Prognose des Verbrauchs grauer Energie über die Lebensdauer von Gebäuden

Das Bauen in Städten und Ballungsräumen gehört weltweit zu den größten Ressourcenverbrauchern. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Deutschland stellt Anforderungen an den energetischen Standard für den Neubau. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Reduktion des Primärenergiebedarfs für die Wärmeversorgung im Betrieb. Die erforderliche nicht erneuerbare Primärenergie (graue Energie) der in Gebäuden eingesetzten Materialien und der damit einhergehende Ressourcenverbrauch ist jedoch zusätzlich zu beachten. Die bei der Errichtung von Gebäuden umgesetzte graue Energie wurde bereits vielfach untersucht und beschrieben. Dieser Beitrag befasst sich mit der anfallenden grauen Energie über den gesamten Lebenszyklus von Immobilien. Insbesondere werden die Aufwendungen nach der Errichtung für Instandsetzung und Entsorgung untersucht. Hierzu wird ein Prognosemodell auf Basis der Methodik der Standardraumstrukturen von Kornblum und Greitemann entwickelt und auf das Beispiel einer Wohnimmobilie angewandt.

Stichworte graue Energie; Standardraumstrukturen; Instandsetzung; Lebenszyklus

Prediction of consumed embodied energy over the life cycle of buildings

Building in cities and metropolitan areas is one of the largest resource consumers worldwide. The Building Energy Act (GEG) in Germany places demands on the energy standard for new buildings. The focus is on reducing the primary energy requirement for HVAC during operation. However, the required non-renewable primary energy (‘Graue Energie’ – embodied energy) of the materials used in buildings and the associated resource consumption needs also to be taken into account. The embodied energy consumed in the construction of buildings had already been examined and described many times. This article deals with the Embodied Energy accumulated over the entire life cycle of real estate. In particular, the expenses for repair and disposal after the erection of a building will be investigated. For this purpose, a forecast model, based on the methodology of the standardized room structures by Kornblum and Greitemann, is developed and applied using the example of a residential property.

Keywords embodied energy; structures of standardized rooms; repair; life cycle; standardized rooms method

1 Einführung

Die Bau- und Immobilienwirtschaft steht im Wandel, u.a. getrieben durch den Klimawandel sowie den Energie- und Ressourcenverbrauch [1]. Insbesondere das Bauen in Städten und Ballungsräumen zählt weltweit zu den größten Ressourcenverbrauchern und verursacht 60% des Materialverbrauchs, 50% des Abfallaufkommens sowie 35% des Energieverbrauchs und produziert 35% der Emissionen. In Deutschland werden jährlich 517 Mio. t mineralische Rohstoffe verbraucht, wovon 90% im Baubereich eingesetzt werden [2]. Derzeit in Deutschland angestrebte klimapolitische Zielsetzungen im Gebäudesektor stellen durch das Gebäudeenergiegesetz (GEG) Anforderungen an den energetischen Standard für den Neubau. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Reduktion des Primärenergiebedarfs für die Wärmeversorgung (Beheizung und Warmwasser) im Betrieb. Folglich ist dieser seit 2002 um mehr als 20% gesunken und tendenziell weiter fallend [3].

Die erforderliche nicht erneuerbare Primärenergie der in Gebäuden eingesetzten Materialien und der damit einhergehende Ressourcenverbrauch sind jedoch zu beachten. Dieser, den Baustoffen innewohnende Primärenergieinhalt wird bspw. vom Schweizerischen Ingenieur- und Architektenverein als „Graue Energie“ (im Folgenden: GE) bezeichnet. Die GE ist in der Literatur nicht einheitlich definiert [4]. Sie stellt im Wesentlichen den kumulierten, nicht erneuerbaren Primärenergieinhalt für vorgelagerte Prozesse vom Rohstoffabbau über Herstellungs- bis zu Verarbeitungsprozessen und die Entsorgung inkl. Transporte und Hilfsmittel dar [5, 6].

