Ökobilanz des LichtAktiv Hauses von Velux

• Zweiter Teil des Vortrages / Fachbeitrages von Dipl.-Ing Joost Hartwig, TU-Darmstadt, Fachbereich Architektur, Institut Entwerfen und Energieeffizientes Bauen (Prof. Manfred Hegger) im Rahmen der Vorstellung der Ökobilanz des "LichtAktiv Hauses" von Velux am 29.6.2011 während der Consense

(30.6.2011, Consense-Bericht) Die „Model Home 2020“-Projekte sind die Initiative der Firma Velux, die anhand von sechs so genannten „eins zu eins“-Experimenten in fünf europäischen Ländern die Potentiale nachhaltiger Architektur aufzeigen sollen - siehe auch Beitrag "Velux startet Experiment "Model Home 2020"" vom 18.11.2009. Der deutsche Beitrag beschäftigt sich mit der Sanierung und Erweiterung einer Doppelhaushälfte aus den fünfziger Jahren auf dem Gelände der Internationalen Bauausstellung Hamburg in Wilhelmsburg - siehe u.a. Beitrag "VELUX Model Home 2020: LichtAktiv Haus in Hamburg eröffnet" vom 28.11.2010. Der Entwurf wurde als studentischer Wettbewerb am Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen der TU Darmstadt erarbeitet und anschließend umgesetzt.

Die Entwurfsverfasserin interpretierte den Siedlerhaustypus der Doppelhaushälfte neu: Ein kleines Haus mit Stall steht auf einem großen Grundstück, damit sich die Bewohner selbst versorgen konnten. Diese Selbstversorgung mit Lebensmitteln ist schon lange nicht mehr erforderlich. Das Haus wurde entsprechend umgebaut: Im alten Baukörper befinden sich nun Bad und Schlafräume, und der zentrale Wohn- und Essraum wurde als Anbau ergänzt. Gleichwohl wurde das Konzept der Eigenversorgung neu interpretiert: nicht mehr eigene Nahrung wird erzeugt, sondern Energie mit Solarthermie-Kollektoren und einer Photovoltaikanlage - womit der Energiebedarf für Heizwärme, Warmwasser, Haustechnik, Beleuchtung und Haushaltstrom gedeckt wird. Das Gebäudetechnikkonzept sieht eine Luft-Sonne-Wasser-Wärmepumpe vor, die von Solarthermie-Kollektoren auf Bestand und Neubau gespeist wird. Eine Photovoltaikanlage auf dem Dach des Neubaus erzeugt den Strom; Überschüsse werden in das lokale Netz eingespeist, der Verbrauch ist über den Netzverbund abgesichert. Das „LichtAktiv Haus“ ist somit ein Beispiel dafür, dass ein Plusenergiehaus nicht unbedingt ein Neubau sein muss.

Ökobilanz Velux Model Home „LichtAktiv Haus“

Das LichtAktiv Haus produziert im Betrieb mehr Energie als von seinen Bewohnern und dem Gebäude selbst verbraucht wird. Nach gängiger Lesart handelt es sich also um ein Plusenergiehaus. Um auch die Umweltwirkungen in den verschiedenen Wirkungskategorien einer Ökobilanz und den Primärenergieverbrauch darstellen zu können, wurde in der Planungsphase eine Ökobilanz durchgeführt. Dazu wurde neben dem Gebäudebetrieb auch die Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung der Gebäudekonstruktion berücksichtigt. Als Nutzungsdauer wurden, entsprechend der Vorgaben der DGNB, 50 Jahre angesetzt.

Datensammlung und Sachbilanz

Für die Datensammlung wurde das von der DGNB beschriebene „Vereinfachte Verfahren“ angewendet. Die Regelaufbauten der Bauteile wurden genau erfasst; Stöße und Verschneidungen mit anderen Bauteilen wurden entsprechend der DGNB-Methode vernachlässigt. Wandaufbauten und Massen konnten aus der Werkplanung größtenteils exakt ermittelt werden. Lediglich in geringem Umfang mussten Annahmen getroffen werden. Dies betrifft zum Beispiel die Masse der Leitungen für die Fußbodenheizung oder den Bewehrungsanteil in der Bodenplatte des Neubaus.

