Mineralische Nebenprodukte und Abfälle

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Dorfstraße 51

D-16816 Nietwerder-Neuruppin

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Mineralische Nebenprodukte und Abfälle – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen –

ISBN: 978-3-944310-11-4

Erschienen: Juni 2014 Gebundene Ausgabe: 574 Seiten

mit zahlreichen farbigen Abbildungen

Preis: 50.00 EUR

Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 2 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen –

ISBN: 978-3-944310-21-3

Preis: 50.00 EUR

Herausgeber: Karl J. Thomé-Kozmiensky • Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

M M

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3 Karl J. Thomé-Kozmiensky

MINERALISCHE NEBENPRODUKTE UND ABFÄLLE 2

– Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen –

Karl J. Thomé-KozmienskyMineralische Nebenprodukte und Abfälle

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Bauabfälle

Techno-ökonomische Potentiale der Rückgewinnung von Rohstoffen aus dem Industrie- und

Gewerbegebäude-Bestand

Liselotte Schebek, Benjamin Schnitzer, Britta Miekley, Anna Dell, Antonia Köhn, Daniel Blesinger, Hans Joachim Linke, Andreas Lohmann, Christoph Motzko, Axel Seemann, Markus Huhn und Jan Wöltjen

1. Gebäudebestand – das Anthropogene Rohstofflager ...397

2. Das Forschungsprojekt PRRIG: Inhalte und Vorgehensweisen ...398

3. Ergebnisse aus der Untersuchung des Gebäudebestands im Rhein-Main-Gebiet ...400

3.1. Allgemeine Grundlagen ...400

3.2. Gebäudeuntersuchungen ...400

3.3. Ermittlung des regionalen Materiallagers eines Gebietes ...402

3.4. Materialflussmodell ...405

4. Diskussion und Ausblick ...407

5. Literatur ...407

1. Gebäudebestand – das Anthropogene Rohstofflager

Im Gebäudebestand der Bundesrepublik Deutschland lagern etwa 10,5 Milliarden Tonnen Materialien, davon etwa 106 Millionen Tonnen Metalle [18]. Die möglichst vollständige und hochwertige Rückgewinnung dieser Materialien beim Abbruch von Gebäuden ist sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch sinnvoll, werden damit doch primäre Rohstoffe ersetzt, die mit hohem Energieaufwand und unter Beanspruchung der natürlichen Umwelt gewonnen werden müssen. Das Konzept des Urban Mining betrachtet daher den Bestand der in Gebäuden enthaltenen Materialien als Lager für eine zukünftige Rohstoffgewinnung. In Bezug auf dieses Lager stellen sich prinzipiell die gleichen Anforderungen wie an natürliche Lagerstätten: die ökonomische Gewinnung der Rohstoffe setzt eine zielorientierte Erkundung voraus, um Informationen über Art, Menge und örtliche Verteilung der Rohstoffe zur Verfügung zu stellen. Im Fall des Bau- bereichs kommt noch eine weitere Anforderung hinzu: im Gegensatz zu natürlichen Lagerstätten werden Gebäude nicht aus dem Grund der Rohstoffgewinnung geplant abgebaut, sondern Nutzungszyklen, Renovierungs- und Abbruchaktivitäten werden ganz wesentlich durch die Entwicklung des Immobilienmarkts bestimmt.

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– Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen –

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Bauabfälle

Derzeit liegen sowohl über die Rohstoffgehalte als auch über die Dynamik des Bau- bestands nur relativ grobe, regional und zeitlich nicht aufgelöste Informationen vor.

Diese sind weder für die strategische Planung von Wertschöpfungsketten für Sekun- därrohstoffe ausreichend, noch bieten sie Immobilienbesitzern oder -entwicklern valide Informationen für die Optierung der Rückgewinnung von Rohstoffen bei Umbau oder Abbruch von Gebäuden.

2. Das Forschungsprojekt PRRIG: Inhalte und Vorgehensweisen

Das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsprojekt Techno-Ökonomische Potenziale der Rückgewinnung von Rohstof- fen aus dem Industrie- und Gewerbegebäude-Bestand (PRRIG) konzentrierte sich vor diesem Hintergrund darauf, empirische Informationen zu Lagern und Flüssen von Materialien aus dem Gebäudebereich bereitzustellen und bedarfsgerechte Planungs- hilfen und -instrumente zu entwickeln, um eine quantitativ und qualitativ optimierte Rohstoffnutzung zu fördern. Der Fokus lag auf Industrie- und Gewerbegebäuden, im Folgenden auch zusammenfassend als Nichtwohngebäude bezeichnet: Hierunter fällt eine große Vielfalt von Gebäuden, u.a. Bürogebäude, Bildungsgebäude, Lagerhallen, Produktions- und Werkstattgebäude, verkehrstechnische Gebäude usw. Sie alle weisen im Vergleich zu Wohngebäuden einen höheren Anteil technischer Gebäudeausrüstung auf, sowie deutlich kürzere Umlaufzeiten bis zu Umnutzung, Teil-Abbruch oder Rück- bau. Das schnellere Veraltet-Sein der Ursprungsbausubstanz ist bedingt durch nötige Anpassungen an den technischen Fortschritt und an Anforderungen der Gebäude- nutzer. Gleichzeitig bestehen im Nichtwohngebäudebereich größere Wissensdefizite bezüglich vorhandener Rohstoffe [1], [4] sowie geeigneten Handlungsstrategien zu deren Mobilisierung.

