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2 | Von der Wand zur Fassade Heutige Wand- und Fassadenkonstruktionen sind in Erscheinung und Funktion gekennzeichnet von einem langen Prozess der Entwicklung. Ausgehend von den beiden grundsätzlichen Urformen des menschlichen Lebens, dem sesshaften und dem nomadenhaften Dasein und den damit entstehenden funktionalen, technischen und gestalterischen Verknüpfungen können Wand- und Fassadenformen bezüglich ihrer Entstehungshintergründe und Entwicklungslinien skizziert werden. Je nach klimatischen Gegebenheiten und den sich daraus ergebenden Lebens- und Wohnformen kamen zwei grundsätzlich verschiedene Ursprungsprinzipien des Einhüllens zur Anwendung: massive, ortsfeste und auf Dauerhaftigkeit ausgelegte Wandkonstruktionen zum Einen, zum Anderen elementierte Fassaden in Form von Zelten für den flexiblen und mobilen Einsatz. Dieser Überblick der Entwicklungslinien verfolgt weniger die kulturellen und historischen Aspekte. Er

Massive Wandkonstruktionen Bewohner kalter Klimazonen sowie sesshafte Volksgruppen bevorzugten möglichst massive Wandkonstruktionen (1, 4). Sie bestanden aus vorgefundenen oder einfachen selbst gefertigten Konstruktionselementen wie Findlinge, Bruchstein oder gebrannter Ziegel. Ziel dieser Konstruktionsprinzipien war eine Dauerhaftigkeit der Wand gegen Witterungseinflüsse bei möglichst einfacher Bau- und Konstruktionsweise. In der Neuzeit haben diese massiven Konstruktionen selbstverständlich in der Herstellung und der Verarbeitung eine Entwicklung entsprechend der technischen Möglichkeiten erfahren – heutige massive Konstruktionen werden aus tragenden und wärmedämmenden Werksteinen hergestellt oder zwecks Wärmeschutz mit Isolierungen versehen – das konstruktive Prinzip aber ist gleich geblieben.

beschäftigt sich vor dem Hintergrund konstruktiver und funktionaler Zusammenhänge vielmehr mit der strukturellen Entwicklung

Warmfassade / Kaltfassade

und der hierin liegenden Logik. Er ist also keine chronologische

Bei massiven Wandkonstruktionen werden heute zwei Systeme

Reihenfolge, sondern erläutert die aufeinander aufbauenden

unterschieden: Warmfassaden (2), bei denen sich die wärme-

Konstruktionsschritte, um Abhängigkeiten und Verknüpfungen er-

dämmende Schicht außen, oder innen, direkt auf der Fassaden-

kennbar zu machen. Der Fokus des Überblicks liegt auf aktuellen

konstruktion befindet, oder Kaltfassaden (3, 5), bei denen die

Entwicklungen, die jedoch keinesfalls abgeschlossen sind.

wärmedämmende Schicht durch eine Luftschicht von der Wetterschutzschicht getrennt ist. Die Luftschicht bewirkt, dass die wärmedämmende Schicht austrocknen kann, wenn durch einen Schaden in der Wetterschutzschicht Wasser eindringt.

1

2

3

Massivwand Massive Wandkonstruktion als monolithisches oder aus Elementen zusammengesetztes Bauteil, eventuell mit einer separaten Wetterschutzschicht, hier in Form eines Außenputzes

Warmfassade Warmfassaden erhalten eine wärmedämmende Schicht direkt auf der Konstruktionsebene. Die Außendämmung muß wasserbeständig sein, da ihre Funktion bei Schäden an der Fassadenkonstruktion ansonsten aufgehoben wird. Bei einer Innendämmung kann die Speichermasse der massiven Wand nicht mehr aktiv zum Raumklima beitragen.

Kaltfassade Kaltfassaden zeichnen sich durch einen hinterlüfteten Hohlraum zwischen äußerer Wetterschutzschicht und der Wärmedämmung aus.

14

V O N D E R W A N D Z U R FA S S A D E

4

Marktplatz in Siena, 13. Jahrhundert Gemauerte Massivwände als tragende und raumabschließende Konstruktion

5

Bürogebäude Port-Event-Center im Düsseldorfer Hafen, Norbert Wansleben, 2002 Kaltfassade des Sockelgeschosses eines Bürobaus im Düsseldorfer Hafen. Die transparente Wetterschutzschicht lässt die Konstruktion, den durchlüfteten Hohlraum sowie die Wärmedämmschicht erkennen.

V O N D E R W A N D Z U R FA S S A D E

15

Pfostenfassade

Riegelfassade

Neben den reinen Pfosten-Riegel-Konstruktionen sind auch Pfo-

Bei der Reduzierung der Konstruktion auf Riegel handelt es sich

sten-Konstruktionen sowie Riegel-Konstruktionen mit Zugstan-

im Gegensatz zur stehenden Pfosten-Riegel-Konstruktion (28)

gen zur Lastabtragung entwickelt worden. Ziel dieser Varianten

um ein hängendes System (26). Hierbei wird das Eigengewicht

ist immer die Verbesserung der Filigranität mittels Verringerung

nach oben abgeleitet, um Konstruktionsmasse zu sparen und um

der Konstruktionsglieder in der Fassade, um eine größere Trans-

die Elemente nicht mehr auf Knicken zu beanspruchen. Für die

parenz zu erreichen. Bei den Pfosten-Konstruktionen erfolgt die

Zugstangen sind jedoch meist aufwendige Überzugkonstrukti-

Beschränkung der Konstruktion durch die maximal möglichen

onen im Kopfbereich der Fassade notwendig. Lediglich die Hori-

Abmessungen der Ausfachung (25).

zontalkräfte werden durch die Riegel aufgenommen.

25

26

Pfostenfassade Die geschosshohen Pfosten tragen Windlasten und das Eigengewicht der Konstruktion ab.

Riegelfassade Fassadenkonstruktionen, in denen lediglich Riegel verwendet werden, bedürfen einer vertikalen Abspannung, um das Eigengewicht der Konstruktion abzuleiten. Windlasten werden hier über die Riegel abgeleitet.

26

V O N D E R W A N D Z U R FA S S A D E

Vorhangfassade Strukturell gesehen entstehen aus den hängenden Fassaden, die keine Probleme mit Knick-Beanspruchungen haben, die Vorhangfassaden oder Curtain Walls (27, 29). Da kaum noch konstruktive Abhängigkeit zum Haupttragwerk des Gebäudes besteht, können Teilungen und Gliederungen freier gewählt werden. Auch können hierdurch Ausfachungen bzw. Verglasungen entsprechend des jeweiligen ästhetischen Anspruches und der funktionalen Anforderungen verwendet werden. Üblicherweise erfolgt eine Abtragung der Vertikallasten und der Horizontallasten geschossweise, kann aber auch mit eingefügten Tragwerkkomponenten über größere Distanzen überbrückt werden.

28

Stehende Pfosten-Riegel-Fassaden Stehende Pfosten-Riegel-Fassaden stehen üblicherweise als geschosshohe Konstruktion auf. Hieraus resultiert das Problem des Knickens der Pfosten.

