Wirtschaftlichkeit von Innovativen Wandkonstruktionen im Wohnungsbau

Die Wirtschaftlichkeit eines Bauvorhabens wird zunehmend durch dessen Planung im Hinblick auf die Geometrie und auch die Auswahl der Konstruktionen bestimmt. Die Ausnutzung der maximal zu errichtenden Grundfläche, welche vom öffentlichen Baurecht vorgegeben wird, ist dabei ebenso relevant, wie die Ausnutzung der maximal verfügbaren Nutzungsfläche (NUF 1: Wohnen und Aufenthalt) (DIN 277 2016). Dies bedeutet, dass die äußere Grenze der bebaubaren Grundfläche im Regelfall feststeht und die innere Nutzungsfläche sich aus der Planung und der Wahl der Konstruktionen ergibt. Jede dieser Konstruktionen hat entsprechende Anforderungen zu erfüllen, wie bspw. statische Tragfähigkeit, Wärme‑, Feuchte‑, Schallschutz, oder lediglich die räumliche Trennung. Betrachtet man konventionelle Konstruktionen aus Außenwänden, dann sind Aufbaudicken von ca. 50 cm üblich. An dieser Stelle gilt es zu untersuchen, inwieweit Konstruktionen, die schlanker im Aufbau sind und somit eine höhere Nutzungsfläche generieren, generell aber höhere Kosten verursachen, auch wirtschaftlicher sind. D. h. inwieweit kann der Flächengewinn an Nutzungsfläche (bspw. höherer Mietertrag) die höheren Kosten der baulichen Konstruktion rechtfertigen. Auf die Effizienz der Flächennutzung machte bereits Kalusche (2011) bezugnehmend auf die Kennwerte aus dem Baukosteninformationszentrum (BKI Baukosteninformationszentrum 2010) aufmerksam. Speziell die Kennwerte der Konstruktions-Grundfläche (KGF) im Verhältnis zur Brutto-Grundfläche (BGF) bzw. deren hohen Bandbreite sind dort benannt worden. Der Anteil der KGF an der BGF liegt bei Mehrfamilienhäusern ab sechs Wohneinheiten durchschnittlich zwischen 14,5 und 15% (Kalusche 2011). Die Kennwerte aus der aktuelleren Sammlung aus dem Jahr 2017 (BKI Baukosteninformationszentrum 2017) für die Objektkategorie „Mehrfamilienhäuser 6–19 Einheiten“ ergeben einen Anteil von 14,6 bis 18,0% (KGF/BGF), im Mittelwert 16,2%. Mit dem Bezugswert der Nutzungsfläche (NUF) können Kennwerte KGF/NUF von 20,7 bis 27,1% (im Mittel 23,4%) entnommen werden. Aus den Kennwerten ergibt sich bereits ein hohes Potential auf Grundlage der Wahl und Anordnung der KGF. Dieser Anteil kann über die Verwendung von modernen Konstruktionsmaterialien zugunsten der veräußerbaren Nutzungsfläche signifikant vermindert werden. Aus diesem Ansatz geht das Ziel dieser Untersuchung hervor, indem an einem realitätsnahen Referenzgebäude untersucht wird, ob und wann innovativere Konstruktionsaufbauten (hier: Vakuumpaneele – Vacuum insulation panels – kurz: VIPs), die oftmals mit höheren Investitionskosten verbunden sind, durch den Gewinn an Nutzungsfläche wirtschaftlich vorteilhaft sind.