Der Primärenergiebedarf der Gebäudesubstanz selbst gerät derzeit zunehmend in den Fokus, da dieser anteilig zum Gesamtprimärenergieverbrauch eines Gebäudes erheblich beiträgt. Beispielsweise wird der Gesamtprimärenergieverbrauch anteilig als Primärenergiebedarf für Nutzerstrom, Betrieb (Beheizung und Warmwasserversorgung) und Gebäudeerrichtung (GE) beschrieben [7]. Der Verbrauch an GE darf jedoch nicht isoliert für die Errichtung des Gebäudes betrachtet werden. Schon vom Grundsatz her besteht ein Gebäude aus Bauteilen, die über die Bereitstellung zur Gebäudenutzung Ressourcen verbrauchen [8]. Die Bauteile eines Gebäudes weisen eine begrenzte Lebensdauer auf. Sie müssen über die Nutzungsdauer ausgetauscht bzw. instand gesetzt und entsorgt werden und verbrauchen somit zusätzlich GE [9]. Die GE für Instandsetzungsmaßnahmen muss daher in eine Bewertung der Umweltverträglichkeit in Bezug auf Primärenergie mit einbezogen werden.

Prognosen von Kornblum [9] aus dem Jahr 2019, die auf dem Prinzip des Bauteilersatzes beruhen, zeigten für eine standardisierte Büroimmobilie einen erheblichen Zuwachs an GE in 50 Jahren im Vergleich zur ausschließlichen Errichtung. Der Verbrauch an GE für Instandsetzungsmaßnahmen wurde dabei, unter Annahme einer ordnungsmäßigen Instandhaltung der Bauteile und einer dem Zweck entsprechenden Nutzung des Gebäudes, mit über 80% des Energieverbrauchs für die ursprüngliche Errichtung des Gebäudes beziffert [9].

Im Fokus dieses Aufsatzes steht die Entwicklung eines Prognosemodells für frühe Projektphasen der Immobilienentwicklung (HOAI, Leistungsphase 2) zur Bewertung einer Immobilie in Bezug auf die GE für deren Errichtung, Instandsetzung und Entsorgung. Insbesondere soll die GE für Instandsetzungen gemäß Verursacherprinzip durch den Bauteilersatz abgebildet werden. Die Prognose der GE auf Bauteilebene in frühen Projektphasen erfordert ein Modell, das mit einer hinreichend genauen Objektkonzeption die stoffliche Substanz erfasst. Es muss dem Detaillierungsgrad eines realen Gebäudes entsprechen, Informationen zu Mengen und Bauteilen enthalten sowie parametrisierbar sein, um eine Verknüpfung zu GE-Kennwerten, Lebensdauern von Bauteilen und der Nutzungsdauer einer Immobilie zu ermöglichen. Konkret wird damit ein allgemeines Verfahren entwickelt, das auf Bauteilebene operiert und die Bestimmung der GE von Gebäuden mit unterschiedlichen Nutzungsarten (Wohnen, Büro, Hotel etc.) ermöglicht.

2 Grundlagen und Einflussparameter

2.1 Graue Energie

So einfach die Definition der GE scheint, so komplex ist die konkrete Erarbeitung von zuverlässigen Kennwerten. In den letzten 30 Jahren wurde eine Vielzahl von Maßzahlen für den Verbrauch von GE der bedeutendsten Baustoffe, Bauteile oder Gebäudeelemente publiziert. Diese Kennwerte basieren auf Stoff- und Energiebuchhaltungen von vernetzten Systemen. Ähnlich wie in der Finanzbuchhaltung unterliegen Stoff- und Energiebuchhaltungen Zuordnungs-, Bewertungs-, Amortisations- und Erfassungsproblemen, die einheitlich, zweckmäßig und logisch gelöst werden müssen. Vor diesem Hintergrund ist eine Wertung der Literaturkennwerte nicht sinnvoll. Es kann daher nur Kennwerte geben, die in einer einheitlichen Logik erarbeitet wurden und deshalb vergleichbar sind, z.B. anhand der zugrunde gelegten Systemgrenzen. Die Systemgrenzen für GE legen fest, welche Stoff- und Energieflüsse in Abgrenzung zur Systemumwelt in die Buchhaltung mit einbezogen werden [10, 11]. Bild 1 zeigt die Definition der Systemgrenzen des Schweizer Ingenieur- und Architektenvereins für die GE eines Gebäudes.

Die Durchsetzung eines einheitlichen Standards für die Ermittlung der GE ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung, da bestehende Richtlinien, z.B. das SIA-Merkblatt 2032 oder die DIN 15804, keinen verpflichtenden Charakter haben. Es ist daher für den Nutzer schwierig, die Qualität der veröffentlichten Daten im Hinblick auf eine weitere Verwendung zu beurteilen [4].