27

29

Federal Center, Chicago, Ludwig Mies van der Rohe, 1964 Mies van der Rohes Federal Center in Chicago ist ein Beispiel für eine Curtain Wall. Es manifestiert sich der Wunsch nach industriell hergestellten Fassaden, welcher sich aus der Architekturästhetik entwickelt – handelt es sich doch konstruktiv um vorfabrizierte Halbzeuge, deren Zusammenstellung und Montage in handwerklicher Ausführung vor Ort erfolgt.

Vorhangfassade Im Gegensatz zu reinen Pfosten-Riegel-Systemen wird bei der Curtain Wall oder Vorhangfassade das Eigengewicht über hängende Pfosten abgetragen. Der Vorteil liegt in der Vermeidung des Knickproblems der Pfosten sowie einer weitgehenden Unabhängigkeit von der Hauptstruktur des Gebäudes.

V O N D E R W A N D Z U R FA S S A D E

27

3 | Konstruktionsprinzipien Die Fassade ist das trennende Bauteil zwischen dem benutzten

Die Skizze (1) zeigt die Vielzahl der zu erfĂźllenden Anforde-

Innenraum und der AuĂ&#x;enwelt. Um sich dem Wesen heutiger

rungen. Diese Anforderungen mĂźssen in allen Phasen der Fas-

Fassadenkonstruktionen zu nähern, soll zunächst an die verschie-

sadenkonstruktion berĂźcksichtigt werden: bei der Konzeption,

denen Funktionen der Fassade erinnert werden: Sie bestimmt

bei den Konstruktionsprinzipien, im Detail und letztendlich in der

die architektonische Erscheinung des Gebäudes, sie gewährt

AusfĂźhrung.

Ein- und Ausblicke, sie muss Druck- und Sogkräfte aus Wind-

Im Grunde wĂźnschen wir uns eine mĂśglichst einfache Kon-

lasten aufnehmen, ihr Eigengewicht tragen und zum Teil auch

struktion, welche alle diese Funktionen Ăźbernehmen kann und

tragende Funktion fßr andere Bauteile ßbernehmen. Sie lässt

in der Lage ist, sich an die ständig wechselnden Einßsse anzu-

Sonnenlicht in das Gebäude, muss aber gleichzeitig auch Son-

passen. Sie sollte eine adaptive Hßlle sein, ähnlich der Haut des

nenschutz bieten. Sie erzeugt Dichtigkeit gegen Regenwasser

Menschen, die mehrere Funktionen des KĂśrpers erfĂźllt.

und muss mit Feuchtigkeit von innen und auĂ&#x;en umgehen. Sie

Die Fassade von heute blickt auf eine Entwicklung Ăźber meh-

isoliert gegen Wärme und Kälte, sorgt fßr Schallschutz und kann

rere Jahrtausende zurĂźck. Die MĂśglichkeiten, die sich uns aktuell

sogar zur Energiegewinnung dienen.

bieten, resultieren aus bekannten und bewährten Konstruktionsmethoden, den zur Verfßgung stehenden Materialien und den tradierten Produktions- und Montageabläufen.

2EGENWASSERDICHT "ELICHTUNG

3CHUTZGEGEN56 3TRAHLUNG %NERGIEGEWINNUNG

!USBLICK

"ELĂ FTUNG $RUCK 3OGKRĂ‹FTE AUS7INDBELASTUNG

3TATISCHE"ELASTUNGVONINNEN

7ASSERDAMPFDIFFUSION

,Ă‹RM

)SOLIERUNG7Ă‹RME+Ă‹LTE

%INBLICK

1 3TĂ‹DTEBAULICHE %RSCHEINUNG

%IGENLAST

Fassadenfunktionen Die Fassade muss zahlreiche Anforderungen erfĂźllen.

36

KON STR U KTION S PR I NZ I PI E N

Konstruktionsbereiche Am Beispiel von Metall-Glas-Fassaden, die einen großen Teil der

Der Hauptzweck dieser Struktur besteht in der Aufteilung der

heute verwendeten Fassaden ausmachen, sollen im Folgenden

oben beschriebenen Anforderungen und Funktionen, auf welche

die Konstruktionsprinzipien erläutert werden.

die Fassade konstruktiv reagieren muss. Diese Funktionen wer-

Im Wesentlichen können drei konstruktive Bereiche (2) inner-

den auf mehrere unterschiedliche Bauteile verteilt. Der Aufbau

halb der Fassade definiert werden:

erleichtert das Fügen der Fassadenbestandteile untereinander

s$IE0RIMËRSTRUKTUR2OHBAU WELCHEDAS(AUPTTRAGWERKDES

und erlaubt das Verarbeiten von Bewegungen.

Gebäudes bildet

Die Primärstruktur übernimmt die tragende Funktion für das

s$IE3EKUNDËRSTRUKTUR WELCHEDIE4RAGSTRUKTURDER&ASSADEIST

ganze Gebäude und leitet die Lasten aus der Fassade in die

und das vermittelnde Element zwischen Ebene 1 und 3 darstellt

Fundamente weiter.

s&LËCHENFàLLENDE%LEMENTE 0RIMËRSTRUKTUR2OHBAU 3EKUNDËRSTRUKTUR&ASSADE &LËCHENFàLLENDE%LEMENTE

Die Sekundärstruktur bildet die Tragstruktur der Fassade. Sie übergibt ihre Lasten an die Primärstruktur. An dieser „Schnittstelle nach innen“ müssen unterschiedliche Bewegungen von Rohbau und Fassade ausgeglichen werden. Dazu kommt, dass in der Regel beide einem unterschiedlichen Gewerk zugeordnet sind, der Rohbau beispielsweise dem Gewerk Betonarbeiten und die Fassade dem Gewerk Metallbauarbeiten. Sie werden also durch unterschiedliche Firmen hergestellt, was eine besondere Koordination dieser Schnittstelle erfordert. Die Fertigungstoleranzen des Rohbaus (Beton) liegen im Zentimeterbereich und bei der Fassade (Metall) darf es Abweichungen von lediglich Millimetern geben. Gleichzeitig werden auf der Sekundärstruktur die flächenfüllenden Elemente wie Verglasung, Paneele etc. befestigt. Diese „Schnittstelle nach außen“ muss wiederum verschiedene Funktionen erfüllen: Die Elemente müssen winddicht befestigt werden; 3CHNITTSTELLENACHINNEN 3CHNITTSTELLENACHAU”EN

Wasser darf nicht in die Konstruktion eindringen bzw. muss wieder nach außen abgeleitet werden; die Bewegung zwischen den Elementen und der Sekundärstruktur muss aufgenommen werden und es dürfen keine Wärmebrücken entstehen. Es handelt sich bei der Sekundärstruktur also um ein äußerst komplexes Bauteil.

2

Natürlich gibt es auch Fassadenkonstruktionen, bei denen Primärkonstruktion und Sekundärkonstruktion ein Bauteil darstellen,

Schema der konstruktiven Bereiche Prinzipiell funktioniert jede Fassadenkonstruktion nach diesem Schema, wobei die verschiedenen Funktionsbereiche auch in einem Bauteil zusammengefasst sein können.

also die Sekundärkonstruktion Anteil an der Tragstruktur des Gebäudes hat. In diesem Fall werden die Schnittstellen nach außen und nach innen auf eine einzige reduziert. Der Einsatz dieser Konstruktionen muss daher in Bezug auf Toleranzen, Verformung und Bauphysik sorgfältig geprüft werden. Auch können Teile der Fassade nicht einfach ausgetauscht werden, wenn sie Teil der Tragstruktur des Gebäudes sind.

