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SIA Effizienzpfad Energie Statusbericht Graue Energie Grundlagen zur Dokumentation SIA D 0216 Ein Projekt von Swiss Energycodes der KHE des SIA Bearbeitung büro für umweltchemie, Ueli Kasser, Dipl. Chemiker 22. Februar 2004

SIA Effizienzpfad Energie Statusbericht Graue Energie · anten über 30 Jahre Betriebszeit aufgezeichnet. Die Graue Energie ist als einmalige Investition 2004 vertikal aufgetragen,

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  • SIA Effizienzpfad EnergieStatusbericht Graue Energie

    Grundlagen zur Dokumentation SIA D 0216Ein Projekt von Swiss Energycodes der KHE des SIA

    Bearbeitungbro fr umweltchemie, Ueli Kasser, Dipl. Chemiker

    22. Februar 2004

  • Inhalt

    Zusammenfassung 1

    1. Begriffsklrung 2

    2. Anwendung in der Baubranche 4

    2.1. Beispiele 4

    2.2 Schweizerische Instrumente 6

    2.3 Ausland 7

    3. Einflussfaktoren bei Gebuden 8

    3.1. Kompaktheit 8

    3.2 Materialisierung 9

    3.3 Fensterflche 9

    3.4 Nebenrume 9

    3.5 Andere Faktoren 9

    4. Berechnungsmethode und Daten 11

    4.1. Grundstzliches 11

    4.2 Systemgrenzen 11

    4.3 Bewertungsfragen 11

    4.4 Standardisierung 12

    4.5 Datensituation 13

    5. Vergleich zu anderen Indikatoren 14

    5.1 Grundlagen 14

    5.2 Vorteile 15

    5.3 Nachteile 15

    Quellenverzeichnis 16

  • Statusbericht Graue Energie 1SIA Effizienzpfad Energie

    Zusammenfassung

    Begriffsklrung Die Graue Energie ist der kumulierte Aufwand an energetischen Rohstoffen,die erforderlich sind um ein Produkt oder eine Leistung an einem bestimmtenOrt zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitzustellen. Er umfasst alle vorgela-gerten Prozesse bis zum Rohstoffabbau (Primrenergie) und setzt eine Stoff-buchhaltung dieser Prozesse voraus. Die Graue Energie wird in Energieein-heiten ausgedrckt und bezieht sich auf eine physikalische Einheit des Pro-duktes oder der Leistung. Es ist ein Indikator fr den kologischen Ruck-sack, der von der Technologie, von Produktionsstandorten, Systemgrenzenund anderen Systemfaktoren abhngig ist.

    Anwendung in der Bau-branche

    Die Graue Energie wird als Teil der Methodik zur kologischen Beurteilungvon Konstruktionen und Gebuden verwendet und untersttzt die Probleml-sung bei strategischen Fragen wie Umbauen oder sanieren? oder bei wr-metechnischen Aufgaben. Sie ist in verschiedenen Planungsinstrumenten wieSNARC, eco-devis oder Thermo 2000 integriert und wird auch im Ausland alsUmweltbelastungsindikator verwendet.

    Einflussfaktorenbei Gebuden

    Die Graue Energie ist in erster Linie von der Grsse und Kompaktheit einesGebudes anhngig. Je grsser und kompakter ein Gebude, desto geringerist die auf die Flcheneinheit bezogene Graue Energie. Die Materialisierungder Gebudehlle wirkt sich in weit geringerem Masse auf die Graue Energieaus. Fensterflche und Nebenrume spielen ebenfalls eine gewisse Rolle.Einige Zusammenhnge zwischen Gebudeausgestaltung und Grauer Ener-gie sind noch wenig geklrt.

    Berechnungsmethodeund Daten

    Die Graue Energie basiert wie andere Umweltindikatoren auf Stoffbuchhal-tungen und verlangt analog zur Finanzbuchhaltung Regeln fr die Zuordnung,Erfassung, Amortisation und Transparenz der Daten. Die bisherigen Normendes VDI und der ISO zur Erarbeitung von Stoffbuchhaltungen gehen nichtber Begriffsdefinitionen und sehr allgemein gehaltene Empfehlungen hinaus.Systemgrenzen und Bewertungsfragen sind noch nicht hinreichend standar-disiert, obwohl sie einen grossen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Im Bau-bereich ist eine Vielzahl von Daten verfgbar. Allerdings sind sie nur be-schrnkt vergleichbar und hufig fehlt die Transparenz der Berechnungs-grundlagen. Es besteht ein ausgesprochener Harmonisierungsbedarf derdurch die ETH in Zukunft wahrgenommen werden soll.

    Vergleich mitanderen Indikatoren

    Die Graue Energie ist nicht der einzige Indikator fr die kumulierte Umweltbe-lastung der vorgelagerten Prozesse. Sie bewertet die Inputseite des Systems,whrend die anderen gebruchlichen Indikatoren sich auf die Bewertung derEmissionen konzentrieren. Diese sind wesentlich anspruchsvoller und mitgrossen Unsicherheiten belastet. In der heutigen Situation darf die GraueEnergie als einfacher, aussagekrftiger und praxistauglicher Indikator fr denkologischen Rucksack eines Produktes oder einer Leistung bezeichnetwerden und ist fr das Instrumentarium in der Nachhaltigkeitsbeurteilung un-erlsslich.

  • 2 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    1. Begriffsklrung

    Ergebnis aus den Stoff-buchhaltungen vorgela-gerter Prozesse

    Die Graue Energie ist eine Zahl in einer Energieeinheit (MJ oder kWh), dieden kumulierten Energieaufwand zur Herstellung des Produktes beinhaltet.Dies erfordert eine Stoffbuchhaltung fr alle dem Produkt vorgelagerten Pro-zesse, vom Rohstoffabbau ber Transport-, Herstellungs- und Verarbei-tungsprozesse inkl. der dazu notwendigen Hilfsstoffe und allenfalls auch Pro-duktionsmittel.

    Abb. 1Die in der Fabrik Menz-nau verbrauchte Energieist Teil der Grauen E-nergie einer Spanplatte

    Physikalische Bezugs-grsse, Abhngigkeitvon Zeit und Ort

    Die Graue Energie eines Produktes oder einer Dienstleitung bezieht sich aufeine physikalische Einheit (Stk., kg, m3, km etc.) und ist abhngig von der Zeitund vom Ort (Herkunft, Transport). Der Unterschied zwischen einer Tulpe imApril und im Dezember ist die am Produkt nicht sichtbare Energie, die zumBeheizen des Gewchshauses oder zum Antreiben des Frachtflugzeugs ver-braucht wird.

    Graue Energie istimmer Primrenergie

    Das Erdl im Meeresboden ist die Primrenergieform von Heizl oder derStubenwrme, sofern diese mit Heizl erzeugt wurde. In Abb. 2 sind dieseZusammenhnge am Beispiel eines 10 kW Low-Nox-Heizlkessels darge-stellt. Von 149 Litern Heizl (quivalente Energiemenge) erreichen nur 100Liter in der Form von Wrme die Stube. Die Differenz ist ein Mass fr denAufwand um den Nutzen zu erreichen, wenn man die Stoffbuchhaltung beimBohrturm beginnt. Auf diese Weise lsst sich jeder Nutzen zurckverfolgenbis zur primren Rohstoffform, jenem Ort und Moment wo er durch den Men-schen der Natur entnommen wurde.

    Indikator fr denkologischenRucksack

    Whrend sich die konomische Vergangenheit im Preis widerspiegelt, be-nutzt man fr die kologische Vergangenheit die Graue Energie oder eineandere quantitative Grsse. Derjenige der das Produkt nutzt, ist auch(Mit)verursacher der Umweltauswirkungen. Es gibt eine Reihe anderer Indi-katoren wie das Treibhauswirksamkeitspotential (GWP), die Umweltbelas-tungspunkte (UBP) oder der "ecoindicator".

    Ursprung und internati-onale Bedeutung

    Der Ursprung des Begriffes "Graue Energie" geht auf ein Charakteristikumnationaler Energiestatistiken zurck. Diese umfasst die in einem Land produ-zierte Energie und die importierten fossilen Energietrger. Der indirekte"Energieverbrauch" aus dem Konsum von importierten Rohstoffen und G-

  • Statusbericht Graue Energie 3SIA Effizienzpfad Energie

    tern ist in der Energiestatistik nicht enthalten. Dieser indirekte Verbrauchwurde als "Graue Energie" bezeichnet [Spreng 1989] und ist fr den Ver-gleich zwischen Lndern von Bedeutung. Auch im Rahmen internationalerAbkommen und Diskussionen spielen indirekter Energieverbrauch und indi-rekte Emissionen (Treibhausgase) eine gewisse Rolle [vgl. z.B. BUWAL2001].

    Abb. 2Zusammenhang zwi-schen Primr-, End-und Nutzenergie amBeispiel einer kleinerenHeizlfeuerung

    Ein Index vergleichbarmit der Teuerung oderdem SPI

    Obwohl die Graue Energie auf verhltnismssig einfach messbaren Grssenin den Betrieben beruht, ist sie keine exakte Zahl im naturwissenschaftlichenSinne. Zur Berechnung mssen wie bei allen anderen Indikatoren die aufStoffbuchhaltungen aufbauen Systemabgrenzungen, Zuordnungen, Ge-wichtungen, Amortisationszeiten, Plausibilitts- und Reprsentativittsberle-gungen herangezogen werden (vgl. Kap. 4 Berechnungsmethoden). DieseIndikatoren sind vergleichbar mit dem Teuerungs- oder dem Swiss Perfor-mance Index SPI. Im Gegensatz zu diesen Indices gibt es fr Stoffbuchhal-tungen noch keine allgemein anerkannte Berechnungsmethode. Durch Ver-nderung des Baustoffmarktes, der Produktionsorte, der Technologie und derProduktentwicklung verndert sich auch die Graue Energie.

  • 4 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    2. Anwendung in der Baubranche

    2.1. Beispiele40 cm Wrme-dmmung sinnvoll?

    Wer die Frage beantwortet haben will, ob die Erhhung einer Wrmedm-mung von 30 auf 40 cm sinnvoll und/oder effizient ist, muss zwangslufig aufIndikatoren wie die Graue Energie fr Wrmedmmstoffe zurckgreifen. DieFrage lsst sich nur beantworten, wenn man die Graue Energie des Mehr-aufwandes an Dmmmaterial mit der eingesparten Energie vergleichen kann.Bei der Glaswolle dauert es 5 Jahre, bei Schaumglas bereits 35 Jahre bis derMehraufwand durch die Erhhung von 30 cm auf 40 cm wieder eingespartwerden kann. Bei modernen hochwrmedmmenden Fensterkonstruktionenmit Edelgas oder bei Lftungsanlagen mit Wrmerckgewinnung stellen sichanaloge Fragen des kologischen Verhltnisses zwischen Aufwand und Er-trag.

    Abb. 3Graue Energie ver-schiedener Fassa-denkonstruktionen

    A Holzschalung aufHolz

    B Putztrgerplattenauf Holz

    C Faserzement aufAlu

    D Keramik auf AluE Feinsteinzeug auf

    AluF Naturstein auf

    KonsolenG Alukofferblech-

    fassadeH Glas auf AluI Alu-Profil auf

    MetallJ Alu-VerbundK Vorsatz BacksteinL Wrmedmmver-

    bund

    Optimierung vonKonstruktionen

    Eine hufiger Anwendungsbereich ist die vergleichende Beurteilung von Kon-struktionen im Hochbau. Stellvertretend fr die vielen Beispiele sei hier eineArbeit des Schweizerischen Verbandes fr Dach und Wand zitiert, der frseine Mitglieder die Graue Energie von 12 typischen Fassadenverkleidungenbilanzierte (Abb. 3).

