Energie Atlas inkl. aktuellem Beilieger

Energie Atlas Edition ∂

NACHHALTIGE ARCHITEKTUR

HEGGER FUCHS STARK ZEUMER

Das Buch wurde erarbeitet am Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen Prof. Manfred Hegger Fachbereich Architektur, Technische Universität Darmstadt www.tu-darmstadt.de/architektur/ee in Verbindung mit dem Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München www.detail.de

Autoren

Fachbeiträge:

Manfred Hegger Prof. Dipl.-Ing. M. Econ Architekt Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt

Chris Luebkeman, Dr. sci. tech.

Arup Research + Development, London

Matthias Fuchs Dipl.-Ing. Architekt Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt Thomas Stark Dr.-Ing. Architekt Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt Martin Zeumer Dipl.-Ing. Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt Mitarbeiter: Natascha Altensen; Hans Drexler, Dipl. Arch. ETH M. Arch. (Dist); Laura Eckel; Alexandra Göbel, Dipl.-Ing.; Michael Keller, Dipl.-Ing.; Nikola Mahal; Thomas Meinberg, Dipl.-Ing.

Hermann Scheer, Dr. rer. pol., MdB Eurosolar, Bonn Robert Kaltenbrunner, Dr.-Ing. Architekt Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung, Bonn Thomas Herzog, O. Prof. em., Dr. (Univ. Rom), Dr. h. c., Dipl.-Ing. Architekt TU München Karl-Heinz Petzinka, Prof. Dipl.-Ing. Architekt Bernhard Lenz, Dipl.-Ing., Dipl.-Ing., M. Eng Architekt Fachgebiet Entwerfen und Gebäudetechnologie, TU Darmstadt

Wissenschaftlicher Beirat Diagnosesystem Nachhaltige Gebäudequalität (DNQ):

Mitarbeit Zeichnungen: Julia Kirsten Eisenhuth; Viola John, Dipl.-Ing.; Geraldine Nothoff, Dipl.-Ing.; Johanna Wickenbrock

Brian Cody, Prof. BSc(Hons) CEng MCIBSE, TU Graz Sabine Djahanschah, Dipl.-Ing. Architektin, Deutsche Bundesstiftung Umwelt Thomas Lützkendorf, Prof. Dr.-Ing. habil., Universität Karlsruhe (TH) Hansruedi Preisig, Prof. Dipl. Arch. SIA, FH Winterthur Peter Steiger, Prof. em., TU Darmstadt

Redaktion

Druck und Bindung: Kösel GmbH & Co. KG, Altusried-Krugzell

Projektleitung und Lektorat: Julia Liese, Dipl.-Ing. Steffi Lenzen, Dipl.-Ing. Architektin Redaktionelle Mitarbeit: Astrid Donnert, Dipl.-Ing.; Claudia Fuchs, Dipl.-Ing.; Carola Jacob-Ritz, M. A.; Florian Krainer; Nicole Tietze, M. A. Zeichnungen: Marion Griese, Dipl.-Ing.; Daniel Hajduk, Dipl.-Ing.; Caroline Hörger, Dipl.-Ing.; Claudia Hupfloher, Dipl.-Ing.; Elisabeth Krammer, Dipl.-Ing. Herstellung / DTP: Roswitha Siegler Repro: Martin Härtel OHG, Martinsried

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Herausgeber: Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München © 2007, erste Auflage Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts.

Inhalt

Impressum Vorwort

4 6

Teil A

8

Positionen

1 Globaler Wandel Chris Luebkeman 2 Energiewende Hermann Scheer 3 Architektur und Nachhaltigkeit – eine schwierige Beziehung Robert Kaltenbrunner 4 Die Dinge richtig tun – über Effizienz und Nachhaltigkeit Manfred Hegger 5 Solare Architektur Thomas Herzog 6 Planen und Bauen in Lebenszyklen Karl-Heinz Petzinka, Bernhard Lenz

32

Teil B

36

1 2 3 4 5 6

Planung

Grundlagen Stadtraum und Infrastruktur Gebäudehülle Technik Material Strategien

Teil C

Teil D

Anhang

Glossar: Kennwerte Glossar: Klimadaten Glossar: Ökobilanzdaten Verordnungen, Richtlinien, Normen Literatur Abbildungsnachweis Sachregister

14

18

24 28

38 62 82 110 146 176

Gebaute Beispiele im Detail

Projektbeispiele 1 bis 20

10

198

200 – 257

258 258 260 262 268 269 272 276

5

Vorwort

Der Energie Atlas erweitert die Reihe der Atlanten nicht nur um einen weiteren Titel, sondern auch um eine neue Dimension. Erstmals geht es nicht primär um Materie, um eine Baustoffoder eine Konstruktionselementgruppe. Dieser Atlas nähert sich dem Entwerfen und Konstruieren von zunächst unsichtbaren Eigenschaften: der Nachhaltigkeit und der Energieeffizienz von Gebäuden.

Eine Reihe von Argumenten spricht jedoch für diese Betrachtungsweise. Kein anderer Industriezweig benötigt mehr Materialien und Energie, produziert mehr Abfälle und trägt weniger zum Materialrecycling bei als das Bauen. Seit geraumer Zeit bestimmen diese Themen auch die internationale öffentliche Diskussion und den Prozess der politischen Meinungsbildung.

Aus vielerlei Gründen: Manche Materialien werden knapp und entsprechend teurer, andere erzeugen ungewollte Auswirkungen auf Umwelt und Nutzer, wieder andere erfüllen nicht dauerhaft die an sie gestellten Ansprüche. Dies gilt in gleichem Maße für die konventionellen Energieträger: Auch sie sind knapp und verteuern sich zusehends; darüber hinaus gelten sie als wesentliche Verursacher des Klimawandels und weiterer Umweltbelastungen. Die prognostizierte Reichweite nicht erneuerbarer Energieträger wie Erdgas und Erdöl ist geringer als die zu erwartende Lebensdauer vieler Gebäude, nicht nur der Neubauten. Die globale Auseinandersetzung um die Reserven spitzt sich zu, Befürchtungen um die Versorgungssicherheit sind nur allzu berechtigt. Zunehmend werden uns die Endlichkeit vieler Ressourcen und die Folgen ihres unkontrollierten Einsatzes für Mensch und Umwelt bewusst.

Die Architektur, das Bauen bietet die größten Handlungspotenziale für eine nachhaltige Gestaltung der Umwelt. Wir müssen unser Bemühen verstärken, Material- und Energieeffizienz im Bauen und in der Nutzung von Gebäuden zu erhöhen. Durch kluge Entwurfsund Planungsentscheidungen können wir Ressourcen sparsamer einsetzen, die Dauerhaftigkeit von Gebäuden verbessern und Umweltschäden reduzieren. Auf diese Weise können wir bleibende Werte schaffen und erhalten und

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zum nachhaltigen Fortschreiten unserer Gesellschaft beitragen.

Nachhaltigkeit berührt die Gesamtheit des planerischen Handelns und des Betreibens von Gebäuden, gesellschaftliche, wirtschaftliche und ökologische Anliegen. Sie ist eine Entwicklung, bei der die heutige Gesellschaft Rücksicht nimmt auf die Bedürfnisse zukünftiger Generationen. Nachhaltigkeit definiert sich nicht nur aus den Qualitäten des Bauobjekts (Objektqualität), sondern auch aus seiner Lage (Standortqualität) und aus seinem Entstehungsprozess (Prozessqualität). Effizienz im Einsatz von Energie und Ressourcen wird zu einem zentralen Qualitätsmerkmal eines Gebäudes.

Die Instrumente des material- und energieeffizienten Bauens sind zugleich die Mittel der Architektur: Leichtigkeit und Masse, Schutz und Transparenz, Flächenökonomie und Raumwirkung.

Gebäude unterscheiden sich in einem ganz wesentlichen Punkt von anderen Objekten unseres täglichen Bedarfs: Sie erfüllen bereits die Voraussetzungen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Sie verbinden sich in aller Regel mit dem Erdboden und können oberflächennah sein gleichmäßiges Temperaturniveau oder die Erdwärme aus tieferen Schichten ausnutzen. Sie stehen im freien Luftstrom, können sich Druckunterschiede und Windenergie zunutze machen. Sie sind dem Tageslicht ausgesetzt und können auf diese Weise direkt die Hauptenergiequelle anzapfen, die uns zur Verfügung steht: die Sonne. Standortbezogen sind weitere erneuerbare Energiequellen verfügbar: Grundwasser und Fließwasser, Biomasse und Biogas, um nur einige zu nennen.

Trotz dieser nahe liegenden Möglichkeiten sind wir im Bauwesen in Bezug auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz noch weit entfernt vom Entwicklungsstand anderer Industriezweige.

Wir können nicht weiter abwarten. Die Politik sieht sich durch absehbare Versorgungskrisen und Auseinandersetzungen wie auch durch die öffentliche Meinung veranlasst, regulierend einzugreifen – global, auf europäischer Ebene, national und lokal. Architekten und Ingenieure haben die Möglichkeit, ihre kreative Meinungs-

führerschaft gesellschaftlich wirksam zu machen. Das Innovationspotenzial ist gewaltig und bislang kaum ausgeschöpft. Die Herausforderung einer nachhaltigen Entwicklung im Bausektor bietet Chancen: wissenschaftliche, technische und gestalterische Erneuerung in einem lange nicht mehr besonders innovationsverdächtigen Wirtschaftszweig, neue Exportchancen und erneut eine Rolle als Impulsgeber für langfristige gesellschaftliche Entwicklungslinien.

Der Energie Atlas möchte hierzu Grundlagen vermitteln, Beispiele aufzeigen und Anregungen geben. Der Aufbau folgt insgesamt dem vertrauten Schema der Konstruktionsatlanten der Edition Detail.

Teil A »Positionen« widmet sich grundlegenden Aspekten des nachhaltigen und energieeffizienten Bauens. Gastbeiträge zum globalen Wandel und zur Energiewende stellen übergeordnete Bezüge her. Die schwierige Beziehung zwischen Architektur und Nachhaltigkeit und die wenig genutzten Potenziale der solaren Architektur sind thematisiert. Schlüsselthemen wie Effizienz und Lebenszyklus legen die Bedeutung der Nachhaltigkeitsbetrachtung in der Architektur offen. Sie verdeutlichen den Handlungsbedarf und zeigen auf, welche Dynamik eine entsprechende Entwicklung im Bauen erzeugen könnte.

Teil B »Planungsgrundlagen« ist dem gegenüber handlungsorientiert. Ausgehend von der Darstellung allgemeiner Grundlagen von Nachhaltigkeit und Energie, Klima und Wohlbefinden sind die verschiedenen Planungs- und Handlungsebenen nachhaltigen und energieeffizienten Bauens behandelt: Stadtraum und Infrastruktur, Gebäudehülle und Gebäudetechnik sowie die Materialwahl. Die rapide Entwicklung in diesem Feld, insbesondere in der Energietechnik, hat immer wieder Aktualisierungen erforderlich gemacht. Der derzeitige Wissensstand zum Zeitpunkt der Drucklegung ist anschaulich zusammengefasst. Die Aussagen dieses Teils münden in Handlungsanleitungen zur Entwicklung von Energiekonzepten, zur Organisation eines integralen Planungsprozes-

ses als Voraussetzung für nachhaltiges Bauen sowie zur Bewertung nachhaltiger Gebäudequalität. Wo immer möglich, verdichten sich Aussagen in Bild- oder Diagrammform. Das am Ende dieses Teils vorgestellte »Diagnosesystem Nachhaltige Gebäudequalität« (DNQ) fasst wesentliche Beurteilungskriterien für zukunftsgerechtes Bauen zusammen. Sie machen handhabbar und bewertbar, was sich bislang nur in pauschalen Forderungen nach Nachhaltigkeit ausgedrückt und diesen Begriff entwertet hat.

Die Planungsgrundlagen bieten entsprechend umfangreiches Material auf verschiedenen Betrachtungsebenen an. Sie zeigen auch, dass wir bereits in großem Umfang über ausgereifte Technologien zur effizienten Nutzung der Ressourcen verfügen, die uns die Erde bietet, ohne ihre Schönheit anzutasten. Es bleibt jedoch dem Leser überlassen, hieraus eine dem Ort und der Aufgabe gerecht werdende Lösung zu entwickeln, die mit minimalen Mitteln maximalen Nutzen erzielt.

Bei der Auswahl der im Teil C »Gebaute Beispiele« dokumentierten Gebäude stand jeweils die Beziehung zwischen Nachhaltigkeitsansatz, Energiekonzept und architektonischer Haltung im Vordergrund. Ausgewählt wurden weitgehend aktuelle Projekte, die durch ihre besondere architektonische Interpretation von baulicher Nachhaltigkeit und Energieeffizienz hervortreten. Die verbale, grafische und bildliche Darstellung der Gebäude mündet jeweils in eine bewertende Beschreibung des Nachhaltigkeitsansatzes nach dem Diagnosesystem Nachhaltige Gebäudequalität (DNQ). Über die gezeigten Beispiele wird deutlich, dass Technologien zur effizienten Nutzung von Ressourcen und Energie neue architektonische Potenziale eröffnen – aber auch, dass der Suchprozess nach dem geeigneten architektonischen Vokabular zur Lösung der neuen gesellschaftlichen Aufgaben noch längst nicht als abgeschlossen angesehen werden kann.

tebau und Infrastruktur über die Objektebene bis hinein in die Gestaltung von Planungsprozessen zu behandeln – besonders aber, es in den größeren Zusammenhang nachhaltiger Entwicklung der Architektur und des Bauens zu stellen.

Die Erarbeitung dieses Werks hat viel Energie gebunden, insbesondere menschliche Energie von Autorenteam, Mitarbeitern und Verlag.

Allen Institutionen und Personen, die beim Entstehen dieses Werks kompetent mitgewirkt haben, die uns in unseren Familien und Freundeskreisen den Rücken für die Arbeit an diesem Werk freigehalten haben und denjenigen, die es durch Zuwendung von Mitteln großzügig unterstützt haben, danke ich herzlich.

Vielleicht spüren unsere Leser diese Energie.

Ihr Einsatz hat sich gelohnt, wenn sie weitere Energie mobilisiert, die die gesellschaftlichen und professionellen Herausforderungen aufgreift und auf diese Weise die Entwicklung der Architektur und des Bauens fördert.

Darmstadt, im August 2007 Manfred Hegger

Der Energie Atlas ist über den notwendigerweise prägnanten Buchtitel hinausgehend angelegt. Die Energie steht im Mittelpunkt. Der Anspruch war jedoch, dieses Thema von Städ-

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Teil A

Positionen

1 Globaler Wandel Chris Luebkeman 2 Energiewende Hermann Scheer 3 Architektur und Nachhaltigkeit – eine schwierige Beziehung Robert Kaltenbrunner 4 Die Dinge richtig tun – über Effizienz und Nachhaltigkeit Manfred Hegger 5 Solare Architektur Thomas Herzog 6 Planen und Bauen in Lebenszyklen Karl-Heinz Petzinka, Bernhard Lenz

Abb. A

die Erde vom Mond aus betrachtet

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Architektur und Nachhaltigkeit – eine schwierige Beziehung Robert Kaltenbrunner

A 3.1

A 3.1

A 3.2

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Photovoltaikmodule in der Dachfläche, Ateliergebäude, Dresden (D) 2003, Haller Morgenstern Quincke Umweltbundesamt, Dessau (D) 2005, Sauerbruch Hutton

Vermutlich denkt man nicht zuerst an Einstein, wenn von nachhaltiger Architektur die Rede ist.

Und doch bieten seine Erkenntnisse einen so ungewöhnlichen wie notwendigen Zugang zu diesem Thema. Die klassische Physik kennt die drei Kerngebiete Mechanik, Elektrodynamik und Thermodynamik, die heute noch so bestehen. Allerdings hatten diese sich seit Mitte des 19. Jahrhunderts in ihrer gegenseitigen Beziehung langsam wie Kontinentalplatten verschoben. Die eigentliche Leistung Albert Einsteins liegt darin, dass er erkannte, was alle anderen übersahen: An den Faltungszonen zwischen den begrifflichen Kontinenten häuften sich Grenzprobleme, die den Bewohnern der einzelnen Kontinente jeweils nur als randständig erschienen. Erst aus einer nichtspezialisierten Perspektive offenbarten sie sich in ihrer ganzen Brisanz und wurden schließlich zu den Ausgangspunkten von Einsteins wissenschaftlicher Revolution.

Solche »Grenzüberschreitungen« braucht es auch heute. Zwar hat das Umweltbewusstsein mittlerweile einen festen Platz im gesellschaftlichen Wertekanon erobert und der offensichtliche Klimawandel setzt die Politik unter erheblichen Aktionsdruck. Dass deswegen aber schon alle möglichen sektoralen Handlungsfelder in durchschlagender Weise auf Nachhaltigkeit getrimmt sind, lässt sich nicht behaupten.

Noch immer klafft eine Rationalitätslücke zwischen dem (betriebs-)wirtschaftlich Zweckmäßigen und dem Notwendigen. Die Philosophie des Aristoteles, ein Lebewesen sei nicht an seiner Erscheinung, sondern an seinem Tun und den Reaktionen auf seine Umwelt zu erkennen, sollte endlich auf den Bausektor übertragen werden.

So betrachtet, erschließt sich schnell ein anderer, über das einzelne Gebäude hinausgehender Horizont: Ökologische Einzelmaßnahmen machen noch keine Öko-Architektur; Solarzellen und passive Sonnennutzung, ins Haus integrierte Gewächshäuser, Fassadenbegrünung und Wärmedämmung sind längst nicht hinreichend für ein wirklich nachhaltiges Bauen. Bisher lässt sich eher die Optimierung von – wenn auch wichtigen – Einzelaspekten beobachten, weniger ein Gesamtkonzept nachhaltigkeitsorientierter Planungsprinzipien. Ebenso wird

derzeit stärker Bezug auf das einzelne Gebäude als auf den Siedlungszusammenhang genommen. Nachhaltigkeit funktioniert eben nicht wie die Automobilindustrie, die permanent den »neuesten Stand« der Fortentwicklung aller Systeme verkündet.

Die Gewichtung der Betrachtungsebenen

Mögen klare Kriterien und halbwegs messbare Indikatoren von Nachhaltigkeit auf der konkreten Gebäudeebene noch benennbar sein, so wird man kaum behaupten können, dass es aus Sicht von Städtebau und Stadtökologie bereits einen tragfähigen Ansatz zur Bestimmung und Realisierung einer optimalen Relation aus Dichte, Stadtgröße, Umwelt- und Lebensqualität gibt. Schon die Frage nach Art und Lage des Grundstücks kann die Parameter für ein nachhaltiges Bauprojekt entscheidend verändern. Beispielsweise führen die einzelwirtschaftlichen Standortentscheidungen von Haushalten und Betrieben in Richtung Stadtumland in der Summe zu erheblichen ungedeckten Folgekosten oder Externalitäten – vor allem in den Bereichen Infrastruktur, Verkehr, Umwelt und Städtebau. Damit sind gesellschaftliche Nachteile verbunden, die in die Bilanzierung von (individuellen wie gesamtwirtschaftlichen) Kosten und Nutzen der Suburbanisierung bisher nicht hinreichend eingehen.

Insofern hängt die auf den Bauprozess bezogene Bilanz stark vom Standpunkt des Beobachters ab; sie ist also nicht zuletzt weltanschaulicher Natur. Einerseits steht einer entscheidenden Breitenwirkung des nachhaltigen Bauens augenscheinlich jener Druck der Sachzwänge gegenüber, der mitunter dazu führt, dass bereits erreichte Qualitätsstandards – gerade bei privater Finanzierung – eher zurückgeschraubt als zu einer allgemeingültigen Mindestgrundlage gemacht werden. Andererseits wird bei speziellen Bauvorhaben namentlich der öffentlichen Hand – sei es nun beim Umweltbundesamt in Dessau oder Norman Fosters Commerzbankhochhaus in Frankfurt – viel Wert auf »Ecological Correctness« gelegt, schon aus Gründen eines zukunftsgewandten Marketings (Abb A 3.2). So bleibt eine interpretatorische Kluft. Manche singen das Hohelied des Erfolges: Nachhaltigkeit stellt mittlerweile

Architektur und Nachhaltigkeit – eine schwierige Beziehung

ein anerkanntes Ziel des Bauens dar. Andere monieren, dass man noch immer verharre bzw. sogar zurückgefallen sei – im Glauben, dass technisch alles mach- und beherrschbar sei, dass mithin der Komplexität der Aufgabe nicht hinreichend Rechnung getragen würde. Diese Ambivalenz ist fürs Erste kaum aufzuheben.

Indes soll es hier weniger darum gehen, ein Urteil zu fällen, als vielmehr auf einige Aspekte aufmerksam zu machen, die bislang vielleicht zu kurz kamen.

Ob nachhaltig, ökologisch, ressourcenschonend, umweltgerecht, biologisch oder energiesparend: Gleichgültig, unter welcher Überschrift man sie einordnen möchte, auf eine solche Art zu bauen, erhebt den Anspruch, dezentral, integriert und selbstgenügsam zu sein. Allen Begriffen gemein jedoch ist die Herkunft aus den 1960er-Jahren, in denen das etablierte System ins Kreuzfeuer vornehmlich jugendlicher Kritik geriet. Sie entstammen somit einer sozialen Bewegung, nicht bloß einer technischen Innovation. Freimut Duve fasste einmal stellvertretend in Worte, wie weit der Glaube reiche: »Die zentralistischen großtechnologischen Systeme – Verkehr, Versorgung und Fernsehen – ebnen die historischen Städte ein. Ökologisches Bauen, die Suche nach dem verlorenen Menschenmaß in der Stadt könnte ihr wieder Gesicht und Eigenheit geben« [1]. Ein ambitionierter Anspruch also, dem bislang jedoch auf seinem Weg in unsere Alltagswirklichkeit nicht durchgängig Glück beschieden war.

In der Diskussion, die hierzulande geführt wird, erscheint Nachhaltigkeit – besonders wenn sie auf Innovation und Hochtechnologie bezogen wird – wie eine Dame ohne Unterleib, abgeschnitten von kulturellen Faktoren und sozialen Katalysatoren, ohne die noch nicht einmal die aseptisch gedachten wissenschaftlichen Entdeckungen, geschweige denn ihr gesellschaftlicher Gebrauch denkbar wären [2]. Photovoltaik, Passivhausstandard, Wärmerückgewinnung – bloße naturwissenschaftlich-technische Ansätze – greifen nicht, was mitunter in der Fachgemeinde selbst moniert wird: »Die Denkweise der Bauingenieure ist vorwiegend technisch-rational und zu wenig auf die Komplexität des menschlichen Verhaltens ausgerichtet. Dem Bauingenieur fehlen gesellschaftspolitische Denkansätze und Strategien zur Durchsetzung seiner Ziele« [3]. Aber auch die Architekten sind nicht ausreichend darauf eingestellt, wie es etwa die gängige Architekturlehre manifestiert: Sie wird entweder vom Primat der Gestaltung oder von einer gewissen Unterkomplexität, indem reine Teilaspekte im Vordergrund stehen, dominiert.

Gesellschaftlich-kulturelle Akzeptanz

Die häufige Verkürzung von Nachhaltigkeit auf Innovation, Wissenschaft und Technologie verkennt die außerordentliche Bedeutung von konzeptionellen Inspiratoren, deren visionäre Arbeit im Entwurf einer Zusammenschau bestand. Diese Zusammenschau stellte die

zahllosen Einzelergebnisse aus Naturwissenschaften und technologischer Forschung plötzlich in einen neuen Kontext. Richard Buckminster Fuller, der mit seinem Diktum »think global – act local« Geschichte schrieb, prägte vor mehr als sechs Jahrzehnten den Begriff »Cosmic Conceptioning«. Gemeint ist die Fähigkeit, komplexe Zusammenhänge für Erhalt und Pflege der Lebensgrundlage nicht nur zu erkennen, sondern im Denken und Handeln wirksam werden zu lassen – vor allem in einer präzisen Modellierarbeit von Ereignismustern, ihren Veränderungen und Transformationen. Als noch keine Rede sein konnte von Energiekrise, Umweltbelastung und Zerstörung des globalen Ökosystems, arbeitete Fuller bereits antizipatorisch an Konzepten zur Lösung dieser künftigen Probleme. »Die Quelle aller Kräfte«, so diagnostizierte er, »die der Mensch für die Handhabung aller seiner Instrumente – belebter wie unbelebter – braucht, ist die Sonne. (…)

Das Entwerfen von Behausungen auf wissenschaftlicher Grundlage ist den Sternen mehr verbunden als der Erde« [4].

Buckminster Fullers Wirken stand unter dem Motto »How to make the world work« – so als sei ihm irgendwo in der Einöde eine Kiste mit Maschinenteilen, ganzen und zerbrochenen, zugeschickt worden, die er jetzt mithilfe einer Bedienungsanleitung und Improvisation zu einem funktionierenden Ganzen zusammenbauen muss. Die Information der Teile über ihr Funktionieren im Ganzen wird zur Ausgangs frage für Fullers »Systems Approach«; die Lösungsstrategie setzt bei der Integration der Einzelfunktionen an. Er sieht die Erde als integral konstruierte Maschine an, die zum Zweck dauerhafter Leistungsfähigkeit als Ganzes begriffen und bedient werden müsse.

Wenn Fuller seine Schrift nun »Bedienungsanleitung« nennt, dann will er damit vor allem auf deren Fehlen hinweisen. Die Menschheit lebe auf der Erde, ohne ein Anleitungsbuch für die richtige Bedienung an die Hand bekommen zu haben. Gemessen an der unendlichen Sorgfalt, mit der alle Details des »Raumschiffs Erde« ab ovo festgelegt worden seien, müsse man das Fehlen einer Bedienungsanleitung als absichtlich und planvoll ansehen.

Eben diese bewusste Abwesenheit hat nun aber ihr effektiv Gutes. Denn dies zwinge dazu, »unseren Intellekt zu gebrauchen, und das ist unsere höchste Fähigkeit, mit der wir wissenschaftliche Experimente anstellen und die Bedeutung experimenteller Ergebnisse wirksam interpretieren können. Gerade weil die Bedienungsanleitung bisher gefehlt hat, lernen wir zu antizipieren, welche Konsequenzen sich aus einer steigenden Anzahl von Alternativen ergeben, um unser Überleben und Wachstum befriedigend zu erweitern – physisch und metaphysisch« [5]. Nachhaltige Entwicklung, nachhaltiges Bauen gibt es demnach nur als Synthese von technologischingenieurmäßigen Handeln und gesellschaftspolitischen, wertebasierten und werteorientierten »Ansprüchen«.

A 3.2

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Planen und Bauen in Lebenszyklen Karl-Heinz Petzinka, Bernhard Lenz

A 6.1

Der Begriff »Lebenszyklus« deutet bereits an, dass natürliche ebenso wie künstliche Systeme einem Kreislauf des Entstehens und Vergehens unterliegen. So beschreibt der Lebenszyklus eines Gebäudes die Zeitspanne, die zwischen dem Bau und dem Abbruch einer Immobilie liegt. Die Erkenntnis, dass eine lebenszyklusgerechte Planung ein hohes Potenzial an Einsparmöglichkeiten beim Unterhalt eines Gebäudes birgt, ist keinesfalls neu. Dies zeigen bereits die Kostenanalysen der Baumeister Philokles und Archilochos, die im 5. Jh. v. Chr. das Erechtheion auf der Akropolis erbauten [1].

Für zeitgemäße Finanzierungs- und Planungsmodelle wie z. B. Public Private Partnership (PPP) sind lebenszyklusorientierte, also über die reinen Investitionskosten hinausgehende Betrachtungen unerlässlich. Bei PPP-Projekten, bei denen Finanzierung, Erstellung und Betrieb in der Regel aus einer Hand erfolgen, können generell Gesamtkostenvorteile von 10 % und mehr erzielt werden. Diese resultieren nicht nur aus einer preiswerteren Errichtung, sondern auch zu einem erheblichen Anteil aus einem kostenoptimierten Betrieb der Immobilie.

Da die Erstellung eines Gebäudes naturgemäß mit hohen Investitionen verbunden ist, führt dies nur allzu oft dazu, dass sich die Betrachtungen der Investoren und Immobilieneigentümer lediglich auf die Investitionskosten fokussieren. Eine Berücksichtigung des zukünftigen Unterhalts bleibt hier häufig außer Acht. Dabei können die Unterhaltskosten einer Immobilie ein Vielfaches der Baukosten betragen. Mit einer lebenszyklusgerechten Analyse lassen sich markante ökonomische und energetische Potenziale erschließen.

Lebenszykluskosten

A 6.1 A 6.2 A 6.3 A 6.4

32

Sanierung der Jahrhunderthalle, Bochum (D) 2003, Petzinka Pink Architekten Zusammenhang zwischen Technisierungsgrad und Lebenszykluskosten typische Betriebskostenverteilung eines Bürogebäudes Sanierung der Nürnberger Hypothekenbank, Düsseldorf (D) 1998, Petzinka Pink Architekten

In der zum Lebenszyklus zugehörigen Lebenszykluskostenberechnung (Life Cycle Costing, LCC) werden die Höhe der Planungs-, Erstellungs-, Betriebs-, Unterhalts-, Werterhaltungs-, Abbruchs- und Entsorgungskosten in einer Gesamtkostenberechnung zusammengefasst.

Das LCC steht somit für den ganzheitlichen Ansatz einer kostenoptimierten Gebäudeplanung und erfolgt typischerweise in Form einer dynamischen Investitionskostenberechnung, wobei sich Parameter wie die künftige Preis-

und Zinsfußentwicklung nur schwer vorhersagen lassen. Trotz dieser Unsicherheiten sollte auf ein LCC nicht verzichtet werden, da es ein effizientes Instrument darstellt, mit dem sich konkurrierende Lösungen aus einer Hand vergleichen und entsprechend bewerten lassen.

Oftmals bezieht sich ein LCC nur auf Einzelbauteile eines Gebäudes wie z. B. Fassadenelemente. Auf dem Markt verfügbare Simulationssoftware betrachtet ebenfalls nur einzelne Bauteile und weist ihnen aufgrund ihrer Eigenschaften eine bestimmte Lebensdauer zu, woraus sich wiederum Folgekosten für die Immobilie ableiten lassen. Lebenszykluskostenberechnungen werden aber auch bei der Wertermittlung von Immobilien eingesetzt.

Keinerlei Beachtung finden allerdings Parameter wie gestalterische Qualität, Komfort, Attraktivität und Ausstattungsstandard. Da jede Immobilie in der Regel eine definierte Rendite erwirtschaften muss und diese auch von Faktoren wie Zeitgeist und Mode beeinflusst wird, kann eine rein auf technische Aspekte ausgerichtete Berechnung kaum zu einem aussagekräftigen Ergebnis führen.

Lebenszyklusgerechtes Planen

Planungsleistungen werden anhand der entstehenden Ausführungskosten beurteilt, eine Berücksichtigung der Betriebskosten erfolgt in der Regel nicht. Bei einer lebenszyklusgerechten Planung muss die gesamte Lebensdauer eines Gebäudes einbezogen werden.

Da die Betriebskosten einer Immobilie im Unterschied zur Gebäudeerrichtung kaum unter Wettbewerbsdruck stehen, entsteht ein gewisser Widerspruch zur HOAI, die den Planer zur wirtschaftlichen Durcharbeitung anhält, aber nicht zwingend zu innovativen, nachhaltigen und kostenoptimierten Lösungen für den Gebäudeunterhalt führt. Gerade eine Investition in eine optimierte Unterhaltsplanung kann zu deutlich verringerten Betriebs-, Nutzungs- und Instandhaltungskosten und somit zu merklich reduzierten Gesamtkosten sowie zu einem deutlich geringeren Energieverbrauch beitragen. Entscheidend ist hierbei eine sorgfältige Planung, da höhere Erstellungskosten nicht zwangsläufig zu Einsparun-

Planen und Bauen in Lebenszyklen

Technisierungsgrad mittel hoch

Verwaltungsaufwand 4,1%

sonstige Kosten 8,6 % elektrische Energie 28,4 %

Bewachung 4,7%

niedrig

Mittelwert

30

40

50

60 70 80 90 100 110 Lebenszykluskosten [CHF/m2EBFa]

Verwaltungsgebäude Wohngebäude

Instandhaltung von Maschinen 4,2%

Pflegeheime Schulgebäude A 6.2

gen bei den Betriebskosten führen. Insbesondere im Bereich der technischen Gebäudeausrüstung kann ein geringerer Grad an Technologie auch zu verminderten Unterhaltskosten beitragen (Abb. A 6.2). Der Architekt sollte also darauf achten, welcher Technisierungsgrad den Ansprüchen an das Gebäude idealerweise gerecht wird und welche Technik mikroklimatischen Standortfaktoren förderlich ist.