Das diesem Aufsatz zugrunde liegende Prognosemodell erfordert Kennwerte, die als Einflussparameter einem Bauteil zugeordnet werden können. Da von einer Wertung der GE-Kennwerte Abstand genommen wird, dienen diese als Platzhalter bis zu einer Aktualisierung. Zu den umfangreichsten, öffentlich zugänglichen Datenquellen für die GE von Bauteilen zählen die „Ökobau.dat“ des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat (BMI) aus Deutschland und die „Empfehlung Ökobilanzdaten im Baubereich“ der Koordinationskonferenz der Bau- und Liegenschaftsorgane der öffentlichen Bauherren (KBOB) aus der Schweiz [12, 13]. Insgesamt wird für über 1000 verschiedene Bauteile der nicht erneuerbare Primärenergieinhalt für Herstellung und Entsorgung ausgewiesen, der als Datengrundlage für den Parameter GE im Modell dient.

2.2 Lebensdauer

Alle Bauteile einer Immobilie sind u.a. der materiellen Abnutzung, z.B. durch Verschleiß oder Korrosion, unterworfen. Infolgedessen müssen diese zum Grenzzeitpunkt der max. möglichen Abnutzung, am Ende ihrer technischen Lebensdauer, instand gesetzt werden [14]. Die technische Lebensdauer von Bauteilen bzw. Gebäudeelementen ist definiert als die Zeitspanne zwischen der Herstellung eines Bauteils und dem Zeitpunkt, an dem die Erfüllung der ihm zugedachten Funktion sowie Instandhaltungsmaßnahmen technisch nicht mehr möglich sind [15].

Somit ist die Lebensdauer eines Gebäudes als Zusammenspiel individueller Lebensdauern von einzelnen Bauteilen aufzufassen und wird als technische Gesamtnutzungsdauer bezeichnet. Sie stellt die max. wirtschaftlich mögliche Nutzungsdauer einer Immobilie bei „ordnungsmäßiger Bewirtschaftung“ gem. §23 ImmowertV dar [16, 17].

Folglich könnte eine Immobilie technisch, in Bezug auf die materielle Abnutzung, endlos durch Instandsetzung der Bauteile erhalten werden. Die Gesamtnutzungsdauer wird daher für das zugrunde liegende Prognosemodell als unendlich festgelegt und für das Beispiel auf 80 Jahre beschränkt, z.B. aufgrund von Obsoleszenz. In diesem Modell wird die Instandsetzung von Bauteilen durch den Ersatz der Bauteile am Ende ihrer jeweiligen technischen Lebensdauer abgebildet.

Die Literatur kennt eine Vielzahl von Quellen für technische Lebensdauern von Bauteilen, die untereinander abweichen und grundsätzlich keine belastbaren Kennwerte liefern. Beispielsweise werden die Einflüsse durch die Nutzungsintensität nicht berücksichtigt. Als Berech-

Bild 1 Systemgrenzen für die Bestimmung der grauen Energie eines Gebäudes [5] System boundary for determining the embodied energy of a building [5]

nungsgrundlage dieses Bauteilparameters im Prognosemodell wird die „Empfehlung für Lebensdauern“ des Bundes Technischer Experten e.V. (BTE) aus dem Jahr 2008 herangezogen [18].

Bauteile, deren Abnutzung so langsam voranschreitet, dass sie die Gesamtnutzungszeit nicht unterschreiten, werden über die Lebensdauer des Gebäudes nicht ausgetauscht. Daher wird in der Beispielrechnung davon ausgegangen, dass der Rohbau keinen Angriffen ausgesetzt ist und 80 Jahre überdauert. Ebenfalls werden die Bauteile Estrich (ohne Fußbodenheizung), die Granitfensterbänke und die Putze in den Innenbereichen nicht ersetzt. In diesen Fällen wird angenommen, dass lediglich vereinzelt Ausbesserungen stattfinden, die jedoch vernachlässigt werden. Verbindungs-, material- und konstruktionsbedingte Abhängigkeiten zwischen einzelnen Bauteilen erlauben keinen individuellen Bauteilersatz, sondern erfordern eine Kopplung von Maßnahmen [19, 20]. Zur Abbildung dieses Sachverhalts müssen die Lebensdauerkennwerte unter den Bauteilen sinnvoll angeglichen werden.

