Nachhaltiges Bauen mit nachwachsenden Rohstoffen
Hanf
Allgemeines
Geschichtliche Einordnung
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Hanf als Baustoff findet seinen Ursprung in Asien und Indien, wo er bereits vor Jahrtausenden zur Herstellung von Seilen, Papier und Textilien verwendet wurde. Von dort aus gelangte es nach Europa und in die USA.
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Die Hanfpflanze zählte neben Flachs zu den wichtigsten Industriepflanzen. Aufgrund der berauschenden Wirkung, wurde zunächst 1971 der Verkauf von Hanf in Deutschland, 1982 letztendlich auch der Anbau von Hanf im europäischen Raum verboten.
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Durch die 1985 in den USA veröffentlichte Arbeit „Die Wiederentdeckung der Nutzpflanze Hanf“ gewann die Nutzpflanze erneut an Beachtung, sodass 1996 das Verbot für THC-arme Hanfpflanzen (THC-Gehalt unter 0,3 %) aufgehoben wurde. In der Zwischenzeit eroberten jedoch synthetische Dämmstoffe den Markt, sodass Hanf-Werkstoffe in ihrer Bedeutung zurückfielen. Da man nur aber den Einfluss, den die Bauindustrie auf die CO2-Emmissionen hat, erkennt und klimaneutrale Architektur zunehmend an Bedeutung gewinnt, befindet sich Hanf erneut in einem Aufwärtstrend.
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Anbau
Die Hanfpflanze (cannabis sativa) gehört neben Brennnesseln, Jute und Flachs zu den Bastfasern. Es handelt sich um einen Tiefwurzler, der bis zu fünf Meter hoch wächst. Man kann Faserbündel mit einer Länge von 1,8m und mehr bzw. Elementarfasern zwischen 13 und 25mm gewinnen.
Die Pflanzenfasern bestehen in ihrer chemischen Zusammensetzung v.a. aus Cellulose, Lignin sowie Hemicellulose und zu geringen Mengen auch Pektin und Wachse. Zu beachten ist, dass Pflanzenfasern im Allgemeinen einen Feuchtigkeitsanteil von bis zu 20% besitzen.
Hanf ist eine sehr pflegleichte und ertragsreiche Pflanze. Während Bäume etwa Jahrzehnte wachsen müssen, bis sie weiterverarbeitet werden können, genügen dem Hanf unter Idealbedingungen bereits vier Monate und kann somit sogar zweimal im Jahr geerntet werden. Darüber hinaus sind aufgrund der natürlich enthaltenden Kieselsäure keine umweltbelastenden Herbizide notwendig.
An dieser Stelle sei auch noch die bodenoptimierende Wirkung zu erwähnen. So können Hanfpflanzen etwa durch ihr Wurzelsystem toxische Stoffe aus dem Boden filtern und in dem eigenen Gewerbe aufnehmen. Dieser Vorgang geschieht für die Nutzpflanze schadenfrei und wird als Phytoremediation oder Phytosanierung bezeichnet. Ende der 1990er Jahre
kam Hanf zur Entgiftung des mit Kadium kontaminierten Bodens in der Nähe von Tschernobyl zum Einsatz.
Bauphysikalische Eigenschaften
Dämmeigenschaften
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Hanfdämmstoffe bestehen aus Fasern und Stroh (zerbröselten und aufgewalzten Stängeln) der Hanfpflanzen. Sie sind Tetrahydrocannabinol- frei. Hanf kann entweder lose als Stopfhanf oder Hanfschüttungen oder zu Dämmmatten/ -platten gepresst zur Gebäudedämmung verwendet werden. Lufteinschlüsse in den Faserzwischenräumen verleihen ihm seine
gute Wärmedämmfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit λ liegt zwischen 0,040 - 0,050 W/mK und ist somit mit herkömmlichen synthetischen Dämmstoffen vergleichbar.
Als grobe Orientierung: Für eine Außenwand nach EnEV-Richtlinien mit einer Wärmedämmfähigkeit von λ (Außenwand nach EnEV) = 0,24 W/mK ist mindestens eine 15 cm Hanf-Dämmschicht notwendig.
Darüber hinaus besitzt Nutzhanf eine gute Wärmespeicherfähigkeit - unter Idealbedingungen bis zu 2,5 kJ. Diese sorgt dafür, dass Gebäude im Winter weniger schnell auskühlen bzw. sich im Sommer langsamer aufheizen. Auch begünstigt eine gute Wärmespeicherfähigkeit eine Nachtauskühlung in den Sommermonaten.
