Projekt 21852/02

Entwicklung einer Lüftungsfassade für die Sanierung von Gebäuden (Hauptprojekt)

Projektträger

B & O Wohnungswirtschaft GmbH & CO. KG
Leonhardt-Moll-Bogen 10
81373 München
Telefon: 089/89521-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Für die Sanierung des Baubestandes fehlen effiziente auf einander abgestimmte Lösungen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Gebäudehüllensystems in Holztafelbauweise, welches in vorgefertigten Elementen hergestellt und nach dem Verlegen der Versorgungsleitungen auf eine bestehende massive Wand aufgesetzt werden kann. Über diese Elemente werden die dahinter liegenden Räume, mittels eines integrierten Zuluftgerätes und eines flächigen Wärmetauschers mit temperierter Frischluft versorgt und beheizt. Dabei ist die Gebäudehülle als Baustein eines Lüftungs- und Heizungskonzeptes mit Wärmerückgewinnung durch eine Wärmepumpe auf der Abluftseite zu verstehen. Auf diese Weise ist die Sanierung des Gebäudes in Hinsicht auf Dämmung, Heizung, Lüftung und Fassade einschließlich der Fenster in einem Zug zu bewerkstelligen. Zur Verringerung des Wärmedurchgangs der außenliegenden Dämmschicht aus nachwachsenden Rohstoffen soll das Prinzip der Porenlüftung genutzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNachdem im Vorprojekt das Prinzip der Porenlüftung experimentell nachgewiesen werden konnte, hatte das Hauptprojekt folgende Schwerpunkte:
- die Entwicklung und Optimierung des Heiz- und Lüftungssystems unter Berücksichtigung von Aspekten der Behaglichkeit, des Nutzerverhaltens, der Energiebilanz
- die Konkretisierung der Konstruktion der Fassadenelemente, einschließlich deren Montage am Bestandsgebäude
- die Entwicklung von Sanierungskonzepten für verschiedene Situationen im Bestand, auf der Basis von Maßnahmenkatalogen
Zunächst wurde am ZAE ein Außenprüfstand errichtet, an dem die Fassade unter realen Bedingungen getestet wurde. Nach der Bestätigung der Funktion der Porenlüftungsfassade im Experiment dienten die Messergebnisse als Basis für die Simulation der Energiebilanz eines mit der Porenlüftungsfassade sanierten, typischen Beispielgebäudes. An einem weiteren Testelement mit realistischer Breite wurde die Luftverteilung im Element mit Hilfe von Strömungsversuchen mit Rauch geprüft und optimiert sowie verschiedene Varianten der Heizung getestet. Auch die Konstruktion der Elemente und deren Montage am Bestand wurden an Probeelementen getestet und optimiert.Parallel hierzu erfolgte die Erarbeitung von ganzheitlichen Sanierungskonzepten, die die Auslegung der Lüftung und Heizung, die Leitungsführung, den Umgang mit Randzonen und Sonderteilen des Bestandes genauso mit einbezieht wie den Ablauf der Sanierung und grundsätzliche gestalterische Aspekte.


Ergebnisse und Diskussion

Messungen:
Beim Test am Außenprüfstand wurde mit Hilfe einer Fertigteil-Garage ein Raum mit einer Außenwand von ca. 2,5 x 2,5m simuliert, die mit einem Element der Porenlüftungsfassade (mit integrierter Kappillarrohrmatte als Flächenheizsystem) belegt wurde.Das Ergebnis war, das auch bei geringem Luftdurchsatz und sehr niedrigen Außentemperaturen im Innenraum eine konstante Temperatur gehalten werden kann. Auch das Aufheizen des Raumes durch das Testelement war im Versuch möglich.Messungen der Behaglichkeit bestätigten zudem die erwarteten physiologischen und raumklimatischen Vorteile des Systems. Mit den Messdaten dieser Versuche als Basis wurde die Energiebilanz eines mit der Porenlüftungsfassade sanierten, typischen Beispielgebäudes simuliert. Als effizientestes Technikkonzept stellte sich die Verwendung einer Absorptionswärmepumpe heraus, zudem war das Ergebnis der Simulation eine Energieeinsparung gegenüber einer konventionellen Sanierung.
Lüftungssystem:
Um die Zulufteinbringung zu vereinfachen wurde der Zuluftbaustein entwickelt, der Filter und Ventilator in einem Baustein mit wenigen Standardgrößen vereint und so Montage und Wartung erleichtert. Die Durchströmung der Elemente wurde in zahlreichen Strömungsversuchen mit Rauch und Nebel untersucht und führte schließlich über die Optimierung der Konstruktion zu einer sehr gleichmäßigen Luftverteilung.Die Untersuchung verschiedener Grundrisskonstellationen führte schließlich zur Entwicklung von Methoden zur Auslegung der Lüftungsanlage und bestätigte so auch die Anwendbarkeit des Systems in typischen Wohnungen mit für jeden einzelnen Raum sinnvollen Luftwechselraten.
Heizsystem:
Auch für das integrierte Flächenheizsystem wurden zahlreiche Varianten untersucht und teilweise in Versuchselementen getestet. Als beste Lösung stellte sich schließlich die Kapillarrohrmatte heraus, die schon beim Test im Außenprüfstand zur Anwendung kam.In Einzelfällen - bei sehr ungünstigem Verhältnis vom Raumfläche zu Fassadenfläche - zeigte sich auch die Notwendigkeit, zusätzlich zum Flächenheizsystem weitere Heizflächen im Innenraum anzubieten. Um hierfür den Aufwand so gering wie möglich zu halten, wurden verschiedene Lösungen (Unterflurkonvektor in der Brüstung, Heizschürze unter dem Fenster) erarbeitet, die einen Anschluss an das Niedertemperatursystem der außenliegenden Flächenheizung erlauben.
Konstruktion:
Wegen des geringen Gewichts, den guten Dämmeigenschaften und der günstigen CO2-Bilanz wurde Holz als Grundbaustoff der Elemente gewählt. Im Wesentlichen bestehen sie aus einem Holzständerwerk, das beidseitig mit HDF-Platten beplankt ist und mit Dämmung aus Hobelspänen - ein Abfallprodukt aus der Holzverarbeitung - ausgefacht ist. Durch eine Lochung der HDF-Platten wird die Durchströmung der porösen Dämmschicht mit Luft und somit der Porenlüftungseffekt ermöglicht. Eine Folie, die jedes Element umschließt, macht es zu einer lufttechnisch autarken Einheit. Die Außenschale bildet schließlich den Wetterschutz und kann aus allen gängigen Fassadenmaterialien (z. B. Holzschalung, Plattenmaterial, Putz) hergestellt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Konstruktion ist die Befestigung der Elemente am Bestand und damit verbunden die Montage mit geringstmöglichem Aufwand und ohne Gerüst. Auf der Grundlage statischer Berechnungen wurde dafür eine Konsole entwickelt, die die einfache Montage mittels Kran ermöglicht.Auch Techniken für das berührungslose Aufmaß des Bestands, das sowohl als Grundlage für die Planung als auch für das Setzen der Konsolen benötigt wird, wurden untersucht. Als effizienteste Methode hierfür stellte sich die Phototachymetrie heraus.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Erstellung einer Internetpräsenz für das Projekt (www.aktive-huelle.de)
- Darstellung des Konzeptes in einer durch den Antragsteller aufgelegten Broschüre über Innovationen der Firma
- Das Projekt ist bei diversen Fachzeitschriften vorgemerkt für einen Bericht, sobald es zur Konzeption des jeweiligen Heftes passt.
- Veröffentlichung im Tätigkeitsbericht 2006 des Bayerischen Zentrums für angewandte Energieforschung


Fazit

Im Hauptprojekt bestätigte sich die Funktion der Porenlüftungsfassade, das damit verbundene Energie-Einsparpotential und die Anwendbarkeit zur energetischen Sanierung Gebäuden.Zudem ist es gelungen, die Konstruktion und die technischen Komponenten der Porenlüftungsfassade so weiter zu entwickeln, dass sie in einem Pilotprojekt zur Anwendung kommen kann.Auch für die hierfür ebenfalls nötige Einbettung in ein ganzheitliches Sanierungskonzept wurden die Grundlagen geschaffen

Übersicht

Fördersumme

124.893,00 €

Förderzeitraum

01.10.2004 - 30.03.2006

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik