HarKun Bau- und Wandelementbeschreibung
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BAUEN MIT HarKun INNOVATIVES HOLZFACHWERK Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise HarKun - Wohnhaus im Garten Information für Freunde des Bauens mit Naturmaterialien am Beispiel eines Musterhauses, erbaut von Benno Hartmann-Walk Abb. 1: HarKun - Musterhaus: Frontansicht der Südseite mit Veranda HarKun Baubiologie / Benno Hartmann-Walk e.K. Verkauf von ökologischen Baustoffen, Naturfarben, Tapeten, Parkett, Kork, Linoleum, Teppichboden und aller Lehmbaustoffen, sowie Ausführung sämtlicher Verlege- u. Malerarbeiten. Werkzeug und Maschinenverleih für Heimwerker. Baubiologische Beratung für Architekten, angehende Bauherren und interessierte Handwerker. Seminare zum ökologischen Bauen mit Naturmaterialien. Kontakt Benno Hartmann, Münsterstr. 59, 48231 Warendorf, [email protected], Mobil: 0160-92220969 Internet: http://HarKun.de, Facebook: https://www.facebook.com/harkun.de/ 2 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Inhaltsverzeichnis 1. HarKun - Wohnhaus im Garten.....................................................................................4 1.1 Vorgeschichte..........................................................................................................4 1.2 Vorüberlegungen der experimentellen Konstruktion...............................................4 2. HarKun-Wandelemente.................................................................................................4 2.1 Baubeschreibung.....................................................................................................4 2.2 Ausführung Dach.....................................................................................................4 2.3 Ausführung Heizung................................................................................................4 2.4 Konstruktionsprinzip................................................................................................6 2.5 Übliche Wandelemente / Standards der bislang gebräuchlichen Technik..............7 2.6 Die alternative Neuerung.........................................................................................8 2.6.1 Referenz: Prüflabor FH - Köln..........................................................................8 2.7 Fakten zum Wärmedurchgang................................................................................8 2.8 Ausführung der Dämmung......................................................................................9 2.9 Ausführung der Fassade.........................................................................................9 3. Ökologisch Bauen........................................................................................................10 3.1 Ökobilanz - Kostenbilanz.......................................................................................10 3.2 Diffusionsoffener Wandaufbau..............................................................................10 3.3 Unterschiede: ökologisches Baumaterial / synthetisch-industrielle Baustoffe......11 3.4 Ein Wort zum ökologischen Fußabdruck...............................................................11 3.5 Neue Optionen ökologisch orientierter Baustoffwahl............................................12 3.6 Klimazonen und lokale Ressourcen......................................................................13 Anhang.............................................................................................................................14 CAD-Entwurf................................................................................................................14 Benno Hartmann-Walk................................................................................................15 Literatur / Quellen............................................................................................................16 3 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise 1. HarKun - Wohnhaus im Garten 1.1 Vorgeschichte Das auf dem Titelblatt abgebildete Gebäude ist 2014 in einer innovativen Holzfachwerkbauweise geplant und frei gestaltet worden. Die praktische Umsetzung entstand im gleichen Jahr in einer münsterländischen Ortschaft, Es demonstriert als eine Art Referenzobjekt / Musterhaus eine Nutzung als Wohngebäude in einem Garten. 