KON STR U KTION S PR I NZ I PI E N

37

Fenster Fenster werden in verschiedenen Materialien ausgefĂźhrt. Die jeweilige Materialwahl wirkt sich auf Konstruktion und Detaillierung von Fenster und Fassade aus. Die wichtigsten Konstruktionsarten von Fenstern im Zusammenhang mit dem verwendeten Material werden in der Folge vorgestellt.

Holzfenster und Holz-Aluminium-Verbundfenster Es gibt jahrhundertelange Erfahrung bei der Konstruktion von Holzfenstern (21). Dementsprechend vielfältig ist die Zahl der verwendeten Konstruktionen. Die eingesetzten Holzarten mßssen gute Eigenschaften in Bezug auf wechselnde Temperatur- und

21

Feuchtigkeitsverhältnisse haben und widerstandsfähig gegen Schädlingsbefall sein. Bei der Konstruktion von Holzfenstern (23) mßssen eine Reihe von Dingen beachtet werden:

Historischer Beschlag Beschläge an Klappläden mit Stahlhßlse als Gegenpart in der Steinstßtze.

s7ASSER WELCHESINDIE+ONSTRUKTIONEINDRINGT MUSSSORGFĂ‹LTIG nach auĂ&#x;en abgeleitet werden. s$ER&ALZRAUMINDER+ONSTRUKTIONMUSSENTLĂ FTETWERDEN s"EWITTERTE+ANTENMĂ SSENEINENAUSREICHENDEN!BSTAND von anderen Bauteilen haben, um gut austrocknen zu kĂśnnen. s+ANTENVON&ENSTERPROlLENMĂ SSENSORGFĂ‹LTIGGEFASTWERDEN

d. h. die Kante wird gebrochen. s%SDARFKEIN7ASSERINDIE&ENSTERECKENEINDRINGEN Die unteren Ecken werden deshalb in der Regel nicht auf Gehrung ausgefßhrt, sondern das seitliche Rahmenteil läuft nach unten durch. Holzfenster mßssen vor dem Einbau durch Holzschutzmittel gegen Pilz- und Insektenbefall imprägniert werden. Die Oberächen

22

von Holzfenstern mĂźssen regelmäĂ&#x;ig gewartet und Anstriche erneuert werden. Die unteren Rahmenteile sind besonders der Witterung ausgesetzt. Deshalb werden hier häuďŹ g Wetterschenkel aus Metall auf der Konstruktion angebracht. Eine Variante

Öffnungsmotor Öffnungsmotor mit verdeckt liegender Leitungsfßhrung in der Rahmenkonstruktion während der Montage.

bieten auch Holz-Aluminium-Fenster (25), wobei ein AluminiumproďŹ l komplett die äuĂ&#x;ere Ebene des Fensters verblendet. Wenn Holzfenster gut gepegt werden, kĂśnnen sie sehr lange halten. Der emotionale Faktor beim Material Holz spielt eine groĂ&#x;e Rolle. FlĂźgelprofil (massiv)

Holz lässt sich gut verarbeiten und riecht gut. Allerdings mßssen auch Ükologische Aspekte beachtet werden. Sollen TropenhÜlzer

Deckprofil (Aluminium)

eingebaut werden, werden oft ZertiďŹ zierungen verlangt, die einen nachhaltigen Anbau garantieren sollen.

Rahmenprofil (massiv)

23

Schematische Darstellung Holzfenster Es gibt jahrhundertelange Erfahrung bei der Konstruktion von Holzfenstern. Bei diesem modernen Holzfenster wird der Rahmen unten durch einen Wetterschenkel geschĂźtzt.

48

KON STR U KTION S PR I NZ I PI E N

24

26

Stranggepresste Aluminiumprofile Die Ausbildung der Pressform erlaubt eine kleinteilige Detaillierung des Profilquerschnitts.

Eckverbinder Der eingeschobene Eckverbinder verbindet zwei Aluminiumprofile; anschließend werden die Ecken verklebt und verpresst.

Aluminiumfenster Das Bild 24 zeigt deutlich die besondere Schnittstruktur von

und ähnliche Elemente werden vor dem Zusammenbau einge-

Aluminium-Strangpressprofilen, aus denen Aluminiumfenster zu-

fräst. Die Verbindung in den Ecken erfolgt über Einschubprofile

sammengesetzt werden. Die Ausbildung der Pressform erlaubt

(26). In der Kombination können gute Wärme- und Schalldäm-

eine kleinteilige Detaillierung des Profils. Gummidichtungen

meigenschaften erreicht werden.

können direkt eingesetzt werden und Stege verbessern die sta-

Aluminiumfenster haben eine Reihe von Vorteilen: Sie sind

tischen Eigenschaften. Da Aluminium ein hervorragender Leiter

leicht und anspruchslos in der Unterhaltung und Pflege. Sie sind

ist, werden Fenster dieser Art aus einer inneren und äußeren

gut zu bearbeiten und erlauben große Herstellungsgenauigkeit

Schale zusammengesetzt, welche über wärmeisolierende Kunst-

und damit auch sehr geringe Toleranzen und entsprechende

stoffprofile miteinander verbunden werden (27). Man spricht von

Fugendichtigkeiten. Diese Eigenschaften können auf längere

Aluminium-Kunststoff-Verbundprofilen. Die Stoßkanten können

Sicht die höheren Anschaffungskosten wett machen und kom-

verputzt und überlackiert werden. Die Profile werden auf Länge

men deshalb vor allem im Objektbereich, d.h. bei großen Projek-

zugeschnitten und notwendige Aussparungen für Beschlagteile

ten bevorzugt zur Anwendung.

Deckprofil (Aluminium)

Flügelprofil (massiv)

Äußere Schale

Rahmenprofil (massiv)

Innere Schale Thermische Trennung

25

27

Schematische Darstellung Holz-Aluminium-Fenster Die Wetterseite des Fensters wird durch ein Aluminiumprofil geschützt.

Schematische Darstellung Aluminiumfenster Da Aluminium ein hervorragender Leiter ist, werden Fenster dieser Art aus einer inneren und äußeren Schale zusammengesetzt, welche über wärmeisolierende Kunststoffprofile miteinander verbunden sind.

KON STR U KTION S PR I NZ I PI E N

49

5 | Klima und Energie Fassade als Schnittstelle zum AuĂ&#x;enraum

Das Beispiel (1) demonstriert den Einuss der Fassadenqualität

Die Fassade dient als Schnittstelle zwischen innen und auĂ&#x;en.

auf den speziďŹ schen Energiebedarfs eines Gebäudes (typisches

Durch die Fassade kann Luft und Wärme entnommen werden,

klimatisiertes Bßrogebäude in Mitteleuropa). Es zeigt sich eine

aber auch entweichen. Um den jeweiligen Nutzern einen behag-

Reduzierung des Energiebedarf im Inneren in Abhängigkeit von

lichen Aufenthalt zu gewährleisten, muss eine Fassade viele Funk-

der Qualität der Fassade (Wärme- und Sonnenschutz). Man

tionen sicherstellen. KĂśnnen diese Funktionen nicht durch die

erkennt hier deutlich, dass ein hĂśherer Glasanteil einen wirt-

Fassade geleistet werden, mßssen zusätzliche Komponenten in

schaftlicheren Betrieb ermĂśglicht. Der Energiebedarf sowie der

der Ebene der Fassade oder in deren Nähe angeordnet werden.

optimale Glasanteil kann natĂźrlich Ăźber zusätzliche passive und aktive MaĂ&#x;nahmen reduziert bzw. verschoben werden.

