Entwicklung thermisch optimierter Wandelemente aus Massivholzplatten mit eingefrästen Lufteinschlüssen

Abstract

In der Holzbaubranche gibt es zahlreiche Entwicklungen der Massivholzbauweisen und das Angebot an flächigen Bauteilen, die für den Einsatz als Wand, Decke und / oder Dach konzipiert sind, ist groß.<br />Einige Hersteller bieten auch Produkte an, die durch eingefräste Lufteinschlüsse gekennzeichnet sind, die die Wärmedämmung verbessern sollen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Technologie "Massivholzbauteile durch eingefräste Lufteinschlüsse thermisch zu optimieren" untersucht und zur Entwicklung von Wandelementen aus Massivholz eingesetzt. Unter Berücksichtigung von holztechnologischen und bauphysikalischen Eigenschaften des Holzes und des thermischen Verhaltens von Lufteinschlüssen wird das Potenzial dieser Technik ermittelt. Anforderungen an die Tragfestigkeit und herstellungsbedingte Aspekte fließen (ansatzweise) in die Entwicklung mit ein. Grundsätzlich ist die Integration von Hohlräumen in Brettsperr-, Brettschicht- und Brettstapelholz möglich. Die Lufteinschlüsse können entweder durch Längsfräsungen an der Brettoberfläche erzeugt werden, oder sie werden durch das Einfräsen von Schlitzen in die Brettseite hergestellt (Querfräsungen innerhalb der Brettlage). Diese ermöglichen das Verleimen der Brettlagen, da die Brettoberfläche erhalten bleibt.<br />Die Verwendung der Holzerzeugnisse Brett (liegend oder hochkant) sowie Kantholz und verschiedenartige Anordnungen der Hohlräume ermöglichen die Entwicklung mehrerer Konstruktionen von flächigen Massivholzplatten mit unterschiedlichem Aufbau.<br />Das thermische Verhalten der entwickelten Bauteile wird berechnet und beispielhaft durch eine labortechnische Messung der Wärmeleitfähigkeit an mehreren Probekörpern geprüft. Es wird versucht aussagekräftige Werte bzw. Vergleiche zu erstellen, die eine Prognose für weitere Entwicklungen zulassen.<br />Weiters werden konstruktive Anwendungsmöglichkeiten der Bauteile für Holzbausysteme gesucht und skizziert. Sinkt die Tragfestigkeit der Platten zu stark, könnten lastabtragende Holzprofile oder Rahmen in das Bauteil integriert werden. Abhängig von der Tragfestigkeit, dem Vorfertigungsgrad und von Elementgrößen ergeben sich unterschiedliche Systeme. Außerdem wird durch eine annäherungsweise Stoffflussanalyse gezeigt, dass die durch den Fräsvorgang vermehrt anfallenden Sägespäne aus wirtschaftlicher Sicht interessant sein könnten.<br />

The timber construction industry shows numerous developments of solid wood construction methods and a big supply of planar construction elements conceived for use as walls, ceilings or roofs. Some manufacturing firms also offer products, which distinguish themselves by mill-cut air pockets that are supposed to improve thermal insulation.<br />The scope of the thesis at hand is to investigate the technology of "Solid wood construction elements, thermally optimized by mill-cut air pockets" and to use the results of this investigation towards the development of solid wood wall elements. The above mentioned technique's potential will be determined under consideration of the technological and physical aspects of wood and further consideration of the thermal behavior of air pockets. Requirements for load-bearing strength and for conditions of manufacturing will flow into the developmental progress (to some extent).<br />In principle, the integration of cavities within cross-laminated solid timber, glued-laminated timber and laminated timber is possible. The air pockets can either be generated via longitudinal mill-cuts along the surface of the timber or via mill-cut slits on the side of the timber (transverse mill-cuts within the ply of the timber). These allow for gluing the plies of timber as its surface remains untouched. The usage of flat (in a horizontal or vertical position), squared timber products and miscellaneous arrangements of cavities allow for the development of several designs of planar solid wood panels of varying compositional structures.<br />The thermal behavior of the developed construction elements will be calculated and their thermal conductivity will be paradigmatically tested on more than one testing sample via performance testing in a laboratory environment. The scope is to issue conclusive data and comparisons thereof, which allow a prognosis for further developments.<br />Furthermore, this work will seek and schematically propose constructive applications of the developed elements for timber construction systems.<br />Should the load-bearing strength of the panels decrease too much, the load-bearing wooden studs or frames could be integrated within the construction element. Varying systems will yield depending upon load-bearing strength, degree of prefabrication and size of the elements.<br />Additionally, an approximate analysis of material flow will show that increased incidental wood shavings produced by the mill-cutting process could be interesting from an economic point of view.