Doktoratsinitiative "DokIn'Holz"

Holz - Mehrwertstoff mit Zukunft

H5: Grundlagen für ein vorgefertigtes und integriertes Fassadensystem zur thermischen Sanierung an bestehenden Gebäuden mit variabler Geometrie

Dissertant:Clemens LE LEVÉ (Uni Innsbruck)
Betreuer:Michael FLACH (Uni Innsbruck)
Ko-Betreuer:

Anton KRALER (Uni Innsbruck)

Wilfried Konrad BEIKIRCHER (Uni Innsbruck)

Wirtschaftspartner:

proHolz Tirol

Cadwork Informatik GmbH

Schafferer Holzbau GmbH

Freisinger Fensterbau GmbH

Harrer GmbH

Saint Gobain Isover Austria GmbH

Isocell GmbH

Hintergrund und Zielsetzung

Die thermische Sanierung des Gebäudebestands gehört zu den dringendsten Aufgaben nachhaltiger Stadtentwicklung und erfordert zunehmend komplexe und integrierte Systembauweisen, die hohe Anforderungen an Nachhaltigkeit, integrierte Haustechnik, kurze Montagezeiten, Passgenauigkeit und Energieeffizienz erfüllen. Zielsetzung der Forschungsarbeit ist es integriert geplante und vorgefertigte Fassadenelemente mit der zugehörigen Logistik für hochpräzise Bestandsaufnahme, computergesteuerte Fertigungstechnik und Verbindungstechnologie zu entwickeln, die eine Sanierung von bestehenden Gebäuden im laufenden Betrieb zu besten wirtschaftlichen und ökologischen Bedingungen ermöglichen. Es handelt sich dabei um integrierte Fassadensysteme, die sich mit computergesteuerter Vorfertigungstechnik und innovativer Befestigungstechnologie an die Unregelmäßigkeiten bestehender Fassaden anpassen lassen insbesondere Schiefstellungen, Mauervorsprünge, Bow-Windows und Balkone. Dabei gilt es auch umfassende Anforderungen für Brand-, Schall- und Wärmeschutz zu erfüllen.  

Stand des Wissens und der Technik

Hochpräzise Gebäudeaufnahmen sind heute mit elektronischen Tachymetern möglich, wobei die Daten mit einer direkten Schnittstelle zu 3D-CAD/CAM Systemen übertragen werden. Sie erzeugen unmittelbar ein 3D-Modell des Vermessungsobjekts.  Mit dieser Aufnahmetechnologie wurden Fassadensysteme wie z.B. die TES (Timber Energy Fassade) entwickelt, es gibt dazu zahlreiche Firmensysteme wie z.B. die GAP-Solution Fassade, Holzfassadensysteme von AEE-INTEC und die IEA Annex 50 Fassade. All diese Systeme sind mehr oder weniger für ebene und regelmäßige Wände geeignet. Integrierte Haustechnik wurde bereits von Wolfgang Streicher an der TU Graz und der Universität Innsbruck (UI) entwickelt, erste Prototypen für fassadenintegrierte Lüftungssysteme werden derzeit von Wolfgang Feist an der UI getestet. Der computergesteuerte Abbund für komplexe Geometrien bis hin zu Freiformen ist seit Kurzem mit einer CNC-Abbundanlage wie der K2i Robot der Marke Hundegger möglich, die von der UI mitentwickelt wurde und ihr ab 2015 für weitere F&E Entwicklung zur Verfügung steht. Modernste Verbindungsmitteltechnologie gibt es sowohl für computergefrästen Holz-Holz-Verbindungen als auch für Systemverbinder, wie z.B. der „Sherpa“ oder der von der Universität Innsbruck entwickelte „CLT-Verbinder“ der Firma Harrer, sie eignen sich jedoch nur bedingt für Fassaden mit unregelmäßiger Geometrie. 

Literatur

K. Siegele, TES Energy Facade - Sanieren mit vorgefertigten Holzelementen. Zuschnitt 43,  9/2011, S. 22-24

AEE-INTEC,  Projektdokumentation, Haus der Zukunft Kapfenberg, und Graz Dieselweg

R. Kobler, A. Binz, G. Steinke. Nachhaltige Wohnbauerneuerung. CCEM 2010

A. Kraler, J. Kögl, R. Maderebner, R. Timmers. Systemverbinder. Bauingenieur 9/2013, S. 385-392

Sinfonia: www.ots.at/presseaussendung/OTS_20130325_OTS0145/eu-projekt-sinfonia-Innsbruck

Arbeitshypothese und methodischer Ansatz

Neben den statischen und bauphysikalischen Untersuchungen ist ein digitales 3D-Modell zu erstellen, das alle geometrischen Festpunkte, Variablen und Toleranzen enthält, um das Modell in Abhängigkeit von Parametern und Verbindungsmitteltechnologien an die erforderliche Einbauposition anzupassen. Die Optimierung und Überprüfung erfolgt an 1:1 Prototypen, die mit Hilfe der verfügbaren CNC-Abbund-maschine gefertigt werden, um Planung, Fertigung, Montage und bauphysikalische Eigenschaften aufeinander abzustimmen. Die Abstimmung erfolgt im gegenseitigen Austausch von Informationen und Erfahrungen mit den beteiligten Firmen und laufenden F&E im Bereich Haus- und Lüftungstechnik, um ein marktgerechtes, praxistaugliches und montagefreundliches Fertigteilsystem zu entwickeln, das sich trotz seiner komplexen Anforderungen einfach und schnell mit variabler Geometrie montieren lässt. 

Erwartete Ergebnisse

Im Projekt soll das Konzept für eine Fassadendämmung auf Basis Holz und Naturstoffdämmung entstehen, das die vielseitigen Anforderungen an eine nachhaltige und dauerhafte Dämmung bei Bestandsanierung erfüllt sowie auch ein Modell für den ganzheitlichen logistischen Ablauf für integrierte Planung, Fertigung und Montage. Dies unter Einbeziehung der zugehörigen Verbindungsmitteltechnologie für ein hochpräzises integriertes Fassadensystem für Altbaufassaden mit unregelmäßiger Geometrie. Neben Wirtschaftlichkeit soll dieses System höchste Ansprüche an die Nachhaltigkeit erfüllen, indem vorwiegend natürliche, nachwachsende und lokal verfügbare Materialien eingesetzt werden. 

Beitrag zu den Programmzielen

Das geplante Forschungsfeld liefert nicht nur einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Stadtentwicklung, sondern bietet auch die Möglichkeit das Einsparpotential durch den Verzicht auf fossile Energiestoffe für lokale Wertschöpfung, die Nutzung lokaler und nachwachsender Naturstoffe und die Schaffung von Arbeitsplätzen mit modernen Umwelttechnologien zu nutzen. Die Wettbewerbsfähigkeit wird über die Anknüpfung an die Modellregion Smart City in technischer, wirtschaftlicher und umweltrelevanter Hinsicht erheblich gesteigert.

dokinholz.tuwien.ac.at