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Kurztitel: HL Daemmputz
Ausführende Stelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn - Landwirtschaftliche Fakultät - Campus Klein-Altendorf
Förderinitiative: Energieoptimiertes Bauen (EnOB)
Laufzeit: 01/2016 bis 03/2019
Bewilligte Summe: 714.749 €
Förderkennzeichen: 03ET1347A
Themen: Sanierung von Einzelgebäuden, Neue Materialien, Architektur & Gebäudetechnik
Innovation: recycling fähiger Putz aus nachhaltig angebauten nachwachsenden Rohstoffen, Nutzung des natürlichen Porenraumes im Parenchym der Pflanzen, Erhaltung der Luftporen beim Anmischen der neuartigen Putzmatrix

Quintessenz

  • Bisher: Etwa 60% aller Wärmeverbundsysteme enthalten Schaumkunststoff Polystyrol
  • Chinaschilf Miscanthus bietet klimafreundlichere Alternative
  • Recyclingfähiger Putz hat ähnliche Dämmeigenschaften wie synthetische Dämmstoffe
  • Herausforderung: Dämmputz soll so viel Luftporenstrukturraum wie möglich enthalten
  • Umsetzung an Kühlraumwand auf Campus-Gelände

Bei etwa 60 % aller Wärmeverbundsysteme in Deutschland (Stand 2019) wird bisher expandiertes Polystyrol als Dämmstoff eingesetzt. Eine klimafreundlichere Alternative bietet das schwammartige Parenchym Gewebe im Chinaschilf Miscanthus. Die einzelnen Poren des natürlichen Dämmstoffs sind im Pflanzenstängel außergewöhnlich gut und viel verteilt, sodass Wärme diesen Porenraum nur schwer durchdringen kann. Im Forschungsvorhaben wurden diese hervorragenden baustatischen und bauphysikalischen Eigenschaften von Miscanthus genutzt. So entstand ein recyclingfähiger Putz mit ähnlichen Dämmeigenschaften wie sie synthetische Dämmstoffe aufweisen.

Viele der erdölbasierten hochdämmenden Baustoffe wie expandiertes Polystyrol sind sehr schwer recyclingfähig. Ein kreislaufgerechtes Bauen, wie es auch die EU fordert, ist daher bisher kaum möglich. Genau hier setzt das Projekt an. Mit dem Anbau von geeigneten, nachwachsenden Rohstoffen kann CO2 dauerhaft gebunden werden. Aus den Pflanzen können recyclingfähige Produkte wie Dämmputz entwickelt werden.

Pflanze bindet CO2

Im Forschungsprojekt setzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Pflanze Miscanthus. Ein Dämmputz aus Miscanthus verringert den Primärenergieeinsatz und auch das Klima profitiert: Jährlich bindet die Pflanze während ihres Wachstums pro Hektar Anbaufläche 30 Tonnen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid. Miscanthus weist europaweit mit 20.000 Hektar eine vergleichsweise große Anbaufläche auf, in Deutschland sind es etwa 5.000 Hektar. Der Rohstoff Miscanthus wäre also verfügbar.

Professor Ralf Pude untersucht das Parenchym der Miscanthus-Pflanze, er hält die Pflanze vor seinem rechten Auge unter die Lupe.

Professor Ralf Pude untersucht das Parenchym der Miscanthus-Pflanze.

© Uni Bonn
Professor Ralf Pude (links) und Michael Petry vom Institut für Naturpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) an der Universität Bonn untersuchen den neuen Dämmputz an einer Testwand.

Professor Ralf Pude (links) und Michael Petry vom Institut für Naturpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) an der Universität Bonn haben einen Hochleistungs-Dämmputz aus nachwachsenden Rohstoffen entwickelt.

© Uni Bonn

Die Herausforderung in dem Projekt war es, so viel Luftporenstrukturraum wie möglich im Dämmputz zu haben. Denn: je mehr Poren, desto besser die Dämmung. Die Wissenschaftler variierten unter anderem Partikelgrößen, Zerkleinerungsformen des Rohstoffs und Putzzusammensetzungen, um hier die optimale Lösung zu finden.

Wasseraufnahme gering halten

Der Miscanthus-Häcksel wird in ein Bindemittel eingemischt, das für die nötige Haftung an den Wänden sorgt und gleichzeitig wasserabweisend ist. Das Bindemittel umschließt die Luftporenstrukturen und sorgt dafür, dass die Partikel auch Wärme speichern können. So reichen wenige Zentimeter Dämmputz aus, um die gleiche Dämmungwirkung wie Styropor zu erreichen. Gleichzeitig muss das Bindemittel aber auch dafür sorgen, dass Miscanthus später als Putz an der Wand kleben bleibt und die luftigen Poren sich nicht mit Wasser vollsaugen. Denn sonst würde Miscanthus seine wärmedämmenden Eigenschaften verlieren und wäre als Dämmstoff unbrauchbar.

