Brechnungsbeispiele

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Die Methode der Ökobilanzierung bildet seit mehreren Jahren die Grundlage in Nachhaltigkeitsbewertungssystemen wie DGNB und BNB zur Bewertung der Umweltwirkungen von Gebäuden. Bisher werden Gebäudeökobilanzen lediglich als Nachweisinstrument verwendet und nicht planungsbegleitend als Optimierungstool zur Entscheidungsunterstützung. Dies liegt vor allem an dem hohen zeitlichen Aufwand der Erstellung einer Ökobilanz - speziell die Erarbeitung der hierzu notwendigen Datengrundlage. Um diesen zu verringern und so den planungsbegleitenden Einsatz von Gebäudeökobilanzen zu vereinfachen, wurde ein Konzept erarbeitet, das Ökobilanzergebnisse bereits in frühen Planungsphasen auf Basis von LCA Benchmarks und mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad ermöglicht. Hierzu wurden der Informationsstand und die jeweilige Fragestellung je Planungsphase auf Basis des Konzeptes der integralen Planung abgeleitet, eine Datenermittlung mittels Building Information Modeling (BIM) angedacht und umgesetzt. Insgesamt wurden somit vier verschiedene Detailebenen entwickelt, die ähnlich der Kostenschätzung von Gebäuden, eine Abschätzung der Umweltwirkungen in unterschiedlichen Konkretisierungsstufen ermöglichen.

Integrating LCA in concept of integral planning - accompanying LCA in early phases using Building Information Modeling (BIM)
The consideration of resource consumption and greenhouse gas relevant emissions is becoming increasingly important. The life cycle assessment method has been the basis for several years in sustainability assessment systems such as DGNB and BNB for assessing the environmental impact of buildings. So far, LCA has only been used as a verification tool and not within the planning process as an optimization tool. This is mainly due to the time required to set up a life cycle assessment. In order to reduce the expenditure of time and to facilitate accompanying building LCAs, a concept was developed which enables the use of building LCAs already in early planning phases on the basis of benchmarks and on varying degrees of detail. In addition, the level of information and the respective questions per planning phase were derived on the basis of the concept of integral planning; data gathering using Building Information Modeling (BIM) was planned and implemented. In total, four different levels of detail were developed, which, similar to the cost estimation of buildings, allow an estimation of the environmental effects in different concretization stages.

Die Ökobilanz ist eine Methode, die ganzheitlich die Umweltauswirkungen eines Produktes über dessen gesamten Lebensweg ermittelt. Bisher vorgestellte Ökobilanzen lassen den erforderlichen Detaillierungsgrad gerade bei der Beschreibung der langen Nutzungsphase von Bauprodukten vermissen, obwohl hier die größten ökologischen Optimierungs- und Reduktionspotentiale zu erwarten sind. In der vorliegenden Publikation werden schwerpunktmäßig für die Nutzungsphase am Beispiel "geneigtes Dach" die bauspezifischen Besonderheiten, die das Ergebnis einer Ökobilanz signifikant beeinflussen können, erläutert. Es werden Forderungen für zukünftige Arbeiten im Bereich Ökobilanzierung von Bauprodukten abgeleitet mit der Zielsetzung, eine Basis für vergleichbare Bilanzen zu schaffen.

Die mit der überarbeiteten Bauproduktenverordnung neu hinzu kommende Basisforderung nach nachhaltiger Nutzung der natürlichen Ressourcen muss zukünftig bei der europäisch harmonisierten Vermarktung von Bauprodukten berücksichtigt werden. Bauwerke müssen entsprechend entworfen, errichtet und rückgebaut werden. Weiterhin ist zu gewährleisten, dass das Bauwerk, seine Baustoffe und Teile nach dem Rückbau recycelt werden können, das Bauwerk dauerhaft ist und für das Bauwerk umweltfreundliche Rohstoffe und Sekundärbaustoffe verwendet werden.
In diesem normativen Kontext kommt der Ökobilanzierung von Baustoffen eine wachsende Bedeutung zu. Auch für die Nachhaltigkeitsbewertung von Gebäuden, z. B. nach dem DGNB Gütesiegel, sind qualifizierte Umweltdaten der verwendeten Baustoffe eine wichtige Eingangsgröße. Dieser Beitrag beschreibt die Ökobilanzierung von Baustoffen im Allgemeinen und von Baustahl im Speziellen.

