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ACR INNOVATIONSRADAR 2017


Inhalt 1.

Vorwort .................................................................................................................................................. 4

2.

Helle Betonoberflächen: mehr Sicherheit im Straßenverkehr und besseres Stadtklima ........ 6

3.

4.

5.

6.

7.

2.1.

Vorteile heller Oberflächen .................................................................................................. 6

2.2.

Versuchsanordnung ............................................................................................................... 6

2.3.

Ergebnis..................................................................................................................................... 7

Licht am Ende des Tunnels................................................................................................................. 9 3.1.

Versuche mit unterschiedlichen Oberflächentypen ....................................................... 9

3.2.

Stromverbrauch ...................................................................................................................... 9

3.3.

Beurteilung der Verkehrssicherheit .................................................................................... 10

3.4.

Ausblick ................................................................................................................................... 10

Mechanische Lüftungsanlagen – Fortschritt oder Sackgasse? ................................................ 11 4.1.

IBO-Studie zu Bewohnergesundheit und Raumluftqualität .......................................... 11

4.2.

Ergebnisse ............................................................................................................................... 11

Akustik Center Austria ....................................................................................................................... 13 5.1.

Lärmschutz bei tiefen Frequenzen..................................................................................... 13

5.2.

Innovative Ausstattung des Schalllabors.......................................................................... 13

Hagel – Herausforderung für Fassaden? ....................................................................................... 16 6.1.

Hagelgefährdung von Wärmedämmverbundsystemen .............................................. 16

6.2.

Hagelschutz............................................................................................................................ 16

Holz-Beton-Fügetechnik - Neue innovative Verbundsysteme für leistungsfähige Deckenkonstruktionen ...................................................................................................................... 18

8.

9.

7.1.

Aktueller Stand der Holz-Beton-Verbundsysteme........................................................... 18

7.2.

Kooperationslabor für leistungsstarke HBV-Systeme ...................................................... 18

Roofbox – Ressourcenschonende Nachverdichtung im großvolumigen Wohnbau .......... 20 8.1.

Ausgangslage zum Forschungsprojekt ROOFBOX ......................................................... 20

8.2.

Konstruktives und architektonisches Konzept der ROOFBOX ....................................... 20

8.3.

Ausblick ................................................................................................................................... 21

Innendämmung – Lösungen für sofort. ......................................................................................... 22 9.1.

Jedes Bauvorhaben ist anders ........................................................................................... 22

9.2.

Erarbeitung von Mustersanierungslösungen .................................................................... 22

9.3.

Ausblick ................................................................................................................................... 23

10. Fertigteile aus dem Drucker? .......................................................................................................... 24 10.1.

3D-Druck ................................................................................................................................. 24 2


10.2.

Großes Potenzial in der Betontechnologie ...................................................................... 24

10.3.

Wie funktioniert diese Technologie also? ......................................................................... 25

11. Die 6. Dimension: Nachhaltigkeit im Building Information Modeling (BIM) ............................ 26 11.1.

BIM: Ein smarter Prozess für Entwurf, Planung, Errichtung und Betrieb von Gebäuden ............................................................................................................................. 26

11.2.

Das Potenzial der BIM-Methode ausschöpfen ................................................................ 26

11.3.

Nachhaltiger Gebäudebetrieb: Vorhersagen und optimieren................................... 27

3


1.

Vorwort

Der Innovationsradar 2017 ist die sechste Auflage des ACR Innovationsradars. Die Schwerpunktgruppe Nachhaltiges Bauen zeigt wieder einige Beispiele und Trends aus aktuellen Forschungsprojekten zu diesem Thema. Folgende Institute arbeiten im Schwerpunkt Nachhaltiges Bauen von Austrian Cooperative Research: AEE INTEC - Institut für Nachhaltige Technologien, Gleisdorf (www.aee-intec.at) BTI - Bautechnisches Institut, Linz (www.bti.at) GET - Güssing Energy Technologies, Güssing (www.get.ac.at) HFA - Holzforschung Austria, Wien (www.holzforschung.at) IBS - Institut für Brandschutztechnik und Sicherheitsforschung, Puchenau bei Linz (www.ibs-austria.at) IBO - Österreichisches Institut für Baubiologie und –ökologie, Wien (www.ibo.at) KOV - Österreichischer Kachelofenverband, Wien (www.kachelofenverband.at) OFI, Wien (www.ofi.at) VÖZ - Vereinigung Österreichischer Zementindustrie, Wien (www.zement.at)

Am Beginn des Innovationsradars stehen vier Artikel zum Thema Soziale Nachhaltigkeit: Helle Oberflächen sollen, insbesondere in Bereichen mit geringer oder keiner Beleuchtung, zur Erhöhung der Sicherheit von Verkehrsteilnehmern und zur Senkung des Unfallrisikos beitragen. Ob sich diese Thesen auch wissenschaftlich untermauern lassen – damit befassen sich zwei Forschungsprojekte der Vereinigung Österreichischer Zementindustrie (VÖZ). Lüftungsanlagen führen Schadstoffe aus dem Innenraum ab. Sie stehen aber auch im Ruf, Keimschleudern zu sein und trockene Luft zu verursachen. Das IBO – Österreichisches Institut für Baubiologie und -ökologie hat in einem Forschungsprojekt die Behaglichkeits- und Hygieneaspekte von Komfortlüftungsanlagen untersucht. Beeinträchtigung durch Lärm kann negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Bewohner haben. Die Holzforschung Austria (HFA) hat mit dem Akustik Center Austria ein Schalllabor errichtet, in dem auch Untersuchungen im erweiterten Frequenzbereich und zur Flankenübertragung durch angrenzende Bauteile möglich sind. Die Beständigkeit von Gebäuden beeinflusst die Nachhaltigkeit von Gebäuden in allen wesentlichen Aspekten. Nach Feuer und Überflutungen ist Hagel bereits Schadenverursacher Nummer drei. Das IBS – Institut für Brandschutztechnik und Sicherheitsforschung hat ein Prüfgerät entwickelt, das die Hagelresistenz von Baumaterialien prüfen kann. Im Zuge eines Kooperationslabors der Holzforschung Austria (HFA) und der Vereinigung der österreichischen Zementindustrie (VÖZ) wird der Frage nachgegangen, ob sich die beiden Baustoffe Holz und Beton über moderne Klebetechniken zu wirtschaftlicheren und leistungsstärkeren Holz-Beton-Verbundsystemen (HBV) verbinden lassen. Nachhaltige Stadtplanung bedingt hochwertige Sanierungen und Nachverdichtung von bestehenden Stadtgebieten. Im Rahmen des Forschungsprojekts ROOFBOX der AEE INTEC mit 4


weiteren Partnern wird ein Bausystem aus vorgefertigten Raumzellen in Holzbauweise für die Nachverdichtung von großvolumigen Wohnbauten entwickelt. Was bei einer Innendämmung zu beachten ist, wurde im Forschungsprojekt ID-Solutions (Projektleitung: IBO) bei 7 Sanierungen herausgearbeitet. Noch im Entwicklungsstadium befinden sich Technologien, die sich mit dem 3-D-Druck von Elementen in Beton beschäftigen. Vom Bautechnischen Institut (BTI) wurde ein Projekt gestartet, das sich mit diesem Thema beschäftigt. Kernkompetenzen liegen dabei vor allem in der Entwicklung der Betonzusammensetzung und der Maschinenentwicklung. Die Einführung von Building Information Models (BIM) wird die Tür für die Automatisierung von Bauprozessen mit Hilfe von Baurobotern und 3D-Druckern öffnen. Ein Projektteam aus 4 ACRInstituten (IBO, AEE INTEC, GET und IBS) wird im ACR-Projekt „Digitale Gebäudemodelle für nachhaltige Gebäude“ auch Nachhaltigkeitsaspekte in BIM-Prozesse einbringen. Informationen über weitere Projekte der ACR Institute des Bereichs Nachhaltiges Bauen sind direkt bei den einzelnen Institutionen und auf der Website von ACR (www.acr.ac.at) zu finden. Viel Spaß beim Lesen des Innovationsradars 2017 Nachhaltiges Bauen wünscht Ihnen Hildegund Figl (Leitung Themenschwerpunkt Nachhaltiges Bauen) www.ibo.at

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2.