1.2 Vorüberlegungen der experimentellen Konstruktion Die Erstellung des Gebäudes erfolgte künstlerisch, dass bedeutet ohne Bauzeichnung und Planung. Folgendes wurde jedoch angestrebt: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Ein intuitives Gestalten der Gebäudehülle Die Verwendung natürlicher Baumaterialien Eine möglichst diffusionsoffene Bauweise alle Außenbauteile die Möglichkeit, das Gebäude wieder einfach zu demontieren (u. transportieren) Den Innenraum während der Lebensphasen umgestalten zu können den Energieverbrauch zu minimieren eine Nutzung intuitiv und eigenständig ohne komplizierte Technik eine kostengünstige und nachhaltige Bauweise eine flexible und doch industrielle und / oder handwerkliche Erstellung Diese Bedingungen wurden durch die Realisierung umgesetzt und lassen die Aussage zu, dass baubiologische Gebäude erstellt werden können, die mit modernen und technisch aufgerüsteten Systemen konkurrieren können. 2. HarKun-Wandelemente 2.1 Baubeschreibung Gebäude mit Wandelementen aus Konstruktionsvollholz (Kvh 40/60mm) Acht Wandelemente stehen auf einem Fundament aus vier 30 cm starken Holzelementen, die unterlüftet sind. Statt Plattenmaterialien sind diagonale Versteifungen in das Fachwerk eingebaut. Die 24 cm tiefen Hohlräume der Elemente sind wie die Fundamentelemente mit Holzleichtlehm 300 kg/cbm verfüllt. In die Holzrahmen der Wanddurchbrechungen sind vier gebrauchte 60 Jahre alte Kiefernfenster mit Einfachverglasung montiert. Das Gebäude ist über eine Veranda durch eine zweiflügelige Werkstatttür zu betreten. Es besteht aus einem Raum mit ca. 40 m² Grundfläche. 2.2 Ausführung Dach Das gewölbte Dach ist aus vier Holzelementen zusammengesetzt, die durch einen Ringanker mit den Außenwänden verbunden sind. Es ist erstellt mittels eines Geflechtes aus gekämmten Kvh 40/60 Hölzern im 30 x 30 cm Raster (vgl. Abb. 2 + 3). Eine kreuzweise verschraubte Dachschalung aus Glattkantbrettern 18/95 mm gibt der Dachkonstruktion die nötige Festigkeit. Eine zweite unterlüftete Holzschalung mit Bitumenbahnenabdichtung schützt die Dämmschicht vor der Witterung. Alle Außenseiten des Gebäudes sind diffusionsoffen und gewähren einen allseitigen Luft- und Gasaustausch. Die Baumaterialien sind Holz, Lehm und Hanf. Metalle sind lediglich als Schrauben und Scharniere verwendet worden. 2.3 Ausführung Heizung Zum Beheizen steht ein kleiner 4 KW Holzofen zur Verfügung. Die Abgase werden über einen doppelwandigen Edelstahlschornstein nach außen abgeführt. 4 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Abb. 2: Innenansicht der Fachwerkonstruktion und des Unterdaches Abb. 3: Dachkonstruktion mit Holzschalung 2.4 Konstruktionsprinzip Leichtes, Lasten tragendes und querversteiftes Holzfachwerk, das besonders für eine diffusionsoffene Bauweise geeignet ist. Mehrere Ebenen werden durch Verschrauben der Holzlatten in senkrechter und diagonaler Richtung erzeugt. Prinzip: Die Abstände der Hölzer bestimmen die Festigkeit und Dicke der Konstruktion. Ein umlaufender verschraubter Rahmen verbindet die Steher und erzeugt eine Flächenbegrenzung. 5 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Abb. 4 + 5: Lasttragendes Wandelementfachwerk aus Konstruktionsvollholz (Kvh 40/60mm - Holzlatten) 2.5 Übliche Wandelemente / Standards der bislang gebräuchlichen Technik Der Holzrahmen- oder Holzständerbau ist zur Zeit eine gebräuchliche Baukonstruktion im Bereich Einfamilienhäuser, kleiner Gebäude und An- und Aufbauten an bestehenden Bauwerken. Dabei werden Vertikale Steher oder Stützen und zwei horizontale Balkenlagen aus Holz in Stärke der Dämmschicht (180 bis 300mm) mittels Metallverbindern verbunden. Die Steher sind zu einem Raster befestigt, das die effektive Beplankung der Hölzer zu einer Wandfläche ermöglicht. Um Kältebrücken zu reduzieren werden immer häufiger Doppel-T-Träger verwendet. Wandelemente im heute üblichen Holzständerbau benötigen zur Aussteifung gewöhnlich Plattenwerkstoffe wie OSB-, Sperrholz- oder Holzfaserplatten, die eine Diffusion hemmen, sowie Windrispenbänder aus Metall mit Spannvorrichtung oder eine