Bei den eingesetzten Materialien muss hinsichtlich des Lebenszyklus und der durch Alterung bestimmten Instandsetzungszyklen zwischen einer technischen und einer bedingten Nutzungsdauer unterschieden werden.

Die technische Nutzungsdauer beschreibt den Zeitraum, in dem ein Material bei einer definierten Nutzung über seine volle Leistungsfähigkeit verfügt. Die bedingte Nutzungsdauer hingegen umfasst den zeitlichen Abschnitt, in dem das Material zwar einen Verlust seiner Leistungsmerkmale aufweist, eine grundlegende Nutzbarkeit aber gewährleistet bleibt. Die Ermittlung der Dauerhaftigkeit einzelner Materialien hängt demnach immer vom Gebäudekontext ab und lässt sich nicht verallgemeinern.

Auch die materialgerechte Planung von stark beanspruchten Oberflächen wie z. B. Bodenbelägen sollte nicht unterschätzt werden. So können die Kosten für die Reinigung und Pflege von Oberflächen in öffentlichen Verwaltungsbauten schnell über 30 % der laufenden Unterhaltskosten betragen – ein Kostenfaktor, der die Gesamtkosten ganz erheblich und vor allem dauerhaft beeinflusst (Abb. A 6.3). Soll ein Gebäude besonders nachhaltig konzipiert werden, ist es notwendig, die Lebensdauer der einzelnen Bauteile zu berücksichtigen und Konstruktion, Wartung sowie Bauunterhaltung darauf abzustimmen.

Da Gebäudebauteile nicht gleichmäßig altern, ergibt sich generell ein sehr inhomogenes Bild.

Die kosten- und stoffstrombezogene Untersuchung im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse geht davon aus, dass einzelne Bauteile bis zum Ende ihrer Lebensdauer verwendet und anschließend ausgetauscht werden. Bleiben Bauteile somit über einen langen Zeitraum im Gebäude, sinkt der kumulierte Aufwand für die

Heizung 12,1 %

Reinigung 31,6% Instandhaltung von Gebäuden 4,2 %

sonstige Verbrauchsgüter 2,1 %

A 6.3

Wartungs- und Instandhaltungskosten entsprechend ab. Beinhaltet ein Bauteil ein Minimum an unterschiedlichen Baustoffen, zieht das eine verbesserte Gesamtbilanz nach sich, da weniger Austauschzyklen entstehen und diese besser aufeinander abgestimmt werden können. Im Sinne der Nachhaltigkeit und der Ökonomie muss eine lebenszyklusgerechte Planung über eine instandsetzungs- und wartungsfreundliche Struktur verfügen. Eine solche würde eine Schichtung der Bauteile unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Lebensdauer bedingen und nicht lösbare Verbindungen ausschließen. Typischerweise sind aber gerade Planungen dieser Art unter ökonomischen Gesichtspunkten nur eingeschränkt realisierbar, wie das folgende Beispiel einer Stahlbetondecke mit Standardaufbau (Teppich, Zementestrich, PE-Folie, Mineralwolle, Stahlbeton C30 / 37, Gipsputz) zeigt. Betrachtet man die unterschiedliche Lebensdauer der Einzelbauteile einer solchen Deckenkonstruktion, ergibt sich die folgende Problematik: Für den Beton sowie für die PE-Folie kann eine Lebensdauer von ca. 100 Jahren, für den Zementestrich und für den Gipsputz eine Dauer von ca. 60 Jahren, für die Mineralwolle von ca.

40 Jahren und für den Teppich von etwa 10 Jahren angesetzt werden [2]. Eine Erneuerung der Mineralwolldämmung bedingt hier einen vorzeitigen Ausbau des Zementestrichs und der PE-Folie. De facto müssen die PE-Folie 60 Jahre und der Zementestrich 20 Jahre vor dem Ende ihrer technischen Lebensdauer entfernt werden, da die Mineralwolle nicht zerstörungsfrei zugänglich ist und sonst nicht erneuert werden kann. Eine Verbesserung der Konstruktion könnte in einem solchen Fall lediglich über Materialsynergien erfolgen. Wenn einzelne Materialschichten Teilleistungen anderer übernehmen würden, würde sich die Dauerhaftigkeit des Gesamtsystems erhöhen und die Anzahl der notwendigen Schichten könnten reduziert werden. So ist z. B. ein Bitumenheißestrich auch als Terrazzoestrich ausführbar, der eine dauerhaft nutzbare Oberfläche bietet.

Natürlich kann aber auch bei einer lebenszyklusgerechten Planung nicht ausgeschlossen werden, dass Materialien oder Bauteile aufgrund veränderter Gesetzgebungen, erhöhter

Nutzungsintensitäten oder technischen Fortschritts vorzeitig ausgetauscht werden müssen.

Allgemein lassen sich bei der lebenszyklusgerechten Planung zwei gegenläufige Strategien unterscheiden. Zum einen kann der Architekt lange Zyklen definieren, die nach Möglichkeit viele Bauteile umfassen und in größeren Abständen langfristig vorhersehbare umfassendere Investitionen nach sich ziehen. Zum anderen besteht die Möglichkeit, relativ kurze Austauschzyklen festzulegen, die sich auf einzelne Funktionszonen beziehen und am bauteilbezogenen Bedarf orientieren [3]. Letztere sichern zwar eine gleichbleibend hohe Rendite des Objekts, führen aber im Falle einer Bedarfsanpassung dazu, dass noch fehlerfrei arbeitende Bauteile erneuert oder ersetzt werden müssen.

Letztlich entstehen unnötige Kosten und ein unangemessener Ressourcenverbrauch. Daher eignet sich diese Strategie nur für Immobilien, bei denen von keiner hohen Bedarfsanpassung ausgegangen werden muss. Der wesentliche Vorteil von langen Austauschzyklen liegt hingegen darin, dass Nutzungsanpassungen der Immobilie im Rahmen der Bauteilerneuerung relativ einfach vorgenommen werden können und Material und Energie nicht unnötig eingesetzt werden müssen.

A 6.4

33

Kosten

Planen und Bauen in Lebenszyklen

Festlegung der Kosten

Entstehung der Kosten

A 6.5 A 6.6 A 6.7

Planungsabhängigkeiten in den verschiedenen Lebensphasen eines Gebäudes Sanierung der Jahrhunderthalle, Bochum (D) 2003, Petzinka Pink Architekten Jahrhunderthalle Bochum, Klimakonzept: a Prinzip der Schichtlüftung im Winter b Prinzip der Schichtlüftung in der Übergangszeit c Status quo im Winter

Nutzung und Folgekosten

Im Zuge eines immer wichtiger werdenden Facilitymanagements scheint es unabdingbar, künftige Veränderungen des Gebäudes bereits in der Planung zu berücksichtigen. Schwierig gestaltet sich jedoch der Versuch, Aussagen über weitere Entwicklungen im Umfeld einer Immobilie sowie über den Nutzermarkt eines Gebäudes zu treffen. So können beispielsweise über die Häufigkeit des Nutzerwechsels, die Änderung der Nutzungsart, die Intensität der Nutzung als auch über deren Dauer keine fundierten Aussagen getroffen werden. Problematisch sind solche Annahmen insbesondere vor dem Hintergrund der langfristigen Kostenentwicklung einer Immobilie.

Ersichtlich wird dieser Zusammenhang in Abb. A 6.5, da insbesondere die in der Anfangszeit des Lebenszyklus getroffenen planerischen Entscheidungen gravierende Änderungen nach sich ziehen. Generell lässt sich der Lebenszyklus von Gebäuden in fünf verschiedene Phasen unterteilen, in denen unterschiedliche Parameter beachtet werden sollten: • • • • •

Initiierung Planung Realisierung Nutzung Stilllegung

Beeinflussbarkeit der Kosten

Initiierung

Planung

Realisierung

schaftliche Lebensdauer, die die Grundlage für Wirtschaftlichkeitsberechnungen von Investoren und Eigentümern darstellt, orientiert sich an der zu erwartenden Rendite eines Objekts.

Dies wiederum bedeutet, dass die wirtschaftliche und technische Lebensdauer einer Immobilie nicht unbedingt deckungsgleich sind.

Lässt sich ungeachtet der Lage eines Gebäudes nur noch eine verminderte Rendite in Form der Eigennutzung oder eines verminderten Mietzinses erzielen, ist das Ende der wirtschaftlichen Nutzungsdauer erreicht, nicht aber der technischen Lebensdauer des Gebäudes bzw. seiner Komponenten.

Ein äußerst wichtiges Kriterium bei der Beurteilung der Rendite liegt in der Vorhersage der dauerhaften Gebäudenutzung. Gerade bei Wohngebäuden wird aber der demografische Wandel in Deutschland zu wahrnehmbaren Umwälzungen auf dem Wohnungsmarkt führen.

So wird sich die Bevölkerung in Deutschland bis 2050 um mehr als 5 % verringern. Dem prognostizierten Rückgang von ca. 3,4 % in den alten Bundesländern steht laut wissenschaftlichen Berechnungen sogar ein Bevölkerungsrückgang von über 16 % in den neuen Ländern gegenüber. Auch der Anteil der über 60-jährigen, der 2005 bei ca. 25 % lag, wird bis 2020 voraussichtlich auf über 29 % ansteigen [4]. Demnach müssen verschiedene Parameter berücksichtigt werden, um eine qualitative Aus-

Nutzung

Stilllegung

Zeit A 6.5

sage zur Gebäudenutzung treffen zu können.

So kann beispielsweise bei Büroimmobilien in hervorragender Lage von einer stabilen Nutzungsstruktur, bei Gebäuden in Sanierungsgebieten von einer dynamischen Nutzungsstruktur ausgegangen werden. Letztere mündet in der Regel in einer einfacheren Bauweise, da eine kürzere Abschreibungszeit der Investition zugrunde gelegt wird. Neben Gebäuden, wie z. B. die Jahrhunderthalle in Bochum, die auch noch Jahrzehnte über ihre eigentlich prognostizierte Standzeit genutzt wird, gibt es auch Objekte wie die Metastadt Wulfen, deren ca.

100 Wohneinheiten nach nur etwa zehnjähriger Nutzung, also noch weit vor der angesetzten Lebensdauer, wieder abgerissen wurden.

Neben den Aspekten der Rendite sind es oftmals mangelnde Nutzungsqualitäten oder technische Defizite, die zu einem verfrühten Totaloder Teilabbruch führen. Ein Beispiel für ein Gebäude, bei dem es aufgrund einer mangelhaften Gebäudehülle sowie Schwächen in der Nutzungsflexibilität zu einem solchem Teilabbruch kam, ist die Nürnberger Hypothekenbank in Düsseldorf (Abb. A 6.4). Das Ende der wirtschaftlichen Nutzungszeit bedingte in diesem Fall den Abriss einzelner Bauteile vor Ablauf des technischen Lebenszyklus. Nach dem Erarbeiten eines flexiblen Nutzungskonzepts, das einen zeitgemäßen und vor allem zukunftsorientierten Gebrauch gewährleisten

Nur wenn die wechselseitigen Abhängigkeiten sowie die kausalen Zusammenhänge bekannt sind und in die Lebenszyklusbetrachtung einbezogen werden, ist es möglich, zielgerichtet und nachhaltig zu planen, zu bauen und zu wirtschaften.

Da sich aufgrund der unklaren künftigen Entwicklung letztendlich keine richtigen, sondern nur – vor dem Hintergrund der angenommenen Entwicklung – zweckmäßige Entscheidungen treffen lassen, müssen die in den ersten Phasen des Lebenszyklus (Initiierung / Planung) getroffenen Entscheidungen flexible Reaktionen auf unterschiedliche Entwicklungen zulassen. Es handelt sich bei einer Immobilie um ein Gut mit einer sehr langen Lebensdauer, weshalb die Kostenprognose und die wahrscheinliche Abbildung der zukünftigen Geld- und Verbrauchswerte äußerst komplex ist. Die wirtA 6.6

34

Planen und Bauen in Lebenszyklen

a

b

c

sollte, wurden die massiven Brüstungen abgebrochen und die Tragstruktur ertüchtigt. Seit der Sanierung ermöglichen höhere Lastannahmen in Verbindung mit einem anpassungsfähigen leichten Innenausbau und eine innovative Fassade in Zukunft flexibel auf sich ändernde Entwicklungen im Umfeld der Immobilie zu reagieren. So kann das Gebäude bei Bedarf angepasst werden, ohne dass Gebäudeteile noch vor Ablauf des technischen Lebenszyklus abgebrochen werden müssen. Um auch im Bereich der Versorgung auf künftige Nutzungsänderungen entsprechend reagieren zu können, wurde neben der vertikalen auch eine ringförmige, von außen zugängliche Installationsführung vorgesehen. So können Entscheidungen dezentral und nutzerunabhängig getroffen werden, was vor allem bei den sich schnell ändernden Anforderungen an die Medienversorgung einen großen Vorteil bietet.

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine nachhaltige Gebäudeplanung ist ein langer, möglichst absehbarer Nutzungszeitraum, da Massenverschiebungen – wie sie bei Neubauten entstehen – immer mit einem hohen Verbrauch an Ressourcen und Energie verbunden sind. Neben den baubiologischen Aspekten, der Effizienz und des Verbrauchs an Ressourcen sind also insbesondere so genannte Soft Skills – flexible Eigenschaften einer Immobilie (z. B. variale Grundrissnutzung) – von fundamentaler Bedeutung. Verfügt ein Gebäude über solche Parameter, so kann auf nicht vorhersehbare Veränderungen reagiert und dadurch ein wesentlicher Beitrag zur Nachhaltigkeit geleistet werden.

Die Einflussfaktoren, die eine Gebäudeanpassung bedingen, sind sehr unterschiedlich. So können beispielsweise strengere Gesetzgebungen energetische Sanierungsmaßnahmen erforderlich machen oder nutzungsbezogene Anpassungen zu Eingriffen in die Gebäudesubstanz führen.

Da sich die bauliche Aktivität der nächsten Jahre nicht nur in Deutschland verstärkt auf den Bereich der Sanierung und der Umnutzung konzentrieren wird, kann und muss diese Entwicklung auch zum Anlass genommen werden, darüber nachzudenken, welche Soft Skills Gebäude aufweisen müssen. Nur eine Immobilie

mit flexiblen Eigenschaften lässt sich optimal an ein verändertes Umfeld und an daraus resultierende Anforderungen hinsichtlich der Umgestaltung anpassen.

der Umbau der Bochumer Jahrhunderthalle in die so genannte Montagehalle für Kunst (Abb. A 6.1 und 6). Dieses Gebäude wurde ursprünglich für eine im Jahr 1902 in Düsseldorf stattfindende Messe konzipiert und ein Jahr später nach Bochum transloziert, um dort als Industrieanlage genutzt zu werden. 1968 erfolgte die Stilllegung, bis 2002 diente das Gebäude als Lagerhalle, danach wurde es zu einer Aufführungsstätte für Theater und Konzerte mit innovativer Gebäudetechnik umgebaut. Diese lebenszyklusgerechte Nachnutzung konnte realisiert werden, da der Bau in seiner Planung entsprechend flexibel konzipiert worden war.

Um den thermischen Komfort in diesem Hallenensemble nachhaltig und effizient sicherzustellen, erhielt das Gebäude eine neue und erstmals dort eingesetzte Schichtlüftung, die nach dem Prinzip einer Inversionswetterlage arbeitet (Abb. A 6.7 a– c). So gelang es, das Gebäude unter Berücksichtigung von intelligenter Haustechnik einer neuen Nutzung und einem dritten Lebenszyklus zuzuführen.