    Ab Fabriktor,ohne Lebensdauer,ohne Unterhalt,ohne Entsorgung

    Anhand der Fassaden lsst sich der Stellenwert der Grauen Energie sehrdeutlich charakterisieren. So wie der Indikator heute normalerweise verwen-det wird, handelt es sich um die kumulierte Energie bis das Bauprodukt dasFabriktor verlsst. Das hat praktische und erkenntnistheoretische Grnde.Die Beurteilung der Lebensdauer resp. Nutzungsdauer als eine der wichtigs-ten Einflussgrssen soll dem Fachmann, dem Planer und den Architektinnenberlassen werden. Wird beispielsweise die Nutzungsdauer der verputzten

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    MJ pro m2

    A B C D E F G H I J K L

    Graue Energie von Fassaden

    Bekleidung

    Unterkonstruktion

    Dmmstoff

  • Statusbericht Graue Energie 5SIA Effizienzpfad Energie

    Wrmedmmung gegenber metallischen oder keramischen Varianten alsdeutlich kleiner eingeschtzt, so mssen die Werte um einen entsprechendenFaktor korrigiert werden. Es knnen aber auch Massnahmen getroffen wer-den, um die Nutzungsdauer zu erhhen (Witterungsschutz). Es ist wenigsinnvoll wenn man die Nutzungsdauer in Zahlen versteckt. Die Verarbeitungauf der Baustelle und der Unterhalt darf man bei Fassaden vernachlssigen,da er weit unter 1 % des kumulierten Energieaufwandes der Herstellungausmacht. Schliesslich bleibt noch die Entsorgung, fr die sich die GraueEnergie als Bewertungsgrsse nicht eignet. Stoffbuchhaltungen von Verbren-nungsanlagen oder von Deponien haben ihre Tcken. Langzeitprognosenber das Verhalten des Deponiekrpers sind kaum mglich.

    Ressourcenintensittvon Gebuden

    In Abb. 4 ist die Graue Energie eines Gebudes in drei Varianten aufgetra-gen. Sie wurde nach dem Bau zu wissenschaftlichen Zwecken berechnet[Kasser 2001]. U.a. ging es darum den Einfluss von einzelnen Gebudeteileneines bestehenden Gebudes zu eruieren. Es handelt sich um die Wohnsied-lung Im Bden der ABZ Wohnbaugenossenschaft in Zrich-Affoltern, die1995 erstellt wurde.

    Abb. 4Graue Energie einerWohnsiedlung: Einflussvon konstruktiven Vari-anten

    UnbedeutenderEinfluss konstruktiverVarianten?

    Augenfllig in Abb. 4 ist die Geringfgigkeit verschiedener Varianten. Ersetztman beispielsweise das bestehende Kompaktdach aus Schaumglas durchein Foliendach (Variante A in Abb. 4) so wirkt sich das nur im Bereich zwi-schen 3 - 4 % aus. Wenn beispielsweise die bestehende Eternitfassade durcheine verputzte Wrmedmmung ersetzt wird (Variante B in Abb. 4), so ist derEinfluss auf die gesamte Graue Energie pro m2 EBF geringer als 1 %, obwohldie Eternitfassade als solche pro m2 Fassade fast doppelt so energieintensivist wie die verputzte Wrmedmmung. Das hngt einerseits mit der Bezugs-grsse EBF zusammen. Andererseits machen die Aussenwnde insgesamtbei der Wohnsiedlung Im Bden nur 15 % der grauen Energie aus und dieVerkleidung wieder nur den geringeren Teil der Aussenwand. Das verleitet oftzur Schlussfolgerung, dass die Konstruktionswahl keinen Einfluss auf dieGraue Energie habe. In der Tat sind andere Faktoren, ber die in frherenPlanungsphasen entschieden wird von grsserem Einfluss (vgl. auch Kap. 3).Allerdings verhlt es sich wie bei den Kosten. Sie knnen in der Projektie-

    Konstruktive Varianten Wohnsiedlung "Im Bden"

    0

    1000

    2000

    3000

    4000

    5000

    6000

    Bestehend Variante A : Kunststoffdach Variante B: Verputzte

    Aussenwrmedmmung

    MJ/m

    2 E

    BF

    Haustechnik geschtzt

    Innenausbau

    Innenwnde

    Decken

    Dcher

    Fenster

    Aussenwnde

    Untergeschoss

  • 6 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    rungsphase nur noch in grsserem Umfang gesenkt werden, wenn bei allenKonstruktionen und Arbeitsgattungen gespart wird.

    Strategische Planung:Neubau oder Sanie-rung?

    Eine klassische Leistung der Grauen Energie ist die Gesamtenergiebetrach-tung eines Gebudes ber eine bestimmte Zeit. Eine solche ist vor allem beider Frage Neubau oder Sanierung? hilfreich. In Abb. 5 sind die beiden Vari-anten ber 30 Jahre Betriebszeit aufgezeichnet. Die Graue Energie ist alseinmalige Investition 2004 vertikal aufgetragen, die Betriebsenergie erfolgtkontinuierlich (ansteigende Gerade).

    Abb. 5Gesamtenergie-betrachtung ber dreis-sig Jahre von Umbauund Neubau anhandeines Modell-Beispiels

    Erfahrungswertentig

    Aus Forschungsergebnissen an der ZHW kennt man die Grauenergiewertevon Sanierungen und Neubauten als Erfahrungswerte. Ein bestehendes Ge-bude kann demnach ohne weiteres mit 2500 MJ/m2 EBF so saniert werden,dass der Minergiestandard fr Sanierungen erreicht wird (Ausgezogene Liniein Abb. 5). Mit einem Neubau braucht es in der Regel etwa doppelt so vielGraue Energie, jedoch kann mit dem Minergiestandard Neubau die Betriebs-energie um 50 % gesenkt werden (Unterbrochene Linie in Abb. 5). Trotz dendeutlich hheren Investitionen an Grauer Energie beim Neubau, erreicht manber dreissig Jahre betrachtet mit dem Neubau einen geringeren Gesamt-energieverbrauch. Dieses Modell-Beispiel lsst sich an konkreten Objektenbeliebig differenzieren. Nur mit Hilfe der Grauen Energie lassen sich solcheFragen, die in der strategischen Planung bedeutend und umweltrelevant sind,zuverlssig und objektiv beantworten. Dies erfolgt heute im vermehrten Mas-se nicht nur an konkreten Objekten, sondern auch im Rahmen energiepoliti-scher berlegungen [vgl. z.B. Binz 2001, Ott 2002].