2.3 Standardraumstrukturen

Die Methodik der Standardraumstrukturen wurde am Lehrstuhl für Bauprozessmanagement und Immobilienentwicklung der Technischen Universität München entwickelt und basiert auf dem Gedanken, dass sich eine Immobilie entgegen ihrem Unikatcharakter, der nur durch die individuelle Objektkonzeption und die spezifische Lage gegeben ist, hinsichtlich ihrer einzelnen Räume in Bezug auf Struktur und Aufbau standardisieren lässt [21]. Ziel dieser Methodik ist die aussagekräftige Prognose der Herstellungs- und Instandsetzungskosten in frühen Phasen eines Immobilienprojekts, um den Informationsstand des Projektentwicklers im Hinblick auf eine Entscheidung zur Realisierung des Projekts (Realisierungsentscheidung) zu erhöhen [8]. Zur Realisierungsentscheidung, Ende der Leistungsphase 2 „Vorplanung“ nach HOAI, sind jedoch erst ca. 60% des Objektsolls planerisch festgelegt und ermöglichen somit vom Grundsatz her keine belastbare Kostenberechnung auf Basis der vorliegenden Planung [22].

Bild 2 Allokation der nutzungsspezifischen und übergeordneten Standardräume eines Gebäudes [9] Allocation of the usage-oriented and general standardized rooms of a building [9]

Die Standardraummethodik ermöglicht die Zusammenfassung von Bauteilen im Voraus, unter einer standardisierten Vorwegnahme der Planung, zu einem baukastenähnlichen Modell aus Räumen, einer Standardraumstruktur. Diesen Räumen werden somit Informationen zugrunde gelegt, die sonst erst in der Ausführungsplanung zur Verfügung stehen. Die enthaltenen Bauteile ähneln strukturell einem Raumbuch auf Basis ihrer geplanten Nutzung. Zusammengesetzt beschreiben sie ein standardisiertes Gebäude auf Bauteilebene. Das Gebäudemodell wird parametrisiert durch die Dimensionierung der Räume mit den aus der Vorplanung gegebenen Nutzungen, der Anzahl und der Geometrie der Räume [9]. Die Bauteile eines Raums folgen der Gliederungsstruktur der DIN 276-1 (KG 300 & 400) und ergeben in Kombination mit speziellen Flächenarten, z.B. nach DIN 277-1, die sog. Standardräume [23, 24]. Ein Standardraum ist eine normierte Fläche innerhalb eines Gebäudes, dem eine bestimmte Funktion bzw. Nutzung zugeordnet werden kann. Durch die Skalierung dieser Flächenarten ist es möglich, jedes Gebäude gleicher Art abzubilden. Bild 2 zeigt schematisch die Modellierung eines Gebäudes aus übergeordneten und nutzungsspezifischen Standardräumen [9].

Übergeordnete Standardräume beziehen sich auf das ganze Gebäude, insbesondere auf die Tragstruktur. Zu diesen zählen u.a. der Rohbau, die Fassade und die horizontale und vertikale Versorgung. Insbesondere Wände, Decken, Unterzüge, Stützen und alle raumbildenden Bauteile sind dem Rohbau zugeordnet. Die nutzungsspezifischen Standardräume lassen sich in die Tragstruktur einfügen und enthalten bspw. Technikräume oder Büroräume. Die Bauteile werden vom Fußboden ausgehend, ab dem Zementestrich, und von den Wänden ausgehend, ab dem Putz (Ausbaustruktur), den nutzungsspezifischen Standardräumen zugeordnet. Leitungen, Kabel und Rohre sind ab Überschreiten der Raumgrenzen dem jeweiligen nutzungsspezifischen Standardraum zugeordnet. Weiter sind Heizkörper, Lampen, Schalter, Steckdosen, Fußbodenbeläge sowie Innentüren und Innenfenster Teil des nutzungsspezifischen Standardraums. Außentüren und Außenfenster sind dem übergeordneten Standardraum Fassade zugeordnet [9].

Standardraumstrukturen sind auf unterschiedliche Immobilientypen (Wohnen, Büro, Hotel etc.) anwendbar. Damit lassen sich z.B. Wohnimmobilien zu Gebäuden gleicher Art, zu Gebäudetypen, zusammenfassen. Der Gebäudetyp (z.B. Einfamilienhaus) definiert hierbei die raumübergreifenden Kosten, die nicht allein mit der Zahl der Räume skalierbar sind, wie z.B. Heiz- und Heizungskosten. Um eine lückenlose und gleichzeitig hinreichend standardisierte Modellierung zu ermöglichen, müssen Gebäudetypen definiert werden. Beispielsweise wurden für Wohnimmobilien die Typen Einfamilienhaus, Zweifamilienhaus, Wohngebäude mit drei bis acht Wohnungen und Wohngebäude mit acht und mehr Wohnungen definiert [25].