Diagonalverschalung. Metallbänder sind anfällig für Kondensat und bei häufigen Wanddurchbrechungen nicht geeignet. Bei Verwendung von Plattenmaterialien sind zudem Baufolien, Baupapiere und Klebebänder sowohl für die Winddichtigkeit als auch zum Ausgleich für das unterschiedliche Diffusionsgefälle der Wandkonstruktion notwendig, um Kondensat in der Dämmung zu verhindern. Trotzdem zeigt sich negativ, daß Luftfeuchte selbst bei synthetischen Dämmstoffen wie Styropor, Polyurethan, Mineralwolle, etc. in die Dämmschicht vordringt. Die Folge: wegen fehlender Kapillarität führt dieser Vorgang langfristig zur Durchfeuchtung der genannten Materialien. Die verwendeten Folien und Dichtungsbahnen sind gewöhnlich aus Kunststoffen hergestellt, und regulieren die Feuchte durch Dampfdiffusion und nicht kapillar. Durch unterschiedliche Dampfbremsschichten wird die Kapillarität des Dämmstoffes unterbrochen. Wasser kann lediglich als Gas die Ebene passieren. Der Einbau von feuchten Materialien ist daher sehr, sehr bedenklich. Die Winddichtigkeit der Folie bremst den Gasaustausch, sodass ein Luftwechsel durch die Wand kaum stattfindet. Die Dämmung ist zwar durch die Winddichtigkeit in ihrem Dämmwert geschützt, die wechselnde Luftbewegung, ein „Atmen“ zwischen Außen und Innen wird jedoch unterdrückt. Zugespitzt formuliert: der Hausbewohner sitzt nach dem Bezug seiner Wohnung in einer Art „Plastiktüte“... Denn üblicherweise wird in diesem Zusammenhang innen eine Installationsebene zusätzlich montiert, um die empfindlichen Außenwandschichten nicht zu verletzen. Doch wie bei einem Kettenglied immer das schwächste Glied die maximale Tragkraft bestimmt, so bestimmt hier die diffusionsdichteste und jegliche Kapillarität unterbrechende Schicht die Dampf- und Feuchtetransportgeschwindigkeit. Durch diese Konstruktionsart wird der errechnete theoretische Dämmwert in der Praxis nicht erreicht, denn bei der Erfassung des tatsächlichen Gesamtenergieverbrauches 6 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise schlägt der Lüftungsbedarf erfahrungsgemäß mit etwa 30% der Energiekosten zu Buche. Darum wird beim heute üblich gewordenen Bauen beinahe immer dem Bauherren der Einbau einer zusätzlichen - und damit kostensteigernden - kontrollierten und durch Sensoren geregelten Lüftung mit Wärmerückgewinnung empfohlen. 2.6 Die alternative Neuerung Wie aus Abb. 3-5 ersichtlich, ermöglicht die Verwendung von kleinen Holzquerschnitten und die einfache Verschraubung oder Vernagelung gerade und gebogene Formen bei geringem Holzverbrauch und Verschnitt. Statische Prüfungen der HarKun-Elemente an der FH-Köln erlauben die Aussage, dass sogar die Herstellung eines mehrgeschossigen Gebäudes mit unseren Wandelementen möglich ist. (vgl. M. Dümmer, Köln 2014) Durch Veränderung der Holzquerschnitte oder der Anzahl der Steher kann die Tragfähigkeit der Konstruktion um ein mehrfaches gesteigert werden. Daher kann die Frage, ob unser Konstruktionsansatz alle elementaren Gebäudebelastungen (Drucklasten, Verwindungssteifheit, Scheerkräfte, Statik, etc.) gewährleistet, eindeutig mit Ja beantwortet werden. Es kann tatsächlich auch mit relativ kleinen Holzquerschnitten (Kvh 40x60mm) eine hohe Standfestigkeit erzielt werden. 2.6.1 Referenz: Prüflabor FH - Köln Bei den Prüfungen an der Fachhochschule Köln, durchgeführt durch die Prüfingenieure Prof. Dr.-Ing. Ansgar Neuenhofer und Prof.Dipl.-Ing. Hannelore Damm, sowie dem Bauingenieur Martin Dümmer (vgl. Lit.-verzeichnis) konnte das von uns zur Verfügung gestellte HarKunWandelement von 3,00m Höhe, 2,20m Breite und 0,24m Dicke aus Konstruktionsvollholz Fi/Ta alle Erwartungen der Prüftechniker - man vermutete maximal ca. fünf Tonnen Drucklast - weit übertreffen. Es zeigte sich: Erst ein Pressdruck von 35 Tonnen auf die HarKun-Konstruktion führte schließlich zum Nachgeben bei einer Durchbiegung von ca. 0,40m. Das Prüfstück blieb aber trotz der enormen Druckkräfte unbeschadet und ging nach Anheben des Druckstempels sogar wieder exakt in seine Ausgangsform zurück. Ein solches Prüfergebnis lässt daher durchaus positive Aussagen zur Erdbebensicherheit zu. 2.7 Fakten zum Wärmedurchgang Wie in der Schnittbilddarstellung (vgl. Abb. 6) deutlich ersichtlich, ist durch den Versatz der