Atlas Gebäudeöffnungen: Fenster, Lüftungselemente, Außentüren 9783955532307, 9783955532291

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JAN CREMERS (HRSG.)

Gebäudeöffnungen

FENSTER LÜFTUNGSELEMENTE AUSSENTÜREN

Institut für internationale Architektur-Dokumentation · München

Autoren Prof. Dr.-Ing. Jan Cremers (Herausgeber) Hochschule für Technik Stuttgart Mitarbeiter (Recherchen und Zeichnungen): Melanie Monecke, Nansi Palla, Lukas Hüfner Prof. Dipl.-Ing. Markus Binder Hochschule für Technik Stuttgart CAPE climate architecture physics energy

Hermann Klos Holzmanufaktur Rottweil Prof. Ulrich Sieberath, Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Jehl, Dipl.-Ing. (FH) Ingo Leuschner, Institut für Fenstertechnik (ift), Rosenheim

Dr.-Ing. Peter Bonfig

Prof. Dr.-Ing. Elke Sohn Hochschule für Technik Stuttgart

Prof. Dipl.-Ing. Joost Hartwig Frankfurt University of Applied Sciences ina Planungsgesellschaft mbH, Darmstadt

Prof. Dr.-Ing. Thomas Stark Hochschule Konstanz ee concept GmbH, Darmstadt

Redaktion Redaktion und Lektorat: Steffi Lenzen (Projektleitung), Eva Schönbrunner Redaktionelle Mitarbeit: Samay Claro, Marion Dondelinger, Carola Jacob-Ritz, Sophie Karst, Andrea Kohl-Kastner, Jana Rackwitz Zeichnungen: Ralph Donhauser, Marion Griese, Simon Kramer, Gina Pawlowski, Kwami Tendar Herstellung /DTP: Roswitha Siegler, Simone Soesters Repro: ludwig:media, Zell am See Druck und Bindung: Grafisches Centrum Cuno GmbH & Co. KG, Calbe Herausgeber: Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München www.detail.de © 2015, erste Auflage

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ISBN: 978-3-95553-229-1 (Print) ISBN: 978-3-95553-230-7 (E-Book) ISBN: 978-3-95553-231-4 (Bundle) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts. Dieses Fachbuch berücksichtigt die bei Redaktionsschluss gültigen Begriffe und den zu diesem Zeitpunkt aktuellen Stand der Technik. Rechtliche Ansprüche können aus dem Inhalt dieses Buches nicht abgeleitet werden.

Inhalt

Impressum

Teil A

Einführung

1 Öffnungen im Haus Jan Cremers 2 Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit Hermann Klos 3 Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade Jan Cremers 4 Fenster und Tür in Kunst und Kultur Elke Sohn 5 Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen Peter Bonfig

Teil B

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Grundlagen I

1 Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen 50 Jan Cremers mit ift Rosenheim 2 Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten 86 Jan Cremers 3 Baukörperanschluss und baulicher Kontext 120 Jan Cremers mit ift Rosenheim 4 Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal 148 Hermann Klos

Teil C

Grundlagen II

1 Passive Solarenergienutzung Jan Cremers, Markus Binder 2 Aktive Solarenergienutzung Thomas Stark 3 Gebäudetechnische Komponenten am Fenster Markus Binder 4 Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür Joost Hartwig

Teil D

190 198 208

Gebaute Beispiele im Detail

Projektbeispiele 1 bis 30

Teil E

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Anhang

Autoren Dank; Verordnungen, Richtlinien, Normen Literatur Abbildungsnachweis Sachwortregister

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Teil A

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Öffnungen im Haus

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Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit 12 Ursprünge des Bauens 12 Kurze aber nicht nachhaltige Blüte 13 Das Mittelalter und die frühe Neuzeit 13 Holz vor Glas 14 Bildliche Darstellungen als Quellen 16 Verwendete Materialien 18 Gold des Mittelalters 18 Glasherstellung als »Herrschaftswissen« 19 Der Ausbruch aus der Dunkelheit 21 Befunde vor Ort 21

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Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade 24 Das Verhältnis von Öffnung zu Hüllfläche 24 Das Verhältnis von Öffnung zu Raum 25 Die Gestaltung von Öffnung und angrenzenden Hüllflächen 28 Öffnung als Symbol, Öffnung und Ornament 29 Öffnung, Transparenz und Reflexion 30

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Fenster und Tür in Kunst und Kultur Fenster und Tür als besondere Gestaltungs- und Bedeutungsorte Tür als Raum des Übergangs Fenster als Bildrahmen – mediale Effekte Fenster als Grenze Eine neuerliche Kultur des Übergangs

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Abb. A

Einführung

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen Funktionen von regelbaren Öffnungen Integration der Öffnungen in die Gebäudehülle Durchlässigkeit und ihre Veränderbarkeit Kinematik: Prinzipien und Lösungen Strukturen für Flächenbauteile in der Gebäudehülle

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32 32 32 33 34 35

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Palazzo in Venedig (I)

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Öffnungen im Haus Jan Cremers

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Die Gebäudehülle ist eine Grenzschicht zwischen innen und außen, sie übernimmt Schutzund Regelfunktionen und ermöglicht einen Austausch von Energie (Strahlung, Wärme), Licht und Luft. Dies geschieht vor allem über die Öffnungen, die darüber hinaus noch weitere Schnittstellenfunktionen wie beispielsweise die Erschließung regeln. Gebäudeöffnungen – Fenster wie Türen – gewähren Aus- und Einblicke und können dadurch »Kulissen« für das menschliche Miteinander sein, wobei sich Innen- und Außenraum überlappen. In diesem Sinne haben sie eine große soziale Bedeutung, sie trennen bzw. verbinden privat und öffentlich. Gebäudeöffnungen definieren den Übergang von introvertiert zu exponiert, von warm zu kalt, von künstlich zu natürlich, von dunkel zu hell, von begrenztem zu offenem Raum. Die Möglichkeit eines direkten Außenbezugs ist für die Nutzer der Gebäude sehr wichtig. Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass die Nutzerzufriedenheit eng mit der Möglichkeit zusammenhängt, Fenster zum Lüften zu öffnen [1]. Und da die meisten Menschen heute sehr viel Zeit des Tages in Innenräumen verbringen – in Mitteleuropa etwas 80 – 90 % –, kommt der Öffnung im Gebäude ein hoher Stellenwert zu – dieser für den Menschen so wichtigen Möglichkeit, einen Bezug zum Außenraum herzustellen, zum ursprünglichen Lebensraum, zur Natur – auch wenn dieser Außenraum heute für eine wachsende Anzahl von Menschen ein urbaner Raum ist und damit eine in hohem Maße künstliche Umwelt. [2] Durch die Kombination verschiedener Funktionen kann die Leistungsfähigkeit von Gebäudeöffnungen deutlich gesteigert werden. Sie erfüllen dann unter Umständen mehrere Anforderungen gleichzeitig, so übernehmen sie z. B. sowohl die Steuerung von Lichteinfall und Luftaustausch als auch zugleich Fluchtwegfunktionen bzw. ermöglichen den Zugang für Rettungskräfte im Notfall oder die kontrollierte Abführung von Hitze und Rauchgasen, wenn es brennt. Meist bieten Öffnungen für die Regelung nicht nur zwei Zustände (»auf« oder »zu«), sondern erlauben eine differenzierte Steuerung der Durchlässigkeit. Zudem impliziert »auf« die

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vollständige Öffnung (d. h. Durchlässigkeit), bei der die physische Grenze zwischen innen und außen entfällt. Im Gegensatz beispielsweise zu einer Festverglasung, durch die Licht- und Energieaustausch ebenfalls stattfinden, kommt hier die Funktion des Lüftens dazu. Genau diese multifunktionalen Bauteile und Komponenten im Bereich von Gebäudeöffnungen thematisiert das vorliegende Buch. Ausgeklammert werden dagegen solche, die zwar dem Lichteintrag dienen, sich jedoch nicht öffnen lassen (z. B. geschlossene Glasfassaden in allen Varianten). Relevant sind ausschließlich zu öffnende Bereiche (im Sinne von »aufmachen«) in der Gebäudehülle – inbegriffen damit aber z. B. auch opake Elemente, die lokal zusätzlich Lüftungsaufgaben erfüllen. Zu diesen regelbaren Öffnungen gehören traditionelle Fenster in ihren lokalen und historischen Varianten, aber eben auch opake Klappelemente, Türen, Lamellenfenster oder Ähnliches. Alle Gebäude, Alt- wie Neubauten, besitzen entsprechende Öffnungen, das Marktvolumen für dieses Bauelement ist daher vergleichsweise hoch. Allein für konventionelle Fenster (Neubau und Bestand) in Deutschland belief es sich im Jahr 2013 auf 13,1 Millionen neu hergestellte Fenstereinheiten. Zum Vergleich: Der Gesamtfensterbestand in Deutschland ist mit ca. 595 Millionen Fenstereinheiten zu beziffern, was einer Gesamtfensterfläche von ca. 1 Milliarde Quadratmetern entspricht. [3] Oft werden die eigentlichen Öffnungsbauteile durch zusätzliche bewegliche oder bewegbare Komponenten ergänzt, die vor, hinter oder innerhalb der Öffnung angeordnet sind (z. B. Läden, Behänge, Jalousien, Lamellen, Vorhänge etc.). Diese können selbst unveränderlich sein wie beispielsweise ein Klappladen aus Holz oder immanent veränderliche Eigenschaften aufweisen (z. B. eine einstellbare Sonnenschutz-Jalousie) – und dies auch in mehreren Ebenen hintereinander. Historisch wie aktuell gibt es diesbezüglich einen kaum überschaubaren Reichtum an Ausbildungs- und damit kombinierbaren Ergänzungsvarianten. [4] An kaum einem anderen Bauteil wird der enorme Transformationsprozess der Gebäudetech-

Öffnungen im Haus

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Faltfenster in dem Mietshaus Embassy Court, Brighton (GB) 1935, Welles Coates A 1.2 Steinschiebeladen als Öffnungsverschluss, Haus in Stein, Kraichgau (D) 1524 A 1.3 Fenster mit Klapp- und Hängeläden, Wohnhaus in Geimen bei Blatten, Wallis (CH) A 1.4 geschwungene Glaswand ohne sichtbaren Rahmen mit einer in Marmor bekleideten Schiebetür in den Garten, Villa in Ede (NL) 2007, Powerhouse Company

nologie in ähnlicher Weise deutlich wie an der Gebäudeöffnung: Ein altes Holzfenster mit Einfachverglasung, wie es über Jahrhunderte in lokal sehr differenzierter Weise hergestellt wurde, hat mit den heutigen Industrieprodukten kaum mehr etwas gemein – weder vom Ergebnis, noch vom Herstellungsprozess und auch nicht in Funktion und Leistungsfähigkeit. Gleichzeitig geht diese Entwicklung einher mit einer weltweiten Vereinheitlichung und Nivellierung, die lokal oft als Nachteil und als Verlust wahrgenommen wird. Nur selten erreichen heutige Standardfenster aus gestalterischer Sicht den historischen Fensterkonstruktionen vergleichbare ästhetische und gleichermaßen funktional ansprechende Qualitäten. Während Öffnungen

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aus konstruktiven, aber insbesondere auch aus energetischen Gründen traditionell meist eher klein waren, sind heute auch sehr großflächige Öffnungen möglich, z. B. geschossübergreifende Fenster oder gar fassadenhohe Türen. An den Öffnungen zeigt sich jedoch wie an keiner anderen Stelle der stetig steigende Anspruch an die Gebäudehülle und die daraus resultierenden Konflikte, denn die verschiedenen Anforderungen stehen zum Teil im Widerspruch zueinander. Wie ist beispielsweise eine Erhöhung der Luftdichtigkeit bei hygienischem Mindestluftwechsel möglich oder wie ein sinnvoller Sonnenschutz bei gleichzeitig ausreichender Tageslichtversorgung und passiver Solarenergienutzung?

Gründe für diese zunehmende Komplexität finden sich auch hier zum einen auf globaler Ebene, so z. B. in der Verknappung von Energie- und Materialressourcen oder in einem ständig steigenden Abfallaufkommen, andere wiederum sind lokalen Ursprungs, wie z. B. eine zunehmende Regulierung von Bauprodukten und -prozessen durch die Europäisierung der Normung und Zulassungsverfahren. Gleichzeitig findet eine Spezialisierung der an Planung und Bau beteiligten Disziplinen statt, die Bedeutung an vertraglichen Regelungen steigt, unter Umständen sind zudem Gebäudezertifizierungssysteme zu berücksichtigen – insgesamt wird der Planungs- und Bauprozess damit nicht einfacher.

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Öffnungen im Haus

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Dieses Buch betrachtet die Öffnung als wesentliches architektonisches Gestaltelement im gesamten Entwurfs- und Bauprozess und liefert dem Planer die dazu nötigen Fachinformationen, um diesen heute so komplexen Anforderungen gerecht zu werden, für Planungsaufgaben im Neubau gleichermaßen wie im Bestand: Im Rahmen von Nutzungsänderungen, die auch für jeden Neubau zu erwarten sind, werden Gebäudeöffnungen neu gestaltet, verkleinert, vergrößert, geschlossen oder ganz neu geschaffen. Idealerweise steigern Öffnungselemente die Leistungsfähigkeit der Gebäudehülle bei gleichzeitiger Reduktion des Aufwands für Material und Technik. Richtig geplant, bergen sie ein erhebliches Potenzial zur Reduktion von Klimatisierungsbedarf (Lüftung, Kühlung, Heizung) und Kunstlicht, aber auch in den Bereichen Brandschutz und Erschließung (z. B. durch die Vermeidung von Fluchttreppenhäusern). Potenzielle Steuerungsmöglichkeiten und Veränderbarkeit der Öffnungen sind weit differenzierbar, die Bandbreite reicht vom konventionellen (manuellen) Öffnungsbeschlag bis hin zur zentral gesteuerten vollautomatisierten Lösung mit motorischen Antrieben. Neben einer solchen Verknüpfung der Öffnungs- mit der Gebäudesteuerung einschließlich einer erweiterten Interaktionsmöglichkeit mit dem Nutzer, z. B. über mobile Apps zur Bedienung, wird eine zunehmend integrierte Funktionalisierung der Öffnungsbauteile einen Zukunftstrend darstellen – bis hin zur Entwicklung des Fensters zum »mechatronischen« Bauteil. Aus Architektensicht wäre dabei eine durchgängige Gestaltung von Systemlösungen mit unterschiedlichen Materialien und Leistungsmerkmalen wünschenswert.

»Fenster und Tür in Kunst und Kultur« (S. 32ff.). Dieser Teil schließt ab mit einer noch weitgehend material- und konstruktionsunabhängigen Diskussion verschiedener »Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen« (S. 36ff.). Demgegenüber legen die nachfolgenden Kapitel den Fokus auf die konkrete Planung und Umsetzung in der Praxis. Während zunächst Planungsgrundlagen und -zusammenhänge erfasst werden (Teil B), finden sich im Teil C (S. 168ff.) Vertiefungen bzw. Querschnittsthemen wie die aktive und passive Solarenergienutzung oder Lebenszyklusbetrachtungen. Da die Freiheit des Architekten letztlich auf Wissen und Kompetenz basiert, wurde bei der Formulierung von grundsätzlichen Schutzfunktionen und bauphysikalischen Zusammenhängen weitgehend auf die Darstellung von Lösungsansätzen verzichtet. Vielmehr ist dieser Beitrag als ausführliche und kommentierte Checkliste für die unterschiedlichen maßgeblichen Anforderungen zu lesen. Im Folgenden geht es um potenzielle Werkstoffe, Komponen-

ten und Konstruktionsarten des Öffnungsbauteils selbst (S. 86ff.), während die Frage, wie sich das Öffnungsbauteil in den Baukörper einsetzen lässt, im Kapitel »Baukörperanschluss und baulicher Kontext« (S. 120ff.) behandelt wird. Das anschließende Kapitel erläutert den »Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal« (S. 148ff.) und knüpft damit zum einen an die vorangehenden Kapitel des B-Teils an, in denen noch nicht zwischen Neubau und Bestand unterschieden wird, zum anderen aber auch an die historische Abhandlung (S. 12ff.). Während im Anschluss zunächst die »Passive Solarenergienutzung« (S. 170ff.) thematisiert und im Zusammenhang mit der Gebäudeenergiebilanz und der natürlichen Beleuchtung (sommerlicher und winterlicher Wärmeschutz), betrachtet wird, behandelt das nachfolgende Kapitel die diversen Möglichkeiten der aktiven Solarenergienutzung im Bereich der Öffnung (S. 190ff.). In Ergänzung hierzu vermittelt der Beitrag »Gebäudetechnische Komponenten

Noch ohne konkreten Bezug zu aktuellen technischen und konstruktiven Fragestellungen widmet sich der erste Teil dieses Buchs übergeordneten Aspekten, beginnend mit historischen Abhandlungen von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit (siehe »Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit«, S. 12ff.) über »Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade« (S. 24ff.) bis hin zur Bedeutung von A 1.8

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Öffnungen im Haus

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Detailansicht der Nordfassade mit dezentralen Lüftungsgeräten, Wohngebäude, Hamburg (D) 2013, architekturagentur A 1.6 Innenhoffassade mit Holzklappläden, Hotel »The Waterhouse«, Schanghai (CN) 2010, Neri & Hu Design and Research Office A 1.7 Sonnen- und Sichtschutz, Forschungsanstalt Geisenheim, FH Wiesbaden (D) 2009, Staab Architekten A 1.8 Öffnungen in Erkern, Erweiterung eines Pflegeheims, Bruneck/Südtirol (IT) 2010, Pedevilla Architekten A 1.9 Veranda mit Bambusrohrfassade und transluzentem Dach aus Polycarbonat und handgewebten Stoffbahnen mit Palmblättern als Sonnenschutz, Berufsschule, Rudrapur (BD) 2005, Anna Heringer A 1.10 Loggia, Ferienhaus, Vitznau (CH) 2011, Lischer Partner Architekten Planer A 1.11 papierbespannte Schiebewände als Raumteiler (Shōji), Katsura Imperial Villa, Kyoto (J) A 1.9

am Fenster« (S. 198ff.) einen Überblick über die inzwischen umfangreichen Optionen, z. B. dezentrale Lüftungsgeräte oder Wärmerückgewinnung am Fenster einzusetzen. Wesentlich für eine ganzheitliche Betrachtung des Themas »Gebäudeöffnung« richtet das abschließende Kapitel (S. 208ff.) den Blick auf die Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür einschließlich der relevanten Umweltwirkungen. Analog zu den bisherigen DETAIL-Konstruktionsatlanten erfolgte die Auswahl der »Gebaute(n) Beispiele im Detail« (S. 218ff.) insbesondere nach dem Kriterium einer gelungenen Umsetzung des Themas »Gebäudeöffnungen« in die Praxis. Mit dem Ziel, eine möglichst große Bandbreite an verschiedenen Materialien (für Gebäudehülle und Öffnungselemente), Bewegungsarten, Gebäudenutzungen und internationalen Standorten vorzustellen, präsentieren sich hier viele Neubauten, aber auch Beispiele für den gelungenen Umgang mit dem Bestand (Sanierung durch Ersatz, aber auch durch Ertüchtigung der Altsubstanz). Denn nicht nur aus ökologischen (Energie- und Ressourcenschonung) und konservatorischen, sondern in vielen Fällen auch aus gestalterischen Gründen sind neue Fenster den alten keineswegs immer überlegen, und es gibt heute eine Reihe sinnvoller Möglichkeiten, bestehende Fenster in nahezu allen Bereichen zu ertüchtigen (siehe »Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal«, S. 148ff.). Es wäre vermessen, bei der Projektauswahl einen Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, aber die vorgestellten Beispiele sollen das breite Spektrum der Öffnungsgestaltung aufzeigen und – trotz der umfangreichen Anforderungen – Lust machen auf die Entwicklung individueller Lösungen.

barkeit und Wirtschaftlichkeit immer wieder geprüft werden. Das heißt, für gute Architektur sind stets objektive und subjektive, nicht quantifizierbare Kriterien gegeneinander abzuwägen. Dieses Buch soll mit seiner Fülle an Fachinformationen einen Beitrag leisten, diesem Anspruch gerecht zu werden. Anmerkungen: [1] Eine vergleichende Zusammenstellung entsprechender Studien findet sich in: Hellwig, Runa Tabea: Thermische Behaglichkeit. Unterschiede zwischen frei und mechanisch belüfteten Bürogebäuden aus Nutzersicht. Dissertation TU München 2005 [2] Verschiedene Untersuchungen zeigen, dass sich in Deutschland Erwachsene zwischen 25 und 69 Jahren täglich durchschnittlich etwa 20 Stunden in Innenräumen aufhalten – davon 14 Stunden in der eigenen Wohnung. Zum Vergleich: Draußen bewegt sich der Deutsche im Durchschnitt nur 4 Stunden täglich. Mitteleuropäer halten sich etwa 80 –90 % des Tages in Innenräumen auf – zu Hause, am Arbeitsplatz und in Verkehrsmitteln. Quelle: Jahresbericht UBA 07/2003 und Schulz C., Seiwert M., Becker K. u. a.: Kinder-Umwelt-Survey (KUS) – Aufenthaltszeiten und -orte der Kinder in Deutschland. 1. Jahrestagung der

A 1.10 Gesellschaft für Hygiene, Umweltmedizin und Präventivmedizin. 22.– 24. November 2007, Bielefeld. Abstract für die Jahrestagung der GHUP. In: Umweltmed Forsch Prax 12 (5) 2007, S. 266 [3] siehe Verband Fenster+Fassade und Bundesverband Flachglas e. V.: »Mehr Energie sparen mit neuen Fenstern«. Aktualisierung 03/2014 der Studie »Im neuen Licht: Energetische Modernisierung von alten Fenstern«, Frankfurt am Main/Troisdorf, 03/2014. Diese Studie zum deutschen Fenstermarkt setzt eine Reihe von Untersuchungen fort, die der VFF seit 2002 regelmäßig veröffentlicht. Sie enthält die aktualisierten statistischen Grunddaten des Verbands und die sich daraus ergebenden Berechnungen zu Energieeinsparpotenzialen durch den Einsatz neuer Fenster im deutschen Wohngebäudebestand (Neubau und Bestand). Für die Jahre 1971 – 2013 wird darin das Marktvolumen alleine für Deutschland mit 11,6 (Minimum in 2005) bis 25,5 (Maximum in 1995) Millionen neu produzierten Fenstereinheiten pro Jahr beziffert. Eine Fenstereinheit entspricht dabei in der Statistik einer durchschnittlichen Fensterfläche von 1,30 ≈ 1,30 m (1,69 m2). Die jährliche Erneuerungsrate von Fenstern liegt damit aktuell bei ca. 2,2 % pro Jahr. [4] Eine zusammenfassende Darstellungen zu diesem Thema findet sich u. a. in Herzog, Thomas; Krippner, Roland; Lang, Werner: Fassaden Atlas, München 2004, S. 259 – 263.

Das Buch bietet einen breiten Überblick zu technischen, technologischen und konstruktiven Hintergründen, gleichzeitig soll es dazu anregen, über Bekanntes und Vertrautes neu nachzudenken. Da der Prozess des Entwerfens und Konstruierens nie geradlinig verläuft, sondern iterativ, müssen Randbedingungen wie Gestaltung, Funktion, technische Anforderungen, UmsetzA 1.11

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Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit Hermann Klos

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»Nach vierzig Tagen tat Noah das Fenster auf an dem Kasten, das er gemacht hatte, und ließ einen Raben ausfliegen.« Diese Bibelstelle im 1. Buch Mose (8, 6 – 7) führt den Literaturprofessor Rolf Selbmann zu der Annahme, dass »Gott selber das erste Fenster in Auftrag gab« [1]. Nach zeitgenössischen Darstellungen ist dieses Fenster in der Arche Noah ein Holzladen, mit Scharnieren an der Dachkonstruktion befestigt (Abb. A 2.2). Vom göttlichen Geiste kam der Hinweis: »Ein Fenster sollst du daran machen, und das obenan, eine Elle groß [2]«. Heute sind Gebäude ohne Fenster keine Häuser. Es sind Keller, Schutz- oder Gewerberäume. Häuser ohne Fensteröffnungen, ja sogar ein Rathaus ohne Fenster gibt es frei nach Erich Kästner nur noch im Land der Schildbürger. Diese bringen das Licht mit Eimern oder Säcken ins Haus oder decken das Dach ab [3]. Solche Geschichten und Erzählungen sowie viele wissenschaftlich erforschte Befunde tragen anschaulich zur Kultur- und Entwicklungsgeschichte des Fensters bei.

Für die urgeschichtliche Zeit, die Steinzeit, Bronzezeit und Eisenzeit umfasst, liefern stratigrafische Befunde den Hinweis, dass der Mensch in Europa vom Jagen und Sammeln gelebt und Schutz und Unterschlupf in Höhlen, Erdlöchern, Wohngruben, unter Felsüberhängen oder in Zelten gesucht hat [4]. Vergleichbare Behausungen sind auch in Afrika archäologisch erforscht und datieren in die Zeit des Frühmenschen Homo erectus vor mehr als 1,5 Mio. Jahren. Dabei bildeten Steinwälle von 3 m Durchmesser die Basis dieser einfachen Reisighütten. In Mitteleuropa konnten bei Grabungen im Thüringer Becken bei Bilzingsleben als älteste Befunde (vor etwa 300 000 Jahren) runde Hütten aus angehäuften großen Knochen und Steinen mit davorliegenden Feuerstellen nachgewiesen werden [5]. Erst mit dem Ende der letzten Kaltzeit vor etwa 12 000 Jahren entwickelten sich Ackerbau und Viehzucht, und der Mensch baute feste Behausungen. Über Jahrtausende hatten diese Hütten und Häuser keine Fenster. Das Fenster wie wir es heute kennen ist daher baugeschichtlich gesehen im Hausbau und in Zentraleuropa mit einem Alter von etwa 800 Jahren ein junges Bauteil. 2008 entdeckten Archäologen das wohl älteste Haus Großbritanniens. Das gut dokumentierte Rundhaus soll vor etwa 11 000 Jahren erbaut worden sein, als Großbritannien noch zu Kontinentaleuropa gehörte und mit dem europäischen Festland durch eine Landbrücke verbunden war. Bislang hatten Forscher angenommen, dass die ersten Siedler, die nach dem Ende der letzten Eiszeit nach Großbritannien zurückkehrten, Nomaden waren und bei ihren Streifzügen wenig zurückließen. Die nun im Norden Englands entdeckte Rundhütte bestand aus Holzpfählen und hatte vermutlich ein Schilfdach. Experten gehen davon aus, dass im Umfeld der Fundstätte noch weitere Hütten standen. Zudem lassen Fundstücke, etwa die Teile eines Ruders, Pfeilspitzen und Hirschschädel, Rückschlüsse auf die Lebensweise der Siedler zu. So könnten sie Haustiere gehalten, nach Wildtieren gejagt und in dem nahe gelegenen See gefischt haben (Abb. A 2.1) [6].

A 2.1

steinzeitliche Siedlung, ca. 9000 v. Chr., Illustration der Manchester University (nach einem Gemälde von Alan Sorrell) A 2.2 Arche Noah, zeitgenössische Darstellung, um 1970 A 2.3 Rekonstruktion des karolingischen Dorfs am Münsterbauhof in Zürich (CH) zweite Hälfte 9. Jahrhundert A 2.4 Kastenfenster, terme Suburbane herculaneum (I), 1. Jahrhundert n. Chr. A 2.2

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Ursprünge des Bauens

Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit

Für das heutige Kontinentaleuropa geht die Forschung davon aus, dass es bis ins 6. Jahrtausend v. Chr. keinen Bedarf an festen Behausungen gab. Nomadisierende Jäger und Sammler brauchen kein festes Haus. Die ersten sesshaften Menschen dieser Region waren, wie man heute sagt, Migranten. DNA-Analysen haben ergeben, dass die ersten Siedler aus dem südosteuropäischen Raum kamen. Sesshaft zu sein, war ein schweres Los. Um zu überleben musste man doppelt so viel arbeiten wie ein Jäger und Sammler. Aber man hatte ein Dach, ein eigenes Dach über dem Kopf, das Schutz und Sicherheit vor wilden Tieren, feindlich gesinnten Nachbarn und den Unbilden der Witterung bot. Zumindest rudimentär wurden mit der Einrichtung von festen Feuerstellen und Schlafstätten Lebensqualitäten geschaffen, die auch heute noch zu den menschlichen Grundbedürfnissen gehören. Über Jahrtausende änderte sich bezüglich Konstruktion, Material und Bautechnik wenig an den Unterkünften. Die ältesten bäuerlichen Siedlungen in Kontinentaleuropa gehen bis ins 6. Jahrtausend v. Chr. zurück. Ob es sich um die ersten frühgeschichtlichen Behausungen ca. 6000 v. Chr., um bronzezeitliche Seerandsiedlungen, sogenannte Pfahlbauten, oder um den germanisch-alamannischen Hausbau im ersten nachchristlichen Jahrtausend handelt: Die Häuser und Hütten waren Holzbauten, ebenerdig aufgestellt und als Pfahlbauten oder als Grubenhäuser ins Erdreich eingegraben. Die steilen, zum Teil bis zum Boden reichenden Satteldächer ruhten auf kräftigen Firstsäulen und die zunächst gespaltenen, später behauenen Pfosten waren im Erdreich verankert. Verwendet wurde das in der Umgebung vorhandene Material: Die Wände bestanden aus mit Lehm verstrichenem Flechtwerk, die Dächer waren mit Stroh, Reet oder Schindeln gedeckt. Solche Häuser waren auch ohne Fenster nicht licht- und luftdicht: Durch Spalten und Fugen fiel verhältnismäßig viel Tageslicht ins Innere. Fensteröffnungen gab es keine, da die Häuser tagsüber kaum genutzt wurden. Dazu war allen Haustypen gemeinsam, dass es außer der Tür auch ein Rauch- und Lichtloch ins Freie gab – ein Merkmal, das bis zur Entwicklung des gemauerten Schornsteins im späten Mittelalter Bestand haben sollte [7]. Weitere Aus- und Einblicke waren weder gewünscht noch notwendig (Abb. A 2.3).

Kurze aber nicht nachhaltige Blüte Eine Ausnahme in dieser fensterlosen Zeit in Mitteleuropa war die römische Besetzung. Das Imperium Romanum brachte in die besetzten Gebiete zahlreiche bautechnische Neuerungen wie Mauerwerk, Ziegeldächer, Hypokaustenheizung und sogar verglaste Fenster. Bei Ausgrabungen in Pompeji wurden gegossene Scheiben mit einer Kantenlänge bis 70 cm gefunden. Der Guss erfolgte auf einem mit

Sand bestreuten Gussrahmen, was zu einem nur einseitig ebenen und damit in der Durchsichtigkeit geminderten Fensterglas führte. Parallel entwickelten die Römer auch klares, geblasenes Fensterglas. Verglaste Fenster wurden bevorzugt in Badeanlagen verwendet, um ein konstantes Raumklima und gleichzeitig eine ausreichende Helligkeit zu gewährleisten. Ein größeres Stück eines Fensterglases wird im Zülpicher Römerthermen-Museum aufbewahrt. Zahlreiche Fragmente wurden bei der Thermengrabung in Zülpich von 1978/1979 gefunden. Sieben Scherben stammen aus ungestörten Fundschichten. Die Stücke sind trüb grünlich, bläulich oder klar, mit leicht rauer Unterseite und blanker Oberseite. Die raue Unterseite und die unterschiedlichen Dicken sind auf die Herstellungstechnik zurückzuführen. Die Glasmasse für die Fenstergläser wurde in flache Formen gegossen und mit Zangen an die Ränder gezogen. In der Regel bildeten die relativ kleinen, römischen Glasscheiben, die in Rahmen aus Bronze, Blei, Holz oder Stein eingespannt wurden, zusammen größere Fensterflächen [8]. Zur Schwitzwasserreduzierung und -vermeidung entwickelten die Römer sehr früh, vor allem für die Bäderanlagen, Doppelglasfenster oder Kastenfenster (Abb. A 2.4). Ein solches Kastenfenster wurde Ende der 1980er-Jahre in Herculaneum in den suburbanen Thermen gefunden. Das Fenster war beim Ausbruch des Vesuvs 79 n. Chr. zerstört und verschüttet worden. Archäologische Forschungen haben ergeben, dass verschiedene Techniken der Fassung und Rahmung der Fenstergläser sowie der Herstellung von festen Verglasungen und sogar von beweglichen Fensterflügeln bekannt waren. Die Forschung geht davon aus, dass die ersten Gläser aus Ägypten nach Rom und dann auch in die germanischen Provinzen gelangten [9]. Die beschleunigte bautechnische Entwicklung von Hypokaustenheizungen oder Glasfenstern fällt zusammen mit der Ausdehnung des Römischen Reichs auf Gallien und Germanien. Mit ein Grund für die Forcierung mag darin gelegen haben, den ungewohnten, feuchtkalten Aufenthalt für Soldaten wie Zivilisten angenehmer zu gestalten. Selbst die Kasernenblöcke erhielten, wenn auch keine Hypokaustenheizung, so doch immerhin, Zimmer für Zimmer, einen Herd und ein Glasfenster. Sogar Wachtürme am Limes wurden mit Glasfenstern ausgestattet.

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begann, und es sollte 1000 Jahre dauern, bis mit der Renaissance wieder vergleichbare bauliche Standards erreicht wurden.

Das Mittelalter und die frühe Neuzeit Die Quellenbasis für das Mittelalter und die frühe Neuzeit ist relativ mager. Die ältesten schriftlichen Nachrichten, die Rechtsaufzeichnungen der alamannischen Stämme, der »Pactus legis Alamannorum« für das 7. Jahrhundert und die »Lex alamannorum« für das 8. Jahrhundert, liefern genaue Beschreibungen der Siedlungsstrukturen und der Bau- und Wohnkultur dieser Zeit. Auch die Konstruktion der Häuser mit den verwendeten Materialien ist sehr detailliert beschrieben. Es gibt Hinweise auf Türen, allerdings keine Aussagen zu sonstigen Öffnungen wie Fenstern [11]. Der älteste Hinweis für eine Rautenverglasung findet sich im Kloster von Wiremouth bei Durham in Ulster/ Nordirland. Sie stammt vermutlich aus der Zeit aus dem 9. Jahrhundert n. Chr. [12].. Auch in

Wie Quellen belegen, gab es sogar in jeder Legion einen Fensterglasermeister. Allein auf dem Territorium des heutigen Baden-Württemberg wurden mehr als 1000 archäologisch nachgewiesene Glasfenster erfasst. In anderen Regionen wie in Rheinhessen ist eine vergleichbar hohe Dichte an Befunden belegt [10]. Mit Vormarsch der Alamannen in der Mitte des 3. Jahrhunderts und dem Untergang des Römischen Reichs gingen auch die römische Haustechnik und der damit verbundene, hohe Baustandard unter. Das »finstere Mittelalter« A 2.4

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Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit

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einer Grubenhütte bei St. Ulrich und Afra in Augsburg wurden Rautengläser entdeckt und in das 8. und 9. Jahrhundert datiert [13]. Die ältesten Burgruinen aus dem 4. Jahrhundert oder die älteste heute noch bewohnte Burg Meersburg liefern keine Befunde zum Verschluss von Fensteröffnungen in dieser Zeit. Auch zu den Öffnungen selbst ist die Befundlage äußert dünn. In der archäologischen Literatur findet man allenfalls Rekonstruktionszeichnungen. Bei verschiedenen archäologischen Grabungen wurden im Primärschutt von zerstörten oder aufgelassenen Burganlagen Reste von Fenster- und Türverschlüssen entdeckt. Bei Ausgrabungsarbeiten an der um 1200 zerstörten Niederungsburg Husterknupp bei Grevenbroich im nördlichen Rheinland fand man Spuren der Fensterverschlüsse in Form von Bleistegen sowie Glasresten. Im 9. Jahrhundert entstand in Bad Urach auf dem Runden Berg, der schon in vorgeschichtlichen Zeiten besiedelt war, auf den Ruinen eines fränkischen Adelssitzes eine neue Burg, komfortabel ausgestattet mit Kachelofen und Glasfenstern. Die hier gefundenen Glasbruchstücke ergeben ein rautenförmiges Fensterglas mit einer Kantenlänge von 8 bis 10 cm (Abb. A 2.5). Bei den Funden handelt es sich um kleine Scherben aus überwiegend bläulich hellgrünem Glas, die an den Kanten mit dem Kröseleisen bearbeitet waren, einem kleinen hakenförmigen Instrument, mit dem man von Glastafeln oder Glasgefäßen Stückchen abbricht.

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Weitere Befunde aus dem 12. Jahrhundert liegen von Schlössern und Burgen vor, deren Bewohner sich – so die Interpretation – zumindest in Teilbereichen verglaste Fensterverschlüsse leisten konnten. Wie dünn die Befundlage ist, zeigt sich jedoch am Beispiel der Untersuchung von Lorenz Frank, der für das gesamte 12. und 13. Jahrhundert einen Gesamtbestand von rund 50 Pfalzen, Burgen und Palastbauten hinsichtlich ihrer Fensteröffnungen auswertete, ohne auf den Öffnungsverschluss selbst einzugehen [14]. Die Forschung geht jedoch davon aus, dass sogar im Palastbau vorrangig Holzläden als Fensterverschlüsse anzunehmen sind. Bei einigen weiteren Grabungen wurden vor allem eiserne Fensterladenbeschläge entdeckt. Glas und Metallfunde können zwar bezüglich ihres Entstehungsorts zugeordnet werden, eine Datierung dieser Materialien ist derzeit jedoch nicht möglich. Bekannt ist, dass Burgen und Paläste ab dem 13. Jahrhundert in den Obergeschossen großzügige, häufig nach Süden ausgerichtete und mit einer Sitzbank ausgestattete Fenster hatten, die wohl auch zum Teil verglaste Öffnungen aufwiesen. Dies ist archivalisch und durch den Fund von Butzenscheiben belegt [15]. Fenster sind neben weiteren Ausstattungen wie Öfen, Möbeln oder Tapisserien explizit in den Nachlass- und Pflegeinventaren aufgeführt. In Sockelzonen gab es schießschartengroße,

mit Gittern gesicherte Öffnungen. Vorhandene Bildquellen aus der Zeit vor 1300 zeigen, dass vorwiegend repräsentative Gebäude größere Öffnungen aufwiesen. Nähere Details zu deren Verschluss fehlen jedoch. Die Forschung geht davon aus, dass Glas als dichter, lichtdurchlässiger, aber kostspieliger Werkstoff eher dem herrschaftlichen Bereich vorbehalten war.

Holz vor Glas Selbst die sehr umfassenden Untersuchungen des ältesten in Europa in situ und vollständig erhaltenen, 1176 erbauten Holzhauses Nideröst im Schweizer Kanton Schwyz ergaben keine Befunde hinsichtlich der Fensterverschlüsse (Abb. A 2.7). An dem Gebäude wurden lediglich zwei bauzeitliche Luken an der Westwand nachgewiesen, wovon die eine durch eine Klappe, die andere durch ein eingestelltes Holzbrett verschlossen werden konnte. Weitere bauzeitliche Fensteröffnungen waren nicht zu erfassen, da sie sich vermutlich im Bereich der jüngeren, vergrößerten Fenster befunden haben. In archäologischen Schichten wurde nur ein einziges Bruchstück einer Fensterscheibe gefunden [16]. Bestätigt und ergänzt werden diese Befunde durch weitere von Ulrike Gollnick durchgeführte Untersuchungen an Häusern im Schweizer Kanton Schwyz aus dem späten 13. und frühen 14. Jahrhundert [17]. Am Haus Herrengasse 15 in Steinen dokumentierA 2.5

Rekonstruktion eines Fensterglases des 9. /10. Jahrhunderts vom Runden Berg bei Bad Urach (D) A 2.6 Ansichten und Schnitte eines Fensterverschlusses um 1500, Fritzlarer Dom / Stift (D) A 2.7 Haus Nideröst, Schwyz (CH) A 2.8 Schema Lukenfenster mit Schiebeladen A 2.9 Lukenfenster Gütschweg 11, Schwyz (CH) A 2.10 Lichtöffnungen, Bohlenstube 2. OG, Hafenmarkt 8, Esslingen (D) 2. Hälfte 13. Jahrhundert A 2.11 Verschluss an einer Kammeröffnung von 1331, Brettfläche mit Gratleisten und Wendezapfen, eine für diese Zeit komfortable Lösung, gefertigt ohne teure, eiserne Beschläge, Hafenmarkt 8 und 10, Esslingen (D) A 2.12 Lichtöffnungen des Gotischen Hauses, Bohlenstube 2. OG, originale bauzeitliche Fensteröffnung mit Fensterfalz (zugemauert), Leutkirch (D) 1377 A 2.7

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ten die Haus- und Bauforscher fünf originale, lukenartige Fensteröffnungen, ca. 80 cm breit und 20 cm hoch. Diese bildeten eine Art Fensterband und konnten mit einem schiebbaren Holzladen verschlossen werden (Abb. A 2.8). Abb. A 2.9 zeigt eine solche, für Schweizer Häuser des 12. und 13. Jahrhunderts typische, lukenartige Öffnung. Ferner entdeckten die Forscher dort als bislang einzig bekanntes Beispiel in der Küchenaußenwand eine Lukenöffnung zum Abzug des Rauchs [18]. Auch zu Häusern und Hütten des Hochmittelalters gibt es wenige Befunde und aufgrund fehlender Abbildungen und Texte kaum Quellen. Vorhandene Bilder und Archivalien behandeln vorwiegend sakrale und biblische Themen. Die Quellen und Befunde zeigen, dass im Kirchenbau bereits im 11. Jahrhundert prächtige Schmuckfenster möglich waren, z. B. in der Kathedrale von St. Denis. Dagegen gibt es nur wenige Informationen zu den Fensterdetails im Profanbau. Für die bäuerliche Bevölkerung sollte erst mit Beginn der Renaissance etwas mehr Tageslicht ins Haus gelangen. Für das frühe 13. Jahrhundert ist überliefert, dass in Basel und Straßburg selbst die besseren Häuser – damit sind Steinbauten gemeint – nur wenige und kleine Fenster besaßen, die kaum Licht einließen. Zunächst sind solche Fenster nichts weiter als Öffnungen für Licht und Luft, also rein zweckdienliche Aussparungen im Mauerwerk. Erst ab dem 13. Jahrhundert werden sie als wesentliches architektoni-

sches Element in die Gesamtkonzeption des Hauses miteinbezogen. In Zürich sind für das späte 12. Jahrhundert einzelne Fensteröffnungen an Bürgerhäusern dokumentiert; die älteste datierte Öffnung ist ein gedrungenes Rundbogenfenster von 1170 in der Westwand des Kernbaus des denkmalgeschützten Hauses »Zum Roten Mann«, In Gassen 1 in Zürich. Schweizer Archäologen gehen davon aus, dass die wenigen bescheidenen Fensteröffnungen der frühen Steinbauten zunächst durch innen eingestellte Läden geschlossen waren, denn bauarchäologische Untersuchungen belegen, dass bei romanischen und frühgotischen Fenstern die Dübellöcher für die Scharnierangeln der Klapp- und Drehläden nachträglich angebracht wurden. Erst seit dem 14. Jahrhundert weisen die bauzeitlichen Öffnungen einen Falzanschlag für das Befestigen von Holzläden oder transparenten Fensterverschlüssen auf [19]. Zunächst wurden zum Wetterschutz und gleichzeitigen Lichtdurchlass Tierhäute und -blasen, Pergamentbahnen, abgedünntes Horn, gefirnisstes Leinen, Alabaster oder ähnliche transluzente Materialien auf bewegliche Holzrahmen gespannt und in die Fensteröffnungen eingestellt. Auch an prominenten Gebäuden wie am Berner Rathaus waren 1378 die Fenster auf diese Weise verschlossen. Bodenfunde im Zürcher Raum lassen allerdings darauf schließen, dass schon seit dem 13. Jahrhundert die Fenster einzelner Pro-

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fanbauten mit Flachglas versehen waren [20]. Die für diese Zeit üblichen Fensteröffnungen in herrschaftlichen Stadthäusern waren nach Befunden in Süddeutschland nach heutigen Maßstäben etwa DIN A4 bis DIN A3 groß, und dies auch nur in den Wohnstuben (Abb. A 2.10). Wie bei den beschriebenen Detailausbildungen der Fensteröffnungen in Zürich lassen auch in Süddeutschland raumseitig angelegte Falze darauf schließen, dass ein Verschluss mit einer Holzklappe oder einem verglasten Fenster möglich war (Abb. A 2.12). Die bautechnische Weiterentwicklung geht einher mit der seit dem 11. Jahrhundert zu beobachtenden Welle von Stadtgründungen auf dem Gebiet des Heiligen Römischen Reichs [21]. In der Folge kam es zu umfangreichen Baumaßnahmen, die Städte erhielten planmäßige Straßen, Wasserversorgung und Entwässerung. Aus dieser Zeit sind mehrgeschossige, unterkellerte Steinhäuser mit repräsentativen Stuben in den Obergeschossen und großzügigen Fenstern erhalten, die jedoch in der Regel erst ab dem 15. Jahrhundert verglaste Fensterverschlüsse zeigen. Selbst im Rathaus in Zürich wurden erst um 1500 die letzten Leinenfenster durch Glasfenster ersetzt. Als Verschluss dienten innen, seitlich in den Fensterlaibungen angeschlagene, hölzerne Läden, die zum Teil mehrfach geteilt waren und, wenn überhaupt, nur über kleine Lichtöffnungen in der Brettfläche verfügten.

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Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit

Alternativ dazu gab es auch außen angeschlagene Fensterläden sowie deren Varianten, wie vertikal verschiebbare Zieh- oder Fallläden oder horizontal laufende Schiebeläden. Trotz vieler Annahmen und Interpretationen fehlen für den Profanbau bis ins ausgehende Mittelalter nach aktuellem Stand der Forschung gesicherte Belege zur Häufigkeit verglaster Fensterverschlüsse. Die wenigen archäologisch zugeordneten Befunde bestätigen, dass Glas, als das »Gold des Mittelalters«, nicht im Bauschutt landete, sondern regelmäßig wiederverwendet wurde. Der verglaste Fensterverschluss hat sich aus dem Holzladen bzw. dem in die Öffnung eingestellten Brett entwickelt. Mit der Handwerkstechnik des Möbelbaus konnten problemlos Brettläden oder Verschlüsse mit Rahmen und Füllung gefertigt werden (Abb. A 2.11, S. 15). Ob und in welchem Umfang schließlich die durchscheinenden Ersatzmaterialien Verwendung fanden, ist wegen ungenügender Quellenund Befundlage nicht geklärt. Der Holzladen, bei Nacht, Kälte oder Abwesenheit in die Öffnungen eingestellt, war ein solider Verschluss. Bereits ein Fortschritt war der mit Holzzapfen oder eisernen Beschlägen versehene, bewegliche Laden. Es folgten kleine Ausschnitte in der Brettfläche der Läden, die je nach Möglichkeit mit Glas oder anderen durchscheinenden Materialien verschlossen wurden (Abb. A 2.6, S. 14). Die Kombination von Holz und Glas war ein kostspieliger Komfort und bot einen geringeren Schutz vor Eindringlingen. Einen zufriedenstellenden Verschluss gewährte nur die Kombination von verglasten Fenstern mit Fensterläden. Dieser um etwa 1500 gebräuchliche Standard wird danach und bis heute nur noch geringfügig variiert sowie baukonstruktiv weiterentwickelt und verfeinert, wie im Folgenden und im

Abschnitt »Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal« (S. 148ff.) detailliert beschrieben.

Bildliche Darstellungen als Quellen

Malkunst. Kaum ein Motiv bietet Künstlern so viel Raum zum Experimentieren wie das Fenster. Nicht zuletzt ist das Fenster auch ein Bild im Bild, lenkt den Blick und regt zum Nachdenken über die Malerei an (siehe auch »Fenster und Tür in Kunst und Kultur«, S. 32ff.) [22].

Eine wahre Fundgrube für die Fensterforschung sind die spätmittelalterlichen bis frühneuzeitlichen Tafelbilder. Die Maler des 14. Jahrhunderts behandeln fast ausschließlich religiöse Themen. In Abhängigkeit von kirchlichen und adeligen Auftraggebern stehen christliche Motive und biblische Figuren im Vordergrund. Nur Herrscherpersönlichkeiten wird eine vergleichbare Ehre zuteil. Der einfache Mensch mit seinen Bedürfnissen ist noch kein Bildmotiv. Nur wenige Ausnahmen, meist italienischer Provenienz, zeigen rein weltliche Motive. Ab dem frühen 15. Jahrhundert etablierte sich ein neuer Stil. Ausgehend von der Kunst der südlichen Niederlande dominiert nun ein naturalistischer Realismus. Die Malerei zeigt Landschafts- und Architekturdetails, räumliche Perspektiven, Lichteffekte, Farbgestaltungen und eine Darstellung des Interieurs in häufig fotografischer Genauigkeit bis ins Detail. Das Fenster war in der Malerei schon immer ein beliebtes Motiv. Denn Fenster und Gemälde weisen eine Parallele auf: Beide haben ein gerahmtes Blickfeld. Das Bild als Fenster in eine andere Welt ist seit der Erfindung der Zentralperspektive in der Renaissance eine beliebte Metapher. Aber auch die Möglichkeit, den Übergang von der Innen- zur Außenwelt mit dem Bild des Fensters darzustellen, fesselte die Maler. Ein Bild ist wie ein Fenster, und jedes Fenster rahmt zugleich ein Bild. Das Fenster markiert die Grenze zwischen privatem Wohnraum und öffentlichem Raum, über Jahrhunderte ein Schauspiel und Genre der

In der Regel wurden Fensteröffnungen im Profanbau bis zum Ende des 14. Jahrhunderts ohne einen verglasten Fensterverschluss dargestellt. Wie ein Gemälde der Stadt Konstanz aus dieser Zeit zeigt, waren die Fenster der Häuser in der Regel offen oder mit durchscheinenden Ersatzmaterialien verschlossen, während alle Fenster der abgebildeten Kirche bereits mit Rautenscheiben verglast sind. Auch bei der Darstellung eines Webers am Trittwebstuhl aus dem Hausbuch der Mendelschen Zwölfbrüderstiftung um 1425 weist nur eine der Fensteröffnungen eine zeittypische Rautenverglasung auf. Alle weiteren Öffnungen wurden wohl bei Kälte und nachts mit einem Brettladen verschlossen. Zur permanenten Belichtung genügte die eine verglaste Fensteröffnung. Frühe Werke wie die zwischen 1337 und 1339 entstandene Ansicht von Siena von Ambrogio Lorenzetti zeigen eine komplexe städtische Bebauung mit hohen technischen Standards. Das Fresko sollte Wohlstand und Sittsamkeit der Bürger als Früchte einer guten Regierung vor Augen führen. Zu sehen ist ein befestigtes, regelmäßig angelegtes Stadtbild, die Stadt erscheint als wirtschaftliches, kulturelles und merkantiles Zentrum. Die Häuser sind gepflegt, haben Ziegeldächer und ausreichende Öffnungen für Belichtung und Belüftung (Abb. A 2.13). Viele Häuser zeigen Schornsteine und Kamine, verglaste Fensterverschlüsse gibt es nicht. Bei einigen Öffnungen sind jedoch innen angeschlagene Holzläden mit Rahmenfüllung zu erkennen.

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Ambrogio Lorenzetti, Auswirkungen der Guten Regierung, Fresko, Detail, Siena (I), Palazzo Pubblico Stephan Lochner, Hl. Hieronymus im Gehäuse, um 1435, Raleigh (USA), North Carolina Museum of Art Robert Campin, Mérode-Triptychon, Mitteltafel, 1425 – 1430, New York (USA), Metropolitan Museum of Art Robert Campin, Mérode-Triptychon, rechter Flügel, Detail Derik Baegert, Der Evangelist Lukas malt die Muttergottes (Lukasmadonna), um 1485, Münster (D), LWL-Museum für Kunst und Kultur

Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit

Stephan Lochners Miniatur »Hl. Hieronymus im Gehäuse«, um 1435, zeigt bereits gegliederte Fenster mit fest verglasten Rautenscheiben in den oberen, geschützten Bereichen (Abb. A 2.14). Zur Stabilisierung sind die Bleinetze mit Windeisen gesichert, wie dies auch heute noch bei Fenstern mit Bleiverglasungen üblich ist. Diese Windeisen verhindern Ausbauchungen durch Winddruck und ein mögliches Einsacken des Bleinetzes. Die unteren Öffnungen könnten auch mit einer gefirnissten Leinwand oder einer Tierhaut verschlossen worden sein. Die nach innen öffnenden Holzläden gehören zum Standard dieser Zeit. Auf der Mitteltafel des Mérode-Triptychons (1425 –1430) von Robert Campin ist eine Verkündigungsszene mit einem hohen Grad an Realismus zu sehen (Abb. A 2.15 und A 2.16). Campin beschränkte sich in der Darstellung nicht mehr nur auf die notwendigen traditionellen Attribute. Er verlegte die biblische Szene in ein reich ausgestattetes Interieur. In der Mitteltafel und im rechten Flügel finden sich realistische Details möglicher Fensterverschlüsse, die typisch für das herrschaftliche Wohnen im frühen 15. Jahrhundert sind. Die vierflügeligen Kreuzstockfenster haben im oberen, geschützten Teil bereits eine fest eingebaute Verglasung mit Rauten und einem eingelegten Wappenbild. Die großen unteren Öffnungen können tagsüber durch ein eingestelltes Holzgitter gesichert werden, um Eindringlinge wie auch Tiere abzuwehren. Nachts sowie bei Kälte und Abwesenheit werden die Fenster mit mehrteiligen klappbaren Holzbrettläden verschlossen. Wertvolle Verglasungen – in dieser Zeit nahezu ausschließlich als kleinteilige Rautenverglasungen hergestellt – leistete man sich nur für die geschützten, oberen Felder des Kreuzstocks. Die Verkündigungsszene zeigt die multifunktional ausgebildeten Holzklappläden in den unteren Fensterfeldern. Die Läden sind in Höhe und Breite mehrfach klapp- und faltbar und so für unterschiedliche Nutzungssituationen einsetzbar. Auf dem rechten Flügel des Triptychons ist Josef beim Bau von Mausefallen zu sehen (Abb. A 2.16). Auch hier beweist der Maler, wie kaum ein anderer dieser Zeit, seine große Liebe zum Detailrealismus. Josefs Werkstatt braucht keinen verglasten Fensterverschluss: Ein raffiniert angeordneter Holzladen ermöglicht den Verschluss. An der rechten Öffnung ist ein Drehladen angeschlagen. Die mittleren Öffnungen können im oberen Teil durch oben angeschlagene Fallläden verschlossen werden, der untere Teil mit unter der Fensterbrüstung liegenden Ziehläden, von denen einer hochgezogen ist. Dargestellt sind hier nahezu alle in dieser Zeit üblichen Verschlussvarianten für Fensteröffnungen. Die um 1435 entstandene Rolin-Madonna von Jan van Eyck und auch das Gemälde »Der Evangelist Lukas malt die Madonna« (1485) von Derick Baegert (Abb. A 2.17) zeigen mit den angeschnittenen Verglasungen in den Nebenräumen, dass diese nicht nur ein Witterungsabschluss sind, sondern auch als farbliche Unterlegung und Abdunkelung der Räume dienten.

Dieser Epoche entstammen viele ähnliche Bilder, bei denen das dargestellte Interieur den bautechnischen Standard der Zeit wiedergibt. So zeigt etwa die »Thronende Madonna mit dem Kind« aus dem um 1450 –1460 entstandenen Stundenbuch des Folpard van Amerongen ein Interieur mit umfassender, großzügiger Befensterung (Abb. A 2.19, S. 18). Auch hier befinden sich im oberen Teil Festverglasungen mit Rautenscheiben, die mit Windeisen gegen Winddruck und Verformungen stabilisiert sind. Die unteren Flügel besitzen ein bewegliches Holzgitter zur Belüftung des Raums. Außerdem können die Fenster wiederum mit in der Höhe und in der Breite geteilten Holzklappläden verschlossen werden. Diese Holzläden sind als Brettläden bzw. als Rahmen- und Füllungsläden ausgebildet. Von hier bis zum verglasten Fensterverschluss ist es nur noch ein kleiner technischer Schritt: Tauschte man die hölzernen Gitterstäbe gegen eine Verglasung aus, hätte man bereits ein Drehflügelfenster in einfacher Form. Das Gleiche ist vorstellbar für die kassettierten Holzläden. Der Austausch der Kassetten gegen eine Verglasungen würde zu einem für diese Zeit vollwertigen Fensterverschluss führen. Nur wenige Jahrzehnte später ist diese Lösung auf dem bereits erwähnten, um 1485 entstandenen Gemälde von Derick Baegert zu sehen (Abb. A 2.17). Interessant ist hier, dass es in einem Raum sowohl hochwertige, aufwendig gefertigte und gestaltete Fensterverschlüsse gibt als auch direkt daneben großflächige, nur mit einem Vorbau überdachte Wandöffnungen, die ungeschützt ins Freie führen. Eine präzise Fensterdarstellung bietet Lukas Cranach der Ältere 1532 mit dem Gemälde »Die Bezahlung« (Abb. A 2.20, S. 18). In dieser Zeit schwindet in der Malerei die Dominanz mittelalterlicher Frömmigkeit und es werden vermehrt auch weltliche Themen aufgegriffen, so auch im Genrebild des ungleichen Paares – ein beliebtes Motiv des 16. Jahrhunderts. Das hier im Hintergrund dargestellte Fenster ist äußerst detailgetreu wiedergegeben: Butzenscheiben aus Waldglas, in Nuten steckend und mit einem Verband an Windeisen gesichert, geschmiedete Zierbeschläge und aufgedrehte Vorreiber, die die stumpf einschlagenden Flügel halten.

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Diese kleine Auswahl an Bildquellen zeigt beispielhaft die Entwicklung des Fensters vom 14. bis zum frühen 16. Jahrhundert nördlich und südlich der Alpen. Ab dem frühen 16. Jahrhundert verfügen wir über eine hinreichende Befund- und Dokumenationslage. »Die Lesende Frau« von Pieter Janssens Elinga führt uns in einen Wohnraum um 1670 (Abb. A 5.7, S. 38). Durch die oberen Fenster scheint die hochstehende Sonne ins Zimmer. Die Lesende, die sich den Stuhl ans Fenster gerückt hat, um das Licht zu nutzen, wird vor neugierigen Blicken durch die geschlossenen Läden der unteren Fensterhälfte geschützt. Die Fenster haben die für Norddeutschland A 2.17

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Verwendete Materialien

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und die Niederlande zeittypischen Rechteckverglasung. Die oben laufenden Rautenbänder sind weniger einem gestalterischen Schmuck geschuldet als der Möglichkeit, dadurch auch kleinere Reststück des wertvollen Glases zu verwenden. Die frühen Fensterverschlüsse, die uns die Malerei des 14. und 15. Jahrhunderts bezeugt, haben sich allerdings nicht als Originale erhalten, da sie in späteren Zeiten keine adäquaten Lösungen mehr für den gewandelten Wohnkomfort darstellten. Sie wurden ausgetauscht, vielleicht auch zerstört oder durch Gebrauch und Verschleiß unbrauchbar. Ab dem frühen 16. Jahrhundert bestätigen Originalbefunde die in der Malerei dargestellten Fensterdetails. Solche Originalbefunde belegen auch, dass ab dem späten 17. Jahrhundert gemalte Fensteröffnungen oft nicht mehr den tatsächlich gebauten, zeitgenössischen Fenstern entsprechen. Fensteröffnungen und -verschlüsse werden zum rein künstlerischen Motiv [23]. Eine zeitliche Zuordnung wird damit ungenau.

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Die ältesten erhaltenen Holzfenster in Profanbauten im süddeutschen Raum stammen aus dem frühen 16. Jahrhundert. Sie sind ausnahmslos aus Eichenholz gefertigt und mit einer Öllasur gestrichen. Die Beschläge bestehen aus fein profilierten Eckwinkelbändern, Stützkloben, geschmiedeten und aufgerollten Vorreibern sowie Knöpfen (Abb. A 2.18). Bis um 1700 lagen die Flügel stumpf im Rahmenfalz und waren innen und außen bündig zum Rahmen. Die Winddichtigkeit dieser Fenster wurde dadurch erreicht, dass die Flügel zwar hinterhobelt, tatsächlich aber mit Presspassung in den Rahmenfalz eingepasst waren. Dies führte je nach Jahreszeit und Witterung durch Quellen und Schrumpfen des Holzes zu Problemen beim Öffnen und Schließen der Flügel.

struktiv weitgehend, während es Abweichungen bei den Verglasungen gibt. Auch finden sich nur geringe regionale Unterschiede. Varianten ergaben sich bei den Fenstergrößen oder der Binnengliederung durch zusätzliche Lüftungsflügel in Form von Schiebe- oder Drehflügeln. Zeichnerisch dokumentierte Befunde aus dieser Zeit sind ab im Abschnitt »Befunde vor Ort« (S. 21f.) behandelt.

Gold des Mittelalters

Für die nächsten 200 Jahre bis zum Beginn des Barocks blieb diese Fensterform der bautechnische Standard. Ein erhöhter Anspruch an Dichtigkeit und Funktion führte zur Entwicklung des Blendrahmenfensters: Ab dem 18. Jahrhundert werden Fenster bis auf wenige Ausnahmen wie der Orangerie von Schloss Schwetzingen mit Überschlagfalz gefertigt. Die wenigen nach 1700 hergestellten flächenbündigen Fenster unterscheiden sich lediglich durch die verwendeten Wabenscheiben anstelle der früher üblichen runden Butzen- oder Mondglasscheiben von 200 Jahre älteren Fenstern. Auch wenn sich die beschriebenen Konstruktionsmerkmale auf den süddeutschen Raum konzentrieren, gelten sie als zeittypisch für den gesamten deutschsprachigen Raum und die angrenzenden Länder wie Frankreich und Polen. Im Überblick gleichen sich die Fenster dieser Zeit in ihren Details materiell und kon-

Die Geschichte des verglasten Fensterverschlusses ist auch die Geschichte des Glases. Glas, das »Gold des Mittelalters«, sollte bis ins 20. Jahrhundert die Entwicklung des Fensters prägen. Glas war unter allen am Fenster verwendeten Materialien das kostbarste, einzigartig mit seinen natürlichen Eigenschaften der Luftdichtigkeit, Durchsichtigkeit, Lichtdurchlässigkeit und Zerbrechlichkeit – ein Baumaterial, aber auch eine Metapher für Klarheit, Reinheit und Vergänglichkeit. Bis weit in die Neuzeit hinein gehörte die Glasherstellung zum »Herrschaftswissen« einiger weniger, und noch in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts war die Größe der Fenster an den Pariser Häusern Besteuerungsgrundlage. Wie bereits eingangs beschrieben, handelt es sich bei den ältesten uns bekannten Flachglasscheiben der Römer und dem in den römischen Provinzen Germaniens verwendeten Glas um ein Gussglas, das in Gebäuden mit besonderer Nutzung, wie in Badeanlagen, zum Einsatz kam. Die gegossenen Fensterscheiben waren von bescheidener Qualität, nicht durchsichtig, sondern nur durchscheinend. Fundstücke gibt es auch an Rhein und Mosel. In den Jahrhunderten nach dem Untergang

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des Römischen Reichs wird Glas ausschließlich an sakralen Gebäuden eingesetzt. Hier beziehen sich die Quellenangaben auf französische und englische Kathedralen. Die Kathedrale von Chartres besitzt von allen gotischen Kathedralen den größten Bestand an erhaltenen Originalfenstern. Die rund 6700 m2 überspannenden Fensterflächen wurden zwischen 1215 und 1240 geschaffen. Im Sakralbau kam Glas in größerem Umfang erst im 13. Jahrhundert in den großen Kathedralen zum Einsatz (Abb. A 2.21). Gesicherte Befunde im deutschen Raum gibt es mit den älteren Bibelfenstern im Kölner Dom (1250 /1260). Solche Bibelfenster nahmen immer den ranghöchsten Fensterplatz ein und haben sich nur in wenigen Kirchen erhalten, so z. B. in Köln, Straßburg oder Esslingen. Der gleichermaßen bedeutende wie umfangreiche Bestand von 400 Glasfensterscheiben des späten 13. und frühen 14. Jahrhunderts in drei Esslinger Kirchen lässt mit seinen Glasgemälden die »Ordnung der mittelalterlichen Welt« lebendig werden und dokumentiert das hohe technische und künstlerische Niveau der Glasmaler [24].

Glasherstellung als »Herrschaftswissen« Für die Herstellung von Glas gibt es unterschiedliche Verfahren. Allen gemeinsam ist die Voraussetzung von hohem handwerklichem Geschick, von Erfahrung und Wissen. Eine frühe Beschreibung der Glasherstellung liefert der Benediktinermönch Theophilus Presbyter in seiner Schriftsammlung »Schedula diversarum artium« aus dem frühen 12. Jahrhundert [25]. Es sind die bereits seit dem 7. Jahrhundert v. Chr. bekannten Verfahren, die auch von römischen Glasmachern praktizierten wurden.

Immer wurde dazu die Glasmacherpfeife benötigt, denn nur so konnten durchsichtige Scheiben erzeugt werden. Beim Zylinderblasverfahren nimmt der Glasmacher mehrfach eine zähflüssige Glasmasse mit der Pfeife aus der Schmelze und bläst diese zunächst zu einer Kugel, dann zu einem Zylinder auf. Dieser Vorgang findet wegen der Größe des Glasballons in der sogenannten Schwenkgrube statt. Hierbei wird der Glasballon ständig in einer Form gedreht, dadurch entsteht die charakteristische Oberflächenstruktur, der Hobel. Diese Art des Strukturierens der Oberfläche gibt dem Zylinder während des Ausblasens Halt und Form. Vor der Weiterverarbeitung werden die beiden Enden / Kappen abgetrennt, im Streckofen wird der Zylinder bei ca. 750 °C mit einem heißen Eisen aufgetrennt, mit Holz aufgebogen, gestreckt und mit einem Holzwerkzeug glatt »gebügelt«, bis plane Glastafeln entstehen (Abb. A 2.24). Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden nahezu alle Glasscheiben mit diesem Verfahren erzeugt. So auch die 84 000 m² Glasflächen für den 1851 errichteten Kristallpalast zur Weltausstellung in London. Das aufwendige und anstrengende Verfahren wurde später durch eine mit Pressluft unterstützte Methode vereinfacht wodurch Zylinder bis 12 m Länge aus der Schmelze nach oben gezogen werden konnten. Dies ist ein Vorläufer des Ziehglasverfahrens, bei dem ab etwa 1870 die Glasmasse direkt als flaches Band aus der Schmelze senkrecht nach oben gezogen wird – 1904 durch den belgischen Ingenieur Emile Fourcault zur maschinellen Herstellung als Patent angemeldet [26]. Die zweite wichtige Produktionstechnik seit dem Mittelalter setzt noch größere handwerkliche Fähigkeit voraus: Das Herstellen einer

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Mondglasscheibe. Man verzichtet dabei auf den Streckofen, der Glasmacher kann bei entsprechender Geschicklichkeit im Schleuderverfahren Scheiben bis 120 cm Durchmesser herstellen. Abb. A 2.25 zeigt die Herstellung einer Mondglasscheibe. Der erste Glasmacher nimmt in mehreren Schritten Glas auf, bläst es zu einer Kugel und walzt sie zylindrisch aus. Der Gehilfe übernimmt die Pfeife, formt ein birnenförmiges Gebilde und übergibt dieses an den Bläser. Dieser erhitzt das Glas, bläst es weiter auf und flacht eine Scheibe ab. An dieser Stelle bringt ein Helfer das Hefteisen an und die Pfeife wird abgesprengt. Das dabei entstehende Loch wird zu einem Wulst vergrößert. Nach kräftigem Erwärmen schleudert ein geübter Glasmacher das ofenweiche Glas zu einer Scheibe. Ein Sandbett nimmt die Scheibe auf. Schließlich wird das Hefteisen im Kühlofen entfernt. Es hinterlässt in der Mitte der Mondglasscheibe eine charakteristische Verdickung, die in der Regel wieder eingeschmolzen wurde.

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Fensterbeschläge des 16. Jahrhunderts Thronende Madonna mit Kind aus dem Stundenbuch des Folpard van Amerongen, 1450 –1460, Malibu (USA), Jean Paul Getty Museum Lucas Cranach der Ältere, Die Bezahlung, 1532, Stockholm (S), Schwedische Nationalmuseum Kaiserfenster im Straßburger Münster (F) 13. Jahrhundert Konrad Kyeser, Frauenbadehaus, Miniatur, spätes 14. Jahrhundert, Zülpich (D), Museum der Badekultur flächenbündiges im Falz hinterhobeltes Fensters Arbeitsschritte Zylinderblasverfahren Arbeitsschritte zur Herstellung einer Mondglasscheibe

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Mondglasscheiben konnten so jedoch nie als ganzes Stück verarbeitet werden. Die Aufteilung einer Mondglasscheibe erfolgte je nach Qualität in Rauten und Rechtecke. Die sogenannte Krone, das Zentrum der Mondglasscheibe, bezeichnete man lange Zeit irrtümlich als Butze. Diese wurde jedoch, da es sich in der Regel nur um einen dicken Glasbrocken handelte, wieder eingeschmolzen [27]. Bis weit ins 17. Jahrhundert wurden die Scheiben, unabhängig davon, ob es sich um Rauten-, Rechteckscheiben oder Butzengläser handelte, mit Bleiruten eingefasst und zu einer Glasscheibe zusammengesetzt. Erst im späten 17. Jahrhundert kamen vermehrt auch Holzsprossen zum Einsatz. Butzenscheiben werden sehr ähnlich hergestellt, jedoch bis zur gewünschten Größe aufgeschleudert. Mit der Butzenpfeife wird eine kleine Menge des flüssigen Glases aus dem Ofen entnommen und zu einer Blase geformt. Danach befestigen die Glasbläser die zähflüssige Masse an einem Hefteisen und schleudern diese unter ständiger Rotation zu einer Scheibe von 8 bis 12 cm Durchmesser. Im 13. Jahrhundert wurde ein Verfahren zur Herstellung von Tellerscheiben mit einem Durchmesser von bis zu 28 cm entwickelt. Auf der Tellerscheibe finden sich keine Werkzeugspuren und die gesamte Scheibe ist gleichmäßig dick.