Anforderungen an die Fassade

Nachfolgend werden passive MaĂ&#x;nahmen (Fassade) als auch

Die Fassade stellt die Schnittstelle zwischen innen und auĂ&#x;en

aktive MaĂ&#x;nahmen (technische Komponenten) und deren Ein-

dar. Innen mĂźssen alle Komfortbedingungen erfĂźllt werden, au-

uss auf den Nutzerkomfort näher erläutert.

Ă&#x;en muss sie den lokalen Einßssen standhalten und sollte sie zudem energieefďŹ zient nutzen. Fassade und technische Kompo-

b)

3PEZIFIS C HERJĂ‹HRLIC HER0RIMĂ‹RENERGIEBEDARFERFORDERLIC HFĂ RDEN 'EBĂ‹UDEBETRIEBZ""Ă ROGEBĂ‹UDEIN:ENTRALEUROPA

Wärmeschutz der Fassade desto kleiner sind die erforderlichen Heizächen und je effektiver der Sonnenschutz desto geringer die erforderlichen KĂźhlmaĂ&#x;nahmen. Je nach klimatischen Bedingungen und inneren Wärmelasten kann auf aktive KĂźhlmaĂ&#x;nahmen vollständig verzichtet werden.Die Fassade deďŹ niert maĂ&#x;geblich den Energiehaushalt sowie die Komfortparameter eines Gebäudes.

3PEZIFISCHER0RIMĂ‹RENERGIEBEDARF;K7HMÂśA=

nenten stehen in Interaktion miteinander. Je besser der passive    







































      







'LAS ANTEILINDER&AS S ADE

(E IZ U N G

a)

c)

3PEZIFIS C HERJĂ‹HRLIC HER0RIMĂ‹RENERGIEBEDARFERFORDERLIC HFĂ RDEN 'EBĂ‹UDEBETRIEBZ""Ă ROGEBĂ‹UDEIN:ENTRALEUROPA

+ Ă  H LU N G

+ U N STLICH T

, Ă  FTE RSTROM

Spezifischer jährlicher Primärenergiebedarf erforderlich fßr den Gebäudebetrieb (z.B. Bßrogebäude in Zentraleuropa) 

 

 

 

















    

Spezifischer Primärenergiebedarf [kWh/m²a]

3PEZIFISCHER0RIMĂ‹RENERGIEBEDARF;K7HMÂśA=



  

 































   





 

























(E IZ U N G

+ Ă  H LU N G

+ U N STLICH T

, Ă  FTE RSTROM

1

Primärenergiebedarf eines Verwaltungsgebäudes SpeziďŹ scher Primärenergiebedarf eines Verwaltungsgebäudes in gemäĂ&#x;igtem Klima in Abhängigkeit des Glasanteils und der Qualität des Wärmebzw. Sonnenschutzes der Fassade. Das Diagramm a zeigt den Energiebedarf mit einer modernen Zwei-Scheibenverglasung und innen liegendem Sonnenschutz. Die Wärmeschutzverglasung ist im Diagramm b durch eine Drei-Scheibenverglasung ersetzt worden. Im Diagramm c ist zusätzlich ein auĂ&#x;en liegender Sonnenschutz hinzugefĂźgt.

KLI MA U N D E N E RG I E







Glasanteil in der Fassade

'LAS ANTEILINDER&AS S ADE

70





(E IZ U N G

+ Ă  H LU N G

+ U N STLICH T

, Ă  FTE RSTROM

²# 

Behaglichkeit Verschiedene Gebäudetypen wie Wohngebäude oder Büro-



bauten stellen andere Anforderungen an die Behaglichkeit. Die



UNBEHAGLICH WARM

NOCH BEHAGLICH

wichtigsten Faktoren sind die thermische, hygienische, akustische 

sowie visuelle Behaglichkeit. Die Vielzahl der Parameter, die bei der Planung zu berücksichtigen sind, sollten im Dialog mit allen trachtung von Einzelaspekten kann zur Beeinträchtigung anderer Anforderungen führen (2). Ein behaglicher Aufenthalt wird von jedem Nutzer subjektiv anders definiert; daher lässt sich die Behaglichkeit nicht mit objektiven Messmethoden für alle Nutzer gleichermaßen erfassen. Bei der Angabe von Faktoren, die die Behaglichkeit bestimmen wie Luftbewegung, Temperatur, Lichtintensität oder Luftfeuchte, kann man immer nur Empfehlungen anhand von Richtwerten anstreben, wobei davon ausgegangen werden muss, dass jeder Nutzer diese anders wahrnimmt und sich deshalb mehr oder weniger wohlfühlt.

 2AUMUMSCHLIE”UNGSFLËCHENTEMPERATURT 5

beteiligten Fachplanern abgestimmt werden. Die isolierte Be-

BEHAGLICH

    UNBEHAGLICH KALT

  

     2AUMLUFTTEMPERATURT ,









2

In den jeweiligen Gesetzen der Länder werden Mindestforderungen an die Bedingungen am Arbeitsplatz oder im Wohnraum festgelegt, diese dienen aber in den meisten Fällen nur der Sicherstellung der Haupteinflussgrößen. Besondere Forderungen be-

Behaglichkeit Behaglichkeitsbereich in Abhängigkeit von Raumlufttemperatur und der Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen

züglich der Behaglichkeit sollten im Planungsprozess mit den Beteiligten festgelegt werden. Die einzelnen Behaglichkeitsfaktoren werden im Folgenden kurz erklärt.

Thermische Anforderungen Der menschliche Körper im Raum tauscht die Wärme nicht nur über die Luft durch Konvektion, d.h. Übertragung von Energie durch kleinste Teilchen in einer Strömung, aus, sondern steht auch mit den umschließenden Raumflächen über Strahlung in Kontakt, daher muss sowohl der Wärmetransport über Konvektion als auch der über Strahlung für das Erreichen der thermischen Behaglichkeit beachtet werden (3). Aufgrund dieser Wärmetransportmechanismen wird die Temperatur als „empfundene Temperatur“ oder „operative Temperatur“ angegeben. Diese auch als Raumtemperatur bekannte Größe entspricht näherungsweise dem Mittelwert aus Raumlufttemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur der Raumumschließungsflächen. Daraus wird ersichtlich, welchen Einfluss die Raumum-

3

schließungsflächen auf die thermische Behaglichkeit haben können.

Faktoren der thermischen Behaglichkeit Für die thermische Behaglichkeit sind viele Faktoren verantwortlich. Der Mensch gibt Wärme als Strahlung und als Konvektion ab, empfindet diese aber auch durch die ihn umgebenden Wände und die Luftbewegungen im Raum.

