Technical ReportPDF Available

INNOVATION; AS-Bau Hof GmbH: Eco+Office -Plusenergie und CO2-Neutralität

Authors:

Abstract

Das Forschungsprojekt „Eco+Office AS-Bau“ hat es zum Ziel ein lebenszyklusbasiertes treibhausgas-neutrales Plusenergiegebäude, am Fallbeispiel des Büro- und Verwaltungsgebäudes der AS-Bau Hof GmbH, zu planen und realisieren. In Kooperation zwischen dem Lehrstuhl für energieeffizientes und nachhaltiges Planen und Bauen der Technischen Universität München, der AS-Bau Hof GmbH und dem Bayerischen Bauindustrieverband werden wissenschaftliche, innovative Methoden erarbeitet und in der Praxis angewandt. Dabei werden die Themenschwerpunkte der ökologischen und ökonomischen Lebenszyklusanalyse sowie der Einfluss der Baukonstruktion auf das Lastmanagement des Gebäudes untersucht. In allen drei Themenschwerpunkten werden sowohl verschiedene Ausführungsvarianten der baukonstruktiven Elemente als auch der Elemente der technischen Gebäudeausrüstung betrachtet. Aus diesen Betrachtungen ergeben sich folglich Handlungsempfehlungen zur Realisierung des eingangs erwähnten Ziels. Die Handlungsempfehlungen fließen unmittelbar in den Planungsprozess mit ein und tragen maßgeblich zur Entscheidungsfindung bei. Die Projektergebnisse zeigen praxistaugliche und umsetzbare Strategien zur Planung und Realisierung eines lebenszyklusbasierten treibhausgas-neutralen Plusenergiegebäudes.
INNOVATION
Bayerischer Bauindustrieverband e. V.
ASBAU HOF GMBH
Eco+Oce – Plusenergie und CO-Neutralität
DER BAYERISCHE BAUINDUSTRIEVERBAND E.V.
Wirtschaftsverband
Tarifpartner
Bildungsträger
Informationen für den Bau
Der Bayerische Bauindustrieverband ist mit all seinen Leis-
tungen seinen Mitgliedern verpflichtet. Dazu gehören eine
umfassende Information und Beratung der Mitgliedsfirmen
in politischen, rechtlichen und wirtschaftlichen Fragen, die
Sicherung branchenspezifischer Aus- und Weiterbildung, die
Verhandlung von Tarifverträgen, die Schaffung einer Platt-
form zum Erfahrungsaustausch zwischen den Unternehmen
der Bauindustrie und die Förderung von Innova tionen in For-
schung und Entwicklung.
INNOVATION
Bayerischer Bauindustrieverband e. V.
ASBAU
HOF GMBH
Bauindustrie Bayern | Innovation 4
INHALT
VORWORT 5
ZUSAMMENFASSUNG 6
Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................................................... 6
EINFÜHRUNG 7
PROJEKT UND GEBÄUDEVORSTELLUNG 8
2.1. Projektidee ..................................................................................................................................... 9
2.2. Verwendete Methoden ......................................................................................................... 10
2.2.1. Lebenszyklusanalyse ................................................................................................................11
2.2.2. Lebenszykluskosten .................................................................................................................12
2.2.3. Thermische Gebäudesimulation .......................................................................................13
2.3. Datengrundlagen des
Forschungsvorhabens ............................................................................................................14
3.1. Lebenszyklusanalyse ...............................................................................................................15
3.1.1. LCA des Bestandsgebäudes ...............................................................................................15
3.1.2. Ökologische Optimierungspotentiale auf Bauteilebene ..................................... 17
3.1.3. LCA Vergleich Ersatzneubau zu
Sanierung .......................................................................................................................................21
3.1.4. Kompensation des lebenszyklusbasierten GWP und PENRT ..........................28
3.2. Lebenszykluskosten .............................................................................................................. 30
3.2.1. LCC der Wärmeerzeugungsvarianten ......................................................................... 30
3.2.2. LCC der Baukonstruktion -
Ausführungsvariante ...............................................................................................................32
3.3. Szenarien Ausführungsvariante ........................................................................................33
EINFLUSS DER BAUKONSTRUKTION
AUF DAS LASTMANAGEMENT 36
4.1. Grundlagen der thermischen Gebäudesimulationen ...........................................36
4.1.1. Untersuchte Zonen .................................................................................................................36
4.1.2. Technische Gebäudeausrüstung ..................................................................................... 37
4.1.3. Untersuchte Kenngrößen .................................................................................................... 37
4.2. Voruntersuchungen ................................................................................................................ 37
4.3. Einfluss auf den jährlichen Heiz- und Kühlenergiebedarf ...................................39
WISSENSCHAFTLICHE BEGLEITUNG
DES PLANUNGSPROZESSES 44
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 45
LITERATURVERZEICHNIS 46
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 48
TABELLENVERZEICHNIS 51
ANHANG 52
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 5
VORWORT
Der Bedarf an Wohn- und Arbeitsraum ist insbesondere in den bayerischen Städ-
ten und Metropolregionen stark wachsend. Zusammen mit dem steigenden
Bewusstsein für eine nachhaltige gesellschaftspolitische Entwicklung ergeben
sich für ein nachhaltiges Baugewerbe neue und spannende Herausforderungen.
Um diese Herausforderungen zu meistern, bedarf es einer interdisziplinären und
eng verzahnten Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Baupraxis. Aktuell
werden in der Planung von Sanierungs- und Neubauvorhaben bereits wissen-
schaftlich fundierte, innovative Methoden diskutiert und angewendet. Zentrales
Element der zukünftigen Entwicklung von Bauprojekten muss der lebenszyklus-
basierte Bewertungsansatz sein. Er beinhaltet sowohl die Untersuchung der
Lebenszykluskosten, als auch die ökologische und energetische Lebenszyklus-
analyse der Gebäude.
Durch die enge Zusammenarbeit von Wissenschaft und Baugewerbe werden pra-
xistauglich e und umsetzbare Strategien für die Realisierung der nachhaltigen Ent-
wicklung erarbeitet und deren Anwendung an konkreten Fallbeispielen präsentiert.
Bauherren, Städte und Kommunen werden für den Umgang mit dem Themen-
komplex der nachhaltigen Entwicklung sensibilisiert und erhalten zudem konkrete
Handlungsempfehlungen zu dessen Umsetzung.
Im Rahmen dieses Fors chungsprojekts erarb eitete die Kooperation z wischen dem
Lehrstuhl für energieezientes und nachhaltiges Planen und Bauen der Techni-
schen Universität München, der AS-Bau Hof GmbH und dem Bayerischen Bauin-
dustrieverband, ein Konzept zur Realisierung eines lebenszyklusbasierten treibh-
ausgas-neutralen Plusenergiegebäudes. Als konkretes Forschungsobjekt, für das
bereits im Jahr 2016 mit ersten Vorüberlegungen begonnene Forschungsprojekt,
dient das sich aktuell im Bau bendende Büro- und Verwaltungsgebäude der AS-
Bau Hof GmbH (Fertigstellung des Gebäudes im Jahr 2020).
Bauindustrie Bayern | Innovation 6
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
BNB Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen
DGNB Deutsc he Gesellschaf t für nachhaltige s Bauen
ENPB Lehrstu hl für energieez ientes und nachhalt iges Planen und Bau en
EoL End of Life
GWP Global War ming Potential
IBH Ingenieurbüro Hausladen
LCA Life Cycle A ssessment
LHR Architek turbüro Lang Hu gger Rampp
LZPH Lebenszyklusphase(n)
NGF Nettogrundfläche
PENRT nicht erneuerbare Primärenergie
TGA Technische Gebäudeausrüstung
TUM Technisch e Universität Mün chen
U-Wert Wärmedurchgangskoezient
WLG Wärmeleitgruppe
ZUSAMMENFASSUNG
Das Forschungsprojekt „Eco+Oce AS-Bau“ hat es zum Ziel ein lebenszyklusba-
siertes treibhausgas-neutrales Plusenergiegebäude, am Fallbeispiel des Büro-
und Verwaltungsgebäudes der AS-Bau Hof GmbH, zu planen und realisieren. In
Kooperation zwischen dem Lehrstuhl für energieezientes und nachhaltiges
Planen und Bauen der Technischen Universität München, der AS-Bau Hof GmbH
und dem Bayerischen Bauindustrieverband werden wissenschaftliche, innovative
Methoden erarbeitet und in der Praxis angewandt. Dabei werden die Themen-
schwerpunkte der ökologischen und ökonomischen Lebenszyklusanalyse sowie
der Einfluss der Baukonstruktion auf das Lastmanagement des Gebäudes unter-
sucht. In allen drei Themenschwerpunkten werden sowohl verschiedene Ausfüh-
rungsvarianten der baukonstruktiven Elemente als auch der Elemente der tech-
nischen Gebäudeausrüstung betrachtet. Aus diesen Betrachtungen ergeben sich
folglich Handlungsempfehlungen zur Realisierung des eingangs erwähnten Ziels.
Die Handlungsempfehlungen fließen unmittelbar in den Planungsprozess mit ein
und tragen maßgeblich zur Entscheidungsndung bei.
Die Projektergebnisse zeigen praxistaugliche und umsetzbare Strategien zur Pla-
nung und Realisierung eines lebenszyklusbasierten treibhausgas-neutralen
Plusenergiegebäudes.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 7
EINFÜHRUNG
In Bezug auf den Klimawandel und den sich daraus ergebenden Herausforderun-
gen für unsere Gesellschaft spielt die Bauindustrie weltweit, durch ihren hohen
Ressourcenverbrauch, eine wichtige Schlüsselrolle beim Klimaschutz, denn es
entfallen rund 36 % des Endenergiebedarfs und 39 % der CO-Emissionen auf
Gebäude und die Bauindustrie.
In Deutschland begegnet man dieser Herausforderung beispielsweise mit der
Energieeinsparverordnung (EnEV) (Bundesministerium für Wirtschaft und Ener-
gie, 2016). In der EnEV sind bau- und anlagentechnis che Anforderungen in Bezug
auf den energieezienten Gebäudebetrieb beschrieben. Deniert sind dabei
konkrete Anforderungen sowohl an die thermische Gebäudehülle und den ein-
zuhaltenden Wärmedurchgangskoezienten (U-Wert) als auch an den jährlichen
Primärenergiebedarf. Im Zuge der Novellierungen verschärfen sich die Anforde-
rungen stetig, was zu höheren Dämmstandards, d.h. einem erhöhten Einsatz an
Wärmedämmung führt. Dadurch sinkt zwar der Energiebedarf während der Nut-
zungsphase des Gebäudes, jedoch steigen, bedingt durch den erhöhten Materi-
aleinsatz, der Energiebedarf und die Umweltwirkungen für die Herstellung der
Materialen, deren Instandhaltung und Austausch sowie deren Entsorgung. Dieser
Energiebedarf und die daraus resultierenden Emissionen werden als „Graue Ener-
gie“ und „Graue Emissionen“ deklariert. Die Analyse und Bewertung der Grauen
Energie und Emissionen werden allerdings weder in der EnEV, noch in einer ande-
ren, baurechtlich bindenden Verordnung und Richtlinie, in Deutschland berück-
sichtigt. Um den Ressourcenverbrauch und die Klimaauswir kungen im Bauwesen
senken zu können, wird es zukünftig erforderlich sein, Gebäude lebenszyklusori-
entiert zu betrachten, zu analysieren, zu bewerten und vor allem zu optimieren.
I.
Bauindustrie Bayern | Innovation 8
PROJEKT UND
GEBÄUDEVORSTELLUNG
Abbildu ng 1: Bestands gebäude Büro- u nd Verwaltungsg ebäudes AS-B au GmbH (Hof, Bayern)
Übergeordnetes Projektziel des Forschungsprojekts „Eco+Oce AS-Bau“ ist es,
einen ganzheitlichen Ansatz zu nutzen, um ein lebenszyklusbasiertes, treibhaus-
gas-neutrales Plusenergiegebäude zu realisieren. Die Funktionen und Vorteile
von Alt- und Neubau sollen dabei optimal zusammenwirken.
Dabei wurde der Planungsprozess für die Sanierung und Erweiterung des
Bestandsbürogebäudes der Baurma AS-Bau Hof GmbH in Hof (Bayern) (AS-Bau
Hof, 2019) vom Lehrstuhl für energie ezientes und nachhaltiges Planen un d Bauen
(ENPB) (Lehrstuhl für energieezientes und nachhaltiges Planen und Bauen -
Technische Universität München, 2019) der Technischen Universität München
(TUM) aus wissenschaftlicher Perspektive begleitet. Die Bearbeitung erfolgte im
ständigen und engen Austausch mit dem Bauherrn Dr.-Ing. Thomas Dick (AS-Bau
Hof GmbH) und den Fachplanern, Architekturbüro Lang Hugger Rampp GmbH
(München) (Lang Hugger Rampp Architekturbüro, 2019), dem Ingenieurbüro
Hausladen (Kirchheim b. München) (Ingenieurbüro Hausladen, 2019), der Singer
Ingenieur Con sult GmbH, Bayreuth - Kulmbach - Zwickau - Bamberg (Sing er Inge-
nuer Consult GmbH, 2019) und dem IBL Ingenieurbüro Lenk (IBL Ingenieurbüro
Lenk, 2019). Dadurch wurde ermöglicht, dass die im Rahmen des Projektes theo-
retisch erarbeiteten Erkenntnisse und Lösungsansätze unmittelbar in die Planung
einfließen konnten, um das Ziel, ein leb enszyklusbasier tes Treibhausgas neutrales
Plusenergiegebäude zu realisieren, zu erreichen.
II.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 9
Auf Basis dieser Zieldenition wurden für das Bauvorhaben „Energetische Sanie-
rung und Erweiterung des Büro- und Verwaltungsgebäudes der AS Bau Hof
GmbH“ drei wesentliche Methoden identiziert:
Ökologische Lebenszyklusanalyse (LCA) der Baukonstruktion und Techni-
schen Gebäudeausrüstung zur Reduzierung der Grauen Energie und
Emissionen.
Untersuchung des Einflusses der Baukonstruktion auf das Lastmanagement
zur Senkung des betrieblichen Energiebedarfs.
Lebenszykluskostenanalyse (LCC) der Baukonstruktion und Technischen
Gebäudeausrüstung zur Bewertung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses der
untersuchten Varianten/Szenarien.
Abbildu ng 2: Skizze Proje ktidee des zukü nftigen Büro- u nd Verwaltungsg ebäudes AS-B au Hof GmbH
(Quelle: Lang Hugger Rampp GmbH)
2.1. PROJEKTIDEE
Das im Jahr 1977/78 errichtete Büro- und Verwaltungsgebäude der AS-Bau Hof
GmbH soll saniert und erweitert oder komplett erneuert werden (siehe Abbil-
dung 1). Dabei wird hinsichtlich des übergeordneten Projektziels unter anderem
untersucht, ob das Be standsgebäude ökologi sch sinnvoll weiterverwend et/saniert
und mit einem Erweiterungsbau verknüpft werden kann, oder ob das Bestands-
gebäude abgerissen werden und ein Ersatzneubau realisiert we rden sollte. Schon
vorhandene baukonstruktive Strukturen sollen dabei jedoch möglichst weiterver-
wendet werden (siehe Abbildung 2).
Bauindustrie Bayern | Innovation 10
Das Projekt greift aktuelle Forschungsfragen auf und setzt sie in die Praxis um.
Der Fokus liegt dabei auf der lebenszyklusbasierten Optimierung des Primärener-
giebedarfs, der Treibhausgasemissionen und deren Kompensation. Dabei spielt
nicht nur die Optimierung der Betriebsenergie bzw. deren regenerative Bereit-
stellung und ein abgestimmtes Lastmanagement eine Rolle, sondern auch die
Ezienzsteig erung bei der Herstellun g und Entsorgung der baukonstr uktiven und
technischen Komponenten des Gebäudes.
Zentraler Punkt ist also die Reduktion des Anteils an Grauer Energie und den dar-
aus resultierenden Grauen Emissionen. Mit Hilfe eines konkreten Anwendungs-
bezuges durch das Neubau/Ersatzneubau-Vorhaben der AS-Bau Hof GmbH wer-
den vergleichende Berechnungen durchgeführt sowie konkrete Potentiale
benannt und bewertet.
2.2. VERWENDETE METHODEN
Abbildu ng 3: Berücksi chtigte Lebensz yklusphasen d es Gesamtgebäud es nach DIN EN 15978 für LC A
und LCC (eigene D arstellung nac h DIN EN 15978, 2012, B ild 6)
Abbildung 3 zeigt die Lebenszyklusphasen, die in diesem Projekt innerhalb der
Ökobilanzierung (LCA) und Lebenszykluskostenanalyse (LCC) berücksichtigt
wurden. In den nachfolgenden Kapiteln werden die Methoden der LCA und LCC
näher erläutert.
INFORMATIONEN ZUR GEBÄUDEBEURTEILUNG
ANGABEN ZUM LEBENSZYKLUS DES GEBÄUDES
ERGÄNZENDE INFORMATIONEN
AUSSERHALB DES LEBENSZYKLUS
DES GEBÄUDES
A 4 - 5 B 1 - 7 C 1 - 4 D
A 1 - 3
Rohstoff
Bereitstellung
Transport
Herstellung
HERSTELLUNGSPHASE
A 1 A 2 A 3
Transport
Nutzung
Abbruch
Transport
Abfallbewirt-
schaftung
Deponierung
Wiederverwendungs-
Rückgewinnungs-
Recycling-
Potential
Inspektion, War-
tung, Reinigung
Reparatur
Austausch, Ersatz
Modernisierung
A 4 B 1 C 1 C 2 C 3 C 4B 2 B 3 B 4 B 5
ERRICHTUNGS-
PHASE NUTZUNGSPHASE ENTSORGUNGSPHASE Vorteile und Belastungen außerhalb
der Systemgrenzen
Bau / Einbau
A 5
B 6 betrieblicher Energieeinsatz
B 7 betrieblicher Wassereinsatz
Berücksichtigung bei LCA
Berücksichtigung bei LCC
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 11
2.2.1. LEBENSZYKLUSANALYSE
Ein Gebäude ist das Ergebnis aus dem Zusammenfügen verschiedens ter Bauma-
terialien (z.B. Konstruktionsvollholz und/oder Stahlbeton), unter Verwendung
verschiedenster Dienstleistungen (z.B. Transport der Materialien).
