Bauphysik 1/2025

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1 Bauphysik

47 . Jahrgang

Februar 2025 ISS N 0171-5445

Wärme | Feuchte | Schall | Brand | Licht | Energie

– Ökobilanzielle Bewertung von Wohnbauten – Teil 2: Detailbetrachtungen und Ausblick

– Bildgebende Schlierenverfahren zur Visualisierung von Raumluftströmungen in der Bauphysik

– Natürliche Recarbonatisierung von Kalksandstein: Ein neuer Ansatz zur Bewertung der Nachhaltigkeit

– Wärmepumpen für EFH im Bestand

– Vorhersage der Wirkung trockener Luft auf die Haut durch Gebäudesimulation, Raumluftströmung und Personenmodell

– Flüssigkunststoff-Abdichtung für befahrbare Holzkonstruktionen

– Energetische Vergleichsrechnungen zu Wohngebäuden auf Basis von DIN V 18599

Schallpegelmesser Nor145

Pegel- und Nachhallzeitmessungen g nach ISO 3383 (Tmid) g nach ISO 16283 / 717 (R’w) des Nor282 via WLAN

Leistungsverstärker Nor282

Leistungsverstärker Nor283

Schallleistung 123 dB

Durchmesser nur 27 cm

Zum Titelbild: Das Collegium Academicum in Heidelberg wurde mit dem Deutschen Nachhaltigkeitspreis Architektur ausgezeichnet. Die Jury würdigte sowohl die architektonische Qualität als auch die Eigeninitiative der jungen Projektgruppe. Das Areal entstand als Pilotprojekt für gemeinschaftliches und nachhaltiges Bauen, um bezahlbaren Wohnraum zu schaffen. Auf einem ehemaligen US-Militärhospital umfasst es zwei sanierte Gebäude und einen Neubau und unterstützt die Wiederbelebung des Stadtteils Rohrbach. Der Holzneubau verbindet suffizientes, flexibles Wohnen mit hoher Qualität. Neben Wohnraum bietet das Projekt Gemeinschaftsflächen wie Werkstätten und Seminarräume, wobei flexible Trennwände eine Anpassung des Wohnraums ermöglichen, siehe auch S. 73. (Foto: Thilo Ross)

Inhalt Bauphysik 1/25

AUFSÄTZE

M. Vukadinovic, T. Lützkendorf, A. Maas, S. Schlitzberger, K. Höttges, F. Dorff, G. Lange, H. König 1 Ökobilanzielle Bewertung von Wohnbauten – Teil 2: Detailbetrachtungen und Ausblick

Lia Benetas, Amayu Wakoya Gena, Hayder Alsaad, Conrad Völker 15 Bildgebende Schlierenverfahren zur Visualisierung von Raumluftströmungen in der Bauphysik

Wolfgang Eden, Nabil A. Fouad, Zakaria Istanbuly 22 Natürliche Recarbonatisierung von Kalksandstein: Ein neuer Ansatz zur Bewertung der Nachhaltigkeit

Tanja Broszies, Lena Stuht, Frank U. Vogdt 33 Wärmepumpen für Einfamilienhäuser im Bestand – ökologische und ökonomische Auswirkungen

Markus Rösler, Ralf Gritzki, Wojciech Kozak, Clemens Felsmann 41 Vorhersage der Wirkung trockener Luft auf die Haut durch Kopplung von Gebäudesimulation, Raumluftströmung und Personenmodell

Adrian Wick, Thomas Volkmer, Dirk Übelhör 50 Flüssigkunststoff-Abdichtung für befahrbare Holzkonstruktionen: Alterung und Zugeigenschaften

BERICHT

Claas Christian Ehrich, Stefan Himburg 63 Energetische Vergleichsrechnungen zu Wohngebäuden auf Basis von DIN V 18599

71 BAUPHYSIK aktuell 76 VERANSTALTUNGSKALENDER

47. Jahrgang

Februar 2025, Heft 1

ISSN 0171-5445 (print)

ISSN 1437-0980 (online)

Peer-reviewed journal

Die Bauphysik ist im Journal Citation Report von Clarivate Analytics (vormals Thomson Reuters), sowie bei Scopus von Elsevier gelistet.

Impact Faktor 2023: 0,2

CiteScore 2023: 0,8

http://wileyonlinelibrary.com/journal/bapi

www.ernst-und-sohn.de/bapi

Produkte & Objekte

A4 Schallschutz / Akustik / Lärmschutz

A9 Wohngesundheit & Nachhaltigkeit

A13 Aktuell

Außergewöhnliche

Architekten arrangieren im modernen Interior Design ein Zusammenspiel verschiedener Elemente. mit den innovativen Oberflächen von richter akustik & design lassen sich unterschiedliche materialien, Farben und Strukturen harmonisch kombinieren. Bei Produktlösungen aus holz, Stein und Beton verschmelzen Funktionalität und ästhetik zu einem unverwechselbaren look. Innovative materialien wie lightBeton®, Acoustic­ribPanel und StoneVeneer passen perfekt zusammen und ermöglichen raumkonzepte auf hohem Niveau.

material­mix für neue Ideen mit Acoustic­ribPanel, lightBeton® und StoneVeneer

Acoustic-RibPanel

Das Produkt schafft neuen Gestaltungsspielraum für Architekten und Planer und verbessert die Raumakustik. Das Akustik-Panel ist die ideale Kombination aus akustisch wirkendem Filz und der diffusen Wirkung von Lamellen. Die gebrauchsfertigen Elemente eignen sich für eine schnelle und einfache Montage. Das Panel wird in Büros, Shops, Kitas, Bars, Restaurants und vielen weiteren

Objekten erfolgreich eingesetzt und fügt sich perfekt als Akzent in moderne Innenraumkonzepte ein.

LightBeton ® – echter Beton

Der vielfach eingesetzte Designwerkstoff LightBeton® ermöglicht eine außergewöhnliche Innenraumgestaltung für Decke und Wand und dank seiner extrem leichten Bauweise die kreative Gestaltung lebendiger Räume. Die mehrfach ausgezeichnete Echtbeton-Oberfläche überzeugt mit ihrem eigenwilligen Design. Für anspruchsvolle Projekte stehen verschiedene Oberflächen und Farbschattierungen zur Verfügung. Diese vielseitige Materialwahl ermöglicht es, eine einmalige Atmosphäre zu schaffen – sowohl im gewerblichen als auch im privaten Wohnbereich.

StoneVeneer

Natürliche, echte Materialien stehen bei der Raumgestaltung hoch im Kurs – und StoneVeneer setzt hier neue Maßstäbe. Es besteht aus einer nur wenige Zehntel-Millimeter dicken Echtsteinschicht und ist in verschiedenen Farbtönen sowie Oberflächenstrukturen erhältlich. Das Stein-

Bild 2 LightBeton® für Wand und Decke
Bild 3 StoneVeneer für Möbelbau, Wand und Decke
(Fotos: Richter Akustik Design)
Bild 1 Acoustic-RibPanel als Akzent oder in endlos Charakter für Wand und Decke

furnier besticht durch seine exklusive Optik und haptische Beschaffenheit. Es verleiht Räumen eine besondere Ausstrahlung und harmoniert hervorragend mit Holz und Beton. Mit seiner spaltrauen Haptik überzeugt StoneVeneer durch Vielseitigkeit und eignet sich perfekt für Möbelbau, Wände und Decken.

Seit Jahren ist Richter akustik & design ein zuverlässiger Partner für Architekten und Designer, die kreative Akustiklösungen suchen. In unserem Werk in Melle/St. Annen fertigen rund 50 Mitarbeiter auf hochmodernen Maschinen die Oberflächenwerkstoffe der Zukunft. Die außergewöhnlichen Oberflächen werden im unternehmenseigenen Labor für anspruchsvolle Kunden entwickelt.

Weitere Produktlinien von richter akustik & design

Acoustic-Baffles

Markante Akzente durch vertikal abgehängte Elemente mit einer feinen Akustik für jeden Raum.

RUHE EINKEHREN LASSEN.

Schallübertragung gezielt entgegenwirken mit Sylodyn® - und Sylomer® - Dämmstreifen.

• Zuschnitte nach individuell benötigten Maßen.

• Einfache Installation zwischen Wand und Decke.

• Auch für besonders stark beanspruchte Bauteile mit hohen Pressungen.

Acoustic-CompactBoard ®

Der Allrounder in der klassischen Ausführung für großflächige, akustisch wirksame Wand- und Deckenverkleidungen.

Acoustic-CompactPanel ®

Die Akustiklösung als vollkonfektioniertes Paneel im Fixformat oder als Lamelle mit längsseitigem Nut-Feder-Profil.

Acoustic-RibPanel Slim

Einfach zu montierende gebrauchsfertige Elemente als Akzent oder großflächig einsetzbar. Bestehend aus einem Akustik-Filzträger mit verschiedenen Oberflächen.

Acoustic-Grilles

Vertikale Lamellen akustisch wirksam.

www.richter-akustik-design.de

Innovative Holzverbindungssysteme für höchste Ansprüche.

Software für lärmschutz: Neuversionen zur Geräuschvisualisierung und raumakustischen Planung

Bild 1 Benutzerfreundliche und intuitive Bedienoberfläche in SoundPLANessential 6.0

Die SoundPlAN Gmbh, die Software für den lärmschutz entwickelt und vertreibt, hat neue Versionen ihrer Softwareprodukte veröffentlicht. SoundPlANessential 6.0 punktet mit einer neuen Bedienoberfläche und einem noch intuitiveren Projekt­Workflow. SoundPlANnoise 9.1 ist ein eher strukturelles update mit vielen Innovationen im Detail.

SoundPlANessential, lärmberechnung kompakt

SoundPLANessential beschränkt sich auf das Kerngeschäft des Immissionsschutzes und berechnet, dokumentiert und visualisiert die Lärmausbreitung von Straßen-, Schienen-, Gewerbe- und Parkplatzlärm. Dank dieses Konzepts, kommt SoundPLANessential mit wenigen Zusatzfunktionen aus und lässt sich daher schnell erlernen, auch wenn nur gelegentlich Projekte in diesem Bereich anfallen. Trotz einfacher Bedienung, verzichtet auch SoundPLANessential nicht auf genaue Berechnungsergebnisse, Effizienz und qualitativ hochwertige tabellarische und grafische Dokumentation.

Die Highlights von SoundPLANessential 6.0:

Völ lig neu konzipierte Benutzeroberfläche mit benutzerfreundlichen Schaltflächen und einem noch intuitiveren Workflow für die Projektbearbeitung.

– Verbessertes Konzept für die Kombination verschiedener Lärmarten; schneller Zugriff auf die Ergebnisse der einzelnen Lärmarten oder den Summenpegel.

– Komplett überarbeitete 3D-Grafik: Die 3D-Grafik ist ab jetzt auf dem neuesten Stand der Technik und wartet mit brillanter Klarheit der Darstellung auf.

Das multitalent SoundPlANnoise

SoundPLANnoise zeichnet sich dadurch aus, dass nicht nur die klassischen Bereiche des Schallimmissionsschutzes und des Umgebungslärms abgedeckt werden, sondern viele weitere Themen in der gleichen Software berechnet, beurteilt und dargestellt werden können. Dazu gehören beispielsweise die lärmoptimierte Planung von Open-Air-Konzerten, um die Nachbarschaft nicht zu belästigen, die raumakustische Planung und Bewertung von Großraumbüros, die Überprüfung der Sprachverständlichkeit von Lautsprecherdurchsagen durch Auralisation, die Bewertung von Lärmbelästigung von Windparks oder statistische Auswertungen, um vom Lärm betroffene Anwohner zu erkennen und Maßnahmen zur Verbesserung der Situation einleiten zu können.

Zu den Highlights von SoundPLANnoise 9.1 gehören:

– ISO 9 613-2: 2024: neuer Objekttyp Zylinder mit speziellen Reflexionseigenschaften, Kaminrichtwirkung und detaillierte Betrachtung der Dämpfung durch Wald.

– Vereinfachter Modelldatenimport: Die Zuweisung der Eigenschaften wurde optimiert und ist durch die Möglichkeit, Formeln für die Zuweisung zu verwenden, noch flexibler geworden. Zusätzlich ermöglichen erweiterte Programmbibliotheken, dass neue Importformate schnell implementiert werden können.

– Komplett überarbeitete 3D-Grafik: Die 3D-Grafik ist auf dem neuesten Stand der Technik und wartet mit brillanter Klarheit der Darstellung und schneller Bewegung, auch bei großen Datenmengen mit detailliertem Gelände auf.

– Neue 3D -Gebäude-Isoliniendarstellung aus einem an den Fassaden und auf dem Dach berechneten Immissionsortraster.

– Neue Bewertungsdeskriptoren Lautheit, Schärfe und Tonalität zur Beurteilung psychoakustischer Aspekte.

– Hochauflösende Monitore werden jetzt besser unterstützt, die Eingabedialoge wurden hierfür komplett überarbeitet.

Bild 2 Visualisierung von Lärmkennziffern normiert auf 200 m Straßensegmente in SoundPLANnoise 9.1

(Abb.: Soundplan)

Visuelle Darstellung von lärm

Die Lärmkarten, die SoundPLANnoise und SoundPLANessential erstellen, zeigen auch für Nicht-Profis und Fachleute mit anderen Schwerpunkten sehr anschaulich, woher der Lärm kommt und wie er sich ausbreitet. Mithilfe von Kartierungssoftware können nicht nur aktuelle, sondern auch prognostizierte Lärmpegel dargestellt werden. Planer können dann Szenarien testen und die beste Option zur Lärmminderung und zum Schutz der Menschen vor den schädlichen Auswirkungen des Lärms ermitteln.

www.soundplan.eu

Von der Innovation zum klassiker: die Dämmrolle tempusrOll

Die Spezialisten der herotec Gmbh waren mit unter den ersten Produzenten hochwertiger Flächenheizung in variablen Stärken. Seitdem 1980 das Start­modell auf den markt kam, sind die verlegefertigen Wärme­ und trittschalldämmmatten von herotec aus der Branche nicht mehr wegzudenken.

Ausrollen, zuschneiden, fixieren: Die Dämmrolle tempusROLL schafft im Handumdrehen eine wärme- und trittschallisolierende Verlegebasis für Flächenheizungsrohre aller Dimensionen und Werkstoffe. Die Matte aus güteüberwachtem Polystyrolschaum EPS ist mit einer dünnen, reiß- und wasserfesten Verbundfolie versehen. Sie erfüllt Baustoff-/Brandklasse E nach EN 135011:2000 und eignet sich zur Verlegung unter Nassestrichen. Beim sauberen Zuschneiden ebenso wie bei der Rohrplatzierung hilft das aufgedruckte 50 -mm-Verlegeraster.

Die seitlichen Stöße der Rollbahnen lassen sich mit einem Folienüberstand von ca. 3 cm a n den Seiten zuverlässig gegen Estrichan-

Bild 1 Der flexible Klassiker seit 1980: Die tempusROLL Dämmmatte von herotec gibt es in einer Vielzahl von Stärken und Wärmeleitgruppen.

Bild 2 Schnell gelegt, geschnitten, geklebt: Die Dämmmatten tempusROLL und tempusFALT passen zu fast jeder Art von Flächenheizung.

machwasser abdichten. Dieser Folienüberstand ist auch selbstklebend erhältlich. Die Deckschicht der tempusROLL Dämmrolle überzeugt seit jeher durch ihre hohe Reißfestigkeit. Mit sogenannten Tackernadeln werden die Heizrohre sicher befestigt. Der Produkt-Klassiker ist in den Stärken 20 bis 40 mm u nd in den Wärmeleitgruppen 032 / 035 / 040 / 045 lieferbar. Je nach Estrichstärke lassen sich so Trittschallverbesserungen von 26–35 dB erzielen. Als Alternativformat für kleine Flächen steht tempusFALT zur Verfügung. Die verlegefertigen Faltplatten in der Größe 1 × 2 m können in den Stärken von 15–50 mm produziert werden.

www.herotec.de

(Abb.: herotec GmbH Flächenheizung)

Schallschutz leicht gemacht –

In einer zunehmend lauter werdenden umwelt wird das Bedürfnis nach ruhe und Stille immer bedeutender. Dies ist nicht nur ein persönliches Verlangen, sondern auch ein wichtiger Faktor für unsere Gesundheit. Zahlreiche wissenschaftliche Studien belegen, dass dauerhafte lärmbelastung schwerwiegende Folgen haben kann. Schlafstörungen, Bluthochdruck, konzentrationsschwierigkeiten und herz­kreislauf­Erkrankungen gehören zu den häufigsten gesundheitlichen Problemen, die durch lärm verursacht werden. Das Schaffen von ruhigen umgebungen ist daher ein unverzichtbarer Schritt zur Förderung des körperlichen und geistigen Wohlbefindens.

Schallschutz neu gedacht – mit der GePi­connect­reihe ruhe schaffen

Die GePi-Connect-Reihe – eine innovative Produktserie im Bereich Schallschutz, die auf der bewährten und hochmodernen Sylodyn-Technologie des renommierten Unternehmens Getzner Werkstoffe basiert. Schallschutzwinkel setzen neue Maßstäbe, wenn es um Belastbarkeit, Lärmminderung und Qualität geht. Ob im privaten oder gewerblichen Bereich, die Produkte der GePi-ConnectReihe tragen dazu bei, ein angenehmes und ruhiges Umfeld zu schaffen.

(Fotos:

Innovative Funktionsweise der GePi­connectProdukte

Die Schallschutzwinkel der GePi-Connect-Serie wurden speziell entwickelt, um Schallübertragungen effektiv zu minimieren. Der Schlüssel liegt in der einzigartigen Konstruktionsweise: Über die Druckplatte erfolgt die Kraftübertragung, während die großzügig dimensionierten Durchgangslöcher in den Winkeln sicherstellen, dass keine Schallwellen über die Verbindungselemente übertragen werden. Dadurch wird nicht nur eine optimale Kraftübertragung gewährleistet, sondern gleichzeitig eine hochwirksame Schallisolierung erreicht. Sylodyn-Technologie sorgt dabei für eine entscheidende Entkopplung, wodurch Schwingungen und Geräusche reduziert werden.

Verbindungen für anspruchsvolle Bauprojekte

Ganz gleich, welche Anforderungen an das Bauprojekt gestellt werden, die Schallschutzwinkel bieten stets höchste Festigkeit und Zuverlässigkeit. Die GePi-Winkel sind darauf ausgelegt, immense Schub- und Zugkräfte mühelos aufzunehmen. Dies wird durch die außergewöhnlichen Testergebnisse der TVFA-Innsbruck bestätigt: Der GePi-240-Winkel bewältigt Schubkräfte von bis zu 60 kN ohne Probleme. Zusätzlich punktet er mit einer erdbebensicheren Konstruktion, die auch bei seismischen Aktivitäten maximalen Schutz gewährleisten kann. Somit bieten die GePi-240-Winkel eine zuverlässige Ableitung von Schubkräften, selbst unter extremen Bedingungen wie Erdbeben.

Geprüfte Schallschutztechnik und zertifizierte Qualität

Die GePi-Winkel sind nicht nur auf ihre mechanische Belastbarkeit getestet, sondern auch schalltechnisch geprüft, um sicherzustellen, dass sie den hohen Anforderungen an den Schallschutz gerecht werden. Diese Tests garantieren, dass die Produkte der GePi-ConnectReihe sowohl den gesetzlichen Vorgaben als auch den Erwartungen an leistungsstarke Schallschutzlösungen entsprechen.

Sylodyn­technologie: Flexible Schallschutzlösungen für individuelle Anforderungen

Die Sylodyn-Technologie bietet eine maßgeschneiderte Schallschutzlösung für verschiedenste Bauanforderungen. Die Dämmstreifen sind in den Stärken 6, 12,5 oder 25 mm erhältlich und können auf die benötigten Maße zugeschnitten werden. Für Bauteile, die besonders hohen Druckbelastungen standhalten müssen, sind auch steifere Sylodyn-Typen verfügbar, die selbst höchsten Ansprüchen gerecht werden. Diese Technologie wird zwischen Wand und Decke positioniert, um Vibrationen und Lärm auf ein Minimum zu reduzieren.

Pitzl verbindet modernste Schallschutztechnologie und höchste Qualität. Diese Schallschutzlösungen bieten nicht nur verlässliche Festigkeit und Sicherheit, sondern sorgen auch für spürbar mehr Ruhe in Alltag.

www.pitzl-connectors.com

Bild 1 Verwendung von GePi-Connect im Einsatzbereich Holz-Holz
Bild 2 Die GePi-Connect-Reihe basiert auf der bewährten und hochmodernen Sylodyn-Technologie von Getzner Werkstoffe.
Pitzl)

Beton­Verbundkonstruktion

Die Errichtung von Decken mit großen Spannweiten galt bislang ohne Baustahl als nicht umsetzbar. mit der neuen Verbundlösung „maxit Duoblock“ kommt nun eine ökologische, stahlfreie Alternative auf den markt, die den Deckenbau nachhaltig verändern kann. massivholz und Beton werden hier in einer hybriden konstruktion vereint und ermöglichen über 11 m weite Decken für alle gängigen Gebäudetypen. Ein speziell entwickelter Vergussbeton schafft dafür eine kraftschlüssige Verbindung mit den Vollholzbalken.

„Bei dieser einzigartigen Hybridlösung können beide Baustoffe ihre bauphysikalischen Vorteile optimal ausspielen“, erklärt Johannes Eberlein, Leiter Produktmanagement vom Hersteller Maxit (Azendorf). Neben Stärken bei Statik, Schall- und Brandschutz über zeugt „maxit Duoblock“ insbesondere ökobilanziell mit rund 64 % weniger CO2 -Emissionen gegenüber herkömmlichen Konstruktionen.

Unter Experten ist es kein Geheimnis: Der Einsatz von Baustahl schlägt sich in der Energiebilanz eines Gebäudes überdurchschnittlich negativ nieder. Allerdings steht umweltbewussten Planern und Bauherren nun eine nachhaltige Alternative zur Verfügung: die stahlfreie Holz-Beton-Verbunddecke „maxit Duoblock“ (Zulassung DIBt., Z -9.1-904). Dabei handelt es sich um eine Deckenkonstruktion aus Massivholz-Fertigteilen, auf die bauseitig eine besondere Beton-Vergussmasse (Baustoffklasse A1) in Dicken von 50 bis 80 mm aufgetragen wird. Diese ist sowohl als Sicht- wie auch als verkleidete Decke ausführbar und eignet sich ideal für ökologischen Holz- und Massivbau. Angeboten wird die Verbunddecke von der familiengeführten Maxit-Gruppe (Azendorf), die ihre gesamte Produktpalette für Rohbau, Ausbau und Fassade in den letzten Jahren auf den Prüfstand gestellt und klimatechnisch verbessert hat. Die neue Holz-Beton-Hybridlösung gilt dabei hausintern als Meilenstein hin zu einer umweltgerechteren Bauwirtschaft. Fast zehn Jahre intensive gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsarbeit mit dem Unternehmen Brunthaler Holzbau (Egglham) und dem Institut für Holzbau (IfH, Augsburg) gingen der Markteinführung voraus.

holz und Beton im Einklang

Laut Hersteller wurden nie zuvor gegensätzliche Werkstoffe wie Holz und Beton derart ausgewogen in einem Bauprodukt vereint. So bildet die vom Trockenmörtel-Spezialisten entwickelte BetonVergussmasse dank einer speziellen Sieblinie und des hohen Wasserrückhaltevermögens eine kraftschlüssige Verbindung mit den

Bild 1 Mit der stahlfreien Holz-Beton-Verbunddecke „maxit DUOBLOCK“ bietet die Maxit-Gruppe ab sofort eine ökologische Alternative zu herkömmlichen Stahlbetondecken.

Bild 2 Decken aus Massivholz bilden die Basis der Verbundlösung „maxit DUOBLOCK“: Zur Verwendung kommen dabei ausschließlich hochwertige, keilgezinkte Konstruktions-Vollhölzer (KVH) aus Fichte nach DIN 1052:2008.

Vollholzbalken – und zwar mittels spezieller Fräsung und Dübeln aus Buchenholz. Während die Balken die Zugkräfte der Biegespannung aufnehmen, trägt der Beton die Drucklast. Auf diese Weise lassen sich die Stärken beider Verbundstoffe voll ausschöpfen und große Spannweiten von über 12 m er reichen – bei 50 % weniger Flächengewicht gegenüber Standard-Stahlbetondecken. Dabei sind die Deckenunterseiten in unterschiedlicher Sichtqualität oder verkleidet ausführbar.

Mit rund 64 % weniger CO 2 -Emissionen weist „maxit Duoblock“ einen deutlichen Nachhaltigkeitsbonus auf. So wird das Treibhauspotenzial um 20 kg CO2 Äq./m 2 reduziert, der Primärenergiebedarf um 40 %. Möglich wird dies durch 40 % weniger Betoneinsatz und den kompletten Verzicht auf Bewehrungsstahl. Das ist auch ein wichtiger ökonomischer Pluspunkt gegenüber Stahlbetondecken, deren Energie- und Herstellungskosten aufgrund der aktuellen Stahl- und Zementpreise spürbar gestiegen sind.

Zügiger Bauablauf garantiert

Alternative Holz-Beton-Deckensysteme waren bislang ebenfalls noch auf Betonverankerungen und Baugewebe aus Stahl angewiesen. Neben den ökologischen Nachteilen erweist sich hier jedoch insbesondere die Montage als enorm zeitaufwendig, da Bewehrung und Verguss nur geschossweise erfolgen können und damit den Weite Decken ohne Stahl: Schneller und trockener Deckenbau mit stahlfreier holz­

Bild 3 Zeitsparender Deckenbau: Erst nach witterungsfester Errichtung des Gebäudes wird der Beton im Fließestrich-Verfahren vergossen. So entfallen zwischenzeitliche Unterbrechungen durch längere Trocknungsphasen.

Bild 4 Holz-Beton-Verbunddecke: Der minimale Betonquerschnitt sorgt in der Verarbeitungsphase für eine geringe Belastung durch Feuchtigkeit.

Baufortschritt deutlich verlangsamen. Im Gegensatz dazu profitieren Bauschaffende mit „maxit Duoblock“ von einem schnellen und trockenen Bauablauf, denn das nächste Geschoss lässt sich direkt nach dem Verlegen der Decke aufsetzen. Erst nachdem das Gebäude wettergeschützt errichtet wurde, erfolgt der Verguss des Betons. Für eine zügige Verarbeitung wird dieser per Silo gebrauchsfertig auf die Baustelle geliefert, wobei das FließestrichVerfahren eine hohe Flächenleistung ermöglicht. Ausschalzeiten beschränken sich auf drei bis zehn Tage nach dem Vergießen. Dabei sorgt der minimale Betonquerschnitt für eine geringe Belastung durch Feuchtigkeit. Noch schnellere Ergebnisse sind mittels industrieller Vorfertigung möglich.

Das Unternehmen sieht sich damit noch nicht am Ende der Entwicklung: Mittelfristig soll der zementgebundene Beton noch durch

(Foto:

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Wichtige Verarbeitungshinweise, technische Daten und einen Überblick über alle Vorteile zur Deckenlösung „maxit DUOBLOCK“ liefert die gleichnamige Fachbroschüre. Sie steht Bauprofis ab sofort zur kostenfreien Bestellung bereit.

einen rein mineralischen Anhydrit-Fließestrich ersetzt werden. Als nicht thermisch behandeltes Naturprodukt, das nur fein vermalen wird, weist Anhydrit einen geringeren Primärenergiebedarf auf. Wissenschaftliche Langzeitversuche liefern hier bereits vielversprechende Ergebnisse. „Mit forschungsbasierten Innovationen kann die Bauwirtschaft neben Errichtungszeiten auch graue Energie einsparen. Dazu wollen wir mit unserer Decken-Verbundlösung langfristig beitragen“, so Johannes Eberlein.

Technische Daten und Verarbeitungshinweise zur neuen, stahlfreien Holz-Beton-Verbunddecke „maxit Duoblock“ sind in einer gleichnamigen Fachbroschüre zusammengefasst. Planer und Bauunternehmer können diese direkt beim Hersteller bestellen.

www.maxit-duoblock.de

Bauphysik-Kalender 2025

Schwerpunkte: Simulationen, BIM und KI

- Aktuelles zu DIN/TS 18599 „Energetische Bewertung von Gebäuden“

- Erläuterungen zu Simulationstools für alle Themengebiete der Bauphysik

- BIM und KI – die Zukunft des Planungsprozesses

Im Bauphysik-Kalender 2025 werden Simulationen für die gesamte Bauphysik behandelt, z. B. hygrothermische Bauteilsimulation, Brand, Schall, Tageslicht, Gebäudesimulation, Stadtklima, Personenströme. Wie KI künftig die Entscheidungsfindung unterstützt, wird anhand von Anwendungen erläutert.

/ 2025 · ca. 708 Seiten · ca. 514 Abbildungen · ca. 183 Tabellen

Hardcover 978-3-433-03451-4 ca. € 159* Fortsetzungspreis ca. € 139* Bereits vorbestellbar.

BESTELLEN +49 (0)30 470 31-236 marketing@ernst-und-sohn.de www.ernst-und-sohn.de/3451

* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland, inkl. MwSt.

Bild 1 Das 1961 erbaute Mehrfamilienhaus der Wohnungsgenossenschaft am Vorgebirgspark im Kölner Stadtteil Zollstock wurde 2021 als Energiesprong-Pilotprojekt ausgewählt und ist eines der ersten Gebäude, das hierzulande nach dem neuartigen Prinzip saniert wird.

Im Zuge eines Pilotprojekts nach dem Energiesprong­Verfahren „sprang“ ein mehrfamilienhaus im kölner Stadtteil Zollstock aus dem Stand vom energetischen Problemfall zum kfW Effizienzhaus 40 EE Standard. Dank digitalisierter und standardisierter Prozesse in kombination mit vorgefertigten Elementen dauerte das Sanierungsvorhaben nur wenige monate und hat außerdem keinen Einfluss auf die kaltmiete der Bewohnerinnen und Bewohner, die während der gesamten Aktion in ihren eigenen vier Wänden bleiben konnten. um den 16 mietparteien trotz nun luftdichter Dämmung ein gesundes und behagliches raumklima zu gewährleisten und gleichzeitig wertvolle heizenergie einzusparen, wurden alle Wohnungen mit den komfort­lüftungsgeräten Zehnder comfoAir Fit 100 ausgestattet.

Noch immer hat der Gebäudesektor die wenig schmeichelhafte Rolle als einer der weltweit größten Energieverbraucher inne. Das liegt unter anderem am allgegenwärtigen Sanierungsstau, von dem auch Deutschland nicht ausgenommen ist und dank dem das Erreichen der Klimaschutzziele bis 2045 erheblich gefährdet ist. Die Gründe für die geringe Sanierungsrate von unter einem Prozent sind vielfältig und liegen u. a. i n aufwendigen Planungen, hohen Investitionskosten, dem allgegenwärtigen Fachkräftemangel sowie geringer Akzeptanz von Mieterseite begründet. Doch das aus den Niederlanden stammende Energiesprong-Prinzip schickt sich an, der Sanierungsquote nun auch hierzulande auf die Sprünge zu helfen, indem es eine schnelle, minimalinvasive und kostengünstige Instandsetzung von Mehrfamilienhäusern verspricht.

Die Deutsche Energie-Agentur (dena) hat den neuartigen Sanierungsansatz in Deutschland initiiert, finanziert wird er vom deutschen Wirtschaftsministerium und Unterstützung kommt zusätzlich vom Bundesverband deutscher Wohnungs- und Immobilienunternehmen (GdW). Energiesprong-Sanierungen zeichnen sich durch eine Reihe von Besonderheiten aus: Ganze Mehrfamilienhäuser werden ähnlich dem Fertighausbau mit Hilfe von vorgefertigten Bau- und Technikelementen und auf Basis digitalisierter und standardisierter Prozesse auf den nachhaltigen und energieeffizienten NetZero Standard gebracht. Dies hat nicht nur zur Folge, dass die Sanierung besonders schnell über die Bühne geht und damit auch günstiger ausfällt, sondern so wird auch verhindert, dass die Mieterinnen und Mieter mit einer Erhöhung der Kaltmiete konfrontiert werden. Denn dank der enormen Energiekosteneinsparung finan-

ziert sich die Sanierung à la Energiesprong zu einem großen Teil von selbst.

Das 1961 erbaute Mehrfamilienhaus der als Bauherrin fungierenden „Wohnungsgenossenschaft am Vorgebirgspark“ im Kölner Stadtteil Zollstock mit seinen 992 m 2 Fläche wurde 2021 als Energiesprong-Pilotprojekt ausgewählt und ist eines der ersten Gebäude, das hierzulande nach dem neuartigen Prinzip saniert wird. Es entspricht dabei exakt der beschriebenen Kategorie an Gebäuden, die durch schlechte Dämmung sowie ineffiziente Wärmeerzeugung und -verteilung zum „Klimakiller“-Image des Gebäudesektors beitragen. Damit gehört es zu den ca. 500.000 Gebäuden in Deutschland, die sich laut Auskunft der dena für eine Energiesprong-Sanierung eignen, nämlich „insbesondere Wohnhäuser, aus den 1950er-, 1960er- und 1970er-Jahren mit bis zu drei Etagen, einfacher Hülle und einem hohen Energieverbrauch von rund 130 kWh/m 2 a oder mehr“.

konzeption und umsetzung

Mit der Konzeption und Umsetzung der Sanierungsmaßnahmen betraute die Wohnungsgenossenschaft die Planer vom energiebüro vom Stein sowie das Architekturbüro Zeller Kölmel Architekten. Beide Unternehmen sind für ihren ökologischen Anspruch bekannt und setzten sich für eine Lösung ein, die möglichst energiesparend und gleichzeitig regenerativ und rückbaubar funktioniert. Mit Korona Holzbau aus dem benachbarten Bergisch-Gladbach fand man zudem einen regional ansässigen Hersteller von nachhaltigen Fertighäusern und Hauselementen aus Holz, der aufgrund seiner ganzheitlichen Herangehensweise und Erfahrung im Bausektor hauptverantwortlich mit der Umsetzung betraut wurde. Durch die regionale Ansässigkeit konnten außerdem lange und energieintensive Transportwege vermieden werden. In der firmeneigenen Werkstatt wurde nicht nur die neue, stark gedämmte Gebäudehülle modelliert und hergestellt, die Firma übernahm auch die komplette SHK-Installation.

Mit der enormen Aufstockung der Dämmung wäre eine ausreichende Luftzufuhr für die 16 Wohnungen in Köln-Zollstock allerdings nicht mehr gewährleistet gewesen. Zwar ließen sich die Wohneinheiten wie zuvor per Fenster belüften, doch damit würde

Bild 2 Das Mehrfamilienhaus zählte aufgrund schlechter Dämmung sowie ineffizienter Wärmeerzeugung und -verteilung zu den ca. 500.000 Gebäuden in Deutschland, die sich laut dena für eine EnergiesprongSanierung eignen.

Bild 3

Das Komfort-Lüftungsgerät Zehnder ComfoAir Fit 100 bietet kompakte Abmessungen und die Option der versteckten Montage in der Wand bei gewohnt hoher Leistung und Effizienz.

die aufwendige Abdichtung der Gebäudehülle nutzlos gemacht und wertvolle Heizenergie verschwendet werden. Die Planer- und Architektenbüros suchten also nach einer passenden Lösung zur kontrollierten Belüftung der einzelnen Mietparteien. Dabei stellte sich jedoch schnell heraus, dass der Markt schlicht keine Lüftungsgeräte bereithielt, die den Anforderungen gerecht wurden, wie Klaus Zeller, geschäftsführender Gesellschafter bei Zeller Kölmel Architekten, berichtet: „Zentrale Lüftungsgeräte in jeder Wohnung konnten wir logistisch nicht unterbringen, da hierfür ein gesonderter Technikraum oder anderweitig Wohnfläche notwendig gewesen wäre, und für dezentrale Lösungen fehlten die passenden Außenwandflächen“. Einen Ausweg aus diesem Dilemma brachte die Bekanntschaft der beiden Unternehmen mit Marcus Bieleit, dem u. a. f ür den Großraum Köln zuständigen Gebietsleiter Wohnraumlüftung beim Raumklimaspezialisten Zehnder aus Lahr/Schwarzwald.

„Mit Marcus Bieleit und Zehnder besteht seit vielen Jahren ein reger Austausch und Zehnder war auch der erste Lüftungshersteller, der uns für dieses Pionierprojekt in den Sinn kam“, so Jörg vom Stein, seines Zeichens Geschäftsführer des gleichnamigen Planungsbüros. „Gemeinsam mit Herrn Bieleit suchten wir also nach einer Lösung für unser Problem. Und wie sich zeigen sollte, hatten wir dabei großes Glück“, fügt der impulsgebende Planer hinzu. Zu diesem Zeitpunkt war nämlich die Entwicklung eines neuen, kompakten Zehnder Komfort-Lüftungsgeräts, das exakt auf die Anforderungen in Mehrfamilienhäusern zugeschnitten ist, bereits weit vorangeschritten.

„Die Idee für Zehnder ComfoAir Fit 100 wurde tatsächlich im Vertrieb geboren, da es immer wieder Nachfragen nach einem kompakteren zentralen Komfort-Lüftungsgerät gab, das von der Größe her genau zwischen unseren dezentralen und zentralen Geräten liegt“, gibt Marcus Bieleit Einblick in die Entstehungsgeschichte und erzählt weiter: „Als die Firmen vom Stein und Zeller Kölmel während ihrer Suche auf mich zukamen, dachte ich natürlich sofort an unsere neueste Entwicklung. Und dank einer gemeinsamen Anstrengung der Zehnder ‚Lüftungsstandorte‘ Lahr, Reinsdorf und dem niederländischen Zwolle gelang es uns einen exklusiven Prototyp für den Einsatz im Kölner Sanierungsprojekt frühzeitig fertigzustellen“. Dieser Prototyp stieß auf Begeisterung seitens der Projektverantwortlichen: Besonders dank seiner kompakten Abmessungen von gerade einmal 821 × 465 × 216 mm u nd der Option einer versteckten Montage in der Wand bei gleichzeitig gewohnt hoher Leistung und Effizienz, bekam Zehnder ComfoAir Fit 100 schnell den Segen aller Beteiligten. Daraufhin wurden 15 weitere Exemplare bestellt, welche Zehnder in Rekordzeit produzierte und bereitstellte.

(Fotos: Zehnder)

Bild 4

Die Revisionsöffnungen an der Gebäudefassade lassen sich von außen warten. Trotz des einfachen Zugriffs bleibt der Frostschutz bei eisigen Temperaturen gewährleistet.

„Alle Zehnder ComfoAir Fit 100 verfügen außerdem über einen integrierten Enthalpietauscher, der für effiziente Wärme- und komfortable Feuchterückgewinnung sorgt. Dadurch kommen wir hier komplett ohne Kondensatanschluss aus und den Bewohnern droht weder trockene Luft im Winter noch Schimmelbildung aufgrund zu hoher Luftfeuchte. Ganz zu schweigen von der Wärmerückgewinnung, die einen Großteil der Heizkosten einspart“, fasst Marcus Bieleit die Vorzüge der neuen Komfort-Lüftungsgeräte stolz zusammen. In dem Kölner Mehrfamilienhaus konnten diese elegant in der neuen Außenfassade versteckt werden. So geht keinerlei Wohnraum verloren und die Bewohner bekommen abseits des behaglichen Luftwechsels und der frischen Raumluft nichts von der intelligenten Haustechnik mit. Der besondere Clou dabei: Die 16 Exemplare von Zehnder ComfoAir Fit 100 besitzen Revisionsöffnungen an der Gebäudefassade und lassen sich daher von außen warten. Und trotz des einfachen Zugriffs bleibt der Frostschutz der Komfort-Lüftungsgeräte auch bei eisigen Temperaturen stets gewährleistet.

Vorfertigung ermöglicht minimalinvasiven Eingriff in Gebäudehülle

Der Wohnungsgenossenschaft lag nicht nur am Herzen, dass die Mietparteien keiner finanziellen Mehrbelastung ausgesetzt werden, sondern sogar während des kompletten Sanierungszeitraums in ihren Wohnungen bleiben können. Für die beteiligten Unternehmen war das jedoch mehr Motivation als Einschränkung: Um den operativen Eingriff in die Gebäudehülle so wenig invasiv wie möglich zu gestalten, entschied man sich dazu, die neue Fassade mit einer Dämmung von ca. 45 cm u nd inklusive vormontierter Fenster und Türen komplett vorzufertigen und im nächsten Schritt damit das Bestandsgebäude einzukleiden. Diese Vorgehensweise erforderte auch, dass die Lüftungsgeräte sowie die Luftverteilung bereits im Vorhinein in die neue Fassade integriert werden. „Dafür haben wir in der Werkstatt von Korona Holzbau gemeinsam an der optimalen Lösung getüftelt“, berichtet Marcus Bieleit. Zur Veranschaulichung wurde dort erst mit Modellen gearbeitet, bis die richtigen Maße und die perfekte Auslegung feststanden. Dann fertigte das Holzbauunternehmen die Elemente der neuen Außenfassade und setzte dabei bereits bauseits die Lüftungskomponenten ein, sodass auf der Baustelle lediglich Kernlochbohrungen und finale Installationsschritte vorgenommen werden mussten.

reduzierte heizkosten und Frischluft in allen räumen

Die 16 Mietparteien in Köln-Zollstock profitieren seit dem Abschluss der kurzen Sanierungsphase im Dezember 2022 nicht nur

von erheblich reduzierten Heizkosten, sondern auch von behaglicher Frischluft in allen Räumen. Dabei können die Fenster allzeit geschlossen bleiben und dank CO2 - und Feuchte-Sensoren arbeiten die Komfort-Lüftungsgeräte Zehnder ComfoAir Fit 100 bedarfsgerecht und vollautomatisch. Dank effektiver Wärmerückgewinnung sind diese zudem maßgeblich daran beteiligt, dass das Mehrfamilienhaus mit dem Effizienzhaus 40 EE Standard die höchste Stufe des KfW-Förderstatus erreicht. Das gesamte Gebäude benötigt also nur 40 % der Energie eines konventionellen Neubaus und mindestens 65 % davon werden mit erneuerbaren Energien abgedeckt. Zudem erfüllt das Energiesprong-Pilotprojekt den sogenannten NetZero Standard, was bedeutet, dass am und im Gebäude über das gesamte Jahr betrachtet, ebenso viel erneuerbare Energie selbst erzeugt wird, wie die Bewohner mit Heizung, Warmwasser und Strom verbrauchen. Diese grüne Energie liefert eine große Photovoltaik-Anlage auf dem Dach des Gebäudes, die ebenfalls neu angebracht wurde.

Energetische modernisierung

Darüber hinaus umfasst die Sanierung eine lange Liste an Maßnahmen, die alle zum hohen Energiestandard des Gebäudes beitragen: Die Fassadenelemente sind in Holztafelbauweise hergestellt und mit Zellulosedämmstoff gefüllt. Damit besteht die neue Fassade weitestgehend aus ökologischen Baustoffen und ist rückbau- und wiederverwertbar, was Köln-Zollstock zum ersten Energiesprong-Projekt macht, bei dem die Prinzipien des kreislaufgerechten Bauens umgesetzt wurden. Auch das Dach des Mehrfam ilienhauses wurde mit vorgefertigten Elementen energetisch ertüchtigt, bevor es mit PV-Modulen bestückt wurde. Für Heizwär me und Warmwasser sorgt eine Luft-Wärmepumpe mit groß dimensioniertem Pufferspeicher und effizientem vollelektrischem Durchlauferhitzer. Zudem wurden die veralteten und inneffizienten Heizkörper durch Niedertemperatur-Heizkörper Zehnder Nova Neo ausgetauscht, die optimal mit den Luft-Wärmepumpen harmonieren. Sie verfügen über integrierte aktivierte Lüfter, die die Konvektion zusätzlich erhöhen und so die Aufheizphase verkürzen und die Heizleistung erhöhen. Die Gesamtkosten der energetischen

BASF verkauft Styrodur®­Geschäft an BAchl

BASF hat eine Vereinbarung zum Verkauf ihres Geschäfts mit Styrodur®, einem Dämmstoff aus extrudiertem Polystyrol, mit der karl Bachl kunststoffverarbeitung Gmbh & co. kG (BAchl) unterzeichnet. BAchl ist ein großer hersteller von Dämmstoffen in Deutschland, ein erfahrener XPS­ Produzent und langjähriger Styrodur®Vertriebspartner der BASF. Der Verkauf umfasst auch die marke Styrodur®

In diesem Geschäft sind rund 50 Mitarbeitende in Produktion, Marketing und Vertrieb in der BASF SE tätig. Die betroffenen Mitarbeitenden bleiben in der BASF SE. Vorbehaltlich der Geneh-

Modernisierung lagen bei 1,9 Millionen €, von denen 876.000 € über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) und 235.000 € über das Interreg-Programm der Europäischen Union gefördert wurden. Somit sind mehr als 50 % der Sanierung mithilfe von Fördermitteln erreicht worden.

