Entwicklung adaptiver Membranfassadenmodule

Membranwerkstoffe eröffnen aufgrund ihres minimalen Flächengewichts, ihrer hohen mechanischen Beanspruchbarkeit und ihrer ästhetischen Oberflächeneigenschaften ein bislang nicht ausgeschöpftes ökologisches, ökonomisches und gestalterisches Potenzial für ihre Anwendung in der Architektur. Durch den Einsatz leichter Membranfassadensysteme können signifikante Einsparungen von Material, Masse, CO₂ und grauer Energie bei der Herstellung, dem Transport von Baumaterial sowie dem Gebäudebetrieb erzielt werden.

Ziel des Forschungsvorhabens war die ganzheitliche Entwicklung einer Varianz von ressourceneffizienten, vollständig rezyklierbaren, mehrlagigen, textil- sowie folienbasierten Fassadenmodulen für den Hochbau, die das Funktionsspektrum der konventionellen Fassaden erweitern. Es erfolgte die Erarbeitung von opaken, transluzenten sowie transparenten Hülllösungen.

Um auf bauphysikalische Anforderungen gezielt reagieren zu können, werden Membranfassaden durch einen mehrlagigen Systemaufbau aus Außenlagen und Funktionswerkstoffen, denen spezifische Aufgaben wie Wärme-, Feuchte-, Brand- oder Schallschutz zugeordnet werden, individuell funktionalisiert. Die Implementierung aktiver Komponenten aus Sensorik und Aktorik ermöglicht eine zusätzliche, präzise Anpassbarkeit der Gebäudehülle an die stark variierenden Außenbedingungen und Nutzungsanforderungen bei minimalem Materialeinsatz. Angestrebt wurde eine maximale Reduktion des Energiebedarfs zur Raumkonditionierung bei gleichzeitiger Steigerung des Nutzerkomforts. Die entwickelten Systemaufbauten wurden mittels Simulationen bzw. messtechnischer Methoden untersucht und nach technisch-funktionalen, baustatischen sowie thermischen Kriterien optimiert.

Abschließend erfolgte die maßstäbliche Realisierung ausgewählter Hüllaufbauten. Vorgesehen ist zudem der erstmalige Einbau ausgewählter adaptiver Membranfassadenmodule aus textil- bzw. folienbasierten Außenlagen, Funktionswerkstoffen und einem Leichtmetall-Rahmenprofilsystem im Maßstab 1:1 am Demonstratorhochhaus des Sonderforschungsbereichs 1244 im zweiten Quartal 2024. An diesem Versuchsgebäude kommen die Fassaden unter realen Witterungsbedingungen zur Testanwendung, um die Gebrauchstauglichkeit der Systeme zu quantifizieren und deren Anwendungsreife zu demonstrieren. Dazu werden die Hüllelemente an die messtechnische Infrastruktur des Versuchsgebäudes angeschlossen und innerhalb eines Langzeitmonitorings einer intensiven bauphysikalischen Auswertung unterzogen.

Die Forschungsarbeit wurde begleitet von einem Konsortium mit Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und institutionellen Partnern. Durch die enge Kooperation mit mittelständischen Unternehmen war ein unmittelbarer Praxisbezug sichergestellt.