01.09.2021

Dem Klimawandel durch Fassadengestaltung begegnen

Funktionale Aspekte von Fassaden und die Rolle von Embodied Carbon

durch Václav Hasik, Datenmanager bei Transparenz schaffen

Václav Hasik

Seit den Anfängen der menschlichen Zivilisationen haben Gebäude und ihre Fassaden drei Hauptfunktionen: Schutz vor den Elementen, Bereitstellung von Tageslicht und Aussicht sowie eine auffallende Ästhetik. Die Energieeffizienz ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt, und die Ölkrise der 1970er Jahre hat uns geholfen, die betriebliche Energieinnovation von Gebäuden zu beschleunigen. Diese Dynamik hat sich auf die aktuelle Klimakrise übertragen, da die Bauindustrie ein relativ neues, aber ebenso wichtiges Element im Kampf gegen den Klimawandel anspricht: Embodied Carbon – die Kohlenstoffemissionen aus der Herstellung, dem Transport, der Installation, dem Austausch und der Endfertigung von Produkten -Lebensdauer-Entsorgung.

Heute haben wir die Möglichkeit, Gebäude aus betrieblicher Sicht ohne CO2-Emissionen zu entwerfen, aber die Art und Weise, wie wir die meisten Produkte herstellen, ist nicht weniger CO2-intensiv geworden. Tatsächlich wies Bill Gates kürzlich auf die bedeutenden CO2-Fußabdruck von Materialien wie Zement, Metalle, Chemikalien und Kunststoffe. Während viele dieser Materialien hauptsächlich in der Struktur eines Gebäudes verwendet werden, kann der Einsatz von Betonfertigteilen, Betonmauerwerk, Aluminium- und Metallverkleidungen, Schaumisolierungen und anderen Verkleidungsmaterialien aufgrund energieintensiver Herstellungsverfahren, direkte Emissionen aus chemischen Prozessen oder direkte Freisetzungen von Stoffen wie Treibmitteln.

Abbildung 1: Carbon Footprint der Produktherstellung. (Bild veröffentlicht in Glücksmagazin.)

Wir haben die Möglichkeit, Kohlenstoff in Gebäuden speichern durch die Verwendung von biobasierten Materialien wie Holz, Stroh, Hanf oder anderen kohlenstoffbindenden Materialien in Wand- und Dachelementen. Diese Produkte entfernen während des Wachstums des Rohstoffbaums oder der Nutzpflanze CO2 aus der Atmosphäre und speichern es im Wesentlichen während der gesamten Lebensdauer der Produkte im Gebäude.

Neben der sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Bewertung ist die Langlebigkeit ein weiteres Leistungskriterium, das sich positiv auf das Karbon auswirkt. Je länger die Hüllenmaterialien halten, desto seltener müssen sie ersetzt oder repariert werden, wodurch unnötiger Verarbeitungs- oder Herstellungsaufwand reduziert wird. Zum Beispiel, eine studie gefunden dass Aluminiumfensterrahmen zwar energieintensiver in der Herstellung sind, aber ihre Wartung, Haltbarkeit und Recyclingfähigkeit das Potenzial haben, sie im Vergleich zu Holz- und PVC-Rahmen über den gesamten Lebenszyklus zur Option mit dem niedrigsten CO2-Fußabdruck zu machen.

Verkörperte Kohlenstoffwirkung von Fassadensystemen

Einige Materialien tragen aufgrund ihres Herstellungsprozesses oder weil die Hersteller in Verbesserungen investiert haben, zu einem geringeren CO2-Fußabdruck bei. Eine Möglichkeit, den CO2-Fußabdruck eines Produkts herauszufinden, besteht darin, sich die von Dritten überprüften Umweltproduktdeklarationen (EPDs) der Hersteller anzusehen. Immer mehr Hersteller übernehmen die Praxis der Bereitstellung von EPDs und es gibt jetzt bessere Tools, die Ihnen dabei helfen, diese zu finden. Zum Beispiel die EC3-Werkzeug ermöglicht es Benutzern, digitalisierte EPDs aus der ganzen Welt kostenlos zu suchen und zu vergleichen. EC3 zielt auch darauf ab, Anreize für Verbesserungen in gesamten Lieferketten zu schaffen, indem es mit der Industrie zusammenarbeitet, um Unsicherheiten bei der Beschaffung von Rohstoffen sowie deren Herstellungsprozessen zu identifizieren und sich für eine kollektive Transparenz bei der CO2-Bilanzierung einzusetzen.

 

Abbildung 2: Vergleich des im Voraus verkörperten Kohlenstoffs der Produkte unter Verwendung von EC3.

Eigentümer, Architekten und Auftragnehmer können auch den gesamten CO2-Fußabdruck von Projekten mit dem EC3-Gebäudeplaner verfolgen, der es Benutzern ermöglicht, Materialmengen mit den EPDs in der Datenbank zu verknüpfen. Die Projektergebnisse können über Sankey-Diagramme (siehe Abbildung 3) oder Balkendiagramme analysiert und auch in ein Tabellenkalkulationsformat für die Berichterstattung an Zertifizierungsorganisationen exportiert werden. Der EC3-Pilotpartner Perkins&Will hat diese Funktion kürzlich verwendet, um den CO2-Fußabdruck der Western Washington University zu verstehen Kaiser Borsari-Saal sowie ein Studentenwohnheimprojekt. Beide Projekte haben eine massive Holzstruktur, die zu einem geringeren Gesamtkohlenstoffgehalt führt, aber auch die signifikante Wirkung von Glas und Aluminium in der Vorhangfassade unterstreicht. Das Perkins&Will-Team nutzte produktspezifische EPD-Daten aus EC3, um die Produktauswahl zu treffen und das Umschlagdesign zu verfeinern.

