Wärmedämmverbundsysteme im Holzbau Weniger Prüfung und mehr Wissen ermöglichen Innovation und Nachhaltigkeit im Bau

Forschende des Fraunhofer WKI und der Technischen Universität Braunschweig haben Modelle zur Vorhersage des Gesamtverhaltens von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) im Holzbau entwickelt. Die Ergebnisse fließen in einen Leitfaden ein. In Zukunft wird es damit leichter, neue Komponenten in bereits zugelassene WDVS zu integrieren. Außerdem eröffnen sich Wege für Materialinnovationen, insbesondere mit nachwachsenden Rohstoffen. Bereits zugelassene WDVS können dank der neuen Erkenntnisse über die Gebrauchstauglichkeit optimiert werden.

Holzhaus mit Holzfaser-WDVS. Bildnachweis: Fraunhofer WKI

WDVS, die der thermischen Isolierung von Außenwänden an Gebäuden dienen, werden schon vielfach im Bau eingesetzt. Ein WDVS besteht aus mehreren, aufeinander abgestimmten Komponenten. Die Prüfung und Zulassung des Gesamtsystems ist aufwändig. Für den Einsatz ist ein baurechtlicher Verwendungsnachweis notwendig. Wenn ein WDVS zugelassen ist, dürfen die Komponenten nicht ohne Weiteres ausgetauscht werden, sonst verliert die Zulassung ihre Gültigkeit. 

„WDVS sind komplexe Systeme, bei denen das Zusammenwirken der Systemkomponenten bisher nicht ausreichend erforscht war. Wir haben das Zusammenwirken aller Systemkomponenten in Kombination mit Öko-Dämmstoffen und dem Holzbau als Untergrund ganzheitlich betrachtet. Die grundlegenden Daten, die wir erhoben haben, ermöglichen es einzelne Komponenten von WDVS auszutauschen und die Zulassung zu vereinfachen. Darüber hinaus werden die Bauteile durch unsere Berechnungen sicherer und verlässlicher“, erläutert Norbert Rüther, Projektleiter am Fraunhofer WKI.

Gemeinsam mit dem Projektpartner, dem Institut für Baukonstruktion und Holzbau iBHolz der TU Braunschweig, haben die Forschenden die einzelnen Systemkomponenten betrachtet: Oberputz, Unterputz, Gewebe, Dämmplatte, Befestigungsmittel und Untergrund. Untersucht wurden Systeme mit Holzfaserdämmstoffen auf hölzernen Untergründen wie der Holztafelbauweise und massiven Holzuntergründen. An der TU Braunschweig haben die Forschenden theoretische und numerische Untersuchungen an Ein- und Mehrkomponentensystemen vorgenommen sowie die Modelle erstellt. Am Fraunhofer WKI führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Versuche an Materialien und Zweikomponentensystemen durch, sowie numerische Untersuchungen zum Wärme- und Feuchtetransport.

Ein realer WDVS-Probekörper zur Ermittlung des Trag- und Verformungsverhaltens in einem praktischen Druckversuch (links) sowie die mittels Digital Image Correlation (DIC) ermittelten Verformungen (mittig). Das mittels Finite Elemente Methode (FEM) simulierte Trag- und Verformungsverhalten einer »identischen« Probe (rechts) und die errechneten Verformungen werden mit den mittels DIC ermittelten Verformungen verglichen und die FEM-Modelle werden damit validiert. Bildnachweis: TU Braunschweig I Xinyi Li

„Wir sind bei unserer Arbeit davon ausgegangen, dass das gesamte WDVS auf physikalische Eigenschaften und Vorgänge reduziert werden kann. Zwar gibt es beispielswiese zahlreiche Putzvarianten, allerdings können wir sie mit physikalischen Eigenschaften wie E-Modul und Festigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung, Wasseraufnahme und -leitung, Wärmeleit- und Wärmespeicherfähigkeit sowie Dicke ausreichend genau beschreiben. Das gilt genauso für den Dämmstoff oder den Holzuntergrund“, erklärt Rüther.

Die Forschenden gingen dabei in drei Schritten vor. Zunächst wurden die einzelnen technischen Eigenschaften jeder Komponente ermittelt und dann eine Auswahl der relevanten technischen Eigenschaften getroffen. Daraufhin haben die Forschenden die Einflüsse der Komponenten auf das Gesamtsystem ermittelt und ein Modell zur Vorhersage des Systemverhaltens und der Ableitung der Systemgrenzen erstellt. Die Ergebnisse führen schließlich zur Erstellung eines Leitfadens, der derzeit noch erarbeitet wird.

Mit den Ergebnissen des Forschungsprojekts wären Innovationen auch für kleine Unternehmen möglich, die aus Kostengründen aufwendige Untersuchungen bisher nicht durchführen lassen können. Insgesamt würde also der Zeit- und Kostenaufwand für Unternehmen deutlich sinken und Neuheiten könnten schneller in den Markt finden. Beispielsweise könnte ein neuentwickelter Putz ohne Prüfung des Gesamtsystems etabliert werden. Aus den Ergebnissen leiten sich aber auch bessere Prognosemöglichkeit für die Gebrauchstauglichkeit von Holzkonstruktionen ab. Damit wird der Weg frei für die vermehrte stoffliche Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen und ihrer sicheren und dauerhaften Nutzung. Der vermehrte Einsatz von Holzwerkstoffen im Bau führt zu einer längerfristigen Speicherung von CO₂ und leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz und der Bioökonomie.

Förderung

Das IGF-Vorhaben 19906 N der Forschungsvereinigung Internationaler Verein für Technische Holzfragen e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Zum Hintergrund

Nachhaltigkeit durch Nutzung nachwachsender Rohstoffe steht seit 75 Jahren im Fokus des Fraunhofer WKI. Das Institut mit Standorten in Braunschweig, Hannover und Wolfsburg ist spezialisiert auf Verfahrenstechnik, Naturfaser-Verbundkunststoffe, Bindemittel und Beschichtungen, Holz- und Emissionsschutz, Qualitätssicherung von Holzprodukten, Werkstoff- und Produktprüfungen, Recyclingverfahren sowie den Einsatz von organischen Baustoffen und Holz im Bau. Nahezu alle Verfahren und Werkstoffe, die aus der Forschungstätigkeit hervorgehen, werden industriell genutzt.

Presseinformation des Fraunhofer WKI