Auf dem Weg zur Wärmewende im Gebäudebestand: Seit 2006 erarbeitet die Saarbrücker IZES gGmbH neue Lösungen für die thermische Sanierung von Gebäuden. Im Rahmen des im Mai gestarteten Projekts „LEXU_PLUS“ führt IZES die grundlegende Idee der außenliegenden Wandtemperierung nun mit Partner aus Forschung, Industrie und Ausbildung zur Anwendungsreife. Vorgefertigte Sandwich-Fassaden-Elemente sollen es ermöglichen, Bestandsbauten von außen energetisch wirksam zu sanieren. Die TU Kaiserslautern (TUK) ist universitärer Forschungspartner im Verbund und übernimmt dabei unter anderem die statische Entwicklung der mehrschichtigen Betonfertigbauteile, die sich an Bestandsfassaden befestigen lassen.
Die im Rahmen von LEXU_PLUS entstehende Lösung hat das Potenzial, die Nutzung von regenerativen Energien im Gebäudesektor und hier insbesondere in Bestandsgebäuden zu steigern. Der Weg dorthin: Eine Technik zur Integration von Flächentemperierungen in Bestandsgebäude, unabhängig vom Zustand im Inneren (Raumhöhen, Bewohnung, Leitungsführung). Das Projektkonsortium greift dabei die Idee der außenliegenden Wandtemperierung von IZES auf und stützt sich auf die Ergebnisse der entsprechenden Vorprojekte „LEXU“ und „LEXU II“, indem es das Konzept um die folgenden Ansätze erweitert: Integrieren der thermischen Funktion in Sandwich-Fassaden-Elemente und Erhöhen des Vorfertigungsgrads dieser zentralen Bauteile, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.
Aus Anwendungssicht bietet die Idee der außenliegenden Wandtemperierung mehrere Vorteile: Sie ermöglicht die thermische Sanierung von Bestandsgebäuden minimalinvasiv „von außen“, auch im bewohnten Zustand. Zusätzlich können durch die Applikation von Flächentemperierungen an Bestandsgebäuden und die Lage der Temperierungsebene im Wandquerschnitt sehr niedrige Vorlauftemperaturen nutzbar gemacht werden. Insofern eignet sich eine außenliegende Wandtemperierung insbesondere für den Einsatz mit Wärmepumpen und ist somit ein möglicher Lösungsweg für die dringend anstehende Wärmewende im Gebäudebestand. Schließlich lässt sich damit auch zusätzlich die massive Gebäudestruktur als Speicher nutzbar machen.
Ein Ziel des Projekts ist es, die Sandwich-Fassaden-Elementen (SF-Elemente) multifunktional auszugestalten, sodass diese neben einem Fassaden-/Massivabsorber zum Gewinnen von Umweltwärme auch eine Wärmedämmschicht und eine Wandtemperierung enthalten. Damit erfüllen die Bauteile neben den statischen Funktionen auch die folgenden energetischen Funktionen: Energiegewinnung und -speicherung sowie Temperierung und Dämmung.
Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn vom Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion an der TUK erläutert deren Aufbau: „In ihrem vollen Funktionsumfang bestehen die SF-Elemente jeweils aus zwei dünnen faserkunststoffbewehrten Betondeckschichten aus Hochleistungsfeinbeton mit integrierter thermischer Aktivierung für Wandtemperierung und Fassadenabsorber sowie einer mittig angeordneten Kerndämmung. Durch die Weiterentwicklung zum voll vorgefertigten SF-Element sind zudem geeignete Verbindungs- sowie Befestigungsmittel notwendig, um die SF-Elemente kraftschlüssig mit den Betondeckschichten zu verbinden und in der Bestandswand zu verankern.“
Als Verbindungs- sowie Befestigungsmittel nutzen die Forscher faserverstärkten Kunststoff (FVK), da im Gegensatz zu Befestigungen aus Stahl bei FVK keine Korrosionsgefahr besteht. Zudem ermöglicht die geringe Wärmeleitfähigkeit eine nahezu wärmebrückenfreie und damit energieeffiziente Verbindung der Komponenten. Das Befestigungsmittel fixiert das SF-Element mit möglichst wenig Aufwand, unter Berücksichtigung der Montage auf der Baustelle, an der Bestandswand.
Nicht zuletzt sind die Applikation und Befestigung der SF-Elemente am Bestandsgebäude ebenfalls wesentlicher Bestandteil des Projekts. Hierfür nutzen die Projektpartner zwei Demonstratoren, die praxisnahe Test und Untersuchungen ermöglichen.
Das LEXU_PLUS Projektkonsortium
Das Konsortium zur Durchführung des Verbundvorhabens „LEXU_PLUS“ setzt sich wie folgt zusammen: IZES gGmbH mit seinem Arbeitsfeld Technische Innovationen, die TUK, die Schöck Bauteile GmbH und das Berufsförderungswerk der südbadischen Bauwirtschaft GmbH, KOMZET BAU BÜHL.
Neben der Projektleitung ist IZES für weitere Kernaufgaben im Konsortium zuständig: die Durchführungen von Simulationsstudien zur Bedarfsermittlung und die thermische Bauteilentwicklung. Die Expertise der TUK fließt in die statische Bauteilentwicklung; ebenso erforschen Pahn und seine Arbeitsgruppe das thermische Verhalten des Bau¬teils sowie dessen Auswirkungen auf das Gebäudeenergiekonzept. Die thermischen Bauteilversuche werden gemeinsam mit IZES im Labor des konstruktiven Ingenieurbaus im thermischen Prüfstand durchgeführt. Das thermische Verhalten und die Auswirkungen auf das Gebäudeenergie¬konzept werden im multi¬funktionalen Laborgebäude (Small House IV) auf dem Campus der TUK am Kleindemonstrator untersucht. Die Entwick¬lung geeigneter Verbindungs- und Befestigungsmittel aus glasfaser¬verstärktem Kunststoff bringt die Schöck Bauteile GmbH mit in das Projekt ein. Der Applikationsprozess der SF-Elemente wird vom Berufsförderungswert der südbadischen Bauwirtschaft GmbH entwickelt und erprobt. Die im Projekt gewonnen Erkenntnisse und Ergebnisse fließen auch dort direkt in die überbetriebliche Ausbildung mit ein.
Ergänzt werden die Verbundpartner durch weitere wichtige assoziierte Partner zur Erreichung der Projektziele. So bringt die Otto Knecht GmbH die Expertise bezüglich der Fertigung von Fertigteilen in das Projekt ein. Dort werden auch die SF-Elemente für die Demonstratoren gefertigt. Die hydraulische und thermische Auslegung der SF-Elemente wird von der GEFGA Energiesysteme GmbH unterstützt. Die entsprechenden Rohrleitungen für die SF-Elemente stammen von BEKA Heiz- und Kühlmatten GmbH. Die notwendigen Baumaterialien für die SF-Elemente werden von der Saint-Gobain Weber GmbH zur Verfügung gestellt.
Als weiterer Baustein auf dem Weg in die Baupraxis wird das Projekt von mehreren Verbänden unterstützt und begleitet: Der Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e.V. (FDB), dem Bundesverband Flächenheizung und Flächenkühlung e.V., dem Bundesverband Ausbau und Fassade im Zentralverband des Deutschen Baugewerbes e.V. und dem Fachverband Beton- und Fertigteilwerk Baden-Württemberg e.V.
Das Projekt wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags unter dem Förderkennzeichen 03EN1041A-E gefördert. Die Projektbegleitung erfolgt durch den Projektträger Jülich (PtJ). Die Projektlaufzeit beträgt 3 Jahre.
Zur Vorgeschichte des Projekts
Seit 2006 beschäftigt sich die IZES gGmbH mit der Idee der außenliegenden Wandtempe¬rierung. Dabei handelt es sich um eine Flächentemperierung für Bestandsgebäude, welche zwischen der Bestandswand und einem neuen Wärmdämmverbundsystem aufgebracht wird.
Im Projekt „LEXU“ (FKZ 0327370T), durchgeführt in der Zeit von 2006 bis 2009, wurden die Grundlagen der außenliegenden Wandtemperierung erarbeitet, Muster- und Laborwände erstellt und auch Systemkosten für verschiedene Umsetzungsvarianten ermittelt. Im Nachfolgerprojekt „LEXU II“ (2012 bis 2019) konnte unter anderem eine Feldtestfläche mit der außenliegenden Wandtemperierung umgesetzt werden. Die Feldtestfläche ermöglichte die wissenschaftliche Begleitung und Auswertung der Anbringung, die Ermittlung einer Vielzahl von Kennzahlen aus dem realen Betrieb, inklusive der Systemkosten und im Endeffekt auch die Zusammenstellung von Optimierungspotentialen auf dem Weg in die Baupraxis.
Weitere Informationen sind verfügbar unter: www.projekt-lexu.de (Ergebnisse der Vorgänger-Projekte / aktuelle Projekthomepage im Aufbau)
Quelle Text/Bild:
TU Kaiserslautern
Hochschulkommunikation
Gottlieb-Daimler-Straße 47
67663 Kaiserslautern
www.uni-kl.de
Kaiserslautern, 25.06.2021
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