Fertighäuser: Schnellere Bauzeiten, weniger Abfall, geringerer ökologischer Fußabdruck

Fertighäuser (vorgefertigte Häuser) sind spezialisierte Gebäude, deren Komponenten in standardisierten Abschnitten außerhalb der Baustelle gefertigt und vor Ort montiert und fertiggestellt werden. Als Alternative zu traditionellen Bauweisen bietet dies eine schnellere Bauweise mit weniger Abfall und einem geringeren negativen ökologischen Fußabdruck. Fertighäuser werden auf verschiedene Weise bezeichnet, darunter Fertighäuser, Modulhäuser und Modulheime.

Die Bauindustrie in Hongkong erzeugt beispielsweise Abfall von bis zu 40 % der gesamten Deponieeinträge, und Fertigbau wird als Alternative prognostiziert, diesen Abfall um fast 85 % zu reduzieren. Es ist auch eine schnellere Bauweise, wie ein chinesisches Bauunternehmen bewies, das 2015 ein 57-stöckiges Gebäude in 19 Tagen mit dieser Methode errichtete.

Aufgrund der Anforderungen an Fertighäuser müssen die verwendeten Materialien bestimmte Kriterien erfüllen, wie Haltbarkeit und Leichtbau. Allerdings muss nicht jedes einzelne Element eines Gebäudes für die Vorfertigung in Betracht gezogen werden. Nur spezifische Komponenten, die den Großteil der Gebäudekonstruktion und Innenausstattung ausmachen, können vorgefertigt werden, wie Wände, Böden, Dächer, Schränke und Regaleinheiten.

In diesem Artikel erfahren Sie:

• Was Fertighäuser sind
• In Fertighäusern verwendete Materialien
• Zukünftige Trends bei Fertighäusern

Was sind Fertighäuser?

Fertighäuser sind Häuser, deren Komponenten vor der Montage/Installation an ihrem endgültigen Standort außerhalb der Baustelle gefertigt wurden. Die Fertigung dieser Komponenten erfolgt in einer kontrollierten Umgebung – meist einer Fabrik. Die treibenden Prinzipien hinter Fertighäusern sind:

1. Industrialisierung und Massenproduktion

Fertighäuser können in Massenproduktion hergestellt werden, da die Komponenten relativ schneller gebaut werden können als beim Vor-Ort-Bau. Dies würde einen Wandel im Fokus und in der Infrastruktur des Bauens bedeuten: weg von der Herstellung von Rohmaterialien wie Zement, Sand und I-Trägern hin zur Produktion modularer Komponenten wie Fertigteile und Sperrholz.

2. Geschwindigkeit und Erschwinglichkeit

Fertighäuser sind günstiger als herkömmliche Häuser, da im Vergleich zum traditionellen Bau Zeit und Aufwand eingespart werden. Die Zeit wird häufiger in die Herstellung der Komponenten investiert als in deren Montage.

3. Individualisierung und Nachhaltigkeit

Das Design von Fertighäusern erfordert, dass die Komponenten so zusammenpassen, dass ein angemessener Grad an Individualisierung möglich ist. Darüber hinaus müssen die beim Bau und der Montage eingesetzten Prozesse so wenig Umweltauswirkungen wie möglich haben.

Kurz gesagt, die Vorteile von Fertighäusern umfassen:

• relativ niedrigere Gesamtkosten
• einfachere Qualitätskontrolle
• schnellerer und sicherer Bau
• weniger Abfall und Wertschöpfung durch Demontage statt Abriss

Die Nachteile liegen in ihrer reduzierten Festigkeit und Stabilität, was bei Naturkatastrophen und sogar beim Transport der Fertigteile vom Fertigungsort zum Installationsort ernste Bedenken bereitet.

In Fertighäusern verwendete Materialien

In Fertighäusern werden verschiedene Materialien verwendet, wie Beton, Holz und Metalle. Hier untersuchen wir einige dieser Materialien und ihre Wirksamkeit.

Beton

Die Verwendung von Beton als Baumaterial ist gut dokumentiert. Seine Verwendung für Fertighäuser nimmt jedoch eine andere Dimension an, da weitere Überlegungen eine Rolle spielen. Durch den Einsatz von Formen lassen sich stabile Strukturen mit sehr komplexen Profilen erreichen. Fertigbetonplatten können auch in größeren mehrstöckigen Konstruktionen verwendet werden, die die Bausteine bilden. Die Materialien selbst können so formuliert werden, dass sie bestimmte Anforderungen erfüllen, wie Leichtbau (es gibt Betonformulierungen, die auf Wasser schwimmen können) und Beständigkeit gegen Temperaturschwankungen. Zusatzstoffe wie Graphenoxid können dem Beton zugesetzt werden, um ihn nachhaltiger zu machen.

Holz

Holz ist ein weiteres häufig verwendetes Material in Fertighäusern. Es kann als solches in Form von „Schwertholz“ (Säulen- und Balkenstrukturen) oder in Form von „Massivholz“ (Plattensysteme – eine Kombination aus Holz und anderen Materialien) verwendet werden. Die Feuerbeständigkeit von Holz ist oft ein Thema, aber Holzsysteme können so konzipiert werden, dass sie aufgrund der bei Feuerbildung entstehenden schützenden Holzkohleschicht eine gute Feuerbeständigkeit aufweisen. Bambus ist ein gängiges Baumaterial, das auch für Fertighäuser adaptiert werden kann. Holz kann auch zu Verbundwerkstoffen verarbeitet werden, die gute Materialeigenschaften haben, die sogar mit Stahl vergleichbar sind. Beispiele für solche Holzmaterialien sind Brettsperrholz (BSP), Brettschichtholz (BSH) und Furnierschichtholz (FSH). Sie bestehen im Wesentlichen aus mehreren Schichten Holzplatten, die so miteinander verleimt sind, dass keine durchgehenden Fasern für Fehler- oder Rissbildung vorhanden sind.

Stahl

Stahl ist ein gängiges Baumaterial, das als Tragrahmen (I-Träger und Säulen), Böden und Wände für modulare Gebäude verwendet wird. Er kann in Kombination mit anderen Materialien oder als Hauptbaumaterial eingesetzt werden, wie bei der Umnutzung von Schiffscontainern. Forschungen deuten darauf hin, dass Stahlwohnstrukturen bis zu zehn Stockwerke oder höher gebaut werden können.

Vorteile von Stahl sind sein relativ geringes Gewicht-Festigkeits-Verhältnis, einfache Transportierbarkeit und Recyclingfähigkeit. Nachteile sind hingegen schlechte Dämmung, mäßige akustische Leistung und die Tatsache, dass die Verwendung von Stahl für diesen Zweck ihn potenziell aus dem Recyclingkreislauf herausnimmt.

Glas

Glas ist ein hochgradig anpassbares Material für verschiedene Bauzwecke. Im Bauwesen werden verschiedene Glasarten verwendet, darunter Einscheibensicherheitsglas (ESG), Verbundsicherheitsglas (VSG), teilvorgespanntes Glas und Drahtglas. Glas kann nützliche Eigenschaften bieten, wie hohe Festigkeit, Dämmung, Chemikalienbeständigkeit und Feuerbeständigkeit. Glas hat auch eine einzigartige ästhetische Qualität und ist vollständig recycelbar – ein häufiges Thema bei Fertighäusern.

Recycelte und wiedergewonnene Materialien

Recycelbare Materialien umfassen einige traditionelle Baumaterialien wie Beton, Gipsplatten und Stahl. Sie umfassen auch andere Materialien wie Zellulosedämmung, Deckenplatten, Kunststoffe, Keramik- oder Porzellanfliesen und Glasfaserdämmung. All diese Materialien können zum Bau von Fertighäusern verwendet werden.

Die Herausforderung bei der Verwendung dieser Materialien besteht darin, dass einige keine stetige Versorgung haben und nicht für eine konsistente Nutzung verlässlich sind. Einige dieser Materialien können auch langfristig giftig oder schädlich für Bewohner sein und müssen sorgfältig geprüft werden, ob sie für den Zweck geeignet sind.

Beitrag von Fertighäusern zur Nachhaltigkeit

Modulare Vorfertigung hat sich als Prozess mit vielen nachhaltigen Vorteilen im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen erwiesen. Abgesehen von offensichtlichen Aspekten wie Abfallreduzierung und geringerem Energieverbrauch vor Ort spielen zahlreiche Faktoren eine Rolle für die Nachhaltigkeit von Fertighäusern, insbesondere in der Bauphase. Ihre nachhaltige Leistung zeigte sich bei der Bewältigung von Baustellenabfall, ästhetischen Optionen, Standortbeeinträchtigung, Wasserverbrauch und Schadstoffemission.

Um die Nachhaltigkeit von Fertigbau – und Bauen im Allgemeinen – richtig zu bewerten, sollten alle Phasen des Bauens, Betreibens und Instandhaltens eines Gebäudes über seinen gesamten Lebenszyklus berücksichtigt werden.

Eine 2019 durchgeführte Studie zur nachhaltigen Leistung von vorgefertigten Modulgebäuden extrahierte 16 Indikatoren über wirtschaftliche, soziale und ökologische Dimensionen, um sie mit konventionellen Bauleistungen zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten, dass Fertigbau deutlich geringere Umweltauswirkungen hatte, insbesondere in Bezug auf Emissionen, Energie- und Wasserverbrauch. Fertigbau wies auch wirtschaftliche Vorteile auf, da er die Menge an Stahl, Beton und Schalungen im traditionellen Bau um 60 %, 56 % bzw. 77 % reduzierte.

Wie additive Fertigung beim Bau von Fertighäusern helfen kann

Additive Fertigung (AM) wurde bisher meist als Technologie betrachtet, die auf kleine Produkte beschränkt ist, die sich schwer für größere Designs skalieren lassen. Neue Technologien erzielen Durchbrüche nicht nur in der Nutzung von AM für großformatige Designs, sondern auch für den Bau.

Die größte Herausforderung besteht jedoch darin, ein Material zu formulieren, das Eigenschaften für den 3D-Druck aufweist und ein ausreichend stabiles Gebäude ergibt. Zementbasierte Materialien, Polymere und Metalle sind einige der Materialien, die für die additive Fertigung modifiziert werden können.

Bau durch additive Fertigung kann die Baukosten erheblich senken, da weniger Abfall entsteht und sie weniger arbeitsintensiv ist. Einige ikonische Gebäude wurden bereits mit AM-Technologie gebaut, darunter ein Bürogebäude in Dubai, eine Brücke in Amsterdam und ein Hotelgebäude in Manila.

Zukünftige Trends bei Fertighäusern

Auch wenn die gesamte Idee vorgefertigter Gebäude noch recht neu ist, gibt es spannende neue Möglichkeiten in der Branche. In Bezug auf verwendete Materialien werden mehr Materialien in Betracht gezogen, wie Kohlefasern für faserige Strukturen und spezielle Kunststoffe für den 3D-Druck großer Strukturen. In Bezug auf die Ausführung werden robotische Technologien entwickelt, die den menschlichen Eingriff auf ein Minimum reduzieren und den Bau außerhalb der Baustelle über Daten aus Computerprogrammen wie Building Information Modelling (BIM) abschließen können.