Lebens- und Nutzungsdauer von Bauteilen

Ziel der Forschungsarbeit war es, einen Beitrag zur transparenten und nachvollziehbaren Berechnung von Bauteillebensdauern zu leisten. Es wurde ein Modell entwickelt, das es Akteuren in der Praxis ermöglicht, die Lebensdauer von Bauteilen einfach und realitätsnah zu ermitteln. Mit Hilfe des Modells wird im Gegensatz zu bisherigen, pauschalen Schätzungen zum einen die Genauigkeit, zum anderen die Transparenz und die Überprüfbarkeit der verwendeten Lebensdauern erhöht.Projektlaufzeit: November 2008 - Februar 2010

Das Interesse hinsichtlich der Berechnung von Bauteillebensdauern, hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Hintergrund ist u.a. die zunehmende Bedeutung von Lebenszykluskostenberechnungen, z.B. im Rahmen von PPP-Projekten, aber auch der zunehmende Bedarf an Ökobilanzierungen. Sowohl für LCC- als auch für LCA-Betrachtungen stellt die Lebensdauer eines Bauteils eine wichtige Eingangsgröße dar. Darüber hinaus stellt die Bauteillebensdauer eine wichtige Entscheidungshilfe bei der Auswahl von Bauteilen in der Planungsphase, von Neubau-, aber auch Umbau- oder Instandsetzungsprojekten dar. So können aussagefähige Vergleiche verschiedener Lösungsvarianten nur auf Basis realitätsnaher Nutzungsdauern erstellt werden. Informationen über die Lebensdauer von Bauteilen erleichtern auch die Budgetierung und die Planung aller bauteilbezogenen Maßnahmen sowie des daraus resultierenden Instandhaltungsaufwands, während der Nutzungsphase einer Immobilie.

Trotz der aufgezeigten Relevanz existieren bisher jedoch keine fundierten und realitätsgerechten Berechnungsmethoden zur Ermittlung von Bauteillebensdauern, die in der Praxis einfach anzuwenden sind. Dies ist u.a. auch auf ein großes Informationsdefizit bezüglich alterungsrelevanter Bauteildaten zurückzuführen.

Auftragnehmer des Forschungsprojekts war das Institut für Technologie und Managament im Baubetrieb der Universiträt Karlsruhe.

Konzept

Es gibt unterschiedliche Ansätze, die versuchen die spezifische Lebensdauer von Bauteilen in Abhängigkeit von den tatsächlichen Umweltbedingungen zu berechnen. Am bekanntesten ist die so genannte Faktorenmethode, die im Jahr 2000 in der ISO 15686 veröffentlicht wurde. Demnach sind sieben Einflussfaktoren bei der Ermittlung der zu erwartenden Bauteillebensdauer zu berücksichtigen.

Grundsätzlich erscheint dieses Vorgehen sinnvoll, jedoch macht die ISO 15686 keine Angaben zu Referenzlebensdauern oder zu Werten der Faktoren, sodass die Anwendung des Verfahrens in der Praxis bisher sehr schwierig ist.

Durch intensive Recherche und mit Hilfe von Interviews mit Vertretern der Praxis wurden die Schwachstellen und Hemmnisse hinsichtlich der Umsetzung in die Praxis der bisherigen Berechnungsansätze identifiziert. Hierauf aufbauend wurde ein Modell entwickelt, das eine einfache, transparente und realitätsnahe Berechnung von Bauteillebensdauern ermöglicht. Es wurde beispielhaft an vier Bauteilen, die repräsentativ für unterschiedliche Beanspruchungsgruppen stehen, getestet.

Ergebnisse

Als Ausgangsbasis des zu entwickelnden Modells wurde die Faktorenmethode der ISO 15686 gewählt, sodass sich das grundsätzliche Vorgehen an dieser Richtlinie orientiert.

Zur Verbesserung der Ergebnisse wird bei der Entwicklung des Modells versucht, die bisherigen Schwächen der Faktorenmethode und deren Hemmnisse mit Blick auf die Umsetzung in die Praxis zu beseitigen.

Die tatsächliche Anwendung des Verfahrens der ISO wird zum Beispiel durch die fehlenden Angaben hinsichtlich der zu verwendenden Referenzlebensdauern erschwert. Vor diesem Hintergrund werden daher Empfehlungen hinsichtlich der zu verwendenden Referenzlebensdauern formuliert. Verbesserungswürdig erscheint darüber hinaus die Tatsache, dass bei der Faktorenmethode nach ISO alle Einflüsse gleich gewichtet werden. Dies entspricht aufgrund der unterschiedlichen Auswirkungen der verschiedenen Faktoren nicht der Realität. Vor diesem Hintergrund wird eine Möglichkeit geschaffen, Faktoren hinsichtlich ihrer Wirkungsstärke unterschiedlich zu gewichten. Hierfür wird eine Differenzierung zwischen Haupt- und Nebeneinflussfaktoren vorgeschlagen. Im Gegensatz zur ISO, die alle Einflussfaktoren gleich gewichtet, werden den Faktoren im Modell dadurch unterschiedliche Einflüsse zugeschrieben. Darüber hinaus werden im Gegensatz zur ISO restriktive Vorgaben hinsichtlich der Höhe der Werte für die jeweiligen Einflussfaktoren gemacht, wodurch sich die Aussagekraft und die Transparenz des Verfahrens entscheidend verbessern.

Des Weiteren bietet das entwickelte Modell die Möglichkeit, Einflussfaktoren weiter zu differenzieren als die ISO. Hierzu werden zwei Bewertungsebenen vorgeschlagen. Während die erste Ebene allgemeingültige Kriterien definiert, ohne material- oder bauteilspezifische Eigenschaften genauer zu berücksichtigen, werden die Einflussfaktoren in der zweiten Bewertungsebene hingegen durch materialspezifische Kriterien unter detaillierter Betrachtung der gegebenen Randbedingungen beurteilt. Hierdurch ist eine genauere Berechnung der zu erwartenden Lebensdauer eines Bauteils möglich.

Die Vorgehensweise des entwickelten Modells ist in folgender Grafik dargestellt (zum Vergrößern auf die Abbildung klicken).

[Grafik]

Um die Anwendung des Berechnungsmodells zur Ermittlung der zu erwartenden Lebensdauer demonstrieren zu können, wurde das Modell im Rahmen des Projektes an vier Bauteilen, die repräsentativ für unterschiedliche Beanspruchungsgruppen stehen, beispielhaft angewendet. Hierbei wurde deutlich, dass die Bestimmung der jeweils maßgeblichen Faktoren und deren Einflussgewichtung ein enormes Fachwissen voraussetzt. Spezialisierte Kenntnisse auf Bauteil- bzw. Materialebene liegen beim Anwender des Verfahrens in der Regel jedoch nicht vor. Da die berechnete Lebensdauer sehr stark von der Wahl und der Gewichtung der Einflussfaktoren abhängt, muss bei der Anwendung des Verfahrens eine verfälschende Wahl der Faktoren ausgeschlossen werden. Vor diesem Hintergrund ist es erforderlich, in Zukunft Arbeitshilfen zu erarbeiten und diese dem Anwender des Verfahrens zur verbindlichen Nutzung bei der Berechnung von Bauteillebensdauern bereitzustellen und den Entscheidungsspielraum des Anwenders hierbei möglichst stark einzugrenzen. Dies könnte zum Beispiel mit Hilfe von sogenannten Expertendatenblättern erfolgen, die dann für alle relevanten Bauteile, jeweils materialabhängig, die zur Berechnung notwendigen Informationen bereitstellen.

[Bild]

Durch die Festlegung von Bewertungskriterien sowie durch die Vorgabe der relevanten Einflussfaktoren und deren Gewichtung und die Angabe der zu verwendenden Referenzlebensdauer in den Expertendatenblättern ist eine schnelle, transparente und objektive Ermittlung der zu erwartenden Lebensdauer eines Bauteils möglich, die darüber hinaus auch eine Vergleichbarkeit der Berechnungen ermöglicht.

Eine ausführliche Darstellung der Ergebnisse finden Sie im Endbericht.

Veröffentlichungen

Endbericht
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