Die Beachtung von Soft Skills bei einer lebenszyklusgerechten Planung erschließt somit ein Potenzial, das es ermöglicht, Gebäude in Zukunft nicht nur ökonomischer, sondern auch energieeffizienter und nachhaltiger zu planen, zu bauen und zu betreiben. So sagte schon der im 16. Jahrhundert tätige französische Architekt Philibert de L’Orme: »Der gute Architekt verfügt über drei Augen, vier Ohren und vier Hände (…). Was er zu sagen hat, betrifft Lehren aus der Vergangenheit, Beobachtungen der Gegenwart (und) Voraussicht in die Zukunft (…)« [6].

Metamorphose und Nachnutzung

In der Natur sind angepasste zyklische Entwicklungen im Sinne einer Metamorphose durchaus üblich. Lebewesen, die beispielsweise eine Metamorphose durchlaufen, zeichnen sich in jedem Stadium durch eine optimale Anpassung an ihr Umfeld aus. Da sich die Rahmenbedingungen in unserer Gesellschaft und dementsprechend auch für unsere architektonische Umwelt ständig ändern, müssen Gebäude in gewissen Grenzen wandel- und adaptierbar sein. Nur wenn sie das sind, beinhaltet eine architektonische Aussage ein Potenzial im Sinne der Nachhaltigkeit, das es ermöglicht, die Immobilie nach Beendigung des angedachten Lebenszyklus ohne vollständigen Verlust der vorher eingebrachten Energie in einen neuen Lebenszyklus zu überführen. Sofern eine Immobilie also über entsprechende Soft Skills verfügt, lässt sich eine solche Metamorphose ohne hohen Energie- und Ressourcenverbrauch problemlos durchführen – denn »Energie ist durch gute Architektur substituierbar«, sagte schon Richard Buckminster Fuller [5].

Ein eklatanter Vorteil solcher sich ablösender Lebenszyklen liegt zweifelsfrei in der Frage des Recycling. Das standardisierte Verwerten eines Gebäudes, dessen Lebenszyklus ausläuft, ist idealerweise mit dem Recycling der einzelnen Rohstoffe verbunden, wobei in der Regel im großen Maßstab ein »Downcycling« erfolgt, d. h. ein großer Anteil des zuvor verbauten Materials kann nicht mehr in der gleichen Qualität wiederverwendet werden, sodass nur Anteile primärer und sekundärer Baumaterialien ersetzt werden können. Der Erhalt und die Nachnutzung der Gebäudesubstanz sind dem Abbruch und anschließenden Neubau aufgrund der Energieeffizienz und der Nachhaltigkeit unbedingt vorzuziehen. Ein solches Konzept der lebenszyklusgerechten Nachnutzung ist aber wiederum nur realisierbar, wenn Gebäude über entsprechende Soft Skills verfügen.

Ein Beispiel für eine lebenszyklusgerechte Nachnutzung im Sinne einer Metamorphose ist

A 6.7

Anmerkungen: [1] Wübbenhorst, Klaus: Konzept der Lebenszykluskosten. Darmstadt 1984 [2] Herzog, Kati: Lebenszykluskosten von Baukonstruktionen. In: Darmstädter Nachhaltigkeitssymposium 2003 [3] Bundesamt für Konjunkturfragen: Impulsprogramm IP Bau, Alterungsverhalten von Bauteilen. Bern 1994 [4] Roth, Karin: Wo stehen wir? In: Der Lebenszyklus von Wohngebäuden. Hrsg. von der Bundesingenieurkammer. Veranstaltungsdokumentation Hamburg Sept. 2006 [5] Tichelmann, Karsten; Pfau, Jochen: Entwicklungswandel Wohnungsbau. Wiesbaden 2000, S. 230 [6] ebd., S. 218

35

Teil B

1

Planung

Grundlagen

2 Stadtraum und Infrastruktur

Abb. B

3

Gebäudehßlle

4

Technik

5

Material

6

Strategien

Luftbild von Venedig (I)

37

Gebäudehülle

B 3.1

B 3.1

B 3.2

82

semitransparente Solarzellen in der Fassade, Seilbahnstation, Lech am Arlberg (A) 2002, Hans Riemelmoser Gebäudehülle: Einflussfaktoren, Eigenschaften und Funktionen

Die Hülle eines Gebäudes definiert die Trennung zwischen innen und außen, sie prägt das äußere Erscheinungsbild des Bauwerks und kommuniziert mit ihrem Umfeld. In der Entwicklungsgeschichte der Gebäudehülle stehen daher gestaltprägende Merkmale, Proportion, Materialität und kulturelle Bedeutungen im Vordergrund. Ihr funktionaler Nutzen besteht primär darin, das Bauwerk vor Wind, Niederschlag und Sonneneinstrahlung zu schützen. Mit zunehmenden Behaglichkeitsanforderungen übernimmt die Gebäudehülle jedoch auch eine komplexere klimaregulierende Funktion.

Durch die steigende Bedeutung des Energieverbrauchs von Bauwerken rückt die Gebäudehülle – und hierbei besonders die Fassade – verstärkt in den Mittelpunkt gestalterischer und technischer Überlegungen. Die Außenflächen eines Bauwerks prägen wesentlich dessen energetisches Verhalten. Das gilt sowohl für die Optimierung des Wärmetransports zwischen innen und außen als auch für die dezentrale Energieerzeugung über die Gebäudehülle (Abb. B 3.1).

Parallel hierzu nimmt das Bewusstsein einer nachhaltigen Verwendung von Ressourcen zu.

Die Wahl der Hüllmaterialien definiert in erheblichem Maße sowohl den Energieaufwand für die Erstellung des Gebäudes als auch die Folgeaufwendungen, z. B. für Betriebsenergie, Reinigung oder Instandhaltung (siehe Material, S. 165). Weitere Aspekte der Nachhaltigkeit sind Lärm- und Sichtschutz, die Dauerhaftigkeit der Materialien und die Rückbaufähigkeit.

Nutzung Aufgabe der Gebäudehülle ist es, für die jeweilige Nutzung sichere, gesunde und behagliche Innenraumverhältnisse zu schaffen, wobei sich die Rahmenbedingungen zum Teil erheblich unterscheiden. Für Wohngebäude bestehen prinzipiell andere Anforderungen als für Büroräume oder Museen, Theaterräume und Produktionshallen. Allein aufgrund der Nutzung können rechtliche Vorgaben, z. B. ein hoher Luftaustausch oder Beleuchtungsstärken, eine entsprechende Ausbildung der Gebäudehülle bewirken.

Die angestrebte Behaglichkeit umschreibt eine subjektive Wahrnehmung, die von einer Vielzahl unterschiedlicher Einflussfaktoren bestimmt wird (siehe Grundlagen, S. 55). Bei allen Überlegungen zur Energieoptimierung von Gebäudehüllen sind die nutzerspezifischen Anforderungen sowohl elementare Bedingung als auch zugleich Ziel. Ein tragfähiges Konzept beinhaltet die Synthese aller relevanten Parameter und stellt den Nutzer in den Mittelpunkt der Betrachtung. Gerade bei Gebäuden, deren Energiekonzept auf ein enges Zusammenwirken mit den äußeren Einflüssen basiert, ist es erforderlich und auch zulässig, die subjektiven Anforderungen des Nutzers zu hinterfragen. So ist eine zeitlich begrenzte Abweichung von den idealen Kennwerten oftmals sinnvoll, wenn dadurch die unterstützende Klimatechnik reduziert werden kann. Zudem stellen statische, unabhängig vom Wetter herrschende Innenraumbedingungen nicht zwingend ein Optimum für das menschliche Wohlbefinden dar.

Entwurfsbestimmende Faktoren

Klimatische Aspekte In der frühen baugeschichtlichen Entwicklung haben sich in den unterschiedlichen Klimazonen der Erde Bauformen und Konstruktionen entwickelt, die in engem Zusammenhang mit den ortsspezifischen klimatischen Gegebenheiten stehen. Im Gegensatz dazu ist die Architektur des »International Style« vielfach dadurch geprägt, dass umfangreiche technische Systeme die gewünschten Innenraumbedingungen an jedem beliebigen Standort mit entsprechendem energetischen Aufwand gewährleisten.

Die Planung energieeffizienter Gebäude erfordert einen sensiblen Umgang mit den spezifi-

An die Gebäudehülle als energetische Schnittstelle zwischen Umweltbedingungen und raumklimatischen Bedürfnissen der Nutzer werden zahlreiche Anforderungen gestellt (Abb. B 3.2).

Die daraus abzuleitenden Aufgaben führen in vielen Fällen zu Zielkonflikten, wie z. B. zwischen Ausblick, Tageslichtnutzung und Sonnenschutz. Neben gestalterischen Vorstellungen und ökonomischen Kriterien unterliegt die Entwicklung von Gebäudehüllen komplexen Bedingungen, die jeweils objektspezifisch zu optimieren sind. Allgemein lassen sich hierfür folgende Themenfelder beschreiben:

Gebäudehülle

schen makro- und mikroklimatischen Bedingungen. Neben Einsparungen bei technischen Systemen und reduziertem Energiebedarf steht insbesondere die erhöhte Behaglichkeit im Mittelpunkt. Die technischen und materialbezogenen Eigenschaften der Außenflächen übernehmen dabei eine Schlüsselfunktion. Eine genaue Analyse der klimatischen Kennwerte ist daher eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung einer standortgerechten Gebäudehülle.

Konstruktion Die Ausbildung der Hülle kann durch die Art der Gebäudekonstruktion beeinflusst sein.

Hierbei ist entscheidend, ob die Außenhaut eine tragende Funktion übernimmt oder ob sie frei von primären statischen Anforderungen ist.

Materialwahl und Konstruktion bedingen sich dementsprechend gegenseitig. Überwiegen im Wohnungsbau weitgehend massive Außenwände mit klimaregulierender Wirkung, sind bei vielen zeitgenössischen Verwaltungsgebäuden Trag- und Hüllfunktion getrennt, oftmals in Verbindung mit großflächiger Verwendung von Glas. Transparente Flächen bedürfen besonderer Sorgfalt bei der Planung, weil sie in der Regel vielfältige Funktionen zu erfüllen haben und unerwünschte Nebenwirkungen entfalten können. Um diese zu bewältigen, sind sie daher meist ergänzt durch unterstützende Systeme wie öffenbare Elemente, Sonnenschutz, Blendschutz etc.

Ein zunehmend wichtiger Aspekt ist die Integration dezentraler Haustechnik in die Gebäudehülle. Hier steht inzwischen eine umfangreiche Auswahl zur Verfügung, die von Stellmotoren für die automatische Nachtluftkühlung über vollautomatisch regulierte Sonnenschutzsysteme bis hin zu Fassadenlüftungsgeräten und aktiven Solarelementen reicht. Hierbei sind unterschiedliche Dauerhaftigkeiten von Hüllsystemen und technischen Komponenten zu beachten. Eine nachträgliche Verbesserung der energetischen Eigenschaften ist bei der Gebäudehülle zudem mit hohem Aufwand verbunden. Es macht deshalb Sinn, bei Neubauwie Sanierungsmaßnahmen die weitere Entwicklung von Komfortansprüchen und der Energiebereitstellung abzuschätzen und möglichst entsprechend hohe Standards zu realisieren.

Rechtliche Anforderungen Die Planung wird zunehmend durch rechtliche Grundlagen beeinflusst. Zahlreiche Dokumente beinhalten Vorgaben und Empfehlungen bezüglich der energetischen Eigenschaften der Gebäudehülle. Die entsprechenden Gesetze werden von Bundes- oder Landesregierungen erlassen und bilden oftmals die Grundlage für darauf aufbauende Verordnungen oder Richtlinien. Verordnungen dienen der Präzisierung von Gesetzen und verweisen zudem auf zahlreiche Normen. Ein Beispiel für Deutschland ist

äußere Einflussfaktoren

Gebäudehülle

hier die Energieeinsparverordnung (EnEV), die auf dem Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäuden (EnEG) basiert und konkrete Vorgaben zum maximal zulässigen Primärenergiebedarf von Gebäuden umfasst (siehe Strategien, S. 183). Die für die Gebäudehülle wesentlichen gesetzlichen Regelungen sind im Anhang aufgeführt (siehe S. 268) Historische Entwicklung

In warmen Klimazonen wurden Bauten von Beginn an konstruktiv in Tragwerk (z. B. Holzstützen) und Gebäudehülle (z. B. Tierfelle) aufgeteilt. In den gemäßigten und kalten Klimazonen überwogen demgegenüber massive Außenwände, die zugleich statische Funktionen übernahmen (z. B. Mauerwerk). Diese beeinflussten durch konstruktiv bedingte kleine Öffnungen und ihre hohe Speichermasse maßgeblich das Innenraumklima.

Insbesondere Naturwissenschaftler trugen im 19. Jahrhundert über bauphysikalische Erklärungen der Funktionsweise von Gebäudehüllen zur weiteren Entwicklung bei. Der Franzose Jean Fourier stellte um 1820 eine Theorie über die Wärmeleitung in festen Körpern auf und prägte mit den Begriffen »Wärmefluss«, »Temperaturgefälle« und »Wärmeleitfähigkeit« unseren heutigen Sprachgebrauch. Im Jahre 1828 führte dann der ebenfalls aus Frankreich stammende Physiker Jean Claude Eugène Péclet den k-Wert (heute U-Wert in W / m2K, siehe

innere Einflussfaktoren

Licht

Eigenschaften

thermisch

Solarstrahlungsintensität Solarstrahlungswinkel Beleuchtungsstärke Horizont umgebende Bebauung Vegetation

Transparenz Transluzenz Opazität Wärmeleitfähigkeit Gesamtenergiedurchlassgrad Gewicht Schalldämmmaß Speicherfähigkeit Dampfdiffusionswiderstand

Raumlufttemperatur mitt. Raumumschließungstemperatur Oberflächentemperaturen Zulufttemperatur Zuluftgeschwindigkeit Raumluftfeuchte, Zuluftfeuchte Luftbewegung

Luft

akustisch Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit Luftgeschwindigkeit Windrichtung Luftqualität Schall Niederschlag Erde Erdreichtemperatur Erdreichfeuchtigkeit Erdreichspeichermasse

Schutzfunktionen Wasserschutz Windschutz winterlicher Wärmeschutz sommerlicher Wärmeschutz Sonnenschutz Blendschutz Lärmschutz Sichtschutz Einbruchschutz

Versorgungsfunktionen Beleuchtung Belüftung Ausblick Einblick passive Wärmegewinne aktive Wärmegewinne solare Stromgewinne

Geräuschpegel Schallbelastung Nachhallzeiten

visuell Direktstrahlung Lichtwinkel Beleuchtungsstärke Leuchtdichteverteilung Kontrast, Blendung Tageslichtquotient Tageslichtautonomie Farbwiedergabe, Außenbezug Ausblick olfaktorisch Luftwechsel Luftqualität B 3.2

83

Gebäudehülle

1800 • Einführung der Begriffe Wärmefluss, Temperaturgefälle und Wärmeleitfähigkeit • Einführung des k-Werts als Kennwert für die Wärmeleitfähigkeit (heute U-Wert)

1850 • Kristallpalast in London (GB) • Einführung des Begriffs Wärmeverlust durch Transmission und Lüftung • Patent für Isolierverglasung • erste solare Luftkollektorfassade (USA) 1900

• erste Doppelfassade: Produktionshalle Steiff (D) • Patent für Dämmelemente aus Kork • erste vorgehängte Glasfassade Halladie Building, San Francisco (USA) • Marktreife von Isolierglas • Erfindung des Sonnenschutzglases

1950

• Entwicklung von mineralischen Dämmstoffen • Entwicklung Wärmedämmverbundsystem • Einführung des Begriffs Bauphysik • Entwicklung der Trombewand • Passivhaus • Plusenergiehaus

2000 B 3.3

Material, S. 150, Abb. B 5.12) als Koeffizient für die Durchlässigkeit von Wärme eines Körpers ein [1]. Im energetischen Sinn besteht die Gebäudehülle im einfachsten Fall aus sechs Flächen. Diese sind entsprechend ihrer jeweiligen inneren und äußeren Anforderungen differenziert zu betrachten. Waren Dach und Bodenplatte fast ausschließlich funktional bestimmt, wurde die Fassade als »kommunizierendes« System schon immer auch unter gestalterischen Gesichtspunkten entwickelt.