Die Daten des Gebäudebetriebs beruhen auf der Berechnung des Wärmeschutzes. Das „LichtAktiv Haus“ hat demnach einen Endenergiebedarf für Wärme von 23,34 kWh/m²a (4.414,20 kWh/a). Bei einer angenommen Nutzungsdauer von 50 Jahren werden 220.710 kWh Strom für die Wärmeerzeugung verbraucht.

Die Photovoltaikanlage auf dem Anbau hat eine errechnete Stromproduktion von durchschnittlich 7.059,6 kWh/a. Das ergibt eine Stromproduktion von 392.980 kWh innerhalb der angenommen Gebäudenutzungsdauer von 50 Jahren. Der photovoltaisch erzeugte Strom wird in das Stromnetz eingespeist. Effektiv wird somit der Strombedarf des Gebäudes um die erzeugte Leistung der Photovoltaikanlage reduziert. Daraus ergibt sich eine rechnerische Strommenge, die in das Netz eingespeist wird, von 132.270 kWh (bezogen auf eine Nutzungsdauer von 50 Jahren).

Wirkungsbilanz

Für die Berechnung der Umweltwirkungen des LichtAktiv Hauses werden die Ergebnisse der Sachbilanz von Gebäudekonstruktion und -betrieb mit entsprechenden Ökobilanzdaten verknüpft.

Diese Datensätze stehen in verschiedenen Datenbanken im Internet zur Verfügung. Die größte in Deutschland frei verfügbare Sammlung von Ökobilanzdaten für den Gebäudebereich ist die Ökobaudat-Datenbank, die das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) unter nachhaltigesbauen.de veröffentlicht hat. Die Datenbank basiert auf konkreten Produktökobilanzdaten einzelner Hersteller oder auf Durchschnittsdatensätzen für einzelne Produktgruppen, die extra für die Ökobaudat erstellt wurden. Mit steigender Verfügbarkeit konkreter Umweltproduktdeklarationen (EPGs) werden diese die Durchschnittsdatensätze ersetzen. Umweltproduktdeklarationen sind vom Hersteller veröffentlichte systematische und umfassende Beschreibungen der Umweltwirkungen von Produkten. Die Informationen umfassen alle potentiellen Umweltwirkungen eines Produkts. Eine Bewertung wird allerdings nicht vorgenommen, vielmehr dienen diese Typ III-Deklarationen dem Nutzer als Entscheidungsgrundlage für eine Bewertung nach eigenen Maßstäben. Grundlage ist eine Ökobilanzierung des Produkts. Zusätzlich werden weitere produktspezifische Indikatoren (z.B. Innenraumluftbelastung) erfasst. Die Vollständigkeit und Vorgehensweise bei der Erstellung wird von unabhängigen Dritten geprüft. In Deutschland wird die Erstellung von Umweltdeklarationen Typ III vom Institut Bauen und Umwelt (IBU) koordiniert.

Für das LichtAktiv Haus wurden größtenteils die Datensätze aus der Ökobaudat verwendet. Das Gebäude sowie einzelne Bauteile wurden in einer speziellen Ökobilanzsoftware nachgebildet. Fehlende Daten wurden aus der Datenbank der Software ergänzt.

Die Ergebnisse der Ökobilanz wurden in den verschiedenen Wirkungskategorien normiert auf 1 m² Nettogrundfläche (NGF) dargestellt. Zum Vergleich sind jeweils auch die Ergebnisse eines Referenzgebäudes dargestellt. Das Referenzgebäude ist ebenfalls von der DGNB beschrieben worden und repräsentiert dabei ein durchschnittliches Vergleichsgebäude, das zur besseren Einordnung der Ergebnisse der Ökobilanz dient. Für die Gebäudekonstruktion gelten dabei feste Referenzwerte pro Quadratmeter NGF, die in einem Forschungsprojekt ermittelt worden sind. Für den Gebäudebetrieb werden die Endenergieverbräuche des EnEV-Referenzgebäudes mit einem konventionellen Heizsystem nachgebildet.

In allen betrachteten Wirkungskategorien hat das LichtAktiv Haus in den beiden Bereichen „Konstruktion“ und „Betrieb“ jeweils geringere Umweltwirkungen als ein vergleichbares DGNB-Referenzgebäude. Abbildung 1 zeigt das prozentuale Verhältnis von Konstruktion und Betrieb für das LichtAktiv Haus und das DGNB Referenzgebäude. Das LichtAktiv Haus hat in allen Wirkungskategorien in der Nutzungsphase negative Ergebnisse, da die Energieproduktion den Energieverbrauch deutlich übersteigt. Die eingespeiste Strommenge wird der Bilanz gutgeschrieben. Die Darstellung zeigt, dass auch im Referenzgebäude bei einer angenommenen Nutzungsdauer von 50 Jahren der Anteil der Konstruktion in den meisten Wirkungskategorien höher ist als der des Betriebs.

Für das LichtAktiv Haus werden die Umweltwirkungen der Konstruktion außerdem getrennt für das Bestandsgebäude, den Zwischenbau (die Verbindung von Neubau und Bestand) sowie den Neubau ausgewiesen. Da das vereinfachte Verfahren verwendet wurde, sind den Ergebnissen noch 10% zur Berücksichtigung der Ungenauigkeiten aufgeschlagen. Abbildung 2 zeigt dies beispielhaft für das Treibhauspotential: 

Auswertung „LichtAktiv Haus“

Gebäudekonstruktion

Die Umweltwirkungen der Gebäudekonstruktion liegen in allen betrachteten Wirkungskategorien teilweise erheblich unterhalb denen des Referenzgebäudes. Dies ist vor allem auf zwei Eigenschaften des LichtAktiv Hauses zurückzuführen:

1. Die Nutzung der vorhandenen Primärstruktur des Bestandsgebäudes
2. Die konsequente Ausführung des Neubaus als Holzbau

Die Primärstruktur hat in der Regel einen Beitrag von ca. 50% in den meisten Wirkungskategorien. Durch die Nutzung der vorhandenen Primärstruktur, die nicht mehr errichtet werden muss und daher ohne Umweltwirkungen in die Bilanz eingeht, wird die Gesamtbilanz für das LichtAktiv Haus entsprechend reduziert.

Die Ausführung des Neubaus als Leichtbau in Holz nutzt die oben beschriebenen Vorteile von Holzwerkstoffen. Dies wirkt sich in der Gesamtbilanz äußerst positiv aus. Die größten Umweltwirkungen in der Gebäudekonstruktion resultieren dementsprechend aus der massiven und massereichen Bodenplatte.

Unabhängig davon ist die Gebäudekonstruktion für sich gesehen dennoch nicht CO₂-neutral. Allerdings sind die Umweltwirkungen gegenüber einem Standardgebäude (DGNB Referenzgebäude) sehr stark reduziert. Die gewählte Bauweise und die Nutzung des vorhandenen Gebäudebestands stellt also unter den gegebenen Umständen ein ökologisches Optimum dar, das erhebliche Vorteile gegenüber Abriss und Neubau hat und nur in einzelnen Bereichen noch weiter hätte verbessert werden können (z.B. Streifenfundamente statt Bodenplatte). Im Sinne einer nachhaltigen Bauweise sind in diesem Zusammenhang allerdings auch immer ökonomische und technische Aspekte in die Betrachtung einzubeziehen.