„Erste Messungen nach dem Einbau lieferten sehr gute Werte in Bezug auf den CO2 -Gehalt und die Feuchtigkeit in den Wohnungen“, berichtet Markus Bieleit stolz und fügt hinzu: „Die Mieterinnen und Mieter sind durch und durch sehr zufrieden mit dem Ergebnis der Sanierung im Allgemeinen und dem Raumklima im Speziellen. Es gibt auch keinerlei Geräuschbelastung durch die Lüftungssysteme“. Die im März 2022 gestartete und bereits im Dezember desselben Jahres abgeschlossene Sanierung kann man ohne Übertreibung als deutsches Leuchtturmprojekt für das Energiesprong-Verfahren und als vollen Erfolg bezeichnen.

Zahlreiche Faktoren wie die stabile Kaltmiete, das Tempo, in dem die Sanierung von Statten ging, die minimale Beeinträchtigung der Mietparteien, die konstruktive und innovative Zusammenarbeit aller Beteiligten und letztlich auch der dadurch erreichte, hohe Energiestandard des sanierten Objekts zeigen die Stärken und Chancen des neuartigen Verfahrens optimal auf. Dass die planenden und ausführenden Unternehmen dabei im positivsten Sinne über das Ziel hinausgeschossen sind und auf allen Ebenen auf das nach haltige, ökologische, regenerative und energieeffiziente Maximum hingearbeitet haben, macht das Projekt zu einer Demonstration für optimales Sanieren. Würde man dieses beispielhafte Vorgehen skalieren – das Energieverbrauchsproblem des Gebäudesektors in Deutschland ließe sich schnell beseitigen. Somit kann man nur hoffen, dass sich viele Immobilienbesitzer, Wohnungsbauunterneh men und Planende von diesem Erfolg inspirieren lassen und die Vorzüge des Energiesprong-Verfahrens für sich nutzen. Die Bauherrin geht dabei weiterhin mit gutem Beispiel voran: Aufgrund der überaus positiven Erfahrungen bei diesem Pilotprojekt plant die Wohnungsgenossenschaft am Vorgebirgspark rund 50 weitere Wohneinheiten à la Energiesprong energetisch zu san ieren.

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migung der zuständigen Wettbewerbsbehörden wird der Abschluss des Verkaufs für Mitte 2025 erwartet. Über die finanziellen Details der Transaktion haben die Vertragsparteien Stillschweigen vereinbart.

„Mit dem Verkauf des Styrodur ® -Geschäfts setzt BASF konsequent den strategischen Fokus auf expandierbares Polystyrol mit unseren bekannten Marken Neopor ® und Styropor ®“, so Dr. Klaus Ries, Leiter Business Management Styrenics Europe bei BASF. BASF hat bereits im Oktober 2024 mit der Ankündigung, die Produktionskapazität von Neopor ® in Ludwigshafen ab Anfang 2027 um 50.000 t auf 250.000 t pro Jahr zu erweitern, ihre Ambition unterstrichen, im europäischen Markt für expandierbares Polystyrol (EPS) weiter zu wachsen.

„Wir sind überzeugt, dass BACHL mit seiner Erfahrung und Expertise im XPS-Markt der Marke Styrodur ® einen optimalen Weg in die Zukunft bieten wird und die getroffene Vereinbarung unsere Partnerschaft noch weiter stärken wird“, so Ries weiter.

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M.Vukadinovic,T.Lützkendorf,A.Maas,S.Schlitzberger,K.Höttges,F.Dorff,G.Lange,H.König

ÖkobilanzielleBewertungvonWohnbauten–Teil2: DetailbetrachtungenundAusblick

DieReduktionvonTreibhausgasemissionenimBau-undGebäudebereich,einschließlichvor-undnachgelagerterBranchen,istzentralfürdenKlimaschutzunddienachhaltigeEntwicklung.InDeutschlandwirdintensivdiskutiert,wieAnforderungenzurBegrenzungderEmissionenimLebenszyklus vonGebäudenindasOrdnungsrechtintegriertwerdenkönnten.DasFörderprogramm„KlimafreundlicherNeubau“(KFN) nutztbereitskonkreteBerechnungsansätzeundAnforderungsniveaus,dieaufdenRegelnundDatengrundlagendes Indikators„TreibhausgaseundPrimärenergieimLebenszyklus“desQualitätssiegelsNachhaltigesGebäude(QNG)basieren.ImzweitenTeilderBeitragsreihewerdendieResultateeinerAnalysederLebenszyklus-EmissionenvonWohnbautenvorgestellt,dieTeildesForschungsberichts„KlimafreundlicheWohnbauten–ErprobungundWeiterentwicklungvon GrundlagenderÖkobilanzierung“sind.Thematisiertwerden dieAnteilegebäudebezogenersowienutzungsbedingter Emissionen,derEinflussvonKellernundTiefgaragen,die WahlderBezugsflächesowiedieAuswirkungenvonPV-AnlagenunterverändertenklimatischenBedingungen.Eswird auchdiskutiert,welcheKonsequenzendieseErkenntnissefür PlanungsprozesseundProduktentwicklungenhaben.EinAusblickaufdienächstenSchritteunderwartbareVeränderungenrundetdenBeitragab.DieAutorenladenein,sichmitden Empfehlungenauseinanderzusetzen,umeinenBeitragzur MinderungderEmissionenimBau-undGebäudebereichzu leisten.

Stichworte Lebenszyklusanalyse;Ökobilanzierung;Wohnbauten; Treibhausgasemissionen;Bezugsfläche;Erstaufwand;Klimawandel; Datengrundlagen

1EinordnungundFragestellungen

ImSommer2024wurdeeinvomBundesministeriumfür Stadtentwicklung,WohnenundBauwesen(BMWSB)gefördertesundvomBundesinstitutfürBau-,Stadt-und Raumforschung(BBSR)imRahmenvon„ZukunftBau“ koordiniertesForschungsvorhabenabgeschlossen.Der Berichtwurdeunter[1]veröffentlicht.DasProjekt„KlimafreundlicheWohnbauten–ErprobungundWeiterentwicklungvonGrundlagenderÖkobilanzierung“befasste sichmit(1)derÜberprüfungderRechen-undBilanzierungsregelnsowieeinerAnalysederErreichbarkeitder AnforderungenunterdenBedingungendergegenwärtigenPlanungs-undBaupraxis,(2)derKlärungmethodischerFragenund(3)derSchaffungvonGrundlagenund VoraussetzungenfürdieWeiterentwicklungdesQNG

Lifecycleassessmentofresidentialbuildings–Part2:Detailedconsiderationsandoutlook

Thereductionofgreenhousegasemissionsintheconstructionandbuildingsectoriscrucialforclimateprotectionand sustainabledevelopment.Germanyisdebatinghowtointegraterequirementsforlimitingemissionsinthelifecycleof buildingsintoregulatorylaw.The ’Climate-friendlynewbuild’ fundingprogramalreadyusesspecificcalculationapproachesandrequirementlevelsbasedonthe ’Greenhouse gasesandprimaryenergyinthelifecycle’ indicatorofthe SustainableBuildingQualitySeal.Ananalysisoflifecycle emissionsofresidentialbuildingsrevealsinsightsintobuilding-anduse-relatedemissions,theimpactofbasementsand undergroundgarages,thechoiceofreferencearea,andthe effectsofPVsystemsunderchangingclimaticconditions.The findingshaveimplicationsforplanningprocessesandproduct development.Thearticleconcludesbyurgingreaderstoconsidertherecommendationstohelpreduceemissionsinthe constructionandbuildingsector.

Keywords lifecycleanalysis;lifecycleassessment;residentialbuildings; greenhousegasemissions;referencearea;initialexpenditure;climate change;databasis

mitentsprechendenKonsequenzenfürdasFörderprogramm„KlimafreundlicherNeubau“(KFN).Imersten TeildieserauszweiTeilenbestehendenReihevonBeiträgenzumThemawurdendieErgebnissezurForschungsfrage(1)präsentiert.DieserTeilenthielteine EinordnungdesThemasindenKontextderNachhaltigkeitsbewertung.ErerklärtedieForschungszieleunddas Forschungsdesign.Außerdemwurdendieuntersuchten Gebäudevorgestellt.

ImhiervorliegendenzweitenTeilwirdauffolgendeFrageneingegangen:

1.WiegroßsinddieAnteiledesgebäudebezogenensowiedesbetriebs-undnutzungsbedingtenAnteilsan

M.Vukadinovic,T.Lützkendorf,A.Maas,S.Schlitzberger,K.Höttges,F.Dorff,G.Lange,H.König:ÖkobilanzielleBewertungvonWohnbauten–Teil2

denTreibhausgasemissionenimLebenszyklusvon Wohnbauten?

2.WelcheTreibhausgasemissionensindmitderHerstellungundErrichtung(upfrontemissions/Erstaufwand) vonWohnbautenverbunden?

3.WelchenEinflusshabenKellerundTiefgaragenauf dieTreibhausgasemissionen?

4.WelchenEinflusshatdieWahlderBezugsflächeauf AnforderungswerteundBewertungsergebnisse?

5.WieistderEinflussvonPV-AnlagenimKontextaktualisierterklimatischerRandbedingungen?

6.WelcheAuswirkungenhatderTrendderEmissionsfaktoreninderEnergieversorgung?

7.WelcheKonsequenzenergebensichfürdiePlanungsundBaupraxis?

8.BeiwelchenTeilthemenwirdsichzeitnaheinAnpassungsbedarfbeiDatengrundlagenundBilanzierungsregelnergeben?

AbschließenderfolgteinAusblick.

DieReihenfolgederFragenliefertdieGrundlagefürdie StrukturierungdesnachfolgendenAbschnitts2.

2Detailfragen

2.1Analysegebäudebezogenersowiebetriebs-und nutzungsbedingterAnteile

DieErmittlungundBewertungderTreibhausgasemissionenimLebenszyklusvonGebäudensindzunächstauf derenGesamtsummegerichtet.FürdiesegibteseinerseitsBerichtspflichteninderEU-Taxonomieoderkünftig gemäßEPBDundandererseitsbildensiedieGrundlage füreineÜberprüfungderEinhaltungvonAnforderungen imKontextvonFörderprogrammenundkünftigggf.auch desOrdnungsrechts.FürdieInterpretationderErgebnissemüssendieSystemgrenzen,RechenregelnundDaten-

grundlagenbekanntsein.BeieinemplanungsbegleitendenAnsatzsindzusätzlichAnalyse-undVerbesserungsmöglichkeitenderEntwurfsvariantenvonInteresse.Dies betrifftu.a.TeilgrößenderTreibhausgasemissionen,für dieErfahrungs-oderOrientierungswertevorliegenoder diezunächsteineIdentifikationvonBereichenmithöheremVermeidungspotenzialunterstützen.IndiesenKontextlässtsichdieFragenachderGrößenordnungund demrelativenVerhältnisvongebäudebezogenensowie betriebs-undnutzungsbedingtenAnteileneinordnen. DieseFrageistschonlängerGegenstandintensiverUntersuchungen[2].DerbereitsinderLiteraturfestgestellte Trendeinerrelativenundz.T.auchabsolutenZunahme dergebäudebezogenenTreibhausgasemissionenbei gleichzeitigemRückgangderGesamtsummederTreibhausgasemissionensetztsichfortundwirdauchimErgebnisderdurchgeführtenUntersuchungendeutlich.In diesemZusammenhangwerdeninBild1alleuntersuchtenGebäudeohnedierechnerischeBerücksichtigungeinerPV-AnlageundinBild2nurGebäudemittatsächlich vorhandenerPV-AnlageundderenrechnerischerBerücksichtigunghinsichtlichdesgebäudebezogenenzum betriebs-undnutzungsbedingtenTreibhauspotenzialgegenübergestellt.DieErmittlungdesErtragsvonPV-Anlagen,dereinenEinflussaufdasErgebnishat,erfolgte nachDINV18599-9[3].FürübrigeDetailsderErmittlungwirdaufdieBilanzierungsregelnnachQNGverwiesen.DieGebäudebezeichnungindenBildernbeginntmit einemCodefürdenHersteller,gefolgtvomHinweiszum Gebäudetyp,wieEinfamilienhaus(EFH),Doppelhaushälfte(DHH),Reihenmittelhaus(RMH)oderMehrfamilienhaus(MFH),undderAnzahlderGeschosse.Falls vorhanden,wirdangegeben,obeinKellergeschoss(KG) und/oderDachgeschoss(DG)existiert.Anschließend wirddieBauweisebeschrieben:Holztafel(HT),Massivholz(MH),Kalksandstein(KS),Ziegel(Z),Porenbeton (B),Hybrid(HY)oderModulbauweise(MB).Soweitgegeben,wirdaufdasVorhandenseineinerTiefgarage (TG)hingewiesen.

Bild1 Verhältnisvomgebäudebezogenenzumbetriebs-undnutzungsbedingtenTreibhauspotenzialvonGebäudenohnePV-Anlage Ratioofbuilding-relatedtooperationalanduse-relatedglobalwarmingpotentialofbuildingswithoutBIPV(buildingintegratedPV)

Verhältnisvomgebäudebezogenenzumbetriebs-undnutzungsbedingtenTreibhauspotenzialvonGebäudenmitPV-Anlage Ratioofbuilding-relatedtooperationalanduse-relatedglobalwarmingpotentialofbuildingswithBIPV

DieLückeninBild2repräsentierenGebäudeohnePVAnlage,daindieserDarstellungausschließlichGebäude mitinstallierterPV-Anlageberücksichtigtwurden.

ImErgebniszeigtsich,dassbeiGebäudenohnePV-AnlagederMittelwertderbetriebs-undnutzungsbedingten Anteilebei18kgCO2 e/ðm2NRF aÞ liegt,währendderMittelwertdergebäudebezogenenAnteile10,8kg CO2 e/ðm2NRF aÞ beträgt.BeiGebäudenmitPV-Anlage sinktderMittelwertderbetriebs-undnutzungsbedingten Anteileauf11,6kgCO2 e/ðm2NRF aÞ,währenddervongebäudebezogenenAnteilenbei11,2kgCO2 e/ðm2NRF aÞ liegt.DieserleichteAnstiegdesgebäudebezogenenAnteilsbeiGebäudenmitPV-AnlageistaufTreibhausgasemissioneninVerbindungmitdemzusätzlichenMaterialundHerstellungsaufwandbeiProduktionundErhaltder PV-Systemezurückzuführen.WährenddiePV-Anlage durchdasBereitstellenvoneigengenutztemSolarstrom diebetriebs-undnutzungsbedingtenEmissionen(inden Bildernrotdargestellt)signifikantreduziert,erhöhendie demGebäudenuranteiligzugeordnetengrauenEmissionen,diedurchHerstellungundimweiterenLebenszyklus derAnlageselbstverursachtenEmissionenderPV-AnlagegeringfügigdengebäudebezogenenAnteil(indenBildernblaudargestellt).

BeimVergleichmitWertenundGrößenordnungenaus derLiteraturisteineBesonderheitdesQNG-Ansatzes zubeachten:dieEinbeziehungdesNutzerstroms(Modul B6.3nachderzukünftigenEN15978,vgl.gegenwärtig[4])indieSystemgrenzen.DerNutzerstromverursachtTreibhausgasemissionenvonca.10kg CO2 e/m2NRF 2 a ��.WennderindieWertevonBild1einbezogeneNutzerstromherausgerechnetwürde,erscheinendiegebäudebezogenenTreibhausgasemissionen nochdominanter.Sieentsprechendanndentypischen WertenfürenergieeffizienteNeubauten.DergebäudebezogeneAnteilsetztsichaktuellausdenTreibhausgas-

emissionenfürdieHerstellung(Erstaufwandbzw.upfrontemissions,ModuleA1–A3),denwiederkehrenden TreibhausgasemissioneninfolgevonErsatzmaßnahmen (ModulB4mitAnteilenvonModulB2)sowieinfolge desEinsatzesvonKältemitteln(ModulB1)undden TreibhausgasemissionenamEndedesBetrachtungszeitraums(ModuleC3–C4)zusammen.DasModulB4setzt sichwiederumausAnteilenfürC3undC4sowieA1–A3 zusammen.

2.2ErmittlungundBewertungdesErstaufwands (ModuleA1bisA3)

Sowohlinternationalalsauchnationalwirdaktuellintensivdiskutiert,obAnforderungenanTeilgrößender TreibhausgasemissionenvonGebäudeninFormvonunverbindlichenRicht-bzw.OrientierungswertenoderverbindlichenVorgabeneingeführtwerdensollten.Dabei gehtesumNebenanforderungensowohlfürdengebäudebezogenenAnteilalsauchfürdiebetriebs-undnutzungsbedingtenEmissionen.BeispielefürOrientierungswerteliefernu.a.dieSIA2040[5]sowiederEntwurfzur SIA390/1[6].DerSchwerpunktbeiderSuchenachgeeignetenLösungenfürNebenanforderungenliegtauf denTreibhausgasemissionen,diebeiderHerstellungvon BauproduktenundderErrichtungdesGebäudesentstehen.InderinternationalenLiteraturwerdendieseals „upfrontemissions“bezeichnet[7,8].Eshandeltsichum eineTeilgrößedergebäudebezogenenEmissionen.

„Upfrontemissions“,dieinDeutschlandu.a.als„Erstaufwand“bezeichnetwerden,fassendieindenModulenA1bisA5nachDINEN15643[9]angegebenen Treibhausgasemissionenzusammen.Bleiben,wiez.B. beidenBilanzierungsregelngemäßQualitätssiegelNachhaltigesGebäude(QNG),dieTreibhausgasemissionen fürTransporte(ModulA4)undfürdieProzesseaufder Baustelle(ModulA5)unberücksichtigt,umfasstderErst-

Bild2

aufwanddieModuleA1bisA3.DiejeweiligenSystemgrenzensinddahertransparentanzugeben.

DarüberhinausstellensicheineReihemethodischerFragen.FürdieBilanzierungundBewertungderTreibhausgasemissionenimLebenszyklusvonGebäudenwerden i.d.R.eineBezugsflächeundeinBezugszeitraumangegeben.Esistsinnvoll,dieseBezugsgrößenzunächstauch fürAngabenzumErstaufwandzunutzen,umsowohl denAnteilandengebäudebezogenenTreibhausgasemissionenalsauchanderSummederTreibhausgasemissionenüberdenLebenszyklushinwegangebenundinterpretierenzukönnen.

BeiGebäudenmitPhotovoltaikanlagemachtderErstaufwand(ModuleA1bisA3:Rohstoffgewinnung,TransportundHerstellung)nachaktuellenBerechnungenetwa 45bis75%derTreibhausgasemissionenaus,diedirekt durchdenBaudesGebäudesentstehen(ModuleA1bis A5:Rohstoffgewinnung,Transport,Herstellung,BauprozesseundTransportezurBaustelle).BezogenaufdieGesamtemissionen,diewährenddesgesamtenLebenszyklus desGebäudesanfallen(einschließlichBetriebundNutzung,ModuleBundC),liegtderAnteildesErstaufwandsbei20bis45%.

Damitwirdjedochnichtausreichenddeutlich,dassdie TreibhausgasemissionenunddamitentsprechendeWirkungenaufdasKlimaunmittelbarzuBeginndesBetrachtungszeitraumsentstehen.Esistdaherüblich,zum ErstaufwandweitereWerteanzugeben,beidenenauf dieAufteilungaufdenBetrachtungszeitraumverzichtet wird.EinBeispielliegtvor[10].DortangegebeneWerte lieferneineVorstellungzurGrößenordnungbeieiner BetrachtungabsoluterWerte,dienurnochaufeineFlächebezogenwerden.BedingtdurchunterschiedlicheDatengrundlagenundSystemgrenzensowieintransparente AllokationsregelnsinddieWerteinderLiteraturmitder

SituationinDeutschlandnichtdirektvergleichbar.Im ProjektermittelteWertefürneuerrichteteWohnbauten, diedenGrundlagenundRegelndesQNG2023/2024entsprechen,werdeninBild3angegeben.Dieseweiseneine Besonderheitauf.AngegebenwerdenWertefürGWP fossil.Dieswirderstmaligmöglich,dadieDatenbankfür ÖkobilanzdatenzuBauproduktenundEnergiedienstleistungenÖKOBAUDAT,dievomBBSRfreizurVerfügunggestelltwird,nunauchWertezurAufteilungdes GWPtotalinGWPfossil,GWPbiogenundGWPluluc enthält.WieinBild3ersichtlich,zeigtsicheinegroße BandbreiteanWerten,dieunteranderemdurchdieGrößederGebäudesowiederenBauweisebeeinflusstwird.

EinProblembeiderBilanzierungvonBauproduktenaus nachwachsendenRohstoffen,wiez.B.Holz,ergibtsich ausdeminDINEN15804A2[11]beschriebenen„ 1/ +1-Ansatz“.DieserführtindenPhasenA1bisA3(Rohstoffgewinnung,TransportundHerstellung)oftzunegativenWertenfürdasGesamt-Treibhauspotenzial(GWP total),daderEntzugvonbiogenemCO2 durchSpeicherunginderBiomassemitdemFaktor 1bilanziertwird. AmEndedesLebenszyklus,insbesondereinderPhaseC (Entsorgung),werdendieinderBiomassegespeicherten EmissionenjedochfreigesetztundmüssenunterNutzung desFaktors +1angegebenwerden.EineisolierteBetrachtungdesErstaufwandskanndahereinunvollständigesBilddertatsächlichenKlimawirkungvermitteln,da dabeinurdieemissionsminderndenEffektedes „ 1“-Ansatzesberücksichtigtwerden.

AuchohneBerücksichtigungnegativerWertedesGWP biogenbeiderErmittlungderTreibhausgasemissionen fürHerstellungundErrichtungdesGebäudeswerden dieVorteileeinerNutzungvonBiomassedeutlich.Diese führtdurcheineVeränderungderverwendetenHauptbaustoffei.d.R.zueinemgeringerenWertfürGWPfossil.

Bild3 Erstaufwand(upfrontemissions)zumgebäudebezogenenAnteilderTreibhausgasemissionenfossilerAnteilbeiGebäudenmitPV-Anlage–grüneBalken:MassivholzoderHolztafelbaukonstruktionen

Initialexpenditure(upfrontemissions)forthebuilding-relatedshareofgreenhousegasemissionsfossilshareforbuildingswithBIPV–greenbars:solidwoodor timberpanelconstructions M.Vukadinovic,T.Lützkendorf,A.Maas,S.Schlitzberger,K.Höttges,F.Dorff,G.Lange,H.König:ÖkobilanzielleBewertungvonWohnbauten–Teil2

Bild4 TreibhauspotenzialgebäudebezogenerAnteilbeiGebäudenohnePV-Anlage

Globalwarmingpotentialbuilding-relatedshareforbuildingswithoutBIPV;buildingswith(light-blue)orwithout(darkblue)cellarorundergroundparkinglot

EingeringerErstaufwandkannalternativdurchRecyclingproduktebzw.Produkteerreichtwerden,diebeiihrer HerstellungwenigerTreibhausgasemissionenverursachen(lowcarbonproducts)undinsofernaufderProduktebenegeringereWertefürA1bisA3aufweisen. DerartigeWertekönnenspezifischenProduktangaben entnommenwerden,diei.d.R.vonHerstellernoderVerbändenalsUmweltproduktdeklarationenzurVerfügung gestelltwerden.DieAufnahmeentsprechenderDatenin dieÖKOBAUDATistgeplant.Gleichzeitigwirddeutlich,dassdasAusmaßeinesVorteilsfürGebäude,dieunterüberdurchschnittlicherVerwendungvonHolzoder Biomassehergestelltwerden,geringerausfälltalsallgemeinerwartetwird.

BeieineralleinigenBetrachtungdesErstaufwandeswerdenAspektederWartungs-undInstandhaltungsfreund-

lichkeit,derDauerhaftigkeitsowiederRückbau-undRecyclingfreundlichkeitvonKonstruktionenundtechnischenSystemenvernachlässigt.DerartigeWertesinddahermaximalalsNebenanforderungengeeignet.Ingenau dieseRichtungweisenaktuelleÜberlegungenzurWeiterentwicklungdesQNGundseinerAnforderungswerte zurBegrenzungvonTreibhausgasemissionen.

2.3EinflussvonKeller/TiefgarageaufHöheder Treibhausgasemissionen

InderökologischenBewertungvonGebäudenwirdder UmgangmitKellernundTiefgaragenintensivdiskutiert. IhreExistenzbeeinflusstdasErgebnisdirekt,daderbaulicheAufwandfürHerstellung,ErrichtungundErhalt dieserBereichesteigt.DadurcherhöhtsichderVer-

Bild5 ErreichbarkeitderQNG-AnforderungfürdenIndikatorPEne (Primärenergie,nichterneuerbar)fürGebäudeohnePV-Anlage

AchievabilityofQNGfortheindicatorPEne (primaryenergy,non-renewable)forbuildingswithoutBIPV(QNG:Germansustainablebuildingqualityseal);buildings with(light-green)orwithout(darkgreen)cellarorundergroundparkinglot

Bild6 ErreichbarkeitQNGfürdenIndikatorTreibhauspotenzialfürGebäudeohnePV-Anlage AchievabilityofQNGfortheglobalwarmingpotentialindicatorforbuildingswithoutBIPV;buildingswith(light-blue)orwithout(darkblue)cellarorunderground parkinglot;operational,with(brightred)orwithout(darkred)cellarorundergroundparking

brauchprimärerRohstoffe,dieBauwerksmassenimmt zu,derEinsatznichterneuerbarerPrimärenergiesteigt undesentstehenmehrTreibhausgasemissionen.

ZudemvergrößernKelleroderTiefgaragendieGebäudeoberflächen,diemitErdreichoderGrundwasserin Kontaktstehen,wasfüreineumfassendeökologischeBewertungderWirkungenaufdielokaleUmweltrelevant ist.DieWahlderBezugsflächespieltebenfallseineRolle. BisherwurdedieNetto-Raumfläche(NRF)nach DIN277[12]verwendet,dieauchKeller-undTiefgaragenflächeneinbezieht.DadurcherhöhtsichdieBezugsflächeunddieTreibhausgasemissionenproQuadratmeterkönnensichrelativverringern,wasdasErreichenvon Anforderungenerleichternkann.

DieUntersuchungdiesesEffektserfolgteimForschungsprojektunddieErgebnissesindimFolgendendargestellt. Bild4zeigt,dassbeiflächenbezogenenAngabendergebäudebezogenenTreibhausgasemissionenimLebenszyklusdieWertebeiGebäudenmitKelleroderTiefgarage niedrigerausfallen.DargestelltwirdjeeinGebäudepaar. DiezusätzlichenEmissionendurchdieseBauteilewerden durchdiegrößereBezugsflächebeiflächenbezogenen Wertenmehralsausgeglichen.Dadieflächenbezogenen EmissionenfürHerstellung,ErrichtungundErhaltdieser BauteileimVergleichmitanderenmeistunterdem Durchschnittliegen,erklärtdiesdenEffekt.

Bild5zeigt,dassdieAnforderungswerteamBeispieldes nichterneuerbarenPrimärenergieaufwands(Teilgröße desIndikators1nachQNG)beiGebäudenmitKeller oderTiefgarageeinfachererreichtwerdenkönnen.DargestelltwirdwiederjeeinGebäudepaar.InmanchenFällenistesnurdurchdieseEffektevonzusätzlichenFlächenmöglich,dieAnforderungenüberhauptzuerfüllen.

Bild6untersucht,wiegutdieAnforderungswertefürden Indikator„TreibhausgasemissionenimLebenszyklus“in

BezugaufdieNetto-Raumfläche(NRF)erreichtwerden können.BeigenauerBetrachtungwirddeutlich,dass einegrößereBezugsflächenichtnurdieflächenbezogenenWertefürdengebäudebezogenenAnteilsenkt,sondernauchfürdenbetriebs-undnutzungsbedingtenAnteil.AuchhiererleichtertdieEinbeziehungderFlächen vonKellernbzw.TiefgaragendasErreichenderAnforderungswertebzw.machtesinbestimmtenFällenerst möglich.

DiebisherigenAussagengeltenunverändertauchfür GebäudemitPV-Anlage,sodasseineerneutedetaillierte Darstellungnichtnotwendigist.

DiefestgestelltenSachverhalteundEffektewerdenin derFachöffentlichkeitbereitsseitgeraumerZeitkontroversdiskutiert.Insbesonderewirdbefürchtet,dassdie NachweisezurEinhaltungvonAnforderungswertenunterNutzungvonsichausderWahlundInterpretation derBezugsflächeergebendenEffektengezieltbeeinflusst werdenkönnten.DieAutorendiesesBeitragsnehmen aufBasisderUntersuchungsergebnissedazuwiefolgt Stellung:

–KellerundTiefgaragensollten,sofernvorhanden,hinsichtlichihrerEnergie-undStoffströmesowieihrer AuswirkungenaufdieglobaleundlokaleUmwelt überdengesamtenLebenszyklushinwegerfasstwerden.DasieintegraleBestandteiledesGebäudessind, solltensieauchz.B.ineinemdigitalenRessourcenpass fürGebäudeberücksichtigtwerden.

–ImHinblickaufdieFestlegungvonAnforderungswertenbefindensichderzeitu.a.zweiLösungsansätzein Diskussion:(1)dieEinführungeineralternativenBezugsfläche,diesichaufdieHauptnutzungdesGebäudeskonzentriert,oder(2)dieEinführungspezifischer AnforderungswertefürKellerund/oderTiefgaragen.

Bild7 BGF,NRFundWFderausgewähltenGebäude GFA( = BGF),NRF( = netroomarea)andWF( = livingspace)oftheselectedbuildings

MöglichkeitenundAuswirkungeneinerAnpassungder BezugsflächeimQNG-KontextwerdenimForschungsberichtdetailliertbehandelt–siehedort.FragendesUmgangsmitKellernundErsatzräumenlösendamitgenerelleÜberlegungenzurWahlvonBezugsgrößenaus,dieim Abschnitt2.4diskutiertwerden.

2.4EffektederAuswahlundFestlegungder Bezugsfläche

DiederzeitinDeutschlandeingesetztenNachhaltigkeitsbewertungs-und-zertifizierungssysteme,einschließlich desQNG-Systems,nutzenbisherdieNettoraumfläche (NRF)alsBezugsgröße.IhreErmittlungbasiertaufden RegelnderDIN277[12],ihreBerechnungistTeilder Planungsaufgaben.InderFachöffentlichkeitwirdjedoch weiterhinüberzusätzlicheoderalternativeBezugsgrößen diskutiert.ZudenvorgeschlagenenAlternativengehören unteranderemderBruttorauminhalt(BRI),dieBruttogrundfläche(BGF)unddieNutzfläche(NUF),diealle gemäßDIN277[12]berechnetwerdenkönnen.Die WohnungswirtschaftverwendetzusätzlichdieWohnfläche(WF)alsBezugsgröße,dienachverschiedenenRegelwerken,wieetwaderWohnflächenverordnung[13], ermitteltwerdenkann.MitderEnergiebezugsflächeAN stehteineweitereVariantezurVerfügung.Diskutiert werdenweiterhinBezugsgrößen,dieeineVerbindungzu ArtundIntensitätderGebäudenutzungherstellen.BeispielesinddieAnzahlvonBewohnerinnenundBewohnerninWohngebäudenbzw.dieVollbenutzungsstunden inBürogebäuden.EinweitererAuslöservonÜberlegungensinddiezuerwartendenVorgabendereuropäischen Gebäudeeffizienzrichtlinie(EPBD)[14],diefürAngaben zuTreibhausgasemissionenimLebenszyklusvonGebäudenimErgebniskonkreterBerechnungendieNutzfläche alsBezugsgrößevorgibt.ImeuropäischenVergleichweisendieRegelnzurkonkretenBerechnungjedochInterpretationsspielräumeauf.

ImRahmendesProjektswurdebeiderDatenerhebung zuuntersuchtenGebäudenu.a.zusätzlichdieBGFund dieWohnflächederanalysiertenGebäudeabgefragt. Bild7stelltdiedreiFlächenangabenzurBGF,NRFund WFfürausgewählteObjektegegenüber.

DieUnterschiedezwischenBGFundNRFsindbeiallen Gebäudenrelativähnlich.DieWohnfläche(WF)istjedochstetskleineralsdieNettoraumfläche(NRF),ohne dasssicheinkonstantesVerhältniseinstellt.Deutliche AbweichungenzwischendenGebäudenergebensichje nachErschließungsartundzusätzlichenNebenflächen.

BeiGebäudenmiteinemzusätzlichenKellerodereiner Tiefgarage(Objekte34,40,05und30)erhöhensichsowohldieBGFalsauchdieNRF,währenddieWohnflächeunverändertbleibt.EineAusnahmebildetGebäude 30,beidemdieWohnflächeleichtzunimmt,dadieAbstellräumeindenKellerverlegtwurden,wodurchim ErdgeschosszusätzlicheWohnflächeentstandenist.

DieAuswertungenzurNutzungderBruttogrundfläche (BGF)alsBezugsgrößeergebeneinenangepasstenAnforderungswertvonetwa20kgCO2 e/ðm2BGF aÞ,imVergleichzu24kgCO2 e/ðm2NRF aÞ beiderNettoraumfläche (NRF).DerUnterschiedbeidenflächenbezogenenAnforderungswertenentsprichtsomitdemprozentualenUnterschiedzwischenBGFundNRF,derdurchschnittlich bei18%liegt.WeitereDetailssindindenBildern8,9, 10und11ersichtlich.

EinaufdieBGFbezogenerAnforderungswertvonca. 20kgCO2 e/ðm2BGF aÞ führthinsichtlichseinerErreichbarkeitzueinemähnlichenErgebniswiebeimaufdieNRF bezogenenGrenzwertvon24kgCO2 e/ðm2NRF aÞ.GebäudeohnePV-AnlagewurdenindiesemVergleichnichtbetrachtet.

Bild8 BerechnungsergebnisseundmöglicherGrenzwertfürTreibhausgasemissionenimLebenszyklus,bezogenaufBruttogrundfläche(BGF)fürGebäudeohnePVAnlage Possiblelimitvalueforgreenhousegasemissionsinthelifecycle,basedongrossfloorarea(GFA)forbuildingswithoutBIPV

DieEinführungeinerneuenBezugsgröße,wieetwader Wohnfläche,würdedamitauchdieAnpassungderauch fürKFNrelevantenAnforderungswertefürdasQNG zurFolgehaben.EineeinfacheMethodehierfüristdie UmrechnungderGrenzwerteanhandbekannterVerhältnisfaktorenzwischenBGF,NRFundWF.IndiesemFall wurdedarauseingeschätzter,aufdieWohnflächebezogenerAnforderungswertfürdieTreibhausgasemissionen von33kgCO2 e/ðm2WF aÞ abgeleitet.

2.5EinflussvonPV-AnlagenimKontextaktualisierter klimatischerRandbedingungen

InTeil1dieserzweiteiligenReihevonBeiträgenwurde derEinflussklimatischerRandbedingungenaufdenEndenergiebedarffürdieBeheizunguntersucht,wobeigezeigtwurde,dassdieserBedarfaufgrunddesfortschrei-

tendenKlimawandelssinkenwird.Teil2widmetsich nachstehenddenAuswirkungenklimatischerVeränderungenaufdievonPhotovoltaikanlagenerzeugteelektrischeEnergie(Solarstrom).EszeigtsichmitBild12,dass mitdemfortschreitendenKlimawandelallgemeineine ErhöhungderdurchgebäudeintegriertePhotovoltaikanlagenerzeugtenelektrischenEnergiezuverzeichnenist.

DieseTendenzistinderMehrheitderKlimaregionenerkennbar.AbweichungenindenRegionen1,2,3,5,8und 10könnenaufklimatischeUngenauigkeitenbeider Standortwahlzurückgeführtwerden,bedingtdurchdie erheblicheDiskrepanzzwischendenDatensätzen: 333.321neueDatensätze[15]gegenüber15[16]altenDatensätzen[17].DieMittelwertebetragenfürdieDaten desTestreferenzjahrsTRY2015,welchesdenKlimawandelumdasJahr2003repräsentiert,etwa3%undfürdie DatendesTRY2045,welchediePrognosefürWertein-

Bild9 BerechnungsergebnisseundmöglicherGrenzwertfürTreibhausgasemissionenimLebenszyklus,bezogenaufWohnfläche(WF)fürGebäudeohnePV-Anlage Possiblelimitvalueforgreenhousegasemissionsinthelifecycle,basedonlivingspace(WF)forbuildingswithoutBIPV

Bild10 BerechnungsergebnisseundmöglicherGrenzwertfürTreibhausgasemissionenimLebenszyklus,bezogenaufBruttogrundfläche(BGF)fürGebäudemitPV-Anlage Possiblelimitvalueforgreenhousegasemissionsinthelifecycle,basedongrossfloorarea(GFA)forbuildingswithBIPV

folgedesKlimawandelsumdasJahr2045darstellt,etwa 8%.

NebendererzeugtenelektrischenEnergievonPhotovoltaikanlagenwerdenmitBild13dieBilanzendesNutzerstrombedarfsunddererzeugtenelektrischenEnergie dargestellt.DadurchlässtsichdieAuswirkungderklimatischenVeränderungenaufdieBilanzendesStrombedarfsimKontextderNutzungdarstellen.DieseumfassendeBetrachtungermöglichtes,einvollständigeresBild derenergetischenAuswirkungendesKlimawandelszu zeichnen.

DieReduktiondesStrombedarfs,wieinBild13dargestellt,übersteigtdieinBild12gezeigtenStromerzeugungsmengen,wasaufeineEffizienzsteigerungimVerbrauchhinweistundgleichzeitigmiteinerReduzierung derTreibhausgasemissioneneinhergeht.Imzukünftig

wärmerenKlimasinktderEnergiebedarffürHeizung undandereenergieintensiveProzesse,dawenigerStrom benötigtwird.AllerdingslässtsichdieDiskrepanzzwischenderReduktionderStrombilanzundderStromerzeugungdurchdenunberücksichtigtenKühlungsbedarf erklären,derindiesenSzenarienzunimmt.ImDetailzeigendieBerechnungen,dassfürdieDatengemäßTRY 2015,welchesdieKlimaverhältnisseimJahr2003repräsentiert,einedurchschnittlicheReduktiondesStrombedarfsvonetwa5%erreichtwird.BeidenPrognosenfür dasTRY2045,dasdieKlimasituationimJahr2045widerspiegelt,istdiedurchschnittlicheReduktionsogar nochgrößerundbeträgtetwa15%.Esistzubeachten, dassdieVerringerungdesStrombedarfsteilweisedurch einenneuentstehendenodersteigendenKühlbedarfausgeglichenwerdenkönnte,fallsdieserindieBerechnungeneinbezogenwird.

Bild11 BerechnungsergebnisseundmöglicherGrenzwertfürTreibhausgasemissionenimLebenszyklus,bezogenaufWohnfläche(WF)fürGebäudemitPV-Anlage Possiblelimitvalueforgreenhousegasemissionsinthelifecycle,basedonlivingspace(WF)forbuildingswithBIPV

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Bild12 ErzeugteelektrischeEnergieQf,prod,BIPV,a beimMehrfamilienhaus40-MFH-3-KG-KSfürverschiedeneKlimadaten GeneratedelectricalenergyQf,prod,BIPV,a [kWh/(m2a)]foramulti-familyhouse40-MFH-3-KG-KSforvariousclimatedata

DieVeränderungderNachfragenachEnergie,diewie obengezeigtu.a.ausdenVeränderungendeslokalen KlimasimErgebnisderglobalenErwärmungresultiert, isteineUrsachefürdenTrendderTreibhausgasemissionenimBetrieb.ÜberdiekommendenJahrewerdendie energiebedingtenTreibhausgasemissioneninfolgeder Beheizungabnehmen.AusgelöstdurchdieReduzierung desEndenergiebedarfsindiesemBereichwirdderTrend durchdievoranschreitendeDekarbonisierungderEnergieversorgungnochverstärkt.Diesedrücktsichinkleiner werdendenPrimär-undEmissionsfaktorenaus.

2.6TrendsvonEmissionsfaktorender Energieversorgung

DieErgebnisseeinerÖkobilanzhängenunteranderem vondenverwendetenDatenab.Diessindnebenden

ÖkobilanzdatenfürdieBauprodukteauchdiePrimärenergie-undEmissionsfaktorenderEnergieversorgung. VonderDynamikderEntwicklungsindeinzelneEnergieträgerunddiejeweiligenArtenleitungsgebundener EnergieinunterschiedlicherWeisebetroffen.EinenhohenEinflusshabendiePrimärenergie-undEmissionsfaktorenderStromversorgung.Diesewirkensichzunächst unmittelbaraufdiebetriebs-undnutzungsbedingten Treibhausgasemissionenaus,insbesonderedann,wenn dasGebäudevollständigoderüberwiegendmitStrom versorgtwird.AufgrundderraschfortschreitendenDekarbonisierungderStromversorgungändernsichdieanzunehmendenodertatsächlichenEmissionsfaktorenhäufig.Daheristesentscheidend,diefürBerechnungenund NachweiseverwendetenWerteregelmäßigzuaktualisierenundfortzuschreiben.BeiNutzungindividuellerWertesind–soweitdieszulässigistoderseinwird–dieQuelledieserFaktorensowiederenräumlicheundzeitliche

Bild13 StrombedarfbilanziertmitNutzerstromundselbstgenutztemPV-Strom[kWh/(m2a)]beimMehrfamilienhaus40-MFH-3-KG-KSfürverschiedeneKlimadaten Electricitydemandbalancedwithuserelectricityandself-consumedPVelectricity[kWh/(m2a)]forthemulti-familyhouse40-MFH-3-KG-KSforvariousclimate data

Gültigkeitanzugeben.Außerdemmusstransparentgemachtwerden,obundinwieweitbeiAngabederPrimärenergie-undEmissionsfaktorendiejeweiligenVorketten berücksichtigtwurden.EineÖkobilanzierunggehtstets voneinerEinbeziehungderVorkettenaus.

BeierneuerbarenEnergienwiez.B.PV-Stromwerden beiveröffentlichtenWertenhäufigkeineVorketteneinbezogen,waszueinerunrealistischenBewertungder EmissionenführtunddieVergleichbarkeitvonBerechnungs-undBewertungsergebnissenerschwert.Auchder übereinePV-AnlageerzeugteSolarstromistbeieiner GesamtbetrachtungnichtfreivonTreibhausgasemissionen.DieimLebenszyklusderAnlageverursachten TreibhausgasemissionenmüssendererzeugtenEnergie zugeordnetwerden.Erstwennauchu.a.dieProzessefür dieHerstellungderAnlagenvollständigdekarbonisiert wären,würdesicheineNullbeidenTreibhausgasemissionenrechtfertigenlassen.

FüralleBeteiligtenstelltessichalsProblemdar,dassin allgemeinanerkanntenQuellenfürPrimärenergie-und EmissionsfaktorenunterschiedlicheWertegenanntwerden.DiesführtzueinerVerunsicherungundisteineFehlerquelle.EineinheitlicherEmissionsfaktorimSinneeinesverbindlichenRechenwertesfürdennationalen StrommixinklusiveeinesstufenweisenoderkontinuierlichenAbsenkpfadesfürdieWertewirdempfohlen,um dieVergleichbarkeitderÖkobilanz-Ergebnissezugewährleisten.

IndirektwirkensichabnehmendePrimärenergie-und EmissionsfaktorenaufdieÖkobilanzdatenvonBauprodukten(MaterialienundtechnischeSysteme)aus.Auch inderentsprechendenIndustriewerdenerheblicheAnstrengungenzurReduzierungderproduktionsbedingten Treibhausgasemissionenunternommen.

Deutlichwird,dasssichbeieinemBetrachtungszeitraum von50JahrenFragendesÜbergangszueinerdynamischenBetrachtungstellen.DergeeigneteUmgangmit dieserThematikwirdaktuellintensivdiskutiert.Mitdem ÜbergangzueinerdynamischenBetrachtunglässtsich alsNebenbetrachtungderZeitpunktdesErreichensder angestrebten„Netto-Treibhausgasneutralität“aufder BasisvonAnnahmenundSzenarienabschätzen.

