Konstruktionsregeln für die Kreislauffähigkeit von modularen Bausystemen im Hochbau

Abstract

Module werden aktuell in verschiedenen Produkten, wie Mobiltelefonen oder Kraftfahrzeugen, verbaut. Diese sind standardisierte Bauteile und ermöglichen infolgedessen eine Erhöhung der Produktionsstückzahlen in der industriellen Fertigung. Zusätzlich können Module, bei entsprechender Gestaltung, zerstörungsfrei ausgebaut werden. So können intakte Bauteile wiederverwendet werden, oder beschädigte ausgetauscht beziehungsweise aufgearbeitet werden. Zu Anfang dieser Arbeit stellte sich die Frage welche Gebäudestruktur geeignet ist, um Bauteile im Bausektor, in einem Stoffkreislauf führen zu können. Es wurde angenommen, dass durch einen modularen Aufbau die Herstellungskosten für Gebäude sinken und die verwendeten Materialien in einem Rohstoffkreislauf gehalten werden können. In Kapitel 2 wurde zunächst genau definiert was Module sind und in welchen Stoffkreisläufen diese geführt werden können. Die Kreislaufstrategien der direkten Wiederverwendung, der Wiederverwendung nach Aufbereitung und der Materialverwertung ermöglichen einen verantwortungsvollen Umgang mit den auf der Erde vorhanden Rohstoffen. Nach der Festlegung der möglichen Kreislaufstrategien, wurden Kriterien aufgesucht, welche ein Bauteil erfüllen muss, um für eine Kreislaufführung geeignet zu sein. Dazu wurden in Kapitel 3, die einzelnen Kreislaufstrategien analysiert und die aufgefundenen Kriterien in Tabelle 3.4 zusammengefasst. Für die Wiederverwendung von Bauteilen müssen diese vor allem langlebig sein, die Demontage und der Transport muss einfach und ohne Beschädigung durchgeführt werden können und eine Reinigung und Prüfung muss möglich sein. Zur Aufbereitung müssen die Oberflächen erneuert werden können und beschädigte Bauteile ausgetauscht oder ausgebessert werden können. Die Materialverwertbarkeit hängt vor allem von den gewählten Materialien und Materialkombinationen ab. Die gesammelten Kriterien ermöglichen eine Bewertung der Kreislauffähigkeit von Bauteilen. Mit Hilfe dieser Kriterien wurden, in Kapitel 4, bereits bestehende Module analysiert. Hierdurch konnten Schwachstellen, aber auch positive Beispiele aus der Praxis aufgezeigt werden. Um die Frage zu klären, ob kreislauffähige Module in jedem Fall einen Vorteil für die Umwelt bedeuten, wurden die Umweltauswirkungen eines beispielhaften Moduls analysiert. Durch die Methode des Product Carbon Footprints, wurden die unterschiedlichen Kreislaufstrategien anhand einer vorgehängten Fassade und eines nicht kreislauffähigen Wärmedämmverbundsystems, verglichen. In Kapitel 6 konnten abschließend Konstruktionsregeln angegeben werden, durch deren Einhaltung die Kreislauffähigkeit von Bauteilen eines Gebäudes gesteigert werden kann.

A modular structure is used in various devices, such as cell phones or automobiles. Modules are standardized components which, as a result, enable an increase in production quantities in industrial production. In addition modules, with appropriate design, can be removed nondestructively. In consequence they can be reused, or if damaged, replaced and repaired. This thesis started with the question, which building structure is suitable to keep the components of a building in a circular system. It was assumed that a modular structure would reduce the manufacturing cost of buildings and enable closed loop strategies for the components of buildings. In Chapter 2 modular components and the different closed loop strategies were defined. The strategies of direct reuse, reuse after re-manufacturing and the recycling of materials enable a sustainable resource management. The aim of this thesis was to develop design guidelines for the circularity of components in the building sector. In order to do this, criteria were derived in chapter 3, which components must meet to be suitable for the different closed loop strategies. For the reuse of components, they must be durable, the dismantling and transportation must be easy and testing and cleaning of the components must be possible. For the re-manufacturing the surface must be renewable and it must be possible to repair or replace damaged components. The material recyclability depends on the selected material and the material combinations. The collected criteria allow an assessment of the circularity of the components. Based on this criteria existing modules from the building sector were analyzed in chapter 4. Thereby strengths and weaknesses of existing components could be pointed out. To clarify the question of whether these modules bring an environmental benefit, an environmental assessment of an exemplary module was conducted in chapter 5. Therefore a modular curtain wall system and a non circular insulation system was compared, with the method of the product carbon footprint. In chapter 6, construction guidelines could be specified, which help construction teams in the building sector to develop components, optimized for closed loop strategies.