Studie CO2-Emissionen in Untergeschossen

Untergeschosse sind für relevante Teile der Treibhausgasemissionen beim Erstellen von Hochbauten verantwortlich. Dies beschäftigt das Amt für Hochbauten (AHB) der Stadt Zürich bei jedem Neu- und Ersatzbauprojekt. Um die Effekte besser einordnen zu können, hat die Stadt Zürich die hier beschriebene Studie an die s3 GmbH und die Wälli AG in Auftrag gegeben.

Um die wichtigsten Treiber dieser Emissionen genauer zu untersuchen, werden in dieser Studie vier Hypothesen aufgestellt und anhand von verschiedenen Fallstudien (Cases) untersucht. Es werden dabei Lebenszyklusanalysen (LCA) für die Erstellung der Untergeschosse von zwei unterschiedlichen Beispielgebäuden durchgeführt, wobei jeweils die Erdbauarbeiten, die Baugrubensicherungen sowie die Tiefgründungen innerhalb der Systemgrenzen sind, nicht aber die Konstruktion des Gebäudes selbst. Die beiden Beispielgebäude werden dafür in elf unterschiedliche Boden- und Platzgegebenheiten platziert und schrittweise, von keinem bis zu zwei Untergeschossen, in den Boden abgesenkt. Dabei wurden meist Verhältnisse angenommen, welche für die Stadt Zürich typisch sind.

Aufgrund der hohen Komplexität des Zusammenspiels zwischen Gebäudegeometrie, Untergrund und Platzverhältnissen auf der Parzelle sind die Resultate teilweise stark von unveränderlichen Gegebenheiten beeinflusst. Die Ergebnisse der betrachteten Cases können deshalb nicht einfach verallgemeinert werden. Dennoch werden an dieser Stelle einige Erkenntnisse und Tendenzen vorgestellt:

• Baugruben sollten wenn immer möglich geböscht werden. Diese Art der Baugrubensicherung führt selbst bei Gebäudetiefen über 10m zu den niedrigsten Umweltbelastungen.
• Gerade in städtischen Situationen kann aus Platzgründen häufig nicht geböscht werden. Sind deshalb steilere Winkel bei der Baugrubensicherung nötig, weisen Sickerbetonwände, Nagelwände oder gespriesste Spundwände geringere Umweltbelastungen auf als andere Typen von Spundwänden, Bohrpfahlwände oder Rühlwände.
• Pfähle sind grosse Verursacher von CO2-Emissionen. Kann z.B. durch ein Materialersatz mit einer geringen Mächtigkeit (z.B. unter 1-2 m) auf Pfähle verzichtet werden, kann dies ökologisch sinnvoll sein.
• Falls in kleiner Tiefe guter Baugrund vorhanden ist, lohnt es sich tendenziell, eine Baugrube auf diese Tiefe auszuheben und die Bodenplatt auf diesem Niveau zu setzen (untersucht für eine Tiefe von 3.5 m). In solchen Fällen kann die Realisierung von Untergeschossen fast CO2-neutral sein, da alle Emissionen für die Tiefgründung sowieso bereits anfallen.
• Schwierige Bodenvoraussetzungen (z.B. grundwasserhaltige Böden) gehen oft mit Pfählen und aufwendigen Baugrubensicherungen einher. Dies führt zu erhöhten ökologischen Auswirkungen, welche unter Umständen mit geringerer Einbautiefe in den Boden (d.h. weglassen oder reduzieren von Untergeschossen) verhindert werden können.

Die Individualität von Bauprojekten und die potentiell hohen ökologischen Einflüsse von Untergeschossen betonen und bestätigen die Notwendigkeit, die Baugrubensicherungen und Tiefgründungen von Hochbauten schon in frühen Projektphasen zu berücksichtigen. Nach dem SIA-Effizienzpfad Energie (Merkblatt 2040 der SIA (2017)), welches noch auf die alte SIA 2032 (2010)-Norm verweist, wird lediglich das Aushubvolumen den grauen Emissionen eines Gebäudes angerechnet. Dabei wird ein potentiell riesiger Anteil an grauen Emissionen komplett vernachlässigt. Auch in Minergie-ECO-Nachweisen werden Baugrubensicherungen und Tiefgründungen aus der Bilanzierung ausgeklammert. Mit der neuen SIA 2032 (2020) Norm werden Baugrubensicherungen und Tiefgründungen berücksichtigt. Die Erneuerung der SIA 2040 ist also wichtig, um diesen relevanten Anteil an grauen Emissionen berücksichtigen zu können und auch den unterirdisch liegenden Teil von Gebäuden ökologisch zu optimieren. Die Aktualisierung des Effizienzpfades wird im Jahr 2023 in Form einer neuen SIA 390 erwartet.

Das im Anschluss an diese Studie kreierte Tool soll helfen, die ökologischen Einflüsse von Untergeschossen bereits in der Wettbewerbsphase bewerten und optimieren zu können.