Neuartiges Wohnhaus mit innovativer Gebäudetechnik

Der Aufbau von Häuserwänden per 3D-Drucker verändert die Prozesse am Bau. Das gilt auch für die Realisierung der Wärmeversorgung per oberflächennaher Betonkerntemperierung. Die Heizregister wurden bereits beim Hersteller der Deckenelemente in diese eingegossen. Der Beitrag stellt Wärmekonzept und Prozesse beim Druck des Einfamilienhauses in Beckum vor.

Ende Juli dieses Jahres wurde in Beckum ein zweigeschossiges Einfamilienhaus mit rund 160 m² Wohnfläche fertiggestellt. Für dieses erste Gebäude, das in Deutschland von einem 3D-Betondrucker gedruckt wurde, erhielten die Bauverantwortlichen aus dem Förderprogramm „Innovatives Bauen“ des Landes Nordrhein-Westfalen 200 000 Euro. Bis Ende 2022 ist das Haus ein Musterhaus.

Für die Erstellung des innovativen Gebäudes wurden die Bauprozesse angepasst. So wurden außer den Wänden auch die Abmauerungen für Dusche und Badewanne sowie ein Kamin im Erdgeschoss mit gedruckt. Zum Einsatz kam ein Portaldrucker: Bei diesem bewegt sich der Druckkopf über drei Achsen auf einem fest installierten Metallrahmen. Bedient wurde der Drucker von lediglich zwei Personen. Der Druckkopf und die Druckergebnisse wurden per Kamera überwacht. Für 1 m([a-z])([0-9])m² Wand benötigte der Drucker rund 5 Minuten, dabei berücksichtigte er bereits die später zu verlegenden Leitungen und Anschlüsse.

Die Konstruktion des Hauses besteht aus dreischaligen Wänden, die mit Isoliermasse verfüllt wurden. Durch diese Bauweise wurde Zeit eingespart. Zudem verringert sich der Ressourcenverbrauch im Vergleich mit anderen massiven Wandkonstruktionen. Z. B. wurde durch die präzise Platzierung des Druckmörtels nur etwa die halbe Materialmenge für die Wände benötigt.

Die Geschossdecken wurden mit Fertigelementen realisiert, die vorab geplant und passgenau einzeln gegossen worden waren. Die Verlegung vor Ort erfolgte Einzelelement für Einzelelement.

Architekt Waldemar Korte plante das innovative Gebäude als KfW-Effizienzhaus 55. Das Heizsystem besteht aus einer Luftwärmepumpe und einer Lüftungsanlage, die über thermisch aktivierte Betondeckenelemente energieeffizient und mit hohem Wohnkomfort betrieben wird. Im 3D-Haus ist eine hocheffiziente Split-Luft / Wasser-Wärmepumpe (Coefficient of Performance bis zu 5,0 – nach EN 14511 bei A7/W35 °C) mit geringen Vorlauftemperaturen eingesetzt. Heizregister in den Deckenelementen erwärmen diese auf bis zu 26 °C an der Oberfläche. Die Energie wird als Wärmestrahlung abgegeben und erwärmt die Luft im Raum sowie den Boden und die Wände, die Möbel und alle Gegenstände. Die Lufttemperatur kann bei dieser Art von Beheizung aufgrund der gleichmäßigen Wärmestrahlung der Raumumfassungsflächen ca. 3 °C niedriger liegen als bei Konvektionsheizungen – das Thermometer zeigt 20 °C, und es fühlt sich an wie 23 °C. Das Kühlkonzept sieht eine passive Kühlung mittels Kühlregistern vor. Dabei wird die Kühllast überwiegend mittels Strahlung abgeführt, was die Zugluft im Raum auf ein Minimum reduziert. Dies fördert das Wohlbefinden und spart rund 18 % Energie.

Oberflächennah integrierte Rohrregister in Fertigteildecken

Auch bei der Herstellung der teilvorgefertigten Elementdecken waren neue Prozesse erforderlich. Die Heizregister „aquatherm black system“ aus korrosionsresistentem Kunststoff Polypropylen wurden bereits in die Deckenplatten mit eingegossen. Hersteller der Klimadecken war die B. Lütkenhaus GmbH in Dülmen, ein Mitglied der SySpro-Gruppe Betonbauteile, einer Qualitätsgemeinschaft von innovativen Unternehmen der Fertigteilindustrie. Die Heizregister ferigte aquatherm in Größen von 24 cm x 60 cm bis 48 cm x 500 cm im Werk in Attendorn.

