Im Verbundvorhaben Eta-Fabrik sollen wirtschaftlich erschließbare Energieeffizienzpotenziale für produzierende Unternehmen identifiziert werden. Durch die Entwicklung von innovativen Einzeltechnologien und die technische Integration und Vernetzung dieser mit einem pilotartigen Fabrikgebäude soll der Energiebedarf in der industriellen Fertigung um 40Prozent gesenkt werden. In Teilprojekt (TP) 1 soll ein Konzept zur Simulation des Energieverbrauchs und der Energieflüsse in der energieeffizienten Fabrik entwickelt werden. TP 2 beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie Energieverbrauchsdaten in der Fertigung erfasst, zu Kennzahlen aufbereitet und dargestellt werden können. Durch Verarbeitung in einem zentralen Datenserver, dienen die Informationen auch zur Steuerung der Energieflüsse. In den TP 3, 4 und 5 werden Energieeffizienzmaßnahmen an den Fertigungsmaschinen selbst erarbeitet. Die Vorbereitung zur energetischen Vernetzung zwischen den Maschinen und zur Gebäudeausrüstung stellt die Grundlage für weitere Optimierungen dar. Ziel der jeweiligen TP ist die Entwicklung und der Aufbau von Demonstratormaschinen in den jeweiligen Bereichen. Inhalt von TP 7 ist die Entwicklung eines übergreifenden Konzeptes zur thermischen Interaktion zwischen der Prozesskette, der Gebäudetechnik und dem Fabrikgebäude. In TP 8 werden innovative Fassadenelemente, basierend auf ultrahochfestem Beton und Schaumbeton entwickelt und mittels Kapillarrohrmatten thermisch aktiviert.
Beton-3D-Druck nach dem CONPrint3D®-Verfahren ist eine kontinuierliche, schalungsfreie Bautechnologie nach dem Prinzip der additiven Fertigung, die wirtschaftliche Errichtung von Bauwerkstrukturen unter Baustellenbedingungen ermöglicht. Das Projekt beschäftigte sich mit der Erweiterung des Verfahrens auf Schaumbeton mit dem Ziel, die Grundlagen einer Technologie zur Erstellung tragender Wände zu entwickeln.
Schaumbeton zeichnet sich durch geringe Rohdichte und gute Wärmedämmeigenschaften aus. Dies soll zu folgenden wesentlichen Vorteilen gedruckter Schaumbetonwände führen: - Kontinuierliche und schalungsfreie Fertigung mit geringem Personalaufwand, schnellen Ausführungszeiten und niedrigen Baukosten (direkt auf der Baustelle oder im Fertigteilwerk); - Verhältnismäßig geringer Masseeintrag in die Gebäudekonstruktion bei ausreichender statischer Tragfähigkeit der Schaumbetonwände; - Einhaltung der gesetzlichen Regelungen des Wärmeschutzes: Bei hinreichender monolithischer Wandstärke Verzicht auf zusätzliche Wärmedämmung; und dadurch - Erheblich vereinfachtes Recycling nach dem Nutzungsende des Bauwerks.
Die wissenschaftlich-technische Zielstellungen waren: - Entwicklung eines Schaumbetons, der 1) pumpbar ist bzw. direkt am Druckkopf geschäumt werden kann, 2) eine ausreichende Grünstand- und Frühfestigkeit für die schalungsfreie Ausformung aufweist bzw. 3) zum schnellen Erstarren angeregt werden kann, 4) weitgehend raumbeständig erhärtet, 5) im erhärteten Zustand hinreichend tragfähig für konstruktive Anwendungen im mehrgeschossigen Wohnungsneubau ist, und 6) eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist; - Entwicklung eines Druckkopfes zum 3D-Druck des Schaumbetons; - Aufzeigen der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Schaumbeton-Drucktechnologie.
Diese Projektziele wurden in folgenden Teilschritten umgesetzt:
- Entwicklung der druckbaren Schaumbetone: 1) Design hochfester Feinmörtel als mineralische Komponente für die Schaumbetonproduktion anhand granulometrischer Optimierung des Kornhaufwerks und Anpassung des Wasseranspruchs, 2) Entwicklung von Schäumen auf Basis eines synthetischen Tensids bzw. eines proteinbasierten Schaumbildners, 3) Schaumproduktion und getrennte Mörtelherstellung mit anschließender Aufschäumung der mineralischen Matrix, 4) Steuerung von Ansteifen und Erstarren sowie der Erhärtungskinetik; - Design und Umsetzung eines Druckkopfes für Schaumbetone; - 3D-Druck von Schaumbetonen in der Laboranlage gemäß dem CONPrint3D®-Verfahren; - Untersuchungen zum Schäumen des Feinmörtels direkt am Druckkopf, wobei eine grundsätzlich andere Mischtechnik verwendet wurde; - Rheologische Charakterisierung und Prüfung der Stabilität der 3D-gedruckten Schaumbetonwände, Charakterisierung von phys. und mechanischen Eigenschaften des erhärteten Schaumbetons; - Lebenszykluskostenanalyse zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit und Life Cycle Analysis zur Bewertung ökol. und soziologischer Aspekte des Schaumbeton-3D-Drucks im Wohnungsbau (gekürzt)