Gebäudestrukturen und deren Einfluss auf die ökologische Lebenszyklusqualität. Analyse von gebäudebezogenen LCA – Daten im Zusammenhang mit konstruktiven Gebäudestrukturen als Optimierungsgrundlage in frühen Planungsphasen

Abstract

In der vorliegenden Dissertation wurden die Möglichkeiten einer planungsbegleitenden Herangehensweise im Zusammenhang mit der Erstellung von Ökobilanzierungen untersucht und im Vergleich zur heute üblichen Praxis betrachtet. Dafür wurden Referenzprojekte detailliert betrachtet und die Input- und Output-Ströme analysiert. Weiterhin stand im Fokus, in welcher Planungsphase welche Baukonstruktionen oder deren Bestandteile planerisch definiert werden und welchen Einfluss diese Bauteile oder Bauteilschichten auf das Gesamtergebnis einer Ökobilanz haben. Es wurden vereinfachte Berechnungsverfahren für eine ökologische Lebenszyklusbetrachtung entwickelt, welche mit einem vertretbaren Aufwand in frühen Planungsphasen zur Anwendung gebracht werden können. Insbesondere wurde darauf geachtet, dass die vereinfachten Berechnungsverfahren dem Projektkenntnisstand der jeweiligen Planungsphase entsprechen. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die notwendigen Ausgangsdaten für die vereinfachten Berechnungsmethoden der jeweiligen Planungsphase entsprechen und dem Planungsteam ohne zusätzlichen bzw. mit vertretbarem Aufwand vorliegen. Die vorgeschlagenen Berechnungsverfahren wurden gegenüber einem vollständig normativen Berechnungsverfahren validiert. Dabei konnte erkannt werden, dass die Anwendung der vereinfachten Berechnungsverfahren aussagefähige Ergebnisse lieferen und sinnvoll angewendet werden kann. Auf Basis der untersuchten Referenzprojekte wurden Planungspiktogramme entwickelt, welche den Objektplaner dahingehend unterstützen sollen, eine Gebäudestruktur hinsichtlich der LCA-Indikatoren zu optimieren. Die Piktogramme erlauben eine praktikable und anschauliche Beurteilung von Planungsoptionen hinsichtlich einer ökologischen Optimierung. Die untersuchten Referenzprojekte sind charakteristische Bauwerke und spiegeln Stahlbetonstandardkonstruktionen in Deutschland wieder, welche in den Zeiträumen 2014 bis 2017 realisiert wurden bzw. bis 2019 realisiert werden. Dabei wurde ein signifikanter Einfluss der Beton- und Bewehrungsstahlanteile auf die LCA-Ergebnisse erkannt. Auf Grundlage dieser Erkenntnis wurden unterschiedliche statische Systeme aus Stahlbeton auf stoffliche und konstruktive Alternativen untersucht und vergleichend betrachtet. Weiterhin wurde analysiert, welchen Einfluss die Spannweite, die Deckendicke und die Druckfestigkeit unter Wahrung der normativen Standsicherheit auf die Ergebnisse einer Ökobilanz haben. Um die Aufwendung einer vollständigen Sachbilanz zu prüfen, wurde abschließend eine Sensitivitätsanalyse für gebräuchliche Stoffgruppen erstellt und bewertet. Alle Untersuchungsergebnisse wurden zu einer Planungsstrategie zusammengefasst und sollen die Möglichkeit einer Optimierung im Planungsprozess hinsichtlich der LCA-Output-Ströme unterstützen.

This dissertation investigates the possibilities of compiling life cycle assessments during the design stage, while comparing the approach to common practice. For this purpose reference projects were examined and input as well as output streams were analysed. Another focus is on the various planning stages and their relevance for the definition of individual building components as well as their impact on the end result. Simplified calculation methods for an ecological life cycle assessment were developed, which can be conducted during early project stages due to the low effort required. The calculation methods have been developed to correspond to the project team’s state of knowledge during each planning stage. Therefor the data required for the calculation methods has been optimized with regard to the data, which is available to the design team during each planning stage while generating little or no additional efforts. The proposed calculation methods have been validated with a fully standardised method and were proven to deliver meaningful results, which can be used reasonably. Based on the reference projects that have been investigated, pictographs were developed to aid the planning team regarding lifecycle assessment optimization of the building structure. The pictographs allow for a clear and practicable assessment of design options regarding an ecological optimization. The investigated reference projects are typical reinforced concrete structures and reflect characteristic buildings in Germany, which have been implemented between 2014 and 2017 or will be finished until 2019. Concrete and its reinforcement has the biggest impact on the life cycle assessment results. Based on this finding various reinforced concrete structures and constructive alternatives have been examined and compared. Furthermore an analysis to determine the influence of span, ceiling thickness and compressive strength on the results of a life cycle assessment, while maintaining the standardised structural stability has been undertaken. To determine the expense of a complete life cycle inventory analysis, a sensitivity analysis for common groups of substances has been created and assessed. All results of this investigation have been compiled towards a planning strategy and are intended to support the optimisation of life cycle analysis output streams during the building’s design stage.