Hybride Dach- und Fassadenelemente als LowEx-Komponenten in klimaneutralen Gebäude- und Quartierskonzepten
Im Rahmen zweier BMWI-Verbundforschungsvorhaben [1,2] konnte gemeinsam mit der RWTH-Aachen und den Unternehmenspartnern Autarq und noventec ein hybrider Betondachstein aus einem Hochleistungsfeinkornbeton entwickelt, prototypisch hergestellt und bemustert werden. Neben den üblichen Dachsteinfunktionen bietet der neuartige Betondachstein die Möglichkeit, solarelektrische und solarthermische Energie zu gewinnen. Die besondere Herausforderung bestand im Verbundvorhaben „Energieeffizientes Denkmalquartier Margarethenhöhe Essen“ [2] darin, für die historischen Gebäude der Gartenstadt einen denkmalverträglichen gewellten Dachstein zu realisieren, der von seiner Form wie auch seiner Farbtönung den üblicherweise bei der Sanierung eingesetzten S-förmig geschwungenen Tonziegeln anzugleichen war. Zudem musste für die Margarethe Krupp-Stiftung für Wohnungsfürsorge sichergestellt werden, dass die solarelektrische und solarthermische Aktivierung und hierzu erforderliche Versorgungsstruktur praxistauglich am Objekt vom Dachdeckerhandwerk verlegt werden kann und das Dach im Bestand durch die Verlegung der hybriden Dachsteine nicht konstruktiv zu ertüchtigen ist. Folglich durfte der mit einem Hochleistungsfeinkornbeton realisierte Dachstein samt der integrierten Elemente kein höheres Gesamtgewicht aufweisen als der originale Tonziegel.
Der hybride Betondachstein nimmt im Vorhaben eine zentrale Rolle für das energetische Gesamtkonzept der Gebäude und des Quartiers ein. Schließlich lassen sich alle geeigneten Dachflächen der 800 Siedlungsgebäude mit PV zur Gewinnung und Einbeziehung von Erneuerbaren nutzen. Andererseits erlaubt die vor allem in den wärmeren Witterungsperioden mit den hybriden Dachsteinen gewonnene solarthermische Wärme eine Rekuperation des Erdreichs, das während der Heizphase als Energielieferant dient, indem mittels Erdwärmesonden und Wärmepumpen die Heizwärme umweltfreundlich gewonnen wird.
Zudem kann mit dem sommerlichen Wärmeentzug aus den Dachsteinen der Wirkungsgrad der PV-Laminate deutlich verbessert werden. Nach erfolgreicher Bemusterung mit der Denkmalpflege im Herbst 2019 [3] werden bis August 2020 die ersten 5 Demonstrationsgebäude mit den im Vorhaben erarbeiteten denkmalgerechten Maßnahmen, so auch den hybriden Dachsteinen, energetisch ertüchtigt und modernisiert. Im Vortrag werden das Konzept, das Design, die Herstellung und die Funktionsweise der hybriden Betondachsteine präsentiert. Zudem wird das energetische Gebäude- und Quartierskonzept erläutert [4] und ein Ausblick auf den Transfer der Erkenntnisse auf kleinformatige Fassadenelemente als Architekturkomponenten gegeben.
Danksagung
Der Autor dankt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die finanzielle Förderung der beiden für die Entwicklung der hybriden Betondachsteine relevanten Verbundvorhaben sowie dem Projektträger Jülich für die stets unterstützende fachliche und verwaltungstechnische Betreuung. Besonderer Dank gilt allen Projektpartnern, so der „Margarethe Krupp-Stiftung für Wohnungsfürsorge“, den beiden Lehrstühlen „Integrierte Analogschaltungen“ und „Gebäude- und Raumklimatechnik“ der RWTH Aachen, dem „Gas- und Wärme-Institut Essen e.V.“ sowie den beiden Unternehmenspartnern, der „Autarq GmbH & Co. KG“ sowie der „noventec GmbH“, die beide als Technologieexperten, Autarq für die elektrische und noventec für die solarthermische Aktivierung von Dachsteinen, entscheidenden Anteil am Entwicklungserfolg des hybriden Betondachsteins haben und die diese neuen innovativen Betonelemente über die Demonstratoren hinaus zur Marktreife führen wollen. Am IWB sind die Mitarbeiterinnen Christiane Ditzen, Simone Reeb und Lena Teichmann sowie die Mitarbeiter Dr. Christian Baumert, Luka Laskovic, Christian Blatt, Zaher Ramadan und Wladimir Lisin zu nennen, die sich für die Entwicklung des Dachsteins und dessen Integration in das energetische Gebäude- und Quartiersenergiekonzept sowie für die bevorstehende Umsetzung mit außergewöhnlichem Engagement einsetzen und so das Vorhaben erfolgreich vorantreiben.
