Die LOPAS AG plante die Umsetzung dieses Bausystems durch den Bau einer industriellen Produktionsumgebung am Dobersberg in Österreich. Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit (Klimaschutz, Ressourceneffizienz, abfallfreie Produktion) sind Lehm und Stroh ideale Baustoffe, da sie praktisch nachwachsende Rohstoffe sind und in großen Dimensionen vor Ort zur Verfügung stehen.
Die Kombination des schweren mineralischen Baustoffs Lehm (Biofaserlehm) mit modernen Holzrahmenkonstruktionen und Dämmung aus Stroh ist optimal. Das zeigen die Ergebnisse des Monitoring-Projekts von AEEINTEC (http://www.hausderzukunft.at/results.html/id4844). Die Kombination dieser drei Baustoffe, die nachhaltig und in großen Mengen verfügbar sind, lässt sich jedoch nicht kosteneffizient in die derzeitigen industriellen Produktionsprozesse für Fertighäuser integrieren.
Es besteht einerseits ein Bedarf an der Entwicklung und Optimierung neuer und modifizierter Fertigungstechnologien, die auf die Eigenschaften der Materialien abgestimmt sind, und andererseits an angepassten Bauteilen. Die heute verfügbare Fertigungstechnologie ist voll auf die Verwendung von (überwiegend gipshaltigen) plattenförmigen Baustoffen optimiert. Der ökologische Fußabdruck als Vergleichsmaßstab gemessen an den Zahlen der OI3-Lebenszyklusanalyse.
Das Demonstrationsprojekt „LPH (Lehm-Passivhaus) Tattendorf“ hat gezeigt, dass der ökologische Lebensmittelbedarf sechsmal kleiner ist als der einer konventionellen Massivbauweise bei gleichem Essverhalten. Überraschenderweise war der „food print“ der in Tattendorf verwendeten Bautechnik im Vergleich zum zweitplatzierten ökologischen Demonstrationsprojekt nach Ökobilanzzahlen (OI3) sogar weniger als halb so groß. Und das, obwohl es sich um ein ähnliches ökologisches Bauprojekt handelte. These zur Nachhaltigkeit: Passivhauskonzepte können erst dann als „nachhaltig“ und „klimaneutral“ bezeichnet werden, wenn die „graue Energie“ der Baumaterialien so reduziert wird wie im vorliegenden ökologischen Gebäudekonzept.
Inhalt und Zielsetzung
Bau von 1 zu 1 vorgefertigten Holzrahmenbauelementen zur Erprobung der Strohdämmung und des Aufbringens von (Biofaser-)Lehmputzbeschichtungen:
Stroh als Baumaterial:
Der Einsatz von Strohballen jeglicher Art in einer industriellen Produktionsumgebung ist bisher mit wirtschaftlichen Nachteilen verbunden. Die Kosteneinsparungen bei den Rohstoffen wurden durch die höheren Arbeitskosten übertroffen. Deshalb wurde im vorliegenden Projekt gehäckseltes Stroh anstelle von Strohballen verwendet. Dies stellt eine wesentliche Veränderung gegenüber dem strohballengedämmten Prototypgebäude des LPH Tattendorf dar. Unterstützt durch Konstruktionsmodelle sollen industrielle Technologien zur Herstellung von Strohschnitzeln unter Berücksichtigung des Druckverformungsrestes entwickelt werden. Darüber hinaus wurden eine hohe Feuerbeständigkeit und allgemein besondere bauphysikalische Eigenschaften dieses Materials erreicht.
Lehm als Baumaterial:
Das Aufbringen von Lehmputz ist Stand der Technik. Es wurde jedoch eine effiziente Trocknung während des Produktionsprozesses und eine Optimierung der Materialzusammensetzung in einem effizienten Ablauf des Produktionsprozesses entwickelt. Die Einsparung an Umweltbelastungen durch das Bauen mit organischen Baustoffen ist etwa so groß wie die Umweltbelastung durch die Beheizung eines Passivhauses mit Erdgas über 130 Jahre. Ziel des vorliegenden Projekts war die industrielle Umsetzung einer solchen nachhaltigen ökologischen Bauweise für den Passivhausbau.
Methoden
Die geplante Entwicklung einer industriellen Baugruppe für Passivhäuser wurde in zwei Phasen durchgeführt. In der ersten Stufe wurden verschiedene Materialien und Fertigungstechnologien entwickelt und deren Einsatzmöglichkeiten getestet. Zu diesem Zweck wurden kleine Baumodelle mit unterschiedlichen Wandstärken und Größen gebaut. Verschiedene Technologien zur Verarbeitung von Strohhäcksel in der Konstruktion wurden entwickelt und an solchen kleinen Baumodellen getestet.
