Renaissance des Glasbausteins? Empa-Team entwickelt Aerogel-Glasbaustein

(27.7.2023) Glasbausteine sind in der Architektur schon seit langem beliebt, um mehr Licht in Gebäude zu bringen. Bisher eigneten sie sich jedoch nicht für tragende Wände und dämmten miserabel. Ein Empa-Team hat nun einen lichtdurchlässigen und dank Aerogel gut dämmenden Glasbaustein entwickelt, der sogar statisch belastbar ist. Damit lassen sich ästhetische, transluzente Wände bauen, die im Gebäudeinneren den Bedarf an elektrischer Beleuchtung senken.

Aerogel-Glasbausteine sind wärmedämmend und lichtdurchlässig, aber trotzdem blickdicht – und schützen so die Privatsphäre. (Bild: Empa)

Beide Anforderung erfüllt: hochdämmend und lichtdurchlässig

Silikat-Aerogele sind thermische Hochleistungsdämmstoffe, die mehr und mehr in den Fokus der Baubranche rücken. Am gebräuchlichsten sind undurchsichtige Dämmmatten und -putze. Empa-Forscher Jannis Wernery und seine Kollegen aus der Abteilung "Building Energy Materials and Components" hatten bereits 2017 die Idee, den Dämmstoff direkt in einen Baustein zu integrieren und stellten einen mit Aerogel gefüllten Ziegelstein vor, den sogenannten "Aerobrick". Dieser spart dank seiner sehr vorbildlichen Wärmedämmung Heizkosten – ganz ohne zusätzlich auf das Mauerwerk aufgebrachte Dämmschicht.

Die rechteckigen Aerogel-Glasbausteine werden im Verbund gemauert. (Bild: Empa)

Vom Aerobrick zum Aerogel-Glasbaustein

Aerogel kann jedoch auch nahezu transparent sein, was ein lichtdurchlässiges, isolierendes Bausystem ermöglicht. Um das auszunutzen und die Dämmleistung des "Aerobrick" noch weiter zu verbessern, entwickelten Wernery, Michal Ganobjak und Co. ein neuartiges modulares Bauteil auf der Basis von Floatglas und Silikat-Aerogel-Granulat, das beide Eigenschaften vereint – es ist lichtdurchlässig und wärmedämmend: der Aerogel-Glasbaustein.

Die Aerogel-Glasbausteine sind mit lichtdurchlässigem Aerogel-Granulat verfüllt. (Bild: Empa) 

Versetzte Abstandhalter garantieren Stabilität

Mit den lichtdurchlässigem Aerogel-Granulat gefüllten Glasbausteine ermöglichen ästhetisch ansprechende und sogar tragende Fassadenelemente, die einen üppigen Tageslichteintrag ermöglichen. Diese Kombination von Festigkeit, Dämmung und Lichtdurchlässigkeit erreichten die Empa-Forschenden durch versetzte Abstandshalter zwischen den Glasscheiben innerhalb des Glasbausteins, die die statische Stabilität bei minimalem Wärmedurchgang gewährleisten.
Der Glasbaustein hat eine gemessene Wärmeleitfähigkeit von 53 mW/(mK) und eine Druckfestigkeit von fast 45 MPa. Dies ist die höchste Dämmleistung eines Ziegels, die in der Fachliteratur, geschweige denn auf dem Baustoffmarkt zu finden ist. Gleichzeitig ist er lichtdurchlässig. 

Eine komplette Wand aus Aerogel-Glasbausteinen holt viel Tageslicht in den Innenraum und ist trotzdem hoch dämmend. (Bild: Empa) 

Vielfältige Verwendungsmöglichkeiten an Gebäuden

Der Aerogel-Glasbaustein eignet sich für Situationen, die gleichermaßen Anforderungen an hohen Tageslichteintrag, Blendschutz und Schutz der Privatsphäre stellen, etwa in Büros, Bibliotheken und Museen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei, dass eine Gebäudehülle aus solchen Glassteinen das Gebäudeinnere in Sachen Tageslicht an den Aussenraum koppelt. Dies kann sich positiv auf den Biorhythmus der Gebäudenutzer auswirken. Mögliche Anwendungen sind beispielsweise...

• Räume, die keine Sichtverbindung nach außen haben sollen, zum Beispiel weil Privatsphäre gewünscht ist, die Sicherheit eine wichtige Rolle spielt oder Störungen vermieden werden sollen, wie dies in der Regel bei Bibliotheken, Galerien, Museen, Foyers, Büros, Treppenhauskernen, Turnhallen, Mehrzweckhallen, Wohnhäusern oder Kunstwerkstätten der Fall ist;
• Räume, in denen Tageslicht für einen gesunden zirkadianen Rhythmus notwendig ist, wie Wohnheime, Krankenhäuser und Sanatorien, aber auch Zoos, Ställe und Tierzuchten bis hin zu Gewächshäusern;
• Orte, an denen ein Maximum an Tageslicht eingebracht und Platz gespart werden soll, etwa in dicht bebauten Stadtquartieren mit Hochhäusern und vielen Stadtwohnungen;
• architektonische Elemente wie Trombe-Wände in der Solararchitektur, in Innenhöfen oder Atrien, die aus der Infrarotstrahlung des Sonnenlichts Wärme generieren.

Eine Analyse der Materialkosten zeigt, dass der Isolierglasbaustein für solche Fälle durchaus wettbewerbsfähig sein kann. Der Glasbaustein kann seine Rolle als begehrtes Gestaltungselement bewahren – und zwar sowohl für Neubauten als auch bei Renovierungen. Das Empa-Forschungsteam hat den Aerogel-Glasbaustein inzwischen zum Patent angemeldet und ist auf der Suche nach möglichen Industriepartnern.

Hinweis: Das Projekt wird durch die Velux Stiftung, Projekt Nr. 1440, zur Entwicklung eines hochdämmenden, transluzenten Glassteins für diffusiven Tageslichteintrag unterstützt. Die Projektidee wurde mit Unterstützung durch das Horizon 2020 Research and Innovation Programm der Europäischen Union im Rahmen der Marie Skłodowska-Curie Actions, Vertragsnummer 746992, erarbeitet.

Weitere Informationen können per E-Mail an Empa angefordert werden.