Der Kohlenstoff-Sweetspot

Zusammenfassung des Berichts: Angesichts der zunehmenden Bedeutung der Dekarbonisierung sehen sich Gebäudeeigentümer und -entwickler mit unzähligen Entscheidungen konfrontiert, wenn sie versuchen, ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Wert zu finden und die Ziele zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen auf sozialer und Unternehmensebene zu erreichen. Die Emissionen im Gebäudesektor lassen sich in erster Linie in die Kategorien "betriebliche" und "verkörperte" Kohlendioxidemissionen einteilen; zusammengenommen sind sie für fast 40 Prozent des weltweit in die Atmosphäre abgegebenen Kohlendioxids verantwortlich.

In diesem Bericht werden drei hypothetische Analysen von Gebäuden in unterschiedlichen geografischen und rechtlichen Kontexten vorgestellt: London, New York und Singapur. Diese Beispiele veranschaulichen, wie Entscheidungsträger in der Immobilienbranche die Kompromisse und Chancen nutzen können, die sich aus der Verringerung sowohl der verkörperten als auch der betrieblichen Kohlenstoffemissionen (zusammen als Lebenszyklusemissionen bezeichnet) ergeben.

Die Kompromisse sind besonders ausgeprägt bei Entscheidungen, die die Gebäudehülle betreffen. Komponenten der Gebäudehülle sind langlebig - mit einer Lebensdauer von in der Regel mehr als 25 Jahren - und gehören zu den teuersten aller Gebäudesysteme. Sie haben auch einen großen Einfluss auf die betrieblichen Kohlenstoffemissionen und den Energieverbrauch während der Lebensdauer eines Gebäudes, da sie sowohl die Heiz- und Kühllasten regulieren als auch die fortschrittlichen mechanischen Systeme ermöglichen, die für Effizienz und Elektrifizierung erforderlich sind.

Basierend auf den Ergebnissen der drei Projektanalysen und Gesprächen mit führenden Entwicklern und Branchenexperten hebt dieser Bericht die kritischen Designentscheidungen hervor, die sich auf die Gebäudefassade auswirken, und bietet einen Rahmen für die Betrachtung der gesamten Kohlenstoffemissionen über die Lebensdauer einer Gebäudeinvestition. Letztendlich wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem Entscheidungsträger die "Sweet Spots" für den Kohlenstoffausstoß ihrer Gebäude über den gesamten Lebenszyklus hinweg ermitteln können.

Drei Gebäude, drei Kontexte

Die drei für diesen Bericht untersuchten Gebäude bieten einen Einblick in eine Vielzahl von architektonischen Designentscheidungen, Klimakontexten, Netzkohlenstoffintensitäten und Nutzungsarten.

• One Crown Place in Hackney, London, wurde ausgewählt, um die Auswirkungen von Glasflächen und Wandisolierung auf ein Wohngebäude in einem milden Klima zu untersuchen, in dem der Strom für Heizung und Kühlung bereits geringe Kohlenstoffemissionen verursacht.
• Der Büroturm One Vanderbilt in New York City bot die Gelegenheit, die Wirkung von Aluminiumrahmen und Doppel- oder Dreifachverglasung in einem Klima mit mäßig kalten Wintern und heißen Sommern sowie einem kohlenstoffintensiven Stromnetz zu untersuchen, das bald dekarbonisiert werden soll.
• Das 18 Robinson-Gebäude ist ein Hochhaus mit gemischter Nutzung, das im heißen Äquatorialklima von Singapur liegt. Sie diente als Grundlage für die Untersuchung der Auswirkungen feststehender Beschattungselemente auf den Kohlenstoffgehalt während des gesamten Lebenszyklus in einem kühlen Klima, in dem Baumaterialien in der Regel über große Entfernungen beschafft werden.

Beispiel einer hypothetischen Analyse, die für das Projekt One Crown Place in London durchgeführt wurde.

Beispiel für Tradeoffs

Beispiele für einige dieser Kompromisse sind die folgenden:

