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Urban Mining und kreislaufgerechtes Bauen: Die Stadt als Rohstofflager

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Abstract

Wie können wir zukünftige Bauaufgaben sozial, ökonomisch und ökologisch bewältigen, um unserer gesellschaftlichen Verantwortung gerecht zu werden? Dieser wichtigen Frage widmet sich dieser Leitfaden. Dem linearen Wirtschaftsmodell und damit der Vernichtung von Ressourcen steht die Idee geschlossener Stoffkreisläufe, neuartig konzipierter Konstruktionen und (Rück-) Bautechnologien sowie innovativer, kreislauforientierter Geschäftsmodelle entgegen. Die gebaute Umwelt muss als Materiallager verstanden und für die einfache Entnahme von Baumaterialien geplant werden. Internationale Experten beleuchten aus ganz unterschiedlichen Blickwinkeln und anhand zukunftsweisender Projektbeispiele, wie den Herausforderungen einer Kreislaufwirtschaft mit ganz neuen methodischen Ansätzen begegnet werden kann. Eine Sammlung ausgewählter Materialbeispiele zeigt die besondere Ästhetik und Wertigkeit von wiederverwendeten und -verwerteten Baustoffen und Bauteilen. Der Einstieg in eine vollständige Kreislaufwirtschaft muss zum zentralen und gemeinsamen Ziel unserer Gesellschaft werden. Dieses Buch zeigt mögliche Wege zu einer kreislaufgerechten Bauwirtschaft auf.
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... Background Building materials and construction account for approximately 11% of annual global carbon emissions [1]. This, compounded by the expectation that global resource consumption will double by 2050 [2], makes it imperative that materials which are bound in the built environment today stay in circulation at their highest value and utility for as long as possible [3] in the effort to limit global warming to 1.5℃ [4]. The most sustainable material is an already existing material; however, per the U.S. Environmental Protection Agency (EPA), 600 million tons (544 million metric tons) of construction and demolition debris (CDD) are annually generated in the US industry alone (of which the overwhelming majority is generated in demolition) and then downgraded or hauled to landfills [5]. ...
Article
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This paper introduces ScanR (Scan for Reuse), a composite method pairing quantitative and qualitative salvage and deconstruction surveying (S&D survey) with LiDAR and photogrammetry scanning in an effort to empower local municipalities and stakeholders in cataloging building materials prior to removal from site (in the case of either demolition or deconstruction), and enabling data collection and the generation of material databases to link local supply with demand – all in support of a shift from linear to circular economic models in construction. The speed of capturing large spaces through 3D scans and the ability to export such models into CAD software allows for a rapid assessment of surface and floor areas to calculate finishing material quantities and other material content, but lacks metadata such as quality and potential hazards that are necessary for a potential deconstruction contractor. Furthermore, information on spaces inaccessible to scanning, such as wall cavities, are necessary to comprehensively assess a building’s reuse potential. In supplementing scans with S&D surveys using accessible tools and software, these factors can be noted and referenced in relation to the space and 3d model, providing critical information to inform the harvest of materials and planning of the materials’ next use cycles. In testing this method on a building slated for deconstruction, this paper demonstrates the advantages of each method of data collection and how one can be leveraged to support the other to further catalyze local efforts to divert material from waste streams.
... The global climate and resource crises are calling for paradigm shifts in the way we design, build, and manage our physical environment [1,2]. Importantly, those paradigm shifts also fundamentally challenge the way we teach architecture. ...
Conference Paper
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This paper outlines and discusses a number of pedagogical strategies developed for a recent First Year Introductory Design Studio at Cornell University's Department of Architecture. The global climate and resource crises are calling for paradigm shifts in the way we design, build, and manage our physical environment. Importantly, those paradigm shifts also fundamentally challenge the way we teach architecture. The studio aimed to introduce students to the issues, elements, processes and interdependencies of both sustainability (environment, climate, politics) and architectural design (geometry, materiality, form, structure). A total of five assignments and their results are presented in this paper, historically contextualized, and pedagogically analyzed. Each of the exercises incrementally introduced new architectural concepts related to environment, body, material, culture, landscape, spatial tectonics, and representation. As the semester progressed, project narratives were layered, expanding a student's understanding of architecture as a complex and playful set of abstracted, reciprocal-geometric, proportional, formal, performative, constructed and natural-relationships.
... "Circular construction" [4,5] addresses both the re-activation of anthropogenic material stocks in today's already built environment as well as the design of buildings as material depots for future construction. Precise, detailed material information combined with strategies for designing for adaptability and/ or disassembly are all prerequisites for both of these aspects. ...
Conference Paper
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The construction industry requires a complete paradigm shift in the way we design, build, and manage our built environment: a shift from linear resource consumption to circular material usage. This paper describes the integration of the theory of circular construction into the curriculum of a first-year Bachelor of Architecture design studio at the Department of Architecture of Cornell University, as well as the teaching methodology developed to facilitate this paradigm shift. At the heart of the development of the syllabus is our conviction that circular design and construction requires detailed material knowledge at the earliest stage of the educational process, so that it can become an almost instinctive aspect of design consideration throughout the students' education, and one that might be further developed through electives and more advanced studios. Consequently, over the course of the semester, each student was assigned two design parameters involving (1) a raw material and (2) a reversible joint typology. The significant steps of the process are illustrated through examples of student work from the Spring 2020 design studio.