Helle Betonoberflächen: Mehr Sicherheit im Straßenverkehr und besseres Stadtklima

Im innerstädtischen Bereich werden bedingt durch den hohen Anteil von Schwerverkehr, die vielseitige Nutzung und die beengten Platzverhältnisse stetig steigende Anforderungen an Verkehrsflächen gestellt. Unser Stadtklima wird durch die Wirkung dieser Flächen als Wärmespeicher wesentlich beeinflusst. Hohe Temperaturen, wenig Grünflächen und dichte Besiedlung führen zu städtischen Hitzeinseln, sogenannten "Urban Heat Islands". Das Forschungsprojekt "Optimierter Verkehrsflächenbeton für den innerstädtischen Bereich" beschäftigte sich mit den Auswirkungen einer großflächigen Verwendung von Beton bei Verkehrsflächen im urbanen Bereich und mit Möglichkeiten der Reduktion der Oberflächentemperaturen in Relation des gewählten Straßenoberbaus.

2.1.

Vorteile heller Oberflächen

Das Reflexionsvermögen von Beton- und Asphaltfahrbahnen ist sehr unterschiedlich. Die hellen Betonoberflächen reflektieren einen größeren Anteil an kurzwelliger Strahlung und heizen sich daher weniger auf. Zudem tragen helle Oberflächen, insbesondere in Bereichen mit geringer oder keiner Beleuchtung, zur Erhöhung des subjektiven Sicherheitsgefühls und zur Senkung des Unfallrisikos bei. Aus diesen Gründen wurde im Rahmen des Projekts auch untersucht, ob die Sicherheit von Verkehrsteilnehmern durch eine entsprechende Wahl der Oberflächen erhöht werden kann.

2.2.

Versuchsanordnung

Zur Durchführung der Untersuchungen wurden sechs unterschiedliche Versuchsfelder mit Abmessungen von je 8 x 8 m samt zugehörigem Unterbau hergestellt. Die eingesetzten unterschiedlichen Verkehrsflächen wiesen differierende Helligkeitseigenschaften auf: 

Whitetopping mit Weißzement

Whitetopping mit Weißpigment

Whitetopping mit Normalzement

herkömmliche Betondecke

herkömmliche Asphaltfahrbahn

Gussasphalt für den Gehsteigbereich

Eine spezielle Herausforderung stellte das System Whitetopping (Einbringen einer dünnen Betonschichte auf die bestehende Asphaltkonstruktion) dar, da in Österreich diesbezüglich nur sehr wenige Erfahrungen vorliegen. Als Nebeneffekt konnten daher durch die Versuche praxisrelevante Anforderungen für eine zukünftige Ausführung dieser Baumethode geliefert werden. Das System Whitetopping verbessert die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Straßenkonstruktion und ermöglicht ein höheres Reflexionsvermögen. Um festzustellen, wie sich unterschiedliche Oberflächen auf das subjektive Sicherheitsempfinden der Verkehrsteilnehmer bzw. deren Sichtbarkeit auswirken, ermittelte man die Ausleuchtung der Versuchsfelder und beurteilte die Sichtbarkeit einer Person auf den 6


unterschiedlichen Versuchsfeldern. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Person auf der Betonfläche weitaus klarer erkennbar bzw. deren Sichtbarkeit besser ist und damit generell eine Erhöhung der Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer möglich ist. Um die Auswirkungen der unterschiedlichen Oberflächen auf das Erwärmungsverhalten festhalten zu können, erfolgte die Messung der Temperatur an der Oberfläche sowie in unterschiedlichen Tiefenstufen an verschiedenen Zeitpunkten im Jahreszyklus. Dabei wurden positive Effekte heller Betonfahrbahnen auf das allgemeine Temperaturniveau innerstädtischer Verkehrsflächen festgestellt. Beispielsweise zeigten Messungen im Sommer, dass durchwegs die höchsten Oberflächentemperaturen von bis zu 53°C bei der Gussasphalt- oder der Asphaltfahrbahnoberfläche gemessen wurden, während die Betonoberflächen deutlich geringere Maximaltemperaturen von 43°C aufwiesen.

2.3.

Ergebnis

Die Ergebnisse sprechen eindeutig für Beton: Die hellen Oberflächeneigenschaften des Baustoffs liefern einen entscheidenden Beitrag sowohl für die Sicherheit im Straßenverkehr als auch zur Reduktion der Oberflächentemperaturen und somit zu einer verringerten Ausprägung urbaner Wärmeinseln.

Abbildung 1: Ein hellerer Belag reduziert die Oberflächentemperatur. Bild: Smart Minerals

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3.

Licht am Ende des Tunnels

Die Verwendung heller Baustoffe senkt die erforderlichen Beleuchtungskosten und hebt das subjektive Sicherheitsgefühl der Verkehrsteilnehmer. Insbesondere nachts oder im Tunnel, wo die Sehleistung des Verkehrsteilnehmers besonders gefordert wird, tragen hellere Fahrbahnoberflächen einen bedeutenden Teil zur Senkung des Unfallrisikos bei.

3.1.

Versuche mit unterschiedlichen Oberflächentypen

In einem von der FFG geförderten Forschungsvorhaben wurden umfangreiche Versuche zum Einfluss der eingesetzten Tunnelbaustoffe bei Tunneldecke, Tunnelwand und Fahrbahnoberfläche sowohl auf die Energiekosten als auch auf die Ausleuchtung und die dadurch bedingte Verkehrssicherheit durchgeführt. Zur Sicherstellung gleichbleibender Rahmenbedingungen wie Tunnel- und Beleuchtungsgeometrie erfolgten die Untersuchungen in einem Versuchstunnel in der Steiermark. Im Rahmen dieses Projektes wurde der Einfluss von unterschiedlichen Oberflächentypen sowie deren Verschmutzungsgrad auf die Beleuchtungskosten im Tunnel beurteilt. Folgende Parameter wurden dabei variiert: Variationsparameter

Variationsparameter

Variationsparameter

Wand

Fahrbahn

Tunneldecke

Tunnelanstrich*

Waschbeton hell

verschmutzt, gereinigt

Spritzmörtel grau

Waschbeton normal

Spritzmörtel weiß

Asphalt

*(Abnahmezustand, verschmutzt, gereinigt)

Die Durchführung der Messungen war sehr umfangreich, da je Beurteilungszustand das Tunnelanstrichsystem bzw. die Fahrbahnoberfläche getauscht werden musste. Im Rahmen der Messkampagne wurde die Beleuchtungsstärke der Lampen jeweils so gedimmt, dass an der Fahrbahnoberfläche die normativ vorgeschriebene Leuchtdichte von 10 cd/m² erreicht wurde.

3.2.

Stromverbrauch

Gemessen wurden zunächst der Stromverbrauch zur Erzielung der gewünschten Helligkeit sowie die daraus resultierende Leuchtdichte der Tunnelwand. Grundsätzlich verursachen Asphaltoberflächen (Abnahmezustand) einen wesentlich höheren Stromverbrauch als vergleichbare Waschbetonoberflächen. Es zeigte sich, dass der Einfluss der Fahrbahnoberfläche auf den resultierenden Stromverbrauch viel größer ist als der Einfluss unterschiedlicher Wandoberflächen.

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Abbildung 2: Der Stromverbrauch ist im Tunnel mit Asphaltoberflächen am höchsten

3.3.

Beurteilung der Verkehrssicherheit

Mit Hilfe der Beurteilung der Sichtbarkeit von Personen bei Ausleuchtung mit Kraftfahrzeugschweinwerfern einerseits und durch Ermittlung der Leuchtdichte an den unterschiedlichen Oberflächen andererseits wurde die Verkehrssicherheit beurteilt. Bei Verwendung heller Waschbetonfahrbahnoberflächen wird die Fahrbahn bzw. eine darauf befindliche Person bei gleicher Beleuchtungsstärke der Scheinwerfer deutlich besser ausgeleuchtet als auf einer Asphaltoberfläche. Dies konnte auch durch die messtechnische Ermittlung der Leuchtdichteverteilung aller Versuchsanordnungen bestätigt werden.

3.4.

Ausblick

Die Ergebnisse zeigten, dass der Einsatz bzw. auch die dauerhafte Sicherstellung von hellen Betonoberflächen in Tunnelbauwerken eine deutliche Reduktion der Beleuchtungskosten bewirkt. Das ermöglicht Infrastrukturbetreibern bereits bei der Planung, sowohl Energie in der Betriebsphase einzusparen als auch das subjektive Sicherheitsgefühl der Verkehrsteilnehmer anzuheben.

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4.

Mechanische Lüftungsanlagen – Fortschritt oder Sackgasse?

Energieeffiziente Gebäudestandards sind rechnerisch nur mit dem Einsatz von mechanischen Lüftungsanlagen erreichbar. Die Zeit des Vorurteils, wonach jede mechanische Lüftung als „Keimschleuder“ zu einer erhöhten Belastung in Innenräumen führt, ist vorbei und lag vorrangig an zeitweise auftretenden hygienischen Problemen schlecht gewarteter Klimaanlagen. Doch wie sieht es heute mit Behaglichkeits- und Hygieneaspekten von raumlufttechnischen Anlagen aus? Welche Anforderungen müssen an Lüftungssysteme gestellt werden?

4.1.

IBO-Studie zu Bewohnergesundheit und Raumluftqualität

In Befragungen von Nutzern zeigt sich, dass Hygiene- und Behaglichkeitsargumente bei raumlufttechnischen Anlagen ein zentrales Argument ihrer Annahme oder auch Ablehnung sind. Bei komplexer Haustechnik, vor allem in Verbindung mit Nutzern, die darauf nicht vorbereitet sind, treten bisweilen unangenehme Probleme wegen trockener Luft in der kalten Jahreszeit auf. Dem gegenüber stehen Befragungen von Nutzern raumlufttechnischer Anlagen, wonach es zur subjektiv besseren Einschätzung der Luftqualität, zur Reduktion von Beschwerden und zu einer signifikanten Steigerung der Leistungsfähigkeit aufgrund der Anlagen kommt [Leech et al. 2004, Wargotzki et al. 2000]. Im Rahmen der vom IBO – Institut für Baubiologie und -ökologie durchgeführten Studie „Bewohnergesundheit und Raumluftqualität in neu errichteten, energieeffizienten Wohnhäusern – Lüftung 3.0“ wurde untersucht, inwieweit raumklimatologische Faktoren und Schadstoffkonzentrationen mit der subjektiven Einschätzung von Wohlbefinden und Wohnzufriedenheit in mechanisch und natürlich belüfteten Gebäuden übereinstimmen.

4.2.

Ergebnisse

Die Untersuchungsergebnisse zeichnen ein differenziertes Bild: Die Luftqualität in mechanisch belüfteten Wohnobjekten wird in der Regel subjektiv deutlich positiver wahrgenommen und ist auch objektiv in Hinblick auf zahlreiche Raumluftinhaltsstoffe besser zu bewerten (siehe Abbildung 3). Mikrobielle Bestandteile und Feinstaub werden durch einen geeigneten Außenluftfilter (Filterklasse F7 oder besser) abgefiltert, wodurch sich in den Räumen im Mittel eine niedrigere Konzentration dieser Außenluftbestandteile ergibt. Das Rohrsystem bei Wohnraumlüftungen trägt, da es dort keine Feuchtequellen gibt, praktisch niemals zu einer Keimbildung bei. Andererseits bestehen Kritikpunkte bezüglich bedarfsgerechter Zuluftvolumina und zu geringer Luftfeuchte in der kalten Jahreszeit. Durch die neuen Möglichkeiten der Feuchterückgewinnung ist aber auch dieser Schwachpunkt mittlerweile vermeidbar. Bei konsequenter Anwendung der ÖNORM H 6038, die personenbezogene Zuluftvolumina vorschreibt, sollte sich auch die Situation in Hinblick auf die gelegentlich zu geringe Außenluftzufuhr im Schlafzimmer deutlich verbessern. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass Fachleute die in die Räume zugeführten Luftmengen bei der Inbetriebsetzung mit geeigneten (druckkompensierten) Messgeräten präzise einstellen. 11


Abbildung 3: Anzahl der Messwerte in Konzentrationsklassen der Gesamt VOC-Werte zu je 250 μg/m³, Wohn- und Schlafräume mechanisch (n=122) und natürlich belüfteter (n=122) Objekte

Weiterführende Informationen zur Studie „Lüftung 3.0“ sowie zu Lüftung und Gesundheit sind unter www.ibo.at bzw. www.raumluft.org verfügbar.

Literaturnachweis: 

Leech JA, Raizenne M, Gusdorf J (2004): Health in occupants of energy efficient new homes. Indoor Air 14: 169-173

Wargocki P, Wyon DP, Sundell J, Clausen G, Fanger PO (2000): The effects of outdoor air supply rate in an office on perceived air quality, Sick Building Syndrome (SBS), symptoms and productivity. Indoor Air 10:222-236.

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5.

Akustik Center Austria

Die Holzforschung Austria hat mit dem Akustik Center Austria am Standort Stetten ein Schalllabor mit europäischen Dimensionen errichtet. Neben den genormten Standardprüfungen sind auch Untersuchungen im erweiterten Frequenzbereich und Untersuchungen zur Flankenübertragung durch angrenzende Bauteile möglich.

5.1.

Lärmschutz bei tiefen Frequenzen

Beeinträchtigung durch Lärm kann negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Bewohner haben. Bewohner sehnen sich infolge der nahezu permanenten Lärmbelästigung im Alltag nach Ruhezonen in den eigenen vier Wänden. Diese Entwicklungen werden auch von den Gesetzgebern europaweit wahrgenommen und spiegeln sich in einer Verschärfung der Anforderungen wider. Dies betrifft vor allem den Bereich der tiefen Frequenzen unter 100 Hz. Während in Skandinavien die Verschärfung der Anforderungen bereits in der Baugesetzgebung aufgenommen wurde, besteht in Österreich im Rahmen der ÖNORM B 8115-5 die Möglichkeit einer freiwilligen Klassifizierung bzw. Bewertung der Bauteile im Bereich der tiefen Frequenzen. Obwohl sich die Anforderungen verschärften, liegen kaum technische Lösungen bei den Planern und Ausführenden vor. Zusätzlich können die Bauteile und Bauteilanschlüsse in den vorliegenden genormten Prüfständen nicht reproduzierbar nachgewiesen werden. Dies und die Tatsache, dass der Holzbau hierzu Lösungen für die Zukunft anbieten muss, waren die Motivation für das Akustik Center Austria. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) sowie vom Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) geförderten und von der FFG abgewickelten Forschungsvorhabens wurden die Grundlagen hierfür geschaffen.

5.2.

Innovative Ausstattung des Schalllabors

Kernstück der Prüfstände stellt der neu entwickelte F&E Prüfstand mit Volumina zwischen 137 und 153 m³ dar. Herkömmliche genormte Prüfräume weisen ein Volumen von ca. 50 m³ auf. Die Fläche der zu prüfenden Deckenbauteile liegt bei 20 m² (4 x 5 m) und bei Wandbauteilen bei 10 m² (4 x 2,5 m). Hintergrund dieser Abmessungen ist, dass herkömmliche Raumgrößen bzw. Bauteilgrößen abgebildet werden sollen. Das Problem dieser Räume liegt aber darin, dass man im tiefen Frequenzbereich aufgrund der Tatsache, dass eine Schallwelle bei 50 Hz eine Wellenlänge von ca. 6,8 m aufweist, kein diffuses (gleichmäßiges) Schallfeld, erzielen kann. Je nachdem wo man im Sende- bzw. Empfangsraum das Mikrofon aufstellt erhält man somit unterschiedlich große Pegel im Bereich der tiefen Frequenzen. Die Normung sieht hierzu unterschiedliche Herangehensweisen, wie z.B. die Erhöhung der Messpositionen, bzw. die Messung der Intensität vor. Die Methoden führen allerdings, wie internationale Ringversuche bestätigen, zu keinen reproduzierbaren Ergebnissen bzw. stellen einen hohen Messaufwand dar. Modellierungen der Technischen Universität Wien (TU Wien) der Modenverteilung des Schallfeldes in herkömmlichen Prüfständen bei zusätzlichen Messpositionen bestätigen ebenfalls diese Aussage. Dies 13


bedeutet, dass wir im Umkehrschluss zur Untersuchung der Einwirkungen von tiefen Frequenzen ein größeres Volumen benötigen. Dabei ist aber nicht nur das Volumen entscheidend, sondern auch das Verhältnis zwischen Länge zu Breite und Höhe. Basierend auf Simulationen der TU Wien wurden somit in einem ersten Schritt die Abmessungen des F&E Prüfstandes bestimmt. Der neue Prüfstand dient der Optimierung der Bauteile im tiefen Frequenzbereich, wobei natürlich berücksichtigt werden muss, dass aufgrund der größeren Abmessungen andere Bauteildimensionen erforderlich sind und keine repräsentativen Abmessungen herkömmlicher Wohnungen widergegeben werden. Dieser scheinbare Widerspruch zwischen möglichen reproduzierbaren Ergebnissen und der Widerspiegelung der vorliegenden Abmessungen im üblichen Wohnbau wird im Rahmen des Forschungsprojektes durch die Entwicklung eines sogenannten „Downscaling“ Models wissenschaftlich gelöst. Dies heißt, dass in Zukunft der große F&E Prüfstand zur Bauteiloptimierung herangezogen und mit Hilfe des Modells das Ergebnis auf herkömmliche Abmessungen skaliert werden kann. Somit werden in Zukunft Lösungen für den Leichtbau entwickelt und gleichzeitig die Bewohnerzufriedenheit gesteigert. Die Innovation des Prüfstandes liegt aber nicht nur in seinen Abmessungen, sondern auch im Bereich der hohen Flexibilität bei Umbauarbeiten, z.B. für Untersuchungen von horizontalen und vertikalen Flanken und Freifelduntersuchungen. Neben dem F&E Prüfstand wurden zusätzlich Prüfstände zur Bauteiluntersuchung im normativen Frequenzbereich errichtet. Eine Vorgabe an die Planung des neuen Schalllabors war eine kurze Kette „vom LKW in den Prüfstand zum qualitativen Ergebnis“. Eine weitere war die kurze kundenorientierte Bearbeitung der Prüfungen und Untersuchungen durch ein hochqualifiziertes Team aus einem Forschungsverbund der HFA, des Technologischen Gewerbemuseum (TGM) und der TU Wien.

Abbildung 4: Akustik Center Austria in Stetten. Bild: ACR/schewig fotodesign

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Neben der Entwicklungsarbeit und Realisierung der Prüfstände stellt die erworbene Messtechnik eine wesentliche Basis für den Erfolg des Akustik Center Austria dar. Ein modernes Akustik-Messsystem mit 32 Kanälen zur Schall-, Schwingungs- und Intensitätsmessung, eine entsprechende Tieftonlautsprecheranlage und ein Laser-Doppler-Scanning-Vibrometer zur Erfassung mechanischer Schwingungen beispielsweise von Bekleidungen ermöglichen in Zukunft Untersuchungen auf höchstem wissenschaftlichem Niveau.

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6.

Hagel – Herausforderung für Fassaden?

Extreme Wetterereignisse nehmen weltweit zu, die Höhe der Schäden ebenso. In Österreich sind in den vergangenen Jahren unter anderem die Häufigkeit und Intensität von Hagelunwettern stark gestiegen. Deren Auswirkungen stellen vor allem für Gebäude eine große Bedrohung dar: Speziell Fassaden und dort zum Einsatz kommende Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) sind enorm gefordert. Fast alle Hersteller haben daher hagelresistente Produkte auf den Markt gebracht. Doch die Nachfrage läuft schleppend. Zum Leidwesen aller, wenn der Hagel "zuschlägt".

6.1.

Hagelgefährdung von Wärmedämmverbundsystemen

Hagel kann neben Dächern vor allem Gebäudefassaden – speziell Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) – stark in Mitleidenschaft ziehen. Teure Sanierungen sind die Folge – in Österreich keine Seltenheit, denn nach Feuer und Überflutungen ist Hagel bereits Schadenverursacher Nummer drei. Aber warum gibt es in Österreich so viele Hagelschäden an wärmegedämmten Fassaden? Ein sehr hoher Prozentsatz der am Markt verkauften oder von Konsumenten geforderten Produkte kann der Einwirkung von realen Hagelkörnern mit bis zu 3 cm Durchmesser nicht schadfrei standhalten. Fakt ist, dass fast alle Hersteller auch Produkte in ihrem Sortiment haben, die Hagelwiderstandklasse 3, 4 oder mehr problemlos widerstehen. Die Diskrepanz ergibt sich, weil einerseits bei Baumaterialien vielfach der Preis im Vordergrund steht, andererseits der Konsument die Qualität eines Bauprodukts oft nicht richtig beurteilen kann. Speziell bei WDV-Systemen ist der Hauptfaktor für den Preis die Arbeitsleistung zur Errichtung des Systems am Gebäude. Bei den Materialkosten sind nur minimale Einsparungen zu erzielen. Somit darf gesagt werden, wer hier spart, spart an der falschen Stelle. Dies umso mehr, als sich viele Konsumenten nicht bewusst sind, welches Hagelrisiko sie an ihrem Gebäudestandort tatsächlich haben. Dabei wäre effizienter Hagelschutz in nur drei Schritten realisierbar und zielt auf eine optimale Zusammenarbeit zwischen allen an einem Bau beteiligten Personen: 

Überprüfung der Hagelgefährdung des eigenen Standorts anhand der Hagelgefährdungskarte

Auswahl, Ausschreibung und Einkauf von Baumaterialien, deren Hagelresistenz mittels Hagelsimulationsmaschine geprüft und deren Prüfergebnisse in das Hagelschutzregister (www.hagelregister.at) eingetragen wurden

Kontrolle der Bauausführung

6.2.

Hagelschutz 6.2.1 Hagelzonierungskarte beschreibt Hagelgefährdung am Standort

Durch die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) wurden alle in Österreich vorhandenen Aufzeichnungen von Hagelschlägen ausgewertet. Aufbauend auf diesen Daten wurde die Hagelzonierungskarte erstellt. Sie ist unter www.hora.gv.at kostenlos 16


einsehbar und gibt Aufschluss darüber, welche Hagelgefährdung an einem bestimmten Ort besteht und welche Hagelresistenz somit die eingesetzten Bauprodukte bieten sollten, um einer möglicherweise auftretenden Hagelkorngröße standzuhalten.

6.2.2 Überprüfung von Materialien mittels Hagelsimulationsmaschine Durch Hagel verursachte Beschädigungen können vielfältig sein: von kleinen Dellen und Farbveränderungen, welche eine optische, meist nicht funktionale Beeinträchtigung darstellen, bis hin zu Durchschlägen oder Zerstörung der Gebäudehülle. Treten nur feine, optisch oft nicht oder kaum wahrnehmbare Haarrisse auf, können in weiterer Folge Feuchte und Niederschlagswasser eindringen und so zu Folgeschäden führen. Maßgebliche Faktoren für das Ausmaß der Schädigung von Bauteilen bei Hagelunwettern sind die Hagelkorngröße, die Auftreffgeschwindigkeit und der Auftreffwinkel der Hagelkörner. Das IBS – Institut für Brandschutztechnik und Sicherheitsforschung, eine für die Prüfung von Baumaterialien akkreditierte und notifizierte Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungsstelle, hat ein Prüfgerät entwickelt, das ermöglicht, Baumaterialien der Gebäudehülle auf deren Hagelresistenz zu prüfen und zu klassifizieren. Das IBS hat sich dabei nicht nur die Prüfung bestehender Baumaterialien zum Ziel gesetzt, sondern stellt diese Messtechnik und Testmethode auch Produktherstellern bei der Entwicklung neuer, hagelresistenter Produkte zur Verfügung.

Abbildung 5: Hagelkanone für simulierten Hagelbeschuss bis Hagelwiderstandsklasse 5. Bild: IBS

Das Ergebnis der Prüfung ermöglicht eine Produktklassifikation in Hagelwiderstandsklassen. Die Prüfergebnisse werden auf Antrag der Hersteller von einer Fachkommission geprüft und bei positivem Ergebnis im kostenfrei einsehbaren Hagelschutzregister transparent, vergleichbar und standardisiert publiziert (www.hagelregister.at). Aktuell sind bereits mehr als 350 Produkte der Gebäudehülle registriert, davon alleine im Bereich der WDVS mehr als zwanzig verschiedene, in Österreich von unterschiedlichen Herstellern produzierte und angebotene Produkte.

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7.

Holz-Beton-Fügetechnik - Neue innovative Verbundsysteme für leistungsfähige Deckenkonstruktionen

Die Idee Holz und Beton, zwei an sich konkurrierende Baustoffe, zu einem Verbundsystem zu kombinieren und damit weitgespannte Decken zu errichten, reicht bereits fast 100 Jahre zurück. Durch die Kombination einer Holzdecke mit einer Aufbetonschicht lässt sich zum einen die wirtschaftliche Spannweite einer klassischen Holzdecke vergrößern, andererseits auch die für die Herstellung einer Stahlbetondecke erforderliche Menge an Bewehrungsstahl reduzieren, da die Zugspannungen durch das Holz aufgenommen werden. Gerade aufgrund der technischen Vorteile der Holz-Beton-Verbundsysteme (HBV) stellt sich letztlich allerdings die spannende Frage, weshalb sich diese Systeme am Markt bislang nicht voll durchsetzen konnten.

7.1.

Aktueller Stand der Holz-Beton-Verbundsysteme

Bei den derzeit üblichen HBV-Systemen wird der Verbund zwischen dem Holz und dem Beton meist über metallische Verbindungsmittel (Schrauben, Kopfbolzen oder eingeklebte Stahlbleche) oder über geometrische Vertiefungen (Kerven oder Nuten) hergestellt. Diese Systeme haben alle gemein, dass es sich um punkt- oder linienförmige Verbindungsmittel handelt, die zunächst in das Holz eingetrieben, eingefräst oder eingeklebt werden müssen, ehe der Aufbeton aufgebracht werden kann. Dies ist ein zusätzlicher arbeits-, zeit- und kostenintensiver Schritt im Herstellungsprozess. Darüber hinaus kann es beim Einbringen des Ortbetons infolge des Feuchteeintrags auch zu (optischen) Schäden an der Holzkonstruktion selbst kommen. Die klassisch hergestellte HBV-Decke mit Aufbeton ist darüber hinaus nicht sofort belastbar. Durch die notwendige Aushärte- und Trocknungszeit der Decke verlängert sich die Bauzeit meist zusätzlich, da Ausbaumaßnahmen erst nach Abschluss des Austrocknungsprozesses fortgeführt werden können.

Abbildung 6: Schematische Darstellung des Holz-Beton-Verbund-Systems

7.2.

Kooperationslabor für leistungsstarke HBV-Systeme

Im Rahmen der ACR-Förderschiene „Strategisches Projekt“ soll nun im Zuge eines Kooperationslabors, welches gemeinsam von der Holzforschung Austria (HFA) und der Vereinigung der österreichischen Zementindustrie (VÖZ) betrieben wird, der Frage nachgegangen werden, ob sich die beiden Baustoffe Holz und Beton nicht dauerhaft und wirtschaftlich zu einem leistungsstarken Hybridbauteil verbinden lassen. Der Schlüssel für die Lösung 18


dieser Aufgabe liegt in der modernen Klebetechnik, welche heutzutage bereits in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens, wie z. B. im Flugzeug, dem Auto, der Fassade oder unseren Schuhen, erfolgreich Einzug gehalten hat. Neben der direkten Verklebung von Holz und Beton als Fertigteile im Werk steht vor allem auch der Einsatz einer verklebten Zwischenschicht zwischen dem Aufbeton und der Holzkonstruktion im Fokus der gemeinsamen Forschungsaktivitäten. Durch diese Schicht wäre das Holz einerseits vor Feuchteeintrag während des Betoniervorganges geschützt, andererseits ließe sich bei entsprechender Wahl des Materials auch eine Verbesserung des Schalldämmmaßes der Deckenkonstruktion durch eine schalltechnische Entkopplung der beiden Schichten lukrieren. Ein wesentlicher Vorteil des geklebten Verbundes wäre schließlich die Herstellung gesamter hochgradig vorgefertigter HBV-Elemente im Werk in entsprechend hoher Qualität und Güte. Derartige Vollfertigteile können trocken auf die Baustelle geliefert, versetzt und unmittelbar belastet werden. Die Methoden für die Verklebung von Holz und Beton werden hierzu im Rahmen des ACR-Kooperationslabors gemeinsam durch HFA und VÖZ entwickelt. Die Laufzeit des Labors ist derzeit mit 2 ½ Jahren projektiert, wobei erste Forschungs- und Zwischenergebnisse bereits Ende 2017 vorliegen werden.

19


8.

ROOFBOX – Ressourcenschonende Nachverdichtung im großvolumigen Wohnbau

Hochwertiger Sanierung und Nachverdichtung von bestehenden Siedlungsgebieten kommt aus energiepolitischer, raumplanerischer und soziökonomischer Sicht enorme Bedeutung zu. Im Rahmen des Forschungsprojekts ROOFBOX wird ein Bausystem aus vorgefertigten Raumzellen in Holzbauweise für die Nachverdichtung von großvolumigen Wohnbauten entwickelt.

8.1.

Ausgangslage zum Forschungsprojekt ROOFBOX

Im ländlichen und mittelstädtischen Bereich weisen viele bestehende Siedlungsgebiete noch enorme Potenziale zur Erhöhung der Nutzflächen (Bebauungsdichte) auf, da die von der Raumplanung vorgegebenen Bebauungsdichten noch nicht vollständig ausgeschöpft wurden. Aber auch im städtischen Bereich weist die Nachverdichtung durch Dachgeschossausbau/Aufstockung noch große, brachliegende Potentiale auf. Umfassende Konzepte für standardisierte, vorgefertigte Systeme liegen – bis auf wenige Ausnahmen für den Fassadenbereich (z.B. Haus der Zukunft Plus Forschungsprojekt „e80^3“) – nicht vor. In dem vom Klima- und Energiefonds des Bundes im Rahmen der Programmlinie „e!Mission.at“ geförderten Forschungsprojekt „ROOFBOX – Ressourcenschonende Nachverdichtung von großvolumigen Mehrfamilienhäusern mit vorgefertigten Raumzellen in Holzbauweise“ werden vorgefertigte Raumzellen für die Nachverdichtung mittels Aufstockung von Bestandsobjekten im großvolumigen Wohnbau konzipiert.

8.2.

Konstruktives und architektonisches Konzept der ROOFBOX

Das Konzept des vorgefertigten Holzbaumoduls (Raumzelle) mit hohem Ausbaugrad (schlüsselfertig) punktet durch eine rasche Bauzeit, stellt aber in Bezug auf die Transportlogistik, der beschränkten Modulbreite (max. 3,40 m als Sondertransport möglich) und dem großen Transportvolumen eigene Anforderungen. Die Längenbegrenzung für den LKWTransport (bis zu ca. 20 m) stellt selten eine Einschränkung dar, da typische Wohnungsgrundrisse maximale Tiefen von ca. 12 m aufweisen. Auf Grund o.a. Aspekte wurde im Projektteam ein Konzept entwickelt, das die Vorteile der Tafel- und der Raumzellenbauweise vereint: Zwischen einzelnen vorgefertigten voll installierten Raumzellen werden flächige Bauteile mit variablen Elementbreiten montiert. Als wandund deckenbildendes Material sowohl für die Raumzellen als auch für die Füllelemente sind im derzeitigen Entwicklungsstand Brettstapelelemente angedacht. Die Roofboxen sind im Passivhausstandard konzipiert. Auch aktive Solaranlagen für die Gewinnung von Strom oder Wärme können in die Raumzellen integriert werden. Die Roofboxen sind im Inneren fix und fertig ausgebaut: Parkett und Fliesen sind bereits verlegt, WC, Küche, Dusche und Waschbecken sind montiert, die Wände der Wohnräume sind gespachtelt und gestrichen, und auch die Elektrik ist komplett installiert.

20


Abbildung 7: ROOFBOX-System mit Raumzellen und dazwischen montierten flächigen Bauelementen. BSP= Brettstapelelement. Quelle: Nussmüller Architekten ZT GmbH

8.3.

Ausblick

Das Forschungsteam geht davon aus, dass das größte Potential für die ROOFBOX bei Wohnbauten mit Errichtungszeitraum 1960 – 1980 liegt, da diese den größten Anteil an noch nicht sanierten Objekten aufweisen und auch die einfache, standardisierte Bauweise und Gebäudetypologien für eine standardisierte Nachverdichtung sprechen. Mit der GSWB – Gemeinnützige Salzburger Wohnbaugesellschaft m.b.H wurde im Rahmen des Forschungsprojektes an Hand einer Wohnsiedlung in der Stadt Salzburg ein theoretisches Fallbeispiel bearbeitet, das große Chancen auf eine tatsächliche Realisierung hat. Der Projektpartner Haas Fertigbau Holzbauwerk GmbH & Co KG wird das ROOFBOX-System in sein Produktportfolio aufnehmen. Ein Prototyp der ROOFBOX kann seit 16. September 2016 am Firmengelände von Haas Fertigbau im steirischen Großwilfersdorf besichtigt werden.

Abbildung 8: Haas Fertigbau Modulhaus. Bild: AEE Intec 21


9.

Innendämmung – Lösungen für sofort

Was für die Außenfassade gilt, ist ebenso für Innen gültig: Wenn ein neuer Anstrich fällig ist, ist auch die richtige Zeit um über eine umfassendere Sanierung nachzudenken. Eine Innendämmung bringt Komfort und Energieeffizienz und lässt sich zu jeder Jahreszeit anbringen. Was dabei zu beachten ist, wurde im Forschungsprojekt ID-Solutions bei 7 Sanierungen herausgearbeitet.

9.1.

Jedes Bauvorhaben ist anders

Alte Häuser haben oft einen Charme, der über so manche Unbequemlichkeit hinwegsehen lässt. Dazu gehören auch Kälte bei den relativ dünnen Feuermauern oder den anderen Außenmauern. Für so manchen Wohnungseigentümer wäre mehr Komfort mit warmen Wänden ein verlockendes Angebot. Mit dem heutigen Wissen sind Innendämmungen sicher und praktikabel, wie das Forschungsprojekt ID-Solutions zeigt. Dennoch: Jedes Bauvorhaben ist anders und eine fachgerechte Planung und Ausführung sind Pflicht, damit am Ende alle zufrieden sind.