Für höhere Festigkeit werden den Dämmstoffplatten i.d.R. Zuschlagstoffe beigemengt.
Gesund für Mensch und Klima
Hanf als Baumaterial sorgt natürlicherweise für ein behagliches Raumklima. Zum einen besitzt der Pflanzenwerkstoff eine offenporige Zellstruktur, die Wasser aufnehmen und bei ausreichender Belüftung wieder abgeben kann. Andererseits hat Hanf einen eingebauten, natürlichen Schimmelschutz: In Hanf enthaltene Kieselsäure beugt Verrottung und Fäulnis vor. Voraussetzung ist, dass der Hanf-Dämmstoff keiner dauerhaften Feuchte ausgesetzt ist. Diese Eigenschaften machen Nutzhanf nicht nur gut für die Umwelt, sondern auch gut für den Menschen.
Da Hanffasern bitter schmecken und keine Eiweiße enthalten, sind sie für Nager und Insekten uninteressant. Eine mechanische Sperre genügt, um ein Einnisten von Tieren und Insekten zu verhindern. Bei fachgerechtem Einbau kann bei Hanf-Werkstoffen eine hohe Dauerhaftigkeit bis zu zehnmal so lange wie bei einer Dämmung mit Mineralwolle erreicht werden.
Eingeschränkter Brandschutz
Ein Nachteil bildet zunächst der Brandschutz. Die Pflanzenfasern sind als Rohprodukt leicht entflammbar. Für eine Zulassung als Dämmung für Bauwerke Brandschutzklasse B2 nach DIN 4102-1 beziehungsweise nach EN 13501-1 Kategorie E notwendig (entspricht der brandschutzklasse von Styropor). Um diese zu erreichen, wird dem Naturprodukt Flammschutzmittel wie etwa Borsalze, Ammoniumphosphat bzw. -sulfat oder Soda beigemengt. Setz man Hanf in Verbindung mit Lehm- oder Kalkputz ist sogar die höchste Brandwiderstandsklasse erreichbar.
Vor- & Nachteile
Vorteile
Nachwachsender Rohstoff
Wiederverwendbar
Cradle-to-Cradle
Keine umweltbelastenden Herbizide notwendig
Gute CO2- Bilanz (bindet mehr CO2 als Wälder)
Geringer Energiebedarf bei Herstellung
Wächst schnell und ergiebig
Langlebig und sanierungsarm
Verschnittfrei einsetzbar
97% der Pflanze können verarbeitet werden
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Wärmespeicherung und Wärmedämmung
Reguliert Luftfeuchtigkeit
Schimmelresitent
Schallabsorbierend
Reißfest
Brandschutzklasse B1 erreichbar
vielseitig einsetzbar
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Nachteile
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Belüftung entscheidend
Eingeschränkter Brandschutz
(Leicht entflammbar, Zusätzliche Flammschutzmittel notwendig)
Spezielle Anforderungen für WDVS
Für Perimeterdämmung sowie andere technische
Dämmungen ungeeignet
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Baustoffe
Hanf (Cannabis Sativa) ist eine wahre Wunderpflanze, die sich vom Stiel bis zu Samen verarbeiten lässt. Die Kulturpflanze kann beispielsweise für die Textil-, Papier-, Öl-, Teeproduktion und auch in der Baubranche genutzt werden.
Hier ist sie vielseitig einsetzbar: Lose oder zu Dämmmatten/ -platten gepresst kommt sie als Dachdämmung (Zwischen- sowie Untersparrendämmung) oder als Klemmfilz für die Außen- und Innendämmung, für hinterlüftete Fassaden sowie zur Fußboden- und Geschossdämmung zum Einsatz.
Auch eignet sich Stopfhanf etwa zum Füllen von Rissen und Hohlräumen. Mit Hanfschüttungen in Fußböden oder Raumdecken ist ein sehr guter Schallschutz erreichbar. Ähnlich wie bei anderen natürlichen Dämmstoffen, eignet sich Hanf jedoch nicht als Perimeterdämmung oder für andere technische Dämmungen.
Hanf als Baumaterial ist bei der KfW förderfähig.
Nachdem bereits Henry-Ford in den frühen 1940ern mit Hanf als Kunststoff experimentierte, findet Hanf heute bereits in vielerlei Ausführungen auch als Kunststoff Gebrauch.
​Hanfkalk / Hempcrete
Werden den aus dem holzigen Kern des Hanfstängels gewonnenen Schäben, Wasser sowie Naturkalk als Bindemittel beigemengt, erhält man Hanfkalk bzw. Hempcrete. Es handelt sich um einen rundum natürlichen Baustoff, der, im Gegensatz zu seinem Namensvetter Beton, deutlich weniger Energie benötigt und vielseitig einsetzbar ist.
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Tatsächlich besitzt Hempcrete eine negative CO2- Bilanz. Hanfbeton kann traditionellerweise vor Ort vergossen werden. Dazu wird die feuchte Hanf-Kalk-Mischung an der Baustelle maschinell angerührt und manuell in eine Schalung gegeben und anschließend verdichtet.
Eine modernere, effizientere Lösung der Vor-Ort-Verarbeitung bietet die Sprüh-Methode.
Als Alternative zu der an der Baustelle gefertigten Mischung bieten feste Steine oder Blöcke aus Hanfkalk. Diese werden im Voraus geformt, gepresst und in einem Kaltverfahren getrocknet, wodurch die Baustellenzeit verkürzt wird und die Schalung erspart bleibt.
Hempcrete wird meistens in Kombination mit lastabtragenden Holzständerkonstruktion als Gebäudehülle verwendet. Zwar
lassen sich auch Innenwände mit Hanfkalk herstellen, diese sind allerdings aufgrund des geringeren Druckwiderstandes auf einstöckige Gebäude mit geringen Dachlasten beschränkt.
Schüttung
Bei einer losen Weiterverarbeitung des Hanfmaterials kommen lediglich Hanfreste und Schäben, also die plattgehauenen Stängelstücke des Hanfstrohs, zum Einsatz. Abgesehen von den brandschutztechnischen Zusatzmitteln, sind keine weiteren Zuschläge notwendig. Mischt man die verholzten Teile mit Lehm, entsteht ein leichtes Schüttmaterial. Mengt man hingegen lösungsmittelfreies Bitumen dazu, entsteht ein Schüttmaterial, das selbstverfestigend ist und sich somit für hochbelastbare Ausgleichsschüttungen als Höhenausgleich auf Beton- oder Holzbalkendecken oder auch als Unterkonstruktion unter Trocken- und Nass-Estrichen eignen. In beiden Fällen werden die Hanfschäben durch ein Material ummantelt, nach einer Vorverdichtung abgebunden und dadurch auch geschützt.
Die Schallschutzschüttung wird als Schalldämm-, Wärmedämm- und Ausgleichsschüttung eingesetzt. Soll sie innerhalb von druckbelastbaren Fußbodenaufbauten eingesetzt werden, muss sie verdichtet werden (s.o.). Schüttungen kommen als Höhenausgleich auf Beton- oder Holzbalkendecken, als Unterkonstruktion unter Estrichen, zur Auffüllung von
Zwischenräumen, als Einbettmaterial für Fußbodenheizungen, als Wärmedämmung für Dachboden bei Kaltdächern sowie als belastbare Trittschalldämmung oder Schalldämmung in Zwischengeschossdecken zur Anwendung. Eine Kombination aus Hanf und Lehm hält dabei auch den Luftschall tieferer Frequenzen auf. Eine Mischung aus Hanf, Kalk und Lehm kann auch als dämmender Mörtel für Strohballenwände eingesetzt werden.
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Vlies
Ähnlich wie bei der Herstellung der Matten, werden auch zur Herstellung der Vliese ausschließlich Hanffasern verwendet.
die durch ein Verfilzungsprozess gebunden werden. Dabei werden 50-70 mm lange Hanffasern zunächst einem Vliesbildner
zugeführt. Dieser bildet ein voluminöses, breitflächiges und homogenes Vlies. An einer Nadelmaschine wird das Vlies zu
einem Nadelvlies oder Nadelfilz verfestigt. Für die Herstellung elastischer Hanfvliese, werden dem Vlies auch natürliche
Bindemittel wie z.B. Kartoffelstärke oder synthetische Stützfasern beigemischt. Um eine Brandsicherheit herzustellen, wird
der Vlies mit Soda oder Borsalz imprägniert.
Hanfvlies eignet sich gut als Trittschalldämmung, als Estrich-Randstreifen und akustische Dämmung auf Fußboden- oder
Deckenbalken. Wird eine Hanfvlies-Tapete in Verbindung mit Lehm-Kleister eingesetzt, so können die Bauteile luftdicht
angeschlossen werden.
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Filze Matten Platten
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Die Pflanzenstängel werden nach dem Rösten durch Brechen und Walzen in Fasern und Schäben aufgefasert. Nachdem die Hanffasern mit einem Flammschutzmittel wie Soda oder Ammoniumphosphat behandelt wurden, werden sie zu Matten geformt. Dünnere Faserdämmplatten sind elastisch und kommen ohne Zuschlagstoffe aus. Werden hingegen dickere, festere Platten benötigt, wird den Naturfasern noch Polyethylen beigemengt und das Ganze zu einer festen Masse verschmilzt. Auch sind natürliche Bindemittel wie Kartoffel- oder Maisstärke möglich, diese kommen aber seltener zum Einsatz. Die sogenannte Stützfasern (auf Kunststoff- oder pflanzlicher Basis) verleihen dem Material zusätzliche Festigkeit.
Für die Herstellung von festen Hanfplatten werden die Hanffasern mit Kunststofffasern in Thermobondierofen erhitzt, wobei der geschmolzene Kunststoffmantel die Hanffasern bindet. Bei einer rein pflanzlichen Faserkombination passiert die Verbindung durch Verfilzung der Fasern. Darüber hinaus können Hanfdämmstoffen noch Holzwolle, Jute oder Schafswolle beigemengt werden.
Auf dem Markt sind außerdem Hanf-Lehm-Platten erhältlich, die entweder aus Ton, Hanfschäben, Magnesium und einem für Lebensmittel zugelassenen pflanzlichen Bindemittel (z.B. Soja) bestehen, oder solche, die aus Lehm, Hanffasern, Hanfschäben und einem Putzgewebe an der Vorder- und Rückseite zusammengesetzt sind.
Flexible Hanfmatten lassen sich einfach verarbeiten, sind elastisch, weisen eine gute Klemmbarkeit auf und sind leicht transportierbar. Sie eignen sich sowohl als Zwischensparren- bzw. Untersparrendämmung von Steildächern, als auch als Kernfüllung bei Außen- und Trennwänden in Holzständerbauweise oder bei Holzbalkendecken.
Hanfmatten sind in unterschiedlichen Stärken verfügbar. Die dünneren Matten, sogenannte Dämmfilze, eignen sich gut als Unterlage für schwimmend verlegte Parkett- und Laminatböden – wobei sie als Schutz vor Feuchtigkeitsschwankungen dienen -, als Entkoppelungs- und Trennwandstreifen oder als Trittschalldämmung.
Zur Dämmung von Steil- und Flachdächern (Holzriegelkonstruktion), Dämmung der obersten Geschossdecke oder Dämmung von Trennwänden, Vorsatzschalen und Hohlräumen bieten sich die Hanfdämmplatten besonders gut an. Aber auch in WDVS-Fassadendämmungen können die festen Platten verwendet werden.
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Hanf-Lehm-Trockenbauplatten
Die Hanf-Lehm Platten bestehen aus natürlichem Lehm, Hanffasern und Hanfschäben. Durch die Zusammensetzung
der beiden Rohstoffe Lehm und Hanf wird eine gute Diffusionsoffenheit und Langlebigkeit des Baustoffs erreicht. Die
Inhaltsstoffe werden in einem Gussverfahren zu einer Leichtlehm-Platte geformt. Für eine höhere Plattenstabilität sorgt
ein Glasfasergewebe auf beiden Seiten der Platte. Die Standsicherheit wird jedoch erst in Verbindung mit den an sie
angrenzenden Bauteilen gewährleistet.
Die Platten werden in Vorsatzschalen oder Installationsebenen in Trocken- oder Feuchträumen eingebaut. Sie eignen sich
gut als Trockenbauplatten für Beplankung sowohl von Holz- und Metallständerwerken im Innenbereich (mit Rastermaß von
31,25 cm), als auch von vollflächigen Untergründen wie beispielsweise Massivholzbauteilen. Die Leichtlehmplatten werden
auch auf Decken- und Dachflächen eingesetzt, können allerdings nicht zur Gebäudeaussteifung verwendet werden.
Der Plattenzuschnitt kann mitilfe eines Cuttermessers, einer Stich- oder Handkreissäge erfolgen. Zur Befestigung der Platten
sind Schrauben- und Klammerbefestigungen notwendig. Die Trockenbauplatten können können aber auf mineralischen
Untergründen (z.B. Putze, Mauerwerk) an der Wand verklebt werden.
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Hanf-Kalk-Putz
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Hanf-Kalk-Putz ist durch eine Zusammensetzung aus Luftkalk, Kalkbrechsand, Hanfschäben (ca. 95%) und Hanffasern (ca.
