Innovation im Hausbau - wissenschaft.de
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Technik+Digitales

Innovation im Hausbau

Rendering eines Neubaus mit Bauplan
Gebäude der Zukunft werden sich weniger durch optische architektonische Details von heutigen unterscheiden, sondern vor allem dem, was daruntersteckt.
Die sich immer weiter verschärfenden Anforderungen der Energetik kombinieren sich mit der fortschreitenden Digitalisierung und führen aktuell im Hausbau zu einem interessanten Wandel, der auch die Materialkunde nicht unberührt lässt.

Die Baubranche befindet sich aktuell auf einem Höhenflug, den sie zuletzt in den goldenen Jahren des Wirtschaftswunders erlebte. Die monetäre Politik der EU ermöglicht es, hohe Quantitäten klassischer Einfamiliengebäude zu errichten. Andererseits steigen durch die Anforderungen einer sich ständig im Wandeln befindlichen Klimapolitik und sich ändernden Käuferinteressen auch nach wie vor die Anreize, echte Entwicklungsarbeit zu tätigen. So ergeben sich zwischen Bodenplatte und Giebel sehr viele Felder, in denen künftig unglaublich viel Evolutionäres, teilweise auch Revolutionäres Einzug halten wird und das im folgenden Roundup erläutert werden soll.

Mathematische Feinheit der Vergangenheit

Bislang ist es im Hausbau Usus, dass das unterste Glied dieser Kette, die Bodenplatte, aus stahlbewehrtem Beton bestehen muss. Ein tragendes Fundament, welches dafür sorgt, dass ein Haus über Jahrzehnte oder Jahrhunderte den Gewalten der Schwerkraft auf einem heterogenen Boden trotzen kann. Nun hat das architektonische Institut der ETH Zürich eine völlig neue Herangehensweise präsentiert: Fundamente, respektive Zwischendecken, ohne jegliche Armierung.

Die Stabilität wird dadurch erzielt, dass die Elemente wie dereinst gotische Gewölbe geformt und in sich durch computerberechnete Rippen versteift sind. Dadurch wird der größte Nachteil von Beton – die gegenüber der Druckfestigkeit um den Faktor zehn geringe Zugfestigkeit – praktisch negiert. Um die Kosten niedrig zu halten, die aus den hochkomplexen Gussformen entstehen, wurden für die Prototypen Elemente aus dem 3D-Drucker verwendet. Dies soll auch in Zukunft so geschehen und könnte so dafür sorgen, dass dereinst gewölbte (Keller)Decken als leichtes Stilelement zurückkehren.

Fertig in die Zukunft

Gerade die aktuelle Niedrigzinspolitik offenbarte, dass Fertighäuser, in welcher Bauweise sie auch hergestellt werden, mittlerweile eine treue Fangemeinde haben. Nicht nur, wie man vielleicht glauben könnte, aus monetären Gründen. Nein, sondern weil herstellerseitig viel getan wurde, um den altbekannten Kritikpunkten Herr zu werden.

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Dies zeigt sich vor allem in etwas, das sich als „Vorwärts-Rückschritt“ bezeichnen lässt: Viele Fertiggebäude bestehen heute im Kern aus dem Naturmaterial Holz. Dies lässt sich in mehreren spezialisierten Bauweisen von der Skelett-artigen Holzständerbauweise bis zur Holzmassivbauweise sehr gut erkennen. Hier wurde viel Arbeit investiert, um diese Leichtbauform so zu optimieren, dass sie in ihrer Lebensdauer an klassische Massivbauten heranreicht.

Viel Entwicklungsarbeit wurde allerdings auch bei traditionelleren Fertigbau-Materialien geleistet. In diesem Bereich ist es vor allem die Beton-Bauweise, bei der Fertigbeton computerisiert in Formen gegossen wird und so eine nie gekannte Wiederholgenauigkeit erzielt wird. Mittlerweile wurde auch die Brücke zwischen klassischem Massivbau und Fertighausbau geschlagen: Schalsteine bestehen aus einem dämmenden Holzspan- oder Polystyrolmix. Diese können nach Art von Legosteinen zementlos aufeinander gesteckt werden. Anschließend werden sie mit Beton ausgegossen, wobei dieses Material die eigentlich tragende Funktion übernimmt. Das Ergebnis ist eine „Beton-massive“ Gebäudehülle, die sowohl innen wie außen bereits mit einer Dämmschicht versehen ist.

Filigran wie Beton

Beton ist ein weiteres Mal Bestandteil einer sehr zukunftsträchtigen Technik, welche auf der Omnipräsenz von Kohlenstoff auf der Erde basiert. Abgesehen von Techniken, wie der im ersten Abschnitt vorgestellten, ist es nach wie vor zwingend so, dass Beton einer Bewehrung bedarf. Eisen ist hier ob seines Preises bisher die günstigste Wahl. Dessen größter Nachteil ist jedoch die Oxidationslastigkeit, die zu Aufsprengungen, Materialschwächen und einer extrem schwierig zu sanierenden Bauweise führte.

Diese Nachteile wurden bislang dadurch einzudämmen versucht, indem die Armierung mit weitaus mehr Beton begossen wurde, als für die errechnete Traglast erforderlich war. Das Ergebnis sind die bekannten, wenig dezenten Betonkonstrukte zwischen Autobahnbrücke und Kellertreppe. Dem Kampf gegen diese Wuchtigkeit hat sich das interdisziplinäre C3-Projekt verschrieben. Ein unter Schirmherrschaft des Bundesforschungsministeriums stehender Verbund aus Architekten, Materialkundlern und Herstellern. Aus dessen Reihe stammt die Idee, statt des Stahls Kohlefasern als Armierung zu nutzen. Das Produkt nennt sich Carbonbeton, soll eine gegenüber klassischen Armierungen extrem erhöhte Zugfestigkeit aufweisen, keinerlei nennenswerte Oxidierungsschäden zeigen und – das ist der Clou – wesentlich filigranere Formen ermöglichen.

Ziel ist es, Carbon durch verbesserte Herstellungsverfahren preislich auf das Baustahl-Level zu bringen und den Carbonbeton somit mittelfristig zum hauptsächlich verwendeten Material zu machen. Vor allem Architekten loben das Material in höchsten Tönen, weil es einen vollkommen revolutionären Umgang mit Beton ermöglichen wird. Wie es sich in der Baupraxis bewähren wird, wird ab 2019 in Dresden zu sehen sein, wo auf dem Gelände der Technischen Universität ein Pavillon entstehen soll.

Wassertropfen auf Kunstoffgewebe
Kohlefasern als Armierung könnten dem Beton ein völliges Revival mit filigranen Formen und größer Langlebigkeit bescheren.

Dämmmaterialien nahe dem Vakuum

Die Menge an Energie, die ein Gebäude zur Bereitstellung einer lebenswert klimatisierten Wohnumgebung benötigt, ist nicht nur der größte Punkt auf der Nebenkostenrechnung, sondern ob der Gesamtmenge ein immenses Problem, welches zuverlässig immer wieder Klimaschutzbemühungen torpediert. Und um ein Haus, das in unseren kühlgemäßigten Breiten steht, mit einem geringstmöglichen Energieverbrauch zu beheizen, sind zwingend Dämmungen von Fassade und Dach vonnöten.

Leider sind beinahe sämtliche derzeitigen Materialien bestenfalls Zwischenschritte, weil alle mit Nachteilen behaftet sind.

