Diss., Technische Wissenschaften ETH Zürich, Nr. 13848, 2000.

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Durch die Nachhaltigkeitsdiskussion unterstützt, gewinnt in der Stadt- und Raumforschung die Betrachtung der ökologischen Effekte des Bauens und Wohnens zunehmend an Bedeutung. In diesem Zusammenhang sind Kenntnisse über stofflich-energetische Aufwendungen im Rahmen der Bewirtschaftung von Wohnungsbeständen von großer Bedeutung. Ziel einer am IÖR durchgeführten Forschungsarbeit war es, stofflich-energetische Kennwerte für Gebäudetypen und Bebauungsstrukturen als Grundlage für ein vorausschauendes Stoffstrommanagement zu erarbeiten. Zur Ermittlung der entsprechenden Kennwerte wurde ein EXCEL-gestütztes Baustoff-Berechnungs-Programm (BBP) erarbeitet. Mithilfe dieses Programms ist es möglich, Baustoffmengen von Gebäuden als Gesamtgröße oder z. B. nach Materialgruppen differenziert zu berechnen sowie damit verbundene Energie- und Emissionskennwerte zu bestimmen. Für 18 repräsentative Gebäudetypen der Wohnbebauung wurden stofflich-energetische Kennwerte ermittelt und in einer Gebäudetypen-Dokumentation zusammengefasst. Neben dem Vergleich unterschiedlicher Gebäuderepräsentanten wurden Analysen und Hochrechnungen auf der Ebene von Bebauungsstrukturen durchgeführt. Diese basierten auf einer Unterteilung in neun verschiedene, voneinander abgrenzbare Stadtstrukturtypen der Wohnbebauung. Es wurde deutlich, dass Stadtstrukturen charakteristische Stoffintensitätswerte aufweisen und Orientierungswerte für die Planung abgeleitet werden können.:Einleitung.................................................................................................1 1 Umweltorientiertes Berechnungsverfahren für Gebäudetypen............ 3 1.1 Baustoff-Berechnungs-Programm......................................................4 1.1.1 Teil I – Stoffberechnungen für Bauteile...........................................5 1.1.2 Teil II – Stoffberechnungen für Baustoffgruppen............................9 1.1.3 Ableitung von Umweltkennwerten................................................12 1.1.4 Rahmenbedingungen zum Baustoff-Berechnungs-Programm.......13 1.2. Gebäudetypologie..........................................................................16 1.2.1 Sinn und Zweck von Gebäudetypologien......................................16 1.2.2 Geeignete Gebäudetypologien.....................................................17 1.2.3 Auswahl konkreter Gebäudetypen...............................................20 2 Stofflich-energetische Kennwerte unterschiedlicher Gebäudetypen – Dokumentation...........................................................25 2.1 Mehrfamilienhäuser.........................................................................28 2.1.1 Viergeschossiges Mehrfamilienhaus vor 1918 in Fachwerkbauweise – Typenvertreter IMF 1.......................................28 2.1.2 Dreigeschossiges Mehrfamilienhaus von 1870 bis 1918 in Ziegelbauweise – Typenvertreter IMZ 2............................................38 2.1.3 Viergeschossiges Mehrfamilienhaus von 1870 bis 1918 in Ziegelbauweise – Typenvertreter IMZ 3............................................48 2.1.4 Viergeschossiges Mehrfamilienhaus von 1919 bis 1945 in Ziegelbauweise – Typenvertreter IMZ 4............................................58 2.1.5 Viergeschossiges Mehrfamilienhaus nach 1945 in Ziegelbauweise – Typenvertreter IMZ 5............................................68 2.1.6 Viergeschossiges Mehrfamilienhaus von 1961 bis 1970 in Block- und Streifenbauweise – Typenvertreter IMI 1.........................78 2.1.7 Fünfgeschossiges Mehrfamilienhaus nach 1970 in Plattenbauweise – Typenvertreter IMI 2...........................................88 2.1.8 Elfgeschossiges Mehrfamilienhaus nach 1970 in Plattenbauweise – Typenvertreter IMI 3...........................................97 2.1.9 Achtzehngeschossiges Mehrfamilienhaus nach 1970 in Plattenbauweise – Typenvertreter IMI 4.........................................106 2.1.10 Dreigeschossiges Mehrfamilienhaus nach 1990 in Ziegelbauweise – Typenvertreter GWB............................................116 2.2 Einfamilienhäuser..........................................................................126 2.2.1 Eingeschossiges Einzelhaus nach 1960 mit ausgebautem Dachgeschoss – Typenvertreter E-EH 1...............................................126 2.2.2 Eingeschossiges Einzelhaus nach 1960 mit nicht nutzbarem Dachgeschoss – Typenvertreter E-EH 2...............................................135 2.2.3 Eingeschossiges Einzelhaus nach 1990 mit nicht ausgebautem Dachgeschoss – Typenvertreter E-EH 3...............................................145 2.2.4 Eingeschossiges Doppelhaus nach 1960 mit ausgebautem Dachgeschoss – Typenvertreter