Einführung in die Ökobilanzierung von Gebäuden

Wie wirken sich Gebäude auf die Umwelt aus?

Ein Gebäude zu errichten und über viele Jahre zu nutzen, hat nachhaltige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Lebenszyklusanalyse (LCA) ist die sich schnell entwickelnde Wissenschaft, um diese Auswirkungen in Bezug auf ihre Qualität, Schwere und Dauer zu beleuchten.

Ein Gebäude verursacht während seines gesamten Lebenszyklus Umweltauswirkungen. Die verschiedenen Phasen eines typischen Lebenszyklus, wie in LCA definiert, sind:

• A: die Produktions- und Konstruktionsphase,
• B: die Nutzungsphase,
• C: das End-of-Life-Stadium und
• D: Externalisierte Auswirkungen über die Systemgrenze hinaus.

Die Produktionsphase umfasst die Energie und die Ressourcen, die für die Gewinnung von Rohstoffen, den Transport der Materialien zu den Produktherstellungsanlagen und die Herstellung der endgültigen Bauprodukte verwendet werden. Die Bauphase umfasst den Transport von Materialien zur Baustelle sowie die Energie, die für den Antrieb der Baumaschinen, die Lieferung von unterstützenden Baumaterialien und die Entsorgung von Abfällen verwendet wird, die während des Bauprozesses anfallen. Die Nutzungsphase umfasst die Auswirkungen der Nutzung eines Gebäudes während seiner Lebensdauer aufgrund von Beleuchtung, Heizung, Wasserverbrauch und Materialien, die für Wartung, Reparatur und Ersatz verwendet werden. Die End-of-Life-Phase umfasst den Abriss und die Entsorgung des Gebäudes sowie die Abfallverarbeitung (wenn das Gebäude nicht umfunktioniert oder für eine weitere Nutzung oder Nutzung verbessert wird). Schließlich sammelt die letzte Phase alle sonstigen Auswirkungen der Wiederverwendung, des Recyclings und/oder der Rückgewinnung von Materialien, Energie oder Wasser aus dem Projekt. Diese Effekte werden als externalisierte Auswirkungen bezeichnet, da sie sich außerhalb der Systemgrenze manifestieren, die als physikalische Grenzen der LCA-Studie definiert ist.

Im Laufe des Lebenszyklus eines Gebäudes werden Emissionen und andere Schadstoffe produziert und an die Umgebung abgegeben. Eine visuelle Darstellung, wo diese Emissionen während des Lebenszyklus eines Gebäudes auftreten können, ist in Abbildung 1 dargestellt.

 

Was sind Emissionen und warum sind sie wichtig?

LCA verfolgt Emissionen, bei denen es sich um Substanzen handelt, die in die Luft, das Wasser oder den Boden freigesetzt werden. Emissionen und andere Schadstoffe können die Umwelt und die menschliche Gesundheit auf vielfältige Weise beeinträchtigen. Von zentraler Bedeutung sind Treibhausgasemissionen (THG), die zur Störung des globalen Klimas beitragen. Der Klimawandel wird voraussichtlich die Ernährungs- und Wassersicherheit untergraben, aber die anhaltenden Auswirkungen sind bereits verheerend, insbesondere für diejenigen, die geografisch oder wirtschaftlich anfällig für Dürren, Überschwemmungen und andere Naturkatastrophen sind.

Die fortgesetzte Nutzung fossiler Brennstoffe ist in der Moderne von besonderer Bedeutung. Die bebaute Umwelt wird direkt und indirekt durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erhalten und macht fast die Hälfte der Energie aus, die in den Vereinigten Staaten durch den Bau, Betrieb und Abriss von Gebäuden erzeugt wird. Angesichts der enormen globalen Präsenz der Bauindustrie befinden sich Branchenexperten in einer kritischen Position, um die Klimaerwärmung nicht mehr zu verursachen – und mit der Heilung zu beginnen.

Wie werden Emissionen in Umweltauswirkungen übersetzt?

Mit Materialien und Produkten verbundene Emissionen werden in der Regel anhand von Rechenmodellen geschätzt oder basieren auf tatsächlichen Messungen. Emissionen werden in Umweltwirkungen übersetzt, indem ihre Massen mit Charakterisierungsfaktoren multipliziert werden. LCA bewertet eine Reihe von Umweltauswirkungskategorien, bei denen es sich um umfassende Maße für Umweltveränderungen handelt, die die Auswirkungen vieler Arten von Emissionen umfassen. Die fünf wichtigsten Umweltauswirkungskategorien, die in US-amerikanischen Green-Building-Initiativen und LCA-Tools verwendet werden, lauten wie folgt:

