Entwicklung eines Konzepts zur Förderung der Kreislaufwirtschaft im Bauwesen

164 Pages·2011·2.09 MB·German

by  Inge Hengl

Entwicklung eines Konzepts zur Förderung der
Kreislaufwirtschaft im Bauwesen:
Materieller Gebäudepass und Design for Recycling
für das Bauwesen

Endbericht

Stanimira Markova
Helmut Rechberger

Wien, April 2011
Projektleitung:
Helmut Rechberger

Projektbearbeitung:
Stanimira Markova, Helmut Rechberger

Impressum:
Technische Universität Wien (TU Wien)
Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft,
Fachbereich Abfallwirtschaft und Ressourcenmanagement

Karlsplatz 13/226
1040 Wien
Tel.: [phone]
Fax: [phone]
Email: [email protected]; www.iwa.tuwien.ac.at
II
Kurzfassung

Um erfolgreich das Konzept eines Gebäudepasses umsetzen zu können, ist das Vorhan-
densein ausführlicher Daten über die materielle Zusammensetzung des Gebäudes unum-
gänglich. Mit der Analyse der Baumaterialien der Gegenwart und der Zukunft wird ein
Überblick über die Materialflüsse heute und in den nächsten Jahrzehnten geliefert. Die
Zeitreihen zeigen eine signifikante Veränderung der Bauweisen und der materiellen Zu-
sammensetzung im Gebäudelager, der letzten Jahre. Die größte Fraktion an Baurestmas-
sen der Zukunft wird der Betonabbruch ausmachen.

Wie aus den Experteninterviews hervorgeht ist eine Tendenz, die jedoch technologisch
noch nicht zu bewältigen ist, die dynamische Entwicklung und der Einsatz von neuen Ma-
terialien, hauptsächlich von Verbundkunststoffen. Auch wenn diese nur einen geringen
Anteil in der Gesamtmenge an verbauten Materialien darstellen, können sie den Prozess
des selektiven Abbaus wesentlich beeinträchtigen. Darüber hinaus können sie die Re-
zyklierbarkeit von anderen Materialien oder ganzen Konstruktionen stark einschränken,
falls ihr Einbau und ihre Verbindungsarten keine einfache Trennung vor Ort erlaubt.

Das Thema Rezyklierbarkeit und Kreislauffähigkeit wurde anhand der Aspekte Material-
und Energieeffizienz ausgearbeitet. So soll die Wichtigkeit der Materialkreisläufe zur Gel-
tung gebracht und eine neue Fassung der gesamten Ressourceneffizienz im Bauwesen
geboten werden: bestehend aus den zwei gleichgestellten Betrachtungspunkten – Materi-
al und Energie. Durch die analytisch hergeleiteten und an Fallbeispielen getesteten Indi-
katoren der Materialeffizienz, werden wichtige Punkte angesprochen, die bei den meisten
Systemen für eine Bewertung der Umweltauswirkungen ausgelassen werden. So wird
zum Beispiel demonstriert, dass das erzeugte anthropogene Materiallager in manchen
Fällen um das Vielfache die vorhandenen natürlichen Lagerstätten (Reserven) übersteigt.
Des Weiteren wird demonstriert welche Auswirkungen die Bauweise auf die Rezyklierbar-
keit von Materialien haben kann. Diese Ergebnisse finden später im Design for Recycling–
Maßnahmen-Katalog für das Bauwesen ihren Platz. Es wird gezeigt, welche Bedeutung
die stoffliche Rezyklierbarkeit von Materialien mittel- bis langfristig haben kann. So kön-
nen auch nachwachsende Stoffe, die aktuell im Überschuss bestehen, in den nächsten
Jahrzehnten knapp werden, wenn sie stofflich unzureichend rezykliert werden.
Mit dem ergänzenden Überblick über die Energieeffizienz, einem Thema, das durch eine
Reihe von Maßnahmen und Richtlinien im Bauwesen bereits tief verankert ist, wird das
Gesamtthema Ressourceneffizienz abgeschlossen.
Im Moment erfolgt die Planung eines Gebäudes überwiegend durch den klassischen Pla-
nungsprozess, der jedoch keine vollständige Dokumentation der materiellen Information
erlaubt, da die Informationen der einzelnen Akteure mit vertretbarem Aufwand nicht zu-
sammengeführt werden können. Effektiver wäre die Anwendung der integralen Planung,
bei der Informationen der einzelnen Ausführungseinheiten (Bauherr, Planer, Bauunter-
nehmen etc.) zusammengeführt werden und so ausreichend dokumentiert sind.
III
Die integrale Planung stellt also einen zentralen Punkt für die Anwendung eines Gebäu-
depasses dar. Aber selbst bei gewissenhafter Dokumentationen aller Beteiligten sind Un-
sicherheiten möglich. Diese ergeben sich aus den unterschiedlichen Standards in den zur
Verfügung stehenden elektronischen Tools. Das internationale Standardformat, IFC, be-
schreibt digitale Gebäudemodelle durch einzelne Objekte. Dieses Format weicht jedoch
von diversen Softwareanwendungen zur Gebäudemodellierung (BIM), wie sie von Archi-
tekten und Herstellern verwendet werden, ab. Hinzu kommt, dass sich die Darstellungs-
möglichkeiten der einzelnen BIM Anwendungen ebenfalls unterscheiden. Als Folge kann
es bei der Übertragung von Daten von einem Format ins andere zu Fehlern und somit zu
Unsicherheiten kommen. Diese Fehlerquelle könnte man allerdings durch eine Vereinheit-
lichung der Standard beheben.

