Klimafreundlich Bauen in regionalen Kreisläufen · Institut für Landtechnik und Tierhaltung Einführung Holz . 20.11.2017 2 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Einführung

20.11.2017

1

Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft

Jochen Simon | Peter Stötzel

Institut für Landtechnik und Tierhaltung

Sabine Helm | Christel Lubenau | Klaus Richter | Gabriele Weber-Blaschke

Lehrstuhl für Holzwissenschaft, Holzforschung München

Hannes Dietl | Sachverständiger für die Sägewerksindustrie

Landwirtschaft im Klimawandel

15. Kulturlandschaftstag am 14. November 2017 in Freising

Klimafreundlich Bauen

in regionalen Kreisläufen

EUROPÄISCHE UNION

Gefördert aus dem Europäischen Fonds

für Regionale Entwicklung


Einführung

Holz

20.11.2017

2


Einführung

3


Einführung

4

20.11.2017

3


Einführung

5


Einführung

Trapezblech 180mm

Rundholzpfette/strebe d = 25 cm

Rundholzstütze d = 25 cm

Windverband

Flachstahl 50/6 mm

Fichtenbrett sägerau 140/24/2,4 cm

U-Profil 50/50/6 mm

Stülpschalung Fichte

1

2a

2b

2c

4a

4b

4c

4d

20.11.2017

4


Einführung

7


Klimafreundliches Bauen in regionalen Kreisläufen

Einführung

Material und Methode

Baustoffeigenschaften

● Umweltwirkung – Primärenergiebedarf Holz – Stahl

● Nachwachsender Rohstoff

● Bauphysik

● Vergleich Investitionsbedarf Holz – Stahl

Schlussbemerkung

Simon et al. 8

20.11.2017

5



Einführung





● Bauphysik


Schlussbemerkung

Simon et al. 9


Material und Methode Vorstellung des Modells

Simon et al. 10

Pilotbetrieb A

Milchviehstall für 170 Tierplätze

20.11.2017

6


Material und Methode Vordimensionierung | Konstruktionsplanung | Materiallisten

Simon et al. 11 Grundriss | Schnitte

Modellstall in Stahl Modellstall in Holz


Material und Methode Vordimensionierung | Konstruktionsplanung | Materiallisten

Simon et al. 12

Modellstall in Holz

Materialliste

20.11.2017

7


Material und Methode Vergleich der Umweltwirkung

Primärquellen

► Materiallisten für den Modellstall (Liegehalle)

Sekundärquellen

► In- und Outputflüsse über den gesamten Lebenszyklus

Modul 1 Bauprodukte → Gewinnung bzw. Erzeugung | Ernte

→ Lieferung Verarbeiter (Stahl- | Sägewerk) | Herstellung

Modul 2 Nutzung (Errichtung – Bauunterhalt)

Modul 3 Nachnutzung → Thermische Verwertung (Holz, Kunststoffe)

→ Recycling (z.B. Beton: 70% Bauschutt, 30% Deponie)

zzgl. Sekundärmaterialien | Nutzenergie | Koppelprodukte

→ Allokationsverfahren | Gutschriften Helm | Simon et al. 13

nicht eingerechnet →

ohne Verbindungsmittel | ohne Transport zur Baustelle →

ohne Rückbaumaßnahmen | ohne Abtransport von Baustelle →

Stahl Konstruktion 100 %


Material und Methode Vergleich der Umweltwirkung

Berechnung der ökologischen Auswirkungen

►Ökobilanzdaten

A) Nicht-Holzbauprodukte → Ökobau.dat-Datenbank *

B) Holzbauprodukte → ÖkoHolzBauDat **

Berechnung ohne „Modul 2 Nutzung “ sowie „Transport“ etc.

► vereinfachte Umweltbilanz

Anteil des Energiebedarfs eines landwirtschaftlichen Gebäudes

► 82 – 92% verwendete Baumaterialien (DUX ET. AL, 2009)

Helm | Simon et al. 14

* Bundesministerium für Verkehr, Bau- & Stadtentwicklung (2011), seit 2013 gem. DIN EN 15804

** Heinrich von Thünen-Institut, gem. DIN EN 15804 (2012)

Anm.: Dux ist der einzige, der die Umweltwirkung

Landwirtschaftlicher Nutzgebäude untersucht hat

20.11.2017

8



Einführung





● Bauphysik


Schlussbemerkung

Simon et al. 15


Baustoffeigenschaften Umweltwirkung – Primärenergiebedarf | Holz - Stahl


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

Holz-Variante Stahl-Variante

Mio

. M

J

Primärenergie

Primärenergie nichtregenerativ

Primärenergie regenerativ(ohne Holzspeicher)

im Holz gespeicherteregenerative Primärenergie(Sonnenenergie)

2.61 Mio. MJ 2.610.000 MJ

4.05 Mio. MJ 4.055.000 MJ

20.11.2017

9


Ergebnisse Vergleich der Umweltwirkung - Primärenergiebedarf


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


Mio

. M

J

Primärenergie




Differenz Primärenergie

1.44 Mio. MJ | 36% 1.445.000 MJ

4.05 Mio. MJ 4.055.000 MJ

2.61 Mio. MJ 2.610.000 MJ

1.44 Mio. MJ = Heiz-Energie EFH für 20 Jahre




0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


Mio

. M

J

Primärenergie




0.20 Mio. MJ 206.300 MJ

1.83 Mio. MJ 1.839.000 MJ

0.46 Mio. MJ

468.500 MJ

2.30 Mio. MJ 2.307.500 MJ

Differenz Primärenergie regenerativ

2.10 Mio. MJ | 1.160% 2.101.200 MJ

20.11.2017

10




0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


Mio

. M

J

Primärenergie




3.84 Mio. MJ 3.849.000 MJ

0.30 Mio. MJ 300.500 MJ


nicht regenerativ

3.54 Mio. MJ | 1.280% 3.548.500 MJ




0

50

100

150

200

250

300

350

400


t C

O2-Ä

qv.

Treibhauspotenzial

128,9 to CO2

335,5 to CO2 Differenz

206,6 to CO2 | 61%

ESP = Einsparpotenzial

20.11.2017

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Baustoffeigenschaften Nachwachsender Rohstoff

Materialliste Holz für Pilotbetrieb A

Milchviehstall für 170 Tierplätze:

Kantholz Pos. A 104,30 m³

Kantholz Pos. C 13,80 m³

Schalung 28 mm Pos. B 92,55 m³

Lattung 24/48 mm Pos. B 6,35 m³

Gesamt 217,00 m³

Schnittholz / Tierplatz 1,28 m³/TP

entspricht:

Kantholz 118,10 m³

Schalung und Latten (Seitenware) 98,90 m³

Simon et al. 21


Baustoffeigenschaften Nachwachsender Rohstoff

Fichtenreinbestand (Privatwald), mittlere Bonität, Alter 80-100 Jahren

Holzvorrat pro Hektar ca. 400 fm/ha

217 m³ Kantholz, Schalung und Lattung entsprechen:

Rundholz ca. 360 fm*

Rundholz ca. 445 fm**

Bedarf Waldfläche (bei Kahlschlag) 0,9 ha*

Bedarf Waldfläche (bei Kahlschlag) 1,1 ha**

Bedarf Waldfläche (bei 20%iger Durchforstung) 4,5 ha*

Bedarf Waldfläche (bei 20%iger Durchforstung) 5,5 ha**

* bei Gesamtausbeute 60% ** bei Gesamtausbeute 50%

Dietl | Simon et al. 22

Ø Holzzuwachs in Bayern pro Minute 60 Festmeter Rundholz = 36 m³ Schnittholz / Minute

►Holzmenge für 170 Tierplätze in ca. 6 Minuten

20.11.2017

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Baustoffeigenschaften Bauphysik - Strahlung

Simon | Stötzel et al. 23

Wärmeaustausch bei Rindern (nach FAT-Bericht 620, 2004)

Luftfeuchtigkeit

↓ Globalstrahlung (Solarkonstante)

► > 1.370 W / m²

► direkte / diffuse Strahlung

elektromagnetische Wellen

(0,8 – 800 µm)

↓ Bauteile (Absorber / Strahler)

► Wärmewelle im Bauteil

↓ Wärmeenergie / Strahlung

► ??? W / m²

↓ Tier (Absorber / Strahler)

Mangelnde Wärmeabgabe

↓ Hitzestress



Bauphysik - Strahlung

Simon | Stötzel et al. 24

Wärmespeicherung von Baustoffen Material Rohdichte

ρ

[kg / m³]

Wärmeleit-

fähigkeit

λ

[W / m·K]

Spez.

