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Ökobilanzen mit HEROES

Vereinfachte Erfassung, ganzheitliche Betrachtung und Optimierung von Wohngebäuden.

Materialökologie Ökobilanzen und Lebenszykluskosten Publikation

Einführung

Ob sich Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauches von Gebäuden auch unter Berücksichtigung der Herstellungsenergie lohnen, ist eine Frage, mit der Planerinnen und Planer von energieeffizienten Gebäuden häufig konfrontiert werden. Im Forschungsprojekt HEROES – Häuser für Energie- und RessOurcenEffiziente Siedlungen wurde eine Methode entwickelt, mit welcher der Gebäudebetrieb und die Gebäudeerrichtung im Wohnungsneubau einander konsistent gegenübergestellt werden können.

Damit die vollständige Erfassung von Gebäuden inkl. der über den Energieausweis hinausgehenden Gebäudeteile und Haustechniksysteme in der breiten Anwendung mit möglichst geringem Aufwand möglich wird, wurde eine vereinfachte Berechnungsmethode für diese Gebäudeteile entwickelt.

Das Projekt HEROES wurde im Rahmen der Forschungsförderung Stadt der Zukunft 1. Ausschreibung durch das Österreichische Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie gefördert und durch die Forschungspartner Energieinstitut Vorarlberg (EIV) und das Österreichische Institut für Bauen und Ökologie GmbH (IBO) unter Einbindung innovativer Bauträger, Haustechnikplaner, Ingenieurbüros und Anbieter von Energieausweisprogrammen durchgeführt.

Erweiterung der Bilanzgrenze

In Österreich wird im Rahmen der ökologischen Gebäudebewertung vor allem der Oekoindex mit den Bilanzgrenzen BG0, BG1 undBG3 verwendet [IBO 2016]. Grundsätzlich sieht die OI-Berechnung eine Berücksichtigung aller Bauteile und Komponenten eines Gebäudes vor (BG6). Aufgrund des hohen Aufwandes für die Erfassung haben aber über die BG3 hinausgehende Bilanzierungen bisher keine praktische Anwendung gefunden.

Abbildung 1 zeigt den Anteil der derzeit im Rahmen der OI-Berechnung angewendeten Bilanzgrenzen (BG0, BG1 und BG3) und jene Anteile, die bisher aufgrund des hohen Aufwandes für die Erfassung in keinem gängigen Gebäudebewertungssystem erfasst werden. Werden nur die thermisch relevanten Bauteilschichten berücksichtigt (BG0), werden im Mittel 50 % des Gesamtaufwandes erfasst. Werden auch Schichten berücksichtigt, die keinen oder einen untergeordneten Einfluss auf die energetische Qualität der energieausweisrelevanten Bauteile haben (BG1), liegt der Anteil im Mittel bei 54 %. Werden zusätzlich Innenwände, Keller und Tiefgaragen berücksichtigt (BG3) steigt der Anteil des erfassten ökologischen Aufwandes am Gesamtaufwand auf im Mittel 85 %. Beim Mehrfamilienhaus MWH5, das kein innenliegendes Stiegenhaus, sondern eine außenliegende Laubengangerschließung hat, liegt der Anteil der auch in der BG3 nicht berücksichtigten Gebäudeteile sogar bei 26 % des Gesamtaufwandes.

Definition der Bezugsfläche

Um den ökologischen Aufwand für die Errichtung von Gebäuden unterschiedlicher Größe und Kubatur vergleichen zu können, wird der ökologische Aufwand eines Gebäudes nicht in absoluten Zahlen, sondern meist pro m² einer zu definierenden Bezugsfläche (BZF) angegeben. Im Leitfaden für die Berechnung des OI wird dabei unterschieden, ob auch Gebäudeteile berücksichtigt werden, die über thermisch relevante Gebäudeteile hinausgehen. Ab der BG3 gehen auch die in diesen Bilanzgrenzen berücksichtigten Nebenflächen in die BZF ein, allerdings nicht vollständig, sondern nur zu 50 %. Dadurch soll verhindert werden, dass große Nebenflächen, die mit geringerem ökologischem Aufwand errichtet werden können, die Bilanz eines Gebäudes verbessern können. Da in der im Projekt angestrebten Bilanzgrenze weitere, über die BG3 hinausgehende Gebäudeteile berücksichtigt werden sollen, wurde auch die Definition der Bezugsfläche untersucht. Diese neu definierte Bezugsfläche wird als BZFHEROES bezeichnet. Die Gewichtungsfaktoren, mit deren die Flächen der jeweiligen Gebäudeteile in der Berechnung der BZFHEROES berücksichtigt werden, orientieren sich am ökologischen Aufwand des jeweiligen Gebäudeteils in Relation zuden dem Energieausweis zugeordneten Bauteilen.

