Tragende Strohkonstruktion: Abmessungen, Dichte, Lambda und μ-Faktor

Die tragende Strohkonstruktion bildet in Kombination mit einer Roherdebeschichtung auf der Innenseite und einer Kalkbeschichtung auf der Außenseite ein Bausystem mit spezifischen thermischen und hygroskopischen Eigenschaften. In diesem Artikel werden die technischen Merkmale unseres Projekts vorgestellt, das mit vorgefertigten und vorgespannten Strohwänden gebaut wurde.

Charakteristisch	Wert
Abmessungen eines Stiefels	37 x 47 x 120 cm
Dichte	90 bis 120 kg/m³
Wärmeleitfähigkeit (λ)	0,045 bis 0,050 W/(m·K)
Für die Berechnung beibehaltener Wert λ	0,048 W/(m·K)
Faktor μ (Dampfdiffusionswiderstand)	Ungefähr 2 bis 3
Dicke des Strohs in der Wand	47cm
Wärmewiderstand von Stroh (R)	Ca. 9,79 m² K/W
Wärmedurchgangskoeffizient (U) der Wand	Ungefähr 0,10 W/(m²·K)

Zusammensetzung der Mauer

Die Außenwand besteht aus drei unterschiedlichen Schichten, die von innen nach außen organisiert sind, um gleichzeitig Struktur, Isolierung und hygrometrische Regulierung zu gewährleisten:

• Innenschicht: 4 bis 6 cm Roherdebeschichtung. Dieses Material sorgt für eine natürliche Regulierung der relativen Luftfeuchtigkeit und sorgt für thermische Oberflächenträgheit.
• Herz der Wand: 47 cm Stroh in Ballen. Diese Dicke stellt das tragende Element und den Hauptisolierkörper dar.
• Außenschicht: 4 bis 5 cm Kalkputz. Diese mineralische Beschichtung schützt das Stroh vor Witterungseinflüssen und bleibt gleichzeitig wasserdampfdurchlässig.

Die Gesamtstärke der Wand beträgt ca. 56 cm.

Herkunft und Eigenschaften von Stiefeln

Die für dieses Projekt verwendeten Strohballen stammten aus einer lokalen Bestellung eines Bauern aus der Region. Ihre Abmessungen ergeben sich nicht aus einem standardisierten Industrieformat, sondern entsprechen direkt der spezifischen Einstellung der bei der Ernte eingesetzten Ballenpresse.

• Maße angegeben: 37 cm dick, 47 cm hoch und 120 cm lang.
• Dichte: Zwischen 90 und 120 kg/m3.
• Umsetzung: Die Wände wurden in der Werkstatt vorgefertigt. Um die Stabilität der Struktur zu gewährleisten, wurde die vertikale Vorspanntechnik angewendet.

Diese Wahl der lokalen Versorgung verdeutlicht die Fähigkeit des Strohsektors, sich an die technischen Zwänge eines Bauprojekts anzupassen und gleichzeitig eine Kurzschlusslogik beizubehalten.

Beitrag der strukturellen Vorspannung

Eine Besonderheit dieser Leistung liegt in der Vorspannung, die bei der Herstellung der Wandpaneele aufgebracht wird. Jede Wand mit einer Höhe von 2,40 m (entsprechend dem Stapel von 6 Ballen) wurde einer Druckbelastung von 1.000 kg pro laufendem Meter ausgesetzt.

Diese Vorspannung hat mehrere technische Vorteile:

• Begrenzung der Setzung: Die anfängliche Kompression verringert das Risiko einer späteren unterschiedlichen Setzung und begrenzt so das Auftreten von Rissen in den Beschichtungen.
• Strukturelle Steifigkeit: Es erhöht den Zusammenhalt des Ganzen, sodass die Wand die Lasten des Rahmens aufnehmen kann und die Stabilität der Struktur gewährleistet ist.
• Homogenität: Es garantiert eine gleichmäßige Dichte des Strohs über die gesamte Höhe der Wand und vermeidet weniger dichte Bereiche, die zu Wärmebrücken oder mechanischen Schwachstellen führen könnten.

Wärmeleistung und Berechnung des U-Koeffizienten

Die thermische Leistung der Wand ergibt sich direkt aus der Dicke des Strohs und seiner Dichte.- Wärmeleitfähigkeit (Lambda): Bei Stroh mit einer Dichte zwischen 90 und 120 kg/m3 liegt die Wärmeleitfähigkeit im Allgemeinen zwischen 0,045 und 0,050 W/(m.K). Für die Berechnung verwenden wir einen Durchschnittswert von Lambda = 0,048 W/(m.K).

• Wärmewiderstand (R): Für eine Strohdicke von 47 cm wird der Wärmewiderstand nach der Formel R = e / Lambda berechnet:

  • R_Stroh ~= 0,47 / 0,048 ~= 9,79 m2.K/W.
  • Durch Addition des Widerstands der Beschichtungen (Erde und Kalk) erreicht der Gesamtwiderstand der Wand (R_total) ungefähr 10,0 m2.K/W.