Gebäudebetrieb

Auch die Umweltwirkungen des Gebäudebetriebs liegen in allen betrachteten Wirkungskategorien deutlich unterhalb denen des Referenzgebäudes. Dies ist vor allem auf drei Eigenschaften des LichtAktiv Hauses zurückzuführen:

1. Die Qualität der Gebäudehülle
2. Die Nutzung der Umweltenergie durch die Wärmepumpe und Solarthermie
3. Die Photovoltaikanlage zur Deckung des Strombedarfs

Durch die hohe Qualität der Gebäudehülle und die Verringerung der Lüftungswärmeverluste liegt der Heizwärmebedarf des LichtAktiv Hauses unter dem des Referenzgebäudes. Entsprechend muss weniger Energie zur Deckung bereitgestellt werden.

Die Wärmepumpe und Solarthermie reduzieren den Endenergiebedarf des Gebäudes, der durch Strom gedeckt werden muss. Im Gegensatz dazu wird das Referenzgebäude mit einem Mix aus 50% Erdgas und 50% Erdöl beheizt. Es verfügt außerdem nicht über eine Heizungsunterstützung durch Solarthermie.

Die Photovoltaikanlage des LichtAktiv Hauses erzeugt im Durchschnitt mehr Energie als für die Versorgung des Gebäudes mit Wärme und Warmwasser benötigt wird. Der überschüssige Strom wird in das Stromnetz eingespeist und der Ökobilanz des LichtAktiv Hauses gutgeschrieben, da er die Erzeugung von Strom aus anderen, nicht regenerativen Quellen vermeidet. Im Gegensatz dazu verfügt das Referenzgebäude nicht über eine Photovoltaikanlage und erhält dementsprechend auch keine Gutschriften.

Das bedeutet, dass das LichtAktiv Haus im Betrieb mehr CO₂-Emissionen vermeidet als es selbst durch den Verbrauch von Strom für Heizung und Warmwasser verursacht. Dies wiederum führt dazu, dass auch die Emissionen, die durch Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung der Gebäudekonstruktion anfallen, mit fortschreitendem Betrieb abgebaut werden. Für das Treibhauspotential ist dies exemplarisch in Abbildung 3 dargestellt:

Nach 26 Jahren hat das LichtAktiv Haus laut Ökobilanz die Treibhausgasemissionen, die bei seiner Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung anfallen, durch die Photovoltaikanlage wieder vollständig eingespart. Rechnerisch hat das LichtAktiv Haus zu diesem Zeitpunkt ein neutrales Treibhauspotential. Im Gegensatz dazu erreicht das konventionelle DGNB-Referenzgebäude nie ein neutrales Treibhauspotential, da es innerhalb seiner Betriebszeit nur Energie verbraucht und selbst keine erzeugt. Auf Grund der höheren Umweltwirkungen der Gebäudekonstruktion hat das DGNB-Referenzgebäude zudem die schlechtere Ausgangsposition. Selbst mit der gleichen Photovoltaikanlage wie auf dem LichtAktiv Haus würde es beim DGNB-Referenzgebäude mindestens doppelt so lange dauern, bis ein neutrales Treibhauspotential erreicht wäre.

Allerdings wird die Amortisation der Emissionen nicht in allen Wirkungskategorien innerhalb der betrachteten Nutzungsdauer von 50 Jahren erreicht. Im Rahmen der betrachteten Nutzungsdauer werden 26% der Emissionen aus der Gebäudekonstruktion durch die Einsparungen im Betrieb abgebaut. Gleiches gilt für die Wirkungskategorien Eutrophierungspotential (64% Amortisation innerhalb der Nutzungsdauer) und Photochemisches Oxidantienbildungspotential (53% Amortisation innerhalb der Nutzungsdauer).

Dennoch zeigt das LichtAktiv Haus, dass eine Reduzierung des Energiebedarfs in Kombination mit niedrigen Umweltwirkungen aus der Gebäudekonstruktion und der Erzeugung von regenerativer Energie im Gebäude zu einem neutralen Treibhauspotential führen kann. Das LichtAktiv Haus bestätigt dabei die Annahmen, dass die Nutzung vorhandener Gebäudestrukturen und die Verwendung nachwachsender Rohstoffe in der Gebäudekonstruktion deutliche Vorteile gegenüber einem konventionellen Neubau haben.