  • Dämmungen aus technischen Polymeren (Polystyrol u.dgl.) haben Nachteile beim Brandschutz, können nicht sinnvoll nachhaltig produziert werden und werden von manchen wegen ihrer „Künstlichkeit“ abgelehnt.
  • Dämmungen aus Naturmaterialien (Hanf, Flachs…) unterliegen durch Feuchtigkeit immer einer gewissen Gefahr durch Verrottung, sowie ferner dem Befall durch Insekten und Nagetiere.
  • Dämmungen aus natürlichen, teilweise bearbeiteten Mineralien (Glaswolle, Steinwolle) benötigen hohe Energiemengen in der Produktion

Bauexperten sehen daher (und ob zu erwartender weiterer Gesetzesverschärfungen bezüglich der Dämmwirkung) die Zukunft bei den Superisolationsmaterialien. Dazu gehört beispielsweise Aerogel. Ein Werkstoff, der auf der Basis von Silikaten hergestellt wird, zu 99% aus Luft besteht und von Laien auch als „gefrorener Rauch“ bezeichnet wird – ob der Anmutung eine sicherlich nicht falsche Kategorisierung.

Nicht minder interessant ist ein weiteres Superisolationsmaterial. Dabei handelt es sich um synthetische, amorphe Kieselsäuren. Diese bestehen aus Siliciumoxid (SiO2), das hier aber nicht in einer geordneten Kristallstruktur vorliegt, sondern in amorpher Form. Ungleich zu vielen anderen amorphen Kieselsäuren sind die Synthetischen toxikologisch unbedenklicher. Ingenieure arbeiten hier an einem Verbundwerkstoff: Die synthetische amorphe Kieselsäure wird dabei in Form einer Einblasdämmung in eine Hülle aus pyrogener Kieselsäure verbracht und diese anschließend evakuiert und verschweißt. Diese, als Vakuumisolationspaneele bezeichneten Dämmwerkstoffe, sollen über einen extrem niedrigen Wärmeleitkoeffizienten von nur 0,004W/mK verfügen. Das ist sehr dicht am technischen Vakuum. Zum Vergleich: Bei modernen Polyurethan-Hartschäumen sind es bestenfalls 0,021W/mK.

Berührungsempfindliche Putze

Der letzte Punkt dieses Roundups trägt vor allem der sich immer weiter steigernden Digitalisierung Rechnung. Bislang besteht das Problem dieser Technik, die alles andere als aus den Kinderschuhen heraus ist, aus der Vielzahl an Herstellern und Systemen.

So existieren beispielsweise immer noch ein knappes Dutzend unterschiedliche Kommunikationsstandards. Einige davon sind miteinander kompatibel, andere jedoch nicht. Doch für bisherige Anwendungen ist Funk, zumindest in nachträglicher Installation, unumgänglich, denn die einzige Alternative sind Kabel, die natürlich wenig räumliche Flexibilität bieten und zudem einen ganz erheblichen Installationsaufwand benötigen.

Unter dem Begriff TouchCrete 2.0 befinden sich derzeit daher berührungsempfindliche, elektrisch leitfähige Putze und Betone in fortgeschrittenen Entwicklungsstadien. Die Idee dahinter ist simpel: Dadurch, dass den Putzen leitfähige Zuschlagstoffe beigegeben werden, übernimmt die Wand selbst die Signalübermittlung zwischen smarten Ein- und Ausgabegeräten. Doch nicht nur das. Eine auf diese Weise beschichtete Wand bekommt prinzipiell sämtliche Fähigkeiten, wie man sie bislang nur von berührungsempfindlichen Touchscreens auf Smartphones und Tablet-Computern kennt.

Ziel der Forschung ist es allerdings nicht nur, ein unglaublich leicht von überall im Raum kontrollierbares Smart-Wohnen zu realisieren, sondern vor allem auch die Messung von hochbeanspruchten Bauteilen ohne weitere Sensorik, von Energieeffizienz und mehr. Ein Haus, das innen komplett auf diese Weise verputzt ist, könnte über Auslesegeräte minutiös genau sagen, wo sich Dämm-Lecks befinden, wo Schimmelgefahr durch Wasseransammlung besteht.

Es ist nicht übertrieben, zu sagen, dass ein solcherart ausstaffiertes Heim tatsächlich „smart“ wäre. Und das ohne diverse, nachträglich installierte Komfort-Helferlein.

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