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Rekonstruktion nach Befund, Gasthaus Krone, Überlingen (D) 1506 a Innenansicht b Horizontalschnitt c Vertikalschnitt Fenster des ehemaligen Chorherrenstifts (heute Evangelisches Dekanat), Schlossberg 1 in Herrenberg (D) 1577 Der für die Bauzeit ausgereifte Fensterverschluss erstreckt sich über die gesamte Außenwand. Es gibt Drehflügel sowie einen zusätzlichen Lüftungsflügel und außen angebrachte Ziehläden. Im frühen 20. Jahrhundert wurden zusätzlich Vorfenster eingesetzt. a Außenansicht b Innenansicht c Horizontalschnitt d Vertikalschnitt e Foto der komplett in situ erhaltenen Fenstergruppe

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Durch das Blasen erzeugt der Glasbläser ein Gebilde, das einem Erlenmeyerkolben ähnelt. Durch Absprengen des Bodens gewinnt man dann den »Teller«, aus dem das benötigte Glasformat geschnitten werden kann [28]. Franz Lerner berichtet in seiner »Geschichte des Deutschen Glashandwerks«, dass deutsche »Glaser« erstmals im 9. Jahrhundert erwähnt werden. Ludwig der Fromme und Karl der Kahle beschenkten diese Handwerker für nicht näher definierte Leistungen. Ein Glaser war zu dieser Zeit jemand, der die Kunst der Glasherstellung sowie die Verarbeitung und Bemalung von Glas verstand [29]. Die frühesten Glashütten im mitteleuropäischen Raum gehen auf das 11. Jahrhundert zurück. Es wird vermutet, dass sie ausschließlich für Klöster und Kirchen arbeiteten. Die ersten deutschen Zunftgemeinschaften sind für 1156 in Köln belegt. Die ersten, vermutlich noch als Gussglas hergestellten Scheiben waren Rautenscheiben mit einer Kantenlänge von 6 bis 8 cm, die mit Bleiruten zu einem Fensterglas zusammengefasst wurden. Der sich schnell entwickelnde, erhöhte Bedarf an Scheiben wurde mit Butzen- und Mondglasscheiben abgedeckt: Scheiben mit deutlich konzentrischer, unregelmäßiger Struktur, wenig plan und wenig transparent. Die eher durchscheinenden als durchsichtigen Scheiben

waren durch Verunreinigungen in der Rohmasse grüngelblich gefärbt. Vor allem in Süddeutschland wurden die Butzen- und Mondglasscheiben zunächst seit dem späten 17. Jahrhundert durch Wabenscheiben und erst ab der Mitte des 18. Jahrhunderts durch Rechteckscheiben ersetzt oder weiterentwickelt. Zusammenfassend kann lässt sich festhalten, dass im 14. und 15. Jahrhundert verglaste Fensterverschlüsse fast ausschließlich mit Rautenscheiben ausgeführt wurden. Varianten gab es natürlich, wie Konrad Kyesers Miniatur eines Frauenbadehauses aus dem späten 14. Jahrhundert zeigt (Abb. A 2.22, S. 19). Die offenen Fenster in den Baderäumen gewähren hier Ein- und Ausblicke. Im danebenliegenden Raum, vielleicht ein Wärme- und Ruheraum, sind die Fenster unüblicherweise mit Mondscheiben verglast, deren Herstellung für das frühe 15. Jahrhundert auch belegt ist. Im 16. Jahrhundert überwogen Butzen- und Mondglasscheiben, vereinzelt wurden bereits Rechteckverglasungen verbaut. Ab dem frühen 18. Jahrhundert bestimmten Wabenscheiben für wenige Jahrzehnte den Fensterverschluss, um dann ab etwa 1750 von immer größer werdenden und mit Blei- oder Holzsprossen gegliederten Rechteckscheiben abgelöst zu werden.

Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit

Der Ausbruch aus der Dunkelheit Mit der Aufbruchstimmung um 1500 klingt das »finstere Mittelalter« aus. Dies führte in großem Umfang zunächst in herrschaftlichen und repräsentativen Bauten zum Öffnen der Außenwände bestimmter funktional herausgehobener Räume durch umlaufende Fensterbänder. Wohnräume wurden hell und licht. Innerhalb weniger Jahrzehnte entstanden Fensterverschlüsse, die sich, abgesehen von den Funktionswerten, bis in die heutige Zeit nicht grundlegend verändert haben. Als Werkstoffe verwendete man langlebiges Eichenholz, eine kleinteilige Verglasung und eiserne Zierbeschläge zum Öffnen und Schließen; häufig kamen kleine Schiebe- oder Drehflügel zum Lüften hinzu. Ab 1500 gehörten verglaste Fensterverschlüsse zum bautechnischen Standard in den Städten – wenige Jahrzehnte zuvor waren sie noch die Ausnahme. Verglasungen werden vor allem an öffentlichen Gebäuden zur Regel. Nur temporär genutzte Gebäude, wie z. B. das Tanzhaus in Augsburg, zeigen dagegen zwar großzügige Fensteröffnungen, jedoch noch keinen verglasten Fensterverschluss. Wie eine Darstellung des Tanzhauses von 1500 belegt, sind die seitlich angebrachten Holzläden trotz der kühlen Witterung zur Belichtung und Belüftung geöffnet.

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Befunde vor Ort Seit dem frühen 16. Jahrhundert ist die Befundlage ausreichend, um gesicherte Aussagen zum Fenster zu machen. Bei rund 50 Gebäuden konnte der Verfasser bislang Fenster aus der Zeit vor 1700 dokumentieren. Häufig handelt es sich um Einzelstücke, die bei früheren Baumaßnahmen aus unterschiedlichen Gründen nicht beachtet wurden und daher vom Austausch verschont geblieben waren. Befunde aus der ersten Hälfte des 16. Jahrhunderts sind zwar nur bruchstückhaft überliefert, aber aussagekräftig, und bestätigen die archivalischen Quellen. In den Schlössern in Heubach und Köngen sind bauzeitliche Fenster aus dem frühen 16. Jahrhundert erhalten, jedoch ohne originale Verglasung. Ein Fenster von 1506 stammt aus dem Überlinger Gasthaus Krone (Abb. A 2.26). Mit seiner Größe und Binnengliederung, den Materialien und der Konstruktion einschließlich der Details von Beschlägen und Verglasungen ist es nahezu identisch mit der Fensterdarstellung von Lukas Cranach dem Älteren von 1532 (Abb. A 2.20, S. 18). Dies trifft auch für das Hilchenhaus in Lorch zu. Dort wurden 2013 im Zuge der letzten Gesamtsanierung drei bauzeitliche Fenster von 1546 restauriert. Leider waren auch sie ohne die originale Verglasung.

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Aus dem späten 16. Jahrhundert haben sich bauzeitliche Fenster, zum Teil mit originaler Verglasung, im ehemaligen Chorherrenstift in Herrenberg (Abb. A 2.27, S. 21), im Schloss Weikersheim, im ehemaligen Spital in Schwäe

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bisch Gmünd oder im Stadtarchiv in Überlingen erhalten. Im Chorherrenstift in Herrenberg konnte ein vierteiliges Fensterband in der Renaissancestube von 1577 dokumentiert werden. Diese Fenstergruppe befindet sich, abgesehen von wenigen Reparaturen, als besonders authentisches und vollständiges Dokument noch an ihrem ursprünglichen Platz. Selbst die für die Bauzeit typische Verglasung mit Butzenscheiben ist noch zu rund 50 % im Original erhalten. Auch hier handelt es sich um zweiflügelige Fenster, die zeittypisch durch den Einbau eines horizontal beweglichen Lüftungsschiebers im unteren Flügel verbessert wurden. An dieser Fenstergruppe ist außerdem der einzige in Baden-Württemberg noch vorhandene Ziehladen zu sehen. Die Platzierung des Fenstererkers an der stadtabgewandten, witterungsgeschützten Nordfassade direkt unter der Traufe sowie die im frühen 20. Jahrhundert zusätzlich eingebauten Vorfenster trugen wesentlich zum guten Erhaltungszustand bei. Weitere bedeutsame Befunde gibt es im Kloster Frauenberg in Bodman am Bodensee und in Nördlingen (Abb. A 2.28). Der mit Abstand größte zusammenhängende Befund aus dem 17. Jahrhundert ist damals (1697) wieder aufgebauten Kloster Salem am Bodensee anzutreffen: ein hochrangiger, bauzeitlicher Bestand von rund 80 Fenstern (Abb. A 2.29).

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Dieses Kapitel unternimmt den Versuch, anhand der verfügbaren spärlichen Quellen und auf der Grundlage eigener, jahrelanger Bestandsdokumentationen und Baubeobachtungen die Entwicklung des Fensters und seiner Verglasung bis zum Ende des 17. Jahrhunderts nachzuzeichnen. Erst im Laufe der letzten beiden Jahrzehnte wurde deutlich, wie selten diese mehr als 300 Jahre alten Fenster heute noch anzutreffen sind. Daher soll insbesondere der Blick für die kleine Schar originaler Bauteile und deren hohen Zeugniswert geschärft werden. Die nach 1700 folgenden Fenstergenerationen sind hingegen noch in großer Zahl erhalten, auch liegen dazu umfassende Publikationen vor. Die gesamte Bandbreite der verwendeten Materialien von Holz über Metall zu Kunststoff, Konstruktionen wie Kasten- und Verbundfenster sowie die Funktionsvarianten vom Dreh-, Schiebe-, Wende- bis hin zum Schwingflügelfenster wird im Kapitel »Umgang mit historischen Fenstern« (S. 148 ff.) näher erläutert. Anmerkungen: [1] Selbmann, Rolf: Eine Kulturgeschichte des Fensters: von der Antike bis zur Moderne. Berlin 2010, S. 40 [2] 1 Mose, 6,16 [3] Kästner, Erich: Die Schildbürger. Zürich 1954 [4] Ficker, Friedbert: Gerhard Bersu und die vorgeschichtliche Hausforschung. Zum 40. Todestag des Wissenschaftlers. In: Sitzungsberichte der Leibniz-

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Sozietät, Bd. 76. Berlin 2005, S. 167 [5] Probst, Ernst: Rekorde der Urzeit. München 1992 [6] www.spiegel.de / wissenschaft /mensch /steinzeitbau-archaeologen-entdecken-aeltestes-haus-grossbritanniens-a-711349.html [7] Ossenberg, Horst: Das Bürgerhaus in Baden. Tübingen 1986, S. 23 [8] Dodt, Michael: Die Thermen von Zülpich und die römischen Badeanlagen der Provinz Germania inferior. Bonn 2003, S. 81f. [9] Komp, Jennifer: Archäologische und archäometrische Untersuchungen zur Glasherstellung im Rheingebiet. Berichte aus der Geschichtswissenschaft. Herzogenrath 2009 [10] Archäologie in Rheinhessen und Umgebung e. V. (Hrsg.): Berichte zur Archäologie in Rhein-Hessen und Umgebung. Mainz 2009, S. 28, 31, 37 [11] Eckhardt, Karl August (Hrsg.): Die Gesetze des Merowingerreiches 481–714. In: Germanenrechte, Bd 1/1. Weimar / Böhlau, 1935, S. 156 –174 [12] Schneider, Jürg Erwin; Kohler, Thomas Michael: Mittelalterliche Fensterformen an Zürcher Bürgerhäusern. In: Zeitschrift für schweizerische Archäologie und Kunstgeschichte, 40, 1983, S. 157–180. [13] ebd. [14] Frank, Lorenz: Zur Frage des Auftretens großer Fensteröffnungen an romanischen Profangebäuden. In: Fenster und Türen in historischen Wehr- und Wohnbauten. Stuttgart 1995, S. 32 – 40 [15] Handzel, Josef: Von erst in der grossen Stube – Adlige Sach- und Wohnkultur im ausgehenden Mittelalter und der frühen Neuzeit. Wien 2011 [16] Desc∞udres, Georges u. a.: Das Haus »Nideröst« in Schwyz, Archäologische Untersuchung 1998 – 2001. In: Mitteilungen des historischen Vereins des Kantons Schwyz, Bd. 94. Schwyz

Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit

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Rekonstruktion eines Fensters nach Befund, weitestgehend verformungsgerechtes Aufmaß, Mötzelsches Haus, Hindenburgstraße 20 (heute Polizeigasse 20) in Nördlingen (D) 1630 a Außenansicht b Innenansicht c Horizontalschnitt d Vertikalschnitt und Beschläge Fensterverschlüsse Zisterzienserkloster Salem (D) a Innenansicht und Schnitte eines Fensters aus der Zeit des Wiederaufbaus des Klosters 1697. Bestandsaufnahme: zeittypische Fertigung in Eichenholz, flächenbündige Konstruktion, verzinnte Zierbeschläge und in Teilbereichen noch erhaltene bauzeitliche Verglasung mit Wabenscheiben und nachträglich eingefügten Rechteckverglasungen b Sprossenkreuz aus Karniesblei-Ruten mit Kreuzblume, Fensterdetail nachträgliche Rechteckverglasung, vermutlich 18. Jahrhundert c Fenster aus der Zeit des Wiederaufbaus des Klosters 1697 mit prägenden Merkmalen der Fenster dieser Zeit: stumpf einschlagende Flügel aus Eichenholz, kleinteilige Bleiverglasungen und aufwendige, feuerverzinnte Beschläge

Einzelne Inhalte des Beitrags »Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit« sind bereits erschienen in: »Huckfeldt, Tobias; Wenk, Hans-Joachim (Hrsg.): Holzfenster – Konstruktion, Schäden, Sanierung, Wartung. Köln 2009, S. 13 – 32«. Hermann Klos und der Verlag danken dem Rudolf Müller Verlag herzlich für die freundliche Genehmigung zur Veröffentlichung und die gute Zusammenarbeit.

2002, S. 209 – 277 [17] Gollnick, Ulrike: Das spätmittelalterliche Haus Herrengasse 15 in Steinen SZ: eine baugeschichtliche Untersuchung. In: Mitteilungen des Historischen Vereins des Kantons Schwyz, Bd. 101, 2009, S. 17– 47 [18] wie Anm. 12 [19] ebd. [20] ebd. [21] Steuer, Heiko: Freiburg im überregionalen Vergleich: Das Bild der Städte um 1100. In: Freiburg 1091 –1120. Neue Forschungen zu den Anfängen der Stadt. Reihe: Archäologie und Geschichte, Bd 7. Ostfildern 1995, S. 79ff. [22] Corsepius, Katharina u. a.: Der Blick durch das Fenster – Fernblick oder Innenraum. In: Sonderdruck aus Opus Tessellatum – Modi und Grenzgänge der Kunstwissenschaft , Festschrift für Peter Cornelius Claussen. Olm 2004, S. 17– 31 [23] Sonntag, Stephanie: Ein Schau-Spiel der Malerei, Das Fensterbild in der holländischen Malerei des 17. und 18. Jahrhunderts. München / Berlin 2006, S. 45 [24] Becksmann, Rüdiger: Von der Ordnung der Welt: mittelalterliche Glasmalereien aus Esslinger Kirchen. Esslingen 1997 [25] Brepohl, Erhard: Theophilus Presbyter und das mittelalterliche Kunsthandwerk. Köln / Weimar / Wien 1999 [26] Glashütte Lamberts (Hrsg.): Die Kunst Glas zu machen. Waldsassen (Firmenbroschüre) [27] Benz-Zauner, Margareta; Schaeffer, Helmut A.: Glastechnik Flachglas. München 2007 [28] Trumpf, Rainer: Glas im Bauwesen. In: Fenster im Baudenkmal. Berlin 2002, S. 59ff. [29] Lerner, Franz: Geschichte des Deutschen Glaserhandwerks. Ein Überblick. Schorndorf 1950

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Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade Jan Cremers

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Gebäudeöffnungen erfüllen umfangreiche funktionelle Anforderungen. Neben ihrer objektiven Notwendigkeit tragen sie durch ihre Anordnung und Ausprägung darüber hinaus aber auch maßgeblich zur gestalterischen Wirkung eines Gebäudes bei – unabhängig von der tatsächlichen Gestaltungsabsicht. Sie sind ein wichtiges Kriterium für die baugeschichtliche und soziokulturelle Einordnung eines Gebäudes und lassen Rückschlüsse auf dessen Bedeutung zu. Damit besitzen sie eine ästhetische und kulturelle – zuweilen auch metaphorische – Dimension und werden im spezifischen Kontext von Zeit und Ort zu einem zentralen Thema der Architektur.

Das Verhältnis von Öffnung zu Hüllfläche

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außenbündige Verglasung, deren einzelne Öffnungen erst bei geöffneten Fenstern in Erscheinung treten, Universitätsbibliothek in Utrecht (NL) 2004, Wiel Arets Achitects Massivbau mit frei platzierten Öffnungen, Zollverein-Kubus, Essen (D) 2006, Sanaa durchlässige Struktur mit integriertem Fenster, Juna Mahal Palace, Dungarpur (IND) 14. Jahrhundert permeable Flächenstruktur, Kolumba Kunstmuseum des Erzbistums Köln (D) 2007, Peter Zumthor hinter der Fensterfläche zurücktretende Hüllfläche, Zunfthäuser aus dem 16. und 17. Jahrhundert am Grote Markt in Antwerpen (B) Blendfassade, unabhängig vom dahinterliegenden Gebäude, Rathaus aus dem 13. Jahrhundert in Stralsund (D)

Im Mittelpunkt dieses Buchs stehen Öffnungen in der Hülle eines Bauwerks, die ein »Aufmachen« des Gebäudes, wie im einführenden Kapitel (S. 8ff.) beschrieben, zulassen und eine Verbindung zwischen Innen- und Außenraum herstellen. Dazu gehören Fenster und Außentüren, aber auch zahlreiche weitere Elemente wie Lade- oder Lüftungsöffnungen mit und ohne Verschluss oder permeable Strukturen zur Lüftung, Durch- und Einsicht sowie Belichtung. Der geöffnete oder öffenbare Bereich der Hülle beschränkt sich meist auf einzelne Schlitze, Löcher oder eine durchlässige Teilfläche (Abb. A 3.3). Im Extremfall bildet die gesamte Hüllfläche eine starre, durchlässige Struktur (Abb. A 3.4) oder sie lässt sich komplett öffnen (Abb. B 3.56, S. 139). Veränderliche Öffnungen in der Gebäudehülle haben eine große Bedeutung – sie kommen in fast jedem Gebäude vor. Sind sie geschlossen, kann der Betrachter oft nur schwer oder gar nicht erkennen, ob ein Öffnungselement überhaupt aufgemacht werden kann. Daher beziehen sich die folgenden Ausführungen auf die Gestaltung von Fassadenöffnungen in verschiedenen Öffnungszuständen genauso wie auf lichtdurchlässige, aber unbewegliche Varianten wie z. B. Festverglasungen und Öffnungen, die nur im geöffneten Zustand in Erscheinung treten (Abb. A 3.1).

Öffnungen strukturieren und gliedern die Fassade. Die Baugeschichte zeigt, dass Anordnung, Proportionen und Ausprägung von Einzelöffnungen wie auch der Umgang mit anderen Elementen der Fassade oft einem Ordnungsprinzip und damit einem übergeordneten Gestaltungswunsch unterworfen sind – sie folgen einer tradierten, meist auch in der Bedeutung kodierten Fassadenordnung (Abb. A 3.7, S. 26). Dadurch wird die Öffnung selbst zu einem Gestaltungsmotiv und Teil eines Baustils (wie z. B. das gotische Spitzbogenfenster). In vielen Fällen wurden dabei die funktionalen Aspekte der Nutzung und der Konstruktion genauso wie eine Ablesbarkeit der tektonischen Struktur als nachrangig angesehen (zum Teil gilt dies auch heute noch). Proportionssysteme für die Gesamtfassade, denen sich Öffnungen in Anordnung und Aufteilung unterordnen, sind ein epochenübergreifendes Architekturthema. So lehnte beispielsweise Giuseppe Terragni als Vertreter des italienischen Rationalismus den Historismus strikt ab, griff in seiner Architektur aber in Bezug auf Ordnung und Rhythmus explizit römische Vorbilder auf [1]. Dabei ging es Terragni um die Suche nach gestalterisch befriedigenden Lösungen z. B. durch eine sorgfältige Anpassung der Proportionen der Einzelelemente untereinander und zur Gesamtfläche (Abb. A 3.8, S. 26). Die Nutzung des Gebäudes wird nicht nach außen kommuniziert, die Bedeutung nicht durch Ergänzungen wie beispielsweise Fenstergiebel oder Gesimse formal gesteigert. Auch wenn ein übergeordnetes Proportionssystem nicht erkennbar oder gar nicht vorhanden ist, stehen Öffnungselemente stets in einer formalen Beziehung zur geschlossenen Fassadenfläche. Sie können als individuelle Einzelelemente behandelt oder durch Rhythmus, Reihung und Wiederholung der Gesamterscheinung untergeordnet sein. Die gestalterische Wirkung liegt dann vor allem in der Folge des rhythmischen Zusammenwirkens der Öffnungselemente, das einzelne tritt in den Hintergrund. Besonders deutlich zeigen dies Beispiele, deren Fassadenbild durch gemalte oder modellierte Bilder, also durch Attrappen, »vervollständigt« wurde.

Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade

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Umgekehrt kann das Gesamtbild durch einzelne oder mehrere unterschiedliche Öffnungselemente geprägt werden, die weder durch gemeinsame Merkmale in direktem Zusammenhang stehen, noch sich der Fläche unterordnen. Ein solcher Ansatz schließt jedoch ein übergeordnetes gestalterisches Motiv für die Fassade mit einem komplexen Bezugssystem aus Metaphern und Anspielungen nicht aus. Dies zeigt beispielhaft das Vanna Venturi House des Architekten Robert Venturi, der sich in seinen Arbeiten und als bedeutender Theoretiker der Postmoderne intensiv mit dieser Fragestellung auseinandergesetzt hat (Abb. A 3.10, S. 27). Grundsätzlich ergeben sich im Verhältnis von der Wandfläche zur Öffnung zwei Extreme: Zum einen kann die Öffnung in der Fläche aufgehen, indem sie sich dieser vollkommen unterordnet; sie ist »getarnt« und tritt selbst kaum, nur im offenen Zustand oder gar nicht in Erscheinung. Zum anderen kann die geschlossene Fläche in Bezug auf die Gestaltwirkung – bis zum nahezu vollständigen Verschwinden – hinter einzelnen oder sich wiederholenden Öffnungselementen zurücktreten (Abb. A 3.5). Generell erzählen Öffnungen in der Fassade von der inneren Struktur, der Erschließung und der Nutzung eines Gebäudes. Sie vermitteln Geschossigkeit und relative Raumhöhen nach außen und bilden so einen Maßstab für die absolute Gebäudehöhe. Die Unterteilung eines Gebäudes in Geschosse dient dabei zusam-

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men mit einer entsprechenden Höhenlage der Fenster als Grundlage für eine gestalterische Ordnung. Die Anordnung der Öffnungselemente kann aber auch gezielt eingesetzt werden, um diesen Zusammenhang mit der Nutzung oder der räumlichen Struktur zu verbergen und so die Wahrnehmung zu manipulieren, wie beispielsweise bei einem Mezzaningeschoss, das wegen seiner nachrangigen kleinen Öffnungen von außen als Teil eines Hauptgeschosses wahrgenommen wird. Neben gestalterischen Motiven wie der Proportionierung oder der Repräsentationskraft (vermeintlich) hoher Räume hatte dies in der Vergangenheit oft den Grund, mit zusätzlichen Vollgeschossen verbundene Auflagen zu vermeiden. Häufig wird durch eine entsprechende Positionierung von Öffnungen die Lage der Treppenhäuser im Gebäude und damit die vertikale Erschließung ablesbar. Auch der Zugang kann durch darüber- oder danebenliegende Öffnungen wirkungsvoll markiert werden. Weitere wesentliche Gestaltungsaspekte ergeben sich aus der konstruktiven Umsetzung und dem verwendeten Material. Öffnungen sind ein Element der tektonischen Struktur und können zu deren Lesbarkeit beitragen oder diese bewusst verunklären, wie Abb. A 3.2 zeigt: In eine homogenen Massivwand werden vermeintlich willkürlich Öffnungen geschnitten, sodass eine Lochfassade entsteht. Lediglich statische Anforderungen begrenzen die Mög-

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lichkeiten für Lage, Größe und Anordnung. Demgegenüber steht die Auseinandersetzung mit konstruktiven Elementen und der Tektonik wie z. B. in der Architektur Louis Kahns: Öffnungen in einer Ziegelwand werden über sorgfältig detaillierte Stürze und Entlastungsbögen geradezu zelebriert (Abb. A 3.14, S. 27). Ähnliche Klarheit findet sich auch bei historischen Fachwerkbauten, deren Außenwände in lineare lastabtragende und aussteifende Elemente mit dazwischenliegenden Flächen aufgelöst sind. Ein freigelegtes Fachwerk lässt keinen Zweifel, wo und in welcher Größe Öffnungen vorgesehen werden können.

Das Verhältnis von Öffnung zu Raum Öffnungen stehen im engen Zusammenhang mit dem Raum auf beiden Seiten der Gebäudehülle – sie verweisen ergänzend zur Flächigkeit der Hülle in eine dritte Dimension – die Tiefe – und wirken damit raumbildend [2]. Diese Beziehung kommt auf verschiedene Arten zum Ausdruck: Das Öffnungselement selbst kann raumgreifend ausgebildet sein. Ein einfaches Beispiel hierfür ist das traditionelle Kastenfenster. Auch komplexe räumliche Umsetzungen wie z. B. in Antonio Gaudís Casa Batlló (Abb. A 3.13, S. 27) oder in Louis Kahns Bibliothek der Phillips Exeter Academy (Abb. A 3.18, S. 28) sind möglich. Eine weitere Variante stellen Öffnungen dar, die im Grundriss nach

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innen oder nach außen aus der Hüllenebene heraustreten, beispielsweise als Erker, vorgelagerter Windfang, überdachte Treppe, vorgesetzter Portikus oder auskragendes Fenster (Abb. A 3.12). Die Lage des Öffnungselements in der Laibung – mittig, außen- oder innenbündig, nach innen oder außen ausladend bzw. vorspringend – verunklärt oder betont die räumliche Dimension der Wand. Besonders deutlich wird dies bei sogenannten PochéWänden [3] oder auch bei raumhaltigen Wänden [4] (Abb. A 3.11, A 3.16 und A 3.17, S. 28). Im Sonnenlicht steigern tief liegende Fenster durch deutliche Schlagschattenbildung die Plastizität einer Fassade. Demgegenüber reduzieren außenbündige Fenster die räumliche

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Dimension der Wand. Die Fassade erscheint tagsüber flach. Nachts, wenn Kunstlicht Laibung und Öffnung klar artikuliert, kehrt sich die Wirkung um. Ebenso bestimmen Veränderbarkeit und Bewegbarkeit des Öffnungselements das Verhältnis zum Raum, vor allem Bewegungsart und Öffnungsrichtung. Beispielsweise »greift« bei nach außen öffnenden Drehflügeln das Gebäude in den Außenraum – eine Geste, die als einladend empfunden wird. Diese Wirkung tritt in der Schrägansicht deutlich hervor und wird bei Sonnenlicht durch starke Schlagschatten auf der Fassadenfläche gesteigert (Abb. A 3.1, S. 24). Vergleichbare gestalterische Ergebnisse lassen sich durch außenliegende Ergänzungen der Gebäudeöffnung –

Renaissancefassade des Palazzo Rucellai in Florenz (I) 1458, Leon Battista Alberti, Gliederung der Joche durch flache Pilaster in den drei klassischen Ordnungen (dorisch, ionisch, korinthisch) Analyse der Proportionen der Südwestfassade der Casa del Fascio, Como (I) 1936, Giuseppe Terragni Auflösung der Raumbegrenzung, Versenkfenster, Villa Tugendhat, Brünn (CZ) 1930, Ludwig Mies van der Rohe unterschiedliche Öffnungselemente folgen einem übergeordneten Gestaltungsprinzip: Vanna Venturi House, Chestnut Hill, PA (USA) 1964, Robert Venturi Öffnungen in raumhaltiger Außenwand (PochéWand), Einsteinturm, Potsdam (D) 1922, Erich Mendelssohn Öffnungselemente treten räumlich aus der Fläche heraus und werden selbst zu körperhafträumlichen Objekten, Neuer Zollhof Düsseldorf (D) 2002, Richard Gehry komplexe räumliche Ausprägung von Öffnungselementen mit organischen Formen, Casa Batlló, Barcelona (E) 1877, Antoni Gaudí Öffnungen als Ergebnis der Auseinandersetzung mit der Tektonik, Indian Institute of Management Ahmedabad (IND) 1974, Louis Kahn A 3.9

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Elemente für Sonnenschutz, Lichtlenkung, Verdunklung, Durchsichtkontrolle, temporären Wärmeschutz etc. – erzielen. Öffnungen sind auch ein Mittel zur Trennung von Bauteilen oder Einzelvolumen innerhalb eines Gebäudes oder zwischen Gebäuden. Bereiche, die sich abtrennen bzw. zuschalten lassen, erhöhen die Flexibilität von Grundrissen. In Shigeru Bans »Haus ohne Wände« wird eine innenliegende Schiebewand sogar zeitweise zur öffenbaren Außenhülle (Abb. A 3.19, S. 29). Werden Öffnungselemente in mehreren räumlich getrennten Schichten hintereinander angeordnet, entstehen komplexe Zwischenzonen, die Qualitäten von Innen- und Außenraum

flexibel vereinen (Abb. A 3.15, S. 28). Liegen mehrere Öffnungen hintereinander, wird von einem Standpunkt aus der gestaffelte oder gereihte Baukörper räumlich ablesbar. Der Umgang mit Öffnungen kann auch den grundsätzlichen Bezug zwischen Fassade und Gebäude offenbaren. Schau- oder Blendfassaden wie die des Stralsunder Rathauses wurden vom dahinterliegenden Baukörper weitgehend unabhängig gestaltet (Abb. A 3.6, S. 25). Gebäude mit derartigen vorgelagerten Fassaden, die aus Repräsentationszwecken größtenteils oder sogar vollständig von der Kubatur des dazugehörigen Baukörpers abgelöst sind und nur noch angefügt scheinen, wurden von Robert Venturi als »decorated sheds« bezeichnet [5].

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Die Gestaltung von Öffnung und angrenzenden Hüllflächen Bei der Gestaltung der Gebäudeöffnung sind das Öffnungsbauteil selbst und die angrenzende Fläche zu betrachten. Neben die Grundthemen »Loch in der Hülle« und »Verschluss der Öffnungsfläche« treten weitere zu gestaltende Elemente wie Einfassung, Laibung, Fensterbank, Zarge, Sturz, Entlastungsbogen oder Witterungsschutz, die selbst von Bedeutung für eine plastische Gestaltwirkung der Gebäudehülle sind. Sie haben sich häufig aus historischen, oft lokal geprägten Konstruktionen entwickelt und besitzen in der Folge zum Teil ausschließlich dekorativen Charakter (Abb. A 3.20). So sind z. B. Faschen (in Struktur oder Farbe abgesetzte Umrandungen, z. B. aus Holz, Stein oder Putz) als einfache Variante von Gewänden aus Zargenlösungen hervorgegangen. Sie können aus der Wandfläche hervortreten, in diese vertieft eingelegt oder als sogenannte Farbfasche nur farblich abgesetzt sein. Bei einem vollständigen Verzicht auf diese gestalterische Einfassung erscheint die Öffnung selbst als rahmenloses Loch in einer dominierenden Fläche.

die Tragwerk und Konstruktion erlauben. Sie prägen zudem die Perspektive des Ausblicks: Ein hochkant stehendes Fenster (fr. »portefenêtre« – Fenstertür) führt zu einem deutlich anderen Ausblick als ein liegendes PanoramaFormat. Erst Stahl- und Stahlbetonkonstruktionen ermöglichten ausgeprägt liegende Formate. Le Corbusiers Villa Savoye zeigt dieses typische Motiv des »fenêtre en longueur«: Die glatten Außenwandflächen des schwebenden Obergeschosses sind der Stützebene vorgelagert, wodurch gebäudebreite Öffnungen möglich werden. Die eingesetzten Fensterelemente sind dunkel gerahmt und treten daher im Zusammenspiel mit der Verglasung in den Hintergrund (Abb. A 3.21).

Öffnungsformat und -proportionen werden maßgeblich durch die Möglichkeiten bestimmt,

Die Binnengliederung der Öffnung definiert das Verhältnis zwischen flächigen Elementen (z. B. Verglasung) und linearen (z. B. Rahmen und Sprossen) genauso wie die Kombination von unterschiedlichen fest stehenden, veränder- und bewegbaren Elementen in der Fläche (z. B. opaker Lüftungsflügel neben Festverglasung). Während früher kleinteilige Glasverschlüsse erst eine zwingende technische und später über sehr lange Zeit eine wirtschaftliche Notwendigkeit waren (siehe auch »Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit«, S. 12ff.),

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sind heute sehr große zusammenhängende, ungegliederte Glasflächen realisierbar. Dies erschließt neue gestalterische Möglichkeiten, erweist sich für das Bauen im historischen Kontext jedoch häufig als problematisch. Zur Binnengliederung in der Tiefe (Schichten und Schalen) gehört neben der Kombination von unterschiedlichen Elementen (z. B. innenliegender Vorhang, Fensterflügel, opake Flügel, Sonnenschutz, Blendschutz) ebenso die Lage des Öffnungselements in der Hülle. Material, Farbe, Form und Verhältnis von linearen und flächigen Elementen, aber auch Laibungen und weitere Bestandteile der Öffnung (z. B. Fensterbänke) prägen das Gesamtbild entscheidend. Eine feingliedrige Profilierung von Rahmen und Sprossen führt bei geringem Betrachtungsabstand durch das differenzierte Licht- und Schattenspiel zu einer erhöhten Plastizität der Fassade und einer dekorativen Wirkung. Das Sortiment vieler Hersteller reagiert darauf mit Profilvarianten, von rechtwinklig, ungegliedert, scharfkantig bis hin zu historisch anmutenden Profilen mit ausgerundeten Ecken. Aktuell ist ein Trend zu schmalen Rahmenansichten, ungestörten großen Glasflächen und flächenbündigen Lösungen zu erkennen. Außerdem werden durchgängige Gestaltungslösungen für die verschiedenen

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Öffnungsvarianten entwickelt – neben Standardfenstern beispielsweise großflächige Schiebetüren sowie Einsatz- und Dachflächenfenster. Wichtig dabei ist die detaillierte Ausgestaltung der linearen Elemente und ihre Fügung untereinander, beispielsweise die Fügung der Rahmenecken (z. B. als ausgerundete Rahmeninnenecken), sowie der Übergang zur Fläche, z. B. vom Rahmen zum Glas. Passend gestaltete, aufeinander abgestimmte Beschläge ergänzen das Erscheinungsbild, nicht nur bei historischen Beispielen. Oft spielen für die Gestaltwirkung der Fassade weitere vor oder hinter den Öffnungsbauteilen angeordnete Komponenten (Horizontalschiebeelemente, Klappläden etc.) eine große – manchmal sogar dominierende – Rolle. Bei der Verwendung von lichtdurchlässigen, reflektierenden und permeablen Strukturen und Materialien in Öffnungselementen ergeben sich – vor allem in der Kombination – vielfältige und komplexe gestalterische Optionen, wobei deren Erscheinen in Abhängigkeit von Witterung und Lichtsituation stark variiert [6]. Insbesondere bei Verglasungen kann durch verschiedene, auch untereinander kombinierbare Oberflächenbehandlungen die Gestaltung zusätzlich modifiziert werden. So lässt sich der Transmissions- und der Reflexionsgrad über weite

Bereiche einstellen, z. B. durch den Einsatz von farbigem oder farbig reflektierendem Glas, (Teil-)Verspiegelungen, Beschichtungen und Bedruckungen (siehe »Beschichtungen«, S. 89ff.). Von Bedeutung ist zudem die Qualität des Glases selbst. Im historischen Gebäudebestand finden sich zum Teil noch alte Verglasungen, deren Unregelmäßigkeiten (z. B. keine planparallelen Oberflächen, Lufteinschlüsse, Verunreinigungen in der Glasmasse, stellenweise verminderte Transparenz) eine besondere Wirkung entfalten, vor allem im Reflexionsverhalten (Abb. A  3.26, S. 31).

Öffnung als Symbol, Öffnung und Ornament Öffnungen in der Gebäudehülle werden auch symbolisch, d. h. als Sinnbilder oder übergeordnete Bedeutungsträger, eingesetzt und erhalten so einen neuen Sinngehalt, z. B. im religiösen oder mythologischen Kontext. (Abb. A 3.25, S. 31). Immer wieder findet sich in Fassaden das Motiv des Gesichts mit Fenstern als Augen (Abb. A 3.22, S. 30) – eine Metapher, die genauso in umgekehrte Richtung wirkt: Aus dem Inneren des Gebäudes erlauben die Öffnungen als Pupillen einen Blick nach außen (siehe »Fenster und Tür in Kunst und Kultur«, S. 32ff.).

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Öffnungen in verschiedenen Tiefenschichten der Hülle, National Assembly Building (Jatiya Sangsad Bhaban), Dhaka (BD) 1982, Louis Kahn Wohnhaus mit raumhaltigen Wänden, Grundrissausschnitt, Köln (D) 1996, Oswald Mathias Ungers Innenraum mit Blick auf die raumhaltigen Wände, Köln (D) 1996, Oswald Mathias Ungers Grundrissausschnitt Arbeitsplatz am Fenster, Bibliothek der Phillips Exeter Academy, Exeter, NH (USA) 1972, Louis Kahn innenliegende Schiebewand als öffenbare Außenhülle, Haus ohne Wände (Wall-Less House), Nagano (JP) 1997, Shigeru Ban Architektursprache von Öffnungen am Beispiel eines Renaissance-Fensters dunkel gerahmte Fenster bilden ein durchgehendes Fensterband (fr. »fenêtre en longeur«), Villa Savoye, Poissy (F) 1931, Le Corbusier

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Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade

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Kommunikation über die Fassade ist ein zentrales Thema der Baugeschichte. Gebäudehüllen waren schon immer Bestandteil der kulturellen Überlieferung und erzählen bis heute große und kleine Geschichten – vor allem über Bilder, Skulpturen, Symbole und Schrift. Inzwischen werden vermehrt technische Mittel genutzt. Der gezielte Einsatz von künstlicher Beleuchtung, Projektionen und Displaytechnik bis hin zu einer interaktiven Smartphone-Steuerung ermöglicht moderne Medienfassaden, die über ihr veränderliches Erscheinungsbild wechselnde Informationen transportieren. Bei Fensterrasteranimationen spielt die Fassadenöffnung eine besondere Rolle. Durch die Steuerung der Innenbeleuchtung oder von in den Fensterrahmen installieren LEDs erscheinen die einzelnen Öffnungselemente einer gerasterten Fassade als veränderliche Pixel eines digitalen Bilds.

öffnungen, aber ebenso um das Zusammenwirken von Grundriss und Aufrissen, d. h. um die Tiefenstaffelung einzelner Ebenen – ähnlich wie bei einer Theaterbühne –, die von einem Standpunkt aus gleichzeitig wahrnehmbar sind. Insofern erlauben Öffnungen durch Überlagerungen, Überschneidungen, Ineinandergreifen und insbesondere durch Veränderbarkeit vielschichtige Raumbezüge. Erst durch sie wird die dritte Dimension, also der Raum, in ihrer vollen Bedeutung für die Architektur erschlossen. Sie sind ein wesentliches Mittel der Raumorganisation und bieten die Chance zu komplexen Mehrdeutigkeiten. So kann Glas als Verschlussmaterial je nach räumlichem Konzept primär wegen seiner flächigen Qualität als Raumabschluss oder wegen seiner lichtdurchlässigen Eigenschaft eingesetzt werden. Während die Öffnung als Auflösung bzw. Auflösungsoption der Raumbegrenzung zwischen Außen- und Innenraum buchstäbliche Durchsichtigkeit oder gar Durchlässigkeit erlaubt (Abb. A 3.9, S. 26), entsteht durch die gleichzeitige Wahrnehmung von innen und außen eine Transparenz im übertragenen Sinne.

Steht die dekorative Fassadenwirkung im Vordergrund, können die Öffnungen selbst zum Ornament werden, ebenso die Flächen um sie herum. Für den Eingang zu den Geschäftsräumen von Olivetti in Venedig (Abb. A 3.27) inszenierte Carlo Scarpa die Öffnung als Teil der Fassadenfläche und des Innenraums, indem er die einzelnen Architekturelemente mit durchgängigen ornamentalen Motiven wirkungsvoll verklammerte [7].

Öffnung, Transparenz und Reflexion Durch Öffnungselemente kann Transparenz erzeugt werden, rein physikalisch und im materialbezogenen, aber auch im übertragenen Sinne. Der Schweizer Architekt Bernhard Hoesli sprach von »wesensmäßiger und erscheinungsmäßiger Transparenz«, von »Sein und Anschein der Transparenz«, die wesentlichen Anteil daran habe, »ob ein Bauwerk ist oder ob es bedeutet« [8]. Der Begriff der Transparenz in der Architektur ist seit der Zeit der Moderne – und daran anknüpfend vor allem seit den 1960er-Jahren – Gegenstand architekturtheoretischer Auseinandersetzungen [9]. Dabei geht es um die Lesbarkeit von Architektur über die Fassaden-

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Nach Bernhard Hoesli entsteht Transparenz »immer dort, wo es im Raume Stellen gibt, die zwei oder mehr Bezugssystemen zugeordnet werden können – wobei die Zuordnung unbestimmt und die Wahl einer jeweiligen Zuordnungsmöglichkeit frei bleibt« [10]. Matthias Loebermann erweitert dieses weitgehend statische Verständnis von Transparenz durch die Aspekte Bewegung und Veränderlichkeit, die insbesondere Gebäudeöffnungen bieten: Bewegung lässt sich dabei auf den Betrachter selbst und die sich aus der Ortsveränderung ergebenden Perspektivwechsel beziehen. Dieses Thema ist ein wesentliches Merkmal der historischen Architektur in Japan und hat auch die westliche Architektur entscheidend geprägt [11]. Für eine material- und konstruktionsbezogene Betrachtung der Öffnung ist der Transparenzbegriff jedoch vor allem in bauphysikalischer Hinsicht von Interesse. Die Spannbreite reicht von vollständiger Transmission

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(Öffnung ohne Verschluss – offen) über Teiltransmission bis hin zu opaken Lösungen, was die Durchsicht genauso wie die Lichtverhältnisse im Gebäudeinneren bestimmt. Öffnungen sind ein entscheidendes Werkzeug für die Tageslichtführung. Richtig platziert ermöglichen sie z. B., dass in einer Kirche am Namenstag des Kirchenpatrons die Morgensonne direkt auf den Altar scheint. Sie erlauben einen über den Tagesverlauf und in Abhängigkeit von der Witterung sich verändernden Lichteinfall im Innenraum (Intensität, Richtung, Lichtfarbe, Anteil direkt /diffus) und vermitteln damit ein Gefühl für das Verstreichen der Zeit, das in Innenräumen ohne einen solchen Außenbezug komplett fehlt. Bei allen Öffnungsverschlüssen, auch bei Glas, tritt die Lichtreflexion als maßgeblicher Effekt zur Transmission hinzu. Winkelabhängig und je nach Standpunkt bestimmt sie, was der Betrachter wahrnimmt. Diese lichttechnischen Eigenschaften von Öffnungselementen (Transmission, aber vor allem Reflexion) haben somit besondere Auswirkungen auf das Erscheinungsbild. In Abhängigkeit von Lichtverhältnissen, Sonnenstand, Betrachtungswinkel und Umgebung wirken verglaste Öffnungen stets unterschiedlich: An hellen Tagen und im geöffneten Zustand erscheinen sie von außen dunkel, im geschlossenen Zustand sorgen Spiegelungen für ein intransparentes Erscheinungsbild (Abb. A 3.23 und A 3.24). Nur entspiegeltes Glas oder viel Licht hinter der Verglasung, z. B. durch Kunstlicht oder Durchsicht auf ein helles Dahinter, führt zur Wirkung physikalischer Transparenz. Nachts ist es umgekehrt: Verglaste Öffnungen eines erhellten Innenraums erscheinen von außen vollständig transparent, geschlossene Flächen zwischen Öffnungen flach und schwarz – unabhängig von ihrer Farbe und Oberflächengestaltung. Insofern haben Gebäudeöffnungen mit ihren verschiedenen Öffnungszuständen und ihrer im Wechsel der Tages- und Jahreszeiten sehr unterschiedlichen Erscheinung eine herausragende Bedeutung für Fassaden und tragen erheblich zum gestalterischen Reichtum der gebauten Umwelt bei.

Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade

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A 3.25 Anmerkungen: [1] Ciucci, Giorgio (Hrsg.): Giuseppe Terragni. Opera completa (Documenti Di Architettura). Mailand 1997, S. 221 [2] Diesem sehr ergiebigen Thema widmet sich u. a. ein Autorenteam des Tokyo Institute of Technology in einem reich bebilderten Buch: Tsukamoto, Yoshiharu u. a.: WindowScape – Window Behaviourology. Singapore 2012 [3] »Dicke, oft unregelmäßig geformte Mauermassen, durch die Räume eingepackt und abgepuffert erscheinen wie durch eine gepolsterte Tasche (franz. poché). […] Die als Poché wirksame gebaute Masse kann durch Porosität oder als raumhaltige Wand selbst wiederum Innenräume enthalten.« aus: Janson, Alban; Tigges, Florian: Grundbegriffe der Architektur. Basel 2013, S. 236f. [4] »Eine raumhaltige Wand besitzt zwischen innerer und äußerer Wandoberfläche Kammern, Nischen oder kleine Nebenräume, die nicht nur als Porosität in Erscheinung treten, sondern die Wand zum Raum machen. Sie ist nicht nur Grenze eines Raums, sondern durch Ihre Aushöhlung, Schichtung oder Faltung erweitert sie diesen durch ihren eigenen Hohlraum, macht die Raumgrenze weich, unscharf oder staffelt sie in der Tiefe.« aus: Janson, Alban wie Anm. 3, S. 248f. [5] Venturi, Robert; Scott Brown, Denise; Izenour, Steven: Lernen von Las Vegas, zur Ikonographie und Architektursymbolik der Geschäftsstadt. Bauwelt Fundamente 53, Braunschweig 1979, S. 104ff. [6] Permeable Flächen und Strukturen können auch durch Überlagerungen mit unterschiedlichen Dichtegraden und Interferenzerscheinungen entstehen. Matthias L∞bermann führte hierzu den Begriff der »operativen Transparenz« ein, vgl. L∞bermann, Matthias: Operative Transparenz. In ARCH+ 144 /145, 12 /1998, S. 103ff. [7] Los, Sergio: Carlo Scarpa, Essay. Köln 1993, S. 11ff. [8] Zur Präzisierung des Transparenzbegriffs in Architektur und moderner Malerei siehe auch: Rowe, Colin; Slutzky, Robert: Transparenz, mit einem Kommentar (1968) und einem Addendum (1982) von Bernhard Hoesli in 3. erw. Aufl. Basel /Boston /Berlin 1989, z. B. S. 47 (Originalausgabe 1964). Dieser Aufsatz kann als Reaktion auf die Ausführungen von Siegfried Giedion zum Bauhaus in Dessau in »Raum, Zeit, Architektur – die Entstehung einer neuen Tradition« (1941) verstanden werden, die einen sehr frühen Beitrag zur Debatte um den architektonischen Begriff der Transparenz darstellen. [9] Colin Rowe und Robert Slutzky erläutern dies beispielhaft an einem Vergleich von Gropius’ Dessauer Bauhaus und Le Corbusiers Villa in Garches (wie Anm. 8, S. 23ff.). »Die Wirklichkeit des tiefen Raumes wird fortwährend in Gegensatz zu Andeutungen eines untiefen Raumes (die wirklichen und angedeutenden Raumschichten) gebracht.« (ebd., S. 29) Bernhard Hoesli ergänzt in seinem verallgemeinernden Kommentar: »Symmetrie als Ordnungsmittel ist

ausschließlich, unterordnend und absolut; Transparenz als Ordnungsmittel relativiert und erschließt Serien von Zuordnungsmöglichkeiten« (ebd., S. 62). Eine kritische Würdigung erfährt der Rowe/SlutzkyAufsatz später u. a. in ARCH+ 144/145, 12/1998, einer Themenausgabe mit dem Titel »Kommende Transparenz«, in der sich verschiedene Autoren um eine zeitgemäße Begriffsbestimmung und -erweiterung bemühen und sich dazu durchgängig auf den Aufsatz von 1964 beziehen. Verwiesen sei dabei auf die Beiträge von Nikolaus Kuhnert, Angelika Schnell, Matthias Loebermann und Detlef Mertins. [10] siehe Anm. 8, Kommentar Bernhard Hoesli, S. 49 [11] Loebermann, Matthias: »Transparenz heute«. In ARCH+ 144/145, 12/1998, S. 100ff

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Haus mit »Gesicht« im Film »Mon oncle« 1958, Jacques Tati Lichtbedingungen und Witterung beeinflussen die optische Wirkung einer Gebäudeöffnung im hohen Maße. Verfremdung durch Reflexion als Gestaltungsthema, künstlerische Fassadengestaltung »Trans-Reflex« am Westbau des Kunstmuseums Kloster Unser Lieben Frauen Magdeburg (D) 2012, Realities:united symbolische Form, Öffnung einer Kapelle Reflexion mit Verzerrungseffekt bei kleinteilig verglasten Öffnungen Öffnung mit ornamentaler Gestaltung, Olivetti Showroom, Venedig (I) 1958, Carlo Scarpa

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Fenster und Tür in Kunst und Kultur Elke Sohn

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Fenster und Tür als besondere Gestaltungsund Bedeutungsorte »Fenster (von lat. fenestra) sind Maueröffnungen zur Belichtung und Belüftung der Innenräume« [1], klärt das Bildwörterbuch der Architektur auf, Türen sind Durchgangs- und Eingangsöffnungen in Wänden und Mauern. Diese Definitionen wirken auf den ersten Blick nüchtern – und doch ist damit bereits viel gesagt: Fenster und Türen dienen für Körper und Sinne als einzige Verbindungen zwischen Innen- und Außenräumen. Allein dem Umstand des Blickkontakts und -rahmens verdankt das Fenster nicht nur seine Beliebtheit als Motiv in der Malerei. Mehr noch, es avancierte zum Synonym für das Bild. Die Idee des Bildes als gedachter Fensterrahmen diente Kunsttheoretikern und Künstlern wie Leon Battista Alberti oder Albrecht Dürer als Basis und Anregung für Ausschnitt, Aufteilung und Perspektive (Abb. A 4.1). Türen und Fenster markieren den Übergang zwischen drinnen und draußen. Sie verknüpfen, sind aber zugleich auch Grenze. Sie lassen sich als zentrale Metaphern für die elementaren Fragen des Übergangs lesen – innerhalb von Lebensgeschichten sowie zwischen Leben und Tod, Himmel und Erde. Fenster und Türen sind somit in Kunst- und Kulturgeschichte keine Randfiguren – sie sollten es auch im Entwurf nicht sein. Oder anders gesagt: Die angemessene Planung und Gestaltung von Fenster und Tür verlangt es, ihre weitreichenden kulturellen Bedeutungen zu verstehen.

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Albrecht Dürer, Der Zeichner des liegenden Weibes, Holzschnitt 1538 Robie House, Chicago (USA) 1908 –1910, Frank Lloyd Wright Marcel Duchamp, Fresh Widow, 1920, New York, Museum of Modern Art Sabine Hornig, Nr. 1 Pfaff, 2003

Wer den sprachgeschichtlichen Hintergrund im Deutschen Wörterbuch der Gebrüder Grimm recherchiert, stößt schnell darauf, dass sich der Begriff des Fensters seine Wurzeln mit jenem des Auges und Sehens teilt oder das Fenster mit Begriffen umschrieben wird, die sich an jene des Auges anlehnen, so das gothische »augadaurô« [2]. Ähnliche Spuren lassen sich bis heute in zahlreichen Sprachen finden, sei es im slawischen Wortpaar von »oko« (Auge) und »okno« (Fenster), im englischen »window« (Windauge) oder im deutschen Begriff »Ochsenauge«, der Bezeichnung für ein kleines ovales Fenster. Nicht zuletzt sind die traditio-

nellen Redensarten von diesen Vergleichen geprägt: Während man aus hohen Fenstern schauen kann (stolze Blicke werfen), wird auch der Körper selbst als Haus bezeichnet (Na, du altes Haus). In gleicher Weise gesellen sich Tür und Mund zueinander, so wurde beim barocken Dichter Friedrich von Logau der Mund als die »thür ins haus« bezeichnet [3]. Wie dabei der Mund und das gesprochene Wort für eine Person stehen, werden Tür und Tor zu Stellvertretern von Haus und Stadt [4]. Von Tür zu Tür zu gehen, meint von Haus zu Haus. Auf Münzen, Siegeln und Wappen stehen Tore als Symbole für die jeweilige Stadt, wie das Lübecker Tor, der L’Arc de Triomphe in Paris oder das Brandenburger Tor in Berlin. Das Portal ist in Stadt und Bauwerk als thematischer Auftakt zu lesen, die Tür als Zugang und Aushängeschild von Haus und Hausherr.

Tür als Raum des Übergangs Der Begriff der Tür ist mit der Idee des Zubzw. Übergangs und, wie erläutert, mit der des Hauses und Hausherrn verbunden. Sie wurde zum Zeichen für die selbstbestimmte Einhausung des Menschen auf der Erde, für die Möglichkeit, sich zwischen Einschließen und Bewegung nach draußen zu entscheiden [5]. Sie behütet Heim und Eigentum, bedarf selbst traditionell des Schutzes der Götter durch angenagelte oder vergrabene Opfergaben sowie der besonderen kunsthandwerklichen Behandlung, sowohl des Türblatts als auch des Rahmens mit Schwelle, Pfosten und Sturz. Eine Spur solchen Abwehrzaubers ist noch im katholischen Brauch am Dreikönigstag zu finden, bei dem die Buchstaben C + M + B über die Tür geschrieben werden, die den Segenswunsch »Christus mansionem benedicat« (Christus segne dieses Haus) audrücken. Den Raum der Türe und die Schwelle umweben zahlreiche historische Legenden – so die der durch Luther an die Tür der Schlosskirche Wittenbergs angeschlagenen Thesen –, Redensarten und Geschichten zum Thema von Entscheidungen und Weichenstellungen. Wer offene Türen einrennt, kann mit vollkommenem Zuspruch zu einem Vorschlag rechnen. Unlieb-

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samen Gästen dagegen wird die Tür gewiesen oder sie werden am besten gleich an der Tür abgefertigt. Das Haus betritt und verlässt man, indem man den Fuß über oder vor die Schwelle setzt. Wer es sich anders überlegt, dreht sich unter der Tür und auf der Schwelle noch einmal um – wer jedoch keine Entscheidung fällen kann, hängt traditionell gesprochen zwischen Tür und Angel. Auch im heutigen Sinne der Redensart haftet einer dort getroffenen Entscheidung etwas Vages und Vorläufiges an [6]. Diese Symbolkraft haben Schwelle und Tür zuweilen auch in Film und Literatur. So sind im Leben der Hauptfigur Michel in Robert Bressons Film »Pickpocket« von 1959 die entscheidenden Wendungen mit Türen verbunden: Michel beschließt zu Beginn des Films fortan als Taschendieb sein Auskommen zu bestreiten. Eines Tages macht er sich auf, seine Mutter seit Langem endlich wieder zu besuchen. Eine Nachbarin der Mutter, Jeanne, besitzt einen Schlüssel zur Wohnung der alten Frau und öffnet sie für Michel. Er kann sich jedoch nicht überwinden, die Schwelle zur mütterlichen Wohnung zu überschreiten und belässt es dabei, ihr etwas von dem (gestohlenen) Geld dazulassen. In einem späteren Stadium der Handlung legt ihm Jeanne die Nachricht auf die Schwelle seiner Wohnungstüre, dass die Mutter im Sterben liege. Dies führt Michel zum Besuch und Abschied von der Mutter, zur Bindung mit Jeanne sowie zu einem neuen Lebensabschnitt. Dem Wanderer in Georg Trakls Gedicht »Winterabend« von 1915 war die Heimkehr bislang verwehrt, denn »Schmerz versteinerte die Schwelle«, während ihn nun das Innere des Hauses »in reiner Helle« empfängt. Ein Winterabend Wenn der Schnee ans Fenster fällt, Lang die Abendglocke läutet, Vielen ist der Tisch bereitet

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Und das Haus ist wohlbestellt. Mancher auf der Wanderschaft Kommt ans Tor auf dunklen Pfaden. Golden blüht der Baum der Gnaden Aus der Erde kühlem Saft Wanderer tritt still herein; Schmerz versteinerte die Schwelle. Da erglänzt in reiner Helle Auf dem Tische Brot und Wein.

Fenster als Bildrahmen – mediale Effekte So wie es zu kurz gedacht wäre, das Bild als bloßes Abbild von etwas zu verstehen, ist auch das Fenster nicht nur eine Öffnung, die den Blick einfach auf etwas freigibt. Beide, Bild und Fenster, rahmen den Blick auf spezifische Art und Weise und gestalten ihn damit. Bereits Albertis Fadengitter und Dürers Rahmen verweisen darauf, Teil eines bestimmten Systems von Perspektive zu sein, und kehren damit den Blick um: auf den Betrachter selbst. In einem modernen Kunstverständnis dient das Bild nicht mehr nur dazu, Personen oder Landschaften darzustellen. Vielmehr emanzipierte sich die moderne Malerei von der bloßen Abbildung der

»realen« Wirklichkeit und behauptete sich mit ihren eigenen Mitteln der Farbe, der Formen und des Materials. Marcel Duchamp verwehrte konsequenterweise 1920 in der Installation »Fresh widow« den Blick durch das »French window« [7], er schloss die Scheiben schwarz und rückte damit das Objekt selbst in den Mittelpunkt (Abb. A 4.3). Das geschlossene Fenster meint mitnichten, dass es nichts zu sehen gäbe, lässt uns Duchamp wissen, sondern es ist schwarzes, glänzendes Leder, das wir sehen. Nach seinen Anweisungen sollen wir dieses regelmäßig polieren, es also behandeln wie ein Fenster: Es ist offenbar ein solches geblieben, auch ohne den vermeintlich unverstellten Ausblick – denn auf das spezifische Sehen im Wechselspiel mit einem Fenster kommt es an. In ähnlicher Weise zeigen die entleerten Schaufenster auf den Fotografien von Sabine Hornig nur auf den ersten Blick nichts (Abb. A 4.4). Auf den zweiten entdeckt man in der Reflexion des Glases den Raum hinter dem Betrachter, also hinter sich. Das Schau-Fenster bildet als Scheibe eine Projektionsfläche und eine Schicht in einem Raum- und Bildgefüge. Selbst das Fensterglas im Architekturentwurf kann in Realität nie einfach durchsichtig sein.

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Auch die moderne Architektur prägten zunächst nicht die klaren Gläser und Lochfassaden, sondern die gestalteten Blicke von innen nach außen: Frank Lloyd Wright setzte im Haus Robie 1908 Bleiverglasungen mit stilisierten Getreideähren ein (Abb. A 4.2, S. 33). Dem Bewohner erlaubt das Fenster die Sicht auf die (vermeintliche) Natur nur über das von Menschen erstellte Bild von Natur. In der Perspektive Wrights allerdings symbolisiert die organische Ornamentik die allgegenwärtige Naturgesetzlichkeit. Auf die Spur der Illusion des objektiven Blicks auf die Landschaft und den medialen Effekt des Fensters lenkte nicht nur wiederholt René Magritte (Abb. A 4.5) sondern auch das Architekturbüro Diller & Scofidio mit dem Projekt »Slow House«: Vor das Panoramafenster wird ein Bildschirm gesetzt, der es ermöglicht, sich die gefilmte Landschaft in jeder gewünschten Variante zeigen zu lassen, so mit Sonne statt Regen oder Tag statt Nacht (Abb. A 4.6). Das Fenster rahmt damit kein naturgetreues Bild. Fenster und Bildschirm, Wirklichkeit und Illusion sind austauschbar. Das Display ersetzt und konstituiert unseren eigenen Blick neu. Und so kann das Fenster auch von außen nach innen fokussieren, vergleichbar einer Kamera.

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Der Ausschnitt und damit gerade die Abwesenheit der Totalen, regt Neugier und Fantasie an. In Hitchcocks »Fenster zum Hof« gerät die Beobachtung der Anderen im gegenüberliegenden Fenster zum Ersatz für das eigene Leben (Abb. A 4.7). Was hier in besonderem Maße tragisch erscheint, kann jedoch als allgemeine Metapher für das Bild (und das Fenster) gelesen werden: In der Momentaufnahme und im gerahmten Augenblick schmilzt die große Geschichte in einem Stillleben zusammen. Die Wandlung des Profanen zum Besonderen oder gar zum Kult wird nicht zuletzt in Edward Hoppers Bildern deutlich, die Innenräume hell erleuchtet in den ansonsten menschenleeren, häufig dunklen Straßen oder eintönigen Landschaften zeigen (Abb. A 4.8). Ihr Gegenstand ist banal, der erleuchtende Fensterrahmen rückt die Bilder nahe an die Gnade und Helle in Trakls Gedicht. Die Aura des Erhabenen und die Fähigkeit des Fensters, etwas wie auf einer Bühne zu erhöhen, bezeugen nicht zuletzt eine Reihe von Ritualen unserer Kultur: Segen, Urteilsverkündungen und programmatische Reden wurden und werden von Palast- oder Balkonfenstern gerahmt. Wer jedoch einem Fenstersturz zum Opfer fällt und weg vom Fenster ist, versinkt in der Bedeutungslosigkeit.

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Fenster als Grenze Die transzendierende Kraft des Fensters beruht nicht zuletzt darauf, dass es in der frühen Geschichte der Behausung – zunächst nur als Rauchabzug im Dach – das freie Entfliegen der Seele der gerade Verstorbenen garantierte. Mit einem »Seelapalgga« (Seelenbalken) wurde hierfür in traditionellen Graubündner Bauernhäusern eine extra Luke eingerichtet [8]. Das Fenster stand für die Grenze und den Übergang vom Irdischen zum Himmlischen. Im Sakralbau versinnbildlicht das Fenster als oftmals farbige Lichtwand das Göttliche [9]. Mit der Ostausrichtung der Kirchen kann die morgendlich einfallende Sonne als die Auferstehung Jesu Christi gelesen werden, der im JohannesEvangelium spricht: »Ich bin das Licht der Welt, wer mir nachfolgt, der wird nicht wandeln in der Finsternis, sondern wird das Licht des Lebens haben.« (Joh 8, 12) In der Synagoge und der katholischen Kirche erinnert das Ewige Licht die Gläubigen an die beständige Gegenwart Gottes. Das Fenster in Form der Lichtwand dient in unserer Kultur somit in vielfacher Weise als Projektionsfläche für Hoffnung, Sehnsucht und Erlösung. Im Roman »Und im Fenster der Himmel« von Johanna Reiss (1975) wird das jüdische Mädchen Annie, das sich mit ihrer Schwester in einer Kammer über mehrere Jahre vor den Nationalsozialisten versteckt halten muss, immer wieder vom Fenster angezogen, das die einzige Sichtverbindung zum Leben draußen darstellt. Der vom Wind sanft bewegte Vorhang in Adolf Menzels »Balkonzimmer« von 1845 fängt das strahlende Sonnenlicht ein und verheißt einen heiteren Sommertag (Abb. A 4.11). Das Fenster steht jedoch nicht nur für die Grenze zwischen Irdischem und Himmlischem, sondern auch für jene zwischen der Redlichkeit und Unanständigkeit – oder anders gesagt: Als Grenzraum und Schwachstelle zwischen Öffentlichkeit und Privatheit, zwischen derbem Straßenleben und sittlicher Häuslichkeit kann der Fensterraum mit den Topoi des Nachlässigen, Verbotenen und Verführerischen spielen. Im Deutschen Wörterbuch finden sich für Hausfrauen, die nicht ihrer Arbeit nachgehen, Schimpfworte wie »Fensterhenne« und »Fens-

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René Magritte, La Clef des champs, 1936, Madrid, Museo Thyssen-Bornemisza A 4.6 Diller + Scofidio, Slow House, 1991 A 4.7 Filmstill aus Alfred Hitchcock, Rear Window (Das Fenster zum Hof), 1954 A 4.8 Edward Hopper, Nighthawks, 1942, Art Institute of Chicago A 4.9 Gion A. Caminada, Stiva da Morts, Vrin, 2002 A 4.10 Edvard Munch, Le Baiser, 1895, Musée Jenisch Vevey A 4.11 Adolf Menzel, Das Balkonzimmer, 1845, Nationalgalerie, Staatliches Museum zu Berlin A 4.9

terbeiszerin« [10]. In Edvard Munchs »Le Baiser« von 1895 küssen sich die Liebenden nackt vor dem Fenster (Abb. A 4.10). Während man sich beim Fensterln noch auf dem Feld der Annäherungen und Brautwerbung bewegt, begibt man sich mit dem französischen »faire la fenêtre« schon auf das der Prostitution [11]. Wer sich zu weit aus dem Fenster lehnt, riskiert Kopf und Kragen – und etwas zum Fenster hinauszuwerfen ist gleichbedeutend mit reiner Verschwendung.

Eine neuerliche Kultur des Übergangs So reich sich die Geschichten um Tür und Fenster in Kunst und Kultur zeigen, wundert es nicht, dass in einer kritischen Reflexion der funktionalistischen Moderne ihre Vernachlässigung beklagt wird [12]. Mit der Reduktion auf die Lochfassade sowie dem Verschwinden des rahmenden und medialen Charakters beim Panoramafenster drohte der vielfältige Ausdruck dieser Fenster- und Türenkultur zu verblassen. Seit der Moderne stehen Tür und Fenster in Gefahr, zu reinen Zweckelementen herabzusinken, ihr Zuschnitt vorrangig nach Effektivität bemessen oder als bloße Proportions- oder Rasterelemente für eine Fassade verstanden zu werden. »Die sichtbare Form eines Fensters oder einer Tür […] ist für sich alleine betrachtet noch keine Architektur. Allein der Akt des Hinausschauens durch das Fenster oder des Überschreitens der Türschwelle stellt eine ganz unverfälschte Begegnung mit Architektur dar. Architektur ist also Handlung, wie das Bewohnen, Besetzen, Durchdringen, Eintreten, Verlassen oder auch die Nutzbarmachung für ganz unterschiedliche Zwecke.« [13] Mit diesen Worten mahnte 2004 der finnische Architekt und Theoretiker Juhani Pallasmaa an, Fenster (und Tür) als bedeutungsvollen Bewegungsund Lebensraum zu begreifen und demnach sorgfältig zu gestalten. Aber die gebauten Plädoyers für eine neuerliche Kultur des Übergangs sind bereits zu verzeichnen: In der »Stiva da morts« (Totenstube) im Graubündner Dorf Vrin nahm der Architekt Gion A. Caminada 2002 von Fenstern mit dem Zweck des reinen

Ausblickes Abstand (Abb. 4.9). Die Stube der Totenwache umgeben wenige Fenster. Mit ihren versetzt angeordneten Fensterflügeln greifen sie in den Raum und zugleich aus ihm heraus. Durch die in unterschiedlichen Tiefenebenen liegenden breiten Rahmen wird die Perspektive verfremdet und der Ausblick eingeschränkt. Die Fenstergestaltung entspricht so der introvertierten Atmosphäre des Raums, die der Zusammenkunft und dem Abschiednehmen Würde verleiht. Anmerkungen: [1] Koepf, Hans; Binding, Günther: Bildwörterbuch der Architektur. Stuttgart 2005 [2] Grimm, Jacob und Wilhelm: Deutsches Wörterbuch. 32 Bde., Leipzig 1854 –1961, Bd. 3, Lemma: Fenster. http://woerterbuchnetz.de [3] ebd. thür, Bd. 21, Lemma: Thür [4] Pehnt, Wolfgang: Drinnen und Draußen. Splitter und Späne zur Geschichte der Tür. In: Aicher, Otl; Becker, Jürgen; Pehnt, Wolfgang: Zugänge – Ausgänge. Köln 1990, S. 7–12 [5] Simmel, Georg: Brücke und Tor. In: Der Tag Nr. 683, Morgenblatt vom 15.09.1909 [6] Müller, Klaus (Hrsg.): Lexikon der Redensarten. Niedernhausen 2001 [7] Kunstsammlung Nordrhein-Westfalen (Hrsg.): Fresh Widow. Fensterbilder seit Matisse und Duchamp. Düsseldorf 2012 [8] Simonett, Christoph: Die Bauernhäuser des Kantons Graubünden. Wirtschaftsbauten. Verzierungen, Brauchtum, Siedlungen. Basel 1968 [9] Selbmann, Rolf: Eine Kulturgeschichte des Fensters. Berlin 2010 [10] wie Anm. 2, Bd. 3, Lemma: Fensterhenne, Fensterbeiszerin [11] Diese Redewendung wird z. B. in der erotischen Erzählung »Le Signe« von Guy de Maupassant 1886 verwendet. [12] Reichlin, Bruno: Stories of Windows. In: Bernasconi, Francesca; Franciolli, Marco; Iovane, Giovanni (Hrsg.): A Window on the World. From Dürer to Mondrian and Beyond. Mailand 2012, S. 278 – 291 [13] Pallasmaa, Juhani: Touching the World. In: Frank, Hartmut; Sohn, Elke (Hrsg.): Auf der Suche nach einer Theorie der Architektur. Hamburg 2005, S. 8

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Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen Peter Bonfig

Gebäudehüllen als Grenze zwischen Außenund Innenraum erfüllen Schutzfunktionen, zusätzlich findet über durchlässige Flächen ein wechselseitiger Austausch von Licht und Wärmestrahlung sowie Luft statt. Dies ermöglicht Sichtbezüge, Belichtung und Belüftung des Inneren sowie den Durchgang von Energie (Abb. B 1.3, S. 51). Für die Anpassungen der Durchlässigkeit an wechselnde Außenbedingungen und /oder Nutzerwünsche bieten sich diverse Strategien und Lösungen an, die sich durch neue Sichtweisen, Erkenntnisse und Technologien ständig erweitern. So verändert eine adaptive Gebäudehülle dynamisch ihre Durchlässigkeit mittels selbstgesteuerter Vorgänge [1]. Dabei müssen bisweilen keine zu bedienenden beweglichen Teile wie ein Fensterflügel oder eine Jalousie mehr im Spiel sein. Bei weiter gefasster Bedeutung des Begriffs adaptiv lassen sich alle Strategien miteinbeziehen, die eine intelligente Antwort auf wechselnde Bedingungen geben, auch wenn sie nicht selbstregelnd sind. Im Sinne der Thematik dieses Buchs liegt der Fokus auf den Bauteilen, über die sich die schützende Hüllfläche öffnet bzw. öffnen lässt (im Sinne von »aufmachen«). Die folgende Betrachtung erörtert die Strategien zur Beeinflussung der Durchlässigkeit dieser Öffnungen und löst sich von den traditionellen Begriffen des Fensters oder der Türe. Dabei werden Funktionen, geometrische Aspekte, Lösungsprinzipien und die vielfältigen Ausprägungen bzw. Interpretationen von regelbaren Öffnungen systematisch herausgestellt, die alle Folgendes gemeinsam haben: Sie sind Teil der thermisch trennenden Gebäudehülle, ihr primärer Zweck ist die partielle bis großflächige Öffnung, um die Trennung von Außen- und Innenvolumen für bestimmte Zeiträume aufzuheben.

