Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Gebäudeintegrierte solare Stahlsandwichelemente für den Industrie- und Gewerbebau

Stahlsandwichelemente gehören im Industrie und Gewerbebau zu fest etablierten Bauteilen. Neben ihrer herausragenden Wirtschaftlichkeit zeichnen sie sich durch ausgezeichnete bauphysikalische Eigenschaften aus. Zukünftige Energieeinsparverordnungen werden auch an diese Wand- und Dachbauteile steigende Anforderungen stellen. Die bisherige Strategie, dies über eine Erhöhung der Bauteildicke zu realisieren, stellt eine passive Maßnahme dar und kann unter Aspekten des Ressourcen-und Energieaufwands kritisch gesehen werden. Daher soll als alternative Lösungsmöglichkeit die aktive, solare Ertüchtigung von Stahlsandwichelementen untersucht werden. Erste positive Resultate im Bereich der Elemente mit Polyurethanschaumkern konnten bereits im FOSTA-Projekt P880 nachgewiesen werden. Den Anregungen besonders aus der KMU Industrie, sowohl die aufwändige Übertragbarkeit in die kontinuierliche PUR-Sandwichfertigung als auch Alternativmaterialien zur teuren Kupferleitung zu finden, werden mit diesem Antrag aufgegriffen. Aufgezeigt wird die einfachere Umsetzung im Prozess der diskontinuierlichen Fertigung im Bereich der Stahlsandwichelemente mit Mineralwollkern. Neben Vorteilen bei der Leitungseinbringung werden auch wirtschaftlichere Methoden zur Anbindung der Anlagentechnik aufgezeigt. Mit Materialien wie Stahl, Kunststoff und Aluminium werden ferner Alternativen zum Kupfer als Leitungsvariante untersucht. Die Betrachtungen erfolgen konstruktiv/wirtschaftlich als auch energetisch simulativ/experimentell. Obige Erkenntnisse fließen in typische Nutzungsszenarien ein, die sowohl die direkte Nutzung, als auch die Speicherung der Wärmeenergie über diverse technische Szenarien berücksichtigen. Hierzu werden sowohl für den Industrie- und Gewerbebau als auch für den Bürobau typische Bedarfsprofile ermittelt. Ergebnis der Forschung ist die Ergänzung des Bausystems Stahlsandwichelement, das einen unmittelbaren Lösungsansatz zur Energie- und Ressourceneinsparung hat.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt wurde die Integration von solarthermischen Bauteilen in Stahlsandwichelemente mit Mineralwollfasern für den Industrie- und Gewerbebau untersucht. Die entwickelten Demonstratoren entsprechen im Aufbau unabgedeckten Kollektoren . Zur Erhöhung der thermischen Effizienz werden dünnwandige D-Kupfer Rohre sowie Wärmeleitbleche eingesetzt. Die vorgeschlagenen Lösungen erreichen aus Wirtschaftlichkeit und thermischer Leistungsfähigkeit eine gute Kombination. In der Gesamtbilanz von Hallenbauten stellt die neue Fassadenlösung eine innovative Neuerung dar - Einsparungen an Sondenlängen oder der Reduktion von Mineralwolldämmung. Energie und Ressourcen können geschont, CO2 eingespart werden. Es werden zwei Optionen zur Herstellung aufgezeigt, beide in Kooperation mit KMU. Bei den zwei Varianten wird die Expertise und die Mitarbeit aus den Bereichen Planung und Umsetzung gefordert und gefördert. Planungsbüros mit dem Schwerpunkt Gebäudetechnologie und energetischer Gesamtkonzeption passen die Bedarfe und Größe der äußeren, solar aktivierten Fassadenelemente im jeweiligen Baukontext an; Belange der Haustechnik werden berücksichtigt. Da neben der reinen energetischen Betrachtung auch die Gestaltung der Gebäudehülle über diverse Farbkombinationen immer wichtiger sind, profitieren besonders Büros der Kombination Architektur/Ingenieurwesen. Darüber hinaus sind KMU mit Erfahrung im Bereich Metallumformung von Flach- und Hohlprofilen notwendig, da sowohl die Rohrgeometrien als auch die Wärmeleitbleche präzise und gleichsam individuell hergestellt werden müssen. Neben Planung und Realisation sind KMU ebenso bei der Inbetriebnahme, der Wartung und dem Monitoring beteiligt. Der Nutzen im Kontext industrieller Anwendung liegt zum einen in einer erhöhten Produktion von Sandwichelementen. Darüber hinaus attraktivieren die neuen Fassadenelement das Gesamtsystem. Sie bieten ein weiteres Kaufargument, da hier energetische Gewinne bauteilintegriert, verdeckt eingebaut werden können.