Für die europäische Architektur waren in diesem Zusammenhang vor allem die Entwicklungen in der Glastechnologie und Eisenherstellung von Bedeutung. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts entstand mit dem Kristallpalast in London einer der Höhepunkte der Glasarchitektur. Fast zeitgleich wurde in den USA das erste Patent für Isolierverglasungen erteilt.

Auch vielfach unbeachtete Teile der Gebäudehülle sind in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung: die Flächen gegen Erdreich.

Für die Außenwirkung unbedeutend, übernehmen sie in der Wärmebilanz eines Bauwerks eine wichtige Funktion.

Im Sinne der thermischen Behaglichkeit wurde der Wärmeschutz über Außenwände schon im 19. Jahrhundert thematisiert. Die bauphysikalische Funktion als Bauteilschutz wurde mit der Entwicklung mehrschichtiger Gebäudehüllen aus unterschiedlichen Materialien relevant. Erst später erhielten im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch wirtschaftliche und dann auch ökologische Aspekte ihren heutigen Stellenwert (Abb. B 3.3).

Das 20. Jahrhundert Die Architekturentwicklung zu Beginn des 20. Jahrhunderts war geprägt durch das Streben nach filigranen Konstruktionen und dem großflächigen Einsatz von Glas, wie es z. B. Walter Gropius bei den Fagus-Werken eindrucksvoll demonstrierte (Abb. B 3.4) und Ludwig Mies van der Rohe in seiner Vision für ein gläsernes Hochhaus in Berlin formulierte. Eine differenzierte Betrachtung der Gebäudehülle wurde Anfang des 20. Jahrhunderts durch den Ingenieur Ludwig Dietz ermöglicht, der für mehrschichtige und inhomogene Bauteile einen mittleren k-Wert definierte [1]. Das Stre-

B 3.4

84

B 3.5

ben nach großflächigen Verglasungen zur Optimierung der Tageslichtverhältnisse im Innenraum bewirkte aufgrund der damals unzureichenden physikalischen Eigenschaften der Verglasung jedoch überwiegend eine Verschlechterung der thermischen Behaglichkeit.

Zudem führten hohe Transmissionswärmeverluste in der Heizperiode und übermäßige Wärmeeintragungen im Sommer zu hohem Energieverbrauch. Die unzureichend gedämmten opaken Außenbauteile trugen zusätzlich zum hohen Heizwärmedarf bei. Als Folge daraus wurde in den 1970er-Jahren in Deutschland das »Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäuden (EnEG)« verabschiedet. Dies war die Grundlage für die 1977 inkraftgetretene Wärmeschutzverordnung (WSVO), in der erstmals verbindlich definierte maximale k-Werte für Außenbauteile beheizter Gebäude gefordert wurden.

Parallel hierzu rückte der Wunsch wieder ins Blickfeld, die Energie der Sonne verstärkt für die Raumbeheizung heranzuziehen. Die elementaren Regeln zur passiven Nutzung der Solarstrahlung mündeten im Wohnungsbau der 1980er-Jahre in eine Epoche von Experimentalbauten, die, nach Süden orientiert und mit hohem Verglasungsanteil und Speichermasse ausgestattet, den Begriff »Solararchitektur« manifestierten. Es zeigte sich jedoch bald, dass eine Maximierung der passiven Solargewinne allein nicht die gewünschten Ergebnisse erzielte. Deutlich größere Erfolge verzeichneten Maßnahmen zur Minimierung der Wärmeverluste durch die Gebäudehülle, die schließlich den Heizwärmebedarf zum kleinsten Posten in der Nutzenergiebilanz schrumpfen ließen, wie es z. B. beim ersten Passivhaus in Deutschland bereits zu Beginn der 1990er-Jahre demonstriert wurde (Abb. B 3.5).

Aktuelle Tendenzen Parallel zu den realisierten Forschungsbauten wurden bereits seit den 1980er-Jahren Softwareprogramme entwickelt, die von der Erstellung einfacher Energiebilanzen bis zur komplexen Energie- und Strömungssimulation den gesamten Entwicklungsprozess begleiten und beeinflussen können. Wärmeleitung, -strahlung und -konvektion sind dreidimensional und mit

B 3.6

Gebäudehülle

mehreren Zonen abbildbar, unter Berücksichtigung dynamischer Veränderungen der äußeren und inneren Randbedingungen. Dies hat entscheidend dazu beigetragen, das thermodynamische System »Gebäudehülle« mit hoher Planungssicherheit entwickeln und gestalten zu können (Abb. B 3.6). Eine besondere Bedeutung erlangen diese Möglichkeiten bei energetischen Sanierungsmaßnahmen im Gebäudebestand, für die erheblicher Nachholbedarf besteht. Die energetische Verbesserung bestehender Gebäudehüllen stellt im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung eine herausragende Aufgabe dar. Hier ist kurzfristig das größte Einsparpotenzial erschließbar, da wenige Neubauten einer große Masse an Bestandsgebäuden gegenüberstehen, die maßgeblich den Energiebedarf der nächsten Jahrzehnte bestimmen wird. (siehe Stadtraum und Infrastruktur, S. 63, Abb. B 2.2)

Ziel

Teilziel

Wärme erhalten und gewinnen

Konzept

Flächenoptimierung und Hüllengeometrie

Kompaktheit, Zonierung, thermische Hülle

Wärmedämmung opaker Bauteile

Materialwahl, Dämmung, Wärmebrücken

Wärmedämmung transparenter Bauteile

Verglasungsanteil, Glasqualität

passive Nutzung der Solarstrahlung

Pufferzonen, TWD, Speichermasse

Minimierung der Lüftungswärmeverluste

Energieeffiziente Gebäudehüllen

Eine energieeffiziente Planung der Gebäudehülle zeichnet sich dadurch aus, dass die geforderten klimatischen Innenraumbedingungen ganzjährig mit geringem Energiebedarf und möglichst weitgehend ohne aufwendige Energieversorgungstechnik sicherzustellen sind. Sie setzt eine genaue Analyse der klimatischen Rahmenbedingungen und des Nutzungsprofils im Zusammenspiel aller o. g. Teilaspekte voraus. Eine energetisch optimierte Gebäudehülle verfügt über eine maximierte passive Leistungsfähigkeit und stellt somit die Basis zukunftsfähiger Energiekonzepte dar.

Darüber hinaus kann sie durch eine Integration aktiver Solartechnologie einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung des Gebäudes leisten. Die Gebäudehülle ist daher auch in enger Verflechtung mit der Energieversorgungstechnik zu entwickeln.

Für eine energieeffiziente Planung von Gebäudehüllen steht heute eine große Anzahl von Materialien, Hüllsystemen und Technologien zur Verfügung. Angelehnt an die zehn Bausteine des energieoptimierten Bauens (siehe Grundlagen, S. 61) sind im Folgenden die einzelnen Ziele, Konzepte und Maßnahmen erläutert (Abb. B 3.7). Diese gliedern sich nach den fünf Energiethemen – Wärme, Kälte, Licht, Luft, Strom – und geben somit einen strukturierten Überblick zu den prinzipiell möglichen Optimierungsansätzen.

B 3.3 B 3.4 B 3.5 B 3.6 B 3.7

energetisch relevante Aspekte der Gebäudehülle im zeitlichen Kontext Fagus-Werke, Alfeld / Leine (D) 1911, Walter Gropius erstes Passivhaus in Deutschland, Darmstadt (D) 1991, Bott, Ridder, Westermeyer Wohngebäude Mühlheim (D) 2005, Pfeifer Roser Kuhn Ziele, Konzepte und Maßnahmen zur energetischen Optimierung von Gebäudehüllen

aktive solarthermische Energiegewinnung

Reduktion der Wärmetransmission

Überhitzung vermeiden

Reduktion der solaren Einstrahlung

Speichermasse und Lüftung

Gebäudehülle optimieren

Maßnahmen

Luftwechselrate, Wärmerückgewinnung, Luftvorerwärmung, Luftdichtheit Dachkollektor, Fassadenkollektor

Wärmedämmung, Oberflächentemperatur, Phasenverschiebung konstruktive Maßnahmen, Spezialverglasungen, Sonnenschutzsysteme thermische Entspeicherung, Luftvorkonditionierung

freie Lüftung

Fensterlüftung, Windnutzung, thermischer Auftrieb

maschinelle Fassadenlüftung

Brüstungselemente Unterflurkonvektoren Zargenlüftung

dezentral Lüften

geometrische Optimierung

Baukörper- und Raumgeometrie, Verglasungsanteil, Verglasungsanordnung

Tageslicht nutzen

Strom gewinnen

Tageslichtsysteme

Transparenz, Transluzenz, Reflexion, Umlenkung, Lichtstreuung, Lichttransport

Gebäudehüllen mit Photovoltaik

Photovoltaikfassade, Photovoltaikdach, solarer Sonnenschutz

Solartechnik und Gebäudehülle

Solartechnik und Entwurfskonzeption

Entflechtung, Verflechtung, Verschmelzung

Addition, Integration, Adaption B 3.7

85

Teil C

Abb. D

Gebaute Beispiele im Detail

01

Buzzi e Buzzi; Wohnhaus in Gerra Gambarogno

(CH)

02

Walter Unterrainer; Wohnhaus in Satteins

(A)

03

Brendeland & Kristoffersen; Wohnbebauung in Trondheim

(N)

04

Thomas Hillig; Sanierung eines Wohnhauses in Berlin

(D)

05

pos architekten, Treberspurg & Partner; Schutzhütte am Hochschwab

(A)

06

Siegfried Delueg; Fernheizwerk in Sexten

(I)

07

Felix Jerusalem; Strohhaus in Eschenz

(CH)

08

Dietger Wissounig; Altenwohn- und Pflegeheim in Steinfeld

(A)

09

Kränzle + Fischer-Wasels, Klotz + Knecht; Mehrgenerationenhaus in Darmstadt (D)

10

Allmann Sattler Wappner; Sporthalle in Tübingen

(D)

11

Jourda et Perraudin, Hegger Hegger Schleiff; Fortbildungsakademie in Herne

(D)

12

Arup Associates; Schule in Ladakh

(IND)

13

Lapointe Magne & AEdifica; Hotel- und Tourismusinstitut in Montreal

(CDN)

14

pfeifer. kuhn. architekten; Institutsgebäude in Freiburg

(D)

15

Bob Gysin + Partner; Institutsgebäude in Dübendorf

(CH)

16

Hascher Jehle Architektur; Bürogebäude in Landshut

(D)

17

Behnisch, Behnisch & Partner; Verwaltungsgebäude in Cambridge

(USA)

18

Herzog + Partner; Konferenz- und Ausstellungsgebäude in Osnabrück

(D)

19

Bill Dunster architects; Wohn- und Büroanlage in London

(GB)

20

sauerbruch hutton; Umweltbundesamt in Dessau

(D)

Luftbild eines Schulhofs in Cornwall (GB)

199

Beispiel 15

Institutsgebäude Dübendorf, CH 2006 Architekten: Bob Gysin + Partner, Zürich Mitarbeiter: Rudolf Trachsel, Marco Giuliani, Daniel Leuthold, Reto Vincenz Tragwerksplanung: Henauer Gugler, Zürich Energiekonzept: 3-Plan Haustechnik, Winterthur

Auf dem Forschungsgelände der ETH Zürich hebt sich der Kubus des Instituts für Wasserforschung durch seine Hülle aus siebbedruckten, blauen Glaslamellen ab. Unterbrochen wird seine homogene Struktur von einem eingeschobenen Vorbau aus Sichtbeton, der den Eingang markiert. Mit einem Gebäudevolumen von 38 500 m3 gilt das kompakte Verwaltungsgebäude als eines der größten Nullenergiehäuser in Europa. Mithilfe zahlreicher dynamischer Simulationen (Lüftung, Thermik, Beschattung, Rauch) gelang es, die Temperatur ohne aktive Kühlung und konventionelle Heizung zwischen 20 und 26,5 C zu halten.

Den Kern bildet das innen liegende, überhöhte Atrium, um das sich Büros, eingeschobene Sitzungszimmer und Vortragssäle gruppieren. Über sein Glasdach lässt das Atrium Tageslicht in das Gebäudeinnere und fungiert als Klimapuffer. In den warmen Monaten wird nachts die in den Massivbauteilen wie Betondecken, Steinholzböden und Lehmwänden gespeicherte Wärme über geöffnete Lüftungsklappen in den Büros an das Atrium abgegeben und über das Dach abgeführt. In den Wintermonaten wird die Speicherwärme in den Bauteilen genutzt und langsam an das Gebäude abgegeben. Die Glaslamellen der äußeren Hülle steuern den Strahlungseinfall; die innere, dichte Gebäudehülle aus vorfabrizierten, hoch wärmegedämmten Holzelementen verhindert unerwünschtes Durchdringen von Wärme und Kälte. Die Frischluftzufuhr, das Ableiten von Schadstoffen und der Wärmeausgleich wird über die zentrale Lüftungsanlage geregelt. Die Außenluft durchläuft dabei die Stationen Erdregister, Wärmerückgewinnung und Luftfilter. Ein Drittel des Strombedarfs wird durch die Photovoltaikanlage auf dem Dach gedeckt, weitere elektrische Energie wird über das Gesamtnetz des Areals bezogen. Über die extensiv begrünten Dachflächen wird Regenwasser gesammelt und als WC-Spülung verwendet. º Werk, Bauen und Wohnen 11 / 2006

240

aa

a

a

Institutsgebäude

6 Schnitt • Grundrisse Erdgeschoss 1. Obergeschoss Maßstab 1:750 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 5

2

3

4 5 6

Bodenaufbau: Hartsteinholz 10–12 mm Zementüberzug mit Glasfaserarmierung 70–68 mm Trittschalldämmung 20 mm Stahlbetondecke schlaff armiert 360 mm Wandaufbau, U = 0,114 W/m2K: Faserzementplatte 8 mm Lattung 40/60 mm Konterlattung 40/60 mm / Hinterlüftung 40 mm Dichtungsbahn diffusionsoffen Wärmedämmung Mineralwolle 180 mm Holzfaserplatte diffusionsoffen 15 mm Dämmung Mineralwolle 120 mm Gipsfaserplatte 15 mm Dampfbremse PE-Folie Mineralfaserdämmplatte 30 mm Akustikplatte MDF-Platte gerillt 17 mm Fensterelemente: Holzrahmen Fichte Isolierverglasung Float 6 + SZR 12 + ESG 5+ SZR 12 + Float 4 mm, U = 0,5 W/m2K Flachstahl ¡ 150/10 mm feuerverzinkt Glaslamelle mit Siebdruck Photovoltaikelement

3 1

4

2

241

Beispiel 15

4

3

1 2 A

4

B

Raumluftschema A Lüftung B Nachtauskühlung

1 2

Frischluftspeicher Erdregister Lüftungszentrale

3 4

Fortluft mit Wärmerückgewinnung Natürliche Entlüftung / Abluft

Thema

Qualitative Merkmale

Kennwert / Indikator

Standortqualität

Energieangebot: Fernwärme KWK (Energiebezug nur bei sehr niedrigen Außentemperaturen); zentrales Kältenetz Grundversorgung / Nutzungsmischung: Tagesstätte für Kinder von Beschäftigten auf dem Grundstück Nutzung: Standortwahl ergänzt sinnfällig bestehendes Forschungsareal der EAWAG und EMPA Mobilität: Reduktion von Pkw-Stellplätzen (sechs Besucherparkplätze, keine Neuausweisung)

• Globalstrahlung: 1300 kWh / m2a • Dichte: 1671 EW / km2 • Entfernung ÖPNV: 200 m (Straßenbahn, geplant); 700 m (S-Bahn)