    2.2 Schweizerische InstrumenteSNARC Das Instrument zur raschen Beurteilung von Wettbewerbsprojekten nutzt den

    Indikator Graue Energie zur Bewertung der Ressourcenintensitt. Im Rah-men des Projektes wurde ein Algorithmus entwickelt, der ein rasches Ab-schtzen der Grauen Energie eines Gebudes anhand der wesentlichen Ein-flussfaktoren ermglicht (vgl. auch Kap. 3).

    eco-devis Die Standardleistungen in den 44 wichtigsten Normpostionenkatalogen des

    Sanieren oder neu bauen ?

    0

    2000

    4000

    6000

    8000

    10000

    12000

    2004 2009 2014 2019 2024 2029 2034

    MJ/m2 EBF

    Sanierung "Minergie"

    Neubau "Minergie"

    Graue Energie Erstellung

    Wrmeenergiezufuhr Betrieb

  • Statusbericht Graue Energie 7SIA Effizienzpfad Energie

    Hochbaus wurden einer kologischen Beurteilung unterzogen, um schluss-endlich jene Leistungen fr den Anwender des NPK zu kennzeichnen die alsbesonders kologisch bewertet wurden. Die Beurteilungsmethode umfasst 12Kriterien, die zu drei Hauptkriteriengruppen zusammengefasst werden. Eingewichtiges Kriterium ist die Graue Energie.

    Thermo 2000 Die vom Bro fr Umweltchemie ber die Jahre erarbeiteten Grauenergieda-ten [Kasser 1998] wurden in das Programm von Jrg Krieg zur Berechnungder Betriebsenergie nach 380/1 integriert. So lassen sich Synergien nutzen,um Heizenergie und Grauenergie praktisch gleichzeitig zu berechnen.

    2000 Watt Gesellschaft Im Konzept und Strategie der 2000-Watt-Gesellschaft eines nachhaltigenEnergieverbrauchs ist die Graue Energie miteinbezogen. Es wre insbeson-dere in einem rohstoffarmen Land eine Verzerrung, diese versteckte Energienicht zu bercksichtigen.

    BUWAL Forschung Das Bundesamt fr Umwelt Wald und Landschaft hat in den Neunzigerjahrenein Forschungsbericht zur Grauen Energie publiziert [BUWAL 1999]. Darinwird die Aussagekraft, die Zuverlssigkeit und Zweckmssigkeit der GrauenEnergie als Index von Stoffbuchhaltungen im Detail diskutiert.

    2.3 Auslandsterreich Der kologische Bauteilkatalog fr Architekten enthlt zahlreiche bauphysika-

    lische und kologische Daten einer Vielzahl von Standardkonstruktionen.Darin wird neben der Grauen Energie auch die Treibhauswirksamkeit (GWP)und das Versuerungspotential (AP) als Indikatoren fr den kologischenRucksack ausgewiesen [Waltjen 1999].

    Deutschland Im Rahmen der VDI-Forschungsberichte wurden verschiedene detaillierteGesamtenergiebilanzen von bestehenden Gebuden vorgelegt, die auf-schlussreiche Erkenntnisse ber die Verhltnisse des Energieaufwandes ver-schiedener Bauprozesse enthalten [Brake 1999, Geiger 1997]. Das Umwelt-bundesamt verffentlichte eine Grundsatzstudie ber die Indikatoren vonStoff- und Energiebilanzen [UBA 1998]. Im Baustoffinformationssystem frArchitekten ECOBIS des Bundesamtes fr Wohnungswesen ist die GraueEnergie als wesentliches Merkmal von Baustoffen enthalten [ECOBIS 2000].

    USA: Schliesslich verffentlichte der amerikanische Architektenverband ein um-fangreiches Werk zu den Stoff- und Energiebilanzen von Bauprodukten, dieals embodied energy ausgewiesen werden [Demkin 1996].

  • 8 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    3. Einflussfaktoren bei Gebuden

    3.1. KompaktheitForm und Grsse, Ge-budehllenfaktor

    Aus allen bisherigen Untersuchungen weiss man, dass die Graue Energieganz wesentlich durch Form und Grsse eines Gebudes bestimmt wird. DieGraue Energie wird somit primr in der strategischen Planung oder Entwurfs-phase durch den Architekten und Bauherren bestimmt, whrend die Be-triebsenergie sowohl in der Projektierung durch den Architekten wie in derBewirtschaftung durch den Benutzer oder bei spteren Sanierungen beein-flusst werden kann. Weil bei allen Gebuden ein grosser Teil der GrauenEnergie in der Gebudehlle und in den Untergeschossen enthalten ist, sindGebudegrsse und Form die entscheidenden Faktoren. Dach, Aussenwn-de und Untergeschoss machen bei allen Gebuden deutlich mehr als dieHlfte der Grauen Energie aus. Je grsser und kompakter das Gebude(kleines Verhltnis Oberflche zu Volumen), desto geringer ist der Anteil derenergieintensiven Gebudehlle. Bei kleineren und aufgelsteren Formen(grosses Verhltnis Oberflche zu Volumen) nimmt die auf die Geschossfl-che bezogene Graue Energie zu.