einzelnen Ebenen der Wärmedurchgang durch das HarKun-Wandelement gleichmäßig verteilt. Er ist durch die gesamte Konstruktion kaum geschwächt wie bei einer durchgehenden Balkenlage mit geringerem Dämmwert. Die einzelnen Stützen sind hauptsächlich in Dämmmaterialien eingebettet. Es besteht die Möglichkeit unterschiedliche Dämm- und Massespeicherschichten anzuordnen je nach klimatischen Verhältnissen. Zudem können Dämmmatten und Schüttgut miteinander kombiniert werden. Im Speziellen besteht die Möglichkeit Dämmung und Putzträger in einem Arbeitsgang zu installieren. Bei Verwendung von Naturmaterialien ist dabei die ideale Kombination von Diffusion der Gase und Kapillarität der Feuchte zu erzielen. Die Erfahrungen im Strohballenbau zeigen auf, dass unter Verwendung einer derartigen Konstruktion die Wärmeverluste durch Lüftungsbedarf auf ein Minimum reduziert werden. So ist zu erklären, wie ohne Lüftungsanlagen und Dreifachverglasungen bei geringerem rechnerischen Dämmwert von ca. 0,15 W/m²K der Gebäudehülle der Passivhausstandard erreicht werden kann. 2.7.1 Exkurs: Passivhaus Dazu darf angemerkt werden, dass die Bezeichnung „Passivhaus“ im Grunde genommen verschleiert, wie viel Energie und zur Herstellung, Unterhaltung und Entsorgung für 7 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Lüftungsanlagen, Solarer Photovoltaik, elektronischer Steuerung, Synthetischer Dämmstoffe und die Erhaltung und Pflege gedämmter Putzfassaden erforderlich ist. Vom finanziellen Aspekt aus betrachtet, wird zudem der von einer Photovoltaikanlage, einer thermischen Solaranlage und entsprechender Heizkessel oder Erdwärme entnehmender Heizsystheme eine Unterstützung durch andere Menschen in Form von Steuer und Stromendgeld erzielt. Diese Gelder werden ebenfalls mit Energie erwirtschaftet. Unterberücksichtigung der Herstellungsenergie und der Erstellungskosten liegt diese Konstruktion sogar vor dem wirklichen Energieverbrauch eines Passivhauses, dass einige Jahre bewohnt werden muss, um mit der Energiedifferenz aus den Ersparnissen während der Nutzungszeit eine Belüftungs- und Energie produzierende Anlage erstellen zu können. 2.8 Ausführung der Dämmung Weitere Vorteile eines Bauens mit HarKun-Wandelementen zeigen sich, wenn es um die heute so zentrale Frage nach der Wohnhaus-Dämmung geht: Beim Einsatz der HarKun-Einzelelemente ist das Befüllen der Dämm- und Trägerschicht durch einfaches Schütten leicht und zügig zu erreichen. Das begünstigt die zeit- u. kostensparende (halb-)industrielle Vorfertigung. Die dazu benötigte Schalung kann wegen der geringen Abstände der Hölzer mit dünnen Vliesen, Schilfrohrmatten, Weidengeflecht, Putzträgergewebe, Lehm- oder Holzwolle-Leichtbauplatten oder Strohmatten versehen werden, die gleichzeitig als Putzträger Verwendung finden. Selbst der Einbau von erdfeuchtem Material wäre wegen fehlender Dampfbremsen und Sperrschichten durchaus möglich. Besonders geeignet sind deshalb Naturbaustoffe wie Holzspäne, Hanf, Flachs, Schilfrohr, Gräser, Stroh und andere Pflanzenfaserstoffe als Rohstoffe in Verbindung mit etwas Lehm. (Vgl. Schnittbild-Schema; Abb. 6) Die Winddichtigkeit wird durch die Verdichtung als Dämmfüllung und durch die Putzschichten erreicht. Ähnlich dem beim Strohballenbau sind die innere und äußere Putzschicht die Ebenen für Winddichtigkeit zugleich aber sehr kapillar, dampf- und luftdurchlässig. Bleibt noch anzumerken: anders als im Strohballenbau ist die HarKun-Konstruktionsweise sehr flexibel und nicht von vorne herein an ein bestimmtes Raster gebunden, wie es die vorgegebenen Maße von Strohballen mit sich bringen. 2.9 Ausführung der Fassade Wird eine Verschalung statt eines Putzes aus Holz oder Klinker verwendet, kann die Winddichte Ebene auch von Innen vor der Befüllung kostengünstig maschinell aufgespritzt werden. Eine hinterlüftete Fassade beeinträchtigt nicht den diffusionsoffenen Wandaufbau. Dieses hat Einfluss auf das Raumklima, denn der geringe sd-Wert und die ungebremste Kapillarität der Außenwand senken den Lüftungsbedarf und ersparen somit Energie zur Wärmeerzeugung. Das Raumklima wird jedoch nicht nur durch die Luftfeuchtigkeit bestimmt. Die Reinigung der Luft von Staub und Gerüchen wird durch die Filterwirkung der Naturmaterialien erreicht. Nachweislich bindet Lehm effektiv Gerüche, während Pflanzen ätherische Öle, Harze und Wachse enthalten und eine Keimbelastung minimieren. Die Inhaltsstoffe dieser Materialien sind zugleich ein natürlicher stoffeigener Schutz zur Erhaltung der Substanz. Die Wandgestaltung Innen kann bei Hinterlüftung der Innenschale beliebige und auch diffusionsdichte Materialien wie Glas, Kunststoffe und Metalle Verwendung finden, ohne das Wohnklima zu sehr zu verändern. 