Die damit einhergehenden stolichen und energetischen Input-, Betriebs- und
Outputflüsse sowie die potentiellen Umwelteinwirkungen während des gesamten
Lebenszyklus – von der Gewinnung der Ausgangsrohstoe bis zum Recycling –
können mit Hilfe einer Lebenszyklusanalyse (engl.: Life Cycle Assessment – LCA)
bewertet werden.
Bei der parall elen Betrachtung der ökologischen und ökonomischen Qualität von
Bauprojekten ist es sinnvoll, auf bekannte und einheitliche Bauteildenitionen
zurückzu greifen. Deshalb stützt sich die Aus wertung in diesem Forschungsp rojekt
auf die in Tabelle 9 im Anhang blau markierten Kostengruppen der DIN 276:12-
2018. Im Fokus der Bilanzierungen stehen dabei nur die gebäudeb ezogenen Kos-
tengruppen der KG 320 bis 360 (Gründung, Außenwände, Innenwände, Decken,
Dach) und KG 420 (Wärmeversorgungsanlagen) sowie KG 440 (Starkstromanla-
gen, PV-Anlagen), um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit anderen Baupro-
jekten zu gewähr leisten. Dabei wird die Untersuchung auf diejenigen Kostengrup -
pen der dritten Eb ene beschränkt, die bei Bauprojekten in vergleichbarere Weise
vorkommen und in frühen Planungsphasen bekannt sind. So entfällt z.B. die Erhe-
bung für baukonstruktive Einbauten (KG 380) oder kommunikationstechnischer
Anlagen (KG 450), da dies e Kostengruppen sehr projek tspezisch und die Massen
erst kurz vor oder nach Fertigstellung des Gebäudes genau bekannt sind. Zudem
stehen zu den nicht in Betracht gezogenen Kostengruppen so gut wie keine Ver-
gleichswer te für die Bewer tung der ökolog ischen und ökonomischen Qualit ät von
Gebäuden zur Verfügung.
Der Lebensz yklus von Gebäuden wird in 17 Leb enszyklusphasen (L ZPH) unterteilt,
wie in Abbildung 3 dargestellt. Es werden derzeit aber nicht alle dieser Lebenszy-
klusphasen für Berechnungen einer Gebäude-Lebenszyklusanalyse mit einbezo-
gen, da einige dieser Phasen (v.a. Transporte, Errichtung und Abbruch) sehr pro-
jektspezisch sind (Har ter, Schneider-Marin, & Lang, 2018). Die Erfassung ist sehr
aufwendig und es liegen keine allgemeingültigen und pauschal verwendbaren
Daten für die Bilanzierung vor.
So werden die Phasen A1-A3, B4, B6, C3 und C4 erfasst (siehe blau eingefärbte
LZPH in Abbildung 3). Die Phase B4 beinhaltet für den Fall des Austauschs ein-
zelner Gebäudekomponenten, z.B. die Erneuerung des Außenputzes, die Abfall-
behandlung (C3) und Beseitigung (C4) des zu entsorgenden, alten Putzes und
die Herstellung sphase (A1-A3) des neuen Putzes. Darü ber hinaus werden mögliche
Gutschriften aus Phase D in separaten Szenarien, die explizit im Verlauf des
Berichts ausgewiesen werden, mit betrachtet. Die Lebensdauer des betrachteten
Gebäudes wird mit 50 Jahren für alle Berechnungen angenommen.
Bei der LCA wurde im Rahmen dieses Projekts grundsätzlich unterschieden zwi-
schen der wissenschaftlichen Begleitung des Planungsprozesses und der Szena-
rienbetrachtung möglicher Ausführungsvarianten.
Bauindustrie Bayern | Innovation 12
Zunächst werden Massenbilanzen und Bauteillisten zu den verbauten Baustoen
der KG 320 bis 360 und KG 420 und 440 aufgestellt. Durch die Verrechnung der
Massenaufstellung mit den material- und bauteilspezischen Ökobilanz-Daten-
sätzen .aus der Ökobaudat Datenbank (Bundesministerium für Umwelt - Natur-
schutz - Bau und Reaktorsicherheit, 2019) werden Energiebedarf und die poten-
ziellen Treibhausgasemissionen für Herstellung, Nutzung und Entsorgung bzw.
Recycling berechnet. Die Analysen konzentrieren sich auf die Indikatoren nicht
erneuerba re Primärenergie (PENRT ), gemessen in Megajoule [M J], und das Treib-
hauspotential, angegeben als Global Warming Potential (GWP), gemessen in
Kilogramm CO-Äquivalenten [kg COq.].
2.2.2. LEBENSZYKLUSKOSTEN
Analog zur LCA werden die Einzelkosten in den vers chiedenen Lebenszykluspha-
sen ermittelt, was als Lebensz ykluskostenanalyse bezeichnet wi rd (engl.: Life Cycle
Costing – LCC). Abbildung 2 zeigt dab ei, in Rot umrandet, die bei der LCC berück-
sichtigten Lebenszyklusphasen.
Die Herstellungskosten (LZPH A1-A3) für die KG 300 nach DIN 276-1:2008-12
wurden nach der Kostenberechnung des Architekturbüros LHR auf dritter Kos-
tengruppenebene berechnet. Bei Bedarf wurden diese Kostenkennwerte auf
Bauteilschichtenebene mit Hilfe der Software LEGEP (Legep-Bausoftware, 2019),
Version 2.8.674 und der darin enthaltenen SIRADOS-Baukostendatenbank (SIRA-
DOS, 2019) ergänzt. Die Kosten (Nettokosten) beziehen sich auf das vierte Quar-
tal 2018.
Die Bilanzieru ng der Lebenszykluskos ten der KG 300 in der Nutzungsphas e (LZPH
B2-B4) erfolgte nach d em Bewertungssystem N achhaltiges Bauen (BNB) für Büro-
und Verwaltungsgebäude, Kriteriensteckbrief 2.1.1 (Bundesministerium für Umwelt
- Naturschutz - Bau un d Reaktorsicherheit, 2015). Dabei wird die Bar wertmethode
mit Diskontierungszins (1,5 %) sowie der Berücks ichtigung von jährlichen Bau- und
Dienstleistungspreissteigerungen (2 %) angewendet. Berücksichtigt werden Rei-
nigungskosten für Bodenbeläge, Glasflächen, Außenwandbekleidungen, Sonnen-
schutz und Innentüren bzw. -fenster und Sanitäreinrichtungen. Die jährlichen
Kosten für Wartung und Inspektion betragen für die KG 300 0,1 % der Herstel-
lungskosten. Laufende jährliche Instandsetzungen werden pauschal mit 0,35 %
der Herstellungskosten berücksichtigt. Unregelmäßige Instandsetzungskosten,
d.h. Kosten für den Austausch von Bauteile n oder Bauteilschichten, wurden unter
Berücksichtigung der durchschnittlichen Nutzungsdauern nach BNB bauteilspe-
zisch berechnet.
Eine Berück sichtigung der Entsorgungskosten (L ZPH C1-C 4) sieht das Zertizie-
rungssystem des BNB noch nicht vor. Grund dafür sind u.a. fehlende belastbare
oder einheitliche Kostenkennwerte, die eine vergleichende Analyse möglich
machen würden . Entsorgungskosten sind regional sehr unterschiedlich und vola-
til. Daher wurden diese im Rahmen der Berechnungen ausgeklammert. Hinzu
kommt, dass es noch keine allgemeingültigen Kostenkennwerte für Gutschriften
aus Recycling oder Wieder verwendungen (Phase D) gibt. Daher wurde die Phase
D somit bei der Berechnung der LCC nicht berücksichtigt.
Die Lebenszykluskosten der Wärmeversorgungsanlagen (KG 420 und 440) wur-
den ebenfalls bilanziert. Die methodischen Grundlagen sind bei der LCC der TGA
dieselben wie bei der Berechnung der LCC der Baukonstruktion.
Die Lebenszykluskostenberechnung für die Herstellung (LZPH A1-A3) der Wär-
meversorgungsanlagen basiert auf den Kostenschätzungen durch das IBH. Die
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 13
für die Berechnung verwendeten Stromkosten (LZPH B6) basieren ebenfalls auf
den Vorgaben des BNB bzw. Recherchen nach aktuellen Strompreisen.
2.2.3. THERMISCHE GEBÄUDESIMULATION
Zur Ermittlung der Einflüsse der Baukonstruktion auf das Lastmanagement und
das Raumklima wurden für ausgewählte kritische Zonen dynamisch thermische
Gebäudesimulationen durchgeführt. Dynamische thermische Gebäudesimulati-
onen bieten im Gegensatz zu statischen Berechnungen den entscheidenden
Vorteil, dass die Einflüsse des Außenklimas, des Nutzers sowie der Steuerung und
Regelung der Anlagentechnik im Detail abgebildet werden können. Ergebnisse
können somit realität snaher und detaillierter ermittelt und dargestellt werde n. Um
valide Aussagen mit Hilfe von thermischen Gebäudesimulationen treen zu kön-
nen, bedarf es jedoch einer hinreichend genauen Ermittlung und Darstellung
relevanter Eingabeparameter. Die Qualität und die Aussagekraft der erzeugten
Ergebnisse stehen dabei in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit der
Eingabeparameter. Ein entscheidender Punkt stellt dabei das energierelevante
Nutzerverhalten dar. Da im Rahmen der Grundlagenermittlung zu diesem For-
schungsprojekt der Nutzer nicht analysiert werden konnte, basieren die folgenden
Ergebnisse auf einem standardisierten Nutzer nach DIN V 18599. Die Ergebnisse
zeigen daher grundlegende Tendenzen auf, zur Spezizierung der Ergebnisse
werden in einem weiterführenden Forschungsprojekt, in Kooperation mit der AS-
Bau GmbH, gezielte Nutzeranalysen sowie ein ausführliches Gebäudemonitoring
durchgeführt . Alle relevanten Eingabeparameter, die den Simulationen zu G runde
liegen, sind in Kapitel 4 dargestellt.
Untersucht wurden kritische Zonen. Damit sind Räume bzw. Bereiche gemeint,
welche besonders kritische Eigenschaften aufweisen: z.B. großer Fensterflächen-
anteil, hohe interne Lasten oder hohe solare Lasten, aufgrund der Orientierung.
Die Einflüsse wu rden mittels param etrischer Simulationen ermittelt. Für jede Zon e
wurde dabei die wirksame Wärmespeicherfähigkeit cwirk systematisch, d.h. von
leichter Bauweise (cwirk ≤ 50 Wh/mK) bis schwerer Bauweise (cwirk ≥ 130 Wh/mK)
variiert und eine ganzjährige Simulation durchgeführt. Berechnet wurde cwirk
gemäß DIN EN ISO 13786. Die wirksame Wärmespeicherfähigkeit ist maßgeblich
von den Schichtdicken sowie den spezischen Wärmekapazitäten c der thermi-
schen relevanten und dem Raum zugewandten Bauteilschichten abhängig.
Um eine möglichst große Bandbreite an möglichen Kombinationen von ver schie-
denen Wärmespeicherfähigkeiten zu untersuchen, wurden unter idealisierten
Annahmen die Dicke d der thermisch relevanten Schichten der Raumbegren-
zungsflächen (Außenwand, Decke und Innenwände) zwischen 0 cm und 25 cm in
2,5 cm Schrit ten variier t, d.h. für jedes Bauteil erga ben sich somit zehn unterschied-
liche Schichtdicken. Idealisiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein ver-
einfachtes Gebäudemodell verwendet wurde, bei dem konstruktive Eigenschaf-
ten (z.B. statische Eigenschaften) der Bauteile vernachlässigt wurden. Unter
Berücksichtigung der zehn unterschiedlichen Schichtdicken, und der zu untersu-
chenden Bauteile ergaben sich insgesamt 1.000 Einzelsimulationen.
Bauindustrie Bayern | Innovation 14
2.3. DATENGRUNDLAGEN DES
FORSCHUNGSVORHABENS
Ein wesentlicher Bestandteil für die im folgenden durchgeführten Analysen zur
LCA und LCC stellen die Datengrundlagen bzw. Datenbanken mit ihren Bauteil-
und Materialkennwerten dar. Tabelle 1 zeigt die verwendeten Daten, durch wen
diese erhoben wurden und für welche Berechnungsmethoden, bzw. welchen
Anwendungsfall. diese als Eingabeparameter dienen.
Generell muss berücksichtigt werden, dass zum Zeitp unkt der wissenschaf tlichen
Untersuchungen noch kein naler Planungs stand vorlag, weshalb zum Teil Annah-
men bzgl. der Eingabedaten für die Berechnung getroen wurden. Die Untersu-
chungen und Berechnungen beruhen demnach auf verschiedenen Planungsstän-
den, die von der Ausführung geringfügig abweichen können.
TABELLE 1 GRUNDLAGEN DER IM PROJEKT VERWENDETEN METHODEN
Bezeichnung Daten Erhebung durch Berechnungsmetho-
dik/Anwendungsfall
LCA de r
Baukonstruktion
Bestandsunter-
lagen
Ökobau .dat
2016-I
Durchschnittli-
che Nutzungs-
daue rn nach
BNB
TUM
LHR
DIN EN IS O
14040
DIN EN IS O
14044
DIN EN 15978
LCC der
Baukonstruktion
Kostenschätzun-
gen der KG 30 0
Kostenkenn-
werte aus L EGEP
(Stand Jul . 2017)
LHR
IBH
TUM
BNB
LCA der technischen
Gebäudeausrüstung
Ökobau .dat
2016-I
Durchschnittli-
che Nutzungs-
daue rn nach
BNB
TUM
LHR
IBH
DIN EN IS O
14040
DIN EN IS O
14044
DIN EN 15978
LCC der techni schen
Gebäudeausrüstung
Kostenschätzun-
gen KG 420 und
440
IBH Ausw ertung
aktueller
Stromkosten
LHR
IBH
BNB
statistische
Ausw ertung
Preissteigerung
Stromkosten
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 15
LEBENSZYKLUSANALYSE
Wie eingangs erwähnt, wurden zur Erreichung der Projektziele ökologische und
ökonomische Lebenszyklusbetrachtungen durchgeführt. Durch die wissenschaft-
liche Begleitung des Planungsprozesses war es möglich, die sich anpassenden
und verändernden Planungsstände und dabei aufkommende Fragestellungen zu
untersuchen, und für Bauherrn hinsichtlich der Projektziele Handlungsempfeh-
lungen zu erarb eiten. Die Ergebnisse und wesentlich en Erkenntnisse dieser Unter-
suchungen werden nachfolgend dargestellt.
3.1. LEBENSZYKLUSANALYSE
Analysier t wurden verschiedene stoliche und energetische Input- und Betriebs-
variablen und -werte sowie ökologische Outputvariablen und - werte der bereits
in Kapitel 2.2.1 beschriebenen Kostengruppen:
Ökologische Bewertung des Bestandsbaus zur Identizierung der vorhande-
nen Grauen Energie und Emissionen
Materialvergleich verschiedener Bauteilaufbauten zur Identizierung von
Optimierungspotentialen auf Bauteilebene
Szenarienvergleich auf Gebäudeebene: Ökologischer Vergleich der Baukon-
struktion der Ausführungsvarianten „Abriss mit Ersatzneubau“ und „Sanie-
rung Bestandsgebäude mit Erweiterungsbau“, inkl. Kompensation der
Umweltwirkungen durch Stromerzeugung aus PV-Anlage
Ökologischer Vergleich verschiedener Energieversorgungsvarianten für die
Ausführung Sanierung mit Erweiterungsbau
3.1.1. LCA DES BESTANDSGEBÄUDES
Bei der Berech nung der LCA des Bestandsgeb äudes wurden die baukonstruk tiven
Elemente des Gebäudes (KG 320 bis 360) berücksichtigt. Das dreigeschossige
(KG+II) Bestandsgebäude ist in Massivbauweise (Stahlbeton) errichtet.
Die Ergebnisse waren für die Berücksichtigung, bzw. Wiederverwendung schon
vorhandener Ressourcen von großer Bedeutung, da aufbauend auf diesen Ergeb-
nissen untersucht wurde, ob ein Ersatzn eubau oder eine Sanierun g des Bestands-
gebäudes plus Erweiterung lebenszyklusbasiert besser ausfällt. Die technische
Gebäudeausrüstung und die Nutzungsphase (B6) wurden dabei nicht berück-
sichtigt, da die technische Gebäudeausrüstung in jedem Fall komplett erneuert
wird und sich dadurch keine vorhandenen Ressourcen nutzen lassen werden.
Die LCA der Baukonstruktion des Bestandsgebäudes ergibt für das gesamte,
lebenszyklusbasierte GWP (über 50 Jahre) einen Wert von 310 t CO-Äq. Den
größten Anteil an den Gesamtemissionen hat die Herstellungsphase hat die Her-
stellungsphase (A1-A3) mit rund 61 % an den Gesamtemissionen (siehe Abbil-
dung 4). Zudem fällt der Austausch (B 4) mit rund 30 % ebenfalls stark ins Gewicht.
Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Lebenszyklusphase B4 sehr
stark von den denierten Austauschzyklen, bzw. Lebensdauern der einzelnen
Materialen/Gebäudekomponenten abhängt. Hierbei wurden statistisch erhobene,
durchschnittliche Nutzungsdauern angenommen. Die Entsorgungsphasen (C3
- Abfallbewirtschaftung und C4 - Deponierung) sind für insgesamt 9 % des GWP
verantwortlich.
III.
Bauindustrie Bayern | Innovation 16
Zum besseren Verständnis der Menge an GWP (310 t CO-Äq.), erfolgt weiterfüh-
rend die Umrechnung des GWP in Personenkilometer, die per Flugzeug zurück-
gelegt werden könnten, bis die gleiche Menge an Treibhausgasemissionen aus-
gestoßen wäre. Zude m erfolgt die Umrechnung in ein e gewisse Anzahl an Bäum en,
die zur Kompensation des GWP benötigt werden würde.
Der Wert von 310 t CO-Äq. entspricht somit z.B. rund 1,5 Mio. zurückgelegten
Personenkil ometern per Flugzeug (Umwelt Bundes amt, 2018). Eine Fichte entzieht
der Atmosphäre im Jahr rund 10 kg CO und bindet den Kohlensto (C) im Holz-
körper. Um den Ausstoß von 310 t CO-Äq. auszugleichen, müssten somit rund
620 ausgewachsene Fichten über 50 Jahre hinweg Kohlensto binden, um diese
Menge an CO  zu ltern und den Kohlensto zu binde n (Plant-for-the-Planet Foun-
dation, 2019).
GWP [kg CO2-Äq.]
61 %
30 %
4 % 5 %
Gesamt A1-A3 (Herstellungsphase)
Gesamt B4 (Austausch)
Gesamt C3 (Abfallbewirtschaftung)
Gesamt C4 (Deponierung)
Abbildu ng 4: Lebensz yklusbasier tes GWP des bisheri gen Bestands gebäudes (KG 300) n ach Lebenszy -
klusphasen
In Bezug auf die lebenszyklusbasierte nicht erneuerbare Primärenergie (PENRT)
ergibt sich ein Gesamtwert von 3,9 Mio. MJ, od er 1,1 Mio. kWh. Dabei macht eben-
falls die Herstellungsphase (A1-A3) mit 59 % den größten Anteil aus. Der zweit-
größte Anteil entfällt auf die Austausch-Phase (B4) mit 40 %. Die Entsorgungs-
phasen (C3 - Abfallbewirtschaftung und C4 - Deponierung) sind lediglich für
insgesamt 1 % der PENRT verantwortlich (siehe Abbildung 5).
Die Umrechnung des Gesamtwertes an PENRT (3,9 Mio. MJ, oder 1,1 Mio. kWh)
erfolgt weiterführend in eine Anzahl an Jahren, in denen ein durchschnittlicher
deutscher Haushalt mit Strom versorgt werden könnte und eine Anzahl an Kilo-
meter, die ein E-Auto mit der genannten Menge an Strom zurücklegen könnte.
Mit dem Gesamt wert an Energie könnte ein durchschnit tlicher deutscher Hausha lt,
mit einem Stromverbrauch von 4.000 kWh p ro Jahr, 273 Jahre mit Strom versorgt
werden. Ein E-Auto, mit einem durchschnittlichen Verbrauch von 183 Wh/km
könnte mit dieser Menge a n Energie rund 6 Mio. Kilometer zurü cklegen. Das wären
ca. 149 Weltumrundungen am Äquator (Fetene, Kaplan, Mabit, Jensen, & Prato,
2017).
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 17
59 %
40 %
0,5 % 0,6 %
PENRT [MJ]
Gesamt A1-A3 (Herstellungsphase)
Gesamt B4 (Austausch)
Gesamt C3 (Abfallbewirtschaftung)
Gesamt C4 (Deponierung)
Abbildung 5: Lebenszyklusbasierte PENRT des Bestandsgebäudes (KG 300) nach Lebenszykluspha-
sen
Anhand dieser Ergebnisse kann die allgemeine D ringlichkeit zur Realisierung res-
sourcenschonender Gebäude verdeutlicht werden. Die in den frühen Planungs-
phasen durchgeführte Lebenszyklusanalyse des Bestandsgebäudes unterstütze
die Entscheidun g den Komplettabriss zu ver werfen und eine Sanierung mit Er wei-
terungsbau anzudenken.
Durch die Nutzung der bereits vorhandenen Ressourcen, hauptsächlich der Bau-
konstruktion des Bestandsgebäudes, werden zum einen nicht-erneuerbare Res-
sourcen nicht weiter erschöpft (z.B. kein zusätzlicher Verbrauch an Beton als Pri-
märmaterial) und zum anderen wird keine zusätzliche Graue Energien benötigt
und Emissionen in die Umwelt entlassen. Denn dadurch, dass die bestehende
Baukonstruktion noch weiter genutzt wird, entfällt dessen Entsorgung und somit
auch die Herstellung des neuen Materials, das für den Ersatzneubau benötigt
worden wäre.
3.1.2. ÖKOLOGISCHE OPTIMIERUNGSPOTENTIALE
AUF BAUTEILEBENE
Um auf Bauteilebene eine Ausführung mit möglichst wenig Umweltauswirkungen
realisieren zu können, wurden dreizehn verschiedene Bauteil- bzw. Materialver-
gleiche bilanziert:
V1: Dämmstovergleich bei nichttragenden Trennwänden (Innen)
V2: Vergleich der Perimeterdämmung: Aufbauten mit gleichen U-Werten
V3: Vergleich der Außenwanddämmung der Stb.-Bestandswände: Aufbauten
mit gleichen U-Werten
V4: Vergleich Trennwände mit F90 Brandschutzanforderung: Beplankung vs.
nichtbrennbarer Dämmsto
V5: Vergleich Außenwa nd im Neubau: Holzmassiv vs . Holztafelelemente vs. Stahl-
beton
V6: Beplankungsvergleich Innenwand: GK-Bauplatten vs. Lehmbauplatte vs.
Strohbauplatten
V7: Vergleich Pfosten-Riegel-Fassade: Aluminiumrahmenprole vs. Holzrahmen
mit Aludeckschale
V8: Vergleich Wandverkleidung innen: Sichtbeton vs. Spachtelung mit Anstrich
Bauindustrie Bayern | Innovation 18
V9: Wandfarbenvergleich: scheuerfeste Farbe vs. Dispersionsfarbe vs. Silikat-
farbe
V10: Fußbodenvergleich: Fliesen vs. Teppich vs. Parkett vs. Sichtestrich (Terrazzo)
vs. Betonstein vs. Naturstein vs. Linoleum vs. Versiegelung
V11: Materialvergleich Trennlagen: PE-Folie vs. Kraftpapier
V12: Vergleich Wandbekleidung: Fliesen vs. Putz mit abwaschbarem Anstrich
V13: Innenputzvergleich: Kalkgipsputz vs. Gipsputz vs. Kalkputz
Nachfolgend werden d ie Varianten V5 und V12 näher e rläutert, da diese Vergleiche
Auswirkungen auf die nale Ausführung hatten.
V5: Vergleich Außenwand im Neubau: Holzmassiv vs. Holztafelelemente vs.
Stahlbeton
Für den Anbau wurde ein Vergleich von möglichen Außenwandkonstruktionen
durchgeführ t. Verglichen wurden dab ei eine massive Holzwand , eine Holztafelbau-
Wand sowie eine Stahlbetonwand.
VERGLEICH AUSSENWAND IM NEUBAU:
HOLZMASSIV VS. HOLZTAFELELEMENTE VS. STAHLBETON
GWP
Herstellung (A1-A3) Austausch und Ersatz (B4) Entsorgung (C3/C4)
Dämmung Holz Stahlbeton
Platte/Putz/Farbe
-100
-50
0
50
100
150
200
LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht
Holz massiv Holz-Tafel Stahlbeton
kg CO
-Äq./m Bauteil
Abbildu ng 6: GWP der Bauteil aufbauten des Bau teilvergleichs V5 – s trukturier t nach Lebensz ykluspha-
sen und Materialien (eigene Darstellung)
In Abbildung 6 sind di e Ergebnisse hinsi chtlich des GWP über einen Le benszyklus
von 50 Jahren hinweg dargestellt, wobei die Holzkonstruktionen geringe GWPs
bedingen als die Stahlbetonkonstruktion (-29 %). Jede Außenwand ist mit einer
Holzfaserdämmung versehen und besitzt den gleichen U-Wert von ca. 0,135 W/
mK. Da Holz bessere Wärmeleitfähigkeiten aufweist als der Stahlbeton, sind ins-
gesamt geringere Dämmdicken erforderlich. Betrachtet man die Balken der Holz-
konstruktionen, so erkennt man die Gutschriften während der Herstellungsphase.
Diese spiegeln das in Holz gebundene CO2-Äq. in Form von Kohlensto wider.
Die energieintensive Herstellung des Stahlbetons ist dagegen mit CO2-Emissio-
nen verbunden. Am Ende des Lebenszyklus wird beim Holz eine energetische
Verwertung angenommen und der gebundene Kohlensto wird wieder freigesetzt.
Im Falle der Holzkonstruktionen kann das im Herstellungsprozess (A1-A3) bzw.
Wachstumsprozess des Holzes gebun dene Treibhausgaspotential (GWP) von den
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 19
aus der Nutzun gsphase (B4) und Entsorgungsph ase (C3/C4) resultierend en Emis-
sionen subtrahiert werden. Daraus ergeben sich die Mengen an GWP, die über
den Lebensz yklus der betrachteten Holzkonstruk tionen hinweg in die Atmosphäre
entlassen werden – jeweils rechter Balken in Abbildung 6.
Auf den ersten Blick zeigt sich beim Vergleich der PENRT ein anderes Bild (siehe
Abbildung 7). Energetisch scheint hier Stahlbetonaußenwand am günstigsten zu
sein. Das liegt unter anderem daran, dass die energetischen Gutschriften, die sich
aus der thermischen Verwertung von Holz am Ende des Lebenszyklus ergeben
nicht in der Bilanz der PENRT verrechnet werden. Denn da Holz ein nachwach-
sender Rohsto ist, fallen die Gutschriften unter die Bilanz der erneuerbaren Pri-
märenergie, die hier nicht mit abgebildet wird. Würde man zudem die Phase D
berücksichtigen (vgl. Abbildung 3), wären die energetischen Vorteile der Holzkon-
struktionen klar erkennbar: unter Berücksichtigung der in dieser Phase anfallenden
Gutschrif ten für PENRT würde die massive Holzaußenwa nd eine PENRT von 450,9
MJ/m, die Holztafelwand eine PENRT von 718,5 MJ/m und die Stahlbetonwand
ein PENRT von 1121,3 MJ/m Bauteil besitzen.
-100
100
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht
Holz massiv Holz-Tafel Stahlbeton
lietuaB ²m/JM
VERGLEICH AUSSENWAND IM NEUBAU:
HOLZMASSIV VS. HOLZTAFELELEMENTE VS. STAHLBETON
PENRT
Herstellung (A1-A3) Austausch und Ersatz (B4) Entsorgung (C3/C4)
Dämmung Holz Stahlbeton
Platte/Putz/Farbe
Abbildu ng 7: PENRT der Bauteil aufbauten des Bau teilvergleichs V5 – s trukturier t nach Lebensz yklus-
phasen und Materialien (eigene Darstellung)
Auf den ersten Blick zeigt sich beim Vergleich der PENRT ein anderes Bild (siehe
Abbildung 7). Energetisch scheint hier Stahlbetonaußenwand am günstigsten zu
sein. Das liegt unter anderem daran, dass die energetischen Gutschriften, die sich
aus der thermischen Verwertung von Holz am Ende des Lebenszyklus ergeben
nicht in der Bilanz der PENRT verrechnet werden. Denn da Holz ein nachwach-
sender Rohsto ist, fallen die Gutschriften unter die Bilanz der erneuerbaren Pri-
märenergie, die hier nicht mit abgebildet wird. Würde man zudem die Phase D
berücksichtigen (vgl. Abbildung 3), wären die energetischen Vorteile der Holzkon-
struktionen klar erkennbar: unter Berücksichtigung der in dieser Phase anfallenden
Gutschrif ten für PENRT würde die massive Holzaußenwa nd eine PENRT von 450,9
MJ/m, die Holztafelwand eine PENRT von 718,5 MJ/m und die Stahlbetonwand
ein PENRT von 1121,3 MJ/m Bauteil besitzen.
Bauindustrie Bayern | Innovation 20
Ferner ist hinsichtlich der Rohstokritikalität nochmals zu erwähnen, dass Holz im
Gegensatz zum Stahlbeton ein nachwachsender Rohsto ist. Des Weiteren ist
bezüglich des GWPs der positive Beitrag zur Problemlösung des Klimawandels
hervor zuheben. Der Bauherr hat sich letztlich für die Holzmassivbauweise im OG
des Neubaus entschieden.
Der Bauherr hat sich letztlich für die Holzmassivbauweise im OG des Neubaus
entschieden.
V12: Vergleich Wandbekleidung: Fliesen vs. Putz mit abwaschbarem Anstrich
VERGLEICH WANDBEKLEIDUNG: FLIESEN VS. PUTZ MIT ABWASCHBAREM ANSTRICH
GWP
Herstellung (A1-A3) Austausch und Ersatz (B4) Entsorgung (C3/C4)
Fliesen/Anstrich Kleber/Putz
Steinzeugfliesen glasiert Steinzeugfliesen unglasiert Putz mit abwaschb. Anstrich
kg CO2-Äq./m² Bauteil
0
5
10
15
20
25
LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht
Abbildu ng 8: GWP der Bauteil aufbauten des Bau teilvergleichs V 12 – strukturie rt nach Lebens zyklus-
phasen und Materialien
Beim Vergleich der Wandbekleidungen wurden verschiedene Varianten, Stein-
zeugfliesen glasiert und unglasiert sowie Put z mit abwaschbarem Anstrich, berech-
net und analysiert. Der Wandaufbau besteht aus 7 mm starken Fliesen und 8 mm
starkem Fliesenkleber, wobei dabei die Fliesenfugen ebenfalls berücksichtigt
wurden. Der Putz ist ein Kalkputz mit 10 mm Stärke, der einen Anstrich von 1 mm
scheuerfester Dispersionsfarbe erhält. Unter diesen Voraussetzungen zeigt sich
die Relevanz der Lebenszyklusbetrachtung deutlich: Betrachtet man nur die Her-
stellungsphasen (A1-A3) so zeigt sich, dass der Putz mit Anstrich, ein um ca. 14 %
geringeres GWP aufweist (7,8 kg CO-Äq.) als die Steinzeugfliesen unglasiert mit
9,1 kg CO-Äq. Bezieht man zusätzlich die Nutzungsphase (B4) mit ein, so ändern
sich die Gesamtergeb nisse deutlich. Grund hier für ist eine dreimalige Erneuerung
des Anstrichs (alle 15 Jahre), wohingegen bei den Fliesen erst durchschnittlich
nach höchstens 40 Jahren der Fliesenkleber erneuert werden muss (siehe Abbil-
dung 8).
Auch bei der PENRT zeigt sich de r Vorteil der Fliesen deutlich (siehe Abbildung 9).
Dies bleibt allerdin gs nur so, wenn die Fliesen innerhalb einer Nutzungsdauer von
50 Jahren nicht ausgeta uscht werden. Ein Austausch des Fli esenklebers (z.B. Ne u-
verfugung) ist in der Berechnung mitberücksichtigt.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 21
VERGLEICH WANDBEKLEIDUNG: FLIESEN VS. PUTZ MIT ABWASCHBAREM ANSTRICH
PENRT
Herstellung (A1-A3) Austausch und Ersatz (B4) Entsorgung (C3/C4)
Fliesen/Anstrich Kleber/Putz
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht LZPH Bauteilschicht
Steinzeugfliesen glasiert Steinzeugfliesen unglasiert Putz mit abwaschb. Anstrich
MJ/m² Bauteil
Abbildu ng 9: PENRT der Baute ilaufbauten des B auteilvergleichs V 12 – strukturi ert nach Leben szyklus-
phasen und Materialien
Sollen oder m üssen während der 50 Jahre die Flies en öfter als einmal ausgetauscht
werden, müsste überlegt werden, ob ein Anstrich energetisch nicht die geringeren
Auswirkungen hätte. Das für die Fliesen-Varianten anfallende GWP wäre somit
schon im Falle eines einmaligen Austausches höher als für die Putz-Variante. Der
nicht erneuerbare Primärenergiebedarf wäre dann, im Vergleich der drei Varianten,
nahezu gleich auf.
Im Falle der Variante V12 hat der Bauhe rr sich letztendlich für die Fliesen entschie-
den.
3.1.3. LCA VERGLEICH ERSATZNEUBAU ZU
SANIERUNG
Beim Vergleich der LCA zwischen Ersatzneubau und Sanierung mit Erweiterung
wurden verschiedene Varianten untersucht. Als Referenz fungiert das Bestands-
gebäude (vgl. Kapitel 3.1.1) mit einer NGF von 615 m. Beim Ersatzneubau wird
davon ausgegangen, dass das Bestandsgebäude abgerissen wird und ein Ersatz-
neubau entsteht (NGFneu von 1183 m). Ferner wird der Fall der Sanierung unter-
sucht. Das Besta ndsgebäude (NGF von 615 m) bleibt erhalten und e in zusätzlicher
Anbau (NGF von 568 m) wird errichtet.