2.4 Ausstattungsstandard

Standardräume mit gleicher Raumfunktion (z.B. Schlafen = Schlafzimmer) können in Bezug auf die zugeordneten Bauteile unterschiedlich ausgestattet sein. Werden diese standardisiert und vergleichend bewertet, repräsentieren sie Ausstattungsstandards. Standard definiert das Niveau bzw. die Wertigkeit einer Leistung bei gleicher Qualität. Beispielsweise entspricht ein Boden aus Naturstein, z.B. Granit, einem höheren Standard im Vergleich zu einem Bodenbelag aus Betonwerkstein. Aus diesem Grund kann eine Funktion des Bauteils auf verschiedene Weisen erfüllt werden, die sich in technischer oder konstruktiver Sicht unterscheiden und unterschiedliche Kosten generieren. Ein weiteres Beispiel ist die Wärmeversor-

Bild 3 Standardraumstruktur „Wohnen“ [25] Structure of standardized rooms for “residential” propertys [25]

gung, die durch eine Fußbodenheizung jedoch auch klassisch durch Radiatoren an den Wänden realisiert werden kann. Eine Fußbodenheizung ist höherwertig und erhöht den Ausstattungsstandard. Für den Immobilientyp Wohnen wurden für jeden Gebäudetyp drei Niveaustufen mit den Kategorien „niedrig“, „mittel“ und „gehoben“ definiert (Bild 3) [25].

Der Verbrauch an GE eines Gebäudes ist abhängig vom Material der verwendeten Bauteile bzw. von den Baustoffen. Ein typisches Beispiel in einem Standardraum ist der Fußboden. In der Kategorie „niedrig“ stellt kostengünstiges Linoleum den Bodenbelag dar. Die Kategorie „mittel“ definiert wesentlich kostspieligere Beläge wie Laminat oder Fertigparkett. Hochwertige Natursteinplatten charakterisieren hier die Kategorie „gehoben“. Gemäß Ökobau.dat wird GE hingegen für Herstellung und Entsorgung je m2 am wenigsten von Parkett (ca. 86 MJ) bzw. Laminat (ca. 83 MJ) verbraucht, gefolgt von Linoleum (ca. 93 MJ) und Natursteinplatten (ca. 136 MJ) [12, 13]. Unterschiedliche Ausstattungsniveaus sind nach Sachwertrichtlinie [26] bekannt, jedoch in Bezug auf das Material nicht konkret definiert, wie es für die Prognose der GE (Herstellung und Instandsetzung) nötig wäre. Die Niveaustufen „einfach“, „mittel“ und „gehoben“ dieses Prognosemodells unterscheiden sich insbesondere bei Fußbodenaufbauten, Wand- und Deckenverkleidungen sowie der Fassadenausführung. Tab. 1 gibt einen Überblick über die Ausstattungsstandards und deren Material.

3 Prognosemodell

Bei der Bestimmung der GE eines Gebäudes über Standardraumstrukturen kann es sich sowohl um ein in Planung befindliches als auch ein bestehendes Objekt handeln. In dieser Untersuchung wird lediglich der Neubau betrachtet. Zu Beginn ist der Immobilientyp festzulegen, gefolgt von der Gebäudekubatur und der damit verbundenen Gebäudegeometrie (Bild 4). Ist die Nutzung der einzelnen Flächen definiert, erfolgt die Auswahl der übergeordneten und nutzungsspezifischen Standardräume nach Raumfunktion, Ausstattungsstandard und Menge. Jeder mögliche Standardraum ist in einem Datenblatt beschrie-

Bild 4 Anwendungsleitfaden der Standardraumstrukturmethodik [9] Application guide for the standardized rooms method [9]

Bild 5 Beispieldarstellungen der Nord-, Südansicht und des Grundrisses 1. OG des Wohngebäudes North view, south view and floor plan 1st floor of the exemplary residential building

ben, das neben den geometrischen Gegebenheiten des Raums auch eine Auflistung der ihm zugeordneten Bauteile beinhaltet. Den Bauteilen werden neben der individuellen Menge (mit entsprechender Einheit) die Parameter GE, technische Lebensdauer und Nutzungsdauer zugeordnet. Die Kostengruppe der DIN 276 und der Leistungsbereich des Standardleistungsbuchs (StLB) beschreiben die kalkulatorischen Parameter der Bauteile.

