Afbeelding: © Clipart Collectors - stock.adobe.com
De levenscyclusanalysemethode biedt een basis voor duurzame planning en evaluatie van de milieueffecten van een gebouw om deze invloedsfactoren en het energieverbruik van het gebouw tijdens gebruik te beoordelen. Dit document presenteert de basisprincipes van levenscyclusanalyse op nationaal niveau en geeft informatie over hoe met name technische ambachten de levenscyclusanalyse van een gebouw kunnen beïnvloeden (zie Fig. 1).
Wat is de reikwijdte van de levenscyclusanalyse van een gebouw en welke termen zijn relevant?
Levenscyclusanalyse (LCA) is een hulpmiddel om de milieueffecten van een gebouw over een bepaalde periode te berekenen. Het energieverbruik van een gebouw en de daaruit voortvloeiende emissies worden enerzijds veroorzaakt door alle bouwmaterialen die in het gebouw worden gebruikt en anderzijds door de energie die nodig is voor verwarming, ventilatie, koeling en verlichting tijdens het gebruik van het gebouw. Figuur 2 toont de cyclus van materialen en daarmee de reikwijdte van een gebouw in een levenscyclusanalyse.
Om eindige materiaalbronnen te behouden en een kleine CO2-voetafdruk (ecobalans) voor het gebouw te bereiken, moet er in het bijzonder op worden gelet dat de gebruikte materialen en onderdelen aan het einde van de levensduur van het gebouw gemakkelijk kunnen worden ontmanteld en dat ze ongemengd en arm aan vervuilende stoffen zijn. Dit zorgt ervoor dat ze opnieuw in de materiaalcyclus kunnen worden opgenomen en indien mogelijk hergebruikt kunnen worden zonder devaluatie (hergebruik) of met minimale devaluatie (recycling) en met zo min mogelijk afval. Materialen die niet kunnen worden gerecycled, verlaten de cyclus op dit punt en komen terecht op stortplaatsen of thermische recycling vanwege een gebrek aan technische knowhow en economische haalbaarheid.
De levenscyclusfasen van een gebouw waarmee rekening wordt gehouden in een levenscyclusbeoordeling zijn vastgelegd in de DIN EN 15978. Volgens een uittreksel uit deze norm worden de productiefase (A1 - A3), de bouwfase (A4 - A5), de operationele fase (B1 - B7), de verwijderingsfase (C1 - C4) en het potentieel voor hergebruik, terugwinning en recycling (D) meegenomen in de levenscyclusbeoordeling (zie afb. 3).
Welke milieu-indicatoren worden beoordeeld en waar komen de gegevens vandaan?
De levenscyclusanalyse evalueert de milieueffecten van een gebouw in termen van emissies. De evaluatie maakt onderscheid tussen de wereldwijde milieueffecten en het wereldwijde gebruik van eindige hulpbronnen (zie tabellen 1 en 2). De overzichtstabellen geven een korte uitleg van de milieu-indicatoren die gewoonlijk worden geëvalueerd in een levenscyclusanalyse en hoe ze worden beïnvloed.
Idealiter worden de belangrijkste gegevens die nodig zijn voor de beoordeling door de fabrikanten van de bouwproducten geleverd in milieuproductverklaringen (EPD's). De EPD's op basis van EN 15804 verschaffen vergelijkbare informatie over de milieuprestaties van producten, die ten minste worden geproduceerd in overeenstemming met de milieu-indicatoren die zijn gedefinieerd in de tabellen 1 en 2 en de fasen die zijn weergegeven in afbeelding 3 (zie het voorbeeldfragment uit de milieuproductverklaring van een luchtvolumeregelaar van Wildeboer Bauteile GmbH in afbeelding 7).
Naast de productspecifieke EPD's worden er ook generieke gegevenssets van EPD's voor afzonderlijke bouwmaterialen (bijv. beton, koper) in opdracht gegeven aan en één keer per jaar gepubliceerd door het BBSR (Bundesinstitut für Bautechnik, Stadtwerke und Raumordnung, Duitsland). Deze worden verstrekt op basis van algemeen toegankelijke statistieken en gegevens. Voor de levenscyclusanalyse van gebouwen worden momenteel voor de meeste materialen nog generieke gegevenssets gebruikt. Een van de redenen hiervoor is dat de database met beschikbare EPD's nog steeds wordt samengesteld op basis van informatie van de fabrikant.
