Nachhaltiges Bauen mit Beton
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Nachhaltiges Bauen mit Beton Ein Fachbeitrag für Architekten, Planer und Bauherren. Nachhaltiges Bauen mit Beton Ein Fachbeitrag für Architekten, Planer und Bauherren. Seite 3 — www.beton.org www.beton.org — Seite 4 VORWORT Nachhaltigkeit beim Bauen messbar machen Kaum ein Begriff ist in öffentlichen und fachlichen Diskussionen seit geraumer Zeit so in aller Munde wie der Begriff Nachhaltigkeit. Er wird teilweise so inflationär gebraucht, dass er Gefahr läuft, zur Floskel zu werden. Um dem entgegenzuwirken, darf Nachhaltigkeit kein schmückendes Etikett sein, sondern muss in der Praxis ganz konkret verankert werden und nachweisbar sein. Daher hat die Bundesregierung eine nationale Nachhaltigkeitsstrategie entwickelt und mit konkreten Indikatoren untersetzt. Der Baubereich spielt dabei eine zentrale Rolle. Nachhaltiges Bauen nimmt den gesamten Lebenszyklus von Gebäuden in den Blick – von den ersten Planungsschritten über die bauliche Realisierung bis hinein in die Zeit nach der eigentlichen Nutzung. Die Bundesregierung unterstützt mit zahlreichen Initiativen erfolgreich die Innovations- und Investitionskräfte des Marktes für Ressourcen sparendes Bauen. Als öffentlicher Bauherr steht der Bund mit seinen Bauwerken im Focus des öffentlichen Interesses. Mit der ständigen Weiterentwicklung unseres Leitfadens Nachhaltiges Bauen mit verbindlichen Vorgaben ver­ folgen wir unsere Vorbildfunktion. Das Ziel lautet, Bauen, Planen und Betreiben von Bundesgebäuden und Liegenschaften ganzheitlich auf Nachhaltigkeit auszurichten. Aktuell schaffen wir mit einem durchdachten System zur Bewertung von Bundesbauten die notwendigen Grundlagen, um Nachhaltigkeit messbar ausweisen zu können. Nachhaltigkeit wird so transparent und nachvollziehbar. Nachhaltigkeit ist eine Daueraufgabe. Und diese Aufgabe baut auf Partnerschaft. So sehr sich mein Ministerium als Impulsgeber versteht, so sehr setzen wir auf verlässliche Partner in einem Prozess, der Nachhaltigkeit zu einem entscheidenden Maßstab des Bauens macht. Gemeinsam mit den Spitzenverbänden am Runden Tisch „Nachhaltiges Bauen“ und den Chancen, die uns die Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ ermöglicht, werden wir auch weiterhin aktiv die Umsetzung der Nachhaltigkeitsstrategie im Baubereich mitgestalten. Dass diese Bemühungen Früchte tragen, unterstreicht der vorliegende Fachbeitrag der deutschen Zement- und Betonindustrie. Fundiert und anschaulich wird der am meisten verbaute Baustoff unserer Zeit auf Nachhaltigkeit untersucht. Damit wird Bauherren und Planern eine wichtige Entscheidungshilfe für verantwortungsvolles und innovatives Bauen mit Beton an die Hand gegeben. Dr. Peter Ramsauer MdB Bundesminister für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Seite 5 — www.beton.org Inhalt Ist Bauen mit Beton nachhaltiges Bauen? 8 Nachhaltigkeit und Ökobilanzen beim Bauen10 1 Die Begriffe Nachhaltigkeit und Ressourcen 10 1.1 Nachhaltigkeit – Spielräume für künftige Generationen erhalten 11 1.2 Ressourcenverbrauch beim Bauen – es kommt drauf an, was man draus macht 12 2 Ökobilanzen für das Bauwesen 12 2.1 Ökobilanzen nach DIN EN ISO 14040 12 2.1.1 Phase 1: Festlegung des Ziels 15 2.1.2 Phase 2: Die Sachbilanz 16 2.1.3 Phase 3: Wirkungsabschätzung 18 2.2 18 Ökobilanzielle Baustoffprofile Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton20 1 Potenziale nutzen, Nachhaltigkeit ermöglichen 20 2 Zementherstellung: Nachhaltigkeit von Anfang an 22 2.1 Substitution primärer Energieträger 24 2.2 Substitution primärer Rohstoffe 26 2.2.1 Der Einsatz von Sekundärstoffen auf dem Prüfstand 27 2.3 Substitution des Portlandzementklinkers 28 3 Betonrecycling – Verwertung bestehender Substanz 29 Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken30 1Bewertungsparameter 30 2 Das Verbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“ 32 2.1 Der Schlüssel: Multifunktionaliät 33 2.2 Energetische Anforderungsprofile im Vergleich 36 2.3 Investitionen, die sich rechnen 38 2.4 Beton: dauerhaft und widerstandsfähig 40 Inhalt — Seite 6 Beton als nachhaltiger Baustoff 42 1 Anforderungen im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse 42 1.1 Schallschutz 42 1.2 Brandschutz 44 1.3 Energieeffizienz und thermische Behaglichkeit von Gebäuden 44 1.4 Nachhaltige Bauverfahren 46 1.5 Beton und Grundwasser 47 MultifunktionAlität und Anpassungsfähigkeit48 1 Gestaltung, Konstruktion und Nutzung von Beton 48 2 Der Baustoff als Element der Gestaltung 50 3 Optimierungspotenziale von Hochleistungsbetonen 52 4 Neue Betone mit Spezialeigenschaften 54 Ergebnis: Beton ermöglicht nachhaltige Lösungen56 REFERENZGEBÄUDE58 Weiterführende Informationen 80 IMPRESSUM83 Seite 7 — www.beton.org Ist Bauen mit Beton nachhaltiges Bauen? Innerhalb der Europäischen Union entfallen etwa 40 % des Gesamtenergieverbrauchs auf die Nutzung von Gebäuden. Dieser enorme Anteil hat das Thema Nachhaltigkeit in den Fokus des modernen Bauens und Entwerfens gerückt. Baustoffe spielen bei Fragen zur Nachhaltigkeit von Bauwerken eine wichtige Rolle und der meistverwendete Baustoff der Welt ist Beton. Als deutsche Zement- und Betonindus­ trie sehen wir uns in der Pflicht, die Frage zu beantworten: Ist Bauen mit Beton nachhaltiges Bauen? Beton wirkt schall- und wärmedämmend. Beton erhöht die Flexibilität bei der Ausgestaltung von Bauten. Und – last but not least – Beton ist ein äußerst beständiger und robuster Baustoff. Die Diskussion, ob ein Bauwerk das Prädikat „nachhaltig“ erhalten kann, ist komplex. Um den Beitrag von Beton zu einem nachhaltigen Bau wirklich bewerten zu können, bedarf es fachlich fundierter Analysemethoden. Sie müssen nicht nur die ökologischen, sondern auch ökonomische und soziale Dimensionen von Wir nehmen direkt die Antwort vorweg: Nachhaltigkeit erfassen. Um solche Methoden Ja, Beton ist ein Baustoff, der auf unterschiedzu entwickeln oder die bestehenden zu verbeslichsten Ebenen nachhaltiges Bauen möglich sern, wurde unter der Leitung des Deutschen macht. Das beginnt bei den Ausgangsstoffen: Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) das ForBeton besteht aus den natürlichen Rohstoffen schungsvorhaben „Nachhaltig bauen mit Beton“ Wasser, Sand und Kies. Gemischt mit Zement ins Leben gerufen. Es widmet sich den unterergeben sie Beton. Sie werden lokal auf kurzen schiedlichsten Aspekten der Nachhaltigkeit Transportwegen beschafft. Bei der Herstellung beim Bauen und Bewirtschaften von Gebäuden. in den Betonwerken kommen heute ressourcen- Viele Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaschonende und energieeffiziente Techniken zum ben sind in diese Veröffentlichung eingeflossen. Einsatz – wann immer sinnvoll, werden dafür Wie sie zu bewerten sind und wie sie in den Sekundärrohstoffe aus dem Recycling genutzt. Planungsprozess einbezogen werden können, Darüber hinaus bietet der Baustoff Beton viele darüber informieren wir in den folgenden KapiNachhaltigkeitsaspekte beim Verbauen: Der Ein- teln und anhand der angefügten Beispiele. satz von Betonfertigteilen und selbstverdichten- Wir möchten damit Architekten, Planern, Baudem Beton reduziert Lärm auf der Baustelle und herren und allen, die in Bauprozesse involviert sorgt für schnelle Baufortschritte. sind, eine werthaltige Grundlage für Entscheidungen liefern, die auch für nachfolgende Generationen noch tragfähig sind. Nachhaltigkeit — Seite 8 Seite 9 — www.beton.org Nachhaltigkeit und Ökobilanzen BEIM BAUEN An welchen Stellen kann Nachhaltigkeit ins Bauwesen einfließen? Wie können wir überhaupt messen, ob das, was wir tun, nachhaltig ist? Mit Begriffsdefinitionen und Bilanzierungsmethoden nähert sich das Bauwesen dem komplexen Thema der Nachhaltigkeitsbewertung an. 1 Die Begriffe Nachhaltigkeit und RessourCEN ie So zia les Die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit Die Handlungsfreiheit der gegenwärtigen Generation wird nach dieser Definition dadurch beschränkt, dass auch zukünftige Generationen noch in der Lage sein müssen, ihre Bedürfnisse zu befriedigen. Es wird also ein Ausgleich zwischen den Bedürfnissen gegenwärtiger und zukünftiger Generationen angestrebt. Daraus lässt sich ableiten, dass jede Generation grundsätzlich legitimiert ist, durch Veränderung der Umwelt zur Entwicklung beizutragen. Sie ist aber gleichzeitig verpflichtet, diesen Spielraum auch für zukünftige Generationen zu erhalten. om Bei der Materialwahl werden also nicht nur die ökologischen Aspekte während der Herstellung on Unter „nachhaltigem Bauen“ versteht man im allgemeinen Sprachgebrauch die Planung, den Bau, den Betrieb, die Nutzung und den Rückbau von Bauwerken in einer Weise, die den Zielsetzungen nachhaltiger Entwicklung gerecht wird. Dabei müssen die Auswirkungen auf alle drei genannten Dimensionen der Nachhaltigkeit berücksichtigt werden. des Baustoffs, sondern auch die Umweltwirkungen der daraus hergestellten Bauwerke betrachtet. Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung zählen nicht nur die Herstellungs-, sondern auch Betriebs-, Wartungs- und Instandhaltungskosten über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg. Und schließlich spielt bei der sozialen Dimension des nachhaltigen Bauens eine Rolle, ob die funktionalen Anforderungen dauerhaft erfüllt werden und ein Bauwerk auch über lange Zeit von den Nutzern nachgefragt wird. Ök Die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit sind Ökologie, Ökonomie und Soziales. Ökologie Abbildung 01 — Die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit Nachhaltiges Bauen mit Beton — Seite 10 1.1 N achhaltigkeit – Spielräume für künftige Generationen erhalten Wir müssen uns heute schon an den Bedürfnissen von morgen orientieren. Darin wird der Begriff inhaltlich erweitert und „nachhaltige Entwicklung“ definiert: Popularität hat der Begriff „Nachhaltigkeit“ vor allem durch den im Jahr 1987 erschienenen Abschlussbericht der „World Commission on Environment and Development“ (BrundlandtKommission) mit dem Titel „Our Common Future“ erlangt. „Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.“ Ressourcen und Reserven Als Ressourcen bezeichnet man den gesamten in der Natur vorkommenden, abbaubaren Bestand an Rohstoffen. Von Reserven spricht man nur bei dem Teil der Rohstoffe, der heute mit verfügbaren Technologien wirtschaftlich zu erschließen ist. Als Reichweite von Reserven bezeichnet man den Quotienten aus Reserve und Verbrauch (Reichweite = Reserve/Verbrauch). Eine große Reichweite bedeutet zwar, dass keine akute Knappheit für die Versorgung mit einem Rohstoff besteht. Gerade bei Rohstoffen, die schon lange genutzt werden, kann eine große Reichweite aber auch auf eine weitgehende Exploration der Ressourcen und hoch entwickelte Gewinnungsverfahren hindeuten. Dies darf aber nicht dazu führen, dass die Suche nach zukünftig verwendbaren Rohstoffen oder alternativen Technologien zur Erschließung von Substitutionspotenzialen vernachlässigt wird. Alle Ressourcen sind endlich. Bei einigen überschreitet jedoch die weitgehende Exploration den menschlichen Zeithorizont. Dazu gehören auch die mineralischen Rohstoffe für die Betonherstellung, also Steine und Erden. Seite 11 — www.beton.org 1.2 R essourcenverbrauch beim Bauen – Es kommt drauf an, was man draus macht Ressourcenverbrauch und Nutzen müssen gegeneinander abgewogen werden. den kann, ob die Ziele des nachhaltigen Bauens erreicht werden oder nicht. Vielmehr muss der Ressourcenverbrauch mit dem dadurch erzielten Das Bauen zählt zu den Sektoren mit großem Nutzen – der Bedürfnisbefriedigung – ins VerEinfluss auf den Ressourcenverbrauch. Dies hältnis gesetzt werden, um über die Nachhaltigbetrifft die Gewinnung und Aufbereitung minerakeit eines Bauwerks entscheiden zu können. lischer Rohstoffe als Grundlage für die BaustoffOder anders und ganz speziell für den Baustoff herstellung sowie den Energiebedarf für Nutzung Beton gesprochen: Es kommt drauf an, was und Betrieb von Gebäuden. Allerdings ist die man draus macht. bloße Menge an verbrauchten Ressourcen keine Größe, anhand derer darüber entschieden wer- 2 Ökobilanzen für das Bauwesen Im Folgenden erläutern wir die Methode der Ökobilanz. Ziel ist es, Aussagen darüber zu treffen, welchen Beitrag die Technologien und Produkte der Zement- und Betonindustrie für eine im ökologischen Sinne nachhaltige Entwicklung leisten können. Ökobilanzen (engl. Life Cycle Assessment, LCA) sind Instrumente zur Quantifizierung und Bewertung ökologisch verträglichen Bauens. Sie stellen ein erprobtes Werkzeug dar, mit dem insbesondere Umwelteigenschaften untersucht werden können. 2.1 Ö kobilanzen nach DIN EN ISO 14040 Der Lebensweg eines Untersuchungsgegenstandes wird möglichst vollständig bilanziert. Die Phasen sind: ■■ Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmens ■■ Sachbilanz (Erfassung aller Input- und Nach der DIN EN ISO 14040 bestehen ÖkobilanOutput-Ströme) zen immer aus mehreren Phasen (s. Abb. 02). ■■ Wirkungsabschätzung Damit wird der Lebensweg des Untersuchungs■■ Auswertung (einschl. kritischer Prüfung) gegenstandes möglichst vollständig bilanziert. Nachhaltiges Bauen mit Beton — Seite 12 Seite 13 — www.beton.org Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens Sachbilanz Wirkungsabschätzung Auswertung Direkte Anwendung ––Entwicklung und Verbesserung von Produkten ––strategische Planung ––politische Entscheidungsprozesse ––Marketing ––Sonstige Abbildung 02 — Phasen einer Ökobilanz Die funktionelle Einheit Ein wesentliches Element von Ökobilanzen ist die sogenannte „funktionelle Einheit“. Ihr liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Ziel durch unterschiedliche Maßnahmen erreicht werden kann. Nur den Verbrauch einzelner Produkte oder Ressourcen, die zum Erreichen des Ziels nötig sind, miteinander zu vergleichen, würde das Ergebnis unzulässig verzerren. Die funktionelle Einheit ist als festgelegte Form eines Nutzens definiert und erlaubt damit eine Präzisierung und Objektivierung des Ergebnisses. Gerade bei Produkten mit sehr vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten – hierzu zählen die meisten Baustoffe – stellen ökobilanzielle Daten aus der Herstellung Eingangsdaten für weitergehende Analysen von funktionellen Einheiten bereit. Ein Beispiel: Bei einer Ökobilanz, mit der die Umweltwirkungen einer neuen Flussquerung untersucht werden, definiert man als Produktnutzen die Menge der täglich transportierten Menschen bzw. Güter. Gleichgültig, ob dies über eine Brücke, durch einen Tunnel, per Fähre oder auf dem Luftweg geschieht, ist der Nutzen immer derselbe. Ähnlich können Gebäude mit einem definierten Nutzen als funktionelle Einheit betrachtet werden. Nachhaltiges Bauen mit Beton — Seite 14 2.1.1 P hase 1: Festlegung des Ziels Die Ergebnisse werden erst vor dem Hintergrund der festgelegten Zielsetzung aussagekräftig. Auf den ersten Blick scheint die Tatsache, dass Ziel und Untersuchungsrahmen einer Ökobilanz individuell festzulegen sind, der Objektivität von Ökobilanzen zu widersprechen. Bei genauerem Hinsehen stellt man allerdings fest, dass sich unterschiedliche Fragestellungen mit derselben Methodik behandeln lassen. Beispielsweise können Ökobilanzen Möglichkeiten zur Verbesserung der Umwelteigenschaften von Produkten in den verschiedenen Phasen ihres Lebensweges aufzeigen oder der Auswahl relevanter Indikatoren mit Blick auf Umwelteigenschaften von Produkten dienen. Darüber hinaus können sie Informationen für Verbraucher liefern und die politischen Entscheidungsprozesse unterstützen. Seite 15 — www.beton.org Methodisch besteht kein Unterschied in der Behandlung all dieser Aufgaben, weil in allen Fällen eine möglichst vollständige Erfassung der Stoffund Energieströme erfolgt. Allerdings können die Bilanzgrenzen bei den genannten Aufgaben sehr verschieden sein. Bei Ökobilanzen handelt es sich letztlich immer um Einzelfallanalysen, deren Ergebnisse nur vor dem Hintergrund der festgelegten Zielsetzung bzw. Fragestellung aussagekräftig sind. Wesentliche Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang dem untersuchten Produkt zu. Obwohl auch DIN EN ISO 14040 den Begriff „Produkt“ verwendet, sind damit nicht nur Waren, sondern auch Dienstleistungen gemeint. Als verallgemeinerte Größe für die Bilanzierung wird daher eine sogenannte funktionelle Einheit verwendet, die in DIN EN ISO 14040 als „quantifizierter Nutzen eines Produktsystems“ definiert ist. 2.1.2 P HASE 2: Die Sachbilanz Bei der Bewertung von Bauprodukten sind Anwendung und Nutzen zu berücksichtigen. In der Sachbilanz werden quantitative Aussagen über den Produktlebensweg gemacht. Sachbilanzen umfassen insbesondere ein Inventar der Stoffe und Energien, die im Zusammenhang mit dem betrachteten Produktsystem aus der Natur entnommen werden (wie z. B. stoffliche Res­ sourcen oder Energieträger) oder in die Natur wieder entlassen werden (wie z. B. Emissionen oder Abfälle zur Deponierung). Diese Einflüsse auf die Umwelt wie z. B. der Ressourcenverbrauch werden dem Nutzen, d. h. der funktionellen Einheit, gegenübergestellt. Weil die funktionelle Einheit und der Untersuchungsrahmen die Ergebnisse von Ökobilanzen maßgeblich bestimmen, ist ein unmittelbarer Vergleich von Bauprodukten auf Basis der Ergebnisse von Produktökobilanzen problematisch oder unmöglich. Eine an den Bedürfnissen des Endverbrauchers orientierte Bewertung kann erst auf Bauteiloder Bauwerksebene erfolgen. Baustoff-Ökobilanzen liefern dafür wertvolle Eingangsdaten. Die Unzulässigkeit des Vergleichs einzelner Bauprodukte auf Basis von Ökobilanzergebnissen wird schnell offensichtlich, wenn man einen Blick in die vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) betriebene Datenbank mit Umweltprofilen von Baustoffen wirft (www.nachhaltigesbauen.de). Dort wird für die Herstellung von 1 kg Konstruktionsvollholz (KVH, Holzfeuchte 15 %) ein Energiebedarf von 9,598 MJ (nicht erneuerbare Primärenergie) angegeben. Der Bedarf an nicht erneuerbarer Primärenergie für die Herstellung von 1 kg Kalksandstein beträgt dagegen 1,121 MJ, also bezogen auf die Produktmasse etwas weniger als 12 % des Werts von Holz. Daraus ableiten zu wollen, dass die Verwendung von Kalksandstein generell ökologisch vorteilhafter als die Zwar wird für die Baustoff-Ökobilanzen in der Verwendung von Holz sei, wäre jedoch unzuläsRegel eine anschauliche materielle Größe – z. B. sig. Vielmehr wird deutlich, dass für die Bewerein Kubikmeter Beton – als Bezugsgröße verwentung von Bauprodukten auf der Grundlage von det. Allerdings lässt sich noch kein quantifizierUmweltinformationen unbedingt die jeweilige Anter Nutzen dieses Produktsystems für den Endwendung und Nutzung zu berücksichtigen ist. verbraucher – z. B. den Bauherren oder dessen Architekten – angeben. Denn der Lebensweg eines Kubikmeters Beton endet zwangsläufig am Werkstor des Baustoffherstellers. Nachhaltiges Bauen mit Beton — Seite 16 Seite 17 — www.beton.org 2.1.3 P hase 3: Wirkungsabschätzung Einheitliche Wirkungskategorien ermöglichen einen Vergleich. Für die Wirkungsabschätzung im Rahmen von Baustoff-Ökobilanzen hat man sich auf fünf Wirkungskategorien geeinigt, die essentielle menschliche Lebensgrundlagen berühren und damit einen Nachhaltigkeitsindikator darstellen: ■■ Treibhauspotenzial (GWP) ■■ Ozonabbaupotenzial (ODP) ■■ Versauerungspotenzial (AP) ■■ Eutrophierungspotenzial (Überdüngung von Gewässern und Böden, NP) ■■ Photooxidantienbildungspotenzial (Sommersmog, POCP) Die einheitliche Verwendung dieser Kategorien ermöglicht eine vergleichende Betrachtung, weil verschiedenste Wirkungen auf fünf Basisgrößen zurückgeführt werden. Es darf jedoch nicht übersehen werden, dass die so vorgenommene Äquivalenzbetrachtung bereits eine Bewertung impliziert. 2.2 Ökobilanzielle Baustoffprofile Ökobilanzielle Baustoffprofile liefern Eingangsdaten für eine Nachhaltigkeitsbewertung. Die Datenbank „Ökobau.dat“ mit den verschiedensten Baustoffprofilen wird vom BMVBS unter www.nachhaltigesbauen.de zur Verfügung gestellt. Als Datengrundlage für die Bewertung der ökologischen Dimension stehen für Zement und Beton ökobilanzielle Baustoffprofile zur Verfügung. Diese Baustoffprofile enthalten als Eingangsgrößen für die Bewertung der Nachhaltigkeit von Bauwerken folgende Angaben: ■■ ■■ ■■ ■■ ■■ ■■ den Primärenergieaufwand die fünf Wirkungskategorien der Ökobilanz den Einsatz von Primärenergie aus regenerativen und aus nicht regenerativen Ressourcen den Einsatz von Sekundärstoffen die Wassernutzung den anfallenden Abfall, aufgeteilt in Abraum, Hausmüll, Gewerbeabfall und Sonderabfall Die methodischen Festlegungen zur Ermittlung dieser Daten sind im Vorfeld der Datenerhebung zentral für alle Baustoffprofile und in Abstimmung mit dem BMVBS sowie der Industrie festgelegt worden. Nachhaltiges Bauen mit Beton — Seite 18 Parameter EinheitC20/25C25/30C30/37 Primärenergie nicht erneuerbar MJ 1.024 1.108 1.196 Primärenergie erneuerbar MJ 19,3 20,9 22,5 Treibhauspotenzial (GWP) kg CO2-Äq. 196,3 216,5 237,1 Ozonabbaupotenzial (ODP) kg R11-Äq. 5,33E-6 5,80E-6 6,29E-6 Versauerungspotenzial (AP) kg SO2-Äq. 0,356 0,385 0,415 Eutrophierungspotenzial (NP) kg PO4-Äq. 0,0501 0,0540 0,0582 Abbildung 03 — Ökobilanzielle Baustoffprofile für 1 m3 Frischbeton der Druckfestigkeitsklassen C20/25, C25/30, C30/37 [Quelle: Ökobau.dat] Umweltinformationen zu Bauprodukten Es kann nahe liegen, die Ergebnisse einer ökobilanziellen Untersuchung für die Produktkennzeichnung nutzen zu wollen. Allerdings sind die Ergebnisse von Produktökobilanzen für Baustoffe nicht für einen unmittelbaren Produktvergleich geeignet. Alle ermittelten Parameter stellen aufgrund des noch nicht sinnvoll quantifizierbaren Produktnutzens keine Ergebnisse, sondern lediglich Zwischenwerte dar. Bewährt haben sich ökologische Baustoffprofile zur Information über die mit der Baustoffherstellung verbundenen Umweltwirkungen, die auch zentraler Bestandteil von Umweltproduktdeklarationen (EPDs) bzw. Typ-III-Umweltkennzeichnungen sind. Die darin enthaltenen Werte können in die Bewertung der Umweltleistung eines Bauwerks über seinen Lebenszyklus einfließen. Mittlerweile stehen derartige Baustoffprofile in großer Zahl zur Verfügung. Sie sind beispielsweise in der Datenbank „Ökobau.dat“ (s. www.nachhaltigesbauen.de) enthalten oder werden als Bestandteil von Environmental Product Declarations (EPDs) (s. www.bau-umwelt.de) veröffentlicht. Seite 19 — www.beton.org Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton Können wir unsere natürlichen Ressourcen und Energieträger schonen und zugleich wachsende Bedürfnisse befriedigen? Wir arbeiten stetig an Verfahren, die unsere Produkte nachhaltiger machen. Sekundärstoffe und Recyclingprodukte kommen dann zum Einsatz, wenn sie sich auch auf lange Sicht als ökologisch, ökonomisch und sozial sinnvoll erweisen. 1 P otenziale nutzen, Nachhaltigkeit ermöglichen Bei der Herstellung von Zement und Beton steht der Ressourcenverbrauch immer auf dem Prüfstand. Durch die effiziente Nutzung von Rohstoffen und Energie bei der Baustoffherstellung leistet die Zement- und Betonindustrie einen wesentlichen Beitrag für die Nachhaltigkeit von Bauwerken aus Beton. Die Zement- und Betonherstellung in Deutschland zeichnet sich bereits durch besonders effiziente Prozesse und Produktionsweisen aus. Unabhängig davon, ob der überwiegende Teil dieser Stoffströme während der Erstellungsoder der Nutzungsphase entsteht, ist es sinnvoll, Ressourcen möglichst effizient zu nutzen und Bauen nachhaltiger zu machen. Wir fangen damit bei der Herstellung von Zement und Beton an. Abbildung 04 — Halbierung des spezifischen Brennstoffenergieeinsatzes bei der Klinkerherstellung [Quelle: nach Verminderung der CO2-Emissionen. Monitoring-Bericht 2008-2009. Verein Deutscher Zementwerke e.V. (Hrsg.): Düsseldorf, 2010] 9.000 spez. Brennstoffenergieeinsatz in kJ/kg Klinker Dennoch bleibt es Aufgabe, alle vorhandenen Potenziale des Baustoffes auszuschöpfen, da die Errichtung und der Betrieb von Bauwerken Stoffströme in erheblichem Umfang erzeugt. 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 Theoretischer Brennstoffenergiebedarf 1.000 0 Trocknung 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Jahr Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton — Seite 20 Seite 21 — www.beton.org 2 Zementherstellung: Nachhaltigkeit von Anfang an Die deutsche Zementindustrie verfolgt verschiedene Strategien zum Einsatz von Sekundärstoffen, um Ressourcen für kommende Generationen zu erhalten. Der wichtigste Hauptbestandteil von Zement wird in einem chemisch-mineralogischen Umwandlungsprozess erzeugt. Wichtigste Prozessschritte sind das Brennen der Die Eigenschaften von Beton werden wesentlich Rohstoffe – Kalk, Ton und (Quarz-)Sand – in Drehofenanlagen sowie das anschließende schnelle durch den verwendeten Zement bestimmt. ZeAbkühlen des Brennguts. Hierbei entstehen harte, ment ist ein anorganisches, nichtmetallisches, dicke Brocken mit einem Durchmesser von fein gemahlenes, hydraulisches Bindemittel. Mit Wasser gemischt ergibt es Zementleim, der mehreren Zentimetern: der Portlandzementklinker. Er wird gemahlen und ist Hauptbestandteil durch Hydratation erstarrt und erhärtet und aller Zementarten. nach dem Erhärten als Zementstein auch unter Wasser fest und raumbeständig bleibt. Die deutsche Zementindustrie zeichnet sich Der Zementleim verklebt die zugefügten Gesteins- durch ein hohes verfahrenstechnisches Niveau und hohe Umweltstandards aus. körnungen (Kies, Sand oder Splitt) zu Beton. Auf dieser Grundlage bietet die Herstellung von Zement vielfältige Möglichkeiten für die Verwertung von Sekundärstoffen. Bei der Herstellung von Zement gibt es drei grundsätzliche Strategien für den ressourceneffizienten Einsatz von Sekundärstoffen: ■■ Substitution primärer Energieträger durch Sekundärbrennstoffe, die in industriellen Prozessen oder in Haushalten bzw. in einem Gewerbe anfallen und sowohl aufgrund ihrer stoff­lichen Zusammensetzung als auch aufgrund ihres Heizwerts für die Verwendung in der Zementproduktion geeignet sind ■■ Substitution primärer Rohstoffe bei der Herstellung von Portlandzementklinker durch aus anderen Industrien stammende Sekundärrohstoffe ■■ Substitution von Portlandzementklinker durch andere Hauptbestandteile (Zemente mit mehreren Hauptbestandteilen) Mit diesen Möglichkeiten nutzen wir unsere natürlichen Ressourcen verantwortungsvoll und erhalten sie auch für kommende Generationen. Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton — Seite 22 Rohstoffe Gewinnen und Brechen Homogenisieren und Lagern ROHMEHL Rohmühle Zyklonwärmer Elektrofilter Trocknen und Mahlen Brennen Abscheider Drehofen zement KLINKER Homogenisieren Klinkersilo Mahlen Hauptbestandteile Lagern Zementmühle VERLADEN Abbildung 05 — Schematischer Ablauf der Zementherstellung Seite 23 — www.beton.org 2.1 Substitution primärer Energieträger Bei der Zementherstellung findet neben der energetischen stets auch eine simultane stoffliche Verwertung statt. Energie genutzt wird, die Aschen jedoch vielfach deponiert werden, bindet man bei der Verwertung im Zementwerk die Sekundärstoffe in den Stoffkreislauf ein und führt sie so einer erneuten In der deutschen Zementindustrie kommen zustofflichen Nutzung zu. Die verwendeten Sekunnehmend Sekundärbrennstoffe zum Einsatz. Im därbrennstoffe werden sorgfältig ausgewählt, Jahr 2009 lag deren Anteil am gesamten Brennder Klinkerbrennprozess wird ebenso wie die stoffenergieeinsatz der deutschen Zementindusnachfolgende Zementmahlung präzise gesteuert. trie bei nahezu 60 %. Das ist sowohl auf ökoSo können die verfahrenstechnischen Anfordenomische als auch ökologische Vorteile zurückrungen ebenso wie die strengen Anforderungen zuführen. Sekundärbrennstoffe können dabei an die Produktqualität des Zements eingehalten nicht nur energetisch, sondern auch stofflich verwerden. wertet werden. Während bei der Müllverbrennung zwar die im Sekundärstoff enthaltene Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton — Seite 24 58,4 38,2 52,5 53,4 42,1 34,8 30,3 22,9 25,7 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 18,7 1998 15,8 1997 13,4 1996 1995 10,2 10,8 1994 Sekundärbrennstoff-Anteil (%) 48,8 50,1 Jahr Abbildung 06 — Anteil Sekundärbrennstoffe am gesamten Brennstoffeinsatz der deutschen Zementindustrie [Quelle: VDZ] Physikalisch-chemische Eigenschaften inkl. betriebstechnischer Kriterien VerfügbarkeitHandling-Eigenschaften Heizwert Feuchtegehalt Saisonale Schwankungen Lagerfähigkeit Reaktivität, Aschegehalt und Zündverhalten,Zusammensetzung Ausbrandverhalten Absatzpause bei Ofenstillstand Transportfähigkeit 1 23 StabilitätCO2-EmissionsfaktorLogistik und biogener CO2-Anteil Dosierfähigkeit Korngröße Gehalt an kreislaufbildenden Alternativen Verbindungen (Chlor, Schwefel und Alkalien) Möglichkeiten in der repräsentativen Beprobung Gehalt an qualitätsrelevanten Verbindungen (z. B. Phosphat) Arbeitsschutz Flugfähigkeit Enthaltene Störstoffe Brennstoff-Stickstoff-Gehalt Sicherheitstechnische Anforderungen (z. B. Selbstentzündung, Explosionsgefährdung) Homogenität Selbstverdichtung Gehalt an Spurenelementen (insbes. an flüchtigen Elementen) Abbildung 07 — Überblick über die für den Sekundärstoffeinsatz relevanten Kriterien [Quelle: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Heft 572, erschienen 2007 im Beuth Verlag, Berlin] Beispiel Altreifen – Energielieferant und Rohmaterial zugleich Etwa die Hälfte aller in Deutschland anfallenden Altreifen – jährlich gut 250.000 t – werden in der Zementindustrie verwertet. Altreifen eignen sich hier in besonderer Weise als Sekundärbrennstoff. Sie können sowohl als Energieträger genutzt und darüber hinaus auch stofflich verwertet werden, indem bei der Verbrennung entstehende Aschen und Stahlkarkassen als notwendige Rohmaterialbestandteile in den Portlandzementklinker eingebunden werden. Seite 25 — www.beton.org 2.2 Substitution primärer Rohstoffe Der Einsatz sekundärer Rohstoffe erfolgt erst nach verantwortungsvoller Prüfung. kalkhaltiger Sekundärstoffe nicht aus, um einen größeren Anteil der für die Zementherstellung benötigten primären Kalkrohstoffe zu decken. Zudem handelt es sich bei allen sekundären Wir möchten Bauen mit Zement und Beton nachRohstoffen um Massenrohstoffe, deren Transhaltiger machen und bemühen uns deshalb portkostenanteil im Verhältnis zum Materialum den Einsatz sekundärer Rohstoffe, die bei wert oft sehr hoch ist. der Herstellung von Portlandzementklinker Kalkstein, Ton oder (Quarz-)Sand ersetzen kön- Wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll können nen. So verwendet man bei der Produktion von daher nur Mengen aus der näheren Umgebung eines Zementwerks eingesetzt werden. Es gibt Zementklinker beispielsweise Kalkschlämme also kein Patentrezept für den Einsatz sekundä­ aus der Trink- und Abwasserbehandlung, Gierer Rohstoffe. Vielmehr muss verantwortungsvoll ßereialtsande, Kiesabbrand, Walzzunder und Flugaschen. Sie ersetzen primäre kalk-, silizium-, geprüft werden, wie wir endliche Ressourcen durch den Einsatz sekundärer Rohstoffe nachhaleisen- und aluminiumhaltige Rohstoffe. tig schonen können. Die deutsche Zement- und Allerdings können primäre Rohstoffe nicht imBetonindustrie setzt sich deshalb für die Suche mer gänzlich ersetzt oder der Einsatz sekundä­ nach geeigneten Sekundärrohstoffen ein, die sorer Rohstoffe nachhaltig sinnvoll ermöglicht wohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvolle werden. So reichen beispielsweise die bei der Alternativen zu Primärrohstoffen darstellen. Abwasserbehandlung anfallenden Mengen Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton — Seite 26 2.2.1 Der Einsatz von Sekundärstoffen auf dem Prüfstand Sekundärstoffe müssen eine gleichwertige Qualität des Endproduktes wie Primärstoffe garantieren. In jedem Fall muss mit der im Werk eingestellten Rohstoffmischung die erforderliche chemisch-mineralogische Zusammensetzung von Portlandzementklinker zu erzielen sein, damit Ob der Einsatz von Sekundärstoffen bei der der Zement seine charakteristischen hydrauliZementherstellung im Sinne der Nachhaltigkeit schen Eigenschaften erhält. Die nachfolgende sinnvoll ist, muss im Einzelnen geklärt werden Abbildung zeigt das Dreistoffdiagramm für CaO, und beinhaltet eine genaue Betrachtung der drei SiO2 sowie Fe2O3 und Al2O3. Hierin sind neben Dimensionen der Nachhaltigkeit. Als Grundlage dem Klinker auch eine Auswahl möglicher Sedient aber immer eine festgelegte Produktqualikundärstoffe eingetragen, die in Abhängigkeit tät, die durch anspruchsvolle genormte Prüfunvon der Rohmaterialsituation im betrachteten gen überwacht wird. An Sekundärstoffe für Werk eingesetzt werden können. den Einsatz in der Portlandzementklinkerherstellung werden dieselben Anforderungen wie an primäre Rohstoffe gestellt. 0 0 10 Gießereialtsand 20 80 40 Kunststoff, Gummi SFA Klinker % in Steinkohle HOS 2 SiO 40 60 Ca O 60 in % Bleicherde Reifenschredder BFA 80 20 Braunkohle Kiesabbrand 10 0 0 0 20 40 60 80 AI2O3 + Fe2O3 in % Abbildung 08 — Dreistoffdiagramm CaO, SiO2 und Fe2O3 mit Zementklinker und Aschebestandteilen unterschiedlicher Roh- und Brennstoffe Seite 27 — www.beton.org Legende — HOS = Hochofenschlacke SFA = Steinkohleflugasche BFA = Braunkohleflugasche 100 2.3 Substitution des Portlandzementklinkers Zemente mit mehreren Hauptbestandteilen können verbesserte bautechnische und ökobilanzielle Eigenschaften aufweisen. Die Industrie ist stetig bemüht, die Ressourceneffizienz bei der Herstellung von Zement und Beton zu steigern. Eine Möglichkeit besteht darin, Portlandzementklinker mit anderen Hauptbestandteilen gezielt zu kombinieren. Mögliche andere Zementhauptbestandteile sind beispielsweise Hüttensande, Flugaschen und Silicastäube, die in anderen industriellen Prozessen anfallen, sowie aus Primärrohstoffen gewonnenes Kalksteinmehl. Durch Nutzung der spezifischen Eigenschaften der unterschiedlichen Hauptbestandteile und die verfahrenstechnische Optimierung weisen die bereitgestellten Portlandkomposit- bzw. Hochofenzemente dem Portlandzement vergleichbare oder in Abhängigkeit vom Anwendungsfall sogar verbesserte bautechnische Eigenschaften auf. Grundsätzlich sind bei der Nutzung weiterer Zementhauptbestandteile neben Portlandzementklinker die regionale und massenmäßige Verfügbarkeit sowie die notwendigen Transport­ aufwendungen zu berücksichtigen. Dies kann zu regional differenzierten Produktangeboten führen. Eines steht fest: Die Maßnahmen der deutschen Zement- und Betonindustrie zur Verringerung der Umweltwirkungen bei der Zementproduktion haben durch den Einsatz von Sekundärstoffen und dabei insbesondere durch den verstärkten Einsatz von Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen (s. Abb. 08) zu einer deutlichen Verbesserung der ökobilanziellen Eigenschaften von Zement in den letzten Jahren geführt. Es ist gelungen, den Verbrauch nicht erneuerbarer Primärenergie um 38 % zu reduzieren. Das mit der Klinkerproduktion verbundene Treibhauspotenzial konnte um 23 % (s. Abb. 09) und das Versauerungspotenzial um 45 % vermindert werden. Dabei handelt es sich um repräsentative, branBei einer ökobilanziellen Betrachtung zeigen chenweite Ergebnisse und nicht um Einzelfälle. sich deutliche Vorteile von Zementen mit mehreDie gestiegene Umwelteffizienz bei der Zementren Hauptbestandteilen gegenüber CEM-I-Zeherstellung wirkt sich deshalb auch positiv menten, in denen Portlandzementklinker der auf die Anwendungen zementgebundener einzige Hauptbestandteil darstellt. So weisen die Baustoffe aus. Zemente CEM ll/B-S (30 % Hüttensandanteil) und CEM lll/A (50 % Hüttensandanteil) eine Verringerung der wesentlichen Wirkungskategorien um 20 % bis 40 % auf. Anteil am Inlandsversand (%) CEM I CEM II CEM III 2000 2008 Abbildung 09 — Marktanteile verschiedener Zementarten [Quelle: VDZ] Optimierung der Umwelteigenschaften des Baustoffs Beton — Seite 28 3 B etonrecycling – Verwertung bestehender Substanz Das Recycling von Beton führt zu einer Einsparung primärer Rohstoffe. Frischbetonrecycling einerseits und Festbetonrecycling andererseits ist in verschiedenen Stationen des Lebensweges möglich. Frischbeton und Restwasserrecycling sind in nahezu allen Betonwerken Deutschlands gängige Praxis. Hierzu wird zumeist ein Verfahren angewandt, bei dem noch nicht erhärtete Beton- oder Mörtelreste ausgewaschen und sowohl die Gesteinskörnung als auch das anfallende Restwasser erneut als Betonausgangsstoffe wiederverwendet werden. Die Wiederverwendung von Restwasser als Zugabewasser regelt die Norm DIN EN 1008. Insgesamt lassen sich auf diesem Weg die Restbetonmengen praktisch vollständig wiederverwenden. Beim Festbetonrecycling wird im Gegensatz zum Frischbetonrecycling bereits erhärteter, alter Beton aus Rückbaumaßnahmen bei der wiederverwendet. Dabei wird der Betonabbruch aus Bauwerken aufbereitet und erneut der Produktion zugeführt. Hierzu wird der Beton zunächst zerkleinert und in einzelne Kornfraktionen getrennt, so dass Betonsplitt entsteht, der dann in der Herstellung des Frischbetons genutzt wird. Betonsplitt enthält neben der ursprünglichen natürlichen Gesteinskörnung immer auch einen Zementsteinanteil, der die Eigenschaften des Betons wie etwa Verarbeitbarkeit, Festigkeit, Verformungsverhalten und die Dauerhaftigkeit beeinflussen kann. Für den Einsatz als Gesteinskörnung im Beton eignen sich in erster Linie die groben Fraktionen von rezykliertem Beton. Im Frischbeton bewirkt die rezyklierte Seite 29 — www.beton.org Gesteinskörnung in der Regel einen geringfügig höheren Wasseranspruch. Dies muss beim Mischungsentwurf und bei der Herstellung beachtet werden. Im erhärteten Zustand besitzt der Recyclingbeton im Bezug auf seine Festigkeit praktisch dieselben Eigenschaften. Beachtung muss allerdings bei Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung den Schwind- und Kriecheigenschaften geschenkt werden. Beton, der gemäß der DAfStb-Richtlinie mit rezyklierter Gesteinskörnung hergestellt wurde, kann ohne weitere Maßnahmen unter trockenen Umgebungsbedingungen verwendet werden. Bei Einsatz in feuchter Umgebung werden zunächst genauere Untersuchungen an der im Festbeton verwendeten Gesteinskörnung vorgenommen, um die Dauerhaftigkeit des Betons sicherzustellen. Grundsätzlich ist es unerheblich, ob rezyklierte Gesteinskörnungen in ungebundenen Bauweisen, z. B. im Straßenbau, oder im Beton eingesetzt werden, weil sie in allen Fällen primäre Rohstoffe substituieren. Allerdings reicht das Angebot an rezyklierten Gesteinskörnungen für die Betonherstellung bestenfalls aus, um kleinere Mengen des Bedarfs zu decken. Der beim Festbeton anfallende Betonbrechsand kann ebenfalls in ungebundenen Anwendungen Natursand ersetzen. Er kann aber auch als Sekundärrohstoff in der Portlandzementklinkerherstellung eingesetzt werden, wie neuere Untersuchungen untermauern (vgl. Heft 584 DAfStb), so trägt die Nutzung von Altbeton insgesamt zur Ressourceneffizienz im Bauwesen bei. Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken Wie vorausschauend können wir handeln? Wie zukunftsfähig können wir bauen? Welche Baustoffe sollen wir einsetzen? Die forschenden Unternehmen der Zement- und Betonindustrie suchen Antworten, die alle Dimensionen der Nachhaltigkeit berücksichtigen. 1 Bewertungsparameter Um Aussagen über die Nachhaltigkeit eines Bauwerks treffen zu können, muss der komplette Lebenszyklus betrachtet werden. Um die Nachhaltigkeit des Bauens mit Beton in allen drei Dimensionen zu erfassen, reicht es nicht aus, lediglich auf eine umweltverträgliche Herstellung der Baumaterialien zu achten. Vielmehr muss jedes Bauwerk über seinen Lebenszyklus hinweg analysiert werden, damit tatsächlich aussagekräftige Daten über die Nachhaltigkeit getroffen werden können. Lebenszyklusanalysen von Bauwerken sind z. B. in DIN EN ISO 15643 geregelt. In Analogie zur funktionellen Einheit einer Ökobilanz (s. S. 14) verwendet diese Normenreihe ein sogenanntes funktionelles Äquivalent, um den Gebäudenutzen festzulegen. Im funktionellen Äquivalent müssen alle Nutzeranforderungen zusammengefasst sein, so dass ein Variantenvergleich ermöglicht wird. Sie umfassen technische Kriterien wie Wärme-, Schall- und Brandschutz, Standsicherheit und Dauerhaftigkeit als auch funktionale Kriterien. Die in DIN EN ISO 15643 enthaltene Methodik nimmt allerdings keine Bewertung vor, sondern beschreibt lediglich die Gebäudeeigenschaften mit Blick auf die Nachhaltigkeit möglichst umfassend. Auch das von BMVBS und DGNB entwickelte deutsche Bewertungsschema hat verschiedene Parameter zusammengefasst, die zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden herangezogen werden können. Dabei umfasst die ökologische Bewertung von Bauwerken die bereits genannten Wirkungskategorien aus den Ökobilanzen, Auswirkungen auf die lokale und globale Umwelt und die Verwendung von Ressourcen. Die ökonomische Qualität von Bauwerken wird mit mindestens einer Kostenanalyse im Lebenszyklus bewertet. Für die Ermittlung der gebäudebezogenen Kosten werden nicht nur die Herstellungs-, sondern auch die Betriebskosten während der Nutzungsphase berücksichtigt. Gerade in dicht besiedelten Regionen kann außerdem die Drittverwendungsmöglichkeit von Gebäuden eine sehr wichtige Rolle spielen. Diese wird daher auch zunehmend bewertet. Während ökobilanzielle Untersuchungen und Lebenszykluskostenrechnungen weitgehend erforscht sind, liegt für die Bewertung soziokultureller und funktioneller Dimensionen, die Aspekte wie Gesundheit, Behaglichkeit, Nutzerzufriedenheit, Funktionalität und gestalterische Qualität beinhalten, noch kein genormtes allgemeingültiges Instrumentarium vor. Sie werden aber durchaus schon in Bewertungssystemen gebündelt. Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken — Seite 30 Ökologische Qualität Ökonomische Qualität Technische Qualität Prozessqualität Standortmerkmale Abbildung 10 — Konzept zur Beschreibung der Nachhaltigkeit nach DIN EN ISO 15643-1 [Quelle: Bundesministerium für Verkehr, Bauwesen und Stadtentwicklung (BMVBS)] Seite 31 — www.beton.org Soziokulturelle und funktionale Qualität 2 Das Verbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“ Flexibilität in der Nutzung von Bauwerken ist ein wichtiges Nachhaltigkeitskriterium. Die Bedürfnisse kommender Generationen werden wesentlich vom demographischen Wandel unserer Gesellschaft beeinflusst und sind aus unserer heutigen Perspektive nur bedingt abschätzbar. Trotzdem müssen sie bei der Erstellung nachhaltiger Gebäude einbezogen werden. In Stadtvierteln, in denen heute noch Wohnbauten stark nachgefragt sind, können in Zukunft Arbeitsflächen oder Kulturbauten benötigt werden. Darauf müssen wir schon heute reagieren. Und zwar mit nachhaltigen Lösungsansätzen in Form multifunktionaler Bauwerke, die vorhandene Ressourcen schonen und den Einfluss auf unsere lokale und globale Umwelt minimieren. Der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton hat 2005 bis 2009 mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) sowie verschiedenen Partnern aus Industrie und Verbänden ein Verbundforschungsvorhaben zur Quantifizierung und Bewertung nachhaltigen Bauens mit Beton durchgeführt. Zur Bewertung von Gebäuden wurde eine Methodik für umfas- sende Lebenszyklusanalysen angewandt. Darin wurden verschiedene relevante Kriterien und oft schwer vergleichbare Faktoren berücksichtigt, um Nachhaltigkeitsanalysen zu ermöglichen. Eine zentrale Rolle spielte die Ergebnisdarstellung anhand einer Referenz-Gebäudeeinheit, des sogenannten „Stadtbausteins“. Grundlage aller Bewertungen waren geltende DIN-Normen, Verordnungen und Rechtsgrundlagen. Berücksichtigt wurde auch die zu diesem Zeitpunkt geltende Kriterienliste des Deutschen Gütesiegels Nachhaltiges Bauen. In diesem Forschungsvorhaben stand neben der energetisch sinnvollen Herstellung und dem Betrieb eines Gebäudes vor allem die Frage im Vordergrund, wie flexibel sich Gebäude umnutzen und somit nachhaltig den Bedürfnissen kommender Generationen anpassen lassen. Oder anders gesagt: Können wir heute schon für die Generationen von morgen bauen? Abbildung 11 — Das Referenzgebäude aus dem Forschungsvorhaben „Stadtbaustein“ [Quelle: DAfStb] Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken — Seite 32 2.1 Der Schlüssel: Multifunktionalität Nur wenn Gebäude heute schon multifunktional angelegt werden, sind sie auch für folgende Generationen nutzbar. Am Beispiel des Stadtbausteins wurden drei Nutzungsszenarien für eine angenommene Nutzungsdauer von 100 Jahren entwickelt: 20 Jahre Nutzung als Zellenbüro, 20 Jahre Umnutzung als offene Bürolandschaft und 60 Jahre Neunutzung als Wohngebäude mit drei verschiedenen Wohnungsgrundrissen. Danach wurde der „Stadtbaustein“ mit einer nichtflexiblen Standardstruktur verglichen, die keine Multifunktionalität, also Umnutzung von Büroraum zu Wohnraum, zulässt und nach den ersten 40 Nutzungsjahren durch ein neues Gebäude ersetzt werden muss. Variante Flexible Struktur Variante Standard Umbau Umbau Büro Phase 2 Abriss Umbau Umnutzung Wohnen Phase 3 Abbildung 12 — Nutzungsszenarien des Stadtbausteins [Quelle: DAfStb] Seite 33 — www.beton.org Nutzungszeitraum Büro Phase 1 Die flexible Struktur weist zwar einen höheren Stahlverbrauch bei der Errichtung des Gebäudes auf und benötigt Betone höherer Festigkeitsklassen, die sich in der Herstellung stärker auf die Umwelt auswirken (s. Abb. 15). Insgesamt ist sie aber dank ihres stützenfreien und leichten Tragsystems, das eine hohe Flexibilität der Nutzung erlaubt, über den ganzen Lebensweg betrachtet weitaus ressourcenschonender. Da bei der Umwandlung der Büronutzung in Wohnnutzung für die flexible Struktur kein Abriss des Bestandsgebäudes, sondern nur ein Austausch der Fassade notwendig ist, kann der Gesamt-Primärenergiebedarf bei der flexiblen Struktur über den Lebensweg (ohne Betrieb) um ca. 7 % und das Treibhauspotenzial um 21 % gegenüber der Standardstruktur verringert werden. Auch in der Entsorgungsphase ist die reduzierte Materialmenge der flexiblen Struktur im Vergleich zur Standardstruktur vorteilhafter. Im Bezug auf die Tragstruktur kann hier von Einsparungen in einer Größenordnung von 25 % ausgegangen werden. Dem steht im Bereich der flexiblen Struktur im Vergleich zur Standardstruktur nur leicht erhöhter Materialbedarf gegenüber. Insgesamt spielt allerdings die Entsorgungsphase im Lebenszyklus nur eine untergeordnete Rolle. Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken — Seite 34 Herstellung Nutzung (inkl. Umnutzung) Beseitigung flexible Struktur Zellenbüro offenes Büro Wohn-Appartements Standardstruktur Standardstruktur Beseitigung + Neubau Jahre 0 20 40 100 120 % Beton Flexible Struktur 140 % Standard-Büro 160 % Standard-Wohnen Abbildung 13 — Lebenszyklusphasen für die flexible Struktur und die Standardstruktur Stahl 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % Primärenergie gesamt [MJ] Treibhauspotenzial [kg CO2-Äqu.] Überdüngungs- Ozonabbaupotenzial potenzial [kg PO2-Äqu.] [kg R11-Äqu.] Ozonabbaupotenzial [kg C2H4-Äqu.] Versauerungspotenzial [kg SOx-Äqu.] Abbildung 14 — Ökologische Wirkungskategorien der drei Tragstrukturen getrennt für Stahl und Beton [Quelle: DAfStb] Seite 35 — www.beton.org 2.2 Energetische Anforderungsprofile im Vergleich Einfluss des energetischen Anforderungsniveaus auf die Ökobilanz. sowohl der veränderte Energiebedarf als auch die veränderten Dämmstoffstärken eingeflossen. Die Letzteren haben auf die Ökobilanz der HerIm Forschungsvorhaben wurden zwei verschiestellungsphase des Gesamtgebäudes insgesamt dene energetische Anforderungsprofile unternur einen unerheblichen Einfluss. Da die gewählsucht: eine Version der Energieeinsparverordnung ten Baumaterialien ansonsten für beide Varianten (EnEV 2007), die an Bauherren bautechnische gleich sind, verursacht die HWB-15-Variante Standardanforderungen bezüglich eines effizieninsgesamt zwar ein geringfügig höheres Treibten Energieverbrauchs stellt. Zum anderen der hauspotenzial in der Herstellung, die Bilanzie„HWB 15“, der sich nach einem Heizwärmeberung der Betriebsphase zeigt jedoch, dass sich darf eines Gebäudes von maximal 15 kWh pro der Primärenergiebedarf des Gebäudes in der Quadratmeter richtet und somit den Standard HWB-15-Variante auf bis zu ein Viertel reduzieeines Passivhauses darstellt. In die Bilanzierung ren lässt (s. Abb. 16). der beiden energetischen Profile sind dabei Variante Primärenergiebedarf EnEV 2007 [kWh/(m2a)] Primärenergiebedarf HWB 15 [kWh/(m2a)] Differenz bezogen auf EnEV 207 Büro I – flexibel 180,1 137,1 -24 % Büro II – flexibel 213,7 169,0 -21 % Wohnen – flexibel 77,2 65,7 -15 % Abbildung 15 — Primärenergieeinsparung durch das energetische Anforderungsniveau HWB 15 [Quelle: DAfStb] Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken — Seite 36 Seite 37 — www.beton.org 2.3 Investitionen, die sich rechnen Höhere Ausgangskosten werden durch eine längere Lebensdauer der Bauwerke kompensiert. mit 35 % zwar am geringsten sind, die Kosten für die Instandhaltung und Instandsetzung (inkl. Rück- und Neubau nach 40 Jahren) mit 36 % aber wesentlich über den Kostenwerten der fleDie Lebenszyklusanalyse zeigt, dass sich xiblen Struktur liegen. Bei einem absoluten Kosdie flexible Struktur des Stadtbausteins und tenvergleich kann festgestellt werden, dass die der hohe energetische Standard rentieren. im Energiestandard anspruchsvolle Variante Ein Vergleich der Kostenverteilungen für den „Flexibel HWB 15“ die geringsten Lebenszyklusflexiblen Stadtbaustein mit dem energetischen kosten verursacht. Auf lange Sicht rechnen sich Anforderungsprofil der EnEV 2007, dem gleihöhere Anfangsinvestitionen sowohl auf ökochen Stadtbaustein mit dem energetischen Annomischer als auch auf ökologischer und sozialer forderungsprofil HWB 15 (s. Abb. 15) und der Ebene, wobei die Inflationsrate und KapitalkosStandardstruktur zeigt, dass die Kosten der Erstten bereits berücksichtigt wurden. erstellung der Standardstruktur anteilmäßig Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken — Seite 38 Seite 39 — www.beton.org 2.4 Beton: dauerhaft und widerstandsfähig Das Verbundforschungsprojekt belegt die Der Baustoff Beton trägt mit seiner Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit dazu bei, dass an Dauerhaftigkeit des Baustoffes Beton. Unter Dauerhaftigkeit versteht man die Fähigkeit der Betonbauteile, gegenüber Umwelteinwirkungen und den geplanten Belastungen widerstandsfähig zu sein, ohne einen besonderen bzw. regelmäßigen Aufwand zur Aufrechterhaltung der Widerstandsfähigkeit leisten zu müssen. Damit der Beton den aus den Umgebungsbedingungen resultierenden Einwirkungen widerstehen kann, wird er gezielt zusammengesetzt. den entsprechenden Bauteilen kaum Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen. Dadurch liegt in der Gesamtbetrachtung der Kostenanteil des Baustoffes Beton bei gerade 10% der gesamten Lebenszykluskosten. Der Kostenanteil von Beton sinkt sogar bei steigendem Ausstattungsstandard. Mehrausgaben für ein Dauerhaftigkeitskonzept im Bereich besonderer Anwendungen wie beispielsweise Tiefgaragen führen zu einer Reduzierung der Die Anforderungen an den Beton betreffen seine Instandhaltungskosten und zu geringeren GeMindestfestigkeit, den maximalen Wasser/Zesamtkosten im Lebenszyklus. ment-Wert, den Mindestzementgehalt und die maximale Anrechenbarkeit von Betonzusatzstoffen. Daneben sind auch Anforderungen an die Bemessung und die konstruktive Durchbildung des Bauteils zu berücksichtigen. Lebenszyklusanalyse und Folgenutzung von Bauwerken — Seite 40 Seite 41 — www.beton.org Beton als nachhaltiger Baustoff Was kann Beton besser als andere Baustoffe? Welche technischen Eigenschaften machen ihn zum meistverbauten Baustoff der Welt? Beton löst viele Aufgaben, denen sich Bauherrn und Planer stellen müssen. 1 A nforderungen im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse Zur Bewertung der Nachhaltigkeit sind komplexe Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Dimensionen der Nachhaltigkeit und den technischen bzw. funktionalen Eigenschaften des Bauwerks bzw. seiner Bauteile oder Baustoffe zu berücksichtigen. Gerade bei der Konstruktion und Ausführung von Gebäuden lassen sich zahlreiche Beiträge zum nachhaltigen Bauen verwirklichen. Das gilt z. B. für den Schall- und Brandschutz. Dabei erweist sich der Baustoff Beton – bei ganzheit­ licher Betrachtung – als besonders vielseitig und leistungsfähig. 1.1 Schallschutz Beton schützt durch die Dichte des Materials wirkungsvoll vor Lärm. von Maßnahmen zur Verfügung. Unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten ist es sinnvoll, möglichst schwere, massive Konstruktionen als besonders Der Schutz vor übermäßiger Lärmbelastung – wirkungsvolle Maßnahmen zum Schallschutz sowohl Verkehrslärm, aber auch Lärm aus fremeinzusetzen. Das Problem der Lärmbelästigung den Wohn- und Arbeitsbereichen – ist eine durch Schall aus fremden Wohn- und Arbeitsbegrundlegende Aufgabe des nachhaltigen Baureichen tritt insbesondere in Geschossbauten ens. Verkehrslärm tritt praktisch ausschließlich und Reihenhäusern auf. Hier sollen einerseits in Form von Luftschall auf. Motor- und Abrollgemöglichst schlanke Haustrennwände ausgeführt räusche bei Straßenfahrzeugen, Rad-Schienewerden, um die begrenzte Grundfläche effizient Geräusche bei Bahnen und Triebwerksgeräusche zu nutzen, andererseits liegen bei Reihenmittelbei Flugzeugen werden über das Medium Luft häusern gerade die besonders lauten Räume übertragen. Dagegen handelt es sich bei Lärm (Treppenhaus, Bad) häufig direkt an den Trennaus fremden Wohn- und Arbeitsbereichen teilwänden. Dies führt dazu, dass sowohl Luft- als weise auch um Körperschall, so z. B. im Falle auch Körperschall auftreten. Bei der Konstruktion von Gehgeräuschen in Treppenräumen. Prinziist daher eine sorgfältige Trennung der einzelnen piell steht zum Schutz vor Lärm eine Vielzahl Beton als nachhaltiger Baustoff — Seite 42 Häuser mit Hilfe durchgehender Trennfugen in Wand und Geschossdecken erforderlich. Dies ist z. B. im Geschossbau einfach und auf ästhetisch befriedigende Weise mit StahlbetonLochfassaden, die über ein WärmedämmverAuf der Materialseite ist dringend zu empfehlen, bundsystem oder eine zusätzliche Vorsatzschale Baustoffe mit hoher Rohdichte einzusetzen. verfügen, möglich. Es empfiehlt sich zudem, bei Beton erweist sich auch bei dieser Aufgabe als der Gebäudeoptimierung in Bezug auf Schallvorteilhaft. So sind die Anforderungen an einen schutz den Fensteranteil von Fassaden, die an erhöhten Schallschutz nach DIN 4109 (67 dB) Verkehrsflächen grenzen, möglichst klein zu halbereits mit zwei 15 cm starken Ortbetonwänden, ten, da die Schalldämmung der Fenster wegen die durch eine mindestens 30 mm breite, vollihrer geringeren Masse erheblich schlechter als flächig mit Mineralwolle ausgefüllte Fuge gebei nicht transparenten Wandteilen ausfällt. Für trennt sind, erfüllt (Schalldämm-Maß 68 dB). Die ein ausreichendes Tageslichtangebot können Problematik von Resonanzeffekten lässt sich in den straßenabgewandten Fassaden entsprebei richtiger Auswahl der Dämmstoffe (weiche chend größere Fensterflächenanteile vorgeseDämmung) und robuster Konstruktion (ausreihen werden. Auf diese Weise werden nicht nur chend breite Fuge) sicher vermeiden. Von Vorteil die Schallschutzanforderungen eingehalten: sind auch Mauerwerk und Fertigteile mit oder Auch der Primärenergiebedarf sowie der Warohne Ortbetonergänzung. Hiermit lassen sich tungs- und Reinigungsaufwand von Gebäuden ebenfalls Schalldämm-Maße von weit über wird minimiert. 68 dB erzielen. Gebäudefassaden im Wohnungs- und Wirtschaftshochbau müssen vielfältige Anforderungen erfüllen. Zum Schallschutz kommen Brandschutz, Feuchteschutz, Schlagregenschutz, statische und auch gestalterische Anforderungen hinzu. Nachhaltige Fassadenkonstruktionen sollten alle diese Aspekte dauerhaft erfüllen. Seite 43 — www.beton.org 1.2 Brandschutz Beton ist ein nicht brennbares Material, das auch hohen Temperaturen standhält. Nachhaltiges Bauen erfordert jedoch mehr als nur den Schutz des nackten Lebens. Grundvoraussetzung dafür ist die Verwendung nichtBrandschutz ist eine ganz wesentliche Aufgabe brennbarer Baustoffe, z. B. Beton. Dieser des nachhaltigen Bauens. Berichte über große stellt nicht nur sicher, dass Rettungswege im Stadtbrände, denen ganze Viertel zum Opfer Brandfall frei von Feuer und Rauch sind, sonfielen, ordnet man in der Regel dem Mittelalter dern verhindert auch, dass gebaute Werte Opfer zu. Das Beispiel Lissabon, wo 1988 große Teile der Flammen werden. Ohne besondere Maßder historischen Altstadt durch einen Brand nahmen erträgt Beton Temperaturen bis zu zerstört wurden, zeigt jedoch, dass auch heute 250 °C, die erst nach längerer Hitzeeinwirkung noch solche Katastrophen möglich sind. Voerreicht werden. Durch gezielte Steuerung der raussetzung für Brandkatastrophen ist zu einem Zusammensetzung von Beton lässt sich auch wesentlichen Teil der Einsatz brennbarer Baufeuerfester Beton herstellen, der Gebrauchstemstoffe gewesen. Immer noch lauten die Ziele bauperaturen bis zu 1.500 °C ohne Schäden erträgt. lichen Brandschutzes: Da der Brandfall jedoch keine planmäßige Nut■■ Personenschutz zung darstellt, ist die Verwendung besonders ■■ Sachschutz feuerfester Betone für übliche Bauwerke unwirt■■ Nachbarschutz schaftlich: Beton hat auch ohne eine gesonderte ■■ Umweltschutz Brandschutzausrüstung bereits hervorragende ■■ Kulturgutschutz Brandschutzeigenschaften. 1.3 E nergieeffizienz und thermische Behaglichkeit von GebäudeN Schwere Baustoffe wie Beton haben eine Große Bedeutung für Energieeffizienz und Behaglichkeit hat die thermische Trägheit von Bauhöhere Wärmespeicherfähigkeit. Im Bereich der Wärmedämmung weist Normalbeton keine besonderen Vorteile auf. Auch ist er mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ = 2,1 [W/(mK)] ein schlechter Dämmstoff. Durch Wärmedämmverbundsysteme bzw. mehrschalige Wandkonstruktionen wird dies ausgeglichen: Betonbauten weisen damit eine vergleichsweise hohe Energieeffizienz auf. Zudem besteht die Möglichkeit, durch Verwendung von Leichtzuschlägen, wie z. B. Blähton oder Bims, die Wärmeleitfähigkeit so herabzusetzen, dass im günstigsten Fall sogar auf zusätzliche Wärmedämmung verzichtet werden kann. Durch eine schlanke, massive Wandkonstruktion, wie sie durch Beton ermöglicht wird, kann – mittels frei skalierbarer Dämmstoffdicke – jedes gewünschte Maß an Energiestandard bis zum Passiv- oder Nullenergiehaus realisiert werden. stoffen, die durch deren Wärmespeicherfähigkeit bestimmt wird. Solare Wärmegewinne können in schweren Baustoffen effizienter als in leichten genutzt werden. Ein Beispiel: Aufgrund der hohen thermischen Kapazität bleiben in massiven Bauten selbst bei relativ starker Sonneneinstrahlung die Temperaturen noch im behaglichen Bereich. Leichtbauten dagegen neigen bei hohen solaren Wärmegewinnen zur Überhitzung. Die überschüssige Wärmeenergie muss selbst im Frühjahr oder Herbst „weggelüftet“ werden. Zunehmend an Bedeutung gewinnt das Problem des sommerlichen Wärmeschutzes – unter anderem auch, weil die sogenannten internen Wärmelasten durch die Abwärme von elektrischen Geräten im Haushalt und im Büro gestiegen sind. Beton als nachhaltiger Baustoff — Seite 44 Hier hat die Betonbauweise erhebliche Vorteile, weil sie auch in Sommermonaten ohne maschinelle Klimatisierung allein durch ihre Wärmespeicherfähigkeit die Innenraumtemperaturen auf einen behaglichen Wert begrenzt. Als innovative, kostengünstige und energieeffiziente Methode zum Kühlen und Erwärmen von Gebäuden wird die sogenannte Betonkernaktivierung immer interessanter. Sie nutzt die Fähigkeit der Decken und Wände im Gebäude, thermische Energie zu speichern und damit Räume zu heizen oder zu kühlen. Bei der Betonkernaktivierung erfolgt der Transport der Wärme über Flüssigkeiten, z. B. Wasser. Rohrregister, durch die diese Flüssigkeiten fließen, werden direkt in die Betonbauteile – meist in die Decken, gegebenenfalls aber auch in Stützen oder Wände – einbetoniert. Je nach Temperatur nimmt die Flüssigkeit Wärme aus dem Bauteil auf – es wird gekühlt – oder gibt Wärme an das Bauteil ab – es wird geheizt. Die Betonkernaktivierung ermöglicht eine weitgehend verlustfreie Energieübertragung mit maximalen Austauschraten. Die Betonkernaktivierung ist mittlerweile häufiger Bestandteil der modernen Architektur, vor allem bei Büro- und Verwaltungsgebäuden, Schulen, Krankenhäusern, Pflegeheimen oder Museen. Es bestehen sehr gute Kombinationsmöglichkeiten mit regenerativen Energiequellen wie Wärmepumpen oder geothermischen Energiesystemen. Heizen Kühlen Thermoaktive Bauteile Thermoaktive Bauteile Wärmepumpe Wärmepumpe Absorber oder Erdwärmesonden Absorber oder Erdwärmesonden Abbildung 16 — Heizen und Kühlen: Bei der Betonkernaktivierung wird die Gebäudemasse zur Temperaturregulierung genutzt Seite 45 — www.beton.org 1.4 N achhaltige Bauverfahren Die Eigenschaften von Beton haben viele nachhaltige Bauverfahren erst möglich gemacht. Der Baustoff Beton macht durch seine Eigenschaften – beliebige Formbarkeit im Einbauzustand, hohe Festigkeit, Wasserundurchlässigkeit, Pumpbarkeit – eine Vielzahl von umweltschoNeben den Eigenschaften der fertigen Gebäude nenden Bauverfahren erst möglich. Hier sind tieist auch die bei der Errichtung von Gebäuden fe, setzungsarme innerstädtische Baugruben mit angewandte Bauverfahrenstechnik von Interesse Bohrpfahl- oder Schlitzwänden zu nennen. Diefür die Bewertung der Nachhaltigkeit. Der Bause können bei Bedarf auch wasserdicht ausgestellenbetrieb bringt fast immer eine Lärm- und bildet werden, so dass der Grundwasserspiegel Staubbelästigung für die Anwohner mit sich. nicht beeinträchtigt wird. Bergmännischer TunDurch Einsatz leichtverarbeitbarer oder selbstnelvortrieb ist ohne Beton, beispielsweise als verdichtender Betone kann der von Rüttlern Spritzbeton oder mit Betonfertigteilen (Tübbinge) ausgehende Lärm stark reduziert oder sogar nicht denkbar. Die sogenannte Deckelbauweise, ganz vermieden werden. bei der unterirdisch im Schutz eines z. B. auf Die Herstellung von Fertigteilen im Werk und an- Schlitzwänden lagernden Deckels gearbeitet schließende Montage auf der Baustelle bringt wird, erfordert zwangsläufig den Einsatz von Benicht nur Vorteile bei der Bauzeit und den Koston. Unterirdische Verkehrsbauwerke, die einen ten, sondern garantiert auch in der kalten Jahres- großen Beitrag zum flächensparenden Bauen zeit gleichbleibende Produktionsbedingungen, wie liefern (z. B. Tiefgaragen und Tunnel), bestehen sie z. B. bei hohen Anforderungen an die Oberpraktisch ausschließlich aus Beton. flächenqualität von Sichtbeton erforderlich sind. Beton als nachhaltiger Baustoff — Seite 46 1.5 B eton und Grundwasser Beton hat sich für das Bauen im Grundwasser bewährt. Zusätzlich erfolgte im Labor die Analyse der Proben auf Alkalien, Salze und Spurenelemente. Dabei hat sich herausgestellt, dass selbst in Beton hat sich seit vielen Jahrzehnten als Bauunmittelbarer Nähe der betonierten Schlitzwand stoff für Bauwerke im Grundwasser und im (Abstand 1 m) keine erhöhte Konzentration von Bereich der Trinkwasserversorgung – z. B. für Spurenelementen im Grundwasser nachgewieTrinkwasserbehälter und Druckwasserleitungen sen werden konnten. Lediglich bei Sulfat ließ aus Spannbetonrohren – bewährt. Um genauesich an einigen Pegeln ein zwar erhöhter, aber re Erkenntnisse über Wirkungen des Frischbenoch deutlich unter der Geringfügigkeitsschweltons auf die lokale Umwelt zu gewinnen, ist im le liegender Wert feststellen. Insgesamt wird Rahmen des Verbundforschungsvorhabens die Unbedenklichkeit von Beton als Baustoff für der Einfluss von Betonierarbeiten auf die GrundBauwerke im Grund- und Trinkwasserbereich wasserqualität untersucht worden. Dazu wurde durch die Forschungsergebnisse bestätigt. im Nahbereich von Schlitzwänden aus Beton, Insbesondere beim Kontakt bereits erhärteter die eine grundwasserführende Schicht durchBetonteile mit Grund- und Trinkwasser werden dringen, ein umfangreiches Monitoring der keine bedenklichen Substanzen ausgewaschen. Grundwasserqualität durchgeführt. Hierzu sind während der Betonierarbeiten die Parameter pHWert, Redoxspannung, Temperatur und Leitfähigkeit an Grundwasserproben gemessen worden. Seite 47 — www.beton.org multifunktionalität und anpassungsfähigkeit Filigraner, tragfähiger, schöner, flexibler! Leistet Beton einen Beitrag für zukünftige Lebenswelten? Durch die vielfältigen Einsatz- und Gestaltungsmöglichkeiten wird Beton zu einem Baustoff, der heute schon Zukunft gestaltet. 1 Gestaltung, Konstruktion und Nutzung von Beton Die Flexibilität von Beton macht ihn zum attraktiven Baustoff für viele Generationen von Architekten. Aufgrund des immer rascheren gesellschaftlichen Wandels, der eine Änderung von Lebensund Nutzungsgewohnheiten mit sich bringt, spielen Multifunktionalität und Anpassungsfähigkeit eines Gebäudes im Bezug auf die mögliche Nutzungsdauer der Bauteile und die Gesamtnutzungsdauer eines Gebäudes eine wesentliche Rolle. Aus gestalterischer Sicht erfordert diese Entwicklung Gebäude, die innerhalb der Tragstrukturen größtmögliche Freiräume für eine flexible Raumaufteilung ermöglichen. Flexibilität in der möglichen Grundrissaufteilung wirkt sich daher vorteilhaft auf die Bewertung der Nachhaltigkeit aus. Für den Entwurf bedeutet dabei die Minimierung der tragenden Bauteile bei zugleich großen Deckenspannweiten und kosteneffizientem Gesamtkonzept eine wichtige gestalterische Grundvoraussetzung. Gerade dort, wo in Ballungszentren Raum zu einer wertvollen Ressource wird, erreicht man durch die konstruktiven Eigenschaften von Beton Platzersparnis und Flexibilität bei gleichzeitig größt- möglicher Stabilität. Die Auflösung der tragenden Wand zur Stütze und die Trennung von Gebäudehülle und tragender Konstruktion sind zwei wichtige Aspekte, die weitgehende Flexibilität in der Raumgestaltung ermöglichen. Beide Themenkomplexe haben in der Diskussion um nachhaltiges Bauen herausragende Bedeutung. Das betrifft die Reduktion der Konstruktionsmasse und der Konstruktionselemente ebenso wie die Flexibilisierung der Raumaufteilung und die Umnutzbarkeit des Gesamtbaukörpers. Die Betrachtung der Multifunktionalität und Anpassungsfähigkeit von Bauwerken muss auch eine Folgenutzung nicht mehr attraktiver Bausubstanz einbeziehen. Dabei geht es weniger um eine planmäßige Festlegung, wie lange bestimmte Bauwerke am Markt nachgefragt werden und was im Anschluss an diese Phase mit den obsolet gewordenen Bauten passieren soll, sondern vielmehr um den kreativen Umgang mit Vorgefundenem. In den angefügten Beispielen ab Seite 58 werden gelungene Umsetzungen vielfältiger Anforderungen an Beton anschaulich gemacht. Multifunktionalität und Anpassungsfähigkeit — Seite 48 © NOSHE. Mit freundlicher Genehmigung der Aboros Foundation Gemeinnützige GmbH. Seite 49 — www.beton.org 2 Der Baustoff als Element der Gestaltung Als Gestaltungselement erfüllt der Baustoff Beton die vielfältigen Ansprüche von Bauherren und Planern. Beton mit sich bringt. Dieser Vorteil wird aber oft nicht vollständig genutzt. Insbesondere im Wohnungsbau wird Beton als Konstruktionsbaustoff, nicht jedoch als Oberflächenmaterial verwendet. Aufgrund seiner Dauerhaftigkeit ist Beton auch als Aufgrund der kulturellen Prägung ist eine breite Fassadenmaterial mit geringen InstandhaltungsAkzeptanz von Sichtbeton als Oberflächenmatekosten geeignet. Die brandschutztechnischen rial eher bei Bauten für Industrie- und InfrastrukEigenschaften von Beton erlauben weiterhin, tur als im Wohnungs- und Wirtschaftshochbau dass auch tragende Bauteile ohne Ummantelung vorhanden. Eine von privaten Bauherren oftmals eingesetzt werden. Dies führt dazu, dass Ausnoch geforderte Verkleidung des Baustoffes ist baumaterialien konsequent reduziert und Konhingegen aufgrund der Beschaffenheit und Bearstruktionen in ihrer Rohform – also als Sichtbeitbarkeit von Beton nicht notwendig. Gerade die beton – belassen werden können. Metamorphose des Baustoffs im jungen Alter – Gleichzeitig resultieren daraus aber höhere vom Frischbeton zum Festbeton, der im Bauwerk Anforderungen an die Betonqualität (Zusamüber Jahrzehnte seine Aufgaben erfüllt und wie mensetzung, Einbau und Nachbehandlung). Naturstein im Laufe der Zeit Patina ansetzt – Vorstellungen von Bauherren oder Investoren im erzeugt eine individuelle Materialität vor Ort. Bezug auf verwendete Materialien unterliegen Neben der Möglichkeit einer beliebigen Formzudem vielschichtigen Ansprüchen, die neben und Farbgebung bietet Beton auch die Gestalden technischen Eigenschaften insbesondere tung der Oberflächentextur im Außen- und die Optik und Haptik betreffen. Diese sozialen Innenraum. Für die visuellen GestaltungsansprüAspekte nachhaltiger Bauwerke können mit Beche gab es in den letzten Jahren zahlreiche ton auf vielfältige Weise realisiert werden. technische Weiterentwicklungen, die eine neue Die Bandbreite der Möglichkeiten reicht von der Optik von Betonbauteilen ermöglichen. einfachen Tragstruktur aus grobem, schalungsAuch die vielfältigen Möglichkeiten für eine oprauem Beton bis zu geometrisch komplexen Getimierte Zusammensetzung des Baustoffs Beton bäudeskulpturen mit samtig-glänzenden Oberund die Kombination mit anderen Baumaterialiflächen. Die Einfärbung der Vorsatzschicht und en als Verbundbaustoff ermöglichen es, eben die mechanische oder chemische Endbearjene optisch homogenen Räume zu schaffen, die beitung von Betonoberflächen durch Strahlen, in der Architektur gewünscht werden. So können Scharrieren, Brechen, Polieren oder Absäuern Bauteile aus textilbewehrtem Beton mit wesentsind heute vielfach angewandte Gestaltungslich geringeren Abmessungen hergestellt wermöglichkeiten. Eine Fertigung der Bauteile den als konventionelle (Stahl-)Betonteile. Sie im Werk gewährleistet dabei durch konstante eignen sich auch für gestalterische Aufgaben, Umgebungsbedingungen und eine intensidie bislang anderen Materialien vorbehalten ve Qualitätskontrolle in der Regel eine einheitwaren, wie z. B. Innenraumbekleidungen oder liche Optik. dünne Fassadenelemente. Beim ressourcenschonenden Bauen geht es immer auch um Materialeffizienz, die der Baustoff Multifunktionalität und Anpassungsfähigkeit — Seite 50 Seite 51 — www.beton.org 3 Optimierungspotenziale von Hochleistungsbetonen Die Betonindustrie entwickelt Hochleistungsbetone, die unter hohen Belastungen dauerhaft, rissfest und korrosionsbeständig sind. Neue technologische Entwicklungen erweitern kontinuierlich das Leistungsspektrum des Baustoffs Beton und ermöglichen es, aktuelle technische und ästhetische Anforderungen an Bauwerke zu erfüllen. Mit hochfesten Betonen oder Hochleistungsbetonen können heute zunehmend schlankere, leichtere und zugleich frei geformte Bauteilquerschnitte geschaffen werden. Eine geringere Eigenlast und eine reduzierte Flächeninanspruchnahme der konstruktiven Bauteile spielen dabei ebenso eine Rolle wie neue gestalterische Möglichkeiten. Gleichzeitig haben Hochleistungsbetone im Vergleich zu normalfesten Betonen aufgrund ihres dichten Gefüges einen höheren Widerstand gegen physikalische und chemische Umweltwirkungen und gewährleisten damit eine höhere Dauerhaftigkeit. Hochleistungsbetone werden im Geschoss- und Hochhausbau, im Brückenbau, aber beispielsweise auch für OffshoreBauwerke eingesetzt. Eine Möglichkeit für besonders nachhaltige Konstruktionen aus Beton ist ultrahochfester Beton. Er unterscheidet sich von normalfesten Betonen vor allem durch die Minimierung des Wasser/Zement-Wertes, den Einsatz hochwirksamer Fließmittel und die optimale Abstimmung der Korngrößenverteilung von Gesteinskörnungen und Zement. Ein weiterer charakteristischer Unterschied in der Zusammensetzung im Vergleich zu Normalbeton ist der Zusatz von Silicastaub, einem Nebenprodukt, das z. B. bei der Herstellung von Siliciumcarbid anfällt und durch Erhöhung der Gefügedichte Druckfestig- keiten von über 100 N/mm2 ermöglicht. Weiterentwicklungen wie ultrahochfeste Betone oder „reactive powder concrete“ mit Druckfestigkeiten zwischen 150 N/mm2 und 800 N/mm² befinden sich heute bereits in der Erprobungsphase. Derzeit wird im Rahmen des auf sechs Jahre angelegten Schwerpunktprogramms 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft „Nachhal­ tiges Bauen mit ultrahochfestem Beton“ untersucht, wie das große Potenzial von ultrahochfestem Beton im Bezug auf die Nachhaltigkeit realisiert werden kann. Hierbei spielen sowohl die Konstruktion als auch die Zusammensetzung eine wichtige Rolle. Für eine erhöhte Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit oder Duktilität werden Faserbetone eingesetzt. Im Bereich des Fassadenbaus lassen sich durch den Einsatz von Glasfaserbeton Betonbauteile mit Dicken im Millimeterbereich herstellen. Der Bewehrungsstahl wird durch Glasfasern ersetzt. Dadurch wird die aus Gründen des Korrosionsschutzes erforderliche Mindestbetondeckung obsolet. Glasfaserbeton ist ab einem Glasfaseranteil von 0,4 Vol.-% einsetzbar und trotz extremer Dünnwandigkeit äußerst dauerhaft. Glasfaserbeton zeigt eine verminderte Rissneigung. Bei faserverstärkten Betonen erlaubt es der Einsatz multiaxialer Textilien, die Fasern belastungsoptimiert anzuordnen und so die Durchbiegung und die Rissbildungsneigung deutlich zu verbessern. Gleichzeitig können durch optimierte Bauteildicken erhebliche Gewichtsreduzierungen erzielt werden. Dies wirkt sich auch positiv auf die Vorfertigung aus, da so Transportkosten minimiert werden können und die Verarbeitung auf der Baustelle erleichtert wird. Multifunktionalität und Anpassungsfähigkeit — Seite 52 Seite 53 — www.beton.org 4 Neue Betone mit Spezialeigenschaften Von selbstverdichtenden Betonen bis zum „Lotus-Effekt“: Moderne BetonTechnologie bereichert die Bauwelt mit spezialisierten Eigenschaften. metrien ohne Fehlstellen zu füllen und zugleich die Lärmbelastung auf Baustellen und in Fertigteilwerken erheblich zu reduzieren. Neben der konstruktiven Anwendung des Baustoffes sind leicht- und selbstverdichtende Betone insbeDerzeit in der Entwicklung befinden sich auch sondere auch für Sichtbetonbauteile mit besonSpezialbetone, z. B. sogenannte Isolationsbetone ders hohen Ansprüchen an die Optik geeignet. oder selbstreinigende Betone. Isolationsbetone Zur Herstellung selbstreinigender Betone könsind Leichtbetone. Sie werden unter Verwendung besonders leichter Gesteinskörnungen wie nen entweder superhydrophobe – stark wasserabweisende – Oberflächen oder superhydroBlähton, Blähglas oder Glasschaum hergestellt, um leichte, monolithische Betonbauteile mit sehr phile – stark wasseranziehende – Oberflächen in Verbindung mit einer noppenartigen, schmutzgeringen U-Werten zu produzieren. Sie bieten abweisenden Mikrostruktur hergestellt werden. eine richtungweisende und zukunftsfähige AlDabei hat sich das superhydrophile System, das ternative zu mehrschaligen Wandaufbauten in Sichtbetonqualität und erlauben es, die Anforde- der Oberflächenbeschaffenheit eines Blattes entspricht und auch als Lotus-Effekt bezeichnet rungen an Standsicherheit, Oberflächengestaltung, Wärme- und Schallschutz in einer robusten wird, als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Betonoberfläche wird durch den Einsatz von einschaligen Bauweise zu vereinen. photokatalytisch wirksamen Metalloxiden oder Zur Erstellung von homogenen, porenfreien -sulfiden direkt im Beton oder durch die VerOberflächen, insbesondere bei Bauwerken mit wendung entsprechender Zemente modifiziert. einer anspruchsvollen Geometrie, werden auch Diese chemischen Stoffe entfalten unter dem heute schon leicht- und selbstverdichtende BeEinfluss von Licht eine reinigende, schadstoff­ tone (LVB/SVB) eingesetzt. Durch die Wirkung zersetzende Wirkung, die auch bei Abnutzung der Schwerkraft entlüftet der Beton selbständig, der obersten Schicht noch wirksam ist und ohne gerüttelt zu werden. Leichtverdichtende Beden Erhalt der selbstreinigenden Funktion des tone ermöglichen es, komplexe SchalungsgeoBetons gewährleistet. Multifunktionalität und Anpassungsfähigkeit — Seite 54 Seite 55 — www.beton.org Ergebnis: Beton ermöglicht nachhaltige Lösungen Auf ganz unterschiedliche Weisen kann der Baustoff Beton dazu beitragen, zukunftsorientierte Entscheidungen zu treffen. Nachhaltiges Bauen mit Beton verfolgt das Ziel, auch zukünftigen Generationen eine intakte und lebenswerte Umwelt zur Verfügung zu stellen. Um dieses Ziel zu erreichen, dürfen die natürlichen Lebensgrundlagen nicht übernutzt werden. Gleichzeitig ist es erforderlich, durch maßvolle Veränderung der gebauten Umwelt dem offensichtlichen Bedürfniswandel – z. B. durch demographische Entwicklung, Klimawandel, gestiegene Mobilität und die Nachfrage nach erneuerbaren Energien – Rechnung zu tragen. Es ist keineswegs einfach, zwischen diesen konkurrierenden Zielen abzuwägen und eine zukunftsorientierte Entscheidung zu treffen. Die Aufgabe wird jedoch durch Bewertungsverfahren erleichtert, die in den letzten Jahren immer weiter verfeinert worden sind. Bilanzierungsmethoden ermöglichen nicht nur eine Deklaration der ökologischen Eigenschaften von Baustoffen zur Information der Anwender, sie werden auch innerhalb der Baustoffindustrie eingesetzt, um die mit der Gewinnung von Rohstoffen und der Baustoffproduktion verbundenen Umweltwirkungen weiter zu verringern. Sinnvoll sind Nachhaltigkeitsbewertungen, wenn die Analyse den ganzen Lebenszyklus von Bauwerken einbezieht und alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit untersucht, so dass ein Variantenvergleich, unter Einsatz unterschiedlicher Baustoffe, ermöglicht wird. Führt man eine solche Lebenszyklusanalyse durch, stellt man fest, dass der Baustoff Beton durch Verwendung von Sekundärstoffen bei der Zementherstellung und Betonrecycling nicht nur hervorragende Ergebnis — Seite 56 Umwelteigenschaften aufweist. Natürliche Dauerhaftigkeit, vorteilhafte statisch-konstruktive und bauphysikalische Eigenschaften, vielfältige gestalterische Möglichkeiten und Wirtschaftlichkeit sorgen dafür, dass Bauwerke aus Beton nachhaltig im Sinne aller drei Dimensionen – Ökologie, Ökonomie und Soziales – sind. tigen Bauen beitragen kann, zeigen die in dieser Broschüre enthaltenen Beispiele. Gerade weil bei diesen Projekten nicht einseitig die ökologische Dimension im Vordergrund der Betrachtungen stand, erfahren die Bauwerke gesellschaftliche Akzeptanz, erfüllen die wirtschaftlichen Anforderungen sowohl bei der Errichtung als auch im Betrieb und beschränken zugleich den Ressourcenverbrauch auf das notwendige Mindestmaß. Festzuhalten bleibt auch, dass es beim nachhaltigen Bauen immer um die beste Lösung für eine konkrete Aufgabe geht. Schematische VergleiNachhaltiges Bauen mit Beton bedeutet also vor che auf der Basis weniger ökologischer Baustoff- allem, die vielfältigen Potenziale des Baustoffs parameter führen kaum zu aussagekräftigen zu nutzen, oder kurz gesagt: Ergebnissen. Vielmehr ist die materialgerechte Verwendung von Baustoffen Grundlage für eine nachhaltige Nutzung der daraus erstellten Bauwerke. Dass der Einsatz von Beton als Baustoff auf ganz unterschiedliche Weise zum nachhal- Es kommt drauf an, was man draus macht. Seite 57 — www.beton.org Referenzgebäude Im folgenden Abschnitt werden Projekte vorgestellt, von denen jedes Einzelne als ein Beispiel für nachhaltiges Bauen mit Beton steht. Durch individuellen und kreativen Umgang mit dem Baustoff Beton setzen die vorgestellten Gebäude Schwerpunkte im Bereich einer oder mehrerer Dimensionen der Nachhaltigkeit. Sie zeigen, dass Nachhaltigkeit nicht Theorie bleiben muss, sondern durch gelungene Bauwerke realisiert werden kann. len sowie unter technischen, prozess- und standortbezogenen Aspekten betrachtet. Gleichzeitig wurde darauf geachtet, den gesamten Lebenszyklus von der Planung und Erstel­lung über Betrieb und Nutzung bis zum Erhalt bzw. Rückbau zu berücksichtigen. Hauptmerkmale der Beispielobjekte sind ein geringer Energie- und Trinkwasserbedarf, niedrige Kosten im Lebenszyklus der Gebäude, hohe Dauerhaftigkeit und Flächeneffizienz sowie Möglichkeiten der Umnutzung. Aspekte zum Recycling von Zur Beurteilung der Beispielbauten wurden in Bauteilen und Baustoffen, zu Barrierefreiheit, erster Linie die Methodik des Normentwurfs Schallschutz und Akustik, Standortmerkmalen DIN EN 15643-1 sowie der Kriterienkatalog des und Planungsaspekten sind ebenfalls berückBMVBS herangezogen. Primär werden in diesen sichtigt worden. Regelwerken die Kriterien für nachhaltiges Bauen unter ökologischen, ökonomischen und sozia- Referenzgebäude — Seite 58 1 W ohn- und Geschäftshaus – „Estradenhaus“ Berlin OBJEKTDATEN IM ÜBERBLICK Objekt: Wohnhaus in Berlin Architekt: Wolfram Popp, Berlin Bauherr: no.ema Projektgesellschaft mbH Nutzungsart: Wohn- und Geschäftshaus BGF: ca. 1.600 m2 Bauzeit: 1996 – 1998 (erstes Haus) und 1999 – 2001 (zweites Haus) BAUBESCHREIBUNG Das Estradenhaus wurde von dem Architekten Wolfram Popp als Wohn- und Geschäftshaus Ende der 1990er Jahre konzipiert. Auf zwei nebeneinander liegenden Grundstücken in Berlin-Prenzlauer Berg wurden zwei siebengeschossige Häuser mit dem gleichen architektonischen Konzept realisiert, jeweils mit Miet- und Eigentumswohnungen. In jedem der als Zweispänner organisierten Häuser sind zehn Wohnungen, zwei Büros und ein Laden untergebracht. Beide Häuser reihen sich in die umliegende Blockrandbebauung als Vorderhäuser ein und bilden auf der Rückseite zusammen mit den Nachbarhäusern einen Innenhof. FLEXIBLE NUTZUNG UND PARTIZIPATIVE ELEMENTE Ein freier Grundriss zeichnet alle Wohnungen aus. Sie werden über einen zentralen Treppenhauskern mit Aufzugs- und Versorgungsschacht erschlossen. Zu beiden Seiten des Kerns erstrecken sich die Wohnungen, die frei von tragenden Wänden sind. Dadurch stellt sich nicht nur eine Loftatmosphäre ein, sondern auch der Anteil der Konstruktionsfläche an der Bruttogeschossfläche konnte auf ein Minimum reduziert werden. Bei Bedarf können allerdings speziell entworfene Lamellen-Wandelemente als Raumteiler eingesetzt werden. Diese verschwinden im ungenutzten Zustand an der inneren Längsseite der Wohnung und können bei Bedarf mit einem Dreh- und Schiebemechanismus an Schienen in Fußboden und Decke als Wände oder Raumteiler fixiert werden. Bei geschlossenen Raumsituationen ist sogar ein schalldichter Raumabschluss gewährleistet. Neben der Flexibilität hat der Verzicht auf starre Trennwände die Rohbaukosten um ca. 25 % im Vergleich zu Standardwohngebäuden verringert. Durch das vom Architekten in Zusammenarbeit mit den Mietern entwickelte Konzept der Lamellenwände wurde eine hohe Akzeptanz durch die Bewohner erreicht. Zudem passt sich der Grundriss dank flexibler Raumaufteilung an die Bedürfnisse der Bewohner an. Die Wohnzufriedenheit bleibt also auch bei Bedürfniswandel oder Mieterwechsel erhalten und sichert langfristig die Akzeptanz der Immobilie am Markt. Die kalkulatorische Lebensdauer der Immobilie beträgt ca. 100 Jahre. Seite 59 — www.beton.org DAUERHAFTE UND WARTUNGSARME MATERIALIEN Dies spiegelt auch die Langlebigkeit der für den Innenausbau gewählten Materialien wider. Die Decken sind in Sichtbeton ausgeführt, der weder aufwändig gereinigt noch turnusmäßig farbig beschichtet werden muss. Als Fußboden dienen mit Epoxidharz versiegelte Estriche, die nicht nur langlebig und robust sind, sondern sich auch durch geringen Reinigungsaufwand auszeichnen. Zur Straße hin öffnen sich die Wohnungen mit einer verglasten Fassade, die durch Schiebetüren zu einem vorgesetzten Balkon vollständig geöffnet werden können. Als besondere Zwischenzone zwischen Wohnung und Balkon zieht sich ein 40 cm hoher und 1,80 m tiefer Stahlbetonunterzug, die sogenannte Estrade, über die gesamte Breite der Wohnungen. Diese fungiert als individuell bespielbare Zwischenzone zwischen Außen- und Innenraum. Durch diese Kombination von Glasfassaden und einem offenen Wohnungsgrundriss ist eine natürliche Belichtung und Belüftung in der gesamten Wohnung stets vorhanden. Details wie transluzente Türen unterstützen das architektonische Konzept, die gewählten Materialien die ökologische Dimension des Gebäudes. Auch lässt sich das Fassadenglas ohne großen Aufwand reinigen, denn die Fensterflächen sind von den Balkonen und den Estradenbereichen auf jeder Etage individuell gut zu erreichen. Die Balkonbrüstungen, die aus einem blickdichten Metallgewebe gefertigt sind, bedürfen nahezu gar keiner Reinigung, Vorfertigung und Akzeptanz. Abbildung 17 — Grundrissvariationen / © Wolfram Popp Referenzgebäude — Seite 60 NACHHALTIGKEITSKONZEPT Die Gebäudekonzeption in Kombination mit den gewählten Materialien für Konstruktion und Ausbau zeigt einen Lösungsansatz für einen nachhaltigen innerstädtischen Wohnungsbau. Der Baustoff Beton unterstützt das architektonische Konzept insbesondere durch die weitgespannten Spannbetonhohldecken, die den offenen Grundriss erst ermöglichen und darüber hinaus durch Serienfertigung eine hohe Wirtschaftlichkeit aufweisen. Durch den Einsatz vorgefertigter Bauteile ist zwar die Planungszeit verlängert worden, die Bauzeit und die Kosten für die Errichtung des Gebäudes vor Ort konnten jedoch erheblich minimiert werden. Auch im Bereich des Ausbaus und der Fassade wurden vorgefertigte Bauteile eingesetzt, die gleichsam zu einem Regal zusammengesteckt worden sind. Dieses für die Estradenhäuser entwickelte architektonische Konzept eines Regals, das aus weitestgehend in ihrer natürlichen Materialität belassenen Baustoffen besteht und beliebig „bestückt“ werden kann, wurde insbesondere durch die industrielle Vorfertigung kostengünstig und ressourcenschonend realisiert. In der mittlerweile etwa zehnjährigen Nutzungszeit hat sich gezeigt, dass das Konzept auf Nachfrage am Markt trifft und von den Nutzern in hohem Maße akzeptiert wird. In der soziokulturellen und funktionellen Nachhaltigkeitsbewertung beeinflussten diese Maßnah­men vor allem die Bewertung der Kriterien „Flächeneffizienz“ und „Umnutzbarkeit“ positiv. Wobei die Adaptivität sowohl während der Nutzungszeit als auch in Bezug auf die Neunutzung und die bauliche Anpassung – ein Wohnraum kann beispielsweise in eine Büronutzung verändert werden – gegeben ist. Die unmittelbare Einflussnahme des Nutzers trägt hier zu einer nachweisbar hohen Akzeptanz des Gebäudes bei. In der ökonomischen und ökologischen Bewertung wirken sich der Einsatz von vorgefertigten Bauteilen und der ressourcenschonende Materialeinsatz positiv aus. Zudem trägt die Flexibilität in der Nutzung zum Werterhalt des Gebäudes bei. Darüber hinaus beeinflusst auch die Fassadengestaltung mit den auskragenden Balkonen die ökonomische und ökologische Dimension. Diese gewährleisten durch natürliche Verschattung zusammen mit der Speicherfähigkeit der Betonbauteile den sommerlichen Wärmeschutz und erfordern nur ein geringes Maß an Instandhaltungs- und Reinigungsaufwand. Seite 61 — www.beton.org Abbildung 18 — Straßenansicht / © Stefan Meyer Referenzgebäude — Seite 62 Abbildung 19 — Szenarios Innenraum und Balkonsituation / © Wolfram Popp Seite 63 — www.beton.org 2 W irtschaftshochbau – Verwaltungsgebäude E.ON Zolling OBJEKTDATEN IM ÜBERBLICK Objekt: Verwaltungsgebäude Kraftwerk Zolling Architekt: Boesel Benkert Hohberg Architekten, München Bauherr: E.ON Kraftwerke GmbH, Kraftwerksgruppe Süd Nutzungsart: Büroräume, Kraftwerksarchiv, Werksfeuerwehr mit Fahrzeuggarage BGF: ca. 2.500 m2 BRI: ca. 10.500 m3 Bauzeit: 2007 – 2008 Baukosten: 4,5 Mio. EUR BAUBESCHREIBUNG Das Gebäude wurde zwischen 2007 und 2008 auf dem Gelände des Kohle- und BiomasseKraftwerks des Energiekonzerns E.ON in Zolling bei München als zentraler Bau der Kraftwerksverwaltung errichtet. Das Verwaltungsgebäude dient außerdem der Unterbringung einer werkseigenen Feuerwehr sowie eines Werksarchivs. Eine zu hohe Emissionsbelastung des bisherigen Verwaltungsgebäudes und Erweiterungen des Kraftwerkes machten einen Neubau und eine Vergrößerung der Werksfeuerwehr notwendig. Abbildung 20 a — © Boesel Benkert Hohberg Architekten Referenzgebäude — Seite 64 FORM UND FUNKTION In den Planungen des Büros Boesel Benkert Hohberg Architekten stellte die Energieeffizienz des Gebäudes durch optimale Nutzung von Sonnenstrahlung einen zentralen Entwurfsaspekt dar. Sowohl der Standort des Verwaltungsgebäudes auf dem Werksgelände als auch die Form des Gebäudes wurden von diesem leitenden Entwurfsgedanken geprägt. Die Position des Baus orientierte sich an den riesigen, Schatten werfenden Bauten des Kühlturms und des Werkblocks 5. Zwischen diesen beiden Bauvolumen sollte das Verwaltungsgebäude noch möglichst viel Tageslicht nutzen können. Weiterhin wurden die Fassaden des Baus um 26 Grad in Richtung Süden gekippt, so dass selbst die Nordfassade durch großzügige Fensterflächen solare Wärmegewinne erzielen kann. Ein Atrium, das sich durch sämtliche Geschosse bis zum Dach durchzieht, lässt durch seine ebenfalls nach Norden ausgerichteten Oberlichter Tageslicht einfallen und verringert den Strombedarf zur Beleuchtung des Gebäudes. Auf der Südseite der Fassade dagegen wird die Solarstrahlung von den Fenstern reflektiert und eine Überhitzung der Innenräume vermieden. Aufgrund dieser besonderen Form des Baus erhalten alle Innenräume ein Maximum an indirekter Sonnenbelichtung. Es gibt keinen Aufenthaltsraum, der nicht über natürliche Belichtung und natürliche Belüftung verfügt. Die ausgeklügelte Gebäudeform trägt also zu einer natürlichen Klimatisierung und Belichtung ganz ohne jeglichen Energieaufwand bei. Die Form des Gebäudes dient jedoch nicht nur der Energieeffizienz. Das vertikale „Kippen“ des Gebäudes führt im Inneren zu versetzten Geschossen auf beiden Seiten des Atriums. Balustradengänge, die sich zu beiden Seiten des Atriums öffnen, dienen der Etagenerschließung und Kommunikation der Mitarbeiter. Spezielle Anker in der Fassade halten die Reinigungskosten der Fassade gering. Für die Konstruktion dieser vorteilhaften Gebäudeform hat sich die Flexibilität des Baustoffs Beton als besonders geeignet erwiesen. Zwei Erschließungsschächte, die ebenfalls um 26 Grad geneigt sind und in denen Fahrstühle für Barrierefreiheit in allen Etagen sorgen, tragen die Hauptlasten des Gebäudes ab. Die Geschossdecken aus Ortbeton mit einem Z-förmigen Querschnitt spannen in Längsrichtung und tragen als Faltwerk, so dass der Grundriss stützenfrei bleiben konnte. Somit wurde der Anteil tragender Bauteile an der Bruttogeschossfläche auf weniger als 5 % begrenzt. Zudem ist ein Grundriss entstanden, der es bei Bedarf erlaubt, die Büros zu vergrößern oder zu verkleinern. Seite 65 — www.beton.org MATERIAL UND FUNKTION Ein besonders nachhaltiger Aspekt des Gebäudes im Hinblick auf den Baustoff Beton besteht darin, dass die Architekten sich die materialspezifischen Eigenschaften gezielt zunutze gemacht haben, um Energie zu sparen und somit Ressourcen zu schonen: Das Innere des Gebäudes wurde fast ausschließlich aus Sichtbeton gestaltet. Auf diese Weise konnte der Beton als Kühl- und Heizmedium eingesetzt werden, da in die Betondecken eine Bauteilaktivierung integriert wurde, die mit gespeicherter Nachtwärme arbeitet. Auch das Heizsystem ist in die Betondecken integriert und wird ausschließlich durch kraftwerkseigene Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung gespeist. Das Heiz- und Kühlsystem ist von den Mitarbeitern individuell regulierbar. Weiterer Vorteil von Sichtbeton im Innenausbau sind der Verzicht auf Ausbaumaterialien sowie der geringe Instandhaltungsaufwand: Die Wände müssen auch nach Jahren weder neu verputzt noch gestrichen werden, was Ressourcen schont und den Kostenaufwand minimiert. Aus raumakustischen Gründen wurde im Innenausbau allerdings nicht ausschließlich Sichtbeton verwendet: Trennwände und Fußböden sind aus schallabsorbierenden Materialien gefertigt und sorgen somit für eine angenehm gedämpfte Geräuschkulisse. TECHNISCHE ANLAGEN UND KOSTEN Auch die technische Infrastruktur des Gebäudes trägt zur Nachhaltigkeit bei. Aufgrund der hohen Energieeffizienz konnte auf den Einsatz komplizierter Technologien verzichtet werden. Zudem befinden sich die technischen Anlagen an zentraler Stelle im Treppenhaus. So können Flächen optimal genutzt werden. Instandhaltungskosten der Haustechnik werden über den gesamten Lebenszyklus minimiert. Abbildung 20 b — Systemzeichnungen / © Boesel Benkert Hohberg Architekten Referenzgebäude — Seite 66 Abbildung 21 — Umgebungssituation / © Boesel Benkert Hohberg Architekten Abbildung 22 — Innenräume / © Boesel Benkert Hohberg Architekten Seite 67 — www.beton.org 3 R evitalisierung eines innerstädtischen Bürogebäudes als Beispiel für nachhaltigen Wirtschaftshochbau – maxCologne, Köln OBJEKTDATEN IM ÜBERBLICK Objekt: maxCologne, Köln Architekt: HPP - Hentrich Petschnigg & Partner GmbH + Co. KG, Köln Bauherr: Warburg - Henderson Kapitalanlagegesellschaft für Immobilien mbH für einen Spezialfonds der Rheinischen Versorgungskassen Bauherrenvertretung: HIH Hamburgische Immobilien Handlung GmbH Projektentwickler: Hochtief Projektentwicklungs GmbH, Köln Nutzungsart: Büro- und Verwaltungsgebäude MF: 46.000 m2 Bauzeit: 2012 (geplante Fertigstellung) Nachhaltigkeits-Zertifikat: DGNBVorzertifikat in Gold BAUBESCHREIBUNG In direkter Kölner Rheinlage, begrenzt von Deutzer Brücke, Mindener Straße und Kennedyufer, steht das ehemalige „Lufthansa-Gebäude“, ein im Jahr 1969 errichtetes Hochhaus, das 1978 um eine Riegelbebauung erweitert worden ist. Nach über 30-jähriger Nutzung als Konzernzentrale der Lufthansa wird das Bauwerk umfassend revitalisiert und einer neuen Nutzung als Bürogebäude mit dem Namen maxCologne zugeführt. Die Bewertung der Nachhaltigkeit der Revitalisierungsmaßnahme basiert auf einer Lebenszyklusanalyse gemäß den Kriterien des deutschen Gütesiegels „Nachhaltiges Bauen“. Ziel der Maßnahmen ist es, ein dauerhaft energieeffizientes und wirtschaftliches Gebäude zu erstellen. REVITALISIERUNG Mit dem Konzept der Revitalisierung werden mehrere Ziele erreicht. Einerseits verbessert sich die städtebauliche Situation durch eine klare Gestaltung des dem Rhein zugewandten Gebäudes, den Rheinetagen. Darüber hinaus entsteht durch Rückbau der oberirdischen Geschosse des Sockelgebäudes ein öffentlicher Platz mit Blickachsen zum benachbarten Kloster St. Heribert und zur linksrheinisch gelegenen Altstadt und zum Dom. In der Nachhaltigkeitsbewertung sind diese Maßnahmen dem Bereich der soziokulturellen und funktionalen Qualität zuzuordnen. Insbesondere die Kriterien „öffentliche Zugänglichkeit“ und „Dachgestaltung“ werden in vorbildlicher Weise erfüllt. Ein weiterer wichtiger Aspekt im Bereich der soziokulturellen Qualität ist die Sicherung der gestalterischen und städtebaulichen Qualität, die im vorliegenden Fall mit Hilfe eines beschränkten Wettbewerbs (Einladungswettbewerb) gewährleistet wurde. In der Begründung des Preisgerichts unter Vorsitz von Prof. Wolfgang Döring heißt es dazu: „Der Entwurf schafft es, den Baukörper insgesamt zu verklaren und dennoch seine Einheit zu belassen.“ Referenzgebäude — Seite 68 NACHHALTIGKEITSKONZEPT Das Bauwerk selbst erfährt im Rahmen der Revitalisierung eine weitgehende Umgestaltung der Grundrisse. Damit werden nicht nur die bisher außen liegenden Treppenhauskerne umbaut und in das Gebäudeinnere integriert, es werden auch Möglichkeiten zur flexiblen Grundrissgestaltung geschaffen. Zukünftig erlauben flexible Grundrisse verschiedene Varianten der Aufteilung im Innern: Die Fläche einer Etage lässt sich in mehrere, gleichwertige Mieteinheiten gliedern oder zu einer Mieteinheit verbinden. Eine Raumstruktur mit geräumigen Zellenbüros lässt sich damit ebenso umsetzen wie Kombibüros oder ein Großraumbüro über eine komplette Etage. In der soziokulturellen bzw. funktionellen Nachhaltigkeitsbewertung beeinflussten diese Maßnahmen vor allem die Bewertung der Kriterien „Flächeneffizienz“ und „Umnutzbarkeit“ positiv. Darüber hinaus spielt die flexible Grundrissgestaltung mit Hilfe weitgespannter Betondecken auch bei der Wirtschaftlichkeit eine Rolle, weil Drittverwendungsfähigkeit und damit Wertstabilität verbessert werden. Die neue Fassade und die Haustechnik sind so gewählt, dass sie in Verbindung mit der bestehenden Tragkonstruktion aus Beton ein nachhaltiges Energiekonzept ermöglichen. Das bedeutet nicht nur, die Anforderungen an die bauphysikalischen Kriterien (soziokulturelle und funktionale Aspekte) zu erfüllen, sondern darüber hinaus auch den thermischen Komfort der Nutzer sowohl im Sommer als auch im Winter ohne aufwändige maschinelle Klimatisierung zu gewährleisten. Zwei Brunnen erschließen das Grundwasser als Energiespeicher, so dass im Sommer und im Winter die Innenräume zugluftfrei über Heiz-Kühl-Decken temperiert werden können. Dies trägt zur Verringerung des Primärenergiebedarfs aus nicht erneuerbaren Quellen bei. Zudem ermöglicht ein großer Anteil transparenter Fassadenflächen die unterstützende natürliche Belüftung und die Nutzung solarer Wärmegewinne. Trotzdem ist aufgrund der zweischaligen Konstruktion auch im Hochhaus eine Fensterlüftung nach den Bedürfnissen der Nutzer möglich. Besonders vorteilhaft auf die Bewertung der ökologischen Dimension des Gebäudes wirkt sich die Tatsache aus, dass trotz veränderter Nutzeranforderungen die Tragstruktur des Bauwerks weitergenutzt werden kann. Die aus den 1970er Jahren stammende Betonkonstruktion ist ausreichend robust, um die geforderten Nutzlasten abzutragen, und bietet zugleich die Möglichkeit, zeitgemäße Anlagen zur Raumtemperierung und Kommunikationseinrichtungen zu installieren. Dies schlägt sich in erster Linie im Bereich der ökologischen Bewertung nieder und beeinflusst den Wert für das vom Gebäude ausgehende Treibhauspotenzial günstig. Allerdings differenziert das Bewertungssystem beim Kriterium Treibhauspotenzial noch nicht zwischen Anforderungswerten für die Erstellung und den Betrieb des Gebäudes. Der Bewertung liegt ein Referenzwert von 57 [kg CO2Äqu./(m2NGFa)] zugrunde, der zu 75 % aus dem Betrieb und zu 25 % aus der Errichtung resultiert. In der nachfolgenden Abbildung ist das Ergebnis der Nachhaltigkeitsbewertung in Form des erteilten Vorzertifikats dargestellt. Es lässt sich erkennen, dass die materialgerechte Nutzung bzw. Weiternutzung des Baustoffs Beton in vielen Bereichen auch quantitativ erfasst werden kann, so dass der Beitrag des Baustoffs zur Nachhaltigkeit des Gebäudes deutlich wird. Seite 69 — www.beton.org Abbildung 23 — Erschließung der Gebäude durch einen öffentlichen Platz nach Rückbau der Sockelgeschosse / © Hochtief Projektentwicklungs GmbH Abbildung 24 — Die neue Fassade ist so gewählt, dass sie in Verbindung mit der bestehenden Tragkonstruktion aus Beton ein nachhaltiges Energiekonzept ermöglicht / © Hochtief Projektentwicklungs GmbH Abbildung 25 — Heiz-Kühl-Decken gewährleisten Aufenthaltsqualität, Energieeffizienz und thermische Behaglichkeit / © Hochtief Projektentwicklungs GmbH Referenzgebäude — Seite 70 Abbildung 26 — Ergebnis der Nachhaltigkeitsbewertung anhand der Kriterien des DGNB-Zertifizierungssystems. Kriterien s. Anhang Seite 82. Seite 71 — www.beton.org 4 Um-/Neunutzung Sonderbauwerk – Wohnhaus UND Sammlung Boros in Berlin OBJEKTDATEN IM ÜBERBLICK Objekt: Wohnhaus und Sammlung Boros Architekt: Realarchitektur, Jens Casper, Petra Petersson, Andrew Strickland, Berlin Bauherr: Christian Boros und Karen Lohmann Nutzungsart: Galerie und Wohnhaus NF: ca. 2.500 m2 Nutzfläche Sammlungsräume, ca. 450 m2 Wohnfläche BRI: ca. 16.500 m3 BRI bestehendes Gebäude, ca. 2.500 m3 BRI Wohnung Bauzeit: Baubeginn 2004, Fertigstellung Wohnhaus 12/2007, Eröffnung Sammlung 4/2008 Preisträger Architekturpreis Beton 2008 BAUBESCHREIBUNG Der Bau liegt unweit des Bahnhofs Friedrichstraße in Berlin-Mitte und wurde dort ursprünglich als Luftschutzbunker für Bahnreisende im Jahre 1942 erbaut. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde das massive Betongebäude als Gemüselager genutzt, diente nach dem Mauerfall als Club und wurde 2003 von dem Kunstsammler Christian Boros gekauft, der dort Teile seiner Kunstsammlung erstmals für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht hat und einen Teil des Bauwerkes als Wohnsitz nutzt. Im Jahre 2003 beauftragte Christian Boros das Architekturbüro Realarchitektur mit den Planungen für den unter Denkmalschutz stehenden Bunkerbau. Das Konzept von Realarchitektur basiert auf der Aufstockung des Bunkers durch einen eingeschossigen Wohnbau, wobei die Kunstsammlung im ehemaligen Bunker untergebracht ist. In dem Bunker wurden lediglich geringfügige Veränderungen vorgenommen: Teilweise wurden die Decken durchbrochen und die Wände entfernt, um die Räume zugunsten der Wirkung der Kunstwerke zu öffnen. Der Wohnbungalow wurde in Ortbetonbauweise aus Sichtbeton mit einer Glasfassade in Pfosten-Riegel-Konstruktion projektiert. Über eine in den Bunker eingefügte Aufzug- und Treppenanlage wird der Wohnbereich erschlossen, wofür die 3 m starke Decke durchbrochen wurde. UMNUTZUNG Als zentraler Nachhaltigkeitsaspekt steht neben der langfristigen Sicherung des Denkmals durch Neunutzung die bewusste Entscheidung zur Umnutzung eines sehr massiven Betonbaus im Vordergrund. Dieser eignet sich auf den ersten Blick denkbar schlecht für eine Folgenutzung, da er den Inbegriff einer Single-use-Immobilie darstellt. Aufgrund statischer Schwierigkeiten konnte die innere Struktur des Bunkers nur geringfügig verändert werden. Die vorhandene Bausubstanz wurde aber so geschickt genutzt, dass auf einen energieund kostenaufwändigen Abriss verzichtet werden konnte. Auch wenn der Bau in Zukunft eventuell nicht mehr privat genutzt wird, gewährleistet die Massivität des Bunkers – der Anteil konstruktiver Elemente zum Bruttorauminhalt beträgt 46 % – eine langfristige Nutzung des Bunkergebäudes als Ausstellungsraum. Im Gegensatz dazu ist die Privatwohnung offen für Umnutzungen. Auch wenn die Drittverwendungsfähigkeit nicht in den Planungsprozess einbezogen wurde, da der Bauherr eine langfristige Nutzung als Wohngebäude plant, so könnte das Dachgeschoss als Bar oder Büros nachgenutzt werden. Referenzgebäude — Seite 72 MATERIALIEN Besonderer Wert wurde bei dem Umbau auf werthaltige und regionale Materialien gelegt. In Anlehnung an die Materialität des Bunkers wurde im Wohnbereich mit Sichtbeton gearbeitet, der allerdings nicht nur ästhetische Qualitäten bietet, sondern sich auch gut als Speichermasse eignet und so energiesparend zu einem ausgeglichenen Raumklima beiträgt. Der Boden des Wohnhauses ist aus Muschelkalk gefertigt, für das eingebaute Mobiliar wurde Eichenholz verwendet. RAUMKLIMA Aus Denkmalschutzgründen und aufgrund der „Lagernutzung“ ist eine nachträgliche Wärmedämmung nicht erforderlich. Der eigentliche Bunker mit seinen bis zu 1,80 m dicken Betonwänden stellt im Sinne der Energieeinsparverordnung einen unbeheizten Keller mit sehr großer Speichermasse dar. Eine Wärmedämmung wurde lediglich zwischen dem Bunkerdach und dem Wohnbereich eingebracht. Darüber hinaus ist das Wohnhausdach mit einer Wärmedämmung von mindestens 20 cm versehen. Auch das Fassadenglas bietet mit einem U-Wert von 1,1 [kWh/(m²*K)] einen ausgezeichneten Wärmeschutz. Im Sommer tragen zudem das weit über den Innenraum des Wohnbereiches auskragende Betondach und verschiebbare Sonnenschutzelemente zu natürlicher Klimatisierung durch Verschattung bei. Außerdem besteht in jedem Raum des Wohnhauses die Möglichkeit der natür­ lichen Belichtung und Belüftung, was energiesparend zu einem angenehmen Raumklima beiträgt. Besondere Schallschutzmaßnahmen wurden nicht ergriffen. Lediglich im Wohnbereich wurde die Fassadendichtung an die Ergebnisse einer Lärmkartierung angepasst. Anforderungen an den Schallschutz im eigenen Wohnbereich wurden nicht gestellt und im Bunker selbst herrscht ohnehin Stille. TECHNISCHE ANLAGEN Zur ökonomischen Nachhaltigkeit trägt die Verortung der technischen Anlagen bei. Sie sind im obersten Kellergeschoss, also dem obersten Geschoss des Bunkers, untergebracht und bei Wartungsbedarf einfach zu erreichen. Außerdem sind die Versorgungsleitungen nicht einbetoniert, sondern in Vorsatzinstallationen geführt. Seite 73 — www.beton.org Abbildung 27 — © Realarchitektur Referenzgebäude — Seite 74 Abbildung 28 — Kunstobjekt von Santiago Sierra / © NOSHE Mit freundlicher Genehmigung der Aboros Foundation Gemeinnützige GmbH Abbildung 29 — Außenansicht Bunker / © NOSHE Mit freundlicher Genehmigung der Aboros Foundation Gemeinnützige GmbH Seite 75 — www.beton.org 5 W ohnbebauung an einem problembelasteten Standort – Wohnbebauung Mittlerer Ring, München OBJEKTDATEN IM ÜBERBLICK Architekt: Léon Wohlhage Wernik Architekten, Berlin Bauherr: Bayerischer Versorgungsverband, vertreten durch die Bayerische Versorgungskammer Nutzungsart: Mehrfamilienhaus Schallschutz: Müller-BBM, Planegg Freiraumplanung: Thomanek+Duquesnoy, Berlin BGF: 12.250 m2 BRI: ca. 35.831 m3 Bauzeit: 2007 – 2009 Legende 1Gartenhof 2Eingangshof 3Flur 4 Wohnung | 5 Wohnung || 6 Wohnung ||| 7 Wohnung |V 8 Glaswand als Schallschutz Abbildung 30 — Regelgeschoss / © Léon Wohlhage Wernik Architekten Referenzgebäude — Seite 76 Abbildung 31 — Luftbild mit Blick auf Richard-Strauss-Straße / © Léon Wohlhage Wernik Architekten, Foto © Christian Richters Abbildung 32 — Ansicht Richard-Strauss-Straße / © Léon Wohlhage Wernik Architekten, Foto © Christian Richters Seite 77 — www.beton.org BAUBESCHREIBUNG An dem vielbefahrenen Mittleren Ring in München sollten Wohnungen als Schallschutzbebauung konzipiert werden. In einem einstufigen Realisierungswettbewerb konnte sich der Entwurf von Léon Wohlhage Wernik Architekten durchsetzen. Dieser Beitrag erfüllt die Vorgaben des Schallschutzes, schafft ruhigen und qualitativ hochwertigen Wohnraum und sorgt zudem noch für ein einprägsames Bild im verkehrsbelasteten Stadtraum. Der Mittlere Ring leitet bis zu 150.000 Fahrzeuge täglich durch das Münchener Stadtgebiet. Allein sechs Autobahnen münden in diese Ringstraße und sorgen für ein entsprechend hohes Verkehrsaufkommen mit erheblichem LKW-Anteil. Zugleich führen stark belastete Abschnitte des Mittleren Rings durch dicht besiedelte Wohngebiete, die unter dem Verkehrslärm leiden. Aus diesen Gründen wurde von der Stadt München und der Bayerischen Versorgungskammer ein Wettbewerb ausgelobt, der im Abschnitt Richard-Strauss-Straße die Lärmbelastung senken und das Wohnen attraktiver machen sollte. Mit einem Vorschlag zur Ergänzung der bestehenden Wohnbauten – fünf gleichartige Zeilenbauten aus den 50er Jahren, senkrecht zum Ring ausgerichtet und dem Straßenlärm unmittelbar ausgesetzt – ging das Berliner Büro Léon Wohlhage Wernik Architekten 2004 als Sieger aus dem Wettbewerb hervor. Das Konzept des Entwurfs sieht fünf parallel zur Straße ausgerichtete sechsgeschossige Neubauten vor, durch deren Baukörper die Räume zwischen den 50er-Jahre-Zeilenbauten zur Straße hin weitgehend geschlossen werden. Mit diesen Kopfbauten konnten die Flächen zwischen den alten Häuserzeilen in lärmgeschützte Höfe verwandelt werden, die durch schmale, transparente Lärmschutzwände zwischen Neubauten und Bestand erschlossen und zusätzlich belichtet werden. Diese Maßnahme ermöglicht auch, die Immissionsrichtwerte für allgemeine Wohngebäude an sämtlichen Fassaden des Bestandes einzuhalten, so dass eine natürliche Fensterlüftung ermöglicht wird. Allerdings sind die Neubauten selbst dem Verkehrslärm in besonderem Maße ausgesetzt, so dass Entwurf und Konstruktion der Straßenfassaden eine besondere Herausforderung für Architekten und Akustikplaner darstellten. Um die Anforderungen an den Schallschutz einhalten zu können wurden die schutzbedürftigen Räume konsequent zur ruhigeren Hofseite angeordnet, während Küchen, Bäder und Treppenhäuser als eine Art Puffer an der Straßenfassade liegen. Zugleich ermöglicht eine Fassade aus Beton mit nur 25 cm dicker Tragschicht in Verbindung mit Schallschutzfenstern die Belichtung der von der Straße zum Hof hin durchgesteckten Wohnräume von zwei Seiten, ohne dass der Grundgeräuschpegel unkomfortabel hoch ist. Zusätzlich zu den Schallschutzanforderungen waren auch Ansprüche an die Aufenthaltsqualität der Innenräume, die Belichtung der Wohnungen, die Energieeffizienz der Gebäudehülle und die Grundrissorganisation zu befriedigen. Schließlich sind die Neubauten auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nachhaltig, weil sie durch qualitativ hochwertigen innerstädtischen Wohnungsbau Flächen effizient nutzen und darüber hinaus durch städtebaulich hervorragende Schallschutzmaßnahmen Wohngebäude aus den 1950er Jahren erheblich aufwerten. Dass durch diese Art der Lärmsanierung die Bestandsgebäude in ihrem Erscheinungsbild erhalten werden konnten, ist als zusätzlich positiver Aspekt zu werten. Referenzgebäude — Seite 78 Abbildung 33 — Blick auf Richard-Strauss-Straße / © Léon Wohlhage Wernik Architekten, Foto © Christian Richters Abbildung 34 — Innenansicht Richard-Strauss-Straße / © Léon Wohlhage Wernik Architekten, Foto © Christian Richters Seite 79 — www.beton.org Weiterführende Informationen LITERATURVERZEICHNIS DIN EN ISO 14040 Umweltmanagement – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen DIN EN ISO 14044 Umweltmanagement – Ökobilanz – Anforderungen und Anleitungen DIN 4109-1 Schallschutz im Hochbau; Anforderungen und Nachweise DIN EN 15643-1 Nachhaltigkeit von Bauwerken – Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden – Teil 1: Allgemeine Rahmenbedingungen DIN EN 15643-2 Nachhaltigkeit von Bauwerken – Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden – Teil 2: Rahmenbedingungen für die Bewertung der umweltbezogenen Qualität DIN EN 1008 Zugabewasser für Beton – Festlegung für die Probenahme, Prüfung und Beurteilung der Eignung von Wasser, einschließlich bei der Betonherstellung anfallendem Wasser, als Zugabewasser für Beton DIN 4109-1 Schallschutz im Hochbau; Anforderungen und Nachweise DAfStb-Richtlinie für die Herstellung von Beton unter Verwendung von Restwasser, Restbeton und Restmörtel. Beuth 1995 DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton (SVB-Richtlinie). Beuth 2003 DAfStb-Richtlinie Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN 4226-100. Beuth 2004 Reinhardt, H.-W.; Brameshuber, W.; Graubner, C.-A.; Grübl, P.; Hauer, B.; Hüske, K.; Kümmel, J.; Litzner, H.-U.; Lünser, H.; Rußwurm, D.; Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Heft 521 – Sachstandbericht Nachhaltig Bauen mit Beton. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Heft 572 – Schlussberichte zur ersten Phase des DAfStb/BMBF-Verbundforschungsvorhabens „Nachhaltig Bauen mit Beton“. Berlin Beuth, 2007 Hauer, B.; Pierkes, R.; Schäfer, S.; Seidel, M.; Herbst, T.; Rübner, K.; Meng, B.; Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Heft 584 – Verbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“ – Teilprojekt B „Potenziale des Sekundärstoffeinsatzes im Betonbau“. Erscheint in Kürze. Bleyer, T.; et al.: Der Stadtbaustein im Verbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“ – Dossier zu Nachhaltigkeitsuntersuchungen. Berlin: Beuth – In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Nr. 588. Erscheint in Kürze. Inhalt — Seite 80 Weiterführende Broschüren der deutschen Beton- und Zementindustrie BetonBauteile Bayern und Fachverband Beton- und Fertigteilwerke Baden-Württemberg e.V. (Hrsg.): Ökobilanz von Lichtschachtsystemen – Ein ökologischer Vergleich von Lichtschachtsystemen in den Materialvarianten Beton und Kunststoff. 2011 BetonMarketing Deutschland GmbH (Hrsg.): Energieeffizienz im Hochbau. BetonMarketing Deutschland GmbH (Hrsg.): Umfassender Brandschutz mit Beton. Betonverband Straße, Landschaft, Garten e.V. (Hrsg.): Oberbaukonstruktionen von Verkehrsflächen mit unterschiedlichen Deckschichten – Vergleichende Ökobilanz. 2009 Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie (Hrsg.): Ökobilanzielle Baustoffprofile für Transportbeton der Druckfestigkeitsklassen C20/25, C25/30 und C30/37. Duisburg 2007 Bundesverband Leichtbeton e.V.: Großformatige Elemente aus Leichtbeton. Umweltproduktdeklaration nach ISO 14025. 2009 Bundesverband Leichtbeton e.V.: Leichtbeton-Mauersteine aus natürlichem Zuschlag und Zumischungen von industriell hergestelltem Zuschlag. Umweltproduktdeklaration nach ISO 14025. 2008 Ökobilanzielle Baustoffprofile für Bauteile aus Transportbeton. Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie. Duisburg 2010 Verein Deutscher Zementwerke, Forschungsinstitut der Zementindustrie (Hrsg.): Umweltdaten der Deutschen Zementindustrie 2009. Verein Deutscher Zementwerke: Zementtaschenbuch 2008. Verlag Bau und Technik 2008 Linkliste www.beton.org Internetseite der BetonMarketing Deutschland GmbH mit Informationen rund um das Thema „Bauen mit Beton“ www.betoninfo.de Internetseite des Bundesverbandes Betonbauteile Deutschland mit speziellen Informationen zum Thema „Bauen mit Betonfertigteilen“ www.dafstb.de Internetseite des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton www.nachhaltigesbauen.de Informationsportal Nachhaltiges Bauen des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung www.nbb-forschung.de Internetseite zum Verbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“ mit einem Gesamtüberblick über das Verbundforschungsvorhaben www.transportbeton.org Internetseite des Bundesverbandes der Deutschen Transportbetonindustrie mit speziellen Informationen zum Thema „Bauen mit Transportbeton“ www.vdz-online.de Internetseite des Vereins Deutscher Zementwerke mit weiterführender Literatur zu den Themen Zement und Beton Seite 81 — www.beton.org Abbildung 35 — Bewertungssystem für Nachhaltiges Bauen (BNB) 2009_4: Gewichtung und Bedeutungsfaktoren [Quelle: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung] www.beton.org — Seite 82 IMPRESSUM Herausgeber BetonMarketing Deutschland GmbH Steinhof 39, 40699 Erkrath www.beton.org Redaktion Dr. Olaf Aßbrock, Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie e.V. Alice Becke, Bundesverband Betonbauteile Deutschland e.V. Torsten Bernhofen, BetonMarketing Nord GmbH Dr. Bruno Hauer, Verein deutscher Zementwerke e.V. Thomas Kaczmarek, BetonMarketing Deutschland GmbH Dr. Ulrich Lotz, Fachverband Beton- und Fertigteilwerke Baden-Württemberg e.V. Uwe Tesch, BetonMarketing Deutschland GmbH Dr. Udo Wiens, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e.V. Mit freundlicher Unterstützung durch den Bundesverband Betonbauteile Deutschland e.V. (BDB) Kochstraße 6-7, 10969 Berlin Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie e.V. (BTB) Düsseldorfer Str. 50, 47051 Duisburg Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V. (BDZ) Kochstraße 6-7, 10969 Berlin Fachliche Beratung: Prof. Dr.-Ing. Peter Lieblang, Fachhochschule Köln Dipl.-Ing. Daniela Konrad, M. Arch. Mitarbeit: Lena Fischer Konzept und Umsetzung Stijlroyal Design & Strategie www.stijlroyal.com Bildnachweise Titel: © Christian Richters Seiten 4, 9, 13, 17, 24, 37, 58: © Verlag Bau+Technik GmbH Seite 5: © BMVBS/Fotograf Frank Ossenbrink Seiten 21, 39 ,41, 46, 51, 55: © BetonBild Seite 34: © BetonMarketing Ost GmbH / Guido Erbring Seite 49, Seiten 62-79: Bildnachweis am Bild Seite 53: © BetonMarketing Süd GmbH / Guido Erbring 2. Auflage: Juni 2011 Seite 83 — www.beton.org BetonMarketing Deutschland BetonMarketing Deutschland GmbH Steinhof 39 40699 Erkrath [email protected] Kontakt und Beratung vor Ort BetonMarketing Nord BetonMarketing Nord GmbH Anderter Straße 99D 30559 Hannover Telefon 0511 554707-0 [email protected] BetonMarketing Ost BetonMarketing Ost Gesellschaft für Bauberatung und Marktförderung mbH Teltower Damm 155 14167 Berlin-Zehlendorf Telefon 030 3087778-0 [email protected] BetonMarketing Süd BetonMarketing Süd GmbH Gerhard-Koch-Straße 2 + 4 73760 Ostfildern Telefon 0711 32732-200 [email protected] Beethovenstraße 8 80336 München Telefon 089 450984-0 [email protected] BetonMarketing West BetonMarketing West Gesellschaft für Bauberatung und Marktförderung mbH Annastraße 3 59269 Beckum Telefon 02521 8730-0 [email protected] Es kommt drauf an, was man draus macht. www.beton.org