Eco-balance of structural steel.
With the upcoming Construction Product Requirements (CPR) the new basic requirement of sustainable utilization of natural resources must also be obeyed by the harmonized European market for construction products. Buildings must be designed, constructed and dismantled accordingly. Furthermore it must be assured that the buildings, the materials and members they are made of can be recycled, that the building is durable and that only environmentally sound raw materials and products are employed.
Within this normative context eco-balancing of construction materials has a growing importance. Also for the sustainability assessment of buildings, e. g. according to the DGNB label, qualified eco-data of the employed construction materials are an important input. This paper describes the eco-balancing of construction materials in general and of structural steel in particular.

Die Betrachtung temporärer, modularer Bauwerke aus biobasierten Rohstoffen wie Holz stellt bisher für die Ökobilanzierung eine methodische Herausforderung dar. Durch die Integration probabilistischer und dynamischer Elemente konnte eine Methode entwickelt werden, die belastbare Ökobilanzergebnisse unter Berücksichtigung unsicherer Lebensende-Szenarien und verknüpfter Lebenszyklen ermöglicht. Die Methode wurde am Fallbeispiel einer temporären Leichtbauschalenkonstruktion auf Basis eines modularen Holzbausystems angewendet. Zur Analyse der potenziellen Umweltwirkungen wurde hier beispielhaft das Treibhauspotenzial (GWP - Global Warning Potential) im Rahmen einer Monte-Carlo-Analyse unter Berücksichtigung der Unsicherheiten zukünftiger Nutzung untersucht. Dabei ergeben sich klare Vorteile bei einer hohen Anzahl an Umnutzungen gegenüber einer entsprechend hohen Zahl an Neubauten. Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass die potenziellen Umweltwirkungen der Konstruktion mit einer Wahrscheinlichkeit von 87 % kleiner als 0,8 kg CO2-Äquivalente je m2 Nettogrundfläche und Jahr liegen.

Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing of end-of-life options for cascade use - Scenarios in the building physics context using the example of lightweight timber constructions
The consideration of temporary, modular buildings based on biobased materials such as wood has so far posed a methodological challenge for life cycle assessment. Based on the integration of probabilistic and dynamic elements, a method could be developed that enables reliable life cycle assessment results taking into account uncertain end-of-life scenarios and linked lifecycles. The method was applied to the case study of a temporary lightweight shell construction based on a modular timber construction system. The potential environmental impacts were analyzed using the example of GWP as part of a Monte Carlo analysis taking into account the uncertainties of future use. There are clear advantages with a high number of conversions compared to a correspondingly high number of new buildings. Furthermore, it could be shown that the potential environmental impacts of the construction are less than 0.8 kg CO2-equivalents per m2 net floor area and year with a probability of 87 %.