• Treibhauspotenzial: Beschreibt potenzielle Änderungen der lokalen, regionalen oder globalen Oberflächentemperaturen, die durch eine erhöhte Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre verursacht werden, die durch den „Treibhauseffekt“ Wärme aus der Sonnenstrahlung einfangen. Diese Wirkungskategorie korreliert stark mit zwei anderen – Versauerung und Smogbildung – da die globale Erwärmung maßgeblich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe getrieben wird, die ebenfalls direkt zu diesen beiden Wirkungskategorien beiträgt.
• Versauerungspotential: Beschreibt die versäuernde Wirkung von Stoffen in Wasser und Boden. Eine Versauerung kann auftreten, wenn sich Substanzen wie Kohlendioxid in Wasser lösen und den pH-Wert senken, wodurch der Säuregehalt des Wassers erhöht wird. In der LCA bezieht sich dieser Begriff auf die lokalen Auswirkungen der Versauerung. Auf globaler Ebene bedroht die Ozeanversauerung jedoch das Überleben bestimmter Arten und gefährdet die marine Nahrungsversorgung für den Menschen. Weitere mögliche Auswirkungen der Versauerung sind die Zerstörung von Wäldern und die Erosion von Baumaterialien.
• Eutrophierungspotenzial: Beschreibt die Wirkung der Zugabe von Nährstoffen zu Boden oder Wasser, die dazu führt, dass bestimmte Arten ein Ökosystem dominieren und das Überleben anderer Arten gefährden. Ein Beispiel dafür ist, wenn ein übermäßiges Algenwachstum den Sauerstoffgehalt des Wassers verringert und Fische tötet. Düngemittel sind eine Dominante der Eutrophierung.
• Ozonabbaupotential: Beschreibt die abbauende Wirkung von Stoffen in der Stratosphäre auf die Ozonschicht, wodurch die Fähigkeit der Ozonschicht geschwächt wird, zu verhindern, dass übermäßige ultraviolette Strahlung die Erdoberfläche erreicht. Das Montrealer Protokoll hat das weltweite Engagement effektiv mobilisiert, um dieses Problem anzugehen. Ozonauswirkungen von Baumaterialien sind selten signifikant, aber Kältemittel, die in mechanischen Systemen verwendet werden, geben Anlass zur Sorge.
• Smogbildungspotential: Beschreibt das Vorhandensein von Substanzen wie Kohlenmonoxid und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Atmosphäre, die photochemischen Smog bilden. Smog ist schädlich für die menschliche Gesundheit (verursacht zB Atemprobleme) und Ökosysteme (verursacht zB eine Verschlechterung der Ernte).

In den USA hat die EPA Charakterisierungsfaktoren im Tool for Reduction and Assessment of Chemicals and Other Environmental Impacts (TRACI) veröffentlicht. Andere Charakterisierungsfaktoren werden in anderen Regionen verwendet. Datenbanken, die als Lebenszyklusinventare (LCIs) bekannt sind, melden diese Emissionen für verschiedene Prozesse, die zur Entstehung eines Materials oder Produkts beitragen. Unterschiedliche LCIs spiegeln Unterschiede in regionalen Praktiken und Herstellungsprozessen wider.

In einer Ökobilanz eines Gebäudes werden alle Material- und Prozessmengen in einem als Inventar bekannten Informationskörper zusammengefasst und mit den entsprechenden Auswirkungen für jedes Material oder jeden Prozess multipliziert. Die Gesamtergebnisse werden summiert, um die gesamten Umweltauswirkungen eines Gebäudes zu erhalten. Ein einfaches Beispiel für den Berechnungsprozess ist in Abbildung 2 dargestellt.

Wie wird LCA in der Bauindustrie eingesetzt?

In der Bauindustrie wird LCA üblicherweise verwendet, um:

• Helfen Sie Gebäudeeigentümern, fundierte Entscheidungen in Bezug auf Nachhaltigkeit und/oder Widerstandsfähigkeit zu treffen
• Bewerten Sie Designoptionen, indem Sie Einblicke in die Materialauswahl und deren Umweltauswirkungen geben
• Erreichen Sie eine Green-Building-Zertifizierung (z. B. in LEED v4 oder Living Building Challenge)
• Unterstützung bei der Bewertung der Umweltvorteile neuer Produkte und/oder Richtlinien
• Geben Sie an, dass ein System oder Produkt einem anderen ökologisch vorzuziehen ist (um eine vergleichende Behauptung aufzustellen)
• Vergleichen Sie mit Benchmarks, um die Leistung eines Gebäudes zu bewerten

Die Ergebnisse einer Ökobilanz können beleuchten, welche Teile eines Gebäudes besonders hohe Umweltauswirkungen haben. Diese Art der Hot-Spot-Analyse kann dem Designteam helfen, ein umweltbewussteres Design zu erreichen. Jede Konstruktionsänderung sollte jedoch mit einer weiteren LCA-Runde bewertet werden. Beispielsweise würde die Änderung des Baumaterials eines Gebäudes von Beton auf Stahl die Dämmkonstruktion aufgrund der unterschiedlichen thermischen Eigenschaften von Beton und Stahl beeinflussen. Die Isolationskomponenten müssten dann neu ausgelegt werden, bevor die Ökobilanz erneut durchgeführt wird.

In der Entwurfspraxis kann LCA als Vergleichsmodell verwendet werden, um schrittweise Verbesserungen vorzunehmen und Entwurfsoptionen zu bewerten. Einfach ausgedrückt hilft LCA Designern, die Umweltauswirkungen verschiedener Entwürfe zu bewerten, indem Gebäude, Materialien oder Baugruppen verglichen werden.

Dieser iterative Prozess der LCA wird im zweiten Teil des Praxisleitfadens: Implementierung erweitert. Eine Vorschau auf die Schritte zur Durchführung einer Ökobilanz ist in Abbildung 3 dargestellt, die den iterativen Prozess der Ökobilanz veranschaulicht. Die gestrichelten Linien zeigen die möglichen Iterationspfade durch den LCA-Prozess.