Kreislauforientiertes Gebäudedesign

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Bewertung zweier Versionen desselben Wohnhauses verdeutlicht Vorteile anpassbarer Gebäude

Um die Unterschiede zwischen den Umweltauswirkungen von konventionellen Gebäuden im Vergleich zu anpassungsfähigen, nach Kreislaufprinzipien konzipierten Strukturen abzuklären, untersuchten Forscher im Auftrag der EU-Generaldirektion Umwelt zwei äußerlich ähnliche Gebäude anhand einer Lebenszyklusanalyse und veröffentlichten das Ergebnis am 15.02.2023. In der EU stammen 37 % des gesamten Abfallaufkommens aus dem Bau und Abriss von Gebäuden. Weltweit ist der Bau und Betrieb von Gebäuden für etwa ein Drittel der Treibhausgasemissionen und des Energieverbrauchs verantwortlich1.

Baustelle mit Kränen in Berlin – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Während bei der Planung neuer europäischer Gebäude seit einiger Zeit der Schwerpunkt auf der Energieeffizienz während der Nutzungsphase liegt, hat die Quantifizierung der Auswirkungen der verschiedenen beim Bau verwendeten Materialien in den letzten zehn Jahren an Aufmerksamkeit gewonnen. So sind beispielsweise die Produktion von Beton und Stahl für besonders hohe Treibhausgasemissionen verantwortlich (neben anderen Auswirkungen), und die Sanierung bestehender Gebäude gilt als nachhaltiger als deren Abriss und Neubau.

Die Verlängerung der Nutzungsdauer von Gebäuden und die Schließung von Materialkreisläufen sind wichtige Wege, um sie kreislauffähiger zu machen, aber die meisten Gebäude in Europa sind nicht anpassungsfähig konzipiert sind; Abbruchabfälle werden normalerweise nicht wiederverwendet. Umgekehrt ermöglichen flexible Konstruktionen künftige Anpassungen – zum Beispiel bewegliche Innenwände und leicht zugängliche Installationen (Kabel, Wasser- und Heizungsrohre). Reversible Konstruktionen hingegen ermöglichen die vollständige Wiederverwendung von Bauteilen und Materialien – zum Beispiel, wenn Verbindungen mit Bolzen und Schrauben statt mit Mörtel und Kleber hergestellt werden.

Umweltnutzen von Kreislaufkonzepten bisher kaum bewertet

Der Umweltnutzen dieser Kreislaufkonzepte wurde jedoch bisher kaum bewertet. In einer neuen Studie verglichen die Forscher daher die Umweltauswirkungen von zwei Versionen desselben mehrstöckigen Wohngebäudes: eine mit einem flexiblen, reversiblen Entwurf (der in der Realität gebaut werden soll) und eine, die dasselbe Gebäude mit einem weniger flexiblen Entwurf vorsieht.

Bei dem flexiblen Entwurf basierte das vorgeschlagene Gebäude – ein achtstöckiger Block mit 122 Wohnungen – auf einem Stahlrahmen. Die Wände und Böden wurden in Modulbauweise geplant, was eine spätere Umstrukturierung des Innenraums ohne größere Bauarbeiten ermöglicht. Der Entwurf folgte auch anderen Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft wie reversiblen Installationen und der Verwendung von recycelten und erneuerbaren Materialien. Der alternative Entwurf für dasselbe Gebäude sah dagegen eine tragende Struktur aus Stahlbeton und einen Estrichboden vor. Andere Komponenten wie Fenster, Flachdächer und Fassaden waren in beiden Gebäuden gleich – der Hauptunterschied bestand in der tragenden Struktur.

Um die Auswirkungen zu vergleichen, führten die Forscher eine Ökobilanz für den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes (WBLCA) nach der ISO 14040 LCA-Methode (International Organization for Standardisation) durch, einer übergreifenden Norm, die alle Phasen der Ökobilanz umfasst – Bau, Betrieb, Instandhaltung und End-of-Life-Phase. Die Auswirkungen der Rohstoffgewinnung, der direkten Landnutzung, der Herstellung von Baumaterialien und des Transports wurden berücksichtigt. Da eines der Ziele des reversiblen Gebäudedesigns eine bessere Materialrückgewinnung am Ende des Lebenszyklus ist, wurden bei der Bewertung auch die Mengen an Abbruchabfällen ermittelt, die zurückgewonnen, recycelt und auf Deponien entsorgt werden (Materialflussanalyse), wobei von den derzeitigen Abfallbehandlungsverfahren ausgegangen wurde.

