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ArKol - Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadenkollektoren mit Heat-Pipes

Im Projekt ArKol wurden zwei neuartige, architektonisch hoch integrierte solarthermische Fassadenkollektoren entwickelt und wissenschaftlich untersucht. Beiden Konzepten liegt die Verwendung von Heat-Pipes und einer trockenen thermischen Anbindung zwischen Heat-Pipe und Sammelkanal zugrunde. Das erste Konzept „Streifenkollektor“ besteht aus streifenförmigen Kollektoren unterschiedlicher Länge, die sich flexibel an der Fassade positionieren lassen und gleichzeitig eine klare Gewerketrennung bieten. Das zweite Konzept „Solarthermische Jalousie“ zielt auf die Integration von Solarthermie in transparente, d. h. verglaste, Fassadenbereiche ab. Sie soll dabei solare Wärme bereitstellen, gleichzeitig die Funktionen des Sonnenschutzes (u. a. schaltbare Transparenz, Blendschutz) erfüllen und durch Abführen der Wärme den g-Wert und damit den Kühlbedarf des Gebäudes verringern. Da die winkelflexible, idealerweise auch horizontale, Einsetzbarkeit von Heat-Pipes und Zwei-Phasen-Thermosiphons eine wichtige Grundlage der beiden Konzepte ist, wurden neue Methoden zur experimentellen Charakterisierung und Bewertung von Heat-Pipes in horizontaler Ausrichtung entwickelt. Verschiedene Heat-Pipe-Typen wurden untersucht und auf ihre Eignung für die beiden Kollektorkonzepte bewertet. Beide Konzepte wurden in ArKol von der ersten Idee bis zu funktionalen Labortestmustern und ersten Demofassaden bzw. Demofassadenelementen entwickelt. Hierbei wurde neben der technischen Entwicklung der Solarthermiefunktion, v. a. der Wärmeübertragung von Absorber zum Sammelkanal, insbesondere die Randbedingungen der Architektur und Baubranche in den Entwicklungsprozess einbezogen. Für die Umsetzung der vollen Raff- und Drehbarkeit der Lamellen der Solarthermischen Jalousie bei gleichzeitiger Solarthermiefunktion wurde eine schaltbare thermische Kopplung entwickelt und untersucht. Der Streifenkollektor wurde darüber hinaus in einer realen Demonstrationsfassade umgesetzt und die Vorteile der Gewerketrennung im Bauprozess erprobt. Zur Bewertung des Potentials beider Technologien wurden Simulationsmodelle erstellt und Jahressimulationen durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Messungen der Labortestmuster („Demoflex“ und STJ-Labortestmuster) und der Simulationen wurde deutlich, dass es aktuell noch deutlichen Weiterentwicklungsbedarf beider Konzepte gibt. Die Simulationen zeigten jedoch auch, dass beide Konzepte technisches Potential haben und somit nach erfolgreicher Weiterentwicklung als funktionale Fassadenkollektoren in architektonisch anspruchsvollen Gesamtkonzepten zur Energieeffizienz bzw. -autarkie von Gebäuden beitragen können. Beide Konzepte wurden im Rahmen des Projekts bereits ausgiebig auf Messen, Konferenzen und in Zeitschriftenartikeln den relevanten Akteuren vorgestellt (u. a. Architekten, Bauherren, Fachplaner, Fassadenbauer, Handwerker und Hersteller). Darüber hinaus wurde der Innovationsprozess u. a. von Geschäftsmodellentwicklungen, Expertenfeedback durch Lead-User-Workshops und der Entwicklung von Vermarktungsszenarien begleitet. Hieraus ergeben sich wichtige Anforderungen und Schritte, wie im Anschluss an das Projekt ArKol die beiden Konzepte erfolgreich in Richtung Markteinführung weiterentwickelt werden können.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Hermann G. Meier, Sylvia Stürmer
Sanierputzsysteme
Planung, Ausführung, Fehlervermeidung
2021, 240 S., 149 Abb., 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Sanierputzsysteme wurden für feuchtes, salzbelastetes Mauerwerk entwickelt. Richtig angewendet ermöglichen sie langfristig schadenfreie Putzflächen auf problematischen Untergründen. Leider kommen immer wieder Fehlanwendungen vor. Es treten Flecken und Ausblühungen auf, der Putz wird zerstört, weil grundlegende Voraussetzungen für die Planung und Ausführung missachtet wurden. Das Buch vermittelt das notwendige Grundwissen für die Vermeidung solcher Fehler. Sanierputzsysteme bestehen in der Regel aus dem Spritzbewurf, dem Sanierputz als Grundputz und einem Oberputz oder einem Farbanstrich. Diese Materialien müssen genau aufeinander abgestimmt werden, damit sie in der Lage sind, Salze aufzunehmen und Feuchtigkeit zu speichern. Außerdem müssen sie zum jeweiligen Untergrund passen. Vorhandene Salzbelastung, Durchfeuchtungsgrad, Tragfähigkeit des Putzgrunds, Saug- und Trocknungsverhalten sind nur einige der Eigenschaften, an die das System angepasst werden muss. Diese komplexen Zusammenhänge zwischen Untergrund und Putzmörteleigenschaften sind wissenschaftlich gut erforscht und in den technischen Regelwerken berücksichtigt. Die Autoren bereiten dieses Wissen für die praktische Anwendung auf. Mit anschaulichen Erklärungen und aussagekräftigen Bilder gelingt es ihnen, die komplexen Schadensmechanismen von Putzen und Mauerwerk darzustellen und die Funktionsweise von Sanierputzsystemen zu erklären. Das Buch enthält alle Informationen, die Planer und Ausführende für die Herstellung dauerhafter Putze auf problematischen Untergründen benötigen, einschließlich der Lösungen für die besonders schwierigen Gebäudesockel und denkmalgeschützte Fassaden.

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Sebastian Sage
Glasschäden am Bau vermeiden
Kompaktes Wissen rund um den Baustoff Glas.
3., vollst. überarb. Aufl.
2021, 184 S., 117 Abb., 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aus der Architektur ist Glas nicht wegzudenken. Es unterscheidet sich aber wesentlich von anderen Baustoffen, denn Glas bricht spontan! Sebastian Sage erklärt, was bei der Verwendung von Glas in Bauwerken beachtet werden muss. Kompakt stellt er den Baustoff Glas und die Einsatzgebiete von unterschiedlichen Fensterkonstruktionen über absturzsichernde und begehbare bis zu Schutzverglasungen vor. In der 3. Auflage wird ein besonderes Augenmerk auf die kritischen Nahtstellen, wo Glas in Fenster und Fenster in Gebäude eingebaut werden, gerichtet. Ein umfangreiches Verzeichnis der geltenden Normen und Richtlinien gibt dem Planer den erforderlichen Überblick, gleichzeitig werden aber auch Schwachstellen in der Normung benannt.

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Jan Serode
Funtkionalisierte Textilfassaden
Innovationspotenziale für die Entwicklung nachhaltiger Gebäudehüllen. Dissertationsschrift
2021, 288 S., 94 Farbabb. 21 cm, Softcover
Shaker

 

 

Konventionelle Textilfassaden werden aktuell als der thermischen Gebäudehülle vorgesetzte Systeme eingesetzt, die vorwiegend der Gebäudegestaltung oder zur Unterstützung der Schutzfunktionen von Gebäudehüllen dienen. Geführt von dem Leitgedanken einer "intelligenten Gebäudehülle" entstand die Idee, Textilfassaden zu funktionalisieren. Hierdurch ließen sich Lösungen für gesellschaftlich hochrelevante Problemstellungen, wie Klima-, Umwelt- und Gesundheitsschutz, finden. In der Arbeit wurden systematische Untersuchungen zu funktionalisierten Textilfassaden durchgeführt. Die Möglichkeiten erstrecken sich dabei von der einfachen Modifikation konventioneller Standardgewebe bis zu umfangreichen Neuentwicklungen. In drei Arbeitsprozessen erfolgten die Konzeption, Realisierung und Testung von fassadenintegrierten Lösungen zur Luftreinigung, Energieerzeugung sowie Illumination. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit besteht im Ansatz, die Akzeptanz von Textilfassaden durch Untersuchungen zur störungsfreien Durchsicht zu fördern. Interdisziplinär wurde hierfür eine ophthalmologische Probandentestung zur visuellen Wahrnehmung für den Blick durch die mikroperforierten Fassadengeweben nach außen entwickelt. Die Ergebnisse können zu vielfältigeren Möglichkeiten in der Systementwicklung von Textilfassaden einen wesentlichen Beitrag leisten und lassen sich außerdem auf konventionelle Fassadensysteme übertragen. Die aussichtsreichen Ergebnisse dienen als Grundlage für weitere Untersuchungen in einem neuen Arbeitsfeld. Insgesamt wird durch die Arbeit aufgezeigt, dass durch individuelle Funktionalisierungen neue und architektonisch wertvolle Beiträge geschaffen werden können, die bislang nicht mit diesem Fassadentyp in Verbindung gebracht werden.