KLI MA U N D E N E RG I E

71

Massive Betonfassade

Konzept Zur Revitalisierung eines stillgelegten Zechengeländes wurde

Projekt | Zollverein School of Management and Design

der Neubau der School of Management and Design an einer im

Ort | Essen, Deutschland

Masterplan von Koolhaas als „Attraktor“ ausgewiesenen Stelle

Fertigstellung | 2006

errichtet. Seitens der Architekten wurde ein fugenloser Betonwür-

Bauherr | Entwicklungsgesellschaft Zollverein Essen

fel mit einer Kantenlänge von 34 m vorgesehen (1). Die Oberflä-

Architekt | SANAA, Tokio, mit Heinrich Böll, Essen

che des Gebäudes wird durch ca. 150 Fenster perforiert, um die

Tragwerk | Bollinger + Grohmann Ingenieure, Frankfurt

Monumentalität des Baukörpers zu relativieren. Im Inneren teilt

Haustechnik | Transsolar, Stuttgart

sich der Baukörper in eine Eingangsebene mit Vortragssaal und

Ausführende Firma | Schäfer Bauten, Ibbenbüren

eine darunter liegende Serviceebene. Das erste Obergeschoss mit einer Raumhöhe von ca. 10 m beherbergt Seminarbereiche. Darüber befinden sich in drei weiteren Ebenen ebenfalls Seminarbereiche, die Administration sowie Dachgärten. Für den fugenlosen Betonkörper wurde nach umfänglicher Untersuchung von Alternativen eine Lösung in Form einer massiven und nicht thermisch getrennten Betonschale gefunden. Dies war nur durch den Umstand möglich, dass ca. 30 °C warmes Grubenwasser der stillgelegten Zeche zur Erwärmung des gesamten Baus verwendet werden konnte. Durch diese „aktive“ Wärmedämmung, die im Winter das Gebäude in seiner Hülle erwärmt, besteht keine Notwendigkeit, eine mehrschalige Konstruktion mit konventioneller Wärmedämmung auszuführen. Der Bau beeindruckt durch seine Dimension, die Massivität, die sakral wirkenden Innenräume sowie die konsequente technische Umsetzung – welche jedoch wegen des temperierten Grubenwassers nur an diesem Ort möglich war.

1

Baukörper der Zollverein School of Management and Design Gesamtanschicht des Baukörpers mit den frei verteilten Fenstern, die keinen Rückschluss auf eine Geschossigkeit innerhalb des Gebäudes zulassen

106

B E I S PI E LE

Fassade Das Konzept der „aktiven“ Wärmedämmung ermöglicht eine Kon-

Das Hauptprinzip der Fassade besteht aus einer einschaligen

struktionsweise mit Beton, die sonst nur in gemäßigteren Klima-

Sichtbetonwand, in die Heizschlangen mit 2 cm Durchmesser

zonen möglich ist: Einschalige Betonwände mit einer Wandstärke

und Abständen von 20-40 cm zueinander eingelegt sind (5,

von ca. 30 cm bilden die Außen- und Innenschale des Gebäudes

6). Diese werden mit dem warmen Grubenwasser durchströmt,

(2, 3). In dieser Betonschale befinden sich Heizschleifen, die mit

um im Winter als „aktive“ Wärmedämmung zu fungieren. Somit

dem warmen Grubenwasser durchspült werden und so sowohl

ist keine Kerndämmung oder ein anderer zweischaliger Aufbau

die Innentemperatur regulieren als auch auf der Außenseite Frost

der Betonfassade notwendig. Alternative Ausführungen hätten

verhindern.

neben einer größeren Wanddicke zusätzlich das Vorsehen von

Die unregelmäßig und nach den Anforderungen der inneren Funktion verteilten Fenster wurden auf der Innenseite der Beton-

Dehnfugen in der Außenschale bedeutet, um thermische Ausdehnung zu ermöglichen.

schale angebracht. Hierfür befinden sich Aussparungen in der

Die Betonschale selbst ist in zwei Ebenen mit Bewehrung ver-

Oberfläche, um die Aluminiumrahmen aufzunehmen. Die Regen-

sehen, um die aus dem Gebäude und der thermischen Ausdeh-

entwässerung wird innerhalb der Wand geführt, da aufgrund der

nung entstehenden Spannungen aufzunehmen.

warmen Wandtemperatur nicht mit Frost zu rechnen ist. Die Qualität der Sichtbetonoberflächen lässt einen erheblichen Planungs- und Koordinationsaufwand sowie eine hochwertige Ausführung erkennen.

2

Ausschnitt Fassade Beeindruckende Qualität der Sichtbetonoberflächen im Wechselspiel mit den frei platzierten Fenstern

3

Innenraum im Seminarbereich Innenraum auf der Ebene des Seminarbereiches mit einer Geschosshöhe von ca. 10 m. Da alle Wand- und Deckenoberflächen als Ortbeton schallhart (schallreflektierend) sind, dienen große Vorhänge neben der Verdunklung als akustische Absorber.

B E I S PI E LE

107

Anhand der Fenster lässt sich gut die konstruktive Umsetzung der minimalisierten Anschlüsse erkennen: In die nur 30 cm dicke Betonschale wurden nicht nur die Heizschleifen integriert, sondern auch die Entwässerung der Fensterbänke (4). Diese wurden nicht konventionell mit nach außen abgeführten Blechen ausgebildet, sondern mit einer Innenentwässerung. Da die Fassade im Winter erwärmt ist, besteht keine Frostgefahr für die Entwässerung (7, 8). Auch wurden keine Tropfkanten vorgesehen; die Bildung von Tropfspuren muss als Patina des Gebäudes in Kauf genommen werden. Die Aluminiumfenster wurden in Aussparungen im Beton eingepasst (9, 10). Sie bestehen aus Aluminiumprofilen, die auf der Außenseite die Glasscheiben fixieren. Ein Austausch der Scheiben kann nur durch Herausnehmen der Fenster aus der Wand

4

erfolgen. Detail der Fassade Ausschnitt der Sichtbetonfassade mit den Fensteröffnungen, Aluminiumrahmen und der festen Verglasung. Das Fugenbild des Sichtbetons läuft regelmäßig durch, die Fenster sind frei positioniert.

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5

6

Isometrie der Fassade Aufgrund der „aktiven“ Wärmedämmung war eine einschalige Ausführung der Sichtbetonfassade möglich. Die Fensterrahmen sind in Aussparungen im Beton eingelassen.

Isometrie der Fassadenschichten In den Beton der Fassade wurden Heizschlangen integriert, die mit dem warmen Grubenwasser durchströmt werden, um die Fassade aufzuheizen. Auf der Innenseite findet sich der Aluminiumrahmen mit fest stehender Verglasung.

B E I S PI E LE

9

7

Ausführung der Fensterlaibung mit Entwässerung Dieses Detail ermöglichte die Ausführung einer fensterbanklosen Lösung. Es wurde eine Innenentwässerung in der Betonschale vorgesehen und die Oberfläche der Schalung nach innen geneigt.

Innenansicht Fenster Innenansicht des Fensters mit in die Betonschale eingelassenem Aluminiumrahmen. Die fest stehende Verglasung wurde in den Rahmen eingefügt, welcher anschließend an der Fassade angebracht wurde.

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Explosionsisometrie Fenster Anhand der Explosionsskizze sind die nach innen geführte Entwässerung mit dem Gefälle der Fensterbank sowie der Aufbau der Fenster zu erkennen.

Isometrie Fensterdetail Das Detail zeigt die Fügung der Fenster in die Aussparung im Beton. Die klassische Klemmleiste, die üblicherweise die Fenster von innen fixiert, ist hier außen aufgesetzt. Die Verglasung ist nicht zu öffnen.