8 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise 3. Ökologisch Bauen 3.1 Ökobilanz - Kostenbilanz Das Verwenden von (lokal vorhandenen) Naturmaterialien als Rohstoff bietet sich aus ökologischen Gründen besonders an. Zugleich minimiert diese Art des ressourcen- und umweltbewussten Bauens nicht nur den „ökologischen Fußabdruck“, sondern macht die Herstellung eines Gebäudes deutlich preiswerter als ein Bauen ohne Verwendung nachwachsender Rohstoffe. Die Beschaffung der Materialien richtet sich nach den Ressourcen der Region. Denn: das mehrschichtig verschraubte Holzfachwerk ermöglicht die Beschickung der Wand mit unterschiedlichen schweren und leichten Materialien, sodass die Konstruktion und Bauausführung der Wandelemente sich leicht an das jeweilige Klima anpassen kann. Dämmund Speicherschichten sind je nach lokalen Erfordernissen variabel einzubauen. Bei der Herstellung eines Wandelementes entstehen im Übrigen kaum Abfälle und Verschnitt. Die günstige Energiebilanz speist sich im wesentlichen aus: Materialbeschaffung und Transport aus dem regionalen Umfeld, Verarbeitung der Materialien im regionalen Umfeld, Trocknen der Hölzer, elektrischer Energie durch Verwendung von einfachen Maschinen zum Sägen, Schrauben, Heben, usw. Zeitsparend und kostengünstig - wie beim traditionellen Holzrahmenbau - können auch die HarKun-Wandelemente in industrieller Fertigung hergestellt und als vormontierte Fertigteile an die Baustelle geliefert werden. 3.2 Diffusionsoffener Wandaufbau Ein diffusionsoffener Wandaufbau strebt nach den Erforschungen baubiologischer Institutionen (vgl. LIT.-Verzeichnis) einen sd-Wert von kleiner 1,0 m äquivalenter Luftschichtdicke an. Je kleiner der Wert, um so geringer ist der Widerstand, der dem Feuchtetransport entgegenwirkt. Dies lässt gewisse Aussagen zum Gasaustausch zu: Gase haben das Bestreben einen Konzentrationsausgleich zu schaffen. Verbrauchte Luft strebt zur Frischluft und umgekehrt. In der Wand begegnen sich die Gase und somit wird diese zum Luft- und Wärmetauscher. Interessant wäre es an dieser Stelle wissenschaftlich nachzuprüfen, wie viel Gas und wie viel Wärme in welche Richtung fließen. Bei welchem Dämmstoff und bei welcher Dämmstärke sind die effizientesten Resultate zu erzielen? In Versuchen am Institut für Baubiologie in Neubeuern wurde dieser Bezug festgestellt. So ist es möglich, durch den geringen Luftwiderstand der Konstruktion den Durchgang von Sauerstoff in das Innere des Gebäudes zu erwirken, wenn ein Sauerstoffverbraucher aktiv ist. Es kommt zum Gasaustausch. Eine Kerze ist nicht zum Erlöschen zu bringen, wenn ein SD-Wert unter 1,0 m einen 1 cbm großen Raum beleuchtet. Bei einer 24 cm dicken Wand unserer HarKun-Bauart liegt der sd-Wert unter 1,0 m. Diffusion und Kapillarität sind gleichzeitig und gemeinsam wirksam für eine trockene Wand. Ein Beispiel: Ein feuchter Schwamm in einer Holzkiste trocknet schlecht, selbst wenn Luft die Kiste umströmt. Ist die Kiste an zwei gegenüberliegenden Seiten geöffnet, entsteht durch Verdunstung an der Oberfläche ein Unterdruck im feuchten Schwamm und das Wasser rückt nach. Gleichzeitig durchströmt nachkommende Luft das feuchte Millieux, wird von Feuchte gesättigt und transportiert diese nach außen, was zu einer raschen Trocknung führt. Wechselt der Luftstrom die Richtung, können das Wasser und die Luft zur anderen Seite entweichen. Bleibt jedoch eine Seite der Holzkiste geschlossen, wie eine Dampfbremse auf der Innenseite der Außenwand, findet dieser Sog nicht seinen schnellen Ausgleich. Das Abtrocknen der Außenseite durch den Wind bewirkt dabei, das der Kapillqaritätsfluss abreist und weiter innen liegendes Wasser noch langsamer abdunstet. Eine weitere Dampfbremse entsteht auf der 9 