• Wärmeübertragungskoeffizient (U): Der Koeffizient U ist der Kehrwert des Gesamtwiderstands (U = 1 / R_total).

  • Berechnung: U = 1 / 10,0 = 0,10.
  • Ergebnis: U ~= 0,10 W/(m2.K).

Dieser Wert liegt deutlich unter den Anforderungen der aktuellen Wärmeschutzvorschriften, sowohl in der Schweiz als auch in Frankreich. Es übertrifft die Kriterien des kantonalen Energiemodells (MuKEn) in der Schweiz, das häufig einen maximalen U-Wert von 0,20 W/(m2.K) für Neubauten empfiehlt, sowie die RE2020-Standards in Frankreich (maximaler U-Wert von 0,28 W/(m2.K) für Wände) deutlich. Dieses Leistungsniveau nähert sich den Kriterien des Passivbaustandards (im Allgemeinen festgelegt auf U <= 0,15 W/(m2.K)).

Thermische Phasenverschiebung und Trägheit

Die thermische Phasenverschiebung stellt die Zeit dar, die eine Hitzewelle benötigt, um die Wand zu durchdringen. Hierbei handelt es sich um geschätzte Daten, die direkt von der Wandstärke, der Dichte der Materialien und ihrer volumetrischen Wärmekapazität abhängen.

• Geschätzter Wert: Für unsere 47 cm dicke Wand aus dichtem Stroh, ergänzt durch die innere Roherdebeschichtung, wird die Phasenverschiebung auf ungefähr 12 bis 14 Stunden geschätzt.
• Abhängigkeit von der Dicke: Die Phasenverschiebung ist proportional zur Dicke der Isolierung. Je dicker und dichter die Wand ist, desto länger ist die Wärmelaufzeit. Bei einer Standarddicke von 35 cm würde die Phasenverschiebung etwa 9 bis 10 Stunden betragen; Durch die Hinzufügung zusätzlicher 12 cm in unserer Konfiguration ist es möglich, diesen Zyklus länger als 12 Stunden zu erreichen.
• Betonwirkung: Diese Phasenverschiebung ermöglicht es, das Eintreffen der Sommerwärme in Innenräumen bis zum Ende des Abends oder in der Nacht zu verzögern, wenn das Gebäude durch natürliche Belüftung gekühlt werden kann, wodurch sommerlicher Komfort ohne mechanische Klimaanlage gewährleistet wird.

Dampfdurchlässigkeit und Innenraumkomfort

Die Gestaltung der Wand respektiert das Prinzip der Schweißbildung, also die Fähigkeit von Materialien, Wasserdampf diffundieren zu lassen.

• Dampfdiffusionswiderstandsfaktor (mu): Stroh hat einen niedrigen Mu-Faktor (ca. 2 bis 3), ähnlich dem von Roherde (3 bis 5) und Kalk (5 bis 8).
• Feuchtigkeitsmanagement: Diese Homogenität der Eigenschaften ermöglicht es dem im Gebäudeinneren erzeugten Wasserdampf, durch die Wand zu dringen und nach außen zu entweichen, ohne auf eine blockierende synthetische Dampfsperre zu stoßen.

Dieser Vorgang ermöglicht die Aufrechterhaltung einer stabilen Innenfeuchtigkeit, im Allgemeinen zwischen 40 und 60 %, was zum Komfort der Bewohner beiträgt und die Gefahr von Kondenswasserbildung im Inneren der Wand verhindert.

Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit

Die Haltbarkeit einer Strohwand hängt von ihrem Schutz vor flüssiger Feuchtigkeit ab. Die gewählte Implementierung umfasst:

• Eine wassergeschützte Basis, um den Strohhalm vor aufsteigenden Kapillaren und Regenspritzern zu schützen.- Ausreichende Dachüberstände zum Schutz der Fassaden.
• Eine äußere Kalkbeschichtung, die für Regenwasser undurchlässig, aber dampfdurchlässig ist.

Was die Feuerbeständigkeit betrifft, begrenzen die hohe Dichte des Strohs (90-120 kg/m3) und das Vorhandensein mineralischer Beschichtungen auf beiden Seiten die Verbrennung. Im Brandfall verbrennt die Oberflächenschicht der Beschichtung bzw. die Außenschicht des Stiefels langsam und es bildet sich eine verkohlte Schicht, die den Kern des Stiefels schützt und die Tragfähigkeit der Wand über einen längeren Zeitraum aufrechterhält.

Fazit

Durch die Verwendung von vorgespannten Strohballen aus lokaler Produktion mit einer Isolierung von 47 cm ist es möglich, hohe Wärmeleistungen (U ~= 0,10 W/(m2.K)) mit einer geschätzten Phasenverschiebung von mehr als 12 Stunden zu erreichen und gleichzeitig die strukturelle Stabilität der Struktur zu gewährleisten. In Kombination mit natürlichen Beschichtungen (Erde und Kalk) bietet diese Technik ein kohärentes Bausystem, das thermische und hygrometrische Strömungen für ein nachhaltiges und energieeffizientes Gebäude steuert und im Voraus die Anforderungen der Schweizer (MuKEn) und europäischen Energiestandards erfüllt.