Objektqualität Erschließung / Kommunikation

Verkehr: Areal öffentlich zugänglich; gute Wegevernetzung mit benachbarten Gebäuden; markanter Haupt- • Fahrradabstellplätze: 60 m2 eingang Soziale Kontakte: Atrium bietet Orientierung und Raum für informelle Gespräche; Restaurant; • BGF Neubau: 8533 m2 Bibliothek; Seminar- und Vortragsräume Zugänglichkeit und Nutzbarkeit: alle Geschosse barrierefrei • Dachbegrünung: 55 %überbaute Fläche erschließbar, mit Behinderten-WCs • Lüftung: maschinell 100 %NF • U-Werte Gebäudehülle1 [W / m2K]: Grundstück Grundstücksfläche: kompakter Baukörper Freifläche: naturnah gestalteter Freiraum, heimische Vegetation; D: 0,10 / A: 0,11 / F: 0,7 / B: 0,13 geplante Renaturierung des angrenzenden Chriesbach; geringer Versiegelungsanteil; offene Wasserfläche • Baukosten KG 300 – 400 2: 13 430 000 ™ Gestaltung Baukultur: zukunftsweisendes Nachhaltigkeitskonzept, Reduktion Primärenergie um Faktor 4 (entsprechend • Baukosten: 1575 ™ / m2BGF Vision 2000-Watt-Gesellschaft) Personalisierung: identitätsstiftender, offener Innenraum für Kommunikation • Heizwärmebedarf: 14,4 kWh / m2a Wohlbefinden / Sicherheit: gute Sichtverbindungen; umlaufende Fluchtbalkone; Sprinkleranlage Schall: Schallschutzgläser • Primärenergiebedarf (Q) Heizung und Gesundheit zwischen Büros / Atrium, schallabsorbierende Bürotrennwände (perforiert) Licht: lichtlenkende GlaslamelWarmwasserbereitung: 2,7 kWh / m2a len; separater Blendschutz; Büros zweiseitig belichtet Raumluft: Erdkanal; maschinelle Zu- und Abluft • Q Kühlung: 1,2 kWh / m2a Raumklima: außen liegender Sonnenschutz; offene Speichermassen; z. T. Lehmtrennwände; Nachtlüftung • Q Elektroenergiebedarf: 48,6 kWh / m2a Gebäudesubstanz Bausubstanz: sehr dauerhafte Bodenbeläge (Steinholz) und Wetterschutzschicht (Glaslamellen) Gebäude• Deckungsrate ern. Energien: 46 % struktur / Ausbau: Skelettbau; flexible Bürogrundrisse; konsequente Trennung von Tragwerk / Ausbau / TGA • solaraktive Flächen: Solarthermie 50 m2, PV 459 m2 Betriebs- und Betrieb und Instandhaltung: sehr niedrige Energie- und Betriebskosten Instandsetzung: gut zugängliche Unterhaltskosten Schächte, flexible Installationen; Auswahl wartungsarmer Materialien und Oberflächen • barrierefrei Baustoffe Rohstoffe / Verfügbarkeit: Recyclingbeton; elementierte Holzaußenwände; Lehmtrennwände Umweltbelas• Wettbewerb tung: geringer Primärenergiegehalt (43 201 GJ); Vorgabe 5000 MJ / m2BGF Schadstoffe: Einzelprüfung aller • emissionsarme bzw. -freie Baustoffwahl Baustoffe; Verzicht auf Lösemittel Rückbau: Rückbaukonzept Bestandteil der Entwurfsplanung • Baustoffkataster Betriebsenergie Gebäudeheizung: minimierte Transmissionswärmeverluste durch Kompaktheit, hohen Dämmstandard, luft• Rückbaukonzept dichte Hülle, thermische Zonierung (Büros 20 °C, Verkehrsflächen 18 °C); Pufferzonen; keine konventionelle • Regen- / Grauwassernutzung Heizanlage (Zulufterwärmung, Nutzung der Serverabwärme); Abluftanlage mit WRG Gebäudekühlung: nachgeführter Sonnenschutz; Nachtauskühlung; hohe Speicherkapazität; vorkonditionierte Zuluft; Kühldecken in Seminarräumen Luftförderung: minimierter Luftwechsel Beleuchtung: Tageslichtsensoren; Präsenzmelder Sonst. elektr. Verbraucher: energieeffiziente Geräte Energiebedarfsdeckung: 80 Erdkanäle à 20 m; Ertrag Vakuumröhrenkollektoren 24 000 kWh / a, PV 60 300 kWh / a Infrastruktur Wasser: Gründach; Wassergarten; wasserlose Urinale; No-Mix-Toiletten (Regenwassernutzung) • nachhaltigkeitsorientierte Benchmarks Prozessqualität Nachhaltiges Bauen: Modellprojekt; vorbildliche Wettbewerbsvorgaben: Ressourcenschonung, »Nullener• Simulationsverfahren giegebäude«, Strombedarfsdeckung PV 33 %, Regenwassernutzung Integrale Planung: seit Wettbewerb; • Monitoring frühzeitige Einbindung Generalunternehmer Analysen: umfangreiche Simulationen Monitoring: 2 Jahre 1 D: Dach (im Mittel) / A: Außenwände (im Mittel) / F: Fenster / B: Boden gegen Erdreich; 2 Angaben entsprechen 22 070 000 CHF (BKP 2)

242

Umweltbundesamt

Umweltbundesamt Dessau, D 2005 Architekten: sauerbruch hutton, Berlin Matthias Sauerbruch, Louisa Hutton, Jens Ludloff, Juan Lucas Young Projektleiter: Andrew Kiel, René Lotz Tragwerksplanung: Krebs und Kiefer, Berlin Energiekonzept: Zibell, Willner & Prtner, Köln / Berlin

Schnitte • Grundriss Erdgeschoss 3. Obergeschoss Maßstab 1:2000

aa

bb

b

Als Modellprojekt für innovatives Bauen schlängelt sich das 460 m lange Gebäude des Umweltbundesamts in Dessau, kurz UBA genannt, demonstrativ dynamisch und farbenfroh auf dem innenstadtnahen Gelände des ehemaligen Wörlitzer Bahnhofs. In seiner Großmaßstäblichkeit und Kontinuität setzt der zweihüftige Verwaltungsbau einen klaren Akzent innerhalb der heterogenen, kleinteiligen Umgebung. Mit seinen Windungen reagiert der Bau, der auf vier Geschossen rund 800 Arbeitsplätze beherbergt, auf die verschiedenen städtischen Situationen und erzeugt differenzierte Raumqualitäten im Außen- und Innenbereich.

Ein halbrundes Forum öffnet sich mit einer Glasfassade zur Umgebung. Hier finden öffentliche Veranstaltungen und Ausstellungen statt.

Daran schließt ein begrünter Innenhof an, überspannt von einem vollverglasten Dachtragwerk mit integriertem Sonnenschutz. Die Außenfassade unterstreicht in Material und Farbgestaltung das Konzept des langen Bandes: 33 Farben aus sieben Farbfamilien gliedern in chromatischer Abstufung das Gebäude. Durchlaufende, vorgefertigte Brüstungselemente mit Lärchenholzschalung alternieren mit zurückgesetzten Fenstern und bündigen, farbig bedruckten Glasflächen. Die Fensterlaibungen sind mit pulverbeschichteten Stahlblechen bzw. mit lackierten Aluminiumlamellen verkleidet. Über motorisch gesteuerte Klappen hinter opakem Glas erfolgt die Nachtlüftung der Büroräume. Atrium und Forum dienen neben der Belichtung innen liegender Büroräume der Optimierung des Energie- und Klimahaushalts: Das gesamte Gebäude wird über die Dachebene des zentralen Falttragwerks entlüftet, der Innenhof fungiert als thermische Pufferzone.

Durch hoch wärmegedämmte Außenwände, Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung und einen großen Erdwärmetauscher erreicht der Verwaltungsbau fast den Energiestandard eines Passivhauses. Den Anspruch, umweltgerechtes Bauen mit zeitgemäßer Gestaltung zu verbinden, erfüllt das Umweltbundesamt damit gleichermaßen.

a b

?

a

º

Architecutral Review 02 / 1999 Intelligente Architektur 18, 1999

255

Beispiel 20

1

2

3

9 4 5 6 7 8 c

c

4

1

Abdeckblech Kupfer verzinnt 0,8 mm Dichtung Bitumenbahn zweilagig Dämmung Mineralfaser 72 mm Dampfsperre Stahlbeton 200/650 mm 2 Lärchenholz 20/150 mm Holzunterkonstruktion 40/40 mm Hinterlüftung 40 mm 3 Paneel: Gipsfaserplatte 15 mm Rahmen BSH 100/160 mm Zellulosefaser 160 mm Holzzementfaserplatte 29 mm 4 Kantblech Kupfer verzinnt 1 mm 5 Blendschutzlamellen 25 mm 6 Isolierverglasung in Holzrahmen Lärche lasiert, U = 0,8 W/m2K ESG 4 + SZR 16 + ESG 4 mm 7 Stahlblech pulverbeschichtet 1,5 mm 8 Vorsatzscheibe ESG 8 mm 9 Fensterlaibung Holzwerkstoffplatte,

10

11 12

13

14 15

Lärchenfurnier lasiert 340/25 mm ESG farbig emailliert 10 mm in Aluminiumprofil fi 20 mm Hinterlüftung 52 mm Lüftungslamellen Aluminium lackiert Lüftungsklappe motorisch gesteuert: Sperrholz beschichtet 14 mm Dampfsperre Zellulose 70 mm Sperrholz Lärche furniert 14 mm Gipsfaserplatte 2≈ 12,5 mm Dämmung Zelluloseplatte 90 mm Federschiene 27 mm Holzunterkonstruktion 63 mm, Auflager Edelstahl L 240/500/20 mm Verkleidung Holzwerkstoffplatte Lärchenfurnier lasiert 23 mm Dämmung Zelluloseplatte 40 mm

9

10

11

9

13

6

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12 14 10

3 cc

256

12

4

Umweltbundesamt

Schnitte Außenfassade Maßstab 1:20 Raumluftschema A Sommetag B Wintertag

A

B

Thema

Qualitative Merkmale

Kennwert / Indikator

Standortqualität

Energieangebot: Fernwärme KWK (z. T. Deponiegas) Grundversorgung / Nutzungsmischung: öffentliche Einrichtungen, z. B. Informationszentrum, Bibliothek, Hörsaal, Cafeteria Nutzung: Standortwahl als Zeichen für den Strukturwandel der Region; Revitalisierung innerstädtischer Flächen Mobilität: ÖPNV-Anreizsystem für Beschäftigte Lärm / Erschütterung: Verbundfenster; maschinelle Lüftung schallexponierter Büros

• Globalstrahlung: 1000 kWh / m2a • Dichte: 423 EW / ha • Entfernung ÖPNV: 100 m (Bus); 350 m (Regional- und Fernbahn)

Objektqualität Erschließung / Kommunikation

Verkehr: Anbindung des Haupteingangs zum Park; rückseitige Besucherstellplätze mit Zufahrt zur Tiefgara- • Fahrradabstellplätze: 120 m2 ge; Forum dient als Foyer Soziale Kontakte: öffentlich zugänglicher Park; Atrium bildet internen Kommunikati- • GFZvorh.: 1,5 onsraum – gute Vernetzung der Nutzungsbereiche durch Brücken; prägnantes Gebäudeleitsystem • BGF Bestand: 522 m2 • BGF Neubau: 39 265 m2 Grundstück Grundstücksfläche: Flächenrecycling – Austausch kontaminierter Böden; Bestandsnutzung Freifläche: • unversiegelte Fläche: 40 %Grundstück heimische Kulturpflanzen in Kombination mit exotischen Gehölzen; Wasserflächen; hohe Artenvielfalt • Dachbegrünung: 30 %überbaute Fläche Gestaltung Baukultur: Außenraumgestaltung markiert ehemaligen Eingang zum Wörlitzer Gartenreich; Integration denk• Lüftung: nat. 10 %NF , masch. 90 %NF malgeschützter Industriebauten; hohe Gestaltqualität und räumliche Identität; Gebäudeform erzeugt vielfäl• U-Werte Gebäudehülle1 [W / m2K]: tige Raumqualitäten; prägnantes Farbkonzept Personalisierung: hohe Identifikation der Mitarbeiter H'T: 0,49 / D: 0,13 / A: 0,23 / F: 1,2 / B: 0,35 Wohlbefinden / Sicherheit: Rezeption; Sicherheitskontrolle Licht: tageslichtoptimierte Fensterflächenanteile; Tageslichtlen• Betriebsstunden über 26 °C / a: 200 h Gesundheit kung; reflektierende Oberflächen im Atrium Raumluft: Erdkanal; Fensterlüftung aller Büroräume möglich • Baukosten KG 300 – 400: 56 500 000 ™ Raumklima: außen liegender Sonnenschutz; Nachtlüftung; offene Speichermassen; z. T. Lehmtrennwände • Verhältnis KG 300 / 400: ca. 68 / 32 Gebäudesubstanz Bausubstanz: Materialwahl unter Berücksichtigung hoher Dauerhaftigkeit Gebäudestruktur / Ausbau: flexible • Baukosten: 1420 ™ / m2BGF Grundrisszonierung der Fachbereiche möglich, z. T. Doppelböden, Trennung von Rohbau und Ausbau • Heizwärmebedarf: 38,5 kWh / m2a • Primärenergiebedarf gesamt: Betriebs- und Betrieb und Instandhaltung: niedrige Energiekosten; planungsbegleitende Variantenuntersuchung von 76,6 kWh / m2a Unterhaltskosten Investitions- und Betriebskosten Instandsetzung: Auswahl wartungsarmer Materialien und Oberflächen • Deckungsrate ern. Energien2: 11 % Baustoffe Rohstoffe / Verfügbarkeit: Holzelementfassade; Zellulosedämmung Umweltbelastung: Berücksichtigung von • solaraktive Flächen: Solarthermie 354 m2, Ökobilanzdaten; hoher Vorfertigungsgrad der Fassade und Dachkonstruktion Schadstoffe: Vermeidung PV 228 m2 von Risikostoffen; planungsbegleitende Einzelprüfung aller Baustoffe; sehr hohe Raumhygiene Betriebsenergie Gebäudeheizung: kompakter Baukörper (A / V-Verhältnis 0,34); Unterschreitung H'Tmax 53 %; Atrium als Kli• barrierefrei mapuffer; Abluftanlage mit WRG Gebäudekühlung: effektiver Sonnenschutz; Nachtauskühlung; hohe Spei• Wettbewerb cherkapazität; solargestützte Adsorptions- (EDV-Räume) bzw. Kompressionskältemaschine (Hörsaal) • emissionsarme bzw. -freie Baustoffwahl Warmwasserbereitung: dezentral (Teeküchen, Putzräume) Beleuchtung: Tageslichtsensoren; Präsenzmel• Baustoffkataster der Sonst. elektr. Verbraucher: effiziente Geräte und Anlagen Energiebedarfsdeckung: Vakuumröhrenkollek• Raumluftmessung toren; dachintegrierte PV (Forum); Erdkanal mit 86 000 kWh / a Wärme- bzw. 125 000 kWh / a Kälteleistung Infrastruktur Abfälle aus Betrieb und Nutzung: Wertstoffsammelstelle Wasser: Gründach; Zisterne; Rigolen • nachhaltigkeitsorientierte Benchmarks Prozessqualität Nachhaltiges Bauen: Modellprojekt; vorbildliche Wettbewerbsvorgaben: Unterschreitung WSVO 1995 um • Simulationsverfahren 50 %, Heizwärmebedarf < 30 kWh / m2a, ökologische Baustoffwahl Integrale Planung: interdisziplinäres • Monitoring Expertenteam während der gesamten Planungsphase Analysen: Strömungs-, Tageslicht- und thermischdynamische Simulation; Ökobilanzierung Monitoring: drei Jahre, Teilnahme »SolarBau: MONITOR« 1 H'T: mittlerer U-Wert / D: Dach (im Mittel) / A: Außenwände (im Mittel) / F: Fenster (Außenfassade) / B: Boden gegen Erdreich 2 In den ersten fünf Jahren beträgt die Deckungsrate erneuerbarer Energien 20 %, aufgrund der »Ausgasung« der Deponie reduziert sich der Anteil ab dem sechsten Jahr auf 11 %.