E-DH 1..............................................154 2.2.5 Eingeschossiges Doppelhaus nach 1960 mit ausgebautem Dachgeschoss – Typenvertreter E-DH 2..............................................164 2.2.6 Zweigeschossiges Reihenhaus nach 1960 mit nicht ausgebautem Dachgeschoss – Typenvertreter E-RH 1...............................................174 2.2.7 Zweigeschossiges Reihenhaus nach 1960 mit nicht nutzbarem Dachgeschoss – Typenvertreter E-RH 2...............................................184 2.2.8 Zweigeschossiges Reihenhaus nach 1990 mit nicht ausgebautem Dachgeschoss – Typenvertreter E-RH 3...............................................194 3 Vergleich unterschiedlicher Gebäudetypen.......................................203 3.1 Mehrfamilienhäuser.......................................................................203 3.1.1 Grundflächen und Volumen.........................................................203 3.1.2 Baustoffmengen – Stofflager und Stoffintensität........................208 3.1.3 Heizenergiebedarf......................................................................212 3.1.4 Umweltkennwerte......................................................................213 3.2 Einfamilienhäuser..........................................................................216 3.2.1 Grundflächen und Volumen.........................................................216 3.2.2 Baustoffmengen – Stofflager und Stoffintensität........................220 3.2.3 Heizenergiebedarf......................................................................224 3.2.4 Umweltkennwerte......................................................................226 3.3 Orientierungswerte und Kernaussagen.........................................228 4 Anwendung stofflich-energetischer Kennwerte auf Ebene von Bebauungsstrukturen...................................................................236 4.1 Verbindungselement Gebäudemix.................................................236 4.2 Stofflich-energetische Kennwerte für Stadtstrukturtypen der Wohnbebauung...................................................................................238 4.2.1 Stadtstrukturtypen und Gebäudemix..........................................238 4.2.2 Stoffkennwerte für Stadtstrukturtypen – Stoffintensität............242 4.2.3 Energiekennwerte für Stadtstrukturtypen – Kumulierter Energieaufwand..................................................................................249 4.2.4 Kernaussagen............................................................................254 Zusammenfassung..............................................................................259 Anhang A.............................................................................................263 Baustofftabelle....................................................................................264 Umweltkennwerte...............................................................................267 Anhang B.............................................................................................271 Rahmenbedingungen zum Baustoff-Berechnungs-Programm..............272 Literaturverzeichnis.............................................................................285 Tabellenverzeichnis.............................................................................289 Abbildungsverzeichnis.........................................................................296 Abkürzungsverzeichnis........................................................................305

Die ökologische Bewertung von Bauteilen stößt in der Praxis auf erhebliche Wissens- und Anwendungsdefizite. Die Komplexität der an Bauteile gestellten Forderungen und die unterschiedlichen Informationsinteressen von Bauherren, Planern und Produzenten erschweren die Entwicklung geeigneter Informations- und Bewertungsmodelle. Eine am IÖR durchgeführte Forschungsarbeit hat die Anwendungsmöglichkeiten der Ökobilanz als Analyse- und Bewertungsinstrument geprüft. Im Rahmen der Arbeit wurden methodische Probleme untersucht und ein Bewertungsansatz für Bauteile entwickelt. Es wird deutlich, dass die Ergebnisse der Ökobilanz für den Planer von Bedeutung sind, dass er als Entscheidungshilfe jedoch einen inhaltlich breiteren Bewertungsansatz benötigt. Es wird vorgeschlagen, die Bilanz von Bauteilen neben den für eine Ökobilanz typischen Umweltwirkungen um funktionsbezogene, technische, gesundheitsorientierte und wirtschaftliche Aspekte zu erweitern. Des Weiteren wird festgestellt, dass die Bilanzierung von Bauteilen vom methodischen Ansatz her stets eine Kombination aus Produkt- und Betriebsbilanz ist, wobei die betriebliche Bilanzierung aufgrund der langen Nutzungsdauer von Bauprodukten stärker in den Vordergrund rücken sollte.