9.2.

Erarbeitung von Mustersanierungslösungen

Im Forschungsprojekt wurden 7 Objekte, darunter ein Kellerausbau in einem Haus aus den 1970er Jahren und eine Wohnung in einem Gründerzeithaus über einen Zeitraum von über zwei Jahren begleitet. Ausprobiert wurden unterschiedliche Produkte bzw. Systeme für die Innendämmung, aber auch Mess-Systeme für die Langzeitbeobachtung bei kritischen Zuständen, wie das bei Sanierungen ja der Fall sein kann.

Abbildung 9: Innendämmung in einem Gründerzeithaus. Bild: IBO

Dabei wurde festgestellt, dass zwar jedes Bauvorhaben anders ist, dennoch für einzelne Epochen und Bauweisen Mustersanierungslösungen möglich sind. Diese Lösungen lassen sich dann für das individuelle Projekt anpassen. Untersucht wurde auch die Eignung von 22


nachwachsenden Rohstoffen als Dämmstoffe. Denn Produkte, die mit der Energie der Sonne entstehen, sparen nicht nur Heizenergie, sondern u.a. auch graue Energie, die bei der Herstellung anfällt. Beschrieben werden im Forschungsbericht die Eignung von Kork-, Stroh-, Zellulosefaser- und Holzfaserplatten als Material für die Innendämmung. Vorweg: geeignet sind alle. 19 Innendämmsysteme wurden dafür, jeweils in Kombination mit verschiedenen Energieträgern für die Heizung, nach ökologischen und ökonomischen Kriterien beurteilt. Beruhend auf den Forschungserkenntnissen bietet das IBO an, für einen Umbau einen bauphysikalisch abgestimmten Systemvorschlag zu entwickeln. Produktneutral werden Materialvorschläge, die passende Dimensionierung und die Verarbeitungsbesonderheiten bzw. Baudetails für das jeweilige Projekt erstellt. Damit kann eine gesunde und ökologische Innendämmung sicher durchgeführt werden. Vorteile sind nicht nur die größere Behaglichkeit und die Vorbeugung von Schimmelbefall. Begeisterte Bauherren berichten davon, wieviel größer ihnen die Wohnung nun vorkommt, obwohl sie durch die Innendämmung eigentlich kleiner geworden ist. Denn nun können sie den gesamten Raum nutzen, auch dort, wo früher niemand sitzen wollte, weil es zu kalt und ungemütlich war. Auch bei Räumen, die nur zeitweise genutzt werden, hilft eine Innendämmung. Beispiel ist das Wochenendhaus, das schnell warm werden soll – mit einer Innendämmung verkürzt sich die Aufheizzeit deutlich.

9.3.

Ausblick

Kunden entscheiden aber nicht nur nach ihren persönlichen Vorteilen – Wirtschaftlichkeit, Werterhalt der Wohnung, Komfortgewinn, Gesundheitsförderung – sie sehen es auch gerne, wenn sie mit ihrem Geld etwas für den Klimaschutz bewirken. Mit der Innendämmung lässt sich auch Heizenergie einsparen und damit Treibhausgasemissionen. Mit dem heutigen Knowhow, den ausgereiften Systemen und der bauphysikalischen Absicherung z.B. durch das IBO könnte bei der einen oder anderen Wohnung mehr Umsatz erzielt werden. Der Forschungsbericht ‚IDsolutions – Sanierung mit Innendämmung‘ kann auf der Homepage von „Haus der Zukunft“ (http://www.hausderzukunft.at/results.html/id7383) heruntergeladen werden.

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10.

Fertigteile aus dem Drucker?

Immer häufiger geistert die 3D-Drucktechnologie auch durch die Baubranche. Welche Rolle der Baustoff Beton dabei spielen kann, untersucht ein Forschungsprojekt des BTI.

10.1. 3D-Druck Dass die Planerstellung am Computer durchgeführt wird, zählt nicht nur zum heutigen Standard, sondern wird bereits durch neue Möglichkeiten verbessert. Mittlerweile verfügt beinahe jede Planungssoftware über eine 3D-Schnittstelle. In den CAD-Programmen werden die Plandaten eingearbeitet. Spezielle 3D-Erweiterungen der Software ermöglichen eine Ansicht im 3D-Raum. Damit lassen sich Bauteile bereits vorab aus jeder Perspektive begutachten. Aber nicht nur das – die Möglichkeiten, 3D-Plandaten zu nutzen, gehen sogar noch einen Schritt weiter. Besonders Großprojekte im Bausegment bedürfen einer sorgfältigen Planung. Damit man sich das Gesamtprojekt möglichst gut vorstellen kann, wird vorab häufig ein Modell erstellt. Die Hersteller dieser Modelle freuen sich besonders über die Möglichkeit des 3D-Drucks. Modelle, die mittels 3D-Druck vorab erstellt werden, reichen von Einfamilienhäusern über Hotelkomplexe bis hin zu gesamten Landschaftsbilder. Der Vorteil des 3D-Drucks ist vor allem, dass jedes Modell individuell gestaltbar ist. Diese Modelle können aus verschiedenen Kunststoffen gedruckt werden. Die Daten dafür kommen direkt aus den 3DSchnittstellen der Planungssoftware. Ein spezieller Datenexport generiert den von der Maschine lesbaren Code.

10.2. Großes Potenzial in der Betontechnologie Noch im Entwicklungsstadium befinden sich Technologien, die sich mit dem 3D-Druck von Elementen in Beton beschäftigen. Damit werden nicht nur Modelle im kleinen Maßstab erstellt, sondern es können Bauteile wie Wände, Säulen etc. eins zu eins gedruckt und verwendet werden. Auch diese Daten werden im gleichen Vorgang in der Planungssoftware erzeugt. Vorreiter der Betondrucktechnologie sind Universitäten aus Amerika und England sowie ein Bau- und Forschungsunternehmen aus China. Das chinesische Unternehmen WinSun besitzt derzeit das größte Objekt, das mittels 3D-Betondruck hergestellt wurde. Eine Besichtigung des Objekts zeigt das große Potenzial der Technologie auf. In einigen Jahren könnte sich diese Baumethode durchaus in einigen Segmenten des Bauwesens etablieren. Die Entwicklung der Technologie voranzutreiben obliegt den Forschungsunternehmen. Auch in Österreich beginnt man, sich damit auseinanderzusetzen. So wurde Anfang 2015, ausgehend von ACR – Austrian Cooperative Research, gemeinsam mit dem Bautechnischen Institut in Linz (BTI) ein Projekt gestartet, das sich mit Forschungen zu diesem Thema beschäftigt. Kernkompetenzen liegen dabei vor allem in der Entwicklung der Betonzusammensetzung und der Maschinenentwicklung. Alle Komponenten müssen dabei genauestens aufeinander abgestimmt werden, um die geforderte Qualität der gedruckten Bauteile zu erreichen.