    Abb. 6Gebudehllenfaktorund Graue Energievon Modellgebuden

    EinfacheZusammenhnge

    Das lsst sich anhand von drei Modellgebuden einfach illustrieren (Abb. 6).Reduziert man einen Wrfel von der Kantenlnge 9 Meter auf einen solchenvon 6 Meter, so bleibt zwar die Form gleich, das Verhltnis Oberflche zuVolumen O/V nimmt jedoch deutlich zu (Abb. 6). Pro Volumeneinheit, resp.pro m2 Geschossflche muss mehr Oberflche aufgewendet werden. Dementsprechend ist auch die auf die Geschossflche bezogene Graue Energiebei gleicher Materialisierung signifikant hher. Wird ausgehend vom selbenWrfel unter Beibehaltung des Volumens resp. der Geschossflche nur dieForm verndert, so ergibt sich ebenfalls eine signifikante Erhhung der Grau-en Energie.

    Einfluss allgemein un-terschtzt

    Der Einfluss von Grsse und Form wird in der Regel unterschtzt. Durchkompaktere, sich dem Wrfel annhernde Formen lassen sich effizient Res-sourcen einsparen. Selbstverstndlich ist die Graue Energie nicht das alleini-ge Kriterium zur Bestimmung von Grsse und Form. Bei allzu kompaktenGebuden besteht die Gefahr, dass gerade jene Nischen und Bereiche verlo-

  • Statusbericht Graue Energie 9SIA Effizienzpfad Energie

    ren gehen, die fr Erholung und Begegnung wichtig sein knnen und die ei-nen Beitrag an eine hohe Wohnqualitt erbringen knnen.

    3.2 MaterialisierungLeichtbauweise in Holzist ressourcensparend

    Die Materialisierung der Aussenwnde, Dcher und Decken ist eine weiterewichtige Einflussgrsse, die allerdings im Allgemeinen berschtzt wird. Da-bei geht es weniger um die einzelnen Schichten als um das Konstruktions-prinzip. Eine Massivbauweise erfordert zwischen 1.5 bis 2 t Baustoffe pro m2

    Energiebezugsflche, whrend eine Leichtbauweise in Holz in der Regel we-niger als 1 t/m2 aufweist. Bei einem mittelgrossen Gebude kann man davonausgehen, dass sich die Graue Energie bei einer Leichtbauweise in Holz ge-genber einem Massivbau um etwa einen Drittel reduzieren lsst. Allerdingsdarf auch die Bauweise analog der Form und Kompaktheit nicht nur aufgrundder Grauen Energie alleine beurteilt werden. Die Vorteile der Masse in Bezugauf Schallschutz, Wrmespeicherung und Brandschutz sind ebenso in einegesamtheitliche Beurteilung mit einzubeziehen.

    3.3 FensterflcheRessourcenintensiveFensterkonstruktionen

    Ein weiterer wesentlicher Faktor stellt das Fenster dar. Je nach Grsse derFenster, Rahmenanteil und Rahmenmaterial knnen Fenster pro Flchenein-heit ein Mehrfaches an Grauer Energie aufweisen, als geschlossene Aus-senwnde. Diese ist hauptschlich im Rahmenmaterial enthalten. Erhht manbeispielsweise den Anteil Metallfenster an der Fassade eines mittelgrossenGebudes von 40 auf 60 %, so erhht sich die Graue Energie pro Geschoss-flche etwa um 15 %. Bei Holz/Metall-, Kunststoff- und Holzfenstern ist derEinfluss deutlich geringer. Das Fensterkonzept ist mit berlegungen zu mg-lichen Energiegewinnen und zum Witterungsschutz zu ergnzen.

    Glasfassaden Extrem hohe Grauenergiewerte ergeben sich bei voll verglasten Gebudenoder bei doppelschaligen Glasfassaden [Kasser 1999]. Sonnenschutz undStatik erfordern Materialien und Dimensionen die sich in erheblichem Masseauf die Ressourcenintensitt (Graue Energie) auswirken.

    3.4 NebenrumeTiefgaragen Unbeheizte Nebenrume, insbesondere Tiefgaragen knnen mit grossen

    Investitionen an Ressourcen (Graue Energie) verbunden sein. Garagen unterTerrain verursachen einen Mehraufwand an Aushub, eine ressourcenintensi-ve Baugrubensicherung bei Vorhaben im Grundwasser und erhebliche stati-sche Massnahmen. Das gilt in besonderem Masse fr Tiefgaragen, die nichtunter Gebuden liegen. In Wohnbauten knnen Tiefgaragen pro Energiebe-zugsflche 5 - 10 % der Grauen Energie ausmachen.

    3.5 Andere FaktorenHaustechnik Zur Herstellung und Montage von haustechnischen Anlagen und Installatio-

    nen sind verhltnismssig wenig Daten vorgelagerter Prozesse verfgbar.Die Bilanzierungen sind relativ aufwndig und werden deshalb oft nicht

  • 10 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    durchgefhrt. Aus verschiedenen Untersuchungen weiss man, dass dieHaustechnik insgesamt 5 - 15 % der gesamten Grauen Energie ausmachen.Bei einem Mehrfamilienhausneubau in Berlin wurde die Haustechnik (Kollek-toren und Wrmepumpe, Sanitr- und Heizungsanlagen, Elektroinstallatio-nen) mit 8% der Grauen Energie des Gebudes berechnet [Geiger 1997]. Beieiner Altbausanierung zu einem Passivhaus in Zrich wurde die gesamteHaustechnik inkl. mechanischer Bedarfslftung mit 14% der Grauen Energiebilanziert [Viridn 2003].