Aus dem Wissen über vorhandene Konzepte der Datensammlung wurde der Gebäude-
pass abgeleitet. Dieser ermöglich eine quantitative und qualitative Analyse der eingesetz-
ten Materialien. Hierfür wird das Gebäude in mehrere Ebenen bzw. Bereiche unterteilt,
wobei jede Ebene durch die nachfolgende Ebene genauer beschrieben wird. Nachdem
das Bauwerk in Bezug auf die Bereiche, Unterbereiche und Bauelemente betrachtet wur-
de, werden die in den Bauelementen erfassten Materialien beschrieben. Auf diese Art
kann man den vollständigen Materialeinsatz erfassen.
Um mit Hilfe des Gebäudepasses eine Steigerung des Recyclings von Baustoffen zu er-
zielen, ist es jedoch notwendig, bereits beim Einbau des Baustoffes auf dessen Trennbar-
keit und Rezyklierbarkeit zu achten.

Voraussetzung für ein optimales Recycling von Baurestmassen ist die gute Trennbarkeit,
welche wiederum schon bei der Planung des Baumaterials entscheidend beeinflusst wer-
den kann. Design for Recycling-Ansätze haben eine optimierte Ressourceneffizienz bei
Produkten als Ziel. Die Betrachtung solcher Ansätze in der Elektro- und Automobilindust-
rie zeigt, dass hier bereits große Fortschritte gemacht worden sind. Es werden sowohl die
geschichtliche Entwicklung der Ansätze, als auch die Faktoren und Rahmenbedingungen,
die entscheidend dazu beigetragen haben, dass Design-for-X in diesen Industrien seinen
aktuellen Entwicklungsstand erreichte, verfolgt.
Auf diese Erkenntnisse aufbauend werden Rahmenbedingungen vorgeschlagen, so dass
die Einführung von Design for Recycling Ansätze auch in der Bauplanung gefördert wer-
den können. Des Weiteren wird ein Design-for-Recycling Maßnahmenkatalog, basierend
auf der Best Practice der Referenzindustrien, vorgeschlagen, der die Rezyklierbarkeit und
die Kreislauffähigkeit von Baumaterialien direkt in der Planungsphase fördern soll.

