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Leichte und flexible Hüllen als funktionale Gebäudemembran
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Fassade des Schulungszentrums der Bergwacht Bayern mit der auffälligen elementierten Membranfassade. Architektur: Herzog + Partner.
© Foto: Jan Cremers
Forscher haben nun Konzepte erarbeitet, wie durch den Einsatz von beschichteten Folien Einsparungen erzielt werden können. In einem nächsten Schritt werden diese Beschichtungen in einer Pilotanwendung umgesetzt, die dann anhand von Demonstrationsgebäuden weiter untersucht werden kann. Mit neuartigen, leichten und flexiblen Konstruktionen aus Folien oder textilem Gewebe lassen sich Gebäude energetisch optimieren. Die wesentliche Aufgabe besteht in der Kombination der baukonstruktiven, funktionalen und gestalterischen Anforderungen. Darauf aufbauend werden anschließend die funktionalen Eigenschaften optimiert und neuartige Komponenten und Systeme entwickelt. Beispielhaft zu nennen ist hier die Oberflächenfunktionalisierung mit low-e Beschichtungen zur Verbesserung des Wärmeschutzes von Membranen, die im Rahmen eines vorangegangenen Projektes entwickelt wurden. Mit diesem Forschungsprojekt sollen Prinziplösungen entwickelt und erstellt werden, die als elementierte Komponenten und Systeme zum Einsatz kommen.
Projektsteckbrief
| Offizieller Projekttitel | Membrankonstruktionen zur energetischen Sanierung von Gebäuden (MESG) |
|---|---|
| Laufzeit | 02/2009 - 01/2012 |
| Technologiestatus |  Prototypphase |
| Schwerpunkte |
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Projektbeschreibung
Die Allianz-Arena in München oder der Water Cube in Peking zeigen auf spektakuläre Weise die neuen Möglichkeiten textiler Architektur. In dem EnOB-Forschungsprojekt „Entwicklung von niedrig-emittierenden Beschichtungen in der textilen Architektur“ wurden Folien, Gewebe und Membrankonstruktionen mit einer speziellen Beschichtung ausgerüstet, welche die wärmetechnischen Eigenschaften entscheidend verbessern. Man spricht von low-e Schichten, welche wenig Wärme abstrahlen und Wärmeeinstrahlung gut reflektieren.
Im Rahmen eines neuen Forschungsprojekts „Membrankonstruktionen zur energetischen Sanierung von Gebäuden (MESG)“ sollen zum einen neue Konzepte erarbeitet werden, um durch den Einsatz von Folien bzw. Geweben in der Sanierung eine deutliche Energieeinsparung für Gebäude in Deutschland zu erreichen. Dabei geht es sowohl um Heiz- als auch um Kühl- und Beleuchtungsenergie. Zum anderen können solche Konzepte auch im Neubau zu einer energetischen Optimierung beitragen.
Eine fast revolutionäre Entwicklung des textilen Bauens hat der Einsatz von pneumatischen Kissen aus Folien mit sich gebracht. Auch hier sind zeichenhafte Großbauten wie die Allianz Arena in München oder das Eden Project in Cornwall entstanden. Die Vorzüge der Kissen liegen dabei auf der Hand. Der luftgefüllte Zwischenraum mit einem Überdruck von ca. 0,2 bar ist in der Lage ein gewisses Maß an Wärmedämmung zu bieten, die Kissen sind sehr leicht, von hochtransparent bis mit Rasterbedruckung in ihrer Lichttransmission steuerbar und bieten günstige geometrische Randbedingungen beim Einsatz in Hochbauten.
Eine allseitig ebene Randlagerung bietet große Flexibilität bis hin zum modularen Einsatz beim Einbau in Gebäuden. Dies ist zum Beispiel bei der einlagigen Folienfassade des Schulungszentrums für die Bergwacht in Bayern (Arch.: Herzog + Partner) auf eindrückliche Weise demonstriert (Abbildung 1).
Fokus
Seit den grundlegenden Arbeiten des Architekten Frei Otto am Institut für Leichte Flächentragwerke in Stuttgart sind weltweit zahlreiche herausragende, auf Membrankonstruktionen basierende Bauten entstanden, jeweils dem damaligen Stand von Planungs- und Fertigungstechnologie entsprechend. Der Einsatz von Membranen für Gebäudehüllen mit erhöhtem nutzungsbedingtem Anforderungsprofil an Wärme- und Schallschutz ist aufwändiger – auch hier gibt es seit der Mitte der 1960er Jahre einige Beispiele für „hochwertige“ Nutzungen.
Weiterentwicklungen in der Materialforschung, dem ingenieurtechnischen Know-how und der Computertechnologie zur Handhabung der komplexen geometrischen Randbedingungen und der räumlichen Erfassung von Kräftefluss und Tragverhalten haben die Einsatzgebiete von Membranen als Gebäudehüllen seitdem deutlich erweitert. Neue leistungsfähige Planungswerkzeuge, welche die Membranflächen geometrisch dreidimensional erfassen und verarbeiten können, ermöglichen deren Einsatz in wirtschaftlich vertretbarer Weise und sind planerisch, wie fertigungstechnisch beherrschbar.
Im aktuellen Forschungsprojekt wird zunächst eine Typologie zur Anwendung von Membranen im Bereich der Gebäudehülle erarbeitet. Die wesentliche Aufgabe besteht in der Kombination der baukonstruktiven, funktionalen und gestalterischen Anforderungen. Darauf aufbauend werden die funktionalen Eigenschaften optimiert und neuartige Komponenten und Systeme entwickelt.
Neben einer Optimierung der funktionalen Eigenschaften der Membranen sollen vor allem neuartige Komponenten und Systeme entwickelt werden. Einzelne, bereits auf dem Markt erhältliche Komponenten werden zu neuen und innovativen Systemen kombiniert. Zudem werden verbesserte Komponenten entwickelt und getestet. Im Detail werden die Punkte Wärmedämmung, Energiespeicherung und Pufferung von Wärmespitzen, passive und aktive (thermische) Solarenergienutzung sowie Erzeugung elektrischer Energie bearbeitet.
Folgende Prinziplösungen sollen entwickelt werden:
- Membran als Sonnenschutzelement
- Membran als Wärmeschutzelement
- Membran als Blendschutzelement
- Membran als Element zur Erzeugung von Wärme
- Membran als Element zur Erzeugung von Kälte
- Membran als Element zur Erzeugung von Elektrizität
- Membran als Element zur Lüftung
- Membran als Element zur Informationsübertragung (Medienfassade)
Außerdem wird im Rahmen des Vorhabens ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt, bei dem neben den einzelnen Komponenten auch deren Integration in das Gebäude und das für die Heizung bzw. Klimatisierung notwendige Regelkonzept betrachtet wird. So ist beispielsweise eine Erhöhung der thermischen Masse bei einer gleichzeitigen Verringerung der Ansprechzeit der Gebäuderegelung wünschenswert, um eine optimale Regelstrategie hinsichtlich Lüftung, Heizung und Kühlung zu ermöglichen.
Erfolge
Bisher konnten funktionelle Oberflächenbeschichtungen entwickelt werden, welche die Wärmeabstrahlung an die Umgebung reduzieren. Solche low-e Gewebe können die Wärmedämmung von Membrankonstruktionen deutlich verbessern und tragen damit zur Erhöhung der Energieeffizienz im Gebäude bei. Es ist dabei gelungen, die low-e Eigenschaft mit einem beliebigen Farbeinruck zu kombinieren, um dadurch flexible architektonische Gestaltungsmöglichkeiten zu erhalten.
Meilensteine
Ein weiteres Vorhabensziel ist die Vorbereitung einer Pilotanwendung und Umsetzung von einzelnen Innovationen und Weiterentwicklungen im Zusammenhang mit realen Gebäuden nach Projektende. Die entwickelten elementierten Lösungen und Prinziplösungen sollen nach Projektende in Demonstrationsobjekten eingebaut werden, um Praxistests durchführen zu können und um die optimierten Membrankonstruktionen zur energetischen Sanierung einer breiteren Öffentlichkeit vorzustellen.
Anwendung
Ergänzende Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf.
