Urban Mining Index
Entwicklung einer Systematik zur quantitativen Bewertung der Kreislaufkonsistenz von Baukonstruktionen in der NeubauplanungAnja Rosen
2021, ca. 350 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-7388-0605-2
Inhalt
Das Bauwesen ist national wie international die Branche mit dem höchsten Ressourcenverbrauch und Abfallaufkommen. Aufgrund der zunehmenden Ressourcenverknappung und Umweltbelastung ist es geboten, Baustoffe in möglichst geschlossenen, mit der Umwelt verträglichen (konsistenten) Kreisläufen zu führen.
Diesen Ansatz verfolgt das Urban Mining Design, indem das anthropogene Rohstofflager als "urbane Mine" gestaltet und bewirtschaftet wird. Hierfür muss die Kreislaufkonsistenz von Bauwerken als Entwurfsparameter begriffen werden.
In diesem Buch wird eine Systematik vorgestellt, mit der die Kreislaufkonsistenz von Baukonstruktionen und Gebäuden in der Neubauplanung gemessen und bewertet werden kann: der Urban Mining Index.
Hierfür wurden Parameter definiert, die die Materialität und die Konstruktion, aber auch die Wirtschaftlichkeit des selektiven Rückbaus abbilden, der Voraussetzung für die Rückgewinnung sortenreiner Wertstoffe ist.
Die zirkulären Baustoffe beziffern mit ihrem Anteil an der Masse aller im Lebenszyklus des Bauwerks verbauten Materialien das Gesamtergebnis: den Urban Mining Indicator.
