Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBPInnovative Textilien und Funktionsmembranen für energetisch optimierte Fassadensysteme
In der Textilindustrie gibt es eine Vielzahl Hightech-Produkte, die auch für bauphysikalische Fragestellungen Lösungen bieten können, die herkömmliche Systeme nicht oder nur eingeschränkt haben. Zu nennen wären bekannte Produkte aus dem Outdoorbereich, die einen guten Regenschutz mit extremer Diffusionsoffenheit kombinieren oder die dauerhaft schmutzabweisend vergütet sind sowie antimikrobiell ausgerüstete Fasern. Textilien können auch die Beständigkeit selbst hochwertiger Außenputze übertreffen. In diesem Zusammenhang ist die enorme Dehnfähigkeit der Textilien als weiterer Vorteil zu nennen. Typische Probleme von Putzfassaden, wie die Rissbildung durch thermisch oder hygrisch bedingte Spannungen, sind bei textilen Materialien nicht zu erwarten. Die derzeit gängigste Dämmmaßnahme zur energetischen Sanierung im Bestand ist der Einsatz von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS). Das Ziel der Untersuchungen besteht darin, die Möglichkeiten zum Ersatz des konventionellen Putzes beim WDVS durch ein entsprechend modifiziertes Textil herauszufinden.
Textilauswahl und Textilverbundaufbau
Schon bei der Auswahl eines geeigneten textilen Faserstoffes als Basis- oder Trägermaterial für die verschiedenen Modifikationen gilt es, die gewünschten Eigenschaften des zukünftigen Gesamtaufbaus zu berücksichtigen. Diese hängen maßgeblich vom verwendeten Faserrohstoff, von der Art des Flächenbildungsprozesses und von der Oberflächenveredlung ab. Dabei soll der textile Verbundaufbau die Anforderungen für konventionelle Putzsysteme übertreffen und die charakteristischen Vorzüge von Textilien für das neue Einsatzgebiet als Putzersatz in WDVS nutzen. In der folgenden Tabelle sind die dabei zu berücksichtigen Kriterien zusammengefasst.
Bei der Auswahl der textilen Verbundmaterialien wurde Wert darauf gelegt, dass sich die zu untersuchenden Varianten in ihren bauphysikalischen Eigenschaften soweit unterscheiden, dass unterschiedliches Anschmutzverhalten und differierende biologische Aktivitäten zu erwarten sind. Die Auswahl der unterschiedlichen Ausrüstungen für die textilen Fassadenelemente erfolgte mit dem Ziel, die textile Fassade in der Praxis vor Verschmutzung durch luftgetragene Schmutzpartikel wie Ruß, Pollen etc. und Biofilme, zum Beispiel Algen und ähnliches, zu schützen. Hierbei wurden sowohl in der Textilindustrie bewährte als auch neu entwickelte Ausrüstungen verwendet.
Hinsichtlich schmutz- und wasserabweisender Eigenschaften kamen zum einen konventionelle Fluorcarbonharze als etablierte Ausrüstungsvariante und zum anderen neue nanostrukturierte Ausrüstungen zum Einsatz. Letztere erzeugen eine hydrophobe Oberfläche mit großem Randwinkel. Als Alternative zu den hydrophoben Oberflächen erhielt eine Variante eine hydrophile und gleichzeitig photokatalytisch wirksame Oberfläche.
Die funktionelle Ausrüstung zur Verhinderung eines Biofilms an der textilen Fassade ist ebenfalls Bestandteil der Untersuchungen. In zwei unterschiedlichen Lösungsansätzen kamen einerseits verschiedene Biozide zum Einsatz, andererseits wurde versucht, durch infrarot-aktive Pigmente oder Latentwärmespeichermaterialien die nächtliche Betauung deutlich zu verringern und dadurch mikrobiellen Bewuchs zu verhindern. Insgesamt entstanden durch Kombination der Kriterien elf verschiedene textile Verbundvarianten als Untersuchungsobjekte.