2.7EinflüsseundKonsequenzenfürdiePlanungs-und Baupraxis

AusSichtderBauindustrie–imProjektdurchentsprechendePraxispartnervertreten–stelltdiebeieiner NachweisführungzumQualitätssiegelNachhaltigesGebäude(QNG)notwendigwerdendeÖkobilanzierung einetiefgreifendeVeränderungdar,dieHerausforderungen,aberauchChancenmitsichbringt.AlseineSchlüsselkomponentefürdieNachhaltigkeitsbewertungund -zertifizierungbeeinflusstdieÖkobilanznichtnurdie Planung,sondernauchdieAusführungunddenBetrieb

vonGebäuden.FürBauunternehmenunddieMaterialwirtschaftbedeutetdieseineNeuausrichtung,diemitAnpassungenundstrategischenEntscheidungenverbunden ist.Diesewerdennachstehendthesenartigvorgestellt.

1. StärkungderWettbewerbsfähigkeitdurchNachhaltigkeit:DieBauindustriesiehtinderÖkobilanzierung langfristigeineMöglichkeit,ihreWettbewerbsfähigkeitzusteigern.NachhaltigeBauprojekte,dieu.a. nachQNG-Kriterienzertifiziertsind,gewinnenauf demMarktzunehmendanBedeutung,daInvestoren, Immobilienbesitzerundz.T.auchMieterverstärkt Wertaufklimafreundlicheundumweltverträgliche Gebäudelegen.Bauunternehmen,diesichfrühzeitig daraufeinstellen,nachhaltigeBauweisenanzubieten undökologischeVorteileübereineÖkobilanznachzuweisen,könnensichalsVorreiterpositionierenund Marktanteilegewinnen.

2. InnovationstreiberfürdieMaterialentwicklung:Die ÖkobilanzierunginVerbindungmitderEinhaltung vonAnforderungswertenführtzueinemstarkenAnreiz,inneue,klimafreundlicheundumweltverträglicheMaterialienundTechnologienzuinvestieren.Die Bauwirtschaftistdadurchmotiviert,stärkeraufrezyklierteBaustoffe,biobasierteMaterialienoderProduktemitniedrigemCO2-Fußabdruckzusetzen.DasfördertdieInnovationskraftinderBranche,daUnternehmenneueProduktionsmethodenentwickelnoder inForschungs-undEntwicklungsprojekteinvestieren, umdenAnforderungendesQNGgerechtzuwerden. Unternehmen,diehierinnovativvorangehen,können sicheinentechnologischenVorteilverschaffen.

3. LangfristigeKosteneinsparungendurchEffizienzgewinne:TrotzderanfangshöherenInvestitionskosten bietenBauprojekte,dieAnforderungendesQNGerfüllenunddieEinhaltungvonAnforderungenanden KlimaschutzübereineÖkobilanznachweisenkönnen, derBauindustrielangfristigKostenvorteile.NachhaltigkonzipierteGebäude,diez.B.aufEnergieeffizienz undLanglebigkeitausgelegtsind,habenoftgeringere Betriebskosten.AuchBauunternehmenkönnenvon effizienterenBauprozessenundeinemoptimierten Materialeinsatzprofitieren.DurchdieReduzierung vonBauabfällenunddieNutzungvonrecyclingfähigenMaterialienlassensichzudemEntsorgungskosten senken.

4. NeueMarktchancendurchFörderprogrammeund vergünstigteFinanzierungskonditionen:Einpositiver AspektderÖkobilanzierungistdieMöglichkeitfür Bauunternehmen,vonstaatlichenFörderprogrammen wieKFNundKNNsowievongrünenFinanzierungsangebotenzuprofitieren.DieBundesregierungund andereInstitutionenfördernklimafreundliches,energieeffizientessowieumwelt-undgesundheitsverträglichesBauenimRahmenvonFörderkreditenoderZuschüssen.Projekte,dieeineumfassendeÖkobilanz vorweisenunddieEinhaltungvonAnforderungen nachweisenkönnen,habenbessereChancen,solche Förderungenzuerhalten.DieseröffnetderBauindustrieneueMarktchancen,insbesondereinBereichen

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wiedemsozialenWohnungsbauoderöffentlichen Bauprojekten,woNachhaltigkeitszertifikatezunehmendvorgeschriebensind.

5. ImagegewinnundgesellschaftlicheAkzeptanz:Die BauindustriestehtzunehmendimFokusderöffentlichenAufmerksamkeit,wennesumKlima-undUmweltschutzgeht.Bauprojekte,dieeinetransparente undumfassendeÖkobilanzierungvorweisenkönnen, habennichtnureinenpositivenEffektaufdasUnternehmensimage,sondernkönnenauchdieAkzeptanz inderGesellschafterhöhen.Bauunternehmen,die nachweislichumweltbewussthandeln,sindfürAuftraggeberattraktiver,insbesonderefüröffentlicheInstitutionenundUnternehmen,dieWertaufihreCorporateSocialResponsibility(CSR)legen.

6. KundenbindungundReputation:Fertigungsunternehmen,diedurchdieÖkobilanzierungaktiveinenBeitragzumKlimaschutznachweisenkönnen,profitieren voneinembesserenImageundeinerhöherenKundenbindung.KundenlegenzunehmendWertauf nachhaltigeundzertifizierteMaterialien.Hersteller, dieeinetransparenteundnachweisbareNachhaltigkeitsstrategieverfolgen,könnensichalsverantwortungsbewusstePartnerpositionierenundlangfristige Geschäftsbeziehungenfestigen.Zudemverbessert einesolcheAusrichtungdieReputationderUnternehmeninderÖffentlichkeitundbeiInvestoren.

Zusätzlichlässtsichfeststellen,dassdieÖkobilanzierung fastjedenAspektderFertigungsprozesseinderFertighausindustriebeeinflusst.VonderMaterial-undProduktauswahlüberdieProduktionsmethodenbishinzur VerpackungundLogistikmüssenHerstellerihregesamtenProduktionskettenaufKlimaschutzundRessourceneffizienztrimmen.DieserfordertInvestitioneninenergieeffizienteTechnologien,digitalePlanungstoolsund umweltfreundlicheMaterialienundProdukte.DieEinhaltungderAnforderungenderÖkobilanzierungkann zwarkurzfristighoheKostenverursachen,bietetjedoch langfristigChancenzurOptimierungderProduktion, KostensenkungundWettbewerbsvorteileineinemzunehmendnachhaltigkeitsorientiertenMarkt.

VoraussetzungausSichtderPraxissindstabileBerechnungs-undBilanzierungsregeln,eindeutigeundzugänglicheDatengrundlagensowiediePrognosekünftigerAnforderungswertemiteinemVorlaufvonmindestens2 Jahren.BauwirtschaftundBaustoffindustriebenötig dies,umsichaufdienächsteVerschärfungderAnforderungengemäßeinesAbsenkpfadesfürTreibhausgasemissionenvorzubereiten.ImIdealfallsolltediePraxisdaran beteiligtwerden,u.a.zuFragendertechnischenMachbarkeit.

tativenBewertungenaufBasisderMethodederangewandtenÖkobilanzierungdieSystemgrenzen,RechenundBilanzierungsregeln,DatengrundlagensowieBewertungsmaßstäbeundAnforderungswerteeineuntrennbare Einheit.InsbesondereimBereichderÖkobilanzdatenfür BauproduktesowiederPrimärenergie-undEmissionsfaktorenfürdieEnergieversorgungherrschteinehohe Dynamik.AuslösersinddieProzessederDekarbonisierungderBaustoffproduktionsowiederEnergieversorgung.SieführenzurNotwendigkeitderAnpassungder Datengrundlagen.WeitereTreibersindEntwicklungen inderNormung.DieEN15804A2,welchedieGrundlagefürdieÖkobilanzierungderBauprodukteliefert,sieht vor,dassdieAngabenzudenTreibhausgasemissionenin FormvonDatenzumGWPtotalkünftigaufgeschlüsselt werdenindieAnteileGWPfossil,GWPbiogenund GWPluluc(landuseandlandusechange).Diesermöglichtu.a.diekünftigeBetrachtungdesErstaufwands(im FallevonTHG-Emissionenbezeichnetalsupfrontemissions)alsGWPfossil.DieNormungführteinezusätzlicheGrößeein–denbiogenenKohlenstoffgehaltinkgC. DienächsteGenerationderDatenbankÖKOBAUDAT wirddieDatenzumaufgeschlüsseltenGWPebensoenthaltenwiedieInformationenzumKohlenstoffgehalt. AusderAnpassungderDatengrundlagenergibtsichdie NotwendigkeitderAnpassungderAnforderungswerte. AuchunabhängigdavonmüssendieseimKontextdes ZielseinerVerbesserungdesKlimaschutzesschrittweise verschärftwerden.Arbeitenaneinementsprechenden Absenkpfadsindgeplant.AusderEPBDergebensich Anforderungen,unbewerteteAngabenzuTreibhausgasemissionenalsInformationindenEnergieausweiszuintegrieren.

EineweiterewichtigeDatengrundlagelieferndie(geplanten)NutzungsdauernvonBauteilen,aufBasisderer inderÖkobilanzierungdieAustauschzyklendefiniert werden.DasBBSRstelltdieseWerteineinerTabelle zurVerfügung.DieAngabenwerdenamEndedesfür dieÖkobilanzierungdefiniertenBetrachtungszeitraums von50Jahrengekappt.

Anwenderwerdenkünftigdaraufachtenmüssen,welche DatengrundlagenundAnforderungswerteeinPaketbildenundwasgenaudieGrundlagefürzuerbringende Nachweiseliefert.

ImHinblickaufdieaktuellenBilanzierungsregelnergibt sichderBedarfderWeiterentwicklungzurReduzierung vonUnschärfen.Diesbetrifftu.a.dieAbschneideregeln. DiesegebenArtundUmfangzugelassenerVereinfachungeninderMengenermittlungvor.Angedachtist, eineUmstellunginRichtungeinerListezuvernachlässigenderKleinteilevorzunehmen.

2.8ZeitnaheAnpassungsbedarfebeiDatengrundlagen undBilanzierungsregeln

BeimQNGbilden–wiebeianderenNachhaltigkeitsbewertungs-und-zertifizierungssystemenauch–beiquanti-

EineaktuelleEntwicklungistdieAnwendungderRegeln,DatengrundlagenundAnforderungswerteimFörderprogramm„KlimafreundlicherNeubauimNiedrigpreissegment“(KNN).BisherbeiQNGundKFNgemachteErfahrungenkönnengenerellgenutztwerden–

unddamitauchdieInhaltevonTeil1undTeil2dieser zweiteiligenReihevonBeiträgen.Eswirdjedochdurch dieEinbeziehungweitererRandbedingungenundAnforderungenu.a.zurFlächeneffizienzsowiezurBegrenzung derBaukostenerforderlich,auchneueErfahrungenzu sammelnundauszuwerten.

3AusblickaufkünftigeAnforderungenund Anpassungen

KünftigeAnforderungenundinderFolgeAnpassungen lassensichausheutigerSichtnurbedingtprognostizieren. Eskanndavonausgegangenwerden,dassdiezubeantwortendenFragenerweitertwerden.NebendenNachweisderEinhaltungvonAnforderungenzurBegrenzung derTreibhausgasemissionenimLebenszyklusvonGebäudenwirddieFragetreten,ob,wannundwiederStatuseiner„Netto-Treibhausgasneutralität“zunächstim Betrieb,bzw.inBetriebundNutzungunddannimkomplettenLebenszykluserreichtwerdenkannundwelche Ausgleichs-undKompensationsmaßnahmen(u.a.TechnologienfürnegativeEmissionen)dabeiinAnsatzgebrachtwerdenmüssen.

DieMethodederangewandtenÖkobilanzierungerlaubt nichtnurdieErmittlungdesAufwandsannichterneuerbarerPrimärenergieundderTreibhausgasemissionen, sondernvonDatenfürweitereWirkungskategorienund denAufwandanprimärenRohstoffen.Letzterefließen indengeplantendigitalenRessourcenpassfürGebäude ein.EsergebensichSynergieeffektezwischenderBilanzierungderTreibhausgasemissionenundderErstellung einesRessourcenpasses.DurchdieBerücksichtigungzusätzlicherWirkungskategorienwirddieMöglichkeitverbessert,unerwünschteLastverschiebungeninandere

Literatur

[1]Dorff,F.;Lange,G.;Lützkendorf,T.;König,H.;Schlitzberger, S.;Vukadinovic,M.;Maas,A.;Höttges,K.(2024) KlimafreundlicheWohnbauten:ErprobungundWeiterentwicklung vonGrundlagenderÖkobilanzierung. BBSR-Online-Publikation75/2024,Bonn.

[2]Röck,M.;RuschiMendesSaade,M.;Balouktsi,M.;Rasmussen,F.N.;Birgisdottir,H.;Frischknecht,R.;Habert,G.; Lützkendorf,T.;Passer,A.(2020) EmbodiedGHGemissions ofbuildings–Thehiddenchallengeforeffectiveclimatechange mitigation. AppliedEnergy,Bd.258,p.114107.

[3]DINV18599–9:2018-09(2018) EnergetischeBewertungvon Gebäuden–BerechnungdesNutz-,End-undPrimärenergiebedarfsfürHeizung,Kühlung,Lüftung,Trinkwarmwasserund Beleuchtung–Teil9:End-undPrimärenergiebedarfvon stromproduzierendenAnlagen. Berlin:DINMedia.

[4]DINEN15978:2024-05(2024) Entwurf,Nachhaltigkeitvon Bauwerken–BewertungderUmweltleistungvonGebäuden–Methodik. Berlin:DINMedia.

[5]SIASchweizerischerIngenieur-undArchitektenverein(2020) SIA2040:NachhaltigesBauen–WegleitungzurSIAEnergieundKlimastrategie. SIASchweizerischerIngenieur-undArchitektenverein.

UmweltbereicheundNachhaltigkeitsdimensionenzu identifizierenundzuvermeiden.

MethodischeAnpassungenwerdenu.a.beiderAuswahl vonBezugsgrößen,derQuellevonKlimadaten,dem ÜbergangzustandortspezifischenBerechnungensowie infolgederWeiterentwicklungvonGEGund DINV18599erwartet.AlldiesduldetkeinenAufschub. Studien[18]gehendavonaus,dassdasBudgetanTreibhausgasemissionen,dessenEinhaltungdieBegrenzung derglobalenErwärmungauf1,5Gradnocherlaubt,kurz nach2035aufgebrauchtseinkönnte.Dieinternationale Initiative„BuildingsBreakthrough“,anderauch Deutschlandbeteiligtist,formuliertdasZiel,Gebäude mitminimalenTreibhausgasemissionenimLebenszyklus bis2030zumneuen„Normal“werdenzulassen.NichtzuletztauchdafürwerdenGrundlagenundAnsätzebenötigt,wiesiehiervorgestelltwurden.Zurückübersetztin denPlanungsalltagheißtdasaberauch,dieErstellung vonMaterialauszügeneinerseitsunddieErmittlungdes BedarfsanEndenergieandererseitsbleibenAufgaben, derenBedeutungnochwächst.

Dank

EinherzlicherDankderAutorinundderAutorendieses BeitragsgiltdemBundesinstitutfürBau-,Stadt-und Raumforschung(BBSR)unddemBundesministerium fürWohnen,StadtentwicklungundBauwesen(BMWSB) fürdiewertvolleFörderungdiesesProjektsimRahmen desInnovationsprogramms„ZukunftBau“(Aktenzeichen:10.08.18.7-22.50).BesondererDankgehtauchan diebeteiligtenFertigbauunternehmen,derendetaillierte GebäudedatenmaßgeblichzumErfolgbeigetragenhaben.

[6]SIASchweizerischerIngenieur-undArchitektenverein(2023) EntwurfzurSIA390/1:Klimapfad–Anforderungenandie CO2-ReduktionimBauwesen. SIASchweizerischerIngenieurundArchitektenverein.

[7]Zimmermann,R.;Barjot,Z.;Rasmussen,F.;Malmqvist,T.; Kuittinen,M.;Birgisdottir,H.(2023) GHGemissionsfrom buildingrenovationversusnew-build:incentivesfromassessmentmethods. BuildingsandCities,Bd.4,Nr.1,pp.274–291.

[8]WorldGreenBuildingCouncil(2022) BringingEmbodied CarbonUpfront. WorldGreenBuildingCouncil.

[9]DINEN15643:2021-12(2021) NachhaltigkeitvonBauwerken –AllgemeineRahmenbedingungenzurBewertungvonGebäudenundIngenieurbauwerken;DeutscheFassung EN15643:2021, CEN. Berlin:DINMedia.

[10]LondonEnergyTransformationInitiative(LETI)(2021) ClimateEmergencyRetrofitGuide. LETI.

[11]DINEN15804:2022-03(2022) NachhaltigkeitvonBauwerken –Umweltproduktdeklarationen–GrundregelnfürdieProduktkategorieBauprodukte. Berlin:DINMedia.S.80.

[12]DIN277:2021-08(2021) GrundflächenundRauminhalteim Hochbau. Berlin:DINMedia.

M.Vukadinovic,T.Lützkendorf,A.Maas,S.Schlitzberger,K.Höttges,F.Dorff,G.Lange,H.König:ÖkobilanzielleBewertungvonWohnbauten–Teil2

[13]WoFlV:2003-11-25(2003) VerordnungzurBerechnungder Wohnfläche(Wohnflächenverordnung–WoFlV). Berlin:DIN Media.

[14]EPBD:2010/31/EU(2010) Richtlinie2010/31/EUüberdieGesamtenergieeffizienzvonGebäuden.

[15]DeutscherWetterdienst(2017) OrtsgenaueTestreferenzjahre vonDeutschlandfürmittlereundextremeWitterungsverhältnisse. OffenbachamMain:EigenverlagDeutscherWetterdienst.

[16]DeutscherWetterdienst(2011,2014) Testreferenzjahrevon Deutschlandfürmittlere,extremeundzukünftigeWitterungs-

Autor:innen

Dr.-Ing.MarioVukadinovic(Korrespondenzautor:in) vukadinovic@ibh-hauser.de

IngenieurbüroProf.Dr.HauserGmbH LeipzigerStraße184 34123Kassel

Prof.Dr.-Ing.ThomasLützkendorf thomas.luetzkendorf@gmx.de

Bau-,Energie-undUmweltberatungWeimar Cranachstr.48 99423Weimar

Prof.Dr.-Ing.AntonMaas maas@ibh-hauser.de

IngenieurbüroProf.Dr.HauserGmbH LeipzigerStraße184 34123Kassel

Dr.-Ing.StephanSchlitzberger schlitzberger@ibh-hauser.de

IngenieurbüroProf.Dr.HauserGmbH LeipzigerStraße184 34123Kassel

Dipl.-Ing.KirstenHöttges hoettges@ibh-hauser.de

IngenieurbüroProf.Dr.HauserGmbH LeipzigerStraße184 34123Kassel

verhältnisse. OffenbachamMain:EigenverlagDeutscherWetterdienst.

[17]Vukadinovic,M.(2023) AuswirkungenklimatischerVeränderungenaufdieÜberhitzungvonGebäudenundEmpfehlungen zurBegrenzungsommerlicherÜbertemperaturen [Dissertation].UniversitätKassel,FachbereichArchitektur,Stadtplanung,Landschaftsplanung,InstitutfürArchitektur,FachgebietBauphysik,Kassel.

[18]SachverständigenratfürUmweltfragenSRU(2022) Fragen undAntwortenzumCO2-Budget [online].https://www.umweltrat.de/

FredericDorff,M.Sc. f.dorff@fertigbau.de BundesverbandDeutscherFertigbaue.V. Flutgraben2 53604BadHonnef

Dipl.-Ing.GeorgLange g.lange@fertigbau.de BundesverbandDeutscherFertigbaue.V. Flutgraben2 53604BadHonnef

Dipl.-Ing.HolgerKönig mail@ascona-koenig.de AsconaKönigHolger&JamaSchlomoGbR, GesellschaftfürökologischeProjekte Wacholderweg1 82194Gröbenzell

ZitierenSiediesenBeitrag Vukadinovic,M.;Lützkendorf,T.;Maas,A.;Schlitzberger,S.;Höttges,K.; Dorff,F.;Lange,G.;König,H.(2025) ÖkobilanzielleBewertungvon Wohnbauten–Teil2:DetailbetrachtungenundAusblick.Bauphysik47, H.1,S.1–14. https://doi.org/10.1002/bapi.202400037

AKTUELLES

Leitfaden Strohbau für nachhaltiges Bauen und Dämmen in neuer Auflage

In der 8., komplett überarbeiteten Auflage liegt die Broschüre „Leitfaden Strohbau –Nachhaltig Bauen und Dämmen mit Stroh“ der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe zur Verwendung von Stroh als Bau- und Dämmstoff nun vor. Der Einsatz von Stroh als heimisches, in relevanten Mengen verfügbares und klimafreundliches Dämmmaterial wird seit Jahrhunderten praktiziert, und gewinnt angesichts des Klimawandels und aus ökologischen wie ökonomischen Erwägungen wieder zunehmend an Relevanz. Die Broschüre erklärt anschaulich und verständlich, wie private, gewerbliche oder öffentliche Gebäude flächendeckend mit Stroh gedämmt werden können.

Der Leitfaden informiert über die vielfältigen Möglichkeiten, die das klimafreundliche Material beim Bauen und Sanieren eröffnet. Darin sind 28 Strohballenbauten in Deutschland und Europa beschrieben und die Eigenheiten und Vorzüge der Strohbauweise aufgeführt. Außerdem enthält die Broschüre eine Ökobilanzierung des Stroh-Holzbaus nach dem staatlichen Qualitätssiegel Nachhaltiges Gebäude (QNG) und aktuelle Schallschutznachweise strohgedämmter Außenwände. Sanierungskonzepte mit Strohballen finden Platz in einem eigenen Kapitel. Vorfertigung und Strohballeneinbau auf der Baustelle werden Schritt für Schritt dargestellt.

Bislang bleiben in Deutschland etwa 10 Mio. der jährlich in der Landwirtschaft anfallenden 40 Mio. t Getreidestroh ungenutzt. Stroh wird bislang vornehmlich im Einfamilienhausbau und im Wohnungsbau bis zu drei, teils aber auch mehr, Geschosse verwendet.

Der Leitfaden ist kostenfrei per Download als PDF erhältlich.

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Chefredakteurin: Dipl.-Ing. Claudia Ozimek

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BildgebendeSchlierenverfahrenzurVisualisierungvon RaumluftströmungeninderBauphysik

ZurVisualisierungundMessungvonLuftströmungenwerden oftinvasiveVerfahrenangewendet,welchedieStrömung durchdasEinbringenvonSensoren(bspw.Anemometer)oder Partikeln(bspw.ParticleImageVelocimetry)beeinflussen.AlternativenbildendieSchlierenverfahren,namentlichdasoptischeSchlierenverfahrenmitSchlierenspiegelsowiedas Background-OrientedSchlierenverfahren(BOS),dieander ProfessurBauphysikderBauhaus-UniversitätWeimarinsbesonderezurVisualisierungvonRaumluftströmungenoptimiert wurden.BeideVerfahrenarbeitennicht-invasivundvisualisierenLuftströmungen,dieaufDichtegradientenimMedium beruhen.FolgendwerdenbeideVerfahrensowieverschiedeneAnwendungenundMöglichkeitenzurquantitativenAuswertungvorgestellt.DiedargestelltenStudienbeleuchten Strömungen,diesowohlausnatürlicherwieaucherzwungenerKonvektionresultierenundreichenvonderVisualisierung personalisierterLüftungssystemeüberdasMikroklimades MenscheneinschließlichderAusbreitungderAtemluftinverschiedenenSzenarien(u.a.TragenverschiedenerMund-Nase-Bedeckungen,beimBlasinstrumentenspielundSingen,bei sportlicherBetätigungundnasalerHighflow-Therapie)bishin zurUntersuchungdesMikroklimasverschiedenerForschungsgegenstände(BetonzylinderundGlobe-Thermometer).Eswirdangeregt,dieSchlierenverfahrenanzuwenden, umRaumluftströmungeninweiterenbauphysikalischenund angrenzendenFachgebietenholistischzuuntersuchen.

Stichworte Schlierenverfahren;Schlierenspiegel;Background-Oriented Schlieren;Strömungsvisualisierung;Raumluftströmungen

1Einführung

DieumfassendeUntersuchungvonRaumluftströmungen spielteinezunehmendwichtigeRolle,bspw.alsParameterzurBewertungderthermischenBehaglichkeit[1] oderzurAbschätzungdesInfektionsrisikos[2].Beider MessungvonRaumluftströmungenundderenGeschwindigkeitenkommenhäufigkonventionelleVerfahrenzum Einsatz,derenpunktuellmessendeSensorendieStrömungbeeinflussen(z.B.WärmeabgabebeiHitzdrahtanemometern,SensorenbildenHindernis),waszueiner VerfälschungderMessergebnisseundschnellzugroßen relativenFehlernführenkann.

AndereMethoden,wiebeispielsweiseRauch,Particle ImageVelocimetry(PIV)oderParticleStreakTracking (PST)nutzendenEinsatzvonPartikeln,umdasStrömungsfeldflächigzuvisualisieren.DieseVerfahrenbe-

Schlierenimagingtechniquesforvisualizingindoorairflow inthefieldofbuildingphysics

Whenvisualizingandmeasuringairflow,invasivetechniques aremostlyused.However,thesemethodshindertheflow underinvestigationduetosensors(e.g.anemometers)or particlesthatmaynotfollowtheflow(e.g.ParticleImageVelocimetry).Alternatively,theschlierenimagingtechniques, namelytheopticalschlierenimagingtechniquewiththe schlierenmirrorandthebackground-orientedschlierentechnique(BOS),canbeused.Thesetechniquesarenon-invasive andvisualizeairflowbasedondensitygradientsintheindoor air.BothtechniqueswereoptimizedtovisualizeindoorairflowsandimplementedattheDepartmentofBuildingPhysics attheBauhaus-UniversityWeimar.Inthisreport,bothschlierentechniquesandtheirapplicationsarepresentedalongside thequantitativeevaluationoftheresults.Thepresentedapplicationsinclude:personalizedventilation,humanthermal plume,spreadofejectedbreathing,andinvestigationsofthe microclimatearoundtestobjects.

Keywords schlierenimagingtechnique;schlierenmirror;backgroundorientedschlieren;airflowvisualization;indoorairflow

deutenjedochmeisteinenhohenAufwandsowieMessfehler,dieunteranderemaufdasmangelndeFolgeverhaltenderPartikelzurückzuführensind.

EineAlternativezurVisualisierungundweiterführenden AuswertungvonLuftströmungenbildendiesogenannten Schlierenverfahren,namentlichdasoptischeSchlierenverfahrenmitSchlierenspiegelsowiedasBackgroundOrientedSchlierenverfahren(BOS).Diesenicht-invasivenTechnikenvisualisierenDichtegradientenunddie darausresultierendenBrechungsindexgradientenimuntersuchtenMedium(z.B.Luft),beschriebendurchdie Gladstone-Dale-BeziehungmitdemBrechungsindexgradienten n,demGladstone-DaleKoeffizienten k � 2,310 4 m3/kgundderGasdichte ρ [3]: n -1 ¼ kρ (1)

AnderProfessurBauphysikderBauhaus-Universität WeimarwurdenbeidegenanntenSchlierenverfahrenoptimiert,umdiebeiRaumluftströmungenvorherrschendenkleinenDichtegradientenzuvisualisieren.DieAnwendungsbereicheinbauphysikalischenFragestellungen undangrenzendenBereichenwerdenimFolgendennäherpräsentiert.

2Funktionsweisederbildgebenden Schlierenverfahren

2.1OptischesSchlierenverfahrenmitSchlierenspiegel

DerAufbaudesoptischenSchlierenverfahrensmit SchlierenspiegelanderProfessurBauphysikderBauhaus-UniversitätWeimarbestehtausfünfoptischenElementen:konkav-sphärischerSpiegelastronomischer Qualität(Ø = 1002mm,f = 3001,5mm,Mikrorauhigkeit < 2,7nmRMS,Oberflächenfehler < λ/9,75bei633nm), LED-Lichtquelle(einschließlichKondensorlinseund Spalt),Strahlteiler(50/50),SchlierenkanteundDigitalkamera(CanonEOS5DSR)(Bild1).

DasSetupbeschreibtdabeieinkoinzidenteson-axisEinzelspiegel-Schlierensetup:dievonderLEDausgesendetenLichtstrahlensindexaktdeckungsgleichmitdenvom SchlierenspiegelreflektiertenLichtstrahlen(Koinzidenz).WeiterhinbefindensichderAusgangspunktdieser LichtstrahlensowiedieSchlierenkanteaufeinerAchse (on-axis).

DieLichtstrahleneinerpunktförmigenLED,dieüber weitereoptischeElemente(KondensorlinseundSpalt) gebündeltwerden,werdenamSchlierenspiegelreflektiertundaufeinenPunktanderSchlierenkante,diesich vordemKameraobjektivinexaktzweifacherEntfernung derBrennweitedesSchlierenspiegelsbefindet,gerichtet. DichtegradienteninderStrömungführenzudenerwähntenBrechungsindexgradienten,dieeineAblenkungder Lichtstrahlen(Δε)undsomitdiePhasenverschiebungauf demKamerasensor(Δy)verursachen.DieSchlierenkante wirdsoindenFokuspunktdeshochpräzisenSpiegelsgebracht,dassetwa50%derLichtstrahlen,welchessichin vorangegangenenUntersuchungenalsoptimalerCutoff mitgrößtmöglichemKontrastherausstellte,abgeschnittenwerden.DiegeblocktenLichtstrahlentreffendem-

nachnichtmehrdurchdasObjektivaufdenKamerasensor;esentstehendunkleBereicheindenAufnahmen. DieüberdieSchlierenkanteabgelenktenLichtstrahlen treffenaufdenKamerasensorundbildenhellereBereicheinderSchlierenaufnahme[4].

MithilfedesoptischenSchlierenverfahrenskönnenDichtegradientenmiteinerAblenkungdesLichtsvonbiszu 0,1arcsecvisualisiertwerden.DieEmpfindlichkeitdes SetupsbeläuftsichbeieinemSchlieren-Cutoffander Schlierenkantevon50%aufetwa5,4%KontraständerungproarcsecLichtablenkung,waseinerDarstellungsgenauigkeitvonwenigerals0,1Kentspricht[5].

WeiterführendeInformationeninsbesonderezumoptischenSchlierenverfahrenmitSchlierenspiegelsindumfassendin[3]zufinden.

2.2Background-OrientedSchlierenverfahren(BOS)

WährenddasMessfelddesbereitsbeschriebenenoptischenSchlierenverfahrensaufdieGrößedesSpiegelsbegrenztist,könnenmithilfedesBOSauchgrößere,theoretischräumlichunbegrenzteMessfeldererfasstwerden. DasBOS-SystemanderBauhaus-UniversitätWeimar bestehtauseinemstrukturiertenHintergrund(zufällig verteilteschwarzePixelaufweißemGrund),aufdeneine Digitalkamera(CanonEOS5DSR)fokussiertist(AbbildungeinesHintergrundpunktesauf0,9Sensorpixeln).Da füreinehoheSensitivitätmithoherBlendenzahlundgeringenISO-Wertengearbeitetwird,wirdderHintergrundzusätzlichüberBlitzlichterausgeleuchtet(Bild2).

UmdieDichtegradientenauszuwerten,werdenzwei hochauflösendeAufnahmenbenötigt:einMessbildmit demDichtegradienten,welcherinderRegelaufhalber DistanzzwischenKameraundHintergrundplatziert wird,sowieeinReferenzbildohneDichtegradienten. AufgrunddesBrechungsindexgradientenundderresultierendenLichtablenkung(Δε)erscheintdieHintergrundstrukturaufdemMessbildleichtverzerrt,verglichenmitdemReferenzbild(Phasenverschiebung Δyauf demKamerasensor).DiesePixelverschiebungenkönnen überdenVergleichzweierAufnahmenmittelsKreuzkorrelationsalgorithmen(hier:PIVview[6])ausgewertetund somitderDichtegradientvisualisiertwerden[7].Auf-

Bild2 Experimentelles(links)undschematischesSetup(rechts)desBOSanderBauhaus-UniversitätWeimar Experimental(left)andschematicsetup(right)oftheBOSattheBauhaus-UniversityWeimar

grundderfeinjustiertenHintergrundstrukturundAnpassungderAuswertealgorithmenkönnenmithilfedes hierbeschriebenenBOSTemperaturgradientenvonbis zu0,3Kabgebildetwerden.EinenÜberblicküberverschiedeneBOS-Systemeund-Anwendungenallgemein bietet[8].

3Anwendungsbereiche

BeideSchlierenverfahrenwurdenbishereingesetzt,um verschiedeneRaumluftströmungen,diesowohlauffreier wieaucherzwungenerKonvektionberuhen,zuvisualisieren.DazugehörtauchderEinsatzwährendderCOVIDPandemie,umdieAusbreitungderAtemluft,diepotenziellinfektiöseTröpfchenundAerosoleenthält,inverschiedenenSzenarienzubewerten.DabeideSchlierenverfahrenindiesemFalljedochnurdiewarmeundfeuchteAtemluft,dieaufgrunddesTemperaturgradientenund dieleichtandereZusammensetzungeineveränderte DichtealsdieRaumluftaufweist,visualisieren,kannkeinedirekteAussageüberdieVerteilungvoninfektiösen Tröpfchengetroffenwerden(TröpfchenundAerosole sindebenfallsDichtegradienten,jedochzuklein,umauf denSchlierenaufnahmenalssolcheerkanntzuwerden). DieVisualisierungenkönnendahernurgenutztwerden, umdieRichtungderausgestoßenenLuftundsomitauch derdarinbefindlichenPartikelzubestimmenundabzuschätzen,wieweitdieTröpfchenmitderAtemlufttransportiertwerdenkönnten.KleinstePartikelkönnennoch weitertransportiertwerdenalsdieAtemluftinden Raumreicht,sodassdieAusbreitungdiesermithilfeder

Schlierenaufnahmennurteilweisebestimmtwerden kann[9].

3.1MikroklimadesmenschlichenKörpers

UmdenEinflussdesRaumklimasaufdenmenschlichen KörpersowiedessenAuswirkungenaufdasRaumklima zuuntersuchen,kameinthermischesManikin[10]zum Einsatz.DieaufsteigendeKonvektionsströmung(Plume) einessolchenManikinswurdemithilfebeiderSchlierenverfahrenvisualisiert.Bild3linkszeigtbeispielhaftdie VisualisierungderKonvektionsströmungdessitzenden ManikinsvordemSchlierenspiegel.OberhalbderSchulterndesManikinsisteinevorwiegendlaminareStrömung zuerkennen.OberhalbdesKopfesdesManikinsistjedocheineturbulenteStrömungzubeobachten[4].

DieSchlierenaufnahmenkönnenweiterhingenutztwerden,ummithilfevonOpticalFlowSchlierenImageVelocimetry(OFSIV)quantitativeDatenzuextrahieren. OFSIVnutztdenBewegungsalgorithmusnachFarnebäck[11]zurAnalysederIntensitätsänderungen,umdarausdieVerschiebungenzwischenzweiaufeinanderfolgendenSchlierenaufnahmenabzuschätzen.Bild3mittig zeigtdiemitOFSIVaufGrundlagevon1500Bildpaaren ermitteltemittlereVerteilungderStrömungsgeschwindigkeitüberdemKopfdesthermischenManikins.Esist zuerkennen,dasssichdieGeschwindigkeitmitzunehmendemAbstandvomKopfdesManikinsbiszu0,36m/s erhöht.DieAbbildungzeigtebenfallseineschmale„tote

Bild3 Schlierenaufnahme(links)sowiemittleresGeschwindigkeitsfelddesPlumesüberdemthermischenManikin(mittig)undLuftströmungderPV[13](rechts) Schlierenimage(left),estimatedmeanvelocityfieldofthemanikin’sthermalplume(center),andairflowofthePV[13](right)

L.Benetas,A.WakoyaGena,H.Alsaad,C.Völker:BildgebendeSchlierenverfahrenzurVisualisierungvonRaumluftströmungeninderBauphysik

Zone“direktüberdemKopf,wieauchvon[12]beschrieben.

3.2Strömungsverhaltenpersonalisierter Lüftungssysteme

MithilfederpersonalisiertenLüftung(engl.personalized ventilation,PV)kannFrischluftdirektindieAtemzone desNutzerstransportiertwerden,sodassnichtdergesamteRaumklimatisiertwerdenmussundgleichzeitigdie KlimatisierungfürjedenNutzendenindividuelleingestelltwerdenkann.DieStrömungeinersolchenPVsowie alsReferenzfalldieStrömungeinesAxialventilatorsund einesummanteltenAxialventilatorswurdenvon[13]vor demSchlierenspiegeluntersucht(Bild3rechts).DieVisualisierungenzeigen,dassdiegleichmäßigeundturbulenzarmeStrömungderPVdiekonvektiveGrenzschicht desthermischenManikinsdurchdringenundsomitfrischeLuftindieAtemzonetransportierenkonnte.Der Axialventilatorhingegenkonntemitderhervorgerufenen turbulentenStrömungdiethermisch-konvektiveGrenzschichtnichtdurchdringen.DieStrömungdesummanteltenAxialventilatorswarzielgerichteter,wodurchimVergleichzumVentilatormehrLuftindieAtemzonegeleitet werdenkonnte.

3.3AusbreitungderAtemluftbeimTragenvonMundNase-Bedeckungen

InZusammenarbeitmitdemFachkrankenhausKloster GrafschaftwurdedieAusbreitungderAtemluftbeim TragenvonzehnverschiedenenMund-Nase-Bedeckungenuntersucht,umdieReichweitederausgestoßenen Atemluftzuverringern.DieTestpersonwurdedabeisowohlfrontalalsauchlateralbeimTragenderMaskenuntersucht.DieErgebnissezeigen,dassbeiRuheatmungeinersitzendenPersonundbeimTrageneinerMund-NaseBedeckungdieAtemluftnichtweiteralsbiszurthermischenGrenzschichtderselbenTestpersonreicht.StattdessenwirddieausgestoßeneLuftüberdenthermischen PlumeindieHöheabgeführt.Unterdengetesteten

Mund-Nase-BedeckungenwardieFFP2-Maskeamwirksamsten,dasie–nebendereigentlichenFilterung–die LuftströmungdurchdasFiltermaterialinalleRichtungen verlangsamte(Bild4links).DieAtemluftströmtedabei maximal0,1m(seitlicheAnsicht)bzw.0,24m(frontale Ansicht)aus[14].

3.4AusbreitungderAtemluftbeim BlasinstrumentenspielundSingen

UmdieReichweitederausgestoßenenAtemluftbeim SpielenvonHolz-undBlechblasinstrumentensowie beimSingenzubewerten,wurden15verschiedeneInstrumente(inklusiveGesang)mithilfedesoptischenSchlierenverfahrensmitSchlierenspiegelundBOSinZusammenarbeitmitdemFreiburgerInstitutfürMusikermedizinuntersucht.UmpunktuellStrömungsgeschwindigkeitenzuerfassen,wurdenzusätzlichomnidirektionale Hitzdrahtanemometerinstalliert.DabeiwurdeninstrumentenspezifischeAnblastechnikenundderLuftaustritt anverschiedenenAuslässen(jenachInstrumententypus amMundstück/Mund,andenTonlöchern,amSchalltrichter,Bild4mittig)berücksichtigt.AnhandderSchlierenaufnahmenkonntedieReichweitederAtemluftsowie derAustrittwinkelbestimmtwerden.DieGeschwindigkeitsmessungen(AlmemoThermo-Anemometer,Auflösung0,001m/s)zeigten,dassdieStrömungenmitGeschwindigkeitenvonmaximal0,15m/sausdenInstrumentenentweichen.DieErgebnissezeigen,dassderausgestoßeneLuftstromnichtweiterals1,2mindenRaum reicht(überdasMundstückgeblaseneLuftbeiderQuerflöte).KleinePartikelkönnenjedochüberRaumluftströmungenauchüberdieseReichweitehinausindenRaum getragenwerden[9].

UmdieReichweitederausdenInstrumentenaustretendenAtemluftzubegrenzen,wurdenFiltergetestet,die vordieSchallbecherderInstrumentegespanntwurden. DieVisualisierungenzeigen,dassdieLuftströmungdadurchstarkbegrenztwird,jedochnurbeiInstrumenten ohneTonlöchero.ä.,beidenendiegesamteAtemluft

Bild4 EntweichendeAtemluftbeimTrageneinerFFP2-Maske(Schlierenspiegel)[14](links),beimSpieleneinerF-TubamitDämpfer(BOS)[9](mittig)und schematischesSetupderAerosolmessungenmitPartikelzähler[16](rechts) EjectedbreathingairwhenwearingaFFP2mask(schlierenmirror)[14](left),whenplayingaFtubawithdamper(BOS)[9](center),schematicsetupofthe aerosolmeasurementswithparticlesizer[16](right)

ausdemSchallbecherentweicht(vornehmlichBlechblasinstrumente)[15].

3.5AusbreitungderAtemluftbeisportlicherBetätigung

InZusammenarbeitmitderRWTHAachenwurdedie AusbreitungderAtemluftsowohlbeimTrageneiner Mund-Nase-BedeckungwieauchohneMaskebeisportlicherBetätigungaufeinemFahrrad-Ergometeruntersucht.DasErgometerdientehierbeiderErhöhungder AtemfrequenzderTestpersonenunddemdamitverbundenenerhöhtenAerosolausstoß.DasErgometerwurde vordenSchlierenspiegelgestelltunddieTestsubjekte (weiblichundmännlich)fuhrenaufdemErgometer,währenddessensienachvornaufeinenfestdefiniertenPunkt schauten,umeinegleichbleibendePositiondesKopfes (insbesondereMundundNase)derTestpersonenzugewährleisten.ZusätzlichwurdeübereinenoptischenPartikelzähler(Airnet-II,PMSInc.,Partikelgrößenzwischen 0,3und5µm)derAerosolausstoßbestimmt(Bild4 rechts).

DieErgebnissezeigen,dassindenSzenarienohneMundNase-BedeckungendieausgeatmeteLuftüberdiebreite Konvektionsströmung(resultierendausderWärmeabgabevorwiegendderhorizontalenArmeundBeinederam ErgometersitzendenPersonen)hinausreichte,sodass dieStrömungvomSchlierenspiegelnichtmehrerfasst werdenkonnte.BeimTrageneinermedizinischenMaske hingegenbreitetesichdieAtemluftnichtweiterüberdie konvektiveStrömungderTestpersonaus.Stattdessen wurdedieAtemluftvomthermischenPlumeerfasstund indieHöheabgeführt.AucheineFFP2-Maskebildete eingrößeresHindernis.DieausgeatmeteLuftwurdedirektvordemGesichtdesSubjektsnachobenabgeführt. DieErgebnissedesPartikelzählerszeigen,dassdiePartikellaststarkzwischendenTestpersonenvariierte.Dennochlässtsichfesthalten,dassdieausgestoßenePartikellastbeiweiblichenProbandinnenwesentlichergeringer warverglichenmitderPartikellastdermännlichenProbanden[16].

3.6AusbreitungderAtemluftbeimedizinischer Atemunterstützung

DiesogenanntenasaleHighflowTherapie(NHF)kann angewendetwerden,umPatientenmiteinemerhöhten Gasflusszuversorgen.DasoptischeSchlierenverfahren mitSchlierenspiegelwurdeinZusammenarbeitmitder Philipps-UniversitätMarburgunddemFachkrankenhaus KlosterGrafschaftgenutzt,umdieAusbreitungder AtemlufteinerTestperson,dieüberNHFbeatmetwurde,zuuntersuchen.DabeiwurdenDurchflussmengen von20,40und60L/minimVergleichzumReferenzfall (SpontanatmungohneUnterstützung)untersucht.Es wurdesowohldieReichweitederausgestoßenenAtemluftextrapoliertsowiedieGeschwindigkeitsfelderüber Kreuzkorrelationsalgorithmen(PIVlab[17])ermittelt. DieermitteltenReichweitenderAtemluftzeigen,dass diemaximaleReichweitederausgestoßenenLuftbei spontanerAtmungbei0,99m,beiNHF20L/min2,18m, beiNHF40L/min2,92mundbeiNHF60L/min4,1mbetragen,sieheBild5links.Diesdeutetdaraufhin,dassdie NHF-TherapiedieReichweitederausgestoßenenAtemluftummehralsdreiMeterimVergleichzurSpontanatmungerhöht,wodurchdasRisikoderVerbreitunginfektiöserPartikelindiesemBereichpotenziellsteigt.Beim Tragenvonbspw.einermedizinischenMaske,dieüber denKanülenderNHFangebrachtwird,kannderexspiratorischeLuftstromeffektivbehindertundsomitdasRisikoeinerKreuzinfektionverringertwerden[18].