    Aushub,Terraingestaltung,Transporte

    Bei einer Stoff- und Energiebilanz ist es nicht mglich, alle Prozesse zu be-rcksichtigen. Die Prozesssysteme sind offen (vgl. Kap. 4), der Erfassungs-aufwand muss limitiert werden oder die Daten fr die vorgelagerten Prozessefehlen. Bei der Gebudebilanzierung werden in der Regel der Aufwand frden Aushub, die Terraingestaltung und Umgebung, die Verarbeitungspro-zesse und Hilfsmittel auf der Baustelle, die Entsorgung der Baustellenabflle,die Baumaterialtransporte vom Lieferanten auf die Baustelle in erster Nhe-rung vernachlssigt. Sie knnen planerisch wenig beeinflusst werden, sind oftaufwndig in der Erfassung und spielen im Rahmen einer Gesamtenergiebe-trachtung eine untergeordnete Rolle. So macht beispielsweise die Energie,die direkt auf der Baustelle verbraucht wird (Kran, Licht, Pumpen, Maschinen)sowie die Hilfsstoffe (Schalungen, Gerste, Wasser, Andeckungen etc.) ins-gesamt anhand eines detailliert berechneten Beispiels deutlich weniger als 1% der Grauen Energie eines Gebudes aus [Geiger 1997].

    Forschungsbedarf:Graue Energie vonHochhusern, Arbeitenim Grundwasser

    Eine Reihe interessanter Fragen im Zusammenhang mit der Grauen Energieist noch wenig erforscht, beispielsweise die Zusammenhnge bei vielge-schossigen Gebuden. Der Senkung der Grauen Energie fr die Gebude-hlle steht ein zunehmender Aufwand an Statik, Brandschutz und Erschlies-sung (Betriebsenergie fr die Aufzge!) gegenber. Auch Bauarbeiten imGrundwasser drften verhltnismssig energieintensiv sein.

  • Statusbericht Graue Energie 11SIA Effizienzpfad Energie

    4. Berechnungsmethode und Daten

    4.1. GrundstzlichesVergleichbarkeitvon Daten

    So einfach die Definition der Grauen Energie ist, so komplex ist die konkreteErarbeitung von zuverlssigen Zahlen. Bei Stoff- und Energiebuchhaltungenergeben sich hnlich wie bei Finanzbuchhaltungen Zuordnungs-, Bewer-tungs-, Amortisations- und Erfassungsprobleme, die einheitlich, zweckmssigund logisch gelst werden mssen. Es gibt keine falschen oder richtigen Zah-len. Es gibt hchstens Zahlen die nach derselben Logik erarbeitet wurdenund deshalb vergleichbar sind, und es gibt Zahlen konkurrenzierender Mate-rialien, die unter vllig verschiedenen Prmissen und Zielsetzungen erhobenund berechnet wurden. Das gilt in gleichem Masse fr alle Indikatoren, dieauf Stoff- und Energiebuchhaltungen beruhen. Die Standardisierungsfrage istbis heute noch nicht zufriedenstellend gelst

    4.2 SystemgrenzenProzessuale,zeitliche undgeografischeSystemgrenzen

    Produktionssysteme sind offen und vernetzt. Untersucht man die Vergangen-heit eines Stahltrgers so gelangt man zum Altauto das den Stahlschrott lie-fert und zum Kraftwerk, das den Strom fr das Einschmelzen des Schrottsproduziert. Das Beispiel wirft bereits zwei grundlegende Fragen der System-abgrenzung auf. Soll der Stahltrger der bereits fr den Bau des Kraftwerkesgebraucht wurde in das System einbezogen werden und soll ein Teil desAufwandes der fr die Herstellung des Autos dem Stahltrger zugeordnetwerden ? Wenn man die Produktionsmittel ins System einbezieht stellt sichdie Frage der Amortisationszeit. Auf wieviel Produktionseinheiten Elektrizittsoll der Aufwand fr den Bau einer Staumauer verteilt werden? WelcheStaumauern und Kraftwerke sollen welchen Stromversorgungsgebieten zu-geordnet werden?

    Bitumen einAbfallprodukt ?

    Bei der Destillation von Erdl aus Kuwait beispielsweise entsteht pro Literzwangslufig ca. 300 Gramm Bitumen. Die Hersteller von Dachbahnen mch-ten gerne dieses Bitumen als Abfallprodukt behandeln, da es zwangslufigentsteht (sog. Kuppelproduktion). Das wrde bedeuten, dass Bitumen in derStoffbuchhaltung gratis zuhaben ist. Der gesamte Aufwand msste folgerich-tig den anderen Destillationsprodukten zugeordnet werden. Die Kunststoff-hersteller knnten mit gleichem Grund fordern, dass die Rohstoffbasis fr ihreProdukte, die Erdlfraktion Naphta auch als Abfallprodukt zu behandeln ist.Solche Kuppelproduktionen sind in der Produktion von Werkstoffen hufig.

    4.3 BewertungsfragenWelche Energie wirdbercksichtigt ?

    Bei der Grauen Energie wie sie heute in der Bauwirtschaft verwendet wird,handelt es sich um eine kologische Bewertungsgrsse. Sie sttzt sich aufphysikalisch messbare Grssen (Energieeinheiten), bercksichtigt jedochnicht alle Energieformen. In Analogie zur Betriebsenergie nach SIA 380/1oder zum Minergiestandard, wo die Sonnenenergie oder die Geothermie dem

  • 12 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    Aufwand nicht belastet werden ist auch bei der Grauen Energie eine Bewer-tung notwendig.

    Erneuerbarkeit undVerfgbarkeit alsKriterien

    Die Grauenergiedaten fr Baustoffe, die fr schweizerische Verhltnisseharmonisiert wurden [Kasser 1998] umfassen die Summe aller nichterneuer-baren Primrenergietrger und energetisch nutzbaren fossilen Rohstoffe so-wie der Wasserkraft eines bestimmten Systems. Erneuerbare und gut verfg-bare Rohstoffe (z. Bsp. End-User-Recylate) sind nicht enthalten. Erneuerbar-keit, und Verfgbarkeit von energetischen Rohstoffen sind in Abb. 7 aufge-zeichnet. Die direkten Umweltauswirkungen beim Abbau, bei der Umwand-lung und Nutzung sind bei den, der Grauen Energie nicht belasteten Energie-trgern vergleichsweise gering. Bei der Grauen Energie einer Wrmepumpesind beispielsweise der Bau der Pumpe, die Energie zum Bohren der Sondeund die Elektrizitt fr den Betrieb enthalten, nicht aber die Wrme, die ausder Erde gefrdert wird. Bei einer Spanplatte besteht die Graue Energie ausdem Bindemittel, der Plattenproduktion, dem Fllen, Transportieren und Ver-arbeiten des Holzes, nicht aber aus dem Heizwert der Spne, sofern dieseaus einer nachhaltigen Waldwirtschaft stammen.

    Abb. 7Erneuerbarkeit undgute Verfgbarkeit alsKriterium fr die Be-rcksichtigung bei derGrauen Energie

    4.4 StandardisierungVDI Richtlinie 4600 Der Verein Deutscher Ingenieure VDI hat bereits Mitte der Neunzigerjahre

    den Versuch unternommen, das Vorgehen bei der Berechnung der GrauenEnergie, besser zu regeln. Der Kumulierte Energieaufwand KEA gibt dieGesamtheit des primrenergetisch bewerteten Aufwands an, der im Zusam-menhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines konomischenGutes (Produkt oder Dienstleistung) entsteht bzw. diesem urschlich zuge-wiesen werden kann [VDI 4600]. In dieser Richtlinie werden Begriffe defi-niert, Grundstze erlutert und Transparenz gefordert. Auf konkrete Empfeh-lungen oder Bewertungen wurde verzichtet.

    ISO 14041ff Auch der Standardisierungsversuch der Internationalen Normvereinigungber das Life Cycle Assessment [ISO 14041ff] hat einen unverbindlichenCharakter. Die Norm beschreibt das Vorgehen bei der Stoff- und Energiebi-

  • Statusbericht Graue Energie 13SIA Effizienzpfad Energie

    lanzierung (Life Cycle Inventories) von Systemen und trgt zur Begriffskl-rung bei. Sie enthlt eine bersichtliche und systematische Darstellung dermglicher Vorgehensweisen und Probleme.

    UnverbindlicheEmpfehlungen

    Die teilweise sehr vagen Formulierungen lassen einen grossen Ermessens-spielraum bei der Systemfestlegung und Anwendung von Zuordnungsregeln.Es wird empfohlen viele offene Fragen situativ zu entscheiden. Man hat of-fensichtlich die Verbindlichkeit gemieden, um in der noch jungen Wissen-schaft der Stoff- und Energiebilanzierung keine Prjudizien zu schaffen.

    Notwendigkeit einerNormierung

    Eine Standardisierung im Sinne einer Norm SIA 380/1 (Heizenergiebedarf)scheint bei Stoff- und Energiebuchhaltungen vorderhand nicht mglich. Essind keine diesbezglichen Anstrengungen bekannt, obwohl solche dringendnotwendig wren.

    4.5 DatensituationDatenvielfalt In den letzten 20 Jahren wurden ausserordentlich viele Stoff- und Energie-

    buchhaltungen der bedeutendsten Werkstoffe publiziert. Es handelt sich umeine kaum mehr berschaubare Anzahl von Publikationen. Mit den verfgba-ren Daten liessen sich die meisten relevanten Fragen in der Bauplanung, frderen Beantwortung Stoff- und Energiebilanzen erforderlich sind, bearbeiten.

    Energiesysteme, Stahl,Holz, Massivbaustoffe

    Da die Erstellung kumulierter Stoffbuchhaltungen ausserordentlich aufwndigist, stammen viele Daten aus grsseren Forschungsprojekten oder aus Pro-jekten Europischer Industrieverbnde. Die ETH hat 1996 erstmals umfas-send und detailliert die wichtigsten Energietrger und Energieproduktionssys-teme bilanziert. Der Europische Stahlverband und der Europische Kunst-stoffverband haben die wichtigsten Produkte aus ihren Betrieben bilanziert.Die EMPA hat in den Neunzigerjahren verschiedene Holzwerkstoffe und Pro-dukte aus Holz einer umfassenden, bis auf die Waldwirtschaft zurck gehen-den Stoffbilanz unterzogen. Der Verband der Ziegelindustrie, die Cem-suisse,der Natursteinverband und eine Reihe von Einzelfirmen haben Daten zu ihrenProdukten erstellt.

    Mangelnde Transparenzund reduzierteVergleichbarkeit

    Die Kehrseite der Datenvielfalt ist die z.T. erheblich eingeschrnkte Ver-gleichbarkeit, da unterschiedliche oder nicht transparent dargestellte Berech-nungs- und Erfassungsmethoden verwendet werden. So ist es auch fr Fach-leute ausserordentlich schwierig, die Qualitt der Daten im Hinblick auf ver-gleichende Analysen zu beurteilen.

    Harmonisierungs-versuche

    Die Notwendigkeit von vergleichbaren Daten fr die praktische Anwendungist unbestritten. Das Projekt Ecoinvent an der ETH soll mit Untersttzung vonBundesstellen etappenweise harmonisierte Daten in einem einheitlichenFormat publizieren und fr die praktische Anwendung zur Verfgung zu stel-len. Das Projekt umfasst Werkstoffe, Produkte und Dienstleistungen aus allenWirtschaftsbereichen. Ebenfalls mit Untersttzung von Bundesstellen sind1997 fr den Baubereich vom Bro fr Umweltchemie Grauenergiedatenharmonisiert worden. Fr den Architekten ist die Arbeit als Katalog mit ca.550 Baustoffen, Bauteilen und Dienstleitungen publiziert worden [Kasser1998]. Dieses Arbeitsmittel sollte dringend aktualisiert werden.

  • 14 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

    5. Vergleich zu anderen Indikatoren

    5.1 GrundlagenStoffbilanz alsGrundlage fr alleIndikatoren

    Ein bestimmtes vollstndiges Stoffbilanzsystem besteht aus Inputs und Out-puts und beruht auf dem Massenerhaltungsgesetz. Auf der Inputseite stehendie Primrrohstoffe in der Form wie sie der Natur entnommen werden (Roh-stoffe), auf der Outputseite sind die Produkte sowie die Emissionen und Ab-flle bilanziert (Abb. 8). Gemss Massenerhaltungsgesetz mssen Inputs undOutputs gleich gross sein. Ein grsserer Input hat automatisch ein grssererOutput zur Folge.

