Die Umweltauswirkungen rechteckiger Lüftungskanäle

Bei Nooco haben wir uns gefragt, wie wir unseren Nutzern am besten eine Lösung bieten können, um die Umweltwirkung dieser Komponente zuverlässig zu messen und allgemein den Anteil der Luftleitungsnetze besser zu quantifizieren.

Warum die Daten zu rechteckigen Kanälen ungenau und ungünstig sind

Zur Erinnerung: Unabhängig vom untersuchten Bauteil oder Material ist für eine in Frankreich anerkannte Ökobilanz auf Gebäudeebene für jedes Teilobjekt ein Umweltdatensatz erforderlich, der von einer kompetenten und unabhängigen dritten Stelle geprüft wurde.

• Dieser Datensatz kann aus einem PEP (Profil Environnemental Produit, das französische Pendant zur EPD für technische Ausrüstung) oder einer FDES (Fiche de Déclaration Environnementale et Sanitaire, das französische Pendant zur EPD für Bauprodukte) stammen. Diese werden von einem Hersteller für ein bestimmtes Produkt (individuell) oder von einem Herstellerverband (kollektiv) erstellt und anschließend von einem externen, für Typ-III-Umweltdeklarationen zugelassenen Prüfer kontrolliert.
• Liegt kein PEP bzw. keine FDES vor, stellt das französische Umweltministerium einen Standard-Umweltdatensatz (DED, Donnée Environnementale par Défaut) bereit. Dieser fällt ungünstiger aus, da er erhebliche Sicherheitszuschläge enthält, um die Unsicherheiten in der Produktionskette abzudecken.

Mit der Ökobilanz-Methode lässt sich eine Vielzahl von Indikatoren bewerten (24 im Gebäudebereich). In diesem Artikel betrachten wir ausschließlich den Indikator Klimawandel, also die Treibhausgasemissionen in kg CO₂-Äq.

Bestandsaufnahme der verfügbaren Standard-Umweltdaten (DED)

Für rechteckige Lüftungskanäle sind in der französischen Umweltdatenbank INIES nur drei DED verfügbar, für drei quadratische Querschnitte: 0,6 × 0,6 m, 1,2 × 1,2 m und 1,8 × 1,8 m.

Nehmen wir als Beispiel einen Kanal mittlerer Größe mit 0,8 × 0,8 m. In einer regulatorischen Ökobilanz muss dieser Kanal als Kanal mit 1,2 × 1,2 m angesetzt werden: Man verwendet den nächstgelegenen DED mit der jeweils größeren funktionellen Einheit. Je nach Abstand zwischen dem tatsächlichen Produkt und dem verfügbaren Datensatz führt dieser Ansatz zu einer mehr oder weniger starken Überschätzung.

In unserem Beispiel:

Die regulatorische Berechnung legt hier also eine doppelt so große Produktmasse zugrunde wie die des realen Produkts und verdoppelt damit künstlich die Umweltwirkung.

Allgemein gilt: Es ist die Diskretisierung einer kontinuierlichen Realität, die zu diesen Berechnungsungenauigkeiten führt.

Fehlende produktspezifische Umweltdaten (PEP/FDES)

Nach und nach stehen immer mehr produktspezifische Daten zur Verfügung, ähnlich wie es seit den früheren französischen Wärmeschutzverordnungen (RT) bei den Kennwerten zur Energieeffizienz der Fall war. Für rechteckige Lüftungskanäle gibt es bis heute jedoch kein PEP und keine FDES. Unsere Nutzer haben uns oft gefragt, warum das so ist und ob wir von einem geplanten Datensatz wissen.

Rechteckige Lüftungskanäle werden nach Maß gefertigt, häufig lokal von kleinen und mittleren Metallbaubetrieben. Das erschwert die Rückverfolgbarkeit sowie die Erhebung und Bereitstellung verlässlicher Daten. Das Wickelfalzrohr, sein runder Verwandter, verfügt dagegen über ein kollektives PEP des französischen Branchenverbands Uniclima, vermutlich weil sein Herstellungsverfahren stärker standardisiert ist.

Auf unsere Anfrage antwortete Uniclima, dass mangels Mitgliedsunternehmen, die rechteckige Kanäle vertreiben, bisher kein kollektives PEP nach dem Vorbild des PEP für runde Metallrohre erstellt wurde. Uns selbst ist kein laufendes Vorhaben bei Herstellern bekannt.

Das ist ein zweiter Grund, warum rechteckige Stahlkanäle schlecht abschneiden: Ohne produktspezifische Daten fallen die Sicherheitszuschläge bei der Erstellung der DED höher aus. [2]

Beim Wickelfalzrohr zeigt sich das deutlich: Das PEP von Uniclima weist für ein Produkt mit 400 mm Durchmesser Treibhausgasemissionen von 19,6 kg CO₂-Äq. aus, also 40 % weniger als der DED für denselben Durchmesser.

Zur Erläuterung: Der DED für Wickelfalzrohre mit 400 mm Durchmesser gibt einen Beitrag zum Klimawandel von 33,7 kg CO₂-Äq. an. Für dasselbe Produkt gibt es ein PEP, das für ein Referenzprodukt mit DN 160 erstellt wurde. Dank einer in der INIES-Datenbank verfügbaren Extrapolationsdatei lassen sich daraus jedoch Umweltdaten für weitere Abmessungen ableiten. Hochgerechnet auf DN 400 (zum Beispiel mit der Masse pro laufendem Meter eines Produkts der Marke ALDES) ergeben sich 19,6 kg CO₂-Äq., also fast 40 % weniger. Mit einem kollektiven PEP für rechteckige Kanäle wäre daher eine Einsparung in ähnlicher Größenordnung zu erwarten.

Eine funktionelle Einheit, die von der tatsächlichen Form abgekoppelt ist

Das wichtigste Merkmal der funktionellen Einheit eines Lüftungskanals ist der Luftquerschnitt in m². Diese Bezugsgröße kann die Ökobilanz jedoch verzerren.

Da Lüftungskanäle meist unter der Decke abgehängt werden, sichtbar oder verdeckt und mit begrenzter Einbauhöhe, sind im Gebäudeinneren rechteckige Formate oft die bessere Wahl. Bei gleichem Luftquerschnitt können zwei Kanalformen jedoch sehr unterschiedliche Umweltwirkungen haben.

Zur Erläuterung: Laut einer Produktdokumentation wird ein Kanal mit 800 × 800 mm aus 0,8 mm starkem Blech gefertigt und wiegt etwa 22 kg/lfm. Ein Kanal mit 1.600 × 400 mm hat eine Blechdicke von 1 mm und wiegt 32 kg/lfm, also 45 % mehr. Rein rechnerisch ergibt sich: 1 mm / 0,8 mm × 4 m² / 3,2 m² = 1,25 × 1,25 = 1,56, also + 56 %.

Eine genauere Berechnung rechteckiger Kanäle in Nooco

In der Praxis werden rechteckige Stahlkanäle in unterschiedlichen Einheiten erfasst. Wie lassen sich diese Gewohnheiten mit einer einheitlichen, verlässlichen Umweltinformation verbinden, ohne die betrieblichen Abläufe zu verbiegen?

Die Einheit aus der Praxis: Kilogramm Stahl

In der Planungsphase dimensionieren die ausführenden Fachbetriebe ihr Luftleitungsnetz im Detail. Sie kennen also die genauen Abmessungen jedes einzelnen Strangs. Das Ergebnis wird anschließend in eine Gesamtmenge in Kilogramm Stahl umgerechnet, um sich an die Einheit des Metallhandels anzupassen, eines eher volatilen Markts.

Diese Vereinfachung führt im Angebot zu einem Verlust an technischer Information. Sie vermeidet jedoch die große Schwankung der Materialmengen bei gleichem Querschnitt (siehe Grafik oben).

Bei Nooco haben wir uns deshalb dafür entschieden, die Eingabe in Kilogramm Stahlkanal zu ermöglichen. Dazu haben wir aus den DED für rechteckige Kanäle einen durchschnittlichen Emissionsfaktor pro Kilogramm Produkt berechnet.

Die Einheit des Materials: Quadratmeter Blechfläche

Um nicht beheizte Räume thermisch zu isolieren oder Schallübertragung zu verringern, werden Kanäle meist außen oder innen mit Mineralwolle gedämmt. Diese Produkte mit einer Standarddicke von 25 mm oder 50 mm werden in m² zu dämmender Wandfläche erfasst.

Wer die Menge der Kombination „Kanal + Dämmung” in m² Wandfläche kennt, kann zudem Varianten mit anderen Lösungen für das Luftleitungsnetz untersuchen.

Nooco bietet daher eine zweite Eingabemöglichkeit: in m² Kanalwandfläche, bei einer durchschnittlichen Blechdicke von 1 mm.

Hebel zur Reduktion der Umweltwirkung von Luftleitungsnetzen

Zusammensetzung und Höhe des Klimawandel-Indikators rechteckiger Kanäle

n der Ökobilanz des Stahlkanals trägt die Herstellungsphase am stärksten bei. Sie umfasst die Rohstoffgewinnung (Modul A1), den Transport zum Werk (A2) und die eigentliche Herstellung (A3). Stahl gehört, wie viele Metalle, gemessen an seinem Gewicht zu den Bauprodukten mit der größten Umweltwirkung.

Die meistgenutzten Eisenerze stammen derzeit aus Australien, den USA und Südafrika. Ihre Gewinnung und ihr Transport erfordern viel Energie, vor allem aber die Erzeugung von Roheisen durch die Verbrennung von Koks im Hochofen.

Erster Hebel: Alternativen ohne Stahl

Um die Umweltwirkung zu senken, besteht einer der wichtigsten Ansätze darin, Stahl durch Materialien mit geringerer Umweltwirkung zu ersetzen.

Im Folgenden stellen wir verschiedene Alternativen vor. Diese Liste ist nicht abschließend. Vor einem Einsatz in einem konkreten technischen Kontext (Luftmenge, verfügbarer Platz usw.) ist jeweils eine gründliche Machbarkeitsstudie erforderlich.

Mit einer Modellierung in m² gedämmtem Luftleitungsnetz lassen sich in Nooco die Umweltwirkungen einer Produktvariante leicht vergleichen, hier anhand der FDES des vorisolierten Kanals.

Mit insgesamt 8,16 kg CO₂-Äq. gegenüber 102,08 kg CO₂-Äq. beim Stahlkanal senkt der vorisolierte Kanal den Beitrag zum Klimawandel über den Lebenszyklus eines Gebäudes um mehr als 90 %.

Ein weniger bekanntes Produkt: der Textilkanal

Zweiter Hebel: runde Stahlkanäle mit PEP

Wo es technisch möglich ist, bringt der Ersatz eines rechteckigen durch einen runden Lüftungskanal einen deutlichen Vorteil bei der Berechnung des CO₂-Fußabdrucks eines Projekts.

In Zukunft: Recyclingstahl fördern und seine Herkunft besser belegen

Trotz seiner hohen Umweltwirkung bei der Erstverwendung hat Stahl einen Vorteil: Er ist zu 100 % recycelbar. [3]

Dieser zweite Produktionsweg, auf den 40 % des in Frankreich hergestellten Stahls entfallen, nutzt Elektrolichtbogenöfen, in denen keine Kohleprodukte verbrannt werden müssen. [3]

Mit einer gut strukturierten Recyclingbranche und CO₂-armem Strom, wie im französischen Festland, lassen sich also erhebliche Treibhausgasemissionen vermeiden. Laut einer Studie der französischen Umweltagentur ADEME von 2017 [4] verursacht die Herstellung von Recyclingstahl 57 % weniger Emissionen als die Herstellung derselben Menge Primärstahl.

Nach dem Vorbild der Umweltdaten für Holz, bei denen die DED in INIES nach „nachhaltiger” und „nicht nachhaltiger” Forstwirtschaft unterschieden werden, könnte man DED für Lüftungskanäle mit einem signifikanten Mindestanteil an Recyclingstahl anbieten. Bei einigen FDES für Stahlprofile ist das bereits der Fall: Dort ist ein Recyclinganteil von 61 % garantiert. Würde die Herkunft des Stahls aus der französischen Recyclingbranche in DED sowie in kollektiven und individuellen PEP zertifiziert, entstünde ein stärkerer Anreiz, dieses Material zu recyceln und so den CO₂-Fußabdruck künftiger Bauwerke zu senken.

Unsere Einschätzung im Überblick

Es gibt mehrere Ansätze, um die CO₂-Wirkung eines Luftleitungsnetzes mit rechteckigen Stahlkanälen zu messen und zu senken.

Schon heute:

• durch eine genauere Berechnung über die m² Wandfläche oder die Stahlmasse, wie sie Nooco ermöglicht, um Probleme mit Form und funktioneller Einheit zu umgehen;
• durch den Ersatz von Stahl durch andere Materialien, vor allem durch vorisolierte Kanäle aus Mineralwolle;
• durch den Einsatz runder Stahlkanäle, wo es technisch und architektonisch möglich ist.

Mittelfristig ist ein individuelles oder kollektives PEP denkbar, das Produkte mit einer von der Branche besser beherrschten Umweltwirkung abdeckt. Neue Umweltdaten können zudem die Entscheidungen für ökologisches Design bei alternativen Produkten wie dem Textilkanal unterstützen.

Parallel dazu würde eine bessere Unterscheidung der Stahlherkunft, also primär oder recycelt, den CO₂-Fußabdruck senken und zugleich die Recyclingbranche stärken.

Quellen:

[1] https://www.alnor.com.pl/assets/files/katalogi-grupy/FR/11-SQUER-FR.pdf
[2] http://www.batiment-energiecarbone.fr/IMG/pdf/procedure_de_developpement_ded_decembre_2019.pdf
[3] https://www.senat.fr/rap/r18-649-1/r18-649-121.html
[4] https://presse.ademe.fr/wp-content/uploads/2017/05/FEDEREC_ACV-du-Recyclage-en-France-VF.pdf

Im Artikel genannte DED, PEP und FDES (Bezeichnungen wie in der INIES-Datenbank):

ID 13590: Conduit rectangulaire en acier galvanisé [Section = 0,6×0,6 m²] – DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13590
ID 13589: Conduit rectangulaire en acier galvanisé [Section entre 0,6×0,6 et 1,2×1,2 m²] – DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13589
ID 13588: Conduit rectangulaire en acier galvanisé [Section entre 1,2×1,2 et 1,8×1,8 m²] – DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13588
ID 13568: Conduit rigide spiralé en acier galvanisé [DN entre 100 et 400 mm] – DONNEE ENVIRONNEMENTALE PAR DEFAUT
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=13568
ID 8597: Conduit en acier galvanisé circulaire de diamètre 160 mm d’une longueur de 1 m ALDES
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=8597
ID 26757: Climaver® A2 Neto 25 mm
https://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html?id=26757