Wärme-

kapazität

c

[kJ / kg∙K]

Wärme-

eindring-

koeffizient

b

[kJ /m²h1/2K]

Wärme-

speicherzahl

S = c ∙ ρ

[kJ / m³∙K]

Stahlbeton 2.400 2,10 1,00 142 2.400

Sand/ Kies 1.800 0,70 1,00 70 1.800

Holz (Fichte, Kiefer, Tanne) 600 0,14 1,60 26 960

Holzwolle-Leichtbauplatten 420 0,093 1,70 18 714

Polystyrol 15-30 0,040 1,45 2,2 21-44

PU-Schaum ≥30 0,035 1,40 2,5 45

Mineralfaser-Dämmplatten 10-200 0,040 1,00 3,6 10-200

Aluminium 2.700 200,00 0,80 1310 2.160

Stahl 7.800 60,00 0,40 860 3.120

Wasser 1.000 0,58 4,20 98 4.200

(Quelle: W. Pistol, 2007)

20.11.2017

13


Tierwohl Bauliche Maßnahmen gegen sommerlichen Hitzestress

Simon | Stötzel 25

einschalig

40 mm 24 mm

mehrschalig

hinterlüftet

100 mm

mehrschalig

hinterlüftet

130 mm 200 mm

348 368 359 371 378 380 382 385

403 342 365

258 257 223 211

173

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Ziegel dunkel Ziegel hell Blech Schalung Sandwich Brettstapel Gründach Gründachschwer

Hit

zestr

ess i

n S

tun

den

mäßiger Stress milder Stress

• offene Trauffassade

• Dachüberstand 1,5 m

• First W-O

3-Reiher

743 m²

0°

10°

751

710 724

629 635 603 593

558

325 348

368 359 371 378 380 382 385

288

403 342 365

258 257 223 211

173

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Außenklima Ziegel dunkel Ziegel Blech Schalung Sandwich Brettstapel Gründach Gründach schwer

Hit

zestr

essstu

nd

en

mäßiger Stress milder Stress

613


Baustoffeigenschaften Kostenvergleich Holz – Stahl

Simon et al. 26

Kostenvergleich

Tragwerk in Holz bzw. Stahl

Pilotbetrieb A

Liegehalle für 170 Milchkühe

Netto, Stand 2012

20.11.2017

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Zusammenfassung

Simon | Dietl | Helm | Oberhardt | Stötzel 27

Bewertung Holz zu Stahl

Holz Stahl ESP

Reduzierung Primärenergiebedarf 64% 100% ▼ 36%

Reduzierung Treibhauspotenzial 39% 100% ▼ 61%

Reduzierung Investitionsbedarf 88% 100% ▼12%

Brandschutz F30* F0

Dauerhaftigkeit ++** ++***

Eigenleistung | Bauunterhalt ++ o

Nachwachsender Rohstoff ++ o

Einfügen in die Landschaft | Verbraucherakzeptanz ++ o

ESP Einsparpotenzial

* Ausnahme: Nicht abgedeckte Holzverbindungen in Stahl

** Bei fachgerechtem Einbau u.a. gem. DIN 68800 Vorbeugender chem. Holzschutz

*** Korrosion bei Verzicht | Beschädigung schützender Maßnahmen (Anstriche | Verzinkung)

**** Fleichhygieneverordnung, Geflügelmindestanforderungen-Verordnung)



Vielen

Dank

207 t CO2-Äqv. = 195.280 km (Verbrauch ca. 40 l Diesel | 100km)

Quelle: Verkehrsrundschau 2015

EUROPÄISCHE UNION

Gefördert aus dem Europäischen Fonds

für Regionale Entwicklung

20.11.2017

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Erläuterungen

Primärenergiebedarf

► Energie aus der Hydrosphäre (Gesamtheit des Wassers der Erde), Geosphäre (Gesamtheit der festen Erde) und Atmosphäre (die gasförmige Hülle der Erdoberfläche)

► zur Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines Produktes

Regenerative Energie

- Wind- und Wasserkraft

- Solarenergie

- Geothermie

- Biomasse

Nicht regenerative Energie

- Erdgas

- Erdöl

- Stein-/ Braunkohle

- Uran

Simon | Helm 29

fossile Brennstoffe


Erläuterungen

Treibhauspotenzial

Treibhauseffekt

Wirkmechanismus von Absorption (Treibhausgase) und Reflektion (in Richtung Erde) von Sonneneinstrahlung über Gase in der Atmosphäre

► natürlicher Treibhauseffekt

Im Laufe der Erdentwicklung ist es durch natürliche Treibhausgase (CO2, H2O-Dampf) zu einem Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur von -18°C auf +15°C gekommen

► anthropogener Treibhauseffekt

zusätzlicher anthropogener Treibhauseffekt, der in den letzten 100 Jahren zu einem weiteren mittleren Temperaturanstieg von 0,5 – 1,0° C beigetragen hat

Ursachen:

Anstieg der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre

- Kohlendioxid CO2

- Methan CH4

- Lachgas N2O

Simon | Helm 30

Darstellung des Treibhaus-Potenzials in

CO2 - Äquivalenten

20.11.2017

16


Erläuterungen

Simon | Helm 31


Erläuterungen

Auszug Ökobau.dat

Simon | Helm 32

Aggregierte Daten für Umweltwirkungen von Bauprodukten

► Sachbilanzindikatoren: Regenerative | nicht regenerative Primärenergie

► Wirkbilanzindikatoren: Treibhauspotenzial

20.11.2017

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Umweltindikatoren

Simon | Helm 33


Lebenszyklus

Simon | Helm 34

20.11.2017

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Lebenszyklus

Allokation und Gutschriften

► Sekundärmaterialien

► Nutzenergie

► Koppelprodukte

Koppelprodukte

► z.B. Hackschnitzel

→ Zuordnung von Aufwand und Umweltauswirkung bei der

Herstellung gem. ökonomischem Wert | anderem Wert (z.B.

Brennwert) zum Koppelprodukt und eigentlichem Produkt

Simon | Helm 35

Allokationsverfahren | Gutschriften


Lebenszyklus: Modul 1 Bauprodukte

Simon | Helm 36

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Lebenszyklus: Modul 2 Nutzung

Simon | Helm 37


Lebenszyklus: Modul 3 Nachnutzung

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20


Lebenszyklus

Simon | Helm 39


Lebenszyklus

Simon | Helm 40

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Bewertung der Umweltwirkung

Simon | Helm 41


Bewertung der Umweltwirkung

Simon | Helm 42

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

TragwerkDach-

eindeckung

Wand-/Deckenkonstr.,Stalleinrichtung

RegionalesHolz

t C

O2-Ä

qv.

Mio

. M

J

Primärenergiebedarf [Mio. MJ]

Treibhauspotenzial [t CO2-Äqv.]

Wo ist hier die Bodenplatte?

20.11.2017

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2.61 Mio. MJ 2.610.000 MJ

4.05 Mio. MJ 4.055.000 MJ

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


Mio

. M

J

Primärenergie






Differenz Modul 1

0.80 Mio. MJ | 16% 807.000 MJ


Modul 1 Bauprodukte 0.80 Mio. MJ

► geringerer Energieaufwand

Primärenergie

Modul 1 Bauprodukte

Primärenergie

Modul 1 Bauprodukte

4.26 Mio. MJ 4.261.000 MJ

5.06 Mio. MJ 5.068.000 MJ


2.61 Mio. MJ 2.610.000 MJ

4.05 Mio. MJ 4.055.000 MJ

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


Mio

. M

J

Primärenergie






Differenz

aus Modul 3 Nachnutzung

über energetische Verwertung

- 1.65 Mio. MJ - 1.651.000 MJ

Differenz

aus Modul 3 Nachnutzung

über Recyclingpotenzial

- 1.01 Mio. MJ - 1.012.000 MJ


Modul 1 Bauprodukte 0.80 Mio. MJ

► geringerer Energieaufwand

1.44 Mio. MJ = Heiz-Energie EFH für 20 Jahre

Differenz Modul 3

0.63 Mio. MJ | 37% 639.000 MJ

Modul 3 Nachnutzung 0.63 Mio. MJ

► höhere Gutschriften durch

energetische Verwertung

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0

50

100

150

200

250

300

350

400


t C

O2-Ä

qv.

Treibhauspotenzial

128,9 to CO2

335,5 to CO2 Differenz

206,6 to CO2 | 61%

Differenzen Treibhauspotenzial, u.a.:

► Holz * Modul 1 Bauprodukte - 124,89 to CO2

► Stahl * Modul 1 “ + 247,04 to CO2

► Holz * Modul 3 Nachnutzung + 96,37 to CO2

► Stahl * Modul 3 “ - 70,85 to CO2

* inkl. Dacheindeckung | Wände

► STB Modul 1 Bauprodukte + 143,36 to CO2

► STB Modul 3 Nachnutzung - 2,69 to CO2

ESP = Einsparpotenzial


Einführung

Holz

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