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Der schweizerische Gebäudepark besteht zu 83 % aus Wohngebäuden. Wohngebäude verursachen in der Schweiz rund 46 % des gesamten Energiebedarfs und 19 % der Gesamtumweltbelastung in der Schweiz [1], [16]. In Bezug auf politisch festgelegte Energieeffizienz- und Umweltschutz-Ziele stellt sich im Wohnbau vor allem die Frage, welcher Wärmeschutz und welche Art der Beheizung optimale Ergebnisse erzielen. In einer vom Bundesamt für Energie beauftragten Studie wurden die ökologisch optimalen Dämmdicken bei Wohngebäuden in der Schweiz ermittelt [10]. Um den Einfluss bestimmter verschiedener Umweltaspekte zu berücksichtigen, wurden die Indikatoren Primärenergie, Treibhauspotenzial und Umweltbelastungspunkte verwendet. Es wurde ein mathematisches Modell zur analytischen Berechnung des Optimums entwickelt. Der Einfluss verschiedener Parameter, wie zum Beispiel des Dämmstoffes, des Standortes oder des Energieträgers, wurde aufgezeigt. Die entwickelte Berechnungsmethode erlaubt eine quantitative, ökologische Analyse von Dämmstandards. Verschiedene Optimierungskriterien führen zu unterschiedlichen optimalen Dämmdicken. In vielen Fällen ist besonders der erste Bereich der Wärmedämmung - knapp 20 cm (U ≍ 0,15 W/(m²K)) - für die Minimierung der Umweltbelastung von Wohngebäuden äußerst wichtig.

Ecologically optimal insulation thicknesses for residential buildings.
The Swiss building stock consists of 83 % residential buildings. Residential buildings cause 46 % of the total energy demand and 19 % of the total environmental impact in Switzerland [1], [16]. The question then arises as to which insulation thicknesses and what types of heating systems are optimal? In a survey the optimal insulation thicknesses for residential buildings in Switzerland were calculated [10]. In order to take the influence of the focus on different environmental aspects into account, primary energy, global warming potential and environmental impact points were used as optimization criteria. A mathematical model for the analytical calculation of the optimum was developed. The influence of different parameters (e. g. the influence of the insulation material or the location or the energy carrier) was shown. The developed calculation method allows a quantitative analysis of ecological insulation standards. The three environmental indicators lead to different optimal insulation thicknesses. In many cases, particularly the first part of the thermal insulation - approximately 20 cm (equals U ≍ 0.15 W/(m²K)) - is crucial in order to minimize the environmental impact of residential buildings.

Der schweizerische Gebäudepark besteht zu 83 % aus Wohngebäuden. Wohngebäude verursachen in der Schweiz rund 46 % des gesamten Energiebedarfs und 19 % der Gesamtumweltbelastung in der Schweiz [1], [16]. In Bezug auf politisch festgelegte Energieeffizienz- und Umweltschutz-Ziele stellt sich im Wohnbau vor allem die Frage, welcher Wärmeschutz und welche Art der Beheizung optimale Ergebnisse erzielen. In einer vom Bundesamt für Energie beauftragten Studie wurden die ökologisch optimalen Dämmdicken bei Wohngebäuden in der Schweiz ermittelt [10]. Um den Einfluss bestimmter verschiedener Umweltaspekte zu berücksichtigen, wurden die Indikatoren Primärenergie, Treibhauspotenzial und Umweltbelastungspunkte verwendet. Es wurde ein mathematisches Modell zur analytischen Berechnung des Optimums entwickelt. Der Einfluss verschiedener Parameter, wie zum Beispiel des Dämmstoffes, des Standortes oder des Energieträgers, wurde aufgezeigt. Die entwickelte Berechnungsmethode erlaubt eine quantitative, ökologische Analyse von Dämmstandards. Verschiedene Optimierungskriterien führen zu unterschiedlichen optimalen Dämmdicken. In vielen Fällen ist besonders der erste Bereich der Wärmedämmung - knapp 20 cm (U ≍ 0,15 W/(m²K)) - für die Minimierung der Umweltbelastung von Wohngebäuden äußerst wichtig.

Ecologically optimal insulation thicknesses for residential buildings.
The Swiss building stock consists of 83 % residential buildings. Residential buildings cause 46 % of the total energy demand and 19 % of the total environmental impact in Switzerland [1], [16]. The question then arises as to which insulation thicknesses and what types of heating systems are optimal? In a survey the optimal insulation thicknesses for residential buildings in Switzerland were calculated [10]. In order to take the influence of the focus on different environmental aspects into account, primary energy, global warming potential and environmental impact points were used as optimization criteria. A mathematical model for the analytical calculation of the optimum was developed. The influence of different parameters (e. g. the influence of the insulation material or the location or the energy carrier) was shown. The developed calculation method allows a quantitative analysis of ecological insulation standards. The three environmental indicators lead to different optimal insulation thicknesses. In many cases, particularly the first part of the thermal insulation - approximately 20 cm (equals U ≍ 0.15 W/(m²K)) - is crucial in order to minimize the environmental impact of residential buildings.

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Diese Studie untersucht die ökologischen Nachhaltigkeitspotenziale von Eisenbahnober- und -unterbausanierungen mit Großbaumaschinen (Aushubmaschine (AHM), Schnellumbauzug (SUZ) und Gleisstopfmaschine), wozu ein ökobilanzieller Vergleich zu Sanierungen mit konventionellem Erdbau (Bagger, Planierraupe, Walze und Lkw) durchgeführt wird. Als Fallstudie wird ein Abschnitt des Projekts Lustenau-Lauterach der ÖBB herangezogen. Die Studie untersucht relevante Prozesse bis zur Fertigstellung der Sanierung, d. h. vom Rückbau bis zur Materialproduktion, dem Materialtransport bis hin zum Einbau der notwendigen Materialien. Dabei werden Unterschiede bzgl. Treibstoffverbrauch der Baumaschinen, Anteilen an der Maschinenproduktion (Verhältnis Baudauer zu Lebensdauer der Maschine), Materialrecycling, Materialtransport und Transportlogistik bzw. Schienenersatzverkehr in Abhängigkeit von notwendigen Streckensperren untersucht. Die Gegenüberstellung der Ökobilanzergebnisse zeigt für die Großbaumaschinenvariante Vorteile von bis zu 46 % an reduzierten Umweltbelastungen, obwohl die Großbaumaschinen aufgrund ihrer höheren Motorleistung einen höheren Bedarf an Treibstoff für die Herstellungsprozesse benötigen. Die Verlagerung der Materialtransporte auf die Schiene, die Vermeidung der Notwendigkeit einer Baustraße, die Möglichkeit der Materialaufbereitung in der AHM und eine Verkürzung der Streckensperre bewirken jedoch einen positiven ökologischen Effekt, welcher den Mehrverbrauch an Diesel für die Herstellungsprozesse kompensiert.

Environmental sustainability of railway superstructure and substructure refurbishments with heavy construction equipment
This study analyzes the environmental potentials of railway superstructure and substructure refurbishments with heavy construction equipment (excavating machine, track renewal train and track tamping machine), wherefore a comparative LCA to a refurbishment with conventional earthworks is carried out. The study object is a refurbishment section of a project of the ÖBB. Thereby, relevant processes until the completion of the refurbishment are examined. Differences regarding fuel consumption of the construction equipment, the shares on equipment production (ratio of construction duration to equipment lifetime), material recycling for unbound base courses, material transport, transport logistics and replacement bus services depending on necessary route closures are therefore examined in detail. The comparison of the LCA results shows advantages of up to 46 % for the heavy equipment variant, although these machines require higher fuel consumptions for construction processes due to higher engine power. However, rail-bound transports, avoiding the need of a site road, the possibility of material recycling in the excavating machine and the shortening of the route closure period cause positive environmental effects, which compensate the additional fuel consumption for the construction processes.