Die ökologische Bewertung von Bauteilen stößt in der Praxis auf erhebliche Wissens- und Anwendungsdefizite. Die Komplexität der an Bauteile gestellten Forderungen und die unterschiedlichen Informationsinteressen von Bauherren, Planern und Produzenten erschweren die Entwicklung geeigneter Informations- und Bewertungsmodelle. Eine am IÖR durchgeführte Forschungsarbeit hat die Anwendungsmöglichkeiten der Ökobilanz als Analyse- und Bewertungsinstrument geprüft. Im Rahmen der Arbeit wurden methodische Probleme untersucht und ein Bewertungsansatz für Bauteile entwickelt. Es wird deutlich, dass die Ergebnisse der Ökobilanz für den Planer von Bedeutung sind, dass er als Entscheidungshilfe jedoch einen inhaltlich breiteren Bewertungsansatz benötigt. Es wird vorgeschlagen, die Bilanz von Bauteilen neben den für eine Ökobilanz typischen Umweltwirkungen um funktionsbezogene, technische, gesundheitsorientierte und wirtschaftliche Aspekte zu erweitern. Des Weiteren wird festgestellt, dass die Bilanzierung von Bauteilen vom methodischen Ansatz her stets eine Kombination aus Produkt- und Betriebsbilanz ist, wobei die betriebliche Bilanzierung aufgrund der langen Nutzungsdauer von Bauprodukten stärker in den Vordergrund rücken sollte.:Tabellenverzeichnis................................................................................VI Abbildungsverzeichnis...........................................................................VII Einleitung.................................................................................................1 A Bestimmung eines spezifischen Bilanzansatzes – methodische Untersuchungen zu Bilanzmodellen.........................................................5 1 Stoffstrombetrachtungen und Ökobilanz – Zusammenhänge...............7 1.1 Stoffstrombetrachtungen – Antwort auf das Umdenken in der Umweltpolitik...........................................................................................7 1.2 Stoffstrommanagement – Einordnung der Ökobilanz........................7 2 Unterschiedliche Bilanzmodelle im Rahmen von Stoffstrombetrachtungen – Methodendiskussion..............................................................................11 2.1 Ökobilanzen als Synonym für die Analyse und Bewertung von Stoff- und Energieflüssen......................................................................11 2.2 Unterschiedliche Bilanzmodelle im Rahmen von Stoffstrombetrachtungen.......................................................................12 2.3 Auswertung der dargestellten Modelle............................................22 3 Produkt- und Betriebs-Ökobilanzen – Detailuntersuchungen.............25 3.1 Ökobilanzen – allgemeine Definition................................................25 3.2 Produkt-Ökobilanzen nach ISO-Norm..............................................25 3.2.1 Festlegung des Zieles und des Untersuchungsrahmens..............28 3.2.2 Sachbilanz....................................................................................29 3.2.3 Wirkungsabschätzung..................................................................29 3.2.4 Auswertung..................................................................................30 3.3 Betriebs-Ökobilanzen......................................................................30 3.4 Produkt- und Betriebs-Ökobilanz im Vergleich.................................32 4 Spezifischer Bilanzansatz für Bauteile................................................34 4.1 Betrachtungsgegenstand Bauteil – Besonderheiten.......................34 4.2 Bestimmung eines spezifischen Bilanzansatzes für Bauteile...........35 B Eingrenzung eines spezifischen Bilanzrahmens – methodische Untersuchungen zu Betrachtungsinhalten und -grenzen......................39 1 Problembereiche im Rahmen der Produkt-Ökobilanz..........................41 1.1 Zieldefinition....................................................................................41 1.1.1 Funktionale Äquivalenz.................................................................42 1.1.2 Untersuchungsrahmen.................................................................45 1.2 Sachbilanz.......................................................................................52 1.2.1 Input- und Outputgrößen in der Sachbilanz..................................52 1.2.2 Methodische und datenbezogene Probleme.................................54 2 Spezifik des Bauteiles Außenwand im Kontext planerischer Interessen und Ziele.............................................................................58 2.1 Anforderungen an das Bauteil Außenwand......................................58 2.2 Anforderungen an das Bauen – gesetzliche Bestimmungen, Verordnungen und Vorschriften.............................................................59 2.3 Interessen und Ziele der Akteursgruppe Planer..............................60 2.4 Eingrenzung eines spezifischen Bilanzrahmens für das Bauteil Außenwand............................................................................................65 3 Beschreibung