257

Glossar: Kennwerte

Kennwerte

Übergeordnete Energiebegriffe Energieträger / Energiequelle Der Begriff Energieträger umfasst im eigentlichen Sinn Rohstoffe der Natur, die aufgrund ihrer gespeicherten, chemisch oder nuklear umsetzbaren Energie zur Energiegewinnung einsetzbar sind (Biomasse, fossile und nukleare Brennstoffe). Im Sprachgebrauch werden aber auch Energiequellen wie Solarenergie, Geothermie, Wind- oder Wasserkraft dazugerechnet, die physikalisch Träger thermischer, potenzieller oder kinetischer Energie sind.

Primärenergie [J] Primärenergie ist die in den auf der Erde natürlich vorkommenden Energieträgern enthaltene Energie. Zu diesen Energieträgern gehören die fossilen Brennstoffe wie Kohle, Erdöl, Erdgas oder Mineralien wie Uranerz und die regenerativen Energieträger wie Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Geothermie. Durch Transformation von Primärenergie in die vom Verbraucher letztlich verwendete Nutzenergie treten Verluste durch Umwandlungsund Übertragungsprozesse auf.

Primärenergiefaktor fp [-] Der Primärenergiefaktor drückt das Verhältnis von eingesetzter nicht erneuerbarer Primärenergie (inklusive der bei Erzeugung, Verteilung und Speicherung entstehenden Verluste) zu abgegebener Endenergie aus. Typische Primärenergiefaktoren sind z. B. bei Heizöl und Erdgas 1,1, bei Strom 2,7 oder bei Holz 0,2. Je niedriger der Primärenergiefaktor, desto effizienter ist die Energieerzeugung auf Basis der entsprechenden Primärenergieträger.

Primärenergiebedarf Qp [kWh / a] Bei der Berechnung des Primärenergiebedarfs eines Gebäudes nach EnEV wird zunächst der Endenergiebedarf ermittelt. Die Umwandlungsverluste finden durch den Primärenergiefaktor fp Berücksichtigung. Der Zusammenhang zwischen Endenergiebedarf Qe, Primärenergiebedarf Qp und Primärenergiefaktor fp ist Qp = Qe • fp.

Sekundärenergie [J] Sekundärenergie ist die nach der Umwandlung der Primärenergieträger in sogenannte Nutzenergieträger wie Strom, Heizöl, Fernwärme oder Holzpellets verbleibende Energie. Sie bezieht sich auf den Entstehungsort des Nutzenergieträgers.

Endenergie [J] Durch den Transport der Sekundärenergie zum Verbraucher entstehen Verluste. Die Endenergie bezeichnet die Energiemenge, die nach Abzug aller Umwandlungsund Verteilungsverluste dem Endverbraucher am Verbrauchsort zur Verfügung steht, z. B. in Form von Strom, Holzpellets, Heizöl oder Fernwärme. Die Endenergie ist zumeist die Basis für die Energiekostenabrechnung.

Endenergiebedarf Qe [kWh / a] Der Endenergiebedarf ist die erforderliche Energiemenge zur Bereitstellung der Nutzenergie (z. B. Beheizung, Trinkwassererwärmung, Beleuchtung etc.) eines Gebäudes.

258

Größe

Einheit

weitere Einheiten

Beziehung zwischen den Einheiten

Energie

Joule [J]

Wattsekunde [Ws] Kilowattstunde [kWh] Kalorie [cal] Steinkohleeinheit [SKE]

1 J = 1 Ws 1 J = 2,778 • 10-7 kWh 1 J = 0,239 cal 1 J = 3,412 • 10-7 SKE

Druck

Pascal [Pa]

Bar [bar] Atmosphäre [atm]

1 Pa = 10-5 bar 1 Pa = 9,87 • 10-6 atm

Volumen

[cm3]

Liter [l] US-Barrel [US-bbl] UK-Barrel [UK-bbl] US-Gallone [US-gal] UK-Gallone [UK-gal]

1000 cm3 = 1 Liter 1 Liter = 0,00611 US-bbl 1 Liter = 0,008386 US-bbl 1 Liter = 0,264 US-gal 1 Liter = 0,220 UK-gal

Fläche

[m2]

Square inch [in2] Square foot [ft2] Hektar [ha]

1 m2 = 1550 in2 1 m2 = 10,764 ft2 1 m2 = 0,0001 ha

Temperatur

Grad Celsius [° C]

Kelvin [K] Grad Fahrenheit [° F]

° C = K - 273,15 ° C = (° F - 32) / 1,8

Der Endenergiebedarf Qe ist dabei ein nach EnEV rechnerisch ermittelter Wert. Berücksichtigt werden Verluste bei Übergabe, Verteilung, Speicherung und Umwandlung im Gebäude. Er wird für genormte Bedingungen (z. B. definiertes Nutzerverhalten, Innenraumtemperatur etc.) ermittelt und getrennt nach verwendeten Energieträgern angegeben. Sie wird an der Systemgrenze des betrachteten Gebäudes bestimmt.

Endenergieverbrauch [kWh / a] Der Endenergieverbrauch bezeichnet im Gegensatz zum Endenergiebedarf Qe eine tatsächliche, am Gebäude gemessene Energiemenge. Er berücksichtigt z. B. auch das Nutzerverhalten und klimatische Schwankungen.

Physikalisch gesehen ist jedoch dieser Begriff nicht korrekt. Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie in einem geschlossenen System nicht verbraucht, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt werden.

Nutzenergie [J] Die Nutzenergie ist die vom Endverbraucher letztendlich genutzte Energie. Dazu muss die Endenergie meist verlustbehaftet umgewandelt werden. Formen der Nutzenergie sind Wärme, Kälte, Licht, Bewegung oder Schallwellen. Die Nutzenergie definiert die Grundlage für die Berechnung des Primärenergiebedarfs nach EnEV. Heizwärmebedarf QH [kWh / a] Der Heizwärmebedarf ist die rechnerisch ermittelte Energiemenge, die in der Heizperiode dem Gebäude zugeführt werden muss, um bei der geforderten Innenraumtemperatur die Wärmeverluste zu decken. Sie ergibt sich aus den Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten Qv abzüglich der solaren und internen Gewinne.

Energieausweis Nach EnEV 2007 besteht ab Juli 2008 in Deutschland die Pflicht für Hausbesitzer, neuen Mietern und Eigentümern Energieausweise für ihr Bestandsgebäude vorzulegen. Der verbrauchsorientierte Ausweis bezieht sich auf den gemessenen Energieverbrauch, der vom Verhalten des jeweiligen Nutzers und von Klimaschwankungen abhängig ist. Der bedarfsorientierte Ausweis basiert auf einem berechneten, theoretischen Energiebedarf, um somit objektive und vergleichbare Aussagen zur Qualität und Energieeffizienz von Gebäuden und ihrer Anlagentechnik machen zu können. Der Energieausweis bleibt – außer bei vorgenommenen Sanierungen – zehn Jahre gültig.

Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert) [W / m2K] Der U-Wert ist ein Maß für den Wärmestrom durch ein Bauteil. Er gibt den Wärmestrom an, der bei einem Temperaturunterschied von 1 K je Sekunde durch eine 1m2 große Fläche des Bauteils von der einen zur anderen Seite fließt. Der U-Wert berücksichtigt dabei die Wärmeleitfähigkeiten und Schichtdicken der Baustoffe sowie die Wärmeübergangswiderstände zwischen Bauteil und Luft.

Bei inhomogenen Bauteilen sind je nach Aufbau einzelne U-Werte zu errechnen und diese flächenproportional zu mitteln. Je niedriger der U-Wert, desto geringer ist der Transmissionswärmeverlust.

Ug-Wert der Verglasung [W / m2K] Der Ug-Wert bezeichnet als spezifischer U-Wert den Wärmestrom durch eine Verglasung (g = »glazing«). Dabei werden Anzahl der Scheiben, Art und Anzahl der Glasbeschichtungen sowie die Füllung des Scheibenzwischenraums (z. B. Edelgas) berücksichtigt.

Uf-Wert des Fensterrahmens [W / m2K] Neben dem Ug-Wert steht als spezifischer U-Wert für Fensterrahmen der Uf-Wert zur Verfügung (f = »frame«). In der Regel sind die Wärmeschutzeigenschaften des Fensterrahmens schlechter als die der Verglasung. Durch die Wahl der Werkstoffe, der Materialstärken und die Qualität der Dichtungen kann der Uf-Wert verbessert werden.

UW-Wert von Fenstern [W / m2K] Kennwert zur Beurteilung des Wärmedurchgangs durch ein Fenster ist der Uw-Wert (w = »window«). Er setzt sich flächenproportional aus Ug- und Uf-Wert sowie den Verlusten infolge des Randverbunds der Verglasung und der Fensteranschlüsse zusammen. spezifischer Transmissionswärmeverlust HT [W / K] Transmissionswärmeverluste entstehen infolge von Wärmeleitung durch die Umschließungsflächen beheizter Räume (Dach, Außenwände, Fenster, Türen und Kellerdecke) sowie aufgrund von Wärmebrücken. Dieser Wert beschreibt somit die energetische Qualität der thermischen Hülle. Die Geometrie des Baukörpers und die UWerte der Bauteile beeinflussen maßgeblich die Höhe der Transmissionswärmeverluste.

Spezifischer Transmissionswärmeverlust H'T[W / m2K] Die EnEV definiert mit H'T einen über alle Gebäudehüllflächen gemittelten und auf 1 m2 Hüllfläche bezogenen Wert für Transmissionswärmeverluste. In Abhängigkeit von der Kubatur des Gebäudes wird dabei auch ein maximal zulässiger Wert ausgewiesen.

Dämmung und Dichtung Wärmeleitfähigkeit λ [W / mK] Die Wärmeleitfähigkeit gibt als materialspezifischer Kennwert die Wärmemenge an, die bei einer Temperaturdifferenz von 1 K pro Sekunde durch einen 1 m3 großen Würfel des Materials strömt. Niedrige Werte zeigen hohe Wärmedämmeigenschaften des Materials an. Da Feuchtigkeit einen negativen Einfluss auf die Wärmeleitung hat, bezieht sich der Kennwert auf trockene Baustoffe.

Lüftungswärmeverluste Qv [kWh / a] Wird warme Raumluft gegen kältere Außenluft ausgetauscht, entstehen Lüftungswärmeverluste. Dieser Luftaustausch ist aus hygienischen Gründen erforderlich, um die verbrauchte Raumluft abzuführen. Durch undichte Bauteil- und Anschlussfugen können zusätzlich unkontrollierte Lüftungswärmeverluste den Heizenergiebedarf deutlich erhöhen. Kontrollierte Lüftung und Wärmerückgewinnung kann die Lüftungswärmeverluste reduzieren.

Glossar: Kennwerte

SI - Vorsätze

Zeichen

Faktor

nano mikro milli zenti dezi deka hekto kilo mega giga tera peta exa zetta

n μ m c d da h k M G T P E Z

10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 10 102 103 106 109 1012 1015 1018 1021

Einstrahlung und Licht Globalstrahlung [W / m²hor] Die Globalstrahlung ist die Menge solarer Energie, die bezogen auf eine horizontale Fläche auf die Erdoberfläche trifft. Sie besteht aus direkter und diffuser, ungerichteter Strahlung und ist abhängig vom Sonnenstand (je nach Breitengrad und Jahreszeit) und von atmosphärischen Störungen (Bewölkung, Partikel). An stark bewölkten Tagen erreicht nahezu nur der diffuse Anteil die Erdoberfläche. Die Globalstrahlung sinkt dann in Mitteleuropa unter 100 W / m2. Bei wolkenlosem Himmel werden etwa 700 W / m2 erreicht. Die Gobalstrahlung kann auch als Jahressumme angegeben werden [kWh / m2hora]. Sie eignet sich dann z. B. zur Berechnung von Energieerträgen aktiver Solartechnik. In Deutschland liegt die Jahressumme zwischen 900 und 1200 kWh / m2a.

Gesamtenergiedurchlassgrad g (g-Wert) [-] Der Gesamtenergiedurchlassgrad ist das Maß für den Energiefluss durch transparente Bauteile. Er bezieht sich auf das gesamte Strahlungsspektrum, d. h. den Wellenlängenbereich zwischen 300 und 2500 nm. Trifft Strahlung auf ein transparentes Bauteil, dringt ein Teil der Energie durch Transmission unmittelbar in den Innenraum ein (primärer Energiedurchlass). Ein weiterer Teil wird vom Bauteil absorbiert und in der Folge als Infrarotstrahlung emittiert (sekundärer Energiedurchlass). Der g-Wert ergibt sich aus der Addition des primären und sekundären Energiedurchlasses. Bei der Kombination von Verglasung und Sonnenschutzsystemen müssen zum Teil gegenseitige Einflüsse berücksichtigt werden.

Solare Gewinne Qs [kWh / a] Wärmemengen, die aufgrund der Einstrahlung von Solarenergie auf transparente und opake Gebäudeteile zur Erwärmung des Gebäudeinneren und zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs beitragen, werden als solare Gewinne bezeichnet. Standort des Gebäudes, Orientierung, Neigung und Größe der Bauteile und die Strahlungsabsorption des Fassadenmaterials beeinflussen diesen Energieeintrag. Solare Gewinne entstehen an allen Bauteilen. Bei transparenten Bauteilen sind sie im Verhältnis zu anderen Bauteilen um ein Vielfaches höher.

Hohe solare Gewinne können wesentlich zur Reduktion des Heizwärmebedarfs QH beitragen, im Sommer aber auch zur Überwärmung des Gebäudes führen. Äquivalenter U-Wert von Fenstern [W / m2K] Solare Energiegewinne während der Heizperiode werden bei der energetischen Beurteilung von Fenstern durch den sogenannten äquivalenten U-Wert einbezogen. Dabei wird der g-Wert der Verglasung und der Strahlungsgewinn in Abhängigkeit von der Orientierung berücksichtigt.

Bei Wärmeschutzverglasungen ist ein äquivalenter U-Wert im negativen Bereich möglich, d. h. im Tagesmittel wird mehr Energie durch solare Einstrahlung in den Innenraum eingetragen als durch Transmission verloren geht.

Lichttransmissionsgrad τ [-] Je nach Stoffeigenschaften eines transparenten Bauteils

wird Strahlung teilweise an den Grenzflächen reflektiert, transmittiert oder beim Durchgang absorbiert. Der Lichttransmissionsgrad gibt das Verhältnis von auftreffendem Licht der Wellenlängen 380 – 780 nm zum durchgelassenen Licht an. Je höher der Wert, desto mehr Tageslicht steht im Inneren zur Verfügung. Er ist u. a. abhängig von Material, Materialstärke und Beschichtungssystemen.

Tageslichtautonomie [%] Die Tageslichtautonomie gibt den prozentualen Anteil der Nutzungszeit eines Raums an, in der das zur Verfügung stehende Tageslicht im Innenraum die Beleuchtungsanforderungen für die vorgesehene Nutzung vollständig erfüllt. In dieser Zeit ist, z. B. für die Ausleuchtung eines Arbeitsplatzes, kein Kunstlicht erforderlich. Raumgeometrie, Anteil an opaken und transparenten Fassadenflächen, Rahmenanteile der Fenster und auch die Glasart beeinflussen die Tageslichtautonomie.

verwendet. Bezogen auf den Wärmepumpenprozess beschreibt der Wert das Verhältnis von abgegebener nutzbarer Wärmeleistung zur aufgewendeten (z. B. elektrischen) Antriebsleistung inklusive Hilfsenergie unter genormten Bedingungen. Ein COP von 2,0 bedeutet, dass doppelt soviel Nutzenergie zur Verfügung gestellt wird wie Antriebsenergie eingesetzt werden muss. Der Wert ist nur als Bewertung der Effizienz des Geräts zu verstehen. Eine energetische Betrachtung der Gesamtanlage ist damit nicht möglich.

Jahresarbeitszahl β [-] Zur Bewertung der Energieeffizienz von Wärmepumpen wird die Jahresarbeitszahl herangezogen. Sie beschreibt das Verhältnis von abgegebener Kälte- bzw. Wärmeleistung (Heizwärme) zur aufgewendeten Antriebsleistung (z. B. elektrische Energie) einer Wärmepumpe innerhalb eines Jahres. Somit ist die Jahresarbeitszahl ein Maßstab für den Gesamtwirkungsgrad einer Wärmepumpe über einen Jahreszyklus.