Der Vergleich der Gesamtergebnisse (exklusive TGA und Phase B6) für das abso-
lute GWP und PENRT der verschiedenen Lebensz yklusanalysen in Tabelle 2 zeigt
deutliche Unterschiede zwischen den drei Berechnungen auf. Dabei weist das
Bestandsgebäude die niedrigsten Werte für das gesamte GWP und die PENRT
auf. Das liegt daran, dass sich die NGF bei der Ausführungsvarianten Sanierung
mit Erweiterungsbau und dem Ersatzneubau um 92 % erhöht.
Werden die absoluten Werte für das GW P und PENRT durch die Quadratmeteran-
zahl der NGF geteilt, ergibt sich ein spezischer Wert für das GWP und PENRT.
Beim Vergleich der Werte für die verschiedenen Varianten wird deutlich, dass
sowohl beim GWP als auch bei der PENRT die Variante Sanierung mit Erweite-
rungsbau ökologisch am besten ist - trotz umfangreicher baulicher Maßnahmen
und erhöhtem Einsatz an Dämmmaterialien.
Bauindustrie Bayern | Innovation 22
Gegenüber der Variante Ersatzneubau spart man sich 16,8 % beim GWP und 11,1 %
bei der PENRT ein. Im Vergleich zum Bestandsgebäude verringert sich bei der
Sanierung svariante das GWP um 1,8 % je mNGF und Jahr und die PENRT um 5 ,6 %.
Grund dafür ist die Weiterverwendung der vorhandenen baulichen Ressourcen
der Baukonstruktion des Bestandsgebäudes. Es fällt somit kein GWP und keine
PENRT für die Entsorgung der baulichen Ressourcen des Bestandsgebäudes an.
Insgesamt werden bei der Sanierung mit Erweiterungsbau deutlich weniger neue
Gebäudematerialien benötigt als beim Ersatzneubau, was sich auch bilanziell nie-
derschlägt. Zudem ist zu berücksichtigen, das s durch die energetische Sanierung
des Bestandsgebäudes der betriebliche Energieeinsatz (LZPH B6) wesentlich
gesenkt wird.
Die treibenden Kostengruppen/Bauteile, in Bezug auf das GWP je mNGFa, sind
die Hinterfüllung mit Magerbeton (KG 321 - Anteil beim Erweiterun gsbau: 0,53 kg
CO-Äq. / mNGFa) und die Gründung (KG 322 - 12 ,1 % des gesamten GWP des Er wei-
terungsbaus) und auch die Abdichtungsschichten (KG 325- 11,3 % des gesamten
GWP des Erweiterungsbaus). Aufgrund der schlechten Bodenverhältnisse am
Gebäudestandort konnte nicht auf den Magerbeton verzichten werden. DBei den
Ergebnissen in Tabelle 2 ist zu beachten, dass hier nur die Bilanzierung der Bau-
konstruktion dargestellt ist. Die Umweltwirkungen der TGA und Betriebsphase
des Gebäudes sind in Kapitel 3.1.5, Tabelle 4 abgebildet.
Bei der Betrachtung de s Ersatzneubaus muss b eachtet werden, dass beim Abbru ch
der Fenster 0,23 kg CO -Äq./mNGFa und beim Abbruch des Daches 0,25 kg CO-
Äq./mNGFa anfallen. Der Abbruch der Innenwände macht 0,22 kg CO-Äq./mNGFa
aus. Ansonsten ist die Sanierung des Daches mit 2,04 kg CO-Äq./mNGFa ein
wesentlicher Treiber bei der San ierung. Im Falle des Ersatzneu baus sind im Wesent-
lichen die Minera lwolle und die Feinblechverkleidu ng der Attika die maßgeblichen
Treiber. In den Abbildungen 9 bis 12 sind die auf die lebenszyklusbasierten GWP-
und PENRT-Werte, aufgeschlüsselt nach den einzelnen Lebenszyklusphasen,
dargestellt.
GWP [kg CO-Äq.]
51 %
25 %
16 %
8 %
Gesamt A1-A3 (Herstellungsphase)
Gesamt B4 (Austausch)
Gesamt C3 (Abfallbewirtschaftung)
Gesamt C4 (Deponierung)
Abbildu ng 10: Prozentuale Ver teilung des GWP nach Le benszyklu sphasen für die Au sführungsva riante
Sanierung mit Erweiterungsbau (eigene Darstellung)
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 23
PENRT [MJ]
67 %
31 %
0,4 % 1 %
Gesamt A1-A3 (Herstellungsphase)
Gesamt B4 (Austausch)
Gesamt C3 (Abfallbewirtschaftung)
Gesamt C4 (Deponierung)
Abbildu ng 11: Prozentuale Vertei lung des PENRT nach Le benszyklu sphasen für die Au sführungsva rian-
te Sanier ung mit Erweiter ungsbau (eigene D arstellung)
GWP [kg CO-Äq.]
56 %
18 %
20 %
6 %
Gesamt A1-A3 (Herstellungsphase)
Gesamt B4 (Austausch)
Gesamt C3 (Abfallbewirtschaftung)
Gesamt C4 (Deponierung)
Abbildu ng 12: Prozentuale Verte ilung des PENRT nach L ebenszyklu sphasen für die Au sführungsva rian-
te Sanier ung mit Erweiter ungsbau (eigene D arstellung)
PENRT [MJ]
76 %
23 %
0,2 % 1 %
Gesamt A1-A3 (Herstellungsphase)
Gesamt B4 (Austausch)
Gesamt C3 (Abfallbewirtschaftung)
Gesamt C4 (Deponierung)
Abbildu ng 13: Prozentuale Verte ilung des PENRT nach L ebenszyklu sphasen für die Au sführungsva rian-
te Ersatzneubau (eigene Darstellung)
Bauindustrie Bayern | Innovation 24
TABELLE 2 VERGLEICH GWP UND PENRT DER AUSFÜHRUNGSVARIANTEN LCA DER
BAUKONSTRUKTION, OHNE TGA UND PHASE B6
GWP
[kg CO-Äq.]
PENRT
[MJ]
Bestandsgebäude (615 mNGF)309.827 3.937.436
Sanierung mit Erweiterungs-
neubau (1183 m NGF)586.670 7.153 . 406
Ersatzn eubau (1183 m NGF)705 .956 8.041.913
GWP
[kg CO-Äq./m2NGF/a]
PENRT
[MJ/m NGF/a]
Bestandsgebäude 10,1 128,0
Sanierung mit
Erweiterungsbau 9,92 1 20,9
Ersatzneubau 11,93 136,0
Diese Betrachtung wurde dem Bauherrn bereits in der Entwurfsphase präsen-
tiert, was neben weiteren Faktoren dazu beigetragen hat, dass die Variante
Sanierung mit Erweiterungsbau letztendlich umgesetzt wurde.
Das Bestandsgebäude wird somit um weitere Büro- und Seminarräume sowie
Verkehrsflächen erweitert (siehe Abbildung 14). Das Erdgeschoss ist in Massiv-
bauweise aus Stahlbeton mit außenliegender Wärmedämmung aus Mineralwolle
geplant. Im Obergeschoss dominieren massive Holzinnenwände. Die Fassade
besteht aus einer Pfosten-Riegel-Konstruktion aus Eichenholz mit Alu-Deckschale
sowie einer Dreischeiben-Sonnenschutzverglasung. Auch das neue Dach wird in
Holzmassivbauweise ausgeführt.
Abbildu ng 14: Erweiter ung Büro- und Ver waltungsgebäu de AS-Bau Hof Gm bH (Quelle: Lang H ugger
Rampp Gm bH)
Im Rahmen der Sanierung wird die Außenwand des Bestandsbaus nachträglich
gedämmt. Die Dämmmaterialien und -dicken variieren dabei je nach Einsatzort
und bestehenden Anforderungen. Die Perimeterdämmung im Untergeschoss wird
mit 160 bis 260 mm dicken Polystyrol-Hartschaumplatten (WLG 035) realisiert.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 25
Die Fassadendämmung wird mit Mineralwolle (WLG 035) mit eine r Dicke von 280
bis 380 mm umg esetzt. Das Flachdac h (Rasterdecke aus Stahlbeton) wird ebenfalls
nachträglich oberseitig mit einer Gefällewärmedämmung aus Mineralwolle ( WLG
035) und einer mittleren thermisch wirksamen Dicke von ca. 420 mm gedämmt.
Die Bodenplatte im Erdgeschoss und die Bodenplatten der darüber liegenden
Geschosse werden mit einer Fußbodenheizung versehen. Die Geschossdecken
des Bestandsgebäudes im EG und OG erhalten einen Hohlboden, mit Calzium-
silikatplatten als Trägerplatten für die Fußbodenheizung. Alle anderen Räume
erhalten einen Heizestrich.
Während der frühen Planungsphase wurden bereits verschiedene Energieversor-
gungsvarianten in Bezug auf Heizwärme und Warmwasser, die vom IBH ausgear-
beitet und vorgeschlagen wurden, lebenszyklusbasiert analysiert und bewertet.
Dabei haben sich drei Varianten als sinnvoll herauskristallisiert, die weiterführend
parallel zum Planungsprozess näher analysiert wurden.
Vergleich Energieversorgungsvarianten
Folgende drei Varianten wurden während des Planungsprozesses miteinander
verglichen:
TABELLE 3: VARIANTE PELLETKESSEL  REFER ENZVARIANTE HAUPTKOMPONENTEN:
Dimensionierung Nutzungsdauer [a]
Pelletkessel 46 kW 20
Pelletbunker 22 m3 50
Fußbodenheizung 900 m2 50
Durchlauferhitzer 8 Stück 15
PV-Anlage 805 m2 20
Bei der Variante Pelletkessel wird von einer jährlich zweimaligen Befüllung mit
jeweils 10 Tonnen Pellets, ausgegangen.
TABELLE 4: VARIANTE LUFTWASSER WÄRMEPUMPE  VARIANTE 2 HAUPTKOMPO
NENTEN
Dimensionierung Nutzungsdauer [a]
Wärmepumpe 46 kW 20
Fußbodenheizung 900 m2 50
Durchlauferhitzer 8 Stück 15
PV-Anlage 868 m2 20
TABELLE 5: VARIANTE SOLEWASSER WÄRMEPUMPE  VARIANTE 3 HAUPTKOMPO
NENTEN:
Dimensionierung Nutzungsdauer [a]
Wärmepumpe 46 kW 20
Erdsonden 10 Stück 50
Fußbodenheizung 900 m2 50
Durchlauferhitzer 8 Stück 15
PV-Anlage 870 m2 20
Bauindustrie Bayern | Innovation 26
Auf einen Puerspeicher wird in den beschriebenen Varianten aus Ezienzgrün-
den verzichtet. Eine Puerung wird durch die intelligente Steuerung d es Mindest-
volumenstroms durch de n Fußbodenheizk reis ermöglicht. Zusätzlich zur Betrach-
tung der Hauptkomponenten wurde ein Aufschlag von 20 % (nach DGNB)
miteinberechnet, um Leitungsrohre, Elektrokabel, etc. pauschal mit zu berück-
sichtigen (Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen (DGNB e.V.), 2018). Die
PV-Fläche ist bei allen Varianten schon so dimensioniert, dass eine vollständige
Kompensation der Treibhausgasemissionen und der nicht erneuerbaren Primär-
energie, über den gesamten Lebensz yklus hinweg, realisiert wird. Für die Berech-
nung wurde eine 50-jährige Nutzungsphase des Gebäudes angesetzt, in der der
Energiebedarf für die Heizung, Trinkwarmwasser (TWW), Beleuchtung, Raum-
lufttechnische Anlagen (RLT), Kühlung (nur bei Wärmepumpen Varianten), Hilfs-
energien, Nutzerstrom und den Server bilanziert wurde.
Für die im Folgenden dargestellten Ergebnisse werden jeweils die Werte und Gra-
ken für das GWP präsentiert. Die Wer te und Graken für PENRT zeigen die glei-
chen Tendenzen auf, wie die für das GWP. Das liegt daran, dass der lebensz yklus-
basierte, nicht erneuerbare Primärenergiebedarf maßgeblicher Treiber für den
Ausstoß von Treibhausgasen ist.
Der Vergleich des über den gesamten Lebenszyklus betrachteten GWPs (siehe
Abbildung 15) der drei Energieversorgungsvarianten zeigt, dass die Pelletkessel-
Variante um 7 % besser abschneidet als die Luft-Wasser-Wärmepump e. Das GWP
für das Heizen in der Nu tzungsphase bei der Pelletkes sel-Variante ergibt sich dabei,
laut Ökobaudat, hauptsächlich aus der technischen Trocknung und Produktion
der Holzpellets sowie aus den durch die direkte Verbrennung bedingten Emissi-
onen. Das GWP der b eiden Wärmepumpen-Varianten ergibt sich aus der Nutzung
des Stroms (deutscher Strom-Mix) zum Betrieb der Wärmepumpe. Zusätzlich
kommen noch alle weiteren Energiebedarfe der bereits erwähnten Verbraucher
hinzu. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe stellt letztendlich, in Bezug auf das GWP
und PENRT, die schlechteste Variante dar. Das liegt mitunter an den Erdkollekto-
ren, die zusätzlich, im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe, installiert werden
müssen.
Herstellung A1-A3 Nutzungsphase - Austausch B4
Nutzungsphase - Betrieb B6 Entsorgungsphase C3-C4
-
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
Pelletkessel Luft-Wasser WP Wasser-Wasser WP
GWP [kg CO
-Äq.]
Abbildung 15: Lebenszyklusbasiertes GWP der drei betrachteten Energieversorgungsvarianten, inklusi-
ve Nutzun gsphase (50 Jahre), b ilanziert mit d eutschem Strom- Mix (eigene Dars tellung)
Da die Nutzungsphase mit 49 bis 52 % rund die Hälfte des gesamten GWPs aus-
macht, wird diese, wie in Abbildung 16 dargestellt, in die einzelnen Anteile aufge-
schlüsselt. Dabei wird deutlich, dass nicht unmittelbar das Heizen und Kühlen
(8 11 % und 4,6 4,7 %) die ausschlaggebenden Faktoren sind. Vor allem die für
den Betrieb des Servers erforderliche elektrische Energie, inklusive Kühlung,
(30,7 34,1 %) und der Nutzerstrom (20,4 22,7 %) machen den Großteil an den
Emissionen aus.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 27
GWP [kg CO-Äq.]
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
Pelletkessel Luft-Wasser WP Sole-Wasser WP
Heizen Trinkwarmwasser Beleuchtung Raumlufttechnik
Kühlung Hilfsenergie Nutzenergie Server
Abbildung 16: Aufschlüsselung der Nutzungsphase der drei verschiedenen Energieversorgungsvarian-
ten nach Ene rgieverbrauch ern, bezogen au f ein Jahr (eigene Dar stellung)
Wird der Strom für die Nutzungsphase (B6) aus Erneu erbaren Energien bereitge-
stellt, dann sinkt das auf den Lebenszyklus bezogene GWP und die PENRT, im
Vergleich der Varianten, um 68 bis 72 % (siehe Abbildung 17). Das liegt daran, dass
bei der Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien unmittelbar kein GWP
und PENRT anfällt. Ledig lich die Herstellung, Errichtung , Nutzung und Entsorgung
der Anlagentechnik wird dabei mitbilan ziert. Hinzu kommt, dass di e für die lebens-
zyklusbasierte Kompensation des GWP und PENRT eine geringere PV-Fläche
benötigt wird (siehe Kapitel 3.5.1), was zu geringeren GWP- und PENRT-Werten
führt. Die Sole-Wasser Wärmepumpe weist lebenszyklusbasiert den höchsten
Wert für GWP und PENRT auf. Wie bereits erwähnt, ist dies auf den h öheren Kon-
struktions- bzw. Materialaufwand der Erdsonden zurückzuführen. Hierdurch enste-
hen größere Umweltwirkungen in de r Herstellungsphase. Zudem fällt auf, das s die
Nutzungsph ase (B6) der Pelletkessel-Variante stärker ins Gewicht fällt, als bei den
anderen Varianten. Das liegt daran, dass eine technische Trocknung der Holzpel-
lets vor der Verbrennung im Pelletkessel vorgesehen ist und der Betrieb des Kes-
sels einen höheren Strombedarf als Hilfsenergie ben ötigt, als die Wärmepu mpen-
Varianten.
Bei Nutzung Erneuerbarer Energien in der Betriebsphase (B6) fällt die Nutzungs-
phase (B4), bilanziert über den gesamten Lebenszyklus, am schwersten ins
Gewicht. Darauf haben wiederum die Austauschzyklen der einzelnen Komponen-
ten der TGA einen maßgeblichen Einfluss. Auf Grund dessen lohnt es sich, auf
qualitativ hochwertige und wertbeständige Kompon enten zu setzen, um die Aus-
tauschzyklen so gering wie möglich zu halten.
Herstellung A1-A3 Nutzungsphase - Austausch B4
Nutzungsphase - Betrieb B6 Entsorgungsphase C3-C4
Pelletkessel Luft-Wasser WP Sole-Wasser WP
GWP [kg CO-Äq.]
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
400.000
450.000
500.000
Abbildung 17: Lebenszyklusbasiertes GWP der drei betrachteten Energieversorgungsvarianten, inklusi-
ve Nutzun gsphase (50 Jahre), b ilanziert mit St rom aus erneuerb aren Energien (eig ene Darstellun g)
Bauindustrie Bayern | Innovation 28
3.1.4. KOMPENSATION DES LEBENSZYKLUSBASIER
TEN GWP UND PENRT
Die Kompensatio n des lebenszyklusb asierten GWP und PENRT wird anhand ein er
PV-Anlage realisiert. Dabei wird davon ausgegangen, dass durch das Erzeugen
und Einspeisen von regenerativem Strom aus der PV-Anlage der AS-Bau Hof
GmbH der deutsche Strom-Mix im Netz „verdrängt“, bzw. „kompensiert“ wird.