In der Forschung steht die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich alternativer bzw. innovativer Bauelemente (zur Einsparung von KGF) nur bedingt im Fokus. Jelle (2011) befasste sich mit unterschiedlichen traditionellen und innovativen Dämmstoffen hinsichtlich der Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit. In der Untersuchung wurde auch das Potential der Flächengewinne durch den Einsatz von Vakuumpaneelen analysiert. Die Analyse basierte auf dem Vergleich herkömmlichen Dämmmaterials mit einer Stärke von 35 cm und einer VIP Dämmung mit 6 cm Stärke. Aus der Gegenüberstellung geht hervor, dass die VIP Dämmung ab bei einem Wert von ca. 2200 €/m² Nutzungsfläche profitabel ist. Die Ergebnisse basieren auf einem Beispielgebäude mit den Abmessungen von 10 m × 10 m × 2,5 m. Naji et al. (2014) untersuchten drei unterschiedlichen Leichtbauweisen in der Türkei. Die Studie befasste sich mit den Konstruktionskosten und der Lebensdauer. Flächengewinne etc. wurden hier jedoch nicht berücksichtigt. Der Einfluss der Fläche bzw. des Flächen-Volumenverhältnisses ist vor allem im Fokus von Studien, die sich mit der Energieeffizienz auseinandersetzen. Exemplarisch kann hierbei die Untersuchung von McKeen und Fung (2014) genannt werden. Hierbei wurde der Zusammenhang zwischen der Geometrie, Lage und Gebäudekriterien im Hinblick auf den Energieverbrauch analysiert. Sev und Zgen (2009) untersuchten die Flächeneffizienz von Bürogebäuden als Hochhäuser. Sie zeigen auf, dass die Flächeneffizienz und die daraus resultierende Optimierung der Mieteinnahme sich meist nicht mit anderen Effizienzzielen (bspw. Konstruktion, Energie; Betriebskosten) vereinbaren lässt.

Eine Studie an der TU Wien (Kolbitsch et al. 2008) im Auftrag der Wirtschaftskammer Österreich befasste sich mit Wirtschaftlichkeitsparametern im geförderten Wohnungsbau in Wien. Ziel der Studie war die Erhebung und Bekanntmachung von Referenzwerttabellen, die u. a. als Grundlage für einen Planungswettbewerb dienen können. Als Referenzwerte wurden Kennwerte zur Einordnung der Flächen‑, Raum und Fassadeneffizienz gebildet. Bei der Konstruktions-Grundfläche kann der Kennwert BGF/NGF (Netto-Grundfläche) herangezogen werden und hierzu wurde ein Referenzbereich von 1,10 bis 1,20 definiert. Dies bedeutet, dass Projekte in diesem Rahmen als konstruktiv wirtschaftlich zu deuten sind.

Betrachtet man die Publikationen zu „innovativen Konstruktionen“, so zeigt sich, dass diese den Fokus auf bauphysikalische Eigenschaften sowie energieeffizientes und ökologisches Bauen legen. Eine Darstellung hinsichtlich der Flächeneinsparung fehlt. Bspw. bei Vakuumpaneelen setzte sich bereits 2004 Wakili et al. mit der Wärmeleitfähigkeit von Vakuumpaneelen auseinander (Wakili et al. 2004). Schwab et al. verfassten ebenfalls bereits 2005 eine Arbeit zu Wärmebrücken in Vakuumdämmungen (Schwab et al. 2005). 2010 setzten sich Tenpierik und Cauberg in ihrer Arbeit „Encapsulated vacuum insulation panels: theoretical thermal optimization“ mit der idealen Dicke und Verwendung von VIPs auseinander (Tenpierik und Cauberg 2010). Johansson stellt in seinem Bericht aus 2012 einen Überblick zu bislang untersuchten Bereichen mit der Verwendung von Vakuumdämmungen dar (Johansson 2012). Yamankaradeniz schrieb 2015 eine Arbeit über das Thema betreffend Kondensation in Wänden welche mit VIPs gedämmt wurden (Yamankaradeniz 2015). Gubbels et al. schrieben ebenfalls 2015 eine Arbeit zur Haltbarkeit von Vakuumdämmungen (Gubbels et al. 2015).

Der Forschungsstand zeigt, dass Untersuchungen hinsichtlich innovativer Bauelemente, Flächeneinsparung und die daraus resultierende Wirtschaftlichkeit nur bedingt umfassend dargestellt werden.

Ziel der Untersuchung ist es, festzustellen, ab welchem Betrag (Verkaufspreis) pro m² Nutzungsfläche (NUF 1) eine alternative und auch innovative Wandkonstruktion, die eine Flächengewinnung erzeugt, wirtschaftlich von Vorteil ist. Konkret soll bei konventioneller Bauweise (Massivbauweise) eine Alternative für jede Schicht des Aufbaus von Innen- und Außenwänden gefunden und wirtschaftlich analysiert werden. Als Herangehensweise zur Untersuchung der Ziele auf Grundlage der angewandten Forschung wird eine Fallstudie durchgeführt. Für die Fallstudie wird ein Referenzgebäude auf Basis realer Gebäudedaten definiert. Dabei werden die Planunterlagen von den 14 realen Projekten gegenübergestellt und ein durchschnittliches Referenzgebäude abgeleitet. Die konventionellen Konstruktionen stammen dabei ebenfalls von Referenzgebäuden, die innovativeren Konstruktionen anhand Erhebungen aus der Literatur bzw. produzierenden Herstellern. Die Kostendaten stammen einerseits aus Kennwertesammlungen, wie BKI (BKI Baukosteninformationszentrum 2017) und andererseits von Angebotspreisen der Hersteller. Sämtliche in der Arbeit angegebenen Kostenwerte sind in netto, ohne Umsatzsteuer. Um die Veränderung der Nutzungsfläche zu erfassen, wurde das Referenzgebäude, inkl. der Varianten mit den unterschiedlichen Konstruktionen in CAD erstellt. Auf Grundlage dieser Berechnungen lässt sich jede einzelne Maßnahme (Variante) in Form einer Kosten-Nutzen-Analyse untersuchen und als Ergebnis wird ein sog. Break-Even Point ermittelt. Der Break-Even stellt damit den Schwellenwert zu den Immobilienpreisen dar. Dies bedeutet, liegt der Preis über dem Schwellenwert, ist die Variante wirtschaftlich von Vorteil.

Das Referenzgebäude wurde von 14 realen Projekten, gemeinnütziger Bauträger abgeleitet. Dazu wurden jeweils die BGF, die NUF, die Anzahl der Wohneinheiten und die Außenwandfläche (AwFl) erhoben. Die deskriptiv ermittelten Daten und Kennwerte sind in Tab. 1 angeführt.

Betrachtet man die gebildeten Kennwerte, so ist ersichtlich, dass die Streuung gemessen an der Standardabweichung der NUF/BGF im Vergleich zur NUF/AwFl erheblich geringer ist. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass die Flächeneffizienz im Grundriss höher ist, als die Effizienz der Gebäudekörper, bzw. der Kompaktheit. Die Wahl des Referenzgebäudes fiel auf das Projekt, welches den Mittelwerten am nächsten lag. Das daraus definierte Referenzgebäude ist 3‑geschossig, mit 13 Wohneinheiten und besitzt eine BGF von 1173 m². Die grafische Visualisierung ist in Abb. 1 ersichtlich. Balkone und Terrassen sind in der Darstellung nicht enthalten, da diese von der Untersuchung ausgenommen sind.

Abb. 2 stellt den Grundriss (ohne Maßstab) des Erdgeschosses dar. Wie dieser zeigt, weist das Gebäude eine L‑Form mit verschiedenen Aussparungen aus. Die hellgraue Fläche stellt die für den Verkauf relevante Nutzungsfläche dar. Der Erschließungskern in der Mitte zählt zu den Verkehrsflächen und wird demnach nicht berücksichtigt. Im Erdgeschoss befinden sich fünf Wohneinheiten mit ca. 332 m² Nutzungsfläche.

Unter „alternativ“ werden in diesem Zusammenhang Maßnahmen behandelt, die die Wanddicke reduzieren, ohne die relevante Funktion zu beeinträchtigen. Als relevante Funktion kann dabei die statische Tragfähigkeit, oder die Wärmeleitfähigkeit verstanden werden. Ebenso sind in dieser Hinsicht die akustischen und brandschutztechnischen Merkmale nur kaum verändert und im Hinblick der bautechnischen Erfordernisse überprüft worden. Als innovative Bauelemente werden nachfolgend im Wesentlichen zwei Elemente, zum einen Vakuumpaneele (Vacuum insulation panels – VIPs) und zum anderen Betonfertigteile mit höherwertiger Betongüte angesehen.

Während für die konventionelle Bauweise auf bestehende Baukostensammlungen zurückgegriffen werden kann, bestehen für die innovativen Bauelemente keine allgemein zugänglichen Baukostensammlungen. Deshalb wurden in dieser Studie die Listenpreise von Herstellerfirmen erhoben und fehlende Aufwendungen, wie bspw. für die Montage durch Erfahrungswerte geschätzt. Zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit einer Maßnahme wird stets vom Referenzgebäude ausgegangen. Dabei werden von der jeweiligen Maßnahme die Differenzen der Kosten und der Flächen ermittelt. Die Kostenermittlung basiert dabei auf einem Vollkostenansatz, welcher speziell bei den Außenwänden zu berücksichtigen ist. Werden Außenwandkonstruktionen in der Aufbaustärke verringert, so zieht dies auch Folgekosten im Inneren nach sich. Dies bedeutet, dass davon auch die Deckenaufbauten und Innenwände betroffen sind. Der Quotient der daraus ermittelten gesamten Kostendifferenz durch den Flächengewinn ergibt sohin den Schwellenwert pro zusätzlichen m² NUF. Die wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit der Maßnahme ist dann gegeben, wenn dieser Schwellenwert unter dem Angebotspreis (Verkaufspreis) pro m² NUF liegt. Ist der Angebotspreis geringer als der Schwellenwert, wäre die Maßnahme nicht wirtschaftlich. Zusammengefasst werden die berücksichtigten Kosten und die ermittelten Schwellenwerte für die Außen- und Innenwände in den nachstehenden Gln. 1 und 2 dargestellt.

Legende:

Legende:

Der Unterschied in den zwei Gleichungen besteht in der Berücksichtigung der Mehrkosten von Innenwänden. Während bei der Außenwandkonstruktion die Mehrkosten für die Innenwände und auch Deckenaufbau zu berücksichtigen sind, sind bei den Innenwänden lediglich die Mehrkosten für den Deckenaufbau enthalten. Für den Deckenaufbau wurden Kosten von 87 €/m² (ohne Stahlbetondecke) bis 125 €/m² (mit Stahlbetondecke) angesetzt. Der Unterschied in der Verwendung liegt darin, dass bei Verringerung der Außenwanddicke auch die Stahlbetondecke vergrößert wird, wohin gegen bei den Innenwänden lediglich der Decken- und Fußbodenbodenaufbau zu berücksichtigen sind.

Aus der Untersuchung geht zusammengefasst hervor, dass alternative und innovative Materialien in den Wandaufbauten ein wirtschaftliches Potential darstellen. Die Gegenüberstellung am Referenzgebäude zeigt, dass unter der Annahme der vollen Ausreizung der BGF eine Erhöhung der Nutzungsfläche um 7,7%, absolut ca. 65 m², durch die alternativen Wandaufbauten möglich ist. Bei den analysierten Maßnahmen bieten die Außenwände ein wesentlich höheres Potential in der Generierung zusätzlicher Fläche. Die gewonnene Fläche aus den Innenwänden ist jedoch wirtschaftlicher als jene der Außenwände, da in diesem Fall keine zusätzlichen Kosten entstehen, d. h. es sind keine teuren Materialien wie die VIP erforderlich. Bei den Außenwänden mit VIP gilt zu beachten, dass in dieser Untersuchung eine Variante mit Außenputz berücksichtigt wurde. Weitere Varianten, wie bspw. in Form von hinterlüfteten Konstruktionen wurden aufgrund des Minimal-Prinzips der Kosten und der Aufbaustärke nicht betrachtet. Die ermittelten Ergebnisse als Schwellenwert pro m² zusätzlicher Nutzungsfläche von 1956 € zeigen, dass diese im Vergleich zu den aktuell am Markt bestehenden Verkaufspreisen wirtschaftlich vielerorts von Vorteil sind. Als Diskussion sollten die Aspekte der Qualität angesprochen werden. Gerade im Hinblick auf die gewählte Konstruktion der nicht tragenden Innenwände, die zwar den gesetzlichen Anforderungen genügen, ist deren bauphysikalische Einordnung hinsichtlich der heutigen kundenseitigen Anforderungen (Akustik und Raumklima) zu hinterfragen. Des Weiteren ist zu erwähnen, dass eventuelle zusätzliche Aufwendungen im Bereich der Haustechnik und Leitungsführung hier nicht berücksichtigt wurden. Abschließend kann gesagt werden, dass derartige innovative Materialien für den Hochbau eine gute Alternative darstellen können. Aktuell fehlt es in der praktischen Anwendung noch an Erfahrungswerten zur Etablierung solcher Varianten. Speziell im Neubau könnten sich durch die Vorfertigung, evtl. in Verbindung mit der seriellen Bauweise, interessante Verwendungsmöglichkeiten ergeben. In diesem Zusammenhang könnten technische, physikalische oder wirtschaftliche Untersuchungen als Anknüpfungspunkte weiterführender Forschung sein. Darüber hinaus wären auch Untersuchungen aus dem Gebiet der Wahrnehmung und Kognition von Relevanz, um Erkenntnisse der kundenseitigen Wahrnehmung von Anforderungen bis hin zur Zahlungsbereitschaft für spezielle Konstruktionen (bspw. ökologische) zu identifizieren.