von Risiken und Wirkungen auf Nutzer und Umwelt an einem be-

Konkret auf die Ökobilanzierung von Gebäuden eingehend, sollte auf eine exakte Dokumentation und Definition der funktionalen Einheiten geachtet werden, da die Ergebnisse maßgeblich von gewählten Szenarien und Varianten – beispielsweise von der angenommenen Nutzungsdauer oder Bauweise – beeinflusst werden. Für die Festlegung der funktionalen Einheiten

Untersuchungsrahmen

fügung.—11

Rahmen der Ökobilanz

wie das ‚Risk Assessment‘ oder die Umweltverträglichkeitsprüfung zur Ver-

Zieldefinition und

stimmten Standort. Hierfür stehen wiederrum selbstständige Werkzeuge

Konsistenz

eine ökologische Bewertung einzelner Baustoffe und Produkte, aber auch

Sensitivität,

Überprüng der

gen und unter Berücksichtigung der angenommenen Lebenszyklusphasen

Vollständigkeit,

enden – Daten basierend, kann unter Zuhilfenahme spezieller EDV-Anwenun-

166

05 Umsetzung

die Zusammen-

muss das jeweilige Gebäude hinsichtlich Standort, Gebäudetyp, Funktion,

Beurteilung der

chrieben werden, um einen Vergleich mit anderen Bauvorhaben zu ermögli-

tputflüsse und

en Umweltwir-

Kubatur, Konstruktion und Nutzungsart sowie -Intensität umfassend beschen. Prinzipiell empfiehlt sich auch innerhalb einer Planung der Vergleich verschiedener Konstruktions- und Produktvarianten zur Erfüllung ein und desselben Nutzens. Ein diesbezüglich zu berücksichtigender Faktor ist die Planungs- oder Lebenszyklusphase, in welcher sich das Gebäude zum Zeitpunkt der Betrachtung befindet.—12 In der Konzeptionsphase lassen

Produktsystems

sich grundlegende Entwurfsänderungen zur Steigerung der ökologischen

nes Lebensweg-

sprozess fortschreitet umso schwieriger werden jedoch Modifikationen

Performance leicht umsetzen. Je weiter der Planungs- und Detaillierungjeglichen Maßstabes. Befindet sich ein Projekt bereits in der Detailplanung oder gar Ausführung sind in der Regel lediglich Änderungen von einzelnen – auf Nutzung und Energieeffizienz einflussnehmende – Komponenten möglich.

GRAUE ENERGIE Unter grauer Energie versteht man den „(…) kumulierten Aufwand an Primärenergie, der erforderlich ist, um ein Produkt oder eine Dienstleistung an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitzustellen.“—13

Graue Energie ist also die für die Gewinnung der Ressourcen, Herstellung

und Verarbeitung des Materials, den Transport und die Lagerung, eventu-

Marketing

prozesse

Entscheidungs-

öffentliche

einer Ökobilanz

elle Einbaumaßnahmen sowie die Entsorgung eines Produkts notwendige – und somit im Material gebundene – Primärenergie. Die Berechnung des gischen Bilanzierung, welches die Summe aller Primärenergie-Inputs bil-

Ergebnisdarstellung

Empfehlungen

‚kumulierten Enerergieaufwands‘ (KEA) ist dabei ein Verfahren zur ökolodet, aufgrund seiner Eindimensionalität jedoch keinen umfassenden Überblick aller verursachten Umweltwirkungen bietet.—14 Angegeben wird der Anteil grauer Energie in durch den sogenannten Primärenergiegehalt (PEI), welcher zwischen erneuerbarem und nicht erneuerbarem Energievermit den Bezugsgrößen Kilogramm [kg] oder Kubikmeter [m³] angegeben wird.

Kernaussagen

Ermittlung der

brauch unterscheidet und für gewöhnlich in Megajoule [MJ], zusammen Ein Blick auf die Situation in Deutschland verdeutlicht dahingehend die Dimensionen des im Gebäudebestand gebundenen Anteils grauer Energie: Schätzungen gehen in etwa von dem zwanzigfachen, des für den gesamten Gebäudebetrieb jährlich notwendigen Energiesatzes aus. Die gebundene Energie entspricht demnach einer ausreichenden Menge an Energie, um

Wirkungsbilanz

Sachbilanz

besagten Gebäudebestand für 20 Jahre zu betreiben.

Würde man den Anteil grauer Energie, bei in Deutschland errichteten Neubauten um realisierbare 10% reduzieren, entspräche dies einer Einsparung von ca. 230.000 GWh, was der Leistung eines Atomkraftwerks mit 1.200MW auf einen Zeitraum von mehr als 20 Jahren gleichkäme und somit 8,7 Millionen Tonnen CO² einsparen könnte.—15 Die zunehmende energetische Optimierung von Gebäudehülle und -technik bewirkt nur einen

167

geringen Anstieg des in den Materialien vorhandenen Anteils an grauer En-

:—04: Themenfelder zur Reduktion d

ergie, in Anbetracht des daraus resultierenden, reduzierten Energiebedarfs der Neubauten steigt deren prozentualer Anteil an gebundener grau-

Werkstoffauswahl

er Energie folglich signifikant. Einer gesteigerten energetischen Effizienz

Werkstoffmenge minimieren

im Gebäudebetrieb sollte darum auch immer eine Effizienzsteigerung im

homogen, unbehandelt

Materialeinsatz folgen.

—16

Werkstoffe mit günstiger Ökobilanz

So kann bereits in frühen Planungsphasen ein

maßgeblicher Einfluss auf den Anteil grauer Energie und damit auf die gesamte Ökobilanz eines Bauwerks genommen werden.—04 Auf Basis der zu Verfügung stehenden Informationen, wie z.B. der Environmental Product Declaration (EPD), sollten beispielsweise bei der Baustoffwahl stets auch Alternativen geprüft und bewertet werden. Bei gleicher Leistungsfähigkeit sollten schlüssigerweise solche mit einem geringeren Anteil an im Material gebundener Energie eingesetzt werden. Die Bevorzugung bzw. Verwendung lokaler Materialien ist daher oft schon eine effektive Maßnahme zur Reduzierung der verbauten grauen Energie, da der Produkttransport zwar einen variablen, aber keinesfalls zu unterschätzenden Beitrag zum Primärenergiegehalt liefert.—17 MATERIALEFFIZIENZ Beschäftigt man mit Nachhaltigkeit im Bauwesen gelangt man, neben Aspekten der Energie- auch schnell zum Begriff der Materialeffizienz. Die Materialeffizienz beschreibt dabei das Verhältnis der Materialmenge in den erzeugten Produkten zu der, für ihre Herstellung benötigten Menge an Ressourcen. Vereinfacht formuliert also das Verhältnis zwischen mengenmäßigem Ertrag und mengenmäßigem Aufwand aus.—18 Eine Steigerung der Materialeffizienz kann folglich durch eine Reduzierung des Materialeinsatzes, eine Verringerung des produzierten Ausschusses und Verschnitts, einer Minderung des Einsatzes von Hilfsstoffen oder durch die Optimierung der Produktkonstruktion bzw. des -designs erfolgen.—19 Vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung ist eine Steigerung der Ressourceneffizienz unter Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit eine essentielle und keinesfalls zu vernachlässigende Aufgabe.—20 Insbesondere für ein relativ Rohstoffarmes Land wie Deutschland, welches auf den Import großer Mengen von Rohstoffen angewiesen ist, aber auch auf globalem Maßstab betrachtend, scheint ein sparsamer und intelligenter Umgang mit Ressourcen unumgänglich. Aufgrund der stetig steigenden Weltbevölkerung und des daher zu prognostizierenden steigenden Bedarfs an allen Ressourcen, muss eine möglichst vollständige Kreislaufwirtschaft schon heute die visionäre Zielsetzung unseres Handelns sein. Eine begrenzt verfügbare Rohstoffmenge zirkuliert dabei – im Optimalfall unter Ausschluss von Materialverlusten – in einer zyklischen Wertschöpfungskette zwischen Herstellung, Nutzung und Aufbereitung bzw. Rückgewinnung. Trotz dessen muss zunächst auch der Aspekt der

Konstruktive Gestaltung Werkstoffdeklarationen Differenzierung nach Lebensdauer Standardmaße

Integration von Revisionsmöglichke

Ausführung reversible Verbindungen konstruktive Fugen Vorfabrikation

168

der Anteile grauer Energie

Rohstoffgewinnung aus natürlichen Quellen beleuchtet werden. Prinzipiell scheint eine diesbezügliche Effizienzsteigerung zwar möglich, es muss je-

Lebensdauer

doch davon ausgegangen werden, dass der spezifische Aufwand zur Rohst-

maximieren

offgewinnung mit der Zeit, bis an die Grenzen der technischen aber auch

z

eiten

05 Umsetzung

ökonomischen Machbarkeit ansteigt, da Vorkommen sowie die Konzentration nutzbaren Ressourcen stetig sinken und Verunreinigungen derselben Stoffflüsse minimieren

zunehmen werden.—21 Betrachtet man die Produktionskette unter Zielsetzung der Effizienzsteigerung, muss zwischen sogenannten Grundstoffen (Vorprodukte in der Verarbeitungskette—22) und fertigen Gütern differen-

Weiterverwendbarkeit

ziert werden. Bei der Grundstoffproduktion werden stetige Verbesserungen

ermöglichen

die Effizienz bis zu einem Punkt steigern, an dem signifikante Optimierungen lediglich durch Substitution d.h. einem Austausch der Materialen zu

Rückbaumöglichkeit maximieren

erreichen ist. Die Güterproduktion dagegen bietet deutlich größere Effizienzsteigerungspotentiale.

Hier werden – neben der Prozess, Verfahrens- und ProduktionsumfeldOptimierung – vor allem Innovationen im Produktdesign bestimmte Funktionalitäten und Produkte auf ressourcenärmeren weg bereitstellen. Wichtig wird hier das Verlängern der Lebenszyklen, sowie die Demontier- und Austauschbarkeit ganzer oder einzelner Elemente, sei es zu Instandhaltungszwecken oder im Zuge einer Wiederverwertung und damit einhergehenden sauberen und einfachen Trennung der verwendeten Rohstoffe.

SUFFIZIENZ Der Begriff Suffizienz (von lat. sufficere, dt. ausreichen—23) bezeichnet technisch formuliert den Wirkungsgrad eines materiellen, räumlichen oder technischen Bedarfs oder Wohlstands einer Person oder Gesellschaft und ist neben der ‚Effizienz‘ und ‚Konsistenz‘ eine mögliche Nachhaltigkeitsstrategie. Sie beschreibt Maßnahmen, Instrumente oder Strategien zur Ressourceneinsparung durch das Ändern von menschlichen Verhaltensweisen, Motivationen, Absichten und Handlungsmaximen.

Oft wird sie im Kontext nachhaltigen Agierens daher weitergehend präzisiert als ‚Öko-Suffizienz‘.—24 Bei der Frage nach Suffizienz sind Angemessenheit aber auch mögliche Selbstbegrenzung und Konsumverzicht zu beurteilen. Oft wird in diesem Zusammenhang auch die Metapher des Abwerfens von ‚unnützem Ballast‘ gebraucht. Obwohl das Suffizienz-Prinzip einen entscheidenden Beitrag zur wirkungsvollen Minimierung umweltbelastenden Handels sowie dem auf sozialer Ebene ebenfalls notwendigen Bewusstseins- und Lebensstilwandels leisten kann, wird es in der öffentlichen Diskussion oft außer Acht gelassen und stattdessen die Effizienz fokussiert. In Bezugnahme auf die Planung nachhaltiger Architekturen kann beispielsweise eine kritische Prüfung der vorgesehenen oder ergriffenen technologischen Maßnahmen, im Vergleich zu reduzierten oder sogar nicht-technischen Lösungsansätzen durchgeführt werden. Auch eine Be-

169

wertung des Raumangebots in Relation zu Bedarf und Anforderungen scheint insofern sinnvoll. Prinzipiell sollten also Aspekte der Gestaltung, des benötigten Aufwands zur Realisierung und Nutzungsanforderungen auf eine Angemessenheit hin überprüft werden, sofern sie die ökologischen und nutzungsbezogenen Qualitäten eines Bauwerks nicht mindern oder stark einschränken, können hier auch durchaus ökonomische Bewer-

„Es gilt, die rich tun, anstatt die

weniger schlec

tungen relevant sein.

DIFFERENZIERUNG ÖKO-EFFEKTIVITÄT ⁄ ÖKO-EFFIZIENZ „Es gilt, die richtigen Dinge zu tun, anstatt die falschen Dinge weniger schlecht zu machen.“—25 Die Begriffe ökologische Effizienz und ökologische Effektivität werden missverständlicherweise häufig gleichsinnig verwendet, weshalb ihre Unterscheidungsmerkmale—05 im Folgenden kurz verdeutlicht werden sollen:

:—05: Verhältnis von Öko–Effizienz

Abgeleitet von dem lateinischen Terminus ‚effectivus‘ (zu dt. ‚bewirkend‘),

100%

stellen die Begriffe Effektivität und Effizienz ein Maß für Wirksamkeit bzw. das Erreichen einer definierten Zielsetzung. Die Effektivität beurteilt dabei lediglich die Umsetzung der Handlungsintention, die Effizienz bezieht in die Bewertung noch den zur Zielerreichung benötigten Aufwand mit ein.

Anfang der 1990er Jahre vom Wirtschaftsrat für nachhaltige Entwicklung (WBCSD)—26 eingeführt, beschreibt die sogenannte ‚Ökoeffizienz‘ demnach Ambitionen zur Reduzierung der Ressourcen- und Energieintensität von Produkten oder Dienstleistungen, die Verminderung dadurch verursachter Schadstoffemissionen und Erhöhung der Recyclingfähigkeit - also quantifizierbare Parameter von Problemen, welche es zu minimieren gilt. Neben der Verringerung von Umweltbelastungen dient dieses Prinzip jedoch auch der wirtschaftlichen Optimierung, berücksichtigt also ökonomische als auch ökologische Aspekte. Übergeordnetes Ziel ist demnach nicht das Abweichen von bisherigen – die Regenerationsfähigkeit des Planeten bei weitem überschreitenden – Handlungsweisen, sondern lediglich die Reduzierung der daraus resultierenden negativen Umwelteffekte. Gerade im Hinblick auf einen globalen Bevölkerungsanstieg und einen damit verbundenen, wachsenden Bedarf an Gütern, kann eine solche Handlungsmaxime Prozesse wie die zunehmende Umweltverschmutzung und Rohstoffverknappung nur verlangsamen, nicht jedoch stoppen. Dennoch ist die Ökoeffizienz ein augenblicklich notwendiger Entwicklungsschritt hin zu einem ganzheitlich nachhaltigen Handeln.

Der Begriff der Ökoeffektivität hingegen – geprägt von dem deutschen Chemiker Michael Braungart und dem amerikanischen Architekten William McDonough (≥ Konzepte + Ansätze - Cradle to Cradle) - charakterisiert einen umfassenderen, qualitativen Nachhaltigkeitsanspruch. Ziel ist der Wechsel hin zu Prozessen und Handlungsweisen, welche auf stetig rezyklier-

10% 0% Zeit

170

htigen Dinge zu falschen Dinge

cht zu machen.“

05 Umsetzung

enden Kreisläufen basieren, Ressourcen also nicht im klassischen Sinne verbrauchen, sondern deren verlustfreie Wiederverwertung ermöglichen.

Demnach entsteht kein nutzloser, aufwendig zu entsorgender Abfall, sondern die Grundlage für neue Verarbeitungs- und Herstellungsprozesse.

Eine gleichbleibende Menge an Ressourcen, kann somit beliebig lange (bei lückenlosen Stoffkreisläufen sogar endlos lange) für den Menschen nutzbar bleiben, was den Anforderungen notwendiger, nachhaltiger und somit zukunftsfähiger Entwicklungen entspricht. Zum Etablieren umfassend ökologisch effektiver Handlungsweisen sind jedoch weitreichende gesellschaftliche, vorrangig jedoch industrielle und produktionsbedingte Umbrüche und Weiterentwicklungen notwendig.

GEBÄUDEBESTAND IN DER LEBENSZYKLISCHEN BETRACHTUNG Ein Blick auf den Gebäudebestand der Bundesrepublik Deutschland zeigt

z und Öko–Effektivität Eco–Effective

statistisch zunächst eine Deckung des Wohnraumbedarfs durch die vorhandene Bausubstanz. Leider ist diese in vielen Fällen weder energetisch noch typologisch zukunftsfähig, hat jedoch bereits eine immense Masse von zur Herstellung benötigter Ressourcen sowie Energie gebunden, ohne seinen Lebenszyklus überschritten zu haben. Nun wäre es nicht unlogisch im Sinne der Nachhaltigkeit zu argumentieren eine Modernisierung in jedem Fall einem Neubau vorzuziehen: Der Ressourcenverbrauch wäre bei einem Großteil der Maßnahmen deutlich geringer, vorhandene Infrastruk-

Eco–Efficient

turen und Baukonstruktionen können meist genutzt werden und es entfällt eine zusätzliche Versiegelung von Bodenfläche.

Jedoch ist in vielen Fällen eine Gegenüberstellung der Varianten Sanierung und Neubau durchaus sinnvoll. Hierbei sind diese ganzheitlich miteinander zu vergleichen, da lediglich über eine, den gesamten Nutzungszeitraum einbeziehende Bilanz Klarheit zur Nachhaltigkeit eines Bauvorhabens geschaffen werden kann.—27

In diesem Zusammenhang kann durchaus über eine - überspitzt formu-

liert - ‚intelligente Verschwendung‘, also der Abriss vorhandener Bauvolumina diskutiert werden. Unter Einbezug der möglichen Wiederverwertung der im Gebäudebestand gebundenen Ressourcen ist es unter Umständen sogar ökologisch verträglicher einen Neubau der Sanierung eines energetisch und nutzungsbezogen nur vermindert zukunftsfähigen Gebäudes vorzuziehen. Historisch oder kulturell wertvolle Gebäuden sind in diesem Zusammenhang anders zu bewerten, ihr Wert für die Gesellschaft und den umliegenden baulichen Kontext ist meist gewichtiger als Argumentationen zur Sinnhaftigkeit des Abrisses.

