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Ökodesign in der Praxis
Ökodesign in der Praxis ist eine neue Reihe mit nachhaltigen Design- und Konstruktionslösungen von One Click LCA, die in großem Maßstab angewendet werden können. Wir veröffentlichen etwa alle sechs Wochen einen Artikel und dazugehörige Lösungen. Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Lesen und würden uns über Ihr Feedback freuen.Bauholz: So können Sie es für Ihr Projekt einsetzen
Der Oberbau eines Gebäudes macht etwa 50-70% der Kohlenstoffemissionen eines Gebäudes aus. Im ersten Artikel unserer Reihe über praktische Ökodesign-Lösungen erläutert Marios Tsikos, wie diese Auswirkungen durch die Verwendung von Bauholz anstelle von Beton oder Stahl erheblich reduziert werden können.
Warum Bauholz?
Der Oberbau eines typischen Beton- oder Stahlgebäudes, d. h. die oberen Geschossdecken, Stützen, Träger und tragenden Wände, macht 50-70% der Kohlenstoffemissionen des gesamten Gebäudes vor dessen Nutzung aus. Diese Emissionsquelle kann durch eine optimierte Konstruktion, durch die Verwendung nachhaltiger Beton- oder Stahllösungen oder, wie hier erörtert, durch die Verwendung von Bauholz im Projekt verringert werden.
Bauholz hat einen geringeren gebundenen Kohlenstoffgehalt, da für seine Verarbeitung keine hohen Temperaturen oder große Mengen an fossilen Energieträgern erforderlich sind. Wenn das Holz jedoch aus nicht nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammt oder wenn es sich bei der Abholzung um eine endgültige Rodung handelt (d. h. dass die Fläche nach der Abholzung nicht wieder als Wald aufgeforstet wird), ändern die daraus resultierenden Kohlenstoffemissionen aus der Landnutzung das Bild völlig. Dieser Artikel befasst sich daher mit Holz aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern. Solche Holzquellen sind zum Beispiel an PEFC- oder FSC-Siegel zu erkennen.
Arten von Bauholz
Bauholz bezeichnet Bauelemente aus Holz, die tragend sind und für den Bau von Gebäuden und anderen Konstruktionen verwendet werden können. Bauholz kann für Stützen, Balken, Wände und Platten verwendet werden. Es wird in der Regel aus Weichholzarten wie u.a. Kiefer, Fichte und Tanne hergestellt. Häufig genutzte Bauholzprodukte sind:- Brettsperrholz (BSP)
- Brettschichtholz (Leimholz)
- Furnierschichtholz (FSH)
Bauholz hat im Vergleich zu Stahl und Beton einen geringeren gebundenen Kohlenstoffgehalt, wenn es aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern bezogen wird.
Was ist Brettsperrholz (BSP)?
- Brettsperrholz (BSP) ist ein Bauholzprodukt, das aus abwechselnd senkrecht aufeinander gestapelten Brettern besteht, die zu einer massiven Platte verleimt werden.
- Diese Platten können abhängig von den spezifischen Anforderungen eines Bauprojekts in verschiedenen Größen und Dicken hergestellt werden.
- Brettsperrholz (BSP) wird typischerweise für Decken sowie tragende und nicht tragende Wände in einem Gebäude verwendet.
Was ist Brettschichtholz (Leimholz)?
- Brettschichtholz (Leimholz) ist ein lineares Bauholzprodukt, das aus Holzlamellen besteht, die mit einem dauerhaften und feuchtigkeitsbeständigen Klebstoff miteinander verbunden sind.
- Die Lamellen werden so verleimt, dass die Holzmaserung parallel zur Längsachse des Elements verläuft.
- Leimholz wird typischerweise für Stützen– und Balkenelemente in einem Gebäude verwendet.
Was ist Furnierschichtholz (FSH)?
- Furnierschichtholz (FSH) ist ein Produkt aus Holzwerkstoffen, das aus Rundschälfurnieren hergestellt, mit paralleler Faserausrichtung zusammengefügt und mit einem strukturellen Klebstoff verleimt wird.
- Furnierschichtholz kann für Rahmen verwendet werden und eignet sich für größere Spannweiten, zum Beispiel bei großen Dach- und Bodenkonstruktionen.
Häufig verwendete Bauholzprodukte sind Brettsperrholz (BSP), Brettschichtholz (Leimholz) und Furnierschichtholz (FSH)
Biogene Kohlenstoffspeicherung
Biogener Kohlenstoff im Zusammenhang mit Bauholz bezieht sich auf den Kohlenstoff, der durch den Prozess der Photosynthese in den Bäumen gebunden und gespeichert wird. Dieser Kohlenstoff wird aus der Atmosphäre absorbiert und in die Biomasse der Bäume umgewandelt. Wenn der Baum gefällt und zu einem Bauholzprodukt verarbeitet wird, bleibt dieser Kohlenstoff jahrzehntelang gespeichert, bis das Produkt verbrannt wird oder sich zersetzt.