Verfügbare Formate
Inhaltsverzeichnis
1. Motivation, Fragestellung und Ziele der Arbeit
1.1. Motivation
1.1.1. Ressourcenverbrauch
1.1.2. Urban Mining
1.2. Übergeordnete Ziele
1.2.1. Die Agenda 2030 der Vereinten Nationen
1.2.2. Umsetzung der Agenda 2030 auf deutscher und europäischer Ebene
1.3. Fragestellung
1.4. Ziele dieser Arbeit
1.4.1. Die Verbindung der Lebenszyklen: Pre-Use-, Use- und Post-Use-Phase
1.4.2. Definition von quantitativ messbaren Parametern
1.4.3. Identifikation, Analyse und Definition geeigneter Bewertungsebenen
1.4.4. Analyse und Bewertung des Rückbaus
1.4.5. Abbildung der Kreislaufpotenziale nach Qualitäten
1.4.6. Einfache Anwendbarkeit und gut ablesbare Darstellung
1.4.7. Anwendung an Modellprojekten
1.4.8. Eignung für Zertifizierungssysteme
2. Strategie und wissenschaftliches Vorgehen
2.1. Strategien für eine nachhaltige Entwicklung
2.1.1. Suffizienz
2.1.2. Effizienz
2.1.3. Konsistenz
2.1.4. Produktivität der Strategien
2.2. Ableitung der eigenen Strategie: konsistente Kreisläufe
2.2.1. Einfluss des Menschen auf die natürlichen Kreisläufe
2.2.2. Voraussetzungen für konsistente Kreisläufe
2.2.3. Nachnutzungsmöglichkeiten von Baustoffen
2.2.4. Definition des Kreislaufpotenzials von Baustoffen
2.2.5. Differenzierung von Closed-Loop- und Loop-Potenzial
2.3. Instrumente zur Verfolgung der Strategien für eine nachhaltige Entwicklung
2.3.1. Der utilitaristische Nutzen des zirkulären Bauens
2.3.2. Die Ökobilanz ist keine Bilanz
2.3.3. Die Ökobilanz als Instrument zur Prognose der Wirkungen
2.4. Systemgrenzen
2.4.1. Lebenszyklusphasen
2.4.2. Differenzierung von Materialien nach Ursprung und Verfügbarkeit
2.4.3. Abschneideregeln
2.4.4. Zusätzliche Betrachtung: CO2-Footprint
2.5. Wissenschaftliches Vorgehen
3. Status quo: Rückbau und Entsorgung im Bauwesen
3.1. Rechtliche Hintergründe
3.1.1. Bauproduktenverordnung
3.1.2. Abfallrecht
3.1.3. Rückbaurecht
3.2. Abfallaufkommen und Verwertungsquoten
3.2.1. Eine statistische Betrachtung
3.2.2. Voraussichtliche Entwicklung der mineralischen Abfallströme
3.3. Rückbau- und Abbruchverfahren
3.3.1. Nach dem Umfang
3.3.2. Nach der Separierung
3.3.3. Nach der Verfahrensweise/Verfahrenstechnik
3.4. Aufwand für Rückbau und Abbruch
3.4.1. Kostenaufwand
3.4.2. Zeitaufwand
3.5. Entwicklung des anthropogenen Rohstofflagers
3.6. Zwischenfazit
4. Bewertungsmethoden: Stand von Forschung und Technik
4.1. Recycling in der Gebäudezertifizierung
4.1.1. Recyclingaspekte im BNB-System
4.1.2. Recyclingaspekte im DGNB-System
4.1.3. Recyclingaspekte im BREEAM-System
4.1.4. Recyclingaspekte im LEED-System
4.1.5. Anwendbarkeit der Zertifizierungssysteme zur Bewertung des kreislaufgerechten Bauens
4.2. Recycling in der Produktzertifizierung
4.2.1. Umweltkennzeichnungen und -deklarationen
4.2.2. Der Kreislaufgedanke im Cradle-to-Cradle-System
4.3. Bewertungsmethoden anderer Wissenschaftler – Stand der Forschung
4.3.1. Empirisch-experimentelle Forschung zum Rückbauaufwand
4.3.2. Angewandte Forschung
4.4. Zwischenfazit
5. Parameter zur quantitaven Bewertung der Kreislaufkonsistenz von Baukonstruktionen
5.1. Materielle Ebene
5.1.1. Umfang der materiellen Ebene
5.1.2. Parameter zur Qualifizierung
5.1.3. Parameter zur Quantifizierung
5.2. Konstruktive Ebene
5.2.1. Zerstörungsfreie Lösbarkeit
5.2.2. Sortenreinheit
5.3. Wirtschaftliche Ebene
5.3.1. Rückbauaufwand – Faktor Arbeit
5.3.2. Entsorgungskosten und Verwertungserlöse – Faktor Wert
6. Recherchen und Untersuchungen zur Entwicklung von Benchmarks für die Einordnung der ökonomischen Kriterien
6.1. Empirische Erhebung von Entsorgungskosten und -erlösen nach Wertstofffraktionen
6.1.1. Preisabfrage
6.1.2. Auswertung und Ergebnisse
6.1.3. Benchmarks für den Faktor Wert