3.7AbkühlungsverhaltenvonBetonprobekörpern

UmdieanBauwerkenständigauftretendenstatischen unddynamischenBeanspruchungenzusimulieren,wurdeninZusammenarbeitmitderLeibnizUniversitätHannoverBetonprobekörpermechanischerBelastungausgesetzt.UmdieVersuchemithohenLastwechselzahlenin eherkürzererZeitdurchzuführen,wurdedieBelastungsfrequenzerhöht,wasallerdingszueinerungewolltenErwärmungderProbekörperführt(Bild5mittig).Dies

Bild5 AusbreitungderAtemluftbeinasalerHighflowTherapie[18](links),desAbkühlungsverhaltenseinesBetonprobekörpers(Schlierenspiegel)[20](mittig)unddas MikroklimaamGlobe-Thermometer(BOS)[21](rechts)

Spreaddistanceoftheejctedbreathingairwithnasalhighflowtherapy[18](left),visualizationthecoolingbehaviorofaconcretecylinder(schlierenmirror)[20] (center)andthemicroclimatearoundaglobethermometer(BOS)[21](right)

L.Benetas,A.WakoyaGena,H.Alsaad,C.Völker:BildgebendeSchlierenverfahrenzurVisualisierungvonRaumluftströmungeninderBauphysik

kannwiederumzueinemfrüherenVersagenführen,sodassdieErwärmungvermindertwerdensollte[19].

DieAusbildungderkonvektivenGrenzschichtdeserwärmtenBetonzylinderswurdevordemSchlierenspiegel unddemBOSvisualisiert.ZusätzlichzurVisualisierung wurdedieTemperaturanverschiedenenPositionenam Probekörpererfasst.AusdenAuswertungengehtdeutlichhervor,dassdieGrenzschichtüberdieZeitaufgrund derabnehmendenTemperaturgradientengeringer wird[20].

3.8MikroklimavonGlobe-Thermometern

UmdenthermischenKomfortinGebäudenzubewerten, wirddieStrahlungstemperaturalseinederentscheidendenVariablenherangezogen.UmdiemittlereStrahlungstemperatur,eineMessgrößefürdieBerücksichtigungdesStrahlungsaustauschsmitderUmgebunganeinemPunktimRaum,messtechnischzuerfassen,werden oftmalsGlobe-Thermometergenutzt.UmdiebestehendenKorrekturfaktorenzuerweitern,wurdedasMikroklimaeinessolchenGlobe-ThermometersinZusammenarbeitmitderPrincetonUniversity,UniversityofPennsylvania,derKULeuvensowiedemWellLivingLab, Rochester,Minnesota,USAuntersucht.Dabeizeigte sichbeiTemperaturunterschiedenzwischendenumgebendenOberflächen,dieimStrahlungsaustauschmit demGlobe-Thermometerstehen,undderLufttemperatur,dassdieOberflächentemperaturdesGlobe-Thermometersabweicht,wodurcheinekonvektiveStrömungentsteht(Bild5rechts).DieErgebnissezeigendeutlich,dass dieseKonvektioneineerheblicheFehlerquelledarstellt, wennsiebeiderMessungbzw.derKorrekturnichtkorrektberücksichtigtwird[21].

4ZusammenfassungundAusblick

BeideSchlierenverfahrenstelleninnovativeMöglichkeitenzurUntersuchungvonverschiedenenRaumluftströmungendar.SowohldasoptischeSchlierenverfahrenmit SchlierenspiegelwieauchdasBOSarbeitennicht-invasiv undbedürfenlediglicheinesminimalenTemperaturgradienten,derindenVersuchsaufbautenanderBauhausUniversitätWeimarauf0,1Kbzw.0,3Kabgesenktwerdenkonnte,umdieStrömungabzubilden.Auchwenn dasoptischeSchlierenverfahrenmitSchlierenspiegel einehöhereSensitivitätaufweistunddieDichtegradientensimultanabbildenkann,sokannüberdasBOSein weitausgrößererMessbereichaufgenommenwerden. DamitwaresindenletztenJahrenmöglich,dieteilweise sehrunterschiedlicheninAbschnitt3präsentierten Raumluftströmungenzuvisualisierenundzuquantifizieren.

ZukünftigsolldasMessspektrumerweitertwerden,indemeinekürzlicheigensfürdasoptischeSchlierensystem beschaffteHochgeschwindigkeitskameraauchschnelle odergarflüchtigeProzesseerfassenkann.Eineandere ErweiterungistdernochinArbeitbefindlicheAufbaueinestomographischenBOS,welchesdiedreidimensionale AufnahmederStrömungsfeldererlaubt.Bisherkonnten mitbeidenSchlierenverfahrenRaumluftströmungennur zweidimensional(sichtlinienintegrierend)erfasstwerden. ÜberdiezukünftigeErfassungdesUntersuchungsobjekts ausmehrerenBlickwinkelnkönnendieDichtegradienten überdieAuflösungderStrahlintegraledreidimensional rekonstruiertundaufabsoluteWerteinnerhalbdesStrömungsfeldesgeschlossenwerden,wodurchsichweitere Anwendungsfälleergebenwerden.

Danksagung

DieAutorendankenderDeutschenForschungsgemeinschaft(DFG)fürdieUnterstützungdesProjekts(Fördernummer444059583).

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Autor:innen

LiaBenetas,M.Sc.(Korrespondenzautor:in) lia.benetas@uni-weimar.de Bauhaus-UniversitätWeimar ProfessurBauphysik Coudraystraße11A 99423Weimar

AmayuWakoyaGena,M.Arch. amayu.wakoya.gena@uni-weimar.de Bauhaus-UniversitätWeimar ProfessurBauphysik Coudraystraße11A 99423Weimar

Dr.-Ing.HayderAlsaad hayder.alsaad@uni-weimar.de Bauhaus-UniversitätWeimar ProfessurBauphysik Coudraystraße13B 99423Weimar

AKTUELLES

Novellierte Bauproduktenverordnung 2024

Die novellierte Bauproduktenverordnung ist bekanntgemacht. Als Verordnung (EU) 2024/3110 des Europäischen Parlaments und des Rates wurde die Novelle der Bauproduktenverordnung am 18. Dezember 2024 im Amtsblatt der Europäischen Union bekanntgemacht.

Die Verordnung trat am 7. Januar 2025 in Kraft. Die Bauwirtschaft hat nun ein Jahr

[17]Thielicke,W.;Stamhuis,E.J.(2014) PIVlab–Towardsuser friendly,affordableandaccuratedigitalparticleimagevelocimetryinMATLAB in:JournalofOpenResearchSoftware, H.2.https://doi.org/10.5334/jors.bl

[18]Dellweg,D.etal.(2021) Exhalationspreadingduringnasal high-flowtherapyatdifferentflowrates in:CriticalCareMedicine49,H.7,S.693–700.https://doi.org/10.1097/CCM. 0000000000005009

[19]Vogel,A.etal.(2020) MessungundSimulationderErwärmungvonermüdungsbeanspruchtenBetonprobekörpern in: Bauphysik42,H.2,S.86–93.https://doi.org/10.1002/bapi. 201900031

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[21]Teitelbaum,E.etal.(2022) Addressingasystematicerrorcorrectingforfreeandmixedconvectionwhenmeasuringmeanradianttemperaturewithglobethermometers in:Scientificreports 12,Nr.1.https://doi.org/10.1038/s41598-022-10172-5

Prof.Dr.-Ing.ConradVölker conrad.voelker@uni-weimar.de Bauhaus-UniversitätWeimar ProfessurBauphysik Coudraystraße11A 99423Weimar

ZitierenSiediesenBeitrag

Benetas,L.;WakoyaGena,A.;Alsaad,H.;Völker,C.(2025) Bildgebende SchlierenverfahrenzurVisualisierungvonRaumluftströmungeninder Bauphysik.Bauphysik47,H.1,S.15–21. https://doi.org/10.1002/bapi.202400041

Zeit, um sich mit dem geänderten Rechtsrahmen vertraut zu machen, bevor der neue Gesetzestext zum 8. Januar 2026 in der Breite anwendbar wird.

Der bekanntgemachte Verordnungstext der „Verordnung (EU) 2024/3110 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 27. November 2024 zur Festlegung harmonisierter Vorschriften für die Vermarktung

von Bauprodukten und zur Aufhebung der Verordnung (EU) Nr. 305/2011 (Text von Bedeutung für den EWR)“ steht als Dokument 32024R3110 auf der Website der Europäischen Union https://eur-lex.europa.eu in allen EU-Amtssprachen vollständig zur Verfügung.

Weitere Informationen: www.dibt.de

NatürlicheRecarbonatisierungvonKalksandstein:Ein neuerAnsatzzurBewertungderNachhaltigkeit

DieRecarbonatisierungvonKalksandsteinstellteinennatürlichenProzessdar,beidemwährendderNutzungsphasedie beiderAutoklavierunggebildetenCalcium-Silikathydrate (CSH-Phasen)CO2 ausderUmgebungsluftabsorbieren.Der vorliegendeBeitragpräsentiertdieErgebnisseumfassender UntersuchungenzurRecarbonatisierungvonKalksandstein, dieimZeitraumvon2021bis2024an76repräsentativenProbenmittelschemisch-mineralogischerAnalysendurchgeführt wurden.EinezentraleErkenntnisdieserUntersuchungenist, dasseineTonneKalksandsteinetwa50kgCO2 dauerhaftbindenkann.DieRecarbonatisierungverläuftallmählichvonaußennachinnenindasKalksandsteinmaterialhineinundwird innerhalbeinesZeitraumsvon50Jahrenvollständigabgeschlossen.DarüberhinauswirdindiesemBeitrageinneuartigerBerechnungsansatzvorgestellt,dereineQuantifizierung undBewertungderNachhaltigkeitvonKalksandsteinermöglicht.NebenderIntegrationökologischer,ökonomischerund technischerParameterwirddurchdiesenAnsatzaucheine fundiertePrognosederdurchRecarbonatisierunggebundenenCO2-MengenüberdefinierteZeiträumehinwegermöglicht.

Stichworte Kalksandstein;Mauerwerk;Recarbonatisierung; Nachhaltigkeitsbewertung;CO2-Reduzierung;ökologischerBaustoff

1Einleitung

DieEuropäischeKommissionalsVorreiterimBereich derNachhaltigkeitverabschiedeteimJahr2019denEuropäischenGreenDealmitdemZiel,bis2050dieEmissionenaufnullzureduzieren[1].InDeutschlandwurde diesesZielsogaraufdasJahr2045vorverlegt[2].Dieses ambitionierteZielsetztvoraus,dassauchdieIndustrie aufvielfältigeKlimaschutztechnologienundgeeignete politischeRahmenbedingungenzurückgreifenkann[3].

DerBausektorinDeutschlandistfürrd.40%derCO2Emissionenverantwortlich[4].DieenormenMengenan Kohlendioxid-EmissionenlassensichohnedenEinsatz vonkostenintensivenTechnologienwieCCS(Carbon CaptureandStorage)undCCU(CarbonCaptureand Utilization)nichtvermeiden.EsbestehtjedochdieMöglichkeit,CO2 ausderAtmosphäredauerhaftfernzuhalten,indemz.B.multifunktionaleBaustoffewieKalk-

WolfgangEdenundZakariaIstanbulyhabengleichwertigenBeitragzudieser ArbeitgeleistetundteilensichdieErstautorschaft.

Naturalrecarbonationofcalciumsilicatemasonryunit:A newapproachtosustainabilityassessment

Therecarbonationofcalciumsilicatemasonryunitsrepresentsanaturalprocessinwhichcalciumsilicatehydrates (CSHphases)formedduringautoclavingabsorbCO2 fromthe surroundingairduringtheusagephase.Thisarticlepresents theresultsofcomprehensiveinvestigationsintotherecarbonationofcalciumsilicatemasonryunits,conductedbetween 2021and2024on76representativesamplesusingchemicalmineralogicalanalyses.Acentralfindingoftheseinvestigationsisthatonetonofcalciumsilicatemasonryunitscan permanentlybindaround50kgofCO2.Therecarbonation processoccursgraduallyfromtheoutsideinwardintothe calciumsilicatemasonrymaterialandiscompletedwithina periodof50years.Furthermore,thisarticleintroducesanovel calculationapproachthatenablesthequantificationandassessmentofthesustainabilityofcalciumsilicatemasonry units.Inadditiontointegratingecological,economic,and technicalparameters,thisapproachalsoallowsforawellfoundedforecastoftheamountsofCO2 boundthroughrecarbonationoverdefinedtimeperiods.

Keywords calciumsilicatemasonryunit;masonry;recarbonation; sustainabilityassessment;carbondioxidereduction;ecologicalbuilding material

sandsteinverwendetwerden,dieauchCO2 speichern können[5,6].

BeigenauererBetrachtungdesLebenszyklusvonKalksandsteinwirdfestgestellt,dassrd.80%derCO2-EmissionenausderHerstellungvonBranntkalk(CaO)inden Kalkwerkenstammen.DieEmissionen,diedurchden EnergieverbrauchbeimBrennenvonKalkstein(CaCO3) unddenEntsäuerungsprozessentstehen,werdendem Kalksandsteinzugeordnet.LediglicheinFünftelder Emissionen,diealsOutputverschiedenerProzesseauftreten(DampferzeugungmittelsfossilerEnergieträger undelektrischemStrom),stammenausdenKalksandsteinwerkenselbst[6].

ImvorliegendenBeitragwirdüberdieErgebnisseder UntersuchungenzurRecarbonatisierungberichtet,die von2021bis2024aneinernachstatistischenKriterien ausgewähltenStichprobevonKalksandsteinendurchgeführtwurden.ZudemwirderstmaligeinneuerBerechnungsansatzzurQuantifizierungundBewertungder NachhaltigkeitvonKalksandsteinenvorgestellt.

2RecarbonatisierungvonKalksandstein

DieRolledesKohlendioxidsinBaustoffenhateinelange Geschichte,diebisindasantikeRomzurückreicht.Soist bekannt,dassMörtelausKalk,SandundWassernacheinerlangsamenReaktionmitCO2 ausderAtmosphäre eineverbesserteFestigkeitaufweist.ÄhnlicheEffekte wurdenauchbeimMörtelbeobachtet,derbeimBauder ChinesischenMauerverwendetwurde[7,8].

DerBeginnderindustriellenProduktionvonKalksandsteinimJahre1894markierteeinenMeilensteininder EntwicklungdesMauerwerksundlegteeinenwichtigen GrundsteinfürdiemoderneMauerwerksindustrie.

DieHerstellungvonKalksandsteinbestehtimWesentlichenausfünfHauptschritten:Dosieren,Mischen,Rohmischungablöschen,VerdichtenundAutoklavieren.Das AutoklavierenisteinerderwichtigstenSchritteundzielt daraufab,dieindenRohlingenwährendderVerdichtunggebildeten,relativinstabilenphysikalischenBindungenzwischendeneinzelnenKörnerndurcheinestabile unddauerhaftechemischeBindungzuersetzen[9].Im VerlaufdesAutoklavierungsprozessesbildensichCalcium-Silikat-Hydrat-Phasen(CSH-Phasen),diefürdie hoheFestigkeitderSteineverantwortlichsind.DieCSHPhasenwachsenbeiderAutoklavierungaufdenSandkörnernaufundverbindendiesezueinerräumlichverzahnten,festenStruktur[10].KalksandsteinisteinporöserBaustoff.DasPorenvolumenhängtdabeivonderGesteinskörnung,derKalksorte,derZugabevonZusatzstoffen(z.B.KalksteinmehlalsFüllstoff),dem Verdichtungsgrad,derAushärtezeitund-temperatursowiedemMassenverhältnisvonWasser,SandundKalk ab.DiePorengrößenverteilungspieltebenfallseineentscheidendeRolle.ÜblicherweiseliegtdasPorenvolumen beiKalksandsteinzwischen10und20Vol.-%[9,11].

NachdemHärtungsprozessdringtdasCO2 derUmgebungsluftdurchkapillaresSaugenundDiffusionindie MikrostrukturvonKalksandsteinein.Diestattfindenden ReaktionsabläufeähnelndenenbeimBeton.InluftgefülltenPorenwirdderGastransportabhängigvom DruckgefälledurcheineKombinationausDiffusionund Permeationermöglicht[12].NachdemEindringenlöst sichdasCO2 inderPorenlösungübereinemehrstufige ReaktionundreagiertmitdenCalciumionenausden durchdieHärtungentstandenenCSH-PhasenzuCalciumcarbonatundWasser[13,14](Bild1):

CSH þ CO2 ! CaCO3 þ H2 O (1) ZunächstfindeteineanfänglicheReaktionstatt,bevor dieRecarbonatisierungeigenständigweiterläuftund durchdasbeiderReaktionfreigesetzteWasserunterstütztwird.DabeibleibtderProzessweiterhinvonder zuvorherrschendenUmgebungsfeuchteabhängig[12]. DarüberhinauswirddieRecarbonatisierungdurchdas ZusammenspielvonWasserdampf-undGasdurchtritt, KondensationvonWasserinengenKapillarenundReak-

Bild1 VereinfachteDarstellungderRecarbonatisierungvonKalksandstein (Quelle:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Simplifiedrepresentationoftherecarbonationofcalciumsilicate masonryunit(Source:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

tionsgeschwindigkeitinVerbindungmitVeränderungen derPorenstrukturinfolgederPhasenbildungund-auflösungbestimmt.DieserProzesslässtsichalseinkomplexerTransport-,Lösungs-,Reaktions-undAusfällungsvorgangcharakterisieren[12,15].DieCO2-Aufnahme führtzuderVerdichtungdesBindemittels,waszueiner gleichbleibendenodersogarerhöhtenDruckfestigkeit führt[16–22].DabeibleibtdieDurchlässigkeitfürCO2 währendderRecarbonatisierungdesKalksandsteinserhalten[23].

DieRecarbonatisierungistseitlangembekanntund wurdeinvielenForschungsprojektennachgewiesen[6,12,13,16,22,24–51,52].

Hinweis:InderFachliteraturwerdenfürdiesenProzess sowohldieSchreibweisen„Carbonatisierung“und„Karbonatisierung“alsauchdieBegriffe„Carbonisation“und „Carbonisieren“ingleichwertigerWeiseverwendet[53].

DieGeschwindigkeitundderGradderRecarbonatisierungwerdenvonUmgebungsparameternwieTemperatur,Feuchtigkeit,CO2-Gehalt,Druck,Porenstrukturund denaufdasMauerwerkaufgebrachtenBeschichtungen sowiederenchemischenundphysikalischenEigenschaftenbeeinflusst[6].

3RollederRecarbonatisierungbeiderErreichungder Klimaschutzzielefürbindemittelgebundene Baustoffe

BasierendaufdengenanntenFaktenkannderBaustoff KalksandsteinalsdauerhafteCO2-Senkebetrachtetwerden.DeshalbstelltdieRecarbonatisierungfürKalksandsteineinenentscheidendenFaktordar,umdieKlimaziele bis2045zuerreichen[6].

ImRahmenderÖkobilanzierungvonKalksandstein-Gebäudenkonntegezeigtwerden,dassderAnteilderCO2GutschriftendurchRecarbonatisierungaufGebäudeebene,abhängigvonderGebäudetypologieunddenverwendetenMaterialien,lediglichzwischen3%und7%be-

W.Eden,N.A.Fouad,Z.Istanbuly:NatürlicheRecarbonatisierungvonKalksandstein:EinneuerAnsatzzurBewertungderNachhaltigkeit

trägt.DiesergeringeWert–bezogenaufeinengesamten LebenszykluseinesgesamtenGebäudes–istdaraufzurückzuführen,dassderEinsatzvonKalksandsteinineinemGebäudefürAußen-undInnenwändevergleichsweisegeringeCO2-Emissionenverursacht,undzwarje nachGebäudetypologieundPlanungzwischen7%und 12%[55].

AuchdieHerstellervonBindemittelnwieKalkundZementhabeninihrenRoadmapszurErreichungderKlimazielesowieinverschiedenenStudiendieBedeutung derRecarbonatisierungherausgestellt[56–58].Sowohl derdeutschealsauchdereuropäischeKalkverbandhabenBranntkalkalsCO2-Senkebeschrieben.EineStudie derUniversitätMailand[57]zeigt,dassimDurchschnitt überalleAnwendungsbranchen33%deswährendder KalkproduktionausgestoßenenCO2 währendderanschließendenNutzungsphasewiederaufgenommenund gespeichertwerden.DabeierfolgenüberalleProdukte 95%derRecarbonatisierungsreaktioneninnerhalbdes erstenJahres.

DerVereinDeutscherZementwerkee.V.(VDZ)hatin einerStudiedieRecarbonatisierungalsbedeutendeCO2MinderungsmaßnahmeentlangderWertschöpfungskette identifiziert[58,59].DurchdieRecarbonatisierungwird etwadieHälftederCO2-Emissionenausderaktuellen ZementproduktionausderAtmosphärezurückgenommen[60].

4AnsatzundUntersuchungsmethode

4.1Proben

Insgesamtwurden76KS-Probenanalysiert.DieuntersuchtenProbenstammenausverschiedenenRegionen undBauwerkenundweisenunterschiedlicheAbmessungenauf,wobeiihreZusammensetzungvergleichbarist.

DieuntersuchtenProbenstammenausein-undzweischaligenAußenwänden,einschaligenInnenwändensowieKellerinnenwändenundMusterwänden,dieteilweise JahrzehntelangdirektderWitterungausgesetztwaren. DieRohdichtedieserProbenvariiertzwischen1,40und 2,03kg/dm3.DieBauwerke,ausdenendieProbenentnommenwurden,wurdenzwischen1903und2021errichtet.

EsliegendetaillierteInformationenüberdenZustand unddieHerkunftderProbenvor,einschließlichihrerBeschichtungoderTeilbeschichtungmitMörteloderanhaftenderReste.DieArtderBeschichtungvariiertjenach AnwendungundumfasstWärmedämmverbundsysteme (WDVS),Anstriche,Putze,MörtelundFliesen.Während einTeilderProbenausbundesweitvorliegendenQuellen angeliefertwurde(Bild2,Tab.1),wurdederandereTeil derProbenvondenAutoreneigenhändigausWänden entnommen(Bild3).

Bild2 ProbenahmestellenundderenAnzahljeBundesland(Quelle:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Samplinglocationsandtheirnumberbyfederalstate(Source:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Tab.1 AngabenzuAnzahlundZustandderuntersuchtenProben(Quelle: ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Informationonthenumberandconditionsofthesamplesexamined (Source:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Probe Anzahl beschichtetes Mauerwerk 42(davonbei23nurResteder Normalmörtelbeschichtungvorhanden)* unbeschichtetes Mauerwerk 16 unbeschichtete einzelneSteine 18

* DieProbenwurdenfürdieUntersuchungengereinigt.

Bild3 EntnahmevonKalksandsteinprobeauseinerzweiseitigbeschichteten Kellerinnenwand(Quelle:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Extractionofacalciumsilicatemasonryunitsamplefromadouble-sided coatedbasementinteriorwall(Source:ForschungsvereinigungKalkSande.V.)

4.2QuantitativeBestimmungundBerechnungderCO2AufnahmevonwerksfrischenKalksandsteinen

ZieldeserstenUntersuchungsabschnittsistes,dieMenge anCO2 nachzuweisen,dieKalksandsteineimLaufeder ZeitdurchRecarbonatisierungausderAtmosphäreaufnehmen.DazuwurdenwerksfrischeundunterAnsatz vonStandard-HerstellbedingungenproduzierteKalksandsteineimNormalformatNFalsReferenzausgewählt.DieseReferenz-Kalksandsteinewurdenmiteinem Quarzsand(ohneCalciumcarbonatanteile)undeiner Branntkalkdosisvon7M.-%hergestellt,wasderbundesweitdurchschnittlichenKalkdosisbeiderProduktionentspricht.DieseKalksandsteinewarenbiszumBeginnder AnalysenimLaborderUniversitätKasseleinzelnin CO2-diffusionsdichterFolieverpackt,umsicherzustellen, dasssievordendurchzuführendenUntersuchungennicht recarbonatisierenkonnten.AndiesenSteinenwurden folgendeUntersuchungendurchgeführt:UmdieCO2AufnahmederKalksandsteineineinerangemessenen Zeitanalytischbestimmenzukönnen,wurdennichtrecarbonatisierteProbenkünstlichimZeitrafferverfahren definiertrecarbonatisiert.NachvollständigerRecarbonatisierungwurdendieKalksandsteinechemisch-mineralogischmittelsRöntgendiffraktometrie,ThermogravimetrieundCHS-Verfahrenanalysiert[6,60].DieseVerfahrenwerdennachfolgendkurzskizziert:

DieröntgenographischenPhasenanalysensindmitden folgendenParameterndurchgeführtworden:

GeräteTyp:BrukerD4

Scan-Achse:Gonio

Startposition[°2#]:5,00

Endposition:65,00

Schrittweite:0,01

ScanModus:kontinuierlich

Anodenmaterial:Cu

Generatoreinstellung:30mA,40kV.

DieProbenwurdenaufeineFeinheit < 63µmgemahlen, bevorsiemittels Backloader präpariertundgeröntgtwurden[61].

MitderThermoanalyse(NetzschSTA449F5Jupiter Thermoanalyse)wurdeeinevollständigcarbonatisierte KS-Teilprobeanalysiert.ZielderUntersuchungwardie quantitativeBestimmungdesCalciumcarbonatgehaltes. DasfeinaufgemahleneProbenmaterial(56mg)wurde miteinerHeizratevon10K/minbiszueinerMaximaltemperaturvon1000 °CunterVerwendungdesSchutzgasesStickstofferhitztundparallelderGewichtsverlustgemessen[61].

BeimCHS-VerfahrenwirddieProbeimSauerstoffstrom beiTemperaturenvonca.1450 °Cverbrannt.DieentstehendenVerbrennungsgase(CO2,H2O,SO2)werdenzunächstübereinenStaubfilterundnachfolgendindiebeheizteH2O-Infrarotmesszellegeleitet.ImAnschlusserfolgtdiechemischeAbsorptiondesWasserdampfesund dieDetektiondesgetrocknetenCO2 undSO2 inweiteren Infrarotmesszellen[61].

4.3UntersuchungderRecarbonatisierungstiefemittels Phenolphthaleinindikator-Test

ZurAbschätzungderRecarbonatisierungstiefewurdeim nachfolgendenUntersuchungsabschnittunteranderem dieinderBetontechnologiebekannteIndikatormethode, derSchnelltestmitPhenolphthalein,angewendet(1%ige Phenolphthaleinin90%igemEthanol,Dichte0,89kg/l) [62].BeidiesemVerfahrenwurdedieIndikatorlösunggezieltaufdiefrischenBruchflächender76Probenaufgesprüht,wasinnerhalbkurzerZeitzueinemsichtbaren FarbumschlagimbehandeltenBereichführt[12].Bleiben diebesprühtenBereichefarblos,weistdiesaufeinenlokalenpH-Wert-Abfall,d.h.aufeinestattgefundeneRecarbonatisierunghin.DernichtrecarbonatisierteBereich hingegenverfärbtsichrotviolett(Bild4f).

DieProbenwurdeninvielenFällenmindestensindrei Scheibengespalten,umdieräumlicheHomogenitätder Recarbonatisierungpräziseindenx-,y-undz-Richtungenzuuntersuchen(Bild4d).

4.4ChemischeUntersuchungenanBohrmehlproben

ParallelzumPhenolphthalein-Testwurdenzusätzlich chemischeAnalysenanBohrmehlaus23 unterschiedlichenAlters(zwischen30und121Jahren) mitundohneBeschichtungendurchgeführt,umdenRecarbonatisierungsgradzubestimmen[63].Dabeiwurde dergesamteanorganischeKohlenstoff(TIC)gemäß DINEN15936:2012-11[64]gemessen.BeiderVorbereitungderProbenwurdebesondersdaraufgeachtet,dass beimMahlendertrockenenProbenFremdkörpersepariertwurdenunddasGewichtpräziseaufgezeichnetwurde.DieindenProbenvorhandeneMengeanTICwurde mittelsInfrarot-Spektroskopiegemessen.

5ErgebnissederRecarbonatisierungsuntersuchungen

DienachfolgendenDiagrammebelegendiedurchdie AufnahmevonCO2 entstandenenCarbonatphasen.Die beiderHydrothermalhärtungderKalksandsteineentstandenenCalcium-Silikat-Hydrat-Phasen(CSH-Phasen) habenmitdemeindiffundiertenCO2 reagiert.Dabeiist Calciumcarbonatentstanden.Durchdiedominierenden QuarzpeakssinddieCalciumcarbonatenurimZoomModuserkennbar(sieheBild5,Beispiele1und2).

Bild4

Recarbonatedcalciumsilicatemasonryunitsofdifferentageandconditionlevels:a),b),c),d),ande)fullyrecarbonated;f)partiallyrecarbonated (Source:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.) W.Eden,N.A.Fouad,Z.Istanbuly:NatürlicheRecarbonatisierungvonKalksandstein:EinneuerAnsatzzurBewertungderNachhaltigkeit

RecarbonatisierteKalksandsteineunterschiedlicherAlters-undZustandsstufen:a),b),c),d)unde)vollständigrecarbonatisiert;f)unvollständigrecarbonatisiert (Quelle:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

BetrachtetmanmitdenausdenUntersuchungenderReferenzprobenerzieltenErkenntnissennichtnureinzelne Kalksandsteine,sondernKalksandsteinmassen,dann lässtsichableiten,dassdieuntersuchtenfürdieKalksandsteinindustrierepräsentativenKalksandsteineca. 50kgCO2 protaufnehmenkönnen.DerenRecarbonatisierungsgradbeträgt0,95[61].DieErgebnissebeziehen sichaufdieStandard-Kalksandsteinrezepturwiebereits beschrieben,miteinerBranntkalkdosisvon7M.-%.Bei unterschiedlichenCaO-GehaltenkönnendieErgebnisse variieren,dadieaufgenommeneCO2-Mengemitder CaO-Konzentrationkorreliertist.

FernersindinBild6dieErgebnissederFarbindikatormessungenallerKalksandsteinprobenzusammengestellt. Eswurdefestgestellt,dassbeideruntersuchtenStichprobenahezu95%derProbenvollständigrecarbonatisiert sind.BeiunvollständigrecarbonatisiertenKalksandsteinenzeigtsicheineunterschiedlicheRecarbonatisierungstiefe,dievondenLagerungsbedingungensowievonBeschichtungenmitunterschiedlichenCO2-Durchlässigkeitenabhängt.ErwartungsgemäßrecarbonatisierenKalksandsteineaufgrunddergenanntenEinflussfaktorenmit unterschiedlicherGeschwindigkeit.AuffälligwarbeispielsweisedieRecarbonatisierungeinerProbeausdem Jahr2014,diemiteinemoffenbarrelativCO2-diffusionsoffenenDünnlagenputzbeschichtetwarundauseiner

Bild5 PhasendiagrammeundidentifiziertePhasenderuntersuchtenwerksfrischennichtrecarbonatisierten(rotesDiffraktogramm)undrecarbonatisierten(blauesDiffaktogramm)KS-Teilproben(Quelle:siehe[61])

Phasediagramsandidentifiedphasesoftheexaminedfactory-fresh, non-recarbonated(reddiffractogram)andrecarbonated(bluediffractogram)calciumsilicatemasonryunitsub-samples(Source:see[61])

Kellerinnenwandentnommenwurde(sieheBild3oben undBild6,10Jahre).DieProbewartrotzihrerBeschichtungbereitsnachetwazehnJahrenvollständigrecarbonatisiert.

Tab.2stelltdieMengeanCO2 dar,dievomKalksandsteinwährendderNutzungsphaseaufgenommenund dauerhaftgespeichertwurde[63].

DieUntersuchungsergebnissezeigen,dassdieüblicherweiseaufKalksandsteinmauerwerkanzutreffendenBeschichtungendienatürlicheRecarbonatisierungzwarver-

Tab.2 AufgenommeneunddauerhaftgespeicherteCO2-Mengein KalksandsteinprobenwährendderNutzungsphase(Quelle: siehe[63])

AmountofCO2 absorbedandpermanentlystoredincalciumsilicate unitsamplesduringtheusagephase(Source:see[63]) Probe

langsamen,abernichtvollständigverhindern.Wieerwähnt,wurdenindieStudieauchProbeneinbezogen, diemiteinemporösenPutzbeschichtetwaren.Eswurde festgestellt,dassdiesePutzschichtendieRecarbonatisierungkaumbeeinträchtigen.

Bild6 ErgebnissederRecarbonatisierungsuntersuchungmitProbenalteraufderx-AchseundAnzahlderProbensowieRecarbonatisierungstiefeaufdery-Achse (Quelle:ForschungsvereinigungKalk-Sande.V.)

Resultsoftherecarbonationstudywithsampleageonthex-axisandnumberofsamplesandrecarbonationdepthonthey-axis(Source:Forschungsvereinigung Kalk-Sande.V.)

ZudemspieltdieGeometriederSteineeineRollebeider DauerdesRecarbonatisierungsprozesses,wobeidickere KalksandsteinsteineeinelangsamereRecarbonatisierung aufweisen.Zusammenfassendlässtsichfeststellen,dass dienatürlicheRecarbonatisierungvonKalksandsteinin derRegelnach50Jahrenabgeschlossenist.

HerleitungeinerFunktionzurBewertungderNachhaltigkeitvonKalksandsteinunterBerücksichtigungderRecarbonatisierung

DieRecarbonatisierungstiefekannzudemauchaufBasis vonRegressionsrechnungennumerischbeiAnsatzder folgendenquadratischenGl.(2)abgebildetwerden. (Gl.(2)giltfür115mmstarkesMauerwerk):

DadasersteProduktfür1 � t � 26vergleichsweiseklein ist,kannesandieserStellevernachlässigtwerden.Darausfolgt:

GWPB GWPb ¼ Rv 15;52 10 1 t � � þ yp (5)

DieGl.(5)kannfür1kgKalksandsteinumgerechnet werden:

GWPB GWPb ¼

wobei:

GWPB sequestriertesKohlendioxidausderUmgebungsluftdurchKalksandsteinwährendderNutzungsphaseB[(kgCO2)/(kgKS)]

wobei:

y Recarbonatisierungstiefe[mm]

Ra Recarbonatisierungsbeschleunigung[mm/a2]

0 < Ra � 1

t Nutzungsdauer[a]

Rv Recarbonatisierungsgeschwindigkeit[mm/a]

0 < Rv � 1

yp primäreRecarbonatisierungstiefe[mm]

yp = 211,47×10 1

ym maximaleRecarbonatisierungstiefe[mm] ym = 57

UnteroptimalenBedingungenundunterderAnnahme einerhomogenenRecarbonatisierungimWandquerschnittbzw.imKalksandsteinkannderGWP-Wert(GlobalWarmingPotential)vonKalksandsteininAbhängigkeitvonderRecarbonatisierungstiefewiefolgtberechnet werden:

wobei:

GWPB sequestriertesKohlendioxidausderUmgebungsluftdurchKalksandsteinwährendderNutzungsphaseB[kgCO2]

GWPb sequestriertesKohlendioxidausderUmgebungsluftdurchKalksandsteinpro1mmRecarbonatisierungstiefe[(kgCO2)/mm]; GWPb ¼ 5 · 10 3 (Datenaus[6])

SetztmanGl.(2)inGl.(3)ein,ergibtsich:

GWPB GWPb ¼Ra 1;63 10 2 t 2

Haist[65]hateinenvereinfachtenAnsatzzurQuantifizierungderNachhaltigkeitvonBetoneingeführt.Dabei haterdieNachhaltigkeitvonBetonalsproportionalzu dessenNutzungsdauerundLeistungsfähigkeitsowieinversproportionalzudessenUmweltauswirkungendefiniert.DieserAnsatzkannfürKalksandsteinanalogüber seinengesamtenLebenszykluswiefolgtmodifiziertwerden:

wobei:

Ω KalksandsteinNachhaltigkeit

½ a · N mm2 kgCO2 · kgKS� ßSteindruckfestigkeit[N/mm2]

GWPA-C emittiertesundsequestriertesKohlendioxid durchKalksandsteinüberdengesamten Lebenszyklus[kgCO2 kgKS ]

A Herstellungsphase

B Nutzungsphase

C Entsorgungsphase

JelängerdieNutzungsdauerundjehöherdieDruckfestigkeitvonKalksandsteinist,umsohöheristgemäßdem numerischenModelldessenNachhaltigkeit.DieBerücksichtigungmechanischerEigenschaftenalsFaktorzurBewertungderNachhaltigkeitistgrundsätzlichsinnvoll.Es mussjedochbetontwerden,dasseineerhöhteNachhaltigkeitgemäßGl.(7)auchdurchunökologischeMaßnahmenwiedieErhöhungderKalkdosiserreichtwerden kann.DieseführtzwarzueinerverstärktenBildungvon CSH-PhasenundsomitindenmeistenFällenzueinerhöherenDruckfestigkeit.Diesspiegeltsichjedochauchin einemerhöhtenTreibhauspotenzial(GWP)wider,was dieNachhaltigkeitverringertunddemGeneralzielentgegensteht.InderPraxisistesschwierigfestzustellen,ob dieerhöhteDruckfestigkeitdurchdenZusatzvongroßen

GWPB ¼ GWPb ·y
GWPA C

MengenKalktatsächlichdurchdenhöherenGWP-Wert kompensiertwird.DahersolltedieDruckfestigkeitin Gl.(7)aufdastechnischerforderlicheMaßbegrenztwerden.FürdenAnsatzwirdeineerforderlicheßerf undgemesseneDruckfestigkeitßD,St benötigt.WenndiegemesseneDruckfestigkeitaufgrundökologischeroderunökologischerMaßnahmendieerforderlicheDruckfestigkeit übersteigt,verringertsichderNachhaltigkeitswert.Bei ökologischenMaßnahmenwirddiesdurcheineReduzierungdesGWP-Wertsbelohnt,abereineunnötighohe Druckfestigkeitsdifferenz,diedurchverfahrenstechnischeMaßnahmenoderweitereumweltfreundlicheMaßnahmenbehobenwerdenkann,wirddieNachhaltigkeit negativbeeinflussen.SetztmanGl.(6)inGl.(7)ein,ergibtsichGl.(8)(UnteroptimalenBedingungengiltRv = 1[mm/a]): Ω ¼ t : βerf ðGWPA

AnteilderbeigemischtenrecyceltenGesteinskörnungandengesamtenAusgangsstoffen[ ]

PEe gesamteerneuerbarePrimärenergie[MJ]

PEne gesamtenichterneuerbarePrimärenergie[MJ]

ZusätzlichzudenzuvorgenanntenAspektenderNachhaltigkeitsollennunderökonomischeGedankesowie dieGenerationengerechtigkeitalszentraleElementeder Nachhaltigkeitintegriertwerden.BasisderBetrachtung istdieSicherungeineslangfristigenWirtschaftswachstums.DieserforderteineBerücksichtigungderAnfälligkeitdesBauproduktemarktsgegenüberneuenexternen Einflüssen(insbesonderedieBerücksichtigungökologischerAspekte)sowiedieVermeidungsignifikanter Marktrückschläge[68].

InAnlehnungan[69]werdenindieNachhaltigkeitsfunktiondieGesamtkostenfürRohstoffealsinversproportionalzurNachhaltigkeiteingefügt.VondiesenKostenwerdendieAufwendungenfürrecycelteGesteinskörnung sowiefürregionaleRohstoffeabgezogen.

wobei:

GWPA,C emittiertesKohlendioxiddurchdieHerstellung undEntsorgungvonKalksandstein[(kgCO2)/ (kgKS)]

ßerf erforderlicheSteindruckfestigkeit[N/mm2]

ßD,St gemesseneSteindruckfestigkeit[N/mm2]

GemäßdemWorldEconomicForum-Bericht[66]stellt dieKnappheitnatürlicherRessourcendasviertgrößteRisikofürdieWeltdar.NebendenobenerwähntenAspektenderNachhaltigkeitsolltendaherderEinsatzvonrecycelterGesteinskörnungunderneuerbarerEnergienin dieGleichungintegriertwerden.WährenddieZugabe vonrecycelterGesteinskörnunginderProduktiondie Nachhaltigkeiterhöht,führtderenNichteinsatznicht zwangsläufigzueinerVerringerungderNachhaltigkeit. DieserAnsatzbasiertaufderTatsache,dassinDeutschlandnochunzureichendeMengenanBauschuttalsAusgangsmaterialfürdieErzeugungvonRecycling-Gesteinskörnungenverfügbarsind[67],umalsvollwertigerErsatz fürprimäreRohstoffezudienen.

wobei:

Ω Kalksandstein-Nachhaltigkeit[ a kgCO2 · € :kgKS]

Kg GesamtkosteneingesetzterRohstoffe[€]

ωRc MassenanteilrecycelterGesteinskörnung[ ]

ωRg MassenanteilregionalerRohstoffe[ ]

DieandieserStelleerstmaligvorgestellteMethode(numerischesModell)zurBerechnungderNachhaltigkeit berücksichtigtökologische,ökonomischeundtechnische KriterienundgiltfürneuhergestellteKalksandsteine. DieserneueAnsatzwirdderzeittheoretischundauch aufWerksebenedurchdieForschungsvereinigungKalkSande.V.erforscht.DieÜbertragbarkeitdieserMethode aufweiteremineralischeBaustoffeodersogarsämtliche BauprodukteistunterBerücksichtigungihrerspezifischenProduktmerkmalesinnvollundmöglich.Dazuist unteranderemdieDurchführungvonProjektenderindustriellenGemeinschaftsforschungzielführend,mitdenendieZusammenhängezwischendenverschiedenen EinflussgrößenundWechselwirkungenderRohstoffe, denverfahrenstechnischenHerstellungsparameternsowiedenökologischenundökonomischenGrößennumerischmodelliertwerdenkönnen.

DervorliegendeAufsatzbefasstsichmitderUntersuchungdernatürlichenRecarbonatisierungvonKalksandsteinanhandvon76ProbenunterschiedlichenAltersund Zustands.EinezentraleErkenntnisist,dass1tKalksandsteinrd.50kgCO2 aufnehmenkann.DieRecarbonatisierung(CO2-Aufnahme)wirddurchdieWanddickeund dieeingesetztenBeschichtungenbeeinflusst.DieserPro-

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W.Eden,N.A.Fouad,Z.Istanbuly:NatürlicheRecarbonatisierungvonKalksandstein:EinneuerAnsatzzurBewertungderNachhaltigkeit

Autor:innen

Dr.-Ing.WolfgangEden wolfgang.eden@kalksandstein.de ForschungsvereinigungKalk-Sande.V. Entenfangweg15 30419Hannover

Univ.-Prof.Dr.-Ing.NabilA.Fouad fouad@ifbp.uni-hannover.de LeibnizUniversitätHannover InstitutfürBauphysik Appelstraße9A 30167Hannover

ZakariaIstanbuly,M.Sc.(Korrespondenzautor:in) zakaria.istanbuly@kalksandstein.de ForschungsvereinigungKalk-Sande.V. Entenfangweg15 30419Hannover

ZitierenSiediesenBeitrag

Eden,W.;Fouad,N.A.;Istanbuly,Z.(2025) Natürliche RecarbonatisierungvonKalksandstein:EinneuerAnsatzzurBewertung derNachhaltigkeit.Bauphysik47,H.1,S.22–32. https://doi.org/10.1002/bapi.202400040

AKTUELLES

Deutscher Bautechnik-Tag 2025 – Impulse. Ideen. Innovationskraft.

Am 20. und 21. März 2025 bringt der Deutsche Bautechnik-Tag in Stuttgart wieder mehr als 1000 Vertreter:innen der Bauwirtschaft aus Planung und Ausführung, Verwaltung, Wissenschaft und Forschung sowie Politik zum Wissens- und Erfahrungsaustausch zusammen. Mit dem bewährten Konzept aus Kongress und Ausstellung bietet die Veranstaltung des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins E.V. (DBV) beste Voraussetzungen für Dialog und Austausch.

Unter dem Motto „Impulse. Ideen. Innovationskraft.“ Gibt es ein kuratiertes Vortragsprogramm in 2 Plenen und 10 Foren mit 50 Referierenden. Zur Eröffnung am 20. März 2025 diskutieren Thorsten Hahn, Holcim Deutschland GmbH, Dr. Stefanie Weidner, Werner Sobek AG, Dr. Dennis Backwinkel, BVG Projekt GmbH, und Prof. Christian Glock, Rheinland-Pfälzische Technische Universität KaiserslauternLandau, zur „Zukunft des Betonbaus“.

Danach wird das Programm an zwei Kongresstagen in zwei parallelen Vortragsräumen präsentiert. Dabei stellen die Referent:innen in 10 Foren ihre innovativen Lösungsansätze und Projekte vor und setzen wertvolle Impulse für die gesamte Wertschöpfungskette des Planens und Bauens:

Forum – 1 Nachhaltiges Planen und Bauen Forum – 2 Digitalisierung in Planung und Bauausführung

Forum – 3 Industriebau und Energiewende

Forum – 4 Bauen im Bestand und Zirkuläres Bauen

Forum – 5 Infrastrukturbau für eine „Starke Schiene“

Forum – 6 Innovative Baustoffe und Bauverfahren zur CO2-Vermeidung/-Reduzierung

Forum – 7 Neue Wege im Infrastrukturbau

Forum – 8 Künstliche Intelligenz, Sensorik und Robotik

Forum – 9 Besondere Herausforderungen im Infrastrukturbau

Forum – 10 Innovationen in Forschung, Regelwerken und Praxis

Im Finale zum Abschluss des Deutschen Bautechnik-Tags 2025 erwartet die Teilnehmenden Felix Neureuther. In einem spannenden „Gespräch über Leistung, Motivation und Zeitgeist“ diskutieren der DBV-Vorsitzende Dr. Matthias Jacob und die Moderatorin Claudia van Veen mit dem ehemaligen Skirennläufer.

In der Ausstellung des Deutschen Bautechnik-Tags 2025 präsentieren sich mehr als 40 Unternehmen mit ihren Leistungen und Kompetenzen. So sind die großen Bauherren wie z. B. die Deutsche Bahn oder die Bundesanstalt für Wasserbau ebenso dabei wie Vertreter der Planung und Ausführung oder auch Produkthersteller. Auf der Arenabühne in der Ausstellungshalle werden spannende Impulsvorträge, Best Practice-Beispiele und Produktpräsentationen geboten.

Der Deutsche Bautechnik-Tag wird von einigen Architekten- und Ingenieurkammern der Länder als Fortbildungsveranstaltung anerkannt. Weitere Informationen und Anmeldung: www.bautechniktag.de www.betonverein.de

Quelle:
DBV/Achim
Birnbaum

WärmepumpenfürEinfamilienhäuserimBestand–ökologischeundökonomischeAuswirkungen

ZurReduzierungderTreibhausgasemissionenimdeutschen Gebäudesektorwurdezum1.Januar2024dasGebäudeenergiegesetznovelliert,welchesseitdemvorschreibt,dassneu eingebauteHeizerzeugerzumindestens65%miterneuerbarenEnergienbetriebenwerdenmüssen.InneuenEinfamilienhäusernistdieWärmepumpebereitseineStandardlösung, aberauchinBestandsgebäudengiltsiealsvielversprechend. InwieferneinWechselvomaktuellhäufigverbautenGasbrennwertkesselzurWärmepumpeökologischaberauch ökonomischvorteilhaftist,wurdeanhandeinesexemplarischenEinfamilienhausesuntersucht.Hierfürwurdenmittels einerHeizlastberechnung,einerenergetischenBilanzierung undeinerDimensionierungderAnlagenkomponentenfürverschiedeneHeiztechnikvarianten,Gebäudedämmstandards undEnergiepreisentwicklungeneineÖkobilanzundLebenszykluskostenrechnungerstellt.EswirdbeidenTreibhausgasemissionenunddemnichterneuerbarenPrimärenergieverbraucheineeindeutigeVorteilhaftigkeitderWärmepumpe festgestellt.BeidenweiterenUmwelteffektenwiebeispielsweiseEutrophierungundOzonschichtabbauschneidenje nachVarianteGasbrennwertkesseloderWärmepumpebesserab.TrotzdergeringerenabsolutenEnergiekosteninFolge desgesunkenenVerbrauchsderWärmepumpekönnendie hohenAnschaffungskostennichtausgeglichenwerden,sodassderGasbrennwertkesselfürdasbetrachteteGebäude stetsdiewirtschaftlichereAlternativebleibt.

Stichworte Heizungsgesetz;Wärmepumpe;energetischeSanierung; Gasbrennwertkessel;erneuerbareEnergien;BauenimBestand

1Ausgangslage

ImJahr2023wurdeinDeutschlandinnahezujedem zweitenHaushaltmitErdgasgeheizt,gefolgtvonHeizöl mitca.28%[1].MussodersolleinebestehendeHeizungsanlageausgetauschtwerden,mussnachnovelliertemGebäudeenergiegesetz(GEG)fortandieneuinstallierteHeizungmitmindestens65%erneuerbarenEnergienbetriebenwerden.DiesistmitverschiedenenTechnologienrealisierbar;dieWärmepumpegilthierals Schlüsseltechnologie.Bekanntist,dassWärmepumpen inNeubautenmitniedrigenEnergiebedarfeneffizientarbeiten,aberauchinbestehendenEinfamilienhäuserneingesetztwerdenkönnen.ÜberdieHälftederbestehenden Ein-undZweifamilienhäuserinDeutschlandhabeneinenEndenergiebedarfvonüber160kWh/(m2a),knapp einViertelsogarvonmehrals250kWh/(m2a)[2].VerschiedeneStudienhabensichbereitsmitderVerwen-

Heatpumpsforexistingsingle-familyhomes–ecological andeconomicimplications

ToreducegreenhousegasemissionsintheGermanbuilding sector,theBuildingEnergyActwasamendedonJanuary1, 2024,whichstipulatesthatnewlyinstalledheatgenerators mustbepoweredbyatleast65%renewableenergy.Heat pumpsarealreadyastandardsolutioninnewsingle-family homes,buttheyarealsoconsideredpromisinginexisting buildings.Thepotentialecologicalandeconomicbenefitsof replacingthecurrentlyprevalentgascondensingboilerwitha heatpumpwereinvestigatedusinganexemplarysingle-familyhome.Forthispurpose,alifecycleassessmentandlife cyclecostcalculationwerepreparedusingaheatloadcalculation,anenergybalanceandadimensioningofthesystem componentsfordifferentheatingtechnologyvariants,building insulationstandardsandenergypricedevelopments.Interms ofgreenhousegasemissionsandnon-renewableprimaryenergyconsumption,theheatpumpisclearlyadvantageous. Regardingtheotherenvironmentaleffects,suchaseutrophicationandozonelayerdepletion,theperformanceofgas condensingboilersandheatpumpsvariesdependingonthe variantinquestion.Despitethelowerabsoluteenergycosts resultingfromthereducedconsumptionoftheheatpump,the highproductioncostscannotbeoffset,meaningthatthegas condensingboileralwaysremainsthemoreeconomicalalternativeforthebuildingunderconsideration.

Keywords heatinglaw;heatpump;energy-efficientrefurbishment;gas condensingboiler;renewableenergies;constructioninexistingbuildings

dungvonWärmepumpeninBestandsgebäudenbeschäftigt[3–6].DabeiwurdenbeispielsweiseCO2-Emissionen sowieEnergiekostenfürStromundGaszueinanderins Verhältnisgesetztundermittelt,dassWärmepumpenab einerJahresarbeitszahl(JAZ)von2,6ökologischundab einerJAZvon3,2ökonomischvorteilhaftseinkönnen[3].UnterBerücksichtigungkapitalgebundenerKosteninklusivebundesweiterFördermaßnahmen,betriebsgebundenerKostenundverbrauchsgebundenerKosten stellt[4]fest,dassbeiEinfamilienhäusernMehrkosten fürdieWärmepumpegegenüberdemGasbrennwertkesselvon6%bis21%zuerwartensind.UntereinemähnlichenKostenmodellwiezuvor,allerdingsmitBerücksichtigungsichändernderEnergie-undCO2-Preisesowie CO2-Emissionen,stellt[5]fest,dasssichdieKostenbeiderHeizmodelleähnelnundzeitgleicheineReduktion derTreibhausgasemissionenvonca.70%möglichist. DieVerwendungeinerPhotovoltaik(PV)-Anlageführt

beidieserStudiezurvorteiligenKostenreduktionder Wärmepumpenvariante.[6]stellenfest,dassmitstaatlicherFörderungfürdenEinbauvoneffizientenWärmeerzeugerninHöhevon35%derInvestitionskosteneine Luft-Wasser-WärmepumpeauchbeiungedämmtenBestandsgebäudenfinanziellvorteilhaftgegenübereinem Gasbrennwertkesselist.

ImRahmenderhiervorgestelltenUntersuchungenwurdenunbetrachtet,inwieweiteineWärmepumpeinverschiedenenAusführungsvariantenbeigeringgedämmten BestandsgebäudenimVergleichzueinemneuenGasbrennwertkesselökologischüberdieBetrachtungdesreinenCO2-AusstoßeshinausgehendauchvorteilhaftbezüglichderDimensionenPrimärenergieverbrauch,EutrophierungundOzonschichtabbauist.Zudemumfasst dieökonomischeAnalysedengesamtenLebenszyklus derAnlageunddamitsowohlHerstell-alsauchBetriebsundEnergiekosten.

2MaterialundMethoden

2.1BetrachtetesGebäude

BeidembetrachtetenBeispielgebäudehandeltessichum einzweistöckiges,nichtunterkellertesEinfamilienhausin MassivbauweisemiteinerNettogrundflächevonca. 120m2,einerBruttogrundflächevon157m2 undeinem beheiztenGebäudevolumenvon455m3.DasSatteldach istmiteinerNeigungvon52° RichtungOsten/Westen ausgerichtet.AlsGebäudestandortwurdePotsdamangesetzt.DasGebäudeverfügtimIST-Zustandübereinen GaskesselmitHeizkörpernundeineSystemtemperatur von70 °C/55 °C.DerGaskesselsollnunamEndeseiner LebensdauerausgetauschtundfolgendeOptionensollen durchdachtwerden:

1.AustauschgegeneinenneuenGasbrennwertkesselmit Erdgas(nichtGEG-konform)

2.WechselzueinerLuft-Wasser-Wärmepumpe

3.WechselzueinerLuft-Wasser-WärmepumpemitPVAnlage

4.WechselzueinerSole-Wasser-WärmepumpemitKollektorfeldoderErdsonde

BekanntlichlassensichWärmepumpenbeiniedrigen VorlauftemperatureninKombinationmiteinerFußbo-

denheizungbesonderseffizientbetreiben.DieBerechnungenzurHeizlastfürdieBestandsgebäudeergaben aberkeineMöglichkeit,miteinernachträglicheingebrachtenFußbodenheizung(Fräßsystem)dienotwendige HeizlastinallenRäumenzudecken.Eswurdedeshalb eineBeheizungmitNiedrigtemperaturheizkörperngewählt.DiesemusstenjenachGebäudedämmstandard großdimensioniertwerden.

FürdasObjektliegteinedezentraleTrinkwarmwasserversorgungmitElektrodurchlauferhitzernvor.DieUntersuchungenzeigten,dasseinezentraleTrinkwarmwassererwärmungzumeistkeinengroßen,jedochstetseinen positivenEinflussaufdieKostensowiebetrachtetenUmweltwirkungenhat.

ZurBerücksichtigungdervielfältigenenergetischenUnterschiedeimdeutschenGebäudebestandwurdendreirepräsentativeEnergiestandardsbetrachtet.Dazuwurden bauzeittypischeWärmedurchgangskoeffizientenfürdie BauteilederthermischenHülleberücksichtigt(vgl. Tab.1).BestandstypIrepräsentierteinungedämmtes Gebäude,welchesnochvordererstenWärmeschutzverordnung(WSchVO)1977errichtetwurde.BestandstypII entsprichteinemgedämmtenGebäudeausdemZeitraum 1977–1994,wobeisichdieU-Wertehierfürander WSchVOvon1977orientieren.BestandstypIIIbeschreibteingedämmtesGebäudeausderPeriode1995–2008mitStandardsgemäßderWschVo1995.DamitbefindensichdiebetrachtetenBeispielgebäudemiteinem GasbrennwertkesselalsErzeugerimbundesdeutschen Durchschnittgemäß[2].

2.2EnergetischeBilanzierungundAuslegungder Anlagentechnik

DieNorm-HeizlastderEinzelräumeunddesgesamten GebäudeswurdenfüralleBestandstypennach DINEN12831-1:2017-09unddernationalenErgänzung fürDeutschlandDIN/TS12831–1:2020-04berechnet;der EndenergiebedarfdesGebäudesfürallezubetrachtendenVariantennachDINV18599:2018-09.FürdieWärmepumpewurdenKennwerterealerGeräteauseiner ProduktreiheeinesHerstellersverwendet[7].ImFalleeinerLuft-Wasser-WärmepumpeerfolgtderBetriebbivalentmitelektrischemHeizstab.Tab.2bieteteineÜbersichtüberdiegewählteAnlagentechnik.Dienach

Tab.1 ÜbersichtüberdiedreibetrachtetenenergetischenStandardsdesBeispielgebäudes Overviewofthethreeenergystandardsconsideredfortheexamplebuilding

Bestandstyp U-Wert[W/(m2 K)]

BauzeitAußenwandDachOberste Geschossdecke

Endenergie Beispielgebäude

BodenplatteFensterkWh/(m2 · a)

Tab.2 ÜbersichtüberdieangesetztenHeizsystemvarianteninAbhängigkeit derDämmstandards

Overviewoftheanalysedheatingsystemvariantsdependingonthe insulationstandards

BezeichnungBestandstyp LeistungdesHeizsystemsJAZ

I LW-WP26KW

LW-WP

LW-WP mitPV

SW-WP Kollektor

I LW-WP26KW mit55m2 PV10kWp 2,33

IILW-WP17KW mit55m2 PV10kWp 2,58 IIILW-WP10KW mit55m2 PV10kWp

I SW-WP26KWmit300m2 Kollektorfeldfläche 2,36

IISW-WP17KWmit270m2 Kollektorfeldfläche 2,60

IIISW-WP10KWmit240m2 Kollektorfeldfläche 4,36

I SW-WP26KWmit320m Erdsondengesamtlänge 2,67

gung(C4)sowiedasPotenzialfürWiederverwertung, RückgewinnungundRecycling(D).

LautStatistischemBundesamtbestanddieimInlandproduzierteundinsNetzeingespeisteStrommengein DeutschlandimerstenHalbjahr2024zu61,5%auserneuerbarenEnergien[8].UmverschiedeneSzenarienfür diepotenziellezukünftigeEntwicklungderStromzusammensetzungabzubilden,wurdendieBerechnungenmit dreiunterschiedlichen,vorhandenenDatensätzenfür denStrommixdurchgeführt.BeiderGasbrennwertvariantewurdedaraufaufgrunddesgeringenStromverbrauchsverzichtet.AlsersteVariantewurdeeinekonservativeEntwicklungbilanziertmiteinemAnteilanerneuerbarenEnergienvoncirca41%.DieDatensätzeder zweitenunddrittenVariantebasierenaufPrognoseneinerStudiezurKlimaneutralitätinDeutschlandbis2050 undbestehenaus71%bzw.100%erneuerbarenEnergien[9].

SW-WP Erdsonde

IISW-WP17KWmit210m Erdsondengesamtlänge 2,80

IIISW-WP10KWmit120m Erdsondengesamtlänge 4,78

I Gas-Brennwertkessel21KW–

Gas-BW

IIGas-Brennwertkessel13KW–

IIIGas-Brennwertkessel8KW–

DINEN15450vorgegebenenMindestwertefürdieJahresarbeitszahlenvon2,5imFalleeinerLuft-Wasser-Wärmepumpeund3,3imFalleeinerSole-Wasser-WärmepumpewerdennichtinallenVariantenerreicht.

2.3ÖkobilanzierungundLebenszyklusbetrachtung

DergewählteBetrachtungszeitraumfürdasGebäudebeträgt25Jahre,waseinemtypischenAustauschzyklusfür HeizerzeugerentsprichtunddamitdemZeitraum,in demsichökologischeundökonomischeEntscheidungen amortisierthabensollten.

DieÖkobilanz(LCA)dientderökologischenUntersuchungvonProduktenundGebäudenundbeziehtsichdabeiaufpotenzielleUmweltwirkungen,diesichüberden Lebenszyklusergeben.DasmethodischeVorgehenistin DINENISO14040undDINENISO14044beschrieben. GrundsätzlichwerdendieSystemkomponentenüberden gesamtenLebenszyklusnachDINEN15804:2022-03bilanziert.ImRahmenderhierdurchgeführtenUntersuchungwurdenfolgendePhaseneinesGebäudelebenszyklusbetrachtet:Herstellungsphase(A1–A3),EnergiebedarfimBetrieb(B6),Abfallverwertung(C3)undEntsor-

DieökologischeWirkungsabschätzungerfolgtanhand derfolgendenKernindikatorenfürUmweltwirkungen nachDINEN15804:2022-03:TreibhauspotenzialGWP, EutrophierungSalzwasserEP,OzonschichtabbaupotenzialODP,Primärenergieerneuerbarundnichterneuerbar PERTundPENRT.

DieBewertungderWirtschaftlichkeitderuntersuchten HeizsystemeerfolgtmittelsLebenszykluskostenrechnung (LCC)anhandderKapitalwertmethodeundderdynamischenAmortisationsdauer.EswurdenfolgendeKosten berücksichtigt:Herstellkosten,betriebsgebundeneKostenwieWartungundInstandsetzungsowieEnergiekosten.DieHerstellkostenwurdenaufGrundlageder SirAdosDatenbank(Stand01.11.2020)ermittelt,indiziertaufdasJahr2023undggf.angepasstoderdurchExtra-oderInterpolationhergeleitet.DiePreisesindNettopreiseundbeinhaltenKostenfürMaterialeinsatz,Geräte undLohn.FürdiekünftigeEntwicklungderEnergiekostenwurdeausgehendvomaktuellhohenPreisniveauein Szenariomitleichtsteigenden(0,5%Stromund1% Gas)nach[6]oderfallendenKosten( 2,735%)zurück aufeinhistorischesPreisniveauvon20ct/kWhfürStrom und6ct/kWhfürGassowieeinEinpendelnaufdemNiveauvordemrussischenAngriffaufdieUkrainezuBeginn2022,aberdannmitstarkemAnstieg(5%)berücksichtigt(Bild1).

3Ergebnisse

BeiallenbetrachtetenWärmepumpen-undDämmstandardvariantenistunterVerwendungdesaktuellen StrommixeseinEinsatzvonmindestens65%regenerativenEnergiensichergestellt.WärmepumpenscheinendamitauchfürBestandsgebäudepauschalfürdieErfüllung des§71,GEGansetzbarzusein.

Bild1 PrognostizierteEnergiepreisentwicklungennachdreiSzenarienkonstant, steigend,fallendfürErdgas(blau)undStrom(orange)

Forecastenergypricetrendsaccordingtothreescenarios:constant,rising,fallingfornaturalgas(blue)andelectricity(orange) T.Broszies,L.Stuht,F.U.Vogdt:WärmepumpenfürEinfamilienhäuserimBestand–ökologischeundökonomischeAuswirkungen

3.1ÖkologischeAuswirkungen

Allgemeinkannfestgestelltwerden,dassfüralleUmweltindikatorenmitgeringeremEnergieverbrauch (TypIII)auchgeringereabsoluteEmissioneneinhergehen.BezüglichdesTreibhauspotenzialsGWPistfestzustellen,dassdieungünstigsteVariantejeweilsderGasbrennwertkesselist(Bild2a).Selbstbeiungedämmten EinfamilienhäusernistjedeWärmepumpenvariantediesbezüglichpositivgegenübereinemGasbrennwertkessel zubewerten.AnderssiehtesbeiderBewertungzumPrimärenergiebedarfaus,auchwennsichdiesebeidenIndikatorenaufgrunddesZusammenhangszwischenEnergieerzeugungundTreibhausgasemissionenoftqualitativ ähnlichverhalten.FürungedämmteGebäudeistderGasbrennwertkesselpositivgegenüberdenanderenVariantenzubewertenundauchbeihöherenDämmstandards fälltderGesamtenergieverbrauchteilweisegeringerals beidenWärmepumpenvariantenaus(Bild2c).AllerdingsweisendieseeinenhöherenAnteilerneuerbarer Primärenergieauf,womitaucherklärtwerdenkann,wiesosichdasErgebnisnichtimTreibhauspotenzialwiderspiegelt.DieVariantemitPVschneidetfürTypIIIund IIambestenab.Esistfestzuhalten,dassüberschüssig produzierterStrom,deralsHaushaltsstromverwendet werdenkann,hiernichtberücksichtigtwurde.

DasOzonschichtabbaupotenzialODP(Bild2d)fälltfür dieWärmepumpenvarianteninderRegelungünstiger ausalsfürdenGasbrennwertkessel.Ursächlichsinddie StromerzeugungundderEinsatzvonKältemitteln.Mit derEU-Verordnung2024/573(„F-Gas-Verordnung“) zurschrittweisenReduzierungdererlaubtenEmissionen vonFluorkohlenwasserstoffenwirdsichletztereskünftig positiventwickeln.BeimEutrophierungspotenzialfür SalzwasserschneidendieWärmepumpenvariantenungünstiggegenüberdemGasbrennwertkesselabaufgrund desStromverbrauchs(Bild2b).BeieinerStromvariante mit100%erneuerbarenEnergien(nichtdargestellt)ändertsichdieVorteilhaftigkeitunddieWärmepumpe trägtdannwenigerzumEutrophierungspotenzialSalzwasserbeialseinGasbrennwertkessel.

DengrößtenAnteilanallenUmweltwirkungenhabenjeweilsdieEnergieträger.HierhateineErhöhungdesAnteilsanerneuerbarenEnergienimStrommixzurFolge,

dassbeispielsweiseimdirektenVergleichvonGasbrennwertkesselzuLuft-Wasser-Wärmepumpe(Bild3)der GesamtbedarfanPrimärenergiesteigt,währendderAnteilannichterneuerbarerPrimärenergiegleichzeitigdeutlichsinkt.LetztereswirktsichpositivaufdasTreibhauspotenzialaus.Bild3zeigtdarüberhinaus,dasseinegeringereVorlauftemperaturfürWärmepumpendurchauseinendeutlichenEffektvonmehrals100MJ/(m2a)bzw. biszu10kgCO2-Äq./(m2a)hat,währendderEinflussbei Gasbrennwertkesselnverschwindendgeringist.Der leichteAnstiegisthieraufdieneuanzuschaffendenHeizkörperzurSicherstellungderniedrigerenVorlauftemperaturzurückzuführen.

3.2ÖkonomischeAuswirkungen

AusfinanziellerPerspektiveistunterAnnahmeeiner moderatenEnergiepreisentwicklungmit0,5%fürStrom und1%fürGasfestzustellen,dassdiekostspieligsteVarianteüberdenLebenszyklusderAnlagefürschlechter gedämmteGebäude(TypIundII)dieWärmepumpe mitErdsondeundbeibessergedämmtenBestandsgebäuden(TypIII)dieLuft-Wasser-WärmepumpemitPV-Anlageist.DiepreisgünstigsteVarianteistfüralleBestandstypenderGasbrennwertkessel(Bild4).

WährenddieSpannebeidenbessergedämmtenGebäudenüberdengesamtenLebenszyklusderHeizanlage–alsoinklusivederBetriebs-undEnergiekosten–beica. 50.000€liegt,istderUnterschiedbeinichtgedämmten Gebäuden(TypI)ca.140.000€groß.GrößterTreiber derKostensinddabeidieHerstell-bzw.Anschaffungskosten,derenBedeutungbeibesserenDämmstandards unddamitgeringeremEnergieverbrauchzunimmt (Bild4).AuchimVergleichderWärmepumpenuntereinanderistfestzustellen,dassSole-Wasser-WärmepumpendurcheinehöhereEffizienzzwargeringereEnergiekostenverursachen,dieseabernichtdiehohenHerstellkostenkompensieren,sodassdieErdwärmepumpenüber dengesamtenLebenszyklusteurersindalsLuft-WasserWärmepumpen.

EswurdeüberallebetrachtetenDämmstandardshinweg festgestellt,dassdieenergetischenEinsparungenimVergleichzumStatusquooftmalsnichtausreichendsind,um dieHerstellkostenderWärmepumpeninnerhalbvon 25Jahrenzuamortisieren.ImFalleeinesungedämmten GebäudesgelangdiesesinkeinerKombinationvonmöglichenPreisszenarien.ErstfürGebäudemitDämmstandarddesTypIIIoderbesserkanneineökonomische VorteilhaftigkeitderWärmepumpegegenüberdemGasbrennwertkesselunterbestimmtenEnergiepreisentwicklungenfestgestelltwerden.BeispielweisekanneineLuftWasser-WärmepumpebeisinkendenStrompreisen ( 2,735%)undsteigendenGaspreisen(5%)imLebenszyklusgünstigersein(Bild5).EinSzenario,dasaufgrund derpolitischenCO2-Bepreisungenundgeopolitischer VerknappungvonErdgasbeigleichzeitigemAnstiegerneuerbarerAnteileimStrommixdenkbarist.

Bild2 Umweltindikatorena)TreibhauspotenzialGWP,b)EutrophierungspotenzialEP,c)PrimärenergiebedarfPEundd)OzonschichtabbaupotenitalODPunterAnnahmeeineskonservativenStrommixesmit41%erneuerbarenEnergienfürallebetrachtetenHeizvariantenundDämmstandards(hell:TypIII,mittel:TypII,dunkel: TypInachTab.1)desBeispielgebäudes (Quelle:XeniaPobloth[10])

a)GlobalwarmingpotentialGWP,b)eutrophicationpotentialEP,c)primaryenergydemandPE,andd)ozonedepletionpotentialODPassumingaconservative electricitymixwith41%renewableenergiesforallheatingvariantsandallinsulationstandardsconsideredfortheexamplebuilding

Eslässtsichdarüberhinausfeststellen,dasseineReduzierungderVorlauftemperaturvon55 °Cauf35 °CbeieinemGasbrennwertkesselzueinerErhöhungdergesamtenLebenszykluskostenführt,dadieseinenkompletten AustauschderHeizkörpervoraussetzt.Hierkönnendie

AnschaffungskostennichtdurchdiesinkendenEnergiekostenrefinanziertwerden.Andersgestaltetsichdiesbei Wärmepumpen.HierkannamBeispieleinerLuft-Wasser-Wärmepumpegezeigtwerden,dasssichunterder AnnahmesteigenderStrompreisediehöherenHerstell-

Bild3 VergleichderAuswirkungbeiAnstiegdesAnteilserneuerbarerEnergienamStrommixsowieunterschiedlichenVorlauftemperaturenbeiGasbrennwertkessel undLuft-Wasser-WärmepumpefürPEundGWPamBeispieldesBestandstypsIII

Comparisonoftheeffectofanincreaseintheshareofrenewableenergiesintheelectricitymixanddifferentflowtemperaturesforgascondensingboilersand air-to-waterheatpumpsforPEandGWPusingtheexampleoftypeIII

kostendurchsinkendeEnergiekostenamortisieren,sodassdieLebenszykluskostensinken.DieniedrigenVorlauftemperaturensindfürdasBeispielgebäudetechnisch nurabeinemDämmstandarddesTypIII(180kWh/ (m2a)oderbesser)möglich.UnterdiesenVoraussetzungenwäredieAnschaffungvonneuenHeizkörpernökonomischsinnvoll.

Bild4 LebenszykluskostenunterAnnahmeeinerEnergiepreissteigerungvon1%fürGasund0,5%fürStromfürallebetrachtetenHeizvariantenundDämmstandards desBeispielgebäudes

Lifecyclecostsassuminganenergypriceincreaseof1%forgasand0,5%forelectricityforallheatingvariantsandinsulationstandardsconsideredforthe examplebuilding

Bild5 VergleichderLebenszykluskostenvonBestandstypIIIbeiunterschiedlichenEnergiepreisentwicklungenundVorlauftemperaturenbeiGasbrennwertkesselund Luft-Wasser-Wärmepumpe(Quelle:LenaStuht[11])

ComparisonoflifecyclecostsofbuildingtypeIIIfordifferentenergypricetrendsandflowtemperaturesforgascondensingboilersandair-to-waterheatpumps

4DiskussionundAusblick

DasbetrachteteEinfamilienhauskannbezüglichseiner AbmessungenunddengewähltenDämmstandardsalsrepräsentativbezeichnetwerden.GleichwohlsindallegetroffenenAussagennichtohneweiteresaufjedenGebäudetypuszuübertragen.DieangestellteUntersuchungbestätigtdieKernaussage,dasszurReduzierungder TreibhausgasemissioneneineWärmepumpeimmervorteilhaftgegenübereinemGasbrennwertkesselmitErdgas ist,auchfürdenFall,dassderAnteilanerneuerbaren EnergienimdeutschenStrommixnichtweitersteigtoder sogargeringfügigzurückgeht.DieAussagegiltunabhängigvonderArtderWärmepumpeunddemDämmstandarddesGebäudes.DievorgestelltenErgebnissezeigen jedoch,dasseineWärmepumpenichtgrundsätzlicheine ökologischeodergarnachhaltigeAlternativezumGasbrennwertkesselist.ZumeinenkonntenUmwelteffekte identifiziertwerden,wiebeispielsweisehiervorgestellt dieEutrophierungvonSalzwassergewässernoderder Ozonschichtabbau,indenendieWärmepumpenichtimmervorteilhaftist.Zumanderenstelleninsbesonderedie hohenAnschaffungskosten,diesichbeiGebäudenmit schlechtenDämmstandardsinderRegelnichtamortisieren,einefinanzielleBelastungfürdieEigenheimbesitzer dar.EineBewertungderNachhaltigkeiteinerTechnolo-

giesollteimmereineganzheitlicheBetrachtunganstreben,inderalleDimensionenderNachhaltigkeit–Ökologie,ÖkonomieundSoziales–berücksichtigtwerden.InsofernkannauchdieseUntersuchungkeineabschließendeNachhaltigkeitsbewertungerstellen,zeigtjedochauf, dassjenachangestrebtemZielbeideHeiztechnologien vorteilhaftseinkönnen.Hinsichtlichderökonomischen NachteiligkeitvonWärmepumpenwarendieAnschaffungskostenmaßgebend.HierkönnenFördermöglichkeitenwieBEGoderSteuererleichterungenAbhilfeschaffen–dieswärejedocheineFörderungderIneffizienz. MöglicherweiseführenkünftigauchhöhereStückzahlen inderProduktionzuniedrigerenAnschaffungskostenfür Wärmepumpen.

Danksagung

WirbedankenunsbeiFalkSchaudienstvonWMSIngenieureUG,LuizaAraujovonBERLINGIngenieurgesellschaftmbH,diedurchdiebereitwilligezurVerfügungstellungihrerExpertisedieseUntersuchungenerst ermöglichthabenundbeiXeniaPobloth,dieinihrer MasterarbeiteinigederhiervorgestelltenVariantendetailliertbetrachtethat.

Literatur

[1]BDEWBundesverbandderEnergie-undWasserwirtschaft e.V.[Hrsg.](2023) WieheiztDeutschland2023?BDEW-Studie zumHeizungsmarkt

[2]BundesministeriumfürWirtschaftundEnergie[Hrsg.](2020) LangfristigeRenovierungsstrategiederBundesregierung.GemäßArtikel2aderRichtlinie2018/844/EUdesEuropäischen ParlamentsunddesRateszurÄnderungderRichtlinie2010/31/ EUüberdieGesamtenergieeffizienzvonGebäuden(Energy performanceofbuildingsdirective,EPBD2018)

[3]Winkels,A.(2023) WärmepumpeninBestandsgebäuden.Die SchlüsseltechnologiederWärmewendesindWärmepumpen–auchfürBestandsgebäude! Bauen+ 9.6,S.8–13.

[4]Mailach,B.;Oschatz,B.(2021) BDEW-Heizkostenvergleich Altbau2021.EinVergleichderGesamtkostenverschiedener SystemezurHeizungundWarmwasserbereitunginAltbauten. BDEWBundesverbandderEnergie-undWasserwirtschaft e.V.[Hrsg.].

[5]Meyer,R.etal.(2021) HeizungstechnologienimGebäude:Ein BeitragzurBewertungderWirtschaftlichkeitundKlimawirksamkeit. Fraunhofer-InstitutfürSolareEnergiesystemeISE [Hrsg.]Freiburg.

[6]Pehnt,M.etal.(2023) Heizenmit65%erneuerbarenEnergien –BegleitendeAnalysenzurAusgestaltungderRegelungaus

Autor:innen

TanjaBroszies,M.Sc.(Korrespondenzautor:in) tanja.broszies@tu-berlin.de TechnischeUniversitätBerlin InstitutfürBauingenieurwesen,FGBauphysik Gustav-Meyer-Allee25 13355Berlin

LenaStuht,M.Sc. bauphysik@tu-berlin.de TechnischeUniversitätBerlin InstitutfürBauingenieurwesen,FGBauphysik Gustav-Meyer-Allee25 13355Berlin

demKoalitionsvertrag2021 [TeilberichtimRahmendesProjektes„GebäudeenergiegesetzundEPBD“].

[7]ViessmannClimateSolutionsSE[Hrsg.](2023) Planungsanleitung.VITOCAL250-A,VITOCAL252-A

[8]StatistischesBundesamt(2024) PressemitteilungNr.334vom 4.September2024:Stromerzeugungim1.Halbjahr2024:Mehr als60%auserneuerbarenEnergien [online].https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2024/09/PD24_334_ 43312.html[Zugriffam:15.10.2024]

[9]PrognosAG,Öko-Institute.V.undWuppertalInstitutfürKlimaUmwelt,EnergiegGmbH(2020) KlimaneutralesDeutschland.IndreiSchrittenzunullTreibhausgasenbis2050überein Zwischenzielvon 65%imJahr2030alsTeildesEU-GreenDeals. AgoraEnergiewende,StiftungKlimaneutralität[Hrsg.].

[10]Pobloth,X.(2024) Gas-BrennwertkesseloderWärmepumpe fürBestandsgebäude–VergleichderökologischenundökonomischenAuswirkungenbeiunterschiedlicherAusstattungder technischenGebäudeausrüstung [unveröffentlichteMasterarbeit].

[11]Stuht,L.(2024) GasbrennwertkesseloderWärmepumpefür Bestandsgebäude–VergleichderökologischenundökonomischenAuswirkungenbeiunterschiedlichenDämmstandards [unveröffentlichteMasterarbeit].

Prof.Dr.-Ing.FrankU.Vogdt bauphysik@tu-berlin.de TechnischeUniversitätBerlin InstitutfürBauingenieurwesen,FGBauphysik Gustav-Meyer-Allee25 13355Berlin

ZitierenSiediesenBeitrag

Broszies,T.;Stuht,L.;Vogdt,F.U.(2025) Wärmepumpenfür EinfamilienhäuserimBestand–ökologischeundökonomische Auswirkungen.Bauphysik47,H.1,S.33–40. https://doi.org/10.1002/bapi.202400043 T.Broszies,L.Stuht,F.U.Vogdt:WärmepumpenfürEinfamilienhäuserimBestand–ökologischeundökonomischeAuswirkungen

VorhersagederWirkungtrockenerLuftaufdieHaut durchKopplungvonGebäudesimulation, RaumluftströmungundPersonenmodell

HerrnDr.-Ing.habil.BerndHanelzurVollendungdes80.Lebensjahresgewidmet.

UmEffektederLuftfeuchteaufdasRaumklimabesserabbildenzukönnen,wurdeeinAmI-Plattformkonzept(AmI = AmbientIntelligence)aufBasiseinerintegriertenGebäudesimulationinVerbindungmiteinemPersonenmodellentwickelt. HierzuwurdenvielfältigeUntersuchungenraumklimatischer SituationeninBürosinunterschiedlicherDetaillierungauf BasisgekoppelterGebäude-,Anlagen-undRaumluftströmungssimulationendurchgeführt.DasSimulationsmodell wurdezudemumeinPersonenmodellerweitert,dasaus raumklimatischenBedingungeneineVerdunstungsrateüber dieHautgeneriert.Parallelerfolgtenfürdieexperimentelle BestimmungderVerdunstungsrateninderBundesanstaltfür ArbeitsschutzundArbeitsmedizin(BAuA)inDortmundumfangreicheProbandenversucheineinerspeziellzudiesem ZweckkonzipiertenKlimakammer.DieProbandenversuche wurdeninzweiSeriendurchgeführtundesentstandenfürjeweilszweiunterschiedlicheRaumtemperaturen,LüftungsartenundrelativeLuftfeuchteninsgesamt380Datensätze.Die Ergebnissewurdenausführlichdargestellt,bewertetundmit denDatendesweiterentwickelten,neuartigenSimulationsmodellsfürGebäude-,Anlagen-undRaumluftströmungsberechnunginklusivePersonenmodellverglichen.

Stichworte trockeneLuft;Raumluftströmung;Personenmodell;gekoppelte Simulationen;Verdunstungsrate

1Einführung

TrockeneLuftbegünstigtVerdunstungseffekteaufder Hautoberfläche,andenAugenunddenSchleimhäuten. DasistinsbesonderederFall,wenndieserZustandüber längereZeiträumegegebenistbzw.wennkurzzeitigextremeSchwankungenderLuftfeuchteauftreten.DieEffektewerdendurchhoheLuftgeschwindigkeitenverstärktundführenbeivielenMenschenzuIrritationen, UnwohlseinunderhöhendasInfektionsrisiko,siehe z.B.[1].

EinediesbezüglicheAnalyseundBewertungderAuswirkungentrockenerLuftaufdenHautzustandvonMenschenwarInhalteinesForschungsprojekts,dasvonder BundesanstaltfürArbeitsschutzundArbeitsmedizin (BAuA),demInstitutfürArbeitsmedizin,SicherheitstechnikundErgonomieASERe.V.,Wuppertalundder TUDresdendurchgeführtwurde[2].ImbenanntenForschungsprojektstandnebendenphysiologischenAspektendieintelligenteRegelungvonKlimaanlagenimBlick-

Predictionoftheeffectofdryairontheskinbycoupling buildingsimulation,indoorairflowandpersonmodel AnAmIplatformconcept(AmI = AmbientIntelligence)was developedonthebasisofanintegratedbuildingsimulationin conjunctionwithapersonmodelinordertobettermapthe effectsofhumidityontheindoorclimate.Forthispurpose,a widerangeofinvestigationsofindoorclimatesituationsinofficesofvaryingdegreesofdetailwerecarriedoutonthebasisofcoupledbuilding,systemandindoorairflowsimulations.Thesimulationmodelwasalsoextendedtoincludea personmodel,whichgeneratesanevaporationrateviathe skinfromroomclimateconditions.Atthesametime,extensivesubjecttestswerecarriedoutattheGermanFederalInstituteforOccupationalSafetyandHealth(BAuA)inDortmundtoexperimentallydeterminetheevaporationratesina climatechamberspeciallydesignedforthispurpose.Theprobandtestswereconductedintwoseriesandatotalof380 datasetsweregeneratedfortwodifferentroomtemperatures,ventilationtypesandrelativehumidities.Theresults werepresentedindetail,evaluatedandcomparedwiththe datafromthefurtherdeveloped,innovativesimulationmodel forcalculatingbuilding,systemandroomairflow,includinga personmodel.

Keywords dryair;indoorairflow;personmodel;coupledsimulations; evaporationrate

punkt,washierjedochnuramRandeerwähntwird.UntersuchtwurdendieAuswirkungentrockenerLuftingeschlossenenRäumenfürMisch-undQuelllüftungbei Raumlufttemperaturenvon20 °Cbzw.24 °CsowiebeirelativenLuftfeuchtenvon20%bzw.40%.

IneinemerstenUntersuchungsschrittwurdeninderKlimakammerderBAuAinDortmundzahlreicheLaborexperimenteundProbandenversuchedurchgeführtund messtechnischbegleitet[2].DieErgebnissederpraktischenVersuchewurdengenutzt,umdasModellfür räumlichundzeitlichhochaufgelösteGebäude-und Raumluftströmungssimulationenzuvalidieren.Damit sollteesmöglichsein,auchKonstellationenindenBlick zunehmen,diesichimLabornichtnachbildenließen. DieInteraktionenzwischenProbandenundraumklimatischenBedingungenwurdenberücksichtigt,indemein Personenmodell[3,4]indenKommunikationsmechanismusvonGebäudesimulationundRaumluftströmungsberechnungeingebundenwordenist.DiesesPersonenmodellerzeugtmitHilfederimBerechnungsablaufübertra-

genenDatenzuStrömungundStrahlungdieHauttemperaturenunddieVerdunstungsraten,diesichdirektmit denexperimentellermitteltenResultatenvergleichenlassen.

ImmathematischenSinnestelltdieseinezusätzliche wechselseitigeKopplungmiteinemweiterenBerechnungsgebietdar,vgl.auch[5].

2VersuchsanordnungundAufbauder

Simulationsmodelle

UmzeitgleichunterschiedlicheStrömungssituationen (Misch-undVerdrängungsströmung)ineinemVersuch bzw.einerVersuchsreiheerfassenzukönnen,erfolgte eineUnterteilungderKlimakammer.IndieKammer (LuftzufuhrüberMischlüftung)wurdeeineKlimabox,inklusiveArbeitsplatzfürjeweilseinePerson,mitquellluftartigerLuftzuführungintegriert.DieZuluftgeschwindigkeitfürdieKlimakammerbetrugetwa1,4m/s,fürdieKlimaboxhingegennuretwa0,08m/s.DieKlimakammerist 5,20mlang,ebenfalls5,20mbreitund3,90mhoch.Die Klimaboxist2,50mlang,1,90mbreitund2,40mhoch. DergeometrischeAufbauderVersuchsanordnungistin Bild1dargestellt.

HierbeihandeltessichumeinOberflächengitterdesdazugehörigen,geometrischexaktnachgebildetenSimulationsmodellssowiederjeweiligenZu-undAbluftöffnungen.EntsprechendderrealenVersuchsanordnungbestehtdasgeometrischeSimulationsmodellebenfallsaus zweiseparaten,überdieentsprechendenTrennwände miteinandergekoppeltenZonen.NebendenWandflächenbetrifftdieKopplungauchdieentsprechendenZuundAbluftöffnungen.SowirddieZuluftfürdieBoxgemäßdertatsächlichenVersuchsanordnungdirektausder Klimakammerangesaugt.InBild2vermittelneinigeTeilbildereinenÜberblicküberdieVersuchsanordnungin derKlimakammerundinderKlimabox.

Bild1

GeometrischesModellderKlimakammer(mitSegmentierungderFlächen fürRandbedingungsaustauschundStrahlungswärmeübertragung)der BAuAinDortmund,BlickinsInnerevonKlimaboxundKlimakammer Geometricmodeloftheclimatechamber(withsegmentationofthe surfacesforboundaryconditionexchangeandradiativeheattransfer)of theBAuAinDortmund,viewinsideclimateboxandclimatechamber

ZusätzlichsinddiePositionenderSensoren,aufdiebeim VergleichmitdenSimulationsdatenBezuggenommen wird,eingetragen.NebendenSensorenfürLufttemperatur(T),relativeLuftfeuchte(RH),Luftgeschwindigkeit (v)undTurbulenzgrad(Tu)istnochweitereSensorikfür dieRaumklimamessunginstalliertworden(grauePunkte),derenMessdatenjedochhiernichtdiskutiertwerden. LQ(Luftqualität)stehtfüreinenCO2-SensorundMP (Messplatz)kennzeichnetdenPlatz,andemvonallen ProbandendertransepidermaleWasserverlust,dieHauttemperatur,dieHautfeuchteundderFettgehaltder HautoberflächeineinemvorgegebenenAblaufgemessen wurden,vgl.AblaufplaninBild3.

FürdienumerischenUntersuchungenkameinProgrammpaketzurgekoppeltenGebäude-,Anlagen-und StrömungssimulationzumEinsatz.DasProgrammsystem ermöglichtdieörtlichundzeitlichhochaufgelösteModellierungundUntersuchungthermischerundhygieni-

Bild2 LayoutderVersuchsanordnungmitIllustrationen(Quelle:InstitutASERe.V.) Layoutofthetestarrangementwithillustrations(Source:InstituteASERe.V.)

Bild3 AblaufplanderProbandenversuche(Quelle:InstitutASERe.V.)