Dadurch ergibt sich für jede, aus der PV-Anlage in das deutsche Stromnetz ein-
gespeiste Kilowattstunde [kWh] Strom eine Kompensation an GWP und PENRT.
Die Kompensation des GWP und der PENRT er folgt in Höhe der Wer te des GWP
und PENRT, die für den Verbrauch einer K ilowattstunde Strom aus dem deut schen
Strom-Mix anfallen würde. Die Werte für das GWP und PENRT kommen dabei
ebenfalls aus der Ökobaudat-Datenbank. Das lebenszyklusbasiert anfallende GWP
und PENRT (siehe Tabelle 6) bildet die Basis für die Berechnung der Größe der
PV-Anlage, die für die Kompensation dieser Werte über 50 Jahre benötigt wird.
Dabei werden ebenfalls die Graue Energie und die Grauen Emissionen berück-
sichtigt.
Zur Kompensation, des über den gesamten Lebenszyklus (inkl. der Berücksichti-
gung von Nutzungsphase und den Nutzungsdauern) anfallenden GWP und
PENRT, der Baukonstruktion (vgl. Kapitel 3.1.3) und der TGA (siehe Tabellen 3 bis
5), werden für die Varianten „Pelletkessel “, „Luft-Wasser Wärmepumpe“ und „S ole-
Wasser Wärmepumpe“, folgende PV-Anlagengrößen benötigt:
Pelletkessel: 805 m
Luft-Wasser Wärmepumpe: 868 m
Sole-Wasser Wärmepumpe: 870 m
Aus Sicht des gesamten GWP und PENRT stellt – bezogen auf den gesamten
Lebenszyklus des Gebäudes - die Variante „Sanierung des Bestandsgebäudes
plus einem Erweiterungsneubau mit einem Pelletkessel als Wärmeversorger“ die
in ökologischer Hinsicht beste Ausführung dar.
Wird der Strom für die Nutzungsphase (B6) aus Erneu erbaren Energien bereitge-
stellt, reduziert sich die PV-Fläche zur Kompensation deutlich auf 259 m für die
Pelletkessel-Variante, 248 m für die Luft-Wasser Wärmepumpen-Variante und
267 m für die Sole-Wasser Wärmepumpen-Variante. Die benötigte PV-Fläche hat
sich somit, im Vergleich der Varianten, um 68 bis 71 % reduziert.
TABELLE 6 LEBENSZYKLUSBASIERTES GWP UND PENRT DER BAUKONSTRUKTION MIT
TGA UND NUTZUNGSPHASE
GWP
[kg CO-Äq.]
PENRT
[MJ]
Sanierung + Erweiterungsbau
mit Pelletkessel 3.054.220 38.483.006
Sanierung + Erweiterungsbau
mit Luft-Wasser WP 3.292.722 41.571.965
Sanierung + Erweiterungsbau
mit Sole -Wasser WP 3.293.517 41.984 . 249
Neben wirtschaftlichen Aspekten und unter Berücksichtigung der Ergebnisse
zum GWP und PENRT sowie der Einfachheit in der Installation und dem Betrieb
der Anlage hat sich der Bauherr für die Variante der Luft-Wasser-Wärmepumpe
entschieden. Zudem legt der Bauherr darauf Wert, den Strombedarf in der Nut-
zungsphase (B6), mit Strom aus Erneuerbaren Energien zu decken.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 29
Das für die Variante Sanierung mti Er weiterungsbau und Luft-Wasser-WP mit Luft-
Wasser WP (Strom aus deutschem Strom-Mix) anfallende lebenszyklusbasierte
GWP entspricht rund 15,7 Mrd. Personenkilometer mit dem Flug zeug (201 g Treib-
hausgase pro geflogenem Personenkilometer). Das wiederum entspricht rund
6.585 Fichten, die über 50 Jahre hinweg Kohlensto beim Wachstumsprozess
einspeichern müssten.
KOMPENSATION DES PENRT/GWP ÜBER DEN LEBENSZYKLUS VON 50 JAHREN
PENRT GWP
20 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
50
-20 %
0 %
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
Abbildung 18: Kompensation des lebenszyklusbasierten PENRT und GWP der Variante Sanierung +
Erwei terungsbau mit Luf t-Wasser WP, über 5 0 Jahre Gebäuden utzung (eigene Da rstellung).
Die Kompensation des lebenszyklusbasierten PENRT und GWP, der Variante
Sanierung mit Erweiterungsbau und Luft-Wasser-WP, verläuft, betrachtet über
die 50 Jahre Gebäudenutzung, in einer über jeweils 20 Jahre abfallenden Kurve,
mit kurzen, starken Anstiegen nach den jeweils 20 Jahren (siehe Abbildung 18).
Betrachtet man den Zeitabschnitt zwischen Jahr 1 und 20, dann ist zu erkennen,
dass die Kurven für die Kompensation des PENRT und GWP stetig sinken, was
sich aus der bereit s beschriebenen Einspeisun g, des durch die PV-Anlage erzeug-
ten Stroms in das deutsche Stromnetz, ergibt. Dabei ist anzumerken, dass die
Kompensationsrechnung bei einer Eigennutzung des PV-Stroms auf gleiche Weise
berechnet werden kann. Denn durch die Eigennutzung des PV-Stroms muss für
den Anteil der Eigennutzung kein Strom aus dem deutschen Stromnetz bezogen
werden, wofür PENRT und GWP anfallen würde. Der Sprung in den Kurven, zwi-
schen Jahr 20 und 2 1, ergibt sich aus dem Austausch der PV-Anlage und der Wär-
mepumpe sowie deren Komponenten. Der gleiche Kurvenverlauf zeigt sich erneut
zwischen Jahr 21 und 41, wohingegen im 40. Jahr der Gebäudenutzung eine
PENRT-Neutralität und eine GWP-Einsparung erzielt werden konnte. Durch den
erneuten Austausch, der PV-Anlage und Wärmepumpe sowie derer Komponen-
ten in Jahr 40, springt die Kurve jedoch wieder nach oben. Im Jahr 50 erfolgt der
theoretische Gebäu deabriss mit Entsorgung der Ba umaterialien. D eshalb fällt hier
die Kompensation geringer aus, was in einem etwas flacheren Kurvenverlauf resul-
tiert. Letztendlich wird im Jahr 50 eine Einsparung an PENRT, also ein Plus an
Energie und eine Einsparung an GWP, also mehr als eine Treibhausgarneutralität,
erreicht.
Bauindustrie Bayern | Innovation 30
3.2. LEBENSZYKLUSKOSTEN
Während des Planungsprozesses wurden zwei Lebenszykluskostenbetrachtungen
(engl. Life Cycle Costing – LCC) durchgeführt:
LCC der Wärmeerzeugungsvarianten:. Berücksichtigt wurden die Herstel-
lungskosten (LZPH A1-A3), Nutzungskosten (LZPH B2; nach BNB Kriteri-
ensteckbrief ohne Reinigung), B3 und B4) sowie die Kosten für den betriebli-
chen Energieeinsatz (LZPH B6)
LCC der Baukonstruktion mit der Ausführungsvariante Sanierung mit
Erweiterungsbau: Berücksichtigt wurden dabei die Herstellungskosten
(LZPH A1-A3), die Kosten für Reinigung (LZPH B2), Kosten für Inspektion und
Wartung (LZPH B2), regelmäßige Instandsetzungskosten (LZPH B3), Kosten
für Austausch und Ersatz (unregelmäßige Instandsetzungskosten – LZPH B4)
3.2.1. LCC DER WÄRMEERZEUGUNGSVARIANTEN
Die LCC der Wärmeerzeugungsvarianten wurde in der Vorentwurfsphase parallel
zu deren Ökobilanzierung geführt, um eine ganzheitliche Bewertung zu gewähr-
leisten. Abbildung 19 zeigt insgesamt drei Varianten, die vom Planungsteam vor-
geschlagen wurden:
PV-Anlage in Kombination mit einer Pelletheizung (Referenz-Variante)
PV-Anlage in Kombination mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe (Variante 2)
PV-Anlage in Kombination mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe (Variante 3)
Die Berechnun g der Lebenszykluskosten (Nettokosten) erfolgt nach de r Barwert-
methode. Bei der Barwertmethode werden Energie- und Baupreissteigerungen
und Diskontierungszinsen über eine Lebensdauer von 50 Jahren mitbetrachtet.
Dadurch kann der momentane Wert, den zukünftige Kosten in den kommenden
50 Jahren besitzen werden, bestimmt werden. Bei den Nutzungskosten (Phase
B2-B4 und B6) und Energiepreissteigerungen wurden zwei Ansätze verfolgt: zum
einen der Ansatz nach BNB (Bundesministerium für Umwelt - Naturschutz - Bau
und Reaktorsicherheit, 201 5), und zum anderen der Ansat z nach VDI 2067, Tabelle
A2-A6 unter Berücksichtigung der tatsächlichen Energiepreissteigerung der Jahre
2008 bis 2017.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 31
LCC DER WÄRMEERZEUGUNGSVARIANTEN - LEBENSZYKLUSKOSTEN DER ENERGIE-
VERSORGUNGSKONZEPTE ÜBER DEN LEBENSZYKLUS VON 50 JAHREN
2019 2024 2029 2034 2039 2044 2049 2054 2059 2064 2069
Lebenszykluskosten [€]
Jahr
Referenz Pellet* V2: Luft-Wasser-WP* V3a: Sole-Wasser-WP (Erdsonden)*
Referenz Pellet** V2: Luft-Wasser-WP** V3a: Sole-Wasser-WP (Erdsonden)**
Abbildung 19: Vergleichende Analyse der Lebenszykluskosten der Wärmeerzeuger (eigene Darstel-
lung)
* Statistisch erhobene Energiepreissteigerung und Strompreis abzgl. der Einspeisevergütung, Nut-
zungsda uern und Kosten fü r Wartung und Inst andsetzung na ch VDI
** Energ iepreissteige rung nach BNB (ohne E inspeisevergütu ng, Nutzungs dauern und Koste n für War-
tung und Instandsetzung nach BNB)
Abbildung 19 zeigt, dass die Lebenszykluskosten der Wärmeerzeuger wesentlich
durch die Energiekosten bestimmt bzw. durch die Preissteigerungsraten beein-
flusst werden. Dazu kommen Kosten für den Austausch der Anlagen nach den
durchschnittlichen Nutzungsdauern (Kurvensprünge). Für die Nutzungsdauern
werden, wie bereits in Kapitel 2.2.2 erwähnt, die Werte des BNB angesetzt. Die
Sole-Wasser-Wärmepumpe ist zwar in der Anschaung am teuersten, im Laufe
der Lebensdauer erzeugt abe r die Pelletheizung die größten Kosten. D ie Variante
mit der Luft-Wasser-WP ist lebenszyk lusbasiert am günstigsten, was ebenfalls ein
maßgeblicher Punkt bei der Entscheidung des Bauherrn für die Luft-Wasser-
Wärmepumpe war. Zusätzlich zu den Komponenten der Wärmeerzeuger muss,
wie bereits im vorherigen Kapitel beschrieben, eine PV-Anlage zur Kompensation
des lebenszyklusbasierten PENRT und GWP mitberücksichtigt werden.
LCC DER PV-ANLAGE UNTER BERÜCKSICHTIGUNG VERSCHIEDENER EIGENNUTZUNGS-
ANTEILE UND EINSPEISEVERGÜTUNGEN ÜBER DEN LEBENSZYKLUS VON 50 JAHREN
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
PV-Anlage mit 100 % Einspeisung
PV-Anlage mit 70 % Einspeisung + 30 % Eigennutzungsanteil
Lebenszykluskosten [€]
0
Abbildu ng 20: LCC der PV-Anlage , inklusive Aust auschzykle n, gerechnet übe r 50 Jahre (eigene Dar-
stellun g)
Bauindustrie Bayern | Innovation 32
Bei der Betrachtung de r Lebenszykluskosten de r PV-Anlage (siehe Abbildun g 20)
wird deutlich, dass bei einer 100 %-igen Einspeisung des eigens erzeugten PV-
Stroms, steigende Kosten, über 50 Jahre Gebäudenutzung, zu verzeichnen sind.
Das liegt daran , dass mit den aktuellen Kosten für die PV-Anlage, bei konser vativer
Rechnung und unter Ber ücksichtigung von Montage, Wechselr ichtern und Kab eln,
die durch die Anlage erzeugte Kilowattstunde Strom mehr kostet, als die Firma
AS-Bau Hof GmbH für eine Kilowattstunde eingespeisten Strom an Vergütung
bekommen würde. Eine 100 %-ige Netzeinspeisung ist unter diesen Vorausset-
zungen, betrachtet über den gesamten Lebenszyklus, nicht wirtschaftlich. Wird
jedoch ein Eigennutzungsanteil an PV-Strom von 30 % realisiert, wie es bei der
AS-Bau Hof Gm bH angestrebt wird, amortisieren sich die investierten Kosten üb er
den Lebenszyklus hinweg. Die PV-Anlage lohnt sich somit bei einem 30 %-igen
Eigennutzungsanteil sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer und
energetischer Sicht . Dennoch muss, durch den suk zessiven Rückgang der gesetz-
lichen Einspeisevergütungen und die ansteigenden Strompreise der Eigennut-
zungsanteil in Zukunft steigen, um PV-Anlagen wirtschaf tlich zu bertreiben, wes-
halb diesbezüglich über Speichertechnologien nachgedacht werden muss, auch
wenn Speichertechnologien derzeit technisch, ökologisch und ökonomische noch
nicht attraktiv genug erscheinen (Schröder & Fraunhofer IRB-Verlag, 2018):
Li-Ionen-Akkus sind noch relativ teuer. Mit einer Lebensdauer von 20 Jahren
sind pro Jahr 200 bis 250 Ladezyklen möglich. Der Wirkungsgrad liegt bei
bis zu 95 %. Der Wirkungsgrad deniert das Verhältnis zwischen entnomme-
ner und eingeladener Energie.
Blei-Akkus sind etwas billiger, haben aber eine geringere maximale Ezienz
von 80 bis 85 % und weniger mögliche Ladezyklen. Der Wirkungsgrad liegt,
auf Grund der relativ schnellen Selbstentladung der Batterien und der
geringeren maximalen Entladetiefe, bei 50 bis 60 %.
Aktuell muss also noch auf eine gleichmäßige Stromer zeugung zur Erhöhung der
direkten Verfügbarkeit von Eigenstrom geachtet werden.
3.2.2. LCC DER BAUKONSTRUKTION 
AUSFÜHRUNGSVARIANTE
Für die Ausführungsvariante Sanierung mit Erweiterungsbau wurde analog zur
LCA eine LCC der Baukonstruktion durchgeführt. Die Grundlagen dazu können
Kapitel 2 entnommen werden. Als Basis für die LCC dient die Massenermittlung
der Baukonstruktion, die zuvor schon für die LCA durchgeführt wurde.
Abbildung 21 zeigt die prozentualen Anteile der Lebenszykluskosten der Phasen
Herstellung un d Nutzung. Es wird deutlich , dass die Herstellungspha se des Gebäu-
des für rund 50 % der lebenszyklusbasierten Kosten verantwortlich ist. Der Aus-
tausch fällt mit 19,7 % ins Gewicht, jedoch sind die Kosten stark von der angesetz-
ten Lebensdauer der einzelnen Materialien abhängig. Hierbei muss beachtet
werden, dass die Lebensdauern der bilanzierten Materialien unter Umständen
signikant von realen Austauschzyklen abweichen können. Darüber ist die Reini-
gung mit 18,5 % ein ebenfalls nicht zu verachtender Kostenfaktor. Es lohnt sich
somit auf wertbeständige, leicht zu reinigende Materialien zu setzen, um die
Lebenszykluskosten zu reduzieren. Die Kosten der Entsorgungsphase können
(noch) nicht allgemeingültig ermittelt werden, da hierzu spezische Kostenkenn-
werte fehlen bzw. Entsorgungskosten regional und zeitlich stark schwanken kön-
nen.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 33
Lebenszykluskosten [€]
Herstellung
18%
3%
10%
20%
100%
(A1+A2+A3) Reinigung
(B2) Inspektion und
Wartung (B2) Regelmäßige
Instandsetzung
(B3)
Austausch und
Ersatz
(n*(A1+A2+A3))
Total
LEBENSZYKLUSKOSTEN DER BAUKONSTRUKTION (HERSTELLUNGS- UND NUTZUNGSPHASE)
TOTAL - BARWERT
49%
Abbildung 21: Prozentuale Verteilung der Lebenszykluskosten der Baukonstruktion für Herstellung und
Nutzun g des Gebäudes - B arwert der N ettokosten (eigene Da rstellung)
Der Vergleich mit der ausgeführten Energieversorgungsvariante Luft-Wasser-
Wärmepumpe (siehe Abbildung 19) zeigt, dass die Herstellungs- und Nutzungs-
kosten der TGA (ohne Phase B6) nach BNB-Kriterien rund 27 % der Kosten für die
Baukonstruktion betragen. Insgesamt stellt die Phase B6 über den Lebenszyklus
hinweg den größten Kostenfaktor dar. Die Betriebskosten betragen je nach Ener-
giepreissteigerungsszenario über 50 Jahre bis zu 122 % der Kosten für die Bau-
konstruktion. Deshalb ist es zur Senkung der Betriebskosten zwingend erforderlich,
eziente und sparsame Energieerzeuger einzusetzen und möglichst niedrige
Stromkosten anzustreben. Erreicht werden kan n dies durch die Eigennutzung des
durch die PV-Anlage erzeugten Stroms.