Untersuchungen und Ergebnisse
Die Funktionalität der differenzierten textilen Verbundaufbauten wurde sowohl anhand ausgewählter Prüfverfahren im Labor als auch unter Freilandbedingungen auf dem Versuchsgelände in Holzkirchen getestet. Parallel zu den Funktionstests im Labor erfolgte die Materialkennwertbestimmung des textilen Gesamtverbundaufbaus als Grundlage für rechnerische Untersuchungen. Die Freilanduntersuchungen beinhalten neben der visuellen Bemusterung die messtechnische Erfassung von Temperatur, relativer Luftfeuchte und des Wärmestroms in zwei unterschiedlichen Konstruktionsebenen. Voraussetzung für eine objektive Beurteilung jedes neuen textilen Verbundwerkstoffes ist ein direkter Vergleich der elf textilen Systeme mit einem konventionellen WDVS-System, wobei der Konstruktionsaufbau für alle Prüfkörpervarianten identisch ist. Die umfangreichen Laboruntersuchungen erfolgten nicht nur an Mustern im Neuzustand, sondern eingeschränkt auch nach Ablauf unterschiedlicher Belastungszenarien (künstliche Bewitterung, Scheuerversuche usw.).
Die Ergebnisse lassen sich am anschaulichsten in einem Netzdiagramm darstellen, wie im Diagramm beispielhaft für ein unausgerüstetes Textil (T2) und ein besonders Erfolg versprechendes Textil mit IR-Pigmenten (T11), jeweils im Vergleich zu einem mineralischen WDVS, gezeigt ist. Die Bewertung nach einem Notensystem von eins bis sechs beruht auf einer eingehenden Würdigung der erzielten Ergebnisse aus den durchgeführten Untersuchungen und Berechnungen.
Ein sehr deutliches Ergebnis liefert die Prüfvariante T11, in der ein mit IR-Pigmenten augerüstetes Textil eingesetzt wurde. Dieses Produkt ist, bis auf das gleichwertige Austrocknungsverhalten, in allen Kriterien deutlich besser zu bewerten als das mineralische Vergleichsmuster des konventionellen WDVS. Das relativ schlechte Abschneiden des mineralischen Dünnputzsystems in Bezug auf die Witterungsbeständigkeit wird mit den starken Beschädigungen am Oberputz während eines Hagelsturms im Juni 2007 begründet, als die äußere Witterungsschicht dem Naturereignis nicht standhalten konnte.
Die detaillierten Prüfmethoden im Labor und Freiland sowie zusätzliche rechnerische Simulationen bestätigen also, dass das neue textile System durchaus eine geeignete Alternative zu konventionellen Systemen darstellt. Darüber hinaus bietet der textile Verbundwerkstoff des textilen WDVS Vorteile, die zum Beispiel ein mineralischer Putz zum Stand der Technik nicht bieten kann. Hervorzuheben sind hier die völlige Rissfreiheit aller untersuchten frei bewitterten Textilien. Zwei Proben sind auch nach mehr als drei Jahren Bewitterung noch völlig frei von mikrobiellem Bewuchs, was sich auch auf die messtechnisch ermittelten, wesentlich geringeren Betauungszeiten zurückführen lässt. Die durchgeführten Untersuchungen an den textilen Verbundaufbauten weisen die Eignung modifizierter Flächengebilde als äußere Witterungsschicht an Fassaden nach. An den Prüfkörpervarianten im Kleinmaßstab waren keine auffallenden Defizite feststellbar.
Diese Arbeit setzt somit einen Meilenstein für ein innovatives, zugleich funktionales textiles Fassadensystem. Mit den Variationsmöglichkeiten an eingesetzten Textilien eröffnen sich für zukünftige Anwendungen im Baubereich Einsatzmöglichkeiten mit nahezu beliebigen Eigenschaftsprofilen.