Ihre Anzahl wurde für jedes Deckenelement individuell errechnet. Standardmäßig wurden alle Systemkomponenten einschließlich Teilanschlussverrohrung bereits im Werk mit Druckluft befüllt und mit einem optischen Dichtheits-Kontrollsystem ausgestattet. So mussten die Register bei der Firma Lütkenhaus nur noch in die zu gießenden Fertigteildecken eingelegt werden. Platziert wurden sie unmittelbar auf der unteren Bewehrungslage zwischen den Gitterträgern. Die Herausforderung lag hier in einer exakten Bemessung der Gitterträger, sodass die Heizregister dazwischen gelegt werden konnten. Darüber wurde eine etwa 2,5 cm dicke Betonschicht gegossen, dabei konnte die Dichtheit der Register jederzeit am Kontrollsystem überprüft werden. Aus der fertigen Deckenplatte ragten oben noch die Anschlüsse für Vor- und Rücklauf. Die beschriebene Konstruktion ermöglicht es den Bewohnern, im Haus bedenkenlos Lampen zu installieren oder C-Profile von Trockenbauwänden zu befestigen.

Die verlege- und anschlussfertigen Deckenelemente wurden von Dülmen nach Beckum zur Baustelle transportiert. Dank ihres geringen Gewichts von 125 kg/m² konnten mehrere Deckenelemente auf einem Lastzug transportiert werden. Dabei und beim Einbau im Haus waren die Heiz-/Kühlregister unter der Betonschicht vor Beschädigungen gut geschützt. Die vorgefertigten Elemente ließen sich passgenau ineinanderfügen, was die Verlegezeit erheblich reduzierte. Auch weil das bauseitige Verlegen der Rohrsysteme entfiel, konnte Zeit eingespart werden. Die Verrohrung der Deckenplatten untereinander zu Heiz-/Kühlkreisen, sowie die Anbindung zum Heiz-/Kühlkreis oder Tichelmann-Verteiler, übernahm die Heinrich Kriener GmbH & Co. KG aus Beckum.

Hohe Heiz- und Kühlleistungen

Insgesamt sind im Haus 97,4 m² Register verbaut. Dies entspricht einer Belegung im Objekt von rund 60 %. Diese geringe Fläche reicht aus, um das Gebäude effektiv zu beheizen und zu kühlen. „Durch den funktionellen Aufbau des aquatherm black system mit geringem Verlegeabstand und harfenförmigem Aufbau kann im Heiz-sowie Kühlbetrieb die thermische Energie gleichmäßig und effizient übertragen werden“, erklärt Marius Bock, Produktmanager von aquatherm black system. „Indem Röhrchen parallel zueinander durchströmt werden, erzielt das System einen geringen Druckverlust. Durch die so erzielte hohe Flächendichte/m([a-z])([0-9])m² kann das System mit niedrigeren Vorlauftemperaturen als konventionelle Heiz- bzw. mit höheren Vorlauftemperaturen als andere Kühlsysteme betrieben werden. Durch die schnelle Reaktionsfähigkeit des Systems ermöglicht dieses einen besonders effizienten und energiesparenden Betrieb, auch unter wechselnden Bedingungen.“

www.aquatherm.de

Projektbeteiligte 3D-Haus: 

• Planung: MENSE-KORTE ingenieure+architekten, Beckum
• Bauherr: Hous3Druck UG
• Architekt und Bauleiter: Waldemar Korte
• Betondrucker: Portaldrucker Typ „BOD2“, Peri GmbH
• Spezialbeton: „i.tech 3D“, italcementi (HeidelbergCement)
• Betonguss der Klimadecken: B. Lütkenhaus GmbH, Dülmen, Mitglied der SySpro-Gruppe Betonbauteile
• Kühl- und Heizelemente: „aquatherm black system“, Projektierung: aquatherm gmbh