Für Klimaschutz und Nachhaltigkeit spielen die Gebäude eine große Rolle, denn sie sind weltweit für 35% des Energieverbrauchs verantwortlich¹⁾ . Die durch sie verursachten Kohlendioxid-Emissionen steigen sogar weiter, um ca. 1% pro Jahr laut der Internationalen Energieagentur²⁾ .

Es ist daher entscheidend, ob und vor allem wie Gebäude gebaut oder saniert werden. In den Diskussionen werden dabei zunehmend die „graue Energie“³⁾ bzw. der „CO₂- Rucksack“ ⁴⁾ betont, während die Frage der Betriebsenergie – Netto-Null und Zero-Emission, Plusenergie - in den Hintergrund gedrängt wird. Mit den Arbeitskreisen AK58 und AK60 haben wir die Thematik erneut⁵⁾ unter den heutigen und künftigen Randbedingungen aufgenommen und eine systematische Klärung viele Fragen erarbeitet. Hier stellen wir einige wichtige Ergebnisse zusammen: Die vollen Beiträge sind in den Protokollbänden zu finden Protokollband 58: Lebenszyklus.

Für das Erreichen der Ziele der Energie- und Wärmewende sind vor allem die bestehenden Gebäude entscheidend. Diese weisen in den industrialisierten Ländern im Norden hohe Heizwärmebedarfswerte und -Lasten aus; es sind inkl. Klimatisierung (betrifft vor allem den globalen Süden) rund 30% des gegenwärtigen gesamten Endenergiebedarfs und daher der höchste einzelne Beitrag überhaupt. Reduzieren lassen sich diese hohen Bedarfswerte vor allem durch nachträglichen Wärmeschutz. Das Passivhaus Institut hat dafür eine Reihe von Werkzeugen bereitgestellt, von denen der EnerPHit-Sanierungsplan und das Beratungsprogramm ENBIL die wichtigsten sind.
Weit verbreitet ist derzeit die Vorstellung, dass der Energiebedarf und die vorgelagerte CO₂-Emission der Modernisierung von so großer Bedeutung wären, dass ein verbesserter Wärmeschutz kaum zum Klimaschutz beitragen würde. Dies zu klären, war u.a. die Aufgabe dieser Arbeitskreise.

Für fachgerechte Entscheidungen ist immer ein Vergleich alternativer Vorgehenswege notwendig: Gibt es z.B. eine Variante mit einem gesamten Betriebsenergieaufwand nahe Null (also „ein Nullenergiehaus“), so ist für diese das Ziel in der Betriebsphase vollständig erreicht - aus Sicht der ökologisch relevanten Maßstäbe ist die Betriebsphase dann unbedeutend. Das erlaubt aber keinesfalls die Bewertung, dass es nur auf die Herstellungsaufwendungen ankäme – denn ohne die Maßnahmen wäre das Ziel „Nullenergie“ gar nicht erst erreicht worden. Die Herstellungsaufwendungen müssen vielmehr immer in Relation zu den damit bewirkten Einsparungen bewertet werden und nicht in Bezug auf den noch verbleibenden Restverbrauch in der Betriebsphase⁶⁾ . Methodisch am einfachsten und in der Darstellung am transparentesten erfolgt dies, indem für verschiedene Ausführungsvarianten die jeweiligen gesamten Belastungen über den Lebenszyklus aufaddiert und so die Varianten vollständig verglichen werden.

Als entscheidende Messlatten für die Bewertung und den Vergleich stellen sich dabei heraus:

1. Die „erneuerbare Primärenergie“ (PEr)⁷⁾ : das ist die (ausschließlich) erneuerbare Energie, die aufgebracht werden muss für einen Anwendungszweck (z.B. Heizen): In Abhängigkeit von den verwendeten Energieträgern und unter Berücksichtigung evtl. Speicherverluste und weiterer Verluste. Sie ist das Maß für den Aufwand in einer erneuerbaren Zukunft⁸⁾ .
2. Das „Global Warming Potential“ (GWP gemessen in CO_2eq), als Maß für die Klimawirkung. Denn: In der Übergangszeit bis zur vollständigen erneuerbaren Deckung werden weiterhin, in hoffentlich stetig reduzierten Ausmaß, fossile Energieträger verbrannt.

