The building sector accounts for approx. 40% of total energy consumption and approx. 36% of all greenhouse gas emissions in Europe. As the EU climate targets for 2030 call for a reduction of greenhouse gas emissions by more than half compared to the emissions of 1990 and also aim for climate neutrality by 2050, there is an urgent need to achieve a significant decrease in the energy use in buildings towards Nearly Zero-Energy Buildings (nZEBs). As the energy footprint of buildings includes the energy and greenhouse gas consumption both in the construction phase and during service life, nZEB solutions have to provide energy-efficient and less carbon-intensive building materials, specific thermal insulation solutions, and a corresponding design of the nZEB. Carbon reinforced concrete (CRC) materials have proven to be excellent candidate materials for concrete-based nZEBs since they are characterized by a significantly lower CO2 consumption during component production and much a longer lifecycle. The corresponding CRC technology has been successively implemented in the last two decades and first pure CRC-based buildings are currently being built. This article presents a novel material system that combines CRC technology and suitable multifunctional insulation materials as a sandwich system in order to meet future nZEB requirements. Because of its importance for the life cycle stage of production, cost-efficient carbon fibers (CF) from renewable resources like lignin are used as reinforcing material, and reinforcement systems based on such CF are developed. Cutting edge approaches to produce ultra-thin lightweight CF reinforced concrete panels are discussed with regard to their nZEB relevance. For the life cycle stage of the utilization phase, the thermal insulation properties of core materials are optimized. In this context, novel sandwich composites with thin CRC layers and a cellular lightweight concrete core are proposed as a promising solution for façade elements as the sandwich core can additionally be combined with an aerogel-based insulation. The concepts to realize such sandwich façade elements will be described here along with a fully automated manufacturing process to produce such structures. The findings of this study provide clear evidence on the promising capabilities of the CRC technology for nZEBs on the one hand and on the necessity for further research on optimizing the energy footprint of CRC-based structural elements on the other hand.
Bauwerke so zu gestalten, dass sie mit einem geringen ökonomischen und ökologischen Aufwand ihre Funktionen – insbesondere Schutz vor äußeren Einwirkungen und Energieversorgung – erfüllen, ist eine wichtige Zukunftsaufgabe. Die Herstellung von Bauteilen als Fertigteil führt in vielen Bereichen zu einer ökonomischen und ökologischen Vorteilhaftigkeit. Diese soll ebenfalls auf die Funktion Energieversorgung übertragen werden, indem erneuerbare Energietechnologien bereits in den Prozess der Fertigteilherstellung integriert werden. Im Rahmen der vorliegenden Publikation werden plattenartige Bauteilkonstruktionen zur Einbettung von elektrischen Energiespeichern in Fertigteile vorgestellt und im Hinblick auf Tragfähigkeit und Erstrissverhalten untersucht. Konstruktionen aus dünnen Textilbetonplatten mit eingebauten Kassetten stellten sich im Hinblick auf Tragverhalten, eine Austauschbarkeit der elektrischen Speicherelemente und dem zur Verfügung gestellten Speichervolumen als besonders vorteilhaft heraus.
Carbonbeton rückt immer mehr in den Fokus von Planern, Architekten oder Bauherren. Dies begründet sich in den Vorteilen des Baustoffs, wie der enormen Beton-und Ressourcenersparnis oder der Möglichkeit, wesentlich filigranere Strukturen umzusetzen, die sich durch den Ersatz der Stahlbewehrung durch hochleistungsfähige Carbonfasern ergeben [1-5]. Problematisch ist jedoch, dass konventionelle Verbindungselemente für den Stahlbetonbau nur bedingt für Bauteildicken zwischen 20 und 70 mm, wie sie im Carbonbetonbau üblich sind, konzipiert sind. Carbonbeton eignet sich zur Umsetzung einer modularen Bauweise. Dabei werden vorgefertigte Module zur Baustelle transportiert und dort miteinander verbunden [6]. Der Transport sowie die einfache und sichere Montage und Demontage führen zu bisher unbeachteten Anforderungen an die Verbindungstechnik. Um die Vorteile und das Potenzial des Carbonbetons zur Umsetzung einer modularen Bauweise voll ausnutzen zu können, sind neue Verbindungstechniken nötig.
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