Analyse der ökologischen Auswirkungen unterschiedlicher Siedlungstypen in Neubauquartieren über ihren Lebenszyklus
Projektzeitraum: 01.11.2022 – 31.10.2024
Finanzierung: Zukunft Bau BBSR / BMWSB
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Michael Prytula, Forschungsprofessor für ressourcenoptimiertes und klimaangepasstes Bauen
Kooperationspartner: Prof. Dipl.-Ing. Tim Rieniets, Institut für Entwerfen und Städtebau, Fakultät für Architektur und Landschaft, Leibniz Universität Hannover
Die greenUP Bauforschung ist Unterauftragnehmer der FH Potsdam und untersucht die LCA der energietechnischen Anlagen.
greenUP-Bearbeitung: Kristina Viehmann
Projektbeschreibung
Lebenszyklusbewertungen (LCA) sind für Bauteile und Gebäude eine etablierte Methode, aber auf der Quartiersebene fehlt es an Untersuchungen und Modellen, die den Energiebedarf und die damit verbundenen ökologischen Auswirkungen sämtlicher Bau- und Infrastrukturen ganzheitlich für die Herstellungs- und Nutzungsphase bewerten.
Ziel des Projektes Q-LCA ist, die beanspruchten Stoffströme, die Energieverbräuche einschließlich der grauen Energie und die damit verbundenen Emissionen unterschiedlicher, gängiger Siedlungstypen durch Lebenszyklusanalysen zu ermitteln und vergleichbar zu machen. Als Voraussetzung der Bewertung der Siedlungsstrukturen wird ein validiertes Bilanzierungsmodell erstellt, mit dem die exemplarischen Bilanzierungen von realen Siedlungstypen durchgeführt werden, das aber auch eine Untersuchung weiterer bau- und infrastrukturtechnischer Varianten ermöglicht (morphologischer Baukasten).
Die Ergebnisse werden in einem Energie-Atlas des Siedlungsbaus (Arbeitstitel) veröffentlicht, in welchem die morphologischen Ausprägungen, Kennwerte zur baulichen Dichte, Flächenbedarf, Energie- und Wärmeversorgung einschließlich der grauen Energie der jeweiligen Strukturtypen über ihren Lebenszyklus dargestellt sind. Der Atlas richtet sich an Fachleute und insbesondere an EntscheidungsträgerInnen aus Politik, Planung und Wohnungswirtschaft.
greenUP Arbeitspakete
Es wurden sechs typische Energieversorgungssysteme für Neubaugebiete für die sechs im Forschungsprojekt entwickelten Siedlungsmustertypologien entwickelt. Für drei der Energieversorgungssysteme wurden für alle sechs Siedlungsmustertypologien sowohl die Betriebsenergien, als auch die Graue Energie für die Anlagentechnik berechnet. Die Energieszenarien wurden mit der Software nPro simuliert, die Ökobilanz der Grauen Energie der Energietechnik mit eLCA berechnet.
Um dies Umsetzen zu können, waren folgende Arbeitsschritte erforderlich:
- Gemittelte statistische Werte für Wohngebäude und Siedlungsgrößen für Standort unspezifische Betrachtung der einzelnen Wärmeerzeuger
- Simulation vorausgewählter Varianten aus best practice und Stand der Forschung
- Dimensionierungsvorgaben zur Massenermittlung für Modellgebäudetechnik in eLCA
Die Gebäude wurden in der Software nPro mit 15, 30 oder 70 kWh/m² spezifischen Wärmebedarf Energiestandard simuliert.
Geprüft wurden folgenden Versorgungsszenarien:
Dezentrale (gebäudeweise) Versorgungskonzepte
– Luft-Wasser-Wärmepumpe
– Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonden / Erdkollektoren
– Sole-Wasser-Wärmepumpe mit PVT-Kollektoren
– Wasser-Wasser-Wärmepumpe
– Gas-Brennwertkessel mit solarer Trinkwarmwasserbereitung
– Gas-Brennwertkessel mit solarer Heizungsunterstützung
– Gas-Brennwertkessel mit Abluft-Wärmepumpe
– Biomassekessel
– Biomassekessel mit solarer Trinkwarmwasserbereitung
– Biomassekessel mit solarer Heizungsunterstützung
– Gas-BHKW mit Gas-Brennwertkessel für Spitzenlast
– Brennstoffzelle mit Gas-Brennwertkessel für Spitzenlast
Zentrale (quartiersbezogene) Versorgungskonzepte (Nahwärme)
– Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Erdsondenfeld
– Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Agrothermie/ Erdkollektoren
– Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Abwasserwärmerückgewinnung
– Solarthermie mit saisonaler Speicherung und Gas-BHKW
– Hackschnitzel BHKW und Hackschnitzelkessel
– Solarthermie mit saisonaler Speicherung und Holzhackschnitzelkessel
– Kalte Nahwärme gespeist aus Erdsonden
– Kalte Nahwärme gespeist aus Agrothermiekollektoren
– Kalte Nahwärme aus Abwasserwärme
Die meisten der angedachten Versorgungsvarianten wurden für die Mustersiedlungsvarianten der Studie verworfen, weil sie im Neubaugebieten in den kommenden 10 Jahren mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nicht häufig eingesetzt werden. Anhand statischter Daten für Deutschland, gesetzlichen Vorgaben für neue Wohngebäude und häufig genutzten Energieversorgungssystemen in deutschen best practice-Projekten wurde für die Gebäudeenergieszenarien der Siedlungen folgende Wärmeerzeuger ausgewählt:
- Dezentral: Luft-Wasser-Wärmepumpe in Kombination mit Photovoltaikanlage und Brauchwasserwärmepumpe
- meist eingebaute Wärmeversorgertechnik für EFHs (Neubauten) nach GEG
- kein hoher COP, Standort unabhängig, nicht Leitungs gebunden
- Nahwärme 1: Kaltes Nahwärmenetz mit Sole-Wasser-Wärmepumpe und Erdsondenfeld und Regeneration
- niedrige Systemtemperaturen, Wärmepumpe pro bespeisten Gebäude
- hoher Platzbedarf, Standortabhängigkeit über statistisches Mittel zu überbrücken, Leitungs gebunden
- Nahwärme 2: Warmes Nahwärmenetz mit Solarthermie, Biomassekessel und saisonaler (Wärme-)Speicherung
- saisonale Wärmebereitstellung über Übergabestation mit Solarthermie (Sommer) und Biomasse (Winter); Verminderung des Biomasseverbrauchs über Wärmespeicher
- best practice zu hohen Erneuerbaren Energie-Verbräuchen
- hoher Platzbedarf, Leitungsgebunden
- Fernwärme
- aus statistischen Grunddaten für Deutschland zusammengesetzt
- kein hoher Platzbedarf, geeignet für dichte Besiedlung
- Leitungsgebunden
Die Ergebnisdokumentation erfolgt anhand des CO2-Ausstoßes im Betrieb in kg/m²*a, dem Wärmebedarf in kWh/a und Dimensionierung/ installierte Wärmeerzeugerleistung thermisch in kW und daran anknüpfender abschließender Wärmeerzeugerauswahl zur Ökobilanzierung.
Links
www.fh-potsdam.de/studium-weiterbildung/projekte/q-lca
www.zukunftbau.de/projekte/forschungsfoerderung/1008187-2228