Funktionen von regelbaren Öffnungen Gebäudeöffnungen erfüllen vielfache Aufgaben mit teils widersprüchlichen Anforderungen (Abb. 5.3), deren Hierarchie sehr unterschiedlich ausfallen kann. Ihre Ausprägungen variieren im Wandel der Anforderungen von Niedrigenergie-, Passiv- und Plusenergiehäusern. Primäre Funktionen

Zu den primären Funktionen von regelbaren Öffnungen in der Gebäudehülle zählen gemäß des hier gewählten Betrachtungsansatzes: • Zugang /Ausgang • direkter Kontakt zum Außenraum • großflächiges »Aufmachen« • Ein-/Ausbringen von Objekten • Be- und Entlüftung der Innenräume Es ist eine grundlegende Forderung, über bewegliche Bauteile in das Gebäude zu gelangen bzw. es auch wieder verlassen können. Dabei kann die Schnittstelle zwischen Öffentlichkeit und Privatem auch übergeordnete und spirituelle Aspekte widerspiegeln, die sich z. B. durch Orientierung, Größenordnung, ausgewählte Materialität, symbolische Elemente etc. ausdrücken. Die meisten Zu- bzw. Ausgänge nutzen wir regelmäßig, aber bisweilen dienen Öffnungen – nicht nur Türen – sehr spezifischen Zwecken, wie dem Flüchten aus dem Gebäude im Brandfall (zweiter notwendiger Fluchtweg) oder um auf einen Wartungsbalkon zu gelangen. Wie im Kapitel »Öffnungen im Haus« (S. 8ff.) bereits erwähnt, haben wir als Nutzer von Gebäuden zuweilen das Bedürfnis, direkt über die sonst schützende Hülle den Außenraum und die Außenluft zu erleben, auch unabhängig von funktioneller Zweckmäßigkeit.

A 5.1 SOKA-Bau, Wiesbaden (D) 2004, Herzog+Partner, innovatives Fassadenkonzept mit folgenden Merkmalen: • konzeptionell gewichtiger Anteil der Gebäudetechnik in der Fassade (dezentral) • blendfreie Ausleuchtung mithilfe von Lichtlenkelementen, die auch der Verschattung dienen • Holzelemente zum Öffnen der Hülle und zur dosierten individuellen natürlichen Lüftung • konsequente Trennung der Funktionen Öffnen / Lüften (Holzelement) und Belichtung / Blickkontakt (Festverglasungen) A 5.2 großflächige Öffnung in einer geneigten Dachfläche mit verglasten Schiebeelementen. Geöffnet erhält der Raumbereich die Qualität eines Freisitzes. A 5.3 Klassifikation der Funktionen von Gebäudeöffnungen. Erforderliche Steuerung und Regelung erfolgt zentral oder dezentral. A 5.4 Fallunterscheidungen für Strategien freier Lüftung von Gebäuden A 5.1

36

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

Ein besonderes Fallbeispiel in diesem Zusammenhang sind großflächige Öffnungen, die bei angenehmer Witterung, wenn Schutzfunktionen nicht gebraucht werden, die Gebäudehülle auflösen und Innen- und Außenraum ohne Barrieren zu einer Einheit verschmelzen. Innenräume werden so zu Loggien, Dachräume zu luftigen Terrassen (Abb. A 5.2). Es entsteht ein Raumkontinuum zwischen innen und außen mit neuen Möglichkeiten der Nutzung und des Erlebens. In gemäßigten Klimazonen mit ausgeprägten Jahreszeiten reduziert sich die Nutzung solcher Öffnungen in der Regel auf die Sommermonate. Das Einbringen von Objekten jeder Art ist gleichermaßen elementar. Auch hier wird die Häufigkeit des Ereignisses (z. B. Einbringen eines Klavierflügels oder eines sperrigen Geräts der technischen Gebäudeausrüstung) maßgeblich die Öffnungsart prägen. Sofern das Gebäudekonzept natürliche (freie) Lüftungsmöglichkeiten über die Hülle vorsieht, sind sie über entsprechende regelbare Öffnungen herzustellen (siehe »Freie Lüftung«, S. 200f.). Zielsetzung ist eine gute Raumluftqualität, die durch die Zusammensetzung der Zuluft (als Außenluft) und durch den Anteil an nutzungs- und raumbedingten Gasen und Stoffen bestimmt wird [2]. Im Rahmen der hygienischen Behaglichkeit [3] ist der Austausch aus folgenden Gründen wichtig: • Zufuhr von Sauerstoff • Abfuhr von verbrauchter Luft mit hohem Kohlendioxidanteil • Abfuhr von organischen Geruchsstoffen • Abfuhr von Ausdünstungen von Baumaterialien (z. B. Formaldehyd) • Abfuhr von Verbrennungsgasen (Heizung, Kochen, Herstellungsprozesse etc.) • Abfuhr von Feuchtigkeit • Abfuhr von sonstigen Stoffen aus Produktionsprozessen Neben diversen Gasen werden mit der Außenluft auch Feststoffe (z. B. als Partikel) transportiert, deren Durchgang zu kontrollieren oder einzuschränken immer mehr an Bedeutung gewinnt. Dazu gehören Rußpartikel und Stäube aus Industrie und Verkehr sowie organische Partikel bzw. Mikroorganismen wie Pollen, Pilzsporen etc. Zudem sollte das Eindringen diverser unerwünschter Kleintiere und Insekten über Öffnungen ins Gebäude verhindert oder zumindest eingeschränkt werden. Natürliche Lüftung erfordert Luftbewegungen, die nicht unbedingt mechanisch erzwungen werden müssen (Abb. A 5.4). Solche Luftbewegungen (Strömungen von Gasmolekülen) setzen Druckdifferenzen zwischen Innen- und Außenraum infolge von Wind- und /oder thermischen Auftriebskräften voraus [4]. Generell unterscheidet man bei der Art der Lüftung zwischen: • Stoßlüftung (kurzzeitige Lüftung über große Öffnungen) • Dauerlüftung (kontinuierliche Lüftung über relativ kleine Öffnungen)

Der Luftwechsel aus hygienischen Gründen ist zwangsläufig bei Temperaturunterschieden von Innen- zu Außenraum mit dem Austausch von Energie gekoppelt, was wiederum auch selbst Zweck natürlichen Lüftens sein kann, um gezielt Wärme über die Luft aboder zuzuführen. Entsprechend der geringen Wärmekapazität von Luft ist der Energieaustausch, z. B. zur freien Kühlung von Räumen, begrenzt. Bei einer großen Spreizung von Außen- und Innenraumtemperaturen ist eine Dauerlüftung aufgrund folgender Aspekte problematisch: • kontinuierliche Abfuhr von (meist wertvoller) Heizungswärme des Innenklimas • übermäßige kontinuierliche Zufuhr von Wärme • Zuglufterscheinungen aufgrund zu hoher Temperaturunterschiede Natürliche Stoßlüftung während der Nacht erfordert aktive mechanische Systeme mit Steuerung und Stellmotoren. Alternativ bieten sich dezentrale, also in die Gebäudehülle integrierte mechanische Lüftungseinrichtungen gekoppelt mit Wärmetauschern bzw. -rückgewinnung für eine Dauerlüftung an. Lage und Ausbildung der regelbaren Öffnungen in der Gebäudehülle sind für einen effizienten Austausch von Luft von Bedeutung. Dabei kann es sinnvoll sein, zwischen Zu- und Abluftöffnungen zu unterscheiden. Neben Hauptwindrichtungen sind aerodynamische Aspekte und Phänomene im Umfeld der Gebäude und der Gebäudeöffnungen zu berücksichtigen. Schon aus wirtschaftlichen Gründen liegt es nahe, möglichst viele der genannten primären Aufgaben miteinander zu kombinieren.

A 5.2 primäre Funktionen

Fallunterscheidungen regelmäßig genutzt

Zugang /Ausgang Sonderfälle, temporär

großflächiges Öffnen

mit Zugang zu Außenflächen ohne Zugang zu Außenflächen regelmäßig genutzt

Ein- /Ausbringen von Objekten

Sonderfälle, temporär freie Lüftung mechanisch unterstützt

Be- /Entlüftung

mechanisch mit Wärmerückgewinnung zusätzliche Funktionen bei vorwiegend diffuser Strahlung Tageslichtnutzung bei vorwiegend direkter Strahlung

Zusätzliche Funktionen

Dem Öffnungselement können (aber müssen nicht) weitere Funktionen zugewiesen werden, wie z. B.: • natürliche Belichtung (Tageslichtnutzung) und seine Regelung • Möglichkeit visueller Kontakte zwischen außen und innen • passive und aktive Energiegewinnung bzw. -umwandlung oder -speicherung Die Verknüpfung von Tageslichtnutzung und Lüftungsfunktionen wie beim traditionellen Fenster ist keinsesfalls zwingend und verliert zugunsten anderer leistungsfähiger und energieeffizienter Konzepte für Gebäude (Abb. A 5.1) immer mehr an Bedeutung.

Maßnahmen bei Tag visuelle Kontakte Maßnahmen bei Nacht Gewinnung /Umwandlung /Speicherung von Energie

passive Systeme aktive Systeme A 5.3

h 5× h

Wind

2– 3× h

thermische Schichtung

Anforderungen an das Öffnungsbauteil

Öffnungselemente sollten im geschlossenen Zustand das gesamte Anforderungsprofil der Gebäudehülle mit seinen Schutzfunktionen wie Wärme-, Sonnen-, Schall-, Feuchtigkeits- und gegebenenfalls Brandschutz auf vertretbarem bis gleichem Niveau gewährleisten. Dies gilt für die flächigen Bauteile, aber insbesondere für die Schnittstellen bzw. Fugen. Das zu öffnende

thermische Schichtung

thermische Schichtung + (Wind) A 5.4

37

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

diffus, schwach

II

vorw. diffus, intensiv

III

vorwiegend direkt

IV

keine Strahlung

kühl

warm

Bauteile selbst und das eingeschlossene Luftpolster wirken dabei zusammen. Sofern das Element transparent oder transluzent ist, lässt es sich auch am Tag nutzen. Stoßlüftung

Dauerlüftung

Einbruchschutz

Sichtschutz

Durchsicht

Lichtlenkung

Blendschutz

Sonnenschutz

Anforderungen

solare Gewinne

Außentemperatur

Strahlungsmilieu I

Einfallswinkel

Exposition Fassade

Fallunterscheidung

Außenbedingungen

a

–

S N

SO/SW O/W

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¥

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b

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flach

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steil

c

flach

d

steil

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‡

¥

‡

b

–

S N

SO/SW O/W

‡

‡

‡

‡

‡

¥ nicht unbedingt erforderlich bzw. sinnvoll

‡ optional

‡ erforderlich

A 5.5

Element stellt – meist auch im geschlossenen Zustand – im Kontext der Hülle quasi eine Störung bzw. Schwachstelle dar. Je höher die Anforderungen an die Hülle sind, desto aufwendiger ist es, die Öffnung so auszubilden, dass dieser Konflikt nicht zu gravierenden Nachteilen führt.

einen zusätzlichen Schutz vor Witterung (Schlagregen, gegebenenfalls Wind), Einbruch und Insekten, bei Lärmbelastung zusätzlich Schallschutzmaßnahmen. Auch bei einer Öffnung als Zu- und Ausgang ist weiterhin Regen- und Windschutz notwendig. Gängige Lösungen sind Zusatzmaßnahmen wie Vordächer und Windfänge. Maßnahmen gegen das unbefugte Betreten eines Gebäudes bestimmen ebenfalls die Ausprägung der Öffnung. Temporärer Wärmeschutz Lichtdurchlässige Öffnungselemente stellen auch bei heutiger Technologie im Vergleich zu geschlossenen, hochwärmegedämmten Wandflächen meist thermische Schwachstellen dar. Bei niedrigen Außentemperaturen können nachts temporär wirksame Elemente (z. B. Läden, Rollläden) zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste eingesetzt werden. Die

Zone

Strahlung

Lüftung (über Thermik)

obere Zone (Oberlicht)

Belichtung (ggf. durch Lichtlenkung/-streuung)

Abluftöffnungen

Belichtung Sichtschutz Blend-/Sonnenschutz Durchsicht von innen

neutrale Zone

Sicht-/Sonnenschutz (Durchsicht von innen)

Zuluftöffnungen

mittlere Zone (Sichtfeld)

untere Zone (Brüstung)

optional solare Gewinne

Zeitfaktor des Gebrauchs Die Frage, ob mit dem Öffnen (als Regelfunktion) weiterhin bestimmte Schutzfunktionen (z. B. Schlagregenschutz) erfüllbar sind, hängt vor allem mit der Dauer und der Möglichkeit der Kontrolle der Öffnung ab. Kurzzeitiges Öffnen (z. B. für Zugang oder Stoßlüftung) ist unproblematischer als langzeitiges. Ein für Reinigungszwecke öffenbares Element oder ein Rauchabzug bedarf im geöffneten Zustand im Regelfall keiner Schutzfunktionen. Dahingegen erfordern Öffnungen für die Dauerlüftung, insbesondere zur Nachtauskühlung,

A 5.6

38

Reinigung und Wartung Vor allem transparente Verglasungen bedürfen beidseitiger regelmäßiger Reinigung. Holzbauteile erfordern Pflege und die Erneuerung von Schutzanstrichen. Dies wiederum bedingt ein Aufschlagen der Bauteile nach innen, wenn eine außenseitige Reinigung und Wartung nicht möglich oder zu aufwendig ist. Mit dieser Anforderung lassen sich gleichzeitig Lüftungsaufgaben kombinieren. Leistungsprofile

Alle Anforderungen, die an die Gebäudehülle und an ihre Öffnungen gestellt werden, lassen sich in Leistungsprofilen zusammenfassen. Da diese Anforderungen mit den tages- und jahreszeitlichen Schwankungen der Außenbedingungen stark variieren und sich bisweilen widersprechen, ist eine übersichtliche, möglichst grafische Darstellung der Fallunterscheidungen für den Planungsprozess hilfreich (Abb. A 5.5). Für ihre Umsetzung bieten sich diverse Strategien an, die im Folgenden aufgezeigt werden. Zu den Schutz-, Versorgungs- und Regelfunktionen kommen noch weitere Anforderungen, die sich aus dem bautechnischen Kontext ableiten, wie z. B. konstruktiver Holzschutz, die Aufnahme von Volumenänderungen der Bauteile durch Temperaturunterschiede, Feuchtigkeitsaufnahme-/abgabe und äußere Kräfte (Dilatationen) oder Aspekte der Montage.

Integration der Öffnungen in die Gebäudehülle Die Entscheidung des Planers, wo, in welchem Umfang und in welcher Form Öffnungen in der Gebäudehülle notwendig und sinnvoll sind, hängt in erster Linie von der Erschließung und dem Belüftungskonzept des Gebäudes ab. Sodann ist die Frage zu klären, ob Funktionen der Belüftung (hygienischer Komfort) mit denen der Belichtung und von Sichtbezügen (visueller

A 5.7

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

Komfort) gekoppelt werden sollen. Daraus ergeben sich die weiteren Anforderungen. Für das Verständnis der vielfältigen Lösungsmöglichkeiten ist es methodisch sinnvoll, die Betrachtung in der Hüllebene (Abb. A 5.8) von jener senkrecht zur Hüllebene (Abb. A 5.9) zu unterscheiden. Betrachtung in der Hüllebene

Unterschiedliche Funktionen werden bestimmten Flächenbauteilen in der Hüllebene zugeteilt. Die Vision der sogenannten polyvalenten Wand des Architekten Mike Davis sieht einen Wandaufbau mit hochspezialisierten Schichten auf engstem Raum für alle Aufgaben vor (Belichtung, Belüftung, Energiegewinnung etc.) [5]. Im Regelfall aber übernehmen mehr oder weniger spezialisierte Bauteile (z. B. Lüftungselemente, Sonnenschutzeinrichtungen etc.) Teilaufgaben des gewünschten Leistungsprofils. Eine Überlagerung von Funktionen ist im Sinne der Effizienz erstrebenswert. Dabei sind regelbare Öffnungen mit beweglichen Teilen für die freie oder mechanische Belüftung über die Hülle unentbehrlich. Die Verteilung und Anordnung der Flächenbauteile und ihre Fügung bestimmen maßgeblich Konzeption und Detaillierung. Auch die Bedienbarkeit spielt eine wesentliche Rolle. Betrachtung senkrecht zur Hüllebene

Die Betrachtung senkrecht zur Hüllebenen beschäftigt sich mit dem Aufbau der Hüllkonstruktion und ihrer Einzelbauteile und legt fest, mit welchen Strukturen als Schichten oder Schalen [6] sowie den damit gekoppelten Wirkprinzipien die einzelnen Aufgaben umgesetzt werden sollen. Dabei müssen nicht alle Strukturen in der Hüllebene liegen, auch können sie durch stehende oder hinterlüftete Luftschichten voneinander getrennt sein. Für Funktionen der Belüftung sind einzelne Elemente oder der gesamte Aufbau beweglich auszubilden. Vertikale Zonierung im Geschossbau

Im Geschossbau lassen sich raumhohe Fassadenöffnungen pro Geschoss aufgrund zwingender funktionaler Aspekte in drei unterschiedliche, vertikal angeordnete Zonen aufteilen (Abb. A 5.6) [7]: Der energetische

Strahlungseintrag ist in allen Zonen gleich und verhält sich direkt proportional zur Öffnungsfläche bzw. zum Verglasungsanteil, jedoch nimmt die Wirkung der Flächen für die natürliche Belichtung eines Raums mit steigendem Abstand vom Boden zu. So ist der Brüstungsbereich für den Tageslichteintrag von untergeordneter Bedeutung, während die obere Zone entscheidend für die Ausleuchtung des Raums in der Tiefe ist [8]. Für sie wird in diesem Zusammenhang der gebräuchliche Begriff des Oberlichts verwendet. Von daher sollte eine effiziente Verschattung zur Vermeidung von Raumaufheizung grundsätzlich von unten nach oben fahren, was bei üblichen Sonnenschutzsystemen in der Regel nicht der Fall ist. Für sitzende und stehende Personen kommt dem mittleren Bereich (als Sichtfeld bezeichnet) für den visuellen Kontakt nach außen eine entscheidende Bedeutung zu. Gleichzeitig ist er für die Belichtung wichtig und hat bezüglich Blendungserscheinungen die größte Relevanz. In einer Umgebung mit mehrgeschossigen Gebäuden sollten auch Brüstungs- und Oberlichtzone für Ausblicke, aber auch für den Sichtschutz Beachtung finden. Zudem wünschen sich viele Nutzer in höheren Geschossen bei verglasten Brüstungen einen visuellen Halt durch Bauteile oder Bedruckungen auf Glasscheiben. Andererseits vermitteln raumhohe Verglasungen bei der Wahrnehmung des Raums eine Großzügigkeit, die sich auch meist in der Fassadenwirkung und -gestaltung vorteilhaft niederschlägt. Ein temporärer Wärmeschutz (z. B. Rollladen) zur Reduzierung von Transmissions- und Wärmestrahlungsverlusten in kühlen Nachtstunden wirkt sich in allen drei Bereichen gleichermaßen positiv aus. Der Temperaturschichtung gemäß sollten Zubzw. Abluftöffnungen in Boden bzw. Deckennähe liegen, um die thermischen Antriebskräfte für eine effiziente freie Lüftung (bei Raumlufttemperatur > Außentemperatur) nutzen zu können (Abb. A 5.10). Die wichtigsten Aspekte aller drei Zonen lassen sich jeweils folgendermaßen zusammenfassen: 1. untere Zone (Brüstung): • für Tageslichteintrag von untergeordneter Bedeutung

Sog

a

a

b

b

c

c

A 5.8

A 5.9

Abluft

neutrale Zone

Druck

Zuluft

thermische Schichtung

effektive freie/natürliche Lüftung Raumtiefe = max. 3× Raumhöhe

• solare Gewinne bei Bedarf • Abschattung bei zu hohen solaren Einträgen (vor allen anderen Zonen) • Zuluftöffnungen 2. mittlere Zone (Sichtfeld): • visueller Kontakt nach außen • natürliche Belichtung • individuell einstellbarer Blendschutz • Abschattung bei zu hohen solaren Einträgen 3. obere Zone (Oberlicht): • wichtigste Zone zur Ausleuchtung des Raums mit Tageslicht, im Idealfall Lichtlenkung oder -streuung in die Raumtiefe zur Vermeidung eines zu starken Abfalls des Tageslichtquotienten • Abschattungen nur dann sinnvoll, wenn die Raumausleuchtung mit Tageslicht nicht erforderlich ist bzw. keine künstliche Beleuchtung zugeschaltet werden muss • Abluftöffnungen Schutz der Öffnung

Das Öffnen der Gebäudehülle geht mit der Einschränkung bis zur Aufhebung aller Schutzfunktionen einher. Dabei gilt: Je länger der Öffnungszeitraum, desto wichtiger wird es, mit

A 5.5

tabellarische qualitative Erfassung typischer Außenbedingungen als Fallunterscheidungen und daraus resultierender Anforderungen (Leistungsprofile) an durchlässige Hüllflächen in Mitteleuropa. Die Anforderungen des Sonnenund Blendschutzes stehen oft im Widerspruch zu Anforderungen der Tageslichtnutzung, der Durchsicht und von freier Lüftung. Dauerlüftung erfordert einen wirksamen Schutz der Öffnung gegen unerwünschte Einflüsse von außen. A 5.6 schematische Darstellung der Zonierung und Zuordnung von Funktionen und ihrem Einfluss auf die Durchlässigkeit von Strahlung und Luft im Geschossbau A 5.7 Pieter Janssens Elinga, die lesende Frau, um 1670, München, Alte Pinakothek. Die Lesende will sich vor Blicken von außen schützen oder nicht durch Ausblicke abgelenkt werden. Sie nutzt die für die Tageslichtnutzung effektivste Oberlichtzone des Fensters. Die Mittlere Zone ist mit einem Laden geschlossen. A 5.8 Betrachtung in der Hüllebene • Flächenart (eben, gekrümmt etc.) • Zuordnung von Leistungsprofilen • starr oder beweglich bzw. öffenbar • opak, transluzent oder transparent a Ein Aufbau übernimmt alle Funktionen. b Verschiedene Flächenbauteile übernehmen unterschiedliche Funktionen c wie »b«, jedoch mit beweglichen Bauteilen A 5.9 Betrachtung senkrecht zur Hüllebene • Umsetzung Leistungsprofil • Auswahl und Zusammenwirken der Strukturen • Lage und Abfolge der Strukturen • Veränderbarkeit von Strukturen • Beweglichkeit von Strukturen a In der Hüllebene angeordnete Strukturen bestimmen die Durchlässigkeit und ihre Veränderbarkeit b wie »a«, jedoch mit Strukturen, die nicht parallel zur Hüllebene liegen c wie »a«, jedoch mit teils beweglichen Strukturen oder als Bauteil, das im Ganzen beweglich ist A 5.10 Schemazeichnung für freie Lüftung auf Basis thermischer Druckunterschiede (Außentemperatur < Innentemperatur)

A 5.10

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Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

1

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überlegten Strategien diesem Konflikt zu begegnen. Öffnungen in Dachflächen sind Schlagregen wesentlich stärker ausgesetzt als vertikale Fassadenflächen. Nach innen geneigte Flächen verfügen über den besten Schutz. Mit Vor- bzw. Rücksprüngen, Auskragungen, Vordächern und lamellenartigen vorgeschalteten selektiven Strukturen lässt sich die Problematik entschärfen. Auch die Laibung einer tiefen Wand bietet Schutz, nicht nur für die Öffnung selbst, sondern auch für Bauteile und notwendige Fugen. Bei historischen traditionellen Fensterlösungen helfen vorspringende Gesimse und Giebel. Abb. A 5.11 zeigt Möglichkeiten auf, wie Öffnungen in Dachflächen und Fassaden geschützt angeordnet werden können. Zudem spielt die Öffnungsart eine Rolle: So bieten Klapp- und Schwingelemente beim Ausstellen gleichzeitig einen gewissen Schlagregenschutz, während Drehflügel und nach außen gekippte Flächenbauteile sich diesbezüglich als ungünstig erweisen. Um mehrere Schutzfunktionen bei gleichzeitiger Lüftung (Öffnung) weitgehend zu erhalten

bzw. um das Leistungsprofil auch im geschlossenen Zustand zu verbessern, bieten sich mehrschalige Lösungen für die Ausbildung der Öffnungselemente an (Abb. A 5.14). Neben dem eigentlichen beweglichen Öffnungselement (das auch Teil der thermisch trennenden Hülle ist) sind weitere starre oder bewegliche Schalen (Strukturen) zur Übernahme folgender Funktionen – gegebenenfalls auch nur temporär – denkbar: • Verbesserung des Wärmeschutzes • Schlagregenschutz (z. B. Lamellenstrukturen) • Wind- / Einbruchschutz (z. B. durch Prallscheiben) • Sonnenschutz • Blendschutz • Luftfilterung • Insektenschutz • Schallschutz Der entstehende (Luft-)Zwischenraum kann weitere Funktionen übernehmen: • Luftpolster zur Verringerung der Wärmeleitung • schallabsorbierende Pufferzone mit entsprechenden Oberflächen

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A 5.13

• Wirkung als solarer Luftkollektor mit entsprechenden Absorbern • Belegung mit Geräten zur Kühlung, Befeuchtung oder Erwärmung der Luft • Belegung mit aktiven mechanischen Einrichtungen, um Luft ein- bzw. auszublasen Abb. A 5.12 zeigt acht typische aufeinander aufbauende Fallunterscheidungen: Fall 1: einschalige Lösung mit beweglichen Bauteilen Fall 2: zweischaliger Aufbau: Eine zweite starre, aber luftdurchlässige Schale übernimmt Funktionen wie Wind-, Schlagregen-, Sonnen-, Insekten-, Einbruch-, Sicht- und gegebenenfalls Schallschutz. Fall 3: zweischaliger Aufbau: Eine zweite bewegliche Schale bietet temporären Schutz entsprechend Fall 2. Fall 4: zweischaliger Aufbau: Eine starre luftundurchlässige Schale, z. B. als Prallscheibe, übernimmt Schutzfunktionen. Über partielle Öffnungen (z. B. Spalten) findet begrenzt Luftaustausch statt. Im Luftzwischenraum befinden sich weitere Strukturen (starr oder beweglich) für Funktionen wie Lichtlenkung oder Sonnenschutz (Abb. A 5.13). Fall 5: zweischaliger Aufbau mit beweglichen Elementen: Beide Elemente erfüllen gemeinsam im geschlossenen Zustand Aufgaben des Wärmeschutzes. Fall 6: zweischaliger Aufbau zur Verbesserung der Schutzfunktionen, insbesondere des Schallschutzes, bei gleichzeitiger Lüftung. Der Zwischenraum dient als Schacht, in dem Schallwellen absorbiert werden. Die äußere Scheibe wirkt als Prallscheibe. Partielle Lufteinlässe mit Witterungs- und gegebenenfalls Insektenschutz. Fall 7: zweischalige Lüftungseinrichtung, mechanisch betrieben, optional mit Wärmetauschern oder sonstigen Vorrichtungen zum Kühlen oder Vorwärmen der Außenluft Fall 8: zweischalige Lösung als sogenanntes Abluftfenster. Die Raumluft wird über den Zwischenraum mittels eines mechanischen Abluftsystems abgeführt.

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

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Darüberhinaus sind zahlreiche weitere Kombinationen von Schalen (auch auf der Innenseite der Öffnung) möglich, bei denen das Leistungsprofil der Öffnung noch komplexere Funktionen und Anforderungen erfüllen kann (Abb. A 5.15).

zwingende Voraussetzung für eine effiziente Tageslichtnutzung. Energie wird über elektromagnetische Strahlung, an Medien gekoppelt (Konvektion) oder über Transmission (Wärmeleitung) transportiert. Letztere wird durch die Wärmedurchgangswiderstände und Stärken der Flächenbauteile bestimmt. Die Durchlässigkeit für Schallwellen, die reflektiert, absorbiert oder transmittiert werden, prägt den Schallschutz und gegebenenfalls die Raumakustik im Inneren. Wie die Hüllfläche so bestehen auch die bedeckenden Bauteile aus Schichten und Schalen mit definierter Geometrie und Materialität. Sie wirken als ein System und bestimmen in geeigneter Abfolge die Durchlässigkeit und somit wesentlich das Leistungsbild der Öffnung. Dabei können diese zu einem oder mehreren Bauteilen (z. B. verglastes Öffnungsbauteil und separate Sonnenschutzeinrichtung) gehören und beweglich oder starr ausgebildet sein. Bei der Suche nach geeigneten Lösungsprinzipien für die Anordnung der einzelnen Schichten ist die Beachtung naturwissenschaftlicher Gesetzmäßigkeiten erforderlich, um physikalische, chemische und geometrische Effekte zu nutzen und ihr Zusammenwirken in einer geeigneten »Funktionsstruktur« zu verknüpfen [9].

Durchlässigkeit und ihre Veränderbarkeit Die Betrachtung und Umsetzung des Leistungsprofils einer Öffnung mit ihrer veränderbaren Durchlässigkeit erfolgt im Kontext mit dem Gebäudekonzept und seiner Hülle. Übergeordnete Zielsetzung ist im Rahmen eines ganzheitlichen und energieeffizienten Gesamtkonzepts die Einhaltung thermischer, hygienischer und visueller Behaglichkeitskriterien im Gebäudeinnern entsprechend der Definition in der einschlägigen Literatur. Der Begriff der Durchlässigkeit subsumiert die vielen unterschiedlichen möglichen Einzelfunktionen des angestrebten Leistungsprofils der Öffnung und lässt sich auf die Beeinflussung folgender Phänomene reduzieren (Abb. A 5.16): • elektromagnetische Strahlung (Wärme, Licht) • Stoffströme (Gase, Partikel, Insekten etc.) • Wärmeleitung • Schallwellen Die Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung prägt maßgeblich den visuellen wie thermischen Komfort im Gebäudeinnern. Die Regulierung des Strahlungseintrags ist eine schematische Darstellung von geschützter Anordnung von Öffnungen im Dachbereich und in der Fassade A 5.12 schematische Darstellung von acht Fallunterscheidungen von ein- und mehrschaligen Lösungen von Gebäudeöffnungen. Die grauen, zum Öffnen beweglichen Bauteile haben thermisch trennende Funktion. Sie können opak oder lichtdurchlässig sein. Die gepunkteten Linien stehen für luftdurchlässige, die durchgezogenen für nicht luftdurchlässige Flächen. A 5.13 Prallscheibe mit Lüftungsöffnung und dahinterliegendem Sonnenschutz, Bürogebäude, München (D) 2008, Auer+Weber+Assoziierte A 5.14 Atelierhaus, München (D) 1993, Thomas Herzog mit Peter Bonfig und Verena Herzog-Loibl. Aufteilung der Funktionen der Durchlässigkeit (Leistungsprofil) auf spezialisierte Flächenbauteile in der Fassadenebene. Hinter starren Holzlamellen (Witterungsschutz) und Insekten-

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Wirkprinzipien sowie sogenannter Smart Materials unter Ausnutzung spezieller physikalischer und /oder chemischer Effekte an. Auch selektive Systeme sind möglich. Grundsätzlich lassen sich die unterschiedlichen Strategien kombinieren, d. h. bestimmte Bauteile erhalten mittels Smart Materials zusätzliche Eigenschaften der Anpassung. Kinematische Systeme Bewegliche Komponenten (z. B. drehbare Lamellen, Flügel zum Drehen oder Klappen etc.) verändern und regeln wirkungsvoll die Durchlässigkeit sowohl für Stoffströme als auch für Strahlung. Dadurch lassen sich grundsätzlich mehrere Funktionen gleichzeitig und wirkungsvoll abdecken (Abb. A 5.17). Die auf der Kombination von geometrischen und kinematischen Prinzipien beruhenden Lösungen verfügen über eine lange Tradition und eine gleichzeitig noch nicht ausgeschöpfte Varianz.

Für die Anpassung der Durchlässigkeit, z. B. an wechselnde Außenbedingungen, bieten sich die Nutzung geometrischer und kinematischer

Smart Materials Intelligente Werkstoffe reagieren selbsttätig auf veränderte Umweltbedingungen (z. B. Schwankungen der Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Solarstrahlung) in einer zweckdienlichen Weise, z. B. als selbstregelnde Sonnenschutzeinrichtung. Man unterscheidet [10]: • formveränderbare Materialien • phasenveränderbare Materialien (Phase-

schutzgitter befinden sich raumhohe Lüftungsflügel. Lichtstreuende, mit Aerogel gefüllte Paneele sorgen für eine gleichmäßige Raumausleuchtung und gewähren Sichtschutz. Transparente Bauteile dienen dem visuellen Kontakt und der Belichtung. Bauteile sind nur dann beweglich konstruiert, wenn unbedingt notwendig. Über einen Wartungsbalkon sind die großflächigen transparenten Festverglasungen zugänglich. Fassadensystem, bei dem mehrere Lagen teils horizontal verschiebbarer Elemente auf wechselnde Außenbedingungen reagieren können. Bauteile für Durchsicht, temporären Wärme- und Sonnenschutz sowie zur Energiegewinnung (Dünnschicht-Photovoltaik-Modul) werden kombiniert. Opake und verglaste Wandflächen im Wechsel ermöglichen das Parken von Schiebeelementen bei Nichtgebrauch. Schema zur Durchlässigkeit bei Gebäudehüllen

und deren Öffnungen: Das Zusammenwirken der Lagen bzw. Strukturen des Aufbaus bestimmt das Leistungsprofil. Durch Kinematik oder mittels Smart Materials wird die Durchlässigkeit an wechselnde Bedingungen angepasst. Dabei gehen Strahlung und Stoffströme mit dem Austausch von Energie einher. Raumhohe Versuchsanordnung mit einem komplett umlaufenden Sonnenschutzsystem, bei dem in zwei Ebenen abschnittsweise angeordnete Holzlatten bewegt und in Teilbereichen überlagert werden (Entwicklung: Peter Bonfig). Ein Umlauf generiert fließend unterschiedliche Bedeckungsmuster, die auf wechselnde Außenbedingungen und Anforderungen des Nutzers reagieren. Gezeigt werden zwei gegensätzliche Muster: geschlossenes Sichtfeld als Blendschutz (a) und geöffnet für gute Durchsicht (b). Eine Durchströmung der Strukturen mit Luft ist stets gewährleistet.

Strategien für die Veränderung /Anpassung

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Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

Change-Materials – PCM) • adhäsionsveränderbare Materialien • farbveränderbare, optisch aktive Materialien • elektronenemittierende Materialien Zu nennen sind z. B. thermotrope oder photochrome Schichten als selbstregelnde Sonnenund /oder Sichtschutzmaßnahmen. Die Gebäudehülle kann auch solare Strahlungsenergie nutzen: direkt z. B. durch temporäre Wärmespeicherung mittels PCM (passives Prinzip) oder indirekt z. B. durch elektronenemittierende Materialien (Photovoltaik), um die Konditionierung der Innenräume und die Energieversorgung des Gebäudes zu unterstützen. A 5.18

Grundprinzipien als Symbole. Mögliche Kombinationen: • drehbarer Laden mit Lamellen (1. + 2.) • faltbarer Schiebeladen (2. + 3.) • Lamellenjalousie (1. + 3.) • Vorhang, gefaltet und verschoben (1. + 2.+ 3.) • Bauteile mit Smart Materials (Fall 1) lassen sich selbstverständlich auch mit Fall 2 und / oder Fall 3 verknüpfen. A 5.19 Bewegungsprinzipien zur Änderung der geometrischen Lage im Raum a Translation (Ortsveränderung) b Rotation (Lageveränderung) A 5.20 Möglichkeiten der Änderung von Größe und Form a Prinzipien b Mittel, um Änderungen zu ermöglichen A 5.21 Vergleich der Bewegungsarten von Öffnungselementen

Selektive Systeme Selektive Systeme filtern unter Ausnutzung unterschiedlicher Effekte den Durchgang von unerwünschten Stoffen, elektromagnetischer Strahlung etc.: Low-E-Beschichtungen beispielsweise sind Barrieren für bestimmte Bereiche nicht sichtbarer Wellenlängen des Lichtspektrums und erfüllen Funktionen des Sonnen- und /oder Wärmeschutzes. Lichtraster, Lamellen oder andere Strukturen blenden energiereiche direkte Strahlung aus und lassen diffuse Strahlung zur effektiven Raumausleuchtung passieren. Bei der Tageslichtnutzung spielen solche Systeme, die meist auf geometrischen (richtungsselektiven) Effekten beruhen, eine große Rolle. 1. Änderung der Durchlässigkeit (z. B. drehbare Lamellen)

2. Änderung von Ort und Lage (z. B. Drehflügel, Schiebeladen)

3. Anderung der Größe und ggf. Form (z. B. Rollo, Faltladen) A 5.18

Perforierte Flächen oder Gewebe können ebenfalls als selektive Systeme für Stoffströme mittels gezielter Filterung von Luft angesehen werden, da sie z. B. Pollen, Feinstäube oder Insekten beim Lüften fernhalten. Auch der Durchgang von Schallwellen bestimmter Frequenz lässt sich durch geeignete Absorber (z. B. Faserdämmstoffe) beeinflussen. Selektive Systeme sind intelligente Antworten auf bestimmte Anforderungen und Zielsetzungen. Sie kommen ohne Mechanik und aufwendige Regelungs- und Steuerungstechnik aus, solange nicht die Durchlässigkeit der Struktur selbst verändert werden soll. Regelung

Die Veränderung der Durchlässigkeit erfordert einen Regelungsprozess. Im Idealfall braucht das Wirkprinzip keine aktive Regelung (wie bei starren selektiven Systemen) oder die Struktur verhält sich selbstregelnd. Thermotrope Schichten als Smart Materials reagieren bei Erreichen einer bestimmten Temperatur: Sie schalten um von transparent (klar) auf transluzent (milchig, lichtstreuend) und umgekehrt. Oder die Regelung erfolgt über Kreisläufe mit entsprechender Regelungstechnik wie Sensoren, Datenverarbeitung und Stellelementen, sogenannte Aktuatoren (z. B. Hydraulik-/ Pneumatikzylinder, elektrische Stellmotoren). »Aktuatoren sind Bauteile, die unter Aktivierung (beispielsweise durch elektrische, magnetische, thermische oder chemische Anregung) ihre Geometrie und /oder ihre mechanischen Eigenschaften verändern.« [11] Ein selbstregelndes System ohne aufwendige Steuerung ist grundsätzlich wünschenswert. Integration von Aktivtechnik

Verschieben parallel zur Fläche

linear

Verschieben senkrecht zur Fläche

zirkulär

a

a

Regelbare Öffnungen lassen sich mit Aktivtechnik kombinieren. Diese kann primäre Aufgaben (Lüftung) oder zusätzliche Aufgaben (solare Energiegewinnung) übernehmen. Möglichkeiten ergeben sich beispielsweise in folgenden Bereichen: • mechanische Lüftung, gegebenenfalls in Verbindung mit Wärmetauschern • aktive Erwärmung oder Kühlung von Luftströmen • Befeuchtung von einströmender warmer Außenluft (adiabatische Kühlung) • Trocknung von zu feuchter Außenluft • thermische Solarnutzung (zur Beheizung oder solaren Kühlung) • photoelektrische Solarnutzung (Photovoltaik) Weil solche Funktionen dezentral in die Gebäudehülle integriert sind, spricht man auch von dezentraler Gebäudetechnik. Dabei können Smart Materials beteiligt sein, auch in der Funktion von Aktuatoren.

Drehen um Vertikalachsen Aufrollen

Raffen Drehen um Horizontalachsen

Falten Drehen um Achsen, die senkrecht oder geneigt zu den Flächenbauteilen stehen b

42

A 5.19

Übereinanderschieben b

Kinematik: Prinzipien und Lösungen Nur über Bewegungsvorgänge lässt sich die Gebäudehülle für die Erschließung und für den Austausch von Luft öffnen und wieder schlieA 5.20

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

ßen. Noch stehen keine technischen Lösungen zur Verfügung, bei denen das Gebäude mittels anderer Strategien über eine in ihrer Durchlässigkeit luftpermeable und gleichzeitig den aktuellen Anforderungen genügende Hülle kontrolliert »atmet«. Aber auch bei vielen anderen Funktionen der Regelung ist Kinematik unverzichtbar, um die Bedeckung und somit die Durchlässigkeit von Öffnungen oder von verglasten Flächen zu verändern. Veränderbarkeit der Durchlässigkeit mittels Bewegungsvorgänge

Mithilfe der drei in Abb. A 5.18 aufgeführten Grundprinzipien sind Anpassungen der Durchlässigkeit möglich. Die Kombination dieser

Prinzipien ergibt vier weitere Strategien, die mit entsprechend gewählten Strukturen (einschließlich Smart Materials) auf vielfältige Weise umsetzbar sind. Während für bewegliche Öffnungselemente als Teil der thermisch trennenden Ebene nur geschlossene Flächen infrage kommen, stehen für Bauteile mit Regelfunktionen die gesamte Bandbreite von Strukturen sowie deren Überlagerungsmöglichkeiten zur Verfügung, wodurch sich komplexe Leistungsprofile für die Öffnung erzielen lassen. Die Bewegungsvorgänge von Bauteilen können mit nur zwei Prinzipien beschrieben werden (Abb. A 5.19): • Translation (Ortsveränderung) • Rotation (Lageveränderung)

Rotationen erfolgen um vertikale bzw. horizontale oder in anderer Weise im Raum angeordnete Achsen. Ebenso kann ein Bauteil zu verschiedenen Zeitpunkten über unterschiedliche Achsen gedreht werden (z. B. Dreh- / Kippfenster). Es ist auch denkbar, Drehachsen innerhalb des Flächenbauteils kontinuierlich zu verschieben, um so in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Lageveränderungen an einem Bauteil zu ermöglichen. Flächenbauteile sind z. B. linear oder zirkulär in ihrer Größe und damit Form und Proportion veränderbar. Dabei stehen diverse Mittel zur Verfügung, bei denen oft Orts- und Lageveränderungen wie z. B. bei Faltvorgängen miteinander kombiniert werden (Abb. A 5.20).

Vergleich der Bewegungsarten von Öffnungselementen zur Ermittlung des Leistungsprofils

Drehen

Wenden

Kippen

Klappen

Klappen mehrteilig

Schwingen

Verschieben horizontal

Verschieben vertikal

Ausstellen

Beeinträchtigung der Nutzfläche bezogen auf die Raumtiefe

Öffnungsbreite

1/2 Öffnungsbreite

minimal

keine (wenn nach außen aufgehend)

keine (wenn nach außen aufgehend)

1/2 Öffnungsbreite

keine

keine

keine (wenn nach außen aufgehend)

Möglichkeit der Anordung an Verkehrsflächen

ja (wenn nach außen aufgehend)

nein

ja

ja (wenn nach außen aufgehend)

ja

nur mit Öffnungsbegrenzung

ja

ja

ja (wenn nach außen aufgehend)

Durchblick: maximale freie Öffnungsfläche und Unterteilung

100 %

100 % mit vertikaler Teilung

keine freie Öffnung

keine freie Öffnung

größtenteils freie Öffnung

100 % mit horizontaler Teilung

50 % mit vertikaler Teilung

50 % mit horizontaler Teilung

keine freie Öffnung

geometrische Beschreibung der erzeugbaren minimalen / kleinen Öffnungsflächen

1≈ seitlich spaltförmig, oben und unten winkelförmig

2≈ seitlich spaltförmig, oben und unten 2≈ winkelförmig

2≈ seitlich winkelförmig, oben spaltförmig

2≈ seitlich winkelförmig, unten spaltförmig

mehrmals spaltförmig

4≈ seitlich winkelförmig, oben und unten spaltförmig

2≈ seitlich spaltförmig

oben und unten spaltförmig

umlaufend spaltförmig

geometrische Beschreibung der erzeugbaren maximalen / großen Öffnungsflächen

komplette Öffnungsfläche

komplette Öffnungsfläche, senkrechte Unterteilung

2≈ seitlich winkelförmig, oben spaltförmig

2≈ seitlich winkelförmig, unten spaltförmig

weitgehend gesamte Öffnungsfläche

komplette Öffnungsfläche, waagrechte Unterteilung

50 % der Öffnungsgröße als senkrechte Unterteilung

50 % der Öffnungsgröße als waagrechte Unterteilung

umlaufend spaltförmig

Eignung für Spaltlüftung

bedingt

bedingt

bedingt

bedingt

bedingt

bedingt

gut

gut

gut

Eignung für Stoßlüftung

gut

gut

nein

nein

gut

gut

gut

gut

nein

Einstellbarkeit der Öffnungen

nur mit Zusatzbeschlag

nur mit Zusatzbeschlag

nur für maximale Kippstellung

mittels des zum Öffnen erforderlichen Beschlags

gut

nein

gut

gut

gut (mechanischer Antrieb)

Witterungsschutz (Schutz gegen Niederschläge) bei Spaltlüftung

nein

nein

ja

ja

ja

ja

nein

oben: ja unten: bedingt

bedingt (mit Zusatz an oberer Öffnung)

Bewegungsart bietet Schutz gegen Zuschlagen durch Wind

nein

nein

nein

mit Zusatzbeschlag

ja, mit entsprechendem Beschlag

nein

ja

ja

ja

nein ja

nein nein

bedingt ja

ja nein

ja nein

nein nein

ja ja

ja ja

ja bedingt

Möglichkeit der Kombination mit beweglichen Elementen innenliegend außenliegendend

A 5.21

43

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

t s o s

1 A 5.22

A 5.23

A 5.24

A 5.25

2

3

4

5

6 A 5.22

Das Verhältnis von nicht reflektierten zu reflektierten bzw. umgelenkten Strahlen beim Durchgang durch eine Struktur hängt von der Ausbildung der begrenzenden Randflächen und dem Größenverhältnis von freier Öffnung (o) zu Steg (s) und zur Tiefe (t) der Ränder ab, dargestellt in sechs Fallunterscheidungen. Je kleiner das Verhältnis Öffnung zu Strukturtiefe (o/t) und/oder das Verhältnis von Steg zu Strukturtiefe (s/t) ist, desto größer wird der Strahlungsanteil, der indirekt durch Reflexion(en) die Struktur passiert. Zusätzlich haben Neigungswinkel der auftreffenden Strahlung und Profil des Stegs (z. B. als verbleibendes Material zwischen Lochungen, als Faser, Gitter, Stab oder Lamelle etc.) Einfluss. bionische GFK-Lamellenkonstruktion mit Antriebskinematik, Themenpavillon, Expo 2012 in Yeouso (ROK), soma mit Knippers Helbig Advanced Engineering Stuttgart HygroSkin – Meteorosensitive Pavilion, Institute for Computational Design (ICD) der Universität Stuttgart Klassifizierung von acht grundsätzlichen Strukturen

Bewegungsarten von traditionellen Öffnungselementen Abb. A 5.21 (S. 43) zeigt grundsätzliche Varianten der Bewegungsarten von Öffnungselementen. Die geometrischen und kinematischen Prinzipien gelten traditionell für Fenster, sind aber gleichermaßen auf andere Bauteile zur Regulierung der Öffnung anwendbar, unabhängig von der gewählten Struktur, dem Material sowie dem Grad der Luft- und Lichtdurchlässigkeit (ob transparent, transluzent oder opak). Aus den unterschiedlichen Lösungen resultiert die Gebrauchsfähigkeit im Kontext mit den vielfältigen an das Öffnungselement gestellten Anforderungen und mit weiteren Aspekten, von denen einige im Sinne eines Vergleichs in der Tabelle aufgelistet sind. Bioinspirierte Biege- und Faltmechanismen Seit einigen Jahren hat vermehrt auch die Bionik (Kunstwort aus Biologie und Technik) in die Architekturdiskussion Einzug gehalten. Erkenntnisse aus beobachteten Phänomenen und Wirkungsweisen der belebten Natur werden auf technische Fragestellungen angewendet [12] (Abb. A 5.24). An einigen Universitäten, z. B. am Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen der Universität Stuttgart (Prof. Jan Knippers), gibt es Forschungsprojekte zu wandelbaren Konstruktionen in der Architektur. Mit dem Ziel, adaptive Fassaden zu entwickeln, werden biologische Grundmechaniken identifiziert und in abstrahierter Form in die Technik übertragen [13]. Ein neuartiges adaptives System mit kinematischen Wirkprinzipien ohne mechanische Komponenten hat das Institute for Computational Design (ICD) der Universität Stuttgart (Achim Menges) entwickelt. Der intelligente Einsatz des Quell- und Schwindverhaltens von dünnen Sperrholzflächen ermöglicht selbstregelnde Öffnungen, die auf Änderungen der relativen Luftfeuchtigkeit reagieren (Abb. A 5.24).

Strukturen für Flächenbauteile in der Gebäudehülle

A 5.23

A 5.24

44

Die Durchlässigkeit der Gebäudehülle und ihrer flächigen Bauteile resultiert aus den Eigenschaften der Schichten und Schalen ihres Aufbaus. Das Leistungsprofil ihres Zusammenwirkens wird durch geometrische (strukturelle) und an das Material sowie die Oberflächen gekoppelte Merkmale bestimmt. Strukturen [14] lassen sich nach ihrer Geometrie klassifizieren, um ihre Wirkprinzipien und Leistungsfähigkeit sowie Wechselwirkungen bei der gegenseitigen Überlagerung herauszustellen [15]. Danach werden insgesamt acht grundsätzliche Varianten [16] unterschieden und ihr Potenzial für eine Anpassung und Veränderung der Durchlässigkeit aufgezeigt. Abb. A 5.25 stellt tabellarisch die unterschiedlichen morphologischen Merkmale heraus und ordnet den Strukturen Bildbeispiele

aus Natur und Technik zu. Den geometrischen Merkmalen können unterschiedliche Materialien (auch Smart Materials) zugewiesen werden, die opak, transparent oder transluzent sind. Die Reihe kann mit weiteren, allerdings sehr spezialisierten Strukturen wie z. B. Prismen [17] oder holografisch-optischen Elementen (HOE) [18] oder »Compound Parabolic Concentrators« (CPC) fortgeführt werden [19]. Beeinflussung der Durchlässigkeit

Jede Struktur stellt ein Hindernis beim Durchströmen von Gasen bzw. Luft, Strahlung und Schall dar und ist daher in der Lage, diese zu beeinflussen. Beeinflussung von Gasen / Luft Die Widerstände, die Einzelteile wie Stäbe, Lamellen oder Faserstränge einem durch Wind oder thermische Kräfte induzierten Luftstrom (ob laminar, also gleichmäßig, oder turbulent) entgegenbringen, fallen je nach Formgebung unterschiedlich aus. Rein qualitativ betrachtet stellen runde, besser noch parallel zur Strömungsrichtung angeordnete linsen- oder tropfenförmige Einzelelemente einen geringeren Widerstand dar als kantige [20]. Beeinflussung von Strahlung Das Verhältnis von geschlossenen Flächenanteilen zu freien Öffnungsflächen (z. B. bei einer Lochung) sowie Anteil und Ausbildung von Randflächen (z. B. Tiefe eines Stabs) beeinflussen die Quantität und Qualität des Strahlungsdurchgangs (Abb. A 5.22). Bedingt durch die Wellennatur werden Strahlen an Rändern von Hindernissen gebeugt, d. h. abgelenkt, die Welle breitet sich im geometrischen Schattenraum des Hindernisses aus. Je größer der Randanteil zur Öffnung, desto stärker ist der Effekt, der bei Fotoaufnahmen mit kleinen Blendenöffnungen als Beugungsunschärfe allgemein bekannt ist. Der diffuse Lichtanteil steigt demnach mit kleiner werdender Öffnung. Das Auflösungsvermögen des Auges beträgt ca. 1 Bogenminute (= 1/60°), was bedeutet, dass wir bei einem Betrachtungsabstand von 1 m Dimensionen mit ca. 0,3 mm gerade noch wahrnehmen können. Diese Effekte tragen u. a. dazu bei, dass sich Strukturen mit kleinen, aber eng beieinanderliegenden Öffnungen bei der Betrachtung gegen ein helleres Lichtmilieu entmaterialisieren und wir das Dahinterliegende nahezu komplett wahrnehmen können. Gleichzeitig verfügt das menschliche Gehirn über die Fähigkeit, nicht auf der Netzhaut abgebildete Informationen mithilfe vorhandener zu ergänzen. Die dafür notwendige Öffnungsgröße bzw. der verbleibende Materialanteil sind demnach vom Betrachtungsabstand abhängig. Beeinflussung von Schall Poröse Absorber mit offenporigen Oberflächen absorbieren Schallwellen mittlerer und hoher Frequenz, während sich für tiefere Frequenzen biegeweiche Platten besser eignen. Glatte und

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

harte Oberflächen reflektieren Schallwellen bekanntermaßen gut. Merkmale und Leistungsfähigkeit von Strukturen

Die Leistungsfähigkeit der einzelnen Strukturen bei der Veränderung der Durchlässigkeit ist sehr unterschiedlich. Es gibt universelle (z. B. Lamellen) und eher für bestimmte Aufgaben (z. B. Lichtumlenkung) spezialisierte Strukturen. Überlagerungen gleicher oder unterschiedlicher Strukturen in mehreren Ebenen können das Leistungsniveau und -spektrum erheblich steigern. Geschlossene Flächen Definitionsgemäß besitzen geschlossene Flächen keine Öffnungen für den Lufaustausch. Raumabschluss bzw. thermische Trennung sind Funktionen, die geschlossene Flächenbauteile erfordern. Mittels Bewegung (z. B. Drehflügel) erlauben sie dennoch Öffnungen in der Gebäudehülle z. B. zum Lüften und /oder als Zugänge. Geschlossene, aber lichtdurchlässige Bauteile wie Verglasungen eignen sich für die Kombination mit anderen Strukturen, z. B. Bedruckungen (addierte Einzelflächen, lineare Strukturen) oder Einlagen (z. B. Lichtraster) im Scheibenzwischenraum von Mehrscheiben-Isolierverglasungen. Die Permeabilität (falls für Strahlung vorhanden) kann – ohne die Möglichkeiten von Überlagerungen, Faltungen, Raffungen etc. –

räumliche Strukturen

Einzelelemente, flächig zu linear

Grundprinzipien

Symbol

mit rein geometrischen /mechanischen Mitteln nicht verändert werden. Lediglich durch physikalisch strukturelle oder chemisch substanzielle Veränderungen des jeweiligen Materials sind Anpassungen denkbar (Smart Materials).

z. B. Laubbäume. Eine entsprechende Veränderbarkeit, also Beweglichkeit der Flächen, ist an aufwendige Technik geknüpft. Deshalb werden in der Praxis meist Bedruckungen oder in die Verglasungen integrierte Einzelflächen in Form von Photovoltaikmodulen als Verschattungselemente eingesetzt.

Perforierte Flächen Freie Öffnungen ermöglichen einen gleichzeitigen Strahlungs- und Luftaustausch. Dünnwandige Flächenbauteile wie Folien oder Metallplatten lassen sich über computergesteuerte Prozesse rationell und individuell perforieren. Bewegliche perforierte Elemente wie z. B. Faltschiebeläden eignen sich für wirkungsvollen Sonnen-, Blend- und Sichtschutz und sind bei entsprechender Lochung und Lichtsituation von einer Seite blickoffen und gleichzeitig von der anderen Seite blickdicht (Abb. A 5.27, S. 46). Bei entsprechender Geometrie sind zeitgleich sowohl Luftaustausch als auch Schlagregenschutz möglich.

Lamellenstrukturen Das bedeutende Prinzip der Lamellen hat eine lange Tradition und findet sich in vielen technischen Anwendungen. Bei drehbaren Lamellen ist eine gute und gegebenenfalls stufenlose Veränderung der Durchlässigkeit möglich (Abb. A 5.28, S. 46). Große Vielfalt ist durch Kombination folgender geometrischer und kinematischer Variablen gegeben: • Größe und Form der Lamellen (eben, gekrümmt, gefaltet) • Abstand und Überlappungsgrad • Drehbarkeit • platzsparende Paketierbarkeit.

Addierte Einzelflächen Einzelflächen lassen sich überlappend und / oder mit Abstand zu einem Flächenbauteil addieren. Die veränderbaren geometrischen Parameter der Flächen und ihrer Bezüge sind zahlreich, sodass eine hohe Variabilität hinsichtlich der Durchlässigkeit z. B. für Strahlung und Luft erzielbar ist. Wie leistungsfähig solche Strukturen als Schattenspender sind, zeigen

Stabförmige, lineare Strukturen Lineare Einzelelemente mit gegebenenfalls unterschiedlichen Querschnittsformen werden zu größeren flächigen Bauteilen zusammengefasst (Abb. A 5.26, S. 46). Das Prinzip eignet sich universell für die Regulierung von Stoffströmen und Strahlung, die mittels Veränderung der Abstände erfolgen kann. Auch Paketierungen bieten sich an. Bei Einsatz und

Erläuterungen, Beispiele

Bildbeispiel Natur

Bildbeispiel Technik

Flächen, geschlossen

flächige Bauteile, ohne ersichtliche Öffnungen (z. B. Platten, Folien, dichte Gewebe)

Baumrinde

Holzplatte

Flächen, perforiert

Flächen, regelmäßig oder unregelmäßig perforiert, Öffnungen unterschiedlicher Form, Größe und Dichte (z. B. gelochte Platten, Folien)

Membran

Lochblech

Einzelflächen, addiert

addierte Einzelflächen unterschiedlicher Form und Größe, auf Lücke oder überlappend (meist nur in Verbindung mit anderen Strukturen)

Blätter

PV-Zellen

Lamellenstrukturen

Lamellen unterschiedlicher Form, Größe und Neigung, vertikal oder horizontal, mit unterschiedlichen Abständen

Pilz

Aluminiumlamellen

stabförmige / lineare Strukturen

addierte lineare, stab- oder streifenförmige Einzelelemente unterschiedlicher Querschnittsform und Größe, mit unterschiedlichen Abständen

Bambus

Holzstäbe

offene Gitter-/Gewebestrukturen

gitter-, netz- oder gewebeartige Strukturen aus linearen Einzelelementen unterschiedlicher Form und Größe, mit unterschiedlichen Abständen

Spinnweben

Holzgeflecht

offene zellartige, räumliche Strukturen

regelmäßige zellartige, in einer Richtung offene Strukturen unterschiedlicher Form und Tiefe (z. B. Waben, Gitter aus flächigen Elementen etc. bis hin zu geometrisch aufwendigen Lichtlenkrastern)

Bienenwaben

Papierwabe

offene, amorphe, räumliche Strukturen

räumliche unregelmäßige, zellartige oder faserige oder gespinstartige Strukturen (z. B. Faserplatten, aufgeschäumte offene Strukturen)

Vogelnest

Metallschaum A 5.25

45

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

Überlagerung in mehreren Ebenen steigert sich das Leistungsspektrum. Je nach Querschnittsform der Einzelelemente kann ein Drehen um die Längsachse der Stäbe (wie bei Lamellen) die Durchlässigkeit verändern. Das Prinzip kommt auch als lineare, streifenförmige Beschichtungen auf anderen Trägern wie z. B. Glasplatten zur Anwendung.

A 5.26

Offene Gitter- und Gewebestrukturen Das Fügen von linearen Einzelelementen zu einem Gitter, Geflecht oder Gewebe mit einem Anteil an freien Öffnungen ist in vielfältiger Weise möglich und hat eine sehr lange Tradition. Eine Veränderung der Durchlässigkeit der Strukturen selbst ist praktisch kaum umsetzbar (Ausnahme: Scherengitter), gelingt aber durch Faltung oder Überlagerung in mehreren Ebenen, dabei können sich MoiréEffekte ergeben. Das Leistungsspektrum offener Gitter- und Gewebestrukturen ähnelt dem von perforierten Flächen. Insbesondere Gewebe haben eine weite Verbreitung im Innen- und Außenbereich von Fassaden. Grund dafür ist auch die sehr platzsparende Möglichkeit der Paketierung durch Aufrollen oder Raffen. Gewebe können blickoffen oder blickdicht sein. Mittels Vorspannung und/oder Einsatz in zweiachsiger Krümmung sind formstabile Flächen auch bei Windangriff zu erzielen.

A 5.27

Offene zellartige räumliche Strukturen Offene zellartige räumliche Strukturen haben z. B. als Lichtraster (richtungsselektives System) oder transluzente Wärmedämmung schon seit Langem Eingang in die Fassadentechnologie gefunden. Strahlung kann bewusst durch Reflexionen (verspiegelte Lichtraster) ausgeblendet oder auch weitergeleitet (transparente Wärmedämmung) werden. Eingeschlossene Gasvolumen wirken wärmedämmend. Wabenstrukturen spielen im Leichtbau bei Sandwichkonstruktionen eine große Rolle.

A 5.28

Offene amorphe räumliche Strukturen Unter offenen amorphen räumlichen Strukturen sind offenzellige Gespinste oder schaumartige Materialien zu verstehen. Sie eignen sich grundsätzlich zur Luftfilterung, Lichtstreuung und Schallabsorption. Kombination und Überlagerung von Strukturen

Gleiche oder unterschiedliche Strukturen lassen sich in mehreren Ebenen hintereinander anordnen, als Schichten und/oder Schalen, in starren oder beweglichen Konstellationen. Für die gewählte Anordnung kann es verschiedene Gründe geben: • konstruktive Aspekte • das Zusammenspiel ermöglicht erst die beabsichtigte Funktion • durch bewegliche Überlagerung wird die Fläche veränderbar A 5.29

46

• verschiedene Funktionen werden auf unterschiedliche Strukturen zur Erfüllung eines komplexen Leistungsprofils verteilt So wird durch die Kombination die Leistungsfähigkeit bezüglich einer Funktion gesteigert und/oder mehrere Funktionen (Schutz- und/ oder Regelfunktionen) miteinander verschmolzen. Abb. A 5.30 veranschaulicht und erläutert anhand von Beispielen die Überlagerung von Strukturen in zwei Ebenen.

Anmerkungen: [1] vgl. Sobek, Werner; Haase, Walter: Adaptive Systeme und Materialien. In: Deutsches Architektenblatt 01/2005, S. 14–17 [2] Daniels, Klaus: Technologie des ökologischen Bauens. Basel/Boston/Berlin 1999, S. 36 [3] Danner, Dietmar; Dassler, Friedrich H.; Krause, Jan R. (Hrsg.): Die klima-aktive Fassade. LeinfeldenEchterdingen 1999, S. 67ff.: »Die hygienisch erforderlichen Luftwechselraten sind in den europäischen Regelwerken uneinheitlich geregelt, es gibt aber eine gewisse Häufung bei 30 m2/h und Person.« [4] vgl. ebd., S. 69ff. [5] Der Begriff der polyvalenten Wand wurde 1981 von Mike Davis (Mitarbeiter bei Richard Rogers and Partners) formuliert. Die Glasindustrie verfolgt weiterhin die Umsetzung leistungsfähiger polyvalenter Glasfassaden, bei denen möglichst alle Funktionen spezialisierten Schichten und Strukturen einer Mehrscheiben-Isolierverglasung zugeordnet werden. Vorteilhaft ist, dass es sich um industriell gefertigte Produkte handelt und die integrierten Strukturen wie z. B. metallisch bedampfte oder bedruckte Oberflächen vor Witterung und Verschmutzung geschützt sind. Nachteile sind: • keine Hinterlüftung der integrierten Strukturen • Anordnung aller Schichten und Lagen nur parallel zur Glasebene möglich • Begrenzung der räumlichen Tiefe der Strukturen auf den Scheibenzwischenraum • Austausch oder Reparatur der integrierten Strukturen ohne Zerstörung des Glasproduktes meist nicht möglich, von daher Einbau von anfälliger Mechanik fragwürdig • Entsorgung von Verbundkonstruktionen möglicherweise problematisch [6] siehe dazu die Definitionen von Schichten und Schalen in: Herzog, Thomas; Krippner, Roland; Lang, Werner: Fassaden Atlas. München 2004, S. 28, 36 [7] vgl. Hausladen, Gerhard u. a.: ClimaDesign. München 2005, S. 52 (Fassadenaufteilung) und Westenberger, Daniel: Untersuchungen zu Vertikalschiebefenstern als Komponenten im Bereich von Fassadenöffnungen. Dissertation TU München 2005 [8] Zürcher, Christoph: Bauphysik. Ein Repetitorium. Zürich 1998, S. 106: »Die Tageslichtquotienten nehmen in Räumen mit einseitiger Fensteranordnung mit zunehmender Entfernung vom Fenster ab. Je höher die Fenster angeordnet sind, desto größer wird der Tageslichtquotient im fensterfernen Bereich, und die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung nimmt zu«. [9] vgl. VDI-Richtlinie 2221 »Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte«. Düsseldorf 1993, Pkt. 6: Begriffe, S. 39ff.: »Effekt: Das immer gleiche, voraussehbare, durch Naturgesetze bedingte Geschehen physikalischer, chemischer oder biologischer Art.« und VDI-Richtlinie 2222 Blatt 1 »Konstruktionsmethodik – Methodisches Entwickeln von Lösungsprinzipien«. Düsseldorf 1996, S. 5ff. [10] wie Anm. 1 [11] ebd. [12] Vor allem Werner Nachtigall machte das Thema mit vielen Veröffentlichungen populär. Bei Anwendung

Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen

wissenschaftlicher Methoden lassen sich neue Lösungsansätze für technische Aufgaben finden. Das bekannteste Beispiel in diesem Zusammenhang ist der sogenannte Lotuseffekt, der bei Beschichtungen mit selbstreinigenden Oberflächen bei Glasprodukten Pate stand. Der interdisziplinäre Sonderforschungsbereich 230 »Natürliche Konstruktionen« als eine Einrichtung der Universitäten Stuttgart und Tübingen wurde von Juli 1984 bis Dezember 1995 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Ein Ziel der Forschungen war das umfassende Verständnis von anthropogenen und biologischen Konstruktionen. Zu den Gründungsmitgliedern gehörte u. a. Frei Otto. »Über die Analyse einzelner Konstruktionen hinaus war angestrebt, Erkenntnisse über ›das Werden von Konstruktionen‹ in Natur und Architektur zu erarbeiten und in Zusammenhang mit dem Wissenschafts- und Naturverständnis der Gegenwart zu setzen.« (www.technosophie.de/pdf/Sonderforschungsbereich, 2012) Aktuelle Arbeiten: Eine Gruppe von Architekten, die im Umfeld von Stefan Behling an der Universität Stuttgart gearbeitet und meist auch zu dem Thema promoviert haben, beschäftigt sich mit bionisch inspirierten anpassungsfähigen Gebäudehüllen. [13] [13] siehe dazu: Flectofin® als »bio-inspirierte, wandelbare Konstruktion für die Architektur«, entwickelt u. a. am Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE), Universität Stuttgart. (www.itke.uni-stuttgart. de, 22.11.2011) »BioSkin«, ein Projekt, das im Rahmen des österreichischen Forschungsförderprogramms »Haus der Zukunft Plus« unterstützt wird. Unter dem Begriff »BioSkin« wurden von 2009 bis 2012 Forschungspotenziale für bionisch inspirierte energieeffiziente Fassadentechnologien im Sinne einer Grundlagenstudie untersucht. »Durch die Identifikation von nutz-

baren Prinzipien biologischer Vorbildmodelle und Übersetzung in bionische Fassadenkonzepte sollen interdisziplinäre F&E-Aktivitäten für die Entwicklung von klima-adaptiven energieeffizienten Fassadensystemen der Zukunft angeregt und Perspektiven für Innovationen eröffnet werden«. (www.bionicfacades. net, 22.11.2011) [14] Der Begriff »Struktur« wurde gewählt, weil er einerseits sehr universell im Sinne von Aufbau, Gefüge und Ordnung gebraucht wird, andererseits im technischen Bereich konkret mit gegliederten flächigen Bauteilen und Werkstoffgefügen assoziiert wird (z. B. Gewebestruktur, Wabenstruktur, Gitterstruktur, Lamellenstruktur etc.). [15] Bonfig, Peter: Wirkungsmöglichkeiten von beweglichen Fassadenteilen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dissertation TU München 2007 [16] ebd., S. 36, 38: »Größenordnungen: Bei der Betrachtung ist die absolute Größe der strukturbildenden geometrischen Merkmale von Relevanz. Mit fortschreitendem Miniaturisieren in vielen Bereichen (z. B. Halbleitertechnologie) stellt sich die Frage, in welcher Größenordnung die Strukturen betrachtet werden sollen und können. Bei vielen Produktionsprozessen (z. B. bei der Metallbearbeitung) ist die Berücksichtigung bis zu einem Mikrometer (tausendstel Millimeter, millionstel Meter) Standard. Die Nanotechnologie beschäftigt sich mit Effekten, die in Dimensionen von Nanometern (millionstel Millimeter, milliardstel Meter) auftreten. Solche Dimensionen, die nur mit Hilfe von Elektronen- oder Rasterkraftmikroskopen erfasst werden können, sind im vorliegenden Fall nicht Bestandteil der Untersuchungen. Berücksichtigt werden Größenordnungen der strukturbildenden Merkmale (z. B. Lochgröße und -abstand bei perforierten Flächen), die sowohl konstruktive und baupraktische Belange erfüllen als auch bei der Beeinflussung der vier Kategorien (Stoffströme wie Luft, elektromagnetische Strahlung und Schallwellen) von Bedeutung sind. Die gewählte

[17]

[18]

[19]

Erst durch die verschiebbare Überlagerung lässt sich effektiv die Durchlässigkeit von perforierten Flächen verändern. Dabei können Moiré-Effekte auftreten.