Das Projekt PRRIG wurde für die Region Frankfurt-Rhein-Main durchgeführt und beinhaltete Fallstudien mit Immobilienbesitzern und Kooperationen mit regionalen Akteuren. Die Projektregion umfasste das Gebiet des Regionalverbands Rhein-Main sowie das südlich angrenzende Gebiet des Landkreises Darmstadt-Dieburg mit der Stadt Darmstadt. Damit wurden einerseits die wirtschaftlichen Zusammenhänge des Rhein-Main-Gebiets abgebildet, andererseits fiel die Grenze der Projektregion mit der Landesgrenze des Bundeslandes Hessen zusammen. Letzteres vereinfacht die Nutzung von amtlichen Katasterdaten, die auf Länderebene zur Verfügung gestellt werden.

Zielsetzung war es, Methoden und Informationen bereitzustellen, um einerseits kon- krete Aussagen und Entwicklungen für die Metropolregion Rhein-Main mit einem hohen Anteil von Büro-, Gewerbe- und Industriegebäuden, andererseits allgemeine Planungshilfen und Handlungsempfehlungen für den Bereich des Urban Mining im Gebäudebestand abzuleiten.

Das Vorgehen im Projekt wird in Bild 1 dargestellt. Die wissenschaftlichen Arbeiten umfassten drei Schritte, in denen die Untersuchungsebenen des Gebäudes und der Region zunächst parallel analysiert und dann zusammengeführt wurden (Bild 1).

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Bauabfälle

• Die Untersuchung von Gebäuden basierte wesentlich auf der Vor-Ort-Aufnahme ausgewählter Nichtwohngebäude. Ergänzt wurden diese Untersuchungen durch die Auswertung von Literatur, Expertenwissen zur Entwicklung von Bauarten und Baukonstruktionen sowie durch die vertiefte Analyse von Gebäudekomponenten.

Als Ergebnis wurden spezifische Gehalte bestimmter Materialien bzw. Rohstoffe in Gebäuden ermittelt (Synthetische Gebäude – in Anlehnung an [17]).

• Die Analyse der räumlichen Ebene erfolgt unter Nutzung und Zusammenführung verschiedener Geodaten (amtliches Kataster und weitere regionale Geodatensätze).

Diese enthalten detaillierte Informationen auf der Ebene einzelner Gebäude. Die Auswertung erfolgte für ein kleineres Fallstudiengebiet flächendeckend nach Ge- bäudenutzung und Baualtersklasse unter Einordnung in eine zuvor für Nichtwohn- gebäude definierte Gebäudetypologie. Die Zusammenführung dieser räumlichen Charakterisierung mit den gebäudebezogenen Materialgehalten eröffnet die Mög- lichkeit eines flächendeckenden regionalen Rohstoffkatasters, welches im Projekt für ein Fallstudiengebiet realisiert wurde.

• Aufbauend auf der Ermittlung des gegenwärtigen Bestands an Materialien wurde mit Hilfe eines im Projekt entwickelten Materialflussmodells die Dynamik des Bestands untersucht. Dies erfolgte auf Basis von Szenarien zur Entwicklung des Immobilienmarktes in der Rhein-Main-Region in unterschiedlichen Bereichen des Nichtwohngebäudesektors; die entsprechenden Szenarien waren aus Interviews mit regional tätigen Experten aus der Immobilienbranche abgeleitet worden.

Bild 1: Vorgehen im Projekt PRRIG

1

2

3

• Schaffung einer empirischen Datengrundlage zu Bestand, Nutzungs- zyklen und Rohstoffgehalten von Nichtwohngebäuden mit Ableitung entsprechender Kenngrößen

• Bereitstellung eines regionalen Rohstoffkatasters für Frankfurt-Rhein-Main

• Modellierung zukünftiger (Roh-)Stoffströme und Lagerveränderungen für Szenarien der Entwicklung des Gewerbeimmobiliensektors

Operationalisierung der Erkenntnisse als Planungshilfen zur Steigerung der

Ressourceneffizienz für Gebäude- eigentümer und regionale oder lokale

Planungsinstitutionen

Ableitung spezifischer Handlungsoptionen für das Rhein-Main-Gebiet sowie

übertragbarer Erkenntnisse in Form eines Maßnahmenkatalogs

Gebäude

Region – statisch (Lager) Region – dynamisch

(Flüsse)

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Bauabfälle

Aus den wissenschaftlichen Erkenntnissen der obigen drei Schritte wurden Instrumente und Handlungshilfen für die Praxis abgeleitet, die auf die Gruppen der Immobilienbesitzer und der Planer zugeschnitten sind.

Im Folgenden werden vorrangig die Ergebnisse der Schritte 1 bis 3 dargestellt, da die weiteren Projektarbeiten zum Redaktionsschluss dieses Beitrags noch nicht vollständig abgeschlossen waren.

3. Ergebnisse aus der Untersuchung des Gebäudebestands im Rhein-Main-Gebiet

3.1. Allgemeine Grundlagen

Die Basis zur Ableitung übertragbarer Erkenntnisse zum Gebäudebestand war die Erarbeitung einer Gebäudetypologie. Gebäudetypologien existieren vor allem für Wohngebäude [IWU Typologie [8]], nur vereinzelt für Nichtwohngebäude, z.B. [1, 6, 9, 19]. Vorhandene Typologien wurden vorrangig zur energetischen Typisierung des Nichtwohngebäudesektors entwickelt und beschränkten sich daher auf beheizte Nicht- wohngebäude. Wesentliches Merkmal zur Charakterisierung ist die Funktion des Ge- bäudes und seiner Gebäudehülle aus energetischen Gesichtspunkten. Für die Arbeiten in PRRIG wurde die entsprechende Typologie aus [1] zu Grunde gelegt, um unbeheizte Gebäudetypen erweitert und für bestimmte Typen um eine detaillierte Untergliederung ergänzt.

Wichtig zur Charakterisierung von Gebäuden ist außerdem die Altersklasse. Auch hier beziehen sich entsprechende Untergliederungen vor allem auf die Entwicklung des Wohngebäudebestandes und orientieren sich über allgemeine Entwicklungen der Baukonstruktion insbesondere an den unterschiedlichen Phasen der energetischen Ausstattung von (Wohn-)Gebäuden (EnEV). Eine anerkannte Zusammenfassung von Baualtersklassen stellt die Definition des Instituts für Wohnen und Umwelt dar. Diese wurde zwar initial für Wohngebäude entworfen, lässt sich allerdings aufgrund ihrer Ori- entierung an historischen Ereignissen wie dem Zweiten Weltkrieg oder der Ölkrise in den 1970er Jahren sowie gesetzlichen Bauvorgaben auf diesen Anwendungsfall übertragen.

Für PRRIG wurden die entsprechenden Baualtersklassen übernommen.

Aus der Kombination von funktionalen Typen und Altersklassen ergibt sich eine Matrix mit insgesamt 96 verschiedenen Gebäudetypen, die für die Beschreibung des Gebäude- bestandes genutzt werden kann.

3.2. Gebäudeuntersuchungen

Zur Ermittlung der Rohstoffgehalte von Gebäuden wurden insgesamt 19 einzelne Nicht- wohngebäude aufgenommen. Die Gebäude, die allesamt in der Projektregion Frankfurt- Rhein-Main lagen, wurden nach ihren unterschiedlichen Nutzungen (von Bürogebäu- den bis hin zu ursprünglich für militärische Zwecke erbauten Objekten) und Baujahren aus den letzten über einhundert Jahren ausgewählt. Sie unterschieden sich in ihren Grundflächen ebenso wie im umbauten Raum. Eine weitere Variation mit deutlichem

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Bauabfälle

Einfluss auf Materialgehalte ist die Konstruktionsart. Jedes Gebäude wurde eingeordnet in die oben beschriebene Gebäudetypologie und zusätzlich klassifiziert hinsichtlich seiner Konstruktionsart und der Zusatzinformation, ob es sich um einen Hallen- oder einen Geschossbau handelt.

Die Bestandsaufnahme erfolgte auf Grundlage der Vorgehensweise nach [16], worin nach dem Fokus auf die zu gewinnenden Daten bzw. Informationen in die drei Kategorien der maßlichen, der technischen und der nutzungsbezogenen Bestandsaufnahme unterschieden wird. Die maßliche Bestandsaufnahme umfasst unter anderem die Erfassung der Längen-, Höhen- und Winkelmaße, die Kontrolle und ggf. die Aktualisierung von Bestandsplänen oder, sofern erforderlich, die Anfertigung neuer Bestandspläne, sowie das quantitative Dokumentieren des geometrischen Bestands. Im Unterschied dazu umfasst die technische Bestandsaufnahme die Identifikation der Komponenten von Gebäuden sowie die Erfassung der Konstruktionen und Materialien, Anlagen und deren Funktio-

nen nach Art und Zustand.

Die nutzungsbezogene Be- standsaufnahme dient der Erfassung der Nutzerdaten, darunter die Aufnahme von aktuellen und historischen Informationen über die Ge- bäudenutzung wie beispielsweise die Verbrauchsdaten von technischen Anlagen.

Mit dem Ziel einer men- genmäßigen Erfassung von Baumaterialien lagen die Untersuchungsschwerpunk- te in PRRIG hauptsächlich auf der technischen sowie der maßlichen Bestands- aufnahme.

Bild 2:

Informationsquellen zur Er- mittlung von Materialgehalten von Gebäuden und Methodik zu deren Analyse

Quelle: Rockel, E. 2015: Entwicklung eines Leitfadens zur Bestandsaufnahme, TU Darmstadt – Institut für Baubetrieb, Bachelorthesis, unveröffentlicht

EntstehungsphaseNutzungsphaseVerwertungsphase

Baustoffinput

Baustoffoutput Baustoffoutput

Bestand, Verbau

Dokumentation der In- bzw.