B E I S PI E LE

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Holzskelettfassade mit verschiedenen Verkleidungen

Fassade Als Fassadenmaterialien wurden für die Zweifamilienhäuser Aluminiumblech, Dachziegel, Faserzementplatten, Holzschindeln so-

Projekt | Hageneiland Housing

wie Kunststoffplatten in Blau und Grün gewählt. Alle Materialien

Ort | Ypenburg, Niederlande

sind als hinterlüftete Verkleidung auf einer Holzständerwand auf-

Fertigstellung | 2001

gebracht. Die Isolierung der Konstruktion befindet sich innerhalb

Architekt | MVRDV

der Holzständerwand.

Tragwerk | ABT

Standardisierte Fenster- und Türelemente sowie Dachflächen-

Konstruktion | Office for Architectual Engineering

fenster wurden als Einbauelemente vorgesehen. Die Abmes-

Ausführende Fassadenfirma | Balaast Nedam

sungen der Einbauelemente ist auf die Fassadenmaterialien so abgestimmt, dass diese immer in vollständigen Moduleinheiten

Konzept

ohne Zuschnitte angewendet werden konnten. Lediglich im Be-

Der Entwurf ist eine ironische Brechung des normalen Einfa-

reich der Dachflächenfenster wurden kleine Regenrinnen ausge-

milienhauses mit einer typischen Hausform und einer darauf

bildet, um das Wasser nach unten abzuleiten.

applizierten Fassaden- und Dachoberfläche für den gesamten Baukörper. So entstehen „eingepackte“ Gebäude mit gleichem Baukubus, die in der Oberfläche ausschließlich aus Blech, Dachziegeln, Holzschindeln oder gar vollständig aus Kunststoff bestehen (1). Die Materialien sind so gewählt, dass verschiedene Grundfarbtöne entstehen und so der Verkleidungseindruck der Gebäude verstärkt wird. Jedes Zweifamilienhaus besitzt einen Garten sowie einen als Gewächshaus ausgebildeten Abstellbereich (2). Entstanden ist eine kleine Siedlung in einem Neubaugebiet bei Den Haag, welche durch die Vielzahl und Mischung der Materialien bei gleichen Haustypen Individualität bietet. Dazu trägt auch das Spiel von räumlichen Versätzen und Blickbeziehungen bei.

2

Fassadenmaterialien Die verschiedenen Fassadenmaterialien Aluminiumblech, Holzschindeln, Dachziegel sowie Faserzement- und Kunststoffplatten erzeugen das Bild der Siedlung.

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Ensemble der verschiedenen Wohnhäuser Die Wohnhäuser wurden vollständig mit verschiedenen Materialien verkleidet, um Individualität zu erreichen.

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B E I S PI E LE

Variante Faserzementplatten Die Verkleidung mit Faserzementplatten besteht aus Wellplatten auf einer Lattenunterkonstruktion, die in den vertikalen und horizontalen Stößen überlappend ausgebildet sind (3). Die Traufbereiche wurden mit Formstücken ausgebildet, wodurch einfache konstruktive Lösungen möglich wurden, da die Überlappungen nicht in, sondern neben den Ecken vorkamen (4). Wie alle Fassaden der Siedlung ist auch diese hinterlüftet ausgebildet – im Firstbereich sind Lüftungsöffnungen erkennbar (5, 6). 5

Isometrie der Fassade mit Faserzementplatten In der Isometrie ist der konstruktive Aufbau der Fassade erkennbar: Holzständerwand mit Isolierung, vertikale Lattung und horizontale Konterlattung sowie vertikal angeordnete Verschalung mit Faserzementplatten.

3

Verkleidung aus Faserzementplatten Baukörper mit der hinterlüfteten Faserzementplattenverkleidung aus Wellplatten. Die Stöße sind überlappend ausgeführt.

6

4

Explosionsisometrie Faserzementplatten In der auseinander gezogenen Isometrie wird erkennbar, dass durch die Lattung und Konterlattung eine Hinterlüftung der Fassade möglich ist.

Ecklösung der Faserzementplatten Lösung der Ecke mittels Sonderelementen, um eine Verschneidung in den Ecken zu vermeiden. Ergebnis ist eine Unterstützung der formalen Vorstellung des „verpackten“ Gebäudes.

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Variante Aluminiumblech Die Fassadenverkleidung aus Aluminiumblechen wird auf einer Lattenkonstruktion mit Abstandsprofilen fixiert, welche die Hinterlüftung ermöglicht (7). Da in großen Längen lieferbar, müssen die einzelnen Elemente nicht vertikal gestoßen werden – lediglich in den Traufen bedarf es eines verlöteten Stoßes (8). Der horizontale Stoß erfolgt in der Falz, die als Überlappung ausgebildet ist (9, 10).

9

Isometrie des Details mit Aluminiumblech Die Verkleidung mit Aluminiumblech sitzt auf einer Unterkonstruktion aus vertikalen Latten und Abstandsprofilen.

7

Aluminiumverkleidete Zweifamilienhäuser Baugruppe mit zwei mit Aluminiumblech verkleideten Häusern, die die Idee der Austauschbarkeit der Verkleidung erkennen lassen. Die Entlüftungsrohre auf den Dächern dienen der Sanitär- und Küchenentlüftung.

10

Explosionsisometrie des Details Aluminiumblechverkleidung Die Auflösung des Details zeigt die Lattung und die Abstandsprofile, welche in die Graten der Aluminiumblechverkleidung eingreifen und diese fixieren. 8

Ecklösung der Blechverkleidung Die Ecke der Blechverkleidung wird durch einen verlöteten Stoß gebildet.

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Variante Polyurethan-Paneele Polyurethan-Paneele sind ein eher untypisches Fassadenmaterial. Sie wurden sowohl in Blau als auch in Grün ausgeführt – Farben, die mit sonst üblichen Verkleidungsmaterialien nicht möglich sind (11). Die Fassaden bestehen aus horizontal liegenden und versetzt gestoßenen Polyurethanplatten, die in den Stößen und Ecken dauerelastisch verfugt sind (12). Die Hinterlüftung wird durch die Lattung und Konterlattung als Unterkonstruktion sowie Lüftungselemente im Dachbereich gewährleistet (13, 14).

13

Isometrie der Verkleidung mit Polyurethan Auch diese Verkleidung wird auf einer Unterkonstruktion aus Lattung und Konterlattung aufgebracht. Zur Entlüftung sind in der Fassade sowie im Dach Entlüftungsschlitze mit Einsatzelementen zum Regenschutz vorgesehen.

11

Polyurethanverkleidung des Wohnhauses In der blauen Version der Polyurethanverkleidung wird durch die für Fassaden untypische Farbe der Umstand der „Verkleidung“ des Gebäudes besonders deutlich.

14

12

Eckdetail der Polyurethanverkleidung Im Eckdetail wird die Lösung für die Stöße der Paneele deutlich – nicht eine Überlappung, sondern ein flächig verschlossener Stoß mit dauerelastischem Dichtungsmittel wurde gewählt, um den „kastigen“ Eindruck des Gebäudes zu erhalten.

