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Ein multifunktionales und energetisch aktives Fassadenelement aus Beton

Schneider, Jens and Garrecht, Harald and Maier, Andreas and Gilka-Bötzow, Albrecht (2014):
Ein multifunktionales und energetisch aktives Fassadenelement aus Beton.
In: Bautechnik, pp. 167-174, 91, (3), ISSN 1437-0999,
[Online-Edition: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bate.201400005/ab...],
[Article]

Abstract

Eine Erhöhung der Energieeffizienz in der Industrie wird derzeit in erster Linie auf Ebene der einzelnen Maschinen durch isolierte, parallel laufende Maßnahmen erzielt. Deutlich mehr Potenzial bietet ein ganzheitlicher Ansatz, der Energieeffizienzmaßnahmen in der Produktion über die Gebäudeautomation mit der Gebäudehülle und damit der Umwelt verknüpft. Gegenstand dieses Aufsatzes ist die Vorstellung eines neuartigen, im Rahmen des Forschungsvorhabens “η-Fabrik” (Energieeffizienz, Technologie und Anwendungszentrum, http://www.eta-fabrik.de) an der TU Darmstadt in der Entwicklung befindlichen Bauteils in Fertigteilbauweise. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projekt hat im Sommer 2013 begonnen und läuft über vier Jahre. Erste mechanische und bauphysikalische Versuche und ein Mock-Up belegen die Funktionsfähigkeit des angedachten Konzepts. Es handelt sich dabei um ein mineralisch gebundenes Element aus Beton, das mittels oberflächennaher integrierter Kapillarrohrmatten thermisch aktiviert wird. Dabei werden den unterschiedlichen Bauteilebenen energetische Funktionalitäten entsprechend ihres Werkstoffverhaltens zugewiesen. Der hierfür an der Außenseite eingesetzte mikrobewehrte ultrahochfeste Beton ermöglicht diese (Re-)Aktivität durch eine geringe Bauteildicke und hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und Dichtheit. Der Kern, bestehend aus einem mineralisierten und zementgebundenen Proteinschaum geringer Rohdichte und Festigkeit, bedingt die gute Wärmedämmeigenschaft des Elements. Innen übernimmt konventioneller Stahlbeton in Form von PI-Platten, der ebenfalls mit Kapillarrohrmatten versehen wird, die Tragfunktion. Das Bauteil kann so die Eigenschaften des Tragens, des Dämmens, des Begrenzens sowie der thermischen Aktivierung in einem Element vereinen. An energy-active façade element from mineralized foam (MF) and micro-reinforced ultra-high-performance concrete (mrUHPC) Today, an increase of the energy efficiency in the industry is typically achieved by separate, parallel measures, primarily on the level of the individual machines. Energy efficiency can be improved by a holistic, integrated approach, which links the machines, the production process, the technical infrastructure and the building and its envelope. The subject of this paper is the current development of a new prefabricated element for façades and roofs, which is being developed in the context of a research project called “η-Fabrik” (i. e. energy-efficient factory, www.eta-fabrik.de) at TU Darmstadt, Germany. The project started in summer 2013 and is supported by the German ministry of economy and energy (BMWi) for a duration of four years. This paper summarizes the concept design; ongoing mechanical and physical tests and a mock-up prove its feasibility. The element consists of purely mineral materials (concrete) and can be energetically activated by capillary tubes integrated in the surface layer. The outer layer consists of a micro-reinforced ultra-high-performance concrete (mrUHPC) to achieve a low component thickness due to its high mechanical capacity, resistance against thermal changes, surface quality and low permeability. The core of the element is responsible for insulation. For this, a mineralized protein foam (MF) is used. It provides good thermal insulation properties due to its low density allowing low heat transfer coefficients. The inner part consists of conventional reinforced concrete with capillary tubes integrated in the surface. The final façade element thus combines limiting, bearing, insulating and thermal activation using concrete.