Speicherung Spezifische Wärmespeicherkapazität c [J / kgK] Die Wärmespeicherkapazität ist eine materialspezifische Größe. Sie bezeichnet die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 kg Material um 1 K zu erwärmen. Die spezifische Wärmespeicherkapazität ist insbesondere abhängig von der Struktur eines Stoffes.

Wärmespeicherfähigkeit Qsp [Wh / m2K] Die Wärmespeicherfähigkeit bezeichnet die Wärmespeicherkapazität eines im Gebäude eingebauten Bauteils.

Sie errechnet sich aus dem Produkt der spezifische Wärmespeicherfähigkeit, der Rohdichte ρ und der Schichtdicke d des betrachteten Bauteils: Qsp= c • ρ • d.

Schmelzenthalpie [kJ / kg] Die Schmelzenthalpie bezeichnet die Wärmemenge, die benötigt wird, damit ein Stoff von einem festen in einen flüssigen Aggregatszustand übergehen kann. Die Schmelzenthalpie wird durch Phase Change Materials (PCM) genutzt, die beim Wechsel zwischen den Aggregatszuständen Energie ohne eigene Temperaturänderung speichern können. Die potenzielle Energieaufnahme durch Schmelzenthalpie entspricht in einem Temperaturbereich von 4 °C z. B. 90 kg PCM einem 1 m3 Beton.

Gebäudetechnik Heizlast φhl [kW] Die Heizlast ist die Leistung, die gebäudespezifisch zur Aufrechterhaltung der geforderten Innenraumtemperatur unter ungünstigsten Bedingungen notwendig ist. Die Berechnung der Heizlast wird in der Regel für jeden Raum des Gebäudes einzeln vorgenommen. Hierfür werden der Transmissionswärmebedarf (Verluste über die Umfassungsflächen des Gebäudes) und der Lüftungswärmebedarf ermittelt. Interne und solare Wärmegewinne bleiben rechnerisch unberücksichtigt. Die Heizlast ist die Grundlage für die Dimensionierung der Heizkörper und Wärmeerzeuger.

Wirkungsgrad [-] Der Wirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis von abgegebener Leistung (Nutzen) zu zugeführter Leistung (Aufwand) unter genormten Bedingungen. Der Wirkungsgrad ist somit das Maß für die Effizienz von Energieumwandlung und Energieübertragungen und gibt für Energieerzeugungsanlagen das Verhältnis zwischen nutzbarer und aufgewendeter Energie wieder. Während theoretisch nur Wirkungsgrade unter 100 % möglich sind, werden in der Praxis, z. B. bei Brennwertkesseln, Wirkungsgrade über 100 % ausgewiesen. Die zugeführte Leistung wird auf den Heizwert des Brennstoffs bezogen; zusätzlich wird die Kondensationswärme des Abgasstroms (Brennwert) beim Umwandlungsprozess genutzt.

Leistungszahl / Coefficient of Performance COP [-] Der COP ist analog zum Wirkungsgrad ein Kennwert zur Bewertung der Effizienz bei der Energieumwandlung und wird vor allem bei Wärmepumpen und Kältemaschinen

Anlagenaufwandszahl ep [-] Die Anlagenaufwandszahl ist ein Kennwert für die Gesamteffizienz von gebäudetechnischen Anlagen (z. B. Heizsystem). Sie weist das Verhältnis von Nutzenergie zur aufzuwendenden Primärenergie aus. Da in die Errechnung des Werts erneuerbare Energieträger mit ihren entsprechenden Primärenergiefaktoren einfließen, kann die Anlagenaufwandszahl unter 1 sinken.

Materialkennwerte Primärenergieinhalt PEI [MJ] Der Primärenergieinhalt, auch als »Graue Energie« bezeichnet, umfasst den Energieaufwand, der zur Herstellung und Nutzung eines Produkts aufgewendet werden muss. Dabei werden alle Energiemengen eingerechnet, die für Herstellung, Transport und Lagerung (inklusive aller Vorprodukte) notwendig sind. Er dient als Indikator für eine mögliche Umweltbelastung durch das Produkts sowie zur Beurteilung der technischen und ökologischen Effizienz des Herstellungs- und Nutzungsprozesses. Je kleiner der Wert, desto besser ist das betrachtete Material ökologisch zu bewerten. Der PEI wird gemäß den zur Herstellung genutzten Energiequellen getrennt nach erneuerbaren und nicht erneuerbaren Energieträgern angegeben. Er kann für Materialien auf Gewicht oder Volumen bezogen ausgewiesen werden, sich jedoch auch auf Bauteile oder komplette Gebäude beziehen.

Treibhauspotenzial (Global Warming Potential – GWP 100) [kg CO2-eq] Die Anreicherung von Treibhausgasen in der Troposphäre führt über eine erhöhte Reflexion der Infrarotstrahlung zur Erderwärmung. Das Treibhauspotenzial fasst alle Treibhausgase im Verhältnis zur Wirkung von CO2 zusammen. Da die schädlichen Gase unterschiedlich lange in der Troposphäre bleiben, muss der betrachtete Zeithorizont mit ausgewiesen werden; üblicherweise wird ein Zeitraum von 100 Jahren betrachtet.

Dauerhaftigkeit von Bauteilen [a] Die Dauerhaftigkeit beschreibt als Potenzial den Zeitraum, in dem ein Baustoff bei der ihm zugeordneten Nutzung seine Funktion aufrechterhalten kann, z. B. tragfähig und gebrauchstauglich bleibt. Meist wird eine Zeitspanne angegeben, in der der niedrigere Wert die Dauerhaftigkeit bei üblicher Nutzung angibt, der höhere eine optimierte Planung voraussetzt.

Heizwert [J / kg oder J / m³] Der Heizwert ist die Maßeinheit für die bei der Verbrennung eines Stoffs freigesetzte Wärmeenergie. Dabei wird nur die nutzbare Wärmemenge berücksichtigt, d. h. ohne die Kondensationswärme des entstehenden Wasserdampfs. Zum Vergleich mit den Heizwerten von Baustoffen können folgende Werte von Brennstoffen dienen: Holz 7 – 16 MJ / kg, Braunkohlekoks 29,9 MJ / kg, Erdöl (bei 25 °C) 42,8 MJ / kg und Erdgas (bei 25 °C) 35 – 45 MJ / m3.

Wird die Kondensationswärme hinzugerechnet, ergibt sich der »Brennwert« eines Stoffs.

259

Glossar: Ökobilanzdaten

Ökobilanzdaten

Außenwandbekleidungen pro m2 Schichtaufbau

PEI Primärenergie n. erneuerbar [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase

Dauerhaftigkeit

[kg CO2eq]

[a]

5,4

80 – 100

10

80 – 100

Naturstein angemörtelte Natursteinplatten, Kalkstein

71

3,5

Kalksteinplatte geschnitten, 20 mm Kalkzementmörtel MG II, 15 mm vorgehängte Natursteinfassade, Kalkstein

168

17

88

38

3,4

40 – 60

320

10

33

60 – 80

680

36

55

≥ 80

285

50

21

≥ 80

400

9

51

60 – 80

416

43

25

70 – 100

832

168

55

70 – 100

41

226

- 21

40 – 70

189

613

- 29

40 – 70

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase

Dauerhaftigkeit

[kg CO2eq]

[a]

Kalksteinplatte geschnitten, 30 mm Edelstahlanker (V4A), 140 mm Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln Faserzementplatten Faserzementplatten, 8 mm Holzunterkonstruktion, 30 mm Kalksandstein, hinterlüftet Außenwandbekleidungen Die Haut eines Gebäudes prägt das äußere Erscheinungsbild. Sie übernimmt vielfältige Austauschfunktionen zwischen innen und außen und bietet Schutz, insbesondere vor Witterungseinflüssen. Eingerechnet in die funktionale Bauteilschicht ist neben der schützenden Fläche auch die notwendige Haltekonstruktion. An die Sicherheit und Dauerhaftigkeit des gesamten Aufbaus bestehen hohe Anforderungen. In Bezug auf den Primärenergieinhalt und die daraus resultierenden Umwelteinflüsse weisen Außenwandbekleidungen große Unterschiede auf (siehe Material, S. 162, Abb. B 5.56). Hinsichtlich des Gesamtgebäudes sind der prozentuale Anteil an grauer Energie der Fassade (siehe Material, S. 162, Abb. B 5.55) wie auch sein Kostenanteil in der Regel sehr hoch; entsprechend hohe Aufmerksamkeit sollte der Planung gewidmet werden.

Gerade vorgehängte, massive Außenwandbekleidungen enthalten einen Großteil der grauen Energie in Unterkonstruktion und Befestigung (siehe Material, S. 163, Abb. B 5.60). Eine optimierte Materialstärke und das Gewicht verringern den Primärenergieinhalt des Bauteils. Erhöhte Dauerhaftigkeit kann ggf. den Einsatz energiearmer Metallwerkstoffe rechtfertigen. Holzkonstruktionen ermöglichen die Bindung von CO2 und reduzieren so unerwünschte Klimawirkungen.

Kalksandstein (KS Vb 20 / 1,8), Mörtel MG II, 115 mm Maueranker Stahl, 80 mm Ortbeton Ortbeton armiert, 2 % Stahlanteil (FE 360 B), 100 mm Betonanker Stahl hochlegiert, 120 mm Keramische Baustoffe Keramikplatten, hinterlüftet VFH-Keramikplatten, 30 mm Aluminiumprofil, 60 mm Verblendmauerwerk, hinterlüftet Vollziegel (VMz 28 / 1,8), Mörtel MG II, 115 mm Maueranker Stahl, 80 mm Metall Titanzinkblech Titanzinkblech Winkelstehfalz, 0,7 mm Spanplatte, P5, 22 mm Aluminium-Wellblechprofil Aluminium-Wellblechprofil, 1 mm Unterkonstruktion Aluminium, 30 mm Holz Holzschindeln Holzschindeln Red Cedar gespalten, zweilagig, 16 mm Holzunterkonstruktion, 48 mm Sperrholzplatten BFU-Platte, 16 mm Holzunterkonstruktion, 30 mm

Transparente Bauteile Transparente Bauteile bestehen aus einem transparenten Element und seiner zwängungsfreien Lagerung. Sie stellen flächenbezogen die energetisch aufwendigste Funktionsschicht dar (siehe Material, S. 162, Abb. B 5.56). Ihr Einsatz sollte daher möglichst Zusatzfunktionen erfüllen, wie z. B. eine verbesserte Tageslichtversorgung oder die Erschließung von solaren Energieerträgen (siehe Gebäudehülle, S. 83, Abb. B 3.2).

Das Glas wird dabei nur selten tragend, selbsttragend oder aussteifend ausgebildet, wodurch die Bedeutung der Unterkonstruktion steigt. Eine hohe Rohdichte sowie erhöhte Anforderungen an Dämmung und Dichtung wirken sich zusätzlich negativ aus.

Transparente Bauteile pro m2 Schichtaufbau

PEI Primärenergie n. erneuerbar [MJ]

Glas Wärmeschutzglas Ug = 1,1

547

65

29

50

837

70

40

50

2162

353

131

50

1099

63

52

25

Zweischeiben-Wärmeschutzglas, Argonfüllung, 24 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung, 40 mm Wärmeschutzglas Ug = 0,7 Dreischeiben-Wärmeschutzglas, Argonfüllung, 36 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung, 40 mm Doppelfassade ESG, 6 mm Tragkonstruktion Aluminium, 250 mm Zweischeiben-Wärmeschutzglas, Argonfüllung, 24 mm Kunststoff Stegplatten Dreikammer-Stegplatte Polycarbonat, 40 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung

262

Glossar: Ökobilanzdaten

Putze und WDVS pro m2 Schichtaufbau

Kalkzementputz innen, zweilagig

PEI Primärenergie n. erneuerbar [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase

Dauerhaftigkeit

[kg CO2eq]

[a]

110

1,8

7,2

80

97

1,5

5,9

80

237

3,4

Kalkzementmörtel P II gerieben, 15 mm Grundierung Gipsputz innen, zweilagig Gipsputz glatt, 15 mm Grundierung Wärmedämmputz

16

60

31

30

Putze und WDVS Putze und Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) stellen eine Sondergruppe der Außenwandbekleidungen dar. Je nach Anforderungen können sie eine Vielzahl an Einzelschichten umfassen.

Putze sind eine effiziente Alternative zu Außenwandbekleidungen. Dämmputze und Wärmedämmverbundsysteme erfüllen die Funktion von Außenwandbekleidung und Dämmung in einem Bauteil. Sie lassen sich durch die Addition beider Schichten mit anderen Aufbauten vergleichen. Hinsichtlich Revisionsfähigkeit weisen sie jedoch wegen ihrer Verbundeigenschaften gewisse Nachteile auf.

Kalkzementputz mit Blähperlitezuschlag, 50 mm Grundierung Wärmedämmverbundsystem (WDVS)

561

24

Kalkzementputz mit Glasvliesarmierung, 3 mm EPS, ¬ = 0,035 W / m2K, ρ = 30 kg / m3, 100 mm Kleber UF-Basis, 3,2 mm Lehmputz innen, zweilagig

61

0,9

3,8

80

Grundlehmputz, 10 mm Feinlehmputz, 5 mm

Dämmungen pro m2 Schichtaufbau

PEI Primärenergie n. erneuerbar [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase

Dauerhaftigkeit

[kg CO2eq]

[a]

511

17

28

30

405

12

21

30

349

13

17

30

Platten expandiertes Polystyrol (EPS) EPS-Platte, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 25 kg / m3, 120 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) extrudiertes Polystyrol (XPS) XPS-Platte, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 20 kg / m3, 120 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Polyurethan PUR PUR-Platte, ¬ = 0,035 W / mK, ρ = 20 kg / m3, 100 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Backkork ICB

15

0,24

1,1

40 – 60

0,8

30 – 50

Dämmungen Dämmschichten bestehen aus einem Dämmstoff und seiner Befestigung am Untergrund (z. B. durch Verklebung oder Verdübelung). Der Primärenergieinhalt von Dämmstoffen kann bei gleicher Dämmwirkung um mehr als den Faktor zehn differieren. Der Einsatz von Dämmungen reduziert jedoch generell die Energieaufwendungen für den Betrieb eines Gebäudes und erhöht den Komfort für den Gebäudenutzer. So amortisieren sich alle Dämmstoffe in typischen Dämmstoffdicken energetisch innerhalb kurzer Zeiträume (siehe Material, S. 152).

Die Auswahl eines Dämmstoffs bestimmt sich auch durch die weiteren an ihn gestellten Anforderungen (z. B. Druckfestigkeit im Erdbereich). Erscheint z. B. extrudiertes Polystyrol (XPS) generell als energieaufwendig, so stellt es in der Gruppe der druckfesten Dämmungen ein energetisch vergleichsweise günstige Lösung für die Aufgabenstellung dar.

Backkorkplatte, ¬ = 0,04 W / mK, 120 mm Klebemörtel Holzwollemehrschichtplatte WW-C, verlorene Schalung

89

68

436

79

19

20 – 50

1030

29

49

100

16

40

WW-C-Platte, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 30 kg / m3, 125 mm magnesiagebunden, innenseitig Mineralfaser Holzfaserdämmplatte WF WF-Platte, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 160 kg / m3, 120 mm Klebemörtel Schaumglas CG, Perimeterdämmung Schaumglas, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 100 kg / m3, 120 mm Kleber Bitumen Kalziumsilikatplatte

96

3,7

74

1,4

187

2,1

33

1,7

Kalziumsilikat, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 20 kg / m3, 120 mm Tellerdübel Polyamid Vliese Mineralwollevlies

5,4

30 – 50

Mineralwollevlies, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 20 kg / m3, 120 mm Tellerdübel Polyamid Schüttungen Perliteschüttung

11

k. A.

Blähperlite, ¬ = 0,065 W / mK, ρ = 100 kg / m3, 160 mm (auf Bodenplatte) Zelluloseschüttung

1,8

35 – 50

Zellulose, ¬ = 0,04 W / mK, ρ = 50 kg / m3, 120 mm (zwischen TJI-Holzträgern)

263