Möglichst wenige Poren zerhäckseln

Die Miscanthus-Pflanze muss zielgerichtet zerkleinert werden, damit möglichst wenige Poren zerstört werden. Nur so bleibt die Isolationsleistung der Pflanze optimal. Die Wissenschaftler untersuchten unter anderem, ob eine Hammer- oder Kollermühle besser als Zerkleinerungsinstrument geeignet ist. Im Ergebnis weisen diese unterschiedliche Schüttdichten und Partikelgrößen auf, was sich wiederum auf die Wärmeleitfähigkeit auswirkt.

Mit höherem Miscanthus-Anteil zu geringerer Wärmeleitfähigkeit

Es zeigte sich, dass eine Erhöhung des Miscanthus-Anteils in der Putzmischung einen positiven Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit hat (Abb.1). Diese sollte möglichst gering sein. Bei Miscanthus-Anteilen über 20% im Putz müssen die Partikel so behandelt werden, dass sie ihre Fähigkeit große Mengen an Feuchtigkeit aufzunehmen, verlieren. Sonst behindert zu viel Wasser das Abbinden.

Diagramm mit Wärmeleitfähigkeit auf der Y-Achse und der Rohdichte der Putzplatten mit Miscanthus auf der X-Achse. Je höher der Anteil umso geringer die Wärmeleitfähigkeit.

Abb.1: Wärmeleitfähigkeit und Rohdichte der Putzplatten mit Miscanthus nach Anteil (20% und 30%) in der Putzmischung. Je höher der Anteil umso geringer die Wärmeleitfähigkeit. Die mit der Hammermühle (H) zerkleinerten Partikel zeigen bessere Werte als solche, die mit einer Kollermühle (K) zerhäckselt wurden.

© Uni Bonn
Kleine Gefäße mit unterschiedlichen Putzmustern

Im Projekt testeten die Wissenschaftler unterschiedlich zusammengesetzte Putzmuster.

© Uni Bonn

Praxistransfer

Das Projekt ist bis zur prototypischen Anwendung gelangt. So wurde zu Projektende eine 10 m lange Kühlraumwand am Campus Klein-Altendorf der Universität Bonn mit diesem neuartigen Dämmputz verputzt (Abb.2). Im Putz befinden sich Sensoren, die kontinuierlich den Temperatur- und Feuchteverlauf messen. Diese Langzeittests sind erforderlich, um in einem nächsten Schritt die Bauzulassung zu erlangen. Dieser Part liegt bei dem Projektpartner, einem großen Putzhersteller. Die grundsätzliche Idee wurde bereits vor Projektbeginn von der Universität Bonn als „Verfahren zur Herstellung eines Dämmstoffs“ patentiert und steht somit für weitere Anwendungsfelder und Firmen zur Verfügung.

Testwand mit verschiedenen Putzvarianten

Abb.2: Die Kühlraum-Wandfläche auf dem Campus Klein-Altendorf wurde mit verschiedenen Putzvarianten verputzt.

© Uni Bonn
Hier werden Sensoren in die Gipsfläche eingebettet.

Hier werden Sensoren in die Gipsfläche eingebettet.

© Knauf Gips KG
Diagramm, welches die verschiedenen Putzvarianten an der Kühlraumwand-Fläche auf dem Campus Klein-Altendorf und wo welche Sensoren zur Ermittlung des Temperatur- und Feuchte-Verlaufes in der Wand eingesetzt sind darstellt.

Eine Kühlraumwand-Fläche auf dem Campus Klein-Altendorf wurde mit verschiedenen Putzvarianten verputzt. Sensoren ermitteln den Temperatur- und Feuchte-Verlauf in der Wand (rote Punkte = Innensensoren, blaue Punkte = Außensensoren).

© Uni Bonn

Weitere Anwendungsfelder

Die Erkenntnisse aus diesem Projekt, insbesondere zur gezielten Aufbereitung und Weiterverarbeitung der nachwachsenden Rohstoffe, lassen sich auch auf Weiterentwicklungen von Leichtbeton oder Werkplatten aus nachwachsenden Rohstoffen übertragen. Die entwickelte Charakterisierung der Rohstoffe kann dazu genutzt werden, Torfersatzstoffe auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln.

Letzte Aktualisierung: 28. Mai 2020

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