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit den ökologischen und ökonomischen Sachverhalten bei der Errichtung, der Instandhaltung und dem Abbruch eines Gebäudes über einen Lebenszyklus von 100 Jahren. Dazu wurden eine ökologische Bilanzierung und eine ökonomische Kalkulation unterschiedlicher Bauweisen vorgenommen. Der Gebäudeentwurf wurde in einer Massivbauweise und in einer Leichtbauweise geplant.
Es werden verschiedene Umweltindikatoren diskutiert. Einer der bedeutendsten ist das Treibhauspotenzial, welches immer stärker in den Fokus der Aufmerksamkeit rückt. Die treibhauswirksamen Gase spielen bei der Energiebilanz der Erde eine wichtige Rolle, vor allem der Beitrag zum Treibhauseffekt, der durch menschliche Aktivitäten hervorgerufen wird. Aber auch andere Indikatoren und Potenziale haben einen Anspruch auf Wahrnehmung. So unter anderem der Primärenergieeinsatz, die Wassernutzung, der Einsatz von Sekundärbrennstoffen, der abiotische Ressourcenverbrauch, das Ozonabbaupotenzial oder das Versauerungspotenzial.
Die Finanzierung spielt beim Bau eines Hauses ebenfalls eine wichtige Rolle. Wie verhalten sich hier die Gewichte zwischen einer Ausführung in Massivbau mit den vorrangigen Baustoffen Mauerwerk und Stahlbeton gegenüber einer Ausführung in Leichtbau mit den vorrangigen Baustoffen Holz und Dämmmaterial, sind häufig gestellte Fragen, mit denen die Bauherren konfrontiert sind. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde ein reales Einfamilienhaus, das in zwei Ausführungen angeboten wird, ökologisch und ökonomisch analysiert und bewertet.
Das Ergebnis der vergleichenden Analyse der beiden Bauweisen Massiv- und Leichtbau ergab einen ökologischen Vorteil für die Leichtbauweise und geringere Kosten in der Herstellung und Instandsetzung für die Massivbauweise. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass ihre Darstellung bzw. die Wahl der physikalischen Einheit Vorteile bzw. Nachteile für bestimmte Bauweisen verschaffen kann.

Ecological and economic building assessment on the basis of an example single family house.
The present work deals with ecological and economic aspects of construction, maintenance and demolition buildings during a lifetime of 100 years. Therefore a real single family home was planned and analyzed for two different types: solid construction and light weight construction.
Nowadays the global warming potential is an important factor for the ecological evaluation of a structure. For comparison, various environmental indicators are discussed, including globalwarming potential, primary energy, water footprint, secondary fuels as well as abiotic resource depletion potential, ozone depletion potential and acidification potential.
In addition the finances play an important role in the construction of a house. Construction material in solid construction mainly consists of masonry and reinforced concrete while wood and insulation are primary materials in a lightweight structure. An evaluation and comparison is given in the present work.
The comparative analysis indicates an environmental benefit for lightweight construction, and lower costs in the production and maintenance for the massive construction. The presentation of the results and the choice unit can generate advantages or disadvantages for particular construction systems.

Die massive Mauerwerksbauweise steht als Synonym für Schutz, Stabilität, Haltbarkeit und Langlebigkeit; Eigenschaften, die ein Nutzer auch heute an Gebäude stellt. Neben der Erreichung ökonomischer Ziele werden jedoch Forderungen nach der Sicherstellung der Umweltverträglichkeit von Bauwerken zunehmend wichtiger. “Nachhaltigkeit” ist das Stichwort des 21. Jahrhunderts und führt zu wesentlichen Veränderungen im Baugeschehen.
Die Geschichte zeigt, daß sich das Mauerwerk in seiner langen Geschichte den permanent wechselnden Anforderungen angepaßt und weiterentwickelt hat. Um den heutigen Anforderungen einer nachhaltigen Entwicklung im Bauwesen gerecht zu werden, sind die Nachhaltigkeitspotentiale von Mauerwerkskonstruktionen über den Lebenszyklus zu identifizieren und als Qualitätsmerkmal auszuweisen. Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit der Nachhaltigkeitsbeurteilung unterschiedlicher Bauweisen und den daraus resultierenden ökologischen und ökonomischen Potentialen von Mauerwerk.

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