6.2. Untersuchungen zum Rückbauaufwand am Beispiel von Fassaden- und Dachbekleidungen in Versuchsständen
6.2.1. Fassaden
6.2.2. Dachbekleidungen
6.2.3. Auswertung
6.3. Recherchen zum Rückbauaufwand auf Baustellen
6.3.1. Problematiken beim selektiven Abbruch
6.3.2. Erhebungen zum Aufwand des selektiven Rückbaus
6.4. Auswertung von Daten anderer Wissenschaftler zum Rückbauaufwand
6.4.1. Auswertung der Daten von Schultmann et al.
6.4.2. Auswertung der Daten von Graubner et al.
6.5. Tabellarischer Bauteilkatalog
6.5.1. Inhalt und Gliederung
6.5.2. Ableitung von Benchmarks für den Rückbauaufwand
6.5.3. Plausibilitätsprüfung und Korrekturen
7. Berechnungsmethode zur systematischen Bewertung und Darstellung der Kreislaufpotenziale von Baukonstruktionen
7.1. Ebenen und Basis der Berechnung
7.1.1. Ebenen der Berechnung innerhalb der Gebäudestruktur
7.1.2. Die Masse als Basis der Berechnungen
7.2. Abbildung der Qualitätsstufen als Variable
7.2.1. Die Loops
7.2.2. Differenzierung zwischen Loop- und Closed-Loop-Potenzial
7.2.3. Quellen für die Zuordnung der Qualitätsstufen
7.3. Koeffizienten zur Berechnung der Kreislaufpotenziale
7.3.1. Faktoren für den Parameter Wert
7.3.2. Faktoren für den Parameter Arbeit
7.3.3. Beispiel zur Anwendung der Koeffizienten für die Post-Use-Phase
7.4. Überprüfung der Methodik und Verifizierung
7.4.1. Beschreibung des Entwurfs und der Berechnungsergebnisse
7.4.2. Identifizierte Problematiken
7.4.3. Verifizierung
7.5. Formeln zur Berechnung der Kreislaufpotenziale
7.5.1. Closed-Loop-Potenzial (CLP)
7.5.2. Loop-Potenzial (LP)
7.6. Entwicklung eines Tabellenwerkzeugs zur systematischen Berechnung und Bewertung der Kreislaufpotenziale
7.6.1. Mengenermittlung
7.6.2. Qualitätsstufen Pre-Use
7.6.3. Wirtschaftlichkeit des selektiven Rückbaus
7.6.4. Wiederverwendbarkeit und Verwertbarkeit
7.6.5. Berechnung der Massenanteile für die EoL-Szenarien
7.6.6. Qualitätsstufen Post-Use
7.6.7. Kreislaufpotenziale
7.6.8. Treibhauspotenzial
8. Kreislaufpotenziale beispielhafter Konstruktionen im Vergleich
8.1. Modellprojekt 1
8.1.1. Vergleichsanalyse Boden/Gründung
8.1.2. Vergleichsanalyse Außenwand
8.1.3. Vergleichsanalyse Decke
8.1.4. Vergleichsanalyse Dach
8.2. Modellprojekt 2
8.2.1. Vergleichsanalyse Boden/Gründung
8.2.2. Vergleichsanalyse Außenwand
8.2.3. Vergleichsanalyse Decke
8.2.4. Vergleichsanalyse Dach
8.3. Zwischenfazit
9. Anwendung der Forschungsergebnisse auf Gebäudeebene in der Neubauplanung für das Modellprojekt »Rathaus Korbach«
9.1. Beschreibung des Projekts
9.1.1. Projektziele und Beteiligte
9.1.2. Herangehensweise im Projekt
9.1.3. Die Neubauplanung
9.1.4. Stand des Projekts
9.2. Leitdetails für den Neubau – Variantenvergleich mit dem Urban Mining Index
9.2.1. Gründung
9.2.2. Erdberührte Außenwand
9.2.3. Außenwand/Fassade
9.2.4. Fenster
9.2.5. Innenwände und -stützen
9.2.6. Geschossdecken
9.2.7. Dach
9.3. Bewertung der Kreislaufpotenziale auf Gebäudeebene – der Urban Mining Indicator
9.3.1. Ermittlung der Kreislaufpotenziale auf Gebäudeebene
9.3.2. Bewertung mit dem Urban Mining Indicator
9.3.3. Treibhauspotenzial der Varianten auf Gebäudeebene
9.4. Zwischenfazit
10. Fazit und Ausblick auf weitere Forschung
10.1. Zusammenfassung und Interpretation der Ergebnisse
10.1.1. Zusammenfassung
10.1.2. Interpretation der Ergebnisse – Objektivität der Bewertung
10.2. Beitrag des Urban Mining Index im Forschungskontext zirkuläres Bauen
10.3. Verwendbarkeit der Forschungsergebnisse in verwandten Forschungsfeldern
10.3.1. Verwendbarkeit in der Forschung zur Ökobilanzierung
10.3.2. Verwendbarkeit in der Forschung zu Lebenszykluskosten
10.4. Schlusswort
Anhang
Anlage 1 zu Kapitel 6.1: Aufstellung der Preiserhebung nach Wertstoffgruppen
Anlage 2 zu Kapitel 6.4: Auswertung der Forschungsergebnisse von Graubner et al.