Explosionisometrie der Polyurethanverkleidung Die Auflösung des Details zeigt die Unterkonstruktion der Fassade sowie die Paneele. Die Entlüftung des Fassadenzwischenraumes erfolgt in der Fassade mittels einer farbigen Regenschutzabdeckung. Im Dach sind die gleichen Abdeckungen in horizontale „Rüssel“ eingebracht, da sie in der Ebene der Dachfläche sonst keinen Regenschutz bieten würden.

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Variante Holzschindeln Die Verkleidung mit Holz erfolgt auf einer Unterkonstruktion auf der Holzständerwand mit sich überlappenden und versetzt angeordneten Schindeln (15). In dieser Lösung entschied man sich im Dachbereich für eine innen liegende Regenrinne, um den Eckstoß ohne wesentliche Tropfkante vor Regenwasser vom Dach zu schützen (16-19).

17

Eckbereich der Variante Holzschindeln Erkennbar ist die innen liegende Regenrinne bei dieser Verkleidungslösung sowie der nur geringe Dachüberstand, der zu Verfärbungen des Holzes im Tropfwasserbereich führt.

15

Verkleidung mit Holzschindeln Die Verkleidung des Wohnhauses mit hinterlüfteten und versetzt angeordneten Holzschindeln

18

Fensteranschluss Detailausschnitt eines Fensteranschlusses mit Schiebefenstern und in die Holzverschalung eingreifenden Abdeckblechen

16

19

Isometrie der Holzverkleidung Die Holzverkleidung erfolgt über versetzt angeordnete und sich überlappende Schindeln.

Explosionsisometrie der Holzverkleidung Die Zerlegung des Details verdeutlicht die Überlappung der Schindeln, um die Nagelungen der Schindel sowie deren Stöße zu überdecken.

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B E I S PI E LE

Variante Dachziegel Die Verkleidung des vollständigen Baukörpers mit Dachziegeln erfolgt ebenfalls mit einer hinterlüfteten Konstruktion aus Lattung und Konterlattung (20). Auch in dieser Lösung wurde der Stoß in der Ecke durch Formstücke gelöst (22). Diese sind für alle Eck- und Kantenbereiche in der jeweiligen Geometrie erzeugt worden, sodass kein geschnittener Stoß notwendig war (23). Entsprechend präzise ist die Detailausbildung (21, 24).

22

Ecklösung der Ziegelverkleidung Sonderformteile lösen die Problematik des Stoßes in der Ecke und Traufe; allerdings sind entsprechend viele Sonderformteile notwendig.

20

Verkleidung mit Ziegeln Die Ziegelverkleidung erzeugt einen Kontrast zu den anderen Materialien.

23

Fensteranschluss Beim Fensteranschluss zeigt sich die Problematik der Sonderformteile: ein vorgefertigter Anschluss der Fensterbank ist kaum möglich und muss somit vor Ort bearbeitet werden.

21

24

Isometrie der Ziegelverkleidung Die Isometrie der Ziegelverkleidung zeigt auch hier die Hinterlüftung auf der Unterkonstruktion der Fassade. Die einzelnen Ziegel werden üblicherweise mit Klammern gegen Abheben oder Herauslösen gesichert.

Explosionsisometrie der Ziegelverkleidung Die Detaildarstellung zeigt die verschiedenen Schichten der Konstruktion bestehend aus Holzständerwand, Unterkonstruktion aus vertikaler Lattung und horizontaler Konterlattung sowie den geklammerten Dachziegeln.

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8 | Die Zukunft der Fassade Architekten suchen nach neuen Ausdrucksformen. Durch die

Motoren der Entwicklung

Möglichkeit des dreidimensionalen Modellierens im Computer

Eine wesentliche Triebfeder der Fassadenentwicklung sind

haben die Architekten die Freiform als Gestaltungsmittel von

energetische Überlegungen: Entsprechend der Notwendigkeit

Gebäuden entdeckt, was wiederum die Suche nach entspre-

zur Energieeinsparung müssen Dämmung gegen Kälte und

chenden Konstruktions- und Produktionsmöglichkeiten zur Folge

Wärme, Energiespeicherung sowie die Möglichkeit der Energie-

hat (2). Oft sind es auch architektonische Visionen, die konstruk-

gewinnung beachtet werden (1). Gleiches gilt für den Energie-

tiv noch nicht umsetzbar sind, aber die technische Entwicklung

einsatz zur Herstellung der Ausgangsmaterialien der Fassaden,

herausfordern. Zukünftige Entwicklungen sind möglicherweise in

deren Halbzeuge und fertigen Produkte. Abschließend wird ein

drei Feldern zu erwarten: Material und Technologie, Bewertungs-

weiteres Augenmerk auf der Wiederverwertung oder Rückfüh-

strategien und die integrale Hülle.

rung in die Fertigungsprozesse liegen.

1

2

Nord- und Südfassade Academia Brasileira de Letras, Rio de Janeiro, Le Corbusier und Oskar Niemeyer, 1943 Nord- und Südfassade des ehemaligen Bildungsministeriums mit unterschiedlicher Sonnenschutzausführung, um den Energieeintrag durch die Sonne auf der Nordseite zu vermeiden.

Genzyme Center, Cambridge, Massachusetts, Behnisch Architekten, 2003 Tageslicht wird mittels Heliostaten über dem Glasdach in das Gebäude geleitet.

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D I E Z U K U N F T D E R FA S S A D E

Material und Technologie

Technologietransfer

Zur Zeit ist ein regelrechter Boom von neuen Materialien im Archi-

In ähnlicher Weise kommt es zum Technologietransfer. Verwand-

tekturbereich zu beobachten, was zahlreiche Veröffentlichungen

te industrielle Bereiche wie zum Beispiel die Automobilindustrie,

zeigen. Meistens sind es neue Gestaltungsmöglichkeiten (3),

der Flugzeugbau, Industriedesign und Materialwissenschaften

welche die Ursache für diesen Trend sind, aber auch die Suche

bieten ein fast unerschöpfliches Potenzial an Technologien (5).

nach neuen Funktionalitäten treibt die Entwicklung voran. Man

Nicht alle sind jedoch für den Einsatz im Fassadenbereich ge-

muss unterscheiden zwischen komplett neuen Materialien (4)

eignet. Ausschlaggebend für die Möglichkeit der Übersetzung

oder bereits existierenden Materialien, die in der Baubranche eine

von einem Bereich in den anderen sind zum Beispiel Kosten von

neue Anwendung finden. Diese Übertragung bezeichnet man als

Bauteilen oder Oberflächenbeschichtungen, Produktionszahlen

Materialtransfer und in diesem Bereich sind einige Neuerungen

oder der Grad der industriellen Fertigung von interessanten

zu erwarten.

Komponenten. Technologietransfer kann auf verschiedenen Ebenen geschehen: Auf der Ebene des Entwurfs und Planungsprozesses, der Produktion und Fertigung, der Ebene der Montage und schließlich bei den Kommunikationsprozessen. Technologietransfer findet statt, aber es bedarf der Methoden zum Transferprozess für die Optimierung des Effektes für die Gebäudehülle.