• gleiche Strukturen • gleiche Aufgaben

Zueinander verschiebbare Stabstrukturen in zwei oder mehreren Ebenen sind sehr gut geeignet, um die Durchlässigkeit zu beeinflussen. Strahlung bestimmter Neigung ist wie bei Lamellenstrukturen ausblendbar.

[20] Mit Überlagerung offener Gitter- oder Gewebestrukturen lassen sich andere Durchlässigkeiten erzielen (z. B. einlagig: blickoffen; zweilagig: blickdicht).

Bezeichnung ›offen‹ oder ›Öffnungen‹ erfordert Dimensionen, die auch mit dem bloßen Auge bei näherer Betrachtung noch gut erkennbar sind. Im Allgemeinen bewegt sich die Größenordnung je nach strukturbildendem geometrischen Merkmal zwischen ca. 0,1 (Lochdurchmesser bei Perforationen) bis ca. 500 mm (Abstand/Größe von Lamellen). […] Effekte, die bei der Fortleitung von Lichtwellen (z. B. in Aerogel, mikroporösem Glas mit Lufteinschlüssen, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind) kleinere Dimensionen erfordern, sind nicht berücksichtigt. Sie fallen aus der gewählten Betrachtungsweise heraus.« Prismen: Auftreffendes Licht wird an den Grenzflächen je nach Neigung und Geometrie des Prismas total reflektiert oder gebrochen (umgelenkt). Das Prinzip wirkt richtungsselektiv. Diese Eigenschaften werden schon seit Langem für eine effektive Tageslichtnutzung eingesetzt. Neben Prismenplatten aus Glas oder Acrylglas gibt es auch Prismenfolien. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg (ISE) hat mikrostrukturierte Prismenfolien entwickelt, die z. B. im Scheibenzwischenraum von Mehrscheiben-Isolierverglasungen integriert werden können. Vgl. dazu: Wittwer, Volker u. a.: Entwicklung von SonnenschutzVerglasungen mit optisch funktionalen Mikrostrukturen. In: Leistungen und Ergebnisse. Jahresbericht 2002. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Freiburg 2003, S. 20ff. Holografisch-optische Elemente (HOE): Lineare Mikrostrukturen (Beugungsgitter) beugen Lichtstrahlen bestimmter Einfallswinkel. Mit diesem Effekt kann Licht selektiv umgelenkt, reflektiert oder gebündelt werden. Die Struktur wird auf hochauflösende Filme mittels Laserstrahlen projiziert, entwickelt und in Glas eingebettet. CPC-Strukturen (Compound Parabolic Concentrator): Die Lichtsammellinsen wurden im Fachbereich der nicht abbildenden Optik entwickelt, um eine effiziente Kollektion und Bündelung von fernen Lichtquellen zu ermöglichen. In parabolisch geformten Strukturen wird innerhalb bestimmter Grenzwinkel eintreffendes Licht durch Mehrfachreflexionen auf einen Reflektor im Brennpunkt geleitet und dann zurückgeworfen. Sie können interferenzlithografisch als Mikrostrukturen hergestellt werden. Prinzip, Zielsetzung: • Totalreflexion von direktem Sonnenlicht bestimmter Neigung • Durchlässigkeit für diffuses Himmelslicht – totale Reflexion in einem größeren Winkelbereich als bei Prismen –, keine Zerlegung in Spektralfarben Quelle: Kuckelkorn, Thomas: Nichtabbildende Konzentratoren für den Sonnenschutz in Gebäuden, Dissertation TU München 2002 vgl. Idlechik, I. E.: Handbook of Hydraulic Resistance. Berlin 1986

A 5.26

A 5.27 • unterschiedliche Strukturen • gleiche Aufgaben

• unterschiedliche Strukturen • unterschiedliche Aufgaben

Die geschlossene, aber zwingend lichtdurchlässige Fläche dient gleichzeitig als Träger für andere Strukturen wie z. B. addierte Einzelflächen. Beispiele: Bedruckungen auf Folien oder Glasplatten.

A 5.28

Lamellen als starrer oder beweglicher Witterungs- und ggf. Einbruchschutz vor öffenbaren Flächen. Oder: Lamellen als Sonnenschutz oder zur Lichtlenkung in Kombination mit transparenten oder transluzenten öffenbaren Flächen.

A 5.29 Aufgabenteilung für Dauerlüftungsfunktion: Lamellen als Witterungsschutz, Gitter als Insektenschutz, bewegliches Öffnungselement als Teil der thermisch trennenden Hülle. A 5.30

tropisches Gewächshaus »Umbracle« im Parque de la Ciutadella, Barcelona (E) 1888, Josep Amargós profilierte Lochbleche (Ø ca. 20 mm), Fünf Höfe, München (D) 2003, Herzog & de Meuron Fenster mit innenliegenden beweglichen Lamellen, Wohnhaus in St. Kilda (AUS). Die Oberlichtzone bleibt frei von Lamellen für gute Tageslichtnutzung, innenliegende Lamellen regulieren den Durchlass von Sonnenstrahlung und Ein- und Ausblicke. Gute Reflexion durch weiße Oberfläche zur Reduktion von Aufheizung und ungünstigen sekundären thermischen Effekten. Vertikalschiebefenster sind nicht störend im Innenraum, befinden sich immer in stabiler Lage (wichtig in windreichen Regionen) und erlauben effektive und gut dosierbare Spaltlüftung. Sicht- und Blendschutz mit Geflecht aus Ästen der Robinie, Umbau Restaurant Blauer Bock, München (D) 2004, Boesel Benkert Hohberg Architekten Beispiele für in zwei Ebenen kombinierte Strukturen gleicher und unterschiedlicher Art.

A 5.30

47

Teil B

1

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen 50 Wärmeschutz 51 Feuchteschutz, Abdichtung, Schlagregendichtigkeit 59 Luft- und Fugendurchlässigkeit, Mindestluftwechsel 61 Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung 64 Wärme- und Feuchteschutz – Zusammenfassende Hinweise 65 Schallschutz 66 Brandschutz 70 Elektromagnetische Dämpfung 73 Mechanische Anforderungen 73 Barrierefreiheit 79 Belichtung und Sichtbezug 80 Beurteilungs- und Prüfungskriterien von Verglasungen 80 Maße und Toleranzen 82 Dauerhaftigkeit und Nutzungsdauer 83

2

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten Füllungsmaterial Glas Weitere Füllungsmaterialien Fensterarten, Rahmenprofile und Fügetechniken Fenster im Dachbereich Brandschutzverglasungen Öffnungselemente als natürliche Rauchund Wärmeabzugsgeräte (NRWG) Elektronische Komponenten

3

4

Abb. B

horizontale Faltläden aus perforiertem Kupferblech, Konservatorium Claude Debussy, Paris (F) 2013, Basalt Architecture

Grundlagen I

Baukörperanschluss und baulicher Kontext 3-Ebenen-Modell Befestigung und Lastabtragung Abdichtung von Bauteilanschlussfugen Gewerkeschnittstellen und Einbauzeitpunkt Einbauteile und Ergänzungen im Bereich der Öffnung Außentüren Fassadentypen – Begriffe und Systeme Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal Konstruktionsprinzipien unterschiedlicher Fenstertypen Funktionsweisen Fenstermaterialien Ertüchtigung – Bandbreite an Situationen Resümee

86 86 97 100 115 116 118 119

120 121 121 128 136 136 139 144

148 149 153 157 161 167

49

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen Jan Cremers mit Ulrich Sieberath, Ingo Leuschner (Institut für Fenstertechnik (ift) Rosenheim) [1]

B 1.1

Öffnungen in Gebäudehüllen unterliegen umfangreichen Anforderungen, die sich hinsichtlich Ursprung und Charakter stark unterscheiden (Abb. B 1.3). Diese ergeben sich u. a. aus: • der individuellen Planungsaufgabe • den am Standort gegebenen Außenbedingungen (Klima, Höhenlage etc.) • Behaglichkeitskriterien im Innenraum • energetischen Anforderungen (z. B. Wärmeschutz) einschließlich einer angepassten Lüftungsstrategie (Luftqualität, Feuchteschutz) • Anforderungen an eine ausreichende Tageslichtversorgung in geeigneter Qualität (z. B. Blendfreiheit) • konstruktiven Gegebenheiten (Baukörperanschluss, Materialien, Bewegungen, Setzungen etc.) und mechanischen Einwirkungen • gestalterischen Bedingungen und Zielen • der lokalen Verfügbarkeit von Materialien und Technologien • Betrachtungen von möglichen Umweltwirkungen (z. B. im Zusammenhang mit Zertifizierungssystemen, siehe »Lebenszyklusbetrachtung zu Fenster und Außentür«, S. 208ff.) • wirtschaftlichen Randbedingungen (Budget,

•

• • • • •

Aufwand für Wartung und Instandhaltung, erwartete Nutzungsdauer) normativen, regulatorischen Randbedingungen (z. B. Bauordnungen, Gesetze und Verordnungen, Normen, technische Regelwerke, Maßnahmen zur Energieeinsparung und -effizienzsteigerung) dem Schallschutz dem Brandschutz elektromagnetischer Belastung den Anforderungen bezüglich Maßen und Toleranzen den Ansprüchen an Dauerhaftigkeit / Lebenszyklus / Umweltwirkungen

Eine Priorisierung der einzelnen Punkte erfolgt immer individuell in Abhängigkeit von der jeweiligen Planungsaufgabe. Als Hilfestellung dient die inzwischen stark überarbeitete Fassung der DIN 18 055 »Kriterien für die Anwendung von Fenstern und Außentüren nach DIN EN 14 351-1«, die als Ergänzung zur Produktnorm für Fenster und Außentüren (DIN EN 14 351-1) gilt und wichtige Hinweise für Planer enthält.

Funktionen des Wärmeschutzes baukonstruktive Funktionen

B 1.1 B 1.2 B 1.3

Lüftungsöffnungen eines Stallgebäudes bei Marburg (D) Funktionen des Wärmeschutzes Bedingungen und Anforderungen an Öffnungen in Gebäudehüllen

physiologische Funktionen

ökologische Funktionen

ökonomische Funktionen

Vermeidung von Diffusionsschäden

hygienische Funktionen

Erzielen eines behaglichen Raumklimas

Minimierung von nutzungsbedingtem Energieverbrauch

Minimierung von Energiekosten (Heizungs- und Kühlungskosten)

Vermeidung von Tauwasserschäden

Vermeidung von Schimmelpilzbildung

Schutz vor Unterkühlung und Überhitzung

Verlängerung der Funktions- und Nutzungsdauer der baulichen Substanz

Verlängerung der Nutzungsdauer der baulichen Substanz

Vermeidung von Zwängungsspannungen

Reduzierung von Staubbildung und Verwirbelung

Reduzierung der Raumluftströmungsgeschwindigkeit

Minimierung von Investitions- und Betriebskosten klimatechnischer Anlagen

Angleichung und Vereinheitlichung der Temperaturen der Wandoberflächen im Rauminneren an die Raumlufttemperatur B 1.2

50

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Die hier vorgestellten Ausführungshinweise beziehen sich im Wesentlichen auf Deutschland – bei bereits vollzogener Angleichung der Normung auch auf Europa –, in weiten Teilen jedoch nur auf vergleichbare klimatische Randbedingungen. So können z. B. bestimmte Anforderungen an den Wärme- und Feuchteschutz und daraus abgeleitete Planungshinweise in tropischen Klimazonen im ungünstigsten Fall sogar das Gegenteil bewirken. Die derzeitige klimatische Entwicklung und die daran orientierten energetischen Maßnahmen lassen in Zukunft weitere Konsequenzen für Gebäudehüllen und -öffnungen erwarten (z. B Schutz vor Hochwasser oder Starkwindereignissen bzw. Umgang mit den Folgen) [2].

• Wärmeleitung (über Festkörperleitung ¬s oder über ruhendes Gas ¬g) • Wärmeströmung (Konvektion ¬v, d. h. über sich bewegende Luftmoleküle) • Wärmestrahlung ¬r Für eine betrachtete Schicht ist die übertragene Energiemenge pro Zeit abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen beiden Schichtseiten, von der Weglänge (Schichtdicke) und der Wärmeleitfähigkeit ¬ [W/mK] der Schichtmaterialien. Der Anteil dieser drei Phänomene am Gesamtenergietransport schwankt u. a. je nach Material und Materialtemperatur. Die Wärmemenge Q wird als Energieform in der Einheit Joule [J] oder Wattstunden [Wh] angegeben. Der Wärmestrom Φ ist definiert als die pro Zeiteinheit übertragene Wärmemenge.

Wärmeleitung Wärmeleitung erfolgt, ohne dass sich das Material als Energieträger selbst bewegt. Sie ist verantwortlich für den Wärmetransport in festen Körpern oder ruhenden Gasen. In porösen Dämmstoffen findet Wärmeleitung über die in den Poren befindlichen Gase (Gaswärmeleitung) und über das Porengerüst statt (Festkörperleitung). Wärmeströmung (Konvektion) Bei der Wärmeströmung findet der Wärmetransport über Strömungsvorgänge größerer Mengen sich bewegender Teilchen statt. Man unterscheidet zwischen freier Konvektion, die durch natürlichen Auftrieb entsteht – also durch Dichteunterschiede als Folge von Temperaturunterschieden –, und erzwungener Konvektion,

Wärmeschutz In den meisten Klimazonen war und ist der Wärmeschutz für die Ausbildung von Gebäudeöffnungen ein zentrales Thema. Neben der Notwendigkeit Energie zu sparen, gibt es diverse Gründe, den Wärmedurchgang durch die Gebäudehülle zu reduzieren, von denen viele zueinander in Beziehung stehen (Abb. B 1.2). Die Physiologie des Menschen ist Grundlage für die Anforderungen an ein hygienisches und behagliches Raumklima. Jede Wärmeschutzmaßnahme tangiert und beeinflusst wiederum andere Bereiche: neben den Temperaturverhältnissen im Inneren z. B. Akustik und Luftqualität. Diese Effekte sollten von vornherein berücksichtigt werden. Gleichzeitig gibt es eine Reihe von potenziellen Konflikten, die gegeneinander abzuwägen sind (z. B. stehen ökologische Kriterien oft hygienischen oder ökonomischen Anforderungen entgegen). Da die auf ein Gebäude einwirkenden Außenbedingungen dynamischer Natur sind, entziehen sich Wärmedämmmaßnahmen rein statischen Betrachtungen, auch wenn sie bislang in den einschlägigen Vorschriften so behandelt werden. Dies gilt insbesondere für strahlungsdurchlässige Bauteile und damit für die meisten Gebäudeöffnungen. Aus dem Zusammenhang von solaren Energieeinträgen, transluzenten und transparenten Bereichen der Gebäudehülle, den Wärmespeichereigenschaften von Bauteilen und dem Luftaustausch zwischen außen und innen ergeben sich dynamische Wechselwirkungen zwischen dem Außenraum, der Gebäudehülle und dem Innenraum – und damit Konsequenzen für den Wärmestrom. Wärmeschutzmaßnahmen leisten – insbesondere bei geringer Wärmespeichermasse – einen wesentlichen Beitrag zum Ausgleich von Tag- und Nachtschwankungen der Rauminnentemperatur. Wärmetransport

Im Bereich der Gebäudehülle wird Wärmeenergie über drei unterschiedliche physikalische Phänomene stets von der wärmeren (energiereicheren) zur kälteren Seite übertragen (Abb. B 1.4, S. 52):

übergeordnete Randbedingungen: • gestalterische Ziele (Umfeld, Gebäude) • Verfügbarkeit von Materialien und Technologien • normative, regulatorische Gegebenheiten (z. B. LBO, EnEV, Verordnungen, Normen, technische Regelwerke) • Begrenzung relevanter Umweltwirkungen (z. B. im Zusammenhang mit Nachhaltigkeitszertifizierungssystemen) • Wirtschaftlichkeitsaspekte (Budget, Aufwand für Wartung und Instandhaltung, erwartete Nutzungsdauer)

Innenbedingungen:

Außenbedingungen am Standort:

• Lichtqualität und -menge • verträgliche Lichtkontraste

Behaglichkeit / Komfort

• operative Temperatur (Raumluft-, Oberflächentemperaturen) • Luftfeuchte • Luftbewegungsgeschwindigkeit • Luftqualität (CO2-Gehalt u. a.)

• solare Strahlung, Strahlungsumfeld

Kapitel C1, S. 170ff.

Kapitel C3, S. 198ff.

Kapitel B3, S. 120ff.

• akustisches Milieu (Schallpegel, Nachhallzeit)

• • • • • • • • •

Kapitel C1, S. 170ff.

Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit Niederschlag Wind Gas-, Staubbelastung, Emissionen Schall Luftdruckschwankungen elektromagnetische Strahlung Kleintiere und Insekten

• mögliche Brandszenarien • mechanischer Angriff/ Vandalismus • räumlicher, gestalterischer und kultureller Kontext

• Kommunikation innen /außen • Objekt- und Personenschutz (Einbruchhemmung, Absturzsicherung) • elektromagnetische Dämpfung • Brandfall (v. a. Brandwiderstand von Materialien, Abfuhr von Wärme und Rauchgasen) • Fluchtwegfunktion • Energiebereitstellung

Kapitel C4, S. 208ff.

Kapitel B2, S. 86ff.

Kapitel C1 und C2, S. 170ff.

Einwirkungen aus der Nutzung der Öffnung: Kräfte durch Benutzung, Bewegung von Teilen

Schutz- und Regelfunktionen

Einwirkungen aus dem Bauteil der Öffnung auf den Baukörper: Formänderungen, Bewegungen, Eigenlast, Temperaturwechsel

Anforderungen aus der Nutzung: Bewegungsraum, Begrenzung von Verletzungsrisiken, Dauerhaftigkeit, Barrierefreiheit, Universal Design Einwirkungen aus dem Baukörper: Toleranzen, Bewegungen, Setzungen, Temperaturwechsel B 1.3

51

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

–

+

–

+

–

+

Leitung

Konvektion

Strahlung B 1.4

Absorption Reflexion

Transmission

B 1.5

ΔPS T2

T1

ε1

ε2

B 1.6 Material

Emissivität εn (IR) [W/mK]

Ziegelwand

0,93

Betonwand

0,92

Glas

0,92

Wasser

0,93

Gips

0,85

Fliese (weiß, glasiert)

0,87

Holz

0,89

Kunststoffe

0,90

Aluminium (poliert)

0,04

Aluminium (oxidiert)

0,11– 0,20

Silber (poliert)

0,01– 0,02

Kupfer (poliert)

0,01– 0,02

Gold (poliert)

grad einer Fläche entspricht dem Emissionsgrad im gleichen Wellenlängenbereich, d. h., ein Körper, der im Infrarotbereich gut absorbiert, strahlt in diesem Frequenzbereich auch gut. Für die Übertragung von Wärmeenergie durch Strahlung spielt der Temperaturunterschied der beiden einander gegenüberliegenden Grenzflächen eine besondere Rolle, da er quantitativ in der vierten Potenz in das Ergebnis eingeht. Dies führt z. B. in Räumen mit Dachverglasungen, bei denen der klare Nachthimmel mit etwa -60 °C eine äußerst kalte Grenzfläche bilden kann, auch im Sommer zu erheblichen Strahlungswärmeverlusten. Durch den gleichen Effekt kann die Glasoberflächentemperatur in Übergangszeiten oder im Winter bei direktem Sichtbezug zum klaren Nachthimmel so weit unter die Lufttemperatur absinken, dass an der Oberfläche der Außenscheibe Tauwasser ausfällt und die Durchsicht für den Nutzer behindert oder sogar anfriert – ein bei Windschutzscheiben von Fahrzeugen bekanntes Phänomen. Durch verbesserte Ug-Werte (siehe »Wärmedurchgangswiderstand und -koeffizient«, S. 54f.) tritt der Effekt häufiger auf, da die Außenscheiben durch die bessere Dämmung kaum noch vom Innenraum erwärmt werden.

Wärmestrahlung und Emissivität Jeder Körper mit einer Eigentemperatur über dem absoluten Nullpunkt (0 Kelvin) gibt Wärmestrahlung, d. h. Strahlung im Infrarotbereich, ab. Je wärmer der Körper, desto kurzwelliger ist die emittierte Strahlung. Die auf eine Oberfläche auftreffende Strahlungsenergie kann reflektiert, absorbiert (aufgenommen) oder transmittiert (durchgelassen) werden (Abb. B 1.5), wobei alle Anteile dieser Einzelvorgänge in der Summe 100 % ergeben, da keine Energie verloren geht. Die Wärmestrahlung bedingt einen Wärmetransport, der durch den Austausch elektromagnetischer Strahlungsenergie zwischen zwei Körperoberflächen mit unterschiedlichen Temperaturen erfolgt, die durch ein für den entsprechenden Frequenzbereich strahlungsdurchlässiges Medium (z. B. Gas bzw. Luft) getrennt sind (Abb. B 1.6). Nach dem sogenannten Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann wird dabei folgende Gesamtstrahlungsleistung ΔPS abgegeben:

Low-E-Beschichtungen Über eine gezielte Beeinflussung der Oberflächenemissivität (Abb. B 1.7) lassen sich Wärmeverluste reduzieren, was beispielsweise seit vielen Jahren dank sogenannter Low-ESchichten (engl. »low-emissivity«) bei Wärmeschutzverglasungen erfolgreich Anwendung findet. Low-E-Schichten bestehen aus Edelmetallen, meist Silber, die mit ca. 10 nm so dünn sind, dass sie im Bereich des sichtbaren Lichts (380 –780 nm, siehe »Solar- und Wärmestrahlung – sichtbares Licht«, S. 172) eine hohe Transparenz aufweisen. Der Zusammenhang zwischen Wärme- und Solarstrahlung und dem Einsatz von Low-E-Schichten wird im Abschnitt »Wärmeschutzverglasungen« (S. 178f.) vertieft. Niedrige Oberflächenemissivitäten von Außenoberflächen reduzieren auch den beschriebenen Effekt des außenseitigen Zufrierens von Verglasungen, da diese weniger stark über Wärmestrahlungsverluste an den kalten Nachthimmel auskühlen.

ΔPS = A · ε1 · ε2 · σ · (T14 - T24) B 1.4

σ A T1, T2 ε1, ε2

Stefan-Boltzmann-Konstante 5,67 · 10 -8 [W/m2K4] Fläche der gegenüberliegenden Oberflächen [m2] Oberflächentemperaturen (T1 > T2) Oberflächenemissivitäten (unter Berücksichtigung der Strahlungsfähigkeit der jeweiligen Oberflächen)

Ein idealer (theoretischer) sogenannter schwarzer Strahler hat einen Emissionsgrad von ε = 1 = 100 %. In der Realität vorkommende Oberflächen sind »graue«, d. h. weniger intensive Strahler mit 0  0,002

Eis (bei 0 °C)

2,2

Wasser

0,60

Alkohol

0,17

Wasserstoff (H2)

0,175

Helium (He)

0,157

Methan (CH4)

0,034

Luft (78 % N2, 21 % O2)

0,026

Kohlendioxid (CO2)

0,017

Argon (Ar)

0,017

Pentan (C5H12)

0,013

Krypton

0,0095

Trichlorfluormethan (R11)

0,0085

Xenon

0,0055

(Vakuum)

(0) B 1.8

Wärmedurchlass [W/k]

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit von ruhender, trockener Luft liegt mit ca. 0,026 W/mK deutlich niedriger als bei den meisten festen Materialien. Daher beruht die Funktionsweise von konventionellen Dämmstoffen grundsätzlich auf dem Prinzip eines möglichst hohen Anteils ruhender Luft. Zusätzlich steigt die Dämmwirkung, wenn das die ruhende Luft umgebende Gerüstmaterial ebenfalls über eine geringe Wärmeleitfähigkeit verfügt und dessen volumenbezogener Anteil möglichst gering ist. Des Weiteren muss dieses Gerüst Konvektion innerhalb der Hohlräume unterdrücken und den Strahlungsdurchlass reduzieren, da ruhende Luft diese beiden Mechanismen nicht unterbinden kann. In der Praxis erreichen derart optimierte Werkstoffe wie leichte Kunststoffschäume oder Fasermatten Wärmeleitfähigkeiten, die nahe an die Werte für ruhende Luft heranreichen. Der volumenbezogene Gasanteil liegt bei solchen Materialien deutlich über 90 %. Abb. B 1.8 zeigt Wärmeleitfähigkeiten für ausgewählte feste, flüssige und gasförmige Stoffe. In Abhängigkeit von der Temperatur unterliegen diese Werte Schwankungen.

5

Leitung ruhendes Gas Konvektion Strahlung gesamt

4

3

2

1

0 0 Wärmedurchlass [W/k]

Das Emissionsvermögen einer Oberfläche wird durch Messung der Reflexion bei Bestrahlung mit verschiedenen Wellenlängen erfasst, wobei der Einfallswinkel nahezu senkrecht zur Oberfläche liegt. Der so ermittelte Reflexionswert R wird nach der Formel ε = 1 - R in den Emissionswert umgerechnet. In der Realität ist ein Einfallswinkel von 0° jedoch messtechnisch nicht umsetzbar, er wird daher mit einem Einfallswinkel von ≤ 10° angesetzt. Die Produkthersteller geben das normale Emissionsvermögen εn nach DIN EN 673 bzw. nach DIN EN 1096 an.

0,01

0,02

5

0,03 0,04 Scheibenabstand [m] B 1.9 Leitung ruhendes Gas Konvektion Strahlung gesamt

4

3

2

1

SZR

0 0

außen B 1.10

0,01

0,02

0,03 0,04 Scheibenabstand [m] B 1.11

53

konvektiver Wärmedurchlasskoeffizient h [W/m2K ]

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

5

Zweifachverglasung

Minimumpositionen Luft Argon Krypton Xenon

4

3

U-Werte

Dreifachverglasung

1

1

2

2

3

alte k-Werte

Ug

kv

Uw

kF

3

Wind

Wind

4

4 2

ψ

1

5

(-)

5

Uf 0

5

10

15 20 25 Abstand Glasscheiben [mm] B 1.12

Wärmeübergangswiderstand und -koeffizient

Der flächenbezogene Wärmeübergangskoeffizient h [W/m2K] gibt an, welcher Wärmestrom in einer Stunde von 1 m2 eines Materialgefüges bei einem Temperaturgefälle von 1 K an die angrenzende Luft bzw. an die nächste Schicht übergeht. Dabei wird zwischen ha (außen) und hi (innen) unterschieden. Der flächenbezogene Wärmeübergangswiderstand (Rsi bzw. Rse – Rs nach engl. »Resistor«) ist der Kehrwert des Wärmeübergangskoeffizienten und bezeichnet den Widerstand der jeweiligen Materialgefügeoberfläche bei der Wärmeübertragung. Obwohl dieser Effekt bei allen Schichtübergängen auftritt, ist er in der Praxis vor allem beim Übergang zwischen Innenluft und erster Schicht sowie zwischen letzter Schicht und Außenluft von Bedeutung. Dabei gilt: Rsi =

1 hi

Rse =

1 [m2K / W] ha

1 2

Glas Wärmedämmbeschichtung

3 4 5

Kovektion Wärmestrahlung Wärmeleitung

ψ

(-)

B 1.13

B 1.14

homogenes Bauteil dem Wärmestrom bei einer Temperaturdifferenz von 1 K auf 1 m2 zwischen seinen Oberflächen entgegensetzt. Er errechnet sich aus dem Wärmedurchlasswiderstand des Materialgefüges und den beidseitigen Wärmeübergangswiderständen Rsi und Rse. Wird ein mehrschichtiger Aufbau betrachtet, so sind die entsprechenden schichtbezogenen Durchlasswiderstände (im Beispiel s1 bis s3) im Verhältnis der einzelnen Schichtstärken zu addieren:

spielraum unter energetischen Aspekten von großer Bedeutung: Welche Dämmstoffstärken sind in der jeweiligen Situation erforderlich und angemessen? Mit welchen konstruktiven Lösungen und Materialien lassen sich U-WertVorgaben für ganze Fassaden einschließlich der Gebäudeöffnungen umsetzen (siehe »Temporärer Wärmschutz«, S. 58). Anders als in der Fassadenfläche ist die Dämmstoffstärke im Laibungsbereich der Öffnungen gut sichtbar – und damit ein wichtiges Gestaltungsthema. Im nordamerikanischen Raum wird statt des europäischen U-Werts der Wärmedurchgangswiderstand R verwendet. Der nordamerikanische »R-value« steigt also mit besserer Wärmedämmung an, verhält sich näherungsweise linear zur Dämmstoffstärke und wird in amerikanischen Basiseinheiten angeben, wobei gilt:

R=

1 s s s 1 + 1 + 2 + 3 + ha λ1 λ2 λ3 hi

Dieses übliche Verfahren ist insofern vereinfachend, als die Wärmedurchgangswiderstände der einzelnen Schichten als konstant und homogen angenommen und die Wärmeübergangswiderstände zwischen den einzelnen Schichten vernachlässigt werden. Der Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstands ist der Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert, früher k-Wert):

1 F ∙ sq ft ∙

h m2 = 0,176110 K ∙ Btu W

bzw. 1 U= [W/m2K] R

Die anzusetzenden Werte finden sich in DIN 4108 Teil 2 und Teil 3 sowie in DIN EN ISO 6946 (Abb. B 1.15). Besonders der äußere Wärmeübergangskoeffizient ha ist stark von den konvektiven Bedingungen der Einbausituation abhängig und wird z. B. durch Windverhältnisse bestimmt. Wärmedurchgangswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert)

Der flächenbezogene Wärmedurchgangswiderstand R gibt den Widerstand an, den ein

Je höher der U-Wert, desto schlechter ist die Wärmedämmeigenschaft. Da es sich um einen rein flächenbezogenen Wert handelt, können z. B. Wärmebrückeneffekte im Randbereich nur pauschal über prozentuale Abschläge oder eine detaillierte Einzelfallberechnung berücksichtigt werden. Der Zusammenhang zwischen Dämmschichtdicken und damit erzielbaren U-Werten ist wegen der Kehrwertbeziehung U = 1/R nicht linear. Diese Tatsache ist in der Praxis für den architektonischen Gestaltungs-

Wärmeübergangswiderstand [m2K / W]

aufwärts

Richtung des Wärmestroms horizontal

abwärts

Rsi

0,10

0,13

0,17

Rse

0,04

0,04

0,04

Die angegebenen Werte sind Bemessungswerte. Für die Angabe des Wärmedurchgangskoeffizienten von Bauteilkomponenten und in anderen Fällen, in denen von der Richtung des Wärmestromes unabhängige Werte gefordert werden oder die Richtung des Wärmestromes variieren kann, wird empfohlen, die Werte für den horizontalen Wärmestrom zu verwenden. Die Wärmeübergangswiderstände beziehen sich auf Oberflächen, die mit der Luft in Berührung sind. Der Wärmeübergangswiderstand ist nicht anwendbar, wenn die Oberfläche ein anderes Material berührt. B 1.15

54

kR

1K∙

m2 h = 5,678263 F ∙ sq ft ∙ W Btu

F sq ft h Btu

= Fahrenheit = square feet = hour(s) = British thermal unit

Spezielle Wärmedurchgangskoeffizienten im Bereich von Gebäudeöffnungen Da es sich bei Fenster- und Öffnungselementen selten um homogene Bauteile handelt, bedarf es einer differenzierten Betrachtung der einzelnen Bereiche, um einen Gesamtwärmedurchgangskoeffizienten zu ermitteln. In der Praxis werden dabei folgende Kennwerte für spezifische Wärmedurchgangskoeffizienten herangezogen: bezogen auf Bauteile Uw-Wert Fenster (w engl. »window«) Tür (d engl. »door«) Ud-Wert Ucw-Wert Vorhangfassade (cw engl. »curtain wall«) bezogen auf Komponenten

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

22.4 °C

18,2 15,1

8,3

8,7 °C B 1.16

Ug-Wert Uf-Wert Up-Wert Um-Wert Ut-Wert Ψ-Wert

Glasfläche (g engl. »glass«) Rahmenfläche (f engl. »frame«) Paneel (p engl. »panel«) Pfosten (m engl. »mullion«) Riegel (t für »transom«) längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient (Psi-Wert) des Glas- oder Paneelrands, bzw. der Baukörperanschlussfuge [W/mK]

Der Ug-Wert kennzeichnet das flächige Dämmvermögen einer Verglasung ohne Berücksichtigung des Abstandhalters bzw. des Randbereichs. In seine Berechnung gehen nach DIN EN 673 folgende Werte ein: • Oberflächenemissivitäten (insbesondere der Beschichtungen) sowie Einbaurichtung der Funktionsschichten und Gläser • Scheibenzwischenraum und Glasdicken • Art der Gasfüllung und vom Hersteller angestrebter Gasfüllgrad • Temperaturdifferenz zwischen den beiden äußeren Glasoberflächen von 15 K • äußere und innere Wärmeübergangskoeffizienten Messungen für die Angabe offizieller Ug-Werte erfolgen durch Prüfinstitute nach DIN EN 674. Für die Berechnung des Uf-Wertes, der sich auf die Fläche eines (Fenster-)Rahmens bezieht, wird ein individuelles Fensterglas durch ein (theoretisches) Paneel mit λ = 0,035 W/mK ersetzt. Der fensterbezogene Uw-Wert ergibt sich nach folgender Gleichung: UW = Af Ag AW Ig Uf, WB

Af ∙ Uf, BW + Ag ∙ Ug + Ig ∙ Ψ AW Rahmen- und Profilabwicklungsfläche [m2] Fläche der Verglasung nach DIN EN 10 077-2 [m2] Gesamtfensterfläche (inkl. Rahmenfläche) [m2] Länge des Glasrands, umlaufende Begrenzungslänge von Ag [m] Rahmenflächen- bzw. wärmebrückenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient

Um einen Vergleich von Angaben verschiedener Hersteller zu erleichtern, werden normgerechte Uw-Werte in Europa einheitlich für eine Fensterbezugsgröße von 1,48 ≈ 1,23 m angegeben. Die verglaste Fläche Ag bzw. die Fläche eines opaken Paneels Ap eines Bauteils ist im Zweifel die kleinere der beiden sichtbaren Flächen (z. B. bei Stufenfalzlösungen). Die Überlappung der verglasten Flächen durch Dichtungen wird dabei nicht berücksichtigt. Der früher gebräuchliche k-Wert für Fenster entspricht nicht genau dem heutigen Uw-Wert, da damals der sogenannte Ψ-Wert keine Berücksichtigung in der Berechnung fand (Abb. B 1.14). Der Ψ-Wert hängt von der Rahmenqualität, dem Glaseinstand und vor allem von der Qualität des Abstandhalters im Isolierglas ab. Ein hoher Ψ-Wert bedeutet einen gesteigerten Wärmetransport über den Randverbund. Typische Ψ-Werte bei einem Aluminiumfenster sind: 0,03 W/mK bei einem Abstandhalter aus Kunststoff (siehe »Abstandhalter und Randverbund, ›warme Kante‹«, S. 92f.) 0,07 W/mK bei einem Abstandhalter aus Edelstahl 0,11 W/mK bei einem Abstandhalter aus Aluminium

lichtnutzungspotenzial, bessere Aussicht und höhere solare Gewinne (aber möglicherweise auch höhere Kühllasten) bedeuten, spricht für schlanke Rahmen und große ungeteilte Glasflächen als Planungsziel (siehe »Größe und Anordnung von Öffnungen«, S. 182). Gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) besteht auch bei Austausch und Erneuerung von Fenstern im Gebäudebestand eine Mindestanforderung für den Wärmedurchgangskoeffizienten von maximal Uw = 1,3 W/m2K [3].

Die Einheit 1 W/mK bedeutet einen Verlust von 1 Watt pro 1 m Kantenlänge und 1 Grad Kelvin Temperaturdifferenz.

B 1.12

Der Einsatz von Fenstersprossen beeinflusst je nach Bauart den Ug- und damit den UwWert (siehe »Sprossenlösungen«, S. 94). Sie müssen daher nach DIN 4108-4 bzw. DIN EN 14 351-1 über einen entsprechenden Abschlag berücksichtigt werden (Abb. B 2.21, S. 94). Der fensterbezogene Uw-Wert hängt also neben der Qualität der verwendeten Komponenten auch vom Verhältnis Rahmen- zu Glasfläche und damit von der konkreten Einbausituation ab. Dass Rahmen und Glasrand gegenüber der Glasfläche wärmedämmtechnisch unterlegen sind und zudem größere Glasflächenanteile meist ein größeres Tages-

Wärmetransport durch die Gebäudehülle

Das Verhältnis der drei eingangs erläuterten Wärmetransportwege (Wärmeleitung, -strahlung und -konvektion) fällt auch für die Gebäudehülle in Abhängigkeit vom konkreten Materialaufbau und den zum Betrachtungszeitpunkt herrschenden Randbedingungen sehr unterschiedlich aus. Während bei schweren, opaken Wandaufbauten ohne trennende Luftschichten der Anteil der Wärmeleitung dominiert, spielt die Wärmestrahlung in der Bilanz bei leichten und permeablen Bauteilen (wie z. B. Fenstern) oft eine dominierende Rolle. Je nach den wärmetechnischen Eigenschaften eines Außenwandsystems stellt sich ein charakteristischer Temperaturverlauf über den

B 1.13

B 1.14

B 1.15

B 1.16

Einfluss der Gasfüllung im Scheibenzwischenraum auf den Ug-Wert der Verglasung Phänomene des Wärmetransports in einem Isolierglas (zwei- und dreifach) und dessen Randverbund Gegenüberstellung der aktuellen U-Werte mit den ehemaligen k-Werten am Fenster. Wegen des hinzugekommenen Ψ-Werts sind sie nicht identisch. konventionelle Wärmeübergangswiderstände nach DIN EN ISO 6946, Abs. 5.2, Tabelle 1. Für ebene Oberflächen gelten die in der Tabelle angegebenen Werte, wenn keine besonderen Angaben über Randbedingungen vorliegen. Die Werte unter »horizontal« gelten für die Richtung des Wärmestroms von ± 30° zur horizontalen Ebene. Thermografie von Fensteranschlüssen in einer Wand mit deutlich sichtbaren wärmetechnischen Schwachstellen, die verschiedene Ursachen haben können (z. B. schlecht gedämmte Profile, Undichtigkeiten im Randbereich), mit eingetragenen Oberflächentemperaturen (Falschfarbendarstellung).

55

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Behaglichkeit

physiologische Bedingungen

physikalische Bedingungen

Tätigkeit

Kleidung

Erwartung

Verhalten

Luftdruck

Außenbezug, Ausblick

Blendung, Leuchtdichteverteilung

Farben, Farbkomposition, Farbwiedergabe

sonstige

Beleuchtung, Kontrast, Lichtwinkel

visuell

Nachhallzeiten

Geräuschpegel

Frequenzen

Luftbewegung

mittl. Raumumschließungstemperatur

Raumlufttemperatur

akustisch

Raumluftfeuchte

olfaktorisch

solarer Strahlungseintrag über Öffnung

thermisch

intermediäre Bedingungen

90 unbehaglich feucht 80 70 60

behaglich

50 40 30

noch behaglich

unbehaglich trocken

20

Luftbewegung in Kopfhöhe v [cm/s]

relative Luftfeuchtigkeit φ [%]

B 1.17 100

50

40 unbehaglich 30

20 behaglich 10 unbehaglich

10 0

0 12

14

16

18

a

14

16

b

18

20 22 24 26 28 Raumlufttemperatur tL [°C] B 1.18

25 20 15 10 5 0 5,0 4,8 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

Strahlungsasymmetrie [K]

12

20 22 24 26 28 Raumlufttemperatur tL [°C]

20 – 25 15 – 20 10 –15 5 –10 0–5

U-W

ert d

Anteil Unzufriedener

es F

30 %

ens

ters

[W/

m 2K

]

n

he a

rfläc

nste il Fe Ante nwand e Auß

B 1.19

25 % 20 % 15 % 10 %

5,0 4,8 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

5% 0%

U-W

ert d

es F

ens

ters

[W/

m 2K

]

25 % – 30 % 20 % – 25 % 15 % – 20 % 10 % –15 % 5 % –10 % 0%–5% n

he a

fläc

r nste il Fe Ante nwand e Auß

B 1.20

56

Wandquerschnitt ein. Bei komplexeren Situationen (mehrdimensionale Wärmeströme) als dem ungestörten Wandbereich (eindimensionaler Wärmestrom), wie dies im Anschlussbereich eines Fensters zur Außenwand der Fall ist, bietet sich eine sogenannte Isothermendarstellung an. Eine Isotherme ist eine Linie, die Punkte mit gleicher Temperatur verbindet. Isothermen können mithilfe von Rechenprogrammen nach der Finite-Elemente-Methode (FEM) berechnet und dargestellt werden. Anhand der Isothermenberechung, die in einem 2-D- oder 3-D-Modell durchgeführt werden kann, lassen sich Wärmeströme und Temperaturverteilungen in Bauteilquerschnitten untersuchen. Diese Methode eignet sich, um Aussagen zur Bewertung von Wärmebrücken zu treffen, aber auch, um möglichen Tauwasserausfall an bestimmten Stellen abzuschätzen. Grundsätzlich sollte zumindest die 10 °C-Isotherme durchgängig in der thermischen Funktionsebene des Fensters verlaufen und dabei möglichst schwach gekrümmt sein (siehe »Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung«, S. 64f.). Wärmebrücken Als Wärmebrücke bezeichnet man einen Bereich mit einem – relativ gesehen – deutlich höheren Wärmefluss gegenüber dem betrachteten Gesamtgefüge. In einem homogenen flächigen Gefüge kann es also keine Wärmebrücken geben, selbst wenn die Wärmeleitfähigkeit – absolut gesehen – sehr hoch ist. Bei räumlichen, nicht flächigen Gefügen können in Kanten und Ecken geometrische Wärmebrücken entstehen (z. B. bei Übereckverglasungen). Der erhöhte Wärmefluss begründet sich hier allein aus der im Verhältnis zur inneren Wandoberfläche größeren Fläche außen. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff aber auf konstruktive Zusammenhänge, d. h. auf die Kombination und Fügung verschiedener Materialien. Da dies beim Einbau von Öffnungselementen unvermeidlich ist – sowohl in der Komponente selbst (z. B. im Bereich des Abstandhalters) als auch im Bereich des Baukörperanschlusses –, spricht man hier von baulichen bzw. konstruktiven Wärmebrücken. Diese sind entweder linear, punktförmig oder begrenzt flächenförmig und entstehen z. B. durch ein Nebeneinander von Materialien verschiedener Wärmeleitfähigkeit in Wärmestromrichtung oder an der Fügestelle von verschiedenen Bauteilen. Der Wärmefluss über diese Sonderstellen wird entweder durch vereinfachende Verfahren abgeschätzt oder genauer durch FEM-Berechnungen ermittelt und dann über den linearen (längenbezogenen) Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ oder die effektive (modifizierte) Wärmeleitfähigkeit (λeff) in die Gesamtbetrachtung einbezogen. Das Ergebnis ist ein effektiver (modifizierter) U-Wert, der abhängig von den Parametern Umfang, Fläche und Dicke – und damit für jedes betrachtete System – unterschiedlich ist. Der Wert der effektiven Wärmeleitfähigkeit λeff stellt einen nur für ein

bestimmtes System gültigen Mittelwert dar. Bei Außenwandkonstruktionen mit Gebäudeöffnungen ist es ratsam z. B. in Ausschreibungen U-Werte für Regelquerschnitte sowie den längenbezogenen linearen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ für die jeweilige Einbausituation anzugeben, d. h., die spezifische Wärmebrückenkonstellation getrennt zu ermitteln (z. B. ebenfalls durch FEM-Berechnungen) und im Rahmen der Heizenergiebilanz nach DIN EN 832 entsprechend zu berücksichtigen. Bei dieser getrennten Betrachtung der flächenbezogenen Wärmeleitfähigkeit und der linearen Wärmebrückenwirkung bleiben die flächenbezogenen Anteile mit anderen Werkstoffen vergleichbar. Der Einfluss der Wärmebrücken auf den Transmissionswärmeverlust ist nach DIN V 4108-6 bei der Energiebilanzierung zu berücksichtigen. Folgende drei Optionen für Wärmebrückenkorrekturwerte (ΔUWB) bietet die EnEV dazu an [4]: • über einen pauschalen Zuschlag ΔUWB = 0,10 W/m2K für die gesamte wärmeübertragende Umfassungsfläche • über einen reduzierten Zuschlag ΔUWB = 0,05 W/m2K bei Anwendung der Planungsbeispiele nach DIN 4108 Beiblatt 2 (mit Gleichwertigkeitsnachweis); siehe »Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung«, S. 64ff. • über einen detaillierten Nachweis der Wärmebrücken In letzterem Fall erfolgt die Ermittlung des längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten (Ψ-Wert) anhand von einschlägigen Wärmebrückenkatalogen oder nach rechnerischer Ermittlung gemäß DIN EN ISO 10 211. Der Bezug von Einbauebene zu Dämmebene der Gebäudehülle hat einen wesentlichen Einfluss auf die Wärmebrückensituation von Fensteranschlüssen (siehe »Feuchteschutz, Abdichtung, Schlagregendichtigkeit« S. 59ff. und »Lage des Fensters in Bezug auf Wandquerschnitt und Dämmebene«, S. 125f.). Beim Einsatz von zunehmend besser wärmedämmenden Komponenten für Gebäudeöffnungen kommt es zu einer Verschärfung der Wärmebrückenproblematik, da jede Wärmebrücke – relativ betrachtet – stärker ins Gewicht fällt. In der Praxis verlagern sich die Schwachstellen dadurch weg von der Öffnung selbst, die früher in aller Regel der Bereich mit der geringsten Dämmwirkung war: Im Winter bewirkten niedrige Temperaturen an der Scheibeninnenseite besonders im Randbereich sichtbares Tauwasser (Abb. B 1.39, S. 64) – der Nutzer wusste, dass er lüften musste. Diese sogenannte Indikatorfunktion des Fensters entfällt bei heutigen Konstruktionen, da es sich bei den wärmedämmtechnisch schwächsten Stellen heute meist um Wärmebrücken an schwer einsehbaren Stellen handelt (z. B. Raumecken, Rolladenkästen, Fensterbank- oder Rolladenanschlüsse). Kommt es hier zu Taupunktunter-

schreitungen mit entsprechend höherer Feuchte im Bauteil, nimmt der Nutzer dies oft erst durch wesentlich später einsetzende Schimmelpilzbildung oder andere Mängel wahr. Konstruktive Wärmebrücken sind Schwachstellen in der Planung – sowohl im Neubau als auch im Gebäudebestand – und sollten deswegen sowie aus Gründen der Wirtschaftlichkeit weitestgehend vermieden werden.

Prozentsatz an Unzufriedenen [%]

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

80 60

warme Decke kühle Wand kühle Decke warme Wand

40 20 10 8 6 4

Thermische Behaglichkeit, empfundene Temperatur

Öffnungen nehmen Einfluss auf die sogenannten Behaglichkeitskriterien (Abb. B 1.17). Von besonderer Bedeutung ist die thermische Behaglichkeit, die vor allem von folgenden Faktoren abhängt: • Raumlufttemperatur • Temperatur der Raumumschließungsflächen und Strahlungsaustausch über die Öffnung • Raumluftfeuchte • Geschwindigkeit der Luftbewegung, vor allem in Kopfhöhe • Tätigkeit und Bekleidung des Nutzers Bezugsgröße ist der Nutzer im Raum: Je geringer der Aufwand, den sein Körper zum Ausgleich seiner Wärmebilanz betreiben muss (Wärmeabgabe oder zusätzliche Wärmeproduktion), desto höher ist das Empfinden der thermischen Behaglichkeit. Dabei stehen die genannten Faktoren in einem gegenseitigen Abhängigkeitsverhältnis, das über sogenannte Behaglichkeitsfelder abbildbar ist (Abb. B 1.18). Dies zeigt sich auch daran, dass die vom Menschen subjektiv empfundene Temperatur nicht allein von der Raumlufttemperatur abhängt, sondern dass auch konvektive Vorgänge, Verdunstungskühlung (Schwitzen) und vor allem der Strahlungswärmeaustausch mit den Umgebungsflächen Einfluss nehmen. Hinzu kommen, so zeigen jüngere Forschungsergebnisse, psychologische Faktoren wie vorhandene Erwartungen und Verhalten [5]. Die vom Menschen empfundene Raumtemperatur wird als sogenannte operative Temperatur bezeichnet und für Innenräume bei üblicher Raumluftfeuchte vereinfachend als Mittelwert der Raumlufttemperatur und der (nach Flächenanteilen) gemittelten Oberflächentemperatur sämtlicher Raumumschließungsflächen berechnet. Strahlungsasymmetrie Im Bereich von Gebäudeöffnungen können bei größeren Temperaturunterschieden der einzelnen Oberflächen sogenannte Strahlungsasymmetrien auftreten. Das bedeutet, dass beispielsweise die Temperatur größerer Raumoberflächen (z. B. der Verglasung) die der anderen Flächen und der Raumluft deutlich unterschreitet (Abb. B 1.21). Solche Kontraste sollten im Sinne der Behaglichkeit nicht zu groß sein (nach DIN EN ISO 7730 z. B. 20

Außentemperatur, sonst umgekehrt). Die Luftströmung – und damit auch das Potenzial für die Be- und Entlüftung eines Raums – nimmt mit steigenden Luftdruck- und Temperaturunterschieden zu. Der Druckunterschied bei von außen einwirkenden Windkräften liegt typischerweise deutlich höher (etwa 10 – 25 Pa).

Daher ist es für die Planung wichtig, dass der zuvor beschriebenen Effekt nicht durch die Windkräfte aufgehoben oder sogar ins Gegenteil verkehrt wird, was durch spezielle Windabweiser vor den Öffnungselementen verhindert werden kann. Inzwischen stehen auch hier geeignete CFD-Simulationswerkzeuge für eine detaillierte Planung zur Verfügung. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zufriedenheit von Personen mit ihrer thermischen Umgebung in frei belüfteten Räumen deutlich höher ist als in mechanisch belüfteten. Ein Grund hierfür ist u. a. der Wunsch nach individueller Einflussnahme auf das Raumklima, der bei freier Lüftung als deutlich besser erfüllbar eingeschätzt wird [8]. Die natürliche Lüftung über Fenster kann erfolgen durch: • Dauerlüftung: Über Öffnungen mit kleinen Querschnitten stellt sich ein winddruckabhängiger Volumenstrom ein, über den z. B. anfallende Luftfeuchtigkeit oder Wärmelasten abgeführt werden. Bei schwankenden Außenbedingungen ist im Hinblick auf die Behaglichkeit darauf zu achten, dass die Luftgeschwindigkeit in Personennähe nicht über 0,20 m/s ansteigt. Aus energetischer Sicht ist diese Lüftungsvariante im Winter zumeist nicht sinnvoll, da sie die Heizlast deutlich erhöht. • Stoßlüftung (auch Intensivlüftung): Bei der Stoßlüftung wird in regelmäßigen Abständen,

Kurzbeschreibung

typisches Beispiel

typische Dichtsysteme

öffenbar

wird regelmäßig geöffnet, kann in begrenztem Maße luftdurchlässig sein

Fuge zwischen Flügel- und Blendrahmen

speziell auf die Funktion abgestimmte Dichtprofile

Bauteilfuge weitgehend geschlossen

kann mit geringem Aufwand bei Bedarf geöffnet werden, muss luftundurchlässig sein, meist ohne Bewegungsaufnahme

Fugen an Revisionsdeckeln

speziell auf die Funktion abgestimmte Dichtprofile

Bauteilfuge starr

entsteht beim Stoß zweier Bauteile in der Fensterkonstruktion; muss in der Regel keine Bewegungen aufnehmen und muss luftundurchlässig sein

Stoß von Blendrahmen mit einem Verbreiterungsprofil

Dichtbänder aus Schaumkunststoff, Dichtprofile, KIeb- oder Dichtstoffe

Bauteilfuge beweglich

wie »Bauteilfuge starr« nur mit der Aufnahme von Bewegungen

Kopplung zweier großer Blendrahmen

Dichtprofile, Dichtstoffe, imprägnierte Dichtungsbänder aus Schaumkunststoff

Baukörperanschlussfuge

luftdichte Verbindung von Bauteil und Baukörper mit Bewegungsaufnahme

Baukörperanschluss Blendrahmen

Dichtstoffe, imprägnierte Dichtungsbänder aus Schaumkunststoff, Multifunktionsbänder, Fugendichtbänder, Dichtfolien

Konstruktionsfugen

B 1.36

62

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Klassifizierung nach DIN EN 12 207

[Pa]

Referenzluftdurchlässigkeit bei 100 Pa [m3/hm2]

– 150

nicht geprüft 50

nicht geprüft 1

300

27

2

600

9

3

600

3

4

Mindestprüfdruck

B 1.35

meist mehrmals am Tag, für eine kurze Dauer von wenigen Minuten über eine große Öffnung die Raumluft ausgetauscht. Im Winter sinkt dabei die Raumlufttemperatur schnell ab und die in der Raumluft gespeicherte Energie geht verloren. Wegen der geringen Wärmespeicherkapazität von Luft ist dieser Verlust aber begrenzt. Aufgrund von Trägheit kommt es bei kurzen Lüftungsphasen zu keiner deutlichen Reduzierung der Oberflächentemperaturen, wenn im Innenraum ausreichende Speicherkapazitäten wirksam sind. Diese Anforderung bildet im Nichtwohnungsbau in der Praxis häufig einen Zielkonflikt mit dem Wunsch nach guten raumakustischen Bedingungen, da schallabsorbierende Wand- und Deckenbekleidungen die Wärmelade- und -entladevorgänge in Massivbauteilen einschränken. • Querlüftung: Der Begriff Querlüftung bezieht sich auf die Option, Öffnungen räumlich so anzuordnen, dass anstehende Winddruckund -sog-Verhältnisse zu einer effizienten Durchströmung führen. Dies kann sich auf einzelne Räume, ganze Etagen oder Wohnungen beziehen. In manchen Fällen ist eine solche Situation auch über eine Schachtlüftung realisierbar (siehe »Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen«, S. 36ff., insbesondere Abb. A 5.4, S. 37). Passive Lüftungskomponenten

Neben der Lüftung über geöffnete Fenster oder Türen besteht die Möglichkeit, Lüftungsfunktionen über spezielle, in Profile integrierte Komponenten zu realisieren. Diese haben grundsätzlich einen durch die Konstruktion beschränkten Querschnitt, was das Leistungspotenzial begrenzt. Sie können dauerhaft offen ausgebildet (meist wenig sinnvoll), regelbar (manuell durch den Nutzer oder zentral elektronisch gesteuert) oder durch bestimmte Kriterien selbstregulierend sein wie z. B. integrierte Regelklappen, die auf Luftdruckunterschiede reagieren oder durch Feuchte- oder CO2-Sensoren gesteuert werden. Diese und weitere Komponenten behandelt der Abschnitt »Passive Luftdurchlässe« (S. 199f.). Neben diesen passiven Lüftungskomponenten gibt es aktive Bauteile, in denen die Luft durch

Die Anwendung der Tabelle wird ausschließlich zur Übertragung von DIN 18 055 auf diese Norm empfohlen. Niedere Klassifizierungen sind jeweils eingeschlossen. Da Messergebnisse bei der Ermittlung der Luftdurchlässigkeit nach DIN 18 055 erfahrungsgemäß erheblich unterhalb der Klassengrenzen liegen können, können bei der Neubewertung der Messergebnisse andere Klassifizierungen erreicht werden. B 1.37

Ventilatoren maschinell gefördert wird. Hier sind Systeme mit Wärme- und Feuchterückgewinnung am Markt verfügbar (siehe »Aktive Luftdurchlässe«, S. 201f. und »Fassadenintegrierte Lüftungsgeräte«, S. 202f.). Fugen in der Gebäudehülle

Bei Fugen in der Gebäudehülle (Abb. B 1.36) unterscheidet man grundsätzlich zwischen: • Funktionsfugen (z. B. Fensterfalzfuge zwischen Flügel- und Blendrahmen) und • Konstruktionsfugen innnerhalb eines Bauteils, zwischen Bauteilen (Bauteilfugen) oder zum Baukörper (Baukörperanschlussfugen). Die EnEV 2014 erlaubt es (im Gegensatz zur EnEV 2009) nicht mehr, Funktionsfugen bei zu öffnenden Fenstern und Fenstertüren zur Sicherstellung eines ausreichenden Mindestluftwechsels anzusetzen, da die Luftdichtheit aktueller Produkte in Deutschland inzwischen sehr hoch ist. Nach DIN EN 12 207 (Abb. B 1.37) gehören Fenster in Gebäuden mit bis zu zwei Vollgeschossen mindestens zur Anforderungsklasse 2, Fenster in Gebäuden längenbezogene Luftdurchlässigkeit [m3/(hm)]

Unterschiede im Lüftungsverhalten bei unterschiedlichen Fensterarten (siehe auch Abb. A 5.22, S. 43) B 1.36 verschiedene Varianten von Fugen im Vergleich B 1.37 Klassifizierung der Anforderungen an die Luftdurchlässigkeit B 1.38 Anforderungen und Klassifizierung der Luftdurchlässigkeit von Fugen

mit mehr als zwei Vollgeschossen mindestens zur Anforderungsklasse 3. In Deutschland stellen diese Anforderungen in der Regel keine besondere Herausforderung dar, da aktuell bereits Standardfensterelemente Klasse 4 erreichen. Selbst bei tendenziell kritischen Fensterelementen wie z. B. komplexen Hebe-Schiebe-Türen lässt sich meist Klasse 3 erzielen. Für weitere Informationen zu den Anforderungsklassen siehe »Horizontale Windlasten« (S. 76f.). Auch Konstruktions- und Anschlussfugen (Bauteil- und Baukörperanschlussfugen) dürfen grundsätzlich nicht zum Mindestluftwechsel beitragen, da sie undefiniert bzw. nicht definierbar sind. Sie müssen daher luftundurchlässig ausgeführt werden. Eine im Labor nach DIN EN 12 114 ermittelte Luftdurchlässigkeit von a < 0,1 m3/[hm(daPa)2/3] gilt als praktisch luftdicht. Abb. B 1.38 veranschaulicht die unterschiedlichen Anforderungen und Klassifizierungen von Fugen anhand der fugenlängenbezogenen Luftdurchlässigkeit in Abhängigkeit vom Differenzdruck. DIN 4108-7 beschreibt die »anerkannten

100

1 2 10 3

4 a < 0,1

1 A2

A3 A4

A1

Vergleich: Klassen 1 bis 4 für Funktionsfugen an Fenstern und Außentüren nach DIN EN 12 207 Anforderung EnEV: bis 2 Vollgeschosse: mind. Klasse 2 mehr als 2 Vollgeschosse: mind. Klasse 3 Klassen A1 bis A4 für feste Fugen bei Fassaden nach DIN EN 12 152

0,1 Messwerte

Anforderung an Bauteil- und Anschlussfugen nach DIN 4108-2: a < 0,1 m3/[mh(daPa)2/3] typischer Verlauf bei Prüfung eines Fensters mit erheblicher Unterschreitung der Grenzwerte (Laborprüfung)

0,01 10

100

1000 Prüfdruckdifferenz [Pa] B 1.38

63

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

B 1.40 B 1.41

45

5%

1,10

10%

15%

25%

110

30%

e tiv

la re 40% 1,12 35 1,14 30

Dichte ρ [kg/m3]

40

100

e ht uc Fe

Lufttemperatur ϑ [°C]

B 1.42 B 1.39 20%

einfachverglastes Kastenfenster mit Rinne und Auffangbehälter für Tauwasser h,x-Diagramm (auch Mollier-Diagramm) Zusammenhang zwischen Taupunkttemperatur und schimmelpilzkritischer Temperatur Konsequenzen mangelhafter Lüftungsstrategien

50%

95

60% 70% 80% 90% 100%

1,16 25

Enthalpie h [kJ/kg]

B 1.39

Die EnEV 2014 erlaubt gemäß Anlage 4 einen günstigeren Ansatz für die Berechnung der Lüftungswärmeverluste bei der Energiebilanzierung, wenn eine Luftdichtheitsüberprüfung (Nachweis nach DIN EN 13 829, Blower-DoorTest, siehe »Luft- und Fugendurchlässigkeit, Mindestluftwechsel«, S. 61) des Gebäudes erfolgt und nachfolgend genannte Grenzwerte hinsichtlich der Dichtheit des gesamten Gebäudes bei einer Druckdifferenz von 50 Pa eingehalten werden: • ohne raumlufttechnische Anlagen: n50 ≤ 3,0 h-1 • mit raumlufttechnischen Anlagen: n50 ≤ 1,5 h-1 Der sogenannte Passivhausstandard fordert n50 ≤ 0,6 h-1.

90 90

80

1,18 70

20 1,20 60

15

]

/kg

20

[kJ

1,22 50

[W

1,24

5

1,26

0

1,28

]

kg

h/

10

15

40 30

ie

20

lp tha

h

10

En 1,30

10

-5

5 1,32

-2

0

-10 1

2

3

4

5

6

7

8

Dichte der Luft (von links nach rechts abfallend) Lufttemperatur (von links nach rechts steigend) Wärmeinhalt (stark von links nach rechts abfallend) absolute Feuchte (als senkrechte Linie) relative Feuchte (als gekrümmte Linie)

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 absolute Feuchte x [g/kg] B 1.40 100 90

2000

Tauwasser- und Schimmelpilzbildung

Schimmelpilzbildung

100 % relative Luftfeuchte

80 70

1500

60 Beispiel: 20 °C / 50 %

1000 keine Tauwasser- und Schimmelpilzbildung 500 80 % relative Luftfeuchte 0 0

5

Taupunkttemperatur 9,3 °C 10

schimmelpilzkritische Temperatur 12,6 °C 15

relative Luftfeuchte [%]

Wasserdampfpartialdruck [Pa]

0

50 40 30 20 10 0

20 Temperatur [°C] B 1.41

64

Regeln der Technik« bei der Ausbildung der Luftdichtheitsebene anhand von Planungs- und Ausführungsempfehlungen, z. B. zur Materialwahl je nach Baukonstruktion, Vorbereitung von Untergründen, Lage von Dichtungsbahnen, Durchdringungen etc., sowie einer großen Sammlung von Musterdetails. Nicht behandelt werden jedoch funktionsbedingte Fugen und Öffnungen in der Gebäudehülle wie Gurtdurchführungen von Rollladenkästen oder Fugen an zu öffnenden Bauteilen wie Fensterflügeln. Bei dem heute geforderten Wärmeschutz birgt insbesondere der Bereich der Bauteil- und Baukörperanschlussfugen ein hohes Schadenspotenzial. Missachtung der genannten Regeln hat erhöhte Lüftungswärmeverluste, Tauwasserbildung in der Konstruktion und letztlich ein unbehagliches Wohnraumklima zur Folge. Eine luftdichte Anschlussfuge ist nur in Verbindung mit einem geeigneten Dichtsystem herzustellen (siehe »Abdichtung von Bauteilanschlussfugen«, S. 128ff.).

Daher ist damit zu rechnen, dass die Häufigkeit der Blower-Door-Tests in Zukunft weiter zunimmt. Als Nebeneffekt dient die Luftdichtheitsüberprüfung auch zur Beurteilung der Verarbeitungsgüte, da Undichtheiten und mangelhafte Verarbeitung aufgedeckt werden. Das Verfahren ist jedoch nicht dazu geeignet, quantitative Aussagen zur Luftdurchlässigkeit einzelner Fugen oder Fenster zu treffen, da stets die gesamte Hülle erfasst wird.

Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung Grundsätzlich bestimmen Klimaeinwirkungen von innen und von außen die Feuchtebedingungen. Von zentraler Bedeutung ist hier der Begriff der relativen Luftfeuchtigkeit, der den Wasserdampfgehalt (auch Feuchtegehalt) der Luft bezogen auf ihr temperaturabhängiges Sättigungsvermögen angibt. Warme Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kalte. Dieser Zusammenhang erschließt sich aus dem h,x-Diagramm (auch Mollier-Diagramm genannt, Abb. B 1.40). Kühlt die Luft lokal ab

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

(z. B. im Bereich einer Wärmebrücke), entsteht Tauwasser genau dann, wenn die in der Luft enthaltene Wasserdampfmenge nicht mehr durch eine Steigerung der Sättigung gehalten werden kann. Das ist der Fall, wenn die sogenannte Taupunkttemperatur (der Taupunkt) unterschritten wird. In der Praxis spielen hier des Weiteren lokal auftretende Konvektionseffekte eine Rolle: Ist die von Taupunktunterschreitung betroffene Stelle gut belüftet und der Zeitraum der Unterschreitung kurz, kann die Luft die Feuchte relativ schnell wieder aufnehmen und es besteht nur ein geringes Schadensrisiko. Umgekehrt kann eine schlecht oder gar nicht belüftete Stelle das Problem verschärfen. DIN 4108-3 nennt in Tabelle A.4 Taupunkttemperaturen für verschiedene Lufttemperaturen, die für die Planung als Orientierungswerte dienen. Der Zusammenhang lässt sich auch über Abb. B 1.40 nachvollziehen: Man verbindet die Lufttemperatur (auf der y-Achse angetragen, z. B. 20 °C) waagrecht mit der Kurve der entsprechenden Luftfeuchtigkeit (z. B. 50 %). Geht man von dort aus senkrecht nach unten – da die absolute Feuchte in diesem Moment unverändert bleibt –, erhält man am Schnittpunkt mit der Sättigungskurve von 100 % die Taupunkttemperatur (im Beispiel 9,3 °C). Schimmelpilz entsteht jedoch nicht nur als Folgeerscheinung von schlechter Belüftung und Tauwasserbildung, sondern kann auch schon früher unter günstigen Bedingungen für das Pilzwachstum durch Kapillarkondensation einsetzen. Untersuchungen haben gezeigt, dass dies geschieht, wenn über einen längeren Zeitraum [9] anhaltende Luftfeuchtigkeiten von ca. 80 % im oberflächennnahen Bereich in Verbindung mit einem geeigneten Nährboden (z. B. Hausstaub) herrschen [10]. Bei historischen Fensterkonstruktionen war Tauwasserausfall insbesondere im Bereich der (Einfach-)Scheiben unvermeidbar. Entsprechend gab es konstruktive Maßnahmen zur Ableitung, z. B. Rinnen und teilweise sogar Sammelbehälter (Abb. B 1.39), die vom Nutzer geleert werden mussten oder so dimensioniert waren, dass das Wasser wieder verdunsten konnte. Gleichzeitig stellten die großen Luftundichtigkeiten dieser Fensterkonstruktionen einen hohen Luftwechsel sicher und sorgten somit gerade im Winter für eine verhältnismäßig geringe Luftfeuchtigkeit, sodass in Zusammenhang mit einer ausreichenden Beheizung Schimmelpilzbildung verhindert wurde. Der Preis dafür waren jedoch enorme Lüftungswärmeverluste und ein hoher Heizenergieaufwand. Bei den heutigen sehr luftdichten Konstruktionen kommt der Vermeidung von Tauwasserund Schimmelpilzbildung auf raumseitigen Bauteiloberflächen eine große Bedeutung zu, da deren mögliche Folgen für die Gesundheit der Nutzer weit über kosmetische Aspekte hinausgehen. Zur Vermeidung kritischer Oberflächentemperaturen und damit von Tauwasser- und Schim-

melpilzbildung definiert DIN 4108-2 im Abschnitt 6 Mindestanforderungen an den Wärmeschutz im Bereich von Wärmebrücken. Diese Anforderungen gelten für den Neubau, eignen sich aber grundsätzlich auch für den Bereich der Sanierung. Sind die Anforderungen nicht erfüllbar, sollte der Auftraggeber darüber informiert werden. Beiblatt 2 zu DIN 4108 zeigt umfangreiche beispielhafte Ausführungen für Fensteranschlüsse, die dazu dienen, Tauwasserbildung zu vermeiden und dadurch das Risiko der Schimmelpilzbildung zu verringern. Anschlussausbildungen gemäß dieser Detailbeispiele sind im Sinne der Norm ausreichend wärmegedämmt, ein weiterer Nachweis ist nicht erforderlich. Für alle davon abweichenden Detailausbildungen ist der Mindestwärmeschutz rechnerisch nachzuweisen. Hierzu wurde der Temperaturfaktor fRsi eingeführt. Temperaturfaktor fRsi

Der Temperaturfaktor fRsi wird nach DIN EN ISO 10 211 ermittelt. Der Index Rsi steht für den der Berechnung zugrunde gelegten raumseitigen Wärmeübergangswiderstand (siehe »Wärmeübergangswiderstand und -koeffizient«, S. 54f.). Der Temperaturfaktor fRsi wird wie folgt ermittelt: fRsi = θsi θi θe

θsi - θe θi - θe

raumseitige Oberflächentemperatur Innenlufttemperatur Außenlufttemperatur

Der Temperaturfaktor hat an der ungünstigsten Stelle des Baukörperanschlusses (ohne Berücksichtigung des Fensters selbst) die Mindestanforderung fRsi, min ≥ 0,70 zu erfüllen, d. h., unter den Randbedingungen nach DIN 4108-2 muss die Oberflächentemperatur des untersuchten Bauteils θsi, min ≥ 12,6 °C betragen. Für die Beurteilung wird inzwischen die 13 °C-Isotherme anstelle der 10 °C-Isotherme herangezogen. Diese, von der bisher bekannten Taupunkttemperatur von 9,3 °C (für ein Raumklima von 20 °C bei 50 % relativer Luftfeuchte) bzw. der 10 °C-Isotherme abwei-

chende Temperatur berücksichtigt die Erkenntnis, dass Schimmelpilzbildung bereits bei länger anhaltender relativer Luftfeuchte im oberflächennahen Bereich von ca. 80 % auftreten kann (Abb. B 1.41). Die Ermittlung der Oberflächentemperatur erfolgt z. B. anhand einer Isothermenberechnung.

Wärme- und Feuchteschutz – Zusammenfassende Hinweise Gebäudehüllen (mit und ohne Öffnungen) unterliegen heute hohen Anforderungen an den Wärmeschutz. Obwohl sich die Wärmedämmwirkung (U-Werte) von strahlungsdurchlässigen Bauteilen wie z. B. Glasflächen erheblich verbessert hat, stellen diese (einschließlich undefinierter Fugen) gegenüber opaken Außenwandkonstruktionen immer noch thermische Schwachstellen dar. Für die Gebäudeenergiebilanz sind allerdings auch die über solche Flächen realisierten passiven solaren Gewinne zu berücksichtigen (siehe »Gebäudeöffnungen in der Energiebilanz des Gebäudes«, S. 182f.). Um Energieverluste und Bauschäden zu reduzieren, sollte die Gebäudehülle möglichst luft- und gegen äußere Feuchtigkeit schlagregendicht sein, Tauwasserbildung in Temperaturübergangszonen vermieden und auftretende Feuchtigkeit sicher abgeleitet werden. In der Praxis bedeutet dies, dass die Konstruktion raumseitig umlaufend luftdicht auszuführen ist. Eine Luftströmung von der Raum- zur Außenseite durch die Anschlussfuge sollte bei mitteleuropäischen Klimabedingungen auf ein Minimum begrenzt werden (Grenzwerte zur Luftdichtheit siehe »Luft- und Fugendurchlässigkeit, Mindestluftwechsel«, S. 61f.). Gleichzeitig erfordern Gebäude, die mit sehr dichten Hüllen ausgestattet sind – oder durch Sanierung solche luftdichten Hüllen erhalten –, eine angepasste Lüftungsstrategie, die den verschiedenen, damit im Zusammenhang stehenden Anforderungen Rechnung trägt: Behaglichkeit, Minimierung der Wärmeverluste, Sicherstellung der Innenluftqualität, hoher Hygienestandard, Feuchteschutz etc. (Abb. B 1.42). Um Feuchtigkeitsschäden im Anschlussbereich

- Personenzahl - Aktivität - Schadstoffquellen - Fechtequellen zu geringer Luftwechsel z.B. dichter Neubau ohne Lüftungskonzept

- mangelhafte Hygiene - Schadstoffbelastung - Schimmelbildung - gegebenenfalls Bauschäden Luftwechsel sicherstellen

erforderliche Frischluftmenge

zu hoher Luftwechsel z. B. undichter Altbau mit hoher Fugenlüftung

- unnötige Wärmeverluste - mangelhafte Behaglichkeit - Bauschäden durch Feuchteeintrag in Bauteile luftdicht bauen B 1.42

65

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

zu vermeiden, ist es ratsam, »Bauteil – Fuge – Wand« als Gesamtsystem zu betrachten, das in Bezug auf die Wasserdampfdiffusion nach dem Prinzip »innen dichter als außen« ausgeführt werden muss. Die EnEV 2014 formuliert in § 7 »Mindestwärmeschutz, Wärmebrücken« konkrete Anforderungen, die sich neben dem Wärmeschutz auch auf den Feuchteschutz beziehen, wobei für übliche (punktuelle) Befestigungsmittel beim Fenstereinbau kein Nachweis der Wärmebrückenwirkung geführt werden muss. Weitere konkrete feuchtetechnische Anforderungen ergeben sich aus DIN 4108-2 [11]. Zur Vermeidung von Tauwasser- und Schimmelpilzbildung Lärmpegelbereich

auf raumseitigen Bauteiloberflächen wird eine gleichwertige Ausführung nach DIN 4108, Beiblatt 2 verlangt. Gleichwertigkeitsnachweise müssen nicht geführt werden, wenn die angrenzenden Bauteile kleinere Wärmedurchgangskoeffizienten aufweisen als in den Musterlösungen in Beiblatt 2 angegeben – diese beziehen sich jedoch nur auf Neubauten. Ansonsten ist ein Nachweis über den Temperaturfaktor fRsi erforderlich. Als wärmetechnische Anforderungen aus der EnEV 2014 sind z. B. konstruktive Wärmebrücken unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit zu minimieren. Der Einfluss der verbleibenden Wärmebrücken auf den Transmissionswärmeverlust muss bei der Energiebilanzierung Raumarten

»Maßgeblicher Außenlärmpegel« dB (A)

Aufenthaltsräume in Wohnungen, Übernachtungsräume in Beherbergungsstätten, Unterrichtsräume und Ähnliches

Bettenräume in Krankenanstalten und Sanatorien

Büroräume 1) und Ähnliches

erf. R'w, res des Außenbauteils [dB] I

bis 55

35

30

–

II

56 bis 60

35

30

30

III

61 bis 65

40

35

30

IV

66 bis 70

45

40

35

V

71 bis 75

50

45

40

VI

76 bis 80

2)

50

45

> 80

2)

2)

50

VII 1)

2)

berücksichtigt werden. Nach DIN V 4108-6 kommt es zu einer Berücksichtigung von Wärmebrücken über folgende Verfahren: • pauschaler Zuschlag ΔUWB = 0,10 W/m2K für die gesamte wärmeübertragende Umfassungsfläche • bei Anwendung der Planungsbeispiele nach DIN 4108, Beiblatt 2 (mit Gleichwertigkeitsnachweis bzw. Einschränkungen wie zuvor beschrieben) reduzierter Zuschlag ΔUWB = 0,05 W/m2K • detaillierter Nachweis der Wärmebrücken: Ermittlung des längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten (Ψ-Wert) anhand von Wärmebrückenkatalogen (z. B. vom ift Rosenheim) oder durch rechnerische Bestimmung nach DIN EN ISO 10 211

An Außenbauteile von Räumen, bei denen der eindringende Außenlärm aufgrund der in den Räumen ausgeübten Tätigkeiten nur einen untergeordneten Beitrag zum Innenraumpegel leistet, werden keine Anforderungen gestellt. Die Anforderungen sind hier aufgrund der örtlichen Gegebenheiten festzulegen.

a

S(W+F)/SG

2,5

2,0

1,6

1,3

1,0

Korrektur

+5

+4

+3

+2

+1

0,8

0,6

0,5

0,4

0

-1

-2

-3

2

S(W+F): Gesamtfläche des Außenbauteils eines Aufenthaltsraumes [m ] SG: Grundfläche eines Aufenthaltsraumes [m2]

Um die vom Gesetzgeber vorgegebenen Ziele zur Energieeinsparung besser durchzusetzen, wurden mit der Novellierung der EnEV 2014 die ausführenden Firmen stärker in die Verantwortung genommen. Sie müssen dem Eigentümer (bzw. Bauherrn) die Erfüllung ihrer Pflichten in einer Unternehmererklärung schriftlich bestätigen: In § 26 (2) der EnEV heißt es: »Für die Einhaltung der Vorschriften dieser Verordnung sind im Rahmen ihres jeweiligen Wirkungskreises [neben dem Bauherrn] auch die Personen verantwortlich, die im Auftrag des Bauherrn bei der Errichtung oder Änderung von Gebäuden oder der Anlagentechnik in Gebäuden tätig werden«, also Planer und Handwerker. Und weiter in § 26a (1): »Wer geschäftsmäßig an oder in bestehenden Gebäuden Arbeiten [...] zur Änderung von Außenbauteilen im Sinne des § 9 Absatz 1 Satz 1 […] durchführt, hat dem Eigentümer unverzüglich nach Abschluss der Arbeiten schriftlich zu bestätigen, dass die von ihm geänderten oder eingebauten Bau- oder Anlagenteile den Anforderungen dieser Verordnung entsprechen (Unternehmererklärung).« Wer eine Bestätigung für bestehende Gebäude nicht, nicht richtig oder nicht rechtzeitig vornimmt, handelt gemäß § 27 (3) ordnungswidrig und kann mit Geldstrafen belegt werden.

b

Schallschutz Schalldämmmaße für Wand /Fenster [dB] bei folgenden Fensterflächenanteilen [%]

erf. R'w, res [dB] nach Abb. B 1.43 a 10

20

30

40

50

60

30

20/25

30/25

35/25

35/25

50/25

30/30

35

35/30 40/25

35/30

35/32 40/30

40/30

40/32 50/30

45/32

40

40/32 45/30

40/35

45/35

45/35

40/37 60/35

40/37

45

45/37 50/35

45/40 50/37

50/40

50/40

50/42 60/40

60/42

50

55/40

55/42

55/45

55/45

60/45

–

Diese Werte gelten für Wohngebäude mit üblicher Raumhöhe von etwa 2,5 m und Raumtiefen von etwa 4,5 m oder mehr, unter Berücksichtigung der Anforderungen an das resultierende Schalldämmmaß erf. R'w, res des Außenbauteils nach Abb. B 1.43 b und der Korrektur von -2 dB nach Abb. B 1.43 b c B 1.43

66

Schall ist im Bereich von Gebäuden sowohl als vorhandene externe Größe (Schallschutz gegen Außenlärm) als auch als Anforderung an den Innenraum (Schallschutz im Gebäude, Raumakustik) von Bedeutung, da sich Schallquellen auf beiden Seiten der Gebäudehülle befinden können. Es geht also zum einen um Lärmimmission: Lärm von außen, z. B. durch Straßenverkehr oder andere Quellen, deren spezifisches Emissionsspektrum in der Planung berücksichtigt werden muss. Zum anderen ist gleichzeitig Lärmemission zu berücksichtigen: Lärm von einem räumlichen Bereich in einen anderen und in manchen Fällen auch nach außen (z. B. bei lärmemittierender Gewerbenutzung). Zudem gibt es Anforderungen an die

B 1.43

Tabellen gemäß DIN 4109 a Anforderungen an die Luftschalldämmung von Bauteilen b Korrekturwerte für das erforderliche resultierende Schalldämmmaß nach Abb. B 1.43 a in Abhängigkeit vom Verhältnis S(W+F) /SG c erforderliche Schalldämmmaße erf. R'w,res von Kombinationen von Außenwänden und Fenstern B 1.44 Schallschutzklassen von Fenstern gemäß VDIRichtlinie 2719 B 1.45 bewertetes Schalldämmmaß RW von Doppelscheiben als Funktion von Glasdicke und Scheibenabstand für Luft als Füllgas

Schall- bewertetes Schallschutz- dämmmaß R'w des klasse am Bau funktionsfähig eingebauten Fensters, gemessen nach DIN 52 210 Teil 5 [dB]

erforderliches bewertetes Schalldämmmaß Rw des im Prüfstand (P-F) nach DIN 52 210 Teil 2 eingebauten funktionsfähigen Fensters [dB]

1

25 bis 29

≥ 27

2

30 bis 34

≥ 32

3

35 bis 39

≥ 37

4

40 bis 44

≥ 42

5

45 bis 49

≥ 47

6

≥ 50

≥ 52

Unter Schallschutz versteht man Maßnahmen, die eine ungewollte Schallübertragung von einer Schallquelle zum Nutzer mindern. Befinden sich Schallquelle und Nutzer in getrennten räumlichen Bereichen, so spricht man von Schalldämmung. Sind beide hingegen im gleichen Raum, geht es vor allem um Schallabsorption an den Innenraumoberflächen. Bei der Schalldämmung unterscheidet man zwischen Luft- und Körperschalldämmung: Schallwellen breiten sich von ihrer Quelle annähernd kugelförmig durch das Medium Luft in den Raum aus (Luftschall). Wird ein festes Material angeregt, z. B. durch mechanische Einflüsse (Schritte auf dem Boden), so breiten sich im Material von Bauteilen Schallwellen aus (Körperschall), die bei direktem Kontakt die Luftschicht auf der anderen Seite bzw. in angrenzenden Bereichen anregen. Auf diese Weise werden die Schwingungen dort wieder in Form von Luftschall weitertransportiert. Schallwellen können durch Körperschallübertragung sehr lange Wege zurücklegen. Sind feste Bauteile eines Gebäudes direkt konstruktiv gekoppelt, also starr miteinander verbunden wie z. B. eine Installationswand mit der Decke oder den angrenzenden Wänden, kann sich Schall auf diesem Weg über große Distanzen ausbreiten. Man spricht dann von Körperschallübertragung, bei flankierenden Bauteilen von Flankenübertragung oder Schalllängsleitung. Körperschallschutz stellt besonders hohe Anforderungen an die Planung und bedarf einer sorgfältigen Ausführung, da Schallübertragung schon über minimale Kontaktstellen (sogenannte Schallbrücken) nahezu uneingeschränkt stattfindet [12]. Die Lösung liegt in einer schalltechnischen Entkopplung, d. h. einer »weichen« Verbindung aller relevanten Bauteile (z. B. von Fußbodenbelag und Rohdecke oder von Sanitärinstallation und Wand), sodass sich Schwingungen nicht direkt übertragen. Eine mögliche Strategie gegen direkte und flankierende Luftschallübertragung besteht in der Erhöhung der Masse der an der Übertragung beteiligten Bauteile, d. h., das Bauteil wird

60

Luftzwischenraum dL [mm] 80 60 40

50

Doppelscheiben

24 12

40 Vergleich: Einfachscheiben 30

20 5 B 1.44

Raumakustik wie z. B. Lärmpegel im Raum, Sprachverständlichkeit oder weitergehende Eignung, beispielsweise für Musiknutzung.

bewertetes Schalldämmmaß RW [dB]

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

möglichst schwer und damit träge ausgebildet. Das bedeutet, es besteht aus einem Material mit möglichst hoher Dichte und ausreichender Dicke und lässt sich daher durch Luftschallwellen nur in geringem Maße zum Schwingen anregen. Eine weitere wesentliche Maßnahme gegen Luftschallübertragung liegt in einer möglichst effektiven Abdichtung aller Fugen, Spalten und Ritzen. Zusätzlich kann eine zweischalige Konstruktion ohne starre Verbindungsmittel mit gedämmtem Zwischenraum die Luftschallübertragung abmildern (Prinzip: Masse-FederMasse) [13]. Zweischalige Systeme haben jedoch eine spezifische Systemeigenfrequenz, bei der sich die Schalldämmung zunächst verschlechtert. Diese Systemeigenfrequenz sollte möglichst tief liegen. Besonders effektiv sind solche Systeme dann, wenn beide Schalen eine unterschiedliche Masse und verschiedene Koinzidenzgrenzfrequenzen aufweisen. Grundsätzlich stellen Öffnungselemente fast immer schalltechnische Schwachstellen dar, da sie viele Materialwechsel und konstruktive Fugen sowie gegenüber den umgebenden Außenwandbauteilen meist ein geringeres Flächengewicht und damit eine geringere Schalldämmung aufweisen. Allgemein gelten schallschutztechnische Anforderungen für das gesamte Außenbauteil im eingebauten Zustand. Neben dem Fenster betrifft dies Einbauten wie Rollladenkästen und Lüftungseinrichtungen sowie die Außenwand mit Bauanschlüssen. Die Anforderung an die Schalldämmung wird als resultierendes Schalldämmmaß (erf. R'w, res) an die Summe aller Einzelbauteile gestellt. Für den Schallschutz von Gebäudehüllen ist neben DIN 4109 »Schallschutz im Hochbau« im Wesentlichen die VDI-Richtlinie 2719 »Schalldämmung von Fenstern und deren Zusatzeinrichtungen« relevant. Die VDI-Richtlinie nennt sechs Schallschutzklassen mit Anforderungen von 25 dB für Einfachfenster mit Einfachverglasung bis über 50 dB für Kastenfenster mit getrennten Blendrahmen sowie besonderer Dichtung und Verglasung (Abb. B 1.44) [14]. Bei der Planung der Schalldämmung von Außenbauteilen (und den darin befindlichen

6

8

10

40 20 15 30 Gesamt-Glasdicke dGI [mm] B 1.45

Öffnungen) geht man raumweise vor, indem jeweils die erforderliche Schalldämmung ermittelt und anschließend für das gesamte Außenbauteil ausgelegt wird. Dabei ist der zu reduzierende (Außen-)Schallpegel im Verhältnis zu der geplanten Nutzung und den dafür zulässigen Innenschallpegeln zu berücksichtigen. Nach Bestimmung der erforderlichen resultierenden Gesamtschalldämmung wird die erforderliche Schalldämmung der einzelnen Bestandteile (wie der Fenster) anhand der Flächenanteile festgelegt. Beispielhaft ist hier das Verfahren nach DIN 4109 dargestellt: Diese Norm teilt die Mindestanforderungen an die Luftschalldämmung von Außenwandbauteilen in sieben Lärmpegelbereiche mit maßgeblichen Außenlärmpegeln ein (Abb. B 1.43). Nachzuweisen ist ein erforderliches resultierendes Schalldämmmaß erf. R'w, res des Außenbauteils (Außenwand und Fenster, sonstige Einbauten). Der Widerstand eines Wand-, Decken-, oder Fensterbauteils gegen den Durchgang von Luftschall wird durch das Schalldämmmaß R und die Schallpegeldifferenz D (Differenz zwischen den beiden betreffenden Bereichen, z. B. außen und innen) für einen definierten Frequenzbereich festgelegt und in Dezibel [dB] angegeben. Für das bewertete Schalldämmmaß wird zur Beurteilung der Frequenzbereich von 100 bis 3150 Hz (50 – 5000 Hz bei Anforderungen an die Raumakustik, beispielsweise an Nachhallzeit oder Dämpfung) herangezogen, wobei »bewertet« sich darauf bezieht, dass die Messwerte für das Schalldämmmaß mit einer festgelegten Bezugskurve (DIN EN ISO 717-1) verglichen werden, die den typischen Verlauf eines Massivbauteils zeigt. Je nach erwarteten Außenbedingungen kann das Emissionsspektrum angepasst werden. Für die Bezeichnung der Art des Außenlärms sind die Indizes C und Ctr gebräuchlich, die als Korrekturwerte dienen, um sich einer Übereinstimmung zwischen den aus den Messwerten abgeleiteten Einzahlwerten [15] für die Schalldämmung und der subjektiv empfundenen Geräuschminderung anzunähern: C Rosa Rauschen (A-bewertet) Ctr standardisierter städtischer Straßenverkehrslärm (A-bewertet)

67

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

resultierendes Schalldämmmaß Rw,res [dB]

Fugenschalldämmmaß Rs,w

1 dB Regel

35 dB

45 dB

50 dB

Abdichtung und Fugenschalldämmung

50 45 40 35 Anwendung auf ein großes Fenster mittleres Fenster kleines Fenster

30

25 20 25

30

35

Ausbildung der Fuge

40

45 50 Schalldämmung Rw des Fensters [dB] B 1.46

Fugenschalldämmmaß RST, w [dB] bei Fugenbreiten von 10 mm 20 mm 30 mm

leere Fuge Mineralfaser ausgestopft (je nach Stopfgrad)

15

10

5

35..45

30..40

25..35

PUR-Montageschaum

≥ 50

≥ 47

≥ 45

komprimiertes Dichtungsband, Komprimierungsgrad ≤ 50 %, einseitig

≥ 30

–

–

komprimiertes Dichtungsband, Komprimierungsgrad ≤ 20 %, einseitig

≥ 40

–

–

komprimiertes Dichtungsband, Komprimierungsgrad ≤ 20 %, beidseitig

≥ 50

–

–

Multifunktionsband (komprimiertes Dichtungsband über die gesamte Blendrahmentiefe), Komprimierungsgrad ≤ 35 %

≥ 40

≥ 35

–

beidseitig mit Hinterfüllschnur und elastischem Dichtstoff versiegelte Fuge

≥ 55

≥ 54

≥ 53

einseitig Bauanschlussfolie ≥ 1 mm

≥ 40

≥ 35

≥ 30

beidseitig Bauanschlussfolie ≥ 1 mm

≥ 50

≥ 45

≥ 40 B 1.47

monolithische Wand

68

Massivwand mit WDVS

zweischalig mit Hinterlüftung und Kerndämmung

Außendämmung mit leichter Fassade

zweischalig und Kerndämmung (Fertigteile)

Einsatz von Zargen oder Füllsteinen B 1.48

Da die resultierenden Schalldämmmaße von einer ausreichenden Abdichtung und Fugenschalldämmung abhängen, enthalten DIN 4109 und die VDI-Richtlinie 2719 diesbezüglich generelle Anforderungen: • »Zwischen Fensterrahmen und Außenwand vorhandene Fugen müssen nach dem Stand der Technik abgedichtet sein.« (Bauanschlussfugen) [16] • Die Schalldämmung von Fenstern wird »wesentlich von der Dichtigkeit der Fugen beeinflusst [...]. Sie nimmt mit größer werdenden Fugenbreiten und -längen ab« [17]. Diese sollten daher auf ein Minimum begrenzt werden. Für die Planung der Einzelbauteile inklusive der Bauanschlussfugen hält DIN EN 12 354-3 ein ergänzendes Verfahren bereit: Ist die erforderliche resultierende Schalldämmung der Gebäudehülle (R'w, res) bekannt, kann die Auslegung der Schalldämmung für die Einzelbauteile und die Fugenschalldämmung der Bauanschlussfugen erfolgen. Die Berechnung der Schalldämmung der Einzelbauteile ist frequenzweise oder mit Einzahlangaben möglich, ein Nachweis der Fugenschalldämmung von Füllstoffen und /oder Dichtsystemen erfolgt (nach DIN EN ISO 10 140-1) durch Prüfung im Labor (Abb. B 1.46). Bauteilanschluss Um eine optimale Fugenschalldämmung zu erreichen, ist es sinnvoll, verschiedene Fugenmaterialien zu kombinieren, da sich dadurch die Fugenschalldämmung erhöht. Die in Abb. B 1.47 angegebenen Werte beziehen sich auf die in Abb. B 1.48 grün umrandeten Außenwand- und Einbausituationen. Die rot eingerahmten Anschlusssituationen beeinflussen die Schalldämmung ungünstig, daher gelten die angegebenen Werte für diese Einbausituationen nicht ohne Weiteres. Das Schalldämmmaß reduziert sich immer dann erheblich, wenn über die Dämmebene eine schalltechnisch wirksame Verbindung zwischen innen und außen entsteht. Speziell bei höheren Anforderungen an das Schalldämmmaß muss dies berücksichtigt werden. Stabile, erforderlichenfalls wärmegedämmte Zargenkonstruktionen (orange umrandet) können in diesem Fall die Schallnebenwege reduzieren (im Detail abhängig von verwendeten Materialien sowie Konstruktionen). Fugenausbildung Allgemein müssen Fugen so geplant und ausgeführt werden, dass der Schalldämmwert Rw der Bauteile selbst erhalten bleibt. Da der Schalldruck an Kanten etwa dem 4-fachen und in Ecken sogar dem 16-fachen Wert gegenüber dem Schalldruck in Elementmitte entspricht, ergibt sich eine besondere Abhängigkeit der Schalldämmung von der Qualität der Fugenausbildung. Bereits kleine Löcher oder Haarfugen im Anschlussbereich können das Gesamt-

ergebnis erheblich – um mehr als 10 dB – verschlechtern (Abb. B 1.49). Eine luftdichte Anschlussfuge ist also sowohl für den Wärmeund Feuchteschutz als auch für den Schallschutz eine Grundvoraussetzung, wobei diese Fugenabdichtungen in baukonstruktiver Hinsicht umlaufend, weichfedernd, dauerelastisch, alterungsbeständig und leicht auswechselbar sein müssen. Eine solche Ausführung führt bei hohen Schallschutzanforderungen jedoch zu einem so dichten Falzraum, dass der Mindestluftwechsel bei geschlossenem Fenster nicht mehr sichergestellt ist (siehe »Mindestluftwechsel«, S. 61f.). In solchen Fällen ist es möglich, ein »schalldämmendes Lüftungsfenster« einzubauen, bei dem die Außenluft über einen schallschluckend ausgebildeten Kanal unter, neben oder über dem Fenster mechanisch (über einen Ventilator) angesaugt wird. Geschieht dies unter dem Fenster, kann die Luft gegebenenfalls sogar direkt über einen hier befindlichen Heizkörper erwärmt werden (siehe »Aktive Solarenergienutzung«, S. 190ff.). Um negative Effekte des Fugenschalls zu minimieren, wirken sich folgende Maßnahmen positiv aus: • Dichtstoffe und Dichtungsbänder verbessern den Anschluss auch akustisch. • Die beidseitige Anordnung von Abdichtungen (raum- und außenseitig) erhöht das Fugenschalldämmmaß gegenüber einer einseitigen Abdichtung (raumseitig, außen nur konstruktiv) deutlich. Dichtfolien können hingegen aufgrund ihrer geringeren Masse nicht ohne Weiteres mit den vorgenannten Dichtsystemen gleichgesetzt werden. • Fugendämmungen mit PUR-Schaum, Spritzkork oder Mineralfasern dienen in Verbindung mit Abdichtungssystemen wie Dichtstofffugen oder vorkomprimierten Dichtungsbändern sowohl als Wärmeschutz- als auch als unterstützende Schallschutzmaßnahme. Bei Stopfmaterialien ist eine möglichst satte Fugenfüllung anzustreben. • Eine versetzte Fugenanordnung (z. B. Maueranschläge) führt zu einer Umlenkung der Schallwellen. Neben der Fugenzahl und -ausbildung sind für die Schalldämmung eines Fensters außerdem folgende Faktoren von Bedeutung: • Art des Fensters (Einfachfenster, Verbundfenster, Kastenfenster) • Rahmenmaterial • Aufbau der Verglasung (einfach, mehrfach), der Scheibenabstand hat Einfluss auf die sogenannte Federwirkung (Prinzip: MasseFeder-Masse; Abb. B 1.45, S. 67) • Glasdicken (Masse, asymmetrischer Aufbau) • Glasart (Float oder VSG mit Gießharz oder speziellen PVB-Folien, siehe »Füllungsmaterial Glas«, S. 86f.) • Gasfüllung im Scheibenzwischenraum (Verbesserungspotenzial ca. 1 dB) • Art der Beschläge, Anzahl der Verriegelungen (zur Erhöhung der Dichtigkeit auch

bei Windlasten) • Baukörperart und -anschluss (Abb. B 1.48) Fugenschalldämmmaß Das Fugenschalldämmmaß RST, w der Bauanschlussfuge beeinflusst das Gesamtschalldämmmaß des Außenbauteils R'w, res. Die Fugenschalldämmung sollte daher immer möglichst hoch angesetzt werden. Für eine sinnvolle Planung bedarf es jedoch einer detaillierten Kenntnis der gesamten Fuge sowie deren Einzelbestandteilen (Abb. B 1.47). In Abhängigkeit von der Anforderung an das bewertete Schalldämmmaß Rw, R des Fensters muss das Fugenschalldämmmaß RST, w so ausgelegt werden, dass sich die Gesamtschalldämmung nicht verringert. Aufgrund des ungünstigen Verhältnisses von Fensterfläche zur Länge der Anschlussfuge ergibt sich rechnerisch ein höheres erforderliches Fugenschalldämmmaß. Als Richtwert für die Bestimmung der resultierenden Schalldämmung gilt:

Schalldämmmaß R [dB]

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

60

50

40

30

20

10 125

1000

2000 Frequenz f [Hz] Rw, p 45 dB 12 dB 32 dB 33 dB

43 dB B 1.49

B 1.46

Schallschutzfenster

Bei sogenannten Schallschutzfenstern werden meist mehrere Optimierungsmaßnahmen kombiniert (Abb. B 1.50); üblicherweise wird aber mindestens eine spezielle Isolierverglasung mit asymmetrischem Aufbau eingesetzt. Das heißt, es kommen außen- und innenseitig Scheiben mit unterschiedlicher Dicke und demzufolge mit verschiedenen Eigenresonanzfrequenzen zum Einsatz (siehe »Schallschutzverglasung«, S. 93). Aus Sicht des Schallschutzes ist es dabei unerheblich, welche Scheibe außen liegt. Aus Gründen der Lastabtragung (vor allem Windlast, siehe »Horizontale Windlasten«, S. 76) wird jedoch meist die dickere Scheibe außen eingebaut. Der Einsatz von Dreifachverglasung führt gegenüber Zweifachverglasung zu vergleichbaren Schallschutzwerten (Rw bis etwa 50 dB), allerdings bauartbedingt zu höherer Gesamtdicke und höherem Gewicht. Untersuchungen am ift Rosenheim und der HFT Stuttgart haben gezeigt, dass die Mittelscheibe praktisch keinen Einfluss auf das Ergebnis der Schallschutzwerte hat [18].

500

Fenstereinbau nach Prüfnorm leere Fuge Fenster – Wand umlaufende Haarfuge (Schaum – Wand) ein Keilloch im Schaum Fuge Fenster – Wand voll ausgeschäumt, Schaum haftet an den Fugenflanken Bewertungskurve

RST, w ≥ Rw, R + 10 dB Wenn dieses Verhältnis gewährleistet ist, verringert sich das Schalldämmmaß Rw, R des Fensters durch die ausgeführte Fuge (mit dem dazugehörenden Fugenschalldämmmaß RST, w) normalerweise um nicht mehr als 1 dB.

250

B 1.47

B 1.48

B 1.49

B 1.50

rechnerischer Einfluss der Fugenschalldämmung der Baukörperanschlussfuge auf das resultierende Schalldämmmaß eines Fensters im eingebauten Zustand. Ablesebeispiel: Beträgt die Fugenschalldämmung RS, w = 35 dB (rote Kurve), so reduziert sich die Schalldämmung eines Fensters mit Rw = 35 dB (im Beispiel lila) bei mittleren Fenstergrößen um etwa 6 dB (roter Pfeil). Bei einer Fugenschalldämmung von RS, w = 45 dB (blaue Kurve) beträgt der Verlust bei dem gleichen Fenster etwa 1 dB (blauer Pfeil). Fugenschalldämmung von Bauteilanschlussfugen von Fenstern, Fugentiefe 50 –100 mm (zukünftig sind diese Werte auch in DIN 4109 enthalten) positiver (grün umrandet) und negativer (rot umrandet) Einfluss der Außenwand- und Einbausituation auf die Schalldämmung, normale Fensterkonstruktionen und Zargenlösungen (orange umrandet) geprüfte Schalldämmmaße Rw, P eines Fensters in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anschlussausbildungen und Fehlstellen zwischen Fenster und Wand Schnitt durch ein Schallschutzfenster aus Aluminium

Zusammenfassende Hinweise

Als Grundprinzip der baurechtlichen Regelungen sowie nach DIN 4109 gilt, dass die genannten Schallschutzanforderungswerte für das fertig eingebaute Bauteil die Anschlussausbildung einschließen, also für das Bauteil inklusive Anschlussausbildung gelten. Dabei bestimmen folgende Faktoren die Schalldämmung im Bereich von Öffnungen: Fenster- bzw. Öffnungsart, Verglasungsart und ScheibenzwiB 1.50

69

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Falzdichtung

Abmessungen / Anforderungen

»Schall- und Wärmeschutz nach DIN« ist nicht ausreichend. • Grundrissanordnung (Lage von Geräuschquellen zu schutzbedürftigen Räumen) • Lage und konstruktive Ausbildung der Öffnungsbauteile • Planung der trennenden sowie flankierenden Bauteile (Einfluss der Schalllängsleitung ist maßgeblich für den erreichbaren Schallschutz).

Rw

Fenstertyp

25 dB

Einfachfenster

–

dGes ≥ 6 mm SZR ≥ 8 mm RW, g ≥ 27 dB

25 dB

Verbundfenster

–

dGes ≥ 6 mm SZR beliebig

30 dB

Einfachfenster

1

dGes ≥ 6 mm SZR ≥ 12 mm RW, g ≥ 30 dB

Letztlich trägt auch die Qualität der handwerklichen Ausführung und der Bauüberwachung entscheidend zu einem qualifizierten Schallschutz bei.

Brandschutz

30 dB

Verbundfenster

1

dGes ≥ 6 mm SZR ≥ 12 mm RW, g ≥ 30 dB

30 dB

Kastenfenster

–

–

35 dB

Einfachfenster

1

dGes ≥ 10 mm SZR ≥ 16 mm RW, g ≥ 35 dB

35 dB

Verbundfenster

1

dGes ≥ 8 mm bzw. ≥ 6 + 4 /12 /4 SZR ≥ 40 mm

35 dB

Kastenfenster

1

–

40 dB

Einfachfenster

2

RW, g ≥ 42 dB

40 dB

Verbundfenster

2

dGes ≥ 14 mm bzw. ≥ 8 + 6 /12 /4 SZR ≥ 50 mm

40 dB

Kastenfenster

2

dGes ≥ 8 mm bzw. ≥ 6 + 4 /12 /4 SZR ≥ 100 mm

45 dB

Kastenfenster

2

dGes ≥ 12 mm bzw. ≥ 8 + 6 /12 /4 SZR ≥ 100 mm

B 1.51

schenraum (SZR), Konstruktion und Anzahl der Dichtungen, Rahmenkonstruktion und -material, Bauteilanschluss (Material, Konstruktion etc.), Scheibengröße und -format sowie eventuelle weitere öffnungsintegrierte Komponenten wie Rollladen, Rollladenkasten etc. (Abb. B 1.51). Für die Fugenausbildung gilt: Entscheidend ist die Dichtheit der Fuge (Abdichtung). Dämmmaterialien unterstützen die Fugenschalldämmung, da manche, so z. B. Mineralwolle, neben wärmedämmenden zudem über absorbierende Eigenschaften verfügen. Aufgrund des ungünstigen Verhältnisses von Bauteilfläche zu Umfang der Anschlussfuge ergibt sich – will man im eingebauten Zustand keine Verschlechterung erfahren – rechnerisch

70

ein deutlich höheres erforderliches Fugenschalldämmmaß (≥ 10 dB) gegenüber der Schalldämmung des Bauteils. Vor allem höhere Anforderungen an die Schalldämmung erfordern eine sorgfältige Fugenausbildung, da bereits kleinste Undichtheiten die Schalldämmwerte um bis zu 10 dB verschlechtern. Schallschutzbelange sollten bereits mit Beginn der frühen Entwurfsplanung berücksichtigt werden durch: • Klärung sämtlicher Anforderungen (Normen, baurechtliche Vorschriften und sonstige anerkannte Regeln der Technik) unter Beachtung wirtschaftlicher Gesichtspunkte. Eine allgemeine Forderung in der Ausschreibung wie

Gebäudeöffnungen haben für den Brandschutz eine zentrale Bedeutung. Sie »stören« das Gefüge der Außen- und Trennwände (zwischen den Brandabschnitten) und stellen in diesem Sinne eine brandschutztechnische Sonderbzw. Schwachstelle dar. Je nach Konstruktion werden sie im Brandfall unter Umständen durch herabstürzende Teile sogar zur Gefahrenquelle. Gleichzeitig dienen sie als mögliche Abzugstellen für Hitze und Rauchgase, als Zuluftöffnungen für Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) oder als mögliche Flucht- und Rettungswege. Beim Brandschutz geht es grundsätzlich darum, der Entstehung eines Brands vorzubeugen, die Ausbreitung von Rauch und Feuer zu verhindern oder zu verzögern und die Tragfähigkeit der Konstruktion über einen bestimmten Zeitraum zu erhalten, um die Rettung von Menschen und Tieren und eine wirksame Brandbekämpfung sowie die Sicherung materieller und ideeller Werte zu ermöglichen. Daher gibt es in den meisten Ländern zahlreiche gesetzliche und technische Vorgaben und Richtlinien auf diversen Ebenen. In Deutschland z. B. definieren die Landesbauordnungen (Bauaufsichtsrecht) die wesentlichen Schutzziele, während sich Richtlinien von TÜV, DIN, VDI, VDE etc. auf die Baustoffauswahl, deren Brandverhalten in Verbindung mit verschiedenen Konstruktionsarten sowie Schutzmaßnahmen beziehen. Auch die seit Juli 2013 europaweit geltende Bauproduktenverordnung (EU-BauPVO Nr. 305/2011) behandelt im Anhang 1 den Brandschutz als eine der Grundanforderungen an Bauwerke (siehe »Bauproduktenverordnung«, S. 84f.). Brandverhalten und Baustoffklassen

Grundsätzlich ist bei allen Bauaufgaben die Betrachtung des Brandfalls relevant, wobei zumeist weniger der Brand selbst die größte Gefahr darstellt, als vielmehr seine Folgen (inklusive nicht planbarer Verhaltensweisen der betroffenen Personen). Im Brandfall stirbt ein Großteil der Opfer nicht an Verbrennungen, sondern aufgrund der Rauchentwicklung. Baustoffe weisen unterschiedliche Brandverhalten

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

auf, d. h., wann sie sich entzünden, wie gut sie brennen, welche Brandlast sie freisetzen, in welchem Maß sie Rauch entwickeln und wie dieser zusammengesetzt ist. Bauprodukte werden vor allem auf ihre Leistungsfähigkeit, ihre Alterungsfähigkeit, Nachhaltigkeit und Sicherheit, aber auch auf ihr Brandverhalten geprüft. Die europäische Norm DIN EN 13 501-1 (in Deutschland gilt nach wie vor auch die »alte« DIN 4102) definiert die Klassen A – F bezüglich der Brennbarkeit von Baustoffen und gibt einheitliche Prüfverfahren vor. Unterschieden werden nach deutschem Baurecht in Abhängigkeit der Anteile an brennbarem Material nicht brennbare, schwer entflammbare, normal entflammbare und leicht entflammbare Bauprodukte. Die Bauregelliste ordnet diesen die »alten« DIN Klassen A1, A2, B1 bis B3 bzw. die Euroklassen A bis F zu. Außerdem gibt es als Teil der Euro-Klassifizierung Unterklassen für Rauchentwicklung (s1 – s3) und für brennendes Abtropfen (d0 – d2). Entsprechende Angaben erfolgen über eine CE-Kennzeichnung bzw. in der Leistungserklärung eines Bauteils, z. B. C-s1 – d2 (Abb. B 1.52). Leicht entflammbare Materialien (Baustoffklasse B3 bzw. F) dürfen gemäß § 17 Absatz 2 der Musterbauordnung (MBO) nur eingesetzt werden, wenn sie im eingebauten Zustand (z. B. als Verbundwerkstoff) nicht mehr leicht entflammbar sind. Der Nachweis über die Zuordnung eines Baustoffs bzw. Bauprodukts zu einer Baustoffklasse erfolgt in Brandversuchen [19]. Dabei ist nicht nur das eigentliche Basismaterial ausschlaggebend für das Brandverhalten, sondern vielmehr das spätere Halbzeug bzw. Bauprodukt mit allen Schichten und Behandlungen. Auch Form und Aufbau eines Bauteils spielen eine wichtige Rolle und können z. B. durch den Kamineffekt in Hohlräumen das Brandverhalten wesentlich verschlechtern. Daher sollte man sich in der Planung nicht auf generelle Aussagen zur Brandschutzklassifizierung eines bestimmten Baustoffs verlassen, sondern sich über den Verwendbarkeitsnachweis des jeweils geplanten Produkts im Einzelfall informieren und absichern. Nach den Forderungen der Landesbauordnungen (LBO) müssen alle verwendeten Baustoffe – und damit auch die für die Anschlussausbildung eingesetzten Materialien – wenigstens normalentflammbar sein, was durch den Nachweis mindestens der Baustoffklasse E bzw. B2 erfüllt wird.

bauaufsichtliche Benennung

nicht brennbar

schwer entflambar

‡

A1

‡

‡

A2

s 1, d 0

‡

B, C

s 1, d 0

‡

B, C

s 3, d 0

B, C

s 1, d 2

‡

‡

normal entflammbar leicht entflammbar 1)

europäische Klasse nach DIN EN 13 501-1

‡

‡

B, C

s 3, d 2

D

s 3, d 0

D

s 3, d 2

E

d2

Klasse nach DIN 4102-1 A1 A2

B 11)

B 21)

F

B3

Angaben über hohe Rauchentwicklung und brennendes Abtropfen /Abfallen im Verwendbarkeitsnachweis und in der Kennzeichnung B 1.52

Feuerwiderstandsklasse nach DIN 41021)

bauaufsichtliche Bezeichnung

F 30 – B

feuerhemmend

≥ 30 min

F 30 – A

feuerhemmend, aus nicht brennbaren Baustoffen

≥ 30 min

Feuerwiderstandsdauer unter ISONormbrand

F 60 – AB 2)

hochfeuerhemmend

≥ 60 min

F 60 – A

hochfeuerhemmend, aus nicht brennbaren Baustoffen

≥ 60 min

F 90 – AB

feuerbeständig

≥ 90 min

F 90 – A

feuerbeständig, aus nicht brennbaren Baustoffen

≥ 90 min

(F120)

(hochfeuerbeständig)

(≥ 120 min)

(F180)

(höchstfeuerbeständig)

(≥ 180 min)

Brandwand

–

Feuerwiderstandsklasse nach DIN EN 13 501-2 für Bauteile mit ohne Raumabschluss Raumabschluss tragend

nicht tragend

tragend

REI 30

EI 30

R 30

REI 60

EI 60

R 60

REI 90

EI 90

R 90

REI – M 90

EI – M 90

1)

nach DIN 4102-2 für Wände, Stützen, Decken, Träger und Treppen 2) AB: in den wesentlichen Teilen aus nicht brennbaren Stoffen

B 1.53

Herleitung des Kurzzeichens

Kriterium

R (Résistance)

Tragfähigkeit

E (Étanchéité)

Raumabschluss

I (Isolation)

Wärmedämmung (unter Brandeinwirkung)

W (Radiation)

Begrenzung des Strahlendurchtritts

M (Mechanical)

mechanische Einwirkung auf Wände (Stoßbeanspruchung)

S (Smoke)

Begrenzung der Rauchdurchlässigkeit (Dichtheit, Leckrate)

Rauchschutztüren (als Zusatzanforderung auch bei Feuerschutzabschlüssen), Lüftungsanlagen einschl. Klappen

C ... (Closing)

selbstschließende Eigenschaft (gegebenenfalls mit Anzahl der Lastspiele)

Rauchschutztüren, Feuerschutzabschlüsse (einschl. Abschlüsse für Förderanlagen)

P

Aufrechterhaltung der Energieversorgung und /oder Signalübermittlung

elektrische Kabelanlagen allgemein

I1, I2

unterschiedliche Wärmedämmungskriterien

Feuerschutzabschlüsse (einschl. Abschlüsse für Förderanlagen)

f (full)

Beanspruchung durch »volle« ETK (Vollbrand)

Doppelböden

... 200, 300, ... (°C)

Angabe der Temperaturbeanspruchung

Rauchschutztüren

i∫o i o i o (in – out)

Richtung der klassifizierten Feuerwiderstandsdauer

nicht tragende Außenwände, Installationsschächte /-kanäle, Lüftungsanlagen / -klappen

a∫b a b a b (above – below)

Richtung der klassifizierten Feuerwiderstandsdauer

Unterdecken

ve, ho (vertical, horizontal)

für vertikalen /horizontalen Einbau klassifiziert

Lüftungsleitungen /-klappen

∫

∫

B 1.51 typische Schalldämmmaße in Abhängigkeit von Verglasung und Fensterkonstruktionsart (dGes = Gesamtglasdicke; Rw,g = Laborprüfwert der Scheibe im Normformat 1,23 ≈ 1,48 m) B 1.52 Klassifizierung von Baustoffen nach DIN EN 13 501-1 und DIN 4102-1 B 1.53 Feuerwiderstandsklassen von Bauteilen nach DIN EN 13 501-2 und ihre Zuordnung zu den bauaufsichtlichen Benennungen (Klassifizierung nach DIN 4102) B 1.54 Klassifizierung des Feuerwiderstands nach DIN EN 13 501-1 und DIN EN 13501-3

Zusatzanforderungen kein Rauch kein brennbares Abfallen/Abtropfen

Anwendungsbereich

zur Beschreibung der Feuerwiderstandsfähigkeit

Zusätzliche Angaben zur Klassifizierung des Brandverhaltens von Baustoffen nach DIN EN 13 501-1 s (smoke)

Rauchentwicklung

Anforderung an die Rauchentwicklung

d (droplets)

brennendes Abtropfen /Abfallen

Anforderung an das brennende Abtropfen / Abfallen

... fl

Brandverhaltensklasse für Bodenbeläge B 1.54

71

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Feuerwiderstandsklassen

DIN EN 13 501-2 ordnet Bauteile (Bauelemente und Konstruktionen) nach ihrem Brandverhalten sogenannten Feuerwiderstandsklassen zu (Abb. B 1.53, S. 71). Im Hinblick auf Gebäudeöffnungen werden folgende Fälle unterschieden: • tragende Bauteile mit oder ohne raumabschließender Funktion (mit oder ohne Verglasung), z. B. Außenwände, Dächer, Loggien, Laubengänge etc. • nicht tragende Bauteile (mit oder ohne Verglasung), z. B. Vorhangfassaden und andere nicht tragende Außenwände, Feuerschutztüren und Abschlüsse samt Schließvorrichtungen, Rauchschutztüren, Bauteilfugen etc. • Produkte und Systeme zum Schutz von Bauteilen, z. B. Brandschutzbeschichtungen, Bekleidungen oder Abschirmungen. In Deutschland regeln die jeweiligen Landesbauordnungen in Abhängigkeit von der Gebäudeklasse die Brandschutzanforderungen an die verwendeten Baustoffe – dementsprechend auch an die zur Anschlussausbildung eingesetzten Materialien – und an die einzelnen Bauteile (feuerhemmend, hochfeuerhemmend, feuerbeständig). Die in DIN 13 501-2 definier-

B 1.55

Verglasungen für die Brandschutzklassifizierung »E-Raumabschluss«, Klassen nach EN 13 501-2, geprüft nach EN 1364-1

Trennwände Feuerwiderstandsdauer in Minuten

E

EW

EI

15

EI-15

20

E-20

EW-20

EI-20

30

E-30

EW-30

EI-30

60

E-60

EW-60

EI-60

90

E-90

EI-90

120

E-120

EI-120

45

EI-45

180

EI-180

240

EI-240

Feuerschutzabschlüsse Feuerwiderstandsdauer in Minuten

E

EW

EI1

EI2

EI1-15

EI2-15

ten Feuerwiderstandsklassen der einzelnen Bauteile sind den bauaufsichtlichen Begriffen der LBO zugeordnet. Das Feuerwiderstandsverhalten von Bauteilen wird gemäß DIN EN 13 501-2 nach folgenden Leistungskriterien klassifiziert: Tragfähigkeit (R), Raumabschluss (E) oder Wärmedämmung (I), gegebenenfalls ergänzt durch Zusatzanforderungen wie z. B. Strahlungsdurchgang (W), mechanische Stabilität (M), selbstschließende Eigenschaft (C) und Rauchdichtheit (S). Die Kennzeichnung erfolgt über die entsprechenden Großbuchstaben. Im Fall der Feuerwiderstandsklassen wird die Dauer in Minuten ergänzt, d. h. wie lange ein Bauteil die durch die Großbuchstaben bezeichneten Leistungsanforderungen mindestens zu erfüllen hat, also z. B. 30, 60, 90, 120 oder 180 Minuten (Klassifizierungszeit). Das europäische System detailliert in noch präziseren Angaben von 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180 und 240 Minuten (Abb. B 1.55) [20]. Türen und Tore, die nach DIN 4102 der Klasse T 30 bzw. T 60 entsprechen, werden europäisch EI260-C5-Sa (Türen) oder EI230-C2-S200 (Tore) klassifiziert. Selbstschließende Rauchschutztüren – nach DIN 4102 RS – erhalten die Klasse C5-S200 [21]. Die Eignung von Baustoffen oder Bauteilen für die Zwecke des vorbeugenden Brandschutzes im Hochbau wird in der Regel durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ), ein allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis (abP) einer anerkannten Prüfanstalt, durch Zustimmung im Einzelfall oder CE-Kennzeichnung (nach Produktnorm ohne oder mit Zertifizierung bzw. eingeführter Technischer Baubestimmung – ETB) nachgewiesen. Prüf- und Klassifizierungsnormen wie DIN EN 13 501 definieren jedoch, anders als die deutschen Landesbauordnungen, keine bauaufsichtlichen Anforderungen (feuerhemmend, hochfeuerhemmend, feuerbeständig). Die Eignung von Baustoffen und Bauteilen, die in DIN 4102-2 bzw. DIN 4102-4 aufgeführt sind, muss nicht gesondert nachgewiesen werden. Auf europäischer Ebene wird die sogenannte CWFT-Liste (»Classified without Further Testing«) für den Nachweis des Brandverhaltens von Baustoffen geführt. Bauteile, deren Eignung nicht allein nach DIN EN 13 501-1 bzw. -2 (bzw. in Deutschland auch nach DIN 4102-4) beurteilt werden kann, benötigen einen Nachweis, z. B. die Erteilung einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung durch das Institut für Bautechnik (DIBt) in Berlin (Abb. B 3.58, S. 140).

15

E-15

20

E-20

EW-20

EI1-20

EI2-20

30

E-30

EW-30

EI1-30

EI2-30

Brandschutzverglasungen

45

E-45

EI1-45

EI2-45

60

E-60

EI1-60

EI2-60

DIN EN 13 501-2 definiert Brandschutzverglasungen als feuerwiderstandsfähige Verglasungen wie folgt: Ein aus einer oder mehreren durchsichtigen oder durchscheinenden Glasscheiben bestehendes, in geeigneter Weise eingebautes Verglasungssystem (z. B. mit Rahmen, Dichtungen und Befestigungsmitteln), das in der Lage ist, die entsprechenden Krite-

EW-60

90

E-90

EI1-90

EI2-90

120

E-120

EI1-120

EI2-120

180

E-180

EI1-180

EI2-180

240

E-240

EI1-240

EI2-240 B 1.55

72

rien für die am Einbauort notwendige Feuerwiderstandsdauer zu erfüllen. Brandschutzverglasungen – hierzu zählen sogenannte F- und G-Verglasungen nach DIN DIN 4102-13 (entsprechend den Klassen E bzw. EI in DIN EN 13 501-2) als Lösungen für Gebäudeöffnungen mit besonderen Brandschutzanforderungen – dürfen als Sonderverglasungen daher nur in spezielle, zugelassene und typengeprüfte Rahmensysteme eingebaut werden. Sie benötigen in Deutschland immer eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder eine europäisch technische Bewertung nach ETAG 003 (Leitlinie für die europäische technische Zulassung für Bausätze für innere Trennwände zur Verwendung als nicht tragende Wände). Brandschutzverglasungen gelten als Teile der Wände oder Decken, in die sie eingebaut werden. Sie stellen daher keine eigenständigen, feuerwiderstandsfähigen Bauteile dar, sondern werden nach den Bauteilen der jeweiligen Einbauorte klassifiziert (Klasse EI, EW bzw. E nach DIN EN 13 501-2). Feuerwiderstandsfähige Verglasungen als Trennwandsysteme (F- und G-Verglasungen) verhindern in der Regel den Flammen- und Brandgasdurchtritt für einen definierten Zeitraum. F-Verglasungen sind wärmedämmend, G-Verglasungen beschränken den Durchtritt von Hitzestrahlung kaum, sodass auf der brandabgewandten Seite die Gefahr der Selbstentzündung besteht (siehe »Brandschutzverglasungen«, S. 116ff.). F-Verglasungen eignen sich für Gebäudeöffnungen mit besonderen Brandschutzanforderungen, z. B. zur Verhinderung von Brandüberschlag an der Fassade, wenn Gebäude übereck zusammenstoßen (5-m-Eckbereich), für Fußgängerpassagen oder verglaste Außenbereiche von Flucht- und Rettungswegen. Neben Brandschutzverglasungen kommen für den brandschutztechnischen Verschluss von Gebäudeöffnungen unter Umständen auch andere Optionen in Betracht, dazu gehören spezielle Tore (Roll-, Hub-, Hubstaffel-, Sektional- und Schiebetore mit entsprechender Zulassung) und Vorhänge [22]. Brandschutzanforderungen führen in der Praxis jedoch – vor allem aus wirtschaftlichen Gründen – häufig dazu, dass auf entsprechende Verglasungen ganz verzichtet wird. Eignungsnachweise und amtliche Zulassungen

Ein allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis (abP) einer anerkannten Prüfstelle oder eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung vom DIBt gilt als Nachweis der Brauchbarkeit, wenn Bauteile nicht in einer Norm als feuerwiderstandsfähiges Bauteil beschrieben sind. Damit besteht für die Bauaufsichtsbehörden keine Verpflichtung mehr, die Brauchbarkeit des Zulassungsgegenstands für den Verwendungszweck zu prüfen. Der Einbau von solchen zugelassenen Brandschutzelementen ist dann durch den Verwendbarkeitsnachweis (Zulassung, abP, abZ etc.) geregelt, der auch den

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Baukörperanschluss in Art, Ausführung und Lage der Befestigungselemente und Anschlussmaterialien als Bestandteil beinhaltet. Eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) kann beantragt werden, wenn zur Erfüllung einer bestimmten Anforderung keine bauaufsichtlich zugelassenen Produkte (z. B. Brandschutzverglasung) verfügbar sind oder wenn abweichend zu einer Zulassung gebaut werden soll. Die ZiE ersetzt dann ausnahmsweise die fehlende bauaufsichtliche Zulassung. Der Antrag auf eine ZiE ist vom Bauherrn über die zuständige Bauaufsichtsbehörde an die oberste Baubehörde des Landes zu richten, in dem das Projekt ausgeführt wird. Ob ein Material oder Produkt an einer bestimmten Stelle im Gebäude eingesetzt werden kann, z. B. als Öffnungsverschluss eines großen Oberlichts, hängt neben der brandschutztechnischen Klassifizierung auch von weiteren, teilweise entscheidenden Faktoren und Eigenschaften ab, z. B.: • Temperaturen von Schmelzpunkt und Entflammbarkeit • ob das Material bzw. Produkt brennend abtropft, wobei ein heißes Abtropfen bereits sehr problematisch sein kann • ob sich das Material im Brandfall »zurückzieht« und dadurch Öffnungen zum Außenraum für Hitze und Rauchgase entstehen (vergleichbar einer automatischen RWAFunktion), • ob ein Material im Brandfall schrumpft, sodass z. B. im Rahmenbereich unerwünschte Öffnungen für Rauch und Flammen entstehen, die eine Brandausbreitung ermöglichen • welche (toxischen) Verbrennungsprodukte entstehen • ob ein Werkstoff offen oder verdeckt (ohne Sichtkontrolle) eingesetzt wird • inwieweit bei welchen Temperaturen die statische Funktion verloren geht und was dadurch zu erwarten ist Auch bauliche Randbedingungen, z. B. wohin im Brandfall entstehende giftige Rauchgase gelangen können, welche Temperaturen im genutzten Innenbereich erforderlich sind, damit es zu einem Brand der betreffenden Stelle kommen kann (Abstand zu Brandlasten) und wie die Situation dann für eine mögliche Personenrettung einzuschätzen ist (Brandszenario), müssen bei der Material- bzw. Produktauswahl berücksichtigt werden. Weitere Aspekte auf Gebäudeebene, die sich gegebenenfalls kompensatorisch nutzen lassen, sind beispielsweise eine Begrenzung der Nutzerzahlen (z. B. durch eine Regulierung von Besucherströmen), eine Erhöhung und Verbesserung der Fluchtoptionen oder eine Anpassung der Gebäudetechnik (z. B. kontrollierte Zu- und Abluft, Brandmelde- und Sprinkleranlagen). Diese Aspekte, die zum Teil erhebliche Mehrkosten zur Folge haben können, sind über allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen nicht geregelt. Daher sollten Entscheidungen

für ein Material und eine Konstruktionsart möglichst frühzeitig und in einem interdisziplinären Team unter Einbindung der Genehmigungsbehörden und von Brandschutzspezialisten erfolgen.

Elektromagnetische Dämpfung Elektromagnetische Dämpfung schützt vor unerwünschten, aber allgegenwärtigen elektromagnetischen Wellen, dem sogenannten Elektrosmog. Verursacher dieser Strahlung (Störquellen) sind praktisch alle elektrischen Geräte und Anlagen im privaten und industriellen Bereich. Um die Abstrahlung zu begrenzen, können Schutzmaßnahmen entweder direkt am Verursacher oder durch Abschirmung ganzer Räume und Gebäude erfolgen. Umgekehrt ist manchmal eine Abschirmung bzw. Dämpfung gegen störende elektromagnetische Strahlung von außen nach innen erforderlich, z. B. als Schutz vor unerwünschter Mobilfunkstrahlung. Darüber hinaus besteht im Flughafenumfeld erhöhter Bedarf an elektromagnetischer Dämpfung, insbesondere Radarreflexionsdämpfung (Dämpfung von Primär- und Sekundärradarsignalen, die an der Fassade von Gebäuden reflektieren). Eine elektromagnetische Dämpfung lässt sich technisch auf verschiedene Art und Weise erreichen, von der Abschirmung einzelner Bauelemente bis hin zu ganzen Räumen. In letzterem Fall leistet das Fenster einen wirkungsvollen Beitrag. Die Raumabschirmung dient dazu, strahlungsgebundene Störgrößen (elektrische und magnetische Felder sowie elektromagnetische Wellen) auf ein bestimmtes Maß zu reduzieren. Der berücksichtigte Frequenzbereich erstreckt sich dabei vom kHz bis in den GHzBereich. Der jeweilige Dämpfungswert hängt von der individuellen Anwendung ab. Unbeschichtetes Glas hat eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen im entsprechenden Frequenzbereich, d. h., Absorption und Reflexion sind sehr gering. Eine Verbesserung der Dämpfung kann z. B. durch das Aufbringen von Low-E-Schichten sichergestellt werden, die die Reflexion erhöhen. Je niedriger der elektrische Widerstand der Beschichtung, umso höher ist die Dämpfung der Strahlung. Ein geforderter Schirmdämpfungswert lässt sich im Einzelfall durch einen spezifischen Glasaufbau erreichen, wobei grundsätzlich eine einwandfreie Potenzialverbindung aller Gläser und Fensterrahmen vorhanden sein muss (Faraday’scher Käfig). In der Nähe von Flughäfen liegen die Anforderungen an die Radarreflexionsdämpfung in der Regel zwischen 10 und 20 dB, was einer Reduzierung der reflektierten Signale um 90 – 99 % entspricht. Maßgeblich für die Dämpfung sind u. a. die Größe des Gebäudes, die Neigung der Fassade sowie die Entfernung und Lage zur Radaranlage (Winkelabhängigkeit). Im Bereich transparenter Bauteile lassen sich diese Forderungen durch spezielle Glasaufbauten errei-

chen, die zu einer phasenverschobenen Überlagerung von einfallenden und reflektierten Radarwellen führen und die Absenkung der Reflexion bewirken. Einen individuell geeigneten Glasaufbau legen Planer und Hersteller in Anhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen an Radardämpfung, Wärme-, Sonnen-, Schallschutz etc. gemeinsam fest.

Mechanische Anforderungen Mechanische Anforderungen an Gebäudeöffnungen ergeben sich infolge einer Fülle von Beanspruchungen und sind in verschiedenen Gesetzen, Normen und technischen Regelwerken festgelegt: • vertikale Lasten: Eigengewicht, vertikale Nutzlasten • horizontale Lasten: horizontale Nutzlasten, Winddruck und -sog • Längenänderungen und Verformungen infolge von Temperatur- und Luftdruckschwankungen • Beanspruchungen aus dem Baukörper: Setzungen, Erschütterungen • (missbräuchliche) Nutzung • mechanischer Angriff (z. B. Einbruch) • Beanspruchung aus besonderen Aspekten der Nutzung • Einbauort • Lage in der Gebäudehülle Glasscheibendicke

Verglasungen haben die Aufgabe, flächig einwirkende Lasten in eine geeignete Unterkonstruktion abzuleiten. Dazu muss die Tragfähigkeit durch Bemessung der Scheibendicke nachgewiesen werden, wobei die Biegespannung der jeweiligen Glassorte zu berücksichtigen ist. Es wird stets der ungünstigste Belastungsfall aus Eigenlast, Verkehrslast (hier vor allem auch horizontale Lasten wie Anlehn- oder Anpralllasten), gegebenenfalls zuzüglich Windund Schneelast (gemäß DIN 1055-4) angesetzt. Die rechnerische Durchbiegung nach Lastannahmen aus DIN 1055-4 muss in der Regel unter 1/200 der Scheibenlänge liegen, die Durchbiegung der längsten Scheibenkante ist im Allgemeinen auf maximal 15 mm begrenzt, damit der Glasrandverbund in seiner Funktion nicht gefährdet wird. Die eigentliche Bestimmung der erforderlichen Glasdicke ist aufwendig und wird heute meist EDV-gestützt durchgeführt. Seit 2011 erfolgt sie nach DIN 18 008-2. Unter anderem gehen in die Berechnung folgende Größen ein: • Glasart • Scheibenabmessungen • Einbauort (Höhenlage, Windzone, Gebäudemaße, Geländekategorie, Schneelastzone) Die Bemessung nach DIN 18 008-2 führt meist zu einer um einen Schritt erhöhten Glasdicke gegenüber inzwischen veralteten Diagrammwerten (z. B. Richtlinie des Glaserhandwerks bzw. alte Norm), die dennoch für eine

73

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

überschlägige Abschätzung genutzt werden können [23]. Bei der Bemessung von Isoliergläsern geht man üblicherweise davon aus, dass die äußere Scheibe sowohl die gesamte Windlast (Druck und Sog) als auch die äußere Verkehrslast aufnehmen muss. Da keine Verbundwirkung durch den Scheibenzwischenraum angenommen wird, kann die innere Scheibe entsprechend dünner ausgelegt und mit der halben Windlast bemessen werden, soweit sie keine weiteren Lasten von der Innenseite abtragen muss. Neben der Dimensionierung nach Lasten erfordern Aspekte der Montage, der Konstruktion oder der Nutzung, aber auch Klimalasten unter Umständen höhere Glasdicken.

