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Entwicklung eines Algorithmus zur Analyse und Optimierung von Gebäudeerstellungs- und Bauteilökobilanzen
(2012) Piehl, Christian; Reinhardt, Hans-Wolf (Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h.)
Mit den derzeit auf dem Markt verfügbaren Computerprogrammen zur Ökobilanzierung lassen sich nach dem Prinzip der ganzheitlichen Bilanzierung Ökobilanzen für Gebäude erstellen. Die Vielzahl der in die Berechnungen eingehenden Daten und die verschiedenen Kriterien, die in die Bilanzierung eingehen, führen jedoch zu einer sehr hohen Komplexität. Wird während der Planungsphase eines Gebäudes festgestellt, dass für ein bestimmtes Kriterium Verbesserungs-bedarf besteht, so ist es meist nur unter hohem Zeitaufwand möglich, Optimierungspotentiale in der Baustoffzusammenstellung zu erkennen, da die Wahl eines anderen Baustoffs mit besseren Werten in dem einen Kriterium im Gegenzug oftmals zu weit schlechteren Werten in anderen Kriterien führt. Diese Arbeit befasst sich deshalb mit der Entwicklung eines Optimierungsalgorithmus und dessen Implementierung in ein Computerprogramm „ÖkoBOA“, das automatisch aus einem Bauteilkatalog die nach den Vorgaben des Users bestmögliche Bauteilzusammenstellung liefert. Eine Analysefunktion soll zusätzlich einen schnellen Überblick über die in einem Gebäude verwendeten Bauteile und Baustoffe, sowie deren Beitrag zur Ökobilanz der Gebäudestruktur ermöglichen. ÖkoBOA dient zur Erstellung von Ökobilanzen einer Bauteil- oder Gebäudestruktur in der Entwurfs- oder Planungsphase eines Gebäudes und bietet die Möglichkeit, schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt Aussagen über den Einfluss der Baustoff- und Bauteilauswahl zu treffen. Die Ergebnisse des Programms können dann in den weiteren Planungsprozess einfließen und den Planer bei seinen Entscheidungen über die Baustoff-/Bauteilauswahl unterstützen. Nach der Festlegung auf die zu verwendenden Baustoffe/Bauteile kann dann mittels der bereits existierenden Systeme eine ganzheitliche Bilanzierung des Gebäudes vorgenommen werden. Betrachtet werden die Ökokriterien Treibhauspotential, Versauerungspotential, Eutrophierungspotential, Ozonbildungspotential, Ozonschichtabbaupotential, erneuerbare Primärenergie, nicht erneuerbare Primärenergie und Primärenergie gesamt. Diese unterschiedlichen Ökokriterien sind nicht direkt miteinander vergleichbar und können deshalb nicht einfach zu einer Gesamtsumme aufaddiert werden. Zwar existieren einige Ansätze zur Aggregation der verschiedenen Ökokriterien, ein rein objektiver Ansatz ist jedoch bis heute noch nicht entwickelt worden. Deshalb wurde bei der Erstellung von ÖkoBOA davon abgesehen, mit fest vergebenen Wichtungsfaktoren zu arbeiten. Dem User ist es somit möglich, mittels der eingeführten „nutzerbezogenen Wichtungsfaktoren“ je nach Bedarf und unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen die unterschiedlichen Ökokriterien frei miteinander zu aggregieren und somit eine auf das spezielle Bauprojekt und dessen Rahmenbedingungen abgestimmte Ökobilanz zu generieren. Zur Erstellung von ÖkoBOA wurde auf die im DAfStB/BMBF-Verbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“ (NBB) ermittelten Ergebnisse zurückgegriffen. Das Programm nutzt das im Rahmen desselben Projekts entwickelte Online-Informationssystem „NBB-Info“ als Plattform und ist auf diesem nach Abschluss des Promotionsverfahrens frei zugänglich. ÖkoBOA besteht aus 16 Modulen, die HTML-, PHP- und SQL-Code enthalten. Diese Module greifen auf insgesamt 23 SQL-Tabellen zu, die zusammen eine relationalen Datenbank bilden und die benötigten Daten enthalten. Dem User ist es nun möglich, selbständig aus einem vorliegenden Bauteilkatalog die für ein Gebäude benötigten Bauteile auszuwählen und eine Ökobilanz der Gebäudestruktur berechnen zu lassen. Die Analysefunktion bietet außerdem die Möglichkeit, die einzelnen Anteile der verschiedenen Bauteile und darin enthaltener Baustoffe an der Gebäudeökobilanz zu ermitteln. Hierdurch lassen sich schnell die Bauteile und Baustoffe identifizieren, die das größte Einsparpotential bieten. Zusätzlich können zwei unterschiedliche Gebäudevarianten direkt miteinander verglichen werden, um objektive und quantitative Aussagen über die Vor- und Nachteile der beiden Varianten treffen zu können. Kernfunktion des Programms ist die automatische Ermittlung der optimalen Gebäudevariante. Ermöglicht wird dies durch die Einführung der Bauteilgruppe als funktionelle Einheit und der vom User festgelegten nutzerbezogenen Wichtungsfaktoren. Hierdurch kann die Bauteilkombination für die hinsichtlich der jeweiligen Anforderungen optimale Gebäudestruktur bestimmt werden.