171

INTEGRALE PLANUNG

:—06: Prinzip der Planungsiteratio

Die Integrale Planung (lat. Integer: ein Ganzes bildend, vollständig) zielt auf

Projektfortschritt

eine ganzheitliche Betrachtung einzelner Planungsaspekte und einen Iteration

damit einhergehenden iterativen Planungsprozess ab.—28, —06 Steigende Ansprüche an Energieeffizienz, Ökologie, Komfort und Sicherheit, sowie er-

Teamwork

höhte technische Standards haben die Anforderungen an Architekten und Ingenieure - aber auch an die Strukturierung des Planungsprozesses an sich - in den letzten Jahren grundlegend verändert. Die Anforderungen an Gebäude - zum Beispiel an deren ökologische Verträglichkeit, gestalteri-

Aufgabenstellung

sche und nutzungsbezogene Qualität, aber meist auch an Aspekte der Wirtschaftlichkeit und Kosteneffizienz - haben in den letzten Jahren stetig an Komplexität gewonnen und stellen für alle Planungsbeteiligten neue Herausforderungen dar.—29 Serielle bzw. sequentielle Planungsansätze, die eine Arbeitsteilung vorsehen, bei der sich die Verantwortung zwischen den Beteiligten laufend verschiebt, das Planungsteam jedoch erst gegen Ende des Planungsprozesses vollständig ist, sind kaum mehr in der Lage die Vielschichtigkeit moderner und nachhaltiger Bauaufgaben zu bewältigen.—30 Zur Überwindung dieser Probleme wurde das Konzept der integralen Planung entwickelt, welches die frühzeitige Zusammenstellung eines Planungsteams, unter Berücksichtigung der definierten Zielsetzungen vorsieht, um eine fachübergreifende (horizontale) und eine lebensyzyklusphasenübergreifende (vertikale) Integration zu gewährleisten.

—31

Die zunehmende Spe-

zialisierung in allen technischen Sparten des Bauwesens ermöglicht dabei die Einbindung von Experten verschiedenster Fachrichtungen in den Entwurfsprozess, was deutliche Potentiale für stetig leistungsfähigere Gebäude birgt. Erkenntnisse und Anforderungen, aber auch leistungsfähige Optimierungswerkzeuge und –Techniken können und müssen von Beginn an in die Planung eingebunden werden—32 um eine umfassende und optimierte Lösung für die jeweilige Aufgabe oder Problematik zu entwickeln.

Hierfür erforderlich ist jedoch nicht bloß ein strukturell integraler Ansatz, sondern auch die Bereitschaft aller am Planungsprozess Beteiligten, ihr Wissen unvoreingenommen auszutauschen. Wichtig ist das Verständnis Aller, innerhalb eines ‚lernenden Systems‘ mit ein und demselben Ziel zu agieren. Übergeordnete Zielsetzungen, Zusammenarbeit und Kommunikation sind unabdingbar, um auf dieser Grundlage neue Lösungen zu entwickeln.

Die möglicherweise aus einer Kooperation vieler Spezialisten entstehenden Zielkonflikte, verursacht durch variierende fachliche Ausrichtung und Schwerpunktsetzung der Akteure, liegen dabei vielfach im Spannungsfeld zwischen Gestaltung, Ökologie und Ökonomie.—33 Durch eine fachlich unabhängige Koordination des interdisziplinären Teams sollte daher sichergestellt werden, dass quantitative als auch qualitative Aspekte die Beiträge

Einfl

172

aller beteiligten Fachdisziplinen berücksichtigen. Im Sinne eines qual-

on

lüsse

05 Umsetzung

itätsvollen und nachhaltigkeitsorientierten Gesamtkonzepts ist es von Einzelarbeit

entscheidender Bedeutung für den Projekterfolg diese Schnittstellenprobleme zu minimieren und gesetzte Planungsziele zu konkretisieren.—34 Eine Transparenz und Nachvollziehbarkeit getroffener Entscheidungen, zur Ergebnis

Minimierung Teaminterner Spannungen sollte aus diesem Grund stets gegeben sein. Dies kann mitunter durch die iterativen Aspekte des integralen Planungsverlaufs unterstützt werden: der Entwurfs- und Planungsprozess

Iteration

sollte stets ergebnisoffen und ergänzungsfähig bleiben, Entwurfsoptionen sollten solange diskutiert werden, bis durch Bewertung der Alternativen eine optimale Lösung gefunden ist.

Vergleichende Untersuchungen und belastbare Variantenüberprüfungen sind dabei essentiell. Konventionell-lineare, deterministische Planungsmethoden gehen davon aus, dass Problemstellungen aller Ebenen bei Planungsbeginn umfassend bekannt sind. Auf dem Weg durch Planungsphasen und Detaillierungsebenen gilt es dabei meist, dem anfänglich definierten Architekturbild unter Eliminierung der auftauchenden ‚Hindernisse‘ möglichst nahezukommen, wobei meist wenig Offenheit für andere Typologien, bauliche Formulierungen oder Lösungsansätze besteht. Ein Iterativer Planungsprozess hingegen bietet mit seiner rekursiven Herangehensweise die Möglichkeit der laufenden Überprüfung des Projekts. Anfänglich definierte Zielsetzungen und Anforderungen müssen permanent validiert werden, im Falle einer entstehenden Nachteiligkeit eines oder mehrerer Aspekte können diese jedoch Revidiert oder Optimiert werden.

Grundlegende Parameter wie Konstruktion, Gebäudehülle oder Energiekonzept sollten dabei bereits frühzeitig und umfassend analysiert werden.—35 Eine diesbezügliche ganzheitliche Beurteilung kann jedoch nur durch Erweiterung der Planungs- und Bewertungsmethoden sowie – Werkzeuge innerhalb eines Interdisziplinären Teams erreicht werden.

Die Kontinuität im gesamten Planungsprozess ist dabei elementare Voraussetzung der Qualitätssicherung. Planungsstände, Dokumente und sonstige Projektinformationen müssen den jeweils Beteiligten umfassend und vollständig zur Verfügung stehen und trotz des angestrebten Variantenreichtums innerhalb des iterativen Planungsprozesses, die Verwendung inkonsistenter Daten minimiert werden. Der reibungslose Daten- bzw. Informationsaustausch innerhalb des Projekt-Workflows - wie z.B. durch ein gemeinsam genutztes Gebäudedatenmodell (Building Information Model (BIM)), die Nutzung einheitlicher Datenbanken und technischer Richtlinien, zueinander kompatibler Software oder dem Etablieren einer Planungsplattform - sollte daher von Beginn an gesichert sein, damit bereichsübergreifende Synergien bereits in der Konzeptionsphase Einfluss auf die Planung nehmen können. Die Umsetzung dieses ganzheitlich integralen Ansatzes in der Praxis erschweren unglücklicherweise viele der geltenden Honorarordnungen wie z.B. HOAI (Deutschland), SIA (Schweiz), RIBA (Großbritannien)

173

oder AIA (USA) durch eine veraltete Gewichtung der einzelnen Planungsphasen. Umfassende Analysen und Gegenüberstellungen alternativer Planungsvarianten sind bereits im frühen Planungsstadium notwendig, die Honorarordnungen sehen einen Großteil der zu erbringenden Planungsleistungen jedoch erst zu einem wesentlich späteren, fortgeschrittenem Zeitpunkt der Planung vor.—36 Da die Einflussmöglichkeiten auf, die Nach-

phasen muss neu überdacht werden, den ersten Phasen muss dabei eine deutlich höhere Bedeutung zugemessen werden als bisher. Dieser Wandel muss sich jedoch nicht nur auf formaler oder vertraglicher Ebene vollziehen, sondern auch auf Ebene der Erwartungshaltung vieler Investoren und Bauherren, die bereits zu frühen Zeitpunkten der Entwicklung eine große Planungs- und Kostensicherheit fordern.

kOnzePTe + anSäTze

60

40

20

0

Aufrüstung

und Zeitfenster für detaillierte Variantendiskussionen und Simulationen zu Verfügung stehen. Das Verhältnis der Honoraranteile einzelner Planungs-

80

Ausschreibung

Bereits während der Vorplanungsphase sollten ausreichende Kapazitäten

Projektplanung

Anforderungen der Zeit notwendig.

Bedarfsplanung

oben treiben,—07 scheint eine Anpassung der Honorarordnungen an die

Planungsprozess 100

Erstellung

zunehmendem Planungsfortschritt sinken und dadurch die Kosten nach

:—07: Beeinflussbarkeit der Gesamt

Grad der Beeinflussung der Erst- und Folgekosten [%]

haltigkeit eines Bauvorhabens maßgeblich bestimmende Parameter mit

craDle to craDle (c2c) (dt. sinngemäß: von der Wiege zur Wiege)

:—08: Technischer und Biologischer

Jedes Jahr landen laut Statistikamt der Europäischen Union über 2 Mil-

Produce &

liarden Tonnen potentiell hochwertiger Stoffe zur Entsorgung auf Mülldeder absehbaren Endlichkeit der uns zu Verfügung stehenden Rohstoffe ein Desaster. Das vom deutschen Chemieprofessor und Ökovisionär Michael Braungart und dem US-Architekten William McDonough entwickelte Cradle-to-Cradle Konzept basiert auf dem klassischen Recyclinggedanken,

compositio De n

ponien und in Verbrennungsanlagen - Tendenz steigend.—37 In Anbetracht

Biosphere

Product

entwickelt ihn jedoch konsequent weiter.

Hauptkritikpunkt des umfassenden Nachhaltigkeitskonzepts sind die heut-

Collect & D

zutage in Industrie, Gesellschaft und auch Bauwirtschaft vorherrschenden destruktiven Rahmenbedingungen.—38 Auch wenn prinzipiell ein kollektives Umdenken in Richtung umweltbewusstem und verantwortungsvollem Handeln erkennbar sei, scheine der Lösungsansatz der stetigen Optimierung der Ökoeffizienz prinzipiell falsch: Ressourcen- und Materialverbrauch lediglich minimieren zu wollen löse das Problem der Endlichkeit von Ressourcen nicht, da jedes Produkt letzten Endes - nach Ablauf seines Lebenszyklus – weiterhin aufwendig entsorgt werden müsse. Ziel sei es nicht bloß die Materialströme auf ihrem Weg ‚von der Wiege zur Bahre‘ zu verringern oder zu verzögern, sondern in sich geschlossene Stoffstromkreisläufe

„Wo nichts verlo

die sparsame R

wendung nur no

geordnete Rolle

174

05 Umsetzung

zu etablieren, welche die genutzten Materialien stetig wiederverwerten, ohne sie in ihrem Nutzwert herunterzustufen, wie dies beim Recycling der Fall sei. „Ökoeffizienz reicht nicht. Falsches effizient gemacht wird nicht richtig (…) Intelligentes Produktdesign muss und kann in allen Branchen wirkliche Umweltfreundlichkeit für die Produktlebenszyklen erreichen.”—39 Gemäß Braungarts und McDonoughs Ansatz zur abfallfreien Nutzung von Rohstoffen können alle auf der Erde vorhandenen Materialströme je 100

80

60

Gesamtkosten [%]

tkosten im Verlauf des

einer von zwei Kategorien zugeordnet werden. Der des biologischen oder der des technischen Kreislaufs.—08 Im biologischen Metabolismus werden dabei sämtliche Materialien von Mikroorganismen zu Nährstoffen zersetzt, die somit wiederum Nährboden für neue natürliche Rohstoffe bilden. Alle in diesem Kreislauf zirkulierenden Produkte sind daher Verbrauchsprodukte. Der technische Metabolismus dagegen besteht aus künstlich ange-

40

legten Materialströmen von sogenannten Gebrauchsgütern, welche auf einem beständigen Qualitätsniveau in geschlossenen Systemen zirkulieren.

20

Die Güter würden so - ähnlich einer Dienstleistung oder einem Serviceprodukt - nicht mehr gekauft, sondern lediglich gegen eine Gebühr genutzt.

0

Bei diesem Leasingprinzip verbleiben die verbauten Materialien im Besitz des Herstellers, der sich zugleich verpflichtet das Produkt nach einer

Abbruch

Nutzung

definierten Nutzungsphase zurückzunehmen und zu verwerten. Auf diesem Wege könnten Hersteller höherwertige Materialien einsetzen, da diese nach der Rücknahme ohne Wert- und Qualitätsverlust wiederverwertbar sind.—40 Da in vielen Produkten wie z.B. Isolierverglasungen toxische Stof-

r Kreislauf des C2C–Konzepts

Weg einer intelligenten Fertigung eingeschlagen werden, welche neben

Assemble

einer sorgfältigen Materialauswahl auch eine leichte Demontierbarkeit gewährleistet. Den Energiebedarf der Wiederverwertung von Metallen und

Technosphere

ycling Rec

t Life

Disassemble

orengeht, spielt

Ressourcenver-

och eine unter-

e“

fe Verwendet werden, ist die Geschlossenheit des gesamten Systems eine essentielle Voraussetzung. Auf Ebene des Produktdesigns muss zudem der

Kunststoffen deckt – laut Braungart und McDonoughs Konzeption - die Sonne.—41 Jedoch müssen hierzu zunächst flächendeckend die solaren Energieeinträge gesteigert werden. Sind diese Bedingungen geschaffen lassen sich Ressourcen innerhalb dieses Kreislaufs endlos wiederverwenden und eine materielle Umweltfreundlichkeit wäre gegeben. So könnten die Menschen trotz des Credos der Ökologie in einer Welt des Überflusses leben, nicht in einer der Begrenzungen, der Verschmutzung und des Abfalls.—42 „Wo nichts verlorengeht, spielt die sparsame Ressourcenverwendung nur noch eine untergeordnete Rolle“—43 Bei der praktischen Umsetzung des Cradle-to-Cradle Prinzips sind jedoch noch einige Hürden zu meistern – insbesondere im Bereich der Bauwirtschaft, welche weltweit mit rund 40% einen Großteil des Ressourcenverbrauchs verursacht.—44 Eine Mehrheit der mittlerweile durchaus kom-

175

plexen Baumaterialien, Bauteile und Bauarten müsste von Grund auf neu entwickelt werden. Dabei sind es weniger Fragen der grundlegenden Tragkonstruktionen, sondern eher spezifischer Gebäudeteile wie beispielsweise der Gebäudehülle, des weiteren Ausbaus oder der Gebäudetechnik: Wie werden Materialien miteinander verbunden wenn sie nicht wie bisher vielschichtig miteinander verklebt werden können? Beispielsweise wären Sandwichmaterialien nach aktuellem Stand der Technik in ihrer aktuellen Fertigung nicht zukunftsfähig, da sich die einzelnen Komponenten beim Rückbau nicht sauber voneinander trennen lassen. Auch Beschichtungen und Zusatzstoffe, welche Materialien dauerhaft und witterungsbeständig machen scheinen im Sinne des Cradle to Cradle Prinzips – nach aktuellem Stand der Technik - schwer realisierbar.

Auch mit einem Blick auf technische Anlagen und Installationen scheint eine umfassende Umsetzung noch fern. Dennoch fordern Braungart und McDonough ein konsequentes Umdenken. Besonders im Bereich der Architektur stecke ein hohes Maß an intelligenter Verschwendungsmöglichkeiten die es zu nutzen gelte: „Gebäude zu bauen, die der Umwelt nutzen, anstatt zu versuchen, die Schädlichkeit in Teilbereichen zu reduzieren” lautet eine der zahlreichen Thesen hierzu.—45 Zunächst radikal erscheinend, baut sich das Cradle to Cradle Prinzip auf plausiblen Argumentationsketten auf, deren Umsetzung bisher jedoch nur bei relativ simplen Produkten wie Turnschuhen oder Bürostühlen gelang. Dennoch ist es ein innovativer und verfolgenswerter Denk- und Handlungsansatz in Richtung einer abfallfreien Rohstoffeffizienz – der Öko-Effektivität – welche langfristig notwendig sein wird um den Lebensraum Erde für den Menschen zu erhalten.

TRIPLE ZERO Mit dem Triple Zero®-Ansatz hat der Stuttgarter Architekt Werner Sobek einen Standard für umfassende Nachhaltigkeitsanforderungen an Gebäude entwickelt und mittlerweile anhand mehrerer realisierter Projekten deren Durchsetzbarkeit bewiesen. Die dreifache Forderung der Null: kein Verbrauch fossiler Energien (Zero Energy), keine schädlichen Emissionen (Zero Emission) und kein Abfall (Zero Waste) stehen dabei im Zentrum von Sobeks Konzept.—46 Verwirklicht wurde dies bei den bisherigen Bauten durch eine – dank solarer Energiegewinnung mittels Photovoltaikanlage und der Nutzung von Umgebungswärme mithilfe einer Wärmepumpe – ausgeglichenen Jahres-Energiebilanz sowie einer vollständigen, rückstandslosen Demontier- und Wiederverwertbarkeit der Bauten.—47 Triple Zero®-Gebäude verzichten auf die Verwendung von – meist nur schwer oder lediglich unter großem Energieaufwand voneinander trennbaren Verbundbauteilen. Beginnend bei Wärmedämmung und Photovoltaik-Paneelen auf dem Dach, welche lediglich durch wenige Schraubverbindungen, vorrangig jedoch von Ballast in Position gehalten werden, über die Ver-

176

05 Umsetzung

wendung wasserlöslicher Klebeverbindungen bis hin zu Einrichtungsgegenständen wie z.B. Badezimmerspiegeln, welche mit Magnet- oder Klettverbindungen fixiert sind, scheint alles demontabel und austauschbar.

Da in der produzierenden Industrie – bis auf wenige Ausnahmen – noch nahezu keine geschlossenen, rezyklierenden Stoffströme und Fertigungsprozesse etabliert sind, ist daher ein besonderes Augenmerk auf die Auswahl der Materialien zu legen. Bei Dämmmaterialien kann beispielsweise eine Zellulose-Dämmung, welche innerhalb eines biologischen Kreislaufs energetische Verwendung findet, gewählt werden anstatt persistente und schwer rückführbare Alternativen. Auch Baustoffe wie zum Beispiel Aluminium, Stahl oder Glas sind durch Einschmelzen vollständig und ohne Ressourcenverlust wiederverwertbar.—48 Der augenblicklich noch immense Energiebedarf solcher Prozesse muss jedoch zukünftig durch eine effizientere Nutzung solarer oder anderer nicht-fossiler Energieträger gedeckt werden um vollends als nachhaltig und ressourcenschonend bezeichnet zu werden. Zentral ist auch Sobeks Forderung nach einer bewussten ‚Vergänglichkeit‘ von Bauwerken, weniger im Sinne einer reduzierten Robustheit oder verminderten Langlebigkeit, sondern eher im Sinne der Möglichkeit eines Rückbaus, ohne tausende Tonnen Müll und eine entstellte Umwelt zu hinterlassen. Zum Triple Zero®-Konzept an sich – welches sich durchwirkungsvolles Marketing mittlerweile zur profitablen internationalen Marke entwickelte – existieren weder konkrete Leitfäden oder umfassenden Dokumentationen, es ist vielmehr das radikal formulierte Statut der dreifachen ‚Null‘, eine individuell auf die jeweilige Planungsaufgabe abgestimmte Vorgehensweise und selbstverständlich ein auf vielen Jahren der Auseinandersetzung fußendes Know-How, welches eine Annäherung an das Ideal einer Architektur ohne ökologischen Fußabdruck zulässt. Auch der gestalterische Anspruch des Konzepts sollte Erwähnung finden, denn im Gegensatz zu der oft mit ökologischem Bauen assoziierten ‚depressiven Entsagungsästhetik‘—49 präsentieren sich die bisherigen Triple Zero®-Architekturen als filigran schwebende Konstruktionen mit transparenten, formal reduzierten Wohntypologien, welche nicht nur von Seiten der Planer, sondern auch von Seiten der künftigen Nutzer ein Umdenken fordern.

