validlab

Vor dem Hintergrund der zunehmenden Bevölkerungsdichte und Ressourcenknappheit müssen zukünftige Gebäude und Bauteile wesentlich energie- und rohstoffeffizienter konzipiert werden. Dabei wird es immer wichtiger, den gesamten Stoffkreislauf eines Gebäudes bzw. Bauteils zu erfassen und auszuwerten. Zur Entwicklung z. B. innovativer und nachhaltiger Fassaden, die allen heutigen und künftigen Anforderungen gerecht werden, sind zunehmend komplexe Prüfungen und Messungen notwendig. Die Prüfung innovativer Produkte ist für ein Unternehmen meistens mit einem großen Zeitaufwand und hohen Kosten verbunden. Doch sie ist unabdingbar, denn nur so können die Entwickler den Nachweis führen, dass das neue Produkt einsatzfähig ist und gleichzeitig den Ansprüchen am Markt aber auch den Direktiven einer modernen Energie- und Umweltpolitik gerecht wird.

Seit 2013 beschäftigt sich die Forschungsgruppe Nachhaltiges Bauen der Fakultät Bauwesen an der HTWK Leipzig mit der Analyse und Auswertung möglicher Einsparpotenziale im Bauwesen, versucht dabei als ein stabiles und nachhaltiges Verbindungsglied zwischen Forschung und Produktentwicklung zu fungieren und die Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen und Unternehmen dauerhaft zu stärken, um eine kontinuierliche Weiterentwicklung des Wirtschafts- und Wissenschaftsstandortes Sachsen zu fördern.

Mit der Installation des Außenklimaprüfstandes auf dem Dach des Föppl-Baus der HTWK Leipzig wurde ein weiterer wesentlicher Meilenstein auf dem Weg hin zu einer engen Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft erreicht und gleichzeitig ein Messinstrument zur Verfügung gestellt, welches bundesweit beispiellos ist. Die Infrastruktur der HTWK Leipzig ermöglicht nun nicht mehr nur Werkstoffuntersuchungen. Durch die Inbetriebnahme der Klimaprüfzellen ist es nun möglich, gesamte Baukonstruktionen und Simulationsmodelle alternativer Energiekonzepte zu validieren, alle notwendigen bauphysikalischen Messungen zum Wärme- und Feuchteschutz und zur Dauerhaftigkeit durchzuführen und so gemeinsam mit den beteiligten Unternehmen an neuen Produkten zu forschen bzw. die Praxistauglichkeit neu entwickelter Bauteile aus bauphysikalischer Sicht zu evaluieren. Vor dem Hintergrund der angestrebten Ziele der HTWK Leipzig und im Besonderen des Instituts für Betonbau (IfB) erhöht dies nicht nur den Handlungsspielraum der Forschungsgruppe, sondern stärkt auch die Bedeutung der Hochschule für die (über-)regionale Wirtschaft.

Diese Investition in eine hochmoderne Forschungsinfrastruktur wurde ermöglicht durch Fördermittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und stellt eine bedeutende Stärkung der Forschungs- und Transferkompetenzen der Fakultät Bauwesen der HTWK Leipzig im Bereich innovativer Energiekonzepte und nachhaltiger Fassadenprodukte dar.

Genutzt wird validlab von dem an der Fakultät für Bauwesen angesiedelten Institut für Betonbau der HTWK Leipzig, an dem zukunftsweisende Bausysteme weiterentwickelt werden, die den Einsatz energetischer und nichtenergetischer Ressourcen signifikant reduzieren.

Daten & Fakten

Für die Bewitterungsuntersuchungen von Fassadenelementen, jeglichen anderen raumabschließenden Bauteilen oder gar zur Validierung von Simulations-Softwaretools im Bereich Bauphysik stehen zwei Klimaprüfzellen auf dem Dach des Föppl-Baus der HTWK Leipzig zur Verfügung.

Jede der beiden Zellen beinhaltet eine offene Seite, in die ein Bauteilrahmen eingesetzt werden kann. Dieser dient zur Untersuchung verschiedener Fassadenkonstruktionen (Prüfwände). Die Prüfwände werden im Differenzklima zwischen kontrolliertem Innenraumklima und regionalem Außenraumklima am Standort Leipzig geprüft. Die offene Seite der Zellen ist nach Westen ausgerichtet, freistehend und unverschattet. Der Nutzraum der Prüfzelle ermöglicht das individuelle Einstellen von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Luftwechsel. Die frei in den Boden und Decke eingelassenen Lüftungsöffnungen ermöglichen die Umsetzung verschiedener Belüftungsszenarien. Durch eine stufenlose Steuerung ist ein variabler 0-3-facher Luftaustausch/h für thermische Betrachtungen in simulierten Wohn- und Bürobereichen möglich. Damit und mit einem individuellen Ausbaukonzept können neben Messungen an Prüfwänden auch Behaglichkeitsuntersuchungen im Innenraum unter Nutzung durchgeführt werden.

