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Großdemonstrator - Multifunktionale Betonfertigteile für energetisch nutzbare Gebäudetragstrukturen

Ergebnisse

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Großdemonstrator - Multifunktionale Betonfertigteile für energetisch nutzbare Gebäudetragstrukturen


Projektnummer
10.08.18.7-15.51
Projektbeginn
10.2015
Projektende
12.2018
Projektstatus
abgeschlossen mit Bericht

Ergebnisse

Rohbauzustand des Großdemonstrators Smallhouse IV; Quelle: TU Kaiserslautern

Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung des Großdemonstrators Smallhouse IV. Hierbei wird ein Gebäudeenergiekonzept erarbeitet, welches die Gebäudemasse aktiv zur Wärmespeicherung heranzieht. Ähnlich wie in Solaraktivhäusern soll die gesamte Wärmebereitstellung mittels einem minimalen primärenergetischen Bezug gewährleistet werden. Hierfür wird jedoch die solare Wärme nicht in überdimensionalen Wasserspeichern, sondern in der vorhandenen Gebäudemasse gespeichert. Zu diesem Zweck werden multifunktionale Betonfertigteile entwickelt. Diese vollumfänglich vorgefertigten mehrschichtigen Sandwichelemente übernehmen statische (vertikaler und horizontaler Lastabtrag) und thermische Funktionen (Dämmung, Wärmespeicherung und Temperierung). Durch die thermische Aktivierung der Betonfertigteile kann die Gebäudestruktur aktiv in das thermische Lastmanagement eines Gebäudes integriert werden.
Die entwickelten multifunktionalen Betonfertigteile werden innerhalb dieses Forschungsprojekts mittels des Großdemonstrators „Smallhouse IV“ auf dem Campus der TU Kaiserslautern umgesetzt. Das entwickelte Gebäudeenergiekonzept verfolgt den Ansatz eines minimalen primärenergetischen Bezugs durch die effiziente Nutzung lokaler, solarer Wärme.
Es kann gezeigt werden, dass der gesamte Herstellungsprozess der multifunktionalen Bauteile, von der Vorfertigung im Werk bis zur Trockenfügung auf der Baustelle, wirtschaftlich und technisch umsetzbar ist. Die Bauteile konnten reibungslos in den Taktbetrieb des Fertigteilwerks aufgenommen werden, wodurch multifunktionale Bauteile wirtschaftlich und in einer vergleichbaren Produktionszeit wie herkömmliche Sandwichelemente in der Standfertigung hergestellt werden können. Trotz der Integration von TGA-Komponenten im Bauteil ergab sich so eine Produktionszeit für die Wand- sowie Deckenbauteile von 1 Tag/Bauteil.
Durch das aktive Einbeziehen der Gebäudestruktur an der Wärmespeicherung ist es möglich auf große Wasserspeichervolumen zu verzichten oder dieses zu minimieren. Der rechnerische Vergleich des Smallhouse IV mit der Wärmespeicherung in der Gebäudestruktur gegenüber der Wärmespeicherung in einem Wasserspeicher ergibt bei gleichem elektrischen Strombedarf der Wärmepumpe eine äquivalente Wasserspeichergröße der multifunktionalen Außenwände von 2.000 l. Zudem kann in diesem Vergleich durch den Einsatz der multifunktionalen Außenwände der solare Deckungsgrad gegenüber der Wärmespeicherung im Wasserspeicher von 45 % auf 54 % gesteigert werden.
Die multifunktionalen Außenwände des Smallhouse IV dienen der Solarthermieanlage als niederexergetischer Wärmespeicher. Diese verfügen über ausreichend Wärmekapazität, um die während der Heizperiode anfallende Wärme des 15 m² großen Kollektors zu speichern. Ein zusätzliches Wasserspeichervolumen kann daher den nutzbaren solaren Ertrag des Kollektors nicht weiter steigern. In Kombination mit einer Wärmepumpe als Zusatzerhitzer führt jedoch ein zu geringer Wasserspeicher zu einem erhöhten Wärmepumpen-Taktbetrieb, was eine Reduzierung der Wärmepumpen-Effizienz zur Folge hat. Das aufeinander abstimmen der verschiedenen Wärmespeicher, also multifunktionale Bauteile und Wasserspeicher, führt somit zu einer Effizienzsteigerung des Gesamtsystems. So kann bei einer Kombination der multifunktionalen Außenwände des Smallhouse IV und einem 2.000 l Wasserspeicher, die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe um 25 % verringert werden.

Projektbeteiligte
Antragsteller/in :

Technische Universität Kaiserslautern
Gottlieb-Daimler-Straße
67663 Kaiserslautern

Federführende/r Forscher/in (alternativ Sprecher/in) :

Bauingenieurwesen, Massivbau und Baukonstruktion:
Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn
Dipl.-Ing. Christian Caspari
Dipl.-Ing. Tillman Gauer


Architektur, Methodik des Entwerfens und Entwerfen:
Prof. Dipl.-Ing. Dirk Bayer
Dipl.-Ing. Dirk Miguel Schluppkotten


Mathematik, Optimierung:
Prof. Dr. Sven O. Krumke

Eckdaten
Schlagworte zum Projekt : Großdemonstrator, Smallhouse, Erneuerbare Energien, Wärmespeicherung, Betonfertigteile, Kerntemperierung, Trockenfügung, Faserverbundkunststoffe
Bundesförderung in EUR : 183.720,00