Anlage 3 zu Kapitel 9.1.3: Pläne Rathaus Korbach
Literatur- und Quellenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Glossar
Publikationslisten zum Thema:
Nachhaltiges Bauen, Baumaterial, Urban Mining, Recycling, Upcycling, Material, Wiederverwendung, Bauelement, Recyclingverfahren, Sekundärrohstoff, Rohstoffgewinnung, Kreislaufwirtschaft, Rückbau, Innovation, Modell, Stoffkreislauf,
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Das Recycling von Bauabfällen ist ein wichtiger Baustein zur Ressourcenschonung. Das Forschungsvorhaben ist eine Sondierungsstudie, die sich insbesondere dem Aspekt der energetischen Aufwendungen im Zuge der Kreislaufführung im Bausektor widmet. Den bisher üblichen massebezogenen materiellen Betrachtungen zum Recycling werden energetische Aufwendungen gegenübergestellt und geprüft, inwieweit sich Recycling auch aus energetischer Perspektive lohnt. Dabei wird die Wertigkeit des möglichen neuen Einsatzortes der Rückbaumaterialien mitberücksichtigt. Für jede Bauproduktgruppe werden instruktive Nutzungsbeispiele in Form charakteristischer "durchgängiger" Prozessketten vom Rückbaumaterial bis zur Einsatzvariante nachgezeichnet und aus energetischer Perspektive in drei Schritten analysiert: 1. Aufbereitung des Rückbaumaterials bis zum Sekundärstoff - Modulare Berechnung des Energieaufwands der Sekundärstoffaufbereitung; 2. Erreichen der funktionalen Äquivalenz (Einsatzfähigkeit als Substitut) auf Grundlage von Unterschieden zwischen Primär- und Sekundärstoffverwendung bis zur Einsatzvariante; 3. Gegenüberstellung der Energieaufwendungen für die Substitut- und Primärstoffherstellung.
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Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine detaillierte Analyse des Ist-Zustandes hinsichtlich des Recyclings von Flachglas in Deutschland zu erstellen. Basierend auf den Ergebnissen sollten Handlungsvorschläge für ein closed-loop Recycling von Flachglas erarbeitet werden. Zunächst wurde ein qualitatives Stoffstrommodell für Floatglas erarbeitet. Es stellt die Stoffströme von der Erzeugung in der Floatglashütte über die Veredelung zu Halbzeugen, die Fertigung von Mehrscheiben-Isoliergläsern und die Anwendung in Fenstern und Fassaden bis zum Recycling zu neuem Floatglas oder anderen Verwendungen bzw. der Endlagerung auf einer Deponie dar. Dieses Modell zeigt die an dem Stoffstrom beteiligten Stakeholder, z. B. Floatglashütten, Fenster-/Fassadenbauer und Recyclingbetriebe. Über Umfragen bei den Stakeholdern wurden Daten zu den Stoffumsätzen in Deutschland im Jahr 2016 und Informationen zur jeweiligen Situation hinsichtlich des Recyclings von Flachglas gesammelt. Parallel dazu wurde versucht, die in Deutschland im Jahr 2016 in pre- und post-consumer Bereichen anfallenden Flachglasabfallmengen rechnerisch abzuschätzen. Des Weiteren wurde der aktuelle Sachstand der Recyclingtechnologie über Literaturstudien und Gespräche mit Experten aus der Industrie ermittelt.
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Das Forschungsvorhaben dient dazu, für die Sanierung der großen Wohnbaubestände aus den 50er-Jahren einen erhöhten energetischen Sanierungsstandard unter Einsatz passiver wie aktiver Maßnahmen zu entwickeln und anhand von zwei Objekten beispielhaft umzusetzen. Er wird sowohl den übergeordneten Anforderungen von Klimawandel und Energiewende gerecht als auch zukünftige rechtliche Anforderungen erfüllen, die sich aus EnEV, EPBD bzw. GEG ergeben. Mit der Fokussierung auf die Bestandssanierung größerer Bestände soll einerseits eine Beschleunigung der Energiewende ermöglicht, andererseits eine wirtschaftliche Umsetzung ehrgeiziger Ziele erreicht werden. Neben der mit dem Auszug der Mieter verbundenen Totalsanierung wurden alternative Lösungen zur Prozessoptimierung untersucht, die das Verbleiben der Bewohner in den Beständen ermöglichen. Weiterer Bearbeitungsschwerpunkt ist die vergleichende Abschätzung des ökologischen Fußabdrucks der energetischen Maßnahmen.
Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.
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