Dieser umfasst einerseits die Belastung aus den Vorketten der eingesetzten Materialien: Die Hersteller liefern die Kenngrößen (Primärenergie und GWP) „von der Wiege bis zum Werkstor (entspr. A1…A3 nach EN 15978)“ in den EPDs. Diese Werte sind in der Regel zuverlässig, für Holzprodukte ist allerdings eine einfache Korrektur (s.u.) erforderlich.

Andererseits sind gerade bei bestehenden Gebäuden dominant die während der Betriebsphase aufgewendeten Primärenergie- und GWP-Werte des Jahresheiz- und Kühlbetriebs, multipliziert mit der Nutzungsdauer des Gebäudes. Diese Werte erhält man am leichtesten direkt aus der Energiebilanz⁹⁾.

Als dritter Beitrag wird hier der Abriss bis zum Abtransport gezählt. Insbesondere bei Beton-Konstruktionen benötigt dies in der Wahrnehmung „viel“ Energie, weil dabei leistungsstarke Maschinen eingesetzt werden. Im Vergleich zu den rund 500 bis 700 kWh/m³ Herstellungs-Primärenergie sind dies aber objektiv nur sehr geringe Aufwendungen. Selbst wenn hierbei Bauteile mit z.B. nur 40 a Nutzungsdauer betroffen sind, resultiert daraus letztlich nur ein Beitrag von unter 0,25 kWh/(m²a) selbst bei Massivbauten.

Die Nachnutzung kann und muss gesondert nach der erfolgten Nutzung für einen dann bekannten konkreten Verwendungszweck bilanziert werden. In der Diskussion stehen hier Vorgänge, die im Normalablauf frühestens in 40 Jahren stattfinden. Es ist ausgeschlossen, dass wir heute bereits feststellen oder gar festlegen können, was zu solchen Zeitpunkten mit einer betroffenen Konstruktion geschieht¹⁰⁾.

Bei der heute gegebenen Neubauaktivität in Deutschland ist es keinesfalls so, dass zusätzlicher Neubau von was auch immer den Klimaschutz verbessert¹¹⁾. In aller Regel aber erhöht ein Neubau auch heute die Gesamtemissionen, nur vereinzelt kann ein neu erstelltes Objekt die Emissionen verringern und dann nur in geringem Umfang. Selbst dann ist es in aller Regel günstiger, ein Bestandsgebäude minimalinvasiv auf ein gutes Energieeffizienz-Niveau¹²⁾ zu modernisieren – die erzielten Klimagas-Emissions-Entlastungen sind dabei meist deutlich höher. In AkkP 60 haben wir gezeigt, dass ein Netto-Null- oder geringfügig-negativ-Emissionsgebäude mit gewissem Aufwand heute zwar realisierbar ist, aber dennoch nicht nennenswert andere Emissionen kompensieren kann. Sorgfältig geplant, sowohl bzgl. Herstellungsenergie als auch bzgl. des Betriebsenergiebedarfs ist deswegen nicht grundsätzlich jeder Neubau 'verboten'¹³⁾.

Zukunftsfähige Systeme für die Raumheizung sind ausschließlich Wärmepumpen oder nachhaltige Fernwärme¹⁴⁾. Für Wärmepumpen-Strom ergeben sich 198 g_CO2 /kWh_el im Mittel der kommenden 40 Jahre¹⁵⁾ , das macht die WP etwa zwei- bis dreimal besser als Erdgas-Heizung¹⁶⁾ . Darüber hinaus bietet die Wärmepumpe das gut gesicherte Potential für eine in weiterer Zukunft nahezu vollständige Reduktion der Klimagase durch den notwendig erfolgenden Ausbau der nicht-fossilen Stromversorgung.