Item Type: Article
Erschienen: 2014
Creators: Schneider, Jens and Garrecht, Harald and Maier, Andreas and Gilka-Bötzow, Albrecht
Title: Ein multifunktionales und energetisch aktives Fassadenelement aus Beton
Language: English
Abstract:

Eine Erhöhung der Energieeffizienz in der Industrie wird derzeit in erster Linie auf Ebene der einzelnen Maschinen durch isolierte, parallel laufende Maßnahmen erzielt. Deutlich mehr Potenzial bietet ein ganzheitlicher Ansatz, der Energieeffizienzmaßnahmen in der Produktion über die Gebäudeautomation mit der Gebäudehülle und damit der Umwelt verknüpft. Gegenstand dieses Aufsatzes ist die Vorstellung eines neuartigen, im Rahmen des Forschungsvorhabens “η-Fabrik” (Energieeffizienz, Technologie und Anwendungszentrum, http://www.eta-fabrik.de) an der TU Darmstadt in der Entwicklung befindlichen Bauteils in Fertigteilbauweise. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projekt hat im Sommer 2013 begonnen und läuft über vier Jahre. Erste mechanische und bauphysikalische Versuche und ein Mock-Up belegen die Funktionsfähigkeit des angedachten Konzepts. Es handelt sich dabei um ein mineralisch gebundenes Element aus Beton, das mittels oberflächennaher integrierter Kapillarrohrmatten thermisch aktiviert wird. Dabei werden den unterschiedlichen Bauteilebenen energetische Funktionalitäten entsprechend ihres Werkstoffverhaltens zugewiesen. Der hierfür an der Außenseite eingesetzte mikrobewehrte ultrahochfeste Beton ermöglicht diese (Re-)Aktivität durch eine geringe Bauteildicke und hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und Dichtheit. Der Kern, bestehend aus einem mineralisierten und zementgebundenen Proteinschaum geringer Rohdichte und Festigkeit, bedingt die gute Wärmedämmeigenschaft des Elements. Innen übernimmt konventioneller Stahlbeton in Form von PI-Platten, der ebenfalls mit Kapillarrohrmatten versehen wird, die Tragfunktion. Das Bauteil kann so die Eigenschaften des Tragens, des Dämmens, des Begrenzens sowie der thermischen Aktivierung in einem Element vereinen. An energy-active façade element from mineralized foam (MF) and micro-reinforced ultra-high-performance concrete (mrUHPC) Today, an increase of the energy efficiency in the industry is typically achieved by separate, parallel measures, primarily on the level of the individual machines. Energy efficiency can be improved by a holistic, integrated approach, which links the machines, the production process, the technical infrastructure and the building and its envelope. The subject of this paper is the current development of a new prefabricated element for façades and roofs, which is being developed in the context of a research project called “η-Fabrik” (i. e. energy-efficient factory, www.eta-fabrik.de) at TU Darmstadt, Germany. The project started in summer 2013 and is supported by the German ministry of economy and energy (BMWi) for a duration of four years. This paper summarizes the concept design; ongoing mechanical and physical tests and a mock-up prove its feasibility. The element consists of purely mineral materials (concrete) and can be energetically activated by capillary tubes integrated in the surface layer. The outer layer consists of a micro-reinforced ultra-high-performance concrete (mrUHPC) to achieve a low component thickness due to its high mechanical capacity, resistance against thermal changes, surface quality and low permeability. The core of the element is responsible for insulation. For this, a mineralized protein foam (MF) is used. It provides good thermal insulation properties due to its low density allowing low heat transfer coefficients. The inner part consists of conventional reinforced concrete with capillary tubes integrated in the surface. The final façade element thus combines limiting, bearing, insulating and thermal activation using concrete.

Journal or Publication Title: Bautechnik
Volume: 91
Number: 3
Uncontrolled Keywords: Aktivierung, energetische, Beton, mikrobewehrter ultrahochfester, Dach- und Fassadenelement, Energieeffizienz, Energiemanagement, energy activation, energy efficiency, energy management, façade element, micro-reinforced UHPC, mineralized protein foam concrete, Proteinschaum, mineralisierter, Thermal insulation, Wärmedämmung
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Construction and Building Materials
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute für Structural Mechanics and Design
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute für Structural Mechanics and Design > Structural Engineering
Date Deposited: 21 Apr 2016 12:40
Official URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bate.201400005/ab...
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