Hanfbeton konnte die Dämmleistung von Schaumstoffen auf petrochemischer Basis nicht übertreffen, kann aber dennoch ein brauchbarer Ersatz für herkömmliche Baumaterialien in nachhaltigen „Netto-Null“-Gebäuden sein, wie Experimente an der Kansas State University ergeben haben.
In einem erstmals durchgeführten Seminar unter der Leitung von Michael Gibson, Professor an der Fakultät für Architektur der Universität, untersuchten Studenten die Verwendung von Hanfbeton in Böden, Wänden, Decken und Dächern.
„Es gibt eine steile Lernkurve bei diesem Material“, sagte Gibson. „Am Ende haben wir gelernt, dass Hanfbeton ein großartiges Material ist, das in Kansas sofort eingesetzt werden kann, vor allem weil der industrielle Hanfanbau so schnell wächst“, so Gibson.
Netto-Null-Gebäude produzieren vor Ort genug Energie, um ihren Gesamtenergieverbrauch zu decken oder zu übertreffen und Treibhausgasemissionen zu vermeiden.
Energiemodellierung
Die Energiemodellierung hat gezeigt, dass es zwar schwierig ist, die Leistung von herkömmlichem Dämmschaum mit hanfbasierten Materialien zu erreichen, dass aber die Verwendung von Hanfbeton in Wänden und von Watte aus Hanfbastfasern in Deckenkonstruktionen zusammengenommen die für solche hocheffizienten Gebäude angestrebten Leistungsniveaus erreichen könnten.
Gibsons umfassendere Forschungen zu Netto-Nullenergiehäusern im Klima von Kansas haben gezeigt, dass die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungskosten im Zusammenhang mit der Isolierung nur etwa 20 % der jährlichen Energiekosten ausmachen (Beleuchtung und Geräte tragen 15 % bzw. 65 % bei).
„In einem gut konzipierten Netto-Null-Haus, in dem Passivbauweise, Lastreduzierung und effiziente Bausysteme zum Einsatz kommen, haben bescheidene Änderungen der Dämmung keinen wesentlichen Einfluss auf die Netto-Null-Fähigkeit“, so Gibson. „Hanfbeton und Hanfdämmung könnten das Haus immer noch auf 20 bis 30 % eines mit Schaumstoff isolierten Hauses bringen und zu einem erfolgreichen Netto-Null-Energie-Design führen.“
Anwendungen für Fußböden
Eine Gruppe von Studenten in Gibsons Seminar überzog Hanfbetonblöcke mit Beton für Fußböden und untersuchte dann die R-Werte, kritische Indikatoren, die die Fähigkeit eines Materials widerspiegeln, der Wärmeübertragung durch Leitung zu widerstehen, Heiz- und Kühllasten und thermische Pufferung, bei der eine Materialmasse Wärme absorbiert und wieder abgibt.
Die Hinzufügung einer dünnen Betondeckschicht zu einem Boden aus Hanfbetonblöcken verbesserte die Wärmespeichereigenschaften des Bodenaufbaus erheblich, so die Ergebnisse der Computermodelle.
Die Studenten fanden heraus, dass sechs Zoll Hanfbeton mit einer zwei Zoll dicken Betonschicht eine ähnliche Leistung erbringen wie eine vier Zoll dicke Betonplatte, die durchgehend mit R-10-Schaum isoliert ist. Die Studenten stellten fest, dass der Energieverbrauch mit zunehmender Dicke des Hanfbetons im Bodenbelag anstieg, da das Innenmaterial immer weiter von der Bodentemperatur entfernt wurde.
Das Experiment zeigte auch, dass sich Beton mit einem hohen Zementanteil besser mit den Hanfbetonblöcken verband als eine Reihe anderer getesteter Materialien, darunter Steinaggregate, recyceltes Porzellan und eine Mischung aus Maiskolben und Zement.
Hanfbetonblöcke im Boden könnten auch Teil einer vorgefertigten Lösung für Netto-Null- und andere Niedrigenergiegebäude sein, so Gibson.
Gerasterte Wandkonstruktion
Ein zweites Seminarteam entwickelte ein Gitter, das als tragende Rahmenkonstruktion und Ummantelung für Wände dienen kann und dessen Leistung derjenigen der üblicherweise verwendeten gestaffelten und gleitgeschweißten Hanfbetonrahmen entspricht. Die Gittertechnik könnte auch in der Fertigteilbauweise eingesetzt werden, schlug Gibson vor.
Experimente zeigten, dass einfach zu bauende, acht Zoll dicke Hanfbetonwände zwar 18 % weniger effizient sind als 12 Zoll dicke Wände, aber nur eine bescheidene Verringerung der Energieeffizienz in einem kleinen Haus bewirken.
„Obwohl Gleitschalung und versetzte Ständerwände die Komplexität erhöhen, um Wärmebrücken im Gebälk zu vermeiden, hat die einfacher zu bauende Gitterwand einen U-Wert, der nur 6 % höher ist als der einer Gleitschalung und nur 4 % höher als der einer versetzten Ständerwand ähnlicher Dicke“, sagte Gibson und merkte an, dass dieser Verlust durch die Hinzufügung eines Photovoltaikpaneels zur gesamten Energieinfrastruktur des Gebäudes ausgeglichen werden könnte.
Bast über Kopf
Während das Seminar weiterhin Ersatzmaterialien für Schaumstoffisolierung auf petrochemischer Basis untersucht, um Kondensation in unbelüfteten Decken und Dächern zu verhindern, empfahl Gibson, dass Bastfasermatten aus Hanf dem Hanfbeton für diese Gebäudeteile vorzuziehen sind. Die von den Studenten entwickelten Modelle zeigten, dass eine Mindestdicke von 12 Zoll Hanfbeton in einer Decke erforderlich wäre, um ein Netto-Null-Haus praktisch zu machen, was zu einem übermäßigen Gewicht führen würde.
„Die zukünftigen Architekten, die aus dieser Klasse hervorgehen, können das Gesicht des umweltfreundlichen Bauens wirklich verändern und dem Land zeigen, wie wir unsere natürlichen Ressourcen nutzen und sparen können. Der Bau ist eine der vielen Verwendungsmöglichkeiten von Industriehanf, und er hat das Potenzial, einen enormen Einfluss auf unseren Kohlenstoff-Fußabdruck zu haben“, sagte Sarah Stephens, CEO von Midwest Hemp Technology, die die Hanfpflanze für das Seminar in Großbritannien zur Verfügung stellte.
Das Seminar wurde von Angel Romero Jr. unterstützt, der Erfahrung mit Stuck hat und kürzlich ein Hanfbeton-Bauunternehmen in Dodge City, Kansas, gegründet hat.