Die Berechnung der GE eines Standardraums gliedert sich, gem. Gl. (1), in GE zur Errichtung (Herstellung einschl. Entsorgung) des Objekts und in GE für Instandsetzungsaufwendungen.

SR;j() GraueEnergie je Standardraum

i1 i i GraueEnergie fürErrichtung

i ii1 n i GE t GE Q GE Q it LD n ∑ ∑= ⋅ + ⋅ ⋅ GraueEnergie fürInstandsetzung  = =    (1)

Die GE eines Standardraums j zum Zeitpunkt t der Gesamtnutzungsdauer wird bestimmt aus der Summe der erforderlichen GE für die Errichtung und Instandsetzung aller Bauteile i.

Die GE für die Errichtung eines Bauteils i (Zeitpunkt 0) errechnet sich aus der erforderlichen GE für Herstellung und Entsorgung GEi der einzelnen Bauteile und der jeweiligen Menge Qi.

Die GE für die Instandsetzung eines Bauteils i ergibt sich aus der erforderlichen GE für Herstellung und Entsorgung des Bauteils GEi, der entsprechenden Menge Qi und dem Quotienten aus dem Zeitpunkt ti und der technischen Lebensdauer LDi.

Die GE eines Gebäudes errechnet sich aus der Summe der GE aller erforderlichen Standardräume SR;j [9].

4 Beispiel

Die Beispielrechnung des Prognosemodells wird für eine Wohnimmobilie durchgeführt. Das Gebäude ist charakterisiert als frei stehendes Wohnhaus mit elf Wohneinheiten über fünf oberirdischen Geschossen bei einer Gebäudegrundfläche von 265 m2, einer Raumhöhe von 2,65 m und einer Gebäudehöhe von 14,7 m. Insgesamt wird eine Wohnfläche von 1090 m2 mit einem Bruttorauminhalt von 5021 m3 realisiert. Die tragenden Außen- und Innenwände sind in Kalksandsteinbauweise ausgeführt, nicht tragende Wände in Gipskartonbauweise. Die Bodenplatte, die Decken und das Flachdach sind in Stahlbeton gefertigt. Das Gebäude wird in Bild 5 exemplarisch in Nord-, Südansicht und Regelgeschoss (1. OG) dargestellt.

Für die entsprechenden Raumfunktionen werden die benötigten Standardräume in Abhängigkeit von den Ausführungsniveaus „einfach“, „mittel“ und „gehoben“ gewählt (Tab. 1). Anschließend werden diese mit den spezifischen Parametern „Länge“, „Breite“, „Höhe“ und „Anzahl“ skaliert. Exemplarisch sind die Skalierungsparameter für das Regelgeschoss sowie deren Zusammenfassung je Geschoss in Tab. 2 dargestellt.

5 Ergebnis

In Bild 6 wird die kumulierte GE für die anfallenden Herstellungs- und Entsorgungsaufwendungen des Beispielobjekts vom Zeitpunkt der Errichtung (Jahr 0) bis zum Jahr 80 für die definierten Ausstattungsstandards „einfach“, „mittel“ und „gehoben“ dargestellt.

Zum Zeitpunkt der Errichtung weist das gehobene Ausstattungsniveau mit ca. 6,2 Mio. MJ den höchsten Verbrauch an GE auf. Das einfache Ausstattungsniveau verbraucht um ca. 15% und das mittlere Ausstattungsniveau um ca. 13% weniger GE. Bis zum Jahr 80 wird bei dem gehobenen Ausstattungsniveau mit 9,3 Mio. MJ das Maximum an GE verbraucht. Das einfache Ausstattungsniveau verbraucht dabei um ca. 8% und das mittlere Ausstattungsniveau um ca. 11% weniger. Der sprunghafte Anstieg im Jahr 40 folgt aus den Lebensdauerangaben. In allen Ausstattungsstandards werden ca. 65% des Gesamtverbrauchs für den Ersatz von Bauteilen, deren Lebensdauer vervielfacht 40 Jahre beträgt, verbraucht. Zum

Bild 6 Kumulierte graue Energie in 80 Jahren für die Wohnimmobilie in den Ausstattungsniveaus „einfach“, „mittel“ und „gehoben“ Accumulated embodied energy over 80 years for the exemplary residential property for outfit levels “low”, “medium” and “high”

Beispiel sind hier die Instandsetzung der WDVS-Fassade (alle 40 Jahre), der Fenster (alle 40 Jahre) und der Flachdachabdichtung (alle 20 Jahre) zu nennen.

