Bauforschung: Klassische Baustoffe, optimiert für eine hocheffiziente Wärmedämmung

(2.5.2013) Am Zentrum für Energietechnik (ZET) in der ingenieurwissenschaftlichen Fakultät der Universität Bayreuth fiel am 23. April 2013 der Startschuss für ein vom Bundeswirtschaftsministerium gefördertes Verbundprojekt mit vier mittelständischen Unternehmen. Mit dem Ziel, den Wärmehaushalt in Gebäuden zu optimieren und Ener­giekosten deutlich zu senken, sollen klassische Baustoffe wie Ziegel und Putze mit neuartigen Füllstoffen kombiniert werden.

Foto von der BAU 2013: Unipor-Ziegelstein mit Calostat-Füllung (Bild vergrößern)

Wohngebäude sollen im Winter möglichst wenig Heizenergie benötigen und im Sommer vor unangenehm hohen Außentemperaturen schützen. Um diese Forderungen zu er­füllen, sind bislang immer dickere Dämmschichten entwickelt worden. Solche Wärme­dämmverbundsysteme (WDVS) entsprechen zwar den in Deutschland eingeführten gesetzlichen Vorschriften zur Energieeinsparung, sie haben jedoch auch Nachteile:

• So heizen sich die Wände schnell auf und kühlen ebenso rasch wieder ab.
• Algen setzen sich vergleichsweise leicht an WDV-Systemen fest.
• Und je dicker die Dämmschichten werden, desto kleiner ist die Fläche, die für die Gebäudenutzung zur Verfügung steht.

Neues Verbundprojekt mit mittelständischen Unternehmen der Ziegelbranche

Vor diesem Hintergrund erleben klassische Baustoffe derzeit eine Renaissance. Unter­nehmen der Ziegelbranche sehen erhebliche Chancen, sich mit neuen und effizienten Systemen zur Wärmedämmung am Markt positionieren zu können. Funktionalisierte Wände aus Ziegelsteinen sollen in Zukunft einen - verglichen mit den bisherigen Wär­medämmverbundsystemen -  mindestens ebenso guten Wärmehaushalt in Gebäuden ermöglichen. Um dabei zu möglichst vorteilhaften Lösungsansätzen zu kommen, sind allerdings noch Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erforderlich, die von einem ein­zelnen Unternehmen nicht allein geleistet werden können.

Hier setzt ein Verbundprojekt an, das der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) im Zentrum für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth jetzt gemeinsam mit vier mittelständischen Unternehmen auf den Weg gebracht hat. Dies sind die

• Leipfinger-Bader KG (ein Unipor-Mitglied),
• Ziegelwerk Freital Eder GmbH und
• Franken Maxit GmbH sowie
• rent a scientist GmbH.

Am 23. April 2013 trafen sich Vertreter des ZET und der Unternehmen zum „Kick-off- Meeting“, um die weiteren Projektschritte zu erörtern. Das Vorhaben ist auf zwei Jah­re angelegt und wird aus dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand des Bun­deswirtschaftsministeriums mit insgesamt rund 280.000 Euro gefördert.

v.l.n.r.: Dipl.-Ing. Bernd Gassenfeit, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am ZET; Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Hörnig, Ziegelwerk Freital Eder GmbH; Dipl.-Ing. Michael Priller, Leipfinger-Bader KG; Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann, Direktor des ZET; Dr. Fabian Glaab, rent a scientist GmbH; Dipl.-Ing. Fabian Rösler, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am ZET. 

Die Innovation: Klassische Baustoffe, ergänzt durch Phasenwechselmaterialien

Die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern, die zur Heizung benötigten Energie­träger zu verringern und im Sommer einen optimalen Wärmeschutz zu ermöglichen, sind wesentliche Ziele des Projekts. Hierfür haben die Bayreuther Ingenieurwissen­schaftler entscheidende wissenschaftliche und technische Voraussetzungen entwi­ckelt. Es geht speziell um die Optimierung von Hauswänden, die ohne zusätzliche Dämmstoffe allein aus Ziegelsteinen gefertigt sind. Sie werden daher auch als mo­nolithische Wände bezeichnet.

Die Innovation besteht darin, dass Ziegel und Putze als klassische Baustoffe durch Phasenwechselmaterialien (phase change materials, PCM) ergänzt werden, die als Füllstoffe eingesetzt werden. Diese besonderen Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass die Übergänge zwischen festem und flüssigem Zustand mit der Speiche­rung bzw. Freisetzung erheblicher Energiemengen verbunden sind.

Die Projektpartner wollen gemeinsam herausfinden, welche Phasenwechselmaterialien den Wärmehaushalt von Gebäuden entscheidend verbessern können und sich als Füll­stoffe gut in die Ziegel einbringen lassen.

Alle wesentlichen Forschungs- und Entwicklungsschritte des Projekts werden von Computersimulationen begleitet. Dadurch lässt sich mit hoher Genauigkeit feststellen, welche Fortschritte auf dem Weg zu einer optimalen Wärmespeicherung erreicht wur­den und welche Schwachstellen noch beseitigt werden müssen.