Potenzialanalyse der plasmabasierten, strukturierten Metallisierung thermoaktiver Oberflächen im industriellen Hausbau

Abstract

Die industrielle Gebäudefertigung bietet aufgrund des hohen Automatisierungsgrades und der damit einhergehenden Vorteile, wie beispielsweise kürzere Bauzeiten, geringeren Arbeitskräftebedarf sowie Steigerung der Qualität, ein hohes Potenzial zur Schaffung von vergleichsweise kostengünstigem Wohnraum. Allerdings erfolgt auch hier, wie derzeit im Massivhausbau, der Einbau des Gewerkes Heizung überwiegend manuell, begleitet durch einen teilweise sehr hohen Einsatz materieller Ressourcen. Das Gesamtziel der Arbeit war die Entwicklung eines Wandflächenheizsystems, welches während der Fertighausherstellung automatisiert in die Wandmodule integriert werden kann. Die Lösung zur Umsetzung der Anforderungen ist eine direkt auf die Oberfläche des Baustoffes integrierte, elektrisch betriebenen Wandflächenheizung. Die Durchführung erfolgte mit der kaltaktiven Plasmabeschichtungstechnik (CAPM), welche den automatisierten Auftrag einer elektrisch leitenden Struktur auf Oberflächen einer Vielzahl an Materialien erlaubt. In einer Parameterstudie konnte ein geeignetes Setup gefunden werden, um elektrisch leitende Strukturen mittels CAPM-Prozess fertigen zu können. Die Charakterisierung des Schichtverbundes zeigte einerseits, dass die Kupferpartikel eine dauerhafte Verbindung mit der Gipskartonoberfläche eingehen, während andererseits die Funktionsfähigkeit des Flächenheizsystems anhand von thermischen Untersuchungen nachgewiesen werden konnte. Durch die Untersuchung der elektrischen, thermischen sowie mechanischen Eigenschaften des Flächenheizsystems unter definierten Umwelteinflüssen konnte die Langzeitzuverlässigkeit, der mittels CAPM hergestellter Wandflächenheizungen, erfolgreich dargelegt werden. Mit Hilfe von Behaglichkeitsmessungen wurde in einem eigens errichteten Demonstrationshaus eine ideale thermische Behaglichkeit des Heizsystems objektiv belegt. Ebenso konnte die Integration des Beschichtungsprozesses in bestehende Fertigungslinien zur Herstellung von Fertighäusern innerhalb einer theoretischen Analyse bestätigt werden. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt die Konkurrenzfähigkeit der plasmagenerierten Wandflächenheizung zu derzeit am Markt verbauten Systemen auf.