Die Bauteile

jede Prüfzelle besteht aus Nutzraum, Einbaurahmen und Aggregateaufstellraum.

Der Nutzraum

Der Nutzraum ist in hochwertigem und korrosionsfreiem Edelstahl 1.4301 ausgeführt und durch geeignete Dämmmaterialien ausreichend gegen das Außenklima (U-Wert 0,22 W/(m²K)) abgesichert. Eine integrierte Zwangszirkulation innerhalb des Nutzraumes sowie eine Beleuchtung sind enthalten. Der Nutzraum kann die Last von max. 2000 kg schweren Prüfständen abtragen.

Der Einbaurahmen

Der Einbaurahmen dient als Traggerüst für die Prüfstände. Dieser abnehmbare, transportable Einbaurahmen stellt eine offene Seite des Nutzraumes dar und ermöglicht den ortsunabhängigen Einbau beliebiger raumabschließender Materialien. Eine Fugendichte zwischen den Komponenten Nutzraum und Einbaurahmen ist jederzeit sichergestellt. Der Rahmen kann Prüfwände bis zu 2000 kg aufnehmen.

Daten & Fakten im Überblick

  • Temperaturbereich: -10 °C bis 40°C
  • Feuchtebereich: 20 % bis 80 % relative Raumluftfeuchte
  • Prüfraumisolation: PU-Schaum 10 cm, U-Wert = 0,22 W/(m²*K)
  • Prüfraumabmessungen (netto, Innenmaße): 200 cm (Breite) x 260 cm (Höhe) x 297,5 cm (Tiefe)
  • Rahmen zur Aufnahme der Wandkonstruktionen: 290 cm (Höhe) x 210 cm (Breite) x 26 cm (Tiefe)
  • aufnehmbares Gewicht Wandkonstruktionen: max. 2000 kg (bei Vor-Ort-Montage), max. 1000 kg (bei Kranmontage)

2 Klimaprüfzellen für 1:1-Messungen — einmalig in Deutschland!

Die zwei baugleichen Klimaprüfzellen auf dem Dach der HTWK Leipzig ermöglichen eine Reihe von Messungen unter authentischen Rahmenbedingungen. Die validlab-Außenprüfstände stellen eine Ausnahme dar, denn sie sind in dieser Größe einmalig in Deutschland. Mit ihnen sind 1:1-Messungen unter authentischen klimatischen Bedingungen möglich: Komplexe Fassadensysteme können durch flexible Konstruktionsmechanismen in die Prüfzelle eingesetzt werden. Auf diese Weise können Forschungseinrichtungen durch exakte Messungen validieren und prüfen lassen und mithilfe einer fundierten Auswertung weiterentwickeln.

Für die Bewitterungsuntersuchungen von Fassadenelementen, jeglichen anderen raumabschließenden Bauteilen oder gar zur Validierung von Simulations-Softwaretools im Bereich Bauphysik können verschiedene Messmethoden und Prüfungsszenarien zum Einsatz kommen.

Anwendungen in Abhängigkeit von klimatischen Faktoren

Untersuchung des Tageslichtquotienten im Innenraum

  • Ziel: Ermittlung der benötigten Fensterfläche in Fassadenelementen für definierte Nutzungen
  • Technik: Messung der Beleuchtungsstärke in lx in unterschiedlichen Höhen z. B. Arbeitsplatz

Untersuchung der Behaglichkeit im Innenraum

  • Ziel: Ermittlung der thermischen Behaglichkeit nach DIN 7730 in Innenräumen
  • Technik: Messung der Strahlungswärme mittels Globethermometer, der Raumlufttemperatur und der Raumluftfeuchte über einen digitalen Fühler, der Raumluftgeschwindigkeit über ein Thermoanemometer. Diese Messungen werden in der Wet-Bulb-Globe-Temperatur (WBGT) zusammengefasst, die zur Bewertung der Arbeitsbelastung an Hitzearbeitsplätz dient

Anwendungen in Abhängigkeit von Bauteileigenschaften & bauphysikalischen Eigenschaften

Untersuchung des Wärmestromes im Wandquerschnitt

  • Ziel: Ermittlung der Wärmestromdichte mittels eines Mäanders mit Thermoelementen, um den charakteristischen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) berechnen zu können
  • Technik: Wärmeflussplatten mittels eines Mäanders mit Thermoelementen (Temperaturbereich: -40 °C bis 80 °C)

Untersuchung des Temperaturgradienten im Wandquerschnitt

  • Ziel: Ermittlung des Temperaturgradienten im Wandquerschnitt
  • Technik: NiCr-Ni Thermodraht über Verdrillung der Drahtenden zur Messung der thermoelektrischen Spannung (Temperaturbereich: -10 °C bis 105 °C)

Untersuchungen der relativen und absoluten Feuchte im Wandquerschnitt

  • Ziel: Ermittlung der Luftfeuchte im Wandquerschnitt
  • Technik: Digitaler Fühler für Luftfeuchte, Temperatur, Luftdruck (Feuchtebereich: 5 % bis 98 % relative Luftfeuchte)