BEWERTUNGSSYSTEME Im folgenden Kapitel werden zusammenfassend einige nennenswerte, national als auch international etablierte Instrumente und Systeme zur Bewertung und Klassifikation der Nachhaltigkeit von Gebäuden und Bauvorhaben beschrieben. Da es sich bei der Nachhaltigkeitsbewertung um eine vergleichsweise junge Disziplin handelt, ist bisher nur eine begrenzte Anzahl an Systemen vorhanden welche sich auf ein umfangreicheres Spektrum an Nutzungstypologien oder unter verschiedenen nationalen Rahmenbedingungen anwenden lässt. Viele Nachhaltigkeitsbewertungssysteme

177

basieren dabei auf anderen Systemen, entwickeln diese jedoch weiter oder beinhalten länderspezifische Anpassungen (beispielsweise bauen GreenStar und LEED auf dem britischen System BREEAM auf). Über den Nutzen der verschiedenen Systeme herrscht in Forschung und Praxis eine weitreichende Diskussion. Aufgrund einer meist nur in Teilbereichen gegebenen Vergleichbarkeit und der damit je nach Bauvorhaben oder Maßnahme individuell abzustimmenden Auswahl des Bewertungssystems, existieren für Planer und Architekten unzählige Wege gewünschte Ziele und Anforderungen zu erreichen und deren Wirkung zu messen und zu bewerten.

DIFFERENZIERUNG Nach Prof. Lützkendorf—50 sind die vielschichtigen Instrumente der Nachhaltigkeitsbewertung in zwei Gruppen, die der ‚ganzheitlichen Planungs- und Bewertungsinstrumente‘, sowie die der ‚Umweltzertifikate‘ zu unterscheiden.

Erstere stellen dabei Instrumente, Berechnungs- und Bewertungsmethoden, aber auch eine Quantität an Entscheidungs- und Lösungsgrundlagen - teilweise unter Einbezug von Datenbanken - bereit, benötigen jedoch aufgrund ihrer Komplexität einen hohen Einarbeitungsaufwand.—51 Umweltzertifikate für Gebäude hingegen basierten auf Anforderungs- und Kriterienkatalogen, welche durch Institutionen in Forschung und Industrie ausgearbeitet werden. Diesem Kriterienkatalog liegt ein Punktesystem zugrunde, welches durch Berechnung einer aggregierte Gesamtpunktzahl eine beschränkte, aber gerade deshalb sehr öffentlichkeitswirksame Bezugsgröße darstellt.

„Die Gesamtpunktzahl verliert aber ihre Aussagekraft, wenn die Kriterien oder das Verfahren nicht transparent sind oder die Gesamtpunktzahl vom zugrundeliegenden Bewertungssystem isoliert wird.“ —52

Zur weitergehenden Kategorisierung der existierenden Bewertungssysteme empfiehlt sich eine Differenzierung (nach Drexler & El Khouli—52) welche die Systeme methodisch voneinander abgrenzt und in drei Kategorien zusammenfasst: beschreibende Bewertungssysteme zielen demnach auf eine Benennung von Kriterien und Zielsetzungen für Bauvorhaben und Planungen, ohne dabei die Nachhaltigkeit eines Gebäudes als gesamtes zu bewerten oder eine direkte Vergleichbarkeit zu anderen Bauwerken herzustellen. Die fehlende Bewertungssystematik ermöglicht dabei eine recht ganzheitliche Darstellung von Nachhaltigkeit im Bauwesen durch Auflistung gesellschaftlicher, wirtschaftlicher und ökologischer Aspekte, hat jedoch Nachteile bezüglich der Darstell- und Kommunizierbarkeit.

≥ z.B Leitfaden Nachhaltiges Bauen ⁄ SIA 112.2 – Nachhaltiges Bauen – Hochbau (Schweiz)

178

05 Umsetzung

quantitative Bewertungssysteme arbeiten ausschließlich mit objektivier- und quantifizierbaren Daten, was eine eindeutige Gegenüberstellung, Bewertung und Beurteilung der Objekte ermöglicht und eine Vergleichbarkeit verschiedener Projekte vereinfacht. Meist beschränken sich diese Ansätze dabei auf die Bereiche Energieverbrauch, Ökobilanzierung (LCA) und Lebenszykluskostenanalyse (LCC), da weiterführende Aspekte der Nachhaltigkeit nicht durch Kennwerte oder –Größen zu erfassen und somit nicht innerhalb einer quantitativen Methodik zu beurteilen sind. ≥ z.B. LCA ⁄ LCC ⁄ EnEV qualitative Bewertungssysteme versuchen die Defizite der deskriptiven und quantitativen Methoden durch Einführung von Punkte-Äquivalenten zu kompensieren. Um eine Vergleichbarkeit der Kriterien zu ermöglichen, werden Skalen entwickelt die quantitative Werte oder vorab definierte Qualitäten in einem numerischen Bewertungssystem abbilden. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht die Berücksichtigung eines größeren Spektrums an Informationen und Kriterien, deren Bewertung jedoch – aufgrund fehlender Wirkungszusammenhänge der einzelnen Parameter – unklar, teilweise sogar widersprüchlich scheint.

Eine qualitative Beurteilung von Projekten, lässt sich daher nur unter Einbezug einer intensiven Analyse durch Fachleute plausibel darstellen. ≥ z.B. DGNB ⁄ LEED ⁄ BREEAM

DEUTSCHES GÜTESIEGEL NACHHALTIGES BAUEN (DGNB) Die international relevanten Bewertungssysteme der ersten Generation, zu denen sowohl das amerikanische ‚Leadership in Energy & Environmental Design‘ (LEED), als auch das britische ‚BRE´S Environmental Assessment Method‘ (BREEAM) zählen, gehen - gemäß dem zugrundeliegenden ‚green building approach - vorwiegend auf ökologische Aspekte ein und bieten somit weitreichende Orientierungshilfen für das ressourcenschonende Bauen.—54 Jedoch stieg die Notwendigkeit eines ganzheitlichen Prüfsystems unter Berücksichtigung deutscher Standards und Nachhaltigkeitsdefinitionen woraufhin sich 2006 die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen – kurz DGNB – zusammenschloss. In Kooperation mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) entwickelte sie daraufhin das ‚Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen‘ – ebenfalls DGNB. Dieses Bewertungssystem dient seit seiner erstmaligen Vergabe 2009 als Grundlage für die Prüfung einzelner Objekte privater Investoren.—55 Eine Zertifizierung erfolgt stets unter Hinzuziehung eines sogenannten DGNB-Auditors, welcher ein Bauvorhaben bereits im Planungsprozess begleitet, oder nach dessen Fertigstellung die notwendigen Nachweise führt. Berücksichtigt werden dabei die Bereiche Ökonomie, Lebenszyklus-

179

9,6%

9,6%

2,3%

2,3%

5,6%

3,2% 1

3

bilanzierte Ergebnisse und Lebenszyklusberechnungen bei den bis dato

3

bestätigt, in welchem er aussagt, dass ökonomische Aspekte als auch öko-

2

Gebäude – beschreiben, beurteilen, bewerten: die Situation in Deutschland“

2

Dies wird auch von Thomas Lützkendorf in seinem Artikel „Nachhaltige

1,1%

und Stadtquartiere.“—56

5

dort im Fokus bei der Planung und Umsetzung nachhaltiger Gebäude

3,4%

komfort stehen funktionale Aspekte, Technik, Prozesse und der Stan-

1

Dreisäulenmodell hinaus. Denn neben Ökologie, Ökonomie und Nutzer-

7,9%

„Das Nachhaltigkeitskonzept der DGNB reicht dabei über das bekannte

3

Anteil an der Gesamtbewertung

über deren Nachhaltigkeitsverständnis auf ihrer offiziellen Internet-Webseite:

7

pekte. So schreibt die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen

:—09: DGNB–Bewertungsmatrix (Versi

Bedeutungsfaktor

kosten, Prozesse, Standortqualität und Technik, sowie soziokulturelle As-

verfügbaren Methoden zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden

Flexibilität und Umnutzungsfähigkeit

Marktfähigkeit ECO2.2

Gebäudebezogene Kosten im Lebenszyklus

ECO2.1 Werteentwicklung Qualität (ECO)

ECO1.1 Lebenszykluskosten Ökonomische

Flächeninanspruchnahme

Ökobilanz – Primärenergie

ENV2.3

und lokale Umwelt Qualität (ENV)

Trinkwasserbedarf und Abwasseraufkommen

Wirkungen auf globale

• strengere Anforderungen an eine Auszeichnung (u.a. im Sinne höherer

Kriteriengruppe

kostenrechnung

Ökologische

• die Verwendung von Methoden der Ökobilanzierung und Lebenszyklus-

Themenbild

• die überwiegende Verwendung quantitativer Bewertungskriterien

ENV2.2

und europäischen Normung (u.a. CEN TC 350)

und Abfallaufkommen

• die Orientierung am Stand der internationalen (u.a. ISO TC 59 SC 17)

ENV2.1

haltigkeitsaspekte im Unterschied zu einem starken Umweltbezug übriger Systeme

Ressourceninanspruchnahme

• die vollständige und gleichberechtigte Einbeziehung aller Nach-

Umweltverträgliche Materialgewinnung

Beispielen u.a. durch

Kriteriennummer

„Es unterscheidet sich von anderen international verfügbaren

Kriterienbezeichnung

– wie beispielsweise Wohnbauten und Bestandsgebäude – entwickelt habe.

ENV1.3

ten von Büro- und Verwaltungsgebäuden‘ abdeckte, sich im Laufe der Jahre indes zu einer kontinuierlichen Adaption bezüglich weiterer Nutzungsarten

Risiken für die lokale Umwelt

proach - dar, welches zunächst zwar nur die Nutzungstypologien ‚Neubau-

ENV1.2

‚zweiten Generation‘ – mit einem sogenannten sustainable building ap-

ENV1.1

Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen hingegen stelle ein System der

Ökobilanz – emissionsbedingte Umweltwirkungen

innerhalb eines Systems selten gleichzeitig berücksichtig werden. Das

Erfüllungsgrade für Bronze, Silber und Gold).“—57

Ziele dieses Gütesiegels bestehen demzufolge nicht ausschließlich im Schutz des Ökosystems, der natürlichen Ressourcen wie auch der men-

180

schlichen Gesundheit, sondern ebenso im Schutz sozialer Werte und öffen-

also auf einer ganzheitlichen Betrachtung des gesamten Gebäudelebenszyklus. Die Bewertung eines Objektes erfolgt über in sechs Themenbereichen des nachhaltigen Bauens unter Einbezug von rund sechzig Nachhaltigkeitskriterien. Das Punktesystem umfasst pro Kriterium zehn erfüllbare 0,9%

0,9%

2,6%

0,9%

1,7%

1,7%

0,9%

0,9%

1,7%

2,6%

0,9%

2,6%

Punkte und wird durch eine zweistufige Gewichtung weitergehend präzisiert: Durch einen Bewertungsfaktor wird in erster Stufe die gesellschaftliche und politische Relevanz des jeweiligen Kriteriums bewertet. Das zu bewertende Themenfeld kann durch diesen Faktor maximal das Dreifache seiner eigentlichen Bezugsgröße erlangen.—09 Der nutzungsspezifische An1

1

Feinjustierung der vorgegangenen Prüfung. Die Qualität des zu prüfenden Objektes wird dabei durch einen von der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen ausgebildeten und autorisierten Auditor zertifiziert.—58 Die Grundstruktur des Bewertungssystems beinhaltet dabei grundsätzlich vier, mit jeweils 22,5 Prozent gleichermaßen berechtigte Hauptkriterien, welche sich aus den Themenfeldern ökologische Qualität, ökonomische Qualität, technische Qualität, sowie die unter einem Punkt zusammengefasste sozialkulturelle und funktionale Qualität zusammensetzen und nach Erfül-

Grundrissqualitäten

lungsgraden bewertet werden. Darüber hinaus wird die Prozessqualität der

Kunst am Bau

3 Verfahren zur städtebaulichen und gestal. Konzeption

1 Fahrradkomfort

2 Öffentliche Zugänglichkeit

2 Barrierefreiheit

1 Sicherheit und Störfallrisiken

1 Außenraumqualitäten

2 Einflussnahme des Nutzers

3 Visueller Komfort

Akustischer Komfort

1

passungsfaktor in der zweiten Stufe übernimmt hingegen die Aufgabe einer 3

Planungs- und Bauphase (≥ Integrale Planung) mit einem zehnprozentigen Anteil des Gesamtergebnisses gewichtet. Eine gesonderte Stellung kommt dem Aspekt des Standortes zu, welcher leidglich als Zusatzinformation bewertet wird und optional, aber nicht zwingend in die Bewertung mit einfließt. Entsprechend der resultierenden Bewertung ist einer der drei Zertifizierungsstufen zu erreichen: mit 50% wird die Qualitätsstufe Bronze, mit 65% die silberne und mit 80% das höchste, goldene DGNB-Siegel erlangt.

SOC3.3

SOC3.2

SOC3.1

SOC2.3

SOC2.2

SOC2.1

SOC1.7

SOC1.6

SOC1.5

SOC1.4

SOC1.3

Bewertungsgegenstand des DGNB-Gütesiegels ist dabei ein Gebäude sowie ein entsprechendes Grundstück und unterliegt somit unmittelbar der Verantwortung des Investors, Bauherren oder Eigentümers.—59 Die

Gestalterische Qualität

und Nutzerzufriedenheit und funktionale

Funktionalität

Gesundheitl. Behaglichkeit

Soziokulturelle

Systemvariante 2009 des DGNB unterliegt bestimmten Mindestanforderungen, welche zu erfüllen sind um eine Zertifizierung zu erlangen.

Diese lassen sich prinzipiell wie folgt einteilen: die gesetzlichen Anforderungen sind einzuhalten jedes Kriterium kann mit bis zu zehn Punkten bewertet werden, wobei ein Punkt die minimale Wert-, bzw. Dokumentationserfüllung widerQualität (SOC)

5

Das umfassende Planungs- und Bewertungsinstrument der DGNB basiert

Innenraumluftqualität

Thermischer Komfort

tlicher Güter, sowie im Erhalt von Kapital und Schutz materieller Güter.

SOC1.2

4,3%

ion 2012)

SOC1.1

05 Umsetzung

spiegelt – bei Unterschreitung der Grenzwerte kann keine Zertifizierung erfolgen Ziel dieses Systems ist das Erreichen einer hohen Planungs- und Gebäudequalität über möglichst viele Bewertungsaspekte – weichen die

181

Einzelnoten in allen fünf Qualitätsgruppen mehr als eine ganze Note von der ermittelten Gesamtnote ab, ist eine Gesamtauszeichnung nicht möglich.—60 Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass das DGNB-System, „keine einzelnen Maßnahmen, sondern die Gesamtperformance eines Gebäudes bzw.

Stadtquartiers“—61 bewertet. Um eine internationale Vergleichbarkeit und einheitliche Bewertung von Nachhaltigkeit zu etablieren, wurde zudem die Systemvariante ‚DGNB International‘ entwickelt, welches den Leitgedanken eines international harmonisierten Zertifizierungssystems vorantreiben soll und an die jeweiligen lokalen Bedingungen angepasst wird.—62

Eine derartige Systemadaption, durch Integration landesspezifischer

Normen und Richtlinien erfolgt kontemporär durch die jeweiligen Kooperationspartner unter anderem in China, Norwegen, Thailand und Russland.

Bereits adaptiert und damit anwendbar ist eine DGNB Zertifizierung beispielsweise in der Schweiz – durchgeführt durch die ‚Schweizer Gesellschaft für Nachhaltige Immobilienwirtschaft (SGNI) – sowie Österreich (ÖGNI), Bulgarien (BGBC) und Dänemark (DK-GBC).

Es mangelt selten an guten Worten für eine Sache, was insbesondere für das Nachhaltigkeitsbewertungssystem DGNB zu gelten scheint. Auf seriöse wissenschaftliche Bewertungen rekurrierend beschreibt DGNB Präsident Werner Sobek das unter seiner Schirmherrschaft entwickelte System selbstbewusst als „bestes Zertifizierungssystem des Globus“—63.

Der Ansatz des grundlegenden, systematisch-hierarchischen Aufbaus der Anforderungs- und Kriterienkataloge scheint diebezüglich sogar tatsächlich lobenswert, da er essentiell zur Objektivierung der vorhandenen Daten und Informationen und deren operationaler Nutzbarkeit beiträgt. Das mitwirkende Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung lobt das System (sowie das darauf aufbauende BNB) zudem als „Transparent und objektiv nachvollziehbar“, was aufgrund des umfassenden Bewertungsanspruches und der daraus resultierenden Masse an Bewertungskriterien zunächst schwer zu glauben scheint, sich bei näherer Betrachtung jedoch bewahrheitet. Kategorien, erreichte Punktzahl und prozetualer Erfüllungsgrad eines bewerteten Gebäudes werden übersichtlich und vereinfacht Dargestellt, was nicht nur der Nachvollziehbarkeit, sondern sicherlich auch Allgemeinverständlichkeit und somit der Vermarktungsfähigkeit zuträglich ist. Auch der Einbezug der Möglichkeit einer Bewertung von Bestandsgebäuden scheint in Bezug auf die nationale, aber auch internationale Situation durchaus sinnvoll und angebracht. Bezüglich der einzelnen Kriterien und Zielvorgaben gilt jedoch das Sprichwort ‚es ist nicht alles Gold, was glänzt‘. So lässt sich stand aktueller Diskussionen über teilweise enge Zielvorgaben wie

182

05 Umsetzung

beispielsweise die hermetische Gebäudehülle streiten. Energetische Mehrwerte stehen hier im Gegensatz zu Aspekten der Nutzbarkeit und möglicherweise auftauchende Krankheitsbilder wie dem Sick Building Syndrom.

Weitergehend kann aufgrund der expliziten Einbindung der ökonomischen Ebene – was als Neuerung gegenüber konkurrierenden Systemen beworben wird - auch immer über eine Angemessenheit der Gewichtung wirtschaftlicher Aspekte diskutiert werden, was im Rahmen dieser Darstellung jedoch nicht vorgesehen ist. Auch den Vorwurf der Monopolisierung kann relativiert werden, da dieses Streben bei nahezu allen etablierten Nachhaltigkeitsbewertungssystemen zu erkennen ist.

Sollte das Bewertungssystem aufgrund der Zusammenarbeit mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung jedoch eine Einbindung in gesetzliche Regularien erfahren und damit eine gesellschaftlich-normative Bedeutung erhalten, stellt sich zudem die Frage inwieweit es vertretbar ist die Formulierung und Wichtung der Kriterien und Maßstäbe in privater Trägerschaft – wenn auch nicht profitorientiert – zu lassen. Auch in Bezug auf eine mögliche interessenbedingte Einflussnahme scheint die Umsetzung eines solchen Systems auf institutioneller Ebene, ähnlich des Deutschen Instituts für Normung (DIN) unproblematischer. Da es sich jedoch noch um ein relativ junges System handelt, welches einen mehrdimensionalen, im internationalen Vergleich umfassenderen Nachhaltigkeitsanspruch als konkurrierende Systeme zu verfolgen scheint, bleibt zu hoffen dass inhaltliche als auch organisatorische Unplausibilitäten und Konflikte durch fachliche Diskurse und Lösungsansätze optimiert werden.

BEWERTUNGSSYSTEM FÜR NACHHALTIGES BAUEN (BNB) Das Bewertungssystem für nachhaltiges Bauen – kurz BNB – wurde in Deutschland auf Grundlage des zuvor in Kooperation des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) sowie der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V. entwickelten Gütesiegels ‚DGNB‘, konzipiert. Das BMVBS erstellte auf diesem gemeinsam konstruierten Rahmen basierend einen eigenen, ganzheitlich quantitativen Kriterienkatalog – vorrangig für den Neubau von Büro- und Verwaltungsgebäude – als Prüfungsgrundlage zur Analyse der Nachhaltigkeit eines Gebäudes. Beide Bewertungssysteme weisen lediglich eine minimale inhaltliche Abweichung auf, unterscheiden sich jedoch in ihrem Anwendungsbereich. Das Zertifizierungssystem BNB dient – im Gegensatz zum DGNB – der Bewertung von Bauvorhaben der öffentlichen Hand oder des Bundes. Die Prüfung, Bewertung und Zertifizierung ist dabei gesetzlich vorgeschrieben, ab einer Investitionssumme von zwei Millionen Euro muss zwingend ein Mindesterfüllungsgrad von 65%, entsprechend der Zertifizierungsstufe ‚Silber‘ erre-

183

icht werden.—64 Analog zum Gütesiegel DGNB, ist bei diesem Zertifizierungsverfahren

eine

lebenszyklusübergreifende

Betrachtung

von

Baumaßnahmen vorgesehen. Somit können „wesentliche EinsparPotentiale im Bereich von relevanten Baugruppen identifiziert und darüber hinaus die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme insgesamt beurteilt werden. Dabei erfolgt eine lebenszyklusbezogene Betrachtung der verschiedenen baulichen Umsetzungen des Unterbringungsbedarfs mit dem Ziel, die wirtschaftlichste Variante weiter zu verfolgen.“—65 Grundlage des BNB – als auch des DGNB – ist das sogenannte Drei-Säulen-Modells der Nachhaltigkeit. Neben der ökologischen, der ökonomischen als auch der soziokulturellen und funktionalen Qualität definiert sich ein nachhaltiges Gebäude über seine technische Qualität, welche ähnlich der Prozessqualität als Querschnittsqualität zu betrachten ist: „Nachhaltigkeit zeichnet sich durch die integrale Betrachtung der fünf Qualitäten der Nachhaltigkeit aus. Ziel ist die Optimierung des Gebäudes über dessen gesamten Lebenszyklus zur Minimierung des Energie- und Ressourcenverbrauchs, zur Verringerung der Umweltbelastung und zur Verbesserung der Gesamtwirtschaftlichkeit.“—66 Wichtiger Aspekt beider Zertifizierungssysteme ist das komplexe Zusammenwirken der unterschiedlichen Nachhaltigkeitsaspekte eines zu bewertenden Objektes. In der Regel stehen diese in direkter Wechselwirkung zueinander, weshalb eine ganzheitliche Betrachtung unerlässlich ist.—67 Dabei bedient sich das BNB als Planungshilfe und Leitfaden zur Schaffung nachhaltiger Gebäudequalitäten unterschiedlichster Hilfsmittel und Grundlagen. Es stützt sich unter anderem auf die anernachhakannte Methoden der Ökobilanzierung (LCA) und Lebenszykluskostenrechnung (LCCA)—68 (≥ Le-benszykl. Betrachtung) welche auf der Internetplattform des BMVBS

als Datengrundlage angeboten werden. Weitergehend greift das Bewertungssystem auf unterschiedliche Berechnungstools und Dokumentationsgrundlagen zurück. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung beschreibt das System als „transparent und objektiv nachvollziehbar. (…)“—69, ferner spiegele es „die internationalen Entwicklungen im Bereich Normung sowie anderer Initiativen zum Nachhaltigen Bauen wider und lehnt sich dabei eng an die DIN EN 15643-2 an.“—70 Die Punktevergabe für die zu differenzierenden Teilbereiche der Hauptkriterien, als auch die Gewichtung derer untereinander verhält sich dabei analog zu der des Deutschen Gütesiegels Nachhaltiges Bauen.—10 Weitergehend wird auf die Richtlinien für die Durchführung von Bauaufgaben des Bundes – kurz RBBau – verwiesen, welche die Beachtung des Leitfadens Nachhaltiges Bauen verpflichtend für große als auch kleine Neu-, Um-und Erweiterungsbauten vorschreiben.—71 Darüber hinaus wird im ‚Leitfaden nachhaltiges Bauen‘ die Verpflichtung zum Monitoring der

:—10: Gewichtung der Hauptkriterie

von Büro- und Verwaltungsgeb

184

05 Umsetzung

Ressourcenverbräuche und Betriebskosten während der Nutzungsphase genannt, durch welche Vorgaben für die messtechnischen Voraussetzungen, sowie die auszuwertenden Messgrößen geschaffen werden sollen.—72 Eine diesbezügliche Dokumentation nutze das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) zur fortlaufenden Modifizierung der Grenz- und Zielwertanforderungen, als auch für eventuelle Adaptionen der einzuhaltenden Richtwerte. Grundsätzlich sind die Mindestanforderungen zur BNB–Zertifizierung wie folgt zusammenzufassen:

gesetzliche Standards und Normen sind einzuhalten, keine Verwendung von nicht zertifiziertem Tropenholz

Messung und Einhaltung der Zielwerte für die Summe der flüchtigen organischen

Verbindungen (TVOC) und Formaldehyd in der Innenraumluft (Messzeitpunkt: spätestens vier Wochen nach Fertigstellung des Objektes) barrierefreie Zugänglichkeit der Gebäude die Mindeststandards für den baulichen Wärmeschütz sowie den Primärenergiebedarf müssen eingehalten werden ab der Vorentwurfsplanung ist das Projekt von einem integralen Planungsteam – bestehend aus mindestens dreI Fachleuten unterschiedlicher Disziplinen, sowie möglichst einem zusätzlichen Koordinator – zu begleiten Berechnung / Nachweis der Lebenszykluskosten und Ökobilanz.—73

‚BUILDING RESEARCH ESTABLISHMENT ENVIRONMENTAL ASSESSMENT METHOD‘ (BREEAM)

engruppen am Beispiel des Neubaus

bäuden

Das BREEAM-Zertifizierungssystem wurde erstmals 1990 vom Building

22,5 % Soziokulturelle und funktionale Qualität 22,5 % Technische Qualität 10,0 % Prozessqualität

Research Establishment (BRE) in Großbritannien lanciert und ist im internationalen Vergleich mit etwa 200.000 zertifizierten Gebäuden weltweit —74 (zusammen mit der Systemvariante ‚BREEAM International‘) die am weitesten verbreitete – und gleichzeitig älteste - Zertifizierungsmethode. Ursprünglich beurteilte BREEAM lediglich die Phasen von der Planung über

22,5 % Ökologische Qualität

die Ausführung bis zur Nutzung eines Bauvorhabens, 2008 erfolgte jedoch

22,5 % Ökonomische Qualität

eine umfassende Novellierung welche durch Einbezug des gesamten Lebenszyklus eine veränderte Gewichtung der Umweltauswirkungen und – Einflüsse, sowie der Mindestanforderungen und zur Zertifizierung er-

185

forderlichen Punkte einführte.—75 Auf dem britischen Markt findet aktuell die im Juni 2011 veröffentlichte Variante ‚BREEAM 2011‘ zur Bewertung von Gebäuden Anwendung, demgegenüber steht die für den internationalen Gebrauch modifizierte Variation ‚BREEAM International 2009‘. Zurzeit arbeitet das Building Research Establishment an einem System zur Bewertung von Sanierungen von Bestandsgebäuden, welches sich unter dem Namen ‚BREEAM Domestic Refurbishment‘ etablieren soll.—76 Gegenüber dem deutschen Bewertungsinstrument der Deutschen Gesellschaft für nachhaltiges Bauen wendet sich das britische BREEAM zwar ebenfalls an Investoren und Bauherren, jedoch auch an institutionelle Gebäudeeigentümer. Durchgeführt werden kann eine Bewertung nach diesem System nur unter Einbeziehung eines – durch das Institut ausgebildeten – BREEAM Assessors. Dieser ist zum einen während des Zertifizierungsprozesses für die Sicherstellung der Qualität, zum Anderen für die sachgemäße Verwaltung und Einreichung der Dokumentationsunterlagen bei BRE zuständig. Bewertet werden können innerhalb der BREEAM-Methodik verschiedenste Gebäudetypen wie Büro-, Wohn- und Bildungsbauten, Industrie- und Handelsgebäude sowie Kliniken, Gefängnisse oder sogar ganze Quartiere auf Ebene der Stadtplanung. Für eine Zertifizierung von nicht unter standardisierte Kategorien fallender Bauvorhaben stehen zudem die Systeme ‚BREEAM Other Buildings‘ (innerhalb Großbritanniens) und ‚BREEAM international Bespoke‘ (außerhalb Großbritanniens) bereit. Die Identifizierung, Umsetzung und Bewertung von praktischen und messbaren Lösungen nachhaltiger Gebäude wird durch ein einfaches Punktesystem unterschiedlicher Beurteilungskategorien durchgeführt. Das zu bewertende Objekt wird hierbei in folgenden Kategorien unter Angabe der jeweiligen prozentualen Gewichtung beurteilt: „Management (12%), Gesundheit und Komfort (15%), Energie (19%), Transport (8%), Wasser (6%), Materialien (12,5%), Abfall (7,5%), Grundstücksökologie (10%), Verschmutzung und Innovation/Zusatzkriterien für aussergewöhnliche Leistungen (10%).“—77 Innerhalb dieser Kategorien werden bestimmte Punktzahlen vergeben, wobei die Kombination der erzielten Punkte ebenfalls in die Bewertung einfließt. Aus dieser Gewichtung der erreichten Punkte und ihrer Kategorien resultiert eine Punktezahl, welche den erreichten Zertifizierungsgrad angibt. Die Abstufungen sind hierbei: Nicht zertifiziert (< 30%), Bestanden (≥ 30%), Gut (≥ 45%), Sehr gut (≥ 55%), Exzellent (≥ 70%) Herausragend (≥ 85%) eingeteilt.—78 Weitergehend wird das zu zertifizierende Objekt in zwei Schritten beurteilt. Zunächst erfolgt eine vorläufige Bewertung während der Planungsphase eines Bauvorhabens - der sogenannten ‚Design & Procurement Stage‘. Eine finale Beurteilung erfolgt dann erst nach Fertigstellung des Projekts als sogenanntes – ‚Post Construction Review‘.

186

05 Umsetzung

Eine Adaption dieser Zertifizierungsmethode erfolgte bereits für verschiedenen Länder und wird durch das jeweilige Landeskürzel im Titel – beispielsweise für die Niederlande als ‚BREEAM NL‘ – geltend gemacht.—79

Inhaltlich leistet das BREEAM-Bewertungssystem eine weitreichende Einbindung von ökologischen und eine grundlegende Einflechtung ökonomischer und soziokultureller Aspekte eines Gebäudes, wobei globale, lokale und gebäudebezogene Auswirkungen berücksichtigt werden, was prinzipiell den Forderungen nachhaltiger Konzeptionen entspricht. Zudem deckt das System aufgrund seines langen Bestehens und der zahlreichen Adaptionen und Aktualisierungen, viele Gebäudetypologien und Nutzungen ab was durchaus als positiv zu bewerten ist. Als Kritikpunkt kann jedoch auf organisatorischer Ebene angeführt werden, dass es sich bei der „BRE Environmental Assessment Method“ um ein Label der privaten Dienstleistungsgesellschaft ‚BRE Certification Ltd‘ handelt, welche demnach auch profitorientiert agiert und daher die Vermarktung der Nachhaltigkeitsidee sicherlich eher dem Sinne einer unternehmerischen Vorteilnahme, als dem eigentlichen Aspekt des verantwortlichen Handelns verpflichtet scheint. Auch die zwingende Zertifizierung durch einen eigens ausgebildeten Assessor - dessen Ausbildung ebenfalls kostenpflichtig ist - rückt ökonomische Interessen des Systems in den Vordergrund.

‚LEADERSHIP IN ENERGY & ENVIRONMENTAL DESIGN‘ (LEED) 1998 vom U.S. Green Building Council (USGBC) in Auftrag gegeben und durch sogenannte LEED-Komitees entwickelt, basiert das US-amerikanische System zur Klassifizierung nachhaltiger Gebäude – Kurzform: LEED auf dem britischen Zertifizierungssystem BREEAM. Das System unterliegt dabei ständigen Aktualisierungen und Anpassungen an die sich laufend erweiternden Erkenntnisse in Sachen umweltfreundlichen und nachhaltigen Bauens.—80 Das Inkrafttreten der aktualisierten Neufassung LEED v4, welche die noch geltende LEED 2009 v3 ablösen und u.a. erstmals einen Plusenergiestandard enthalten soll—81, wurde jüngst auf den Zeitraum zwischen März und Juni 2013 verschoben. Die Beta-Version (‚LEED v4 beta testing‘) des anstehenden Updates wird seit November 2012 unter der Aufsicht des U.S. Green Building Council getestet, um zu ermitteln in welchen Bereichen zusätzliche Vertiefungen und Dokumentationen erforderlich sind.—82 Neben weitgehenden Änderungen der Gebäudeklassifizierung soll zudem eine Verpflichtung zum Monitoring der zertifizierten Objekte zur Ermittlung des tatsächliches Energie- und Wasserverbrauchs implementiert werden.

Weitergehend ist einer der wichtigsten Merkmale des Systems, die Notwendigkeit einer wiederholten Prüfung und Zertifizierung eines bereits

187

beurteilten Gebäudes nach spätestens fünf Jahren. So unterliegt nicht nur die zugrundeliegende Zertifizierungsmethodik einer stetig Anpassung an aktuellste Anforderungen, sondern auch die zertifizierten Objekte - was eine kontinuierliche Optimierung der Bauten verspricht.—83 Der Leitgedanke des Zertifizierungsverfahrens Leadership in Energy and Environmental Design liegt –wie der Titel erahnen lässt - vorrangig bei der Klassifizierung von Gebäuden nach Energie- und Umweltaspekten. Hierbei werden, unterschiedliche Nachhaltigkeitskategorien unterschieden. „Nachhaltige Grundstücke (26%), Energie & Atmosphäre (35%), Wassereffizienz (10%), Materialien & Ressourcen (14%), Qualität Innenraumklima (15%), Innovations- und Designprozess (6%) und Regionale Schwerpunkte (4%).“ —84 Analog zum britischen System können dabei maximal 100 Punkte plus 10 zusätzlicher Punkte in der Kategorie Innovation erreicht werden, was zu folgender Einteilung der Zertifizierungsgrade führt: ‚Zertifiziert‘ (40-49 Punkte) / ‚Silber‘ (50-59 Punkte) / ‚Gold‘ bei (60-79 Punkte) / ‚Platin’ (bei 80 und mehr Punkten).—85 Aufgrund dieser Einbindung der Sonderkategorie ‚Innovation‘ müssen daher nicht alle Bewertungskriterien erfüllt sein, um eine der Zertifizierungsstufen zu erlangen.—86 Weiterer Aspekt einer Zertifizierung nach LEED-Vorgaben „ist die Einhaltung von mindestens neun Vorbedingungen, sogenannten Prerequisites, und einem Minimums an andern Kriterien aus den sechs Kategorien erforderlich.“—87 Diese Mindestanforderungen haben dabei keinen Einfluss auf das Punktesystem und sind uneingeschränkt zu erfüllen, ohne sich direkt auf den Zertifizierungsgrad auszuwirken. Folglich gilt es frühzeitig im Planungsprozess besondere Rücksichtnahme auf die Einhaltung dieser Anforderungen zu nehmen.—88

Die Kriterien werden je nach Art des Objektes – z.B. Neubau oder San-

ierung – unterschiedlich angesetzt und unterscheiden sich des Weiteren nach dem vorliegenden Ausbaustandard. Durch die Differenzierung und Anpassung der Anforderungen dieses Punktesystems erlangt man ein umfangreiches Rahmenwerk vorgegebener Aspekte in Bezug auf Konzeption und Planung der Nachhaltigkeit eines Gebäudes.—89 Im Gegensatz zu der BREEAM-Methode kann eine solche Zertifizierung durch unterschiedliche Anwender erfolgen. Ein speziell dafür ausgebildeter LEED-Accredited Professional ist nicht zwingend erforderlich, gewährleistet dem zu bewertenden Objekt jedoch bereits einen Wertungspunkt. Des Weiteren sind Nachhaltigkeitsberater, sowie Personen des LEED-Projektteams zur Beurteilung von Bauvorhaben oder Maßnahmen nach der LEED-Methodik befähigt.—90

188

05 Umsetzung

Trotz einer feststellbaren Tendenz zur inhaltlichen Gewichtung ökologischer Aspekte, versucht sich das LEED-Zertifizierungssystem vorrangig als Label zu vermarkten und wirbt dabei mit gnadenlos kapitalorientierten Aussagen und Versprechungen ökonomischer Mehrwerte wie “LEED is good for business”, “But for a benefit that will impress even the bean counters among us, consider this: Green building will boost your bottom line.” (aus dem engl., sinngemäß: „eine LEED-Zertifizierung ist gut für das Geschäft und steigert ihren Umsatz“). Widersprüchlich scheint dies vor allem in direktem Vergleich zu Proklamationen anderer, ideologischer Natur wie z.B. „Green building is good for the environment.

It is good for our health. It is essential for the future.”—91 Insbesondere in Hinblick auf das Etablieren einer nachhaltigen Baukultur scheint der Fokus – zumindest im Bereich der Akquise – noch zu sehr auf ökonomischen Versprechungen zu ruhen, was jedoch auch lediglich als Reaktion auf vorherrschende Regeln des Immobilienmarktes betrachtet werden kann. Weiter kommt als möglicher Kritikpunkt die direkte Einbindung der amerikanischen Bauindustrie in den Entwicklungs- und Aktualisierungsprozess des Bewertungssystems in Frage. Auch wenn dies fernab von Verschwörungstheorien und tiefergehender Prüfung, an dieser Stelle lediglich als Denkanstoß formuliert sein soll, scheint es unwahrscheinlich, das große Bauindustrien und Konzerne Leitfäden und Handlungsanweisungen entwickeln, welche entgegen ihrer eigenen wirtschaftlichen Interessen, ausschließlich im Sinne der Nachhaltigkeit argumentieren. Positiv hervorzuheben sind jedoch Anstäze der Anreizmethodik des LEED-Bewertungssystems: In vielen amerikanischen Städten ist eine Zertifizierung bestimmter Projekte bereits Voraussetzung für die Erteilung von Baugenehmigungen.

Zwar noch nicht flächendeckend, aber zumindest in Teilbereichen ermöglicht eine LEED Zertifizierung zudem steuerliche Vergünstigungen, was gerade für Investoren die Attraktivität nachhaltiger Projektentwicklungen steigert, ohne direkt auf ökonomische Belange und Budgets des eigentlichen Projekts einzuwirken. Die Weiterentwicklung eines solchen Ansatzes könnte versuchen Aspekte der ökonomischen Zwänge, welche bei Investoren und Bauherren oft maßgebende Entscheidungsträger zu sein scheinen, möglichst abzufedern oder in anderen Bereichen auszugleichen.

So könnte sich ein rein nach ökologischen und soziokulturellen Gesichtspunkten entwickeltes und optimiertes Bauvorhaben durch steuerliche oder gesellschaftliche Boni für Investoren letzten Endes doch monetär „rentieren“. Dies entspräche genaugenommen zwar nicht der Intention von Nachhaltigkeit, welche im Kern aus eigener Erkenntnis und idealistischem Streben erfolgen sollte, würde jedoch sicherlich zu einer erhöhten Akzeptanz ‚grüner Architektur‘ in Unternehmerkreisen führen.

189

ALBATROS Albatros ist eine Methodik zum Einbezug der Kriterien nachhaltiger Entwicklung in Planungen. Im Gegensatz zu anderen schweizerischen Bewertungsinstrumenten wie beispielsweise der SNARC (Systematik zur Beurteilung der Nachhaltigkeit Architekturprojekten für den Bereich Umwelt) setzt Albatros bereits frühzeitig in der Phase der strategischen Projektplanung ein. In dieser Projektphase ist der Anpassungs- und Optimierungsspielraum zur Minimierung der Umweltbelastungen als auch der Kosten eines Gebäudes am größten. Diese Möglichkeit der wirkungsvollen und wenig kostenintensiven Einflussnahme verringert sich jedoch mit fortschreiten des Projekts stetig. Im Jahr 2000 wurde im Auftrag des ‚Service des Bâtiments‘ des Kantons Waadt die Entwicklung des Albatros-Bewertungssystem initiiert und in Kooperation mit dem ‚Solar Energy and Building Physics Laboratory‘ (LESO-PB) der ETH Lausanne umgesetzt. Anhand gesammelter Informationen und Erfahrungen erster Pilotprojekte mit dem Albatros-System konnte der ‚Service des Bâtiments‘ die Wichtigkeit von Entscheidungen in einem frühen Stadium der Projektentwicklung, im Hinblick auf die sicherzustellende Nachhaltigkeit eines Gebäudes, bestätigen.

Infolge der gewonnenen Erkenntnisse stellt Albatros vorrangig eine Methodik zur Entscheidungsfindung und Orientierungshilfe unter besonderer Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten in der Start- und Konzeptionsphase eines Bauvorhabens dar.—92

„Die Methodik ist auf die Bedürfnisse von öffentlichen Bauherren zugeschnitten und ermöglicht es:

• eine Gesamtsicht der Problemstellung zu erhalten, welche die Wirkungen des Projektes auf die Nutzer der Dienstleistung, die Angestellten, die Nachbarschaft, die Umwelt und die Wirtschaft berücksichtigt.

• aus den vielen Möglichkeiten, die in Bezug auf Art der Intervention (Reorganisation, Um- oder Anbau, Umnutzung oder Neubau), Standort und Raumprogramm das vorteilhafteste Szenario zu finden, bevor ein Bauprojekt konzipiert und entwickelt wird.

• nachvollziehbare Informationen und Bewertungen als Grundlage für die Entscheidungsträger zu erhalten, damit sie gut durchdachte und transparente Entscheidungen im Sinne einer konsistenten Nachhaltigkeitspolitik treffen können.“—93 Das Bewertungssystem sieht dabei eine Beteiligung mehrere Personengruppen am Entscheidungsprozess vor: Neben einem Projektteam, welches die unterschiedlichen Szenarien und Lösungsansätze beurteilt, werden

190

05 Umsetzung

Spezialisten mit entsprechendem, detailliertem Fachwissen sowie Vertreter politischer Instanzen in diesem Prozess integriert. Letztere fungieren am Ende des Verfahrens als Entscheidungsträger und stimmen für die ihrer Ansicht nach optimalste Lösungsvariante. Wie auch die zuvor beschriebenen ganzheitlichen Planungs- und Bewertungsinstrumente, berücksichtigt dieses die Nachhaltigkeitskriterien ‚Wirtschaft‘, ‚Umwelt‘ sowie ‚Gesellschaft‘ gleichermaßen und stellt einen Kriterienkatalog für eine nachhaltige Entwicklung von Bauprojekten zur Verfügung. Jedoch ist aufgrund der, je nach Objekt stark variierenden Projektanforderungen und Umstände eine Anpassung dieses Kriterienkatalogs vorgesehen. Demzufolge bezieht sich diese systematische Entscheidungshilfe nicht auf eine bestimmte Nutzungsart – beispielsweise Modernisierung im Bestand, Neubau o.ä. – sondern bietet eine hohe Anpassungsfähigkeit an Problemstellungen und Aufgaben, unabhängig von der Komplexität, Größe oder räumlicher Ausdehnung – Kanton, Region, Stadt, Quartier – eines Projektes. Die vielseitige Fungibilität d.h. Austauschbarkeit der Methodik resultiert ebenfalls aus der gewünschten Adaption auf die Prozesse und Strukturen des jeweiligen Bauherrn und verzeichnet somit eine flexible Anwendung.—94 Die Vorgehensweise der Albatros-Methodik erstreckt über drei Stufen.

Erstere definiert die Projektanforderungen, welche einer sorgfältigen Begründung des realen Bedarfs entsprechen sollte, um daraufhin die notwendige politische Unterstützung sicher zu stellen. In der Folgestufe wird im Rahmen der Modellbildung ein Kriterienraster erarbeitet, welches alle Anforderungen an das Projekt umfasst und die Erfordernisse einer nachhaltigen Entwicklung berücksichtigt. Dieser ist wiederrum an die Empfehlung ‚SIA 112/1 Nachhaltiges Bauen – Hochbau‘ angelehnt und dient zur Verständigung zwischen Auftraggebern und Planern bei der Bestellung sowie zur Erbringung spezieller Planungsleistungen im Bereich des nachhaltigen Bauens. Die Entscheidungsfindung dabei basiert auf der Bewertung erarbeiteter Projektvarianten, welche durch die beteiligten Teams und ihren Spezialisten erstellt werden und verschiedene Lösungsmöglichkeiten aufzeigen. Dieser Prozess bildet die dritte Stufe und kann zusätzlich Unterstützung durch Methoden der Multikriterien-Analyse erfahren.—95 „Da sich Subjektivität in einem Entscheidungsprozess nicht verhindern lässt, ist Albatros so strukturiert, dass die objektiven Parameter exakt, glaubwürdig und nachvollziehbar sind. Die subjektiven Parameter sind ihrerseits unmissverständlich, gerechtfertigt, verhandelt und nicht anfechtbar.“ —96 Das Bewertungsinstrument ‚Albatros‘ scheint auf den ersten Blick fortschrittlicher als die eben benannten deutschen oder vergleichbare internationale Systeme. Es bietet keine Zertifizierung im Sinne einer prestigeträchtigen, imageprägenden Auszeichnung, sondern dient lediglich als Planungs- und Orientierungshilfe, was ökonomische Betrachtungsweisen schwächt und somit eine Nachhaltigkeit im Sinne vorrangig ökologischer

191

und soziokultureller Anliegen stärkt. Positiv ist ebenfalls anzumerken, dass mehrere Personengruppen am Entscheidungsprozess beteiligt sind und sich somit eine eventuell einschleichende Subjektivität im Entscheidungsprozess reduzieren, unter Umständen sogar ausschließen lässt.

Das Instrument ‚Albatros‘ soll es ermöglichen frühzeitig und bereits im Stadium der strategischen Planung die richtigen Entscheidungen bezüglich der Nachhaltigkeit eines Bauvorhabens zu treffen. Folglich werden – wie in dem dazugehörigen Kapitel beschrieben – mehrere Szenarien erstellt, die unterschiedliche Lösungsansätze definieren und erklären und im Folgenden gegeneinander abgewogen werden können. Etwas unklar Formuliert ist jedoch die Rolle, welche der politischen Instanz zukommt: Nach Auseinandersetzung mit dem beschriebenen System macht es den Anschein, als ob diese stets die finale Entscheidungsgewalt innehätte, sozusagen ‚das letzte Wort‘ in betroffener Sache, und Bauherren somit nicht eigenständig entscheiden könnten.

fazit Die steigenden Erkenntnisse um die globale Veränderung und das wachsende Bewusstsein über den immensen Anteil von Gebäuden am weltweiten Energie- und Ressourcenverbrauch führte zu einer ansteigenden Beschäftigung mit dem Thema Nachhaltigkeit im Bauwesen, was derzeit in einem enormen Anstieg der Nachfrage nach praxisnahen und handhabbaren Instrumenten zur Planung und Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden resultiert.—97 Die Anforderungen, aber auch die Erwartungshaltung gegenüber Nachhaltigkeitsbewertungssystemen ist meist umfassend und scheint vordergründig schlüssig und notwendig, jedoch ruft deren Anwendung seitens Architekten und Planern noch immer eine gewisse Skepsis hervor. Dies mag bedingt sein durch die Komplexität der zahlreichen Bewertungkriterien und -Kataloge, dem damit verbundenen planerischen Mehraufwand und der mangelnden Berücksichtigung der sich ändernden Anforderungen an Planungsprozesse seitens der Honorarordnungen und Erwartungshaltungen von Bauherren und Investoren. —98

Diese Kombination aus steigendem Kosten- sowie Zeitdruck und den

hohen Erwartungen bezüglich einem umfassenden Wissens und Verständnisses um die Wechselwirkungen einzelner Nachhaltigkeitsparameter an den Planenden überschreitet oft die Möglichkeiten kleiner und mittlerer Architekturbüros. Ein weiteres Problem in der Handhabung und Anwendung ergibt sich aus dem, oft von den Zertifizierungssystemen selbst beworbenen Anspruch der ganzheitlichen Bewertung von Architektur. Bisher schien die Betrachtung von quantifizierbaren Teilaspekten wie beispielsweise durch Energieeffizienz- und Ökologielabels (z.B. Passivhaus, Minergie, Effizenzhaus Plus, etc.) sinnvoll, durchführbar und ermöglichte eine bestimmtes Maß der Vergleichbarkeit. Nachhaltigkeitsmarken wie LEED,

:—11: Kriterienvergleich ausgewähl

192

lter Nachhaltigkeitszertifikate LEED 14,0 % Materials and resources 15,0 % Indoor enviromental quality

05 Umsetzung

BREAM oder DGNB propagieren jedoch ihre vermeintlichen Fähigkeiten zu einer umfassenden Darstellung architektonischer Qualitäten, welche sich oft aus schwer greifbaren Faktoren zusammensetzt. Viele der realisierten und mit einem Bewertungssystem zertifizierten Gebäude zeigen aber, dass eine Zertifizierung nicht unweigerlich ein Indikator hoher gestalterischer

35,0 % Energy and atmosphere

Qualität ist. Dieser Widerspruch kann in der Außenwahrnehmung zu dem

10,0 % Water efficiency

Rückschluss führen, die Bewertungssysteme würden ihrem Anspruch nicht

26,0 % Sustainable sites

gerecht, was jedoch eher ein Problem der diffusen Erwartungshaltung bezüglich des Nutzens und der Anwendung von Nachhaltigkeitsbewertungssystemen scheint.—99 Schuld hieran sind mitunter auch die Marken selbst, die mit einer scheinbar zwangsläufig aus ihrer Methodik resultier-

BREEAM

enden, hohen architektonischen Qualität werben, obwohl ihre Bewer-

10,0 % Materials and resources

tungssysteme kaum in der Lage sind Architektur auf Ebene der weichen

10,0 % Indoor enviromental quality

Faktoren erschöpfend zu beurteilen. Bezüglich harter Faktoren ist eine Beschreibung zuordenbarer Aspekte und nachhaltiger Entwicklungsziele

8,0 % Energy and atmosphere

unumgänglich, eine Festlegung gewisser Standards innerhalb einer Bew-

6,0 % Water efficiency

ertungsmethodik also vollkommen tauglich. Im Diskurs um die Zweck-

8,0 % Sustainable sites

mäßigkeit und Sinnhaftigkeit von Nachhaltigkeitsbewertungssystemen sollte jedoch nicht außer Acht gelassen werden, dass es zum Erreichen des

19,0 % Energy

Ziels einer nachhaltigen und gestalterisch hochwertigen gebauten Realität

15,0 % Health and well-being

stets einer intensiven fachlichen Auseinandersetzung und Diskussion be-

12,0 % Management

darf, welche keine noch so komplexe Bewertungsmethodik abzubilden in der Lage scheint.—100

DGNB Denmark 10,0 % Process quality 22,5 % Sociocultural and functional quality 22,5 % Technical quality 22,5 % Economical quality 22,5 % Enviromental quality

Der Nutzen von Nachhaltigkeitsbewertungssystemen liegt daher vorrangig in dem Bereitstellen von Planungs-, Optimierungs- und Prüfungsinstrumenten, dem Definieren von Mindeststandards und der Förderung von Methoden, Strategien und Bauweisen, welche die Umsetzung nachhaltiger Entwicklungsziele ermöglichen. Zudem sind sie als Hilfestellung und Handlungsanweisungen für Planern und Architekten zu begreifen, welche ein zielorientiertes agieren unterstützen.—101 Die Einbindung eines Bewertungssystems ist aufgrund hoher Anforderungen an die Planenden und einer, von den üblichen und über Jahrzehnte hinweg etablierten Bau- und Planungsprozessen abweichenden Vorgehensweise, mitsamt einer variierenden Gewichtung der zu erbringenden Planungsleistungen stets mit einem hohen zusätzlichen Aufwand verbunden. Architekten und Planern fehlt insbesondere das Wissen um die komplexen Zusammenhänge der vielschichtigen Nachhaltigkeitskriterien—11 und deren zielorientierte Umsetzung, sowie die Instrumente und Werkzeuge zur schnellen und effektiven Darstellung von Vorteilen und Anforderungen derselben. Hier stehen vor allem Hochschulen, Architektenkammern und – Verbände in der Pflicht, flächendeckend Lehrmethoden, Inhalte und Weiterbildungsmöglichkeiten anzubieten, um langfristig eine Kultur nachhaltigen Bauens zu ermöglichen, deren Bedarf zweifellos scheint. Auf Seite der Bauherren oder Investoren mangelt es dahingehend

193

an einem Verständnis, für die sich veränderten Abläufe und erhöhten Planungskosten, sodass oft nur kurzfristig-ökonomische Wertsteigerungen, wie absehbar höhere Mieteinträge und gesteigerte Immobilienwerte eine Kompromissbereitschaft in Richtung nachhaltiger Planungen erzeugen können. Diese rein wirtschaftlichen Betrachtungsweisen verwaschen jedoch die Absichten und Notwendigkeiten nachhaltiger Architektur und verringern die Bereitschaft zur unbedingten Minimierung der ökologischen Auswirkungen unseres baulichen Wirkens.

Internationale Erfahrungen belegen zudem, dass Zertifizierungsverfahren effektiv nur auf einen geringen Teil des Bauvolumens angewandt werden, solange Nachhaltigkeitsbewertungen freiwillig sind und darüber hinaus Kosten verursachen, was ihren Mehrwert zunächst nicht ökonomisch, oder in einer tabellarischen Bilanz darstellbar macht.—102 Aus diesem Grund sollte über eine verpflichtende Nachhaltigkeitsprüfung von Neubauten und anderer Baumaßnahmen als möglicherweise zukunftsfähiger Ansatz geprüft und in Betracht gezogen werden. Eine solche Einbindung von Zertifizierungssystemen in gesetzliche Regularien setzt jedoch deren weitergehende, nie stagnierende Feinjustierung, weitreichende Adaption bestehender Systemvarianten sowie praxisnahe Anwendbarkeit voraus. Bei all der Kritik darf man in diesem Zusammenhang jedoch nicht vergessen, dass sich die Nachhaltigkeitsbewertung in einem noch recht frühen Entwicklungsstadium—12 befindet und daher zu hoffen bleibt, dass sich Bewertungssysteme und -Methoden künftig verbessern und weiter-

:—12: Evolution der Bewertungsinst

entwickeln werden. Vor allem eine Implementierung in die meist computergestützten Arbeitsmethoden des Bauwesens scheint dahingehend sinnvoll und wünschenswert.

