Solarkollektoren aus Ultrahochleistungsbeton
Schnitte durch das TABSOLAR-Element (Quelle: G.tecz Engineering)
Bislang basieren Solarthermie-Produkte meist auf Metallbauteilen, durch die eine Flüssigkeit strömt. Mit diesen Flach- und Röhrenkollektoren für Dach und Fassade werden jedoch weder der Aspekt der Gebäudeintegration noch die architektonische Gestaltung ausreichend berücksichtigt. Diesen Ansatz macht sich das Forscherteam des Projekts »TABSOLAR II« zur Basis und entwickelt effiziente und attraktive Produkte aus UHPC zur Fassadenintegration.
Material- und Bauteilentwicklung
In einem ersten Schritt wurde ein Herstellungsverfahren für UHPC-Kollektoren im Labormaßstab entwickelt. Dafür musste zunächst eine spezielle Materialrezeptur erforscht werden. Daraus können nun sehr filigrane, materialsparende und gleichzeitig hochfeste Betonfertigbauteile gegossen werden. Die Kanalstrukturen werden nach Vorbild der Natur, im sogenannten FracTherm-Verfahren realisiert. Dieses erzeugt auf Basis eines Algorithmus mehrfach verzweigte Strukturen wie beispielsweise in Blättern. Durch das Verfahren können nahezu beliebige Formen mit einem gleichmäßig durchströmten Kanalnetzwerk versehen werden. Gebäudeintegration
In der aktuellen Forschungsphase liegt der Fokus nun auf der Fassadenanwendung. Zum einen ist es das Ziel, das vom Fraunhofer ISE entwickelte Membran-Vakuumtiefziehverfahren (MVT-Verfahren) auf eine praxistaugliche Größe zu skalieren. Bei diesem Verfahren werden die Außenkonturen der späteren Fluidkanäle in einen Werkzeugblock gefräst. Der Block wird mit Bohrungen versehen und mit einer Membran überdeckt. Unter Zuhilfenahme von Vakuum wird dann eine Halbschale des UHPC-Bauteils tiefgezogen und noch vor Aushärtung mit einer Platte aus frischem UHPC zusammengebracht. Die Herstellung von Bauelementen im MVT-Verfahren wurde bereits erfolgreich im Labor umgesetzt. Jetzt geht es darum, für die Baubranche praxistaugliche Formate zu realisieren. Die Forscher arbeiten weiterhin an unterschiedlichen Ausführungen für UHPC-Kollektoren. Die »Premium«-Variante wird mit einer spektralselektiven Beschichtung sowie Antireflexglas versehen und soll hinsichtlich ihrer Effizienz mit gängigen Solarkollektoren vergleichbar sein. »Economy« steht für lackierte oder durchgefärbte UHPC-Kollektoren mit Low-E-Verglasung und etwas geringeren Erträgen. Die »Design«-Version ist unverglast und kann mit verschiedenen Strukturen und Farben gestaltet werden. Die ersten beiden Kategorien werden für direkte solare Anwendungen z.B. zur Trinkwarmwasserbereitung oder für die Nutzung in Solar-Kombi-Systemen konzipiert. Die Design-Kollektoren erreichen deutlich geringere Temperaturniveaus und Wirkungsgrade und sind deshalb beispielsweise als Niedertemperatur-Wärmequelle für Wärmepumpen geeignet. Um die späteren Produkte zu veranschaulichen, soll zum Projektende ein Demonstrationsgebäude entstehen. »Ein Demogebäude im realen Betrieb liefert uns wichtige Erkenntnisse für die Weiterentwicklung der Produktkategorien«, erläutert Michael Hermann, Fraunhofer ISE. »Außerdem gibt es uns die Möglichkeit, unsere Ergebnisse vor Ort zu präsentieren und direkte Reaktionen von potenziellen Interessenten einzuholen.« Die beteiligten Partner denken außerdem bereits weiter in die Zukunft. Sie möchten das Demogebäude auch nutzen, um erste Anwendungen von UHPC-Bauelementen im Innenraum, z. B. für thermoaktive Bauteilsysteme, zu evaluieren und damit weitere Potenziale der entwickelten Technologie aufzuzeigen.
In einem ersten Schritt wurde ein Herstellungsverfahren für UHPC-Kollektoren im Labormaßstab entwickelt. Dafür musste zunächst eine spezielle Materialrezeptur erforscht werden. Daraus können nun sehr filigrane, materialsparende und gleichzeitig hochfeste Betonfertigbauteile gegossen werden. Die Kanalstrukturen werden nach Vorbild der Natur, im sogenannten FracTherm-Verfahren realisiert. Dieses erzeugt auf Basis eines Algorithmus mehrfach verzweigte Strukturen wie beispielsweise in Blättern. Durch das Verfahren können nahezu beliebige Formen mit einem gleichmäßig durchströmten Kanalnetzwerk versehen werden. Gebäudeintegration
In der aktuellen Forschungsphase liegt der Fokus nun auf der Fassadenanwendung. Zum einen ist es das Ziel, das vom Fraunhofer ISE entwickelte Membran-Vakuumtiefziehverfahren (MVT-Verfahren) auf eine praxistaugliche Größe zu skalieren. Bei diesem Verfahren werden die Außenkonturen der späteren Fluidkanäle in einen Werkzeugblock gefräst. Der Block wird mit Bohrungen versehen und mit einer Membran überdeckt. Unter Zuhilfenahme von Vakuum wird dann eine Halbschale des UHPC-Bauteils tiefgezogen und noch vor Aushärtung mit einer Platte aus frischem UHPC zusammengebracht. Die Herstellung von Bauelementen im MVT-Verfahren wurde bereits erfolgreich im Labor umgesetzt. Jetzt geht es darum, für die Baubranche praxistaugliche Formate zu realisieren. Die Forscher arbeiten weiterhin an unterschiedlichen Ausführungen für UHPC-Kollektoren. Die »Premium«-Variante wird mit einer spektralselektiven Beschichtung sowie Antireflexglas versehen und soll hinsichtlich ihrer Effizienz mit gängigen Solarkollektoren vergleichbar sein. »Economy« steht für lackierte oder durchgefärbte UHPC-Kollektoren mit Low-E-Verglasung und etwas geringeren Erträgen. Die »Design«-Version ist unverglast und kann mit verschiedenen Strukturen und Farben gestaltet werden. Die ersten beiden Kategorien werden für direkte solare Anwendungen z.B. zur Trinkwarmwasserbereitung oder für die Nutzung in Solar-Kombi-Systemen konzipiert. Die Design-Kollektoren erreichen deutlich geringere Temperaturniveaus und Wirkungsgrade und sind deshalb beispielsweise als Niedertemperatur-Wärmequelle für Wärmepumpen geeignet. Um die späteren Produkte zu veranschaulichen, soll zum Projektende ein Demonstrationsgebäude entstehen. »Ein Demogebäude im realen Betrieb liefert uns wichtige Erkenntnisse für die Weiterentwicklung der Produktkategorien«, erläutert Michael Hermann, Fraunhofer ISE. »Außerdem gibt es uns die Möglichkeit, unsere Ergebnisse vor Ort zu präsentieren und direkte Reaktionen von potenziellen Interessenten einzuholen.« Die beteiligten Partner denken außerdem bereits weiter in die Zukunft. Sie möchten das Demogebäude auch nutzen, um erste Anwendungen von UHPC-Bauelementen im Innenraum, z. B. für thermoaktive Bauteilsysteme, zu evaluieren und damit weitere Potenziale der entwickelten Technologie aufzuzeigen.
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