3.3. SZENARIEN AUSFÜHRUNGSVARIANTE
Die letztendliche Ausführungsvariante für die Baukonstruktion und die Technische
Gebäudeausrüstung werden weiterführend hinsichtlich vier verschiedener LCA-
Szenarien untersucht, die zusammen mit dem Bauherrn deniert wurden. Die
Szenarien wirken sich ebenso maßgeblich auf die Ergebnisse der LCC aus. Diese
Ergebnisse werden im Folgenden ebenfalls dargestellt. Das bei den folgenden
Szenarien berücksichtigte Recycling, bzw. die Wiederverwendung/ -verwertung,
beinhaltet Gutschriften für das GWP und PENRT (Phase D), die bei der Berech-
nung der LCA des Gebäudes miteingerechnet werden. Dabei wird je nach LCA-
Datensatz aus der Ökobaudat-Datenbank für jedes Baumaterial, bzw. Bauteil ein
Recycling, also die Aufwertung und Wiederverwendung, eine direkte Wiederver-
wendung, o der eine stoliche, bzw. thermische W iederverwer tung berücksichtigt.
LCA-Szenarios:
Szenario 1: LCA mit Austauschzyklen nach Norm und ohne Gutschriften für
das Recycling/ Wiederverwendung/ -verwertung.
Szenario 2: LCA mit Austauschzyklen nach Norm und mit Gutschriften für
das Recycling/ Wiederverwendung/ -verwertung.
Bauindustrie Bayern | Innovation 34
Szenario 3a: LCA mit Austauschzyklen nach Norm und ohne Gutschriften für
das Recycling/ Wiederverwendung/ -verwertung und mit nur einem Aus-
tauschzyklus der PV-Anlage über den Lebenszyklus.
Szenario 3b: LCA mit Austauschzyklen nach Norm und ohne Gutschriften für
das Recycling/ Wiederverwendung/ -verwertung und mit nur einem Aus-
tauschzyklus der PV-Anlage und einer um fünf Jahre verspäteten Inbetrieb-
nahme der PV-Anlage (Laufzeit PV-Anlage von 45 Jahren).
TABELLE 7 ERGEBNISSE SZENARIENBETRACHTUNG DER AUSFÜHRUNGSVARIANTE
Szenarien GWP
[kg CO-Äq.]
PENR T
[MJ]
PV-Fläche
[m2]
LCC Gesamt-
koste n [%]
Szenario 1 3.449.408 44.068.170 921 10 0
Szenario 2 3. 321.900 41.725.683 875 100
Szenario 3a 2.968.076 37.243.214 782 91,6
Szenario 3b 3.074.007 38.591.952 800 91,8
Für die Indikatoren GWP und PENRT werden die absoluten und nicht die spezi-
schen, auf den Quadratmeter bezogenen Werte angegeben, da die NGF für alle
Szenarien die gleiche ist (siehe Tabelle 7).
Dass die PV-Fläche um 6,11 % größer ist als im vo rherigen Kapitel ergibt sich daraus ,
dass Komponenten, wie z.B. die Rohrleitungen der PV-Anlage, etc. für diese
Berechnungen explizit mitbetrachtet wurden. Somit ergibt sich ein höherer Wert
für das GWP und PENRT, also auch für die PV-Kompensationsfläche.
Baukonstruktion
TGA
Nutzungsphase B6
GWP [kg CO2-Äq.]
17 %
34 %
49 %
Abbildu ng 22: Aufteilu ng des lebensz yklusbasier ten GWP für Baukons truktion, TGA un d Nutzungspha -
se Szenar io 1 (eigene Darstell ung)
Bei der Verteilung des lebenszyklusbasierten GWPs (Szenario 1) von der Baukon-
struktio n, der TGA und der Nutzungsphase (B 6) (siehe Abbildung 22) wird de utlich,
dass trotz des hohen Energiestandards der Sanierung und des Erweiterungsbaus
(KfW 55) die Nut zungsphase mit rund 50 % den größten Anteil ausmacht. A n zwei-
ter Stelle kommt die TGA mit 34 %. Ursache hierfür ist die Größe der PV-Anlage
von 921 m, inkl. zweier Austauschzyklen, die für 63 % des für die TGA anfallenden
GWPs verantwortlich ist. Die Wahl des Zelltypen der PV-Anlage, und die damit
variierende Nut zungsdauer der PV-Anlage, mus s bei der nalen Auswahl der Ko m-
ponenten der PV-Anlage unbedingt berücksichtigt werden und kann einen großen
Einfluss auf das lebenszyklusbasierte GWP und PENRT haben. Hierbei muss
berücksichtigt werden, dass zur Kompensation des lebenszyklusbasierten GWP
und PENRT eines Quadratmeters PV-Fläche (zwei Austauschzyklen), rund 0,26
m2 PV-Fläche benötigt wird. Somit ist die PV-Anlage insgesamt mit rund 26 %,
einer der größten GWP-Verursacher, aber auf der anderen Seite zur Kompensation
des lebensz yklusbasierten PENRT und GWP elementar wichtig. Würde der Strom
für die Nutzung sphase (B6) aus Erneuerbaren Energien bezogen, dann würde die
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 35
zur Kompensation der Emissionen und zur Realisierung des Plusenergiegebäudes
benötigte PV-Fläche von 921 m auf 262 m sinken. Circa die Hälfte der 262 m
großen PV-Fläche würde auf dem Dach des Erweiterungsbaus Platz nden und
könnte dort installiert werden.. Dadurch, das s die Werte für das GWP und PENRT
in der Nutzungsphase ebenfalls stark gesunken sind, ist die PV-Anlage, relativ
gesehen, immer noch mit rund 38 % einer der größten GWP-Verursacher.
Der Vergleich der Szenarien 1 und 2 zeigt, dass durch das Miteinbeziehen d er Gut-
schriften für das Recycling (Phase D) bzw. die Wiederverwendung/ -verwertung
aller betrachteten Baumaterialien und Bauteile, rund 4 % des GWP und 5 % des
PENRT eingespar t werden können. Dabei ist je doch zu klären, ob die Gutschrif ten
dem abgerissenen Bestandsgebäude, oder dem, zum Teil aus den recycelten
Materialien neu gebauten Gebäude, angerechnet werden können. Dadurch, dass
es in der Wissenschaft noch keinen Konsens in Bezug auf diese Allokationspro-
blematik gibt, wird die Phase D separat betrachtet und fließt nicht pauschal in die
Berechnung ein er LCA mit ein. Die LCC Ges amtkosten bleiben gleich, da die Phas e
D, wie bereits erwähnt, bei der Berechnung der LCC nicht mitbetrachtet wird.
Der Vergleich der Szenarien 1 und 3a zeigt, dass eine Verlängerung der Lebens-
dauer der PV-Anlage von 20 a uf 25 Jahre, also nur einem Austauschz yklus während
des Gebäudelebenszyklus, in einer Verringerung des GWP um rund 14 % und
PENRT um rund 15 % resultiert. Dadurch verringern sich die LCC-bezogenen
Gesamtkosten um 8,4 %.
Durch die verspätete Inbetriebnahme der PV-Anlage um 5 Jahre in Szenario 3b
ergibt sich eine verkür zte Zeit von 45 Jahren zur Kompensation des lebensz yklus-
basierten PENRT und GWP. Somit wird im Vergleich zur Variante 3a eine 18 m2
größere PV-Fläche ben ötigt, trotz nur ein maligem Austausch der Anla ge über den
gesamten Lebenszyklus. Die erhöhte PV-Fläche macht sich lebenszyklusbasierten
Gesamtwert des PENRT und GWP bemerkbar. Im Vergleich zu Variante 3a liegt
das GWP der Variante 3b um ca. 6 % und das PENRT um ca. 4 % höher. Bei den
LCC Gesamtkosten macht sich die verspätete Inbetriebnahme und die dadurch
ausfallenden Einspeisevergütungen nur sehr geringfügig bemerkbar, da die 18 m
größere PV-Fläche dies kompensiert.
Bauindustrie Bayern | Innovation 36
EINFLUSS DER
BAUKONSTRUKTION AUF
DAS LASTMANAGEMENT
Die Art un d die bauphysikalischen Eigenschaften der Baukonstruktion b eeinflus-
sen den Heiz- und Kühlenergiebedar f sowie die Qualität des Raumklimas. Ziel des
folgenden Kapitels ist es, den Einfluss der Baukonstruktion speziell für den Som-
mer- und Winterfall zu analysieren und die Eekte darzustellen. Die zu beantwor-
tende Frage ist, wie die Baukonstruktion zur Reduktion des Energiebedarfs und
zur Steigerung der Qualität des Raumklimas beitragen kann.
4.1. GRUNDLAGEN DER THERMISCHEN
GEBÄUDESIMULATIONEN
Die Grundlagen unterteilen sich in die Denition der untersuchten Zonen, in die
Auflistung der Technischen Gebäudeausrüstung und die Auswahl der untersu ch-
ten Kenngrößen.
4.1.1. UNTERSUCHTE ZONEN
Durchgeführt werden die Untersuchungen anhand von zwei exemplarischen Büro-
räumen. Zone 1 is t ein nach Süd-West ausgerichtetes im Altbau; Zone 2 ist ein nach
Süd-Osten ausgerichtetes Büro im Erweiterungsbau (siehe Abbildung 23). Die
baulichen Kenngrößen der Zonen sind in Tabelle 8 erläutert.
TABELLE 8 KENNGRÖSSEN DER UNTERSUCHTEN ZONEN
Netto-
grundfläche
Nettovolumen Licht e
Raumhöhe
Fassadenbezo-
gener Fenster-
flächenanteil
Zone 1 29,6 m 80,4 m 2,68 m 53 %
Zone 2 53 ,9 m  173,0 m 3,21 m 100 %
Abbildung 23: Darstellung der untersuchten Zonen (eigene Darstellung)
IV.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 37
4.1.2. TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG
Die Beheizung des Bestandsgebäudes erfolgte bisher mit einem Öl-Brennwert-
kessel. Im Zuge der Sanierung und der Umstellung auf erneuerbare Energiequel-
len kommt nun zur Beheizung und Kühlung des Gebäudes eine mit Solarstrom
betriebene Luft-Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz. Für Sanitär- und Bespre-
chungsräume wurde zudem eine Abluftanlage umgesetz t. Die wichtigsten Kenn-
werte werden nachfolgend dargestellt:
Heizung und Kühlung
Wärmeerzeugung Luft-Wasser-Wärmepumpe mit 45 kW
Übergabesystem Fußbodenheizung, Systemtemperaturen 35/28 °C
Fußbodenkühlung, Systemtemperaturen 16/19 °C
Wärmespeicherung Heizungspuerspeicher mit 1.000 l Volumen
Raumlufttechnik
Anlage Zu- und Abluftanlage
Wärmerückgewinnung WRG >75 %
Regelung Konstantvolumenstrom
Lufterhitzung Zulufttemperierung
4.1.3. UNTERSUCHTE KENNGRÖSSEN
Ziel dieser Parameterstudie ist es, den Einfluss der Baukonstruktion auf das Last-
management des Gebäudes zu untersuchen. Zum besseren Verständnis werden
die Einflüsse mit Hilfe des jährlichen Heiz- und Kühlenergiebedarfs in Kilowatt-
stunden [kWh] sowie mittels der operativen Temperatur in Grad Celsius [°C] bzw.
des Verlaufs der oper ativen Temperatur verdeutlicht. Mit Hilfe des Heiz- und Küh-
lenergiebedarfs lassen sich ganzheitliche Aussagen über das Gebäude, bezogen
auf ein komplettes Jahr, treen. Die operative Temperatur stellt die gefühlte Tem-
peratur im Raum unter Berücksichtigung der Oberflächentemperaturen der
Umgebungsflächen, dar.
4.2. VORUNTERSUCHUNGEN
Um aufzuzeigen, wann eine Erhöhung der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit
energetisch sinnvoll ist , wurden im Rahmen von Voruntersuchungen diverse Vari-
anten hinsichtlich Nachtlüftung und aktiver Kühlung untersucht. Untersucht wur-
den folgende Varianten:
V1: Ohne aktive Kühlung und ohne Nachtlüftung
V2: Mit aktiver Kühlung und ohne Nachtlüftung
V3: Mit Nachtlüftung und ohne aktiver Kühlung
V4: Mit aktiver Kühlung und mit Nachtlüftung
Dabei zeigt sich, dass eine Erhöhung der wirksamen Wärmespeicher fähigkeit nur
dann sinnvoll ist, wenn eine Nachtlüftung vorhanden ist. Exemplarisch ist dies
anhand der operativen Temperatur für Zone 2 in den Abbildung 24 bis Abbildung
26 dargestellt. Zusammenfassend zeigt sich folgendes:
Bauindustrie Bayern | Innovation 38
Der Verlauf der operativen Temperatur ändert sich in Abhängigkeit der
Bauart nicht, wenn keine Nachtlüftung vorhanden ist
Die maximale operative Temperatur kann durch eine Erhöhung der Wärme-
speicherfähigkeit gesenkt werden
Unter Berücksichtigung einer Nachtlüftung reduziert sich die maximale
operative Temperatur bei einer schweren Bauart deutlich
Unter Berücksichtigung einer Nachtlüftung und einer schweren Bauart liegt
die operative Temperatur für den untersuchten Zeitraum unterhalb von 26 °C.
Die Temperatur von 26 °C gilt laut Arbeitsstättenrichtlinie (ASR 3.5) als
Maximaltemperatur, die nicht überschritten werden soll (ASR A3.5, 2018).
Unter Berücksichtigung einer Nachtlüftung und einer leichten Bauart liegt
die operative Temperatur stellenweise deutlich oberhalb von 26 °C. Eine
aktive Kühlung zur Realisierung eines akzeptablen Raumklimas ist daher
notwendig
OPERATIVE TEMPERATUR [°C]
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Temperatur [°C]
Ausführung Leichte Bauart schwere Bauart Außenluft
Abbildung 24: Verlauf der operativen Temperatur in Zone 2 unter Berücksichtigung verschiedener
Bauar ten für Variante V1 - Ohn e aktive Kühlung un d ohne Nachtlüftu ng (eigene Darstel lung)
OPERATIVE TEMPERATUR [°C]
Temperatur [°C]
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Ausführung Leichte Bauart schwere Bauart Außenluft
Abbildung 25: Verlauf der operativen Temperatur in Zone 2 unter Berücksichtigung verschiedener
Bauar ten für Variante V3 - Mit Na chtlüftung und oh ne aktiver Kühlun g (eigene D arstellung)
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 39
OPERATIVE TEMPERATUR [°C]
Temperatur [°C]
Ausführung Leichte Bauart schwere Bauart Außenluft
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Abbildung 26: Verlauf der operativen Temperatur in Zone 2 unter Berücksichtigung verschiedener
Bauar ten für Variante V2 - Mit ak tiver Kühlung und oh ne Nachtlüftung (ei gene Darstellu ng)
Die weiteren Untersuchungen zur wirksamen Wärmespeicherfähigkeit werden
basierend auf den Ergebnissen der Voruntersuchungen daher lediglich für die
Variante 2 (Mit aktiver Kühlung und ohne Nachtlüftung) dargestellt.
4.3. EINFLUSS AUF DEN JÄHRLICHEN HEIZ UND
KÜHLENERGIEBEDARF
Im Folgenden werden die Ergebnisse der parametrischen Simulationen abgebil-
det. In Abbildung 27 und Abbildung 28 sind die Ergebnisse zum jährlichen Heiz-
und Kühlenergiebedarf für Zone 1 dargestellt. Für die Heizung und Kühlung wur-
den dabei die Kennwerte gemäß Kapitel 2.3 berücksichtigt. Die Punkte in den
Graphen stell en die Ergebnisse einzelner Simulatio nen, d.h. eine spezisch e Kom-
bination der Schichtdicken da r. In ihrer Gesamtheit zeigen die G raphen die Ergeb-
nisse der rund 1.000, hierzu durchgeführten Simulationen. Manche Bereiche in
den Graphen weisen eine höhere Dichte an Simulationsergebnissen auf als andere,
was sich an einer größeren Ansammlung/Überlagerung von Punkten in den Gra-
ken erkennen lässt. Das ist zum Beispiel in Abbildung 27, bei einer wirksamen
Wärmespeicherfähigkeit von ca. 150 Wh/mK , zu erkennen. Dies resultiert daraus,
dass mehrere Kombinationen von Schichtdicken dieselbe wirksame Wärmespei-
cherfähi gkeit aufweisen. Relevant für die B eurteilung des Einflusses d er wirksamen
Wärmespeicherfähigkeit auf den Energiebedarf sind die Minimal- und Maximal-
werte sowei die Varianz.
Bauindustrie Bayern | Innovation 40
JÄHRLICHER HEIZENERGIEBEDARF
665
670
675
680
685
690
695
020 40 60 80 100 120 140 160 180
Heizenergiebedarf [kWh]
Wirksame Wärmespeicherfähigkeit in Wh/m²K
Abbildung 27: Ergebnisse des jährlichen Heizenergiebedarfs in Abhängigkeit der wirksamen Wärme-
speicherfähigkeit für die Zone 1 (eigene Darstellung)
Für den Heizenergiebedarf zeigt sich anhand Abbildung 27, dass mit steigender
Wärmespeicherfähigkeit auch der jährliche Heizenergiebedarf leicht ansteigt.