Für die ausgeführten Wärmeschutzmaßnahmen wurde bestätigt, dass auch für die Lebenszyklusbilanz das übergeordnete Leitprinzip: “Wenn schon, denn schon” seine uneingeschränkte Gültigkeit behält. Der zusätzliche Aufwand für die jeweils wärmetechnisch verbesserte Maßnahme (wärmebrückenarm, luftdicht und ein U-Wert von 0,15 bis 0,2 W/(m²K)) gegenüber mäßig wirksamen Maßnahmen ist in der Ausführung gering. Das gilt sowohl für den Materialaufwand, also auch für die verbundenen energetischen Vorleistungen und die dadurch ausgelösten Emissionen. Mit diesem Leitprinzip gelingt es, die üblicherweise erreichten reduzierten Verbrauchswerte noch einmal zu halbieren, regelmäßig, ohne dazu bedeutend mehr Herstellungsaufwand zu erzeugen – weder kostenseitig noch in Bezug auf Energievorleistungen oder klimarelevante Aufwendungen.

Heute (2024) wird meist das gesamte CO₂-Äquivalent des Kohlenstoffgehalts nachwachsender Rohstoffe als CO₂-Gutschrift (quasi eine dauerhafte „Sequestrierung des Kohlenstoffs im Gebäude“) gerechnet; eine solche Annahme des vollen Kohlenstoffdioxid-Äquivalentes für Materialien ist aber nur korrekt, wenn das Material

• entweder als Beiprodukt laufender Wirtschaftsprozesse ohnehin anfällt und sonst bei nicht erfolgender stofflicher Verwertung in aller Regel verbrannt wird (wie z.B. Zellulosedämmung aus Altpapier oder OSSB-Platten aus Reisstroh in China)
• in Alternative zu einem vollständigen Klimagas-Freisetzungsprozess als Material verwendet wird (z.B. auf Grünland gewonnene Gras-Faser-Wärmedämmung).

Daher schlagen wir vor, für aus Stroh, Gras und Altpapier gefertigte Komponenten je Masse verwendeten Materials weiterhin die volle kalorische CO₂-Sequestrierung anzusetzen¹⁷⁾.

Anders steht es allerdings bei aus Holz gefertigten Produkten: Da in der gegenwärtig praktizierten Form der Waldwirtschaft Bäume in einer Phase mit immer noch hoher Photosynthese-Aktivität gefällt werden, reduziert sich der Aufbau des Kohlenstoff-Speichers im Wald durch die Entnahme. Nach überwiegender Auffassung aller Fachautoren nicht im vollen Ausmaß des Kohlenstoffinhalts im Produkt, dennoch muss die Nettozunahme der Sequestrierung um den Betrag der reduzierten Photosyntheseleistung korrigiert werden. Wir konnten aus vorliegenden Publikationen zu Waldleistungen in entwickelten Ländern, mit verschiedenen Waldtypen und (überwiegend gemäßigten) Klimata die ansetzbare Sequestrierungsleistung für aus Holz gefertigte Produkte zu

0,74 kg CO₂ je kg Holz im Produkt

bestimmen. Die so erhaltenen Werte weisen eine auf etwa 34% gesicherte Genauigkeit¹⁸⁾ auf.

In der Abbildung sind Ergebnisse für die gesamte erneuerbare Primärenergie PEr (linke Achse) und das gesamte GWP (rechte Achse) einer typischen Außenwand im Bestand dargestellt. Dazu wurden die Nutzungsdauern jeder Einzelschicht berücksichtigt und über den gesamten Lebenszyklus integriert, zur besseren Vergleichbarkeit dann durch den Betrachtungszeitraum geteilt um mittlere jährliche Emissionswerte zu erhalten.

Als entscheidende Aussagen ergeben sich:

• Weit außerhalb des Nachhaltigkeitsfeldes liegt die ungedämmte Konstruktion (auch unter Einsatz einer Wärmepumpe) mit Emissionswerten, die um mehr als einen Faktor 4 über dem für Gebäude nachhaltig verfügbaren Budget (s. AkkP 58, hier als hellgrünes Band dargestellt) liegen.
• Alle aufgeführten Dämmmaßnahmen verbessern die Situation erheblich, nicht alle führen aber auch in das Nachhaltigkeitsfeld.
• Alle ausreichend gut ausgeführten Dämmmaßnahmen (d.h. wärmebrückenfrei und ausreichend stark) erfüllen das Nachhaltigkeitskriterium und reduzieren die äquivalenten CO₂-Emissionen im Lebenszyklus um mehr als 80%; mit der einzigen Ausnahme des WdVS mit Mineralfaserplatten hoher Rohdichte (Aufbau Nr.9), dieser Aufbau ist dem Brandschutz geschuldet, bietet aber immer noch rund 74% Reduktion. Auch alle Wärmedämmverbundsysteme mit mehr als 120 mm Dämmstärke fallen (bis auf die wegen des Brandschutzes bei Hochhäusern unverzichtbare Mineralwolle) in das Nachhaltigkeitsfeld. Illustriert wird dies am Beispiel des WdVS mit grauen EPS-Dämmplatten, Säulen 2 bis 8. Die empfohlene Dämmstärke liegt hier bei 200 mm (grüner Pfeil), dabei werden im Lebenszyklus netto (unter Einbeziehung der Herstellung) 85% der Emissionen eingespart, das sind nochmal 7 Prozentpunkte mehr als bei den vielfach ‚üblichen‘ 10 cm.
• Die aus der Herstellungs-Vorkette stammenden Aufwendungen (im Diagramm für PEr grün dargestellt, ganz unten) sind nur bei hohen Dämmstärken erkennbar, sie betragen z.B. bei der empfohlenen Dämmstärke von 200 mm 0,39 kg/(m²a) oder 5% der ursprünglichen Lebenszyklus-Emissionen der nicht gedämmten Wand. Die Amortisationszeit für das GWP beträgt hier bei Wärmepumpenheizung etwa 2 Jahre¹⁹⁾ .
• Die vermiedenen Emissionen im Betrieb des Gebäudes erweisen sich als die mit Abstand dominante Größe bei allen Varianten. Für jede Konstruktionsart gilt „wenn schon, denn schon“ für die Wahl der Dämmdicke.
• Noch einmal besser schneiden Vorhangfassaden mit Einblasdämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen ab. Auch hier muss selbstverständlich auf ausreichende Dämmstärke geachtet werden: Die U-Werte müssen dabei unter 0,25 W/(m²K) gehalten werden, um in den Nachhaltigkeitsbereich zu kommen. Empfehlenswert sind auch hier Ziel-U-Werte unter 0,18 W/(m²K), mit solchen Werten sind dann in einigen Fällen sogar bilanzielle Nullemissionen erreichbar.

Abbildung: Lebenszyklusbilanz für PEr (linke Achse in kWh/(m²a) ) und GWP (rechte Achse in kg_CO2eq /(m²a), schwarze Punkte im Diagramm) für Varianten des Außenwandaufbaus ausgehend von einer klassischen 24 cm-Hochlochziegelwand (ganz links). Die Referenzperiode beträgt hier 40 Jahre. Quelle: [AkkP 58].

Die Schlussfolgerungen für Fenster (Verglasung und Rahmen), Lüftungswärmerückgewinnung und die übrige Gebäudetechnik werden in [AkkP 60] diskutiert. Es stellt sich in allen Fällen heraus, dass die Empfehlungen gemäß EnerPHit immer zu Ergebnissen führen, die unter die Nachhaltigkeitsgrenze fallen und somit eine dauerhaft beständige Lösung bieten. Entscheidend für die Umsetzung ist dann vor allem, dass es kostengünstige Ausführungsvarianten für die EnerPHit-Lösungen gibt. Diese zu projektieren und in die Praxis umzusetzen ist daher die Hauptaufgabe für das Erreichen nachhaltiger Lösungen im Gebäudebestand²⁰⁾ .

[AkkP 58] Arbeitskreis kostengünstige Passivhäuser: Energieeffizienz & CO₂-Emissionen im Lebenszyklus, Darmstadt 2024, zum kostenlosen Download verfügbar siehe Protokollband 58: Lebenszyklus