Besondere Beanspruchungen von Isolierverglasungen

Da Isoliergläser im Scheibenzwischenraum (SZR) eine stets konstante Menge Gas enthalten, ergeben sich neben Windlasten weitere mechanische Beanspruchungen der Scheiben durch Änderungen von Temperatur und Luftdruck (Klimalasten). Steigt die Temperatur, erhöht sich auch der Gasdruck im SZR und drückt die Scheiben und Abstandhalter nach außen. Steigt der Luftdruck außen witterungsbedingt, ändert sich das Verhältnis zum Druck im SZR, Scheiben und Abstandhalter werden nach innen gedrückt. Je nach Biegesteifigkeit der Einzelscheiben findet eine Verformung statt oder es entsteht ein Druck auf Glas und Randverbund. Die physikalische Begrün-

dung liefert die sogenannte Gasgleichung: (p ∙ V)/T = konstant Druck [Pa oder N/m2] Volumen [m3] Temperatur [K]

p V T

Ändert sich einer der Parameter, muss dies an anderer Stelle ausgeglichen werden. Je größer das eingeschlossene Volumen, desto größer sind die Auswirkungen. Abb. B 1.56 zeigt, dass sich darüber hinaus im ungünstigsten Fall eine die Verformung verstärkende Überlagerung der beiden genannten Effekte ergeben kann, was bei der Auslegung der Scheiben berücksichtigt kurze Kante [m]

1,5 80 x 80 70 x 100 50 x 100 40 x 40

e 1,0

g

Überdruck

un

er

Temperaturänderung +3 K

1 kPA

Luftdruckänderung -10 mbar 80 Höhenmeter

1 kPA 1 kPA

0,5

0

Überlagerungsszenarien

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

B 1.56

Eigenschaft / Wert / Einheit Widerstandsfähigkeit gegen Windlast Prüfdruck P1 [Pa] Widerstandsfähigkeit gegen Windlast Rahmendurchbiegung

Stoßfestigkeit Fallhöhe [mm]

3,0 3,5 4,0 lange Kante [m] B 1.57

Klassifizierung / Wert npd

1 (400)

2 (800)

3 (1200)

4 (1600)

5 (2000)

Exxxx (> 2000)

abhängig von Einbauort und Höhe des Gebäudes npd

npd

A (≤ 1/150)

B (≤ 1/200)

C (≤ 1/300)

nicht relevant

typischer Auslegungswert nach Sicherheitskriterien

typischer Auslegungswert für Gebrauchstauglichkeit

200

300

Tragfähigkeit von Sicherheitsvorrichtungen

npd 1

Bedienungskräfte 2

npd

mechanische Festigkeit

npd

450

Fenstertüren, Verglasungen mit Gefahr des Anpralls in öffentlicher, gewerblicher Anwendung

Fenstertüren, Verglasungen mit Gefahr des Anpralls in privater Anwendung

700

950

meist Überschneidung in der Anwendung mit Technischen Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV) (aber Achtung: Verfahren Stoßfestigkeit nicht übertragbar auf absturzhemmende Anforderungen)

Schwellenwert bei zusätzlichen Fangscheren, Feststeller, Öffnungsbegrenzer o. Ä. punktuell 350 N Belastung über 60 Sekunden 1

2

für alle Anwendungen ohne spezielle Anforderungen 1

für alle Anwendungen mit Anforderungen an leichte Bedienbarkeit

2

3

nicht zu empfehlen Dauerfunktion Anzahl der Zyklen

möglich nicht möglich nicht möglich nicht möglich

lag

er

Temperatur im Scheibenzwischenraum

Üb

Belastung des Abstandhalters

asymmetrischer Verglasungsaufbau

Klima 16,0 kN/m2

2,0

tig

Winddruck Zwei- und MehrscheibenIsolierglas

ns

gü

un

Luftdruck außen

Unterdruck

Überdruck

Unterdruck

Wind 0,5 kN/m2 2,5

npd

private Anwendungen

4 öffentlicher, gewerblicher Bereich

5000

10 000

20 000

nicht zu empfehlen

private Anwendungen

öffentlicher, gewerblicher Bereich

npd: keine Leistung festgestellt (no performance determined) Zahlenangaben in Klammern dienen der Information nur falls keine Sicherheitsvorrichtungen wie Fangscheren vorhanden sind 2 nur bei handbetätigten Fenstern 1

B 1.58

74

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

werden muss. Diese Zusammenhänge erfordern daher bei der Bestellung von Isolierglaseinheiten gegebenenfalls die Angabe der Höhenlage des Einbaustandorts, denn diese bestimmt den Befüllungdruck (als Nullstellung). Unter dem Begriff »Klimalasten« sind diese physikalischen Gegebenheiten zwar seit Langem bekannt, durch den vermehrten Einsatz von Dreifachglas mit immer größer werdendem SZR verschärft sich die Problematik jedoch zunehmend. Bei Überlagerung von Wind- und Klimalasten werden schnell Grenzen erreicht (Abb. B 1.57). Besonders kleine (= steife) Kantenlängen oder ungünstige Kantenlängenverhältnisse führen zu erhöhter Scheibenbruchgefahr bzw. kürzerer Lebensdauer. Optisch zeigen sich derartige Scheibenverformungen auf der Außenseite der Verglasung durch Verzerrungen, vor allem in der Reflexion. Auch die Verwendung von beschichteten und / oder durchgefärbten Einzelscheiben in Sonnenschutz-Isoliergläsern kann unter sommerlichen Bedingungen durch Absorption zu einer starken Scheibenerwärmung und damit zu einer Verstärkung des beschriebenen Effekts führen. Deshalb sollte der SZR von Sonnenschutz-Isoliergläser nicht mehr als 12 mm betragen. Situationen mit Teilbeschattung stellen besondere Anforderungen an die Temperaturwechselbeständigkeit der verwendeten Einzelscheiben. Je nach Scheibengröße und -format, Glasart oder Einbausituation empfiehlt sich deshalb im Einzelfall der Einsatz von vorgespanntem Glas (Einscheibensicherheitsglas – ESG) oder teilvorgespanntem Glas (TVG). Maximale Abmessungen für Rahmen und Flügel

Die verschiedenen mechanischen Anforderungen führen meist zu einer Beschränkung der maximalen Größe der Verglasung sowie des gesamten Fensterelements, insbesondere einzelner Öffnungsflügel. Es gibt jedoch keine pauschal geltenden Mindest- oder Maximalabmessungen. Diese sind vielmehr von folgenden Aspekten abhängig: • Rahmenprofilmaterial, Rahmenkonstruktion und -abmessungen (herstellerspezifisch) • Öffnungsart • Wahl der Beschläge für Verschluss und Bewegung des Öffnungsflügels • Situation auf der Baustelle (Zugänglichkeit, Verfügbarkeit von Hebezeug etc.) • geplante Gebäudenutzung (z. B. können ältere Menschen sehr große Flügel kaum

B 1.56 mögliche Verformungen von Isolierglasscheiben aufgrund von Wind, Druck- und Temperaturunterschieden B 1.57 Anwendungsgrenzen eines beispielhaften Dreifach-Isolierglases (4/20/4/20/4 mm). Bei den Formaten im roten Bereich sind die wirksamen Klimalasten für die Verglasungen zu groß. B 1.58 Windlast: mechanisches und statisches Verhalten und Klassifizierungen nach DIN EN 13 126-8, kommentiert B 1.59 Schritte zur Festlegung der Belastungen von Fensterelementen

bewegen, auch für Schulen sind robuste Lösungen mit entsprechend kleinen Flügelformaten vorteilhaft) Insbesondere die Bewegungsart spielt eine große Rolle: Für die mechanische Beanspruchung des Öffnungsflügels und den Bauteilanschluss stellt beispielsweise ein breiter Kippflügel eine wesentlich günstigere Lösung dar als ein breiter Drehflügel mit sehr hohen resultierenden Momenten in den Befestigungspunkten. Bei fachgerechter Montage erfährt der Blendrahmen selbst keine Biegebeanspruchung, da die auftretenden Kräfte aus dem Öffnungsflügel über den Bauteilanschluss vollständig in den Baukörper eingeleitet werEinfluss des Einbauorts: 4 Windlastzonen in Deutschland, zusätzlich spezielle Windlastannahmen bei besonders exponierten Kammlagen etc. siehe DIN EN 1991-1 + Nationaler Anhang (vb,o = Basisgeschwindigkeit; qb,0 = Basisgeschwindigkeitsdrücke)

Einfluss der Einbaulage: Randbereiche des Gebäudes mit erhöhten Windsogbelastungen. Während die direkt angeströmte Seite mit Winddruck belastet wird – maßgeblich für die Auslegung der Fenster bezüglich Schlagregen –, sind die windsogbelasteten Fenster hinsichtlich der Rahmendurchbiegung zu bemessen.

den. Er muss daher nicht auf Biegung dimensioniert werden. Darüber hinaus ist die Einbausituation auf der Baustelle für die Bemessung ebenso wichtig wie die Art der Montage und das Element selbst, das in die Öffnung eingebracht werden soll. Hier sind gegebenenfalls Zusatzmaßnahmen erforderlich (z. B. eine temporäre Aussteifung für den Transport am Kran). Auch die spätere Nutzung muss berücksichtigt werden. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass große Dreh-/Kippflügelelemente in Schulbauten oft den Anforderungen aus der intensiveren Nutzung nicht gewachsen sind, wenn nicht schon in der Planung entsprechende Verstärkungsmaßnahmen berücksichtigt wurden. 4

4

4

3

3 2

Windzone

vb,o [m /s]

qb,o [kN /m2]

WZ 1

22,5

0,32

WZ 2

25,0

0,39

1

WZ 3

27,5

0,47

2

WZ 4

30,0

0,56

Randbereich: erhöhter Windsog Winddruck

Mittenbereich: Windsog Randbereich: erhöhter Windsog

Wi

nd

l l/5

Einfluss der Gebäudehöhe: Vereinfachend wird die Gebäudehöhe berücksichtigt, nicht die jeweilige Einbauhöhe der Fenster. Es gibt drei Höhenbereiche, Fenster in Gebäuden über 25 m müssen nach dem ausführlichen Verfahren nach DIN EN 1991-1-1-4/NA bemessen werden.

18– 25 m 10–18 m 0–10 m

Auslegungsniveau: Festlegung, ob die Fenster nach einfacher Sicherheit oder nach Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit ausgelegt werden sollen: • Auslegung nach Sicherheitskriterien: für alle Elemente erforderlich; das Fenster übersteht außergewöhnliche Windereignisse sicher, kann allerdings irreversible Beschädigungen davontragen. • Auslegung nach Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit: Das Fenster übersteht außergewöhnliche Windereignisse sicher und ist hinterher immer noch gebrauchstauglich.

l / 300

l / 200

Werte für die gefährdeten Fenster (10 –18 m, Eckbereich) mit l/300 + erhöhter Windsog-Wert für Eckbereich angesetzt

Beispiele für eine Bemessung:

Widerstand gegen Windlast nach EN 12 210

Schlagregendichtheit nach EN 12 208

Luftdurchlässigkeit nach EN 12 207

Fenster für Haus in Würzburg (Windlastzone 1), 6 m hoch, Bemessung auf Sicherheitskriterium

B2 (Gebäudemittenbereich)

4A

2

Fenster für Haus in Hannover (Windlastzone 2), 12 m hoch, Bemessung auf Gebrauchstauglichkeit

B4 (Gebäuderandbereich)

5A

2 ∫ zu wählen 3, da EnEV maßgebend B 1.59

75

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Horizontale Windlasten

Windlasten (Winddruck und -sog) stellen eine mechanische Beanspruchungsart dar. Dabei kann Winddruck zu sehr großen Belastung von Fensterelementen führen, die etwa der Beanspruchung einer Decke durch Verkehrslasten entsprechen. Gleichzeitig erhöhen Windlasten bei Niederschlägen die Gefahr von Undichtigkeiten gegenüber eindringendem Wasser (siehe »Feuchteschutz, Abdichtung, Schlagregendichtigkeit« S. 59ff.). Die Produktnorm für Fenster und Außentüren DIN EN 14 351-1 enthält eine Reihe von Leistungseigenschaften und Klassen, um ein Element technisch genau zu spezifizieren. Sie gibt jedoch praktisch keine Antwort auf die Frage, welches Anforderungsniveau für ein spezielles Bauvorhaben das richtige ist. Dem Planer liefert diesbezüglich DIN 18 055 wichtige Anhaltspunkte. Aus Abb. B 1.58 (S. 74) gehen die Konsequenzen aus Windbeanspruchungen gemäß DIN EN 14 351-1 hervor (mechanisches und statisches Verhalten) und die Klassifizierungen bezüglich ihres Anwendungsbereichs werden kommentiert. Zudem sollte bezüglich des mechanischen Verhaltens auch die Widerstandsfähigkeit gegen das Anschlagen in den Öffnungsbegrenzer bzw. gegen die Laibung überprüft werden (DIN EN 13 126-8). Die Festlegung der Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit gegen Windlast (Prüfdruck P1 [Pa] und Durchbiegung) sind abhängig von der

Gebäudehöhe, der Lage des Fensters im Gebäude sowie von Lage und Ort des Gebäudes. Abb. B 1.59 (S. 75) zeigt die verschiedenen Schritte zur Festlegung der Belastungen. Horizontale Nutzlasten, Absturzsicherung

Öffnungen in Gebäudehüllen bergen die Gefahr eines möglichen Absturzes – und das nicht nur bei geöffnetem Flügel, sondern unter Umständen sogar im geschlossenen Zustand. Brüstungen und Geländer vor oder in der Öffnung bieten hier Schutz (Abb. B1.60 und B 1.61) [24]. Für Brüstungselemente aus Verbundsicherheitsglas (VSG) gibt es spezielle Produkte für den Kantenschutz, beipielsweise aus Metall oder Glas, die der Glasstärke entsprechen und so das Erscheinungsbild der freien Kante nicht stören. Die Prüfung zur Eignung des Glaskantenschutzes erfolgt nach DIN 18 008-4. Für bodentiefe Fensterelemente, die als Raumbegrenzung ohne separates Geländer dienen, sind in Abhängigkeit vom Publikumsverkehr (z. B. im Bereich öffentlicher Erschließungen) nach DIN EN 1991-1 (Eurocode 1, früher DIN 1055-3) folgende horizontale Nutzlasten in Holmhöhe bis 1,20 m zu berücksichtigen: • 0,5 kN/m ohne nennenswerten Publikumsverkehr • 1,0 kN/m mit nennenswertem Publikumsverkehr • 2,0 kN/m (Sondernutzung) Anforderung an das Element mit Verglasung entsprechend der zutreffenden Kategorie nach TRAV (Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen) Bereich Pendelschlag (bei experimentellem Nachweis) Holmlast Befestigung mit Anforderungen nach ETB-Richtline (Einheitliche Technische Baubestimmungen) Befestigung ohne Anforderungen nach ETB-Richtlinie

Kategorie A nach TRAV > 300 mm

500 mm

1500 mm

250 mm

Brüstungshöhe (BH)

Höhenunterschied (= Absturzhöhe – AH) Kategorie C2 nach TRAV > 500 mm

Eine erhöhte Lastannahme aus Überlagerung der Kräfte aus Eigengewicht, Wind und horizontaler Nutzlast ist nicht erforderlich, als maßgeblich für die Bemessung gilt die einzelne Spitzenlast. In Deutschland geben die Landesbauordnungen Brüstungshöhen vor, die in Abhängigkeit der möglichen Absturzhöhe zwischen 90 und 110 cm liegen. Fehlende (z. B. bei bodentiefen Fenstern) oder niedrigere Brüstungen benötigen zusätzliche Maßnahmen zur Absturzsicherung. Bei Holmen oder Geländern, die an den Fensterprofilen befestigt werden, muss die Befestigung eine definierte Lastabtragung sicherstellen, d. h., es bestehen Anforderungen an das Fensterprofil, die Befestigung des Geländers am Fensterprofil und die Befestigung des Fensterprofils an den Baukörper. Vertikalverglasungen

Gemäß DIN 18 008-2 erfolgt eine Einteilung der Verglasungen in Horizontalverglasungen (früher Überkopfverglasungen) mit Neigung > 10° aus der Senkrechten und Vertikalverglasungen mit Neigung ≤ 10° aus der Senkrechten. [25] Allseitig gelagerte vertikale Isolierverglasungen dürfen für Einbauhöhen bis 20 m über Gelände bei normalen Produktions- und Einbaubedingungen ohne weiteren Nachweis verwendet werden, wenn sie folgende Bedingungen erfüllen: • Glaserzeugnis: Spiegelglas (SPG, auch Floatglas), teilvorgespanntes Glas (TVG), Einscheibensicherheitsglas (ESG) • Fläche ≤ 1,6 m2 • Scheibendicke ≥ 4 mm • Differenz der Scheibendicken ≤ 4 mm • Scheibenzwischenraum ≤ 16 mm • Windlast w ≤ 0,8 kN/m2 Horizontalverglasungen

Nach DIN 18 008 -2 bezeichnet man alle Verglasungen mit einer Neigung von mehr als 10° aus der Senkrechten als Horizontalverglasungen (früher Überkopfverglasung oder Schrägverglasung genannt), unabhängig davon, ob diese fest stehen oder zu öffnen sind (z. B. Dachflächenfenster). Abb. B 1.62 zeigt verschiedene Umsetzungsvarianten. Ein Abweichen von diesen Angaben ist nur zulässig,

Kategorie C3 nach TRAV > 500 mm

250 mm

250 mm

Holmlast > 500 mm

Anforderungen an absturzsichernde Bauteile und deren Befestigung am Baukörper B 1.61 baurechtlichtliche Anforderungen an Geländer und Brüstungen verschiedener Bundesländer a LBO §38 Umwehrungen (Rheinland-Pfalz) b Behörde für Stadtentwicklung und Umweltamt für Bauordnung und Hochbau Hamburg 3/2013 c MBO 10-2008, Art. 38 Abs. 4, Arbeitsstättenrichtlinie 12/1–3 d LBO Schleswig-Holstein B 1.62 Glasoptionen im Bereich von Horizontalverglasungen B 1.63 Begrenzung der Durchbiegung von Verglasungen

500 mm 250 mm

BH

500 mm 250 mm

B 1.60

AH B 1.60

76

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

90–100 cm

90–110 cm (je nach Absturzhöhe)

100 cm

60 cm

80 –100 cm

90–100 cm (je nach Absturzhöhe)

≥ 60 cm

90 –100 cm (je nach Absturzhöhe)

≤ 60 cm

15–25 cm

≤ 20 cm

a

b

c

d

wenn das Herabfallen von größeren Glassplittern auf die Verkehrs- oder Nutzfläche durch ein untergespanntes Netz (Maschenweite ≤ 40 mm, ausreichend tragfähig und dauerhaft) verhindert wird. Für Horizontalverglasungen gelten Duchbiegungsbegrenzungen nach Abb. B 1.63. Um stehendes Wasser auf der Glasfläche zu vermeiden, muss ein kontrollierter Wasserablauf durch geeignete Versiegelung sichergestellt sein. Es wird empfohlen, die unterseitige Scheibe von Horzizontalverglasungen aus Isolierglas generell aus VSG mit mindestens 8 mm Stärke herzustellen. Die Scheiben müssen unbedingt zwängungsfrei gelagert werden, dazu sollte der Glaseinstand mindestens 15 mm betragen. Auch unter Temperatureinwirkung darf es nicht zum Kontakt zwischen Glasscheiben und Metallen oder anderen Scheiben kommen, dies erfordert einen Mindestabstand von 5 mm. Neben typischen Drucklasten (z. B. Winddruck und Schnee) müssen auch (Wind-) Soglasten beachtet werden. VSG-Scheiben aus Floatglas sind bei Stützweiten über 1,20 m allseitig zu lagern.

und Türen werden nach verbindlichen Fertigungsvorgaben hergestellt, erhalten ein Prüfzeugnis und müssen gekennzeichnet werden. Die Normengruppe DIN EN 1627–1630 klassifiziert verschiedene Gefährdungsbereiche und beschreibt technische Anforderungen. Nach fachlicher Beratung durch den Planer bestimmt der Bauherr die der individuellen Gefährdungssituation (z. B. der Lage im Objekt, Einsehbarkeit der Öffnungselemente) entsprechenden Bauteilwiderstandsklassen RC1– RC6 gemäß der Normszenarien. Hierbei bietet Abb. B 1.64 (S. 78) eine Entscheidungshilfe. An die jeweilige Widerstandsklasse gekoppelt gelten bestimmte Mindestanforderungen an das System und die eingesetzten Produkte. Die Widerstandsklassen RC2 und RC3 unterscheiden sich z. B. durch Art und Einsatz der definierten Einbruchwerkzeuge und der zulässigen Zeitspanne bis zum Versagen der Bauteile (durchschnittliches Risiko). Als empfohlene Einsatzorte für RC2 bzw. RC3 gelten Wohnobjekte,

Gewerbebauten und öffentliche Bauten. Die Klasse RC2 teilt sich in zwei unterschiedliche Widerstandsklassen auf. Der Zusatz »N« bei den Widerstandsklassen RC1 N sowie bei RC2 N steht für »nationale Anforderungen« und bedeutet, dass hier Normalglas ohne angriffhemmende Eigenschaften verwendet werden kann. Damit existiert eine normierte Klasse 2, die unter Einsatz von Normalglas einen Grundschutz gegen Hebelwerkzeug aufweist. Besondere Maßnahmen zum Einbruchschutz umfassen Bauteile (Abb. B 1.65, S. 79), Befestigungen und den Bauteilanschluss selbst, z. B.: • Optimierung von Schraubenabständen und Einschraubtiefen, z. B. Schraubenabstand maximal 125 mm • Sicherung der Schrauben gegen unbefugtes Losdrehen • Einsatz von zusätzlichen Edelstahlunterleisten zur Verstärkung der Befestigung und Profile • Einsatz von geprüften Gläsern und Paneelen (z. B. durchbruch- und durchwurfhemmendes

B 1.61

zulässige Verwendung

Floatglas 1

Einbruchhemmung

Auswertungen des bayerischen Landeskriminalamts von Wohnungseinbrüchen über Fenster zeigen folgende Verteilung der Einbruchswege [26]: • Fenster gekippt 2,3 % • Glasdurchbruch /Durchsteigen 3,4 % • Kellerlichtschacht 3,4 % • »Fensterbohrer« 4,5 % • Fenster offen 5,7 % • Glasdurchbruch /Entriegeln 13,6 % • Aufhebeln 66,0 % Durch technische Vorkehrungen lässt sich das Risiko von Einbrüchen unabhängig vom Nutzerverhalten reduzieren. Im Bereich von Öffnungen können sogenannte einbruchhemmende Bauteile im geschlossenen, verriegelten und gegebenenfalls abgeschlossenen Zustand einen Einbruch unter Gewalteinwirkung erschweren. Hierbei wird differenziert nach Angriffsszenario (z. B. Arbeitsweise, Werkzeug und Erfahrung des Täters) und der erwarteten Zeit, über die das Bauteil einem solchen Angriff standhalten kann. Einbruchhemmende Fenster

EinscheibenSicherheitsglas ESG2

Verbundsicherheitsglas aus Floatglas

Einfachverglasung Isolierverglasung obere Scheibe

2 3

Drahtglas 3

‡

‡

‡

Isolierverglasung untere Scheibe 1

Verbundsicherheitsglas aus ESG 2

‡

‡

‡

‡

‡

‡

hochwertiges, verzerrungsfreies Glas auch emailliertes ESG Drahtglas bzw. Glasarten mit punktgeschweißtem Drahtnetz sind bis zu einer Scheibengröße von 70 ≈ 250 cm möglich. Eine Stützweite von 70 cm zwischen den Auflagern in Haupttragrichtung darf nicht überschritten werden. B 1.62

Lagerung

Horizontalverglasung

Vertikalverglasung

vierseitig

1/100 der Scheibenstützweite in Haupttragrichtung

keine Anforderung 1

zwei- und dreiseitig

Einfachverglasung: 1/100 der Scheibenstützweite in Haupttragrichtung

1/100 der freien Kante 2

Scheiben der Isolierverglasung: 1/200 der freien Kante

1/100 der freien Kante 1

1 2

Durchbiegungsbegrenzungen des Isolierglasherstellers sind zu beachten. Auf die Einhaltung dieser Begrenzung kann verzichtet werden, sofern nachgewiesen wird, dass unter Last ein Glaseinstand von 5 mm nicht unterschritten wird. B 1.63

77

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Widerstandsklasse nach DIN EN 1627

Widestandsklasse nach DIN V EN V 1627:1999

Täterverhalten

RC1 N 1

WK 1

Bauteile der Widerstandsklasse RC1 N weisen nur einen geringen Schutz gegen den Einsatz von Hebelwerkzeugen auf.

–

Der Gelegenheitstäter versucht, zusätzlich mit einfachen Werkzeugen wie Schraubendreher, Zange und Keilen das verschlossene und verriegelte Bauteil aufzubrechen.

–

RC2 N 1 RC2 RC3

RC4

RC5

– WK 2 WK 3

WK 4

WK 5

Werkzeugkontaktzeit nach DIN V EN V 1627 [min]

Der Täter versucht, zusätzlich mit einem zweiten Schraubendreher und einem Kuhfuß sowie mit einfachem Bohrwerkzeug das verschlossene und verriegelte Bauteil aufzubrechen.

3 5

Bezeichnung Scheibenaufbau nach DIN EN 356

typischer Glasaufbau und Anhaltswerte für die Gesamtdicke [mm]

keine Anforderung definiert 2 keine Anforderung definiert 2

Einsatzempfehlungen (abgeleitet aus DIN EN 1627) Wohnobjekt

‡

Gewerbe / Gewerbe / öffentliche öffentliche Gebäude Gebäude (hohe Gefährdung) ‡

‡

(geringes Risiko /nur für schwer zugängliche Elemente) 24–27

‡

‡

¥

(durchschnitlliches Risiko)

P4 A (durchwurfhemmend)

‡

P5 A (durchwurfhemmend)

‡

‡

¥

(durchschnitlliches Risiko) ‡

¥

(hohes Risiko) 27–32

Der erfahrene Täter setzt zusätzlich Säge- und Schlagwerkzeuge wie Schlagaxt, Stemmeisen, Hammer und Meißel sowie eine Akku-Bohrmaschine ein.

10

Der erfahrene Täter setzt zusätzlich Elektrowerkzeuge wie z. B. Bohrmaschine, Stich- oder Säbelsäge und Winkelschleifer ein.

15

Der erfahrene Täter setzt zusätzlich leistungsfähige Elektrowerkzeuge wie z. B. Bohrmaschine, Stich- oder Säbelsäge und Winkelschleifer ein.

20

P6 B (durchbruchhemmend)

‡

(geringes Risiko) 32–37

P7 B (durchbruchhemmend)

‡

(durchschnittliches Risiko) 38–46

RC6

WK 6

P8 B (durchbruchhemmend)

‡

(hohes Risiko) 47–50

‡ ja

‡ bedingt

¥ nein

1

Der Zusatz »N« bei den Widerstandsklassen RC1 N sowie bei RC2 N steht für»nationale Anforderung«. In Deutschland ist in der Klasse RC2 N der Einsatz von Glas ohne angriffhemmende Eigenschaften möglich, um einen Grundschutz gegen Hebelwerkzeuge zu erreichen. Dies ist eine kostengünstige Möglichkeit, den Einbruchschutz wirksam zu verbessern. 2 Bei der Prüfung P4 A B 1.64

• • •

• • • •

Glas) und Festlegung der Einstandstiefen. Die erhöhten Gewichte können verstärkte Beschläge erforderlich machen. Einbau von seitlichen Verklotzungen, um die Verschiebbarkeit von Füllungen zu verhindern Verstärkung von Rahmenprofilen, Glasleisten und Beschlägen abschließbare Fenstergriffe (Griffsicherungen), Schubstangenverriegelungen und Aushebelsicherungen zusätzliche Sicherheitsverriegelungen Anbohrschutz im Bereich des Fenstergetriebes druckfeste Hinterfütterungen im Bereich des Wandanschlusses Lichtschachtsicherungen

Generell bieten außenseitig angebrachte Fenstergitter, vor allem in den unteren Geschossen, zusätzliche Sicherheit, stehen aber gegebenenfalls ästhetischen Ansprüchen entgegen und unterliegen damit einer besonderen Abwägung. Einbruchhemmende Bauteile sind meist für den Einbau in Massivwände vorgesehen. Zu den typischen Anforderungen für das Mauerwerk gehören nach DIN 1053-1 eine Nenndicke von mindestens 115 mm, eine Druckfestigkeit der Steine von mindestens 12 und Mörtelgruppe II oder für Stahlbeton nach DIN 1045 eine Nenndicke von mindestes 120 mm und eine Festigkeitsklasse von mindestens B15. Zu jeder Widerstandsklasse gehört eine spezifische Verglasungsqualität.

78

Sicherheitssonderverglasungen

Für manche Anwendungen (z. B. Gebäude mit sicherheitsgefährdeten Einrichtungen) reicht die Schutzwirkung von normalen Verglasungen nicht aus. Sicherheitssonderverglasungen bestehen aus verschieden aufgebauten Verbundsicherheitsgläsern (VSG; siehe »Verbundsicherheitsglas«, S. 89f.), deren Anforderungen und Aufbau sich je nach der erforderlichen Schutzwirkung definieren und deren Bezeichnung nach erfolgreich durchlaufenen Prüfversuchen erfolgt: Klasse A: durchwurfhemmend (DIN EN 356) Klasse B: durchbruchhemmend (DIN EN 356) Klasse C: durchschusshemmend (DIN EN 1063) Klasse D: sprengwirkungshemmend (DIN EN 13 541) Eine Verglasung ist nach DIN EN 356 durchwurfhemmend (Klasse A oder A-Gläser), wenn sie das Durchdringen von Wurfgeschossen behindert. Durchbruchhemmende Verglasungen nach DIN EN 356 (Klasse B oder B-Gläser) müssen einer definierten Anzahl von Schlägen mit einer Axt standhalten. Abb. B 1.64 zeigt eine Übersicht zu den Gläsern der Klassen A und B. Ein positiver Nebeneffekt von Sicherheitsglas ergibt sich, wenn das eingesetzte Sicherheitsglas (z. B. Klasse P4 A) innen angebracht wird. Dies reduziert auf der Innenseite die Verletzungsgefahr, beispielsweise

für Kinder, und erhöht den Einbruchschutz auf der Außenseite. Ziel durchschusshemmender Verglasungen nach DIN EN 1063, DIN 52 290 bzw. DIN EN 1522 (Klasse C oder C-Gläser) ist es, das Durchschlagen von Geschossen zu verhindern. Die Anforderung an sprengwirkungshemmende Verglasungen nach DIN EN 13 541 (Klasse D oder D-Gläser) bezieht sich auf einen längeren Widerstand gegenüber einer durch eine Explosion ausgelösten Druckwelle unterschiedlicher Intensität. Zur Umsetzung dieser Anforderung ist eine gewisse Elastizität der Verglasung und insbesondere auch der Lagerung bzw. der Befestigung erforderlich. Zusätzlich unterscheidet man zwischen Verglasung mit Splitterabgang und nicht splitternder Verglasung. Letztere wird dort eingesetzt, wo sich im Ernstfall Personen unmittelbar hinter der Verglasung befinden können. Grundsätzlich handelt es sich bei diesen Verglasungen um ungewöhnliche Konstruktionen in Sonderprojekten, bei denen in der Regel Spezialisten für die Abstimmung mit Herstellern und Behörden eingeschaltet werden. Sicherheitsgläser lassen sich innerhalb ihrer Klassen kombinieren, teilweise können auch weitere Funktionen ergänzt werden (Schallschutz, Wärmedämmung etc.). Je nach Widerstandsklasse ergeben sich jedoch zum Teil extreme Flächengewichte bis zu 180 kg/m2. Mit zunehmender Scheibenstärke von Sicherheitsgläsern reduziert sich zudem die visuelle

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Transmission (TL), ebenso der g-Wert. Der Aspekt Ballwurfsicherheit (z. B. für Sporthallen) zählt formal nicht zu dem Themenbereich Sicherheitssonderverglasungen, obgleich auch hier besondere Anforderungen an die Verglasung bestehen (sogenannte Ballwurfsicherheit, DIN 18 032-3). Darüber hinaus gibt es weitere Spezialgebiete wie beispielsweise Lawinenschutzfenster und -türen (ÖNORM B 5301), auf die hier jedoch nicht weiter eingegangen wird. Insektenschutz

Je nach Standort müssen Öffnungen vor eindringenden Insekten geschützt werden. Soweit dies nicht bereits durch Filter in Lüftungsanlagen geschieht, eignen sich zur Insektenabwehr feine Netze mit Maschenweiten von 1,0 bis 1,4 mm. Ziel ist der sichere Schutz vor Insekten (vor allem im Sommer, abends und nachts) bei gleichzeitiger Durchlässigkeit von ausreichend Licht und Luft. Diese Gitternetze werden entweder an den Öffnungselementen selbst (z. B. am Blendrahmen) oder direkt am Baukörper (z. B. in der Laibung) befestigt und damit permanent starr eingebaut, je nach Bewegungsart des Öffnungsflügels vor bzw. hinter diesem. Als eigener Öffnungsflügel oder ausroll- oder ausschiebbar können sie auch selbst bewegbar sein. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn der Insektenschutz nur saisonal erforderlich ist. Allerdings darf der seitliche Netzanschluss am Rand keine großen Fugen aufweisen. Aufgrund ihrer geringen Maschenweite ist die Netzfläche den zu berücksichtigenden Windlasten ausgesetzt. Zudem treten unter Umständen Längenänderungen durch thermische Ausdehnungen auf. Je nach Entwurf eignen sich vergleichsweise steife Drahtgittergewebe, aber auch biegeweiche textile Gewebegitter, die konstruktiv eine gewisse Vorspannung erfordern (siehe »Insektenschutz«, S. 98).

Barrierefreiheit DIN 18 040 regelt technische Anforderungen an barrierefreie Gebäude: Teil 1 widmet sich öffentlich zugänglichen Gebäuden, Teil 2 Wohnungen. »Ziel dieser Norm ist die Barrierefreiheit baulicher Anlagen, damit sie für Menschen mit Behinderungen in der allgemein üblichen Weise, ohne besondere Erschwernis und grundsätzlich ohne fremde Hilfe zugänglich und nutzbar sind (nach § 4 BGG Behindertengleichstellungsgesetz)« [27]. Dort finden sich konkrete Vorgaben für die Gestaltung von Gebäudeöffnungen, z. B. für Bedienelemente wie Griffe (geeignete Form, Höhe üblicherweise 85 cm, maximal jedoch 105 cm über Fertigfußboden) oder für Bewegungsflächen (z. B. vor Türen oder manuell zu bedienenden Fenstern). Türen müssen generell deutlich wahrnehmbar, leicht zu öffnen und zu schließen (Begrenzung des erforderlichen Kraftaufwands) und sicher zu passieren sein. Karussell- und Pendeltüren

bieten keine Barrierefreiheit und eignen sich daher nicht als einziger Zugang. Schließmittel mit unkontrolliertem Schließablauf (z. B. Federbänder) dürfen nicht eingesetzt werden. Es gibt abgestufte minimale Türbreiten und -schwellenhöhen (maximal 2 cm, auch bei Außentüren). Ebenso sind maximal zulässige Leuchtdichtekontraste definiert. Aus der Norm ergeben sich auch mittelbare Anforderungen, z. B. sollten für sehbehinderte Menschen keine Gegenstände in die Bewegungsfläche ragen, die mit einem Stock nicht ertastet werden können (wie z. B. ein nach innen ragender offenstehender Öffnungsflügel). DIN 18 040-2 liefert konkrete Vorgaben für die Planung von Fenstern: So soll auch in sitzender Position ein Teil der Fenster in Wohn- und Schlafräumen einen Ausblick in die Umgebung ermöglichen (dies gilt für Fenster mit Einbauhöhen Unterkante Fenster von höchstens 60 cm über Fertigfußboden). Darüber hinaus muss mindestens ein Fenster je Raum auch für Menschen mit motorischen Einschränkungen bzw. für Rollstuhlnutzer leicht zu öffnen und zu schließen sein, d. h. • der manuelle Kraftaufwand (Bedienkraft) zum Öffnen und Schließen dieses Fensters darf höchstens 30 N, das maximale Moment 5 Nm betragen [28] und • der Fenstergriff muss sich in einer Greifhöhe von 85 bis 105 cm (über Oberkante Fertigfußboden) befinden. Ist dies technisch nicht möglich, benötigt mindestens ein Fenster je Raum ein automatisches Öffnungs- und Schließsystem. Begrenzung von Verletzungsrisiken – Kindersicherungen

Im Bereich von Öffnungen bergen neben der Verglasung selbst und den Bedienelementen insbesondere die sich bewegenden Teile Verletzungsrisiken. Beispielsweise droht am Rand von Öffnungselementen (Schließkanten) die Gefahr von Quetschungen und Abscheren – seitlich für die Hände und im Bodenbereich für die Füße. Dies gilt für manuell bediente Flügel ebenso wie für Elemente mit automatischem Antrieb, bei denen spezielle Sensoren die Bewegung überwachen sollten (siehe »Automatiktüren«, S. 140f.).

3

1 2

4 2 5

2 5

2

6

1 2 3 4 5 6

Metallwinkel Verstärkung Glashalteleistenverschraubung Verkleben mit 2-Komponenten-Materialien Befestigung nach Vorgaben des Beschlagherstellers geschlossenes Aussteifungsprofil B 1.65

B 1.64 B 1.65 B 1.66

Zusammenhang zwischen Widerstandsklassen und Scheibenaufbauten, Einsatzempfehlungen Konstruktionsmerkmale eines einbruchhemmenden Fensterprofils verschiedene Maßnahmen zur Sicherung der Öffnung bzw. zur Begrenzung der Öffnungsweite, z. B. als Kindersicherung

B 1.66

79

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Für die Sicherheit von Kleinkindern gibt es besondere Lösungen, wie z. B. den sogenannten Fingerklemmschutz, der gefährliche Fugen beweglich abdeckt und verhindert, dass kleine Finger eingeklemmt oder gequetscht werden. Um das Risiko zu begrenzen, dass Kinder aus eigenhändig geöffneten Fenstern herausfallen, sollten Beschläge bzw. Bedienelemente für Kleinkinder unzugänglich oder abschließbar sein. Kindersicherungen sind auch über zusätzliche unzugängliche Verriegelungen, Öffnungsweitenbegrenzer (Abb. B 1.66, S. 79) oder vergleichbare Lösungen realisierbar, z. B. durch Öffnungsflügel mit Fingerschutzdichtungen oder integrierte Fingerschutzbänder.

Belichtung und Sichtbezug Neben der Lüftung dienen Öffnungen in der Gebäudehülle insbesondere der Versorgung des Innenraums mit Tageslicht. Ihr liegen folgende Ziele zugrunde: • Schaffung eines geeigneten natürlichen Lichtmilieus im Innenraum bei gleichzeitiger Sicherstellung eines ausreichenden Sonnenschutzes hoher Qualität (ausreichendes Helligkeitsniveau, maximale Ausnutzung des Tageslichtangebots, Minimierung von Kühllasten durch solaren Wärmeeintrag, möglichst geringe Beeinträchtigung der Tageslichtqualität, Blendfreiheit) • Sicherstellung eines geeigneten Sichtbezugs von innen nach außen • Gestaltung der Außenwirkung bei Tag und bei Nacht (Kunstlicht innen) Alle drei Ziele stehen in engem Zusammenhang und stellen in der Praxis eine große Herausforderung dar: Ist der Sonnenschutz beispielsweise so gestaltet, dass bei einer Minimierung der Kühllasten die Nutzung der Innenräume auch an einem heißen Sommertag tagsüber ohne Kunstlicht möglich und der Sichtbezug von innen nach außen dennoch gewährleistet ist? Heute erlangen strahlungstechnische Eigenschaften von Gebäudeöffnungen mehr und mehr Bedeutung. Die relevanten Größen, Anforderungen und Abhängigkeiten bezüglich lichttechnischer Begriffe wie Transmission, Reflexion, Absorption (jeweils z. B. im visuellen und solaren Spektralbereich), Energiedurchlassgrad (g-Wert), Emissivität, Selektivität, Treibhauseffekt, Abschattungsfaktor (FC-Wert) etc. werden ausführlich im Abschnitt »Solarund Wärmestrahlung, sichtbares Licht« (S. 172ff.) behandelt. Die Höhe, in der sich die Öffnungen in der Fassade befinden, steht im engen Zusammenhang mit der Art der Gebäudenutzung. Je nachdem ob vorrangig Kinder oder Erwachsene die Räume nutzen und ob diese Nutzung im Stehen, Sitzen oder Liegen erfolgt, gelten völlig unterschiedliche Maße und Anforderungen für Gebäudeöffnungen zur Tageslichtnutzung als optimal. Für Wohnräume definiert DIN 5034-1

80

»Tageslicht in Innenräumen«, gültig für Wohnund Arbeitsräume, diesbezüglich konkrete Vorgaben: • Unterkante durchsichtiger Fensterteile: maximal 0,95 m über Fertigfußboden • Oberkante durchsichtiger Fensterteile: mindestens 2,20 m über Fertigfußboden • Summe der Breiten aller durchsichtigen Fensterteile: mindestens 55 % der Breite des Wohnraums In diesem Zusammenhang gelten auch die Anforderungen aus dem Bereich des barrierefreien Bauens, z. B. haben Rollstuhlfahrer grundsätzlich eine andere zu berücksichtigende Sichthöhe (Brüstungshöhe ≤ 60 cm). In Deutschland definieren darüber hinaus die Bauordnungen der meisten Länder Mindestfenstergrößen (Rohbauöffnung) von 1/8 bis 1/10 der Grundfläche des Raums, um eine Mindestversorgung mit Tageslicht sicherzustellen. Farbwiedergabe, Farbwiedergabeindex

Das Farbklima im Raum wird durch die spektrale Zusammensetzung des einfallenden Tageslichts beeinflusst, das durch die Art der Öffnungsausbildung sowohl durch die lichtdurchlässigen Materialien (z. B. Glas oder Kunststoffe, teilweise zusätzliche Beschichtungen) als auch durch Oberflächenreflexionen (z. B. an den Laibungen) in seiner Zusammensetzung und Qualität modifiziert werden kann. Die Farbwiedergabe beeinflusst maßgeblich das physiologische Empfinden. Tageslicht, das alle Spektralfarben enthält, lässt die Farben natürlich erscheinen. Eine gute Farbwiedergabe erlaubt eine differenzierte Farbwahrnehmung, also Farbnuancen im ganzen Spektralbereich zu unterscheiden und damit unverfälschte Farbeindrücke zu erhalten. Sie ist somit ein Maß für die »Natürlichkeit« der Tageslichtausleuchtung über eine Öffnung. Die Farbwiedergabeeigenschaften werden durch den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra nach DIN EN 410 ermittelt und angegeben. Je größer der Ra-Wert, desto natürlicher werden Farben wiedergegeben. In der Beleuchtungstechnik kennzeichnen Ra-Werte von > 90 eine sehr gute und Ra > 81 eine gute Farbwiedergabe von Leuchtmitteln. Eine Kunstlichtquelle mit einem Farbwiedergabeindex 100 lässt alle Farben optimal erscheinen. Die Farbwiedergabe ist z. B. wichtig bei der Farbbemusterung im Textil- und Grafikgewerbe, in Dentallabors und im OP-Bereich. Die Verglasung von Gebäudeöffnungen verändert – je nach Glas und Beschichtungen in unterschiedlichem Maß – die spektrale Zusammensetzung des einfallenden Tageslichts. Als Bezugslichtart dient die sogenannte Normlichtart D65, die etwa dem Tageslicht eines grau verhangenen Himmels bzw. eines Mittagshimmels am Nordfenster mit einer Farbtemperatur von 6504 K entspricht. Der Farbwiedergabeindex Ra, D stellt für Gebäudeöffnungen ein Maß für die Übereinstimmung der spektralen Zusammensetzung des Lichts vor und hinter der Verglasung dar, sowohl für

den Tageslichteinfall als auch für die Durchsicht. Das Maxium für Ra, D liegt bei 100, d. h. keine Farbverfälschung in der Transmission. Unbeschichtetes, eisenarmes Glas (Weißglas) bis zu einer Glasdicke von 8 mm erreicht beispielsweise dieses Maximum. Seine spektrale Transmission im sichtbaren Bereich ist fast vollkommen konstant. Eine entsprechende Kurve in Abb. C 1.13 a (S. 174) würde im Bereich des sichtbaren Lichts nahezu völlig horizontal verlaufen: Der Lichtdurchgang wird zwar reduziert, dies geschieht aber über den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts vollkommen gleichmäßig. Letztendlich ist es diese Gleichmäßigkeit, die durch Ra, D bewertet wird. Normales, unbeschichtetes Floatglas hat bei 6 mm immer noch einen Ra, D-Wert von 98, beschichtete Standardisoliergläser haben typischerweise Ra, D-Werte > 93. In vergleichbarer Weise kennzeichnet der Ra, R-Wert die Farbwiedergabe des Glases auf der Ansichtsseite, also die farbliche Veränderung des Lichts in der Reflexion. Dies kann die Ansicht von außen betreffen (z. B. die Frage, inwieweit Spiegelungen auf einer beschichteten Verglasung von außen betrachtet zu einem veränderten Farbeindruck führen), aber auch die Reflexion auf der Innenseite, z. B. von Kunstlicht. Insbesondere bei beschichteten Gläsern können die Ra, R-Werte für die beiden Seiten der Verglasung voneinander und auch vom Ra, D-Wert abweichen. Beurteilungs- und Prüfungskriterien von Verglasungen Bei der Abnahme von Bauleistungen im Bereich von Verglasungen geht es um die Frage, ob die erreichte Qualität mängelfrei ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, bleibt zu klären, wie Beeinträchtigungen zustande kamen. Wurden beispielsweise bestimmte Anforderungen nicht beachtet und folgt daraus eine Mängelbeseitigungspflicht, z. B. durch Austausch der Verglasung? Optische Anforderungen

Optische Verzerrungen ergeben sich durch konkave oder konvexe Wölbungen der Scheiben. Mögliche Ursache sind Druck- und Temperaturschwankungen oder Abweichungen vom ursprünglich geplanten Einbauort, für den der Druck der Gasfüllung im Scheibenzwischenraum bei der Fertigung eingestellt wurde (siehe »Besondere Beanspruchungen von Isolierverglasungen« und Abb. B 1.56, S. 74f.). Darüber hinaus kann die Oberflächenqualität der Verglasung selbst aus diversen Gründen beeinträchtigt sein: • Veränderte Oberflächenspannungen führen zu einer unterschiedlichen Benetzbarkeit der Oberfläche. Dies wird beispielsweise bei Regen sichtbar und hat zudem ein uneinheitliches Anschmutzverhalten zur Folge. Mögliche Ursache ist z. B. ein zurückliegender Kontakt der Gläser mit Saugern, Aufklebern

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

gebend, nicht die Aufsicht. • Die Prüfung erfolgt mit einem Mindestabstand von 1 m von innen nach außen aus einem Betrachtungswinkel, der der üblichen Raumnutzung entspricht. • Geprüft wird bei diffusem Tageslicht (bedeckter Himmel) ohne direktes Sonnenlicht oder künstliche Beleuchtung.

Hauptzone H

F

Vorgespannte Gläser (ESG und TVG) sind generell nicht kratzempfindlicher als Floatglas. Kratzer in vorgespannten Scheiben entstehen in gleicher Weise, können sich jedoch durch die bestehenden Druckspannungen auf der Oberfläche zeitversetzt stärker aufweiten und sind daher deutlicher sichtbar. Prüfung und Beurteilung

Bei der optischen Prüfung und Beurteilung der Verglasung eines Fenster- oder Türelements, die z. B. bei der Abnahme durch den Bauherrn oder bei einer gutachterlichen Stellungnahme erfolgt, ist in der Regel der »normale Gebrauch« maßgeblich [29]. Im Einzelnen bedeutet dies: • Die Durchsicht durch die Verglasung mit der Betrachtung des Hintergrunds ist maß-

h/10

Hauptzone H

Mechanische Einflüsse

Immer wieder entstehen Schäden durch mechanische Einwirkungen, die sich bei geeigneter Behandlung von Glas auf der Baustelle bzw. durch Sicherungsmaßnahmen verhindern lassen: • Kratzer durch Fertigungs- oder Transportschäden, unsachgemäße Reinigung, Montagefehler oder von Folgegewerken können durch entsprechende Schutzvorkehrungen wie Folien oder andere geeignete temporäre Abdeckungen vermieden werden. • Trennschleiferpunkte und Schweißspritzer, eingebrannte Schleif- oder Schweißpartikel beeinträchtigen Verglasungsoberflächen. Sie entstehen aufgrund fehlender oder ungeeigneter Abdeckungen bzw. sonstiger Schutzmaßnahmen. Daher muss auf der Baustelle sichergestellt werden, dass ausreichend Abstand zur Verglasung eingehalten wird, zudem sind Kontrollen oder interne Abnahmen nach kritischen Gewerken zu empfehlen. • Schäden durch Steinschlag wie lokale Abplatzungen durch aufschlagende Steinchen ohne Glasbruch können beispielsweise während des Transports zur Baustelle entstehen. • Vandalismus stellt eine Gefahr für Verglasungen im eingebauten Zustand dar.

B 1.68

b/10

F

R

H

Scheibenhöhe

b/10

Zudem wird die Scheibe gemäß Abb. B 1.67 in einzelne Zonen unterteilt, für die unterschiedliche Anforderungen gelten (Abb. B 1.68).

Einteilung der Scheibe in verschiedene Zonen mit unterschiedlichen Beurteilungsanforderungen Zulässigkeiten für die visuelle Qualität von Glaserzeugnissen für das Bauwesen, Bezeichnungen der Zonen aus Abb. B 1.67

F

lichtes Breitenmaß b

F lichtes Höhenmaß h

F

• Die Beurteilung der Außenansicht erfolgt im eingebauten Zustand unter für den normalen Gebrauch üblichen Betrachtungsabständen. Dies sind nur selten Distanzen unter 1 m.

B 1.67

Scheibenbreite

h/10

oder Ähnlichem. Dies ist in der Regel kein Reklamationsgrund, der Effekt lässt sich bei Bedarf (mit Aufwand) beseitigen. • Chemische Einflüsse z. B. durch Auswaschen von Kalk (aus Beton oder Zementmörtel), Mineralfarben oder stark alkalische Reinigungsmittel können die Glasoberfläche irreversibel beschädigen. Dies zählt zu möglichen Planungs- oder Wartungsmängeln. • Bei Anisotropien (dunkle Streifen, Ringe, »Schillern«) handelt es sich um einen physikalischen Effekt bei wärmebehandeltem Glas durch ungleichmäßige innere Spannungen, der abhängig von Blickwinkel (vor allem bei flachem Blickwinkel), Wetter und Sonnenstand ist. Dieser ist herstellungsbedingt unvermeidbar und damit kein Mangel.

Falzzone F: der optisch abgedeckte Bereich im eingebauten Zustand (mit Ausnahme von mechanischen Kantenbeschädigungen keine Einschränkungen) Randzone R: umlaufend 10 % der jeweiligen lichten Breiten- und Höhenmaße (weniger strenge Beurteilung) Hauptzone H: strengste Beurteilung B 1.67

Zone

zulässig sind pro Einheit:

F

außenliegende flache Randbeschädigungen bzw. Muscheln, die die Festigkeit des Glases nicht beeinträchtigen und die Randverbundbreite nicht überschreiten innenliegende Muscheln ohne lose Scherben, die durch Dichtungsmasse ausgefüllt sind punkt- und flächenförmige Rückstände sowie Kratzer uneingeschränkt

R

Einschlüsse, Blasen, Punkte, Flecken etc.: Scheibenfläche ≤ 1 m2: max. 4 Stück à < 3 mm Scheibenfläche > 1 m2: max. 1 Stück à < 3 mm je umlaufenden m Kantenlänge Rückstände (punktförmig) im Scheibenzwischenraum (SZR): Scheibenfläche ≤ 1 m2: max. 4 Stück à < 3 mm Scheibenfläche > 1 m2: max. 1 Stück à < 3 mm je umlaufenden m Kantenlänge Rückstände (flächenförmig) im SZR: max. 1 Stück ≤ 3 cm2 Kratzer: Summe der Einzellängen: max. 90 mm – Einzellänge: max. 30 mm Haarkratzer: nicht gehäuft erlaubt

H

Einschlüsse, Blasen, Punkte, Flecken etc.: Scheibenfläche ≤ 1 m2: max. 2 Stück à < 2 mm 1 m2 < Scheibenfläche ≤ 2 m2: max. 3 Stück à < 2 mm Scheibenfläche > 2 m2: max. 5 Stück à < 2 mm Kratzer: Summe der Einzellängen: max. 45 mm – Einzellänge: max. 15 mm Haarkratzer: nicht gehäuft erlaubt

R+H

max. Anzahl der Zulässigkeiten wie in Zone R Einschlüsse, Blasen, Punkte, Flecken etc. von 0,5 bis < 1,0 mm sind ohne Flächenbegrenzung zugelassen, außer bei Anhäufungen. Eine Anhäufung liegt vor, wenn mindestens 4 Einschlüsse, Blasen, Punkte, Flecken etc. innerhalb einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von ≤ 20 cm vorhanden sind.

Hinweise: Beanstandungen ≤ 0,5 mm werden nicht berücksichtigt. Vorhandene Störfelder (Hof) dürfen nicht größer als 3 mm sein. Zulässigkeiten für Dreifach-Wärmedämmglas, Verbundglas (VG) und Verbundsicherheitsglas (VSG): Die Zulässigkeiten der Zone R und H erhöhen sich in der Häufigkeit je zusätzlicher Glaseinheit und je Verbundglaseinheit um 25 % der genannten Werte. Das Ergebnis wird stets aufgerundet. Einscheibensicherheitsglas (ESG) und teilvorgespanntes Glas (TVG) sowie Verbundglas (VG) und Verbundsicherheitsglas (VSG) aus ESG und/oder TVG: 1. Die lokale Welligkeit auf der Glasfläche – außer bei ESG aus Ornamentglas und TVG aus Ornamentglas – darf 0,3 mm bezogen auf eine Messstrecke von 300 mm nicht überschreiten. 2. Die Verwerfung bezogen auf die gesamte Glaskantenlänge – außer bei ESG aus Ornamentglas und TVG aus Ornamentglas – darf nicht größer als 3 mm pro 1000 mm Glaskantenlänge sein. Bei quadratischen Formaten und annähernd quadratischen Formaten (bis 1:1,5) sowie bei Einzelscheiben mit einer Nenndicke < 6 mm können größere Verwerfungen auftreten. B 1.68

81

Flügelrahmenmaß

Rohbaumaß (Nennmaß)

Glasmaß

lichtes Flügelmaß

lichtes Öffnungsmaß

Blendrahmenaußenmaß

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Nennmaß Istmaß

Maßabweichung Grenzabweichung (-)

Mindestmaß

Grenzabweichung (+) Maßtoleranz

Höchstmaß

B 1.69

Maße und Toleranzen Allgemein verbindliche Maßangaben sind für die Planung, Fertigung und den Einbau von Öffnungselementen sowie für die Realisierung der dafür erforderlichen Öffnungen im Baukörper und für den gesamten Bauablauf unerlässlich. Dies gilt für den Neubau ebenso wie für den Umgang mit dem Bestand. Abb. B 1.69 zeigt die für Öffnungen üblicherweise angegebenen Maße. Die wichtigsten sind: • Blendrahmenaußenmaß • lichtes Öffnungsmaß • lichtes Flügelmaß • Glasmaß • Flügelrahmenmaß • Rohbaumaß (Nennmaß laut Zeichnung) Jede Einbausituation bzw. die Fertigung von Bauteilen und Komponenten erfordert die Aufnahmemöglichkeit von Toleranzen, ohne dass es zu einer funktionellen Beeinträchtigung kommt. Die zulässigen Maßabeweichungen können dabei unterschiedliche Ursachen haben. Nach DIN 18 202 werden Toleranzen wie folgt differenziert (Abb. B 1.70): • Abweichung Istmaß von Nennmaß • Grenzabweichungen • Winkeltoleranzen • Ebenheitstoleranzen • Fluchtabweichungen Im Hinblick auf Toleranzen sind Rohbaumaße Nennmaße, d. h. Maße, die vom Planer vorgesehenen sind, aber von den tatsächlichen Istmaßen abweichen können. DIN 18 202 definiert darüber hinaus zulässige Grenzabweichungen, insbesondere für Öffnungen. Es wird dabei nach Nennmaßbereichen und Ausbaugrad differenziert (Abb. B 1.71). Für Öffnungen müssen bei der Maßangabe die verschiedenen Anschlagsarten (siehe S. 124) berücksichtigt werden (ohne Anschlag, Innen- oder Außenanschlag). In der Praxis spielen die Maße von Fenstern und Türen insofern eine große Rolle, als diese – zumindest im Neubau – meist gefertigt werden, bevor die entsprechenden Einbausituationen hergestellt sind. Im Gebäudebestand existieren die Öffnungen

82

B 1.69 B 1.70 B 1.71 B 1.72 B 1.73

Baumaße im Bereich des Fensters (vgl. Begriffsnorm EN 12 519) Toleranzen und Maße, Begriffe nach DIN 18 202 Maßtoleranzen im Hochbau nach DIN 18 202 Wärmedehnzahl ausgewählter Werkstoffe temperaturbedingte Längenänderung ε verschiedener Rahmenmaterialien je Fuge bei mitteleuropäischen Temperaturdifferenzen

B 1.70

zwar bereits, aber die bauliche Situation ist meist nicht vollständig zugänglich (da z. B. alte Fenster noch eingebaut sind). Aufgrund der oft komplexen Geometrien (Schiefwinkligkeit, gekrümmte Kanten, unebene Anschlussflächen etc.) liegen die Außenmaße des Blendrahmens in der Praxis daher 10 – 30 mm unter dem Rohbaumaß (Nennmaß). Zum vorgefertigten, kompletten Fensterelement gibt es derzeit keine normativen Aussagen zu Toleranzen. Für Fensterelemente, die der RAL-Güteüberwachung unterliegen [30], gelten für die Elementaußenmaße Toleranzanforderungen von 1 mm.

Fensterelementen, die nebeneinander eingebaut werden) • konstruktive Fugen, die durch geeignete Anschlussdetails dauerhaft abgedichtet werden müssen und die dann in der Regel auch eine Verbesserung des Schallschutzes bedeuten (siehe »Fugen in der Gebäudehülle«, S. 63f.). Längenausdehnungen aufgrund von Temperaturschwankungen lassen sich für verschiedene Materialien (Abb. B 1.72) nach folgender Formel berechnen: ΔL = αT ∙ L0 ∙ ΔT

Aufnahme von Bewegungen

Gebäudeöffnungen stellen grundsätzlich »Störungen« im vergleichsweise homogenen Gefüge der opaken Gebäudehülle dar. Der Einbau bedingt Anschlüsse, Materialwechsel und konstruktive Übergänge sowohl im Bereich des Baukörpers als auch an den Öffnungselementen selbst. Durch eine geeignete Planung müssen mögliche Zwängungen in diesem Bereich vermieden werden, die folgende Ursachen haben können: • Verformung bei Montage • Verformung des Baukörpers (durch z. B. Laständerungen im Baufortschritt oder spätere Nutz- bzw. Verkehrslasten) • Verformung durch Windlasten (Druck und Sog) • Längenänderungen durch thermische Ausdehnung (gegebenenfalls bis 100 K Temperaturdifferenz) oder Quellen/Schwinden • Druck infolge von Eisbildung

ΔL αT L0 ΔT

Zwängungen können am Öffnungsbauteil zu reversiblen oder irreversiblen Verformungen, Undichtigkeiten gegen Wind und Niederschläge, Verformungsgeräuschen sowie zu Rissen bzw. Absprengungen an angrenzenden Bauteilen (z. B. Laibungsputz) führen. Daher müssen Befestigungen von Fenstern und Türen folgende Kriterien erfüllen: • Befestigung über Fest- und Gleitpunkt (Vermeidung von mehreren Festpunkten) • Dehnungsfugen zwischen Elementen in Abhängigkeit von deren Abmessungen und Materialeigenschaften (z. B. bei großen

ΔTm

Längenänderung eines Stabs [mm/m] Längenausdehnungskoeffizient [1/K] Stablänge (Ausgangslänge) [m] Temperaturdifferenz [K]

Beispielrechnung für eine Aluminiumabdeckung im Außenbereich: Aluminiumabdeckung mit L0 = 5 m bei -10 °C, Verlängerung bei +40 °C ΔL = αT ∙ L0 ∙ ΔT = (0,024 mm/mK) ∙ 5 m ∙ 50 K = 6 mm Unter Berücksichtigung von Forschungsergebnissen über die tatsächlich auftretenden Längenbewegungen von Fensterprofilen sind folgende temperaturbedingte Änderungen ε in der Anschlussfuge je Seite pauschal ansetzbar: ΔL = L0 ∙ ε [mm] mit ε = ΔTm ∙ αT ∙ 2/3 ∙ 1000 [mm/m] Temperaturunterschied der Mitteltemperatur des Rahmenmaterials im Differenzklima (Standard für Deutschland: ca. 70 K) 2/3 Berücksichtigung der Nulllinie der bewegungswirksamen Länge je Fuge mit 2/3 ∙ L0 Abb. B 1.73 enthält Werte für ε im Bereich üblicher mitteleuropäischer Temperaturdifferenzen. Quell- und Schwindverformungen von Holz Bei Holz treten zudem durch Feuchteänderungen Quell- und Schwindverformungen des

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Bezug

>1 ≤3

>3 ≤6

>6 ≤ 15

>15 ≤30

> 30 1

Maße im Grundriss, z. B. Längen-, Breiten-, Achs- und Rastermaße

± 10

± 12

± 16

± 20

± 24

± 30

Maße im Aufriss, z. B. Geschosshöhen, Podesthöhen, Abstände von Aufstandsflächen und Konsolen

± 10

± 16

± 16

± 20

± 30

± 30

lichte Maße im Grundriss, z. B. Maße zwischen Stützen, Pfeilern usw.

± 12

± 16

± 20

± 24

± 30

–

lichte Maße im Aufriss, z. B. unter Decken und Unterzügen

± 16

± 20

± 20

± 30

–

–

Öffnungen, z. B. Fenster, Türen, Einbauelemente

± 10

± 12

± 16

–

–

–

±8

± 10

± 12

–

–

–

Öffnungen wie vor, jedoch mit oberflächenfertigen Laibungen 1

Querschnitts auf. Das Ausmaß dieser Maßänderungen ist abhängig von den Querschnittsabmessungen, der Holzart sowie der sich einstellenden Holzfeuchteänderung. In der Regel muss von mindestens 1 mm Dickenänderung bei typischen Rahmenprofilen ausgegangen werden. Auf Grundlage dieser Werte sowie der materialspezifischen Eigenschaften dienen beim Einbau von Holzfenstern die im Abschnitt »Dichtsysteme« (S. 131ff.) erläuterten Empfehlungen zu Mindestfugenbreiten bei der Abdichtung mit spritzbaren Dichtstoffen (Abb. B 3.33, S. 132) und vorkomprimierten Dichtungsbändern (Abb. B 3.37, S. 134) als Planungshilfe.

Dauerhaftigkeit und Nutzungsdauer Die Lebensdauer von Baustoffen und Gebäuden ist sehr verschieden und – abhängig von der Pflege, der Bauteilqualität, der Umgebung und den Gebrauchsbedingungen – zeitlich begrenzt. Anforderungen an die Dauerhaftigkeit, die meist weder konkret noch explizit formuliert werden, ergeben sich aus den heterogenen Betrachtungshorizonten der beteiligten Akteure. In der Praxis sind diese entsprechend uneinheitlich und müssen je nach Bezugsraum differenziert werden. Während die Erwartungen an die Langlebigkeit der Primärstruktur eines Gebäudes oft sehr hoch sind und dessen Zukunftspotenzial vor allem durch nicht materielle Eigenschaften bestimmt wird (Umnutzbarkeit, Nachrüstbarkeit, Erweiterbarkeit), spielen bei der Gebäudehülle – der die Öffnungen zuzurechnen sind – folgende Kriterien eine wesentliche Rolle: • Aufwand für Unterhalt, Instandhaltung (Wartung und Reinigung), Instandsetzung, Erneuerung, gegebenenfalls Restaurierung • Tauglichkeit bei steigenden Anforderungen (erhöhter Komfortanspruch, steigender Anspruch an die Energieeffizienz) • Tauglichkeit für sich ändernde Nutzeranforderungen • Wunsch nach Veränderungsmöglichkeiten des Erscheinungsbilds • Risikoabschätzung (möglicherweise sehr hohe Folgekosten bei Schäden bzw. Defekten von Öffnungsbauteilen)

Grenzabweichungen [mm] bei Nennmaßen [m] ≤1

Diese Grenzabweichungen können bei Nennmaßen bis etwa 60 m angewendet werden. Bei größeren Abmessungen sind besondere Überlegungen erforderlich. B 1.71

Insbesondere die Qualität der Fügung und der konstruktive Schutz haben im Zusammenhang mit dem am Einbauort vorherrschenden Klima sowohl einen Einfluss auf die Nutzungsdauer (»Service life«) eines Fensters als auch auf die Art und Häufigkeit von Wartungsmaßnahmen. Für die Abschätzung der Nutzungsdauer von Bauteilen in Gebäuden gibt es offizielle Tabellen mit Durchschnittswerten, wobei sich im Baustoffverbund (Bauteil) die Lebensdauer immer nach dem Baustoff mit der geringsten Lebenserwartung bemisst. Die Regelwerke berücksichtigen grundsätzlich nicht die konkrete Einbausituation oder das spezifische Produkt, sondern sie geben einen Mittelwert für die jeweilige Produktgruppe an. Auch fließt hier nicht ein, falls ein Produkt gegebenenfalls schon vor dem Erreichen seiner funktionalen Lebenserwartung ausgetauscht wird (z. B. wenn es nicht mehr gefällt oder aufgrund neuer Trends etc.). Diese Daten werden für die Ökobilanzierung von Gebäuden im Rahmen von Nachhaltigkeitszertifizierungen verwendet, um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Ebenso gibt es Übersichten zur Lebenserwartung von Komponenten bzw. Material im Bereich von Öffnungen in der Gebäudehülle (Abb. B 1.74, S. 84). Für detaillierte Betrachtungen kann darüber hinaus eine Analyse nach ISO 15 686 durchgeführt werden. Diese berücksichtigt mittels der Faktorenmethode (Abb. B 1.75, S. 85) die beschriebenen Einflussparameter für die Lebensdauer und erlaubt eine projektspezifische Aussage über die voraussichtliche Dauerhaftigkeit des Produkts in der konkreten Anwendung. Meist erfolgt die Entscheidung, ob und wann ein Material oder eine Komponente ersetzt wird, vor allem nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Hierbei nehmen auch Faktoren außerhalb des Bezugssystems »Gebäude« Einfluss wie z. B. das Mietniveau oder Bodenpreise. In den letzten Jahren ist eine deutliche Zunahme von Entscheidungskritierien zu beobachten, da eine nachhaltige Gebäudeplanung eine ganzheitliche Lebenszyklusanalyse inklusive der Berücksichtigung der Lebenszykluskosten sowie eine interdisziplinäre und gesamtheitliche Betrachtung erfordert [31].

Aussagen zur Dauerhaftigkeit von Komponenten im Öffnungsbereich hängen von verschiedenen Faktoren ab, z. B.: • Lebenserwartungen von Material und Konstruktion der Komponente • Lebenserwartungen von Material und Konstruktion des Bauteilanschlusses in der Gebäudehülle, besonders im Bereich der Abdichtung • Aufwand für Unterhalt, Instandhaltung (Wartung und Reinigung), Instandsetzung, Erneuerung, gegebenenfalls Restaurierung • Art und Umfang der Nutzung, z. B. wegen der sich daraus ergebenden Anforderungen an die Beschläge • Tauglichkeit für aktuelle Anforderungen im Bereich Nutzerkomfort (Lichtqualität und -quantität, Blendfreiheit, Sonnenschutz, Wärmeschutz etc.) • Tauglichkeit für aktuelle Anforderungen im Bereich der Energieeffizienz

Werkstoff

Wärmedehnzahl αT [mm/mK]

Glas

0,009

Stahl

0,012

Aluminium

0,024

Polycarbonat

0,065

PVC-hart PMMA

0,080 0,070 – 0,090 B 1.72

Werkstoff (Fensterprofil)

ε [mm/m]

PVC hart (weiß)

1,6

PVC hart (farbig) und PMMA (farbig coextrudiert)

2,4

harter PUR-Intergralschaumstoff

1,0

wärmegedämmtes Aluminiumprofil (hell)

1,2

wärmegedämmtes Aluminiumprofil (dunkel)

1,3

Stahlprofil

0,6 B 1.73

83

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Bauteil / Bauteilschicht / Material

Lebenserwartung [a]

mittlere Lebenserwartung [a]

nicht tragende Konstruktion außen Beton, bewittert

60 – 80

70

Beton, bekleidet

100 –150

120

Naturstein, bewittert

60 – 250

80

Ziegel, Klinker, bewittert

80 –150

90

Ziegel, Klinker, bekleidet

100 –150

120

Kalksandstein, bewittert

50 – 80

65

Kalksandstein, bekleidet

100 –150

120

Leichtbeton, bekleidet

80 –120

100

Verfugung

20 – 50

40

Weichholz, bewittert

40 – 50

45

Hartholz, bewittert

60 – 80

70

Abdichtung gegen nicht drückendes Wasser

30 – 60

40

Wärmedämmung, belüftet

25 – 35

30

Naturstein

60 –150

80

Klinker

80 –150

90

Beton-, Betonfertigteil, Keramik, Fliesen, Kunststein

60 – 80

70

Kupferblech

40 –100

50

Aluminium, Stahl verzinkt, Faserzement

30 – 50

40

Kunststoff

15 – 30

20

Zinkblech, Zementputz

20 – 30

25

Hartholz, Aluminium

40 – 60

50

Weichholz

30 – 50

40

Stahl, verzinkt

40 – 50

45

Kunststoff

40 – 60

50

Einfachverglasung

60 –100

80

Mehrscheiben-Isolierglas

20 – 30

25

8 –15

10

Mauer-, Attikaabdeckungen, Fensterbänke, außen

Außentüren und -fenster / Rahmen / Flügel

Außentüren und -fenster / Verglasung, Abdichtung

Verkittung Glasabdichtung durch Dichtprofile

15 – 25

20

Glasabdichtung durch Dichtstoffe (Silikone o. Ä.)

10 – 25

12

Flügeldichtungsprofile

15 – 25

18

Lichtkuppeln (Dach)

20 – 30

25

einfache Beschläge

30 – 50

40

Drehkipp-, Hebedrehkipp-, Schwingflügel-, Schiebebeschläge

20 – 30

25

Türschlösser

20 – 30

25

Türschließer

20 – 30

22

feststehend aus Leichtmetall

50 –100

60

beweglich, Aluminium oder Kunststoff

20 – 30

25

Markisen

10 – 20

15

Bauproduktenverordnung

Die am 1. Juli 2013 vollständig in Kraft getretene Europäische Bauproduktenverordnung (EU-BauPVO Nr. 305/2011) gilt einheitlich in allen europäischen Mitgliedstaaten. Sie legt Bedingungen für das Inverkehrbringen von Bauprodukten fest und regelt die erforderlichen Angaben zur Leistung von Bauprodukten und die Verwendung des CE-Kennzeichens. Für alle Bauprodukte, die von harmonisierten Normen erfasst sind (eine Auflistung findet sich unter www.DIBt.de) oder für die der Hersteller eine europäische technische Bewertung (bisher: Zulassung) besitzt, muss es eine vom Hersteller unterschriebene Leistungserklärung mit festgelegten Angaben zum Hersteller selbst und zum Produkt geben. Welche wesentlichen Produktmerkmale anzugeben sind, regelt indi-

Außentüren und -fenster/Beschläge

Außentüren und -fenster / Sonnenschutz außen

B 1.74

84

Besonders auf Komponentenebene spielen jedoch meist kurzfristige wirtschaftliche Aspekte eine dominierende Rolle. Im Wohnungsbau kommen oft komplexe Eigentumsverhältnisse mit mehreren Besitzern hinzu. Hier regelt üblicherweise die Teilungserklärung, was im Bereich der Öffnungen Sondereigentum, Miteigentumsanteil am Gemeinschaftseigentum und das Mitgliedschaftsrecht in der Wohnungseigentümergemeinschaft berührt. Davon hängt ab, wer welche Entscheidungen treffen kann und wer welche Rechte und Pflichten hat. Darüber hinaus können auch öffentliche Belange eine Rolle spielen, denn die Öffnungen und deren Gestaltung stellen einen maßgeblichen Teil des Erscheinungsbilds eines Gebäudes im öffentlichen Raum dar. Insofern sind Maßnahmen in diesem Bereich unter Umständen sogar genehmigungspflichtig. Nicht zu unterschätzen ist für die Langlebigkeit der Fenster und Türen außerdem das vertragliche Verhältnis Mieter–Vermieter. In Deutschland trägt normalerweise der Mieter die Verantwortung und den Aufwand für regelmäßige Wartungsarbeiten am Fenster von innen (vor allem für regelmäßiges Streichen), während der Vermieter für die Gesamtfunktionalität und die Wartung der Außenseiten zuständig ist. Bei komplexen Fensterkonstruktionen (z. B. alten Kastenfenstern) sind diese Grenzen oft nicht einfach zu ziehen. In diesem Zusammenhang nimmt derzeit die Diskussion um eine sozialverträgliche Umsetzung der politisch und gesellschaftlich gewünschten energetischen Sanierung des Gebäudebestands einen breiten Raum ein, denn die thermische Qualität der Fenster spielt hier in der Praxis eine wesentliche Rolle: Wer hat in welchem Umfang einen finanziellen Beitrag im Bereich der energetischen Sanierung zu leisten? Wie werden Mieter daran beteiligt? Wer profitiert in welchem Umfang von staatlicher Förderung, sinkenden Betriebskosten (Nebenkosten) und erhöhter Behaglichkeit? Weitere Anforderungen zu Umweltwirkungen behandelt das Kapitel »Lebenszyklusbetrachtung zu Fenster und Außentür« (S. 208ff.)