JÄHRLICHER KÜHLENERGIEBEDARF
Kühlenergiebedarf [kWh]
Wirksame Wärmespeicherfähigkeit in Wh/m²K
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
020 40 60 80 100 120 140 160 180
Abbildung 28: Ergebnisse des jährlichen Kühlenergiebedarfs in Abhängigkeit der wirksamen Wärme-
speicherfähigkeit für die Zone 1 (eigene Darstellung)
Der Kühlenergiebedarf, siehe Abbildung 28, hingegen sinkt mit steigender Wär-
mespeicherfähigkeit. Zusammenfassend zeigt sich gemäß Tabelle 7, dass der Hei-
zenergiebedarf zwischen 669 kWh/a und 693 kWh/a variiert. Die Varianz beträgt
dabei ± 12 kWh/a, was einer prozentualen Änderung von ca. ± 2 % entspricht. Der
Kühlenergiebedarf variiert zwischen 33 kWh/a und 80 kWh/a, was einer Varianz
von ± 23 kWh/a und einer prozentualen Änderung von ± 30 % entspricht. Aus den
Ergebnissen w ird ersichtlich, dass für Zone 1 die wirk same Wärmespeicher fähigkeit
nur einen sehr geringen Einfluss auf den Heizenergiebedarf und einen hohen
Einfluss auf den Kühlenergiebedarf aufweist. Mit steigender Wärmespeicherfä-
higkeit kann der Kühl energiebedarf z war reduziert werden, jed och zeigt sich auch,
dass dabei der Heizenergiebedarf leicht ansteigt. Bezogen auf den Gesamtener-
giebedarf weist eine schwere Bauart mit (cwirk ≥ 130 Wh/mK) tendenziell den
geringsten Energiebedarf auf.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 41
TABELLE 9: ZU SAMMENFAS SUNG DER ERG EBNISSE Z UM JÄHRLICHE N HEIZ UND KÜH
LENERGIEBEDARF BASIEREND AUF PARAMETRISCHEN THERMISCHEN GEBÄUDESI
MULATIONEN FÜR ZONE 1
Minimum
in kW h/a
Maximum
in kW h/a
Varianz
in kW h/a
Prozentuale
Änderung
Heizenergie-
bedarf 669 693 ± 12 ± 2 %
Kühlenergie-
bedarf 33 80 ± 23 ± 30 %
JÄHRLICHER HEIZENERGIEBEDARF
Heizenergiebedarf [kWh]
Wirksame Wärmespeicherfähigkeit in Wh/m²K
1.040
1.060
1.080
1.100
1.120
1.140
1.160
1.180
020 40 60 80 100 120 140 160 180
Abbildung 29: Ergebnisse des jährlichen Heizenergiebedarfs in Abhängigkeit der wirksamen Wärme-
speicherfähigkeit für die Zone 2 (eigene Darstellung)
Kühlenergiebedarf [kWh]
Wirksame Wärmespeicherfähigkeit in Wh/m²K
JÄHRLICHER KÜHLENERGIEBEDARF
290
300
310
320
330
340
350
360
020 40 60 80 100 120 140 160 180
Abbildung 30: Ergebnisse des jährlichen Kühlenergiebedarfs in Abhängigkeit der wirksamen Wärme-
speicherfähigkeit für die Zone 2 (eigene Darstellung)
Bei Zone 2 zeigt sich, dass der Heizenergiebedarf zwischen 1059 kWh/a und 1155
kWh/a variiert (siehe Abbildung 29 und Tabelle 8). Die Varianz beträgt dabei ± 48
kWh/a, was einer prozentualen Änderung von ca. ± 5 % entspricht. Der Kühlener-
giebedarf variiert zwischen 301 kWh/a und 351 kWh/a (siehe Abbildung 30 und
Tabelle 8), was einer Varianz von ± 25 kWh/a und einer prozentualen Änderung
von ± 8 % entspricht. Anhand der Verläufe zeigt sich zudem, dass der Heiz- und
Kühlenergiebedarf bei steigender Wärmespeicherfähigkeit sinkt. Äquivalent zu
Zone 1 weist auch Zone 2 tendenziell den geringsten Gesamtenergiebedarf bei
einer schweren Bauart (cwirk ≥ 130 Wh/mK) auf.
Bauindustrie Bayern | Innovation 42
TABELLE 10: ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE ZUM JÄHRLICHEN HEIZ UND KÜH
LENERGIEBEDARF BASIEREND AUF PARAMETRISCHEN THERMISCHEN GEBÄUDESI
MULATIONEN FÜR ZONE 2
Minimum
in kW h/a
Maximum
in kW h/a
Varianz
in kW h/a
Prozentuale
Änderung
Heizenergie-
bedarf 1059 1155 ± 4 8 ± 5 %
Kühlenergie-
bedarf 301 351 ± 25 ± 8 %
Zusammenfassend ergeben sich hinsichtlich der parametrischen Untersuchung
folgende Ergebnisse:
Der Einfluss der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit auf den jährlichen
Heizenergiebedarf ist mit ± 2 % bei Zone 1 und ± 5 % bei Zone 2 als gering
einzuschätzen
Der Einfluss der wirksamen Wärmespeicherfähigkeit auf den jährlichen
Kühlenergiebedarf ist mit ± 30 % bei Zone 1 und ± 8 % bei Zone 2 als signi-
kant höher einzuschätzen
Eine steigende Wärmespeicherfähigkeit führt zu einer signikanten Redukti-
on der benötigten Kühlenergie
In Zone 1 führt eine steigende Wärmespeicherfähigkeit zu einer Erhöhung
des jährlichen Heizenergiebedarfs
In Zone 2 führt eine steigende Wärmespeicherfähigkeit zu einer Reduktion
des jährlichen Heizenergiebedarfs
Die gegenläuge Tendenzen des jährlichen Heizenergiebedarfs zwischen
Zone 1 und Zone 2 lassen sich im Rahmen dieser Untersuchung nicht eindeu-
tig beschreiben
Zur Beschreibung dieser Tendenzen sind aufbauende Parameterstudien
erforderlich
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 43
Bauindustrie Bayern | Innovation 44
WISSENSCHAFTLICHE
BEGLEITUNG DES
PLANUNGSPROZESSES
Im Rahmen des Projekts wurde die Gebäudeplanung wissenschaftlich begleitet.
Das Ziel war es, innovative und ganzheitliche Planungsinstrumente, die sich bis
dato noch nicht im Geschäftsalltag etabliert haben, in den Planungsprozess ein-
fließen zu lassen. Neben simulationsbasierten Werkzeugen wurde eine lebenszy-
klusbasierte Analyse der Umweltwirkungen (LCA) und der Kosten (LCC) durch-
geführt.
Bereits in der Vorentwurfsphase wurden unterschiedliche Varianten, sowohl bei
der Konstruktion als auch der Anlagentechnik von den Projektbeteiligten identi-
ziert. Durch eine lebenszyklusbasierte Bewertung konnten die untersuchten
Varianten hinsichtlich energetischer und ökologischer Faktoren sowie Kosten
bewertet werden. Die Ergebnisse der Bewertung erlaubten einen Vergleich der
jeweiligen Varianten, dessen Erkenntnis wiederum in den weiteren Planungspro-
zess einfließen konnte.
Das übergeordnete Projektziel war die Realisierung eines lebenszyklusbasiert
treibhausgas-neutralen Plusenergiegebäudes. Dabei ist die Anwendung der
vorherig genannten Methoden unabdingbar. Die planungsrelevanten Parameter
(z.B. Energiebedarf, Umweltwirkungen etc.) können nicht nur ermittelt und opti-
miert werden, sondern im Rahmen der Zielvereinbarung überprüft und validiert
werden.
Die Lebenszyklusanalyse stellt einen iterativen Prozess dar. Dies bedeutet, dass
die Bewertung schrittweise durch die Anpassung der gewählten Parameter über
die einzelnen Planungsphasen wiederholt werden kann. Durch die heute vorhan-
denen digitalen Möglichkeiten kann der Bewertungsaufwand deutlich reduziert
werden. Die Mini mierung des Aufwands fü r die derzeit in der gängigen Pra xis noch
nicht angewandten Methoden ist Voraussetzung für eine branchenweite Akzep-
tanz. Durch die Entwicklung und den Einsatz einfacher, standardisierter Werk-
zeuge können künftig der Zeit- und Kostenaufwand für die genannten Analysen
deutlich reduziert werden.
Die wissenschaftliche Begleitung des Planungsprozesses hat zur Sensibilisierung
der beteiligten Akteure und des Bauherrn für die gesellschaf tliche und politische
Relevanz des Themas Nachhaltigkeit im Bauwesen beigetragen. Entscheidend
für die Praxis ist, die Ergebnisse einer lebenszyklusbasierten Betrachtung ver-
ständlich und plausibel aufzubereiten und zu kommunizieren. Hierbei ist es not-
wendig, im direk ten Kontakt zum Entscheidungs träger zu stehen und die einzelnen
Projektpartner eng miteinander zu verknüpfen. Denn nur so lassen sich die aus
der Bewertung hervorgehenden Maßnahmen realisieren, um den Themenkomplex
Nachhaltigkeit im Bauwesen weiter zu integrieren.
V.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 45
ZUSAMMENFASSUNG UND
AUSBLICK
Das Forschungsproje kt Eco+Oce AS -Bau Hof GmbH zeigt, dass eine Re alisierung
eines treibhausgas-neutralen Plusenergiegebäudes in diesem Fall leistbar ist und
sich darüber hinaus ökonomisch rechnet. Dabei muss vor allem auf die Wieder-
verwendung schon vorhandener Ressourcen, den Einsatz von nachwachsenden
Rohstoen, die am Ende ihres Lebensz yklus im besten Fall ohne großen Auf wand
wiederverwendet werden können, und die regenerative Bereitstellung von Ener-
gie zur Nutzung des Gebäudes Wert gelegt werden. Zudem müssen zukünftige
innovative Konzepte zur Kompensation eines ggfs. nicht vermeidbaren Verbrauchs
an nicht-erneuerbaren Energien und den damit verbundenen, anfallenden Ener-
gien und Treibhausgasemissionen, unter dringender Berücksichtigung des Ein-
satzes Erneuerbarer Energien, erarbeitet werden. Das ist essenziell, um den Einfluss
des Bauwesens auf unsere Umwelt deutlich zu minimieren und im besten Fall
komplett zu reduzieren.
Generell hat sich im Verlaufe des For schungsprojekts gezeigt , dass durch die Ope-
rationalisierung von Methoden zur Bewertung der lebenszyklusbasierten ener-
getischen, ökologischen und ökonomischen Performance von Gebäuden in der
Planung frühzeitig Stellschrauben für eine positive Einflussnahme auf den Pla-
nungs- und Bauprozess erarbeitet und umgesetzt werden können. Durch eine
Bewertung können eventuelle Zielkonflikte erkannt und Einflussfaktoren im Hin-
blick auf Energieezienz, Ökologie, Kosten etc. identiziert werden. Des Weiteren
kann durch die verantwortlichen Akteure gezielt Einfluss auf die ausgewählten
Planungsparameter genommen werden.
Zusammenfasse nd lässt sich sagen, dass der Einsatz von wiss enschaftlich fundier-
ten Methoden ein große s Potential bietet, bisherige Planun gsleistungen zu ergän-
zen. Insbesondere in frühen Planungsphasen, in denen die Einflüsse auf Energie-
ezienz, Ökologie, Ökonomie und Funktionalität des Gebäudes am höchsten
sind, kann durch eine lebenszyklusbasierte Betrachtungsweise in Kombination
mit Simulationen ein wertvoller Beitrag geleistet werden, Gebäude lebensz yklus-
basiert treibhausgasneutral und energetisch positiv zu planen und zu betreiben.
Auf Basis der im Rahme n dieses Forschungsprojekts e rarbeiteten Ergebnisse und
erlangten Erkenntnisse wird in einem weiterführenden Forschungsprojekt, in
Kooperation mit der AS-Bau GmbH, ein intensives Gebäudemonitoring und Moni-
toring des Nutzerverhaltens durchgeführt. Dabei werden Parameter bezüglich
des energierelevanten menschlichen Interagierens mit dem Gebäude ermittelt.
Zudem erfolgt eine Modelloptimierung der thermischen Gebäudesimulation mit
Hilfe der Monitoring-Daten. Dabei soll das energierelevante menschliche Inter-
agieren in Gebäudesimulationen mit abgebildet werden. Dadurch erfolgt ein ver-
besserter Abgleich des energetischen Verhaltens des Gebäudes mit der TGA-
Steuerung und somit eine ökologische und ökonomische Optimierung in der
Nutzungsphase des Gebäudes.
VI.
Bauindustrie Bayern | Innovation 46
LITERATURVERZEICHNIS
AS-Bau Hof. (2019). AS-Bau Hof. September 6, 2019,
https://www.as-bau-hof.de/
ASR A3.5. (2018). Bundesministerium für Arbeit und Soziales - Technische
Regeln für Arbeitsstätten Raumtemperatur. 7.
Bundesministerium für Umwelt - Naturschutz - Bau und Reaktorsicherheit.
(2015). Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB) Erweiterungsbau Büro-
und Verwaltungsgebäude Bilanzierungsregeln für die Erstellung von Ökobilan-
zen 1. 1–8.
Bundesministerium für Umwelt - Naturschutz - Bau und Reaktorsicherheit.
(2019). ÖKOBAUDAT | Datenbank.
http://www.oekobaudat.de/datenbank/browser-oekobaudat.html
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. (2016). BMWi - Energieeinspar-
verordnung. September 6, 2019,
https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Gesetze/Energie/EnEV.html
Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen (DGNB e.V.). (2018). Ökobilanz
des Gebäudes. 39–98.
Fetene, G. M., Kaplan, S., Mabit, S. L., Jensen, A. F., & Prato, C. G. (2017). Harnes-
sing big data for estimating the energy consumption and driving range of
electric vehicles. Transportation Research Part D: Transport and Environment,
54, 1–11.
https://doi.org/10.1016/J.TRD.2017.04.013
Harter, H., Schneider-Marin, P., & Lang, W. (2018). The energy grey zone —
uncertainty in embedded energy and greenhouse gas emissions assessment of
buildings in early design phases. Life Cycle Analysis and Assessment in Civil
Engineering: Towards an Integrated Vision, Proceeding, 196–204.
IBL Ingenieurbüro Lenk. (2019). Ingenieurbüro Lenk. September 20, 2019,
https://ib-lenk.de/de/content/68/ 71/startseite
Ingenieurbüro Hausladen. (2019). IB Hausladen München. September 6, 2019,
http://www.ibhausladen.de/
Lang Hugger Rampp Architekturbüro. (2019). Lang Hugger Rampp.
September 6, 2019,
https://www.langhuggerrampp.de/
Legep-Bausoftware. (2019). LEGEP Software. September 6, 2019,
https://legep.de/
Lehrstuhl für energieezientes und nachhaltiges Planen und Bauen - Techni-
sche Universität München. (2019). Startseite - ENPB. September 6, 2019,
https://www.bgu.tum.de/enpb/startseite/
Plant-for-the-Planet Foundation. (2019). Bäume sind genial! - Plant-for-the-
Planet. September 6, 2019,
https://www.plant-for-the-planet.org/de/informieren/baeume-sind-genial-2
VII.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 47
Schröder, W. 1961-, & Fraunhofer IRB-Verlag. (2018). Gewerblicher Betrieb von
Photovoltaikanlagen : Betreiberverantwortung, Betriebssicherheit, Direktver-
marktung.
Singer Ingenuer Consult GmbH. (2019). Singer Ingenieur Consult | Ingenieur-
leistungen aus einer Hand. September 20, 2019,
http://www.singer-ic.de/
SIRADOS. (2019). SIRADOS Baudaten. September 6, 2019,
https://www.sirados.de/?salesgroup=322&chorid=00509556&adword=bi/005-
09556&gclid=Cj0KCQjwh8jrBRDQARIsAH7BsXfyeCXyRYRXwmO7EVpunSEC
RyYKVSjnPUp38dF0tUyXKpaf4zv5ZocaAjMBEALw_wcB
Umwelt Bundesamt. (2018). Vergleich der durchschnittlichen Emissionen
einzelner Verkehrsmittel im Personenverkehr | Umweltbundesamt.
September 6, 2019,
https://www.umweltbundesamt.de/bild/vergleich-der-durchschnittlichen-emis-
sionen-0
Wirth & Fraunhofer ISE. (2019). Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland.