In Bezug auf die Emissionen über den gesamten Lebenszyklus zeigten beide Gebäude ähnliche Ergebnisse für einen Lebenszyklus von 60 Jahren ohne größere Renovierung: 13 (Beton) und 14,5 (flexibler Entwurf) kg CO2-Äquivalent pro Quadratmeter und Betriebsjahr. Die beiden Entwürfe zeigten auch ähnliche Gesamtauswirkungen für die meisten LCA-Kategorien, wie z. B. den Ressourcenverbrauch, mit Ausnahme der Flächennutzung, bei der der Betonentwurf den flexiblen Entwurf deutlich übertraf (aufgrund der Verwendung von Holz), und umgekehrt hatte der flexible Entwurf etwa die Hälfte der Auswirkungen in Bezug auf Deponieabfälle am Ende der Lebensdauer.

Die Forscher stellen fest, dass die Auswirkungen pro Jahr deutlich abnehmen, wenn eine längere Lebensdauer des Gebäudes berücksichtigt wird, zumal die Bauphase einen hohen Anteil an den Gesamtauswirkungen hat. Die mit der Bauphase verbundenen Treibhausgasemissionen sinken um 40 %, wenn eine Lebensdauer von 100 Jahren berücksichtigt wird. Daher kann sich ein flexibles Gebäude mit einer verlängerbaren Lebensdauer wirklich „auszahlen“, wenn die Konstruktion dazu dient, die Lebensdauer eines Gebäudes zu verlängern, oder wenn Materialien für die Verwendung in einem anderen Gebäude wiederverwendet werden – die direkte Wiederverwendung der Fundamente, der Holzdecke und der Stahlkonstruktion könnte 14 % der THG-Emissionen des Gebäudes einsparen.

Die flexible Bauweise ermöglicht in der Tat eine höhere Recyclingrate, insbesondere von Stahl. Das Downcycling von wiedergewonnenem Beton, der beim Abriss des Betongebäudes zur Verfügung stehen würde, bietet weniger Vorteile in Bezug auf die Wiederverwendung von Materialien. Die Schweizer Forscher fanden in ihrem Heimatland keinen etablierten Recyclingmarkt für Materialien wie Gips oder Mineralwolle, obwohl diese anderswo entwickelt werden und in der Schweiz entwickelt werden könnten.

Auch Zeit und Kosten sollten bei der Bewertung der Vorteile einer flexiblen Bauweise berücksichtigt werden, so die Forscher. Eine Sanierung ohne Abriss- und Nassbauarbeiten dürfte deutlich weniger Zeit in Anspruch nehmen und zu geringeren Lärm- und Partikelemissionen führen.

Die Forscher räumen ein, dass die von ihnen verwendeten Baupläne sich in einem Vorprojektstadium befanden, so dass die tatsächlichen Mengen der verwendeten Baumaterialien von den Prognosen abweichen können. Auch wurden mögliche zukünftige Technologien zur Materialrückgewinnung oder zum Energieverbrauch nicht berücksichtigt, und es wurde nur ein 100-prozentiger Austausch von Komponenten bei der Instandhaltung modelliert – daher könnten die Auswirkungen überschätzt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das hier betrachtete flexible Gebäude in der 60-Jahres-LCA vielleicht nicht sehr vorteilhaft erscheint, aber wenn man Funktionalität, Zeit und Kosten sowie eine längere Lebensdauer des Gebäudes berücksichtigt, wird die Umweltleistung eines flexiblen Gebäudes deutlich. Der größte Vorteil ist die Möglichkeit, die Gebäudefläche an künftige Bedürfnisse anzupassen, wodurch ein Abriss vermieden werden kann. Die reversible Bauweise verringert auch die Menge an gemischtem Abrissmüll, erhöht die Wiederverwendung von Materialien und erleichtert die Trennung von Komponenten.

Das Problem der Nachhaltigkeit lässt sich nach Ansicht der Forscher nicht allein durch Gebäudedesigner lösen, sondern nur durch eine sauberere Produktion, eine bessere Haltbarkeit der Komponenten und eine umfassendere Wiederverwendung und -verwertung. So sollte beispielsweise das Recycling von Gips und Mineralwolle erforscht werden, und die Wiederverwendung von wiederverwerteten Bauteilen muss etabliert werden, um die Vorteile der reversiblen Bauweise voll auszuschöpfen.

->Quellen und Fußnoten: