Baumaterial: So mauern, dass Ziegelsteine kühlen

Julia Fleckenstein, von Ihnen gibt es diverse Forschungsarbeiten und Publikationen rund um das Thema Ziegel. Was hat Ihren Fokus auf dieses Baumaterial gebracht? Was fasziniert Sie daran?
Der Ziegel ist für mich das ideale Bau­material für die robotische Fertigung. Er verbindet eine einfache, einheitliche Geometrie mit enormer gestalterischer Vielseitigkeit.

Wir nutzen diese Präzision, um Ziegel funktional zu differenzieren. So entwickeln wir monolithische Bausysteme, die verschiedene Aufgaben in einer Wandvereinen. Gleichzeitig ist dies eine Rückbesinnung auf ein bewährtes historisches Prinzip: Monolithische Ziegelwände sind extrem langlebig und eine Stütze der Kreislaufwirtschaft. Der Ziegel kann, im Gegensatz zu Verbundwerkstoffen, einfacher recycelt und sogar wieder verwendet werden.

Wurden die besagten klimaoptimierten Strukturen im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelt, oder waren diese schon bekannt und etabliert?
Die von uns entwickelten Wandstrukturen sind eine gezielte Weiterentwicklung bekannter Ziegelverbände. Traditionell werden Ziegelverbände oft als Verblendschalen vor eine Dämmschicht gesetzt oder in mehrschichtigen Systemen ver-ankert. Mit unserem Projekt schaffen wir jedoch einen monolithischen Wandaufbau aus einem Material, das durch verschiedene Eigenschaften funktional differenziert ist.

Wie ist eine solche Ziegelmauer konkret aufgebaut?
Konkret verbinden wir solide, witterungs-beständige Ziegel an der Aussenseite mit hochdämmenden Ziegeln im Kern und zum Innenraum hin. Das Ziel ist, die strengen U-Wert-Anforderungen von unter 0,24 W /(m²K) ohne materialfremde Dämmschichten zu erreichen.

Dazu generieren wir an der Aussenseite datengesteuerte, selbstverschattende Fassadenmuster. Auf Basis von Sonnensimulationen für den spezifischen Standort werden Ziegel gezielt rotiert oder hervorgezogen. Diese geometrische Differenzierung dient als passive Kühlstrategie, indem sie die Aufheizung der Oberfläche bei Sonneneinstrahlung reduzieren soll.

Gibt es allenfalls bekannte historische Beispiele oder Vorbilder für solche bewusst unregelmässigen Wände?
Die datengesteuerte, geometrische Unregelmässigkeit, also die gezielte Rotation oder Verschiebung von Ziegeln zur klimatischen Selbstverschattung, ist in der Art eine Erweiterung des gesamten Wandaufbaus. Sie ist ein direktes Ergebnis der Kombination von computergestützten Klimasimulationen und robotischer Fertigung und keine Adaption einer historischen Bauform.

Gleichzeitig ist der kreative Impuls, die Fassade durch das Hervorheben von Ziegeln plastisch zu gestalten, tief in der Architek-turgeschichte verwurzelt. Die Inspiration stammt von historischen Ziegelbauten, die Ziegelsteine als ornamentales Mittel ein-setzen, um Licht, Schatten und Textur zu erzeugen.

An welches Gebäude denken Sie etwa?
Ein prominentes Beispiel hierfür ist die Frauenkirche in München, an der man wunderbar sehen kann, wie das Mauerwerk selbst zum Träger von Mustern und ex-pressiver Gestaltung wird. Der Unterschied ist: Was damals primär ein ästhetisches Ornament war, wird heute durch digitale Werkzeuge neu interpretiert und mit ei-ner messbaren, klimatischen Funktion aufgeladen. Zudem sind Bauwerke aus dieser Zeit meist monolithisch, nur aus Ziegel gebaut worden.

Wie verhält sich die Ziegelsteinwand im Winter? Kann sie allenfalls auch Wärme speichern und Heizenergie einsparen helfen?
Ja, das ist ein Aspekt, den wir untersucht haben. Unser monolithischer Wandaufbau ist in drei Zonen konzipiert, um genau das zu leisten. Dabei war die Innenzone ursprünglich als Schicht mit hoher thermischer Masse (Lehmsteine) gedacht. Diese dient als thermischer Kondensator und hygrischer Puffer. Durch ihre thermische Verzögerung stabilisiert sie die Raumtemperatur. Gleichzeitig sehen wir einen Nachteil an der Aussenzone. Die hervorstehende Geometrie, die im Sommer die Oberflächentemperatur reduziert, blockiert im Winter die tiefstehende Sonne und damit nützliche passive Solargewinne.

Welche Rolle spielt bei diesem Wandaufbau der Mörtel?
Der Mörtel ist für die Dämmleistung im Winter entscheidender als die Geometrie: Bei dieser Bauweise mit kleinen Ziegeln wird der Mörtel zur massiven Wärmebrücke. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Standard-mörtel untergräbt die Dämmleistung der Kernzone erheblich. Allein der Einsatz eines Dämmmörtels könnte hier den U-Wert entscheidend verbessern.

Wieviel Zeit benötigt diese Bauweise im Vergleich zu konventionellen Mauern?
Bei dieser Methode geht es weniger um einen reinen Geschwindigkeitsvorteil, als um die Ermöglichung von Komplexität durch Kollaboration. Wir haben den Prototyphybrid gebaut: Die Maurerlehrlinge der Bau-innung übernahmen den regulären Wandaufbau, während der mobile Roboter dort assistierte, wo menschliche Präzision an ihre Grenzen stösst. Die geometrisch anspruchsvollen, verdrehten Ziegel wurden robotisch gelegt, da ihr händisches Einmessen un-wirtschaftlich und extrem fehleranfällig wäre. Die Bauzeit wird hier also durch eine Arbeitsteilung optimiert.

Welches ist nun der nächste Schritt bei diesem Forschungsprojekt?
Ein wichtiger Punkt ist der Ausblick: Wir haben mit dem Prototyp einen erfolgreichen «Proof-of-Concept» geliefert, dass der digitale Workflow von der Simulation bis zur Fertigung funktioniert. Die zukünftige Arbeit konzentriert sich nun darauf, dies zu einem robusten und umfassenden Bausystem weiterzuentwickeln. Dabei liegt der Fokus auf der Optimierung der thermischen Leistung und der Baueffizienz, indem wir Materialkombinationen und robotische Prozesse weiter untersuchen. Parallel erweitern wir das digitale Modell, um ein breiteres Spektrum an architektonischen Bauteilen und kom-plexeren Geometrien abzubilden. (bk)