De basis voor het berekenen van de levenscyclusanalyse is DIN EN 15978. De gebruikte componenten worden geclassificeerd volgens DIN 276 en hun respectievelijke hoeveelheden en massa's worden geregistreerd volgens de kostengroepen 300, 400 en 500 (voor de betrokken buitenfaciliteiten). Afhankelijk van de gebruikte referentie-eenheid (m, m², m³, aantal enz.) van het EPD is een conversie naar de juiste referentiewaarde nodig. In het geval van digitale afbeeldingen van componenten die in de balans moeten worden opgenomen, is een specificatie van de referentiewaarde (statische productmodellen) of een geometrische of op regels gebaseerde meetbaarheid (parametrische modellering) daarom een verplichte voorwaarde voor een modelmatige berekening.
Bestaat er momenteel een wettelijke verplichting om een levenscyclusanalyse voor een gebouw op te stellen?
Op dit moment is er (nog) geen wettelijke verplichting op nationaal niveau in Duitsland om een levenscyclusanalyse van een gebouw op te stellen. In de toekomst zijn er plannen op Europees en nationaal niveau om de levenscyclusanalyse te documenteren door een grondstofpaspoort voor gebouwen uit te geven. Levenscyclusanalyses zijn tegenwoordig echter al vereist als onderdeel van certificeringen voor duurzaam bouwen, bijvoorbeeld volgens de DGNB (Duitse Raad voor Duurzaam Bouwen), BNB (Beoordelingssysteem voor Duurzaam Bouwen) en als onderdeel van de federale subsidie voor efficiënte gebouwen (BEG). Deze worden hieronder in meer detail besproken.
Voor gebouwen met financiering in het kader van de BEG (Federale financiering voor efficiënte gebouwen) zijn de levenscyclusanalyse en het voldoen aan grenswaarden een onderdeel geworden van de financiering voor nieuwe gebouwen. Sinds 03/01/2023 wordt het financieringsprogramma in de BEG Klimaatvriendelijke Nieuwbouw (KFN) genoemd. De levenscyclusanalyse moet worden gecontroleerd volgens de zogenaamde QNG-randvoorwaarden - een kwaliteitskeurmerk voor duurzame gebouwen. De QNG-vereisten zijn beperkt tot de toegestane broeikasgasemissies en de toegestane niet-hernieuwbare primaire energievraag in de levenscyclus van het gebouw. Voor een woongebouw is de grenswaarde voor QNG-Plus bijvoorbeeld maximaal 24 kgCO2-equivalent/m²a voor broeikasgasemissies en maximaal 96 kWh/m²a voor het toegestane niet-hernieuwbare primaire energieverbruik. Voor niet-residentiële gebouwen worden de vereiste waarden individueel bepaald op basis van de energiebalans van het gebouw. De speciale berekeningsspecificaties volgens QNG moeten hier worden gevolgd. Module D (recyclingpotentieel en effecten van geëxporteerde energie) wordt bijvoorbeeld niet opgenomen in de balans, maar alleen afzonderlijk weergegeven (ter informatie).
Verschillende randvoorwaarden, verschillende grenswaarden en verschillende evaluatieregels gelden zowel voor de verschillende duurzame certificeringssystemen als voor subsidies in het kader van de BEG. Er moeten bijvoorbeeld gedefinieerde EPD-gegevensreeksen worden gebruikt voor de QNG, terwijl de huidige generieke gegevensreeksen van ÖKOBAUDAT (nationale database voor de levenscyclusanalyse van gebouwen) moeten worden gebruikt voor de levenscyclusanalyse, bijvoorbeeld volgens DGNB. Als gevolg hiervan moeten er twee levenscyclusanalyses worden opgesteld voor gebouwen met certificering en subsidies volgens de BEG, één volgens de DGNB-randvoorwaarden en één volgens de QNG-randvoorwaarden.
Invloed van MEP op de levenscyclusanalyse
Het grootste potentieel voor het positief beïnvloeden van de ecobalans van een gebouw is het afzien van materialen of het tot een minimum beperken van de hoeveelheid gebruikte materialen. Een andere noodzakelijke doelstelling is de implementatie van een klimaatneutrale exploitatie van een gebouw. De MEP-disciplines hebben een grote invloed op de levenscyclusanalyse door het gekozen energievoorzieningsconcept, maar ook door het aantal en de selectie van materialen in de MEP-constructie en de gebruikte koelmiddelen.
Productiefase A1 - A3
In de productiefase worden de materialen beoordeeld op hun globale milieueffect voor de inkoop van grondstoffen, het transport naar de fabriek en de productie van het materiaal. De systeemgrens omvat de processen "van de wieg tot het verlaten van het fabrieksterrein". In overeenstemming met de systeemgrenzen van levenscyclusbeoordelingen als onderdeel van certificeringsprocessen, worden alleen de bouwmaterialen en materialen in de kostengroepen 300 (bouwconstructies) en 400 (technische uitrusting) geregistreerd.
De draagconstructie (kostengroep 300) vertegenwoordigt het grootste deel van de globale milieu-impact in termen van aardopwarmingsvermogen en primaire energievraag. Daarnaast kan bij het ontwerp van MEP de selectie van materialen met een lage milieu-impact, herbruikbare en recyclebare bouwmaterialen en componenten en zo min mogelijk verlijming een positieve invloed hebben op de levenscyclusanalyse.
Vergelijking van het aardopwarmingsvermogen met betrekking tot de materiaalkeuze
Figuur 4 gebruikt generieke gegevenssets van ÖKOBAUDAT uit 2022 om vijf drinkwaterleidingen van verschillende materialen met elkaar te vergelijken wat betreft hun aardopwarmingsvermogen. Een drinkwaterleiding van roestvrij staal wordt vergeleken met vier verschillende drinkwaterleidingen van kunststof. De geïllustreerde evaluatie heeft betrekking op drinkwaterbuizen met een nominale diameter van DN 12 per meter buislengte. In termen van massa heeft roestvast staal een lager CO₂-equivalent dan kunststof. Door het hogere gewicht van roestvrijstalen drinkwaterbuizen per meter hebben kunststofbuizen een lager aardopwarmingsvermogen. Deze grafiek is niet bedoeld om de indruk te wekken dat het gebruik van kunststof buizen fundamenteel duurzamer is dan dat van roestvast stalen buizen. Recyclebaarheid en demontagevriendelijkheid, hergebruik van materialen en het sluiten van materiaalkringlopen spelen immers een steeds belangrijkere rol in het bouwproces.
Producten van roestvast staal hebben bijvoorbeeld geen afvalverwerking nodig, omdat roestvast staal grotendeels wordt gemaakt van gelegeerd schroot, waardoor het gebruik van beperkte hulpbronnen tot een minimum wordt beperkt. Bovendien wordt bijna 100% van de roestvrijstalen producten tegenwoordig gerecycled, terwijl het meeste kunststofafval momenteel wordt gebruikt voor energetische doeleinden.
Bij het selecteren van materialen speelt daarom niet alleen het productieproces een doorslaggevende rol, maar ook de recycleerbaarheid en herbruikbaarheid van de afzonderlijke materialen. De prioriteit bij het besparen van hulpbronnen moet daarom vermijding zijn - hebben we dit materiaal eigenlijk wel nodig? In de tweede stap ligt de focus altijd op het "behouden" van het materiaal in zijn oorspronkelijke vorm en het hergebruiken ervan in het bouwproces. Voor een roestvrijstalen buis betekent dit bijvoorbeeld dat deze aan het einde van de levensduur van een gebouw kan worden verwijderd en kan worden hergebruikt (zonder te worden omgesmolten) in een ander gebouw (hergebruik) als tegelijkertijd aan de hygiënevereisten wordt voldaan.
Voorbereiding van levenscyclusanalyse aan de hand van het voorbeeld van financieringseisen voor klimaatvriendelijke nieuwbouw (BEG QNG)
Volgens de QNG-randvoorwaarden worden componenten en componentconstructies van kostengroep 400 samen geregistreerd met het zogenaamde basisbedrag, bijv. buizen en verdeelleidingen voor verwarmingsoppervlakken van kostengroep 420. Dit geldt voor de productiefase A1-A3, de vervangingsfase B4 en de verwijderingsfase C3 en C4. Gegevensrecords voor grote systeemtechnologie, zoals warmteopwekkingssystemen, ventilatiesystemen, zelfvoorzieningssystemen en liftsystemen, moeten aan het basisbedrag worden toegevoegd in overeenstemming met de QNG-gegevensrecords en gespecificeerde vervangingscycli. De volgende tabel toont de basishoeveelheden voor broeikasgasemissies en de vraag naar niet-hernieuwbare primaire energie voor de eisen van QNG-Plus en QNG-Premium.
Zelfs als er een basisbedrag is voor kostengroep 400 in de context van levenscyclusanalyses volgens QNG, moet er rekening worden gehouden met de werkelijke hoeveelheden en massa's voor levenscyclusanalyses met andere randvoorwaarden (bv. voor certificatieprocedures). De toegenomen inspanningen van fabrikanten om EPD's op te stellen voor hun technische componenten geven aan dat de keuze voor hulpbronbesparende technische componenten in de toekomst belangrijker zal worden.
Operationele fase B1 - B7
De levenscyclusanalyse van een gebouw wordt gewoonlijk beschouwd over een periode van 50 jaar. De toe te passen eisen zijn gebaseerd op de uiteindelijke energie-eisen uit de bouwfysische certificaten in overeenstemming met de Duitse Building Energy Act (GEG). De ervaring leert dat de operationele fase verantwoordelijk is voor meer dan 50% van de broeikasgasemissies van de levenscyclus van een gebouw. Als voorbeeld tonen Figuren 5 en 6 de resultaten van een levenscyclusanalyse volgens QNG randvoorwaarden voor een schoolgebouw als massieve constructie en met een lucht/water warmtepomp.
Hoe meer hernieuwbare energie en systemen voor zelfopgewekte elektriciteit worden opgenomen in het ontwerp van een gebouw, hoe beter de levenscyclusanalyse en hoe lager de milieu-impact van het gebouw in termen van emissies tijdens de gebruiksfase. Het gekozen energieconcept kan een aanzienlijke invloed hebben op de ecologische voetafdruk van een gebouw gedurende de hele levenscyclus. Bovendien kan de globale milieu-impact van een gebouw verder worden verminderd door middel van low-tech concepten (bijvoorbeeld nachtventilatie via ventilatiekleppen in raamgevels). Door technische componenten achterwege te laten of bewust te verminderen en te kiezen voor robuuste, duurzame bouwtechnologie, hoeven er tijdens de levensduur van een gebouw geen of minder technische componenten te worden vervangen. Aangezien MEP-componenten geacht worden slechts 10 tot 25 jaar mee te gaan in de levenscyclus van een gebouw, moet robuuste systeemtechnologie met langere levenscycli worden gekozen. Dit bespaart niet alleen geld (investering, herinvestering en onderhoud), maar ook middelen.
Beïnvloeding van een levenscyclusanalyse Voorbeeld van de keuze van een koudemiddel
De keuze van een koudemiddel kan een positieve invloed hebben op de levenscyclusanalyse. Volgens de QNG-randvoorwaarden mogen bijvoorbeeld alleen natuurlijke koudemiddelen conform AMEV Kälte 2017 (Richtlijnen voor planning, constructie en gebruik van koelsystemen en koeleenheden voor openbare gebouwen van de Werkgroep voor werktuigbouwkunde en elektrotechniek in nationale en lokale overheden) tabel 4 (bijv. R290 - propaan en R717 - ammoniak) en koudemiddelen geclassificeerd als toekomstbestendig tot 2030 conform AMEV Kälte tabel 3 (bijv. R1234ze en R454A) worden gebruikt. Deze eis geldt zowel voor HVAC-systemen als voor koelsystemen en warmtepompen. Deze eis is bedoeld om de extra wereldwijde milieueffecten van niet-natuurlijke koelmiddelen te vermijden. De GWP-factor van niet-duurzame koudemiddelen is bijvoorbeeld 2088 kg CO2-equivalent per kg koudemiddel voor het koudemiddel R410A, terwijl de GWP-factor voor een duurzaam koudemiddel voor bijvoorbeeld R290 4 kg CO2-equivalent per kg koudemiddel is. Dit betekent dat het niet-duurzame koudemiddel in dit geval 522 keer schadelijker is voor het klimaat dan het duurzame koudemiddel.
De GWP-factoren van de koudemiddelen worden meestal niet meegenomen in de levenscyclusanalyse, omdat het vermijden van extra wereldwijde milieueffecten veroorzaakt door koudemiddelen al wordt gewaarborgd door de bovengenoemde eisen. Voor gebouwen met koelmiddelen die niet voldoen aan de genoemde randvoorwaarden, moeten de effecten van koelmiddelen op het wereldwijde milieu worden geregistreerd in de relevante periode voor module B1 en worden beoordeeld als aardopwarmingsvermogen. De berekeningsresultaten worden toegevoegd aan de LCA-resultaten. Lekkagepercentages, verwijderingspercentages en vervangingscycli moeten ook worden meegenomen in overeenstemming met de QNG-randvoorwaarden. Deze procedure zorgt ervoor dat de wereldwijde milieueffecten van niet-natuurlijke koudemiddelen worden meegenomen in de LCA volgens QNG. Door het "juiste" (duurzame) koudemiddel te kiezen, kunnen de LCA en de globale milieu-impact sterk worden beïnvloed in het MEP ontwerpproces.
Conclusie
MEP-ontwerp heeft een grote invloed op de globale milieu-impact van een gebouw. De mogelijke invloeden die in dit artikel worden gepresenteerd, vloeien voort uit de gekozen MEP-materialen in de productiefase van een gebouw, het gekozen energieconcept met inachtneming van het benodigde aantal en de robuustheid van de MEP-componenten in de operationele fase, de recyclebaarheid van de materialen in de materiaalkringloop en de selectie van milieuvriendelijke koelmiddelen.
Hoe duurzaam een gebouw later zal zijn, wordt niet bepaald in fase 3 (ontwerp) met de verificatie van het gebouwontwerp. Duurzame planning begint in de vroege ontwerpfasen (fase 0) met de definitie en eerste validatie van de doelstellingen voor het gebruik van het gebouw. Het vereist een interdisciplinaire planningsaanpak door alle gespecialiseerde planners vanaf het begin van fase 2 (voorlopig ontwerp).
Alleen dan kan elke toekomstige taak van alle betrokkenen in het planningsproces worden gerealiseerd. Dit omvat de vermindering van de globale milieueffecten, de overweging van het recyclen van bouwmaterialen op hetzelfde niveau na het einde van de levenscyclus van een gebouw en het vermijden van bouwafval. Grondstoffenbesparend bouwen en daarmee het verminderen van de wereldwijde milieueffecten behoren tot de belangrijkste doelen en uitdagingen voor de bouwsector in de komende jaren.
Met meer dan 340 medewerkers levert KEMPEN KRAUSE INGENIEURE planning-, controle- en monitoringdiensten voor veeleisende bouwprojecten in bijna alle specialistische disciplines van de civiele techniek. Grondstofbesparende planning is altijd onderdeel geweest van ons plannings-DNA. Daarom zijn onze ingenieurs ideaal uitgerust voor de nieuwste ontwikkelingen - duurzaamheid, hout en hybride houtbouw, recyclebare bouwmaterialen, cradle-to-cradle en low-tech projecten. Uiteraard met de nieuwste BIM-gebaseerde planningstools. Daarom voeren onze planners, met name op het gebied van constructief ontwerp, brandbeveiliging en bouwfysica, veel projecten uit met behulp van end-to-end 3D-modellen (Building Information Modeling - BIM) en optimaliseren zo de planning, het bouwmanagement en het gebruik van gebouwen, zowel in de bouwkunde als in de civiele techniek. Mobiele 3D-scanners en drones voor de detectie van gebouwen, intelligente planningstools, gericht kennisbeheer en een levenslange bereidheid tot bijscholing kenmerken ons zelfbeeld als dienstverlener.
KEMPEN KRAUSE INGENIEURE GMBH
Ritterstraße 20
52072 Aken
0241/88 990 0
www.kempenkrause.de
info@kempenkrause.de