Ressourceneffiziente und kreislauffähige Planung im mehrgeschossigen Holz-Hybrid-Wohnungsbau

Abstract

Nachdem der Fokus im Bauwesen lange darauf lag, den Energieverbrauch und die Emissionen des Gebäudebetriebs zu senken, ist man nun an einem Punkt, an welchem die Herstellungsenergie und die damit verbundenen Emissionen einen erheblichen Anteil der gesamten Treibhausgasbilanz über den Lebenszyklus des Gebäudes ausmachen. Das Senken der Emissionen aus Gebäudeerrichtung stellt daher aktuell eine große Herausforderung für das Bauwesen dar. Im Zuge dieser Bemühungen hat der Holzbau zunehmend an Bedeutung gewonnen, da der natürlich nachwachsende Rohstoff CO2 aus der Atmosphäre bindet und dieses speichert. Neben der Herausforderung, CO2-neutral zu bauen, steht das Bauwesen auch vor der Herausforderung, eine Transformation hin zu einer Kreislaufwirtschaft durchzuführen. Kreislauffähige Bauweisen stehen noch am Anfang ihrer Entwicklung und es existieren noch keine Standards und gängigen Praktiken zum zirkulären Bauen. Diese Arbeit soll daher einen Überblick über die Kreislauffähigkeit mehrgeschossiger Holzwohngebäude der Gebäudeklasse 4 und 5 geben. Es soll erörtert werden, welche Merkmale ein kreislauffähiges Gebäude aufweisen muss und wie diese Merkmale in Holzbauweise umgesetzt werden können. Weiterhin soll die Beurteilung der Kreislauffähigkeit von Holzgebäuden thematisiert werden, insbesondere im Hinblick auf Wohngebäude der Gebäudeklassen 4 und 5, um festzustellen, inwieweit diese sich bereits kreislauffähig errichten lassen.Um zu klären, welche Eigenschaften kreislauffähige Gebäude aufweisen und wie sich eine zirkuläre Bauweise in Holzbauweise umsetzen lässt, wird eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt. Diese befasst sich mit dem kreislauffähigen Bauen im Allgemeinen, dem aktuellen Status quo im Holzbau sowie der zirkulären Bauweise mit Holz. Daraus geht hervor, dass wesentliche Prinzipien der Kreislaufwirtschaft wie die Ressourceneffizienz, die Reparaturfähigkeit durch Trennung funktionaler Bauteilschichten, die Flexibilität und Umnutzbarkeit sowie die Demontierbarkeit und Wiederverwendbarkeit sich mit einer Holzskelettbauweise besonders gut umsetzen lassen. Hinderlich bei der Umsetzung sind dabei teilweise Anforderungen, die aus dem Schallschutz und dem Brandschutz resultieren. Zudem bedarf es der Entwicklung und Standardisierung neuer, wieder lösbarer Verbindungsknoten und Bauteilaufbauten. Grundsätzlich weist der Holzbau jedoch gute Voraussetzungen auf, um eine zirkuläre Bauweise zu entwickeln. Besonders hervorzuheben sind dabei die Vorfertigung und die Modularität sowie die Eignung des biogenen Werkstoffs Holz, in einem geschlossenen Materialkreislauf geführt zu werden.Anhand der Ergebnisse aus der Literaturrecherche und unter Zuhilfenahme aktueller Gebäudezertifizierungssysteme aus Deutschland und der Schweiz wird in dieser Arbeit ein Bewertungssystem entwickelt, um die Kreislauffähigkeit mehrgeschossiger Holzwohngebäude beurteilen zu können. Dabei erfolgt die Beurteilung anhand von drei Themenfeldern: Reduce (Ressourceneffizienz), Long-Use (Flexibilität und Langlebigkeit) und Re-Use und Recycle (Wiederverwendbarkeit). Um zu beurteilen, inwieweit Wohngebäude der Gebäudeklasse 4 und 5 bereits heute kreislauffähig errichtet werden können, wird das Bewertungssystem bei drei Referenzgebäuden angewendet. Dabei fällt auf, dass insbesondere die Wiederverwendbarkeit häufig nicht erreicht wird und deren Implementierung einen hohen Planungs- und Entwicklungsaufwand mit sich bringt. An einem eigenen Entwurf wird das Bewertungsschema angewandt, um mögliche Verbesserungspotenziale und Grenzen hinsichtlich der Kreislauffähigkeit aufzudecken. Hier werden die Erkenntnisse aus der Literaturrecherche bestätigt, dass die Trennbarkeit der Bauteilaufbauten, insbesondere der Bodenaufbauten, durch den Schallschutz und die Wahl ökologischer Baustoffe durch den Brandschutz eingeschränkt wird.

After the construction industry has been reducing energy consumption and emissions from building operation, we are at a point where the emissions for the building production make up a significant part of the greenhouse gas balance over the building's life cycle. Reducing emissions from the production of buildings is therefore a major challenge for the construction industry. As part of these efforts, timber construction has become increasingly important, as timber is able to bind and store CO2 from the atmosphere. In addition to the goal of building carbon neutral, the construction industry is also challenged by moving towards a circular economy. There are no existing standards or common practices for circular construction, as those methods are still at the beginning of their development. The purpose of this thesis is to provide an overview of the circularity of multi-story timber residential buildings in Building Classes 4 and 5. This thesis clarifies the characteristics of circular buildings. It shows how these characteristics can be implemented in timber construction and how the circularity of timber buildings can be assessed. In addition, an analysis of existing buildings will show the extent to which residential timber buildings in Building Classes 4 and 5 fulfill circularity. A comprehensive literature review is undertaken to clarify the characteristics of circular buildings and how circularity can be achieved in timber construction. The review covers: circular construction in general, the current state of timber construction and circular construction with timber. The results show that resource efficiency, repairability through separation of functional component layers, flexibility of floor plans, and disassembly and reuse are key principles of the circular economy. In timber construction, this can be achieved in a particularly good way by using a skeleton structure. Barriers to the implementation of circular construction methods are often based on soundproofing and fire safety requirements. New detachable connection nodes and component structures also need to be developed and standardized. In principle, however, timber construction is well suited to the development of circular construction methods. Prefabrication and modularity are particularly noteworthy, as well as the ability of wood to be used in a closed material loop. Based on the results of the literature review and with the help of building certification systems from Germany and Switzerland, a rating system is developed to evaluate the circularity of multi-story timber residential buildings. The assessment is based on three themes: Reduce (resource efficiency), Long-Use (flexibility and durability) and Re-Use and Recycle (reusability). The rating scheme is applied to three existing buildings to assess the extent to which timber residential buildings in Building Class 4 and 5 can already be built in a circular way. It shows that reusability is often not achieved and its implementation is related to a high level of planning and development effort. The evaluation scheme is applied to an own design to identify potential for improvement and limits with regard to circularity. The results of the analysis confirm that the separability of the component structures, especially the floor structures, is limited by soundproofing requirements and the choice of ecological building materials is limited by fire safety requirements.