Zur Veranschaulichung der Bedeutung des Designs for Recycling, auch auf den Lebens-
zyklus, wurden bestimmte Indikatoren geprüft. Durch den Vergleich der Leichtbaufassade
mit einer Fassade aus Beton bzw. Ziegel wird deutlich, dass unter den getroffenen An-
nahmen und den herrschenden Rahmenbedingungen die LBF in zwei von drei Indikatoren
den herkömmlichen Systemen unterlegen ist. Selbst unter der Prämisse der Rezyklierung
IV
kann sich die LBF nicht durchsetzten. Jedoch konnten durch die detaillierte Betrachtung
einige Optimierungspotentiale identifiziert werden. Kämen diese Maßnahmen zur Anwen-
dung, würde die LBF deutlich bessere Ergebnisse liefern und könnte unter Betrachtung
mehrerer Zyklen in allen Indikatoren die niedrigsten Werte erreichen. Dies verdeutlicht
insbesondere, dass diese Betrachtungen bereits in der Planungsphase durchgeführt wer-
den müssen. Die Anwendung des Gebäudepasses kann hierbei eine entscheidende Hil-
festellung sein. Durch die gesammelte Information der konstruktiven und stofflichen Zu-
sammensetzung der Fassade bzw. des gesamten Gebäudes, lassen sich jene Indikatoren
um ein vielfaches schneller und genauer auswerten. Dadurch können im Hinblick auf die
gewählten Indikatoren bessere Lösungen entwickelt werden.

V
Projekt PILAS
Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ................................................................................................................. 1
2 Zielsetzung ............................................................................................................... 3
3 Methodik ................................................................................................................... 5
3.1 Darstellung der eingesetzten Baumaterialien .............................................. 5
3.2 Bewertung von Baumaterialien .................................................................... 5
3.3 Darstellung und Analyse des klassischen Planungsprozesses .................... 6
3.4 Design for Recycling Ansätze für die Bauplanung ....................................... 6
3.5 Erstellung des Gebäudespass-Konzeptes ................................................... 7
4 Ergebnisse: Teil A. „GEBÄUDEPASS“ ................................................................... 9
4.1 Materialverbrauch im Bauwesen für das System Österreich........................ 9
4.1.1 Klassische Baumaterialien .......................................................................... 9
4.1.2 Statistische Daten ..................................................................................... 10
4.1.3 Zeitreihen zum Verbrauch exemplarisch ausgewählter Stoffe ................... 11
4.1.3.1 Empirische Ergebnisse .......................................................................... 16
4.1.4 Neue Materialien ....................................................................................... 21
4.1.5 Verbrauchstrends und Problematik ........................................................... 24
4.1.5.1 Zeitreihen des Materialverbrauchs im Bauwesen ................................. 24
4.1.5.2 Zukunftstrends des Materialverbrauchs im Bauwesen.......................... 29
4.1.6 Liste der Baumaterialien ............................................................................ 30
4.2 Bewertungsindikatoren und Methoden für die Ressourceneffizienz
im Bauwesen ............................................................................................ 32
4.2.1 Materialeffizienz ........................................................................................ 33
4.2.1.1 Verfügbarkeit ......................................................................................... 36
4.2.1.2 Rezyklierbarkeit ..................................................................................... 37
4.2.1.3 Eigenversorgung.................................................................................... 38
4.2.1.4 Scale-Up ................................................................................................ 39
4.2.2 Energieeffizienz ......................................................................................... 42
4.2.2.1 Energieverbrauch während des Gebäudebetriebes .............................. 42
4.2.2.2 Graue Energie der Herstellung .............................................................. 45
4.2.3 Schlussfolgerungen über die Ressourceneffizienz im Bauwesen .............. 48
4.3 Darstellung des klassischen Planungsprozesses und des
Generierungsprozesses der materiellen Information im Bauwesen ........... 48
4.3.1 Begriffe und Definitionen ........................................................................... 48
4.3.2 Vergabe - Gesetzliche Grundlagen ........................................................... 49
4.3.3 Vertrag ...................................................................................................... 52
VI
4.3.3.1 Einheitspreisvertrag ............................................................................... 52
4.3.3.2 Pauschalvertrag ..................................................................................... 52
4.3.3.3 Mengengarantievertrag ......................................................................... 52
4.3.3.4 Regiepreisvertrag .................................................................................. 52
4.3.4 Die Leistungsbeschreibung ....................................................................... 53
4.3.4.1 Konstruktive Leistungsbeschreibung ..................................................... 53
4.3.4.2 Funktionale Leistungsbeschreibung ...................................................... 54
4.3.4.3 Standardisierte Leistungsbeschreibung ................................................ 54
4.3.4.4 Baubeschreibung ................................................................................... 54
4.3.5 Leistungsverzeichnis ................................................................................. 55
4.3.6 Die Akteure ............................................................................................... 55
4.3.7 Die Generierung und die Dokumentierung der materiellen
Information ................................................................................................ 58
4.3.8 Klassischer Planungsprozess .................................................................... 59
4.3.9 Integrale Planung ...................................................................................... 59
4.3.9.1 Die Zusammenarbeit ............................................................................. 60
4.3.9.2 Gleichzeitigkeit ....................................................................................... 61
4.3.9.3 Kontinuität .............................................................................................. 63
4.3.9.4 Die integrale Planung und Generierung der materiellen
Information ............................................................................................. 63
4.3.10 Industry Foundation Classes (IFC) und Building Information
Modeling (BIM) .......................................................................................... 64
4.3.10.1 Industry Foundation Classes (IFC) ........................................................ 64
4.3.10.2 Building Information Modeling (BIM) ..................................................... 65
4.3.10.3 IFC und BIM in der Praxis ..................................................................... 66
4.3.11 Analyse der Planungsprozesse und Tools als Rahmenbedingung
für die Implementierung eines materiellen Gebäudepasses ...................... 67
4.3.11.1 Klassische Planung ............................................................................... 68
4.3.11.2 Integrale Planung................................................................................... 68
4.3.11.3 IFC und BIM ........................................................................................... 69
4.4 Erstellung des Gebäudespass-Konzeptes ................................................. 69
4.4.1 Konstruktiv-funktionelle Aufteilung des Bauwerks ..................................... 69
4.4.2 Erstellung des analytischen Modells .......................................................... 70
4.4.3 Qualitative Dokumentation ........................................................................ 72
4.4.4 Quantitative Dokumentation ...................................................................... 72
4.4.5 Bestimmung der Rahmenbedingungen für die Implementierung ............... 73
4.4.5.1 Politische Rahmenbedingungen ............................................................ 73
4.4.5.2 Technische Rahmenbedingungen ......................................................... 74
4.5 Ausgewählte Fallbeispiele zur Dokumentation des Gebäudepasses ......... 74
4.5.1 Dokumentationsaufwand ........................................................................... 75
4.5.2 Ergebnisse der Erfassung der materiellen Information mit dem
Modell des Gebäudepasses ...................................................................... 75
Inhaltsverzeichnis VII
Projekt PILAS
5 Teil B: „Design für Recycling“ .............................................................................. 81
5.1 Zusammenstellung von Design for Recycling Ansätzen
verschiedener Produktionsbranchen ......................................................... 81
5.1.1 Einleitung .................................................................................................. 81
5.1.2 Design for X .............................................................................................. 81
5.1.2.1 Eco-Design ............................................................................................ 82
5.1.2.2 Design for Assembly: DFA (Design für Herstellung) ............................. 85
5.1.2.3 Design for Dissasembly: DfD (Design für Demontage) ......................... 87
5.1.2.4 Design for maintenance: DfM (Design für Wartung) ............................. 89
5.1.2.5 Design for Minimum Parts ..................................................................... 90
5.1.2.6 Design for Safety: DfS (Design für Sicherheit) ...................................... 90
5.1.2.7 Design for Recycling .............................................................................. 91
5.1.3 Best Practice: Beispiele aus der Elektronik- und der
Automobilindustrie ..................................................................................... 96
5.1.3.1 Elektronische Erzeugnisse .................................................................... 97
5.1.3.2 Die Automotive Industrie ..................................................................... 103
5.1.4 Design for X für das Bauwesen ............................................................... 112
5.1.4.1 Notwendige Rahmenbedingungen für die Implementierung von
Design for X – Ansätze im Bauwesen ................................................. 112
5.1.4.2 Katalog mit heuristischen Design for Recycling - Maßnahmen für
das Bauwesen ..................................................................................... 114
5.2 Lebenszykluskonzept: Implementierung des DFR Ansatzes
(Fallbeispiel) ............................................................................................ 116
5.2.1 Gegenüberstellung des kumulierten Energiebedarfs (KEA) und
der CO -Äquivalente ............................................................................... 118
2
5.2.2 Gegenüberstellung Relevanz des Energieinhaltes der Fassade
vs. Lebenszyklus des Gebäudes ............................................................. 121
5.2.3 Schonung der Primärressourcen und des Deponieraumes ..................... 122
5.2.4 Design for Recycling - Optimierungspotential .......................................... 123
6 Literatur ................................................................................................................ 126
7 Anhang ................................................................................................................. 134