Gemeinsame Betrachtung von Betrieb und Errichtung

Insbesondere wenn die Gebäudebilanzierung über die im Energieausweis erfassten Gebäudeteile hinausgeht, scheint die Definition einer gemeinsamen Bezugsfläche für Betrieb und Errichtung unbefriedigend. Werden nur konditionierte Flächen berücksichtigt, bleiben unkonditionierte Flächen, welche sowohl einen ökologischen Aufwand als auch eine Funktion darstellen, unberücksichtigt. Wird der Betrieb auch auf unkonditionierte Flächen bezogen, so wird der Aufwand für den Betrieb auf Flächen umgelegt, die keinen Aufwand im Betrieb verursachen. Bei einer gemeinsamen Betrachtung von Betrieb und Errichtung sollten daher absolute Werte (über den gesamten Betrachtungszeitraum oder pro Jahr), und keine relativen, d.h. auf eine bestimmte Fläche bezogenen Werte herangezogen werden. Im Rahmen der Gebäudebewertung und beim Vergleich mehrerer Gebäude untereinander scheint eine getrennte Bewertung von Betrieb und Errichtung mit den jeweiligen Bezugsflächen sinnvoller. Im Folgenden ist die gemeinsame Betrachtung von Betrieb und Errichtung für das Projekt „KliNaWo“ [Martin Ploss 2017] aufbereitet. Die Rahmenbedingungen für die Erstellung einer Energiebilanz, die Errichtung, Betrieb und Ersatz von Baumaterialien nach Ablauf ihrer Nutzungsdauer umfasst, wurden für die nachstehenden Grafiken folgendermaßen definiert:

  • Betrachtungszeitraum: 100 Jahre, inkl. Materialeinsatz nach Ablauf ihrer Nutzungsdauer (Abb. 3) bzw. 30 Jahre (Abb. 4)
  • Haushaltsstrom mitbilanziert, entsprechend den Defaultwerten der österreichischen Vorgaben zur Energieausweiserstellung (Österreichisches Institut für Bautechnik 2015)
  • Betrachtete Indikatoren: Erneuerbare und nichterneuerbare Primärenergie Prozess
  • Konversionsfaktoren und Berechnungsmethode Betrieb: entsprechend den österreichischen Vorgaben zur Energieausweiserstellung [OIB 2015]
  • Berechnungsmethode Errichtung: IBO Richtwertekatalog 2017 [baubook 2017]

Die Abbildung 3 zeigt im linken Teil die Varianten mit einem Energieniveau, welches die gesetzlichen Mindestanforderungen in Vorarlberg erfüllt (BTV) und im rechten Teil die Varianten, welche den Passivhausstandard (PH) erfüllen. Es wird für diese beiden Energieniveaus deutlich, dass für jeden Wärmeerzeuger getrennt betrachtet, der Primärenergieverbrauch der Mindestanforderungen (BTV) im Durchschnitt ca. 10.000 kWh/a höher ist als der der Passivhausvarianten. Das Argument, dass z.B. eine erhöhte Wärmedämmung in der Herstellung viel mehr Energie „verbraucht“ als sie im Betrieb „einspart“, kann durch eine gemeinsame Energiebilanz für Betrieb und Errichtung für den Faktor Primärenergie daher entkräftet werden. Wird der Betrachtungszeitraum mit 30 Jahren definiert und nur die Herstellung der Baustoffe ohne Erneuerungszyklen berücksichtigt, verdoppelt sich der Anteil des Primärenergieverbrauchs bei der Errichtung im Vergleich zu einem Betrachtungszeitraum von 100 Jahren (inkl. Erneuerung der Baustoffe). Neben dem Betrachtungszeitraum können auch die anderen Rahmenbedingungen (Berücksichtigung des Haushaltsstromes, betrachteter Indikator, Konversionsfaktoren) die Ergebnisse teilweise deutlich beeinflussen.

Vereinfachte Erfassung bisher nicht berücksichtigter Gebäudeteile

Ein weiteres Projektziel war, für bisher nicht im Energieausweis erfasste Gebäudeteile und Haustechniksysteme eine vereinfachte und dadurch zeitsparende Eingabemöglichkeit zu bieten. Die Berechnungsleitfäden wurden so entwickelt, dass durch die Eingabe bereits im Planungsprozess vorhandener Gebäude- bzw. Bauteilinformationeneine abschätzende Sachbilanz auch für Haustechniksysteme und nicht im Energieausweis erfasste Gebäudeteile erstellt werden kann. Aus diesen Sach- bzw. Massebilanzen können dann die Ökobilanz-Indikatoren berechnet werden. Die Eingabegrößen der Defaultwerte sollen ergebnisrelevant sein und eine Optimierung der Gebäude unterstützen. Die Defaultwerte sollen einen Gebäudeteil eher konservativ beschreiben, d.h. wenn ein Gebäudeteil detailliert erfasst und bilanziert wird, soll das Ergebnis tendenziell ökologisch besser sein als das Ergebnis mit den Defaultwerten. Die in HEROES erarbeiteten Defaultwerte für Bauteile sind in Abbildung 2 dargestellt.