Technical Report
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Gesamtziel des Verbundprojektes war es, für das mehrgeschossige Bauen im urbanen Raum den Nachweis zu liefern, dass zukunftsorientiert für Neubauten bis zur Hochhausgrenze (Gebäudeklasse 5) mit der Holzbauweise kreislaufeffektive Konstruktionen und Architekturen möglich sind. Der Nachweis wurde bis in die Detailtiefe im Maßstab 1:1 geführt: architektonisch, (bau)konstruktiv, brand- und wärmeschutztechnisch sowie ökobilanziell. Kreislaufeffektives Bauen bestimmt unsere Zukunft, weil es klimaschonend ist, den Ressourcenverbrauch reduziert und Abfall vermeidet. Ressourcen sind in biologischen und technischen Kreisläufen einzubinden. Das lineare Wirtschaften muss der Kreislaufwirtschaft weichen. Das Bauwesen hat dazu einen maßgeblichen Teil beizutragen. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde erarbeitet, dass sich die Kreislauffähigkeit von Neubauten in fünf (baukonstruktive) Hierarchieebnen gliedern lässt: Gebäude, Bauteil, Bauelement, Komponente und Material. Wirtschaften in Kreisläufen setzt im Bauwesen in erster Linie eine robuste Gebäudestruktur voraus, die nutzungsflexible Geschossebenen zulässt. Das betrifft vor allem das starr im Gebäude verankerte Tragwerk und erfordert die leichte Rückbaubarkeit nichttragender Bauteile, wie Innen- und Außenwände. Da die Rohholzernte von Laubholz bisher zu 70% direkt als Brennholz verarbeitet wird, steckt vor allem in der Entwicklung von Baustoffen aus Laubholz ein hohes Wertschöpfungspotential. Im Forschungsprojekt wurde zur Steigerung der Laubholzverwendung und Kreislauffähigkeit ein mehrgeschossiger Holzbau aus Buchenfurnierschichtholz so entwickelt, dass die Nutzungen Parken, Wohnen und Arbeiten möglich sind, ohne in die Tragstruktur eingreifen zu müssen. Bauen mit Holz verlangt grundsätzlich aufgrund der mäßigen Materialsteifigkeit konstruktive Disziplin beim Entwerfen. Stützen stehen über Stützen, tragende und aussteifende Wände stehen ebenfalls übereinander. Dadurch wird die Elementierung und Standardisierung ermöglicht. Werden Baukomponenten, Bauelemente und Bauteile zusätzlich durch lösbare, reversible Verbindungen gefügt, ist in Zukunft selbst beim Rückbau eines solchen mehrgeschossigen Holzbaus eine Wieder- und Weiterverwendbarkeit im Sinne eines Materiallagers gewährleistet. Auch die Nachweise reversibler Verbindungen wurden im Forschungsprojekt erbracht.
Article
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Non-technical summary. As we consider a transition to a low-carbon future, there is a need to examine the mineral needs for this transformation at a scale reminiscent of the Green Revolution. The efficiency gains of the agrarian transition came at ecological and social costs that should provide important lessons about future metal sourcing. We present three options for a Mineral Revolution: status quo, incremental adaption and revolutionary change. We argue that a sustainable Mineral Revolution requires a paradigm shift that considers wellbeing as a purpose and focuses on preserving natural capital. Technical summary. As we consider a transition to a low-carbon future, there is a need to examine the mineral needs for this transformation at a scale reminiscent of the Green Revolution. The efficiency gains of the agrarian transition came at ecological and social costs that can also provide important lessons about the Mineral Revolution. We lay out some of the key ways in which such a mineral revolution can be delineated over temporal scales in a paradigm shift that considers wellbeing as a purpose and focuses on preserving natural capital. These prospects are conceptually presented as three pathways that consider the status quo, incremental adaption and revolutionary change as a means of planning more effectively for a low-carbon transition. Social media summary. Sourcing metals sustainably will require to consider wellbeing as a purpose and to preserve natural capital.
Article
Europa strebt bis 2050 an, klimaneutral zu sein. Für die Bauwirtschaft bedeutet dies neben der Reduzierung von klimaschädlicher Energie während der Gebäudenutzung v. a. die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs und der grauen Emissionen bei der Herstellung und dem Abriss von Gebäuden. Die Umsetzung kann durch eine kreislaufeffektive Bauwende gelingen, wobei der Holzbau eine zentrale Rolle einnehmen wird. Hierzu bedarf es einer auf Elementierung, Standardisierung und Reversibilität gestützten andersartigen Tektonik, innovativer Architekturansätze und einer neuen Baukultur. Jetzt braucht es einen politisch initiierten Wandel in der Bauwirtschaft, parallel müssen Planer:innen einen Paradigmenwechsel vollziehen. Bauwende – towards a new tectonic Europe aims to be climate neutral by 2050. For the construction industry, this means not only reducing climate‐damaging energy during building use, but above all reducing resource consumption and grey emissions in the production and the demolition of buildings. The implementation can succeed through a cycle‐effective building turnaround, in which timber construction will play a central role. This requires a different kind of tectonics based on elementation, standardisation and reversibility, innovative architectural approaches and a new building culture. What is needed now is a politically initiated change in the construction industry, and in parallel, planners must carry out a paradigm shift.
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