C: Integrative Bauelemente

C05 – Materialsysteme für adaptive Flächen- und Strukturelemente

Im Teilprojekt C05 werden Ansätze zu adaptiven bauphysikalischen Flächen- und Strukturelemente (Materialsysteme) untersucht, bewertet und deren Potential hinsichtlich der Anwendung in adaptiven Bauwerken aufgezeigt.

Bislang wurden Gebäude so geplant, dass bauphysikalische Eigenschaften wie Schall-, Feuchte- und Wärmeschutz permanent und passiv sind. In Bezug auf adaptive Bauwerke ändert sich das Vorgehen: Bauteile sowie deren bauphysikalische Eigenschaften sind über den Lebenszyklus adaptiv. Um die bauphysikalischen Eigenschaften je nach Bedarf in der gewünschten Größenordnung bereitzustellen, ist dessen symbiotisches Materialverhalten zu berücksichtigen.

Im Teilprojekt C05 werden Ansätze für adaptive, bauphysikalische Materialsysteme zu adaptiven Flächen- und Strukturelementen unter anderem zur schaltbaren Wärmedämmung evaluiert, entwickelt und bewertet. In der ersten Phase geht es insbesondere um das hygrothermische Verhalten der adaptiven bauphysikalischen Materialsysteme. Das Potential wird in der ersten Phase hinsichtlich dieser Kriterien abgeschätzt und für die Anwendung in adaptiven Bauwerken aufgezeigt untersucht.

Ferner werden die Themen Akustik und Nachhaltigkeit sowie Brandschutz beachtet. Multifunktionale bauphysikalische Untersuchungen bieten anschließend weiteres Forschungspotential.

Folgende wissenschaftliche Fragestellungen werden im Teilprojekt C05 untersucht:

  • Welche Möglichkeiten zur schaltbaren Wärmedämmung in adaptiven Bauwerken gibt es?
  • Welche Materialien eignen sich zur schaltbaren Wärmedämmung?
  • 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 oder noch leichtere Konstruktionen ist die aktive Steuerung z.B. der Luftdurchströmung oder Druckänderung innerhalb der Konstruktion. Mit diesem Ansatz lässt sich die Wärmeleitung durch die Fassade bei Bedarf rasch ändern.

Links: Schichtbauen der durchströmbaren Textilkonstruktion zur Solarenergienutzung. Rechts: Offenporige, strukturierte Metallschäume
Links: Schichtbauen der durchströmbaren Textilkonstruktion zur Solarenergienutzung. Rechts: Offenporige, strukturierte Metallschäume

Im Rahmen des Teilprojekts C05 werden zunächst geeignete Materialien und offenporige Dämmmaterialien für die Materialsysteme erarbeitet und bewertet. Anschließend ist ein Flächenelement zu entwickeln, bei dem neben den wärmetechnischen Eigenschaften die hygrischen, akustischen und ggf. visuellen Funktionen berücksichtigt werden, wobei die hygrothermischen Eigenschaften im Vordergrund stehen.

Ziel ist es, umfassende Erkenntnisse über die bauphysikalischen Eigenschaften von neu entwickelten adaptiven Flächenelementen zu gewinnen. Die ausgewählten Materialsysteme sind in einem nächsten Schritt zu modellieren, virtuell für verschiedene Außen- und Innenraumbedingungen zu evaluieren und zu bewerten.

4-kammrige Membrankonstruktion.  Im fixierten Zustand vor der Messung.
4-kammrige Membrankonstruktion. Im fixierten Zustand vor der Messung.

Die modellierten Systeme werden anschließend in physische Modelle umgesetzt. Dabei evaluiert das Teilprojekt einzelne Materialien sowie das Zusammenspiel von Materialkombinationen. 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.

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)
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

Dieses Bild zeigt  Nadine  Harder
Dipl.-Ing.

Nadine Harder

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

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