Am Beispiel Ausstattungsniveau „mittel“ ist zu sehen, dass 65% der kumulierten GE (8,3 Mio. MJ) der Errichtung (Herstellung und Entsorgung) des Gebäudes und 35% dem Bauteilersatz über die Nutzungsdauer geschuldet sind (Bild 7).

Dabei entfallen auf den Rohbau ca. 34%, die Fassade ca. 27% und den Ausbau ca. 39% der kumulierten GE

(Bild 8). Der Rohbau, der über die Nutzungsdauer nicht ersetzt wird, nimmt trotzdem einen Anteil von mehr als einem Drittel ein.

Das Verhältnis der Anteile der GE für die Kostengruppen 300 und 400 variiert deutlich für die Bereiche „Neubau“, „Instandsetzung“ und „Lebenszyklus“ (Bild 9).

Bild 7 Verhältnis der grauen Energie zwischen Errichtung und Instandsetzung in 80 Jahren Embodied energy in construction in comparison to repair after 80 years Bild 8 Kumulierte graue Energie in 80 Jahren für Rohbau, Fassade und Ausbau Accumulated embodied energy after 80 years for structural work, facade and equipment

Bild 9 Entwicklung der grauen Energie nach 80 Jahren, gegliedert nach KG 300 und 400 Development of embodied energy after 80 years structured according to KG 300 and 400

Bild 10 Kumulierte graue Energie in 80 Jahren, gegliedert nach DIN 276 Accumulated embodied energy after 80 years according to DIN 276 Schließlich wird der Gesamtverbrauch an GE im Ausstattungsniveau „mittel“ nach der zweiten Ebene der DIN 276 untersucht (Bild 10). 80% des Gesamtaufkommens an GE wird durch die Anteile Außenwände (KG 330; ca. 32%), Decken (KG 350; ca. 19%), Gründung (KG 320; ca. 16%) und Innenwände (KG 340; ca. 13%) verbraucht.

Die Methodik der Standardraumstrukturen eignet sich für die Prognose von GE in frühen Projektphasen unterschiedlicher Immobilientypen (Wohnen, Büro, Hotel etc.). In Abhängigkeit vom Ausstattungsstandard werden die Bauteilkennwerte Menge, graue Energie, technische Lebensdauer und Nutzungsdauer verknüpft und generieren die kumulierte graue Energie für die Errichtung, Instandsetzung und Entsorgung.

Die kumulierte graue Energie in 80 Jahren der beispielhaft untersuchten Wohnimmobilie ergibt für den Rohbau einen Anteil von ca. 34%, für die Fassade von ca. 27% und für den Ausbau (inkl. TGA) von ca. 39%. Die zugrunde gelegten Ausstattungsstandards (einfach, mittel und gehoben) beeinflussen dabei die kumulierte graue Energie im Mittel um 10%. Der Neubau der Wohnimmobilie hat einen Anteil an der kumulierten GE von 65% und die Instandsetzung 35%.

Bei der Berechnung der GE für Instandsetzungen im Prognosemodell haben die Kennwerte für die graue Energie der Bauteile gemäß Berechnungsmethodik direkt proportionalen und die technische Lebensdauer indirekt proportionalen Einfluss. Die Qualität der veröffentlichten Bauteilkennwerte für die graue Energie und die technische Lebensdauer schlägt sich dementsprechend im Ergebnis nieder. Daher ist es unabdingbar, dass einheitliche Standards für die Bestimmung der GE von Bauteilen durchgesetzt werden, um die Qualität von Prognosen in Bezug auf graue Energie zu erhöhen. Insbesondere die technische Lebensdauer erfordert statistisch nachgewiesene Kennwerte unter Berücksichtigung der Nutzungsintensität, die das zeitliche Auftreten des Bauteilersatzes im Prognosemodell beeinflusst.