Scheduleoftheprobandtests(Source:InstituteASERe.V.)

scherVerhältnisseinRäumen.FürdieinstationärethermischeGebäudesimulationwirdTRNSYS-TUDgenutzt[6],fürdieBerechnungderRaumluftströmunginklusiveallerrelevantenthermischenundlufthygienischen EinflüssekommtParallelNSzurAnwendung[7].

DieseKombination,speziellunterNutzungderimplementiertenKopplung,ermöglichtnebenderBerechnung derStrömungs-undTemperaturfelderauchdieBerücksichtigungderCO2-undFeuchteausbreitung/-verteilung unddieBerücksichtigungderräumlichhochaufgelösten StrahlungswärmeübergängeinbeliebiggeformtenInnenraumgeometrien.EskönnenvielfältigelokaleundglobaleWärme-,Feuchte-undSchadstoffquellendefiniertund komplexeLuftein-und-austrittsbedingungenrealisiert werden.DieKopplungbeiderProgrammsystemeerfolgt imZeitbereichderinstationärenSimulationenübereinen wechselseitigenRandbedingungsaustauschderUmfassungsflächen.DasbetrifftbeispielsweisefürdenWärmetransportentsprechendePaarungenvonAustauschgrößen,wieOberflächentemperaturen/Wärmeströmebzw. WärmeströmedurchOberflächen/resultierendeUmgebungstemperaturen.Füralleweiterenberechneten TransportgleichungensindäquivalenteAustauschgrößen implementiert.ZudemwerdendieWerteentsprechender Wärme-,Feuchte-undSchadstoffquellenandieStrömungssimulationübergeben.ImErgebnisstehenallefür dieBeurteilungderBehaglichkeitausthermischerund hygienischerSichterforderlichenFeldgrößenzurVerfügung.DieKopplungwurdeumeinPersonenmodellerweitert,umdiehierzuuntersuchendenZusammenhänge zwischentrockenerLuftunddemmenschlichenEmpfindenabbildenzukönnen.DieWahlfielaufeinander RWTHAachenentwickeltesthermophysiologisches Komfort-bzw.Personenmodell(33nodecomfortmodel33NCM),dasdieReaktionenderHautweitgehendeinbeziehtundaucheineVerdunstungsratederHautausgibt[3,4].DiesesModellwurdeimRahmendesProjektesgetestetundinnerhalbdergekoppeltenSimulation eingesetzt,d.h.,alleerforderlichenlokalenRandbedingungendesPersonenmodells,wieUmgebungs-,StrahlungstemperaturenundrelativeLuftfeuchten,werdenim ZusammenspielvonGebäudesimulationundderRaumluftströmungsberechnungZeitschrittfürZeitschrittgeneriert.

DiewährendderVersucheanwesendenProbandenwurdengeometrischsehrdetailliertnachgebildet,umden SzenarienindenProbandenversuchenmöglichstnahezu kommen,sieheBild1undBild4.DieräumlicheAuflösungderPersonenbetriffthierinsbesonderedieKöpfe, spezielldieAugen,wasletztlichzueinemRandbedingungsaustauschüberca.5000Oberflächenführt.Neben dergeometrischenNachbildungwurdeauchderzeitliche VerlaufdesUntersuchungsplanesinBild3berücksichtigt.DievariablenAnwesenheitszeitenderProbanden (PositionenundAnzahl)werdendurchthermischeAktivierungenbzw.DeaktivierungenderjeweiligenPersonenmodelleundderpersonenbezogenenFeuchtequellen sowiederdazugehörigentechnischenGeräteinKammer undBoxabgebildet.

FürvergleichendeBetrachtungenderProbandenversucheundderSimulationenwurdendieTemperatur-und Feuchtesensoren(inderKammerzwischendenTischen undinderBox,vgl.Bild2)anexaktdengleichenPositionenmodelliert,andenensiewährendallerVersuchepositioniertwaren.

ObwohlesimZeitverlaufgewisseSchwankungenderZuluftparameterderKlimakammergab,wurdeentschieden, indenSimulationenvereinfachendmitkonstantenZulufttemperaturenundZuluftfeuchtenzuarbeiten.DiegewähltenParameterentsprachendabeidenMittelwerten derMessdatenallerProbandenversuchederjeweiligen „Temperatur-undFeuchtepaarung“inKlimakammer

Bild4 PersonenmodelleinderKlimakammerundModelldesKopfbereichsim DetailmitOberflächenvernetzung Personmodelsintheclimatechamberandmodeloftheheadareain detailwithsurfacemesh

Bild5 KennzeichnungderZu-undAbluftöffnungensowiederLuftführung(über StrömungsvektorenundStromlinien)imgeometrischenModellder KlimakammerderBAuAinDortmund(LuftansaugungfürdieKlimabox oberhalbderBox)

Identificationofthesupplyandexhaustairopeningsandtheairflow(via flowvectorsandstreamlines)inthegeometricmodeloftheBAuA’s climatechamberinDortmund(airintakefortheclimateboxabovethe box)

undKlimabox(ZielgrößenfürdieRaumlufttemperatur: 20 °Cund24 °CsowierelativeFeuchten:20%und40%). DamitergabensichfürdieZuluft19 °Cund23 °C,jeweils inKombinationmitLuftfeuchtenvon22%bzw.44%.

Bild5zeigtnebenderRaumgeometriezusätzlichdieZuundAbluftöffnungensowieimErgebnisderRaumluftströmungssimulationentemperaturgefärbteStromlinien.

EssinddeutlichdieZuströmungimoberenBereichder KammerunddieUmströmungderKlimaboxdurchdie ZuluftsowiedieAnsaugungderLuftfürdieKlimabox erkennbar.DieAbluftderKlimakammerwirdanderselbenWandimunterenRaumbereichwiederabgesaugt.

ZurVermeidungvonZugluftsindwährendderVersuche mobileZwischenwändeaufgestelltworden;diesesind ebenfallsimSimulationsmodellenthalten.DieDarstellungdesStrömungsfeldesmitAngabederTemperaturen inderKammerzeigtzudemeinendurchPersonenund Technikbedingten,deutlichenAnstiegderLufttemperatureninwenigergutbelüftetenBereichen(Arbeitsplätze direktvorderKlimabox).

DieZulufterreichtnebenderKlimaboxdieAufenthaltszonederProbandenmitimmernocherheblichemImpuls, sieheauchBild6a,sodassinderKammerinsgesamt Mischlüftungvorliegt.InderKlimaboxhingegendominiertQuelllüftung,sieheBild6b.DiederKammerentnommeneZuluftwirdübereinenQuellluftauslassdem Probandenvonvorn(imBild6bvonrechtsunten)zugeführt,indessenAuftriebsströmungweitererwärmtund imoberenBereich(imBild6blinks)abgesaugt.Sosind auchinderSimulationdieunterschiedlichenStrömungsformeninKlimakammerundKlimaboxeindeutigidentifizierbar.

3ModellverifikationundVergleichmitExperimenten 3.1VergleichderraumklimatischenParameter

ImFolgendenerfolgteineGegenüberstellungvonMessundSimulationsdaten.HierzuwerdendieaufgezeichnetenLufttemperaturwertevonzweiausgewähltenMessungen(F2299170418undF2299170503für24 °Cbzw.für 20 °CimAufenthaltsbereich,[2])währendderProbandenversucheinderKlimakammerundderKlimaboxmit denErgebnissenderdurchgeführtengekoppeltenSimulationenverglichen.InBild7undBild8sinddiejeweiligenZeitverläufederSensortemperaturenzusammengefasst.EinÜbereinanderlegenderKurvenistandieser Stellewenighilfreich,dainderSimulationnichtalleDe-

Bild6 VertikaleundhorizontaleSchnittebenenderresultierenGeschwindigkeitinderKlimakammer(a)undderKlimabox(b)mitGeschwindigkeitsvektoren(dieFarbe entsprichtderresultierendenGeschwindigkeit)

Verticalandhorizontalsectionalplanesoftheresultingvelocityintheclimatechamber(a)andtheclimatebox(b)withvelocityvectors(thecolorcorrespondsto theresultingvelocity)

Bild7 SimulierteSensortemperaturenfürKlimakammerundKlimaboxanzweiMesspunkten,a)fürTemperaturenimAufenthaltsbereichvon20 °C,b)für24 °C (schattierteBereichesindMesspauseninderKlimabox)

Simulatedsensortemperaturesfortheclimatechamberandclimateboxattwomeasuringpoints,a)fortemperaturesintheoccupiedzoneof20 °C,b)for24 °C (shadedareasaremeasuringpausesintheclimatebox)

Bild8 GemesseneSensortemperaturenausgewählterProbandenversuchefürKlimakammerundKlimaboxandenMesspunkten,a)fürTemperaturenim Aufenthaltsbereichvon20 °C,b)für24 °C(schattierteBereichesindMesspauseninderKlimabox)

Measuredsensortemperaturesofselectedtestsubjectexperimentsfortheclimatechamberandclimateboxatthemeasurementpoints,a)fortemperaturesin theoccupiedzoneof20 °C,b)for24 °C(shadedareasaremeasurementpausesintheclimatebox)

tailsnachgebildetwerdenkonnten.Vielmehrerfolgteine ZusammenschauderErgebnissefürausgewählteVersuche.

DieGegenüberstellungdersimuliertenundgemessenen TemperaturenzeigtbeibeidenTemperaturniveausfür dieKlimakammereineguteÜbereinstimmungsowohl bezüglichderHöhederTemperaturenalsauchbezüglich derzeitlichenTemperaturverläufe.InderKlimaboxsind dieAbweichungenzwischenMessungenundSimulationengrößer.DieVerläufestimmenwährendderersten Probandenversuche(ZeitzwischendenfarbigunterlegtenBereichen)gutmiteinanderüberein.Imweiteren

ZeitverlaufzeigensichjedochgeringeregemesseneTemperaturschwankungen.DieetwashöherenTemperaturgradientenindenSimulationensindzumeinendieFolge desPersonenmodells,dasdiePersonenjeweilssofortmit ihremEintreffennachZeitplanthermischaktiviertund deaktiviertundzumanderendesnichtimmerexakteingehaltenenUntersuchungsplansdurchdieProbanden. DerTemperaturabfallinderKlimaboxbeginntbeibeidenVersuchenstetszehnMinutenspäter.InfolgedesgeringenLuftvolumensinderBoxwirktsichdiesentsprechenddeutlicherausalsinderKammer.ZumVerständnisseiandenVersuchsablaufinBild3erinnert,dieser zeigtauch,dassdieKlimaboxnichtdurchgängigbelegt

war;durchdieDatenerhebungenentstehenMesspausen inderKlimabox.

Umzuverdeutlichen,wiesichdiesimuliertenraumklimatischenBedingungenindiezahlreichenMessergebnisse währendderProbandenversucheinsgesamteinordnen, wurdezusätzlicheineMittelungüberalleExperimente mitdergleichenPaarungderSollwertefürLufttemperaturundrelativeFeuchte(imSinneeinerstatistischenEnsemblemittelung:Kurven„Mittelwert“)mitderAngabe einesentsprechendenKorridorsderStreuungderMessdaten(schwarzeLinien)durchgeführt,sieheBild9und Bild10.

DieDatenzeigen,dassdiesimuliertenraumklimatischen VerhältnissesehrgutzudendurchgeführtenProbanden-

versuchenpassen.DiesgiltfürallebetrachtetenraumklimatischenFeldgrößen.DieindenSimulationenberechnetenSensortemperaturenliegeninnahezuallenFällen innerhalbderGrenzwertederProbandenversuche.GleichesgiltfürdieLuftgeschwindigkeitenunddieTurbulenzgradeandenSensorpositioneninBild10.

Damitistgezeigt,dassdurchdieKopplungvonGebäudeundAnlagensimulationmitderRaumluftströmungsowohldasSzenariumeinzelnerProbandenversucheals aucheinEnsemblegleichartigerVersuchemitwechselndenProbandennachbildbarist.AußerdemwerdendadurchdieRandbedingungenerzeugt,dieeinPersonenmodellderProbandenbenötigt,umdiekörperlichenReaktionenbesondershinsichtlichderFeuchteabgabezu berechnen.

Bild9

ZusammenfassungallergemessenenLufttemperaturenfürdenSensorinderKlimakammer(a)undinderKlimabox(b)TemperaturenimAufenthaltsbereich20 °C, DarstellungderMinimal-,derMaximal-undderMittelwerteimVergleichmitSimulationsdaten

Summaryofallmeasuredairtemperaturesforthesensorintheclimatechamber(a)andintheclimatebox(b)temperaturesintheoccupiedzone20 °C, presentationoftheminimum,maximumandaveragevaluesincomparisonwithsimulationdata

Bild10 VergleichallerMessdaten(min,max,mittel)undderSimulationsergebnissefürdenSensorinderKlimakammer,TemperaturenimAufenthaltsbereich20 °C, a)Luftgeschwindigkeit,b)Turbulenzgrad

Comparisonofallmeasureddata(min,max,average)andthesimulationresultsforthesensorintheclimatechamber,temperaturesintheoccupiedzone20 °C, a)airvelocity,b)degreeofturbulence

3.2AbgleichmitdemPersonenmodell

HiererfolgteinVergleichausgewählterMessungenan denProbandeninderKlimakammermitdenSimulationsergebnissendergekoppeltenPersonenmodelleder Probanden.BeidenSimulationsdatenhandeltessichum ZeitreihenallervierProbandeninderSimulationfürdie SollwertederTemperatur-undFeuchtepaarung,beiden MessdatenumalledurchgeführtenMessungenderProbandenuntersuchungenzuderTemperatur-undFeuchtepaarung.DieZeitpunktederProbandendatensindZufallswerte,umeinebessereSichtbarkeitallerMessungen zuerreichen.SonstwärendiezufestgelegtenZeitpunktenimAblaufplanaufgenommenenMesswertenurals vertikaleBalkenmitÜberlagerungensichtbar.DieMessungenvonHauttemperaturundVerdunstungsrateerfolgtenamMessplatz(MP),vgl.Bild3.Dazumussten

sichdieProbandenzumMessplatzbegeben.DieseBewegungsaktionkonnteinderSimulationnichtadäquatabgebildetwerden.

DerVergleichderDatenzeigt,dassdasPersonenmodell dieHauttemperaturderHändedeutlich(Bild11)und desKopfesleicht(Bild12)überschätzt.DieVerdunstungsratenderHändeunddesKopfeswerdenjedochgut abgebildet,sieheBild13undBild14.IndenDarstellungensinddieSimulationsergebnisseallervierProbanden unddementsprechendallerachtHändeenthalten.Auf eineweiterefarblicheDifferenzierungwurdeverzichtet.

Wieersichtlich,bildetdasPersonenmodelldiejeweiligen HauttemperatureninderhiervorgenommenenImplementierungundKopplungquantitativnurbedingtab. ZudemzeigtesicheinesehrgeringeAbhängigkeitder

Bild11 VergleichderHauttemperaturderHändezwischenMessdatenundPersonenmodellen,Umgebungsparameter:24 °C,a)relativeLuftfeuchte20%,b)relative Luftfeuchte40%.DieMessdatensindalszeitlichzufälligverteiltePunktedargestellt

Comparisonoftheskintemperatureofthehandsbetweenmeasurementdataandpersonmodels,environmentalparameters:24 °C,a)relativehumidity20%, b)relativehumidity40%.Measurementdataareshownasrandomlydistributedpointsintime

Bild12 VergleichderHauttemperaturdesKopfeszwischenMessdatenundPersonenmodellen,a)Umgebungsparameter:20 °C,relativeLuftfeuchte20%und40%, b)Umgebungsparameter:24 °C,relativeLuftfeuchte20%und40%.DieMessdatensindalszeitlichzufälligverteiltePunktedargestellt

Comparisonoftheskintemperatureoftheheadbetweenmeasurementdataandpersonmodels,a)ambientparameters:20 °C,relativehumidity20%and40%, b)ambientparameters:24 °C,relativehumidity20%and40%.Measurementdataareshownasrandomlydistributedpointsintime

Bild13 VergleichderVerdunstungsratederHändeing/h/m2 zwischenMessdatenundPersonenmodellen,Umgebungsparameter:20 °C,a)relativeLuftfeuchte20%, b)relativeLuftfeuchte40%.DieMessdatensindalszeitlichzufälligverteiltePunktedargestellt Comparisonoftheevaporationrateofthehandsing/h/m2 betweenmeasurementdataandpersonmodels,ambientparameters:20 °C,a)relativehumidity20%, b)relativehumidity40%.Measurementdataareshownasrandomlydistributedpointsintime

Bild14 VergleichderVerdunstungsratedesKopfesing/h/m2 zwischenMessdatenundPersonenmodellen,a)Umgebungsparameter:20 °C,relativeLuftfeuchte20%und 40%,b)Umgebungsparameter:24 °C,relativeLuftfeuchte20%und40%.DieMessdatensindalszeitlichzufälligverteiltePunktedargestellt Comparisonoftheevaporationrateoftheheading/h/m2 betweenmeasurementdataandpersonmodels,a)ambientparameters:20 °C,relativehumidity20% and40%,b)ambientparameters:24 °C,relativehumidity20%and40%.Measurementdataareshownasrandomlydistributedpointsintime

vomModellbestimmtenTemperaturenvondenPositionenderProbandenunddendamitverbundenenlokalen klimatischenParametern.DiequalitativenÄnderungen derVerdunstungsratenundHauttemperaturenlassen sichdagegengutbissehrguterfassen.BeiderBetrachtungderÄnderungenderVerdunstungsrateninAbhängigkeitsichändernderUmgebungsparameterzeigtensich zumTeilgegenläufigeTendenzen.DievomModellberechnetenVerdunstungsratensindbeihöherenUmgebungstemperaturengeringer,wogegendiegemessenen Verdunstungsratentendenzielleheransteigen.Esistzu vermuten,dassdieimModellgenutzteAbhängigkeitder VerdunstungsratevomGradientendesWasserdampfpartialdruckes,vgl.[4],dietatsächlichenMechanismenzu starkvereinfacht.DiezurVerfügungstehendeWassermengeanderHautoberflächevariiertoffenbarauchin

AbhängigkeitderUmgebungstemperaturundebensoinfolgeweitererzuuntersuchenderFaktoren.

4Schlussfolgerungen

DieKopplungvonGebäudesimulation,RaumluftströmungsberechnungundPersonenmodellbieteteinzigartigeMöglichkeiten,dieWirkungvontrockenerLuftund körpernaherStrömungaufdasVerdunstungsverhalten derHautnachzubilden.WieamVergleichzwischenBerechnungs-undMessergebnissenerkennbarist,sinddie VorhersagenfürdieVerdunstungsratebereitsgutundsomitgeeignet,Tendenzenherauszuarbeiten.EsstehtaußerFrage,dassProbandenversucheeinensehrgroßen Aufwandverursachen.Insofernwareseinbesonders günstigerUmstand,einederartumfangreicheDatenbasis

zurVerfügungzuhaben.AnhandderDatenzeigensich allerdingsauchdieSchwächenderbenutzenModelle,die besondersbeiderVorhersagederHauttemperaturerkennbarwurden.GezielteWeiterentwicklungendesPersonenmodellsunterBerücksichtigungdereingesetzten KommunikationsmechanismenzurRaumluftströmung werdenhierAbhilfeschaffenbzw.sindbereitsvollzogen worden,siehez.B.[8].Allerdingszeigtesichauch,dass insbesonderedieMessungenvonHauttemperaturenund HautfeuchtesehrgroßenpersonenbezogenenSchwankungenunterliegen.DieUrsachendieserSchwankungen

Literatur

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[3]Streblow,R.;Müller,D.;Gores,I.;Bendfeld,P.(2009) ThermischesKomfortmodellfürinhomogeneUmgebungsbedingungen. Bauphysik31H.1,S.38–41.doi.org/10.1002/bapi.200910006

[4]Streblow,R.(2010) ThermalSensationandComfortModelfor InhomogenousIndoorEnvironments. Diss.RWTHAachen.

Autor:innen

Dr.-Ing.MarkusRösler(Korrespondenzautor:in) markus.roesler@tu-dresden.de TechnischeUniversitätDresden InstitutfürEnergietechnik 01062Dresden

Dr.-Ing.RalfGritzki ralf.gritzki@tu-dresden.de TechnischeUniversitätDresden InstitutfürEnergietechnik 01062Dresden

Dr.-Ing.WojciechKozak wojciech.kozak@zeiss.com ZEISSDigitalInnovation 02826Görlitz

begründensichinindividuellenMerkmalenderPersonen,die,entsprechendaufbereitet,ebenfallsalssinnvolle ErgänzungdesPersonenmodellsvonNutzensind.

Danksagung

DieAutorenbedankensichbeiderBAuAundbeimInstitutASERfürdiesehrguteZusammenarbeitundganz besondersfürdieDurchführungundAuswertungderoft schwierigenundaufwändigenProbandenversuche.

[5]Gritzki,R.;Perschk,A.;Richter,W.;Rösler,M.(2009) GekoppelteSimulationzurSpezifikationvonHeiz-undKühlkörpern. Bauphysik31H.1,S.51–55.doi.org/10.1002/bapi.200910008

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[8]Rewitz,K.(2020) ModellierungdesthermischenKomfortsin Kabineninnenräumen. [Dissertation].RWTHAachen.

Prof.Dr.-Ing.ClemensFelsmann clemens.felsmann@tu-dresden.de TechnischeUniversitätDresden InstitutfürEnergietechnik 01062Dresden

ZitierenSiediesenBeitrag

Rösler,M.;Gritzki,R.;Kozak,W.;Felsmann,C.(2025) Vorhersageder WirkungtrockenerLuftaufdieHautdurchKopplungvon Gebäudesimulation,RaumluftströmungundPersonenmodell Bauphysik47,H.1,S.41–49. https://doi.org/10.1002/bapi.202400042

Flüssigkunststoff-Abdichtungfürbefahrbare Holzkonstruktionen:AlterungundZugeigenschaften

BefahrbareHolzdeckkonstruktionenfindetmaninderForm vonFußgänger-undFahrradbrückensowieVerkehrsflächen vonParkhäusernoderAutobrücken.ZuGewährleistungeiner langfristigenFunktionstüchtigkeitmüssenHolzdecksüblicherweisevordemAuffeuchtengeschütztwerden.Herkömmliche SystemenutzenBitumenalsAbdichtungundGussasphaltals Schutz-undNutzschicht.AlsAlternativewurdeeinSystem aufderBasisvonFlüssigkunststoffentwickelt.DieVorteile sind:eineniedrigereEinbauhöhe,Gewichtsreduzierung,geringereBlasenbildung,schnellereVerarbeitungunddieZugänglichkeitfürInspektionen.AufgrunddergrößerenVerformungenvonHolzkonstruktionenimVergleichzuStahl-oder Betonkonstruktionen,bedingtdurchdieinhärentenEigenschaftendesniedrigerenE-ModulsdesorthotropenundhygroskopischenMaterialverhaltensvonHolz,kommtesdennochvermehrtzuRissbildungen.Einbereitszugelassenesund verwendetesSystemfürBetondecks,dasaufheißaufgesprühtemPolyureabasiert,wurdealsvielversprechendeLösungerkannt.AnhandeinerkünstlichenBewitterungwurde derEinflussderAlterunggesondertamPolymersystemuntersucht.ObwohloptischnureinebegrenzteVeränderungander OberflächederVersiegelungerkennbarist,zeigendiemechanischenZugprüfungen,dassestrotzdemzueinerganzheitlichenVeränderungdesPolymerskommt.Zudemkönnen dieZugresultatedurchdiePrüfkörperhalterungbeeinflusst werden,dathermischeAusdehnungenlokaleDehnungenverursachen,diedasPolymerstärkerschädigenalsUV-Strahlung.

Stichworte Flüssigkunststoff-Abdichtung;Polyurea;Zugeigenschaften; Alterung

1Einleitung

BefahrbareHolzkonstruktionenfindetmanzumeinenin derFormvonFußgänger-undFahrradbrücken.Dabei werdenindenmeistenFällenstabförmigeProduktewie HolzbohlenmiteinemZwischenabstandundeinemGefälleverbaut,damitkeinstehendesWasseraufdem Deckentsteht.

AlszweiteFormfindetmansiealsVerkehrsflächenbei ParkhäusernoderBrücken,diedemmotorisiertenVerkehrausgesetztsind.FürdieseAnwendungsindplattenförmige,formstabileundstatischbelastbareProduktegewünscht.DieswirdhäufigübergroßformatigeBrettsperrholz-oderFurnierschichtholzplattenrealisiert,welche ausstatischerSichtaussteifendeAufgabenalsScheibe

Liquidplasticwaterproofingfortrafficabletimberconstructions:Ageingandtensileproperties

Trafficabletimberdeckconstructionsincludepedestrianand cyclebridges,andtrafficareasinmultistoreycarparksorcar bridges.Woodendecksmustoftenbeprotectedagainst moistureforlong-termfunctionality,typicallyusingbitumen waterproofingandamasticasphaltlayer.Analternativesystembasedonliquidplastic(LPS)offerslowinstallationheight, lowweight,lessblistering,fastprocessingandeasyinspectionaccess.Duetothegreaterdeformationoftimberconstructionscomparedtosteelorconcreteconstructions, crackingoccurs.Analreadyapprovedandusedsystemfor concretedecks,basedonhot-sprayedpolyurea,wasrecognisedasapromisingsolutiontodealwithlargedeformations. Byusingartificialweathering,theinfluenceofageingwasinvestigatedseparatelyonthepolymersystem.Althoughthe changeisonlyafewmicrometersvisuallyonthesurfaceof theseal,themechanicaltensiletestsshowthatthereis neverthelessaholisticchangeinthepolymer.

Keywords liquidplasticwaterproofing;polyurea;tensileproperties;ageing

übernehmen.GroßeFlächenohneEntwässerungführen unweigerlichzulokalenWasseransammlungen,wasfolglichzurReduktionderentsprechendenPerformance führt.Umdieszuverhindern,müssendieseSystemeabgedichtetwerden.DeraktuelleStandderTechniksieht beimEinsatzvonPolymerbitumen-Dichtungsbahnen (PBD)alsDichtschichtvierSchichtenvor[1],mitdem AusführungsunterschiedmitoderohneSchubverbindung zwischenSubstratundBeschichtung(Bild1rechts).In derVariantemitSchubverbindungwirddieHolzplatte grundiert,bevorzweiBitumenbahnenalsAbdichtung aufgebrachtwerden.InderVarianteohneSchubverbund kommtanStellederGrundierungeineTrennschicht. ÜberdieAbdichtungkommeneineSchutz-undeine DeckschichtausGussasphalt[2].AufgrundderVerformungenderHolzkonstruktion(statisch,hygroskopisch)

Bild1 AufbauderAbdichtungvonbefahrbarenHolzkonstruktionen;links:neueVariantemitderFlüssigkunststoff-Beschichtung;rechts:traditionelleVarianteaufBasis vonzweiPBD-Bahnen

Compositionofthewaterproofingoftraficablewoodenstructures;left:newvariantwithliquidplasticcoating;right:traditionalversionbasedontwoPBDmembranes

hatsichdieseAbdichtungsmethodealsunzureichenderwiesen,dasichRissebilden,diedasEindringenvonWasserindasHolzdeckbegünstigen.BleibendieHaarrisse unbemerkt,folgteinständigesAuffeuchtendurchWasser.DiesführtzuReduktioneninFestigkeitundSteifigkeitderHolzproduktewieauchnachentsprechender ZeitzumBefalldurchMikrobenundeinemWachstum vonPilzen.

EinalternativesAbdichtungssystem,welchesjederzeitinspiziertwerdenkann,basiertaufdemEinsatzvonFlüssigkunststoff(Bild1links).Dabeihandeltessichumein neuesSystem,welchesindieserArbeitinBezugaufdessenZugfestigkeitundAlterungsverhaltenuntersucht werdensoll.

1.1Ausgangslage

DamiteinnachhaltigerEinsatzvonHolzimBauwesen langfristigsichergestelltwerdenkann,isteinwerkstoffspezifischesPlanen,BauenundUnterhaltennotwendig. BeimWerkstoffHolzbeziehtsichdasinersterLinieauf einenlangfristigenFeuchte-,Witterungs-undBrandschutz.Flüssigkunststoff(FKS)zurAbdichtungvon FahrbahnenimParkhausoderBrückenbereichwirdaktuellstandardmäßigfürSubstrateausBetonoderStahl verwendet.FürdieAnwendungaufHolzsubstratengibt esbishernureinzelneAnwendungenhauptsächlichauf derBasisvonPolymethylmethacrylat(PMMA),dadies bereitsausderKombinationmitGussasphaltbekannt ist[1].EinBeispielausderSchweizistdieThurbrückein Andelfingen,welche2018mitdieserVariantesaniert wurde,aberbereitszweiJahrespäterersteAbplatzungen undHaarrissegezeigthatte.DiegrößerenVerformungen derHolztragwerke,resultierendausdendynamischen BelastungendesVerkehrsunddenäußerenUmweltbedingungen,stellenfürFKSzurLösungderAbdichtung sowiedesVerschleißschutzeseineHerausforderungdar. EinflexibleresSystem,daseineausreichendeVerschleißfestigkeitbietet,sollteaufdemHolzdeckbessereErgeb-

nisseerzielen.DasSystemmussvollständigmitdemUntergrundverbundensein,umdasEindringenvonFeuchtigkeitundWasserdurchDelaminationzuverhindern. EinbereitszugelassenesundverwendetesSystemfürBetondecks,dasaufheißaufgesprühtemPolyureabasiert, wurdealsvielversprechendeLösungerkannt.Polyurea giltalsausgezeichnetbeständiggegenüberChemikalien, Wasser,extremenTemperaturenundWitterungseinflüssen,z.B.UV-Strahlung,beieinerhohenElastizität.Das FKS-PolyureawirdineinemmehrstufigenProzessauf dieFahrbahnplattenappliziert.DadurchwirdeineKunststoffschichtvon3mmbis5mmerzeugt,mitdemZiel,die gesamtePlattevorderWitterungzuschützenunddamit einehoheDauerhaftigkeitzugarantieren.

GenerellbietenFKS-SystemedenVorteil,dasssiedeutlichleichtersindalstraditionelleAsphaltvarianten.Bei einemtraditionellenAufbauergibtsichmitzweiBitumenabdichtungsbahnenà5,5kg/m2 beieinerDickevon je5mm[3]undeinemGussasphaltbelagmiteinerDicke von6–10cmbeieinemGewichtvonca.147–245kg/m2 gemäßSIA261[4]einGesamtgewichtvon158–256kg/m2 DemstehtdieAbdichtungs-undVerschleißschichtvarianteausPolyureamitca.5kg/m2 gegenüber.Diesermöglicht,speziellbeiüberdachtenKonstruktionen,dasLichtraumprofilzuerhöhenundgenerelldieKonstruktionen durchdieGewichtsreduktionetwasfiligranerzugestalten.EinweitererVorteilergibtsichdurchdieniedrigen Verarbeitungstemperaturenvonca.60–70 °CimVergleichzuAsphaltbelägen(200–250 °C)[5].Damitwird eineBlasenbildungunterderBeschichtungvermieden, waseinelangfristigguteHaftungderBeschichtunggewährleistetundeinenSchubverbundgarantiert.DerzugrundeliegendeHärtungsmechanismus(Isocyanaten + Diaminen/Ammonium-Verbindungen)erlaubteine AushärtunginMinuten,wasfürNeubautenoderbeiSanierungsprojektenzudeutlichkürzerenBau-oderSperrzeitenführt.DievisuelleZugänglichkeitdesSystemserlaubteineeinfacheÜberwachungderIntaktheitundim FallevonSchädeneineschnelleReparatur.DerEinsatz vonFKS-SystemenbieteteineumweltfreundlicheAlter-

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nativezuherkömmlichenSystemenundgarantiertdurch eingroßesAnwendungsspektrumaucheinhoheswirtschaftlichesPotenzial.

1.1.1Alterung

DerEinsatzvonpolymerenWerkstoffenimFreienführt immerzurFragederWetterbeständigkeitundLanglebigkeit.DieAlterungnachDIN50035istdieGesamtheitallerimLaufederZeitineinemMaterialirreversibelablaufendenchemischenundphysikalischenVorgängemit undohneäußereEinwirkungen[6].Somitergebensich dieinTab.1dargestelltenBeanspruchungenundFolgen.

FotochemischeAlterungisteinSammelbegrifffürunterschiedlicheAbbauprozesse,welchebeiPolymerenunter derBeanspruchungvonWitterungzuirreversiblenchemischenVeränderungenführenkönnen.ZudenProzessengehörenunteranderemPhotoionisation,Photosubstitution,PhotooxidationoderPhotoelimination.Dadie BewitterungimmerunterAnwesenheitvonLuftsauerstoffgeschieht,kannPhotooxidationalsdominierender Reaktionsmechanismusbetrachtetwerden.DadieReaktionunternormalemGebrauchkinetischgehemmtist, brauchtesfürdieÜberwindungderHemmschwelleeine äußereAktivierungsenergie.DieGlobalstrahlungenthält PhotonenmitentsprechenderEnergie,umdieMoleküle durchAbsorptionanzuregen[7].

BeschichtungenwerdenimLaborkurzzeitbewittert,um denAlterungsprozess,wieerwährendderFreibewitterungauftritt,zubeschleunigen[8].DabeiisteseinwesentlichesMerkmalderKurzzeitbewitterung,dassdie Prüfparameternichtodernurunbedeutendgegenüber denWirkungsfaktorenimnormalenGebrauchüberhöht werden.DiekünstlicheBewitterungberücksichtigtdie UmwelteinflüsseStrahlung,Luftsauerstoff,Wärmeund WasserinFormderrel.LuftfeuchtesowiederRegenmenge/-dauer.AndereEinflüssewiesaurerRegenund Schadgasewerdennichtberücksichtigt[6].

1.1.2Zugeigenschaften

DerPolymerisationsgrad n (Kettenlänge)beeinflusstim WesentlichendiemechanischenEigenschaftenvon Kunststoffen.WährenddieFestigkeitmitzunehmendem Polymerisationsgradbilinearsteigt,reduziertsichdie PlastizitätaufSeitederDehnungnäherungsweiselinear[9].JenachMolekülstrukturundTemperaturverhält sichderWerkstoffspröde,hartelastisch,zäh,weichelastischoderplastisch.Hochpolymeremitamorphenund schwachvernetztenMolekülstrukturenreagierendabei hauptsächlichaufTemperaturänderungen.IndiesemZusammenhangwirdbeiKunststoffenoftdieGlasübergangstemperatur Tg erwähnt,welchedenÜbergangvon hartelastischnachweichelastischdefiniert.Mittels Weichmacherkannder Tg hinzuniedrigerenTemperaturenverschobenwerden.DabeiwerdenniedermolekulareLösungsmittelandiesekundärenBindungenangelagert,umdenAbstandzwischendenMakromolekülenzu vergrößern(äußereWeichmacher)oderdurchdieVeränderungdesMakromolekülsdurchSubstitutiondesHAtomsmittelsAlkylgruppenoderCo-Polymerisationdie Bindungskräftezureduzieren(innereWeichmacher). WeichmacherverbesserndurchdieSenkungder Tg-TemperaturdieElastizität,dieSchlagzähigkeitundDehnung aufKostenderFestigkeit[10].DasmechanischeVerhaltenvielerKunststoffgruppenwirddurchdenGradder VernetzungundderKristallinitäterheblichbeeinflusst (sieheBild2).

Tab.1 BeanspruchungundFolgenderAlterungnachSchulz[6]

Exposureandeffectsofageing[6]

Ursache Folgen

ThermischeBeanspruchung

ChemischeBeanspruchung

MechanischeBeanspruchung

Beanspruchungdurch ionisierendeStrahlung

BiologischeBeanspruchung

ThermischeAlterung

ChemischerAbbau

Molekülspaltung

Strahlungsvernetzung/ Strahlungsabbau

BiologischerAbbau

BeanspruchungdurchWitterungFotochemischeAlterung

Bild2 TypischeSpannungs-DehnungskurvenvonKunststoffengemäßENISO 527–1[12];X-Achse:nominelleDehnung(zwischenKlemmbacken),YAchse:technischeZugspannung(aufStartdimensionbezogen);1–sprödharteKunststoffe(Et > 700MPa)ohneStreckgrenze,2–zähharte Kunststoffe(70 < Et < 700MPa)mitStreckgrenzeundLaststeigerung,3–zähharteKunststoffe(70 < Et < 700MPa)mitStreckgrenze,4–weichelastischeKunststoffe(Et < 70MPa)ohneStreckgrenze

Typicalstress-straincurvesofplasticsaccordingtoENISO527–1[12]; abscissaX:nominalelongation(betweenclampingjaws),Yaxisofordinates:technicaltensilestress(relatedtostartingdimension);1–brittlehardplastics(Et > 700MPa)withnoyieldpoint,2–toughhardplastics (70 < Et < 700MPa)withyieldpointandloadincrease,3–toughhard plastics(70 < Et < 700MPa)withyieldpoint,4–soft-elasticplastics(Et < 70MPa)withnoyieldpoint

ε1 ; ε2 Dehnung0,05%,0,25% Et E-Modul

σ y ; εy Streckspannung/-dehnung

σ m ; εm Spannung/DehnungbeimerstenSpannungsmaximum

σ b ; εb Bruchspannung/-dehnungbevorStreckdehnung

εtb nominelleBruchdehnungnachStreckdehnung

StarkvernetzeKunststoffe(Duromere)zeigeneinSpannungs-DehnungsverhaltengemäßKurve1.DieKurven2 und3sindtypischfürteilkristallineThermoplastemiteinemhohenplastischenVerformungsvermögen.WeitmaschigvernetzteKunststoffe(Elastomere)entsprechen demKurventyp4.

NachSchleper[11]wirddasMaterialverhalten(geprüft nachISO527–2)derKurventypen2und3wiefolgterklärt:„UnterhalbderStreckgrenzeverformensichdiese WerkstoffeweitgehendhomogenüberdieganzeLänge derProbe.BeimÜberschreitenderStreckgrenzehingegenbildensichlokaleFließzonenaus,innerhalbderer dieDehnratestarkansteigt,währendsieindenanderen Bereichenabfällt.DieselokalenDehnratenkönnen mehrals10malsohochseinwiediedurchschnittliche Dehnrate,sodassdieDehnungenstarkinhomogenverteiltsind.UmdiesesVerhaltenwiederholbarzumessen, arbeitetmannachISO527nurbiszueinemStreckpunkt mitdirekterDehnungsmessungperExtensometer.Ab demStreckpunktwirdderVerformungswegdesgesamtenProbekörpersüberdenWegderziehendenKlemme unddamitalsnominelleDehnunggemessen“.IndenbeschriebenenPrüfungenwurdendurchgehendmitnominellenWertengearbeitet.

2MaterialundMethode

IndieserStudiewerdenvierBeschichtungssysteme(BS) derFirmaSikaAGgetestet.DiePrimerschichtistfür allevierSystemeidentisch.BeiderAbdichtungundVerschleißschichtbestehenSystem1 + 2sowie3 + 4jeweils ausderselbenKomponente.DieVersiegelungistwiederumfürSystem1 + 3sowie2 + 4identisch.EswerdeninsgesamtvierSeriengeprüft,welchedreiHerstellungschargenrepräsentieren.InSerie1sindalle4Systemeunbewittert,inSerie2alle4Systemebewittert,inSerie3System1 + 2bewittertinderFormeinerganzenTafelundin Serie4unbewittertsowiebewittertmitundohneUVStrahlungalsganzeTafel.InTab.2sinddieSerienmit entsprechendenAnmerkungenzusammengefasst.

2.1KünstlicheBewitterung

DiekünstlicheBewitterungmitfluoreszierendenUVLampenundWasserwirdgemäßderNormEN927-6[8] zurPrüfungvonBeschichtungsstoffenundBeschichtungssystemenfürHolzimAußenbereichdurchgeführt.

Tab.2 VersuchskonstellationenZugfestigkeitundAlterung Testconstellationstensilestrengthandageing

Label*SystemAnmerkung

1.1_UNBFilmBS1ohnekünstl.Bewitterung

2.1_UNBFilmBS2ohnekünstl.Bewitterung

3.1_UNBFilmBS3ohnekünstl.Bewitterung

4.1_UNBFilmBS4ohnekünstl.Bewitterung

1.2_BEW-KFilmBS1nachderkünstl.Bewitterungals Knochenform1B

2.2_BEW-KFilmBS2nachderkünstl.Bewitterungals Knochenform1B

3.2_BEW-KFilmBS3nachderkünstl.Bewitterungals Knochenform1B

4.2_BEW-KFilmBS4nachderkünstl.Bewitterungals Knochenform1B

1.3_BEW-PFilmBS1nachderkünstl.Bewitterungals Tafel534×317mm

2.3_BEW-PFilmBS2nachderkünstl.Bewitterungals Tafel534×317mm

1.4_UNBFilmBS1ohnekünstl.Bewitterung

2.4_UNBFilmBS2ohnekünstl.Bewitterung

1.4_BEW-P*FilmBS1nachderkünstl.Bewitterungals Tafel534×317mm, ohneUV-Bestrahlung

2.4_BEW-P*FilmBS2nachderkünstl.Bewitterungals Tafel534×317mm, ohneUV-Bestrahlung

1.4_BEW-PFilmBS1nachderkünstl.Bewitterungals Tafel534×317mm

2.4_BEW-PFilmBS2nachderkünstl.Bewitterungals Tafel534×317mm

*X.Y ≙ X=BS,Y = Serie;UNB = unbewittert;BEW-K = bewittert alsKnochenform;BEW-P = bewittertalsPlatte;BEW-P* = bewittertalsPlatteohneUV

ZurPositionierungundHalterungwerdendiePrüfkörper derSerien2,3und4(4.2und4.3)mitSchraubenundUnterlagscheibenaufeinerTrägerplatteausPappelsperrholzderGröße534×317mm(geschütztdurcheine PMMA-PlatteSerie2)aufgespannt(Bild3).

DiekünstlicheBewitterungerfolgtdabeialternierend zwischendenProgrammstufen1und2(Tab.3)understrecktsichübereineDauervon12Zyklenbzw.12Wochen(2016h).NachjedemZyklusvon168hwirddiePositionderPrüfkörperhorizontalundvertikaldurchDrehenüberKopfverändert.DiekünstlicheBewitterung wirdindiesemFallüberdiefestgelegteAnzahlBetriebsstundenkontrolliertundausgeführt.InderSerieBEWP*wurdedasProgrammderkünstlichenBewitterung ohneUV-Strahlungausgeführt,waszurmaximalenTemperaturvon55 °CinSchritt2.1(Tab.3)reichte.

2.2Zugfestigkeit

ZurBeurteilungderEigenschaftenZugfestigkeit,E-ModulundDehnungwerdenalleBeschichtungssystemegemäßderNormENISO527–1:2019[12]und

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Bild3 FormundBefestigungderBewitterungsprüfkörper;a)Serie2,b)Serien3und4

Shapeandmountingoftheweatheringtestspecimens;a)series2,b)series3and4

Tab.3 BewitterungszyklusnachEN927-6derkünstlichenBewitterung

WeatheringcycleaccordingtoEN927-6forartificialweathering

StufeFunktion

1 Kondensation 45 � 3 °C 24h

2 Bewitterung(2,1 + 2,2) 144h(48 (2,5h + 0,5h)

!2.1UV-A-Bestrahlung 60 � 3 °C 2,5h

Bestrahlungsstärke0,89W/m2 bei340nm

!2.2Wasser-Besprühung 0,5h 6–7L/min,ohneUV

ENISO527–2:2012[13]getestet.DabeiliefertdieNorm ENISO527–1:2019nurdieallgemeinenGrundsätzeund ENISO527–2:2012diePrüfbedingungenfürFormmassenzurBestimmungderZugeigenschaftenvonKunststoffen.

AlleSchulterstäbederSerien1und2wurdenmittelsdes Wasserstrahlschneideverfahrensausgefräst,imFallder Serien3und4nachderkünstlichenBewitterung.DadurchkonntenexaktdieGeometrienfürdennach EN527-2gefordertenPrüfkörper1Beingehaltenwerden. DiegeometrischenToleranzeninBild4werdenbisauf diebevorzugteDickedesFilmseingehalten(siehe Tab.4).DieFilmdickekannbedingtdurchdenHerstellungsprozessnichtgenaukontrolliertwerden.Trotzder Schwierigkeit,dieFilmdickeeinzuhalten,befindetsich dieDickemit2,8–5,3mmvonderGrößenordnungimBereichderVorgaben.