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10.3. Wie funktioniert diese Technologie also? Wie ein herkömmlicher Drucker, der an definierten Positionen Tinte auf ein Blatt Papier bringt, bringt ein Robotersystem Beton an eine bestimmte Position der Druckplattform. Ist die Aufbringung an allen Stellen erfolgt, so beginnt der Roboter von neuem und platziert eine neue Schicht Beton auf die vorher aufgebrachte Masse. Die Erstellung der Druckobjekte erfolgt quasi in einem Schicht-für-Schicht-Verfahren. Diese Schichten sind an den Bauteilen auch nach der Fertigstellung noch deutlich erkennbar. Weitere Forschungsarbeiten sind notwendig, um lange Verputzarbeiten zu vermeiden. Gedruckt wird im Übrigen nicht die gesamte Villa aus einem Stück, sondern in einzelnen Modulen. Ein Baukran hebt anschließend die Bauteile an die vorgesehene Position, an der sie fachgerecht verankert werden. Dass die Betondrucktechnologie kommerzielle Technologien verdrängt, ist relativ unwahrscheinlich. Allerdings könnten sich neue Möglichkeiten ergeben, 3-D-Betondrucke gewinnbringend einzusetzen. Unternehmer sollten die Entwicklung deshalb im Auge behalten.

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11.

Die 6. Dimension: Nachhaltigkeit im Building Information Modeling (BIM)

Wer Gebäude mittels Building Information Modeling (BIM) plant, verwendet schon an sich eine innovative Methode. Einem Projektteam aus vier ACR-Instituten genügt das nicht: Im Projekt „Digitale Gebäudemodelle für nachhaltige Gebäude“ blicken sie über die Planungsund Errichtungsphase hinaus und bringen Nachhaltigkeitsaspekte in BIM-Prozesse ein. Beteiligte ACR-Institute sind IBO, AEE INTEC, GET und IBS.

11.1. BIM: Ein smarter Prozess für Entwurf, Planung, Errichtung und Betrieb von Gebäuden Die Ansprüche an Energieeffizienz, Energieversorgung, Komfort und Wirtschaftlichkeit im Betrieb von Gebäuden und Wohnungen sind in den letzten Jahrzehnten stark gestiegen, wodurch die Planung bzw. Errichtung von Bauwerken immer komplexer wurde. Der Wunsch nach fachlich und digital reibungsloser Zusammenarbeit aller Projektbeteiligten gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Die Projektbeteiligten müssen schon sehr früh im Planungsund Errichtungsprozess problematische Entwicklungen erkennen können und Planung, Ausführung oder zukünftige Nutzung entsprechend anpassen, damit die geplante und versprochene Effizienz und Qualität erreicht wird. Mit der Anwendung von BIM (Building Information Modeling / Gebäudedatenmodellierung) soll dieser Wunsch praxisgerecht und nachhaltig verwirklicht werden: BIM beschreibt einen smarten Prozess für Entwurf, Planung, Errichtung und Betrieb von Bau- und Infrastrukturmaßnahmen. Mit einem Modell als gemeinsame Datenbasis für alle Beteiligten entstehen konsistentere, durchgängigere Informationen – egal wann und wie oft der Entwurf im Planungsprozess geändert wird. BIM basiert also auf dem 3D-Modell als digitales Abbild des Gebäudes. Als vierte Dimension geht die Zeit in das Modell ein, die Kosten als die fünfte Dimension. Informationen zur Nachhaltigkeit eines Gebäudes über seinen Lebenszyklus zählen zu der sechsten Dimension. Im Ergebnis sollen so Bauvorhaben mit dieser Methode schneller (4D), wirtschaftlicher (5D) und nachhaltiger (6D) umgesetzt und fertig gestellt werden.

11.2. Das Potenzial der BIM-Methode ausschöpfen Während in anderen Ländern wie Norwegen und Großbritannien die BIM 3D-Arbeitsweise schon lange in der Planungspraxis verankert ist, beginnt der deutschsprachige Raum erst seit kurzer Zeit, sich dieser Technologie zu stellen. Zur Nachhaltigkeit von Gebäuden in BIMProzessen gibt es auch international kaum Anwendungen. Diesen Aspekt in die BIMModellierung einzubringen, ist das zentrale Ziel des Projektes „Digitale Gebäudemodelle für nachhaltige Gebäude“. Energiebedarf, ökologische und ökonomische Aufwände sollen minimiert, Komfort und Sicherheit maximiert werden. Zur Nachhaltigkeitsbewertung verwenden die ACR-Institute bewährte Instrumente wie Ökobilanzen, Lebenszykluskostenberechnungen oder Gebäudezertifikate. Im Projekt werden aber auch neuere Entwicklungen wie die Methode des Product Environmental Footprint 26


untersucht. Letztlich werden Wege aufgezeigt, um die entsprechenden Daten in BIM-Prozesse zu integrieren und ihre Auswirkungen sichtbar zu machen.

11.3. Nachhaltiger Gebäudebetrieb: Vorhersagen und optimieren Die Anwendung von BIM ist bislang meist auf die Planungsphase beschränkt. Wirtschaftliche und ökologische Lebenszyklusanalysen werden jedoch wesentlich von den geplanten bzw. erreichten Betriebsdaten beeinflusst. Darum arbeiten die ACR-ExpertInnen daran, die Betriebs- und Nutzungsphase von Gebäuden in BIM-Prozessen abzubilden. Die Senior Researchers aus den ACR-Instituten verfügen über umfangreiche Erfahrung in der dynamischen Simulation von Gebäuden und Anlagen: So können sie etwa vorhersagen, ob sich der erwartete Komfort (z.B. hinsichtlich Wärme oder Tageslicht) einstellt, das Gebäude die Planungsziele bezüglich Energieeffizienz erreicht und ausreichender Brandschutz gegeben ist. Ziel ist es, die Daten aus der Simulation sowie die später im Monitoring tatsächlich gemessenen Verbrauchs- und Komfortdaten in das BIM-Modell zu integrieren. So wird transparent, ob das Gebäude die Vorgaben erfüllt und an welchen Stellen Verbesserungen, z.B. mit Hilfe intelligenter Gebäudeautomation und -regelung, möglich sind. Im Rahmen des Forschungsprojekts wird dies an einem praxisnahen Projekt erprobt. Alle entwickelten Datenmodelle und Forschungsergebnisse werden in einen BIM-basierten Planungsprozess überführt. Als Ergebnis soll es möglich sein, Nachhaltigkeitsaspekte direkt im BIM-Modell dynamisch zu optimieren und so zu einem frühen Zeitpunkt für einen möglichst nachhaltigen Gebäudebetrieb zu sorgen.

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AutorInnen: Barbara Bauer (IBO) René Eckmann (BTI) Hildegund Figl (IBO) Cristina Florit (IBO) Christoph Hackspiel (HFA) Veronika Huemer-Kals (IBO) Stefan Krispel, (VÖZ, Smart Minerals) Gerald Maier (VÖZ, Smart Minerals) Ute Muñoz-Czerny (IBO) Martin Peyerl, (VÖZ, Smart Minerals) Heimo Staller (AEE INTEC) Martin Staudinger (BTI) Hans Starl (IBS) Tobias Steiner (IBO) Peter Tappler (IBO) Martin Teibinger (HFA)

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ACR Innovationsradar 2017 Nachhaltiges Bauen