Fraunhofer ISE. 1(96), 1–91.
https://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeentlichungen/veroeentlichungen-
pdf-dateien/studien-und-konzeptpapiere/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-
deutschland.pdf
Bauindustrie Bayern | Innovation 48
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1
Bestandsgebäude Büro- und Verwaltungsgebäudes AS-Bau GmbH (Hof,
Bayern) 8
Abbildung 2: Skizze Projektidee des zukünftigen
Büro- und Verwaltungsgebäudes AS-Bau Hof GmbH
(Quelle: Lang Hugger Rampp GmbH) 9
Abbildung 3
Berücksichtigte Lebenszyklusphasen des Gesamtgebäudes nach
DIN EN 15978 für LCA und LCC (eigene Darstellung nach
DIN EN 15978, 2012, Bild 6) 10
Abbildung 4
Lebenszyklusbasiertes GWP des bisherigen Bestandsgebäudes (KG 300)
nach Lebenszyklusphasen) 16
Abbildung 5
Lebenszyklusbasierte PENRT des Bestandsgebäudes (KG 300) nach
Lebenszyklusphasen 17
Abbildung 6
GWP der Bauteilaufbauten des Bauteilvergleichs V5 – strukturiert
nach LZPH und Materialien (eigene Darstellung) 18
Abbildung 7
PENRT der Bauteilaufbauten des Bauteilvergleichs V5 – strukturiert
nach LZPH und Materialien (eigene Darstellung) 19
Abbildung 8
GWP der Bauteilaufbauten des Bauteilvergleichs V12 – strukturiert nach
Lebenszyklusphasen und Materialien 20
Abbildung 9
PENRT der Bauteilaufbauten des Bauteilvergleichs V12 – strukturiert nach
Lebenszyklusphasen und Materialien 21
Abbildung 10
Prozentuale Verteilung des GWP nach Lebenszyklusphasen für die
Ausführungsvariante Sanierung mit Erweiterungsbau (eigene Darstellung) 22
Abbildung 11
Prozentuale Verteilung des PENRT nach Lebenszyklusphasen für die
Ausführungsvariante Sanierung mit Erweiterungsbau (eigene Darstellung) 23
Abbildung 12
Prozentuale Verteilung des GWP nach Lebenszyklusphasen für die
Ausführungsvariante Ersatzneubau (eigene Darstellung) 23
Abbildung 13
Prozentuale Verteilung des PENRT nach Lebenszyklusphasen für die
Ausführungsvariante Ersatzneubau (eigene Darstellung) 23
VIII.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 49
Abbildung 14
Erweiterung Büro- und Verwaltungsgebäude AS-Bau Hof GmbH
(Quelle: Lang Hugger Rampp GmbH) 24
Abbildung 15
Lebenszyklusbasiertes GWP der drei betrachteten Energieversorgungs-
varianten, inklusive Nutzungsphase (50 Jahre), bilanziert mit deutschem
Strom-Mix (eigene Darstellung) 26
Abbildung 16
Aufschlüsselung der Nutzungsphase der drei verschiedenen Energieversor-
gungsvarianten nach Energieverbrauchern, bezogen auf ein Jahr (eigene
Darstellung) 27
Abbildung 17
Lebenszyklusbasiertes GWP der drei betrachteten Energieversorgungs-
varianten, inklusive Nutzungsphase (50 Jahre), bilanziert mit Strom aus
erneuerbaren Energien (eigene Darstellung) 27
Abbildung 18
Kompensation des lebenszyklusbasierten PENRT und GWP der Variante
Sanierung + Erweiterungsbau mit Luft-Wasser WP, über 50 Jahre Gebäudenut-
zung (eigene Darstellung) 29
Abbildung 19
Vergleichende Analyse der Lebenszykluskosten der Wärmeerzeuger
(eigene Darstellung) 31
Abbildung 20
LCC der PV-Anlage, inklusive Austauschzyklen, gerechnet über 50 Jahre
(eigene Darstellung) 31
Abbildung 21
Prozentuale Verteilung der Lebenszykluskosten der Baukonstruktion für
Herstellung und Nutzung des Gebäudes - Barwert der Nettokosten
(eigene Darstellung) 33
Abbildung 22
Aufteilung des lebenszyklusbasierten GWP für Baukonstruktion, TGA und
Nutzungsphase (eigene Darstellung) 34
Abbildung 23
Darstellung der untersuchten Zonen (eigene Darstellung) 36
Abbildung 24
Verlauf der operativen Temperatur in Zone 2 unter Berücksichtigung
verschiedener Bauarten für Variante V1 - Ohne aktive Kühlung und ohne
Nachtlüftung (eigene Darstellung) 38
Abbildung 25
Verlauf der operativen Temperatur in Zone 2 unter Berücksichtigung
verschiedener Bauarten für Variante V3 - Mit Nachtlüftung und ohne
aktiver Kühlung (eigene Darstellung) 38
Bauindustrie Bayern | Innovation 50
Abbildung 26
Verlauf der operativen Temperatur in Zone 2 unter Berücksichtigung
verschiedener Bauarten für Variante V2 - Mit aktiver Kühlung und ohne
Nachtlüftung (eigene Darstellung) 39
Abbildung 27
Ergebnisse des jährlichen Heizenergiebedarfs in Abhängigkeit der
wirksamen Wärmespeicherfähigkeit für die Zone 1 (eigene Darstellung) 40
Abbildung 28
Ergebnisse des jährlichen Kühlenergiebedarfs in Abhängigkeit der
wirksamen Wärmespeicherfähigkeit für die Zone 1 (eigene Darstellung) 40
Abbildung 29
Ergebnisse des jährlichen Heizenergiebedarfs in Abhängigkeit der
wirksamen Wärmespeicherfähigkeit für die Zone 2 (eigene Darstellung) 41
Abbildung 30
Ergebnisse des jährlichen Kühlenergiebedarfs in Abhängigkeit der
wirksamen Wärmespeicherfähigkeit für die Zone 2 (eigene Darstellung) 41
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 51
TABELLENVERZEICHNIS
Tab ell e 1
Grundlagen der im Projekt verwendeten Methoden 13
Tab ell e 2
Vergleich GWP und PENRT der Ausführungsvarianten
(LCA der Baukonstruktion ohne TGA und Phase B6) 23
Tab ell e 3
Variante Pelletkessel – Referenzvariante (Hauptkomponenten) 24
Tab ell e 4
Variante Luft-Wasser Wärmepumpe – Variante 2 (Hauptkomponenten) 24
Tab ell e 5
Variante Sole-Wasser Wärmepumpe – Variante 3 (Hauptkomponenten) 24
Tab ell e 6
Lebenszyklusbasiertes GWP und PENRT der Baukonstruktion mit
TGA und Nutzungsphase 27
Tab ell e 7
Ergebnisse Szenarienbetrachtung der Ausführungsvariante 31
Tab ell e 8
Kenngrößen der untersuchten Zonen 34
Tab ell e 9
Zusammenfassung der Ergebnisse zum jährlichen Heiz- und
Kühlenergiebedarf basierend auf parametrischen thermischen
Gebäudesimulationen für Zone 1 39
Tab ell e 10
Zusammenfassung der Ergebnisse zum jährlichen Heiz- und
Kühlenergiebedarf basierend auf parametrischen thermischen
Gebäudesimulationen für Zone 2 40
Tab ell e 11
Kostengliederung der gebäudebezogenen Kostengruppen nach
DIN 276:12-2018, Tabelle 1, die im Projekt berücksichtigt wurden 51
IX.
Bauindustrie Bayern | Innovation 52
ANHANG
TABELLE 11: KOSTENGLIEDERUNG DER GEBÄUDEBEZOGENEN KOSTENGRUPPEN NACH
DIN 276:1 22018, TABELLE 1 , DIE IM PROJEKT BERÜCK SICHTIGT WURD EN.
Kostengruppe, 2. Ebene Kostengruppe, 3. Ebene
KG 300 Bauwerk - Bau konstruktione n
KG 310 Baugrube/Erdbau KG 311: Herstellung
KG 312: Umschließung
KG 313: Wasserhaltung
KG 314: Vortrieb
KG 320 – Gründung, Unterbau KG 321: Baugrundverbesserungen
KG 322: Flachgründungen und Bodenplatten
KG 323: Tiefgründungen
KG 324: Gründungsbeläge
KG 325: Abdichtungen und Bekleidungen
KG 326: Drän agen
KG 330 – Außenwände/ Vertikal e Baukonstruk-
tionen, außen
KG 331: Tragende Außenwände
KG 332: Nichttragende Außenwände
KG 333: Außenstützen
KG 334: Außenwandönungen
KG 335: Außenwandbekleidungen, außen
KG 336: Außenwandbekleidungen, innen
KG 337: Elementierte Außenwandkonstruktio-
nen
KG 338: Lichtschut z zur KG 330
KG 339: Sonstiges zur KG 330
KG 340 – Innenwände/ Vertikale Baukonstrukti-
onen, innen
KG 341: Tragende Innenwände
KG 342: Nichttragende Innenwände
KG 343: Innenstützen
KG 344: Innenwandönungen
KG 345: Innenwandbekleidungen
KG 346: Elementierte Innenwandkonstruktio-
nen
KG 347: Licht schutz zur KG 340
KG 349: Sonstiges zur KG 340
KG 350 – Decken/Horizontale Baukonstruktio-
nen
KG 351: Deckenkonstruktionen
KG 352: Deckenönungen
KG 353: Dec kenbeläge
KG 354: Deckenbekleidungen
KG 355: Elementierte Deckenkonstruktionen
KG 359: Sons tiges zu KG 350
KG 360 - Dächer KG 361: Dachkonstruktionen
KG 362: Dachönungen
KG 363: Dachbeläge
KG 364: Dachbekleidungen
KG 365: Elementierte Dachkonstruktionen
KG 366: Lichtschut z zur KG 360
KG 369: Sons tiges zur KG 360
KG 370 – Infrastrukturanlagen KG 371: Anlagen für den Straßenverkehr
KG 372: Anl agen für den Schienenverkehr
KG 373: Anlagen für Flugverkeh r
KG 374: Anlagen des Wasserbaus
KG 375: Anlagen der Abwasserentsorgung
KG 376: Anlagen der Wasserversorgung
KG 377: Anl agen der Energie - und Informati-
onsversorgung
KG 378: Anlagen der Abfallents orgung
KG 380 – Bauko nstruktive Einbauten KG 381: Allgemeine Einbauten
KG 382: Besondere Einbauten
KG 383: Landschaftsgestalterische Einbauten
KG 384: Me chanische Einbauten
KG 385: Einb auten in Konstruktionen des
Ingenieurbaus
KG 386: Orientierungs- und Informationssys-
teme
KG 387: Schutzeinbauten
X.
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 53
KG 390 – Sonstige Maßnahmen für Baukonst-
ruktionen
KG 381: Allgemeine Einbauten
KG 382: Besondere Einbauten
KG 383: Landschaftsgestalterische Einbauten
KG 384: Me chanische Einbauten
KG 385: Einb auten in Konstruktionen des
Ingenieurbaus
KG 386: Orientierungs- und Informationssys-
teme
KG 387: Schutzeinbauten
KG 400 Bauwerk – Technische Anlagen
KG 410 – Abwasser-, Wasser-, Gasanlage n KG 411: Abwasseranlagen
KG 412: Wasseranlage n
KG 413: Gasanlagen
KG 420 - Wärmeversorgungsanlagen KG 421: Wärmeerzeugungsanlagen
KG 422: Wärmeverteilnetze
KG 423: Raumheizflächen
KG 424: Verkehrsheizflächen
KG 430 – Raumlufttech nische Anlagen KG 431: Lüftungsanlag en
KG 432: Teilklimaanlagen
KG 433: Klimaanlagen
KG 434: Kä lteanlagen
KG 440 – Elektrische Anlagen KG 441: Ho ch- und Mittelspannungsanlagen
KG 442: Eigenstromversorgungsanlagen
KG 443: Niederspannungsschaltanlagen
KG 444: Niederspannungsinstallationsanlagen
KG 445: Beleuchtungsanlagen
KG 446: Blitzschutz- und Erdungsanlagen
KG 447: Fahrleitungssysteme
KG 450 – Kommuni kations-, Sicherh eits- und
Informationstechnische Anlagen
KG 451: Telekommunikationsanlagen
KG 452: Schu ch- und Signalanlagen
KG 453: Zeitdienstanlagen
KG 454: Elektroakustische Anlagen
KG 455: Audiov isuelle Medien- u nd Antennen-
anlagen
KG 456: Gefahrenmelde- und Alarmanlagen
KG 457: Datenübertragungsnetze
KG 458: Verkehrsbeeinflussungsanlagen
KG 460 – Förderanlage n KG 461: Aufzugsanlag en
KG 462: Fahr treppen, Fahrsteige
KG 463: Befahranlagen
KG 464: Transportanlagen
KG 465: Krananlagen
KG 466: Hydraulikanlagen
KG 470 – Nutzungsspezi sche und verfahrens-
technische Anlagen
KG 471: Küchentechnische Anlagen
KG 472: Wäscherei-, Reinigungs- und
badetechnische Anlagen
KG 473: Medienversorgungsanlagen,
Medizin- und labortechnische Anlagen
KG 474: Feuerlöschanlagen
KG 475: Prozesswärme-, k älte- und -luftan la-
gen
KG 476: Weitere nutzungsspezische A nlagen
KG 477: Verfahrenstechnische Anlagen ,
Wasser, Abwasser und Gase
KG 478: Verfahrenstechnische Anlagen,
Feststoe, Wertstoe und Abfälle
KG 480 – Gebäude- und Anlagenautomatik KG 481: Automationseinrichtungen
KG 482: Schaltschränke, Automationsschwer-
punkte
KG 483: Automationsmanagement
KG 484: Kabel, Lei tungen und Verlegesy steme
KG 485: Datenübertragungsnetze
KG 490 – Sonstige Maßnahmen für technische
Anlagen
KG 491: Baustelleneinrichtung
KG 492: Ger üste
KG 493: Sicherungsmaßnahmen
KG 494: Abbruchmaßnahmen
KG 495: Instandsetzung
KG 496: Materialentsorgung
KG 497: Zusätzliche Maßnahmen
KG 498: Provisorische technische Anlagen
Bauindustrie Bayern | Innovation 54
IMPRESSUM
Ansprechpartner bei der Technischen Universität München
und dem Bayerischen Bauindustrieverband:
Technische Universität München
Fakultät Architektur
Lehrstuhl für energieezientes und nachhaltiges Planen und Bauen
AUTOREN
Hannes Harter, M. Sc.
hannes.harter@tum.de
Tel.:+49 89 289-23969
Michael Vollmer, M. Sc.
michael.vollmer@tum.de
Tel.: +49 89 289-25754
Christina Meier-Dotzler
christina.dotzler@tum.de
Tel.: +49 89 289-23990
Prof. Dr.-Ing. Werner Lang
sekretariat.enpb.bgu@tum.de
Tel.:+49 89 289-23990
INDUSTRIEPARTNER
AS-Bau Hof GmbH
Geschäftsführer Dr.-Ing. Thomas Dick
Stelzenhofstr. 28 | 95032 Hof
www.as-hof.de
ABTEILUNG PROJEKTPLATTFORM ENERGIE + INNOVATION
Dipl.-Ing. Sandro Pfoh
s.pfoh@ppe.tum.de
+49 89 289-28153
ABTEILUNG HOCHBAU UND ENERGIE
Dipl.-Ing. (FH)/MBA & Eng. Werner Goller
w.goller@bauindustrie-bayern.de
+49 89 235003-41
DANK
Das Projekt wurde von der Bayerischen Bauwirtschaft gefördert.
Wir danken dem Architekturbüro Lang Hugger Rampp GmbH (München) für die Bereitstellung
der benötigten gebäudebezogenen Daten, zur Durchführung der Analysen, Untersuchungen und
Auswertungen; sowie für die Illustrationen und graschen Ausarbeitungen der in diesem Bericht
gezeigten Abbildungen des Gebäudes.
GESTALTUNG
Dipl.-Des. (FH) Daniel Schwaiger
HERAUSGEBER
Bayerischer Bauindustrieverband e.V. (BBIV)
Oberanger 32 | 80331 München
www.bauindustrie-bayern.de
VERLAG
Technische Universität München
Fakultät für Architektur
Arcisstr. 21 | 80333 München
www.ar.tum.de, verlag@ar.tum.de
ISBN 978-3-948278-05-2
© BBIV, 1. Auflage, Dezember 2019
AS-Bau Hof GmbH | Eco+Oce 55
Bayerischer Bauindustrieverband e.V.
www.bauindustrie-bayern.de
9 783948 278052
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
Analyzing the factors that affect the energy efficiency of vehicles is crucial to the overall improvement of the environmental efficiency of the transport sector, one of the top polluting sectors at the global level. This study analyses the energy consumption rate (ECR) and driving range of battery electric vehicles (BEVs) and provides insight into the factors that affect their energy consumption by harnessing big data from real-world driving. The analysis relied on four data sources: (i) driving patterns collected from 741 drivers over a two-year period; (ii) drivers’ characteristics; (iii) road type; (iv) weather conditions. The results of the analysis measure the mean ECR of BEVs at 0.183 kW h/km, underline a 34% increase in ECR and a 25% decrease in driving range in the winter with respect to the summer, and suggest the electricity tariff for BEVs to be cost efficient with respect to conventional ones. Moreover, the results of the analysis show that driving speed, acceleration and temperature have non-linear effects on the ECR, while season and precipitation level have a strong linear effect. The econometric model of the ECR of BEVs suggests that the optimal driving speed is between 45 and 56 km/h and the ideal temperature from an energy efficiency perspective is 14 °C. Clearly, the performance of BEVs highly depends on the driving environment, the driving patterns, and the weather conditions, and the findings from this study enlighten the consumers to be more informed and manufacturers to be more aware about the actual utilization of BEVs.
BMWi -Energieeinsparverordnung
  • Bundesministerium Für Wirtschaft Und Energie
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. (2016). BMWi -Energieeinsparverordnung. September 6, 2019, https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Gesetze/Energie/EnEV.html
The energy grey zoneuncertainty in embedded energy and greenhouse gas emissions assessment of buildings in early design phases. Life Cycle Analysis and Assessment in Civil Engineering: Towards an Integrated Vision, Proceeding
  • H Harter
  • P Schneider-Marin
  • W Lang
Harter, H., Schneider-Marin, P., & Lang, W. (2018). The energy grey zoneuncertainty in embedded energy and greenhouse gas emissions assessment of buildings in early design phases. Life Cycle Analysis and Assessment in Civil Engineering: Towards an Integrated Vision, Proceeding, 196-204.
IB Hausladen München
  • Ingenieurbüro Hausladen
Ingenieurbüro Hausladen. (2019). IB Hausladen München. September 6, 2019, http://www.ibhausladen.de/
  • W Schröder
Schröder, W. 1961-, & Fraunhofer IRB-Verlag. (2018). Gewerblicher Betrieb von Photovoltaikanlagen : Betreiberverantwortung, Betriebssicherheit, Direktvermarktung.
Vergleich der durchschnittlichen Emissionen einzelner Verkehrsmittel im Personenverkehr | Umweltbundesamt
Umwelt Bundesamt. (2018). Vergleich der durchschnittlichen Emissionen einzelner Verkehrsmittel im Personenverkehr | Umweltbundesamt. September 6, 2019, https://www.umweltbundesamt.de/bild/vergleich-der-durchschnittlichen-emissionen-0