Die Verwendung von Ziegeln ist die beste Wahl für Gebäude und ihre Bewohner.Umweltauswirkungen von Baustoffen

Ob nun vom ökologischen, ökonomischen oder sozialen Standpunkt betrachtet, Baumaterialien aus gebranntem Ton bilden immer eine nachhaltige Alternative, haben eine positive Ökobilanz und verursachen vergleichsweise wenig Umweltbeeinträchtigungen. Sie werden überwiegend in modernen, dezentralen Werken, die geringe Primärenergie benötigen und moderne Anlagen zur Emissionsreduktion besitzen, hergestellt. Aufgrund ihrer guten Wärmedämmeigenschaften haben Ziegel einen positiven Einfluss auf die Umweltverträglichkeit von Gebäuden.

Baumaterialien aus Ton besitzen eine sehr lange Lebenszeit, benötigen keine oder nur wenig Wartung und senken sowohl Heiz- als auch Kühlkosten; sie erbringen demzufolge optimale ökonomische Leistungen. Aus diesen Vorteilen resultierend, besitzen Ziegel über ihren gesamten Lebensweg eine sehr positive CO2–Bilanz. Nicht zuletzt kann man sie außerdem sehr flexibel einsetzten, sie schaffen aufgrund ihrer Porosität, ihrer Masse und ihrer hohen Feuer- und Feuchtigkeitsresistenz hervorragende Wohnverhältnisse und ein ausgeglichenes Wohnklima.

Lebenszykluskosten

Die wirtschaftliche Bewertung eines Gebäudes sollte den gesamten Lebenszyklus berücksichtigen. Dazu gehören beispielsweise die Investitionskosten, Unterhaltungskosten und Heizkosten genauso wie Demontage, Entsorgung beziehungsweise Wiederverwertung des Materials.

Die Ökobilanz für Ziegelkonstruktionen ergibt sehr positive Resultate (siehe zum Beispiel D-A-CH Ökobilanz Ziegel, Dr. Manfred Bruck, 1996). Monolithische Ziegelwände und zweischalige Wände (mit Glaswolldämmung) ergeben niedrige Lebenszykluskosten, resultierend aus ihren geringen Unterhaltungskosten und der möglichen Wiederverwendung nach der Demontage. Der Einsatz von Wänden mit externer Isolierung, die während Gebäudelebenszeit mehrere Male erneuert werden muss, ist oft mit höheren Lebenszykluskosten verbunden.

Lebenszykluskosten stehen in engem Zusammenhang mit der verbrauchten Heizenergie des Gebäudes, sie wird dementsprechend auch von der verwendeten Energieart (Strom, Öl, Erdgas, erneuerbare Energiequellen oder Fernwärme) beeinflusst.

Investitionskosten

Es ist wünschenswert, die gesamten Lebenszykluskosten zu optimieren, so dass es folgewidrig ist, einzelne Kosten isoliert zu betrachten. Hinsichtlich des anfänglichen Kapitalaufwandes sind die Kosten von Gebäude zu Gebäude unterschiedlich, schaut man sich jedoch die gesamten Lebenszykluskosten einschließlich Unterhaltungs- und Reparaturkosten an, ändern sich die Ergebnisse signifikant.

Ein anschauliches Beispiel ist die zweischalige Wand, die in einigen Ländern teurer ist als beispielsweise eine einschalige Wand mit einer externen Polysterendämmung. Allerdings hat die zweischalige Wand eine sehr lange Lebensdauer (Minimum 100 Jahre), ohne dass bedeutende Reparaturkosten auftreten. Im Gegensatz dazu hat die Außendämmung der einschaligen Wand nur eine Haltbarkeit von etwa 30 Jahren, so dass sich zusätzliche Kosten aus der mehrmaligen Erneuerung der Isolierung ergeben. Die Lebenszykluskosten fallen also für zweischaliges Ziegelmauerwerk geringer aus.

Die Investitionskosten für Dachziegel amortisieren sich über ihre 100- jährige Haltbarkeit.

Unterhaltungskosten

Die Unterhaltungskosten für Ziegelmauerwerk sind normalerweise sehr gering, da sie über ihre lange Lebensdauer hinweg wenig Wartung beanspruchen.

Bei verputzten Wänden resultieren die einzigen regelmäßigen Unterhaltungskosten aus Malerarbeiten, die je nach Standort des Gebäudes ungefähr alle 30 Jahre nötig sind. Nach 50 bis 60 Jahren muss die Wand komplett neu verputzt werden. Zweischalige Ziegelwände bedürfen über ihre lange Lebensdauer hinweg wenig oder keiner Unterhaltungskosten und sind sehr widerstandsfähig und beständig gegenüber jeglichen Umweltverschmutzungen. Sogar wenn Ziegelwände mit zusätzlicher Außendämmung versehen werden, fallen keinerlei Unterhaltungs- oder Reparaturarbeiten an. Die einzigen Kosten bestehen aus der Erneuerung der Außendämmung in bestimmten Zeitintervallen, da sie eine geringere Haltbarkeit aufweist als das Ziegelmauerwerk selbst. Die Zeitabstände sind abhängig vom Standort des Gebäudes und von der Art der Dämmung.

Die Unterhaltung von Dachziegeln ist einfach und planbar. Sie besteht aus der Entfernung von Grünbewuchs und dem Austausch zerbrochener Dachziegel des normalerweise leicht zu erreichenden Daches.

Heiz- und Kühlkosten

Die anfallenden Heiz- und Kühlkosten über die Lebensspanne von Wohngebäuden sind erheblich - nicht nur aus finanzieller Betrachtungsweise, sondern auch aus der Notwendigkeit heraus, CO2– Emissionen von Heizungsanlagen in Siedlungsgebieten zu senken. Die EU- Mitgliedstaaten sehen dies als einen wichtigen Bestandteil bei der Erfüllung des Kyotoabkommens.

Die anfallenden Heizkosten stehen in direkten Zusammenhang mit dem Energiebedarf des Gebäudes, welcher wiederum von mehreren Faktoren abhängt:

• Standort des Gebäudes/Klima,
• Gebäudegeometrie (Größe, Form, Volumen/ Oberflächenverhältnis),
• Wärmeleistung des Gebäudemantels (U-Wert),
• Wärmespeicherfähigkeit (Wärmekapazität zur Nutzung von Energiegewinnen),
• Be- und Entlüftung,
• Effizienz der Heizungsanlage,
• Anzahl der Bewohner und deren Lebensführung.

Tatsächlich kann die Wahl des zum Heizen oder Kühlen genutzten Energieträgers (Strom, Öl, Erdgas, erneuerbare Energiequellen wie Holz oder Solaranlagen und Fernwärme) ausschlaggebender sein für die Kosten als die Art der Wandkonstruktion. Strom ist oft die teuerste Heizenergie. Andere Alternativen umfassen Öl, Erdgas, erneuerbare Energie (Holz oder andere Biomasse, Solarenergie) und Fernwärme. Die zwei letztgenannten Möglichkeiten sind normalerweise billig, abhängig vom Standort und zukünftigen Trends.

Neue Entwicklungen in der Dachziegeltechnologie senken die Heizkosten des Hauses. Die zellartige Struktur neu entwickelter Dachelemente isolieren das Haus im Sommer und Winter. Es werden neue Solardachziegel als Wärmekollektoren entwickelt, die zur Erwärmung eines Fluids genutzt werden und dadurch erneuerbare Energie produzieren, die im Gebäude genutzt werden kann.

Ökologische Aspekte

Die Wahl des Baumaterials wurde früher oft nur von einzelnen ökologischen Aspekten beeinflusst. Heutzutage wird ein ganzheitlicher Ansatz bei der Produktbewertung bevorzugt.

Heizenergieverbrauch von Gebäuden

Das unten abgebildete Bild zeigt den durchschnittlichen Anteil des Energieverlustes durch verschiedene Elemente eines gut gedämmten Einfamilienhauses.

Der Heiz- und Kühlenergieverbrauch wird durch verschiedene Faktoren bestimmt:

Standort des Gebäudes/ Klima:
Je kälter das Klima, desto mehr Energie wird zum Heizen benötigt, obwohl diese durch die übers Jahr steigenden Sonnenenergiebeträge reduziert werden kann.

Gebäudegeometrie (Größe, Form, Volumen/Oberflächenverhältniss)
Je kleiner das Gebäude, desto größer ist der spezifische Heizenergieverbrauch. Allerdings bedeuten eine einfache Form (idealerweise ein Würfel) und ein großes Volumen/Oberflächenverhältniss einen gerineren Energieverbrauch.

Wärmeleistung des Gebäudemantels (U-Wert von Wänden, Fenstern, Dach und Keller)
U-Werte werden durch die Art der Wandkonstruktion bestimmt. Baubestimmungen variieren von Land zu Land und die erforderlichen Werte werden durch das regionale Klima bestimmt. Je niedriger die U-Werte der äußeren Bauelemente sind, desto geringer ist die benötigte Heizenergie. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass einschalige Ziegelwände U-Werte von 0,20 W/m²K erreichen können. Zweischalige Wände und Wände mit zusätzlicher Dämmung können im Prinzip durch die Verbreiterung der Dämmschicht jeden gewünschten U- Wert erreichen. In vielen Ländern geht der Trend hin zu Niedrigenergiehäusern (benötigte Heizenergie zirka: 40-60 kWh/m²a) oder sogar Passivhäusern (benötigte Heizenergie < 15kWh/m²a).

Für diese Energiestandards sind die folgenden U-Werte nötig:

Besonders in Häusern mit einem sehr niedrigen Energieverbrauch ist es wichtig, Wärmebrücken (Kältebrücken) zu berücksichtigen.

Wärmespeicherkapazität zur Nutzung von Energiegewinnen
Beim Betrachten der raumklimatischen Eigenschaften eines Gebäudes – vor allem im Sommer – ist es besonders wichtig, dass eine ausreichende Wärmemenge, die durch Sonnenenergie eingespeist wird, vom Gebäude absorbiert werden kann (siehe auch unter Wohnkomfort und Raumklima). Die Wärmespeicherkapazität hat einen direkten Einfluss auf die benötigte Heizenergie. Massives Ziegelmauerwerk kann Sonnenwärme speichern und sie dann, wann nötig wieder abgeben, wogegen Leichtbaukonstruktionen diese Energie nicht oder nur in unzureichendem Maß nutzen können.

Be- und Entlüftung des Gebäudes
Je geringer die zum Heizen benutzte Energie ist, desto größer sind die Wärmeverluste durch Lüftung. Bei Niedrigenergie- und Passivhäusern ist dieser Verlust ein bedeutender Faktor im Gesamtwärmeverlust (in der Regel über 50%). In einigen Ländern sind nach Stand der Technik mechanische Be- und Entlüftungssysteme üblich, die Wärme wiedergewinnen und rückführen. Dieses Be- und Entlüftungssystem senkt den Heizenergiebedarf um durchschnittlich 20 kWh/m²a. Kombiniert mit monolithischen Ziegelwänden kann so Passivhausstandard erreicht werden.

Effizienz des Heizsystems
Der gesamte Energieverbrauch eines Gebäudes hängt unter anderem auch von der Effizienz des Heizsystems ab. Normalerweise haben elektrische Heizsysteme den geringsten Wirkungsgrad; moderne Gasheizungen und Wärmepumpen sind am effizientesten.

Lebensstil der Bewohner
Der Lebensstil der Bewohner hat einen bedeutenden Effekt auf den gesamten Wärmehaushalt. Untersuchungen haben gezeigt, dass unbedachte Handlungen und Routinen den Energiebedarf des Gebäudes verdreifachen können. Übermäßige Belüftung vor allem im Winter, beispielsweise durch den ganzen Tag geöffnete Fenster, können andere energieeffiziente Vorteile der Gebäudekonstruktion zunichte machen. Deshalb ist es wichtig, dass die Bewohner Wissen über Energieeffizienz besitzen und auch anwenden.

Die folgende Tabelle zeigt den Heizenergieverbrauch verschiedener Ziegelwände eines typischen Wohnblocks mit 18 Wohnungen (siehe Bild oben). Die Wände wurden aufgrund ihrer hohen Wärmeisolierung gewählt. Der Verbrauch wurde mit verschiedenen U-Wert-Varianten für die anderen Bauelemente (Dach, Fenster, Türen, Keller, etc.) berechnet. Die ersten 2 Zeilen zeigen die Ergebnisse mit nach guter Praxis errichteten Konstruktionen mit dementsprechend guten U-Werten (erste Zeile ohne, zweite Zeile mit mechanischem Be- und Entlüftungssystem), die letzte Zeile („Minimum“) zeigt die Resultate errechnet mit den niedrigsten U-Werten, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind.

Umweltauswirkungen von Baustoffen

Die Ziegelindustrie engagierte sich als Erste im Baustoffbereich und erstellte eine Ökobilanz für ihre Produkte. Ausgehend von der Ökobilanz mehrerer Ziegelwerke in verschiedenen Ländern wurde die durchschnittliche Umweltauswirkung bei der Herstellung von 1 kg Ziegel bestimmt.
Dabei berücksichtigte Faktoren waren:

• Verbrauch erneuerbarer Energienquellen (MJ),
• Verbrauch nicht erneuerbarer Energiequellen (MJ),
• Treibhauseffekt (kg CO2-equiv.),
• Ozonabbau (kg R11-equiv.),
• Photosmog (kg Ethylen-equiv.),
• Versauerung (kg SOx-equiv.),
• Nitrifikation (kg PO43-equiv.).

Die Ergebnisse zeigen, dass Ziegel verglichen mit anderen Baumaterialien geringe Umweltauswirkungen hervorrufen (siehe auch GBC - Das Green Building Challenge Handbuch –> “Baustoffe”). Es ist außerdem möglich, die Umweltverträglichkeit pro m² Konstruktion zu bestimmen. Ausgehend von der Ökobilanz mehrerer Ziegelwerke in verschiedenen Ländern wurden die Ökobilanz von Ziegeln (Vormauerziegel, Dachziegel, und Hintermauerziegel) und die durchschnittliche Umweltverträglichkeit pro Quadratmeter Ziegelkonstruktion pro Jahr bestimmt. Die Ergebnisse (siehe Démarche HQE) zeigen, dass Ziegel einen geringen negativen Einfluss auf die Umwelt haben.
(siehe auch GBC GBC - Das Green Building Challenge Handbuch -> "Baustoffe")

Ökobilanz von Gebäuden

Ein wichtiger Bewertungsaspekt des Ziegelökobilanzprojektes (durchgeführt in verschiedenen Ziegelwerken in mehreren Ländern) ist die Einbeziehung des gesamten Lebenszykluses der diversen Ziegelwandkonstuktionen von der Herstellung bis hin zur Demontage und Wiederverwertung. Diese Einzelbilanzen bilden einen bedeutenden Teil der Gesamtökobilanz des Gebäudes.

Bewertungsergebnisse verschiedenartiger Ziegelwandkonstruktionen:

Die ökologische Bewertung von Gebäuden muss den gesamten Lebenszyklus der Konstruktion bewerten. Dies beinhaltet:
Rohstoffabbau,

• Herstellung der Baumaterialien,
• Errichtung des Gebäudes,
• Nutzungsphase,
• Unterhaltung und Reparaturen,
• Abriss,
• Trennung und Wiederverwertung,
• Beseitigung des Abraums.

Die Wahl des Heizsystems und die Art des Heizstoffes haben einen erheblich größeren Einfluss auf die Ökobilanz als die Wandkonstruktion und deren Wärmeleistung.

Aus Müllverbrennungsanlagen gewonnene Fernwärme hat den geringsten Schädigungsgrad bezüglich globaler Erwärmung, wogegen Elektroheizungen die größten Umweltschädigungen hervorrufen (was jedoch auch von der Stromherstellungsweise abhängt). Erdgas und Ölheizungen fallen zwischen diese beiden Extreme.

Wenn bereits effektive Heizsysteme eingesetzt sind, wird das Potenzial des Materialrecyclings in der Gesamtrechnung bedeutend.

Wenn man diese Punkte berücksichtigt, erreichen sowohl monolithische Wände als auch zweischalige Ziegelwände mit ausreichender Wärmekapazität exzellente Ergebnisse.

Die Ergebnisse sind mehr oder weniger unabhängig vom gewählten Evaluierungsmodell.

Ecological lifecycle assessment

Der oben abgebildete Graph beschreibt die Ergebnisse einer Ökobilanz einer Ziegelwankonstruktion in Bezug auf globale Erwärmung und Primärenergieaufwand unter Verwendung verschiedener Energieträger und Heizsysteme über einen Zeitraum von 90 Jahren.

Tatsächlich ist die Wahl des Energieträgers (Strom, Öl, Erdgas, erneuerbare Energie, Fernwärme), der zum Heizen oder Kühlen verwendet wird, ausschlaggebender für die Ökobilanz eines Gebäudes als die Art der Wandkonstruktion.

Anmerkung: Diese Resultate variieren bedeutend von Land zu Land und hängen vom vorherrschenden Kraftwerkstyp und von der Erhältlichkeit von Fernwärme aus Müllverbrennungsanlagen ab.

Innerhalb des Green Building Challenge wurden Bewertungsmaßstäbe entwickelt, mit deren Hilfe man die Ökobilanz eines ganzen Gebäudes bestimmen kann. Diese Modelle wurden in mehreren Ländern implementiert. (e.g. "Total Quality" certification in Austria). In France the Dimarche HQE is used (see Dimarche HQE).

Die Ergebnisse der Bewertung für Ziegelbauten sind sehr positiv.

CO2-Bilanz von Gebäuden

Die unten stehende Tabelle zeigt die Umweltauswirkungen von 1 kWh Heizenergie (depending on the fuel/energy used) (go to GBC - the green building challenge handbook):

Die Nutzung dieser Daten zusammen mit Daten zum Heizenergieverbrauch ermöglicht die einfache Berechnung des CO2–Haushaltes eines Gebäudes über einen Zeitraum von einem Jahr. Wenn beispielsweise der Energieverbrauch 50 kWh/m²a beträgt, das Haus eine Fläche von 150 m² einnimmt und mit einer Gasheizung beheizt wird, entspricht das einem CO2–Ausstoß (Treibhausgaspotential) von 0,263 x 50 x 150 = 1.972,5 kg CO2.

Verglichen mit dem CO2–Ausstoß einer Gebäudeheizung, sind die CO2–Emissionen beim Herstellungsprozess von Ziegeln sehr gering. Die GBC-Studie der Ziegelindusrie in Deutschland, Österreich und der Schweiz
(see GBC - the green building challenge handbook -> "Building materials")zeigen ein Treibhausgaspotential von 0,194 kg CO2 pro Kilogramm Ziegel. Ein Einfamilienhaus mit einer Wohnfläche von 150 m² benötigt durchschnittlich 40 Tonnen Ziegel, die 7.760 kg CO2 in der Herstellung erzeugen. Mit anderen Worten, der CO2-Ausstoß, der durch 4 Jahre Heizen entsteht, ist größer als der bei der Ziegelherstellung auftretende CO2-Ausstoß.

Gewöhnlich haben massive Ziegelwände eine durchschnittliche Haltbarkeit von mindestens 90 Jahren. Teilt man den CO2-Ausstoß, der durch die Herstellung entsteht durch diese 90 Jahre, erhält man eine jährliche CO2-Menge von nur 86 kg CO2, was 4,4% der CO2-Menge, die durch die Heizanlage entsteht, entspricht.

Soziale Aspekte

Ziegelbauten haben einen positiven Effekt auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bewohner.

Wohnkomfort

Aus Ziegeln errichtete Gebäude bieten ein hohes Maß an Komfort, obwohl wir alle unsere eigenen Vorstellungen darüber haben, was ein wohnliches Umfeld ausmacht. Obwohl einige dieser Vorstellungen schwierig zu quantifizieren sind, können andere sehr gut gemessen oder getestet werden. Diese Punkte sind:

Akustische Eigenschaften/ Schallisolierung,

• Temperatur (Oberflächentemperatur der Wände, Unterschied zwischen Wand- und Raumtemperatur, Luftzirkulation im Raum),
• Die Fähigkeit der Wände, Feuchtigkeit zu absorbieren und wieder an die Raumluft abzugeben,
• Wärmespeicherfähigkeit,
• Keinerlei giftiger Emissionen vom Gebäudematerial in die Innenräume,
• Hohe Sicherheit im Fall von Feuer, Überschwemmung und Einbruch,
• Flexibles Gebäudedesign.

Innenraumklima

Das Innenraumklima kann einen bedeutenden Effekt auf das Wohlbefinden der Bewohner haben und Ziegelwände wirken in dieser Hinsicht sehr positiv. Aufgrund ihrer sehr guten Wärmespeicherkapazität bei ein- und zweischaligen Wänden sowie Wänden mit Außenisolierung ist die Innenoberfläche der Wände warm selbst wenn es draußen kalt ist. Für das Wohlbefinden ist es wichtig, dass die Temperaturdifferenz zwischen Wandinnenoberfläche und Raumtemperatur minimal ist. Luftbewegungen aufgrund von Temperaturdifferenzen oder wegen Mängeln an der Außenkonstruktion sollten ebenfalls minimal sein.

Die Porosität von Ziegeln macht die Aufnahme von Wasser bei relativ hoher Luftfeuchtigkeit und die Wiederabgabe der Feuchtigkeit bei trockener Raumluft möglich. Außer Feuchtigkeit können Ziegelwände zusätzlich auch Sonnenwärme absorbieren und speichern, was zu einem ausgeglichenen Raumklima im Sommer führen kann. Im Unterschied dazu kommt es bei Gebäuden in Leichtbauweise oft zu Überhitzung im Sommer.

Besondere Beachtung müssen den Wärmebrücken (Kältebrücken) in Ecken und Fensternischen gewidmet werden, da dort die Oberflächentemperaturen bedeutend niedriger sind. Die Ziegelindustrie kann an dieser Stelle Designlösungen anbieten, die die Effekte dieser Details minimieren. Weitere Konstruktionsdetails kann man bei den V-Z Baudetails.

Dachziegel leisten ihren Beitrag durch:

• hydrothermalen Komfort durch Schutz des Gebäudes vor Überhitzung, Regen und Schnee,
• akustische Eigenschaften zur Senkung des Lärmpegels bei Niederschlägen auf das Dach.

Sicherheit (Wasser, Feuer, Einbruch, Erdbeben, etc.)

Ziegel sind nicht brennbar, resistent gegen Feuer und emittieren keine gefährlichen Substanzen oder Gase. Weiterhin treten normalerweise keine Strukturschäden während eines Brandes auf und sie können deshalb nach der Instandsetzung ihre tragende Funktion weiterhin erfüllen.

Ziegelwände können einer Wassersättigung bei Überschwemmungen und Rohrbrüchen standhalten, ohne dass die Struktur nachhaltig beeinträchtigt wird. Sie können außerdem horizontalen Kräften, wie sie beispielsweise bei Erdbeben auftreten, widerstehen, müssen aber in Gegenden mit hohen seismischen Störungen verstärkt werden. Ziegelwände bieten außerdem einen hohen Schutz gegenüber Einbrechern.

Dachziegel sind inerte Baumaterialien. Sie sind deshalb nicht entzündbar und sie geben keine toxischen Gase im Fall eines Brandes ab. Vom Dach abfließendes Regenwasser kann aufgefangen und genutzt werden.

Lärmschutz

Im Prinzip hängt die Lärmisolation einer Wand oder eines Fußbodens von dessen Masse ab. Deshalb leisten massive Gebäudekonstruktionen, wie solche aus Ziegeln, viel besseren Lärmschutz als Wände oder Böden aus Leichtbaukonstruktionen.

Flexibler Einsatz

Ziegelgebäude sind sehr flexibel. Änderungen sind sowohl während des Bauprozesses als auch später, wenn Änderungen des sozialen Umfeldes Grundrissänderungen nötig machen, möglich.