Die ausgewählten Technologien wurden weiterentwickelt und an Wandmodellen in voller Größe getestet. Es mussten Unterkonstruktionen für die Biofaser-Lehm-Beschichtung gebaut werden. Dazu war es notwendig, eine breite Palette von Materialien zu recherchieren und deren Verwendbarkeit zu testen. Für geeignete Materialien wurden verschiedene Fertigungstechnologien entwickelt. Entlang der ersten Versuchsanlage wurde die Beschichtung mit Lehm mit herkömmlichen Gipsspritzmaschinen durchgeführt. Die Produktionstechnologien wurden an Wandmodellen in Originalgröße zur Serienreife entwickelt. Die erste Stufe wurde mit einer Vielzahl von Tests zur Trocknung der Biofaser-Lehm-Beschichtungen erfolgreich abgeschlossen. In der zweiten Phase wurden die Anforderungen, die in der ersten Phase ermittelt wurden, als Grundlage für die Vorbereitung der Realisierung des industriellen Produktionsprozesses verwendet. Die Suche nach Anbietern von Industrieausrüstungen gestaltete sich schwierig, da die kombinierte industrielle Verarbeitung von Holz, Stroh und Ton eine völlig neue Art der Produktion erfordert. Ziel war es, einen fertigen ersten Entwurf für die industrielle Produktion von Lehm-Passiv-Fertighäusern zu entwickeln. Dies konnte nur teilweise realisiert werden. Die Grundlinien eines solchen ersten Entwurfs konnten entwickelt werden. Die Einbindung von externen Beratern für die Entwicklung der industriellen Produktion war zu diesem Zeitpunkt nicht praktikabel, da viele Details für Fertigungsschritte noch nicht fertiggestellt waren. Dies ist auch für die planmäßige Entwicklung eines Logistikkonzeptes unerlässlich. Für diesen Teil wurden Erkundigungen bei Unternehmen mit ähnlichen Produktionstypen und Anbietern von Logistik durchgeführt. Externes Fachwissen zu diesem speziellen Thema wurde ebenfalls eingeholt.
Ergebnisse
Das durchgeführte Projekt hat seine Ziele bei der Entwicklung von Baumaterialien und bei der Zusammenstellung von Komponenten für die industrielle Verarbeitung weitestgehend erreicht. Die konzeptionelle Planung eines ganzen industriellen Produktionsprozesses konnte nicht abgeschlossen werden. Für den Rohstoff Stroh wurde ein Verarbeitungsverfahren entwickelt, das beim lokalen Lieferanten (Landwirt) vor Ort durchgeführt werden kann. Die Landwirte verarbeiten das Stroh zu der gewünschten Hackschnitzelgröße und liefern es nach der Entstaubung an das Werk, wo es in den Zwischenraum zwischen den horizontalen und vertikalen Balken der Holzrahmenkonstruktion als isolierende Füllung der vorgefertigten Wand- und Deckenelemente verarbeitet wird. Die ursprünglich erwartete Technologie der Verarbeitung von Stroh konnte nicht realisiert werden, da die Technologie der Verarbeitung des gehäckselten Strohs aufgrund unvorhergesehener Abweichungen im Wärmeleitfähigkeitsverhalten geändert werden mußte. In diesem Bereich gab es einige Überraschungen bei den Zwischenergebnissen. Zusätzliche Versuchsschritte mussten in das Projekt integriert werden. Erfreulich war der ermittelte Wert der Wärmeleitfähigkeit der Dämmung mit gehäckseltem Stroh von 0,042W/m2K. Die auf diesen Ergebnissen basierende Verarbeitungsanlage wird in einem nachfolgenden F&E-Projekt vorbereitet, das die industrielle Produktion im Werksgelände zum Ziel hat. Die Entwicklung des Lehmbeschichtungsprozesses wurde erfolgreich bis zum Stand der Planung des Produktionsprozesses abgeschlossen. Um die Ergebnisse der Lehmbeschichtung umzusetzen, muss der Produktionsprozess für die Dämmung mit Stroh abgeschlossen werden. Mit den vorliegenden Forschungsergebnissen ist ein teilzerstäubter Produktionsprozess machbar und teilweise realisiert. Teilergebnisse wurden in die laufende manuelle Produktion integriert und auf Alltagstauglichkeit geprüft. Verbesserungsvorschläge, die sich aus den praktischen Erfahrungen ergeben, wurden in die laufende F&E-Tätigkeit integriert. Ausblick / Vorschläge für zukünftige Forschung.
Nach Abschluss der Forschungsergebnisse kann LOPAS eine Marktlücke, die Herstellung von ökologischen Passivhäusern im Bereich des Einfamilienhauses, gut abdecken. Die bauphysikalischen Forschungsergebnisse und die entsprechende Verarbeitung sichern ein hohes Qualitätsniveau der gebauten Volumen. Für einen breiteren Markt im Geschosswohnungsbau oder für den Reihenhausbau müsste der Anteil industrieller Fertigungsverfahren am gesamten Produktionsprozess deutlich höher sein. Der mit diesem F&E-Projekt erreichte Mechanisierungsgrad ist für den preissensiblen Wohnungsbau nicht ausreichend. Aber die Ergebnisse sind vielversprechend für weitere Entwicklungen. Ein weiteres F&E-Projekt wurde zwischenzeitlich gestartet. Das Marktpotenzial für ökologische Alternativen zum konventionellen Wohnungsbau ist groß. Neben der Produktion mit hohen Lohnkosten, die einen breiteren Marktzugang erschweren, fehlen lenkende Effekte der Gesetzgebung.
Leider berücksichtigt die derzeitige Wohnbauförderung in den verschiedenen. Österreichischen Bundesländern den Energieverbrauch des Produktionsprozesses und die Abfallentsorgung der einzelnen Bauvolumen nicht berücksichtigt. Erhebungen aus Dänemark, Norwegen und Schweden lassen vermuten, dass die Klimasensibilität in den nordischen Ländern Europas weiter fortgeschritten ist. Als Konsequenz hieraus kann die Markterweiterung für LOPAS auf diese Länder fokussiert werden.
Autor: H. Kirl, MBA, Berichte aus Energie und Umweltforschung
Datum: 5/2012
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