C³Basisvorhaben 4
Multifunktionale Bauteile aus Carbonbeton
Im C³Basisvorhaben 4 „Multifunktionale Bauteile aus Carbonbeton“ wurden am Beispiel der Gebäudehülle die Potentiale des neuen Verbundmaterials Carbonbeton aufgezeigt. Ziel des Vorhabens war die Aktivierung der im Beton bereits vorhandenen textilen Carbonbewehrung, um die derzeit noch in separaten technischen Systemen abgebildeten Funktionen eines Bauwerks multifunktional in Carbonbeton-Bauteile zu integrieren. Das B4 gliederte sich in insgesamt 8 parallele Teilprojekte, die sich in die Themenbereiche „Gebäudehülle“, „Funktionsintegration“ und „Synergetische Vernetzung“ einordneten:
- C³INFRALIGHT: Funktional geschichtete Gebäudehüllen aus Infraleichtbeton
- C³SANDWICH: Gedämmte dreidimensional geformte Sandwichelemente aus Carbonbeton
- C³PV: Integration von Photovoltaik in Carbonbeton-Bauteile
- C³SUPERCON: Direktelektrische Energiespeicher als Teil der Carbonbeton-Gebäudehülle
- C³DAYLIGHT: Transluzente gedämmte Carbonbeton-Gebäudehüllen
- C³LED: Integration von Leuchtdioden in Carbonbeton-Bauteile
- C³SENSE: Integration von Sensoren in Carbonbeton-Bauteile
- C³LINK: Synergetische Vernetzung
Am Basisvorhaben 4 waren insgesamt 17 Projektpartner und 4 assoziierte Partner beteiligt, zudem wurde das Projekt von 10 weiteren Unternehmen in Form von Sponsoring- und Beratungsleistungen unterstützt. Nachfolgend werden die vom ai:L durchgeführten Forschungsarbeiten kurz vorgestellt:
C³INFRALIGHT
Im C³INFRALIGHT wurden verschiedene Lösungsansätze zur Umsetzung geschichteter ILC-Bauteile erarbeitet: Zum einen in Form von Halbfertigteilen, deren werksgefertigte Feinbetonschalen erst auf der Baustelle mit ILC verfüllt werden, zum anderen mit einem schichtentrennenden, dreidimensionalen Bewehrungskorb, der es ermöglichen soll, neben planaren auch einfache frei geformte Bauteile in geschichtetem ILC umzusetzen. Darüber hinaus wurden in bauphysikalischen Prüfungen die materialspezifischem Kennwerte bestimmt, um den Baustoff charakterisieren zu können und insgesamt drei frei geformte Demonstratoren geplant und hergestellt, die die Vorteile des ILC sowie verschiedene Bewehrungskonzepte in Carbon und Basalt verdeutlichen.
C³SANDWICH
Für die Entwicklung dreidimensional geformter Sandwich-Elemente, die jeweils aus Carbonbeton-Deckschichten und einer integrierten Dämmebene bestehen, wurden in diesem Teilprojekt verschiedene natürliche Krümmungs- und Faltungsprinzipien herangezogen und in Fassadenentwürfen umgesetzt. Entsprechend den daraus resultierenden Anforderungen wurden daraufhin verschiedene Bewehrungskonzepte zur schubsteifen Verbindung der gekrümmten oder gefalteten äußeren Deckschichten erarbeitet und Belastungsversuche für die Vorzugsvariante durchgeführt.
Einen weiteren Projektschwerpunkt bildete die Untersuchung von Einsatzmöglichkeiten einer Basaltfaser-Bewehrung im Sandwichaufbau, die eine vorteilhafte Alternative zu Carbon und AR-Glas darstellen kann.
C³PV
Im C³PV konnten verschiedene Lösungsvarianten für eine ästhetisch hochwertige Kombination von Solarkomponenten und Beton sowie ein beispielhafter Gesamtsystemaufbau entwickelt werden. Mithilfe parametrisch-generativer Entwurfstools wurden unterschiedliche Fassadendesigns entwickelt, die die in der Fassade integrierten Photovoltaikkomponenten optimal zur Sonne ausrichten und dadurch den Ertrag pro Quadratmeter eingesetztem PV-Modul signifikant erhöhen. Insgesamt wurden vier verschiedenartige Demonstratoren geplant und zusammen mit den Partnern umgesetzt, die die erarbeitete Bandbreite an Lösungen eindrucksvoll verdeutlichen.
C³SUPERCON
Im C³SUPERCON wurden Anwendungsbereiche und daraus resultierende Anforderungen für gebäudehüllenintegrierte Speicher erarbeitet und der konkrete Speicherbedarf anhand eines Referenzgebäudes quantifiziert. Desweiteren konnten verschiedene Prinzipien für die Integration der direktelektrischen Speicher in die Gebäudehülle erarbeitet werden. Da Speicherfolie und -textil technologisch noch nicht ausgereift sind, wurden Gebäudehüllenaufbau und Speicherkonzepte zunächst überblicksmäßig erarbeitet. Im Teilprojekt konnten letztendlich 2 Demonstratoren umgesetzt werden, die die verfolgten Speichertechnologien vorstellen.
C³DAYLIGHT
Im Teilprojekt C³Daylight wurde ein schlankes, wärmegedämmtes und durch integrierte Lichtwellenleiter transluzentes Sichtbetonsandwich konzipiert. Dabei wurden die beiden Lösungsansätze „gewebtes 3D-Textil mit integrierten Lichtwellenleitern“ (Vorzugsvariante) und „Hartdämmkern mit eingesteckten Lichtwellenleitern“ entwickelt und in Modellen überprüft. Zur Lichtleiterverteilung auf der Betonoberfläche wurde zudem ein digitales Skript erstellt, welches es durch Veränderung von Variablen wie Achsabständen oder Lichtleiterradien ermöglicht, die Gestaltung der Elemente beliebig zu variieren. Abschließend konnten mehrere Demonstratoren mit eingewebten Lichtwellenleitern und gedämmten Kern umgesetzt werden.
C³LED
Im Teilprojekt C³LED wurde die architektonisch hochwertige Umsetzung einer Integration von LED-Elementen in Carbonbeton-Bauteile verfolgt. Ziel war es dabei, statische und dynamische Informationen in Echtzeit wiedergeben zu können und damit Gebäudehüllen für Zusatzfunktionen z. B. im Signaletikbereich zu aktivieren. Für diesen Forschungsansatz wurden verschiedene revisionierbare und nicht revisionierbare Kombinationsprinzipien für LED und Beton formuliert und ein beispielhafter Systemaufbau sowie mögliche Nutzungskonzepte entwickelt. Final konnten fünf Demonstratoren geplant und umgesetzt werden, die die gemeinsam erarbeiteten Lösungsvarianten eindrucksvoll verdeutlichen.
C³LINK
Das C³LINK übernahm neben der inhaltlichen und organisatorischen Gesamtleitung des Basisvorhabens 4 die Vernetzung der Teilprojekte untereinander. Dafür wurde eine übergreifende E-Technik und Ansteuerung für alle Bauteile mit elektrischer Zusatzfunktion sowie ein gemeinsamer Demonstrator von C³LED, C³SuperCon und C³PV konzipiert und umgesetzt. Der Schutz des geistigen Eigentums war ein weiterer wichtiger Themenbereich, wofür das Institut mit Patentanwälten zusammenarbeitete. Um die neuartigen Funktionsintegrationen ökologisch einordnen zu können, wurde schließlich anhand der Ergebnisse des Teilprojekts C³PV eine ökologische Bewertung vorgenommen.