VIII
Einleitung

1 Einleitung
Bauwerke stellen in Form von Siedlungen und Infrastrukturanlagen den wichtigsten Be-
stand an vielen wesentlichen materiellen Ressourcen (z.B. Stahl, Aluminium, Holz, Kunst-
stoffe, Kupfer) in einer Volkswirtschaft dar. Dieser Bestand wird auch weiterhin rasch an-
wachsen (+3%/a) und daher eine immer wichtigere Rolle für den Ersatz von Primärroh-
stoffen spielen.
Um die Kreislaufwirtschaft zu fördern und das Deponievolumen zu schonen, ist dieser
Bestand langfristig hinsichtlich der Nutzungsdauer und (noch wichtiger) des Recyclings
optimal zu bewirtschaften.
Mittels spezieller Indikatoren ist es möglich, die Ressourceneffizienz im Bauwesen zu be-
werten und somit auf zu erwartende Probleme in der Verfügbarkeit oder Eigenversorgung
zu reagieren.

Nachhaltigkeit im Bauwesen bedeutet unter anderem Rahmenbedingungen zu schaffen,
die es ermöglichen, Bauwerke und Siedlungen in Zukunft effektiv und planbar als Quelle
für Sekundärressourcen zu nutzen. Dies erfordert die Entwicklung von Strategien und
Verfahren für effizientes Recycling und effektive Wiederverwendung, die aber erst dann
möglich sind, wenn die Zusammensetzung von Bauwerken und Siedlungen ausreichend
bekannt ist.
Grundlage vieler Maßnahmen ist somit die Kenntnis über den Verbrauch klassischer und
neuer Materialien im Bauwesen sowie über potentielle Zukunftstrends. Es soll erreicht
werden, dass die materielle Information eines Gebäudes klar dokumentiert wird, um den
Umgang in späteren Phasen des Lebenszyklus (Abbruch) zu erleichtern und zu sichern.
Eine Möglichkeit hierfür stellt ein Gebäudepass dar, für welchen in diesem Projekt ein
Konzept erarbeitet wird.
Die Grundlage für einen Gebäudepass ist eine Analyse der Planungsprozesse. Oft schei-
tert eine lückenlose Dokumentation der materiellen Information an technischen oder politi-
schen Rahmenbedingungen. Umso mehr Akteure unabhängig voneinander an der Pla-
nung beteiligt sind, umso schwieriger wird es die notwendige Information zu generieren.
Die Beschreibung der klassischen und integralen Planung und die Darstellung bekannter
Planungstools sollen Defizite in diesem Bereich aufzeigen.

Während in anderen Industriebereichen, wie der Auto– und Elektroindustrie bereits beim
Zusammenbau auf eine gute Trennbarkeit und Wiederverwendung der Wertstoffe bzw.
Trennung der Schadstoffe geachtet wird (Design for Recycling), ist dies im Bauwesen
noch nicht der Fall. Durch die immer komplexere Bauchemie und die Entwicklung von
Verbundstoffen sind moderne Bauwerke sogar schlechter trennbar als alte Gebäude, die
noch zum Großteil aus Naturstein und Ziegel oder Beton bestehen. Um das Problemfeld
Baurestmassen in Zukunft nicht größer werden zu lassen, müssen entsprechende Maß-
nahmen entwickelt und ehestmöglich umgesetzt werden.
1
Projekt PILAS

2