Outputs von Baustoffen

originäre Erfassung

• Gebäude

• techn. Anlagen

sekundäre Erfassung

• Bestandspläne

• Dokumentation

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Bauabfälle

Die Erfassungsmethodik umfasste die Analyse von Informationsquellen über das Ge- bäude, d.h. die Auswertung von Dokumenten über das zu untersuchende Gebäude und die Erfassung von Objekten im Gebäude selbst (Bild 2). Eine Aufnahme von Objekten unmittelbar aus dem Bestand eines Bauwerks wird als originäre Erfassung bezeichnet, wohingegen eine Aufnahme anhand vorhandener Bestandspläne oder Gebäudedoku- mentationen sekundäre Erfassung genannt wird.

Als Ergebnisse der Gebäudeuntersuchungen wurden zunächst die Gesamtmengen der im Gebäude enthaltenen Materialien für jede interessierende Materialart bzw. jeden Rohstoff ermittelt. Aus der Gesamtmenge der jeweiligen Materialien wurden sodann durch Bezug auf den Bruttorauminhalt (BRI) nach DIN 276 spezifische Kenngrößen – sog. Materialintensitäten – für die Materialgehalte von Gebäuden berechnet. Der BRI wurde für die entsprechenden Kenngrößen als geeignet angesehen; flächenbezogene Kenngrößen sind stark vom Gebäudetyp und der jeweiligen Geschosshöhe abhängig.

Erwartungsgemäß fanden sich die höchsten Werte der spezifischen Kennzahlen für die Materialien Beton, Ziegel und Stahl. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte hinsichtlich der Merkmale Bauart, Funktion, Altersklasse sowie Hallen- und Etagengebäude.

Dabei zeigten sich Tendenzen der Abhängigkeit von bestimmten Merkmalen: so weisen u.a. Hallengebäude tendenziell höhere Gehalte an Stahl sowie Holz auf, die aus den Konstruktionsmaterialien stammen. Im Vergleich hierzu zeichnen sich Etagengebäu- de durch Unterteilungen des Gebäudes mittels zusätzlicher Elemente wie Böden und Wänden aus, die vor allem aus mineralischer Bausubstanz bestehen. In Bezug auf die sonstigen Gebäudemerkmale wie Funktion und Alter ließen sich angesichts der kleinen Anzahl von Gebäuden innerhalb jeder Gruppe keine statistisch signifikanten Aussagen ableiten. Auffallend ist, dass die Unterschiede zwischen individuellen Gebäuden einer Gruppe hoch sein können. Dies weist darauf hin, dass die spezifischen Rahmenbedin- gungen von Funktion und Nutzung sehr wesentlich für den Aufbau eines Gebäudes und damit für seine Materialgehalte sein können.

Ein Vergleich mit anderen kürzlich publizierten Untersuchungen zu Nichtwohn- gebäuden [13] und [7] zeigt, dass die dortigen Ergebnisse mit dem Bereich der in PRRIG ermittelten spezifischen Materialgehalte grundsätzlich übereinstimmen. Die unmittelbare Zusammenführung von Werten verschiedener Studien ist derzeit jedoch nicht möglich, da andere Einteilungen für die Kategorisierung der Rohstoffe und der Gebäude verwendet wurden. Darüber hinaus wurde in anderen Studien z.T. ein Bezug von Rohstoffgehalten zur Nettogrundfläche und nicht zum BRI hergestellt.

3.3. Ermittlung des regionalen Materiallagers eines Gebietes

Die regionalen Untersuchungen erfolgten räumlich aufgelöst unter Nutzung des Amt- lichen Liegenschaftskatasterinformationssystems (ALKIS), das von der hessischen Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation (HVBG) zur Verfügung gestellt wird [12]. Die in ALKIS definierten Gebäudearten (AX_Gebäudefunktion) wurden mit der oben beschriebenen Typologie für Nichtwohngebäude abgeglichen und entsprechende Wertepaare zugeordnet. Darüber hinaus wurde die Flächennutzung

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Bauabfälle

aus ALKIS (AX_TatsächlicheNutzung) den Gebäudedatensätzen zugeordnet. Auf diese Weise können Geodatensätze generiert werden, die Informationen zu jedem einzelnen Gebäude enthalten und die Gebäudeart hinreichend detailliert beschreiben. Weiterhin wurden Informationen aus der RegioMap [14] zur historischen Siedlungsentwicklung des Rhein-Main-Gebietes mit den Gebäudedaten verschnitten, um damit die Alters- klassen der Gebäude zu integrieren. Zu berücksichtigen ist, dass die RegioMap den erstmaligen Bebauungszustand einer Siedlungsfläche erfasst, aber keine Informationen zu Rekonstruktion oder Renovierung von Gebäuden enthält. Folglich lässt sich eine sanierende (Wiederauf-)Bautätigkeit nicht ablesen, die erstmalige (Neu-)Bautätigkeit auf einer zuvor nicht bebauten Fläche hingegen sehr gut.

Die neueste Entwicklungsstufe von ALKIS enthält darüber hinaus ein 3D-Gebäude- modell (CityGML Level of Detail 1(LOD) [11]), das seit Mitte 2015 flächendeckend für Hessen vorliegt [5]. Mit diesem Datensatz wird es ermöglicht, das Bruttovolumen jedes Gebäudes zu berechnen (ab Erdoberfläche/ohne Unterkellerungen). Damit liegt erstmalig eine Datengrundlage vor, um Materialgehalte von Gebäuden auf Volumen und nicht auf die Grund- oder Nutzfläche bezogen abzuschätzen.

Zum Zeitpunkt der Durchführung des Projekts PRRIG (bzw. der Datenakquise) lagen die entsprechenden Datengrundlagen noch nicht flächendeckend für die Projektregion Frankfurt-Rhein-Main vor. Aus diesem Grund wurde ein kleineres Gebiet als Fallstudie identifiziert, für das entsprechende flächendeckende Daten vorlagen und an dem die Vorgehensweise der räumlichen Analyse exemplarisch durchgeführt werden konnte.

Das Gebiet der Fallstudie liegt im Osten der Stadt Frankfurt am Main und umfasst die Stadtteile Bergen Enkheim, Fechenheim, Seckbach, Riederwald, Ostend, Bornheim sowie das Gebiet der Stadt Maintal mit einer Gesamtfläche von etwa 70 km². Der östli- che Teil von Frankfurt am Main ist durch die Hanauer Landstraße, das Gebiet um den Osthafen sowie weitere vor etwa 100 Jahren entstandene Gewerbegebiete im Stadtteil Seckbach sehr stark industriell und gewerblich geprägt. Im Bereich der Stadt Maintal kommen Aspekte einer typischen Umlandgemeinde hinzu, welche vordergründig durch Wohnen geprägt ist, jedoch im Bereich der Nichtwohngebäude entsprechende Gewerbegebiete mit unterschiedlichster Nutzung (von Produktion bis Einzelhandel) vorweist. Insgesamt kann dieses für die Fallstudie ausgewählte Gebiet als typisch für Gebiete mit einem dynamischen Nichtwohngebäudesektor innerhalb der Projektregion Rhein-Main angesehen werden. Der Gebäudebestand des Fallstudiengebiets ist jedoch nicht repräsentativ für die Projektregion Frankfurt-Rhein-Main.

Die Ergebnisse dieser räumlichen Untersuchungen auf Basis der erweiterten ALKIS- Datengrundlage zeigt Bild 3. Dargestellt ist der Gesamtbestand der Nichtwohngebäude in m³ BRI nach den Kategorien der Nutzung und der Altersklasse der erarbeiteten Gebäudetypologie. Der Nichtwohngebäudebestand macht im Fallbeispiel etwa die Hälfte des BRI des insgesamt vorhandenen Gebäudebestands aus. Innerhalb der Nichtwohngebäude entfällt wiederum die Hälfte des Bestands auf die beiden Gebäudetypen Fabrik- und Werkstatt und Handel. Zusammen mit den Typen La- ger und Büro und Verwaltung tragen sie zu einem Großteil des gesamten BRI der Nichtwohngebäude bei.

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Bauabfälle

Die parallele Auswertung nach Anzahl der Gebäude innerhalb der jeweiligen Typen ergab, dass die genannten vier Typen jedoch weniger als die Hälfte der Zahl aller Nicht- wohngebäude vertreten. Dies zeigt, dass die Auswertung nach BRI sinnvoll ist, da sie die Größe der Gebäude berücksichtigt und damit den direkten Bezug zu Materialge- halten darstellt. Sowohl bei der Analyse nach BRI als auch nach Anzahl der Gebäude fällt auf, dass in der Klasse sonstige Nichtwohngebäude ein großer Anteil von Gebäuden aus Baujahren vor 1918 besteht. Dies sind vor allem kleinere Bauten, die früher als Werkstatt oder Schuppen sowie diversen Tätigkeiten in der Landwirtschaft o.ä. gedient haben dürften und bei denen sich vermutlich häufig Wohn- und Gewerbenutzungen überschneiden. Zudem sind viele Wohnnebengebäude wie Garagenanlagen in dieser Kategorie zu finden. Über diese Gebäude lassen die Katasterinformationen nur wenige Rückschlüsse auf die aktuelle Nutzung zu. Da dies einer detaillierteren Analyse auf Ba- sis weiterer Informationserhebungen (ggf. Vor-Ort-Vergleichen) bedarf, wurde dieser Gebäudetyp bei den weiteren Auswertungen zunächst vernachlässigt.

Bild 3: Statistische Auswertung der Gebäudetypen nach Baualtersklassen in der Fallstudien- region Frankfurt-Ost/Maintal – ohne: Wohngebäude, Gastgewerbegebäude und Bildungsgebäude

Datengrundlagen:

HVBG Hessen. Produktbeschreibung, 3D-Gebäudemodelle Hessen, 11. Dezember 2014

Regionalverband FrankfurtRheinMain. (2013). RegioMap – Historische Karte, Auszug Siedlungsentwicklung. Zugriff am 13.04.2015. Verfügbar unter http://region-frankfurt.de/Service/Geoportal

Bruttorauminhalt Mio. m³

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0

keine Date n bis 1918

1919-1948 1949-1957

1958-1968 1969-1978

1979-1994 1995-2001 2002+

9998 Sons

tige Nichtwohngebäude 1100

Land

wirtschaftliche Gebä ude 1000

Gebäude zur Ver- und En

tsorgun g 900 Sportan

lagen 800 Heilgebäude 700 Verkehrsgebäude 600 Bildu

ngs- un d Fors

chungsgebäud

e 500 Gastgewerbe

gebäu de 400 Lagerge

bäud e 300 Hande

lsgebäud e 200 Fabrik- un

d Werkstattge bäude 100 Büro- un

d Verwaltu ngsge

bäud e

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Bauabfälle

Auf Grundlage der dargestellten Auswertung zum BRI des Gebäudebestands nach Gebäudetypen und Baualtersklassen wurde ein Vorgehen entwickelt, um die Gesamt- mengen von Materialien in einem Untersuchungsgebiet zu bestimmen. Dies wurde im Projekt PRRIG exemplarisch für das Gebiet der Fallstudie vorgenommen. Dazu wurde zunächst eine Zuordnung der aus den Gebäudeuntersuchungen ermittelten spezifischen Materialgehalte nach den Hauptkomponenten der Konstruktion eines Gebäudetyps, z.B. Bürobauten, vorgenommen (Stahl, Mauerwerk, Beton, Holz). Für diesen Gebäu- detyp wurde auf Grundlage von Experten- und Literaturinformationen der Anteil der verschiedenen Konstruktionstypen in einer Altersklasse geschätzt. In Abhängigkeit von diesen Anteilen wurden durchschnittliche spezifische Materialkennwerte für jede Altersklasse gebildet. Diese spezifischen Materialkennwerte sind in Tabelle 1 beispielhaft für die Gruppe der Bürogebäude dargestellt. Die in kg je m³ BRI ausgewiesenen Werte können anschließend mit dem Wert des in einer Region vorhandenen BRI des entsprechenden Gebäudetyps pro Altersklasse multipliziert werden, um die Materialbestände im Untersuchungsgebiet zu berechnen. Die Ergebnisse können tabellarisch dargestellt werden, aber auch in Form von Karten räumlich abgebildet und hier beispielsweise auf Stadtteil- oder Baublockebene aggregiert ausgegeben werden.

Tabelle 1: Durchschnittliche spezifische Materialkennwerte für Bürogebäude

Verteilung der Konstruktionstypen Beispielhafte Durchschnittswerte der spezifischen Material- gehalte von Büro- und Verwaltungsgebäuden je Altersklasse

%/m³ kg/m³

Altersklasse SSB, MMM MBB, SHM, Fe- Kupfer Alu- Beton Mauer- Holz Glas andere SSL, SBM, SHL Metalle minium werk u.

SSM SBB Ziegel

bis 1918 5 75 10 (10) 23,64 0,24 0,22 161,12 119,44 1,61 1,93 2,28 1919 bis 1948 10 60 20 (10) 23,57 0,23 0,21 174,97 98,79 1,46 2,81 2,93 1949 bis 1957 10 70 20 0 26,21 0,26 0,24 191,33 114,35 1,65 2,92 3,11 1958 bis 1968 15 55 30 0 26,13 0,26 0,23 205,19 93,70 1,50 3,80 3,75 1969 bis 1978 15 35 50 0 26,25 0,23 0,20 207,37 64,03 1,33 4,59 4,12 1979 bis 1994 15 25 60 0 26,31 0,22 0,19 208,46 49,19 1,24 4,99 4,30 1995 bis 2001 15 20 65 0 26,34 0,22 0,18 209,00 41,77 1,20 5,18 4,39 2002 + 15 10 75 0 26,40 0,21 0,17 210,09 26,94 1,11 5,58 4,57

SSL: Skelettbau aus Stahl mit Ausfachung aus Leichtbauelementen, SSM: Skelettbau aus Stahl mit Ausfachung aus Mauerwerk MMM: Massivbau aus Mauerwerk, MBB: Massivbau aus Beton, SBM: Skelettbau aus Beton mit Ausfachung aus Mauerwerk SBB: Skelettbau aus Beton mit Ausfachung aus Beton, SHM: Skelettbau aus Holz mit Ausfachung aus Mauerwerk SHL: Skelettbau aus Holz mit Ausfachung aus Leichtbauelementen, SSB: Skelettbau aus Stahl mit Ausfachung aus Beton

3.4. Materialflussmodell

Mit dem im vorigen Abschnitt beschriebenen Vorgehen können die vorhandenen Materialbestände einer Region ermittelt werden. Diese stellen das Potential von Roh- stoffen dar, das in der Zukunft durch Abbruch freigesetzt wird. Für eine Betrachtung der daraus resultierenden Materialflüsse wurde im Projekt PRRIG ein dynamisches

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Bauabfälle

Materialflussmodell auf der konzeptionellen Grundlage von [10] entwickelt. Es gibt an, wie groß die BRI- und Rohstofflager zu verschiedenen Zeitpunkten sind sowie welche Inputs und Outputs von BRI und Rohstoffen dabei jeweils entstehen, d.h. welche Rohstoffarten und -mengen benötigt werden bzw. für die Rückgewinnung frei werden.

Die verwendete Struktur des Materialflussmodells ist in Bild 4 dargestellt.

Betrachtungs- ebene Rohstoffe Betrachtungs-

ebene BRI Szenarien Immobilien-

nachfrage

I^(BRI) O^(BRI)

I^(RS) O^(RS)

Szenarien Nutzungs- dauer

BRI-Lager M^(BRI)

M^(RS) Rohstoff-Lager Faktor Materialintensität

Bild 4:

Struktur des Materialfluss- modells

Das Materialflussmodell besteht aus zwei Betrachtungsebenen: dem Bauvolumen der betrachteten Region und des jeweiligen Gebäudetyps, ausgedrückt in m³ BRI, sowie darunter dargestellt den Rohstoffmassen, ausgedrückt in Mt. Die Verknüpfung dieser beiden Betrachtungsebenen geschieht durch Multiplikation des BRI mit den oben beschriebenen Materialkennwerten des entsprechenden Gebäudetyps.

Veränderungen im BRI-Lager M^(BRI) bzw. im Rohstoff-Lager M^(RS) entstehen durch die Veränderung des Gebäudebestands, welche in Form von Szenarien für die Entwick- lung des BRI für bestimmte Nutzungen (Büro usw.) vorgegeben wird. Die Szenarien zur Immobiliennachfrage schätzen den Zubau bzw. Input an BRI und Rohstoffen (I^(BRI)sowie I^(RS)) ab. Sie wurden mittels Experteninterviews und bereits erfolgten statistischen Erhebungen sowie aus der Statistik zur Baufertigstellung bestimmt. Hierzu wurden aus der Baufertigstellungsstatistik die absoluten Werte der Baufertigstellung für eine ausgewählte Region für das Jahr 2013 als Basis und Ausgangspunkt für die Prognose der zukünftigen Baufertigstellungen festgesetzt. Um die zukünftigen Werte prognostizieren zu können, wurde zum einen die Veränderung der Baufertigstellungen vergangener Jahre betrachtet, zum anderen wurden Experteninterviews durchgeführt, mittels derer Szenarien für die zukünftige Entwicklung erstellt wurden. Durch diese Szenarien, die bekannte Veränderung der Baufertigstellung vergangener Jahre sowie der weiteren Baufertigstellungsstatistik können die Werte der Baufertigstellung für einen bestimmten Zeitraum prognostiziert werden.

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Bauabfälle

Szenarien zur Nutzungsdauer der Gebäude bestimmen, welche Outputs an BRI bzw.

Rohstoffen (O^(BRI) sowie O^(RS)) aus den Lagern zu welchen Zeitpunkten durch Bauab- gänge freigesetzt werden. Um den Bauabgang zu bestimmen, wurde die Bauabgangs- statistik der vergangenen Jahre ausgewertet und mittels statistischer Analyse ein Trend des Bauabgangs berechnet. Hierzu wurde jede Baualtersklasse gesondert betrachtet, wodurch eine differenzierte Untersuchung des Bauabgangs [2] möglich wird. Der dadurch prognostizierte zukünftige Bauabgang kann ebenso wie die Baufertigstellung regionen-spezifisch ermittelt werden.

4. Diskussion und Ausblick

Im Rahmen des Forschungsvorhabens PRRIG wurde ein regionaler Ansatz für die Untersuchung von Materialgehalten des Nichtwohngebäudebestands entwickelt, der zwei Herangehensweisen vereint: die Bestandsaufnahme einzelner Gebäude und die räumliche Analyse. Die Zusammenführung auf Grundlage des Amtlichen Liegen- schaftskatasterinformationssystem ALKIS und von Gebäudetypologien für Nutzung und Altersklassen ermöglicht eine umfassende Kartierung der Materialbestände auf der regionalen Ebene.

Derzeit ist die Anwendung dieses Ansatzes noch eingeschränkt, da teilweise Informati- onen zum Gebäudebestand in ALKIS nicht flächendeckend oder detailgenau vorliegen.

Entsprechende Daten sind in in naher Zukunft zu erwarten (3D Gebäudemodell) um damit oder durch entsprechende weitere Geodatensätze vorhandene Lücken zu schlie- ßen. Insgesamt bietet das umfassende Datenmodell von ALKIS durch seine funktionelle Typologie umfangreiche Möglichkeiten, zukünftig weitere Informationsquellen über einzelne Gebäude, sowohl aus Literatur oder Expertenschätzung als auch aus neuen Da- tenquellen auf der Basis mobiler Geräte, zu ergänzen. Zusammen mit dem im Vorhaben entwickelten Materialflussmodell ermöglicht dies perspektivisch weitere Einblicke in das Materiallager des Gebäudesektors und seiner Dynamik, beispielsweise hinsichtlich Baustoffqualitäten oder Schadstoffen, die in Materialen bestimmter Bauperioden von Gebäuden zu finden sind. Entsprechende Erkenntnisse stellen Planungsgrundlagen für Unternehmen der Sekundärrohstoffwirtschaft und die Regionalplanung dar.

Unabhängig von der regionalen Betrachtung können die im Verbundprojekt PRRIG ermittelten spezifischen Materialgehalte genutzt werden. Dies erfolgt in PRRIG durch die Umsetzung in Form eines Planungstools für Immobilieneigentümer, mit dem die Einschätzung der Materialgehalte bestimmter Gebäudetypen unterstützt wird.

5. Literatur

[1] BMVBS & BBSR (Hrsg.): Typologie und Bestand beheizter Nichtwohngebäude in Deutschland.

BMVBS-Online-Publikation, Nr. 16/2011. Zugriff am 17.10.2014. Verfügbar unter http://www2.

ioer.de/recherche/pdf/2011_dirlich_bmvbs-online-publ16.pdf, 2011

[2] FDZ der Statistischen Ämter des Bundes und der Länder: Statistik des Bauabgangs, eigene Berechnungen, 2000 bis 2013

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Bauabfälle

[3] Gornig, M.; Görzing, B.; Hagedorn, H.; Steinke, H.; Kaiser, C.; Klarhöfer, K.: Strukturdaten zur Produktion und Beschäftigung im Baugewerbe – Berechnungen für das Jahr 2012. Hrsg.: Bun- desministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), BMVBS-Online-Publikation 15/2013

[4] Gruhler, K.; Böhm, R.: Ressourcenbezogene Kennwerte von Nichtwohngebäuden. Analyse und Aufarbeitung von Daten der Statistik Bauen und Wohnen (Reihe Wissenschaft, Bd. 30). Stuttgart:

Fraunhofer IRB Verl., 2011

[5] HVBG Hessen: Produktbeschreibung 3D-Gebäudemodelle Hessen, 2014

[6] Institut Wohnen und Umwelt (Hrsg.): Typologiegestützte Analyseinstrumente für die energeti- sche Bewertung bestehender Nichtwohngebäude. Zugriff am 09.01.2015. Verfügbar unter http://

www.iwu.de/forschung/energie/laufend/nichtwohngebaeudeanalyse, 2013

[7] Kleemann, F.; Lederer, J.; Aschenbrenner, P.; Rechberger, H.; Fellner, J.: A method for determin- ing buildings’ material composition prior to demolition. Building Research & Information, 44:1, 51-62, doi: 10.1080/09613218.2014.979029 (print version from 2016), 2014

[8] Loga, T.; Diefenbach, N.; Born, R.: Deutsche Gebäudetypologie: Beispielhafte Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von typischen Wohngebäuden. Darmstadt: Institut für Wohnen und Umwelt GmbH, 2011

[9] Loga, T.; Diefenbach, N.; Stein, B. (Hrsg.): Typology Approach for Building Stock Energy As- sessment. Main Results of the TABULA project. Final Project Report. Darmstadt, 2012 [10] Müller, D. B.: Stock dynamics for forecasting material flows – Case study for housing in The

Netherlands; Ecological Economics Volume 59, Issue 1, 2006, S. 142–156

[11] OGC 12-019 : OGC City Geography Markup Language (CityGML) Encoding Standard – Version 2.0.0, 2012

[12] OK ALKIS – HE V3.1. Objektartenkatalog ALKIS in Hessen – Version 3.1 auf der Basis der GeoInfoDok Version 6., Wiesbaden. Zugriff am 17.02.2015. Verfügbar unter http://www.hvbg.

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[13] Ortlepp, R.; Gruhler, K.; Schiller, G.: Material stocks in Germany‘s non-domestic buildings: a new quantification method, Building Research & Information. doi: 10.1080/09613218.2016.1112096, 2015

[14] Regionalverband FrankfurtRheinMain: RegioMap – Historische Karte, Auszug Siedlungsent- wicklung. Zugriff am 13.04.2015. Verfügbar unter http://region-frankfurt.de/Service/Geoportal, 2013

[15] Rockel, E.: Entwicklung eines Leitfadens zur Bestandsaufnahme, TU Darmstadt – Institut für Baubetrieb, Bachelorthesis, 2015, unveröffentlicht

[16] Schmitz, H.; Böhning, J.; Krings, E.: Konstruktionsempfehlungen – Altbaumodernisierung im Detail, Rudolf-Müller-Fachbücher, Köln, 1991

[17] Schwaiger, B.: Strukturelle und dynamische Modellierung von Gebäudebeständen. Dissertation, Universität Karlsruhe, 2002

[18] Umweltbundesamt: Schiller, G.; Deilmann, C.; Gruhler,K.; Röhm, P.: Ermittlung von Ressour- censchonungspotenzialen bei der Verwertung von Bauabfällen und Erarbeitung von Empfeh- lungen zu deren Nutzung, Texte Nr. 56/2010, UBA-FBNr: 001401, Förderkennzeichen: 3708 95 303, 2010 Umweltbundesamt

[19] Wischermann, S.; Wagner, H.-J.: Typisierung im Gebäudebereich als Planungswerkzeug zur Energie- und CO₂-Einsparung. 7. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, IEWT 2011

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 3 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-28-2 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2016

Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Sandra Peters, Ginette Teske, Janin Burbott-Seidel, Claudia Naumann-Deppe, Anne Kuhlo, Gabi Spiegel

Druck: Universal Medien GmbH, München

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