Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Energieeinsparung bei der Gebäudeklimatisierung durch werkstofftechnische Modifizierung von Mauerziegeln

In Privathaushalten werden 75 % der Energie durch die Raumwärme verbraucht. Daher ist es von großer Bedeutung diese mit möglichst wenig Energieeinsatz konstant zu halten. Die „gefühlte“ Raumwärme wird durch die Wand- und Lufttemperatur bestimmt. Ihr Zusammenspiel sorgt für die sogenannte „thermische Behaglichkeit“, also der Temperaturbereich, in dem sich der Mensch am wohlsten fühlt. Während die Lufttemperatur durch Heizung und solare Energiegewinne bestimmt wird, hängt die Oberflächentemperatur der Innenwände und deren Konstanz von der Temperaturleitfähigkeit (TLF) des Wandbaustoffs ab. Die TLF bestimmt wie schnell sich Temperaturdifferenzen in einem Material ausgleichen. Sie wird beeinflusst durch die Wärmeleitfähigkeit (WLF), die Rohdichte und die Wärmekapazität. In der Ziegelindustrie lag der wissenschaftliche Fokus bisher nur auf der Reduktion der WLF des Ziegelscherbens durch Erhöhung der Porosität. Dadurch sinken aber auch die Rohdichte und gleichzeitig die Wärmekapazität des Ziegels, wodurch sich dessen Festigkeit, Schalldämmung und Wärmespeicherfähigkeit verringern. Eine weitere Verringerung der WLF ist daher nicht sinnvoll. Das innovative Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es durch den Einsatz spezieller Reststoffe anderer Industrien nicht nur die WLF von Mauerziegeln bei gleichbleibender Porosität noch weiter zu verringern, sondern auch gleichzeitig ihre Wärmekapazität und Rohdichte zu erhöhen. Dadurch verringert sich die TLF und die Oberflächentemperatur im Gebäudeinnern bleibt über den Tagesverlauf relativ konstant, wodurch die Energiekosten zur Aufrechterhaltung eines angenehmen Raumklimas reduziert werden. Das Forschungsprojekt ist ein Gewinn sowohl für die Ziegelwerke als auch für die Umwelt. Die Ziegelindustrie kann ihre Produkte weiter verbessern, Arbeitsplätze sichern und ihren Marktanteil ausbauen. Die Umwelt wird durch einen verminderten Rohstoffabbau und weniger deponiertes Material entlastet.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Forschungsvorhaben wurde gezeigt, dass durch den Einsatz mineralischer Additive die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmespeicherzahl von Mauerziegeln beeinflusst werden kann. Die Auswirkungen der Additive lassen sich allerdings nicht vorhersagen, da die Zusammensetzung der Tone und der Additive aufgrund ihres natürlichen Ursprungs variiert. Die Eignung eines Additivs muss daher zuerst im Labormaßstab geprüft werden. In dem Vorhaben wurden die Additive den Tonen in Mengen von 30 Vol-% zugegeben. Aber auch eine höhere Zugabe ist möglich, solange die Ziegel problemlos extrudiert, getrocknet und gebrannt werden können und die geforderten Produkteigenschaften erfüllt werden. Dadurch werden die eigenen Rohstoffe geschont und Abfallstoffe anderer Industrien müssen nicht deponiert werden. Dies ist besonders von Bedeutung, wenn im Rahmen großer Bauvorhaben, z.B. beim Tunnelbau, umfangreiche Mengen an Gestein anfallen, für die keine Verwendung existiert. Auch wenn in Zukunft Vorgaben bezüglich des Recyclings oder der Verwertung mineralischer Reststoffe gemacht werden, sind die Ergebnisse von Bedeutung für die Ziegelwerke. Der größte Vorteil der Zugabe von mineralischen Additiven liegt aber in der Reduktion der prozessbedingten CO2-Emissionen. Hintermauerziegeltone enthalten große Mengen an Carbonaten. Durch die Additive wird deren Gehalt und somit der CO2-Ausstoß signifikant gesenkt, in diesem Vorhaben zum Beispiel um 30 Vol-%. Derzeit besitzt die Ziegelindustrie ein ausreichendes Kontingent an CO2-Zertifikaten, wodurch ihr keine Kosten durch die Emission von CO2 entstehen. Durch die Klimawende ist aber davon auszugehen, dass dieses Kontingent reduziert wird und die Ziegelwerke für Zertifikate bezahlen müssen. Da die Gewinnmargen in dieser Industrie gering sind, würde das eine enorme finanzielle Belastung für die Ziegelwerke darstellen. Die Beimischung mineralischer Additive würde helfen, diese Belastung zu reduzieren.