Es ist eine weit verbreitete Ansicht, dass Holz ein klimafreundlicheres Material ist, weil es Kohlenstoff speichert und dies zu einem negativen gebundenen Kohlenstoff führt. Leider ist das Gesamtbild, wie so oft, nicht ganz so einfach. Die überwiegende Mehrheit der heute gebauten Gebäude wird nicht so entworfen oder geliefert, dass die Holzstrukturen nach dem Ende der Lebensdauer des Gebäudes wiederverwendet werden können. Dies führt in den meisten Fällen dazu, dass das Holz nach dem Rückbau oder Abriss verbrannt wird, wodurch der Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird. Dies verzögert zwar die Emission der in den Gebäuden gespeicherten biogenen Kohlenstoffemissionen um mehrere Jahrzehnte, kann aber keineswegs als negativer gebundener Kohlenstoff betrachtet werden.
Da verschiedene Nutzer dies auf unterschiedliche Weise zu berücksichtigen wünschen, kann der Nutzer mit dem Net Zero Tool von One Click LCA wählen, ob die biogene Kohlenstoffspeicherung als negative Kohlenstoffemission angerechnet werden soll. Man sollte bedenken, dass eine eventuelle Verbrennung des Holzes zur Energiegewinnung am Ende des Lebenszyklus auch positive Auswirkungen haben kann. Durch die Erzeugung von Energie ohne den Einsatz herkömmlicher, auf fossile Brennstoffe angewiesener Verfahren wird der Verbrauch fossiler Brennstoffe insgesamt reduziert. In einer Ökobilanz werden diese Vorteile im Modul D aufgeführt, das die Auswirkungen nach dem Ende der Lebensdauer des Gebäudes quantifiziert. Weitere Informationen über biogenen Kohlenstoff und Kohlenstoffbindung finden Sie in diesem Artikel der Institution of Structural Engineers: Holz und Kohlenstoffsequestrierung.
Biogener Kohlenstoff bezeichnet den Kohlenstoff, der durch den Prozess der Photosynthese in Bäumen gebunden und gespeichert wird. Das Net Zero Tool von One Click LCA hilft Ihnen bei der Berechnung und Berücksichtigung von biogenem Kohlenstoff.
Vergleich von Holzlösungen in der Praxis und Daten, die Ihnen beim Vergleich helfen
Wenn man Holzkonstruktionen mit Beton oder Stahl vergleicht, ist ein direkter massen- oder volumenbasierter Vergleich nicht sinnvoll, da jedes Material unterschiedliche physikalische Eigenschaften und Strapazierfähigkeiten hat, wie z. B. Druck- und Zugfestigkeit, Wasser- und Korrosionsbeständigkeit usw.
Der beste Weg, Baumaterialien zu vergleichen und ihre Auswirkungen zu quantifizieren, besteht darin, verschiedene Designoptionen zu entwickeln und den CO2-Fußabdruck des gesamten Tragwerks auf Gebäudeebene zu vergleichen.
Sie müssen schon in einem sehr frühen Stadium Ihres Projekts Entscheidungen über Tragwerkslösungen treffen. Oft ist zu diesem Zeitpunkt nur recht wenig zum Projekt vereinbart worden. Glücklicherweise bietet One Click LCA seinen Kunden mehrere Lösungen und Daten, die Vergleiche in der frühen Phase des Projekts zulassen, darunter: Carbon Designer 3D und generische Datenpunkte für Materialien.
Das Tool Carbon Designer 3D von One Click LCA zur Optimierung von frühen Entwurfsstadien kann jetzt BSP- und Brettschichtholz-Gebäudeentwürfe in Europa, den USA und Kanada sowie im Nahen Osten und Afrika erstellen und vergleichen.
Image caption: Regionen mit CLT- und Leimholz-Rahmenbauoptionen in Carbon Design 3D. Bildnachweis: One Click LCA
Das Tool Carbon Designer 3D von One Click LCA zur Optimierung von frühen Entwurfsstadien kann jetzt BSP- und Brettschichtholz-Gebäudeentwürfe in Europa, den USA und Kanada sowie im Nahen Osten und Afrika erstellen und vergleichen
Die One Click LCA-Datenbank enthält jetzt die folgenden generischen Datenpunkte für Materialien:
- Brettsperrholz (BSP)
- Brettschichtholz (Leimholz)
- Furnierschichtholz (FSH)
- 62 weitere generische BSP-/Leimholz-/FSH-Materialdaten aus offenen generischen Materialdatenbanken und regulatorischen Datenbanken
Wann sollten generische Daten verwendet werden?
Für den Fall, dass für ein Holzbauprodukt keine EPD erstellt wurde oder das zu verwendende Produkt derzeit nicht bekannt ist, helfen Ihnen die oben genannten generischen Materialdatenpunkte bei der Fertigstellung Ihrer Analyse. Diese Datenpunkte sind wie alle anderen generischen One Click LCA-Datenpunkte für jedes Land lokalisiert und stellen durchschnittliche Materialien für die definierten Leistungskriterien dar.Die One Click LCA-Datenbank enthält derzeit 174 EPDs für BSP-, Leimholz- und FSH-Produkte sowie 62 weitere generische BSP-/Leimholz-/FSH-Materialdaten.
Carbon Designer 3D Vorlagen für Bauholz
In frühen Planungsphasen führt das Designteam in der Regel einen Variantenvergleich durch, bei dem verschiedene Entwurfsoptionen miteinander verglichen werden, um die Option mit dem niedrigsten CO2-Fußabdruck zu ermitteln oder die Vorteile einer Option gegenüber anderen zu quantifizieren. Während diese Übung in den frühen Stadien am vorteilhaftesten ist, stellt das Fehlen von Planungsunterlagen ein Hindernis dar. Um dieses Hindernis zu überwinden, können Designteams den Carbon Designer 3D von One Click LCA verwenden, ein Tool für die frühe Designphase, mit dem die Benutzer Materialmengen und Umweltauswirkungen abschätzen können. Weitere Informationen über Carbon Designer 3D finden Sie unter diesem Link.Zur Veranschaulichung haben wir den Carbon Designer 3D von One Click LCA verwendet, um schnell und einfach die Materialmengen und Kohlenstoffemissionen von drei verschiedenen Oberbauszenarien für ein 10 000 m2 großes Bürogebäude abzuschätzen, das aus fünf oberirdischen Stockwerken besteht.
- Die drei bewerteten Szenarien umfassen eine BSP-Struktur, eine Betonstruktur und eine Stahlstruktur.
- Die Bewertung umfasst das Fundament, das Tragwerk, die Gebäudehülle, die Innenwände und die Oberflächen.
- Die Berechnung umfasst die Module A1-A3, A4, A5, B4 und C2-C4.
- Die Decken und das Tragwerk sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale. In allen drei Szenarien sind diese Elemente funktional gleichwertig, d. h. in Bezug auf Brandschutz, Tragfähigkeit und Akustik.
- Bei der BSP-Option werden 240 mm dicke BSP-Platten verwendet, bei der Beton-Option 150 mm dicke Betonplatten und bei der Stahl-Option 150 mm dicke Metallverbunddecken.
- Der Estrich, die Schalldämmung und die Gipskartondecke sind in den BSP-Platten enthalten, damit sie funktional gleichwertig sind. Es wird davon ausgegangen, dass alle BSP-Wände mit einer Schalldämmung und Gipskartonplatten verkleidet sind.
- Für die Innenwände wurden 175 mm dicke, für die Außenwände 120 mm dicke BSP-Platten verwendet. Für die Betonoption wurde C30/37 mit 10% Hüttensand angenommen. Für die Stahlvariante wurde ein Recyclinganteil von 60% angenommen.
Der Beitrag von Baumaterial
Wie in der obigen Abbildung zu sehen ist, kann die Verwendung von Bauholz zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen um ca. 23 % im Vergleich zu einer Basisstruktur aus Stahl oder um ca. 14 % im Vergleich zu einer Betonstruktur führen. Dabei sind die Auswirkungen nach dem Lebenszyklus des Gebäudes (Modul D) nicht berücksichtigt, und es wird davon ausgegangen, dass alle Materialien aus der gleichen Region stammen.
Der Beitrag von Gebäudeteilen
Der Beitrag der relevanten Gebäudeteile ist aufgrund der unterschiedlichen Tragwerkskonstruktionen in jedem Fall unterschiedlich. Zum Beispiel werden bei der BSP-Option keine separaten Balken oder Stützen verwendet. Ebenfalls erwähnenswert ist, dass die oberen Geschossdecken im Falle der BSP-Struktur fast den gleichen Beitrag leisten wie Betonplatten und mehr als die Metallverbunddecken. Dies ist auf den Estrich und die Dämmung zurückzuführen, die aus Gründen der funktionalen Gleichwertigkeit hinzugefügt wurden.
Bauholz kann bezogen auf das gesamte Gebäude zu einer Reduktion des Treibhauspotenzials um 23% im Vergleich zu einer Basisstruktur aus Stahl oder um 14% im Vergleich zu einer Betonstruktur führen.
Modul D: Vorteile und Auswirkungen von Holz
Modul D ist mit einem hohen Unsicherheitsgrad behaftet, da das Energienetz in Zukunft sehr wahrscheinlich frei von fossilen Brennstoffen sein wird. Angesichts der gegenwärtigen Klimakrise, in der die sofortige Senkung der Emissionen den höchsten Stellenwert hat, ist dies wohl auch zweitrangig. Aus diesem Grund sind alle Ersatzszenarien, die fossile Brennstoffe berücksichtigen oder die auf fossiler Energie basierende Stahlproduktion ersetzen, vermutlich falsch. In One Click LCA verwenden Sie die LCA-Parameter des Projekts, um das Substitutionsszenario am Ende des Lebenszyklus des Gebäudes auf ein Szenario umzuändern, das Sie für am plausibelsten halten, und um die End-of-Life-Szenarien für die einzelnen Materialien zu ändern, verwenden Sie die entsprechende Modellierungsfunktion im Tool. Diese Funktionen stehen nicht in Tools zur Verfügung, bei denen der Standard oder die Methodik die Berechnungsmethode vorschreibt. Weitere Informationen über die LCA-Parameter von One Click LCA finden Sie in diesem Artikel.
Weitere Informationen zur Anpassung der End-of-Life-Szenarien von Materialien finden Sie in diesem Artikel.
Ist dies für Ihr Projekt geeignet? Das müssen Sie entscheiden!
One Click LCA fördert ein leistungsorientiertes Design, das die Kosten, die CO2-Emissionen und die Bauzeit der verfügbaren Lösungen vergleicht, welche die funktionalen Anforderungen erfüllen.
Obwohl die Holzbauweise erhebliche Vorteile für die Umwelt und für Erdbebengebiete bietet und insgesamt einen leichteren Gebäuderahmen ermöglicht, gibt es auch einige Einschränkungen zu beachten.
- Feuerbeständigkeit: Aus Gründen des Brandschutzes sind bei Holzgebäuden zusätzliche Gipsplatten erforderlich, die als Brandschutzmittel dienen, was wiederum die Masse und die CO2-Emissionen des Gebäudes erhöht. Die örtlichen Brandschutzvorschriften begrenzen in der Regel die maximale Höhe von Holzgebäuden.
- Akustik: Sie korreliert stark mit der Masse. Holzböden benötigen in der Regel eine Fertigbetonschicht, um die Masse des Bodens und die akustische Leistung zu erhöhen, damit der Trittschall nicht störend wirkt. Abhilfe schaffen kann zum Beispiel ein schweres, aber kohlenstoffarmes Material wie Sand oder Kies, das vor dem Ausgleichsestrich auf den Boden aufgebracht wird.
- Feuchtigkeitsbeständigkeit: Abhängig von Ihrem Standort und Ihren Lösungen müssen Holzgebäude in der Bauphase möglicherweise vor den Elementen geschützt werden. Dies erhöht die Baukosten.
- Gewährleistung einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung für die Holzversorgung: Der praktikabelste Weg, dies zu gewährleisten, ist die Forderung nach einer PEFC- oder FSC-Zertifizierung.
- Verfügbarkeit: Nachhaltige Forstwirtschaft ist leider weltweit keine gängige Praxis, und der Import von Holz über große Entfernungen reduziert die potenziellen Emissionsvorteile.
Europa
- CrossLam Kuhmo
- Stora Enso
- AS Barrus
Vereinigte Staaten von Amerika
Neuseeland
Bei der Verwendung von Bauholz sind die Feuer- und Feuchtigkeitsresistenz, die Akustik und die Verfügbarkeit zu beachten, und es ist darauf zu achten, dass das Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft stammt.
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der Autor
Marios Tsikos
Consulting and Training Team Leader
Marios Tsikos ist ein Experte für LCA, BIM und Nachhaltigkeit mit 10 Jahren Erfahrung. Er ist jetzt Berater bei One Click LCA, bietet Schulungen an und unterstützt Kunden bei der Integration von LCA in ihre Arbeitsabläufe.About Ecodesign in Practice
L’écoconception en pratique est une série de solutions de conception durable pour le bâtiment qui peuvent être appliquées à grande échelle. Ces solutions sont également intégrées sous forme de sources de données dans One Click LCA for Buildings et Carbon Designer 3D. Nous publions environ un article et les solutions associées toutes les six semaines. Nous vous souhaitons une bonne lecture et serions ravis de recevoir vos commentaires.Autres articles de cette série
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Starting April 17 2023 Structural timber, along with many other construction materials, will be covered in One Click LCA’s upcoming Construction LCA Bootcamp. This five-day program provides you with the knowledge required to undertake a construction project LCA.
Inhaltsübersicht
Warum Bauholz?
Biogene Kohlenstoffspeicherung
Vergleich von Holzlösungen in der Praxis und Daten, die Ihnen beim Vergleich helfen
Ist dies für Ihr Projekt geeignet? Das müssen Sie entscheiden!