Nanobeschichtungen Nanobeschichtungen sind unter anderem bei Kunststoffbrillengläsern bekannt. Eine keramische Oberflächenveredelung schützt dabei die Brille vor Kratzern. Führt man den Gedanken einer Schutzschicht auf nanokristallinen Strukturen weiter, so lassen sich für die Architektur wirtschaftliche Verwendungen von Kunststoffgläsern ableiten. Gerade im Bereich von mehrfach gekrümmten Gläsern – die in der Herstellung sehr kostenintensiv 3

sind – kann Kunststoff gegenüber herkömmlichem Glas billiger sein. Kunststoffgläser sind mit vielfach geringerem Aufwand ther-

Allianz Arena, München, Herzog & de Meuron, 2005 Die Fassadenbekleidung besteht aus großen pneumatischen Kissen aus ETFE-Kunststofffolien.

misch verformbar; sobald man diese gegenüber Umwelteinflüssen und äußeren Beschädigungen dauerhaft durch transparente Schutzbeschichtungen versiegeln kann, erlaubt ihre Verwendung große Freiheit in der architektonischen Formensprache.

Klebstofftechnologie Im Bereich der Klebstofftechnologie werden Stück für Stück neue Entwicklungen vorangetrieben. So werden in einem Automobil heute viele Teile nicht mehr verschweißt, sondern durch Kleben gefügt. Um eine spätere Trennung der Einzelkomponenten für das Recycling zu verbessern, werden derzeit Klebstoffe entwickelt, die sich unter bestimmten Zuständen inaktivieren lassen. So können zum Beispiel bestimmte Klebeverbindungen in einem erwärmten Wasserbad bei 42 °C und einem Stromimpuls gelöst werden. Tritt nur ein Impuls isoliert ein, so bleibt die Klebekraft erhalten. Denkt man diese Technologie weiter, so lassen sich in 4

der Architektur Klebeverbindungen realisieren, welche die Arbeit auf der Baustelle erleichtern könnten. Durch Wetterbedingungen

Materialsammlung Eine große Anzahl von neuen Materialien sind auf dem Markt erhältlich. Der Einsatz für Fassadenkonstruktionen wird untersucht.

unsaubere Verbindungen zwischen Bauteilen könnten gelöst und wieder neu positioniert werden.

D I E Z U K U N F T D E R FA S S A D E

121

Smart Materials Gerade im Bereich der Klebeverbindungen sind im Bauwesen

Materialien, die sich den jeweiligen äußeren Einflüssen anpassen

deutliche Verbesserungen wünschenswert. Lassen sich bei

oder sich diese zunutze machen, bezeichnet man als Smart Ma-

Schraubverbindungen über die Messung des Drehmomentes

terials. Aus diesem Bereich finden immer mehr Materialien den

gleichbleibende Festigkeiten erzielen, ist die Prüfung einer Kle-

Weg in die Architektur. So erforscht man derzeit Beschichtungen

beverbindung nur durch optische Kontrolle möglich. Vorteilhaft

auf Gläsern, die als thermochrome Schichten auf Sonnenlicht

wären zum Beispiel Kleber, die bei Erreichen der erforderlichen

reagieren. Diese Gläser (das Prinzip ist von selbsttönenden

Klebekraft die Farbe ändern und somit die Klebekraft gut sicht-

Sonnenbrillen bekannt) werden automatisch dunkler, wenn die

bar anzeigen würden, oder zum Beispiel auch Kleber für Glas,

Sonneneinstrahlung zunimmt. Somit sind die Gläser in der Lage

welche sich bei zu hoher Spannung verfärben und so die Gefahr

eigenständig auf die Stärke der Sonne zu reagieren; sie bilden

des Versagens von Bauteilen frühzeitig optisch anzeigen. Ge-

einen selbstregulierenden Sonnenschutz.

rade bei Glas mit seinen spröden Eigenschaften könnte diese

Im Bereich der Nanotechnogie werden viele neue Materialien

Eigenschaft eine deutlich bessere Akzeptanz als tragendes Bau-

entwickelt. Beispielsweise gibt es Flüssigkeiten, die metallische

teil bewirken.

Partikel enthalten und dadurch mithilfe eines Magneten nach oben gezogen werden können (6). Momentan werden erste Tests in der Medizin erprobt, ein Transfer in die Architektur ist denkbar, wenn eine geeignete Anwendung gefunden wird.

5

Cloud Gate, Millennium Park, Chicago, Anish Kapoor, 2006 Die aufwendige polierte Edelstahloberfläche der Skulptur erzeugt eine einzigartige Präsenz.

6

Nanotechnologie Diese Flüssigkeit enthält metallische Partikel und kann dadurch mithilfe eines Magneten nach oben gezogen werden.

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D I E Z U K U N F T D E R FA S S A D E

Phase Change Materials (PCM) nutzen die sogenannte Latent-

Die Anforderungen für Materialien im Fassadenbereich sind sehr

wärme. Latentwärme bezeichnet die im Phasenübergang von

hoch. Sie sind der Witterung ausgesetzt und dürfen auch beim

Stoffen, also zum Beispiel vom festen zum flüssigen Zustand,

Versagen niemanden innerhalb und außerhalb des Gebäudes

aufgenommene bzw. abgegebene Energie. Als latent bezeichnet

gefährden. Sollen neue Materialien oder Materialkombinationen

man sie deshalb, weil sich bei diesem Vorgang die Temperatur

in der Fassade Anwendung finden, muss ein aufwendiger und

des Stoffes nicht ändert. Nutzt man beispielsweise Wachse, die

auch oft kostenintensiver Prozess durchlaufen werden: Erst nach

über chemische Zusätze so eingestellt werden können, dass sie

Entwicklung eines Prototyps, Testphase, Weiterentwicklung und

bei ca. 23 °C schmelzen, können diese eingebettet in den Wand-

Prüfung folgt die Zulassung für einen definierten Einsatzbereich

putz die steigende Raumtemperatur absorbieren. Der Raum er-

und schließlich die Markteinführung.

hitzt sich nicht weiter. Kühlt die Raumluft wieder ab, gibt das

Der Erfolg des Produktes hängt dabei von vielen Faktoren ab.

Wachs die aufgenommene latente Wärme wieder an den Raum

Natürlich müssen Funktionalität und Preis in einem bestimmten

ab. PCMs simulieren also eine nicht vorhandene thermische

Verhältnis stehen. Ebenso muss die Praktikabilität in Bezug auf

Masse und können Schwankungen im Raumklima ausgleichen

den Bauprozess gewährleistet sein. Genügend Firmen müssen

(7, 8). Momentan ist die Verwendung von PCMs auf Wachsbasis

kurz- oder mittelfristig in der Lage sein mit ihren Personal- und

aus brandschutzrechtlichen Gründen noch eingeschränkt, die

Montagemitteln das Produkt einzusetzen, ansonsten wird es eine

Forschung wird aber sicherlich noch effektivere Produkte in die-

exklusive Sonderlösung bleiben. Aber auch die Akzeptanz des

sem Bereich liefern.

Produktes in ästhetischer Hinsicht ist von großer Bedeutung, damit es von den entscheidenden Parteien (meist Architekten und Bauherren) angewendet wird.

7

Funktionsprinzip PCM Die Konstruktionsskizze zeigt die Heizschlangen in der PCM-Masse

8

Modell eines PCM-Deckenmoduls Mithilfe dieses Deckenmoduls, noch ungefüllt mit PCM-Masse, kann der Raum klimatisiert werden, die Temperatur wird zusätzlich über das PCM gepuffert. EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) und Transsolar, 2005

D I E Z U K U N F T D E R FA S S A D E

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Fassaden – Prinzipien der Konstruktion