BiBi-TGA - Potenzial der ökologischen Optimierung technischer Gebäudeausrüstung durch den Einsatz biogener Materialien

Ausgangssituation, Problematik und Motivation

Traditionell ist die technische Gebäudeausrüstung stark auf optimierte Energieeffizienz in der Nutzungsphase ausgerichtet, dementsprechend steigen dadurch gezwungenermaßen die Anteile der anderen Lebenszyklusphasen (Herstellung, Recycling, Deponierung etc.) an den Gesamtemissionen von Gebäuden (Chuchra et al. 2020). Ergebnisse bei Passer et al. 2012 zeigen, dass in Österreich bereits ein hohes Niveau in der energetischen Optimierung von Gebäuden im Neubau erreicht ist und somit das Gesamtpotenzial für Verbesserungen als eher gering eingeschätzt wird. Im Gegensatz dazu zeigen Forschungsergebnisse zu integrierten Ökobilanzen (iLCA), dass die verwendeten Bauprodukte - sowohl in der technischen Gebäudeausrüstung als auch in der Bausubstanz und dem Innenausbau - ein hohes Potenzial zur ökologischen und energetischen Optimierung aufweisen (Passer et al. 2012).

Ziele und Innovationsgehalt

Zukünftig werden sowohl das Bewusstsein in der Bevölkerung für nachhaltige Produkte in Gebäuden steigen als auch die normativen und gesetzlichen Anforderungen zur ökologischen Optimierung im Baubereich verschärft werden. Primäres Ziel des Projekts ist die Erhebung des Substitutionspotenzials herkömmlicher technischer Gebäudeausrüstung durch biogene Ressourcen in Bürogebäuden. Es sollen in einem ersten Schritt Komponenten technischer Gebäudeausrüstung eines definierten Referenz-Bürogebäudes mit größtmöglichem Optimierungspotenzial, bezogen auf ihre Masse, identifiziert werden. In weiterer Folge sollen die Potenziale der technischen Umsetzbarkeit, sowie der Verbesserung der ökologischen Performance der jeweiligen Substitution anhand von LCA-Screenings analysiert werden. Die Betrachtung der technischen Gebäudeausrüstung mit einer mehrstufigen Potenzialanalyse auf Basis der Kombination von Massenpotenzialen, technischer Umsetzbarkeit und ökologischer Betrachtung biogener Materialien stellt eine Innovation dar.

Methode

Um den möglichen Einsatz von biogenen Materialien in der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) beurteilen zu können ist ein methodischer Ansatz notwendig. Zuerst werden die Systemgrenzen gezogen und ein Referenzfall definiert. Konkret handelt es sich um ein Bürogebäude mit fünf Obergeschossen in moderner Bauweise der letzten 5 Jahre. Für dieses Objekt wird eine Massenbilanz aus Hochbau und Gebäudetechnik erstellt mit besonderem Fokus auf feingliedrige Aufnahme der Gebäudetechnik. Anhand der verfügbaren Datensätze aus der Lebenszyklusanalyse werden diese erfasst und mit Umweltwirkung beziffert. Die Materialfraktionen werden festgestellt und in der technischen Gebäudeausstattung nach Gewerk gegliedert. Daraufhin werden gewisse Komponenten wie beispielsweise Dämmstoffe, Rohrleitungen und Kleinteile kategorisiert und zusammengefasst. Diese werden auf die derzeitigen GWP-Potentiale heruntergebrochen und daraufhin nach Alternativlösung recherchiert, sofern diese im Rahmen des technisch und normativ möglichen liegen.

Analog dazu werden für als aussichtsreich bewertete Komponenten auf mögliche Lösungen im Bereich des 3D-Drucks untersucht und direkt der Prototypisierung unterworfen.

Ergebnisse und Erkenntnisse

Die Ergebnisse, die durch Kombination aus gebäudetechnischem, materialwissenschaftlichem und herstellerbezogenem Know-How und der detaillierten Modellierung und Analyse der technischen Gebäudeausrüstung anhand von Lebenszyklusanalysen gewonnen werden, ermöglichen die Einordnung und Potentialermittlung für moderne Bürogebäude. Der Massenanteil der TGA von einem Hundertstel ist im untersuchten Gebäude für 12 % des Treibhauspotenzials (Global Warming Potential, GWP) verantwortlich, verstärkt in Lüftungstechnik und Wärmeversorgung. Jedoch auch die Gewerke Elektro und Sanitär bieten Potentiale. Biogener Kunststoff kann für Kleinteile aus diversen TGA-Gewerken durch geringe materialtechnische Anforderungen zeitnah eingesetzt werden, wobei die genauen chemischen Zusammensetzungen und Herstellungsverfahren noch erprobt werden müssen. Analog dazu sind Kunststoffrohrleitungen durch „Drop-in"-Lösungen, also dem Ersatz erdölbasierter Granulate durch biogene, möglich, jedoch unerprobt und komplexer was Herstellungsverfahren und Anforderungen betrifft. Die großen Metallanteile in der TGA, insbesondere bei Lüftungsleitungen, stellen eine komplexere Herausforderung für den Einsatz biogener Materialien dar. Das Potential ist durch den großen ökologischen Fußabdruck der Metallherstellung signifikant, Kunststoff als Ersatzmaterial ist denkbar, ebenso wie Holzwerkstoffe, wobei hier noch wirtschaftliche und technische Hürden zu meistern sind. Besonders attraktiv ist die Nutzung von Materialien, die derzeit thermisch verwertet werden oder gar deponiert, wie Tannin-Schaum als Ersatz in der Kältedämmung. Mit dem sogenannten „4D-Druck" und Komposit-Materialien aus Holz lassen sich Bauteile kreieren, die auf Basis von Luftfeuchtigkeit und anderer Parameter ihre Form wechseln, wodurch sich Low-Tech-Lösungen für die TGA ergeben.

Diese Studie kann somit die Basis für weitere F&E-Projekte sowie Kooperationen und ökologische Produktentwicklungen im Bereich der technischen Gebäudeausrüstung darstellen.

Projektleitung

Fachhochschule Salzburg

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

NaKu e.U.

Jakob Weithas BSc, MSc
Markt 136a
A-5431 Kuchl
Tel.: +43 (50) 2211-2723
E-Mail: Jakob.weithas@fh-salzburg.ac.at
Web: www.fh-salzburg.ac.at