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen

Bauteilqualität

Umgebung

Gebrauchsbedingungen

A

Qualität der Komponenten

Herstellungsweise, Lagerung, Transportbedingungen, Materialien, schützende Beschichtung

B

Qualität der Konstruktion

Fügung, konstruktiver Schutz

C

Ausführungsqualität

D

Inneneinflüsse

Raumluftbedingungen

E

Außeneinflüsse

Wetter, Erschütterungen, Außenluftqualität

F

Nutzungsintensität

mechanische Einwirkungen, Art der Nutzung, Verschleiß

G

Instandhaltungsqualität

Art und Häufigkeit der Pflege, Zugänglichkeit

B 1.74

Es ergibt sich damit: ESLC = RSLC ≈ A ≈ B ≈ C ≈ D ≈ E ≈ F ≈ G ESLC = errechnete Lebensdauer (»estimated service life of a component«) RSLC = Referenzlebensdauer (»reference service life of a component«)

B 1.75

Lebenserwartung von Komponenten bzw. Material im Bereich von Öffnungen in der Gebäudehülle Abschätzung der Bauteillebensdauer mittels Faktorenmethode nach ISO 15 686

B 1.75

viduell für jedes Bauprodukt die jeweilige harmonisierte europäische (Produkt-)Norm (hEN). Fenster, Außentüren, Gläser und Vorhangfassaden unterliegen solchen harmonisierten Produktnormen und müssen daher CE-gekennzeichnet werden. Für welche Merkmale eine Leistung zu deklarieren ist, ergibt sich aus dem jeweiligen Baurecht der Mitgliedstaaten, für nicht geforderte Eigenschaften darf der Hersteller »npd« (»keine Leistung festgestellt«) angeben. Alle in der Leistungserklärung deklarierten Werte sind dann im CE-Zeichen aufzuführen. Damit ist die CE-Kennzeichnung von Bauprodukten nun eindeutiger als bisher leistungsorientiert: Da die Leistungserklärung für das Produkt dem Kunden vom Hersteller oder dem Handel in seiner jeweiligen Landessprache zur Verfügung steht, wird nun klar ersichtlich, für welchen Verwendungszweck es vorgesehen ist und welche Leistungseigenschaften es hat. Ob dies dem vorgesehen Einsatz entspricht und ob die Leistungseigenschaften für das Anforderungsprofil am Einsatzort ausreichen, muss weiterhin der Planer bzw. Kunde beurteilen.

[7]

[8]

[9]

[10]

[11] Amerkungen: [1] Das Kapitel enthält als Beitrag des ift Rosenheim Informationen und Material aus verschiedenen Veröffentlichungen des Instituts, insbesondere aus: Jehl, Wolfgang: Montageleitfaden, inkl. Montagetaschenbuch – Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren für Neubau und Renovierung. Hrsg. von der RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e. V., erarbeitet von RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e. V. und ift Rosenheim, 03/2014 [2] vgl. Veröffentlichungen des ift Rosenheim zum Thema, insbesondere: Sieberath, Ulrich; Leuschner, Ingo; Benitz-Wildenburg, Jürgen: Hochwasserschäden an Fenstern, Türen und Verglasungen. Schadensbilder und Sanierungssätze, ifz info FE-15/1. ift Rosenheim 04/2014 [3] EnEV 2014 Anlage 3, Tabelle 1 [4] Diese drei Optionen, die die EnEV bietet, sind ausführlich erläutert und mit Beispielen illustriert in: [1], S. 68 – 77. Hier finden sich auch Beispiele für den Gebäudebestand mit Auszügen aus dem ift-Wärmebrückenkatalog. [5] zum Thema Behaglichkeit siehe DIN EN 15 251, DIN EN ISO 7730, VDI-Richtlinie 3787 [6] Für die Berechnung der operativen Temperatur wurde der Raum mit den Umgebungsflächen, mit denen der Nutzer im Strahlungsaustausch steht,

[12] [13] [14]

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vereinfachend in zwei gleich große »Halbräume« aufgeteilt. Im Rechenbeispiel, dessen Ergebnisse sich in Abb. B 1.19. und B 1.20 (S. 56) finden, hat der eine Halbraum einheitlich die Temperatur der Fassade, der andere bildet alle Innenbauteile ab, für die auch eine einheitliche Temperatur angenommen wird. In der Realität finden sich natürlich sowohl innerhalb der Fassadenoberflächen unterschiedliche Temperaturen als auch im Rauminneren, z. B. wenn Teilflächen besonnt werden oder wurden. DIN 4108-3 Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung das Thema ist umfassend erörtert in: Hellwig, Runa Tabea: Thermische Behaglichkeit. Dissertation, TU München 2005 die Dauer, bis es zu Schimmelpilzbildung kommt, hängt im Detail von einer Vielzahl ortsspezifischer Voraussetzungen ab: • Porosität der Oberfläche (je höher, desto größer das Risiko von Schimmelpilzbildung) • Nährstoffgehalt im direkten Umfeld und in der Luft • Sporendichte in der Luft • Witterungsverlauf (das Risiko ist beispielsweise Anfang November höher als Anfang Juni) wie Anm. 1, außerdem Froelich, Hans; Lass, Gisa: »Tauwasserbildung an Festern und Außentüren, Beurteilung und Vermeidung« und »Leitfaden zur Vorbeugung, Untersuchung, Bewertung und Sanierung von Schimmelpilzwachstum in Innenräumen«, info 4/05 des ift Rosenheim / Umweltbundesamt, 2005 DIN 4108-2 Abschnitt 6 »Mindestanforderungen an den Wärmeschutz im Bereich von Wärmebrücken« Herzog, Thomas u. a.: Fassaden Atlas. München 2004, S. 24 ebd. Weitere Informationen zum Schallschutz finden sich in DIN EN 12 354-3 »Bauakustik – Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften – Teil 3: Luftschalldämmung gegen Außenlärm« und DIN EN 12 354-4 »Bauakustik – Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften – Teil 4: Schallübertragung von Räumen ins Freie«. Für Neubauten ist DIN 4109 allgemein verbindlich, diese Norm ist allerdings schon seit langer Zeit in einem Überarbeitungsprozess – die Normentwürfe der neuen Norm sind im Juli 2013 erschienen. Die Anwendung der VDI-Richtlinien 2719 »Schalldämmung von Fenstern und deren Zusatzeinrichtungen« oder 4100 »Schallschutz im Hochbau – Wohnungen« kann in Fällen vereinbart werden, in denen DIN 4109 nicht gilt oder zu geringe Anforderungen stellt. Die Bewertung der Schalldämmung in Gebäuden und von Bauteilen erfolgt nach EN ISO 717-1. Einen Einzahlwert, angegeben in dB (A), erhält man, indem man die Schallpegel in den verschiedenen Oktav- oder Terzbändern energetisch addiert. Weil das menschliche Gehör tiefere Töne (< 500 Hz) und sehr hohe Töne (> 8 kHz) weniger gut wahrnimmt,

[16] [17] [18] [19]

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finden beim Addieren der Schallpegel in den unterschiedlichen Oktavbändern diese tieferen Töne in geringerem Maße Eingang als die mittleren und höheren Töne. Die Schallpegel in den Oktavbändern werden so enstprechend dem Empfinden des menschlichen Gehörs korrigiert. DIN 4109 Beiblatt 1, Absatz 10.1.2, S. 55 VDI-Richtlinie 2719 Absatz 2.5 Saß, Bernd: Schalldämmung von Dreifach-Isolierglas. Vortrag auf der DAGA, Berlin 2009 offizielle Zuordung in Bauregelliste des DIBt, S. 71f. www.dibt.de/de/Geschaeftsfelder/data/ BRL_2014_1.pdf (Stand 30.03.2015) Kennzeichnungsbuchstaben und Zeiten nach DIN EN 13 501-2 Abschnitt 7 vgl. Brandschutz-Arbeitshilfe »61.3 Europäisches Klassifizierungssystem«, Stand 09/2008, Bauen mit Stahl. www.bauforumstahl.de/upload/documents/ brandschutz/arbeitshilfen/BA_61_3.pdf (Stand 30.03.2015) Mehr dazu z. B. in: Mink, Hans-Paul: Brandschutz im Detail – Türen, Tore, Fenster – Planung, Montage, Abnahme, Wartung. Köln 2010 Gressmann, Michael; Pahl, Hans-Joachim; Spaag, Andreas: Fenster-, Türen- und Fassadentechnik. Haan-Gruiten 2012, S. 22f. vgl. DIN 18 008-4, früher: Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV), Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), 01/2003 Die Verglasung bemisst sich nach der seit 2010 geltenden Glasbemessungsnorm DIN 18 008-2, früher geregelt über die Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV), Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), 08/2006 Landeskriminalamt München, 2008 Vorwort DIN 18 040-1:2010-10 nach DIN EN 13 115 »Fenster – Klassifizierung mechanischer Eigenschaften – Vertikallasten, Verwindung und Bedienkräfte.« Klasse 2 Prüf- und Beurteilungskriterien finden sich in: Richtlinie zur Beurteilung der visuellen Qualität von Glas für das Bauwesen, erstellt vom Technischen Beirat im Institut des Glaserhandwerks für Verglasungstechnik und Fensterbau, Hadamar und vom Technischen Ausschuss des Bundesverband Flachglas e. V., Troisdorf, aktueller Stand: 05/2009. Da es sich um eine Industrievorlage handelt, kann diese Richtlinie nicht als allgemein anerkanntes technisches Regelwerk verstanden werden. Das RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e. V. ist eine unabhängige Organisation, die das RAL-Gütezeichen für Produkte und Dienstleistungen nach produkt- und leistungsspezifischen Qualitätskriterien vergibt. Hersteller binden sich freiwillig an die Selbstverpflichtung der RALGüteüberwachung, um mit diesem Qualitätsmerkmal zu werben. Mehr dazu in: König, Holger u. a.: Lebenszyklusanalyse in der Gebäudeplanung. München 2009

85

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten Jan Cremers

B 2.1

Fenster und andere öffenbare Bauteile in der Gebäudehülle setzen sich aus einer Vielzahl von Einzelelementen zusammen, die im Folgenden von innen nach außen erläutert werden: beginnend bei Füllungen von Öffnungsverschlüssen wie Glas, transluzenten oder opaken Paneelen etc. über Rahmen aus verschiedenen Materialien, mit deren Hilfe diese flächigen Bauteile meist gefasst werden, bis hin zu Beschlägen und Werkstoffen zur Fügung auf Komponentenebene. Auf dieser Basis erfolgt im Weiteren eine Übersicht zu gängigen Fensterkonstruktionen. Daran schließen sich Lösungen an, mit denen sich (wiederum auf Komponentenebene) besondere Eigenschaften – z. B. hinsichtlich Schall- und Brandschutz – erreichen lassen. Das Kapitel schließt mit zusätzlichen additiv oder integriert einsetzbaren Elementen wie Motoren, Sensoren und Ähnlichem.

Füllungsmaterial Glas Seit den Anfängen der Baugeschichte sucht der Mensch Lösungen zum Verschluss von Öffnungen in Gebäudehüllen, stets mit dem Wunsch, deren wesentliche Eigenschaften (d. h. vor allem Lichteinlass und Möglichkeit zum Ein- und Ausblick) auch im geschlossenen Zustand zu erhalten. Dazu kommt die Kontrolle des Luftaustauschs durch die Öffnung sowie eine gewisse Wärmedämmwirkung (siehe »Die mechanische Eigenschaften 2,5 g/cm3 Dichte Ritzhärte nach Mohs 5–6 Zugfestigkeit 30 – 90 N/mm2 Druckfestigkeit 700 – 900 N/mm2 Biegezugfestigkeit Floatglas 45 N/mm2 Biegezugfestigkeit TVG 70 N/mm2 Biegezugfestigkeit ESG 120 N/mm2 E-Modul 70 000 N/mm2 unter Spannung lineare Dehnung bis zum Bruch

geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit«, S. 12ff.). Als Füllungsmaterialien werden Holz (als Lattenstruktur oder auch geschlossen als Laden), Gräser, Stroh und Schilf eingesetzt, besonders bearbeitete Natursteine (auch transluzente wie z. B. Alabaster), keramische Werkstoffe (z. B. gebrannter Ton), Metalle (als Bleche, Stäbe und Gitter), textile Materialien, Leder, Pergament oder sogar Papier und neuerdings auch Kunststoffe. Bis heute von herausragender Bedeutung ist jedoch Glas als Verschlussmaterial, das mindestens seit der Römerzeit im Bereich von Gebäudeöffnungen nachgewiesen werden kann (siehe »Kurze aber nicht nachhaltige Blüte«, S. 13). Zur Herstellung des im Bauwesen üblichen Kalk-Natron-Glases wird ein Gemenge aus ca. 72 % Glasbildner (Quarzsand/Kieselsäure), ca. 14 % Flussmittel (Soda), ca. 10 % Stabilisator (Kalk) und bestimmten Oxiden zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften (z. B. Magnesium- oder Aluminiumoxid) auf ca. 1550 °C erhitzt und dabei aufgeschmolzen. Da diese anorganische Schmelze beim raschen Abkühlen nicht auskristallisiert, entspricht das Verhalten beim Erstarren weiter dem einer Flüssigkeit. Diese ungeordnete molekulare Struktur von Glas ist die physikalische Voraussetzung für seine zentrale Eigenschaft: die Transparenz. Während des Herstellungsprozesses lässt sich Glas zudem einfärben, entsprechend veränBeständigkeit gegen Temperatur40 K differenzen über die Scheibe (Floatglas) Beständigkeit gegen Temperatur150 K differenzen über die Scheibe (ESG) thermische Ausdehnung 0,009 mm /mK Erweichungstemperatur ca. 560 °C Ug-Wert Einfachglas 4 mm 5,8 W/m2K sonstige Eigenschaften Schalldämmung Floatglas 3 mm elektrische Leitfähigkeit (trocken)

optische Eigenschaften B 2.1 B 2.2

B 2.3 B 2.4

Glasfaserkunststofffensterprofile als Halbzeuge Eigenschaften von Kalk-Natron-Glas als Floatglas, teilvorgespanntes Glas (TVG), Einscheibensicherheitsglas (ESG) und Mehrscheiben-Isolierglas (MIG), Werte Stand 2014 Herstellung von Glasprodukten für Öffnungen Vom Basisglas zum Funktionsglas: Möglichkeiten der Weiterbearbeitung von Flachglas

Lichttransmission Floatglas 4 mm solare Transmission Floatglas 4 mm Oberflächenemissivität ε Brechungsindex

ca. 87 % ca. 80 % ca. 89 % ca. 1,5

thermische Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit spezifische Wärmekapazität

0,80 W/mK 720 – 800 J/kgK

Gasdichtigkeit (einschl. H2O) Standard-Glasdicken Flachglas

ca. 22 – 24 dB Isolator bis ca. 600 °C gasdicht 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 mm 3210 ≈ 6000 mm 3210 mm ≈ ca. 16 m

Standard-Floatglas-Tafel maximales Floatglas-Format (auch beschichtet) 3210 mm ≈ 15 m max. Format für ESG /TVG max. Format für MIG 3210 mm ≈ 15 m (zweifach) B 2.2

86

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

1. Ebene (Urformen)

Glasprodukte für Fassaden gepresstes Glas

Gussglas (Walzverfahren)

Querschnittsprofilierung

Oberflächenprofilierung

Tafelglas (Ziehglas)

Floatglas

2. Ebene (Umformung im Rahmen des Herstellungsprozesses)

Metalleinlage 3. Ebene (Veredelung, Vergütung)

Vorspannen

Laminieren mit Abstandhalter verkleben Hohlglassteine, Betonglas

Profilglas

Gussglas, Ornamentglas

Drahtglas

Einfachglas

ESG / TVGScheiben

VSGScheiben

Isolierglas B 2.3

dern sich die optischen Eigenschaften, z. B. der Lichttransmissionsgrad. Durch besondere Auswahl der Rohstoffe, z. B. einen geringeren Anteil an Eisenoxid (Fe2O3), kann die leicht grüne Eigenfarbe von Glas reduziert oder nahezu aufgehoben werden. Es wird dann als eisenarmes oder extraweißes Glas bezeichnet (engl. »Low Iron Glass«). Die Mehrkosten liegen bei etwa 30 %. Besonders bei dicken Glasaufbauten oder mehreren hintereinanderliegenden Scheiben mit hoher Gesamtdicke lässt sich durch die Verwendung dieser Glasqualität der Eindruck von Transparenz erheblich steigern (Abb. B 3.76 a, S. 147). Glas ist als rein mineralischer Werkstoff nicht brennbar und hat keinen definierten Schmelzpunkt; oberhalb der Erweichungstemperatur (ca. 560 °C) ist das Material plastisch verformbar. Bei weiterer Temperaturerhöhung kommt es zu einer Verminderung der Viskosität. Glas ist sehr beständig gegen Laugen und Säuren (außer Flusssäure). Es hat eine vergleichsweise harte Oberfläche und erweist sich daher im Unterschied zu alternativen transparenten Materialien – Kunststoffen wie Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) – als strapazierfähiger und robuster. Wie Metall ab einer gewissen Mindeststärke ist auch Glas absolut gasdicht. Weitere Eigenschaften zeigt Abb. B 2.2.

vertikalen Verglasungen 180 – 200 cm über dem Fußboden außerhalb von Verkehrswegen. Auch bei poliertem Drahtglas (DIN EN 572-3), früher als Drahtspiegelglas bezeichnet, ist die optische Qualität im Vergleich zu Floatglas durch die geringere Ebenenparallelität etwas reduziert. Die maximalen Abmessungen einer Drahtglasscheibe betragen in der Länge 3820 mm und in der Breite 1980 mm bei Nenndicken von 6 und 10 mm. Flachglas

Die Herstellung von Flachglas für den Baubereich erfolgt im Wesentlichen über drei verschiedene Urformprozesse (Abb. B 2.3): das Walzverfahren (Gussglas), das 1904 erfundene Fourcault-Verfahren (Tafel- oder Ziehglas) und das 1958 entwickelte Floatverfahren (Floatglas). Letzteres wird seit den 1960er-Jahren industriell angewendet und liefert inzwischen etwa 95 % des gesamten Flachglases. Beim Floatverfahren wird die Glasschmelze auf einem flüssigem Zinnbad ausgebracht und abgekühlt, bis das Glas in fester Form herausgezogen werden kann. Auf diese Weise entsteht ein in höchstem Maße planparalleles und verzerrungsfreies Flachglas. Die Glasdicke (ca. 0,5 –25 mm) ergibt sich aus der Geschwindigkeit, mit der das feste Glas aus der halbflüs-

sigen Masse gezogen wird. Da Floatglas das Ausgangsmaterial für die Weiterverarbeitung zu zahlreichen Glasprodukten mit besonderen funktionalen Eigenschaften darstellt, wird es auch als Basisglas bezeichnet (Abb. B 2.4). Weiterverarbeitung von Floatglas

Zur Verbesserung funktionaler oder gestalterischer Eigenschaften wird Floatglas nahezu immer weiterverarbeitet. Oft werden mehrere Verfahren bei der Bearbeitung einer Scheibe eingesetzt und anschießend verschiedene Gläser zu funktionalen Einheiten flächig gefügt bzw. zusammengesetzt. Vorgespanntes und teilvorgespanntes Glas Vorgespanntes Glas bzw. ESG nach DIN EN 12 150-1 besteht aus Floatglas, das auf ca. 600 – 650 °C erhitzt und danach durch die Zufuhr von kalter Luft schockartig abgekühlt wird. Hierdurch kühlt die Oberfläche schnell ab, der Kern der Scheibe bleibt dabei zunächst zähflüssig und zieht sich erst später beim weiteren Abkühlen zusammen. Durch diesen speziellen thermischen Behandlungsprozess werden Zugspannungen im Inneren und Druckspannungen an der Oberfläche aufgebaut, die das Glas widerstandsfähiger machen: Es ist schlagfester, elastischer und unempfindlicher

thermische Vorspannung

Sicherheitsgläser

flächige Verklebung

Schallschutzgläser

Emaillierung

Brandschutzgläser

Drahtglas

Als Drahtglas wird ein spezielles Gussglas mit einem eingewalzten Drahtnetz bezeichnet. Im Bruchfall bleiben die Scherben an diesem Drahtnetz hängen. Im Gegensatz zu Einscheibensicherheitsglas (ESG) ist die mechanische Festigkeit nicht erhöht, Drahtglas besitzt nach DIN 18 361 keine Sicherheitseigenschaften und ist daher formal kein Sicherheitsglas. Es wird oft als Ornamentglas mit profilierten Oberflächen eingesetzt, was die Durchsicht einschränkt. Die Verwendung erfolgt daher meist aus optischen Gründen, zum Teil jedoch auch als widerstandsfähige Verglasung gegen Feuer (Feuerwiderstandsklasse G30) sowie als splitterbindende Verglasung im Dachbereich mit maximalen Stützweiten von < 100 cm oder in

MehrscheibenVerglasungen

Ätzung

Sandstrahlen

optisch veränderte/ transluzente Gläser

Bedrucken

Beschichten

Sonnen-/ Wärmeschutzgläser B 2.4

87

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

gegen Temperaturwechsel als normales Floatglas. Im Bruchfall wird die in der Vorspannung gespeicherte Energie wieder frei und das Glas zerfällt schlagartig in ungefährliche kleine stumpfkantige Stücke. Das Verletzungsrisiko verringert sich dadurch erheblich (Abb. B 2.6). Wird ESG in Bereichen verbaut, in denen es hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist (z. B. als hinterlüftete Außenwandbekleidung) muss es gemäß DIN 18 516-4 vor dem Einbau einen Heißlagerungstest (Heat-SoakTest) durchlaufen, um das Risiko zu minimieren, dass die Scheibe ohne erkennbare äußere Einwirkungen bricht. Dieser Spontanbruch kann durch Nickelsulfid-Einschlüsse in der Glasmatrix eintreten, die sich durch Sonnenein-

Reinigung

strahlung erwärmen und ausdehnen. Übersteht die Scheibe dieses Szenario unter kontrollierten Bedingungen unbeschadet, kann ein späterer Spontanbruch mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Bei teilvorgespanntem Glas (TVG) nach DIN EN 1863 erfolgt der Prozess des Abkühlens langsamer, die Vorspannkräfte sind daher kleiner. Das hat zur Folge, dass die Bruchstücke deutlich größer sind. Die Verwendung von TVG ist dann von Vorteil, wenn die mechanische Festigkeit von Floatglas nicht ausreicht, ESG aber wegen seiner Krümelstruktur im Zerstörungsfall nicht die erforderliche Resttragfähigkeit aufweist (z. B. bei punktgehaltenen Schei-

Erhitzen

Abkühlen B 2.5 ESG

Abkühlung bei der Herstellung

TVG

sehr schnell

schnell 2

Biegezugfestigkeit

sehr hoch 120 N/mm

sehr hoch 120 N/mm2

Beständigkeit gegen Temperaturdifferenzen über die Scheibe

sehr hoch 150 – 200 K

hoch bis 100 K

Bruchverhalten

stumpfe Krümel < 1 cm2

grobscholliger Bruch von Kante zu Kante

Bruchbild

B 2.6

- Druck chemisch vorgespanntes Glas

+ Zug Glasdicke

thermisch vorgespanntes Glas (ESG)

1 2 1 1 Glas 2 Zwischenschicht/Folie(n)

Vorspannung B 2.7

B 2.8

ben im Überkopfbereich). Ist TVG allseitig gelagert bzw. geklemmt, lösen sich im Zerstörungsfall keine gefährlichen Bruchstücke. In der Praxis wird es in der Regel nicht als einzelne Scheiben verbaut, sondern als Verbundsicherheitsglas (VSG) eingesetzt. Formal zählt es nur in dieser weiterverarbeiteten Form zu den Sicherheitsgläsern. ESG und TVG können aufgrund der eingebrachten Vorspannung nachträglich nicht mehr geschliffen, geschnitten oder gebohrt werden. Beschädigungen der Oberfläche, z. B. durch Verletzung der Kanten oder unsachgemäßen Transport, führen zum Bruch der Scheibe. Es gibt inzwischen Low-E-Schichtsysteme, die den Hitzeeinwirkungen (bis ca. 720 °C) des Vorspannprozesses standhalten und daher vorab aufgebracht werden können (siehe »Low-E-Beschichtungen«, S. 52). Bei der Betrachtung von vorgespannten Gläsern im eingebauten Zustand treten je nach Standpunkt, Beobachtungswinkel und Lichteinfall zuweilen Farbeffekte in Form von kleinen Kreisen in meist linienförmiger Anordnung auf. Hierbei handelt es sich um Anisotropien, die durch Doppelbrechung des Lichts entstehen. Dies ist ein unvermeidbarer physikalischer Effekt und stellt keinen Mangel dar. Chemisch vorgespanntes Glas Sehr dünnes und gebogenes Glas kann auch durch Tauchen in heiße Salzschmelze vorgespannt werden. Über chemische Vorgänge kommt es dicht an der Oberfläche zu Druckspannungen. Durch den Tauchprozess werden die Glaskanten der Scheibe ebenfalls vorgespannt. Chemisch vorgespanntes Glas, das DIN EN 12 337 regelt, besitzt zwar eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen thermische und mechanische Belastungen, sein Bruchverhalten entspricht jedoch dem von Floatglas. Die Biegezugfestigkeit liegt bei ca. 200 N/mm2 [1]. Im Gegensatz zu ESG und TVG kann chemisch vorgespanntes Glas geschnitten werden, jedoch weist die geschnittene Kante nur die Festigkeit von normalem Glas auf. Die Darstellung der Spannungsverteilung von chemisch vorgespanntem Glas im Vergleich zu ESG zeigt Abb. B 2.7. Verbundsicherheitsglas Durch paralleles Laminieren einzelner (auch gebogener) Scheiben aus Floatglas, ESG oder TVG mit dazwischen angeordneten Folien aus Polyvinylbutyral (PVB) entsteht Verbundsicherheitsglas (VSG; Abb. B 2.8). In einem sogenannten Autoklaven schmilzt das extrem reißfeste und zähelastische PVB unter hohem Druck (>10 bar) und bei hohen Temperaturen (>100°C) auf und es kommt zu einer transparenten flächigen Fügung der Scheiben. Die sehr hohe Glashaftung führt dazu, dass das Glas im Bruchfall an der Folie haftet. Es können sich keine gefährlichen Splitter ablösen, die Öffnung bleibt geschlossen und weitgehend durchsichtig. Je nach Einsatzzweck

B 2.9

88

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

sind verschiedene Kombinationen aus Gläsern und Folien möglich (pro Lage typischerweise 0,38 mm bzw. ein Vielfaches davon bis 1,52 mm, transluzent, opak, farbig, mit Mustern oder mit eingebetteten Geweben oder Ähnlichem; Abb. B 2.9). So kann beispielsweise die mechanische Festigkeit zur Verbesserung der Einbruchhemmung (siehe S. 77f.) oder zur Erzielung einer durchschusshemmenden Wirkung (siehe »Sicherheitssonderverglasungen«, S. 78f.) erheblich gesteigert werden. Als Panzerglas wird VSG mit mindestens vier Scheiben und einer Gesamtdicke von ≥ 25 mm bezeichnet. Der Materialwechsel und der Verbund führen zudem zu einer Verbesserung des Schallschutzes. Grundsätzlich sind bei dicken Verbundsicherheitsgläsern die hohen Flächengewichte zu beachten, ebenso das Auftreten optischer Verzerrungen durch unterschiedliches Lichtbrechungsverhalten der einzelnen Schichten. Zusammen mit Floatglas blockiert StandardPVB-Folie UV-Licht nahezu vollständig, was für manche Anwendungen vorteilhaft sein kann (z. B. Museen). Es existieren jedoch alternative Folienmaterialien, die das u. a. für biologische Vorgänge wichtige UV-Licht ab ca. 320 nm durchlassen. Als Alternative zu PVB steht inzwischen eine spezielle Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Gesamtnenndicken zwischen 0,89 und 3,04 mm zur Verfügung, die bis zu fünfmal fester und hundertmal steifer ist als herkömmliche PVB-Zwischenschichten. Dadurch lassen sich Verbundsicherheitsgläser dünner und leichter herstellen. Trotzdem erfüllen diese Laminate die gleichen Sicherheitsanforderungen wie die dickeren Verbundsicherheitsgläser mit PVB-Zwischenlagen. Verbundglas Verbundglas (VG) entspricht vom Aufbau her VSG, als Zwischenmaterialien kommen jedoch keine PVB-Folien zum Einsatz, sondern beispielsweise Gießharze in einer Stärke von 1 bis 4 mm oder Folien aus Ethylenvinylacetat (EVA). In diese Zwischenschicht können z. B. Solarzellen oder andere Materialien eingebettet werden, die für die Laminierung mit PVB-Folien zu dick sind. Schallschutzgläser werden bevorzugt als Verbundgläser realisiert, da sich das Gießharz in seiner Zusammensetzung auf spezielle Frequenzbereiche einstellen lässt. Gießharze sind als Ein- oder Mehrkomponenten-

B 2.5

Herstellung von Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) und teilvorgespanntem Glas (TVG) B 2.6 Eigenschaftsvergleich ESG / TVG B 2.7 Spannungsverteilung von chemisch vorgespanntem Glas im Vergleich zu thermisch vorgespanntem Glas (ESG) B 2.8 Aufbau Verbundsicherheitsglas (VSG) B 2.9 Verbundglas mit einlaminiertem metallisch beschichtetem Gewebe mit feinmaschiger Struktur. Verwaltungs-und Ausbildungszentrum, Rohrschach (CH) 2013, Gigon/Guyer Architekten B 2.10 Klasseneinteilung von Beschichtungen

material mit Aushärtung unter UV-Licht verfügbar. Herkömmliches Verbundglas erfüllt in der Regel – im Gegensatz zu VSG – keine formalen Sicherheitsanforderungen. Mit dem Austausch einer oder mehrerer Lagen einer Verbundverglasung durch transparente Platten aus Polymethylmethacrylat (PMMA) lässt sich z. B. bei durchbruch- oder durchschusshemmender Sicherheitssonderverglasung bis zu 50 % Gewicht sparen und gleichzeitig der Schallschutz erhöhen (Abb. B 2.34 h 19, S. 99). Eine weitere Anwendung von Verbundglas ist die Gestaltung mit holografisch-optischen Elementen (HOE). Um Bilder dreidimensional erscheinen zu lassen, sind hier dünne Filmfolien zur Filterung unterschiedlicher Lichtlängen zwischen den Scheiben eingebettet. Sie beugen die Lichtfarben innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs und machen sie so sichtbar; außerhalb dieses Bereichs ist das HOE glasklar. Die kostspieligen Folien werden im Verbundglas vor der Witterung geschützt. Durch Überlagerung mehrerer Hologramme lässt sich das Licht abhängig vom Einstrahlwinkel in verschiedene Richtungen streuen. Das erlaubt, diffuses Licht bis tief in den Innenraum zu lenken und damit den Tageslichtquotienten zu erhöhen.

Die Gasfüllung im SZR bietet eine besondere Schutzatmosphäre im Hinblick auf mögliche Korrosion und zudem einen sicheren Schutz vor mechanischen Beanspruchungen über den ganzen Verarbeitungsprozess. Dadurch können hier empfindlichere Schichtsysteme zur Anwendung kommen als auf den ungeschützten außenliegenden Seiten. Besonders umfangreiche Anforderungen stellen Beschichtungen auf der der Witterung ausgesetzten Scheibenseite, z. B. mit Low-E-Funktion. Bei hochwärmedämmender Dreifachverglasung können solche Schichten auf der Außenseite verhindern, dass die Scheiben zufrieren (da sie im Winter nachts an den kalten Nachthimmel weniger Energie über Strahlung abgeben und daher nicht so stark auskühlen). Der Zusammenhang zwischen Funktionsschichten, Wärmetransport und Solarenergie (einschließlich der Begriffe Wärmedämmglas und Sonnenschutzglas) wird im Kapitel »Passive Solarenergienutzung« (S. 170ff.) ausführlich erläutert. Einige Beschichtungsarten erlauben eine thermische Weiterverarbeitung zu gebogenem, thermisch vorgespanntem oder teilvorgespanntem Glas (ESG und TVG). Dazu müssen sie den hohen Temperaturen des Vorspannprozesses von 630 bis 720 °C standhalten können.

Beschichtungen

Beschichtungen verbessern als Funktionsoder Designschicht die Eigenschaften einer Glasscheibe, müssen aber unter Umständen vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Dies ist bei der Weiterverarbeitung zu Verbund- oder Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) zu beachten. Es gibt zahlreiche Beschichtungsmöglichkeiten, die laufend entsprechend der Nachfrage an die unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden. Schichtaufbauten sind im Detail daher stets fabrikatsabhängig. Grundsätzlich lassen sich zwei Beschichtungsverfahren unterscheiden: • während der Glasherstellung (»online«, z. B. Hardcoating) • nach der Herstellung auf das Basisglas (»offline«, z. B. Softcoating) Die Beschichtung kann je nach Art, Aufbau oder Zusammensetzung außen, innen oder im SZR angebracht werden. DIN EN 1096-2 nimmt eine Klasseneinteilung für die unterschiedlichen Einsatzgebiete entsprechend der Beständigkeit der Schicht vor (Abb. B 2.10).

Pyrolytische Beschichtungen (Hardcoating) Während des Herstellungsprozesses von Floatglas wird beim Hardcoating-Verfahren auf die noch sehr heiße Glasoberfläche ein Metalloxid aufgebracht. Durch eine pyrolytische Reaktion kommt es zu einer festen Verbindung mit dem Glas. Derart beschichtete Gläser können einerseits durch eine Erhöhung der solaren Reflexion den Sonnenschutz verbessern, andererseits durch eine emissionsmindernde Schicht zum Wärmeschutz beitragen. Die Emissivität erreicht ca. 13 % gegenüber 92 % einer normalen Glasoberfläche. Aufgrund der vergleichsweise großen Robustheit kann eine derart beschichtete Scheibe problemlos als Einfachglas eingesetzt werden, deren wärmedämmende Wirkung dabei einem Isolierglas mit einem U-Wert von 1,8 W/m2 entspricht (12 mm SZR und 95 % Argon-Füllung). Liegt die Beschichtung jedoch frei und verschmutzt oder bildet sich darauf Kondensat, erhöht sich ihre Emissivität deutlich, d. h., der wirksame U-Wert verschlechtert sich entsprechend. Die Oberflächenbeständigkeit dieser Beschichtungen

Klasse A

Die Beschichtung liegt auf der Seite, die der direkten Bewitterung ausgesetzt ist.

Klasse B

Die Beschichtung liegt auf der äußeren direkten abgewandten Glasoberfläche und soll so vor unmittelbaren atmosphärischen Einflüssen geschützt werden. Das beschichtete Glas kann als Einfachglas verwendet werden.

Klasse C

Die Beschichtung wird nur zum SZR in einer Isolierglaseinheit verwendet. Das Glas muss in einer speziellen Verpackung transportiert werden und kann nur unmittelbar vor der Weiterverarbeitung bearbeitet werden.

Klasse D

Das beschichtete Glas wird nur zum SZR verwendet und muss sofort nach der Herstellung zu einer Isolierglaseinheit verarbeitet werden. Es kann nicht als Einfachglas verwendet werden.

Klasse S

Die beschichtete Oberfläche kann sowohl innen als auch außen eingesetzt werden und ist für besondere Anforderungen geeignet, z. B. für Schaufenster. B 2.10

89

Reflexion [%]

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

Deckschicht

Zwischenschicht

Silberschicht Zwischenschicht Schutzschicht

ε=1-R

Silberschicht

B 2.11

ist etwa so hoch wie die einer unbehandelten Glasoberfläche. [2] Kathodenzerstäubungsverfahren (Softcoating) Nach dem Zuschnitt wird das Glas im Kathodenzerstäubungsverfahren (auch Magnetronsputtern oder Softcoating-Verfahren; Abb. B 2.11) mit verschiedenen Elementen und Verbindungen (z. B. Metalloxiden) beschichtet. Bei dem im Hochvakuum ablaufenden physikalischen Prozess werden durch Beschuss mit energiereichen Ionen Partikel aus der Kathode, dem sogenannten Target (die aufzubringende Substanz, z. B. Silber), herausgeschlagen (engl. to sputter = zerstäuben) und auf der Zieloberfläche abgeschieden (»aufgesputtert«). Das durch eine Inline-Beschichtungsanlage laufende Glas wird dabei auf einer Seite kontinuierlich mit einem meist komplexen mehrschichtigen Aufbau aus Haft-, Funktions-, Schutz- und Deckschichten versehen (Abb. B 2.12). Je nach Art des aufgebrachten Materials sind diese Schichten mehr oder weniger haltbar und langzeitstabil. Sie erreichen heute noch nicht die Beständigkeit von Floatglasoberflächen oder Hardcoatings. Derart beschichtete Gläser müssen daher zeitnah weiterverarbeitet werden. Bei Isoliergläsern muss die Schichtseite im SZR liegen, um eine Korrosion oder mechanische Beschädigung zu vermeiden. Innerhalb der vorgegebenen Lagerzeit können die Schichten in speziellen Waschanlagen ohne Beschädigung gereinigt werden. Sol-Gel-Verfahren Das Sol-Gel-Verfahren ist ein chemischer Beschichtungsprozess, bei dem heißes Glas in eine Flüssigkeit mit metallischen Verbindungen B 2.11 B 2.12

B 2.13

B 2.14

B 2.15

90

Magnetron-Beschichtungsanlage grundsätzlicher Aufbau einer MagnetronBeschichtung (Low-E-, Sonnenschutz- bzw. Multifunktionsschicht) Reflexionsvermögen von dicken intransparenten Schichten von Aluminium (Al), Silber (Ag) und Gold (Au) bei senkrechtem Lichteinfall Mikrostrukturschicht auf Glas. Die optisch wirksame Struktur besteht aus einer präzise perforierten Edelstahlfolie von weniger als 0,2 mm Stärke. Entwicklung vom Einfachglas zum Mehrscheiben-Isolierglas (MIG)

Sonnenschutz

Schutzschicht

Multifunktionsschicht

Silberschicht

Low-E

System auf Basis elektrischer Leitfähigkeit und Interferenz

Schutzschicht

100 sichtbares Licht Aluminium Silber Gold

80

60

40

20

Haftschicht

0 200 nm

Glas B 2.12

getaucht wird. Diese haften auf den Glasoberflächen und werden pyrolitisch, also durch Hitze, zersetzt und in die entsprechenden Oxide umgewandelt. Auf diese Weise kann z. B. Sonnenschutzglas oder Glas mit geringem Reflexionsgrad hergestellt werden. Antireflexbeschichtungen Antireflexbeschichtungen erhöhen die effektive Transmission durch Entspiegelung der Glasoberflächen, d. h., sie steigern die Durchsicht, insbesondere bei hohem Direktlichtanteil des Sonnenlichts. Außerdem führen solche Schichten zu einer Steigerung der Energietransmission (g-Wert) um bis zu 5 % gegenüber einem unbeschichteten Glas. Schichtsysteme mit sehr geringer Winkelabhängigkeit verstärken die Transmission insbesondere bei niedrig stehender Sonne. Solche Schichten bieten nicht nur eine reflexionsarme Durchsicht von außen (z. B. bei Schaufenstern), sondern auch von innen nach außen bei ungünstigen Bedingungen (innen hell, außen dunkel, erwünscht z. B. bei Wintergärten). Typische Reflexionswerte von ca. 4 % je Scheibenoberfläche werden auf ca. 0,3 % reduziert. Antireflexbeschichtete Glasabdeckungen steigern zudem den Ertrag von Sonnenkollektoren. Selbstreinigendes Glas Glas, das durch eine spezielle Oberflächenausrüstung auf der Außenseite den Reinigungsaufwand reduziert, wird selbstreinigend genannt. Ungefähr seit dem Jahr 2000 kommen Beschichtungen aus Titandioxid zum Einsatz, die, in einem Sputterprozess aufgebracht, nur wenige Nanometer dick sind. Dabei bleiben die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transparenz, vollständig erhalten. Die Titandioxid-Beschichtung erfüllt zwei wesentliche Funktionen: Erstens wirkt die Schicht durch eine hohe Oberflächenspannung hydrophil, hierdurch kommt es bei Beregnung zu einer gleichmäßigen Filmbildung. Wasser läuft gleichmäßig flächig ab, es kommt nicht zu Tröpfchenbildung mit entsprechenden Trocknungsrückständen. Die Reinigung von Glasoberflächen kann auf diese Weise in größeren Abständen erfolgen, was Betriebskosten reduziert, vor allem wenn die Glasflächen nur mit

500 nm

1 µm

2 µm 5 µm Wellenlänge [%] B 2.13

hohem Aufwand zugänglich sind. Zweitens wirkt sie fotokatalytisch, d. h., organische Schmutzablagerungen aus der Umgebungsluft werden unter UV-Strahlung (Sonnenlicht) abgebaut. Diese Katalysatorwirkung ist dauerhaft. Da die Titandioxid-Beschichtung mechanisch empfindlich ist, muss sie bei Transport und Montage sorgfältig geschützt werden, um Kratzer zu vermeiden. Außerdem ist darauf zu achten, dass die Scheiben richtig herum eingebaut werden (Schicht nach außen) und die Oberfläche bei der Montage nicht mit Silikon in Berührung kommt. Entsprechende Schichten mit dem gleichen Wirkprinzip gibt es inzwischen auch auf anderen Materialarten, z. B. auf Membranwerkstoffen aus PVC/PES oder PTFE / Glasfaser. Da in Innenräumen keine für die Fotokatalyse ausreichende UV-Strahlung vorhanden ist, bleibt Titandioxid wirkungslos. Man geht hier einen anderen Weg und setzt hydrophobe Schichten auf der Basis fluorierender Silane ein. Diese steigern die normale Tröpfchenbildung durch eine Reduktion der Oberflächenspannung und verbessern so das Abfließverhalten des Wassers auf der Oberfläche. Im Innenbereich begünstigt dieser sogenannte Lotuseffekt die Reinigungseigenschaften. Spiegel Spiegelschichten, also Schichten mit einer sehr hohen direkten Reflexion im Spektralbereich des sichtbaren Lichts und präzisem Abbildungsverhalten, wirken funktional, indem sie den solaren Eintrag reduzieren. Sie lassen sich aber auch für gestalterische Zwecke einsetzen. Spiegellösungen, die für den Innenausbau entwickelt wurden, weisen in aller Regel keine nennenswerte Transmission auf. Sie basieren meist auf speziellen Silberbeschichtungen mit einer Temperaturbeständigkeit bis ca. 80 °C, die zwar gegenüber normaler Raumluftfeuchte beständig sind, aber nicht direkt mit Wasser in Kontakt kommen sollten. Solche Spiegel werden in verschiedenen Farben angeboten: neben klar z. B. in Grün, Grau, Schwarz oder Bronze. Im SZR – und damit vor Korrosion geschützt – lassen sich auch dünne Silberschichten als Spiegel ausbilden, wobei dann die Reflexion nicht vollständig ist, sondern je nach Dicke und Qualität der Schichten eine

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

gewisse Resttransmission bzw. -absorption verbleibt. Man spricht in diesem Fall von halb- oder teildurchlässigen Spiegelschichten. Der Teilverspiegelungsgrad kann unter Beibehaltung einer großen Farbneutralität der Schicht in Transmission und Reflexion über weite Bereiche frei eingestellt werden. Zudem sind neben neutralen Schichten auch farbige Varianten möglich.

Emaillierung und Bedruckung Beim Emaillierungsverfahren wird eine zuvor im Sprühverfahren oder als Sieb- bzw. Digitaldruck aufgebrachte, farbige keramische Schicht während des Herstellungsprozesses von thermisch vorgespanntem oder teilvorgespanntem Glas in die Glasoberfläche eingebrannt. Je nach Auftragsstärke kann die Emailleschicht leicht durchscheinend sein. Beim Siebdruckverfahren werden Farben durch feinmaschiges Gewebe direkt auf die Glasoberfläche gedruckt. Auf diese Weise ist der Druck von Farbflächen und Bildmotiven mit hoher Schärfe möglich. Beim Digitaldruck lassen sich im Gegensatz zum herkömmlichen Siebdruck verschiedene Farben gleichzeitig drucken.

Mikrolamellenfolie

Energieeintrag 10%

reflektierte Sonneneinstrahlung

Sonneneinstrahlung mit niedrigem Einfallswinkel Energieeintrag 33% reflektierte Sonneneinstrahlung Wärmedämmbeschichtung B 2.14

lenstruktur erhalten. Durch die IsolierglasIntegration kann eine solche Mikrostrukturschicht auf Glas wirtschaftlicher sein als ein außenliegender Sonnenschutz. Die geschützte Lage im SZR macht Wartung und Instandhaltung überflüssig und ermöglicht im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen ein Funktionieren auch bei starkem Wind. Es kommt nicht zu witterungsbedingten Korrosionseffekten, Verschmutzen oder Verschleiß. Die Sonnenschutzwirkung von mikrostrukturierten Schichten verändert sich mit dem Bewegungsmuster der Sonne im Laufe des Tages und Jahres und ist dadurch standortabhängig. Je höher der Sonnenstand, desto geringer ist die Gesamtenergiedurchlässigkeit (g-Wert). Solche Systeme weisen bei hohen Einfallswinkeln im Sommer einen typischen g-Wert von nur 14 % (Zweifach-Aufbau) bzw. 10 % (Dreifach-Aufbau) auf, während im Winter der g-Wert bis zu 30 bzw. 25 % beträgt. Im Winter dient dadurch die solare Einstrahlung effektiv der Raumerwärmung. Mattierung der Oberfläche

Glasoberflächen lassen sich durch Säureeinwirkung oder mechanisch durch Sandstrahlen mattieren. Bei der Ätzung kann der Grad der Mattierung über die Einwirkungsdauer der U-Wert [W/m2K]

Designbeschichtungen Designbeschichtungen, die z. B. auf Chrom basieren, werden vor allem aus gestalterischen Gründen eingesetzt. Sie sind zwar für den Innen- und Außeneinsatz geeignet, werden aber zugunsten einer länger anhaltenden Brillanz vorzugsweise auf nicht bewitterten Scheibenoberflächen verwendet. Das Verfahren erlaubt mithilfe einer vorangehenden Maskierung auch Teilflächenbeschichtungen, sodass sich Muster, feine Linien, Schriften und Ähnliches umsetzen lassen. Der Wechsel zwischen beschichteten und unbeschichteten Flächen ermöglicht komplexe Motive mit hohem Kontrast. Designbeschichtungen sind auch mit anderen Schichtsystemen (z. B. Sonnenschutzbeschichtungen) kombinierbar. Sie können einen Lichtreflexionsgrad von über 50 % aufweisen, wobei die Transmission in der Schichtfläche üblicherweise sehr niedrig ist (< 9 %). Im Vergleich zu konventionellen Silberspiegeln sind sie wesentlich belastbarer. Neben Gläsern können auch andere Materialien mit Designbeschichtungen versehen bzw. verspiegelt werden, z. B. viele Kunststoffe (als Platten, Folien oder besondere Rasterstrukturen etc.).

Sonneneinstrahlung mit hohem Einfallswinkel

Säure gesteuert werden. Mit zunehmendem Abstand eines Gegenstands hinter der mattierten Verglasung verschwimmen seine Konturen in der Durchsicht, da das Licht diffus gestreut wird. Durch Abdecken einzelner Flächenanteile (z. B. durch Schablonen) ist es möglich, Muster und Bilder in die Oberfläche zu ätzen. Je rauer die Glasoberfläche, desto empfindlicher ist sie für wasser- oder fettbasierte Verunreinigungen (z. B. auch Fingerabdrücke). Mattierte Oberflächen sollten daher geschützt eingebaut werden. Da in aller Regel nur eine Oberfläche derart behandelt wird, kann dies z. B. erfolgen, indem man die unbehandelte Seite zum Nutzer orientiert einsetzt. Geätzte Scheiben können herstellerabhängig auch weiterverarbeitet z. B. gebogen oder thermisch vorgespannt werden. Mehrscheiben-Isolierglas

Öffnungsverschlüsse mit Einfachverglasungen, deren Ug-Wert bei ca. 5,8 W/m2K liegt, bieten nahezu keinen Wärmeschutz. Daher ist man schon seit Langem bestrebt, die Dämmwirkung von Verglasungen zu erhöhen. Abb. B 2.15 zeigt diese Entwicklung bis heute in ihren wesentlichen Schritten. Diese werden im Kapitel »Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal« (S. 148ff.) zum Teil ausführlich beschrieben. Die wichtigste

Einfachglas im 6 Holzrahmen

5

Gado 1954

Panzerfenster 1900

Mikrostrukturschichten auf Glas

Neben homogenen Beschichtungen kann auch eine mikrostrukturierte Funktionsschicht auf Glas aufgebracht werden. Die auf der Außenscheibe eines Isolierglases zum SZR positionierte Metallfolie ist in einem präzise definierten Winkel perforiert, sodass eine mikroskopisch feine Lamellenstruktur entsteht (Abb. B 2.14). Die Strahlungsdurchlässigkeit dieser Mikrolamellen variiert in Abhängigkeit vom Einfallswinkel und verhält sich damit geometrisch wie ein starres Sonnenschutzsystem. Die Durchsicht bleibt aufgrund der Feingliedrigkeit der Lamel-

4

CUDO 1934

Thermopane 1938

3

2

1

Multipane 1950

2-stufig geklebt 1970 Edelgasfüllungen 1970 3-fach-Glas ~1970

Funktionswarme Vakuum- 4-fachschichten Kante isolierGlas ~1980 1995 verglasung 2011 2004

0 Jahr der Markteinführung B 2.15

91

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

außen Sonnenschutzbeschichtung Glasscheibe Scheibenzwischenraum (Luft- oder Gasfüllung) Abstandhalter Diffusionsöffnung Butyldichtung Trocknungsmittel Polysulfiddichtung B 2.16 B 2.16 B 2.17

Aufbau einer Isolierglasscheibe verschiedene Abstandhaltersysteme im Vergleich B 2.18 Vergleich eines konventionellen AluminiumAbstandhalters im Vergleich zu einer typischen warme-Kante-Lösung (hier TPS-System) B 2.19 Ug-Wert für beispielhafte Verglasungen nach DIN EN 673 mit einem Gasfüllgrad von 90 % B 2.20 verschiedene Bauarten für eine Schallschutzverglasung

Optimierungsmaßnahme basiert darauf, die wärmedämmende Wirkung ruhender Luft zwischen zwei Glasscheiben zu nutzen. Dies halbierte in etwa bereits vor mehr als 100 Jahren den Wärmedurchgang. Anfangs war es unmöglich, den Randverbund der Scheiben so abzudichten, dass keine Feuchtigkeit und kein Staub eindringen konnten, im SZR fiel aus diesem Grund regelmäßig Tauwasser aus. Im Laufe der Zeit wurden folgende Verbesserungsmaßnahmen eingeführt: • Schaffung eines dauerhaft gasdichten Randverbunds • Integration von Trockenmitteln im Abstandhalter zur Aufnahme von Restluftfeuchte im SZR und von außen eindringender Feuchtigkeit • Aufbringen von transparenten Funktionsschichten auf den Scheibeninnenoberflächen zur Reduktion des Strahlungswärmetransports (Abb. B 1.13, S. 54) • Ersatz der Luftfüllung durch spezielle Schwergase (Edelgase) mit reduzierter Gaswärmeleitung • Minimierung des Wärmetransports im Bereich des Abstandhalters • Erhöhung der Scheibenzahl von zwei auf bis

zu fünf (mit dem erheblichen Nachteil erhöhten Gewichts), Ersatz von Mittelscheiben durch beschichtete Kunststofffolien • Einsatz von zusätzlichen transparenten Funktionsschichten zur weiteren Verbesserung der Wärmedämmwirkung auf der raumseitigen Scheibenoberfläche und/oder der bewitterten Seite zum Außenraum (verbesserte Durchsicht / kein Zufrieren im Winter) • Minimierung des Anteils der Gaswärmeleitung am Gesamtwärmetransport durch Evakuierung des Glaszwischenraums (siehe »Vakuumverglasungen«, S. 94f.) Parallel zum Randverbund von MehrscheibenIsolierglas wurden auch die die Verglasung aufnehmenden Profile stetig weiterentwickelt. Das gilt für Fensterprofile genauso wie für Fassadensystemprofile. Bei sorgfältiger Herstellung, z. B. mit einem dichtstofffreien Falz mit ausreichendem Dampfdruckausgleich zur Vermeidung von Dauerfeuchtigkeit, und Anwendung ohne zusätzliche mechanische Belastungen auf den Randverbund haben aktuelle Mehrscheiben-Isoliergläser eine Lebensdauer von 30 Jahren und mehr. Die Glasoberflächen eines MehrscheibenIsolierglases werden von außen nach innen durchnummeriert. Auf dieser Basis sind in der Industrie folgende Bezeichnungen üblich: »8(12)4(12)4« für »Glas(SZR)Glas(SZR)Glas«. Beschichtungen auf Gläsern werden in der Kurzbezeichnung durch Doppelpunkte oder andere Zeichen angegeben, z. B. bedeutet »8:(12)4(12)4:« Beschichtungen auf Position 2, also der Innenseite der 8 mm dicken Außenscheibe, und auf Position 6, also der zum Innenraum weisenden Seite der 4 mm dicken Innenscheibe einer Dreifach-Verglasung. Abstandhalter und Randverbund, »warme Kante« Heutiges Isolierglas besteht aus mindestens zwei, inzwischen oft drei Einzelscheiben, die mittels eines Abstandhalters (engl. »Spacer«) am Rand gefügt sind. Dieser Randverbund erfüllt folgende Aufgaben: • dauerhafte Abdichtung des SZR (gasdicht, feuchtebeständig) • Aufnahme der unterschiedlichen Wärme-

ausdehnung der gefügten Scheiben • Aufnahme von Bewegungen und mechanischen Nutzlasten • Aufnahme von Lasten aus dem Isolierglas selbst (siehe »Besondere Beanspruchungen von Isolierverglasungen«, S. 74ff. und Abb. B 1.56, S. 74) • Reduktion des Wärmetransports über den Randverbund (Ψ-Wert; siehe »Spezielle Wärmedurchgangskoeffizienten im Bereich von Gebäudeöffnungen«, S. 54f.) In der Regel kommt bei Isoliergläsern ein zweistufiges Dichtsystem zum Einsatz. Die erste Dichtung sitzt zwischen Abstandhalter und jeder Scheibe. Zusätzlich wird von außen vor dem Abstandhalter und zwischen die Einzelscheiben ein weiterer Dichtstoff aufgebracht, der als zweite Dichtung dient und zugleich den Scheibenverbund durch Verklebung fügt (Abb. B 2.16). Im Abstandhalter ist ein Trockenmittel auf Basis von Silicagelen oder Zeolithen integriert, das den dicht nach außen abgeschlossenen SZR durch Absorption entfeuchtet. Dies führt zu einer Absenkung des Taupunkts der eingeschlossenen Gasfüllung auf unter -30 °C. Die Menge an Trockenmittel ist so bemessen, dass es auch langsam eindiffundierende Feuchte von außen aufnehmen kann und so die Lebensdauer des Mehrscheiben-Isolierglases (MIG) entsprechend steigt. Denn mit einem Ansteigen der Feuchtigkeit im SZR kondensiert diese bei Abkühlung unter den Taupunkt, die Verglasung beschlägt und wird irreversibel »blind«. Aufgrund des hohen Dampfdruckgefälles zwischen dem SZR und der Luft außerhalb des MIG bestehen sehr hohe Anforderungen an die Fertigung solcher Verglasungen. Der Randverbund muss vor Sonneneinstrahlung geschützt werden, wenn er nicht aus Silikon besteht. Bei Scheiben, die nicht in einem Glasfalz liegen oder stehen, kann eine Emaillierung oder Beschichtung die notwendige UV-Schutz-Abdeckung des Dichtsystems übernehmen (siehe »Stufen-Isolierglas«, S. 94). Abb. B 2.17 zeigt verschiedene Abstandhaltersysteme im Vergleich, die sich in Bezug auf ihre Wärmedämmwirkung zum Teil erheblich unterscheiden. Aktuelle Systeme lassen sich anhand ihrer gemessenen äquiva-

Prinzip 5 3 1 2

5 3 4

11

10 5 6

8 4

13 5 4 6

7 12 4

9 2

doppelt versiegeltes Metall

Edelstahl

Aluminium thermisch unterbrochen

Polypropylen, Metall

Polyisobutylen

Silikonschaum

Composite-Kunststoff, Metallfolie

Beispiel

herkömmliche Aluminium-Spacer

Chromatech plus Nirotech GTS WEP-classic

Azon Warm Light

TGI Spacer

Ködispace Thermo Plastic Spacer

Super Spacer ACSplus

Swisspacer V Thermix TX.N plus Chromatech Ultra

Ψ-Wert [W/mK]

0,080 – 0,120

0,0486 – 0,068

0,046 – 0,058

0,038 – 0,049

0,034 – 0,043

0,032 – 0,041

0,030 – 0,050

1 2 3

primäre Dichtung sekundäre Dichtung Abstandhalter (Metall)

4 5 6

Abdichtung Trockenmittel Metallstreifen

7 8

Silikonschaum Polyurethan, hart

9 10 11

Polyisobutylen Polyisopropylen Aluminiumprofile

12 13

metallisierte Folie CompositeKunststoff B 2.17

92

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

lenten Wärmeleitfähigkeiten vergleichen. [3] Thermisch optimierte Systeme (»warme Kante«, engl. »warm edge«) besitzen im kritischen Übergangsbereich von Glas und Rahmen eine verbesserte Wärmedämmung, sodass durch die höheren Oberflächentemperaturen so gut wie nie Tauwasser anfällt. Der Uw-Wert eines Fensters verbessert sich durch diese optimierten Abstandhalter um ca. 0,1 W/m2K. In Deutschland werden heute überwiegend Isoliergläser mit warmer Kante hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit des Randverbunds ist aber nicht das einzige Kriterium, das bei der Wahl des Systems von Interesse ist. Neben wirtschaftlichen Aspekten im Zusammenhang mit dem Fertigungsprozess (z. B. Kosten, Herstellungsgeschwindigkeit) kann unter Umständen von Bedeutung sein, ob der Abstandhalter bzw. die damit hergestellte Randverbundlösung die Ausführung von gebogenen Kanten zulässt. Dies ist nicht bei allen Varianten ohne Weiteres möglich. Aus Architektensicht interessiert zudem, wie der Randverbund optisch in Erscheinung tritt. Während konventionelle Abstandhalter aus Aluminium oder Edelstahl im SZR das Licht reflektieren, sind thermisch optimierte Abstandhalter meist schwarz (Abb. B 2.18). Vor allem nachts sind sie daher im Fensterrahmen aufgrund der fehlenden Lichtreflexionen optisch weniger wahrnehmbar. Besonderes gestalterisches Augenmerk erfordern die Eck- und Stoßlösungen, hier können Rundungen bzw. 45°-Schrägschnitte notwendig sein (z. B. durch das An- und Absetzen beim TPS (Thermo Plastic Spacer)-System). Gasfüllungen im Scheibenzwischenraum Die Wärmedämmwirkung von MehrscheibenIsolierglas (MIG) kann durch den Einsatz spezieller Schwergase anstelle von vorgetrockneter Luft im Scheibenzwischenraum (SZR) weiter gesteigert werden. Diese Gase, u. a. Edelgase wie Argon und Krypton (selten Xenon), haben gegenüber Luft eine deutlich geringere Gaswärmeleitung (siehe »Wärmeleitung«, S. 51; Abb. B 1.8, S. 53 und B 1.12, S. 54). DIN EN 1279 geht davon aus, dass der Ug-Wert während der Lebensdauer der Isolierglaseinheit um nicht mehr als 0,1 W/m2K ansteigt. Dabei wird eine Reduktion der Gasfüllung von 90 auf

85 % angenommen. Startfüllgrade von ≥ 90 % sind heute üblich und bilden die Grundlage der Berechnung in den einschlägigen Tabellen. In Deutschland werden aktuell über 90 % der Isoliergläser mit Argon gefüllt, dessen Preis ungefähr dem der alternativ verwendeten vorgetrockneten Luft entspricht. Krypton ist volumenbezogen ca. 30 % teurer, was bei einer Scheibengröße von 1 m2 (16 mm SZR) zu Mehrkosten in Höhe von ca. 20 % führt [4]. Es wird daher seltener verwendet, außer es gibt zwingende konstruktive Gründe für einen schlanken Glasaufbau mit einem geringen SZR. Eigentliches Ziel ist es, den Abstand der Scheiben in Abhängigkeit der Gasart so zu wählen, dass der Anteil der Gaswärmeleitung möglichst gering ist (großer SZR), gleichzeitig aber die Konvektion (Wärmeströmung) im SZR nicht überhandnimmt, was bei einem zu großen Abstand der Scheiben eintritt. Hierfür ist ein möglichst schweres Gas vorteilhaft. Bei Randverbundsystemen mit Silikonen eignet sich nur getrocknete Luft als Füllung, da Gase wie Argon oder Krypton durch das Silikon entweichen können. Grundsätzlich ist bei der Wahl des SZR auch der Isolierglaseffekt zu berücksichtigen, der sich aus den Druckänderungen im eingeschlossenen Gasvolumen ergibt und bei einem großen Abstand ausgeprägter ist (siehe »Besondere Beanspruchungen von Isolierverglasungen«, S. 74f.). Schallschutzverglasung Der Aufbau von Mehrscheiben-Isolierverglasungen lässt sich zur Verbesserung des Schallschutzes optimieren. Grundsätzlich verhält sich eine Isolierglaseinheit, bestehend aus zwei oder drei gleich dicken Einzelscheiben getrennt durch Scheibenzwischenräume, wie ein schwingendes Masse-Feder-MasseSystem mit einer Eigenfrequenz und wirkt daher schalldämmend. Für bestimmte Frequenzen ist diese jedoch deutlich vermindert (siehe »Schallschutz«, S. 66ff.). Eine Kombination aus verschieden dicken Gläsern (Abb. B 2.20 a) oder aus Float- und Verbundoder Verbundsicherheitsglas (Abb. B 2.20 b) kann das bewertete Schalldämmmaß Rw-Wert verbessern, abhängig von der Verbindung der

Luft-Füllung: Ug = 1,4 W/m2K SZR 16 mm

Argon-Füllung: Ug = 1,1 W/m2K SZR 16 mm

Einzelgläser, dem Gießharz oder der Folie. Entscheidend ist, dass sich ein Verbundglas aus zwei einzelnen Gläsern nicht wie ein Glas entsprechender Gesamtstärke verhält, sondern wie zwei durch eine Schicht getrennte Scheiben. Die Verbindung muss dabei möglichst weich sein. Das Gas Schwefelhexafluorid (SF6) – früher primär zur Verbesserung des Schallschutzes eingesetzt – wird heute in Europa aus Umweltschutzgründen nicht mehr verwendet. Gewichtsreduzierung von Isolierglas mit mehr als zwei Scheiben Moderne Dreifach-Isolierverglasungen haben den Nachteil, dass sie durch die zusätzliche Glasscheibe sehr schwer sind (bei VierfachVerglasungen ist der Effekt natürlich noch gravierender). Das ift Rosenheim hat in einem Forschungsvorhaben Möglichkeiten der Gewichtsreduzierung durch die Verwendung von Dünnglas (2– 3 mm) sowie Kunststoffplatten und -folien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass für Scheiben mit Glasdicken von weniger als 4 mm und einer kurzen Kante (ab etwa 65 cm) aus statischen Gründen Vorspannbedarf besteht. Bei großformatigen Abmessungen ist dies nicht unbedingt notwendig. Zunächst sind Isolierglasscheiben mit Dünngläsern im Vergleich zu konventionellen Glasdicken hinsichtlich der Luftschalldämmung im Nachteil, was sich durch einen asymmetrischen Aufbau des Isolierglases aber kompensieren lässt (siehe »Schallschutzfenster«, S. 69). Bezüglich des Wärmedurchgangskoeffizienten, des Gesamtenergiedurchlassgrads und des Lichttransmissionsgrads sind sie jedoch mit herkömmlichen Isoliergläsern durchaus vergleichbar. Aufbauten mit Folien anstatt einer Glasscheibe in der Mitte haben sich als komplexe, aber machbare Systeme erwiesen (Abb. B 2.34 b, S. 99). Eine transparente Kunststoffplatte als mittlere Scheibe erfordert eine spezielle Lagerung, die eine thermische Ausdehnung ohne Belastung des Randverbunds ermöglicht. Aufgrund des Feuchtegehalts von Kunststoffplatten, müssen diese entweder vor dem Einbau getrocknet oder die Trockenmittelmenge großzügiger dimensioniert werden. Eine solche Lösung ist auf dem Markt bisher nicht verfügbar.

Krypton-Füllung: Ug = 1,0 W/m2K SZR 10 mm

a Argon-Füllung: Ug = 0,7 W/m2K SZR 2≈ 12 mm B 2.18

Argon-Füllung: Ug = 0,6 W/m2K SZR 2≈ 16 mm

Argon-/KryptonFüllung: Ug = 0,5 W/m2K SZR 2≈ 14 mm B 2.19

b

links: außen /rechts: innen a asymmetrischer Scheibenaufbau b Kombination aus Floatglas und VSG B 2.20

93

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

Art

befestigte Sprosse(n)

einfache Kreuzsprosse im Mehrscheiben-Isolierglas

Mehrfach-Kreuzsprossen im Mehrscheiben-Isolierglas

Fenstersprosse

B 2.21 B 2.22 B 2.23 B 2.24 B 2.25

Beispiel

Detail

ΔUw [W/m²K] Korrekturwert ΔUg [W/m²K]

0,0

0,1

0,2

+ 0,1

+ 0,1

+ 0,2

0,4

B 2.26

Fenstersprossenlösungen nach DIN EN 14 351-1 Anhang J und DIN 4108-4, Tabelle 10 typischer Aufbau eines Stufenisolierglases Glasscheibe mit aufgebrachter Alarmschleife Aufbau eines heizbaren Isolierglases Vakuum-Verglasung a prinzipieller Aufbau b Die punktförmigen Abstandhalter von Vakuumverglasungen (»Pillars«) sind nur aus sehr geringem Betrachtungsabstand erkennbar und stören die Durchsicht daher nur unwesentlich. c Wärmebrückeneffekte im Bereich der Abstandhalter und des Randverbundes bei Vakuumverglasungen. Daher ist am Rand ein tiefer Scheibeneinstand und ein gut gedämmter Rahmen erforderlich. High-Performace-Vakuumisolierglas (HP-VIG) a Aufbau und Randabdichtung b Vergleich mit einem Standard-VIG in Abhängigkeit der verwendeten Low-E-Schichten

B 2.21

1 2

4

7

1 2

6

3 5 6

1 3 4

4 5 1 2 3 4 5 6

1 2 3

2

obere Scheibe untere Scheibe, z. B. VSG Randverbund freiliegender Teil des Randverbunds Tropfkante Abdeckung oder Siebdruck

1 2 B 2.22

4 5 6 7

Alarmschleife ESG außen B 2.23

Sprossenlösungen Heutige Verglasungslösungen haben sich im Laufe der Zeit aus vergleichsweise kleinen Formaten entwickelt, die man zu größeren Flächen zusammensetzte. Diese Kleinteiligkeit von Fensterverglasungen ist bei historischen Gebäuden oft gestaltprägend. Um diesem Erscheinungsbild mit heutigen Verglasungstechnologien, insbesondere auch mit Mehrscheiben-Isoliergläsern, gerecht zu werden zu, haben sich verschiedene Sprossenlösungen herausgebildet: • befestigte Sprossen • ein- bzw. mehrfache Kreuzsprossen im Mehrscheiben-Isolierglas • die Verglasung teilende Fenstersprossen

benstück nicht aufliegen oder die Isolierverglasung tragen. Den freiliegenden Randverbund müssen UV-beständiges Silikon, Siebdruck oder ein Schattenblech vor UV-Strahlung und Feuchtigkeit schützen.

Diese verschiedenen Varianten finden sich mit den entsprechenden Normabschlägen für Uw- bzw. Ug-Werte in Abb. B 2.21.

Heizbares Glas Heizglas, das in Heckscheiben von Autos schon seit Langem zum Einsatz kommt, wird für den Fensterbau üblicherweise als Verbundglaseinheit aus zwei vorgespannten ESG- oder TVG-Scheiben geliefert. Dazwischen befindet sich eine wärmeerzeugende, transparente Schicht, die über eine Kante elektrisch kontaktiert wird (Abb. B 2.24). Diese Heizschicht besteht aus transparenten aufgedampften oder aufgesputterten Metalloxidschichten. Es sind sowohl Kombinationen verschiedener Gläser als auch die Weiterverarbeitung zu IsolierglasEinheiten mit dem Heizglas auf der Raumseite möglich. Jede Scheibe benötigt eine eigene Temperaturüberwachung, die zur Einstellung

Stufen-Isolierglas In der Gebäudehülle kommt sogenanntes Stufen-Isolierglas (Abb. B 2.22) z. B. in Structural-Glazing (SG)-Systemen oder in GanzglasÖffnungsflügeln zum Einsatz, bei denen Isolierglas und Öffnungsflügel tragend verklebt sind (Ganzglasflügel, Abb. B 2.66, S. 112). Das Flügelprofil ist dann hinter Stufe und Klebung angeordnet. Dabei überlappt die Ober- bzw. Außenscheibe die Unter- bzw. Innenscheibe, damit Wasser ungehindert ablaufen kann. Grundsätzlich darf das überstehende Schei-

94

Außenscheibe IR-reflektierende Schicht SZR mit Gasfüllung und umlaufendem Dichtstoff Abstandhalter mit Trockenmittel wärmeerzeugende Schicht im Verbund Innenscheibe Leitstreifen für elektrischen Anschluss

Alarmglas Zur Ergänzung des baulichen Einbruchschutzes kann Glas mit Sensoren ausgestattet werden. Hierzu befindet sich meist in der Ecke der (ESG-)Außenscheibe einer Isolierverglasung innenseitig eine elektrische Leiterbahn (Abb. B 2.23). Diese ist an eine Alarmanlage angeschlossen, die auslöst, wenn der Kontakt durch Bruch der Scheibe und damit Unterbrechung der Leiterbahn gestört wird.