Ökologische

1

Qualität

Ökonomisch Qualität

Auch die Industrie muss auf diese Anforderungen eingehen und die grundlegenden Informationen über Produktion, Umweltfolgen, Entsorgung oder

Ökobilanz

Recycling von Baustoffen, Bauteilen oder Gebäudeausrüstung als Basis

Ökologische

einer ganzheitlichen Bewertung und Planung bereitstellen.

Produktdeklaration CO2-Fussabdruck

KOMMENTAR EINES ZWEIFELNDEN

Dass die Existenz von Nachhaltigkeitsbewertungs- und Zertifizierungssystemen, nur zu einem geringen Anteil mit idealistischen Motiven und vornehmlich ökologischen Zielsetzungen zu begründen ist, scheint trotz aller Täuschungsversuche des ‚grünen Marketings‘ ersichtlich. Spätestens seit Etablierung des Kapitalismus als globales Phänomen und Gesellschaftsordnung, scheint menschliches Handeln stets von ökonomischen Interessen gesteuert. In jeder noch so tiefen Krise scheint es Profiteure zu geben, aus jedem Mangel scheint ein Gewinn zu entstehen und aus jedem Ruin scheint dennoch Wohlstand erwachsen zu können - wie Wirtschaftskrisen jüngster Vergangenheit eindrucksvoll bewiesen haben. Dabei mangelt es nicht an ideologi-

1. Erste Generation von Bewertungs

2. Zweite Generation von Bewertung

194

schen Überbauten und Kreativität, doch gerade vor dem Hintergrund der Endlichkeit unserer Ressourcen sowie der schmerzlichen Verdeutlichung der Kurzfristigkeit unseres Raubbaus, vermitteln uns scheinbar einfache Thesen den Glauben an die Rettung unseres Planeten. Der erhobene Zeigefinger der Entsagung scheint uns den Weg zu weisen, der Countdown läuft gegen Null, aus allen Medien springt uns die hochgelobte Einsicht endlich handeln zu müssen entgegen und beinahe scheint es als hätten wir Menschen endlich gelernt aus unseren Fehlern. Beinahe. Denn es wird verdient an unserer späten, aber begründeten Einsicht. Dort wo vordergründig der CO2–Ausstoß gesenkt, ökologische Gesamtauswirkungen reduziert werden sollen wird hinter den Kulissen Geld gezählt. Und auch wenn die Gründe, die Motivation und die Absichten nachhaltiger Architektur die richtigen zu sein scheinen, erlaubt die Diskussion zur deren Zertifizierung, also der Beweisführung ihrer Gutartigkeit, doch stets die Metapher des kirchlichen Ablasshandels, welcher einstigen Sündern den vermeintlichen Eintritt ins Himmelsreich ermöglichte: „Wenn die Münze im Kasten klinget‘, die Seele aus dem Fegefeuer springet‘“. Und so sind es zwar nicht Johan Tetzel und seine Zeitgenossen, sondern begabte Verkäufer unserer Zeit, die uns das Credo der Nachhaltigkeit schmackhaft machen und gegen eine kleine Gebühr gern bestätigen, dass wir gute – nachhaltige - Menschen sind. Doch anstatt aus eigenem Antrieb, durch die Katharsis unseres Charakters und der Erkenntnis den Anforderun-

trumente

he

05 Umsetzung

2

gen der Zeit entsprechend angemessen zu handeln, berufen wir uns auf fadenscheinige Urkunden und hoffen dieses leidige Thema, welch-

Soziokultuelle und funktionale Qualität

ssystemen: Green Buildings

gsystemen: Sustainable Buildings

es drohend auf uns, auf die Generationen unsrer Kinder und Kindeskinder einzubrechen scheint, endlich geklärt zu haben und darauf, dass sich reichlich wenig ändert an unserem Leben, an unseren Standard, an unserer Welt.

Anhang zu:

05 Umsetzung

Textnachweise

Gabler Wirtschaftslexikon – Kumulierter Energieaufwand. URL: http://wirtschaftslexikon.gabler.de/

—01 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Archiv/222016/kumulierter-energieaufwand-kea-v6.

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

html Zugriff: 10.03.2013)

1. Auflage, München. S.32, Z.1

—15 Sustainum – Institut für zukunftsfähiges

—02 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stad-

Wirtschaften Berlin GmbH (03.2012): Konzept für Un-

tentwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

terrichtsmaterialien für die Projekttage ‚Graue Energie‘

Bauen. Berlin: Teil A, S.18 URL:

an Ausbildungseinrichtungen des Baugewerbes. URL:

http://www.nachhaltigesbauen.de/leitfaeden-und-

http://www.gutebaustoffe.de/inc_files/user_upload/

arbeitshilfen/leitfaden-nachhaltiges-bauen.html

Dateien/Konzept_Projekttage_Gute_Baustoffe.pdf

(Zugriff: 06.03.2013)

(Zugriff: 10.03.2013)

—03 Vgl. Glücklich, D. (Hrsg.) (o.J.): Gebäude - Leb-

—16 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

enszyklus. URL: http://www.ecobine.de/indexc.php?

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

SESSID=&id=G.3&kurs=9&l=de (Zugriff: 11.03.2013)

1. Auflage, München. S. 160

—04 Vgl. Glücklich, D. / Fries, N. / Luge, S. / Neuen,

—17 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

M. / Neuhäuser, M. / Schreiber, S. (2005): Ökologisches

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Bauen – von Grundlagen zu Gesamtkonzepten.

1. Auflage, München. S. 160

München. S. 124

—18 Vgl. Dyckhoff, H. (1994): Betriebliche Produktion,

—05 DIN EN ISO 14 040 Umweltmanagement – Öko-

2. Auflage, Berlin. S.151

bilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen. 2006

—19 Bundesministerium für Wirtschaft und Technol-

—06 Vgl. König, H. / Kohler, N. / Kreißig, J. / Lützken-

ogie (Hrsg.) (2012): Was ist Materialeffizienz.

dorf, T. (2009): Lebenszyklusanalyse in der Gebäudepla-

URL: http://www.demea.de/was-ist-materialeffizienz

nung. Grundlagen – Berechnung – Planungswerkzeuge.

(Zugriff: 23.05.2013)

1. Auflage, Regensburg. S.13

—20 Vgl. Faulstrich, M. / Leipprand, A. / Mocker, M. /

—07 Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.) (11.08.2012):

Lauber, U. / Brüggemann, T. (2009): Perspektive Zukun-

URL: http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%96kologische_

ftsfähigkeit – Steigerung der Rohstoff- und Materialef-

Buchhaltung (Zugriff: 07.03.2013)

fizienz. Frankfurt. S.12

—08 Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.) (03.02.2013):

—21 Vgl. Faulstrich, M. / Leipprand, A. / Mocker, M. /

Environmental Product Declaration.

Lauber, U. / Brüggemann, T. (2009): Perspektive Zukun-

URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Environmental_

ftsfähigkeit – Steigerung der Rohstoff- und Materialef-

Product_Declaration (Zugriff: 05.03.2013)

fizienz. Frankfurt. S.13

—09 Vgl. Bauer, M. / Hausladen, G. / Hegger, M. / Heg-

—22 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

ner, H.-D. / Lützkendorf, T. / Radermacher, J. / Sedlbauer,

(24.09.2012): http://de.wikipedia.org/wiki/Grundstoff

K. / Sobek, W. (2011): Nachhaltiges Bauen. Zukunfts-

(Zugriff: 15.03.2013)

fähige Konzepte für Planer und Entscheider. 1. Auflage,

—23 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

Berlin. S. 217

(01.04.2013): Suffizienz (Ökologie). URL:

—10 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stad-

http://de.wikipedia.org/wiki/Suffizienz_(Ökologie)

tentwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

(Zugriff: 05.04.2013)

Bauen. Berlin: Teil A, S.23 URL:

—24 Linz, M. (2004): Weder Mangel noch Übermaß -

http://www.nachhaltigesbauen.de/leitfaeden-und-

Über Suffizienz und Suffizienzforschung.

arbeitshilfen/leitfaden-nachhaltiges-bauen.html

URL: https://www.econstor.eu/dspace/bitstream/

(Zugriff: 06.03.2013)

10419/21832/3/WP145.pdf (Zugriff: 05.04.2013)

—11 Vgl. König, H. / Kohler, N. / Kreißig, J. / Lützken-

—25 Vgl. Braungart, M. / McDonough, W. (2011): Ein-

dorf, T. (2009): Lebenszyklusanalyse in der Gebäudepla-

fach intelligent produzieren – Cradle to Cradle: Die Natur

nung. Grundlagen – Berechnung – Planungswerkzeuge.

zeigt, wie wir die Dinge besser machen können.

1. Auflage, Regensburg. S.38

6. Auflage, Berlin. S.45

—12 Vgl. König, H. / Kohler, N. / Kreißig, J. / Lützken-

—26 Vgl. Wikimedia Foundation Inc. (Hrsg.)

dorf, T. (2009): Lebenszyklusanalyse in der Gebäudepla-

(03.04.2013): Ökoeffizienz URL: http://de.wikipedia.org/

nung. Grundlagen – Berechnung – Planungswerkzeuge.

wiki/Ökoeffizienz (Zugriff: 24 .04.2013)

1. Auflage, Regensburg. S.48/49

—27 Bundesministerium für Verkehr, Bau und

—13 Sustainum – Institut für zukunftsfähiges

Stadtentwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Na-

Wirtschaften Berlin GmbH (o.J.): Gute Baustoffe - Graue

chhaltiges Bauen. Berlin: Teil A, S.19 URL: http://www.

Energie. URL: http://www.gutebaustoffe.de/gute-

nachhaltigesbauen.de/leitfaeden-und-arbeitshilfen/

baustoffe/graue-energie.html (Zugriff: 10.03.2013)

leitfaden-nachhaltiges-bauen.html

—14 Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (2010):

(Zugriff: 06.03.2013)

—28 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

6. Auflage, Berlin. S.119

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—43 DETAIL - Zeitschrift für Architektur + Baudetail

1. Auflage, München. S.187

(Hrsg.) (08.01.2013): Cradle to Cradle: Eine Idee und ihre

—29 vgl . Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer,

Umsetzung. URL: http://www.detail.de/architektur/

M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

themen/cradle-to-cradle-eine-idee-und-ihre-umsetzung-

1. Auflage, München. S.186

001070.html (Zugriff: 05.03.2013)

—30 Vgl. König, H. / Kohler, N. / Kreißig, J. / Lützken-

—44 Deutsche Bundesstiftung Umwelt (Hrsg.)

dorf, T. (2009): Lebenszyklusanalyse in der Gebäudepla-

(14.01.2013): Bauen und Wohnen – ressourcenschonend

nung – Grundlagen – Berechnung – Werkzeuge.

und energieeffizient - Pressemitteilung Nr.4/2013, AZ

1. Auflage, Regensburg. S.78

91410/08. URL: http://www.dbu.de/

—31 vgl. Kohler, N.: Zit.n. Forgber, U. (1999): Teamori-

media/1401131035337sg4.pdf (Zugriff: 06.03.2013)

entierte Bauplanung. Die Vernetzung von Kompetenzdo-

—45 BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012): Cra-

mainen in virtuellen Projekträumen.

dle to Cradle Prinzip. URL: http://www.baunetzwissen.

—32 Vgl. König, H. / Kohler, N. / Kreißig, J. / Lützken-

de/standardartikel/Nachhaltig-Bauen-Cradle-to-Cra-

dorf, T. (2009): Lebenszyklusanalyse in der Gebäudepla-

dle-Prinzip_748225.html (Zugriff: 06.03.2013)

nung – Grundlagen – Berechnung – Werkzeuge.

—46 Vgl. Prytula, M.(2012): Ein integrales Energie-

1. Auflage, Regensburg. S.78

und Stoffstrommodell als Grundlage zur Bewertung

—33 Vgl. Voss, K. / Löhnert, G. / Herkel, S. / Wagner,

einer nachhaltigen Entwicklung urbaner Systeme.

A. / Wambsganß, M. (2005): Bürogebäude mit Zukunft.

Berlin. S.91

Köln, S.154

—47 Vgl. Sundergeld, D. (o.J.): Häuser ohne Fußab-

—34 Vgl. Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

druck. URL: http://pure.premiumpark.de/files/p310_

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

Sobek.pdf (Zugriff: 11.03.2013)

1. Auflage, München. S.187

—48 Vgl. Bundesministerium für Verkehr, Bau und

—35 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

Stadtentwicklung (Hrsg.) (2012): Effizienzhaus Plus

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

mit Elektromobilität - Technische Informationen und

1. Auflage, München. S.56

Details. URL: http://www.bmvbs.de/cae/servlet/

—36 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

contentblob/78972/publicationFile/51554/

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

effizienzhausplus_elektromobil_de_aufl2.pdf (Zugriff:

1. Auflage, München. S.56

02.03.2013)

—37 Vgl. Aachener Stiftung Kathy Beys (08.01.2013):

—49 BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

Lexikon der Nachhaltigkeit – Cradle to Cradle Vision.

Bauen im 21. Jahrhundert – High-Tech und Ökologie.

URL: http://www.nachhaltigkeit.info/artikel/1_3_f_cradle_

URL: http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

to_cradle_vision_1544.htm (Zugriff: 05.03.2013)

Nachhaltig-Bauen-Bauen-im-21.-Jahrhundert_676523.

—38 Vgl. Braungart, M. / McDonough, W. (2011): Ein-

html (Zugriff: 11.03.2013)

fach intelligent produzieren – Cradle to Cradle: Die Natur

—50 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger,

zeigt, wie wir die Dinge besser machen können.

S. (2012): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

6. Auflage, Berlin. S.119

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 156, zitiert nach:

—39 Bergius, S. (17.01.2009): Abfallfreier Wirtschafts-

Lützkendorf, T. (2002): Nachhaltiges Planen, Bauen

kreislauf – Wirtschaften ohne Gift und Müll. URL: http://

und Bewirtschaften von Bauwerken. Ziele, Grundlagen,

www.handelsblatt.com/technologie/energie-umwelt/

Stand und Trends Bewertungsmethoden und -hilfsmit-

nachhaltig-wirtschaften/abfallfreier-

tel. Kurzstudie für das Bundesministerium für Verkehr,

wirtschaftskreislauf-wirtschaften-ohne-gift-und-

Bau und Wohnungswesen BMVBW im Auftrag des

muell/3090744.html (Zugriff: 06.03.2013)

Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung BBR.

—40 EPEA Internationale Umweltforschung GmbH

Bonn, 2002

(Hrsg.) (2009): Cradle to Cradle – Nährstoffkreisläufe.

—51 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S. (2011):

URL: http://epea-hamburg.org/index.php?id=199&L=4

Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme, Szenarien,

(Stand 06.03.2013)

Verantwortung. Zürich: S. 156

—41 DETAIL - Zeitschrift für Architektur + Baudetail

—52 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S. (2011):

(Hrsg.) (08.01.2013): Cradle to Cradle: Eine Idee und ihre

Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme, Szenarien,

Umsetzung. URL: http://www.detail.de/architektur/

Verantwortung. Zürich: S. 156

themen/cradle-to-cradle-eine-idee-und-ihre-

—53 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

umsetzung-001070.html (Zugriff: 05.03.2013)

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

—42 Vgl. Braungart, M. / McDonough, W. (2011): Ein-

1. Auflage, München. S.75

fach intelligent produzieren – Cradle to Cradle: Die Natur

—54 Vgl. Deutsche Hypo Markt-Analyse (Hrsg.)

zeigt, wie wir die Dinge besser machen können.

(2011): Global Markets Real Estate. Nachhaltigkeit in

der Immobilienwirtschaft. Hannover: S.21

nachhaltiges-bauen.html (Zugriff: 06.03.2013).

—55 Vgl. Deutsche Hypo Markt-Analyse (Hrsg.)

—67 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stad-

(2011): Global Markets Real Estate. Nachhaltigkeit in

tentwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

der Immobilienwirtschaft. Hannover: S.22

Bauen. Berlin: Teil A, Grundsätze zum Nachhaltigen

—56 DGNB GmbH (Hrsg.) (2013): DGNB System.

Bauen, S.15 URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/

Vorteile für alle. URL: http://www.dgnb-system. de/de/

leitfaeden-und-arbeitshilfen/leitfaden-

zertifizierung/vorteile/?pk_campaign=kachelzert

nachhaltiges-bauen.html (Zugriff: 06.03.2013).

(Zugriff: 05.03.2013)

—68 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-

—57 Lützkendorf, T. (2009): Nachhaltige Gebäude –

entwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

beschreiben, beurteilen, bewerten: die Situation in

Bauen. Berlin: Teil A, Grundsätze zum Nachhaltigen

Deutschland. S. 29, In: Nachhaltig Bauen und Bewerten -

Bauen, S.11 URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/

vom Energie- zum Nachhaltigkeitsausweis. Kon-

leitfaeden-und-arbeitshilfen/leitfaden-

gress Messezentrum Wien vom 19.-20. Februar 2009.

nachhaltiges-bauen.html (Zugriff: 06.03.2013).

Tagungsband. Hrsg.: Österreichisches Institut für Baubi-

—69 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-

ologie und -ökologie -IBO- GmbH, S.27-35

entwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

—58 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

Bauen. Berlin: Teil A, Grundsätze zum Nachhaltigen

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

Bauen, S.45 URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 183

leitfaeden-und-arbeitshilfen/leitfaden-

—59 Vgl. Lützkendorf, T. (2009): Nachhaltige Gebäude –

nachhaltiges-bauen.html (Zugriff: 06.03.2013).

beschreiben, beurteilen, bewerten: die Situation in

—70 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-

Deutschland. S. 30, In: Nachhaltig Bauen und Bew-

entwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

erten - vom Energie- zum Nachhaltigkeitsausweis.

Bauen. Berlin: Teil A, Grundsätze zum Nachhaltigen

Kongress Messezentrum Wien vom 19.-20. Februar

Bauen, S.45 URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/

2009. Tagungsband. Hrsg.: Österreichisches Institut für

leitfaeden-und-arbeitshilfen/leitfaden-

Baubiologie und -ökologie -IBO- GmbH, S.27-35

nachhaltiges-bauen.html (Zugriff: 06.03.2013).