5%) frei von Zusatzstoffen und Zement. Durch das Beimischen von Wasser wird der Putz verarbeitungsfertig. Hanf-Kalk-Putz
lässt sich einfacher verarbeiten als Lehmputz, wobei beide ähnliche Wirkungen aufweisen. Jedoch ist Hanf-Kalk-Putz nach
der Trocknung viel fester als Lehmputz und preislich auch günstiger. Der Putz wird in Putzmaschinen verarbeitet und ist auch
in Silos erhältlich. Da mehrere Granulaturen von Hanfschäben und Farbpigmenten auf dem Markt angeboten werden, kann
die Putzstruktur nach Wunsch angepasst werden.
Hanf-Kalk-Putz kann als Dämmputz bei Restaurationsarbeiten eingesetzt werden. Dabei wird er vollflächig innenseitig auf
die bestehende Wand aufgespritzt und die Oberflächen im Anschluss behandelt. Zusätzlich kann Putz als Unterputz für
Decken und Innenwände auf allen Putzgründen (Hanfziegeln, Hohlziegeln, Zementsteinen, rau geschaltem Beton etc.)
verwendet werden. Im Innenbereich wird der Hanf-Kalk-Putz ebenso auf hochporosiertem Mauerwerk ( z.B. Planziegel,
Porenbetonstein) aufgebracht und dient als Unterputz für Kalk- und Silikatfarben.
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Stopfhanf/ Hanfwolle
Der lose Stopfhanf (auch Hanffaser-Dämmwolle oder Hanf-Stopfwolle) besteht aus der puren Hanffaser und benötigt, im
Gegensatz zu den Matten, keine zusätzlichen Stützfasern. Den Hanffasern werden 2-5% Flammschutzmittel beigemengt.
Dämmwolle wird in Ballen zu ca. 30 kg und einer Dichte von ca. 150 kg/cbm gepresst. Da sie beim Einbau hingegen
bloß etwa 50 kg/cbm Dichte aufzeigen sollten, müssen sie vorab händisch aufgelockert werden. Besonders attraktiv bei
der Verwendung von Stopfhanf und Hanfschüttungen ist, dass sie verschnittfrei angewendet werden können, bei der
Verarbeitung also keine Materialreste anfallen.
Stopfhanf eignet sich gut zum Füllen schwer zugänglicher Hohlräume, sowie von Bauteilen, die aufgrund ihrer Geometrie
nur schwer mit Dämmmatten ausfüllbar sind, als Zwischensparrendämmung, Dämmung im Ständerwerk sowie von
unbelasteten Decken oder als Schallschutzdämmung in Trennwänden. Auch lässt sich Stopfwolle ideal innerhalb der
technischen Isolierung etwa als Pufferspeicher einsetzen. Bei der Verwendung der Stopfwolle entstehen keine Fugen. V.a.
beim Einbau von Türen und Fenstern bietet Stopfwolle eine umweltfreundliche Alternative zu PU-Schaum.
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Projekte
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POLYVALENT STUDIO
Practice Architecture + Unit 7 Pidley, UK
Das Gebäude ist in Rahmen des Architekturstudiums als Diplomprojekt entstanden, wobei mehrere Studierende es innerhalb von zwölf Tagen aufgebaut haben. Der Prototyp des 30 m2 großen Studios ist ein Beispiel für energiesparende Designs geworden und kann angepasst, skaliert und an mehrere Programme angepasst werden. Für die Herstellung der Außenwände wurde Hempcrete ins Gefache der Holzkonstruktion gestampft. Für die Fassadenverkleidung wurden innovative Holzfaserisolierungs- und Hanffaser-Bioharz-Wellplatten gewählt. Das Gebäude ist als CO2 negativ eingestuft, da vorwiegend nachwachsende Rohstoffe bei dem Bau verwendet wurden und weniger als ein Kubikmeter Beton für die Fundamentherstellung benötigt wurde.
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SKY FARM – MULLUMBIMBY
Balanced Earth
Byron Bay, AU
Das Haus schwebt über dem Boden auf einer Holzplattform im Hang. Das Projekt ist als Auftrag einer Bauherrin entstanden, deren Vater Architekt war und an einer durch Asbest ausgelösten Krebskrankheit ums Leben gekommen ist. Somit sollte das Gebäude maximal gesundheits- und naturfreundlich gebaut werden. Hier sind recycelte Hartholzpfosten und -balken als Tragstruktur verwendet worden, die mit einer 200 mm dicken Hempcrete-Schicht ausgefacht wurde. Die hoch gestellte Traufe des Satteldachs schützt die Außenwände vom Schlagregen und direkter Sonneneinstrahlung, was in der Region Australiens keine Seltenheit ist.