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Autoren

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Zimmermann zimmermann.ms-rx@t-online.de IBI Institut für Bauprozessmanagement und Immobilienentwicklung GmbH Dürrbergstr. 32a 82335 Berg

M.Sc. Maximilian Reiser (Korrespondenzautor) m.reiser@tum.de Technische Universität München Lehrstuhl für Bauprozessmanagement und Professur für Immobilienentwicklung Arcisstr. 21 80333 München

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Zimmermann, J.; Reiser, M. (2021) Prognose des Verbrauchs grauer Energie über die Lebensdauer von Gebäuden. Bautechnik 98, H. 1, S. 63–73. https://doi.org/10.1002/bate.202000068 Dieser Aufsatz wurde in einem Peer-Review-Verfahren begutachtet. Eingereicht: 7. Juli 2020; angenommen: 8. Oktober 2020.

VERANSTALTUNGEN

Bauen für alle – Gemeinsam handeln für Klimaschutz und Ressourceneffizienz

Am 24. November 2020 fand in der BerlinBrandenburgischen Akademie der Wissenschaften in Berlin das hybride 2. Symposium Ingenieurbaukunst – Design for Construction statt. Die von Dr. Bernhard Hauke moderierte Schlussdiskussion mit Prof. Werner Sobek, Prof. Lamia MessariBecker, Reiner Nagel und Eva Hinkers beleuchtete die Frage: Klimaschutz, Ressourceneffizienz und wie weiter?

Ressourcenknappheit ist neben dem Klimawandel eine der größten Herausforderungen der Menschheit. Der Baubedarf weltweit steigt weiter; insbesondere in sich wirtschaftlich entwickelnden Ländern. Mit den verfügbaren Ressourcen unserer Erde muss allen Menschen dauerhaft ein würdiges Leben ermöglicht werden. Das erfordert konsequent nachhaltiges Bauen mit zirkulären Ansätzen. Die Bauwirtschaft muss mittelfristig zu einer ressourcenbewussten Kreislaufwirtschaft werden, Ressourcen maximal sparsam einsetzen und im Kreislauf halten. Nur so können wir dem weltweiten Baubedarf in ökologischer, ökonomischer, sozial und baukulturell verträglicher Weise gerecht werden. Dafür tragen wir Verantwortung und haben Vorbildfunktion. Wissenschaftler/-innen und Ingenieur/-innen haben bereits viele Aspekte des nachhaltigen Bauens erforscht und Lösungen anwendungsbereit. Andere Fragen sind bisher noch nicht hinreichend in Bauwirtschaft oder angewandter Bauforschung verankert.

Mit Forschung, Entwicklung und Innovationen müssen wir Lösungen für nachhaltiges Bauen, Ressourceneffizienz und Klimaschutz durchsetzen. Alle Bauschaffenden zusammen; Architekt/-innen, Ingenieur/-innen, Stadtplaner/-innen, Bauwirtschaft und Verbände müssen jetzt gemeinsam mit Politik und Gesellschaft handeln. Am 2. Symposium Ingenieurbaukunst – Design for Construction waren beteiligt: Bernhard Hauke, Ernst & Sohn | Lamia Messari-Becker, Uni Siegen | Jan Knippers, Uni Stuttgart | Bernd von Seht, Wetzel & von Seht | Mike Schlaich, TU Berlin, sbp | Lucio Blandini, Uni Stuttgart, Werner Sobek | Christian Hartz, TU Dortmund | Julian Lienhard, Uni Kassel, Str.ucture | Dietmar H. Maier, Ingenieurgruppe Bauen | Thomas Klähne, KLÄHNE BUNG | Stefan Polonyi | Thomas Auer, TU München , Transsolar | Thorsten Helbig, Knippers Helbig, The Cooper Union | Christoph Gengnagel, Bollinger+Grohmann, UdK Berlin | Uwe Heiland, SEH Engineering | Wolfgang Sundermann, Werner Sobek | Burkhard Walter, B. Walter Ingenieurgesellschaft | Ansgar Hüls, HÜLS Ingenieure | Alexander Hentschel, TRAGRAUM Ingenieure | Bernhard Schäpertöns, BPR Dr. Schäpertöns | Eva Hinkers, Arup Europa | Reiner Nagel, Bundesstiftung Baukultur | Werner Sobek, Uni Stuttgart.

Mehr zum 2. Symposium Ingenieurbaukunst – Design for Construction unter www.ingD4C.org