des spezifischen Bilanzrahmens...................................69 3.1 Lebenswegphasen..........................................................................69 3.2 Lebenswegkriterien.........................................................................71 3.2.1 Funktionale Anforderungen..........................................................72 3.2.2 Ökologische Anforderungen..........................................................75 3.2.3 Ökonomische Anforderungen........................................................77 C Bilanzbeispiel – Bauteilbewertung im Test.........................................79 1 Außenwandvergleich auf Grundlage ausgewählter Einzelkriterien.....81 1.1 Unterschiedliche Außenwandkonstruktionen – Aufbau und Mindestanforderungen..........................................................................81 1.2 Außenwandvergleich auf Grundlage unterschiedlicher Einzelkriterien ..............................................................................................................82 1.2.1 Bereich Funktion...........................................................................82 1.2.2 Bereich Gesundheit.......................................................................87 1.2.3 Bereich Stoffe/Energie..................................................................92 1.2.4 Bereich Ökonomie.........................................................................99 2 Außenwandvergleich – komplexe Bewertung...................................101 Zusammenfassung..............................................................................105 Anhang A – Spezifischer Bilanzansatz.................................................107 Anhang B – Spezifischer Bilanzrahmen................................................113 Anhang C – Bilanzbeispiel....................................................................117 Literaturverzeichnis.............................................................................123

Ziel dieser Arbeit war es, systematisch Möglichkeiten zur gezielten und qualitativen Entkopplung von Umweltauswirkungen im Rahmen der Verantwortungsaussage des SDG 12 in Bezug auf einzelne Stoffströme zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurde ein Schema zur Bewertung der Verantwortung erstellt, das sich auf die Systemgrenzen der Umwelt und die systemischen Produktionsströme einzelner Materialien konzentriert. Einzelne generische Prozesseinheiten wurden identifiziert und Umweltindikatoren, die Planetary Boundaries, ausgewählt. Das entwickelte Schema wurde dann in einer Fallstudie mit dem Beispielmaterial Aluminium auf seine Funktionalität getestet, indem das Material mit den Umweltindikatoren in jeder Prozesseinheit seiner spezifischen Produktionsroute kalibriert wurde. Dabei zeigte sich, dass die entwickelte Bewertung in der Tat eine systematische Identifizierung des Entkopplungsraums innerhalb eines Materialflusses ermöglicht und somit als funktional und übertragbar auf andere Materialflüsse und andere Dimensionen wie die soziale oder wirtschaftliche sowie die Verbrauchsdimension angesehen werden kann.:1 Introduction 2 Context of the Thesis 3 Sustainable Development Theories - The Road to Sustainable Industrial Development 4 Objectives and Structure of the Thesis 5 Development of a Responsibility Assessment Scheme 7 Aluminium as Key Material in our Society 8 The Aluminium Production System 9 Assessment Instructions 10 Case study – Aluminium Life Cycle and Planetary Boundary Matrix Calibration 11 Evaluation, Discussion of Results and Conclusion 12 Bibliography / This thesis aimed to systematically identify opportunities for targeted and qualitative environmental impact decoupling within the responsibility proposition of SDG 12 in relation to single material flows. To do this a responsibility assessment scheme was created that focused on the system boundaries environment and systemic production flows of single materials. Individual generic unit processes were identified and environmental indicators, the Planetary Boundaries, were chosen. The scheme designed was then tested in a case study for its functionality with the example material Aluminium, through calibrating the material with the environmental indicators in each unit process of its specific production route. This showed that the assessment designed indeed allowed for systematic identification of decoupling space within a material flow and can thus be considered as functional and transferrable to other material flows and other dimensions like the social or economic, as well as the consumption dimension.:1 Introduction 2 Context of the Thesis 3 Sustainable Development Theories - The Road to Sustainable Industrial Development 4 Objectives and Structure of the Thesis 5 Development of a Responsibility Assessment Scheme 7 Aluminium as Key Material in our Society 8 The Aluminium Production System 9 Assessment Instructions 10 Case study – Aluminium Life Cycle and Planetary Boundary Matrix Calibration 11 Evaluation, Discussion of Results and Conclusion 12 Bibliography