    Abb. 8Bewertungssystemeeiner Stoff- und Ener-giebilanz schematisch

    BewertungverschiedenerUmweltbelastungen

    Sowohl die Entnahme von Rohstoffen aus der Natur wie auch das emittierenvon Stoffen in die Luft, den Boden und das Wasser werden heute als Umwelt-belastung angesehen, wobei neben der Qualitt des Materials die Menge einentscheidender Faktor ist. Die Frage wie diese Umweltbelastung auf einfacheArt und Wiese zu quantifizieren ist, so dass sie in der Praxis handhabbarwird, ist Gegenstand von Bewertungsmethoden. Whrend sich die GraueEnergie auf die Quantifizierung der nicht erneuerbaren und schlecht verfg-baren Energietrger beschrnkt (Inputs vgl. Kap. 4.3), konzentrieren sich an-dere Indikatoren auf emissionsorientierte Bewertungen.

    ErheblicheUnsicherheitenemissionsorientierterIndikatoren

    Einfache, in der Praxis handhabbare Indikatoren fr die emissionsorientierteBewertung der Umweltbelastung stehen vor dem Problem, dass sie mehrereDuzend verschiedene Emittenten (Schadstoffe, Schadstoffgruppen und an-dere Gefahrenpotentiale) nach bestimmten Kriterien gewichten und zu einemIndex aggregieren mssen. Bis anhin wurden in der Fachliteratur zahlreicheModelle vorgeschlagen. Diese orientieren sich an der Wirkung, am Schadenoder an der kologischen Knappheit (vgl. Abb. 8). Letzten Endes geht es da-bei immer um die Frage, welche Schden oder Wirkungen die Lebensgrund-lage zuknftiger Generationen wie stark bedrohen. Wie bedrohlich ist bei-spielsweise die Emission eines kg Kohlendioxid in die Luft im Vergleich zueinem g eines Holzschutzmittelwirkstoffes, das in den Boden ausgewaschenwird? Viele dieser Gewichtungsfragen lassen sich nur mit grossen Unsicher-

  • Statusbericht Graue Energie 15SIA Effizienzpfad Energie

    heiten beantworten, da viel Mechanismen im komplexen System Umweltnicht bekannt sind und sich einer Langzeitprognose entziehen.

    5.2 VorteileAussagekraft undRichtungssicherheit

    Die Aussagekraft der Grauen Energie ist in zweifacher Hinsicht beachtlich.Der Umgang mit nicht erneuerbaren und die schlecht verfgbaren Energie-trgern ist im Hinblick auf die Erhaltung der Lebensgrundlagen zuknftigerGenerationen ein zentraler und entscheidende Faktor. Diese Energietrgersind die Schlsselgrsse jeder wirtschaftlicher Ttigkeit. Die Nutzung aller an-deren Rohstoffe ist unmittelbar von der Verfgbarkeit dieser Energietrgerabhngig. Zudem sind die heute als wesentlich erkannten Umweltproblemedirekt oder indirekt an die Nutzung dieser Energietrger gekoppelt (Klimawan-del, radioaktiver Abflle, Landschaftszerstrung, Bodenversuerung). Der ra-tionelle und schonungsvolle Umgang mit Energie und konsequenterweiseauch mit der Grauen Energie weist eine hohe Richtungssicherheit bezglichnachhaltiger Entwicklung auf.

    Effizienz Die Erarbeitung von Stoffbilanzen im Hinblick auf eine Bewertung der GrauenEnergie ist wesentlich einfacher und weniger aufwndig als Analysen vonSystemen, bei denen Emissionen erarbeitet werden mssen. Energiedatensind besser verfgbar und zuverlssiger als Emissionsdaten. Zudem sind sieweniger von einzelnen Produktionsbetrieben abhngig. Sie sind fr bestimm-te Technologien reprsentativer und lassen sich verhltnismssig einfach aufPlausibilitt berprfen.

    Praxistauglichkeit Im Gegensatz zu emissionsorientierten Indikatoren wird die Graue Energie inphysikalischen Einheiten exprimiert. Das erleichtert die Interpretation undlsst Analogie- sowie Effizienzberlegungen von Massnahmen zu. Die Da-tenharmonisierung ist namentlich in der Baubranche weit fortgeschritten undwesentliche Planungsinstrumente basieren auf der Grauen Energie.

    5.3 NachteileKeinUniversalindikator

    Die Graue Energie ist ein Mass fr die Umweltbelastung aller vorgelagertenProzesse einer Leistung oder eines Produktes, am Ort und zum Zeitpunkt derBetrachtung. Gebrauchstauglichkeit, Performance, soziale oder konomischeAspekte sind darin nicht enthalten.

    Fr die Entsorgungs-merkmale nicht aussa-gekrftig

    Die Umweltbelastung durch Verbrennung oder Deponierung eines Produktesist in der Grauen Energie nicht enthalten. Dieser Aspekt ist zustzlich in einegesamtheitliche Beurteilung mit einzubeziehen. Allerdings bietet die Beurtei-lung der Entsorgung auch bei anderen Indikatoren Schwierigkeiten, da sichdie Emissionen aus Verbrennungsanlagen und Deponien kaum den einzel-nen Produkten zuordnen lassen.

    Fr spezifische Schad-stoffprobleme nichtaussagekrftig

    Erhhte Fluoremissionen aus einer Ziegelbrennerei, die Auswaschung vonHerbiziden aus einer Dachfolie oder die Kupferabgabe ins Meteowasser vonMetalldchern aus Kupfer werden durch die Graue Energie nicht erfasst. Frsolche, spezifische Schadstoffprobleme mssen andere Massnahmen (Legi-ferierung) oder zustzliche Risikoabschtzungen getroffen werden.

  • 16 Statusbericht Graue EnergieSIA Effizienzpfad Energie

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