Abbildung 3: Kohlenstoff-Sankey-Diagramm des Produktstadiums von EC3. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Perkins&Will)

Um Vergleiche zwischen Baugruppen anzustellen, können Konstrukteure Tools zur Gebäudelebenszyklusbewertung (WBLCA) verwenden, wie z Übereinstimmen, oder fassadenorientierte Tools wie Kaleidoskop. Diese Tools basieren auf Ökobilanzmodellen, die eine typische Fertigung darstellen und den gesamten Lebenszyklus von der Herstellung über den Gebrauch bis zum Ende der Lebensdauer abdecken. Architekten verwenden diese Tools manchmal, um grundlegende vergleichende Analysen von Wandbaugruppen durchzuführen, bevor ein bestimmter Materialhersteller bekannt ist. Zum Beispiel LMN Architekten untersuchte fünf verschiedene Fassadensysteme die das Unternehmen routinemäßig bei Projekten einsetzte und einen Unterschied von bis zu 58% in der CO2-Bilanz zwischen Betonfertigteilen und dünnen Ziegeln auf Metallständerwandsystemen feststellte.

Abbildung 4: Vergleich der CO2-Bilanz von fünf Ziegelwandsystemen. (Bild mit freundlicher Genehmigung von LMN Architects, zuvor veröffentlicht in GebäudeGrün.)

Datenstand für Fassadenprodukte

EC3 hat derzeit fast 1.300 EPDs zu Fassadensystemen in seiner Datenbank, die Kategorien wie Mauerwerk, Fassaden, Wärme- und Feuchtigkeitsschutz, Öffnungen und andere umfassen. Einige dieser Kategorien sind derzeit nur für Pilotpartner sichtbar, da die Kategorien einige Verbesserungen erfordern, einschließlich der Definition der richtigen deklarierten Einheiten, der Gruppierung funktional gleichwertiger Produkte und der Verbesserung der Suchfilter; sie sind jedoch dabei, für die Veröffentlichung vorbereitet zu werden.

Es ist ratsam, dass wir auch EPDs und Produktkategorieregeln für die Entwicklung von EPDs selbst verbessern. Es ist relativ einfach, den Umfang und die Berichtspflichten für homogene Materialien wie Stahl und Beton aufeinander abzustimmen, aber da Fassaden aus mehrschichtigen und aus mehreren Materialien bestehenden Baugruppen bestehen können, ist es möglich, das aktuelle EPD-Ökosystem effektiv zu nutzen und sicherzustellen, dass Hersteller gleiche Wettbewerbsbedingungen haben herausfordernd.

Kompromisse zwischen verkörpertem und betrieblichem Kohlenstoff

Wenn wir uns superisolierte Gebäude ansehen, die die höchsten Auszeichnungen für Energieeffizienz anstreben, finden wir oft Dreifachfenster, Schaumisolierungen und andere hochtechnologische Technologien. Allerdings sind mehr Material und Scheiben aus Carbon-Sicht nicht immer besser, da es einen Kompromiss zwischen den Auswirkungen auf die Herstellung und der schrittweisen Änderung der betrieblichen Effizienz geben kann. Es gab Studien, die Kompromisse in der Anzahl Fensterscheiben und Fenster-zu-Wand-Verhältnisse wenn es um betriebliche und verkörperte CO2-Bilanz geht. Natürlich hängen solche Kompromisse vom Standort des Gebäudes und der Quelle der Betriebsenergie für das Gebäude sowie von der Herstellungseffizienz für bestimmte Bauprodukte ab. Nichtsdestotrotz zeigen die Studien, dass die gleichzeitige Durchführung von Betriebsenergie- und EKG-Analysen sinnvoll ist. Modellierungstools wie die Cove.Tool erkennen diesen Wert und integrieren EC3-Embodied-Kohlenstoffdaten in ihre Energiemodellierungsanalysen.

Fazit

Es besteht ein wachsendes Bewusstsein und Interesse daran, den CO2-Fußabdruck der Materialherstellung zu verstehen, was Türen zu neuen Möglichkeiten in der Fassadengestaltung und Fertigungsinnovation öffnet. Wir brauchen noch mehr Daten, bessere Abrechnungsmethoden und eine nahtlosere Integration mit Designtools, um die Komplexität der Auswirkungen der CO2-Emissionen von Fassaden vollständig zu bewältigen. Es gibt jedoch Schritte und Entscheidungen, die wir heute treffen können, um den Klimawandel zu bekämpfen: sowohl den betrieblichen als auch den verkörperten Kohlenstoff verschiedener Fassadenoptionen quantifizieren, Hersteller nach EPDs fragen, mehr natürliche oder kohlenstoffarme Materialien verwenden und auf Langlebigkeit, Wiederverwendbarkeit, und Recyclingfähigkeit.

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