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Bernhard Weller, Silke Tasche
Glasbau 2021
2021, X, 432 S., 62 SW-Abb., 222 Farbabb., 33 Tabellen. 244 mm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Buch präsentiert in zahlreichen Beiträgen renommierter Fachleute den aktuellen Stand der Technik im konstruktiven Glasbau. Nachhaltige und resiliente Fassadensysteme der Zukunft stehen im Fokus der Diskussion ebenso wie die Bewertung neuer Materialien und Technologien. Die Planung und die Ausführung wegweisender Glasarchitektur werden anhand von aktuellen herausragenden Projekten ausführlich erläutert. Die Bemessung und die Konstruktion tragender Glasbauteile und die Anwendung neuer Normen und Richtlinien werden praxisnah aufgezeigt. Außerdem wird die Optimierung zukunftsfähiger Gebäudehüllen in gleicher Tiefe behandelt wie die energetische Sanierung denkmalgeschützter Fassaden.

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Matthias Haber
Der Sockel
Architektur - Wirkung - Wiederbelebung
2021, 152 S., mit 155 s/w- und 518 Farbabbildungen. 326 mm, Hardcover
Mann (Gebr.)

 

 

Für die Wirkung eines Gebäudes spielt dessen Sockel eine entscheidende Rolle. Im Vergleich zu mittlerer Fassade und Attikazone stellt er den Bezug zu den Menschen direkt her und prägt das Erlebnis des städtischen Raums. Der Sockel hat wesentlichen Einfluss darauf, wie einladend und offen oder aber distanzierend, Privatsphäre schaffend oder gar wehrhaft ein Bauwerk wirkt. Dennoch ist seit der Moderne eine Vernachlässigung dieses fundamentalen Entwurfsaspektes zu beobachten, die sich auch in den architektonischen Lehrbüchern abzeichnet. Das Buch will diese Lücken füllen, indem es Ansätze für den gestalterischen Umgang mit einer konstruktiven Notwendigkeit liefert. Dargestellt werden zahlreiche Praxisbeispiele aus dem 19. und 20. Jahrhundert. Darüber hinaus geben die Herausgeber mit zwölf eigenen Projekten intensiven Einblick in ihre Ästhetik des Sockels.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Wolfgang Jehl, Norbert Sack, Benno Eierle
Erarbeitung einer Handlungsanleitung zur Bewertung der Absturzsicherung von Fenstern in der Gebäudehülle und deren Einbau sowie einer Erläuterung zur Anwendung der ETB-Richtlinie
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3387
2021, 94 S., 38 Abb. u. 18 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bauteile der Gebäudehülle mit absturzsichernden Eigenschaften sind gegenüber statischen und stoßartigen Belastungen bezüglich der ausreichenden Tragfähigkeit des Bauteils einschließlich der Verankerung im tragenden Untergrund nachzuweisen. Die anzuwendenden Regelwerke wurden zu deutlich unterschiedlichen Zeitpunkten erarbeitet und veröffentlicht. Insbesondere die ETB Richtlinie stammt aus dem Jahr 1985 und entspricht nicht mehr den heutigen Sicherheitskonzepten. Daher war es das Ziel des beantragten Vorhabens eine Anleitung zu erarbeiten, die die notwendige Nachweisführung für absturzsichernde Fenster sowie die hierfür möglichen Nachweiswege eindeutig festlegt. Des Weiteren sollte analysiert werden, wie und unter welchen Randbedingungen beim Nachweis der Fensterbefestigung die statische Ersatzlast für den Anprall auf mehrere Befestigungspunkte verteilt werden kann. Um das Forschungsziel zu erreichen wurden die aktuellen Anforderungen bzgl. der Nachweiswege und Nachweisverfahren für absturzsichernde Fenster analysiert und auf Konsistenz hinsichtlich der unterschiedlichen zu verwendenden Regelwerke überprüft.

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Milan Schultz-Cornelius, Stefan Carstens, Matthias Pahn
FIUHFA - Unbewehrte Ultrahochleistungsbeton Fassadenplatten
Wirklichkeitsnahes Tragverhalten von unbewehrten, filigranen Ultrahochleistungsbeton Fassadenplatten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3239
2021, 87 S., 47 Abb. u. 14 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Innovative Entwicklungen im Bereich der Ultrahochleistungsbetone (UHPC) ermöglichen den Bau filigraner und nachhaltiger Architekturbetonfassaden mit wenigen Zentimetern Bauteildicke. Aufwendige Bewehrungslösungen stellen jedoch ein Hemmnis für den flächendeckenden Einsatz von UHPC-Fassaden dar. Für die Ausführung unbewehrter Fassadenplatten fehlen weitergehende Erkenntnisse zu den Einwirkungen und den Widerständen in der Bemessung. Die großformatige Ausführung der Fassadenplatten aus Ultrahochleistungsbeton bedingt eine mehrfach punktgestützte Lagerung, die eine statische Unbestimmtheit erzeugt. Indirekte Einwirkungen wie Temperaturänderungen, das Schwinden der Vorsatzschale aus Ultrahochleistungsbeton oder hygrische Einwirkungen bewirken daher zusätzliche Beanspruchungen der Fassadenplatte und dessen Verankerung, die in der Bemessung zu berücksichtigen sind. In der Bemessung sind weiterhin mehraxiale Spannungszustände, Maßstabseffekte und der Einfluss erhöhter Temperaturen auf die Festigkeit des Ultrahochleistungsbetons zu berücksichtigen. Durch das Forschungsvorhaben wurde es ermöglicht, tiefgreifende Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von filigranen, unbewehrten großformatigen Fassadenplatten aus Ultrahochleistungsbeton durchzuführen und die genannten Erkenntnislücken zu schließen.

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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3197
2020, 87 S., 90 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.

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Bernd Saß, Sandra Heinrichsberger, Norbert Sack
Erarbeitung eines Bauteilkatalogs zur Ermittlung der Luftschalldämmung von opaken Ausfachungen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3206
2020, 140 S., 81 Abb. u. 21 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In der bauakustischen Planung von Gebäuden werden Angaben zur Luftschalldämmung von Außenbauteilen benötigt. Für opake Ausfachungen (Paneele) lassen sich solche Angaben - im Gegensatz zu transparenten Ausfachungen (Verglasungen) - derzeit nur anhand von Messungen im Labor nachweisen. Eine Möglichkeit zur Planung und Nachweisführung über ein Tabellenverfahren existiert nicht. Durch die Erarbeitung eines Bauteilkatalogs für opake Ausfachungen könnten für standardisierte Paneele Angaben zur Luftschalldämmung ohne Messungen nachgewiesen werden. Die so verfügbaren Informationen zu den akustischen Eigenschaften könnten dann genutzt werden, um die Luftschalldämmung des kompletten Bauelementes (Fenster- bzw. Vorhangfassade) zu bestimmen. Die noch vorhandene Lücke (fehlende Eingangsdaten der Luftschalldämmung von Paneelen) bei der Bestimmung der Luftschalldämmung von Vorhangfassaden wäre somit geschlossen. Dadurch reduziert sich der Aufwand zum Nachweis erheblich. Dies beeinflusst sowohl die Kosten als auch den zeitlichen Ablauf in der Planung. Zusätzlich erhöht sich durch eine fundierte Datenbasis die Planungssicherheit.

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Frederik Ecke, Helmut Fligge, Jan Juraschek, Heike Klussmann
Plotbot/Crawler - Entwicklung eines neuartigen webbasierten und sensorgeführten Bewegungsautomaten für den Auftrag komplexer Schichtsysteme zur Funktionalisierung von Gebäudeoberflächen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3200
2020, 93 S., 58 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Projekt PLOTBOT/CRAWLER der Forschungsplattform BAU KUNST ERFINDEN an der Universität Kassel wurde ein neuartiger, webbasierter und sensorgeführter Bewegungsautomat für den Auftrag und die Erneuerung komplexer Schichtsysteme zur Funktionalisierung von Gebäudeoberflächen entwickelt. Mittels einer konsistent verzahnten Werkzeug?Software?Logik werden Oberflächen von Bauelementen beliebiger Geometrie instantan angesteuert oder nach einer zuvor digital erstellten Bearbeitungssystematik beschichtet. Das Forschungsvorhaben bietet in dieser Hinsicht einen eigenständigen und zugleich exemplarischen Ansatz. Neuartig und von Vorteil ist die Zusammenführung und die eindeutige Schnittstellendefinition des Verbunds von "Hightech" (Plotbot/ Crawler) und "Lowtech" (Fassadenelement). Die Entwicklung derartiger Systeme für das Bauwesen ist bislang wenig fortgeschritten.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Prieto, Alejandro; Oldenhave, Mimi
What makes a façade beautiful? Architects' perspectives on the main aspects that inform aesthetic preferences in façade design (kostenlos)
Journal of facade design and engineering JFDE, 2021

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Warnke, Götz
Grünfassaden mit Solar. Flächensynergien sinnvoll nutzen (kostenlos)
Sonnenenergie, 2021

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Gupta, Shashank; Stoddart, Euan; Morrison, Andrew
Blast resilience enhancement of cable-supported façade utilizing super-elastic shape memory alloy (kostenlos)
Journal of facade design and engineering JFDE, 2021

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Boswell, Keith; Hoffman, Stéphane; Selkowitz, Stephen; Patterson, Mic
Skin metrics. The wicked problem of façade system assessment (kostenlos)
Journal of facade design and engineering JFDE, 2021

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Veeger, M.; Prieto, A.; Ottelé, M.
Exploring the possibility of using bioreceptive concrete in building façades (kostenlos)
Journal of facade design and engineering JFDE, 2021

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