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Außenseite. Das Gleiche geschieht in umgekehrter Richtung, wenn sich die Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnisse umkehren. Warme Außenluft drückt die Feuchtigkeit in das kühlere Innere und dort trifft sie auf die dampfbremsende Schicht. Aus diesen Gründen sind die gebräuchlichen Konstruktionen mit den Dampf und Wind bremsenden Schichten sehr empfindlich. Durch Blowerdoor-Tests - es wird im Gebäude ein Unterdruck erzeugt - kann man sämtliche Fehlstellen oder Leckagen aufzeigen. Diese müssen unbedingt beseitigt werden, da es Bauschäden zu vermeiden gilt. Es bedarf an den Wand-, Boden-, Dach-, Fenster und Türanschlüssen dabei besonderer Aufmerksamkeit bei der Verarbeitung der Klebebahnen und Folien. Die Variante von Diffusion und Kapillarität einerseits und von „offener Holzkiste“ aus Naturbaustoffen andererseits, hat sich seit Jahrhunderten bewährt. Sie ist unempfindlicher, robuster und erlaubt gewisse Undichtigkeiten. 3.3 Unterschiede: ökologisches Baumaterial / synthetisch-industrielle Baustoffe Der Widerstand der Baustoffe für Transmissionen weißt große Unterschiede auf. Er ist abhängig von der Dichte und Beschaffenheit des Materials. Synthetische Stoffe aus Kunststoffen, Metallen und Glas brechen die Kapillarität oder leiten diese Transmissionen konstruktionsbedingt an die Oberfläche innenseitig (wenn der Körper hohl ist) und / oder außenseitig weiter. Die genannten Stoffe selbst nehmen kein oder nur wenig Wasser und andere Flüssigkeiten auf. Daher liegt ein geringes bis gar kein Quellverhalten bei Feuchte vor. Das Material kann nicht zum „Feuchtespeicher“ mutieren. Gleichmäßiges Raumklima wird angestrebt. Für diesen Effekt sind gewisse Reserven an Wasser vorzuhalten. Natürliche Materialien aus Mineralstoffen wie z.B. Tone und Erden, Pflanzen und Tierkörpern sind in der Lage, Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase zu absorbieren und wiederum frei zusetzten. Sie reagieren mit ihrer selbstregulatorischen Eigensteuerung auf Umwelteinflüsse. Im Gegensatz dazu stehen synthetischen Stoffe, bei denen man diese Einflüsse ausschließen kann und will. Sie erfüllen ihre Aufgabe im Wesentlichen dort, wo gerade Chemikalienbeständigkeit, Dichtigkeit, Temperatur und Abrieb gefordert werden. Zwar reagieren synthetische Stoffe ebenfalls auf Umwelteinflüsse wie Hitze, Kälte, Abrieb, elektrische und magnetische Ströme; ihre Funktion bleibt dabei zunächst weitgehend erhalten. Doch synthetische Stoffe , z.B. Kunststoffe geben Weichmacher ab und verspröden, Duroplaste bilden molekulare Verkettungen durch ultraviolettes Licht und altern. Lösemittel mit höherem Flammpunkt schleichen langsam aus. Bei Metallen fließen elektrische Ströme und Korrosionserscheinungen treten auf. Magnetische Felder verändern natürliche Magnetfelder. Ihre Funktion als Wasserleitung, Abwasserrohr, Fensterdichtung etc. bleibt zunächst wirksam. Doch während und nach Alterungsprozessen verlieren sie in der Regel ihre spezielle Funktion und die Stoffe werden unbrauchbar. Natürliche Baustoffe altern zwar auch, bieten aber zahlreiche gute Recyclingmöglichkeiten, z.B. durch Kompostierung, mittels Pilzen, Kleinstlebewesen und Insekten, begünstigt durch Feuchtigkeit und Wärme, oder durch Verkieselung, Versteinerung. Die Rückführung in den natürlichen Kreislauf bringt keine Schwierigkeiten mit sich. 3.4 Ein Wort zum ökologischen Fußabdruck Beim Bauen haben derzeit synthetische Materialien bei der Gebäudeabdichtung, Sanitär- , Elektro- und Heizungsinstallation ihre besondere Berechtigung. Zwar gibt es zum Beispiel seid langem funktionsfähige aus Holz gebaute Dachrinnen und Wasserleitungen, Fundamente im Wasser- und Erdbereich und sogar Kamine aus Holz, doch in der gängigen Baupraxis haben diese Varianten für die heutigen Gebäude und Anlagen aus Gründen der Haftung, der 10 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Verfügbarkeit im Handel und der fehlenden Erfahrung in der Anwendung nahezu keinerlei Bedeutung. Zur Herstellung synthetischer Materialien ist jedoch in der Regel ein hoher Energieverbrauch erforderlich. Für das Erstellen von Anlagen und Gebäuden mit solchen Baustoffen und Installationen ist die dazu aufgewendete gesamte Energiebilanz