AllePrüfkörperderSerien1,2und4wurdenvorund nachderPrüfungimKlima23 °Cund50%r.F.konditioniert.DiePrüfkörperderSerie3wurdenbeieinemKlima von23 °Cund65%r.F.konditioniert.DieSchulterstäbe wurdennachdemErreicheneinerVorlastvon1MPamit

einerGeschwindigkeit vZF von55mm/mingetestet.Die extremhoheBruchdehnungdesgetestetenMaterials führtedazu,dassvondernormativenPrüfgeschwindigkeitvon1mm/minabgewichenwurde.Aufgrunddessen, dasssichKunststoffeviskoelastischverhalten,hatdie DehngeschwindigkeiteinensignifikantenEinflussauf dengemessenenE-Modul[11],weshalbdieWertenur alsrelativeVergleichswertezwischendeneinzelnenSerienundnichtalsAbsolutwertezuverstehensind.

3ResultateundDiskussion

3.1VisuelleAnalysedesEinflussesderBewitterung

MikroskopischeAufnahmenzeigen,dassdieVersiegelung,welchealsUV-SchutzfürdieAbdichtungaufgetragenwurde,sichdeutlichvonderdarunterliegendenAbdichtung-Verschleißschichtunterscheidet.Zwischenallen SchichtenergibtsicheinkontinuierlicherVerbund (Bild5a).AnhandderBeobachtungderVersiegelung vorundnachderBewitterunglässtsichderEinflussder BewitterungaufderOberflächeabbilden(Bild5c).WährendzuBeginndieUnebenheitnurca.ein1µmbeträgt,

Bild4 GeometriederZugprüfkörpernachEN527-2mitdenentsprechendenToleranzen

GeometryofthetensiletestspecimensaccordingtoEN527-2withthecorrespondingtolerances

Tab.4 MaterialeigenschaftenderZugprüfkörperausdenSerien1bis4 Materialpropertiesofthetensiletestspecimensfromseries1to4

Gesamtlängenach 1Woche l 3 [mm]

Gesamtlänge l 3 [mm]

NominelleBruch- Dehnung

Bruch- Spannung

Streck- Dehnung

Streck- Spannung

tb [%]

b [MPa]

y [%]

y [MPa]

E-Modul E t [MPa]

Dicke h [mm]

Breite b 1 [mm]

Breite b 2 [mm]

Kurventyp [ ]

Prüfkörper- Anzahl [ ]

Label *

1.1_UNB 7 2 19,96 � 0,0310,05 � 0,022,98 � 0,14860 � 557,78 � 0,43,3 � 0,69,45 � 0,7190 � 22

2.1_UNB 10 2 20,10 � 0,0310,13 � 0,033,00 � 0,141200 � 757,57 � 0,41,1 � 0,310,20 � 1,0220 � 23

3 .1_UNB 10 2 19,92 � 0,0410,01 � 0,042,84 � 0,17608 � 1094,27 � 0,41,1 � 0,47,70 � 0,7260 � 24

4.1_UNB 9 2 20,02 � 0,0110,10 � 0,033,07 � 0,06713 �

2.2_BEW-K 10 3 19,92 � 0,0310,09 � 0,014,47 � 0,111270 � 2187,82 � 0,31,1 � 0,24,72 � 1,015 �

3.2_BEW-K 10 3 19,78 � 0,0609,92 � 0,054,41 � 0,15327 � 2423,90 � 0,11,2 � 0,23,52 � 0,2120 � 57

4.2_BEW-K 10 2 19,83 � 0,0410,00 � 0,034,35 � 0,10597 � 1343,76 � 0,30,7 � 0,24,30 � 0,3180 � 15

1.3_BEW-P 10 3 20,01 � 0,0410,04 � 0,043,55 � 0,32651 � 648,85 � 0,82,6 � 0,64,53 � 0,47 � 2 150 150

2.3_BEW-P 10 2.920,03 � 0,0510,05 � 0,033,87 � 0,21780 � 568,72 � 0,92,3 � 0,54,34 � 0,57 � 2 150 150

1.4_UNB 10 2.120,12 � 0,0210,14 � 0,044,55 � 0,251060 � 457,02 � 0,21,9 � 0,48,46 � 0,9220 � 23 150 171

2.4_UNB 10 2.220,11 � 0,0510,17 � 0,024,46 � 0,161240 � 227,48 � 0,41,2 � 0,47,67 � 1,1170 � 56 150 166

1.4_BEW-P * 2 20,12 � 0,0410,13 � 0,034,33 � 0,141401 � 937,21 � 0,41,6 � 0,48,29 � 1,2204 � 35 150 168

2.4_BEW-P *10 3 20,09 � 0,0710,11 � 0,035,33 � 0,241370 � 1327,48 � 0,41,1 � 0,35,25 � 0,638 � 41 150 153

1.4_BEW-P 10 2.920,11 � 0,0510,15 � 0,034,45 � 0,161330 � 2307,13 � 0,32,2 � 0,75,47 � 1,290 � 46 150 157

2.4_BEW-P 10 3 20,07 � 0,1010,15 � 0,034,58 � 0,401390 � 2027,71 � 0,51,8 � 0,54,94 � 0,816 � 10 150 151

*X.Y ≙ X = BS,Y = Serie;UNB = Unbewittert;BEW-K = BewittertalsKnochenform;BEW-P = BewittertalsPlatte;BEW-P* = BewittertalsPlatteohneUV

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Bild5

a)QuerschnittdesFKSunbewittert(Vergrößerungca.20-fach),b)Versiegelung,linksunbewittertundrechtsbewittert(Vergrößerungca.20-fach),c)links:TopologievorderBewitterung(Vergrößerungca.1000-fach),rechts:TopologienachderBewitterung(Vergrößerungca.1000-fach)

a)cross-sectionoftheLPSunweathered(magnificationapprox.20×),b)sealingleftunweatheredandrightweathered(magnificationapprox.20×),c)left:topologybeforeweathering(magnificationapprox.1000×),right:topologyafterweathering(magnificationapprox.1000×)

steigtdieUnebenheitnachderBewitterungszeitvon 2016haufbiszu10µm(Bild5clinksundrechts),wasauf eineErosiondesMaterialsschließenlässt.

DievisuelleBeurteilungderBeschichtungssystemeauf makroskopischerEbenezeigt,dasssichdieVersiegelung indenBeschichtungssystemen1und3alsbeständigererweist(Bild6).ImGegensatzdazuweistdasVersiegelungssystemindenBeschichtungssystemen2und4eine verstärkteAbzeichnungderAbstreuungaufundzeigtzu-

nehmendRisseumdieKörnerderAbstreuung.DasÖffnenderVersiegelungistalskritischzubetrachten,da durchdenBrems-undBeschleunigungsprozessdas Korn,welchesdieHaftfestigkeitderBenutzererhöht, verlorengehenkann.Weiterkommthinzu,dassbeieiner freienBewitterungdasWasser,speziellimWinter,durch denGefrierprozessdieVersiegelungweiteröffnenkann. EinebeschädigteVersiegelungkanndieFunktionder HaftvermittlungfürdenBenutzerunddenUV-Schutz fürdieVerschleiß-undAbdichtungsschichtnichtmehr

Bild6 EinflussderkünstlichenBewitterung(Prüfkörper1B;Ausschnittl1)imVorher-Nachher-VergleichderSerien1und2 Influenceofartificialweathering(specimen1B;sectionl1)inabefore-and-aftercomparisonofseries1and2

vollständigwahrnehmen.DaimVorher-Nachher-VergleichdievorgängiggefrästenPrüfkörperdurchdieFixierungmitnichtkorrosionsbeständigenSchraubeneine PatinadesRostsenthalten,wirdderEinflussderBehandlungaufdieLichtechtheitinBild7nochergänzt.Dabei istzuerkennen,dassdievisuelleVeränderungderOberflächehauptsächlichvonderBestrahlungmitUV stammt.

3.2MechanischeBeurteilungdesEinflussesder Bewitterung

DieAuswertungderErgebnissederZugprüfungenbasiertaufderAnalysederSpannungs-Dehnungs-DiagrammeundorientiertsichbegrifflichanBild2.AllePrüfkörperderSerie1zeigeneinVerhaltendesKurventyps2.In Serie2entsprechennurdieBeschichtungssysteme1und

Bild7 EinflussderkünstlichenBewitterung(EN927–6:2006)mitundohneUV-StrahlunginSerie4 Influenceofartificialweathering(EN927–6:2006)withandwithoutUVradiationinseries4

4demKurventyp2,wobeizuerwähnenist,dassdasSystem1(1.2_BEW-K)zweiPrüfkörpermitdemKurventyp 3beinhaltet.DieBeschichtungssysteme2und3derzweitenSerieentsprechendemKurventyp3.DasVerhalten derSerie3zeigtdurchgängigKurventyp3bisaufeine AusnahmeinderVariante2.3_BEW-P.DasVerhalten derunbewittertenPrüfkörperderSerieX.4_UNBentsprichtbisaufdreiPrüfköperdemKurventyp2.DiePrüfkörperderSerieX.4_BEW-P*mitkünstlicherBewitterungohneUV-StrahlungzeigeneindifferenziertesVerhalten,während1.4_BEW-P*durchgehendKurventyp2 zeigt,istesin2.4_BEW-P*durchgehendKurventyp3.In derSerieX.4_BEW-PmitkünstlicherBewitterungwird bisaufeineAusnahmein1.4_BEW-PausschließlichKurventyp3sichtbar.DieÄnderungdesKurventypsfürSerie2,3und4zeigt,dassdiekünstlicheBewitterungeinen deutlichenEinflussaufdasMaterialverhaltenhat.Dass beiderSerie3durchgängigKurventyp3undbeiSerie2 nurteilweisederKurventyp3gemessenwurde,könnte mitderHalterungderPrüfkörperwährendderkünstlichenBewitterungzusammenhängen.WährenddiePrüfkörperinSerie2übereineUnterlagscheibemitSchraube geklemmtwurden,wareninSerie3alleFilmeüberdie Schraubenkomplettfixiert(Bild3).EineEinspannsituation,welchederWärmeausdehnungdesMaterialsentgegenwirkt,könnteaufgrundsichimInnernaufbauender zyklischerDehnungenoderSpannungenwährendder künstlichenBewitterungzurVeränderungdesMaterialverhaltensführen.

InderSerie4wurdenausdiesemGrundüberdenVergleichvonX.4_UNB(ohneBewitterung),X.4_BEW-P* (BewitterungohneUV-Strahlung)undX.4_BEW-P(Bewitterung)Prüfkörpergetestet,umdenEinflussderUVStrahlungauszuschliessen.Dabeizeigtsich,dassesunabhängigvonderUV-StrahlungebenfallszurVeränderung desMaterialverhaltenskommt.DiefehlendeVeränderungdesMaterialverhaltensinVariante1.4_BEW-P*ist gegebenenfallsaufdieunkontrollierbareEinspannung derFilmeaufderSperrholzplatteoderdertendenziell 5 °CgeringerenTemperaturinSerieBEW-P*zurückzuführen.

InTab.4werdenalleMittelwerte,StandardabweichungenundsonstigenrelevantenErgebnisseproBeschichtungssystemundSeriezusammengefasst.DieÜbersicht inTab.4zeigt,dassdieBeschichtungssysteme1–4im komplettenAufbauindenSerien2und4einemittlere Dickevonca.4,5 � 0,36mmaufweisen.IndenSerien1 und3wurdeaufdieQuarzsandabstreuung(Schubverbund)verzichtet,waseinemittlereDickevon 3,2 � 0,41mmergibt.AusderDifferenzderSerienmit undohneQuarzsandabstreuunglässtsichderDickeneinflussdurcheineQuarzsand-Abstreuunggrobauf1,2mm beziffern.DierelativeDifferenzvonSerie1zu3und2 zu4beträgt0,74mmbzw.0,26mm.Dieszeigt,dassdie SystemevonChargezuChargeinderDickeeinergewissenSchwankungunterworfensind,begründetdurchden manuellenHerstellungsprozess.MiteinerStandardabweichungvon �0,36mmrespektive0,41mmistdieStreu-

ungüberallePrüfkörpermitidentischemAufbaujedoch gering.

DerBewitterungseinflussverändertdieMaterialeigenschaftenderZugprüfkörpervonSerie1zu2wiefolgt:

–E-Modul:

* Beschichtungssystem1: +2,2%

* Beschichtungssystem2: +5,8%

* Beschichtungssystem3: 46,2%

* Beschichtungssystem4: 16,3%

–Streckspannung:

* Beschichtungssystem1: 10,2%

* Beschichtungssystem2: +3,3%

* Beschichtungssystem3: 8,7%

* Beschichtungssystem4: 17,9% –Streckdehnung:

* Beschichtungssystem1: 11,3%

* Beschichtungssystem2:0%

* Beschichtungssystem3: +9,9%

* Beschichtungssystem4: 9,5%

–Bruchspannung:

* Beschichtungssystem1: 21,5%

* Beschichtungssystem2: 53,7%

* Beschichtungssystem3: 54,3%

* Beschichtungssystem4: 40,8%

–Bruchdehnung:

* Beschichtungssystem1: 15,8%

* Beschichtungssystem2: 93,2%

* Beschichtungssystem3: 53,8%

* Beschichtungssystem4: 28,0%

DieFilmederSerie3wurdenmiteinerzeitlichenDifferenzvon8Monatengefertigt.DeshalbwirdderEinfluss derBewitterungaufdieMaterialeigenschaftenvonSerie1zu3nurqualitativbewertet.

–DerE-Modul,dieStreckspannungunddieStreckdehnungbefindensichaufeinemvergleichbarenNiveau fürSerie1und3.

–DieBruchspannungunddieBruchdehnungwerden durchdiekünstlicheBewitterungreduziert.DieBruchspannungistvergleichbarmitderSerie2.DieBruchdehnungistfürSystem1und2sehrtiefundimVergleichzurSerie2sogarnochmalshalbsogroßwieder schlechtesteWertinSerie2.

DieErgebnissederSerie4offenbaren,dassdieErwärmungderPrüfkörperdurchdiekünstlicheBewitterung (SerieX.4_BEW.P*undX.4_BEW)denE-Modulerhöht,wasalsVersprödunginterpretiertwerdenkann. WiebereitsinTab.1aufgezeigt,kanneineBestrahlung zurweiterenVernetzungvonKunststoffenführen,was bereitsfürPURbekanntist[14,15].DieStreckspannung bleibtfüralledreiBehandlungsvarianten(unbewittert, bewittertohne/mitUV)aufdemgleichenNiveauundist vergleichbarmitSerie2und3.Dasselbegiltfürdie Streckdehnung,welcheüberalleSeriensichungefährauf demNiveauvon1–3%aufhält.DieBruchspannungzeigt keindeutlichdefiniertesLastniveau.Auffälligistjedoch,

dassbeiKurventyp3dieSpannungenetwa3N/mm2 niedrigerausfallen.AufDehnungsniveaubedeutetdies,dass derBruchinzweiBereicheunterteiltwerdenkann.Beim Kurventyp3liegendieDehnungenimDurchschnittzwischen16%und90%,währendbeimKurventyp2DehnungenimBereichvon170%bis220%beobachtetwerden.

FürdieAnwendungderBeschichtungssystemesind hauptsächlichdieStreckdehnungunddieBruchdehnung vongroßemInteresse,deshalbwerdenspezielldiesebeidenEigenschaftennochgrafischdargestellt(sieheBild8

undBild9).DieStreckdehnungzeigtdasEndederelastischenDehnung,bevorderWerkstoffbeginnt,sichplastischzuverformen.InBild8istzuerkennen,dassdieBewitterungkeinenEinflussaufdieStreckdehnungzeigt (VeränderungvonSerie1zu2).DasBeschichtungssystem1zeigtimVergleichzudenanderenSystemen(Serie1und2)einedreimalhöhereDehnung.DieSerie3 verstärktdieVermutung,dassdieStreckdehnungnicht vonderkünstlichenBewitterung,sondernvielmehrvon derAusbildungdersprödenVersiegelungabhängt.Die ErgebnissederSerie4zeigenweiter,dassdieStreckdeh-

Bild8 StreckdehnungderZugprüfkörpernachEN527-1fürdieSerien1–4.DieersteZahlderBeschriftungweistaufdasBeschichtungssystemunddiezweiteaufdie getesteteSeriehin.DieFarbenundSchraffurenbedeuten:blau = unbewittert,hellblau-schraffiert = bewittertalsKnochenform,hellblau-schraffiertmitrotem Rand = bewittertalsPlatteundhellblaumitrotemRand = bewittertohneUValsPlatte

YieldelongationofthetensiletestspecimensaccordingtoEN527-1forseries1–4.Thefirstnumberofthelabellingindicatesthecoatingsystemandthesecond thetestedseries.Thecoloursandhatchingmean:blue = unweathered,lightbluehatched = weatheredasaboneshape,lightbluehatchedwithrededge = weatheredasaplateandlightbluewithrededge = weatheredwithoutUVasaplate

Bild9 BruchdehnungderZugprüfkörpernachEN527-1fürdieSerien1–4.DieersteZahlderBeschriftungweistaufdasBeschichtungssystemunddiezweiteaufdie getesteteSeriehin.DieFarbenundSchraffurenbedeuten:blau = unbewittert,hellblau-schraffiert = bewittertalsKnochenform,hellblau-schraffiertmitrotem Rand = bewittertalsPlatteundhellblaumitrotemRand = bewittertohneUValsPlatte

ElongationatbreakofthetensiletestspecimensaccordingtoEN527-1forseries1–4.Thefirstnumberlabelledindicatesthecoatingsystemandthesecondthe testedseries.Thecoloursandhatchingmean:blue = unweathered,lightbluehatched = weatheredasaboneshape,lightbluehatchedwithrededge = weatheredasaplateandlightbluewithrededge = weatheredwithoutUVasaplate

nungnichtvoneinerWärmeoderWärme-UVBehandlungbeeinflusstwird.

DieBruchdehnungbeschreibtdieDehnungbeimBruch undkannsichausnurelastischeroderelastischer-plastischerVerformungzusammensetzen.AllegetestetenSystemeundSerienfolgenKurventyp2oder3,somitwirkt indenPrüfkörpernimmerelastischeundplastischeVerformungbiszumBruch.AnhanddergemessenenGesamtprüfkörperlänge(l3)vorderPrüfungundeineWochenachdemTestenistzuerkennen,dasssichdasMaterialviskoelastischverhält(Tab.4).ViskoelastischeWerkstoffevereinenMerkmalevonFlüssigkeitenund Feststoffeninsich.DerEffektistzeit-,temperatur-sowie frequenzabhängigundtrittbeiPolymerenauf.DerelastischeAnteilbewirktgrundsätzlicheinespontane,begrenzte,reversibleVerformung,währendderviskoseAnteilgrundsätzlicheinezeitabhängige,reversibleoderirreversibleVerformungbewirkt.

InBild9lässtsicherkennen,dassdieBewitterunginSerie2einengroßenEinflussaufdieKonstanzderBeschichtungssystemehat.Zumeinenbewegensichdie BruchdehnwerteineinerBandbreitevon15%bis180%; zumanderenistdieStandardabweichungmiteinerBandbreitevon7%bis57%entscheidendgrösser,waseinen VergleichdereinzelnenSystemeinnerhalbeinerSerieerschwert.ImGegensatzdazustehtdieunbewitterteSerie 1miteinemBruchdehnungsbereichvon190%bis260% undeinerStandardabweichungvon15%bis24%.Weiteristzuerkennen,dassdiegleichenHarzsystemeder Dichtungsmembrane(1 + 2,3 + 4)ähnlicheWertezeigen. DasHarzsystemimBeschichtungssystem3 + 4zeigtdabeieineca.50%höhereBruchdehnunginderSerie1.In Serie3istersichtlich,dassdieBruchdehnunginSystem1 und2mit7 �2%extremtiefliegt,wasdieHypotheseeinesHerstellungsfehlersderSerie2.2_BEW-Kwiderlegt. WiebereitszuBeginndiesesBerichtesbeschrieben, könntendietiefenWertemitdenzyklischenDehnungen zusammenhängen,welchebeieinemfixiertenKunststofffilmauftretenundzueinerMolekülspaltunggemäß Tab.1führen.DieErgebnissederSerie4offenbaren, dassdieReduktionderBruchdehnung(X.4_BEW)im ZusammenhangmitderWärmeentwicklungresp.WärmeausdehnungimMaterialstehenmuss.Dabeikanndavonausgegangenwerden,dassderEinflussderUVStrahlungdurchdieerhöhteWirkungstemperaturund StrahlungsdickedieAlterungimMaterialverstärkt.Die unkontrollierteEinspannungderKunststofffilmeaufder SperrholzplattelassenjedochkeineabschließendenVergleichezwischenSerieX.4_BEW-P*undX.4_BEW-Pzu.

AnhandderBruchbilderderviergetestetenBeschichtungssystemeinSerie1und2lassensichwesentlicheTatsachenfeststellen:

1.MangelndeVerbundwirkung(Primer-Membrane)bei Serie1ohneQuarzsand: InBild10istersichtlich,dassinderSerie1ohne QuarzsandzwischenderPrimerschichtundderAb-

dichtungdieVerbundwirkungdieserbeidenSchichten nichtgewährleistetist.Diesführtzueinerschlechten HaftungzwischendenSchichtenundsomitzueiner unzureichendenBelastbarkeitdergesamtenBeschichtung.

2.SchlechterVerbundzwischenVerschleiß-VersiegelungsschichtindenBS2 + 4: Eszeigtsich,dassderVerbundzwischenderVerschleiß-undVersiegelungsschichtindenBeschichtungssystemen2und4schlechteristalsindenSystemen1und3.DieswirddurchdieBildunggroßerAbplatzungendeutlich,währendindenSystemen1und 3überwiegendnurlokaleRissemitkleinenAbplatzungenauftreten.DieseBeobachtungenstimmenmit denErgebnissenausBild6überein.

Diebedeutet,dassderEinsatzvonQuarzsandzwischen Primer-MembraneundderinsgesamtbessereVerbund imBS1und3zueinerstabilerenundwiderstandsfähigerenBeschichtungführt.

4Schlussfolgerung

DieUntersuchungenhabengezeigt,dassdieBewitterung zurVeränderungdesFlüssigkunststoffsführt.Obwohl optischnureinebegrenzteVeränderungvonwenigenMikrometernanderOberflächederVersiegelungerkennbarist,zeigendiemechanischenZugprüfungen,dasses trotzdemzueinerganzheitlichenVeränderungdesPolymerskommt.WährenddieEigenschaftenimelastischen Bereich(E-Modul,Streckspannung,Streckdehnung) durchdieBewitterungkeinegroßenVeränderungenerfahren,verändernsichdieEigenschaftengemessenim plastischenBereich(Bruchspannung,Bruchdehnung) umsomehr.DiesmachtSinn,dadieplastischenEigenschaftenvonKunststoffenwesentlichdurchdieinneren undäußerenWeichmachergesteuertwerden,welchedie VernetzungdesPolymersreduzieren.DieVersuchehabenaußerdemgezeigt,dassdieArtderPrüfkörperhalterungwährendderBewitterungzueinemdeutlichenEinflussaufdieZugresultateführt.Eswirdangenommen, dasseinefixierteHalterungüberdiethermischeAusdehnungzulokalenDehnungenführt,wasdasPolymerineinemweitausgrößerenAusmaßschädigtalsdieUVStrahlungselbst.ZurBestätigungderHypothese,dass DehnungendieVeränderungdesMaterialverhaltensverursachen,sollteninFolgeversuchendieKunststofffilme aufeinerstarrenundwärmeunempfindlichenHalterung aufgespanntwerden,umübereinWechseltemperaturverfahrenmitunterschiedlichenTemperaturbereichenMaterialausdehnungzuverursachen.MitdemWissen,dass dieFilmeinderPraxisaufeineTrägerplatteaufgespritzt werden,istdavonauszugehen,dassdieauftretenden DehnungenmehrheitlichausdemSchwindenundQuellendesHolzeskommenunddieBeschichtungsomitentsprechenddenKlimawechselnmechanischgedehntund gestauchtwird.BeiderVerwendungvonabgesperrten Massivholzplatten,wieBSPoderFSH,istdieÄnderung inPlattenebenemiteinemBereichvon0,01–0,03%pro A.Wick,T.Volkmer,D.Übelhör:Flüssigkunststoff-AbdichtungfürbefahrbareHolzkonstruktionen:AlterungundZugeigenschaften

Bild10 BruchbildervonunbewittertenundbewittertenZugprüfkörpernmitSichtaufdiePrimerundVersiegelungsschicht Fracturepatternsofunweatheredandweatheredtensiletestspecimenswithaviewoftheprimerandsealinglayer

ProzentHolzfeuchteänderunggering[16].DiePraxishat jedochgezeigt,dassesgeradebeiBSPgelegentlichzur DelaminierungzwischendenDecklamellenkommt,zum einenaufgrundvonzutrockenemInnenklimaoderaufgrunddesEffektsderbehindertenQuellung[16].Eine UntersuchungzurEntstehung,VorbeugungundSanierungvondelaminiertenSchmalseitenverklebungenin BSPhatgezeigt,dassgrößereÖffnungenhauptsächlich ausFehlverklebungoderausdemVerzichtaufSchmalseitenverklebungfolgen.EineErhöhungderDecklamellendicke,dieVerwendungvonzweiDecklagenmitgleicherAusrichtungsowieeineBeschichtungmitausreichendemDiffusionswiderstandführenzuerheblicherReduktionvonRissenimPlattenmaterial[17].Aufgrund deserhöhtenFeuchtigkeitsaustauschesimBereichdes Stirnholzes,imFallvonnichtbeschichtetenKanten,könnentrotzdemDelaminierungenauftreten[18].Jenach KonstruktionsartkönnenanPlattenübergängensowiean ÜbergangszonenvonBrückendurchdasBefahrender

BauwerkeundBaugrundsetzungenlokalstärkereVerformungenauftreten,diesichz.T.zyklischwiederholen[19]. SpeziellbeiderAnwendungaufBrückentragwerken,bei welchendynamischeAntwortenunumgänglichsind,solltedieMaterialermüdungmitberücksichtigtwerden.Es istbekannt,dassdieAlterungvonMaterialienunterzyklischenBelastungeneinegeringereFestigkeitzurFolge hat[20,21].DahersollteineinerweiterenUntersuchung derEinflussderDehnungsgrößesowiederDehnungswiederholungaufdieAlterungderFlüssigkunststoff-Systemenäherbetrachtetwerden.

Danksagung

EinbesondererDankgehtandieserStelleandieInnosuisse,diediesenwissenschaftlichenBeitragdurchdieFinanzierungdesForschungsprojekts39303.1IP-EEermöglichthat.

Literatur

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Autor:innen

AdrianWick,M.Sc.(Korrespondenzautor:in) adrian.wick@bfh.ch

BernerFachhochschule InstitutfürBaustoffeundbiobasierteMaterialien Solothurnstrasse102

CH-2500Biel

Prof.Dr.rer.Nat.ThomasVolkmer thomas.volkmer@bfh.ch BernerFachhochschule InstitutfürBaustoffeundbiobasierteMaterialien Solothurnstrasse102 CH-2500Biel

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Dipl.-Ing.DirkÜbelhör uebelhoer.dirk@de.sika.com SikaDeutschland Kornwestheimerstrasse103–107 D-70439Stuttgart

ZitierenSiediesenBeitrag Wick,A.;Volkmer,T.;Übelhör,D.(2025) Flüssigkunststoff-Abdichtung fürbefahrbareHolzkonstruktionen:AlterungundZugeigenschaften Bauphysik47,H.1,S.50–62. https://doi.org/10.1002/bapi.202400045 A.Wick,T.Volkmer,D.Übelhör:Flüssigkunststoff-AbdichtungfürbefahrbareHolzkonstruktionen:AlterungundZugeigenschaften

EnergetischeVergleichsrechnungenzuWohngebäuden aufBasisvonDIN V18599

DieenergetischeBilanzierungvonWohngebäudenmussseit dem1.Januar2024fürdenöffentlich-rechtlichenNachweis nachderBerechnungsnormDIN V18599geführtwerden.DamitsinddiealtenNormenDIN V4108-6undDIN V4701-10 nichtmehrgültig.AlsdieDIN V18599imJahr2009fürWohngebäudeneueingeführtwurde,liefertediesedeutlichgrößere WertefürdenJahres-PrimärenergiebedarfimVergleichzur DIN V4108-6.DieDIN V18599Normenreihewurdeseitdem mehrfachgeändert.IndiesemBerichtwirdmitHilfevonsoftwaregestütztenVergleichsrechnungenüberprüft,obsichdie ErgebnissebeiderVerfahrenangenäherthaben.Dazuwerden vereinfachteGebäudemodelleverwendet.Esergibtsicheine AnnäherungdesPrimärenergiebedarfsnachderaktuellen DIN V18599andieRechenergebnissenachDIN V4108-6in VerbindungmitderDIN V4701-10.DiegrößteÄnderungim VergleichzurerstenFassungderDIN V18599aus2007lässt sichbeidendeutlichhöherausfallendeninternenWärmegewinnenerkennen.

ComparativecalculationsoftheenergyperformanceofresidentialbuildingsbasedontheDIN V18599standard SinceJanuary1,2024,theenergybalancingofresidential buildingsmustbecarriedoutinaccordancewiththe DIN V18599calculationstandardforproofunderpubliclaw. ThisrenderstheoldDIN4108-6andDIN V4701-10nolonger valid.WhentheDIN V18599wasnewlyintroducedforresidentialbuildingsin2009,itprovidedsignificantlylargervalues fortheyearlyprimaryenergydemandcomparedto DIN V4108-6.Sincethen,theDIN V18599standardsseries hasbeenrevisedseveraltimes.Inthisreport,softwareprogramsareusedtocarryoutcomparativecalculationstodeterminewhethertheresultsofthetwomethodshaveconverged.Simplifiedbuildingmodelsareusedforthispurpose. Theprimaryenergydemandaccordingtothecurrent DIN V18599approximatesthecalculationresultsaccordingto DIN V4108-6incombinationwithDIN V4701-10.Thebiggest differencecomparedtothefirstversionofDIN V18599from 2007canbeseeninthesignificantlyhigherinternalheat gains.

Stichworte DIN V18599;DIN V4108-6;Wohngebäude;Primärenergiebedarf; Wärmeschutz

1Einführung

GemäßGEG2023[1]istseitdem1.Januar2024die energetischeBewertungvonWohngebäudenfürdenöffentlich-rechtlichenNachweisnachDIN V18599durchzuführen.FürdieälterenBerechnungsnormen DIN V4108-6undDIN V4701-10endetsomitdieÜbergangsfrist,inderbeideVerfahrenanwendbarwaren.

DieDIN V18599wurdeursprünglichentwickelt,um Nichtwohngebäudesinnvollbilanzierenzukönnen.DabeiwerdennebenderHeizungundbaulichenHülleauch dieKühlung,BeleuchtungundLüftunginderenergetischenBewertungvonGebäudenberücksichtigt[2].Für WohngebäudewurdesiemitderEnEV2009[3]alsalternativesVerfahrenzurDIN V4108-6eingeführt.

Keywords DIN V18599;DIN V4108-6;residentialbuildings;primaryenergy demand;thermalprotection

SeitdemwurdedieDIN V18599mehrfachgeändertund überarbeitet.ImFolgendensollübereinfacheVergleichsrechnungenuntersuchtwerden,obsichdieErgebnissenachDIN V18599denenderBerechnungnach DIN V4108-6angenäherthaben.Dazuwirddie2011erschieneneBerechnung[4]mitdenneuestenNormfassungennachgerechnetundergänzendaucheinemoderne Gebäudeausführunguntersucht.EineumfangreicheParameterstudiehierzuwurdeimRahmeneinerMasterarbeit[5]durchgeführt.EineAnnäherungderErgebnisse beiderBerechnungsnormenistzuerwarten.

2KennwerteundRandbedingungen

2.1WahlderGebäudegeometrie

DieVergleichsrechnungenwerdenaufBasisdreier Wohngebäude(W1,W2undW3)durchgeführt.DiegewähltenGeometrien(Bild1)entsprechendenAnsätzen

FürdieFassungderDIN V18599ausdemJahr2007ergabensichfürWohngebäudeinderRegelunrealistisch hoheWertefürdenJahres-PrimärenergiebedarfimVergleichzurBerechnungnachDIN V4108-6,wiedieVeröffentlichung„EnergetischeBilanzierungvonWohngebäudennachDIN V18599“[4]aus2011darlegt.AufdieseDiskrepanzreagierteu.a.dieKfW-Bankengruppeund beschloss,zeitweise2010fürihreFörderprogramme (KfW-Effizienzhaus)denNachweisnachDIN V18599 nichtzuakzeptieren[4].

Bild1

GeometrienderWohngebäudeW1bisW3

GeometriesoftheresidentialbuildingsW1toW3

derVeröffentlichung„EnergetischeBilanzierungvon WohngebäudennachDIN V18599“[4].Eshandeltsich

umfreistehendeNeubauten.DasGebäudeW1repräsentiertdabeieinEinfamilienhaus,W2einMehrfamilienhausundW3eingroßesMehrfamilienhaus.

DieGebäudegeometriensindstarkvereinfacht,umeine guteReproduzierbarkeitmitdenverschiedenenVerfahrenzugewährleisten.DieanzusetzendewärmetauschendeAußenoberflächederGebäudesetztsichhierzulediglichausdenBauteilflächenderGrundfläche,desDaches undderFassade,bestehendausAußenwandundFenstern,zusammen.WeitereBauteile,wiebeispielsweiseTüren,sindimRahmeneinerenergetischenBilanzierung vernachlässigbar.DerFensterflächenanteilderdreiGebäudeliegtzwischenca.18und20%,umeinemöglichst guteVergleichbarkeitderGebäudeuntereinanderzugewährleisten.DiewichtigstenKennwertesindinTab. 1zusammengefasst.

Tab.1 GebäudegeometrieundtechnischeKennwertederWohngebäudeW1bisW3 BuildinggeometryandtechnicalparametersofresidentialbuildingsW1toW3

GebäudeW1 Einfamilienhaus

A/Ve = 0,80

GebäudeW2 Mehrfamilienhaus A/Ve = 0,65

Gesamtgeometrie

2.2 Bauteilqualität, Anlagentechnik und Randbedingungen

IndenVergleichsrechnungenwerdensowohleinemodernealsauchdiealteGebäudeausführungaus2011[4]verwendet.DiemoderneVariantestellteinemöglichstrealistischeAusführungdesNeubaustandardsdar,umden energetischenNachweisnachGEG2023zielgenauzuerfüllen.DiewichtigstenKennwertesindinTab. 2zusammengetragen.FürnichtaufgeführteAngabenwerdenje nachRechenverfahrenStandardwerteangesetzt.

3Nachweisverfahren

DieVergleichsrechnungenwerdensoftwaregestützt durchgeführt.DieverwendetenProgrammesindweit verbreitetundbewährt.

DieBerechnungennachDIN V4108-6[6]undnach DIN V18599[7]erfolgennachdemMonatsbilanzverfahren,diedenHeizwärmebedarf(Nutzwärmebedarf)monatlichermitteln.GemäßDIN V4108-6wirddieAnlagentechnikinFormeinerAnlagenaufwandszahlbewertet.DiesewirdnachDIN V4701-10[8]ermittelt.Dabei kannzwischendemdetailliertenunddemTabellenverfahrengewähltwerden.IndieserRechnungwirddasTabellenverfahrenverwendet.InderDIN V18599erfolgt dieBewertungderAnlagentechnikdetaillierterineinem iterativenVerfahrenohnedieVerwendungvonAnlagenaufwandszahlen.Dabeiwerdendieanlagentechnischen Verluste(ausVerteilungen,SpeichernundErzeugern) alsinterneWärmequellenund-senkenangesetztundin mehrerenSchrittenberechnet.BeiderDIN V4701-10 wirddieserEffektlediglichpauschalinderBestimmung derAnlagenaufwandszahlberücksichtigt[2].DiedetaillierteAbbildungderAnlagentechniknachDIN V18599 erfordertdieEingabeeinzelnerKennwerte.Optional könnendafürdieinderNormempfohlenenStandardwerteverwendetwerden.DaraufwirdindenVergleichsrechnungenüberwiegendzurückgegriffen.

3.1NutzungsrandbedingungenfürWohngebäude

DieNutzungsrandbedingungenfürWohngebäudesind fürdieDIN V4108-6imAnhang D[6]undfürdie DIN V18599imTeil10derNorm[9]geregelt.EineGegenüberstellungderwichtigstenKennwerteerfolgtin Tab.3.BezugsgrößeistnachDIN V4108-6dieGebäudenutzfläche AN,währenddieDIN V18599dieNettogrundfläche ANGF = 1;1 1;2 AN [10]verwendet.

DieAnsätzederDIN V18599fallenetwasungünstiger aus.SosinddieRaum-SolltemperaturundLuftwechselratehöher.InderLuftwechselratenachDIN V18599ist derKorrekturfaktorfürAußenluftdurchlässeenthalten. GemäßDIN V4108-6werdendiesenichtgesondertberücksichtigt.BeideninternenWärmegewinnenistzube-

Tab.2 ZusammenfassungDämmstandard,Anlagentechnikundweitere RandbedingungenderWohngebäudeW1bisW3 Summaryofinsulationstandard,systemtechnologyandother boundaryconditionsforresidentialbuildingsW1toW3

Moderne Ausführung Alte Ausführung [4]

UW Fenster DreischeibenIsolierverglasung 0,90W/(m2K); g = 0,50

ZweischeibenIsolierverglasung 1,30W/(m2K); g = 0,60

UAW Außenwandmit WDVS 0,21W/(m2K)0,28W/(m2K)

UD konventionelles Flachdach 0,16W/(m2K)0,20W/(m2K)

UG Bodenplatte aufErdreich 0,26W/(m2K)0,35W/(m2K)

ΔUWB Wärmebrückenzuschlag (DIN V4108-Bbl.1)

0,05W/(m2K)0,05W/(m2K)

Wärmeerzeuger Luft-WasserWärmepumpe 35/28°C, Strom-Mix,bivalent mitHeizstab; Pufferspeicher 35/28 °C Brennwertkessel verbessert55/45 °C, ErdgasH, Kombikessel

HeizungsanlageFußbodenheizung 35/28°C; Einzelraumregelung, 2-Punkt-Regler; geregeltePumpe

freieHeizflächen 55/45 °C; P-Regler 1K; geregeltePumpe

Trinkwarmwasserbereitung zentralmitZirkulation;Solaranlage; bivalenterSolarspeicher

Warmwasserverteilung

Anbinde-,Verteil-undStrangleitungen innenliegendundmitStandardwerten sowie-längen

RLT/Kühlung keineLüftungsanlage;keineKühlung

Referenzklima Referenzklimafürden öffentlich-rechtlichenNachweis

Nutzungsprofil (DIN V18599-10bzw. DIN V4108-6)

Einfamilienhaus(W1)bzw. Mehrfamilienhaus(W2 &W3)

Dichtheitsprüfung KategorieI, PrüfungnachderFertigstellung

Wärmespeicherfähigkeit/ Ausnutzungsgrad MassivbauohneUnterdecken; schweresGebäude

Lüftung mitFensternundDurchlässen

achten,dassderausanlagentechnischenVerlusteniterativbestimmteTeilnichtmitenthaltenist.Eindirekter VergleichdereinzelnenKennwerteistaufgrundderunterschiedlichenRechenverfahrennichtmöglich.

Tab.3 NutzungsrandbedingungennachDIN V18599-10undDIN V4108-6

BoundaryconditionsofuseaccordingtoDIN V18599-10and DIN V4108-6

DIN V4108-6DIN V18599-10

Klimadaten Referenzklima Deutschland Referenzklima Deutschland

RaumSolltemperatur 19 °C20 °C

Jährliche Nutzungstage 365 d365d

Tägliche Nutzungszeit 24 h24h

Tägliche BetriebsdauerHeizung 17 h17h

Interne Wärmequellena EFH/MFH

Warmwasserbedarfa W1 /W2/ W3

5W/m2 1,72 /3,44W/m2

12,5kWh/(m2a)9,9 /12,8 /12,8kWh/(m2a)

Luftwechselrateb 0,6h 1 0,67h 1

Speicherfähigkeit Cwirk (schwer)

a DieangegebenenWertesindaufdieNutzfläche AN bezogen. b FürDIN V18599:berechneterWert(InfiltrationundFensterlüftung). C.C.Ehrich,S.Himburg:EnergetischeVergleichsrechnungenzuWohngebäudenaufBasisvonDIN

50Wh/(m2K) Ve 38,13Wh/(m2K) Ve

3.2RelevanteÄnderungenderDIN V18599seit2007

SeitderNormfassungaus2007wurdedieDIN V18599 Normenreihemehrfachgeändert.AufdiefürdiehieruntersuchtenWohngebäuderelevantenNeuerungensoll kurzeingegangenwerden.Diesefindensichinderaktuell gültigenFassungwieder:

–DiePrimärenergiefaktorenwurdenangepasst.Sohat sichz.B.derWertfürNetzstromvon fp = 2,6(nach EnEV2009[3])aufaktuell fp = 1,8[10]verringert. DasistaufeinenhöherenAnteilvonStromauserneuerbarenEnergienzurückzuführen.

–BeiWohngebäudenwirdderLuftwechselabhängig vonderdurchschnittlichenAußentemperaturmonatlichangepasst,umdasFensteröffnungsverhaltenbesserabzubilden.DiesersetzteinenkonstantenAnsatz[2].

–NeueBerechnungswertefürdieTemperatur-KorrekturfaktorenderBauteiledesunterenGebäudeabschlusseswurdeneingeführt[2].

–DieBerechnungvonSolaranlagenerfolgtnunüber denWarmwasserbedarf.DabeiwerdendieKollektorflächesowieSpeichergrößebestimmtunddannder Solarertragberechnet[2].

–DieStandardwertevonWarmwassersystemenwurden verändert.DasbetrifftdieTemperaturenimVerteilnetzundSpeichersowiedieLaufzeitvonZirkulationspumpen[2].

–DieBestimmungvonLeitungslängenerfolgtnundetaillierterüberdiecharakteristischenGebäudeabmessungen,NutzungundArtdesRohrnetzes[11].

–FürWohngebäudewirdderNutzwärmebedarffür TrinkwarmwassernunabhängigvonderGrößeeiner mittlerenWohneinheitbestimmt[2].

–AlsneuesReferenzklimagiltderReferenzortPotsdam (Region4)[12].

4AuswertungderErgebnisse

DieGegenüberstellungderBerechnungsergebnissenach DIN V4108-6undDIN V18599inTab. 4undTab.5 zeigtgenerelletwasgrößereWärmeverlustenach DIN V18599alsnachDIN V4108-6.AufgrundderungünstigerenRandbedingungenistdiesesErgebniserwartbar.DemgegenüberstehenhöhereWärmegewinnebei derBerechnungnachDIN V18599.InderaltenGebäudeausführungführtdiesdazu,dassderHeizwärmebedarf etwagleichgroßfürbeideVerfahrenist.BeidermodernenVarianteliefertdieBerechnungnachDIN V18599 hingegenhöhereWertefürdenHeizwärmebedarf.Dies liegtandenprozentualkleinereninternenWärmegewinnen.GrundhierfürsinddieniedrigerenTemperaturen imVerteilnetzeinerWärmepumpealsbeieinemBrennwertkessel.

UmdieBewertungderAnlagentechnikbeiderVerfahren vergleichenzukönnen,wirddieAnlagenaufwandszahl verwendet.FürdieRechnungnachDIN V18599kann dieseausdemPrimärenergiebedarfrückgerechnetwerden.DiemoderneAnlagentechnik(Luftwärmepumpe) wirdnachbeidenVerfahrensehrähnlichbewertet.Für diealteVariante(Gas-Brennwertkessel)liefertdie DIN V18599,wieschon2011[4],einedeutlichungünstigereBewertung.Diesführtdazu,dassderPrimärenergiebedarfdermodernenVariantetrotzhöheremHeizwärmebedarfnäheranderBerechnungnach DIN V4108-6liegtalsbeideraltenVariante.DieÜbernahmevonStandardwertenderDIN V18599stellteinen ungünstigenAnsatzdar.EinedetaillierteEingabederanlagentechnischenKennwertekönntedementgegenwirken[4].

DerVergleichzwischenderBerechnungnach DIN V18599mitdenProgrammenP1undP2zeigteine mittlereAbweichungdesPrimärenergiebedarfsvon 8%. DieseUnschärfenkönnenausdenverschiedenenprogramminternenStandardwertenresultieren.Aufgrund derkomplexenRechenalgorithmenwirddieseAbweichungalstolerierbarangesehen.

