Ressourceneffiziente Sanierung von Bestandsbauten der 1930er Jahre: Vergleichende Analyse der Kreislauffähigkeit und Ökoeffizienz verschiedener baulicher und energetischer Szenarien

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Problematik von Bestandswohnbauten der Zwischenkriegszeit, die zwar weiterhin genutzt werden, jedoch nicht den derzeitigen ökologischen Standards der Nachhaltigkeit entsprechen. Anhand einer repräsentativen Fallstudie wird untersucht, welche Sanierungsmaßnahmen durchgeführt werden können und welche Auswirkungen diese auf die ganzheitliche Lebenszyklusanalyse des Gebäudes für die nächsten 100 Jahre haben. Zur Beantwortung der Forschungsfrage sind in der Methodik drei parallele Teilprozesse definiert, die qualitative und quantitative Forschungsmethoden kombinieren und an strategisch festgelegten Schnittstellen miteinander interagieren. Ziel ist es, ein ganzheitliches Verständnis der Problemstellung zu erlangen und die Forschungsfrage weiter einzugrenzen. Der qualitative Ansatz setzt sich aus der Bestimmung der Bemessungskriterien für die Auswertung des Sanierungserfolgs, der Festlegung der Rahmenbedingung für drei Sanierungsszenarien mit ansteigender Sanierungstiefe, der Evaluierung der möglichen Sanierungsmaßnahmen und der Zusammenfassung der Ergebnisse in einem optimierten Maßnahmenkatalog. Die quantitativen Forschungsmethoden beinhalten die Bestandserfassung und Modellierung des Bestands mittels BIM (Building Information Modeling), die Adaptierung des Modells auf Basis der ausgearbeiteten Sanierungskonzepte der drei Varianten und die ganzheitliche Lebenszyklusanalyse aller vier Szenarien inklusive des Bestands. Zur materiellen Gebäudeauswertung und zur Bilanzierung der grauen Emissionen wird in Zusammenarbeit mit meiner Kollegin Emma Hadziabdic, B.Sc. ein automatisiertes Exceltool entwickelt, welches im Rahmen dieser Diplomarbeit ebenfalls vorgestellt wird. Die Automatisierung soll die Berechnung der gesamten Bilanz innerhalb weniger Minuten ermöglichen, wodurch kleine Änderungen und Hypothesen sofort eingearbeitet und überprüft werden können, wodurch die Optimierung der Sanierungen weniger Ressourcen benötigt. Die Nutzungsbedingte Ökobilanz erfolgt gesondert über die Berechnung des Energieausweises. Nach Abschluss der ganzheitlichen Lebenszyklusanalysen, können die verschiedenen Szenarien, inklusive des Bestands als Ausgangsbasis, einander gegenübergestellt werden, um Einsparungen durch die Sanierungsmaßnahmen festzustellen. Dabei wird festgestellt, dass sich der Heizwärmebedarf je nach Sanierungsvariante um bis zu 59 Prozent reduzieren lässt. Die relevanten Ökoindikatoren lassen sich sogar um 86 bis 91 Prozent reduzieren. Lediglich im Bereich der Materialität lassen sich kaum Unterschiede generieren. Dies liegt vor allem an der massiven Tragstruktur die seit Bilanzbeginn im Gebäude vorhanden ist und immense Recycling- und Abfallmassen erzeugt. Die Gesamtsanierungseffizienzmatrix, die auf Basis der vergleichenden Analysen und der zuvor festgelegten Bemessungskriterien bestimmt wird, ermittelt den quantitativ feststellbaren Erfolg der Sanierungsvarianten. Anhand dieser Berechnung wird deutlich, dass das Szenario mit der höchsten Sanierungstiefe in der Variante mit der Fernwärme auch die meisten Punkte erhält. Knapp gefolgt von Szenario High mit Wärmepumpe und der Szenario Medium. Diese Ergebnisse bestätigen die Einschätzung des befragten Experten, dass sich unzureichende Sanierungsmaßnahmen langfristig negativ auf die Ziele der Klimaneutralität auswirken können, da geringe Sanierungstiefen mit mangelnder Wirksamkeit künftige, umfassendere Sanierungen erschweren oder sogar blockieren können, während ökologische Einsparpotenziale nicht ausgeschöpft werden.

This diploma thesis addresses the issue of existing residential buildings from the interwar period which are still in use but no langer meet the current ecological standards of sustainability. Using a representative case study, the research examines which renovation measures can be implemented and what impact these measures have on the life cycle of those buildings over the next 100 years. To answer this research question, the methodology defines three parallel sub-processes that combine qualitative and quantitative research methods which interact at strategically placed connection points. The goal is to develop a holistic understanding of the problem and further refine the research question. The qualitative approach consists of determining the criteria for evaluating the success of renovation measures, defining the framework for three renovation scenarios with increasing renovation depth, analyzing possible renovation measures, and summarizing the results in an optimized catalog of renovation measures. The quantitative research methods include the survey and modeling of the existing building with BIM (Building Information Modeling), the adaptation of the model based on the developed renovation concepts of the three defined scenarios, and the holistic life cycle assessment of all variants including the existing building. For the building's material analysis and the accounting of embodied emissions, an automated Excel tool is being developed with my colleague Emma Hadziabdic, B.Sc., which is also presented in this thesis. The automation of the process should enable the calculation of the balance within a few minutes, allowing small adjustments and hypotheses to be incorporated and tested immediately. This opens the possibility of optimizing the renovation measures while requiring fewer resources. The operational emissions are accounted separately through the calculation of the energy performance certificate. After completing the holistic life cycle assessments, the different scenarios, including the existing building as a baseline, can be compared to identify savings achieved through the renovation measures. The results show that the heating demand can be reduced by up to 59 percent depending on the renovation scenario. The relevant environmental indicators can be reduced by 86 to 91 percent. In the area of material analysis, hardly any difference can be made. This is mainly because of the massive loadbearing structure within the existing building that generates large amounts of recycling and waste material. An overall efficiency matrix is used to calculate the quantitatively measurable success of the renovation scenarios based on the comparative analyses and the previously defined evaluation criteria. Based on this calculation, it becomes clear that the scenario with the greatest renovation depth in the adaptation that includes district heating receives the highest score. lt is closely followed by the "High" scenario with a heat pump and the "Medium" scenario. These results confirm the assessment of the expert interviewed that insufficient renovation measures can have a negative long-term impact on the goals of climate neutrality. Low renovation depths with limited effectiveness can make more comprehensive renovations more difficult or even block them entirely in the future, while potential savings remain unexploited.