Bautechniken und -materialien entwickeln sich stetig weiter. Forschungsteams arbeiten in diesem Prozess an Lösungen für drängende Probleme, wie beispielsweise die Steigerung der Energieeffizienz oder die Integration von Funktionen wie Klimatisierung oder Beleuchtung direkt in die Bauelemente. Fortschritte wie elektrisch erzeugender und Gebäude analysierender Beton oder hochbeständige Ziegel aus Eiern treiben die Bautechnologie voran.
Aerobrick Empa Omicron-Steine.
Forscher der Empa, eines interdisziplinären Materialforschungsinstituts in Zürich, haben nun Aerobrick vorgestellt, einen neuen, lichtdurchlässigen Ziegelstein, der mit Silica-Aerogel gefüllt ist. Dieser revolutionäre Baustoff, der im Fachjournal „Journal of Building Engineering“, erfüllt denselben Zweck wie herkömmliche Ziegel, lässt aber zusätzlich Tageslicht in den Innenraum und bietet eine deutlich bessere Wärmedämmung und Festigkeit.
Tatsächlich hatte das Team um die Ingenieure Jannis Wernery und Michal Ganobjak bereits 2017 eine erste Version des Aerobrick vorgestellt. Nun wurden Design, Zusammensetzung und Herstellungsverfahren optimiert, um eine höhere Leistungsfähigkeit zu erzielen. Das Ziel – den Bau vollständig lichtdurchlässiger Wände mit effektiver Wärmedämmung – ist damit erreicht. Die neuen Ziegel tragen somit zur Senkung der Heizkosten bei, da keine zusätzliche Dämmschicht auf dem Mauerwerk erforderlich ist. Zudem reduzieren sie den Stromverbrauch durch diffuses Licht in allen Raumtypen.
Glas und Aerogel
Wernery, Ganobjak und ihre Kollegen in der Abteilung Energiewerkstoffe und Baukomponenten der Empa wollten einen Werkstoff entwickeln, der den Prinzipien entsprach, die der römische Architekt Vitruv für ein Gebäude als wesentlich erachtete: Langlebigkeit, Funktion und Schönheit.
Um dies zu erreichen, testeten sie verschiedene Designs, Größen und Kombinationen, doch die Hauptbestandteile blieben stets gleich: Floatglas (hergestellt durch das Auftragen von geschmolzenem Glas auf eine Schicht aus geschmolzenem Zinn, um eine gleichmäßige Dicke und eine sehr ebene Oberfläche zu erzielen), Epoxidharz und Silica-Aerogel-Granulat. Alle diese Materialien wurden aufgrund ihrer hohen optischen Klarheit ausgewählt, die es ermöglicht, dass möglichst viel Licht hindurchtritt, ohne dass das Endergebnis transparent ist.
Nach Hunderten von Computersimulationen entstand das endgültige Design: Vier 12 mm dicke Floatglasscheiben sind durch Abstandhalter verbunden, deren Seiten-, Unter- und Oberseite mit einer 1,5 mm dicken Epoxidschicht versiegelt sind. Die Abstandhalter wurden mithilfe von Silikonformen direkt zwischen die Glasscheiben eingeschmolzen. Dieses Verfahren ermöglichte die Verbindung des Glases und schuf gleichzeitig mehrere Luftkammern zwischen den Scheiben, um die Wärmedämmung zu optimieren.
Aerobrick-Ziegel-Prototyp. Empa Omicrono.
Zur Verbesserung der Leistung wurde in der Abdichtung jeder der sechs entstandenen Hohlräume eine kleine Öffnung belassen: vier in der mittleren Schicht des Ziegels und je eine in den äußeren Schichten. Diese Zwischenräume wurden mit bindemittelfreiem Aerogelgranulat gefüllt und anschließend mit transparentem Klebeband verschlossen. Die endgültigen Abmessungen des Ziegels betragen 500 mm × 136 mm × 84 mm.
Nachdem die ersten Prototypen fertiggestellt waren, konzentrierte sich das Forschungsteam auf die Erprobung ihrer Leistungsfähigkeit, sowohl in Computersimulationen als auch im Labor. Bei der Belastung mit einer hydraulischen Presse erreichte der Aerobrick eine Druckfestigkeit von etwa 45 Megapascal (MPa) und übertraf damit alle derzeit auf dem Markt befindlichen Ziegel.
Hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit überschritt der mit Aerogel gefüllte Glasbaustein nicht 53 mW/(mK) und wies damit den niedrigsten bisher gemessenen Wert auf. Darüber hinaus lässt er den größten Teil des sichtbaren Lichtspektrums durch. Dank seiner hohen Leistungsfähigkeit und ästhetischen Eigenschaften könnte dieses Material somit einneues Bauelement für Fassaden werden.
Anwendungsfälle
Laut Forschern eignen sich Aerogel-Glasbausteine ideal für Räume, die aus Gründen der Privatsphäre, Sicherheit oder zur Vermeidung von Störungen keinen direkten Blick nach draußen ermöglichen sollen, aber dennoch diffuses Tageslicht hereinlassen. Das Team hebt ihren Nutzen vor allem in Bürogebäuden, Bibliotheken, Museen und anderen öffentlichen Räumen hervor.
Einer der Aerobrick-Ziegel in einer Industriepresse. Empa Omicrono.
Sie heben außerdem die Vielseitigkeit dieser Beleuchtungsart in Gebäuden hervor, in denen die optimale Nutzung von Tageslicht und die platzsparende Einsparung von entscheidender Bedeutung sind. Als Beispiel nennen sie dicht besiedelte Stadtviertel mit Hochhäusern und zahlreichen Wohnungen – eine Beschreibung, die auf die Zentren von Madrid, Barcelona oder jeder anderen Großstadt zutrifft. Darüber hinaus betonen sie die Vorteile, die diese Beleuchtungsart für die Gebäudenutzer und ihren zirkadianen Rhythmus haben kann. Damit meinen sie die physischen, mentalen und verhaltensbezogenen Veränderungen, die einem 24-Stunden-Zyklus folgen und maßgeblich vom Tageslicht gesteuert werden.
Im Hinblick auf einen gesunden Tag-Nacht-Rhythmus zählen dazu auch Einrichtungen wie Krankenhäuser und Pflegeheime sowie Zoos, Ställe und andere Tierzuchtbetriebe. Pflanzen, die kein direktes Sonnenlicht benötigen, profitieren ebenfalls stark von Gewächshäusern, die mit dieser Art von Ziegeln gebaut werden.
Abbildung einer tragenden Wand aus Aerobrick. Empa Omicrono.
Während sie nun auf die Patentgenehmigung und potenzielle Industriepartner warten, sind die Manager von Aerobrick sehr stolz auf eine Lösung, die leichte, dünne und energieeffiziente Außenwände ermöglicht: „Wir glauben, dass mit Aerogel gefüllte Glasbausteine mehr Licht durch die Gebäudehülle in die Gebäudeinnenräume bringen und gleichzeitig die Gesundheit verbessern und dazu beitragen können, die für Beleuchtung und Heizung benötigte Energie zu sparen.“.
Quelle: https://www.elespanol.com/omicrono/.