FüralleuntersuchtenVariantenergibtsichjenachProgrammeinimMittelum11 %bzw.20 %höhererJahresPrimärenergiebedarf.ImJahr2011lagdieseDifferenz nochbei54 %bzw.44%.Dasentsprichtinsgesamteiner Annäherungummehrals30ProzentpunkteundsomiteinerdeutlichenVerbesserung.DieseZusammenhänge sindinBild 2undBild 3zuerkennen.

Tab.4 VergleichderBerechnungsergebnissefürGebäudeW1bisW3inmodernerAusführung ComparisonofthecalculationresultsforbuildingsW1toW3intheirmoderndesign ModerneAusführung

W1Einfamilienhaus(modern)

2a)

EinVergleichderErgebnissenachDIN V18599von 2011[4]mitdenneuberechnetenWertenerfolgtnachfolgendexemplarischfürGebäudeW2inTab.6.Dergrößte

UnterschiedtrittbeideninternenWärmequellenauf. Diesefallennundeutlichhöherausundwirkensichsomit abminderndaufdenPrimärenergiebedarfaus.Alsweite-

Tab.5 VergleichderBerechnungsergebnissefürGebäudeW1bisW3inalterAusführungvon2011 ComparisonofthecalculationresultsforbuildingsW1toW3intheirolddesignfrom2011 AlteAusführung

W1Einfamilienhaus(alt)

resKriteriumwirddiegegenüber2011wesentlichverbesserteBerücksichtigungderRohrleitungsverlusteangesehen.AufgrundderKomplexitätderBerechnungistes schwierigabzuschätzen,inwieweitsichwelcheÄnderung aufdieBerechnungsergebnisseauswirkt.

Bild2 VergleichdesberechnetenPrimärenergiebedarfsfürdieWohngebäudeW1bisW3inmodernerAusführung

Comparisonofthecalculatedprimaryenergydemandfortheresidential buildingsW1toW3intheirmoderndesign

DiedurchgeführtenVergleichsrechnungenwurdenan starkvereinfachtenGebäudenmiteinfacherAnlagentechnikdurchgeführt.RealeBauvorhabenweisennaturgemäßwesentlichkomplexereGrundrisseundanlagentechnischeKonfigurationenauf.DiedifferenzierteBewertungderAnlagentechniknachDIN V18599ermöglichtdieAbbildungdeutlichkomplexererHaustechnik alsnachDIN V4701-10.Esistnichtzwangsläufigeine BerechnungnachDIN V18599,welchedieAnlagentechnikungünstigerbewertet.DieszeigtsichindersehrähnlichenanlagentechnischenBewertungderLuftwärmepumpe.

Bild 3 Vergleich des berechneten Primärenergiebedarfs für die WohngebäudeW1bisW3inalterAusführungvon2011.DieaktuellenProgrammversionen(2024)lieferneinedeutlicheAnnäherungderBerechnungsergebnisse

Comparisonofthecalculatedprimaryenergydemandfortheresidential buildingsW1toW3intheirolddesignof2011.Thecurrentprogramversions(2024)provide aclearapproximationofthecalculationresults

Tab.6 VergleichderBerechnungsergebnissenachDIN V18599aus2024 und2011

ComparisonofthecalculationresultsaccordingtoDIN V18599from 2024and2011

AlteAusführungDIN V18599 P1aus2024 Berechnung nachDIN V18599 aus2011[4]

kWh/akWh/aAbweichung

DertatsächlicheEnergieverbraucheinesGebäudeshängt letztlichvonvielenFaktorenab,dieimRahmeneiner Berechnungnurabgeschätztwerdenkönnen.RechenergebnissewerdenstarkvomNutzerverhaltenundvomGebäudestandortbeeinflusst.SoerhöhtsichderEnergiebedarfbeihöherenRaumtemperaturenimHeizfall,höhererFensterlüftungoderhöheremWarmwasserverbrauch. DerAnsatzeineseinheitlichenReferenzklimasführtzudemzustandortbedingtenAbweichungen.

DieaufBasisvonDIN V18599durchgeführtenBerechnungenweisenausSichtderAutorenhinnehmbare SchwankungenderBerechnungsergebnisseauf.Dergegenüber2011ermitteltePrimärenergiebedarfistumein Fünftelgeringerundwesentlichrealistischer.

W2Mehrfamilienhaus(alt)

Transmissionswärmeverluste 22.46023.130 +3,0% Lüftungswärmeverluste

Heizwärmebedarf 14.21020.510 +44,3% Warmwasserbereitung3.8204.350 +13,8%

Endenergiebedarf 26.93034.850 +29,4%

Primärenergiebedarf27.08035.830 +32,3%

Anlagenaufwandszahl (Vergleichswert)

5ZusammenfassungundAusblick

DerVergleichderenergetischenBilanzierungvonWohngebäudennachDIN V4108-6undnachDIN V18599 zeigteinedeutlicheAnnäherungdesPrimärenergiebedarfs.Nachdererstenfürdenöffentlich-rechtlichen NachweisgültigenNormfassungderDIN V18599aus demJahr2007bestandeinsehrgroßerUnterschiedim PrimärenergiebedarfzwischendenbeidenVerfahren. DieseDifferenzistbeideraktuellgültigenDIN V18599 von2018erheblichgeringer.VordemHintergrund,dass seitdem1.Januar2024dieDIN V18599fürdenöffentlich-rechtlichenNachweisverpflichtendanzuwendenist unddieÜbergangsfristfürdieDIN V4108-6endete, stelltdieseinesehrpositiveEntwicklungdar.

DergrößteUnterschiedzumRechenansatzvon2011 zeigtsichbeideninternenWärmegewinnen.Diesesind beiderBerechnung2024bedeutendhöherundwirken

sich entsprechend abmindernd auf den Primärenergiebedarfaus.

DieBewertungderAnlagentechniknachDIN V18599 undDIN V4701-10liefertunterschiedlicheErgebnisse.

Literatur

[1]Gebäudeenergiegesetz(GEG)(2023) GesetzzurEinsparung vonEnergieundzurNutzungerneuerbarerEnergienzurWärme-undKälteerzeugunginGebäudenvom8.August2020 (BGBl. IS.1728),zuletztdurchArtikel 1desGesetzesvom 16.Oktober2023(BGBl.2023 INr.280)geändert

[2]Fouad,N.A.[Hrsg.](2019) BauphysikKalender2019:Energieeffizienz,KommentarDIN V18599. Berlin:Ernst &Sohn.

[3]Energieeinsparverordnung(EnEV)(2009) Verordnungüber energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende AnlagentechnikbeiGebäudenvom24.Juli2007(BGBl. IS.2684), durchÄnderungsverordnungvom29.April2009(BGBl.I S.954)geändert

[4]Himburg,S.(2011) EnergetischeBilanzierungvonWohngebäudennachDIN V18599. Bauphysik33,H.2,S.99–110. https://doi.org/10.1002/bapi.201110012

[5]Ehrich,C.C.(2024) EnergetischeVergleichsrechnungenzu WohngebäudenaufBasisvonDIN V18599 [Unveröffentlichte Masterarbeit].BerlinerHochschulefürTechnik.

[6]DIN V4108-6 :2003-06(2003) WärmeschutzundEnergie-EinsparunginGebäuden –Teil6:BerechnungdesJahresheizwärme-unddesJahresheizenergiebedarfs. Berlin:DINMedia.

[7]DIN V18599-2 :2018-09(2018) EnergetischeBewertungvon Gebäuden –BerechnungdesNutz-,End-undPrimärenergiebedarfsfürHeizung,Kühlung,Lüftung,Trinkwarmwasserund

Autor:innen

M.Eng.ClaasChristianEhrich(Korrespondenzautor:in) Ehrich@lht-bauing.de LHTBauingenieureGmbH Bismarckstraße78 10627Berlin

Prof.Dr.-Ing.StefanHimburg

Stefan.Himburg@bht-berlin.de BerlinerHochschulefürTechnik FachbereichIII –Bauingenieur-undGeoinformationswesen LuxemburgerStraße10 13353Berlin

FüreineLuftwärmepumpeistdieAbweichungzwischen beidenVerfahrenvergleichsweisegering.FüreinenGasBrennwertkesselhingegenliefertdieDIN V18599deutlichungünstigereWerte.HierkönnteeineweitereAnpassungderentsprechendenStandardwertesinnvollsein.

Beleuchtung –Teil2:NutzenergiebedarffürHeizenundKühlenvonGebäudezonen. Berlin:DINMedia.

[8]DIN V4701-10 :2003-08(2003) EnergetischeBewertungheizundraumlufttechnischerAnlagen –Teil10:Heizung,Trinkwassererwärmung,Lüftung. Berlin:DINMedia.

[9]DIN V18599-10 :2018-09(2018) EnergetischeBewertungvon Gebäuden –BerechnungdesNutz-,End-undPrimärenergiebedarfsfürHeizung,Kühlung,Lüftung,Trinkwarmwasserund Beleuchtung –Teil10:Nutzungsrandbedingungen,Klimadaten. Berlin:DINMedia.

[10]DIN V18599-1 :2018-09(2018) EnergetischeBewertungvon Gebäuden –BerechnungdesNutz-,End-undPrimärenergiebedarfsfürHeizung,Kühlung,Lüftung,Trinkwarmwasserund Beleuchtung –Teil1:AllgemeineBilanzierungsverfahren,Begriffe,ZonierungundBewertungderEnergieträger. Berlin: DINMedia.

[11]DIN V18599-5 :2011-12(2011) EnergetischeBewertungvon Gebäuden –BerechnungdesNutz-,End-undPrimärenergiebedarfsfürHeizung,Kühlung,Lüftung,Trinkwarmwasserund Beleuchtung –Teil5:EndenergiebedarfvonHeizsystemen. Berlin:DINMedia.

[12]Maas,A.;Schlitzberger,S.(2014) DIN V18599fürWohngebäude –verbesserteBewertungsansätzeundÜberprüfungder AnwendungsmöglichkeitaufdasEffizienzhausPlusKonzept. Stuttgart:FraunhoferIRB.

ZitierenSiediesenBeitrag

Ehrich,C.C.;Himburg,S.(2025) EnergetischeVergleichsrechnungenzu WohngebäudenaufBasisvonDIN V18599.Bauphysik47,H.1,S.63–70. https://doi.org/10.1002/bapi.202400047

Bernhard Hauke, Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen, Institut Bauen und Umwelt (Hrsg.)

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Bauphysik Aktuell 1/2025

AKTUELLES

BuGG-Gründach des Jahres 2024: begrünter Bunker in Hamburg

Aus Grau mach Grün: Was aus einem denkmalgeschützten Betonkoloss werden kann, zeigt sich am Beispiel des früheren Flakbunkers im Herzen Hamburgs (Bild 1). In 58 m Höhe befindet sich nun ein kostenlos zugänglicher Stadtgarten. Dieser Besuchermagnet wurde im Rahmen einer öffentlichen Abstimmung von den Teilnehmenden zum „BuGG-Gründach des Jahres 2024“ gewählt und mit dem BuGG-Award des Bundesverbands GebäudeGrün e.V. (BuGG) ausgezeichnet. Übergeben wurde der Preis unter anderem von Angela Roy, Schauspielerin und BuGG-Botschafterin.

Ein Leuchtturmprojekt für Stadtnatur im Zentrum einer Metropole: so lässt sich der mit rund 23.000 Pflanzen begrünte Bunker St. Pauli in Hamburg beschreiben (Bild 2). Die öffentlichen Grün- und Gemeinschaftsflächen wurden im Jahr 2024 fertiggestellt und umfassen rund 10.000 m2. Der Weg über einen grünbewachsenen „Bergpfad“, der sich außen um den Bunker herum nach oben schlängelt, ist ein besonderes Erlebnis für die Besucher des Bunkers mit einer neuen Veranstaltungshalle und einem Hotel. An Tagen mit gutem Wetter besichtigen tausende Menschen diese einzigartige grüne Attraktion!

Der Aspekt Denkmalschutz war eine der Herausforderungen beim Bau des Stadtgartens. Die historische Substanz und das neue Grün brachten die Planer Landschaftsarchitektur+, Hamburg in Einklang. Realisiert wurde die Anlage von der Klaus Hildebrandt Garten- und Landschaftsbau AG (Greenovis Group), Hamburg. Das Unternehmen ist ein Partnerbetrieb des Dachbegrünungsherstellers Optigrün international AG, Krauchenwies-Göggingen. Alle drei Genannten sind Mitglieder des Bundesverbands GebäudeGrün e.V. (BuGG). Zum Einsatz kommen zahlreiche Produkte und Systemlösungen von Opti-

grün. Insbesondere durch die intelligente Steuerung der Retentionsdachflächen zur Erzielung minimaler Abflussmengen und maximalem Regenwasserrückhalt sowie die Verknüpfung von Hoch- und Tiefbaukomponenten ist der grüne Bunker ein Vorbild im Umgang mit Niederschlägen im urbanen Umfeld – neben der öffentlichen Begeh- und Erlebbarkeit.

Jährlich schreibt der Bundesverband GebäudeGrün e.V. (BuGG) den BuGGAward in den drei Kategorien Dach, Fassade und Innenraum aus. So waren auch in diesem Jahr alle BuGG-Mitglieder eingeladen, die schönsten Bilder und eine kurze Beschreibung ihrer Projekte – oder an denen sie beteiligt waren – einzureichen. Insgesamt 55 Begrünungen standen bei der Abstimmung zur Auswahl. Diese war erstmals nicht nur BuGG-Mitgliedern möglich, sondern jeder konnte daran teilnehmen.

2 Der Betonkoloss wurde mit rund 23.000 Pflanzen begrünt.

Weitere Informationen: Bundesverband GebäudeGrün e.V. (BuGG) Albrechtstr. 13 10117 Berlin www.gebaeudegruen.info

Bild 1 Gewinner 2024 in der Kategorie „BuGG-Gründach des Jahres“: Der begrünte Hochbunker, Hamburg.
Bild

Deutscher Ingenieurtag 2025 – der Technologiestandort Deutschland

Auf dem Deutschen Ingenieurtag 2025, der am 15. Mai in Düsseldorf stattfinden wird, entwickeln Ingenieurinnen und Ingenieure gemeinsam eine Vision für den Technologiestandort Deutschland. Alle Fachleute arbeiten an Lösungen für die großen Herausforderungen unserer Zeit.

Dazu diskutiert die VDI-Community mit Vordenkerinnen und Vordenkern aus Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Gesellschaft. Inspirierende Keynote-Vorträge von Persönlichkeiten mit anerkannter Expertise, spannende Paneldiskussionen und Workshops sind geplant. Einzigartige Networking-Möglichkeiten warten auf junge und auf erfahrene Ingenieurinnen und Ingenieure aus Wirtschaft und Wissenschaft.

AKTUELLES

VDI-Richtlinie 4650

Blatt 3 Berechnung der Jahresarbeitszahl von Wärmepumpenanlagen

Abluft-Wärmepumpen sind eine energieeffiziente Lösung, die vor allem im Neubau und bei Sanierungen aufgrund strengerer gesetzlicher Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden immer gefragter werden.

Die Richtlinie VDI 4650 Blatt 3 „Berechnung der Jahresarbeitszahl von Wärmepumpenanlagen - Grundlagen und allgemeine Begriffe multifunktionaler Lüftungsgeräte mit Wärmepumpen“ bietet erstmals ein normatives Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Jahresarbeits-

Außerdem wird Technik erlebbar gemacht: Von spannenden Exkursionen über Technik-Demonstrationen bis hin zu interaktiven Elementen vor Ort.

Die Kompetenz von Ingenieurinnen und Ingenieuren trägt wesentlich zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands in Europa und der Welt bei. Damit Deutschland als Wirtschafts- und Technologiestandort langfristig attraktiv und wettbewerbsfähig bleibt, hat der VDI die Initiative „Zukunft Deutschland 2050“ ins Leben gerufen. Ziel ist es, eine tragfähige Zukunftsvision für unser Land zu entwickeln.

Der Deutsche Ingenieurtag 2025 widmet sich unter anderem den Themen:

Mobilität

Neue Wege für eine nachhaltige Verkehrswende.

Künstliche Intelligenz

Chancen für die Zukunft gestalten.

Gesundheit

Innovative Lösungen für Medizintechnik und Pharma.

Energie

Strategien für die Energiewende. Qualifizierung

Kompetenzen für die Arbeitswelt von morgen.

Weitere Informationen und Anmeldung: www.vdi.de/veranstaltungen/deutscher-ingenieurtag-2025

zahlen (JAZ) von Abluft-Wärmepumpen, die in der Heizungs- und Lüftungstechnik zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die Berechnungsmethodik berücksichtigt spezifische Parameter dieser Systeme, darunter Quellen- und Senkentemperaturen sowie die begrenzten Luftvolumenströme der Abluft als Wärmequelle. Dies ermöglicht eine verlässliche Bewertung der Effizienz und damit auch die Einhaltung der Mindestanforderungen gemäß Gebäudeenergiegesetz (GEG), nach dem die Einhaltung von Mindestwerten für die Jahresarbeitszahl rechnerisch nachzuweisen ist.

Für herkömmliche Heizwärmepumpen mit Außenluft oder Erdreich als Wärmequelle gibt es bereits etablierte Richtlinien wie die VDI 4650 Blatt 1 und Blatt 2. Mit der VDI 4650 Blatt 3 steht jetzt auch eine Richtlinie für Abluft-Wärmepumpen zur

Verfügung. Sie schafft eine Grundlage für die korrekte Anrechenbarkeit solcher Systeme in Energieeffizienzberechnungen.

Die Richtlinie wendet sich an Hersteller von Abluft-Wärmepumpen, Energieberater und -beraterinnen sowie Nachweisführende, Fachverbände, Universitäten und weitere Forschungseinrichtungen sowie Energieversorger. Die Berechnungsansätze unterstützen dabei, klare Aussagen über den energetischen Nutzen und die Wirtschaftlichkeit der Systeme zu treffen.

Weitere Informationen:

VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt

Dr.-Ing. Uwe Delfs

Tel. +49(0)211/6214-521

E-Mail: delfs@vdi.de www.vdi.de

Forderungen der planenden Berufe zur Bundestagswahl 2025

Am 23.02.2025 wird voraussichtlich ein neuer Bundestag gewählt. Die zukünftige Bundesregierung muss auch in der kommenden Legislaturperiode im Hinblick auf bezahlbaren Wohnraum, Energiewende und Rezession große Herausforderungen bewältigen. Sie stellt die Weichen für eine wirtschaftlich stabile und sozial gerechte Zukunft.

Der Planungs- und Bausektor leistet in Deutschland einen erheblichen Beitrag zur

Deshalb haben die Bundesingenieurkammer und die Bundesarchitektenkammer gemeinsam mit 16 Verbänden der planenden Berufe ihre „Forderungen zur Bundestagswahl 2025“ in 13 Punkten zu aktuellen Kernfragen gebündelt. Im Mittelpunkt stehen die Schaffung von bezahlbarem Wohnraum, die Umsetzung von integrierten Stadtentwicklungskonzepten, Ausbau und Sanierung von Infrastrukturen, die Finanzierung von Klimaanpassungsstrategien, eine faire und mittelstandsfreundliche VerAKTUELLES

ökonomischen Stabilität des gesamten Landes, denn die Wertschöpfung findet zum allergrößten Teil im eigenen Land statt. Die planenden, freien Berufe tragen eine besondere Verantwortung für den gesellschaftlichen Zusammenhalt und das Gemeinwohl. Sie sorgen dafür, dass die gebaute Umwelt dem gesellschaftlichen Wandel gerecht werden kann und Baukultur erhalten wird.

gabe, die Überarbeitung des Architektenund Ingenieurvertragsrechts und die Novellierung der HOAI.

Im Namen aller beteiligten Kammern und Verbände werden die Forderungen zur Bundestagswahl 2025 an die demokratischen Parteien versendet. Für Ende Januar 2025 ist eine öffentliche, digitale Podiumsdiskussion mit den baupolitischen Sprecherinnen und Sprechern geplant.

In Verantwortung für gute Lebensräume für alle Menschen in Stadt und Land fordern die planenden Berufe von den demokratischen Parteien:

–Bundesbauministerium erhalten und Querschnittskompetenzen stärken, –gesellschaftlichen Zusammenhalt durch bezahlbaren Wohnraum und integrierte Stadtentwicklungskonzepte begünstigen,

–Ausbau- und Sanierungsstau bei öffentlichen und technischen Infrastrukturen beheben,

–Klimaanpassung für Städte, Gemeinden und Landschaft fördern, –Baugesetzbuch zukunftsfest gestalten und gemeinwohlorientierte Bodenpolitik stärken,

AKTUELLES

12. Deutscher

–Lebenszyklusbetrachtung integrieren und Emissionen ganzheitlich verringern,

–Materialien wiederverwenden und Kreislaufwirtschaft fördern, –Qualität der gestalteten Umwelt durch qualifizierte Planende gewährleisten, –Vergabe öffentlicher Aufträge qualitätsorientiert und mittelstandsfreundlich gestalten, –Architekten- und Ingenieurvertragsrecht evaluieren und überarbeiten, –Novellierungsprozess der HOAI abschließen und Evaluierung einleiten, –Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) sicher und zukunftsfähig gestalten, –Export von Planungsleistungen fördern.

Die Forderungen der planenden Berufe in Deutschland werden von den folgenden Kammern und Verbänden getragen:

Bundesarchitektenkammer (BAK)

Bundesingenieurkammer (BIngK)

Bundesstiftung Baukultur (BSBK)

Bund Deutscher Architektinnen und Architekten (BDA)

Bund Deutscher Baumeister, Architekten und Ingenieure (BDB)

Bund Deutscher Innenarchitekten (BDIA)

Bund Deutscher Landschaftsarchitekt:innen (BDLA)

Bund der öffentlich bestellten Vermessungsingenieure (BDVI)

Bundesvereinigung der Prüfingenieure für Bautechnik (BVPI)

Bundesverband öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger (BVS)

Deutsche Akademie für Städtebau und Landesplanung (DASL)

AHO Ausschuss der Verbände und Kammern der Ingenieure und Architekten für die Honorarordnung

Verband Beratender Ingenieure (VBI)

Verband Deutscher Architekten und Ingenieurvereine (DAI)

Vereinigung für Stadt-, Regional- und Landesplanung (SRL)

Verband Deutscher Vermessungsingenieure (VDV)

Vereinigung freischaffender Architekten

Deutschlands (VfA)

Zentralverband der Ingenieurvereine (ZBI)

Der Forderungskatalog steht u. a. auf der Website der Bayerischen Ingenieurekammer zum Download als PDF bereit.

Weitere Informationen: www.bayika.de

Nachhaltigkeitspreis Architektur: Collegium Academicum

Das Collegium Academicum in Heidelberg ist im Dezember 2024 mit dem Deutschen Nachhaltigkeitspreis Architektur 2024 ausgezeichnet worden. Die Jury würdigt neben der architektonischen Qualität des selbstverwalteten Projekts auch die Eigeninitiative einer Gruppe junger Menschen. Der Architekturpreis wird vergeben von der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V. (DGNB) gemeinsam mit der Stiftung Deutscher Nachhaltigkeitspreis e. V.

Jurybegründung

Als Teil der IBA Heidelberg (2012–2022) wurde das Collegium Academicum auf der Konversionsfläche eines alten US-Militärhospitals im Heidelberger Stadtteil Rohrbach errichtet. Es spielt eine Schlüsselrolle für die Wiederbelebung des für lange Zeit brachliegenden Stadtteils. Der Neubau befindet sich an strategischer Stelle zur Erschließung des neuen Quartiergeländes und bildet ein Entrée für das neu entstehende Viertel, das sich mit dem bestehenden Stadtteil in nachbarschaftlicher Offenheit verbindet.

Als erstes und größtes selbstverwaltetes und selbstfinanziertes studentisches Wohnprojekt ist das durch das Büro DGJ Architektur begleitete Projekt einmalig in Deutschland.

Die Innovation liegt auch im Beitrag des Projekts zur Entwicklung der Konversionsfläche „Hospital“ von einem ehemaligen Militärstandort zu einem belebten Quar-

tier. Ein Vorbild für die Nachnutzung ehemaliger Kasernenbauten. Wegen seines innovativen Wohnkonzepts wurde das CA vom BBSR im Programm „Zukunft-BauVario-Wohnungen“ gefördert. Das Projekt erfüllt die Vorgaben eines anpassungsfähigen, veränderlichen Grundrisses, der zunächst den aktuellen Bedarf studentischen Wohnens adressiert, sich aber in späteren Jahrzehnten in altersgerechten Wohnraum

Quelle: DGNB
Bild 1 Collegium Academicum, Heidelberg

wandeln lässt. Diese Flexibilität und die Barrierefreiheit sind wichtiger Bestandteil der Planung.

Durch die flächeneffiziente und suffiziente Architektur und aufgrund flexibler Grundrisse können die Bewohner:innen ihre individuelle Wohnfläche zwischen 14 und 7 m² verändern. Die Konstruktion ermöglicht die Herstellung und Versetzung der Innenwände in Selbstbauweise zu jeder Zeit und bei laufendem Betrieb. Das Gebäude bleibt so über einen langen Lebenszyklus hinweg für Bewohnende nützlich und erfüllt ihre sich wandelnden Bedürfnisse.

Das Collegium Academicum ist als KFW40-Plus Gebäude bilanziell ein PlusEnergie-Haus, das durch eine PV-Anlage inklusive Batteriespeicher auf dem Dach klimaneutral und netzpositiv betrieben werden kann. Die PV-Anlage ermöglicht es, bilanziell mindestens 100 % des Strombedarfs der Bewohner:innen zu decken.

Das Gebäude ist als Holzgebäude mit hohem Recyclingpotenzial und CO2-Ersparnis auch in der Baukonstruktion klimaneutral. Die Pro-Kopf-Wohnfläche liegt mit 23 Quadratmetern (26 m² einschl. Aula) deutlich unter dem Bundes-Durchschnitt. Das Projekt zeigt durch die großzügige Integration von gemeinschaftlichen Bereichen in die jeweiligen Wohnraum-Cluster, dass Reduktion nicht zu einem räumlichen Qualitätsverlust führen muss.

Das Collegium Academicum ist Vorbild für eine sozial gerechte und gesellschafts-

Projektbeteiligte

Bauherr Collegium Academicum GmbH

Architektur DGJ Architektur GmbH; LP8: Biek Architektur

Bauleitung Biek Architektur (Konstantin Biek)

Freianlagen GDLA Gornik Denkel Landschaftsarchitektur Partg mbb Holzbau ZÜBLIN Timber GmbH

Bauphysik ina Planungsgesellschaft mbH

Statik, Holz, Schallschutz Pirmin Jung Deutschland GmbH

Statik Beton Jäger Ingenieure GmbH

Elektrotechnik SBI Schicho Ingenieure GmbH & Co. KG

Heizung, Lüftung, Sanitär IB Scholz GmbH & Co. KG

PV-Planer HEG Heidelberger Energiegenossenschaft eG

Brandschutz (bis LP4) HHP Planungsgesellschaft mbH

Brandschutz (ab LP5) Meides Schoop Architekten GbR

bildende Nachbarschaft, die alle Parameter nachhaltigen Bauens, der Nachnutzung und klimaangepasster Architektur auf beispielhafte Weise umsetzt.

Weitere Informationen: www.nachhaltigkeitspreis.de

AKTUELLES

Serielle Sanierung im Bestand mit integralen Planungsgrundlagen

Von knapp 20 Mio. Wohnbestandsgebäuden in Deutschland ist laut dena-Gebäudereport 2024 ein Großteil vor Inkrafttreten der Ersten Wärmeschutzverordnung von 1977 errichtet worden und ist damit sanierungsbedürftig. Eine moderne Lösung ist die serielle Sanierung für eine schnelle, energieeffiziente und ressourcenschonende Modernisierung von Gebäuden. Grundidee ist ein digitalisierter, neu gedachter Bauprozess, bei dem Bauteile bereits abseits der Baustelle vorgefertigt und anschließend montiert werden. Insbesondere Gebäudekomplexe in serieller Bauweise mit gleicher Kubatur bieten Potenzial für solche seriellen Lösungen, wie z. B. das geplante Projekt von RENOWATE im Stadtteil Düsseldorf-Stockum. Hier handelt es sich um 19 Mehrparteienhäuser aus

den 1930er-Jahren im Straßendreieck Lönsstraße, Ganghoferstraße und Irmerstraße mit 76 Wohneinheiten auf 5.400 m2 Wohnfläche (Bild 1).

Die Gebäude weisen die Energieeffizienzklassen F und H auf, die sich nach Abschluss der Sanierung auf eine Energieeffizienz von A erhöhen sollen. Zusätzlich bedeutet die Sanierung für die Bewohner:innen eine Steigerung der Wohnqualität und eine Aufwertung der Gebäude (Bilder 2 und 3). Startschuss für die Planungsphase war im August 2024. Der Beginn dieses Bauabschnitts ist für das I. Quartal 2025 angesetzt.

Grundlegend für die Planung und Ausführung von seriellen Sanierungsprojekten

sind eine Aufnahme der geometrischen Gebäudestrukturen und die Modellierung von dreidimensionalen Planungsgrundlagen. Dafür setzt RENOWATE bei diesem Projekt auf die Vermessung durch parallelum GmbH, Stuttgart. Bei jeder Sanie-

Bild 1 RENOWATE Projekt Quartier Düsseldorf, Irmerstr. 2
Foto: Thilo Ross
Bild 2 Collegium Academicum, Hofansicht

rung wird der Grundstein für ein optimales und schnelles Ergebnis in der Planungsphase gelegt. Häufig sind aber keine (und vor allem keine digitalen) Pläne vorhanden. Bestandspläne sind meist veraltet und unvollständig.

Ziel ist es, für die Sanierung auf moderne, digitale Lösungen zu setzen. Während sich das Bauunternehmen RENOWATE um die Planung und Durchführung von seriellen Sanierungsprojekten kümmert, liefert parallelum die Grundlage, ohne die das Projekt nicht anlaufen kann: die präzise digitale Vermessung von Gebäuden und die daraus angefertigten 3D-Modelle, auf deren Basis alle weiteren Planungsschritte bis hin zur Vorfertigung von Bauteilen erfolgen. parallelum arbeitet mit verschiedenen Vermessern zusammen. Der Ablauf des Scannens und die Umsetzung der 3D-Modellierung wird kontinuierlich verbessert, um sie an die Bedürfnisse des seriellen Sanierens anzupassen.

Für alle Planungsschritte und für die Vorfertigung wird eine Bestandsaufnahme des Gebäudes benötigt. Dazu muss ein Aufmaß aller Innenräume sowie der Fassadenund Dachflächen erfolgen. RENOWATE setzt hierbei auf einen besonders mieterfreundlichen Vorgang. Es wurde ein Terminzeitraum für den Scanprozess und die Lieferung der 3D-Modelle vereinbart. Dann wurden mit den Mieter:innen die Termine für den Wohnungsscan festgelegt.

Um höchste Präzision zu erzielen, kombiniert parallelum mehrere Vermessungsinstrumente wie Laserscanner und Totalstationen und stellt mittels Kontrollpunkten die Genauigkeit während des Scanprozesses sicher. Nach der digitalen Bestandsaufnahme des Objekts und der Datenaufbereitung wird die Modellierung eines digitalen Gebäudezwillings nach Building Information Modeling (BIM) in entsprechenden Softwareprogrammen vorgenommen (Bild 4).

Die 3D-Modelle sind die Grundlage für alle Planungsprozesse wie die gewerkeübergreifende Ausführungsplanung und das Herzstück der seriellen Sanierung: die industrielle Vorfertigung von Fassadenelementen. Diese Elemente lässt RENOWATE auf Basis des digitalen Gebäudezwillings am Bürostandort in Bregenz entwickeln und anschließend bei Partnerunternehmen inklusive Dämmung, neuer Fenster, Lüfter und Rollläden produzieren. Die Elemente werden schließlich mittels zuvor angebrachter Aufhängungen an die Bestandsfassade montiert. Dies führt zu einem verkürzten und minimalinvasiven Montage- und Sanierungsprozess.

Damit ist in seriellen Sanierungsprojekten die wichtigste Grundlage für die Vorfertigung von Fassaden-, Dach- oder PV-Modulen das Vorhandensein präziser 3D-Modelle mit exakten Maßangaben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vermessungsinstrumenten wird 3D-Laserscanning zunehmend in der Baubranche verwendet und zeichnet sich durch Schnelligkeit und hohe Genauigkeit aus. Es gilt der Anspruch: nicht mehr als 10 mm Abweichung. Ansonsten passen die Teile nicht und der Sinn von Zeit- und Ressourceneinsparung wäre verfehlt.

Weitere Informationen: www.parallelum.de www.renowate.earth

Bild 2 RENOWATE Projekt Quartier Düsseldorf, Rendering
Bild 3 Serielle Sanierung durch RENOWATE 2
Bild 4 Vermessung für serielle Sanierung durch RENOWATE

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen

Termin und Ort Veranstaltung

Auskünfte und Anmeldung

20.–21.02.2025, Offenburg 18. GeoTHERM expo & congress www.geotherm-offenburg.de 20.02.2025, Augsburg Fassade 25 – Motorik, Sensorik und Aktorik: die dynamische Fassade www.tha.de/Architektur-und-Bauwesen/ibi/ Fassade-25.html

25.–26.02.2025, Ostfildern 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken www.tae.de/50009 06.–07.03.2025, Salzburg Fenster-Türen-Treff 2025 www.holzforschung.at/wissenstransfer/seminare/details/fenster-tueren-treff-2025/

10.–11.03.2025, Frankfurt/M.; 23.–24.07.2025, Düsseldorf; 03.–04.11.2025 Online

Brandschutz in Holzbauten der Gebäudeklassen 4 und 5 https://www.vdi-wissensforum.de

11.03.2025, Geisenheim Fachtagung Gebäudegrün www.gebaeudegruen.info 11.–13.03.2025, Ulm 69. Betontage: Concrete Solutions https://betontage.de 12.03.2025, München; 13.03.2025, Frankfurt/M.

Die aktuelle Rechtsprechung der Oberlandesgerichte und des Bundesgerichtshofs zum Privaten Baurecht

www.dg-baurecht.de/portfolio/privates-baurecht/ 13.–14.03.2025, München Münchener VerkehrsLärmschutzTage 2025 https://mvlt.eu/ 17.03.2025, Online Die aktuelle Rechtsprechung der Oberlandesgerichte www.dg-baurecht.de/portfolio/privates-baurecht/

18.03.2025, Online Die aktuelle Rechtsprechung des BGH www.dg-baurecht.de/portfolio/privates-baurecht/

17.–20.03.2025, Kopenhagen Jahrestagung DAS/DAGA 2025 www.das-daga2025.eu 17.–21.03.2025, Frankfurt/M. ISH 2025 Weltleitmesse für Wasser, Wärme, Luft https://ish.messefrankfurt.com/frankfurt/de. html

19.–20.03.2025, München 21. Müller-BBM Fachgespräche Immissionsschutz in der Planungs- und Genehmigungspraxis www.muellerbbm.de

20.–21.03.2025, Stuttgart Deutscher Bautechnik-Tag https://bautechniktag.de 24.–25.03.2025, Online; 04.–05.06.2025, Online; 11.–12.08.2025, Online

Grundlagenwissen Baulicher Brandschutz https://www.vdi-wissensforum.de 25.03.2025, Webinar Brandschutz in der Technischen Gebäudeausrüstung

https://akading.de 09.04.2025, Webinar Brandschutzmaßnahmen in Büro- und Verwaltungsgebäuden als Sonderbau https://akading.de 24.–25.04.2025, Fulda; 29.04.2025, Fulda

Instandsetzung von historischem Mauerwerk; Instandsetzung von Fachwerkgebäuden

https://propstei-johannesberg.eu/fachseminare/

29.–30.04.2025, Dresden 2. Sächsischer Holzbautag www.eipos-sachverstaendigentage.de 30.04.2025, Stuttgart 12. Fachsymposium Zirkuläres Bauen 2025 www.ifeu.de/fachsymposium-zirkulaeres-bauen-stuttgart-2025

06.–07.05.2025, Berlin BuGG-Fachkongress „Bestandsgebäudegrün“ www.gebaeudegruen.info

12.05.2025, Webinar Grundlagen der Brandschutzplanung https://akading.de 12.05.2025, Online (GoToWebinar) buildingSMART-Tutorial: BIM-Automation und Robotik www.buildingsmart.de/termine/

15.05.2025, Düsseldorf Deutscher Ingenieurtag 2025 – Visionen für den Technologiestandort Deutschland www.vdi.de/veranstaltungen/deutscher-ingenieurtag-2025

16.–17.05.2025, Hannover Internationales BUILDAIR-Symposium 2025 www.buildair.eu 20.–21.05.2025, Berlin 6. Deutscher Holzbau Kongress (DHK) https://forum-holzbau.com 19.06.2025, Dresden 26. EIPOS-Sachverständigentag Bauschadensbewertung / 18. BVS-Bausymposium www.eipos-sachverstaendigentage.de/bauschadensbewertung

20.06.2025, Dresden 28. EIPOS-Sachverständigentag Holzschutz www.eipos-sachverstaendigentage.de/holzschutz

02.–04.07.2025, Biberach Bauphysikseminar – Wärmebrückenberechnung https://weiterbildung-biberach.de 11.07.2025, Frankfurt/M. Deutsche Gesellschaft für Baurecht e.V. – Jahrestagung www.dg-baurecht.de/portfolio/jahrestagung/ Call for paper

26.–28.05.2025, Koblenz vfdb Jahrestagung 2025 – Das Expertennetzwerk für Schutz, Rettung und Sicherheit www.vfdb.de

Impressum

Die Zeitschrift „Bauphysik“ veröffentlicht Beiträge aus den Bereichen Wärme, Feuchte, Schall, Brand, Stadtklima sowie energiesparendes Bauen und Raumklima mit besonderem Bezug auf die bauphysikalischen Grundlagen, auf innovative Lösungen bei Berechnung, Konstruktion und Ausführung und damit im Zusammenhang stehende Fragestellungen.

Verlag

Ernst & Sohn GmbH, Rotherstraße 21, D-10245 Berlin

Tel.: +49 (0)30/47031-200, Fax +49 (0)30/47031-270 info@ernst-und-sohn.de, www.ernst-und-sohn.de

Amtsgericht Charlottenburg HRB 237294 B

Persönlich haftender Gesellschafter: WILEY-VCH GmbH, Weinheim

Amtsgericht Mannheim: HRB 736569

Geschäftsführung: Dr. Guido F. Herrmann, Franka Stürmer

Steuernummer: 47020/34142, Umsatzststeueridentifikationsnummer: DE 813496225

Fachbeirat

apl. Prof. Dr. rer. nat. Svenja Carrigan, RPTU Kaiserslautern-Landau, Kaiserslautern

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Nabil A. Fouad, Leibniz Universität Hannover, Hannover

Prof. Dr.-Ing. habil. Runa Tabea Hellwig, TU Berlin, Berlin

Prof. Dr. rer. nat. Oliver Kornadt, RPTU Kaiserslautern-Landau, Kaiserslautern

Prof. Dr.-Ing. Philip Leistner, Universität Stuttgart, Stuttgart

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Andreas Wagner, KIT Karlsruhe

Verantwortliche Chefredakteurin Dipl.-Ing. Claudia Ozimek Tel.: +49 (0)30/47031-262, claudia.ozimek@wiley.com

Ernst & Sohn GmbH, Rotherstraße 21, D-10245 Berlin

Project Manager Sylvia Rechlin Tel.: +49 (0)30/47031-388, srechlin@wiley.com

Verantwortliche Redakteure Produkte und Objekte Sandra Berhold, Fabian Hesse Tel.: +49 (0)30/47031-121, presse@ernst-und-sohn.de, Ernst & Sohn GmbH (Adresse s. oben)

Ad Sales Manager Mareen Beu, Tel.: +49 (0)30/47031-249, mareen.beu@wiley.com

Ernst & Sohn GmbH (Adresse s. oben)

Verantwortliche i.S.d. § 7 Abs. 2, S. 3 Berliner Pressegesetz

Sonderdrucke

Verkauf: Janette Seifert, Tel.: +49 (0)30/47031-292, janette.seifert@wiley.com

Techn. Herstellung: Petra Franke, Tel.: +49 (0)30/47031-279, petra.franke@wiley.com Kunden-/Leserservice

Wiley-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn, Boschstraße 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)8001800536 (innerhalb Deutschlands) Tel.: +44 (0)1865476721 (außerhalb Deutschlands), Fax: +49 (0)6201/606184

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Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com bzw.: http://olabout.wiley.com/WileyCDA/Section/id-397205.html

Die in der Zeitschrift veröffentlichten Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, verwendbare Sprache übertragen werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk oder Fernsehsendung bleiben vorbehalten. Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder Gebrauchsnamen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden, sind nicht als frei im Sinne der Markenschutz- und Warenzeichen-Gesetze zu betrachten, auch wenn sie nicht eigens als geschützte Bezeichnungen gekennzeichnet sind.

Hinweise zu Manuskripten: www.ernst-und-sohn.de/hinweise-für-zeitschriftenautorinnen-und-zeitschriftenautoren

Aktuelle Bezugspreise

Die Zeitschrift „Bauphysik“ erscheint mit 6 Ausgaben pro Jahr. Neben „Bauphysik print“ steht „Bauphysik online“ im PDF-Format über den Online-Dienst Wiley Online Library im Abonnement zur Verfügung. Jahresabonnement print print + online

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Alle Preise sind Nettopreise. Das Abonnement gilt zunächst für ein Jahr. Es kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugsjahresendes schriftlich gekündigt werden. Das Abonnement verlängert sich um ein weiteres Bezugsjahr ohne weitere schriftliche Mitteilung. Spezielle Angebote und Probeheftanforderungen unter: www.ernst-und-sohn.de

Studentenpreise, Staffelpreise, Mitgliederpreise und Preise in anderen Währungen auf Anfrage. Die Preise sind gültig bis 31. August 2025. Irrtum und Änderungen vorbehalten.

Bei Änderung der Anschrift eines Abonnenten sendet die Post die Lieferung nach und informiert den Verlag über die neue Anschrift. Wir weisen auf das dagegen bestehende Widerspruchsrecht hin. Wenn der Bezieher nicht innerhalb von 2 Monaten widersprochen hat, wird Einverständnis mit dieser Vorgehensweise vorausgesetzt.

Bauphysik, ISSN 0171-5445, is published bimonthly. US mailing agent: SPP, PO Box 437, Emigsville, PA 17318. Periodicals postage paid at Emigsville PA.

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Satz: 3w+p GmbH Typesetting Automation Experts, Rimpar Druck: Westermann Druck Zwickau GmbH, Crimmitschauer Straße 43, D-08058 Zwickau Gedruckt auf säurefreiem Papier.

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Zum Bild

Die Verhinderung der Ausbreitung von Fassadenbränden ist ein wichtiges Element von Brandschutzvorschriften. Die meisten Normen für die Prüfung der Brandausbreitung gelten nur für vertikale Fassaden, während in der Praxis auch nichtebene und nichtvertikale Fassaden vorkommen. Der Einsatz von CFD-Simulationen kann als Lösung dienen. Mit der Modellierung des Fassadenbrandversuchs nach der ungarischen Norm MSZ 14800-6 in Fire Dynamics Simulator (FDS) bietet sich eine neue „Prüfmethode“ an, die es erlaubt, Fassadengeometrien mit unbekanntem Brandverhalten zu untersuchen. Im Beitrag werden Merkmale vorgestellt, die die Brandausbreitung von nichtebenen Fassaden beeinflussen, wie z. B. die Fassade im Bild mit nichtbrennbaren Bekleidungen (Foto: Krisztiá Sándor Oláh). (aus Oláh, K. S.; Takács, L. G. (2025) Brandausbreitungstest von mehrstöckigen Fassaden mit CFDSimulationen. Bauphysik 47, H. 2.)

Erhard Mayer, Victor Norrefeldt

Neuartige Quantifizierung und Bewertung der thermischen Behaglichkeit in Räumen mithilfe der resultierenden Stirntemperatur (Resultant Forehead Temperature, RFT)

Krisztián Sándor Oláh, Lajos Gábor Takács

Brandausbreitungstest von mehrstöckigen Fassaden mit CFD-Simulationen

Karl Deix, Daniel Hofer, Thomas Bauer Untersuchung von zementgebundenen Estrichen aus rezyklierten Gesteinskörnungen

Ingo Grollmisch Energieeffizienz verschiedener Bodenbeläge auf Fußbodenheizungen

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