B 2.24

einer beliebigen Temperatur dient und gegebenenfalls die Einhaltung der maximal zulässigen Scheibentemperatur von 60 °C sichert. Typische Flächenleistungen sind 100 – 800 W/m2. Zusätzlich kann ein Thermostat die Raumtemperatur regeln. Die Anwendungsgebiete dieser technischen Gläser sind vielfältig: • Abtauen von Schneelasten auf Glasdächern • Entfrosten von vereisten Scheiben • Entfernen von Kondensfeuchtigkeit auf beschlagenen Scheiben Standardmäßig sind rechteckige Formen von 200 ≈ 300 mm (VG 8,2 bis ca. 10 mm) bis 1500 ≈ 3000 mm (VG 12,2 bis ca. 14 mm) lieferbar. Vakuumverglasungen

Im Vergleich zu konventionellem gas- oder luftgefülltem Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) kommt bei sogenannter Vakuumisolierverglasung (VIG, Abb. B 2.25) eine andere Wärmedämmstrategie zum Einsatz: Die Minimierung der Gaswärmeleitung und die vollständige Unterbindung von konvektiver Wärmeübertragung im SZR durch Entfernen der Gasmoleküle (Evakuierung). Diese Art der Verglasung wurde ursprünglich in Japan entwickelt, um Einfachverglasungen in historischen Holzfenstern zu ersetzen. Die Produkte erreichen bei einem Aufbau von nur 2≈ 3 mm ESG und 0,2 mm Abstand (6,2 mm gesamt) bei geringem Gewicht

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

Glasscheibe 3 – 4 mm (Float oder ESG) ggf. Low-E-Schicht auf Position 3 (und /oder 2) Zwischenraum 0,2 –1 mm Gasdruck < 10-3 mbar

punktförmige Abstandhalter Ø 0,5 mm, Raster 20 – 40 mm, diffus reflektierend z. B. aus Edelstahl oder Keramik

290,0 290,5

291,0 291,5 292,0

292,5

Temperatur (warm) [K] gasdichter Randverbund (z. B. Glas / Metall verschweißt) b

Gesamtstärke ~10 mm Low-E-beschichtetes Floatglas

U-Wert [W/m2K]

a

c Standard Dreifach-Isolierverglasung mit Argon-Füllung 0,7 0,6

Simulation Standard-VIG (metallische Spacer)

0,5

Dünnglas

B 2.25

0,8

0,4 Abstandhalter (Spacer) 0,3

Vakuum (< 10-4 mbar)

0,2

Bereich für Randabdichtung

Simulation HP-VIG (metallische Spacer) Verifikation für HP-VIG-Konzept (Messungen an realen Probekörpern)

0,1

mit Glaslot

0 0

flexible Verbindung

0,01

0,02

0,03

a

b

einen Ug-Wert von ca. 1,3 W/m2K gegenüber dem von 5,8 W/m2K einer Einfachverglasung. Das Vakuum im SZR hat zur Folge, dass die beiden Scheiben dem Atmosphärendruck von ca. 10 t/m2 ausgesetzt sind. Den trennenden Abstand müssen daher punktförmige Abstandhalter (engl. »Pillars« oder »Spacer«) in einem Raster von 20 bis 40 mm aufrechterhalten, die den Wärmetransport dominieren (Abb. B 2.25 c). Die Abstandhalter mit einem Durchmesser von typischerweise ca. 0,5 mm sind bis zu einem Betrachtungsabstand von ca. 1 m deutlich sichtbar (Abb. B 2.25 b). Der Randverbund muss den extremen Unterdruck im SZR dauerhaft sicherstellen (typischerweise durch den Einsatz von Metallschweißungen bzw. Glaslot), wobei er gleichzeitig, z. B. durch schwankende Temperaturausdehnungen der Scheiben, hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Grundsätzlich stellt der Randverbund außerdem eine deutliche thermische Schwachstelle dar. Aktuelle VIG-Forschungsprojekte streben Ug-Werte unter 0,5 W/m2K bei Systemstärken von 6 bis 10 mm mit Preisen im Bereich von konventionellen Dreifachverglasungen an. Im Mittelpunkt stehen dabei dauerhafte Randverbundlösungen, die aktuelle LowE-Schichten zulassen, optimierte Abstandhalter und die entsprechende Fertigungstechnolgie. Abb. B 2.26 a zeigt einen Ansatz zur weiteren erheblichen prinzipiellen Verbesserung. Neben einem modifizierten Randverbund kommt ein besonderes Dünnglas zum Einsatz, das vorab

beidseitig mit optimierten Abstandhaltern ausgestattet wird. Mit diesem sogenannten High-Performance-Vakuumisolierglas (HPVIG) konnten in Laborversuchen an Mustern Ug-Werte bis zu 0,25 W/m2K nachgewiesen werden (Abb. B 2.26 b). Aufgrund des meist symmetrischen Scheibenaufbaus und der verbindenden Abstandhalter, die das Masse-Feder-Masse-Prinzip aufheben, ist der Schallschutz bei beiden Arten von Vakuumisolierverglasungen gering. [5] Gläser mit variablem Licht- und Gesamtenergiedurchlass

Außenwände, über die sich alle maßgeblichen Funktionen wie Steuerung von Licht- und Energieeintrag, Durchblick oder Wärmedämmung – möglichst zusätzlich verbunden mit der Bereitstellung von Energie in Form von Wärme und Strom – schalten bzw. steuern lassen und die gleichzeitig möglichst schlank sind, entsprechen der Idealvorstellung vieler Planer. Anfang der 1980er-Jahre prägte Mike Davis den Begriff der »polyvalenten Wand«. Ein wesentlicher Teil dieser Vision bezieht sich auf die Kontrolle über den Licht- und Energieeintrag bei transparenten Verglasungen. Der Reiz liegt darin, dass man je nach Jahreszeit angepasst reagieren kann: Im Winter sind Energiegewinne erwünscht, Ziel ist also eine hohe Gesamtenergiedurchlässigkeit (g-Wert). Im Sommer dagegen müssen Strahlungseinträge minimiert werden, ein niedriger g-Wert ist daher vorteilhaft.

0,04

0,05

0,06

0,07 0,08 Emissivität [ε] B 2.26

Die dynamische Selektivität (S*) zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen maximaler Lichtdurchlässigkeit TL und minimalem g-Wert: S* = TL,max /gmin. Interessant sind also vor allem Lösungen, die einen hohen Schalthub für den g-Wert und gleichzeitig eine hohe dynamische Selektivität bieten. Sind diese beiden Kriterien nur auf sehr niedrigem Niveau erfüllt, muss der Aufwand für eine solche Lösung infrage gestellt werden. Inzwischen gibt es eine ganze Reihe an Entwicklungen (zum Teil noch nicht marktreif) für Verglasungen mit variablem Licht- und Energiedurchlass bzw. steuerbarer Durchsicht, die sich hinsichtlich weiterer Kriterien unterscheiden lassen in: • farblose, rein streuende Funktionsgläser (trope Gläser) und farbige, nicht streuende Funktionsgläser (chrome Gläser) • passiv schaltende (selbstschaltend) oder aktiv schaltbare Lösungen • Lösungen mit nur zwei Zuständen oder mit möglichen Zwischenstufen Als witterungsbedingte und damit selbstschaltende Steuersignale gelten z. B. Temperatur (Thermo-) oder (UV-)Strahlung (Foto-). Anliegende Spannung (Elektro-) und Gaseinleitung in den SZR sind nutzerbedingte, aktiv schaltbare Signale. Bei der Anwendung ist zu berücksichtigen, dass einige der Lösungen in Transmission und Reflexion nicht farbneutral

95

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

sind, zum Teil weder im ungeschalteten noch im geschalteten Zustand. Manche Gläser ändern den Zustand sehr schnell ( 15 Minuten) und es ergeben sich ästhetisch unbefriedigende Zwischenzustände (fleckiges, wolkiges Erscheinungsbild). Lange Schaltzeiten sind auch im Hinblick auf die Nutzerakzeptanz problematisch, da sich die Wirkung langsam einstellt und somit die technische Reaktion auf den Schaltvorgang nicht unmittelbar nachvollzogen werden kann. Abb. B 2.27 vermittelt einen Überblick über verschiedenen Verglasungen mit variablem Licht- und Energiedurchlass. Lediglich elektrochrome Verglasung und Liquid-Crystal-Glas sind derzeit bereits in industriellem Maßstab verfügbar. Elektrochrome Verglasung Bei elektrochromer Verglasung handelt es sich um ein Sonnenschutzglas mit variabler Licht- und Gesamtenergietransmission (g-Wert; Abb. B 2.29). Es besteht aus einer Verbundglasscheibe mit leitfähiger Polymerfolie, die einen elektrochromen Effekt nutzt (EC-Verbundglas, Abb. B 2.28). Eine dünne nanostrukturierte Beschichtung auf Basis von Wolframoxid färbt sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung durch Ionenaustausch in fünf Stufen oder nach Wunsch stufenlos blau. Auf diese Weise reduziert sich die Transmission des Sonnenlichts, vor allem im roten und nahen infraroten Bereich des solaren Spektrums, während die Durchsicht erhalten bleibt. Der Übergang von der hellsten bis zur intensivsten Einstellung erfolgt fließend und dauert bei einer Scheibengröße von 1 ≈ 1 m ca. 15 Minuten, bei größeren Formaten länger. Maximalmaße sind derzeit ca. 1,3 ≈ 3,3 m. Die elektrische Anschlussleistung liegt bei ca. 10 W pro Steuerung. Ausschließlich der Schaltvorgang erfordert eine Art der Zustandsänderung Bezeichnung, Prinzip und Auslöser für Zustandsänderung

g-Wert [%] nach DIN EN 410

elektrische Leistung von ca. 1,5 W/m2. Elektrochrome Verglasungen können als Mehrscheiben-Isolierglas ohne nennenswerte Einschränkungen verbaut werden, z. B. auch geneigt oder begehbar. Der Einbau sollte als Trockenverglasung erfolgen (siehe »Verbindung Glas und Rahmenprofil«, S. 108f.), da kein Silikon mit dem Randverbund der Scheiben in Berührung kommen darf. Dieser muss zudem gegen UV-Strahlung geschützt werden. [6] LC (Liquid Crystal)-Glas Üblicherweise wird LC-Glas als Verbundglaseinheit eingesetzt, bestehend aus mindestens zwei miteinander verbundenen vorgespannten Scheiben aus ESG oder TVG. Dazwischen befindet sich ein Flüssigkristallfilm, eingebettet in zwei Lagen einer leitfähigen Folie, der über eine Kante elektrisch kontaktiert wird. Mithilfe eines thermoplastischen Haftvermittlers entsteht ein Verbundglas (VG), das Sicherheitseigenschaften aufweist. Durch einen integrierten Netzanschluss lässt sich mittels eines Vorschaltgeräts die Durchsicht per Knopfdruck regulieren (Schaltzeit < 1 Sekunde). Unter Spannung ordnen sich die Flüssigkristalle und das Glas erscheint für das Auge nahezu transparent, jedoch im Vergleich zu Floatglas weniger klar. Dieser Eindruck einer gewissen Verschwommenheit nimmt mit schräg einfallendem Direktlicht deutlich zu. Ohne elektrische Spannung sind die Kristalle ungeordnet, das Glas ist zwar weiterhin lichtdurchlässig, aber nun blickdicht milchig weiß und lässt sich z. B. zusätzlich als Projektionsfläche nutzen (Abb. B 2.31). LC-Glas kann auch in Isolierglas-Kombinationen eingesetzt werden. Die Kombination mit einer Vielzahl von Gläsern ist möglich. Für einen beispielhaften Aufbau einer LC-Einheit mit 4 mm Glas /Haftfolie /LCDFolie /Haftfolie/4 mm Glas werden folgende Strahlungskennwerte angegeben: Lichttransmission TL [%] nach DIN EN 410

dynamische Selektivität S* = TL, max / gmin- Wert

Schaltzustand: τvis (sichtbar) τuv (UV) τsol (solar) g-Wert

transparent ~79 % ~4 % ~68 % ~74 %

opak ~70 % ~3 % ~61 % ~69 %

Insbesondere der g-Wert-Unterschied ist also vergleichsweise gering. LC-Gläser sind für den Einsatz im Innenbereich geeignet, bei einer Verwendung in Isolierglasscheiben ist die LC-Einheit raumseitig vorzusehen. Bislang ist keine Verwendung in Feuchträumen sowie im direkten Außenbereichsbezug möglich. Die verfügbaren Abmessungen sind derzeit auf eine maximale Glasfläche von 1200 ≈ 3000 mm begrenzt, die jedoch zu flächigen Glasfronten kombinierbar sind. Der Leistungs- und Energiebedarf ist gering (ca. 7 W/m2) und die Verglasungen erlauben nach Herstellerangaben mehr als drei Millionen Schaltzyklen. Der Temperaturanwendungsbereich wird mit -20 bis +60 °C angegeben. [7] Umgang mit Glas auf der Baustelle

Es gibt einige grundsätzlichen Hinweise und Regeln für den Umgang mit jeder Art von Verglasung, die auf der Baustelle beachtet werden sollten [8]: • Glaselemente trocken lagern und bei Bedarf nur in vertikaler Ausrichtung reinigen • grundsätzlich keine beschädigten Scheiben verbauen • Scheiben gegen Funkenflug schützen (Vorsicht bei Schleif- und Schweißarbeiten) • Randverbund normalerweise gegen UVStrahlung schützen, in der Regel bestehende Unverträglichkeit mit Silikon beachten • Vorsicht vor punktuellen Wärmequellen, die zu unzulässigen Spannungen in der Scheibe mit Bruchgefahr führen können (Heizkörper, lokale dunkle Beschichtungen /Beklebungen /Bemalungen in der Sonne etc. bzw.

optischer Eindruck

Entwicklungsstand 2013

Langzeitstabilität

Eignung für Außenanwendung in Gebäudehülle

passiv schaltend (selbstschaltend) fotochrom (abhängig von UV-Einstrahlung)

k. A.

k. A.

k. A.

von klar nach getönt

für Baubereich nicht bekannt

unbefriedigend

gering

thermochrom (abhängig von Temperatur)

13 – 37

6 – 60

k. A.

von klar nach grau /blau

gestoppt, neue Variante in Frühphase

k. A.

ja

thermotrop (abhängig von Temperatur)

18 – 55

21–73

~4

von klar nach weiß /diffus

im Feldversuch

befriedigend

ja

elektrochrom (Schaltspannung)

10 – 40

10 – 55

4,2 – 4,6

von klar nach blau

marktverfügbar

befriedigend

ja

gasochrom (Einleiten von Reaktionsgas)

15 – 53

15 – 64

~ 4,2

von klar nach blau

im Feldversuch

befriedigend

ja

Suspended Particle Devices (SPD), elektrisch schaltbar

30 – 43

0,01– 25

(~ 0,8)

von klar nach dunkelblau / opak

marktverfügbar

befriedigend

ja

39 – 51

54 – 65

(~ 1,6)

von klar nach weiß

marktverfügbar

gut

bedingt

aktiv schaltbar

Steuerung der Durchsicht, aktiv schaltbar LC (Liquid Crystal)-Glas, elektrisch schaltbar

B 2.27

96

Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten

• •

•

•

Arbeiten wie Asphaltierung, Schweißen an Bitumen etc.) spezielle Glastransporteinrichtungen einsetzen grundsätzlich weiche Unterlagen verwenden (Gummi-Eckschuhe, Unterleghölzer, Gummistreifen oder Ähnliches), Gläser niemals direkt auf hartem Untergrund abstellen. Isolierglas auf seiner ganzen Breite bündig auf mindestens zwei geeigneten Unterlagen abstellen Glas niemals horizontal lagern, beim vertikalen Lagern mehrerer Scheiben auf geeigneten Glasträgern die Verglasungen untereinander durch weiche Zwischenlagen schützen

Kabel mit Stecker zur Steuereinheit

2 3 4 5 elektrochromes Verbundglas (9 mm)

2 1

leitfähige Polymerfolie

Aufbau: Glas 4 mm elektrochrome Schicht 1 mm Glas 4 mm

SZR mit Gasfüllung (12–16 mm)

Weitere Füllungsmaterialien Neben Glas gibt es eine Vielzahl an transparenten, transluzenten, opaken, biegesteifen, weichen Materialien, aber auch permeablen Strukturen, die ebenfalls als Füllung für Gebäudeöffnungen in Betracht kommen.

Li-Ionen Li-WO3Farbzentren

1

1 2 3 4 5

Gegenscheibe (4 mm) mit Wärmedämmbeschichtung

a

Glas leitfähige Beschichtung WOx ionenleitfähiges Polymer Gegenelektrode

b

EC-Verbundglas (hell)

Gegenscheibe mit Wärmedämmschicht

EC-Verbundglas (gedimmt)

Gegenscheibe mit Wärmedämmschicht

Kunststoffe und Membranen

Kunststoffe und Membranen sind der Oberbegriff für zahlreiche Werkstoffe (Abb. B 2.32, S. 98), die sich u. a. hinsichtlich der Art der Lichtdurchlässigkeit (opak, transluzent, transparent), der mechanischen Festigkeit, der Witterungsbeständigkeit/Beständigkeit gegen UV-Strahlung, ihrem Brandverhalten etc. unterscheiden. Zum Teil stellen sie sehr umfangreiche konstruktive Anforderungen, die im Rahmen dieses Beitrags keinesfalls umfassend dargestellt werden können. [9] Für den Einsatz als Öffnungsverschluss in der Gebäudehülle sind biegesteife Werkstoffe aus Kunststoff (Platten) am bedeutendsten. Es gibt sie zum Teil als Mehrkammerplatten (Stegplatten), die eine gewisse Wärmedämmwirkung

B 2.27

B 2.28

B 2.29 B 2.30

B 2.31

Zusammenstellung verschiedener Verglasungsarten mit variablem Licht- und Energiedurchlass sowie steuerbarer Durchsicht. Werte beziehen sich auf Isolierverglasungen. Phototrope, elektrotrope (elektrooptisch) und thermochrome Gläser sind in der Entwicklung und noch nicht quantifizierbar. Die genannten Werte für die Gläser können sich im Laufe der Zeit aufgrund von Weiterentwicklung noch stark ändern. Aufbau und Funktionsweise einer elektrochromen Verglasung a Aufbau der Isolierglaseinheit b Aufbau des elektrochromen Verbundglases c helle Außenscheibe d gedimmte Außenscheibe technische Daten elektrochromer Verglasung Beispielanwendung einer elektrochromen Verglasung in einer Schiebetür, links 50 %, rechts 100 % Liquid-Chrystal-Glas a Schaltzustand transparent b Schaltzustand tranzsluzent

Sonnenenergie

Licht + Energie

Gesamtenergiedurchlass g = 40% Lichttransmission TL = 55%

Gesamtenergie reflexion = 60% Lichtreflexion RL = 10%

Sonnenenergie

Licht + Energie

Gesamtenergiedurchlass g = 12% Lichttransmission TL = 15%

Gesamtenergiereflexion = 88% Lichtreflexion RL = 8%

c

d

Zustand

B 2.28

Lichttransmission TL

Ug-Wert

g-Wert

Lichtreflexion außen RL

[%] nach DIN EN 410

[W/m2K] nach DIN EN 673

[%] nach DIN EN 410

[%] nach DIN EN 410

2-fach Isolierglas

hell

55

dunkel

15

3-fach Isolierglas

hell

48

40

10

12

8

33

12

1,1

S* = TL, max / gmin-Wert

[%] nach DIN EN 410 20 °

B 3.48

a

b

B 3.49

137

Baukörperanschluss und baulicher Kontext

außen

innen B 3.50

B 3.51

B 3.52

des Fensters auf dem Fensterrahmen aufgesetzt werden (Aufsatzrollladen; Abb. B 3.53). Diese Einbauart wird oft bei Erneuerung der Fenster angewendet, wobei zu beachten ist, dass sich die Höhe des eigentlichen Fensters und damit die Fensterfläche verringert und sich zudem die Fassadenansicht ändert. An- oder Vorbaurollläden sind eigenständige, selbsttragende und abgeschlossene Systeme (Abb. B 3.54). Der Kasten samt Führungsschienen wird entweder am Baukörper vor dem Fenster oder in der Laibung angebracht. Sie sind leicht nachzurüsten und es entstehen weder Hohlräume über dem Fenster noch Wärmebrücken. Je nach Tiefe des Rollladenkastens kann es zu Sichteinschränkungen im Vergleich zu Lösungen ohne Rollladenkästen kommen – ein Aspekt, der vor allem bei Nachrüstungen bedacht werden sollte. Die bei verschiedenen Rollladenkastenkonstruktionen im Bestand häufig vorhandenen Wärmebrücken können in vielen Fällen durch eine fachgerechte Sanierung entschärft werden. Bei Fensterelementen mit darüber befindlichen

Rollladenkästen ist eine unmittelbare Befestigung des Fensters am Baukörper im Sturzbereich nicht möglich. Der Rollladenkasten bzw. -deckel eignet sich im Allgemeinen nicht für die Lastabtragung, sofern vom Hersteller keine anderweitigen Angaben gemacht werden. Es sind hier deshalb alternative Maßnahmen nötig (siehe »Befestigung und Lastabtragung«, S. 121ff.). Bei verhältnismäßig geringen Fensterbreiten ist es möglich, den oberen Rahmen statisch so zu dimensionieren, dass er die auf ihn einwirkenden Lasten aufnimmt und sie über die seitlichen Befestigungen in den Baukörper ableitet. Bei Holzfenstern lässt sich der obere Rahmen über eine Anpassung des Querschnitts ausreichend dimensionieren, bei Kunststofffenstern muss die Metallaussteifung des Blendrahmens entsprechend angepasst oder durch Zusatzaussteifungen verstärkt werden. Diese Maßnahme erreicht mit den üblichen Profilen allerdings ihre Grenze bei ca. 1,80 m Spannweite. Im Fall von geteilten Fensterkonstruktionen – also z. B. zwei nebeneinander angeordneten einzelnen Fensterele-

menten in einer Öffnung –, mit Rollladenanlagen kann im Bereich der Teilung das Kopplungsprofil bzw. der Pfosten oben verlängert und am Sturz befestigt werden. Dadurch ergeben sich verkürzte Stützweiten und entsprechend verringerte erforderliche Flächenträgheitsmomente für die freitragenden Rahmenteile. Bei weitgespannten Rollladenanlagen kann der Einsatz tragender Konsolen erforderlich werden. Diese müssen zur Rollladenmontage demontierbar sein. Bei der Beurteilung von Wärmebrücken und Luftdichtheit muss neben dem Rollladenkasten gegebenenfalls auch auf die Durchführung von Bedienteilen (z. B. Gurte) geachtet werden. Für die Fuge zwischen Kasten und Fenster gelten die Anforderungen der DIN 4108-2 mit a  2 m). Aufgrund mangelnder Normvorgaben findet sich hierzu der aktuelle Stand der Technik mit verschiedenen Falldifferenzierungen in: Jehl, Wolfgang wie Anm. 1, S. 93ff. [8] Aufgrund der großen Produktvielfalt gibt es keine allgemeingültigen Regelwerke für Fugendichtungsfolien. Für spezielle Produkte wie Elastomer-Fugenbänder und Butylbänder enthalten die IVD-Merkblätter Nr. 4 und 5 Anforderungen und Hinweise zum fachgerechten Einsatz. [9] Grundlage für den Einsatz von Anputzdichtleisten bildet die ift-Richtlinie MO-01/1 »Baukörperanschluss von Fenstern – Teil 1: Verfahren zur Ermittlung der Gebrauchstauglichkeit von Abdichtungssystemen« (01/2007) [10] Im Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren für Neubau und Renovierung (wie Anm. 1) findet sich auf den Seiten 26 – 33 eine hilfreiche Checkliste zu den für Planung, Ausschreibung und Montage von Anschlusslösungen relevanten Einzelaspekten. [11] ift-Richtlinie AB-02/1 »Luftdichtheit von Rollladenkästen, Anforderung und Prüfung« (03/2010) [12] Gressmann, Michael; Pahl, Hans-Joachim; Spaag, Andreas: Fenster, Türen und Fassadentechnik. Haan 2012, S. 181–183 [13] Abb. B 3.73 basiert auf: Lang, Werner: Typologische Klassifikation von Doppelfassaden und experimentelle Untersuchung von dort eingebauten Lamellensystemen aus Holz zur Steuerung des Energiehaushaltes hoher Häuser unter besonderer Berücksichtigung der Nutzung von Solarenergie. Dissertation TU München 2000, S. 4ff. Dieser Teil findet sich zudem abgebildet und ausführlich kommentiert in: Herzog, Thomas; Krippner, Roland; Lang, Werner: Fassaden Atlas. München 2004, 233ff. [14] wie Anm. 12, S. 197f. und S. 231

Baukörperanschluss und baulicher Kontext

8

1 2

3

4

a 6 1

2

Fassadenelement 1. –13. OG 1350/3780 mm, EG 1350 / 6000 mm, Skylobby 1350/8000 mm Ucw-Wert inkl. Rahmenanteil = 0,84 W/m2K, g-Wert = 0,1 Lichttransmission = 67 % VSG 2≈ 6 mm Float, zur Revision öffenbar, geschlossener Zwischenraum 190 mm, entfeuchtet mit Überdruck 0,1 bar, Dreifach-Wärmeschutzverglasung: 5 mm + SZR 16 mm + 5 mm + SZR 16 mm + VSG 2≈ 4 mm Float Lamellenstore Aluminium 10 % perforiert elektrisch betrieben 70/1240 mm

3

4

5

6

7 8 9

Akustikpaneel perforiert 40 mm Fuge als Toleranzausgleich zwischen Fassade und Betondecke Einlass Raumluft /Auslass Außenluft bzw. Mischluft Aluminiumgitter 400/50 mm dezentrales Fassadenlüftungsgerät mit Wärmetauscher, individuell steuerbar Zuleitung Trockenluft gegen Kondensatbildung im Fassadenzwischenraum Einlass Frischluft: Öffnung 200/50 mm Brandschutzdämmung Mineralwolle Entwässerungsrinne Edelstahl

5 7 8

2

3

1

9

4

6

b

c

B 3.76

147

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal Hermann Klos

B 4.1

Fenster sind die »Augen des Hauses« – im Jahr 1987 der Titel eines Faltblatts des Deutschen Nationalkomitees für Denkmalschutz, heute ein feststehender Begriff im Umgang mit schützenswerter, historischer Architektur, bei der bis in die erste Hälfte des 20. Jahrhundert das Einzelfenster gestaltprägend war. Man stelle sich ein Gesicht ohne Augen vor – und wir erfassen ganz schnell die Dimensionen möglicher »Entstellung«, wenn uns das Bauteil Fenster mit seiner Binnen- und Feingliederung, seinen materiellen und konstruktiven Eigenschaften nicht mehr gebäude-, regionaloder zeittypisch anschaut. Vor dem Hintergrund willkürlicher bzw. beliebiger baulicher Gestaltung sieht ein Fensterverschluss in Flensburg dann genauso aus wie z. B. in Wangen im Allgäu. Seit den 1960er-Jahren gewinnen in Europa neben der traditionellen Lochfassade Band- und Vorhangfassaden verstärkt an Bedeutung. Ganze Wände und Fassaden werden in Fensterbänder und Glasfronten aufgelöst. Dahinter steht der Wunsch nach möglichst großer Lichtfülle in Wohn- und Arbeitsräumen, ein Wunsch, der bereits in vergangenen Jahrhunderten aus Einzelfenstern zusammengefasste Fenstergruppen, Fensterbänder und Fenstererker entstehen ließ (siehe »Der Ausbruch aus der Dunkelheit«, S. 21). Die Entwicklung des verglasten Fensterverschlusses bis in die frühe Neuzeit behandelt das Kapitel »Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit« (S. 12ff.) ausführlich.

B 4.1

B 4.2

148

denkmalgeschützte Villa Wagner mit bauzeitlichen Verbundfenstern, Friedrichshafen (D) 1965, Kurt Schliessmann, Klaus Sihler bauzeitliches Stahlsprossenfenster von 1910, ehemaliges Pumpenhaus der Pulverfabriken Rottweil (D). Die bauzeitlichen Verglasungen bleiben in situ erhalten, nur beschädigte Scheiben werden durch neue ersetzt, energetische Verbesserung durch Ergänzung eines Innenfensters.

Nach einer Zählung des Deutschen Nationalkomitees für Denkmalschutz gab es Anfang 2008 in Deutschland mindestens 748 105 Baudenkmale [1]. Diese Wohn- und Nichtwohngebäude verfügen nach einer vorsichtigen Schätzung von durchschnittlich 40 Fenstereinheiten pro Bauwerk über einen Bestand von rund 30 Millionen Fenstern. Doch nur etwa ein Viertel bis ein Drittel davon dürfte im engeren Sinne als denkmalrechtlich geschützt eingestuft sein. Diese Schätzung kann mit einigem Vorbehalt auf Länder mit vergleichbaren baulichen und baukulturellen Standards übertragen werden. Solche historischen bzw. originalen Fenster gehören entweder zum bauzeitlichen Bestand

der Architektur oder sind hinsichtlich Gestaltung oder Technik besonders authentische Elemente. In Deutschland kann man von knapp 10 Millionen denkmalgeschützten Fenstern ausgehen. Das bedeutet jedoch nicht, dass all diese »originalen« Fenster noch der jeweiligen Bauzeit eines Hauses zuzuordnen sind. Häufig wurden sie im Rahmen einer rüheren Instandsetzung neu gefertigt. So betrachtet ist »Originalität« nicht allein auf den Zustand zur Entstehungszeit eines Bauwerks bezogen, sondern berücksichtigt ebenso die Veränderungen im Laufe der jeweiligen Bau- und Nutzungsgeschichte. Der Gesamtbestand dieser überlieferten Fenster vermittelt in authentischer Weise bauliche, insbesondere handwerkliche Erfahrungen aus verschiedenen historischen Epochen. Ältere Bauwerke und ihre Ausstattungen ermöglichen daher, wenn sie unverfälscht überliefert werden, dass sich auch zukünftige Generationen kritisch mit der gebauten Vergangenheit auseinandersetzen können. Rein rechnerisch sind alle vor 1990 gefertigten Fenster als energetisch sanierungsbedürftig einzustufen, da ihr Uw-Wert von 3 (und größer) den heutigen Anforderungen für umweltgerechtes Bauen nicht genügt. Da es in Deutschland unter dem grob geschätzten Gesamtbestand von 1 Milliarde Fenster nur noch einen verschwindend geringen Anteil gibt, der als historisch wertvoll gilt, ist es angemessen, den energetischen Erneuerungs- bzw. Anpassungsdruck auf diese knapp 10 Millionen schützenswerten Fenster zumindest zu relativieren. Man muss ihnen die notwendigen Ausnahmen vom sogenannten Stand der Technik gewähren. Neben dem rein nominellen Bauwert zeichnen sich historische Fenster durch ihren Alters-, Erinnerungs- oder Zeugniswert aus. Anschaulich wird dies in ihrer Patina, im Verfall und in den Gebrauchsspuren. Fenster verfügen damit zumindest theoretisch über eine symbolische Fähigkeit zur Sinnstiftung. Unter diesem Aspekt wurden bis in die jüngere Vergangenheit vorrangig nur Fenster des 18. und 19. Jahrhunderts angemessen gewürdigt, in restauratorische Gesamtkonzepte eingebun-

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

den und durch Funktionsveränderungen denkmalverträglich angepasst. Neben diesen älteren Fenstern erfahren heute auch solche aus dem frühen 20. Jahrhundert im ausreichenden Maße bauhistorische und denkmalpflegerische Beachtung, um ihren Erhalt zu garantieren. Weiterhin gefährdet sind die eher unauffälligen Fenster ab den 1930erJahren. Sie zeigen in der Regel nicht mehr die inzwischen geschätzte gestalterische Detailfreude. Ihnen fehlt die Sprossengliederung, ganz zu schweigen von kleinteiliger Kunstglaser-Gestaltung. In dieser Zeit entwickelt sich das Fenster immer mehr zu einem technisch definierten und industriell gefertigten Produkt ohne historische Profile, dafür mit kräftiger dimensionierten Querschnitten. Aber auch diese Fenster sind wichtige Zeitzeugen und Dokumente, zumal mittlerweile die Bauwerke der 1950er- bis 1970er-Jahre als wichtiger Bestandteil unserer Baukultur gelten. Das industriell produzierte Fenster mit optimierten Funktionswerten ist noch relativ jung. Bis etwa 1970 wurde ein Großteil der Fenster handwerklich gefertigt. Für die Herstellung galten über viele Jahrhunderte hinweg folgende Kriterien: • reparaturfähige Materialien • großzügige Belichtungsflächen durch minimierte Querschnitte und Profile • bewährte handwerkliche Konstruktionen • außenliegende Kittfasen und Wetterschenkel • geschlossene Stöße an den Verbindungen von Quer- und Längshölzern • glasteilende Sprossen • Schlagleistenbund außen und innen mit mittig sitzendem Fenstergriff

19. Jahrhundert zum bautechnischen Standard. In Deutschland gab es davon im Jahr 2014 noch ca. 25 Millionen. Dieses Fenster, aus Nadel- oder Hartholz gefertigt, war über Jahrhunderte der Standardverschluss von Fensteröffnungen. Der Flügel ist mit Eckwinkelbeschlägen und Stützkloben, Fitschenbändern oder Einbohrbändern an einen Zargen-, Blockoder Blendrahmen angeschlagen. Der Verschluss erfolgt mit einfachen Vorreibern, aufliegenden oder verdeckten Stangenverschlüssen und Drehgriff. Kastenfenster, Doppelfenster und ihre Varianten

Auch die Entwicklung von Kastenfenstern und mehrschaligen Verglasungen hat eine lange Geschichte, sie beginnt bereits in römischen Badeanlagen. Archivalisch gehen Kastenfenster, definiert man sie als zweischalige Fenster, in Mitteleuropa bis ins späte 16. Jahrhundert zurück. Laut Hausinventaren waren sie bereits im 18. Jahrhundert weitverbreitet. Im frühen 19. Jahrhundert forderten kommunale Verordnungen ihren Einsatz. In Südwestdeutschland

gehören Kastenfenster zu den Relikten vergangener Tage, anderenorts, z. B. in Basel, Wien, Salzburg oder München, prägen sie bis heute das Stadtbild. Das klassische Kastenfenster besteht aus zwei einfach verglasten Fenstern, die mit einem beide Teile fest verbindenden Futter zu einem Element werden (Abb. B 4.3, S. 150). Dieses Fenster stellt ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die Ausführung für anspruchsvolle bautechnische Lösungen dar. Der Uw-Wert des Kastenfensters entsprach bis in die 1990er-Jahre den damals gültigen gesetzlichen Auflagen. Eine frühe Variante zu diesem »echten Kastenfenster« ist das sogenannte Winterfenster, das rein additiv und temporär in einen inneren oder äußeren Falz eingestellt wird. Als äußeres Vorfenster hält es Wind und Wetter besser ab, da es üblicherweise im Ladenfalz platziert wird und die Flügel nach außen aufgehen, so wie heute noch in Norddeutschland und Skandinavien üblich. Die Flügel werden durch den Wind-

Unabhängig von diesen Kriterien und deren Wertung hat sich die Diskussion über Fenstererhaltung bzw. -erneuerung zu einer hochkomplexen Angelegenheit entwickelt, bei der eine Vielzahl von Faktoren zu beachten ist: das Nutzerverhalten, die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste durch notwendige Luftwechselraten, die Klimatisierung von Gebäuden und die Raumhygiene, immer stärker auch Aspekte wie der »ökologische Rucksack«, die sogenannte graue Energie oder die Ressourcenproduktivität. Diese Faktoren lassen eine isolierte Betrachtung von Herstellung und Einbau neuer Fenster nicht mehr zu. Die Vielfalt historischer Fensterkonstruktionen und Möglichkeiten ihrer Restaurierung und energetischen Verbesserung ist im letzten Teil dieses Kapitels dargestellt.

Konstruktionsprinzipien unterschiedlicher Fenstertypen Einfach verglaste Fenster

Im Zuge der technologischen Entwicklung, vor allem in der Produktion des Fensterglases, gehörte das einfach verglaste Fenster ab dem späten 15. Jahrhundert bis ins späte B 4.2

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druck in den Rahmen gepresst und sorgen vor allem bei stürmischem Wetter für einen besseren Dichtschluss. Darüber hinaus gibt es regionale Sonderkonstruktionen wie z. B. das Stuttgarter Kastenfenster oder das badische Flachkastenfenster (Abb. B 4.4 und B 4.5). Vorfenster werden heute vorrangig wegen der aufwendigeren Handhabung abgelehnt, auch verflachen sie das Relief der Fassaden, sodass Licht- und Schattenspiel kaum zur Geltung kommen.

B 4.3 B 4.3 Systemzeichnung eines Kastenfensters B 4.4 Varianten zweischaliger Verglasungen B 4.5 Kastenfenster von 1889 /90, gebogene Ausführung mit zusätzlichem Metallklappladen im Fensterzwischenraum, Villa Lieberich-Merkel, Neustadt an der Weinstraße (D) a Ansicht b Vertikalschnitt c Horizontalschnitt

Das Kastenfenster gilt als Vorbild für zweischalige Glasfassaden. Die wohl älteste und prominenteste doppelschalige Glasfassade findet sich an den Produktionshallen von 1903 der Firma Margarete Steiff in Giengen an der Brenz (Abb. B 4.6). Sie umhüllt den dreigeschossigen Fabrikbau vollständig. Während die äußere Schale durchgängig vor der Tragkonstruktion hängt, ist die innere jeweils zwischen Fußboden und Decke gespannt. Die lichtdurchfluteten Geschossebenen sollten optimale Arbeitsbedingungen garantieren. Mit der zweischaligen Konstruktion hoffte man, das von Gewächshäusern bekannte Aufheizen abzupuffern. Seit den 1980er-Jahren erhalten große Büround Verwaltungsgebäude vermehrt vollflächige Glasfassaden, die zunehmend zweischalig ausgeführt werden – eine moderne Variante, bei der das Prinzip des Kastenfensters auf die gesamte Hüllfläche übertragen wird. Großflächige gläserne Doppelschalen umhüllen

Standardkastenfenster mit Futter

Standardkastenfenster mit doppeltem Blendrahmen

Standardkastenfenster mit einfachem Blendrahmen

Kardofenster

Flachkastenfenster

Stuttgarter Kastenfenster

moderne Wintergärten ebenso wie Hotelhallen bis hin zu ganzen Bürogebäuden oder Verkehrsbauten wie beispielsweise den Hauptbahnhof von Straßburg, der nahezu komplett unter eine »Glasglocke« gestellt wurde (Abb. B 4.7). Derzeit wird etwa die Hälfte aller neuen Hochhäuser mit doppelschaligen Fassaden ausgestattet. In der Fachliteratur findet sich seit Mitte der 1990er-Jahre dafür die Bezeichnung Glasdoppelfassade (GDF; Abb. B 4.8). Sie gelten als energieeffiziente Variante im Hochhausbau. Prominente und innovative Hochhausprojekte mit Glasdoppelfassade aus den 1990er-Jahren sind z. B. das Victoria-Haus in Düsseldorf, der RWE-Turm in Essen oder der Atrium-Tower (ehemals: debis-Haus) in Berlin. Verbundfenster

Von 1877 datiert eine der ersten zeichnerischen Darstellungen einer Doppelverglasung in einem »praktischen Hand- und Hülfsbuch« für den Bautischler, den Bauschreiner und den Fein-Zimmermann (Abb. B 4.9) [2]. Beschrieben wird die Herstellung von Verbundfenstern, bei denen »auf die Fensterflügel leichtere Fensterflügel zu setzen sind, welche die Vorscheibe enthalten und die stete Reinigung aller Glasscheiben gestatten«. Das damals noch zeittypische, einfach verglaste Fenster erhält innen oder außen weitere verglaste Flügel, die mit Vorreibern fest eingestellt bzw. mit kleinen Sonderbeschlägen zu öffnen sind. Zwischen

a

Standardkastenfenster

Zargendoppelfenster

Blendrahmendoppelfenster

Permanentfenster mit Innenfenster

c B 4.4

150

b

0

10 B 4.5

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

B 4.6

1880 und 1920 werden aus diesem Detail Verbundfenster entwickelt und einzeln oder als Kleinserien gefertigt. Das nächste Ziel ist, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts gängigen Kasten- bzw. Winterfensterkonstruktionen zu verbessern bzw. durch Fenstertypen zu ersetzen, die einfach zu handhaben sind und zugleich den Lichtdurchgang optimieren und den Materialverbrauch reduzieren. Alles konzentrierte sich auf Verbundfenster. Einzelne Firmen, die zum Teil noch heute bestehen, gehen bereits in den 1930er-Jahren mit entsprechenden Sonderbeschlägen in Serienproduktion. Das Verbundfenster ist die einzige Fensterkonstruktion, bei der zwei aufeinanderliegende

B 4.7

Flügel mit eigens dafür entwickelten Beschlägen fest verbunden sind. Das wichtigste Merkmal dieses Fenstertyps ist der gemeinsame Drehpunkt beider Flügel am Rahmen. Vom Konstruktionsprinzip her handelt es sich um ein aufgedoppeltes Einfachfenster (Abb. B 4.10). Bis zum Zweiten Weltkrieg blieben Verbundfensterkonstruktionen individuelle Anfertigungen in einer sehr breiten Detailgestaltung. Dabei wurde die ganze Bandbreite technischer Möglichkeiten erprobt (Abb. B 4.12 und B 4.13, S. 152; Abb. B 4.18, S. 153). Im großen Umfang kam das Verbundfenster jedoch erst in den Jahrzehnten des Wiederaufbaus nach dem Zweiten Weltkrieg zum Einsatz. An die Stelle individueller Lösungen traten nun stan-

B 4.8 B 4.6

zweischalige Glasfassade, Produktionshalle der Firma Margarete Steiff, Giengen an der Brenz (D) 1903, Richard Steiff B 4.7 Glasvorbau als Variante eines Kastenfensters, Hauptbahnhof Straßburg (F) 2007, Jean-Marie Duthilleul (AREP) B 4.8 Glasdoppelfassade, Haus der Steuerberater, Stuttgart (D) 1999, Prof. Ostertag + Vornholt B 4.9 älteste bekannte Darstellung eines Verbundfensters: Der Verbundflügel ist innen mit zusätzlichen Beschlägen auf das Fenster appliziert. B 4.10 Systemzeichnung eines Verbundfensters B 4.11 frühe Verbundfenstersysteme (ab 1910) a Braun-Fenster: Aufbau wie ein Flachkastenfenster b Wagner-Fenster: Verbundflügel mit einem Abstand von 2 – 3 mm zusammengefügt c Rekord-Fenster: Verbundflügel mit Presspassung und Überfälzung zusammengeführt

a

b

c B 4.9

B 4.10

B 4.11

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0

a

b

10

c B 4.12

dardisierte und genormte Konstruktionen. Einen nochmaligen Produktionsschub verursachte die erste Ölkrise 1973, in deren Folge viele einfach verglaste Fenster durch energieeffizientere Verbundfenster ersetzt wurden. Nahezu durchgängige Anwendung fanden diese Fenster in öffentlichen Gebäuden. Auf den Konstruktionsprinzipien des Wagner-, Rekord- oder Braun-Fensters (Abb. B 4.11, S. 151) aufbauend, entstand eine große, gebäudespezifische Vielfalt. Bei den meistverbreiteten Varianten sind die Konstruktionen nahezu identisch, sie unterscheiden sich jedoch deutlich im jeweiligen Abstand zwischen den Fensterflügeln. Verbundfensterkonstruktionen vermeiden einerseits den großen Nachteil der damals bereits erprobten, im folgenden Abschnitt näher erläuterten Panzerverglasungen, deren Scheibenzwischenraum nicht gereinigt werden kann. Andererseits beeinträchtigte die Tauwasserbildung im Scheibenzwischenraum, die nicht nur die Durchsicht stört, sondern auch Konstruktion, Anstrich und Verglasung strapaziert, ihre Akzeptanz bei den Nutzern. Diese Probleme begünstigten letztlich die Entwicklung des Isolierglases. Das Verbundfenster stellte eine technologische Weiterentwicklung des einfach verglasten Fensters dar und war bis zur Marktreife des Isolierglasfensters in Deutschland in den 1970er-Jahren das energieeffizienteste, nutzerfreundlichste und kostengünstigste Fenster (Abb. B 4.1, S. 148 und B 4.12).

a B 4.14

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Panzerfenster

Im Zuge der technologischen Entwicklung und energetischen Verbesserung von Fenstern wurden im frühen 20. Jahrhundert verschiedene Ausführungen und Konstruktionen entwickelt. Panzerverglaste Fenster stellen eine bedeutende Variante auf dem Weg zum heute marktbeherrschenden Isolierglasfenster dar. Zudem ist es ein genialer Umbau des Einfachfensters mit Merkmalen des Verbundfensters und des Isolierglases. Panzerfenster – die Herkunft des Begriffs bedarf noch der Klärung – sind Sonderverglasungen, bei denen in einfach verglaste Fenster an der üblicherweise gefasten oder profilierten Flügellichtkante auf der Innenraumseite ein zusätzlicher Glasfalz gefräst wird, um eine zweite Scheibe einzusetzen. Dadurch entsteht eine Doppelverglasung mit weitgehend dichtem Scheibenzwischenraum (Abb. B 4.14). Das panzerverglaste Fenster entspricht konstruktiv und in seinem Erscheinungsbild bezüglich Ansichtsbreiten, Profilen und Querschnitten dem einfach verglasten Fenster des frühen 20. Jahrhunderts (Abb. B 4.15 und B 4.16). Es ist jedoch nie gelungen, den Scheibenzwischenraum der Panzerfenster auf Dauer erfolgreich vor Staubablagerung sowie Kondensatbildung und das Glas vor Erblindungserscheinungen zu schützen (Abb. B 4.19), und so konnten sich Panzerfenster nicht durchsetzen und wurden durch das Verbundfenster verdrängt. Für den Gewerbe- und Industriebau waren

B 4.13

wärmetechnisch verbesserte Fenster im späten 19. Jahrhundert noch kein Thema. Erst in den 1920er- und 1930er-Jahren und vor dem Hintergrund der Rationalisierung im Bauwesen erhielt das panzerverglaste Fenster eine Chance. Gefordert waren schnell zu fertigende, funktionstüchtige, Material und Arbeitszeit sparende und bezüglich der Lichtausbeute optimierte Fenster. Dazu kam, dass herkömmliche, preiswerte Materialien und Herstellungstechniken für Panzerfenster überall vor Ort und ohne industrielle Vorfertigung – wie etwa bei Stahl oder Gusseisen – verfügbar waren. Gefertigt wurden die Fenster überwiegend aus Kiefernholz. Nur für stärker beanspruchte Rahmen und Flügelquerhölzer wie z. B. die Wetterschenkel kam auch Eichenholz zum Einsatz. Die Ziehglasscheiben mit leichten Wellen, Schlieren und Einschlüssen wurden mit Leinölkitt in die Glasfalze eingesetzt. Als Beschläge verwendete man Fischbänder (regional auch Fitschbänder genannt; Abb. B 4.20) mit rundem Kopf sowie Kantengetriebe mit zeittypischen Oliven und Vorreibern (Abb. B 4.21). Die Holzoberflächen wurden mit Bleiweißanstrichen behandelt und geschützt [3]. Der großflächige Einsatz des Panzerfensters im Industrie- und Gewerbebau steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Architektur von Philipp Jakob Manz, zu Beginn des 20. Jahrhunderts einer der wichtigsten und einflussreichsten europäischen Industriearchitekten.

b B 4.15

B 4.16

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

B 4.12

B 4.13 B 4.14 B 4.15

B 4.16 B 4.17 B 4.18 B 4.19 B 4.20 B 4.21 B 4.17

B 4.18

Sein Büro realisierte 80 –100 Projekten pro Jahr und zählte zu den produktivsten seiner Zeit in Europa. Zu Manz’ wesentlichen Verdiensten gehört die konsequente Rationalisierung aller Baubereiche. Fortschrittlich zu produzieren, hieß für Manz, alle Arbeitsprozesse auf ihre Ökonomie zu prüfen und zu optimieren. Daher passte das panzerverglaste Fenster – ein mit geringem Aufwand funktional stark verbessertes Element mit einfacher Verglasung – optimal zur Manz’schen Bauphilosophie.

Das Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) ist die konsequente Weiterentwicklung von Konstruktionen wie Kasten-, Panzer- und Verbundfenstern und all ihrer Varianten – ohne deren Nachteile wie hoher Material- und Fertigungsaufwand, umständliche Handhabung und doppelter Pflege- und Instandhaltungsaufwand oder bauphysikalische Probleme durch Kondensat. Die Rahmen- und Flügelkonstruktionen von Isolierglasfenstern unterscheiden sich kaum von anderen Fensterkonstruktionen. 1865 meldete der Amerikaner Thomas D. Stetson seine Idee zum Patent an: Eine Fensterverglasung, aus zwei Scheiben hergestellt, am Rand allseitig miteinander verklebt, mit Luftpolster im abgeschlossenen Scheibenzwischenraum. Es sollte jedoch etwa 100 Jahre dauern, bis Isoliergläser durch spezielle Beschichtungen und Gasfüllungen dazu beitrugen, den energetischen Standard von Fens-

tern zu verbessern und den Fenstermarkt zu erobern (Abb. B 4.22, S. 154). Die industrielle Fertigung und Verwertung von Isolierglas setzte zwischen den beiden Weltkriegen ein. Ab den 1980er-Jahren ist das Isolierglas marktbeherrschend. Durch die Energiedebatte und -verteuerung hat das Mehrscheiben-Isolierglas in den letzten 20 Jahren eine rasante Entwicklung erlebt. Je nach Ausführung des Randverbunds unterscheidet man folgende drei Isolierglastypen: • randverschweißtes Isolierglas: Die äußerst schwierige industrielle Herstellung des randverschweißten Isolierglases gelang in den USA und in Deutschland. • gelötetes Isolierglas: Das gelötete MIG wurde in den USA entwickelt, aber auch in Europa hergestellt und vertrieben (Abb. B 4.23, S. 154). Die technische Weiterentwicklung dieser frühen, nur mit Luft gefüllten Verglasungen ermöglicht heute den Einsatz von Verglasung mit unterschiedlichsten Spezifikationen wie Wärme und Schallschutz, Sicherheit, UV-Schutz und vielem mehr. • geklebtes Isolierglas: Die gelöteten und randverschweißten Isoliergläser haben in den letzten Jahren völlig an Bedeutung verloren. Insbesondere wegen der einfacheren Fertigungstechnik und dem Fehlen patentrechtlicher Hemmnisse hat sich das geklebte Isolierglas durchgesetzt. Der erfolgreichen Entwicklung in Deutschland kamen die Erfahrungen mit Sicherheitsgläsern im Fahrzeug-

B 4.19

B 4.20

Isolierglasfenster

bauzeitliches Verbundfenster, Robert-BoschHaus, Stuttgart (D) 1910, Jakob Früh, Carl Heim a Ansicht b Vertikalschnitt c Horizontalschnitt Robert-Bosch-Haus, Stuttgart (D) Systemzeichnung eines Panzerfensters bauzeitliches Panzerfenster, Verwaltungsgebäude, Kreuzlingen (D) 1911 a Ansicht b Vertikalschnitt Verwaltungsgebäude, Kreuzlingen (D) 1911 Fensterhebemechanik, Robert-Bosch-Haus, Stuttgart (D) 1910 bauzeitlicher Fenstergriff aus Aluminium, Villa Wagner, Friedrichshafen (D) 1965 durch Farbabplatzungen etc. verunreinigter Scheibenzwischenraum einer Panzerverglasung profiliertes Fischband aufliegendes Ziergetriebe mit Fensterolive

bau zugute. Das erste industriell hergestellte MIG mit geklebtem Rand war das sogenannte Kunzendorfer Doppelglas. Üblich ist bis heute ein geklebter Randverbund aus Profil (Abstandhalter) und Klebstoff. Nahezu ausnahmslos werden geklebte, zweifach und dreifach isolierverglaste Fenster hergestellt, je nach Notwendigkeit auch als Verbundkonstruktion (siehe auch »Mehrscheiben-Isolierglas«, S. 91ff. und Abb. B 2.15, S. 94).

Funktionsweisen Festverglasung

Am Anfang stand der festverglaste Fensterverschluss (siehe »Die geschichtliche Entwicklung des Fenster – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit«, S. 12 ff.), für den in den zurückliegenden Jahrhunderten eine Vielzahl an Konstruktions- und Funktionsprinzipien entwickelt wurden. Im Zuge der zunehmenden Klimatisierung von Gebäuden wird das Fenster immer weniger zur Belüftung benötigt, sodass heute Festverglasungen häufig das gesamte Fassadenbild prägen. Drehflügel-, Kipp- und Klappfenster

Das moderne Standardfenster ist in Mitteleuropa heute ein nach innen öffnendes Dreh-/ Kippfenster. Aus gestalterischen und funktiona-

B 4.21

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B 4.22 B 4.23 B 4.24 B 4.25 B 4.26 B 4.27

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B 4.29 B 4.30

B 4.31 B 4.22

len bzw. nutzungsspezifischen Gründen kommen alternativ am unteren Rahmenquerholz angeschlagene Kippflügel und das Pendant dazu, der oben angeschlagene Klappflügel, zum Einsatz. Über Jahrhunderte gab es nur seitlich, unten oder oben angeschlagene Drehflügel. Erst mit der Entwicklung eines offen liegenden Sonderbeschlags wurde ab den 1960er-Jahren eine Dreh-/Kippfunktion möglich. Die technische Weiterentwicklung ist der heute gängige und weitverbreitete EinhandDreh-/Kippbeschlag. Eine weitere Funktionsvariante stellt das nach außen öffnende Fenster dar. In Süddeutschland gibt es diese Funktionsweise nur beim Winter- oder Vorfenster. In Norddeutschland und Skandinavien werden überwiegend nach außen öffnende Fenster gefertigt. Als Grund hierfür gilt der bei Winddruck verbesserte Dichtschluss dieser Fenster.

B 4.23

Flächen eingesetzt, so als Terrassentüren oder als Wintergartenverglasung ohne störend in den Raum stehende Fensterflügel. Vertikalschiebefenster

Das Horizontalschiebefenster hat eine lange Tradition. Bereits im späten Mittelalter besaßen festverglaste Fenster einen kleinen zusätzlichen horizontal laufenden Schiebeflügel. Solche Öffnungsflügel konnten metallfrei hergestellt werden. Diese Öffnungsart sollte sich jahrhundertelang bewähren und gehört immer noch zur Funktionspalette im Fensterbau. Heute sind Horizontalschiebefenster jedoch kostenintensive Sonderfenster für architektonisch anspruchsvolle Gebäude. Gerne werden sie als funktionale Elemente zum Öffnen großer

Auf der Grundlage der frühen Schiebefensterkonstruktionen begann als weitere Variante zum Thema »Schieben statt Drehen« ab dem 17. Jahrhundert die Entwicklung des Vertikalschiebefensters (frz.: »fenêtre à guillotine«, Abb. B 4.24 und B 4.25) als Alternative zum Drehflügelfenster. Es wurde in einer Zeit entwickelt, als schlanke, hochformatige Fenster einen in der Regel nach oben zu schiebenden Lüftungsflügel sinnvoll machten und fand vor allem in angelsächsischen und skandinavischen Ländern Verbreitung. In Mittel- und Südeuropa hingegen waren Vertikalschiebefenster wenig gebräuchlich. Die ältesten Nachweise in Süddeutschland gibt es im Inneren von Gebäuden, z. B. zur akustischen Abschirmung und als Lüftungselement in den Fürstenlogen der Schlosskirchen in Bartenstein oder Beuggen. Das Vertikalschiebefenster war und ist im Rahmen des Fensterbaus in Mitteleuropa eine Sonderkonstruktion, die unbestreitbar etliche Vorteile bietet. Da diese Fenster in einer Ebene zu benutzen sind, bleiben die Flächen vor und hinter dem Fenster unberührt. Kein in den Raum hineinragender Flügel stört die Nutzung oder Bewegungsfreiheit. Mögliche Verletzungsgefahren durch geöffnete Flügel entfallen

B 4.24

B 4.25

Horizontalschiebefenster

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Anbau mit bauzeitlichen Isolierglasfenstern, historisches Rathaus, Lübeck (D) 1964 Codierungen im Isolierglas Systemzeichnung eines Vertikalschiebefensters frühe Vertikalschiebefenster in Frankreich problematische Reinigung von Vertikalschiebefenstern in Obergeschossen teilweise erhaltene bauzeitliche Vertikalschiebefenster, rekonstruierter Hafenbahnhof (heute: Zeppelinmuseum), Friedrichshafen (D), Originalbau von 1933, Karl Hagenmeyer Vertikalschiebefenster, Firmenzentrale Rena Lange, München (D) 2007, David Chipperfield Architects Systemzeichnung Schwingflügelfenster große Wendeflügelfenster als »Panoramafensterscheiben«, im Baujahr 1887 eine kostspielige Seltenheit, Schloss Lieser (D) Schwingflügelfenster, Schweinehalle Alter Schlachthof, Karlsruhe (D) frühes 20. Jahrhundert

ebenso wie Feststeller gegen unkontrollierte Bewegungen und Zuschlagen. Je nach Bauart der Vertikalschiebefenster gibt es eine Vielzahl von optimalen, exakt dosierbaren Einstellungen zur Stoß- und Dauerlüftung. Ergänzende Ausstattungen wie Innen- oder Außenläden, Verschattungssysteme, Sicht- und Blendschutz lassen sich problemlos installieren. Trotz der vielen Vorzüge dieser Konstruktion hat sich das Vertikalschiebefenster nur im angloamerikanischen Raum nahezu marktbeherrschend durchgesetzt. Sein Einsatz und die Verbreitung scheinen vorrangig ein kultur- und mentalitätsspezifisches Phänomen zu sein. Heute werden Vertikalschiebefenster in der Regel aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt, sind gegebenenfalls mit Öffnungsbegrenzer elektrisch zu bedienen und auch im Hochhaus einsetzbar. Vertikalschiebefenster gehören zu den technisch anspruchsvolleren Systemen und sind in Pflege, Reparatur und Instandhaltung – im Vergleich zu den übrigen gängigen Fensterkonstruktionen – bedeutend aufwendiger. Hinzu kommt, dass die Reinigung der fest stehenden oberen Verglasungen meist nur unter erschwerten Bedingungen möglich ist (Abb. B 4.26). Es bedarf sehr komplexer Beschlagsysteme, um die Flügel beliebig in der Vertikalen verschieben zu können und sie bei Bedarf nach innen zur Reinigung und Wartung zu öffnen. Zudem sind die heutigen Anforderungen an die Dichtigkeit mit den meisten

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Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

Vertikalschiebefenster aufgrund der versetzten Dichtebenen und des Abriebs der Flügelfalzdichtungen durch das Schieben schwierig zu erreichen. Das Vertikalschiebefenster wurde in Deutschland bis heute nie ganz vom Markt verdrängt. Es ist »das« Fenster der klassischen Moderne und des Bauhauses. Der starke architektonisch innovative Gestaltungswille der Kunst-, Designund Architekturschule Bauhaus verschaffte diesem Fenstertyp von 1920 bis 1935 eine kurze Blüte (Abb. B 4.27), bevor es jedoch im Zuge der Repressionen der Nationalsozialisten gegen die Bauhausarchitektur schnell zurück in eine Nische gedrängt wurde. Als Großflächenfenster mit bis zu 5 m2 war das Vertikalschiebefenster damals äußerst innovativ. Es orientierte sich an der angloamerikanischen Baukultur und wurde mit hoher Präzision bautechnisch verbessert. In dieser Zeit meldeten zehn deutsche Hersteller Beschlagsysteme für Vertikalschiebefenster an bis hin zum in dieser Zeit wohl einzigartigen »Weltschiebefenster System Braun«, dem einzigen System, das das Verschieben der Flügel mit Federspannung unterstützte. Heute wird das Vertikalschiebefenster als Sonderfenster nach wie vor in Gebäuden mit besonderer architektonischer Gestaltung und funktionaler Beanspruchung eingesetzt (Abb. B 4.28). Insbesondere in Deutschland werden an Fenster sehr hohe Anforderungen gestellt, vorrangig an ihre Funktionswerte. Die aktuellen Standards werden im Zuge der Energiedebatte ständig hinterfragt bzw. verbessert. Ein vor 20 Jahren eingebautes normgerechtes Fenster mit einem UW-Wert von 2,8 W/m2K gilt inzwischen als Wegwerfbauteil, da heute UW-Werte von mindestens 1,3 W/m2K vorgeschrieben sind. Im Gegensatz dazu sind in Ländern wie den USA oder England, wo das Vertikalschiebefenster traditionell das gängigste System darstellt, die Ansprüche an Funktion und Eigenschaften von Fenstern deutlich geringer. Die Mehrzahl der dort eingesetzten Vertikalschiebefenster ist ohne aufwendige Beschlagtechnik gefertigt, Gegengewichte und verdeckte Hilfskonstruktionen waren kaum verbreitet. Die Fenster werden in der Regel rein manuell hochgeschoben, was gewichtsmäßig

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vertretbar ist, solange sie weder Isolierglas oder Doppelverglasungen noch kräftige Holzquerschnitte aufweisen. Auch sind diese Fenster nicht auf den Millimeter passgenau gefertigt, was einer leichteren Handhabung zugutekommt, aber höhere Undichtigkeit zur Folge hat. Für das gewünschte Raumklima sorgen bei Bedarf Klimaanlagen und weniger die Funktionswerte von Fenstern. Die Einführung von Nachhaltigkeitszertifikaten wie BREEAM in England oder LEED in den USA und Kanada zwingt zukünftig jedoch zur energetischen Verbesserung aller neu zu fertigenden Fenster selbst dieses Typs. Schwing- und Wendeflügelfenster

In angloamerikanischen Ländern werden Fenster durch Schieben der Flügel nach oben geöffnet, in Norddeutschland und Skandinavien öffnen sich die Drehflügel der Fenster nach außen, in Mitteleuropa haben sich seit Jahrhunderten nach innen öffnende Drehflügel durchgesetzt. Abweichende Öffnungsarten wie das Wenden, Schwingen und Klappen erfordern Sonderkonstruktionen. Schwingen und Wenden hat Vorteile: Der Größe von Drehflügelfenstern sind wegen ihres Gewichts enge Grenzen gesetzt. Schwing- und Wendeflügelfenster hingegen ermöglichen aufgrund der günstigeren symmetrischen Lasteinleitung deutlich größere Abmessungen. Diese Konstruktionen erlauben Fensterflügel mit

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schlanken Querschnitten bis zu einem Gewicht von 250 kg und 6 m2 Fläche mit Mehrschichtverglasung. Die Flügel werden durch zwei mittig angebrachte Lager gehalten und bewegen sich beim Schwingflügel um eine horizontale und beim Wendeflügel um eine vertikale Achse. Das Gewicht der Schwingflügel verteilt sich durch die mittige Drehachse optimal auf die beiden Lager und erleichtert die Handhabung selbst bei Großflächenfenstern erheblich. Im geöffneten Zustand erzeugt das Schwingflügelfenster eine Zweiweglüftung, die eine individuelle und effiziente Frischluftzufuhr ermöglicht. Frische Luft strömt in der unteren Hälfte der Fensteröffnung in den Raum, die verbrauchte Luft entweicht über die obere Fensterhälfte. Im Sommer kann es allerdings zu einem unerwünschten Heißlufteintrag durch an der Fassade aufsteigende Luft kommen. Um bei Winddruck das Durchdrehen aus der Lüftungsstellung zu vermeiden, sind die Lager mit Bremseinrichtungen und die Flügel mit Lüftungssperren ausgestattet. Man kann mit Schwing- und Wendeflügelfenstern problemlos lüften, ohne die Raumnutzung in Fensternähe einzuschränken oder zu behindern. Schwing- und Wendeflügelfenster entsprechen in Konstruktion, Profil und verwendetem Material den Drehflügelfenstern. Sie unterscheiden sich von diesen jedoch deutlich durch die für die besonderen Öffnungsfunktionen notwendige Beschlagtechnik. Die konstruktive Besonderheit von Schwing- und Wendeflügelfenstern

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B 4.33 B 4.34 B 4.35 B 4.36

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ist der sogenannte Wechselfalz: Da die Flügel zur Hälfte nach außen und zur anderen Hälfte in den Raum aufschlagen, muss für die eine Flügelhälfte der Falz im Fensterrahmen innen und für die andere im Rahmen außen angebracht sein (Abb. B 4.29, S. 155). Der Wechselfalz macht die Fertigung entsprechend aufwendig. Während Drehflügel ihren Drehpunkt auf der rechten oder linken Seite mit den früher gebräuchlichen Eckwinkelbändern und Stützkloben, Fischbändern oder heute mit meist verdeckt liegenden Einhand-Drehkippbeschlägen haben, liegt der Drehpunkt der Schwingund Wendeflügel an beiden jeweils horizontal bzw. vertikal gelagerten Flügelbändern. Diese bestanden bis in die 1950er-Jahre aus handwerklich gefertigten Stahlbeschlägen mit einfach konstruierten Lagerschalen, eine mit Loch, die andere mit Stift bzw. mit Bohrung und Zapfen. Die Bauentwurfslehre spricht daher gelegentlich von »Zapfenflügeln«. Schwingflügel werden mittig an den senkrechten Rahmenhölzern befestigt, Wendeflügel an den oberen und unteren Querhölzern montiert, hin und wieder auch exzentrisch.

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Moderne Schwing- und Wendflügelfenster sind mit technisch aufwendigen Drehlagerbeschlägen versehen, die regulierbare und verschleißfeste Bremsen besitzen und das Durchschwenken der Flügel verhindern. Darüber hinaus verfügen sie über Rollzapfenverriegelungen mit Einhandbedienung. Um den Unfallverhütungsvorschriften zu entsprechen, gibt es Falzscheren zur Öffnungsbegrenzung und Verriegelungen, die die Flügel zur Reinigung in der 180°-Stellung fixieren. Frühe Beispiele für aus Holz gefertigte Wendeflügelfenster finden sich in Schloss Lieser an der Mosel. Der Bau wurde ab 1884 im Stil der deutschen Neorenaissance von dem Frankfurter Architekten Heinrich Theodor Schmidt errichtet und nach 1895 erweitert. Die weit über 100 Fenster des Gebäudes entsprechen in Konstruktion, Material und Verglasung dem damaligen Zeitgeschmack, bis auf zwei Ausnahmen: Um aus den Salons im ersten und zweiten Obergeschoss den Ausblick ins Moseltal genießen zu können, erhielt der Erker rundbogige Großflächenfenster, später Panorama-

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bauzeitliche Holz-Aluminium-Fenster als Schwingflügelfenster, Neues Rathaus Stuttgart (D) 1956 bauzeitliche Wendeflügelfenster von 1966, Rathaus Reutlingen (D) Vertikal-Faltfenster Beschlag für Hebefenster Stahl-Aluminium-Hebefenster, Berufsschulzentrum Rottweil (D) 2001, ap'plan . mory . osterwalder . vielmo Holz-Senkfenster, Villa Wagner, Friedrichshafen (D) 1965

fenster genannt (Abb. B 4.30, S. 155). Ihre enorme Größe und die Anforderung, sie öffnen zu können, führten zur Fertigung als Wendeflügelfenster. Aus Eichenholz und mit Beschlägen, Konstruktion und weiteren Details scheinbar für die Ewigkeit gebaut, funktionieren diese Fenster nach 120 Jahren problemlos und sind selbst von Kinderhand leicht zu bedienen. Fast zeitgleich entstanden frühe Schwingflügelfenster sowohl aus Metall, wie im ehemaligen Pumpenhaus von 1889 in der Rottweiler Pulverfabrik, als auch aus Holz, wie im ehemaligen Wasserkraftwerk von 1899 in Marbach am Neckar. Beide erhaltenen Beispiele sind jeweils zur Lüftung als Oberlichtfenster eingesetzt. Bis zum Ersten Weltkrieg fanden Schwing- und Wendeflügel bei Wohngebäuden mit zeit- und regionaltypischer Gestaltung nur in besonderen Funktionsräumen Verwendung, so in Treppenhäusern oder Speisekammern. Bei anderen Nutzungen wurden diese Fenstertypen gerne in Räumen mit einem großen und kontinuierlichen Luftbedarf eingesetzt, wie in Maschinenhallen, Kantinen oder Veranstaltungssälen (Abb. B 4.31, S. 155). