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C Integrative Bauelemente

C05 – Materialsysteme für adaptive Flächen- und Strukturelemente

Im Teilprojekt C05 werden daher Ansätze zur schaltbaren Wärmedämmung evaluiert, bewertet und Chancen sowie Risiken für die Anwendung in adaptiven Bauwerken aufgezeigt.

Bislang wurden Gebäude so geplant, dass Eigenschaften wie Schall-, Feuchte- und Wärmeschutz permanent und statisch waren. In Bezug auf adaptive Bauwerke ändert sich das Vorgehen: Bauteile sowie deren bauphysikalische Eigenschaften bleiben über deren gesamte Lebensdauer anpassbar. Um die bauphysikalischen Eigenschaften je nach Bedarf in der gewünschten Größenordnung bereitstellen zu können, muss das symbiotische Materialverhalten berücksichtig werden.

Im Teilprojekt C05 werden daher Ansätze zur schaltbaren Wärmedämmung evaluiert, bewertet und Chancen sowie Risiken für die Anwendung in adaptiven Bauwerken aufgezeigt.

Es ergeben sich folgende wissenschaftliche Fragestellungen:

  • Welche Möglichkeiten zur schaltbaren Wärmedämmung in adaptiven Bauwerken gibt es?
  • Welche offenporigen Materialien eignen sich zur schaltbaren Dämmung bzw. für die Außenhaut?
  • Wie können die ausgewählten Materialsysteme modelliert und virtuell unter Einbezug verschiedener Bedingungen evaluiert bzw. bewertet werden?
  • Können die entwickelten Materialsysteme mit bestehenden Kennwerten beschrieben werden oder sind neue Kennwerte notwendig?

Neue Untersuchungen mit offenporigen Materialien zeigen die Potentiale schaltbarer Wärmedämmung. Besonders interessant für Leichtbaukonstruktionen ist die aktive Steuerung der Luftströmung oder Druckänderung innerhalb der Hüllenkonstruktion. Bei diesem Ansatz lässt sich die Außenoberflächentemperatur bzw. Wärmeleitfähigkeit der Hülle je nach Bedarf schnell ändern.

 (c) IABP
Links: Schichtbauen der durchströmbaren Textilkonstruktion zur Solarenergienutzung. Rechts: Offenporige, strukturierte Metallschäume

Im Rahmen des Teilprojekts C05 werden zunächst geeignete offenporige Dämmmaterialien sowie Materialien für die Außenhaut erarbeitet und bewertet. Anschließend ist ein Flächenelement zu entwickeln, bei dem neben den wärmetechnischen Eigenschaften die hygrischen, akustischen und ggf. visuellen Funktionen berücksichtig werden. Ziel ist es, umfassende Erkenntnisse über die bauphysikalischen Eigenschaften von neu entwickelten adaptiven Flächenelementen zu gewinnen.

Das Teilprojekt untersucht zudem das hygrothermische und akustische Verhalten von auxetischen Materialien für Randanschlüsse zwischen entwickelten adaptiven Flächenelementen. Die ausgewählten Materialsysteme sind in einem nächsten Schritt zu modellieren, virtuell für verschiedene Außen- und Innenraumbedingungen zu evaluieren und zu bewerten.

 (c) IABP
Feuchtetransportvorgänge in einer Fachwerkwand (links), Anpassungsbereich des sd-Wertes der feuchteadaptiven Dampfbremse (Mitte) und Feuchtetransport im Winter und Sommer bei Anwendung der feuchteadaptiven Dampfbremse (rechts)

Die modellierten Systeme werden anschließend in physische Modelle umgesetzt. Dabei evaluiert das Teilprojekt einzelne Stoffe sowie das Zusammenspiel mehrerer Materialien. Zudem wird überprüft, ob sich solche Systeme mit bislang gängigen Materialkennwerten hinreichend zuverlässig beschreiben lassen oder ob neue Kennwerte nötig sind.

Erkenntnisse aus C05 fließen in andere Teilprojekte zurück und werden an Teilprojekt D02 zur ganzheitlichen Bilanzierung und nachhaltigen Produktion geliefert.

 (c) Sumee Park, Fraunhofer IBP
Schematische Darstellung der aktiven Steuerung der Luftströmung in offenporigen Dämmmaterialien; (a): ruhende Situation (Dämmung); (b): aktive Steuerung der Durchströmung in offenporigen Materialien; (c): mit schaltbarer Atmungsaktivität der Außenhaut; (d): Unterdruck in der Konstruktion (Erhöhung des Wärmedurchgangs); (e): Überdruck in der Konstruktion (Reduzierung des Wärmedurchgangs)

Teilprojektleiter

  • Prof. Dr.-Ing. Philip Leistner, Institut für Akustik und Bauphysik
     
  • Dr.-Ing. Sumee Park, Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

Ansprechperson

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Dipl.-Ing.

Nadine Harder

Wissenschaftliche Mitarbeiterin