• Thermische Leistung im Vergleich zu "Embodied Carbon": Die Steigerung der Energieeffizienz bei betrieblichen Aspekten (Heizung, Kühlung, Beleuchtung) erfordert manchmal den Einsatz von mehr Material oder von Material mit einem höheren "Embodied Carbon"-Gehalt. So kann zum Beispiel eine dickere Wand- oder Dachisolierung im Voraus einen höheren "embodied carbon footprint" haben, aber aufgrund der Vorteile der Energieeffizienz über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes zu geringeren Netto-Kohlenstoffemissionen führen. Die Einhaltung lokaler Vorschriften oder Gebäudestandards, die Anforderungen an die Energieeffizienz oder die betrieblichen Kohlenstoffemissionen stellen können, spielt bei dieser Entscheidung ebenfalls eine Rolle.
• Technologischer Fortschritt: Investitionen in fortschrittliche, energieeffiziente Technologien wie Dreifach- oder Vierfachverglasung von Fenstern können den Kohlenstoffausstoß im Betrieb reduzieren. Für die zusätzlichen Glasschichten wird jedoch viel mehr Material benötigt, was zu einem höheren "embodied carbon footprint" führt. Neuere oder einzigartige Technologien können auch Herstellungsverfahren mit höherem gebundenem Kohlenstoff beinhalten oder lokal nicht verfügbar sein, was die transportbedingten Kohlenstoffkosten erhöht.
• Kohlenstoffarme Materialwahl: Bei der Planung einer hochleistungsfähigen Gebäudehülle kann die Wahl von Materialien mit geringeren Emissionen in der Produktphase (A1 bis A3) oder mit einer längeren Lebensdauer den Zielkonflikt zwischen Investitionen in den gebundenen Kohlenstoff und Kohlenstoffeinsparungen im Betrieb verringern. Manchmal kann die Wahl dieser Materialien zu höheren Vorlaufkosten führen oder Änderungen im traditionellen Planungs- und Bauprozess mit sich bringen; häufig sind jedoch kostenmäßig vergleichbare Optionen verfügbar, und Architekten und Generalunternehmer können die Materialien bei entsprechender Planung oft einbeziehen.
• Renovierung und Nachrüstung: Die Wiederverwendung bestehender Strukturen kann den "embodied carbon" erheblich reduzieren, indem der "embodied carbon" vermieden wird, der mit den strukturellen Komponenten des Gebäudes wie Beton und Stahl verbunden ist. Die Renovierung älterer Gebäude kann jedoch Investitionen in neue, effizientere Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme (HVAC) und bauliche Modernisierungen erfordern, um die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern und die gesetzlichen und betrieblichen Energieanforderungen zu erfüllen.
• Fenster-zu-Wand-Verhältnis: Es ist allgemein bekannt, dass das Fenster-zu-Wand-Verhältnis einen großen Einfluss auf die Betriebsemissionen hat, da die thermische Leistung von Verglasungen im Vergleich zu Wandkonstruktionen geringer ist. Daher wird in den meisten Fällen ein WWR von weniger als 40 Prozent empfohlen. Abhängig von den Materialien und Mengen in beiden Baugruppen können die verkörperten Emissionen der Wand jedoch deutlich höher sein als die der Fenster, wie es bei den meisten Vorhangfassadensystemen der Fall ist. In solchen Fällen entspricht ein niedrigerer WWR nicht unbedingt niedrigeren Gesamtemissionen über den Lebenszyklus.

Ein ganzheitliches Verständnis dieser Kompromisse erfordert eine umfassende Analyse des spezifischen Kontexts, der Projektziele und der lokalen Bedingungen und ist eine Voraussetzung für fundierte Entscheidungen, die mit den Projektzielen übereinstimmen. Das Gleichgewicht zwischen verkörperten und betriebsbedingten Kohlenstoffemissionen ist ein entscheidender Aspekt, wenn es darum geht, den größten Gebäudewert mit den geringsten Umweltauswirkungen zu erzielen.

Wichtigste Erkenntnisse

Die Analyse ergab, dass Bauherren, die die Auswirkungen ihrer Gebäude auf den Kohlenstoffgehalt berücksichtigen, Strategien zur Kohlenstoffreduzierung (wie z. B. dreifach verglaste Fenster oder Außenbeschattungen) sorgfältig planen müssen, um den gesamten Kohlenstoffgehalt im Lebenszyklus zu optimieren. Insbesondere die folgenden Lehren, die aus den analysierten Gebäuden gezogen wurden, bieten Beispiele dafür, wie man den "Sweet Spot" für Kohlenstoff finden kann:

• Kohlenstoffanalysen sollten sowohl den betrieblichen als auch den verkörperten Kohlenstoff berücksichtigen, um eine maximale Wirkung zu erzielen. Das Verständnis der Kompromisse zwischen Betrieb und gebundenem Kohlenstoff kann die Gebäudeleistung verbessern und das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis bieten.
• Die Menge der Verglasung an der Fassade eines Gebäudes hat einen erheblichen Einfluss sowohl auf die verkörperten als auch auf die betrieblichen Kohlenstoffemissionen. Die strategische Planung der Platzierung von Verglasungsflächen zur Minimierung ihres Umfangs und zur Optimierung des Designs im Hinblick auf niedrige Kohlenstoffemissionen ist von entscheidender Bedeutung.
• Eine Dreifachverglasung sollte sorgfältig geprüft werden. Sie kann zu mehr verkörperten Emissionen beitragen, als sie an betrieblichen Emissionen einspart.
• Die Erhöhung der Wanddämmung wirkt sich nur geringfügig auf die Gesamtkohlenstoffemissionen aus, wenn man von den standardmäßigen Mindestanforderungen ausgeht.
• Geringere Breiten von Vorhangfassadenmodulen können die gesamten Kohlenstoffemissionen erhöhen. Größere Module können diese Auswirkungen verringern.
• Beschattungsanlagen können die gesamten Kohlenstoffemissionen erhöhen, aber die Spitzenlasten erheblich reduzieren. Wenn Außenbeschattungen verwendet werden, sollten sie strategisch so geplant werden, dass die Betriebsemissionen bei geringerem Materialeinsatz optimal reduziert werden.
• Das Verständnis der Auswirkungen lokaler Brennstoffquellen und der Dekarbonisierungspolitik ist der Schlüssel zum Umgang mit Kohlenstoffkonflikten. Lokale Zielvorgaben für die Sauberkeit der Netze und Regeln für die Gebäudeleistung können die betrieblichen Kohlenstoffemissionen während der Nutzungsdauer eines Gebäudes erheblich beeinflussen und sich darauf auswirken, wie viel ein Bauherr in den gebundenen Kohlenstoff investieren sollte, um betriebliche Einsparungen zu erzielen.
• Die Verringerung der Kohlenstoffauswirkungen von Materialien durch eine auf Langlebigkeit ausgerichtete Bauweise, die Wahl recycelbarer Materialien und die Berücksichtigung der Wiederverwendung von Gebäuden können die Kohlenstoffeinsparungen eines Materials im Betrieb optimal ausnutzen. Ein Gebäude, das flexibel für künftige Nutzungen und langlebig gebaut ist, maximiert seine Investition in den gebundenen Kohlenstoff durch Erhöhung des Lebenszykluswertes.

Lesen Sie den vollständigen Bericht, um mehr zu erfahren!