—60 Vgl. Bauer, M. / Hausladen, G. / Hegger, M. / Heg-

—71 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-

ner, H.-D. / Lützkendorf, T. / Radermacher, J. / Sedlbauer,

entwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

K. / Sobek, W. (2011): Nachhaltiges Bauen. Zukunfts-

Bauen. Berlin: Teil B, Neubau, S.46

fähige Konzepte für Planer und Entscheider. 1. Auflage,

URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/leitfaeden-und-

Berlin u.a.: S. 166

arbeitshilfen/leitfaden-nachhaltiges-bauen.html

—61 DGNB GmbH (Hrsg.) (2013): DGNB System.

(Zugriff: 06.03.2013).

Vorteile für alle. URL: http://www.dgnb-system.de/

—72 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-

de/system/dgnb-nachhaltigkeitskonzept/ (Zugriff:

entwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

05.03.2013)

Bauen. Berlin: Teil B, Neubau, S.63

—62 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/leitfaeden-und-

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

arbeitshilfen/leitfaden-nachhaltiges-bauen.html

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 183

(Zugriff: 06.03.2013).

—63 Deutsches Architektenblatt (Hrsg.)(2009): Wer-

—73 Vgl. Bundesministerium für Verkehr, Bau und

ner Sobek zum DGNB-Gütesiegel. Interview von R.Stim-

Stadtentwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nach-

pel. URL: http://dabonline.de/2009/10/01/“das-beste-

haltiges Bauen und BNB – Unterlagen für Fort- und

system-auf-dem-globus“ (Zugriff. 10.03.2013)

Weiterbildungsveranstaltungen.

—64 Vgl. Bauforumstahl e.V. (Hrsg.) (o.J.): DGNB &

URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/bewertungssystem-

BNB. URL: http://www.bauforumstahl.de/dgnb-bnb

nachhaltiges-bauen-fuer-bundesgebaeude-bnb/

(Zugriff: 05.03.2013)

bnb-unterrichtsmaterialien.html (Zugriff: 26.02.2013).

—65 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stad-

—74 Vgl. Österreichische Gesellschaft für Nach-

tentwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

haltiges Bauen (2012): BREEAM – das älteste Bewer-

Bauen. Berlin: Teil A, Grundsätze zum Nachhaltigen

tungssystem der Welt. URL: https://www.oegnb.net/

Bauen, S.23 URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/

breeam.htm (Zugriff: 24.03.2013)

leitfaeden-und-arbeitshilfen/leitfaden-

—75 Vgl. BauNetz Media GmbH (Hrsg.) (12.03.2012):

nachhaltiges-bauen.html (Zugriff: 06.03.2013).

BREEAM: Britisches Nachhaltigkeitszertifikat. URL:

—66 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-

http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/

entwicklung (Hrsg.) (Feb. 2011): Leitfaden Nachhaltiges

Nachhaltig-Bauen_Internationales-Zertifikat-fuer-

Bauen. Berlin: Teil A, Grundsätze zum Nachhaltigen

Nachhaltigkeit-BREEAM_668527.html (Zugriff:

Bauen, S.15 URL: http://www.nachhaltigesbauen.de/

23.03.2013)

leitfaeden-und-arbeitshilfen/leitfaden-

—76 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger,

S. (2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

—92 Vgl. Gay, J.-B. / Flourentzou, F. /Merz, C. / EPFL /

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 182

LESO-PB (Nov. 2005): Albatros. Methodik zum Einbezug

—77 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

der Kriterien einer Nachhaltigen Entwicklung in der

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

Strategischen Planung von öffentlichen Bauten. État de

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 182

Vaud, Service de bâtiments. Deutsche Übersetzung im

—78 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

Auftrag des Vereins eco-bau. 11. Ausgabe, Lausanne: S. 5

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

—93 Vgl. Gay, J.-B. / Flourentzou, F. /Merz, C. / EPFL /

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 182

LESO-PB (Nov. 2005): Albatros. Methodik zum Einbezug

—79 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

der Kriterien einer Nachhaltigen Entwicklung in der

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

Strategischen Planung von öffentlichen Bauten. État de

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 182

Vaud, Service de bâtiments. Deutsche Übersetzung im

—80 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

Auftrag des Vereins eco-bau. 11. Ausgabe, Lausanne: S. 5

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

—94 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 190

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

—81 U.S.Green Building Council (2013): Developing

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 180

Leed - Future versions. URL: http://new.usgbc.org/leed/

—95 Vgl. Gay, J.-B. / Flourentzou, F. /Merz, C. / EPFL /

developing-leed/future-versions (Zugriff: 24.03.2013)

LESO-PB (Nov. 2005): Albatros. Methodik zum Einbezug

—82 Vgl. U.S. Green Building Council (Hrsg.) (2013):

der Kriterien einer Nachhaltigen Entwicklung in der

BETA TESTING. Nov 2012 - Nov 2013.

Strategischen Planung von öffentlichen Bauten. État

URL: http://new.usgbc.org/v4#milestone2

de Vaud, Service de bâtiments. Deutsche Übersetzung

(Zugriff: 04.03.2013).

im Auftrag des Vereins eco-bau. 11. Ausgabe, Lausanne:

—83 Vgl. Dr.-Ing. Manfred Stahl (20. September

S. 4 ff.

2011): Die LEED-Zertifizierung 2012: Monitoring wird

—96 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S. (2011):

Pflicht. URL: http://www.cci-dialog.de/branchenticker/

Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme, Szenarien,

2011/kw38/02/die_leed-zertifizierung_2012_

Verantwortung. Zürich: S. 180

monitoring_wird_pflicht.html?backLink=/

—97 Braune, A. / Sedlbauer, K. (2008): Das Nachhal-

branchenticker/?date=20.09.2011 (Zugriff: 04.03.2013).

tige Bauen ist ein Thema auf der ganzen Welt. S. 16, in:

—84 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S. (2011):

Deutsches Ingenieur Blatt. Ausgabe 06 / 2008. Hrsg.:

Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme, Szenarien,

Bundesingenieurkammer, Berlin.

Verantwortung. Zürich: S. 190

—98 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

—85 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

1. Auflage, München. S.70

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 190

—99 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

—86 Vgl. Deutsche Hypo Markt-Analyse (Hrsg.)

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

(2011): Global Markets Real Estate. Nachhaltigkeit in

1. Auflage, München. S.71

der Immobilienwirtschaft. Hannover: S.22

—100 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige

—87 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S. (2011):

Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme, Szenarien,

1. Auflage, München. S.77

Verantwortung. Zürich: S. 190

—101 Vgl. Bundesamt für Bauwesen und Raumord-

—88 Vgl. Ebert, T. / Schäfer, J. / Schlappa, H. (2013):

nung (Hrsg.)(Nov. 2007): Studie zur Nachhaltigkeitszer-

LEED-Zertifizierung - Einblick mit Ausblick Zertifi-

tifizierung von Gebäuden. Endbericht. Bonn: Kapitel

zierungssysteme. URL: http://www.architekten24.de/

4: Motivatorische Aspekte der Nachhaltigkeitszertifi-

news/umweltschutz_energie/14566-leed-zertifizierung-

zierung, S.59

ebert-schaefer-schlappa/index.html (Zugriff: 05.03.2013)

Bildnachweise

—89 Vgl. Deutsche Hypo Markt-Analyse (Hrsg.)

(2011): Global Markets Real Estate. Nachhaltigkeit in

—01 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

der Immobilienwirtschaft. Hannover: S.22

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—90 Vgl. Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S.

1. Auflage, München. S.166, Abb. B 5.70

(2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme,

—02 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

Szenarien, Verantwortung. Zürich: S. 190

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

—91 U.S. Green Building Council (2013): Applying

1. Auflage, München. S.187, Abb. B 6.2.9

Leed – Leed is good for business.

—03 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M.

URL: http://new.usgbc.org/leed/applying-leed/leed-for-

(2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

business (Zugriff: 25.03.2013)

1. Auflage, München. S.166, Abb. B 5.69

—04 Hegger, M. / Fuchs, M. / Stark, T. / Zeumer, M. (2008): Energie Atlas. Nachhaltige Architektur.

1. Auflage, München. S.160, Abb. B 5.50 —05 SciVerse (Hrsg.) (2013): Cradle-to-cradle design: creating healthy emissions – a strategy for eco-effective product and system design, Fig.3. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0959652606002587 (Zugriff:27.05.2013) —06 Löhnert, G. (2000): Der integrale Planungsprozess – Teil I: Grundlagen. S.3, Abb. 5 —07 Drexler, H. / El khouli, S. (2012): Nachhaltige Wohnkonzepte – Entwurfsmethoden und Prozesse.

1. Auflage, München. S.55, Abb. 01 —08 EKRF LCC (o.J.): cradle to cradle. URL: http://www.ekoroof.com/Images/c2c_cycle_s.jpg (Zugriff:27.5.2013) —09 Sternsdorff, K. (2013): Aspekte des DGNB Zertifizierungssystems – Gesundes Arbeitsumfeld. S.25 ff.

URL: http://www.bauforumstahl.de/upload/ documents/veranstaltungen/Praesentationen/1130_ Sternsdorff_DGNB_Gesundes_Arbeitsumfeld_ BAU_2013.pdf (Zugriff: 27.05.2013) —10 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (Hrsg.) (2011): Leitfaden Nachhaltiges Bauen. Berlin. S.44, Abb. 8 —11 Troldtekt A/S (Hrsg.) (2013): Nachhaltiges Bauen. URL: http://www.troldtekt.de/Wir-ueber-uns/ Umweltzertifikate/Nachhaltiges-Bauen.aspx (Zugriff: 27.05.2013) —12 Walbaum, H. / Kytzia, S. / Kellenberger, S. (2011): Nachhaltig Bauen. Lebenszyklus, Systeme, Szenarien, Verantwortung. Zürich. S. 146, Abb. 41

Die Beschäftigung mit dem Thema Nachhaltigkeit – vor allem im Hinblick auf Architektur und Bauwesen – ging einher mit vielen fachlichen, informationsbedingten Erkenntnissen sowie einem steigenden Verständnis um die Tragweite der Umsetzungsproblematik und die Mehrdimensionalität der Erfordernisse.

Zunächst auf die modelltheoretische Ebene einer Nachhaltigkeit eingehend, sollte die in gängigen Nachhaltigkeitskonzeptionen durchaus plausible Gleichberechtigung der drei Ebenen Ökonomie, Ökologie sowie Soziokulturellem (≥ 02 ARCHITEKTUR UND BAUWESEN ≥ Nachhaltigkeitsmodelle)

zu Gunsten einer konsequenten Priorisierung ökologischer Zielsetzungen variiert werden. Diese Forderung resultiert aus der Schlussfolgerung, dass moderne Gesellschaften zu einer Mehrgewichtung ökonomischer Interessen zu tendieren scheinen, was jedoch den Umfang ökologischer Umsetzungspotentiale meist deutlich schmälert. Im Bauwesen führt so der Aspekt notwendiger monetärer Mehraufwendungen oft zu Einsparungen am Budget ökologischer Maßnahmen. Dies liegt darin begründet, dass ökonomische Faktoren unmittelbareren Einfluss auf die Gesellschaft und das tagtägliche Leben jedes Einzelnen nehmen, wogegen natürliche Limitierungen meist lediglich drohend vorhergesagt werden, trotz vieler Untersuchungen jedoch stark divergierende Prognosen die Glaubwürdigkeit als auch die Dringlichkeit der Problematik verwässern. Durch den Menschen verursachte, bereits bestehende ökologische Probleme manifestieren sich darüber hinaus oft in langwierigen Prozessen und ziehen bisher kaum beachtliche Einschränkungen des Alltags nach sich, was diesen Effekt zusätzlich verstärkt. Ökonomische Probleme wie beispielsweise Wirtschaftskrisen oder Inflation können dagegen zeitnah durchaus drastische Einschnitte in das Leben eines Jeden be-

deuten. Denn seit der flächendeckenden Abkehr vom Prinzip der Selbstversorgung mit fortschreitender Industrialirierung, sichern vorrangig monetäre Werte und Mittel die Lebensgrundlagen für einen Großteil der Bevölkerung, was diesbezügliche Defizite und Krisen mitunter deutlich erfahrbar macht. Dies verweist auf die unterschiedlichen Positionen in der gesellschaftlichen Wahrnehmung und Ordnung sowie die unterschiedlichen zeitlichen Wirkungsradien der Ebenen Ökologie und Ökonomie. Zynisch formuliert, könnte an dieser Stelle bemerkt werden, dass zugegebenermaßen ein erhöhtes Maß an Idealismus von Nöten scheint um potentiell auftretende Umweltprobleme eventueller Kindeskinder vor den eigenen Komfort zu stellen. Faktisch bleibt ein solch energie- und ressourcenintensiver Lebenswandel, wie er zurzeit in westlich industrialisierten Nationen üblich ist - unter Beibehaltung der aktuellen Handlungsweisen und allem ökonomischen Druck zum Trotze – jedoch schon mittelfristig nicht realisierbar. Auch wenn ökologische Bauten nicht grundsätzlich immens höhere Kosten verursachen als konventionelle Bauformen, scheint gesamtwirtschaftlich betrachtet dennoch ein Zusammenhang zwischen ökonomischen Zielsetzungen bzw. Interessen und der Hemmung ökologischer Ambitionen zu bestehen. (≥ 02 Architektur + Bauwesen ≥ Ökonomie als natürlicher Feind der Nachhaltigkeit) Als besonders kritisch ist dabei das Verhältnis

der Material- und Baustoffwahl und daraus resultierenden ökologischen Effekten zu betrachten. Durch die zunehmende Globalisierung bildeten sich – aus einem rein logischen dafürhalten – teilweise absurde Transport- und Handelsketten. Über lange Distanzen bereitgestellte Waren und Produkte können aufgrund marktwirtschaftlicher Prinzipien und weiteren Fertigungsbedingungen (z.B. Energiepreise, Steuern, Produktionsvorschriften, Normen, Um-

weltschutz) teils günstiger zu erwerben sein als, dem vorgesehenen Einsatzort näher gelegen erzeugte, heimische Produkte, weisen allerdings – aufgrund unverhältnismäßig langer Transportwege – sehr negative Ökobilanzen auf.

Zur Verdeutlichung sei der beliebte Werkstoff Holz genannt: Bereits ab Frachtstrecken von etwa 300 Kilometern werden ca. 70% des im Baustoff enthaltenen Energiegehalts für seinen Transport verbraucht. Der grundsätzlich als nachhaltig zu bewertende Rohstoff kann so – beispielsweise bei dem Einsatz von Tropenhölzern (Bsp. Herkunft: Südamerika) in hiesigen Regionen – schnell zu einem ökologischen Fehlschlag werden. Ebenso kann ein hoher Primärenergiebedarf in der Produktion zu einer nachteiligen Bilanz führen. Diesbezüglich sollte jedoch die Erzeugungsmethode der zur Herstellung verwendeten Primärenergie berücksichtigt werden. Bei einer regenerativen Erzeugung kann daher sogar Stahl – aufgrund seiner fast vollständigen Wiederwendbarkeit – trotz der energieaufwendigen Produktionsprozesse (mit einem PEI von bis zu 100 MJ/kg) ein hervorragender Baustoff zur Umsetzung nachhaltiger Architekturen sein.

In Bezug auf die architektonische Gestaltungsfreiheit können sich bei einer ökobilanzierten Bewertung und dementsprechender Auswahl der Baustoffe zwar Einschränkungen ergeben, hier kann und muss jedoch nicht nur aus ökologischen, sondern auch aus Gründen einer Einbettung in regionale Baukulturen auf die soziokulturelle Integration und damit Verwendung lokaler Materialien verwiesen werden.

Neben der Minimierung des generellen Rohstoff- und Energiebedarfs und dem Umstieg auf eine ausschließlich regenerative Energieerzeugung wird es zukünftig ebenfalls von zentraler Bedeutung sein innovative Konsum- und Nutzungsstrategien umzusetzen. Die globalen Rahmenbedingungen (≥ 01 Situation) deuten auf die zukünftige Limi-

tierung unserer bisher als selbstverständlich erachteten Lebensgrundlagen hin, ein Umgang mit bzw. eine Nutzung der bereitstehenden Naturgüter muss daher umsichtig und nachhaltig geschehen. Da viele Ressourcen durch die Verwendung und Verwertung des Menschen unwiederbringlich getilgt werden, gilt es langfristig nicht nur deren Einsatz und damit Verbrauch zu minimieren, sondern umfangreiche, rezyklierende Material- und Stoffströme zu etablieren um die bereitstehende, tendenziell abnehmende Gesamtmenge an Rohstoffen langfristig zur erhalten. Entsprechende Planungen müssen daher neben einer erhöhten Materialeffizienz zudem die Rückbaubarkeit von Bauwerken und Bauteilen vorsehen und eine saubere, bestenfalls rückstands- und abfalllose Trennung der verwendeten Rohstoffe ermöglichen. So können Ressourcen nach Ablauf des Lebenszyklus ihrer ursprünglichen Verwendung erneut in eine Wertstoffkette zurückgeführt werden, welche wiederrum die Grundlage für neue Nutzungen stellt. Der Begriff des ‚Urban Mining‘ beschreibt dahingehende Potentiale durch den Vergleich besiedelter Gebiete mit einer Rohstoffmine. Der Mensch wird in dieser Konzeption nicht nur Verbraucher sondern zugleich Erzeuger wertvoller Ressourcen, die lediglich temporär in anthropogenen Lagerstätten – d.h. in vom Menschen errichteten Bauwerken – gebunden sind. Schon heute finden Aspekte dieses Nachhaltigkeitsprinzips im Recycling vom Bauschutt Anwendung, jedoch sind zu einer umfassenden Umsetzung neben einer genauen Katalogisierung der vorhandenen baulichen Rohstoffpotentiale – beispielsweise in einem Ressourcenkataster – veränderte Planungsprozesse, Produktionsstandards sowie die Weiterentwicklung leistungsfähiger Rückgewinnungstechnologien notwendig. Die Umsetzung einer starken Nachhaltigkeit ist mittel- bis langfristig zwingend erforderlich. Für zahlreiche Einsatzgebiete,

Bauteile und Funktionen existieren jedoch noch keine oder nur wenige ökologisch optimierte Lösungen. Gerade in Bezug auf Bauteile mit erhöhten Anforderungen, Beschichtungen, Lacke, Folien oder Kleb- und Dichtstoffe muss hier noch Entwicklungsarbeit – vorrangig in der produzierenden Industrie – geleistet werden. Interimslösungen können zwar akzeptiert werden, ein möglicher Austausch im Lebenszyklus des Bauwerks sollte in diesem Fall jedoch planerisch vorgesehen werden. Trotz langjähriger Forschung sind noch nicht alle Wechselwirkungen und Zusammenhänge innerhalb des Erfassungsrahmens der Nachhaltigkeit detailliert bekannt. Insbesondere die Potentiale der Synergienutzung zwischen verschiedenen Systemen müssen weitergehend spezifiziert und angewandt werden um effizientere und nachhaltigere Nutzungen zu gewährleisten. Auf diesem Gebiet existiert ein enormes Potential für innovative, bislang noch nicht umgesetzte Nachhaltigkeitskonzeptionen. Falsch ist im Zusammenhang nachhaltiger Planungen die Erwartung einer allgemeingültigen Musterlösung – im Sinne eines abzuarbeitenden, linearen Maßnahmenkatalogs. Einzig die Auseinandersetzung mit Anforderungen, Zielsetzungen, den jeweiligen Standortfaktoren, Rahmenbedingungen, Umständen und Einsatzgebieten und eine daran angepasste Nachhaltigkeitsstrategie können zu einem Erfolg führen.

Voraussetzung hierfür ist jedoch ein entsprechend umfassender Wissensstand der am Planungsprozess beteiligten Akteure. Denn oft mangelt es Architekten und Planern nicht an der Motivation, sondern an entsprechendem Fachwissen um Potentiale, Chancen und Möglichkeiten nachhaltiger Handlungsweisen auszumachen. Ebenso sollten Instrumente und Tools, welche eine dahingehende Realisierung erleichtern zugänglicher werden um einen integrierten und flächendeckenden Einsatz zu begünstigen. Eine Beschäfti-

gung mit dem komplexen Thema nachhaltiger Architektur und deren planerischer Umsetzung sollte zudem zum Standard und beispielsweise in der Ausbildung zukünftiger Architekten bereits möglichst früh angestoßen werden.

Wichtig scheinen diesbezüglich die Bildung von Kennwerten und die Vermittlung wirkungsvoller Nachhaltigkeitsstrategien. Eine Bewertung der ergriffenen architektonischen Maßnahmen muss bereits im frühen Entwurfsprozess nicht nur auf gestalterisch-ästhetischer, sondern eben auch auf einer, die ökologischen Auswirkungen abschätzenden Ebene stattfinden. Die Entwicklung der globalen Bedingungen wird absehbar zu einer Fokussierung nachhaltiger Konzeptionen führen, weshalb die Architektenschaft diese Anforderungen schon heute als Kernkompetenz verstehen sollte. Auf soziokultureller und bildungspolitischer Ebene muss auf den kommenden Paradigmenwechsel reagiert werden, entsprechende Inhalte vermittelt und ein Verständnis von Nachhaltigkeit, nicht bloß unter dem vordergründig schnell gefällten Vorurteil gestalterischer Einschränkungen sondern vielmehr unter dem Aspekt der sich neu ergebenden architektonischen Chancen, zu festigen. Neben Hochschulen und Professoren stehen hier auch die Kammern und Verbände in der Pflicht eine dahingehende Entwicklung der Baukultur(en) voranzutreiben.

Die von unzähligen wissenschaftlichen Untersuchungen und Szenarien prognostizierten Zeitfenster bis zum Versiegen der fossilen Naturgüter bieten augenblicklich noch die Chance bestehende Lebens- und Handlungsweisen schrittweise an die zukünftigen Umstände anzupassen. Bleibt jedoch eine solche Entwicklung hin zu einem konsequent nach ökologischen Maßgaben ausgerichteten Handeln in allen Ressourcen und Energie beanspruchenden Bereichen aus, wird ein Fortbestand menschlicher Gesellschaften lediglich

unter Inkaufnahme massiver Restriktionen und Komforteinschränkungen möglich sein. Da auf dem Gebiet regenerativer Energieerzeugung in den letzten Jahren ein beträchtlicher technologischer Fortschritt zu verzeichnen ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Mensch mittelfristig in der Lage sein wird die unbegrenzt zur Verfügung stehenden Energiequellen Sonne, Wind und Erdwärme (≥ 04 Technologien ≥ regenerative Energieerzeugung) zur Deckung seines – aufgrund fortschreitender Technisierung hohen – Energiebedarfs zu nutzen. Entscheidend wird auf diesem Gebiet sicherlich die Standardisierung der Integration regenerativer Energiesysteme in bestehende sowie neue Architekturen, als auch das Bilden von Synergien zwischen den einzelnen Erzeugungssystemen. Auf globaler Ebene stellt sich diesbezüglich vor allem die Frage in welchem Maß die wirtschaftlich aufstrebenden und in ihren Bevölkerungszahlen schnell ansteigenden Entwicklungs- und Schwellenländer ihre Wachstumsambitionen mithilfe regenerativer Energiesysteme umsetzen werden. Trotz des allgemeinen technologischen Fortschritts besteht die Gefahr, dass auch die Industrialisierung dieser Entwicklungsnationen (trotz effizienterer Technologien aufgrund der derzeitigen Bevölkerungszahlen aber mutmaßlich ähnlich energiehungrig) auf fossilen Energieträgern basiert, was durchaus weitreichende Umwelteffekte nach sich zöge. Dieser Aspekt obliegt zwar nur Indirekt unserer Einflussnahme, jedoch kann durch das Vorantreiben einer nachhaltigen Entwicklung, dem Aufzeigen etwaiger Potentiale sowie der Kommunikation von wirkungszusammenhangs- sowie fachspezifischem Wissen ein entscheidender Beitrag zur Etablierung regenerativer Energieschöpfung in genannten Nationen geleistet werden. Neben der theoretischen Auseinandersetzung erfolgte im Rahmen dieser Arbeit zudem die praktische Anwend-

ung der gewonnenen Erkenntnisse im Zuge des Entwurfs eines Wohn- und Arbeitsstandortes in der Innenstadt Frankfurts (a.M.). Dabei wurde deutlich, wie wichtig es für einen effizienten Planungsprozess ist Kennwerte und entsprechende ökologische Bewertungs- und Analysewerkzeuge zur Hand zu haben. Unter der Maßgabe einer strengen Nachhaltigkeit ist es bei erstmaliger Fokussierung einer diesbezüglichen Umsetzung schwer klar abzugrenzende Schlussfolgerungen zu ziehen und Entwurfsaspekte entsprechend zu optimieren. Aufgrund des begrenzten Zeitrahmens - der jedoch ähnlich auch in der Praxis zu erwarten ist - ist es ohne vorherige Einarbeitung in Werkzeuge, Software und Methoden sehr zeitaufwendig eine stichhaltige Beweisführung der beabsichtigten Nachhaltigkeit zu führen.

Dennoch ist es wichtig eine - wenn auch auf konzeptioneller Ebene bestehende - Nachhaltigkeitsstrategie für die jeweilige Bauaufgabe zu entwickeln (≥ 02 Architektur + Bauwesen ≥ Gebäude als System begreifen).

Zunächst auf groben Kennwerten und Wirkungsabschätzungen basierend, kann diese im Zuge des Planungsfortschritts weiter detailliert untersucht werden. Im Unterschied zu konventionellen Planungsabläufen ist es deutlich früher notwendig ein Gesamtkonzept für (vorab einzugrenzende) ökologische Zielsetzungen einzubinden und nicht bloß voneinander unabhängige Einzelmaßnahmen vorzusehen.

Iterative Planungsprinzipien (≥ Iterative Planung) sind im Zuge einer dahingehenden Optimierung wichtig, da nur sie eine wirkungsvolle Umsetzung sicherstellen können. Um bei denkbaren Potentialen auf den jeweiligen Teilgebieten eines Entwurfs eine kompetente, stichhaltige Bewertung zu erhalten und diese versiert und schnell umzusetzen, ist ein interdisziplinäres Team bei Realisierungsambitionen von Planungsaufgaben des gegebenen Umfangs eine essentielle

Voraussetzung. Der im Planungsprozess vergleichsweise frühzeitig erforderliche erhöhte Detaillierungsgrad, sowie der vermehrte Bedarf einer Variantenbildung stellt ein deutliches Unterscheidungsmerkmal zu üblichen Planungsprozessen dar. Auf erkannte Defizite – selbst wenn sie bedingt sind durch grundlegende Entwurfsaspekte wie zum Beispiel die Baukörperausbildung – ist im Sinne einer strengen Nachhaltigkeit konsequent zu reagieren, selbst wenn dies einen hohen zusätzlichen Planungsaufwand bedeutet.

Aufgrund der zahlreichen Teilbereiche und eigens dafür entwickelten Analysemethoden und Tools ist es im Sinne einer nachhaltigen Planung zudem sinnvoll vor Planungsbeginn gemeinsame Plattformen und Schnittstellen zu testen und festzulegen um einen reibungslosen und Verlustfreien Datenaustausch zu gewährleisten. Da ein nachhaltiger und ressourcenschonender Gebäudebetrieb schon in der Planung anhand detaillierter Simulationen als absehbar erfolgreich oder den Anforderungen nicht genügend erkannt werden kann, empfiehlt sich das Umsetzen einer BIM (Building Information Modelling) basierten Planungsmethode. Hierbei werden alle relevanten Daten digital in einem virtuellen Gebäudemodell erfasst und kombiniert, was bei energetischen Monitorings, einer Gebäudebewirtschaftung oder Nutzungsänderungen im Lebenszyklus sowie der Erfassung der im Gebäude gebundenen Rohstoffmassen eine umfassende Datengrundlage bereitstellt und daher zukünftig einen beträchtlichen Arbeitssaufwand einsparen kann. Nachhaltige Architekturen scheinen zwar einerseits in ihrer Konzeptionsund Planungsphase deutlich Zeit- und Arbeitsaufwendiger als konventionelle Bauwerke, dafür bieten sie jedoch deutliche Vorteile innerhalb ihres weiteren Lebenszyklus. Dem Umstand des erhöhten Zeitbedarfs wird in gültigen Leistungsphasen und deren Gewichtung zueinander derzeitig

kaum Rechnung getragen, was von den verantwortlichen Planern noch eine erhöhte persönliche Motivation zur Realisierung nachhaltiger Architekturen verlangt. Mittelfristig wird die Nachhaltigkeit von Bauwerken jedoch zu einer der grundlegenden Anforderungen an die Architektenschaft werden. Ein Überblick über Anforderungen, Maßnahmen und Umsetzungsstrategien wird also zu einer Kernkompetenz des Architekten als koordinierender Generalist.

Abschließend kann festgehalten werden, dass das Berücksichtigen nachhaltiger Konzeptionen eine andere Sichtweise auf moderne Architekturen ermöglicht. Neben der formalästhetischen Betrachtung ist verstärkt eine Bewertung des funktionalen Systems Bauwerk und dessen Nachhaltigkeitsstrategie von Nöten. Sicherlich kann durch die vielen und umfangreichen Anforderungen zunächst der Eindruck planerischer Einschränkungen entstehen, was sich aber relativiert, gewinnt man erst einen Überblick über die bereits heute umsetzbaren Möglichkeiten nachhaltiger Bauten. Bedenkt man zudem das enorme Innovationspotential, kann im Sinne einer Weiterentwicklung architektonischer Ansprüche nur von einem Zugewinn gesprochen werden.

Das Erfassen aller relevanten Faktoren im Sinne einer Übersicht sollte daher von Architekten als notwendige Arbeitsgrundlage verstanden werden. Diese Ausarbeitung stellt auch für uns als Absolventen des Studiengangs Architektur eine, in dieser Intensität und Einstiegstiefe erstmalige Auseinandersetzung mit etwaigen Anforderungen und Gesamtkonzepten dar. Viele Erkenntnisse konnten wir bereits gewinnen, viele weitere werden sich jedoch erst mit einer weiteren Beschäftigung und Vertiefung ergeben.

Gerade vor dem persönlichen Bezug des Einstiegs in das Berufsleben ist diese Arbeit daher als Basis für eine sinnvolle sowie notwendige Weiterentwicklung aufzufassen.

halb des Studiengangs ‚Master of Arts - Architektur‘ an der Hochschule Koblenz erstellt. Die Autoren bemühten sich alle geltenden Urheberrechtsbestimmungen und Vorgaben des wissenschaftlichen Arbeitens zu berücksichtigen, bei etwaigen Fehlern bitten sie um entsprechende Hinweise und Verständnis. Bei Rückmeldungen oder Anfragen jeglicher Art stehen die Autoren ihnen gern zur Verfügung.

Dieser wissenschaftliche sowie - ein ebenfalls zu dieser Thesis gehörender - praktischer Teil sind online einsehbar unter www.architekturplusnachhaltigkeit.de

AUTOREN Silvia Häfner, Bachelor of Arts Architektur haefner.silvia@googlemail.com Philippe Bujakiewicz, Bachelor of Arts Architektur http://philippe.bujakiewicz.de

Betreuung Prof. Dipl.-Ing. Jürgen Ludwig Dipl.-Ing.(FH) / M.A. Architektur / M.Sc. Projektmanagement Björn Gossa

Gestalterische KENNWERTE Papier: IGEPA Atlantic, brilliantweiss 60g/m2

IGEPA Carneval, grün 65g/m2

Schrift: „Akkurat“, gestaltet von Laurenz Brunner

(Lineto Fonts)

Umfang: 216 Seiten und 67 145 Wörter.

MIT DANK AN Sven Tillack, Dipl.-Ing.(FH) Andreas Fremerey, die Lektorinnen Gisela Rausch-Bujakiewicz und Karin Häfner sowie die Staatlichen Akademie der Bildenden Künste Stuttgart

Juni 2013, erste Auflage.

Impressum

Diese Arbeit wurde im Zuge des Moduls ‚M.A. Thesis‘ inner-

Oberfläche

BAFA

Bundesanstalt für Wirtschaft und Ausfuhrkon-

LCC

Life Cycle Assessement

trolle

LCCA

Life Cycle Costing Analysis

Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumfor-

LEED Leadership in Energy & Environmental Design

schung

LESO-PB Solar Energy and Building Physics Laboratory

Building Research Establishment Environmental

L-EWT Luftdurchströmte Erdreichwärmetauscher

Assessment Method

l

Liter

Beaufort-Stärke (Skala zur Klassifikation von

l/s

Liter pro Sekunde

Windgeschwindigkeiten)

lx

Lux

BGBC

Bulgarian Green Building Council

m

Meter

BHKW

Blockheizkraftwerk

mm

Millimeter

m/s

Meter pro Sekunde

nachhaltige Nutzung alternativer Energiequellen

MW

Megawatt

Building Information Modelling

m²

Quadratmeter

Bio-St-NachV Biomassestrom-Nachhaltigkeitsverordnung

m³

Kubikmeter

BiomasseV

Biomasse Verordnung

NOx

Stickstoffoxide

BIP

Bruttoinlandsprodukt

OCR

Organic Rankine Cycle

BBSR BREEAM Bft

BIF UNAE Bürgerinitiative für umweltverträgliche und BIM

BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung BMVBS

Brandenburg

ÖGNI Österreichische Gesellschaft für Nachhaltige

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung

BMWI Bundesministerium für Wirtschaft und

Immobilienwirtschaft PCM

Phase Change Materials (Latentwärmespeicher)

PE

Polyethylen

Technologie

PEI

Primary Energy Input

BNB

Bewertungssystem für nachhaltiges Bauen

PJ

Petajoule

BRE

Building Research Establishment

PMV

Predicted Mean Vote

BTA Bauteilaktivierung ⁄ Betonkernaktivierung

PP

Polypropylen

BWTC

Bahrain World Trade Center

PPD Predicted Percentage of Dissatisfied

C2C

Cradle to Cradle

ppm

Parts per Million

cm

Zentimeter

PV

Photovoltaik

cm²

Quadratzentimeter

PVC

Polyvinylchlorid

cm³

Kubikzentimeter

RBBau Richtlinien für die Durchführung von Bauaufgaben

CO

Kohlenstoffmonoxid

CO2

Kohlenstoffdioxid

s

COP

Coeffizient of Performance (Leistungszahl

SGNI Schweizer Gesellschaft für nachhaltige

des Bundes Sekunde

mechanischer Heiz- und Kälteanlagen) D

Tageslichtquotient

Immobilienwirtschaft SGS

Stimulated Geothermal System

DEC-Anlage Desiccant and Evaporative Cooling-Anlage

Si

Silicium (Halbmetall)

Dena

SQ

Sonnenlichtquotient

Deutsche Energie Agentur

DGNB Deutsche Gesellschaft / Gesellschaft für

StMUGV Bayerisches Staatsministerium für Umwelt,

Nachhaltiges Bauen DGVW Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V. DHM

Gesundheit und Verbraucherschutz t

Tonne

TAB Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim

Deep Heat Mining

DIN Deutsches Institut für Normung / Deutsche

Deutschen Bundestag TABS

Thermo-aktiviertes Bauteilsystem

Industrie Norm

TMR

Total Material Requirement

DK-GBC

Denmark Green Building Council

TrinkwV

Trinkwasserverordnung

DTC

Design to Cost

TVOC Total Volatile Organic Compounds (Gesamtmenge

EEG

Erneuerbare-Energien-Gesetz

EGS

Enhanced / Engineered Geothermal System

UN

EU

Europäische Union

USGBC

U.S. Green Building Council

gha

global hectare

V

Volumen

g/m2

Gramm pro Quadratmeter

VDI

Verein Deutscher Ingenieure

GuD

Gas- und Dampfturbinen

W

Watt

GWh/a

Gigawattstunde pro Jahr

WBCSD

World Business Council for Sustainable

HDR

Hot-Dry-Rock

HFR

Hot Fractured Rock

aller flüchtigen organischen Verbindungen) United Nations

Development WCED World Commission on Environment and

HWR

Hot-Wet-Rock

IEEP

Institute for European Environmental Policy

WDVS

IPCC

Intergovernmental Panel on climate Change

WEA

JSBC

Japan Sustainable Building Consortium

WEEE

K

Kelvin

KEA

kumulierter Energieaufwand

W-EWT Wasserdurchströmte Erdreichwärmetauscher

KfW

Kreditanstalt für Wiederaufbau

W/m

Watt pro Meter

Kg

Kilogramm

W/m²

Watt pro Quadratmeter

kW

Kilowatt

Wp

Watt Peak

kWh

Kilowattstunden

KWK

Kraft-Wärme-Kopplung

°C

Grad Celsius

kWp

Kilowatt Peak

λ Lamda-Wert: Wärmeleitfähigkeit von Materialien

LBGR Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe

Development Wärmedämmverbundsystem Windenergieanlage Waste of Electrical an Electronic Equipment (dt.: Elektro- und Elektronikgeräte-Abfall), Richtlinie

ψ

Abflussbeiwert Psi

Abkürzungsverzeichnis

A