Beispiel Berechnungsleitfaden für Innenwände

Nachfolgend wird diese vereinfachte Erfassung beispielhaft für Innenwände beschrieben. In einer detaillierten Ökobilanz werden die Flächen und die Bauteilaufbauten der verschiedenen Innenwände benötigt. Für die vereinfachte Eingabe wurde ein statistischer, geometrischerZusammenhang der Innenwandflächen zur Bruttogrundfläche für Wohngebäude in Abhängigkeit vom Gebäudetyp aus der Literatur ermittelt [BKI 2015], [Uwe Nerwein 2011] und angepasst. Somit kann aus der Bruttogrundfläche die Innenwandfläche ermittelt werden. Dieser Zusammenhang ist in Tabelle 2 dargestellt. Für eine vereinfachte Berechnung von Defautwerten genügen somit nachfolgende Eingaben:

  • Bauweise [-] Auswahlmöglichkeit: Ziegelbauweise, Betonbauweise, Holzbau massiv, Holzbau leicht, Mischbauweise
  • Brutto-Grundfläche (BGF) des konditionierten Gebäudeteiles [m²].
  • Gebäudeart [-] z.B. EFH oder MFH.

Mit dieser Vorgehensweise kann der Eingabeaufwand deutlich reduziert werden. Es muss zusätzlich nur noch die Materialität angegeben werden. Die Defaultwerte der verschiedenen Komponenten, wie z.B. der Aufbau einer nichttragenden Trennwand in einem EFH (Abb. 4), wurden durch Fachexperten des HEROES-Projektes ermittelt und werden im baubook [baubook 2017] zur Verfügung gestellt. Stimmen diese Defaultaufbauten oder Flächen nicht mit der Ausführungsvariante überein, können diese manuell angepasst werden.

Literatur

[baubook. 2017] baubook: Die Datenbank für ökologisches Bauen und Sanieren. Dornbirn/Wien: Energieinstitut Vorarlberg und IBO GmbH. https://www.baubook.at/.

[BKI 2015] BKI (Hrsg.), BKI Baukosten 2015 Neubau: Statistische Kostenkennwerte für GebäudeTeil 1. Bd. 1. Stuttgart: BKI-Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern.

[IBO 2016] „OI3-Berechnungsleitfaden Version 3.1“. Österreichisches Institut für Bauen und Ökologie. https://www.baubook.at/m/Daten/Bilder/Infos/OI3_Leitfaden_V3.1 _Stand_Maerz_2 016.pdf.

[Martin Ploss 2017] Martin Ploss, Tobias Hatt, Christina Schneider, Thomas Rosskopf und MichaelBraun. „Modellvorhaben ‚KliNaWo‘ Klimagerechter Nachhaltiger Wohnbau; Zwischenbericht“. Zwischenbericht. Dornbirn: Energieinstitut Vorarlberg 2017. https://www.energieinstitut.at/wp-content/uploads/2017/05/KliNaWo-Zwischenbericht012017.pdf?x43267.

[OIB 2015] Österreichisches Institut für Bautechnik. „OIB-Richtlinie 6, 2015 – Energieeinsparungund Wärmeschutz“. Wien. 2015

[Uwe Nerwein 2011] Uwe Nerwein, „Kostenbewertungssystem: Entwicklung eines Kostenbewertungssystemsim Architektenwettbewerb im

Kontakt

Abb. 1: Verteilung des OI auf die Bilanzgrenzen BG0, BG1, BG3 und >BG3 bei den untersuchten Beispielprojekten unter der Berücksichtigung von Nutzungsdauern, ohne Haustechnik.
Tab. 1: Faktor zur Ermittlung der Bezugsfläche für verschiedene Gebäudeteile nach HEROES Methode unter Berücksichtigung von Nutzungsdauern
Abb. 2: Darstellung der in HEROES erarbeiteten
Defaultwerte für Bauteile
Abb. 3: Gestapelte Darstellung des Primärenergieverbrauches für 32 untersuchte Varianten eines Mehrfamilienhauses, Betrachtungszeitraum 100 Jahre inkl. Nutzungsdauern und inkl. Haushaltsstrom beim Betrieb.
Abb. 4: Gestapelte Darstellung des Primärenergieverbrauches für 32 untersuchte Varianten eines Mehrfamilienhauses, Betrachtungszeitraum 30 Jahre ohne Nutzungsdauern und inkl. Haushaltsstrom beim Betrieb.
Abb. 4: Defaultaufbau einer nichttragenden Innenwand in einem Einfamilienhaus
Tab. 2: Verhältnis Innenwandfläche zur Brutto-Grundfläche BGF in Abhängigkeit von der Gebäudeart und dem Anteil der Zwischenwände/Raumgrößen.