letztendlich oft höher als die eigentlich erhoffte Ersparnis durch die jeweilige Funktion des Bauteils. Man bilanziere beispielsweise einmal bei Batterien, Solarpaneelen oder hochwirksamen Dämmungen, die wiederum nur funktionieren, wenn Folien, Kleber und Dichtungen aus energieintensiver Industrieproduktion Verwendung finden. Nicht nur beim Blick auf die Skyline von Frankfurt„Mainhatten“ zeigt sich: vielfach sind bei unseren heutigen Bauten aufwendige Klima- und Lüftungsanlagen als technische Lösungen unausweichlich, um diese Anlagen und Gebäude überhaupt nutzen zu können. Die Vorteile „moderner Baustoffe“ liegen einerseits zwar klar bei der Verfügbarkeit, Anwendungserfahrung, Bequemlichkeit und Montagekostenersparnis. Andererseits gilt: bei der Verwendung von Naturstoffen ist die benötigte Energie zur Herstellung von Anlagen und Gebäuden in erster Linie dem Transport und der mechanischen Bearbeitung geschuldet. Eine spätere Veränderung und Beseitigung von Bauteilen dieser Art ist dabei weniger intensiv als bei synthetisch produzierten Bauteilen, die nach der Nutzung energieaufwendig wieder verfügbar gemacht werden oder - weil ohne Folgenutzungsmöglichkeit - deponiert / sonderdeponiert werden müssen. Sie verlassen den Energiekreislauf; die einstmals aufgewendete Herstellungsenergie wird zum Verlustposten; die Ökobilanz für diese Stoffe verschlechtert sich. Weil sich aber die Bautechniken ständig verändern, sind die Bauteile aus synthetischen Materialien und Verbundwerkstoffen nicht wirklich zukunftssicher. Die Folge: Relais, Schalter, Stromkabel, Abwasserrohre, elektronische Steuerungen bedürfen entweder aufwendiger Recylingprozesse und Spezialbehandlungen oder erzeugen erhebliche Deponie- bzw. Entsorgungskosten. Dennoch bereiten sie Sorgen: in der Zukunft ... (So sprechen viele schon von einem „Styropor-Dämmwahn“ in der Baubranche, denn spätere Generationen auszubaden haben ...) 3.5 Neue Optionen ökologisch orientierter Baustoffwahl Wie oben beschrieben, ist eine offene Konstruktion mit Naturbaustoffen langfristig unempfindlicher, robuster und zukunftssicherer. Die in der Beschreibung genannte Grundkonstruktion einer Gebäudehülle bietet die Möglichkeit, eine unspektakuläre Verschiebung der Baustoffauswahl zu Gunsten der natürlichen, nachwachsenden, wiederverwendbaren und später kompostierbaren Materialien zu erreichen, ohne an der Modernität zu rütteln. Besonders vorteilhaft: das für HarKun-Wandelemente geeignete Material kann ohne aufwendige Vorfertigung als kaum veränderter Rohstoff direkt benutzt und kombiniert werden. Als Beispiele seien genannt: Pflanzenfasern verschiedener Länge und Güte: aus Stroh, Holz, Hanf, Gräsern, Laub, Flachs, Kork, Schilf, Baumwolle, Seegras, Chinagras, Mais, Getreidespelzen, Torf, Moose, Lupinen, Wurzeln, Algen, Rinde, Bambus, Jute, Sisal, Kokos, Kirschkerne, Weidenruten, Haselnusssträucher, Sonstige und Pflanzen Mischungen oder Erzeugnisse wie Schilfrohrmatten, Strohmatten, Strohballen, Bastmatten, Jutematten oder Gewebe, Kleiderreste, Wäsche, Stoffe, Säcke aus Naturfasern, Furniere, Sperrholz, Bretter, Bohlen, Latten, Paletten, Holzweichfaserplatten, Hanfdämmmatten, Papierzellulose, Seile, etc. Pflanzlich erzeugte Stoffe: wie Stärke, Gluten, Baumharze, Lignin, Pflanzenöle, Kokosfett, Carnaubawachs, etc. Tierische oder tierisch erzeugte Materialien: wie Tierhaare, Leder, Wolle, Därme, Milch, Kasein, Molke, Horn, Knochen, Dung, Fischknochen, Schellack, Bienenwachs, Wollfett, etc. 11 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Mineralische Stoffe: wie Ton, Lehm, Kalk, Gips, Betonit, Kieselgur, Muschelkalk, Asche, Erdpigmente, Eisenoxide, Schiefer, Sandstein, Granit, Bims, Marmor, Flusskies, Sand, Silikate, Feldsteine, Trass, Lava, etc. 3.6 Klimazonen und lokale Ressourcen Die verschiedenen Klimazonen auf unserem Planeten erfordern spezielle Bauweisen und Bauarten. In heißen und trockenen Gegenden spielt die Wärmedämmung eine untergeordnete Rolle. Erdbeben gefährdete Gebiete benötigen einsturzsichere Konstruktionen. Polare Klimazonen wecken Bedarf an Wärme und Licht. Starke Winde erfordern eine hohe Stabilität und aerodynamische Konstruktionen. Ein Betonbauwerk in Sibirien oder in der Sahara erfüllt ohne hohen Energieverbrauch technischer Anlagen nicht eine menschengerechte Nutzung. Der Verbrauch synthetischer Dämmstoffe in Nordamerika hat die Nutzung von Energie fressenden Klimaanlagen zur Folge. In den verschiedenen Klimazonen finden man jedoch die meisten Baumaterialien vor Ort als natürliche Rohstoffe. Es muss nicht europäisches oder Amerikanisches Holz verwendet werden, um derartige Konstruktionen aus Konstruktionsvollholz (KvH) herzustellen. Da der Bedarf an holzartigem Material gering ist für eine Grundkonstruktion und die Querschnitte der zum Einsatz benötigten Steher und Stütze klein, können fast überall auf der Erde solche oder ähnliche Bauweisen benutzt werden. In der Mongolei finden sich Sträucher, Steppengras, Lehm, Kalke, Rinden, Tierhäute und Sande vor Ort. Sibirien verfügt über endlose Wälder, Torfvorkommen, Kalk- und Lehmböden. Im Kongo mangelt es nicht an Holz und Erden. In Japan und Taiwan gibt es Wald, Gesteine und aus dem Meer Algen, Muschelkalk und Fische. Im Jemen weist eine uralte Baukultur mit riesigen Lehmbauten auf gewisse Kenntnisse hin. Die Spanier benötigen Erden zum Bauen gegen die Hitze. Die Schotten können mit Feldsteinen außen der Feuchtigkeit in Innen mit Holz dem Klima standhalten. Die Marokkaner verwenden Lehm und geringe Mengen Holz. Die Mitteleuropäer und Nordamerikaner haben die größte Auswahl an Naturbaustoffen zu ihrer Verfügung. Gleichzeitig besitzen sie eine perfekte Infrastruktur und technische Mittel jeder Art. 12 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Anhang CAD-Entwurf Abb. 6: Aufriss / Schnittbild / CAD-Entwurfszeichnung: Wandelement Kvh 40/60mmm 13 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Benno Hartmann-Walk lebt nach Lehr- und Wanderjahren als Tischlergeselle seit 1988 wieder in seiner Heimatstadt Warendorf im Münsterland. Er übernahm den Betrieb seines Vater, eines Stellmacher- u. Karosseriebaumeisters (Stichwort: „Von der Kutsche zum Caravan“) und betätigte sich bis 1992 auch als Formenund Modellbauer mit der Kunststoffverarbeitung. 1993 begann er mit dem Fernstudium „Baubiologie“ beim Institut für Baubiologie und ökologie in Neubeuern (IBN). Das Schulungswissen wurde direkt in der Praxis umgesetzt. Zusammen mit seiner Frau eröffnete er 1994 den Warendorfer Biomarkt und kümmert sich seither um das Angebot aller baubiologischen Waren für seine Kunden. Zehn Jahre lang war er auf verschiedensten Baustellen auch handwerklich tätig und sammelte Kenntnisse in Alt- und Neubauten. Neben vielen Baubiologie-Beratungen und Kursen für angehende Bauherren in ökologisch orientiertem Bauen, entwickelt er seit Jahren neue Studien rund um’s Thema Baubiologie. Sein besonderes Interesse gilt Produkten wie das HarKun-Wandelement oder die Entwicklung von Rotorblättern für Windkraftanlagen aus dem Material Holz; außerdem interessieren ihn z.B. auch neue umweltbewußte und nachhaltige Möglichkeiten im Bereich Werkstoff-Verbindungen mit u. aus Holz ... VITA: Jahrgang 1960 Abitur 1980 Schreinergeselle seit 1983 Schreinermeister seit 1993 Formenbauer seit 1986 Biomarkt seit 1994 Bauberater seit 2000 Kursangebote wie: „WohnRäume - WohnTräume: Umbauen - Anbauen - Neubauen“ seit 2000 Kontakt: Benno Hartmann-Walk Internet: www.harkun.de E-Mail: [email protected] Mobil: 0160 - 9222 0969 Fax: 02581 - 60307 Münsterstr. 59, 48231 Warendorf 14 Benno Hartmann-Walk - Studie 2015: Innovative Wandelemente in HarKun-Holzfachwerkbauweise Literatur / Quellen Dümmer, Martin: Analytische und experimentelle Untersuchung eines neuartigen Wandsystems in Holzbauweise (Bachelorarbeit FH-Köln bei Prof. Damm / Prof. Neuenhöfer / Prof. Hoscheid) Köln, 2013 Hartmann-Walk, Benno: Wärmedämmung von Gebäuden; unveröff. Studie, 2013 Hartmann-Walk, Benno: HarKun-autonome Gebäude; Studie 2014 Wenzel, Sabine: Dicke Luft - Schadstoffe in Innenräumen, Stuttgart 1997 Dachverband Lehm e.V.: Lehmbau Regeln. Auflage 2009 Fraunhofer IRB.Verlag: Bauforschung T 3304 – Abschätzung der Feuchtezuschläge auf die Wärmeleitfähigkeit von Umkehrdachdämmungen auf Basis von Objektuntersuchungen und hygrothermischen Berechnungen. 1. Auflage 2014 Dipl.-Forstwirt Klaus Vogel: Dissertationstitel: Die Eignung von Holz als Wärmedämmstoff. Maximilian-Universität München 1999 15
