Beton als wandelbarer Werkstoff
Fertigteilplatte mit thermischer Aktivierung
Bernkastel-Kues (ABZ). – Der Werkstoff Beton zeigt sich über die Jahrzehnte als flexibler und wandlungsfähiger Werkstoff. Zu Beginn seiner Entwicklung erweist er sich in Verbindung mit eingebetteten Stahleinlagen als leistungsfähiger Verbundwerkstoff zur Herstellung von Konstruktionen aller Art. Die Verwendung von vorgespannter Bewehrung ermöglicht schlanke und weitgespannte Konstruktionen. In den letzten Jahren wird seine thermische Speicherfähigkeit nach Angaben der Innogration GmbH zusätzlich für die Klimatisierung der Gebäude und zur Energiespeicherung genutzt. Den Experten für die Entwicklung von innovativen Produkten im Bauwesen zufolge hat die Erweiterung der Aufgaben des Werkstoffs Beton zu innovativeren, multifunktionaleren Bauteilen geführt.
Am Beispiel einer weitgespannten Hallenkonstruktion zeige sich die gesamte Leistungsfähigkeit dieser multifunktionalen Bauteile: Die weitgespannte Halle dient sowohl als Lager als auch zur Kommissionierung. Zur Erzielung einer max. möglichen Flexibilität musste die Decke der Halle ohne Stützen frei über 20 m weit spannen. Bei einer Gesamthöhe von 10,34 m wurden zwei Ebenen vorgesehen. Da in der Halle für die Zusammenstellung von Waren Menschen arbeiten, musste die Halle auch geheizt werden. Das große Volumen der Halle sollte durch eine möglichst energieeffiziente Weise erwärmt werden. Die Voraussetzungen für dieses Gelingen liefern die Betonbauteile Decke und Wand, die als Energiespeicher und zugleich für die Verteilung der Energie eingesetzt werden. Die Wän-de wurden als vorgefertigte Thermowände angeliefert und montiert. Die äußere Hülle verbleibt in Betonoptik und gleichzeitig isoliert die werkseitig eingebaute Dämmschicht zwischen der Vorsatzschale und dem tragenden Betonquerschnitt.
Auch die Innenseite zeigt sich in klassischer Betonoptik und wirkt Innogration-Informationen zufolge als passiver Energiespeicher: Sobald der Beton die gewünschte Innenraumtemperatur erreicht hat, gleicht dieser Speicher auffällige Schwankungen aus und ermöglicht eine weitgehend gleichmäßige Innenraumtemperatur. Die Deckenelemente stellen den mit Wasserrohren bestückten und aktiven Betonspeicher dar. Die Konzeption dieses multifunktionalen Bauteils bedingt eine integrale Planung von Tragwerk und der thermischen Aktivierung. Weitgespannte Betonplatten müssen ein geringes Eigengewicht aufweisen, was nur mit einem aufgelösten Querschnitt bestehend aus dünner Platte und Rippen (?-Platte) möglich ist. Weiterhin kann die gewünschte Leistungsfähigkeit der Platte nicht ohne Vorspannung erreicht werden. Die über Platte und Rippen verteilte Betonmasse muss komplett thermisch aktiviert werden. Alleine die Rippen tragen mit ca. 43 % zur gesamten Masse bei. Außerdem bieten die Rippen den größten Anteil an Oberfläche, um die gespeicherte Energie an den Raum abzugeben (Kühlrippeneffekt). Diese Randbedingungen erfordern einen anteilmäßigen Einbau von Leitungen auch in den Rippen.
Das wiederum sei aufgrund der Bewehrungsverhältnisse von Bügel, Längsbewehrung und Spannstahl nicht ganz einfach: Das hier eingesetzte Konzept für die Bemessung der Bewehrung erlaubt optimale Verhältnisse für den Einbau der Leitungen in den Rippen, was nur durch den Verzicht einer schlaffen Längsbewehrung erreicht werden konnte. Das allerdings bedingt eine spezielle Auslegung der Vorspannbewehrung, die sowohl für die Tragfähigkeit gebraucht wird, aber auch auf die Mindestbewehrung anzurechnen ist. Bei diesem Konzept verbleibt ausreichend Platz in der Rippe, so dass mehrere Rohrleitungen dort einbaubar sind und sich an den Bügelschenkeln befestigen lassen. Das bedingt den getrennten Einbau der Rohrleitungen jeweils in den Rippen und in der Platte. Anschließend werden beide Rohrkreisläufe werkseitig und vor dem Betonieren mit Pressverbindungen zu einer Einheit verbunden. Der gleichmäßige Anteil von Rohrleitungen innerhalb der gesamten Betonmasse des Querschnitts gewährleistet nach Innogration-Angaben eine effiziente Beladung des Betonspeichers, aber auch die wirkungsvolle Abgabe der thermischen Energie über die Oberflächen von Platte und Rippen – was zu einer hohen Leistung des ?-förmigen Querschnitts führt. Mit diesem Querschnitt seien sehr hohe thermische Leistungen erzielbar. In dieser Kombination präsentiere sich die ?-Platte als optimierte Tragkonstruktion und zugleich als optimierter thermischer Speicher. Die vorgefertigte Platte mit integrierter Bauteilaktivierung kann in dieser Konstellation neue Maßstäbe setzen, verbunden mit einem neuen Rekord. Denn: Bislang wurden keine weiter gespannten Betonplatten mit Bauteilaktivierung gefertigt. Weitere Rekorde konnten bei dem Transport und bei der Montage erzielt werden: Gleich zwei Platten à 24 t wurden von einem Fahrzeug transportiert. Die Platte mit einer Fläche von 50 m² erlaubt auch schnelle Montagezeiten. So habe die Fläche von 600 m² für ein Geschoss mit zwölf Platten innerhalb von 5,5 Std. verlegt werden können. Eine frühzeitige und hinsichtlich der einzelnen Gewerke integrale Planung ermögliche auch neue und innovative Anwendungen: Z. B. war es möglich, für die Spannweite von 20 m eine schlanke Betonkonstruktion umzusetzen, die auch hinsichtlich der thermoaktiven Speicherung neue Maßstäbe setzt.
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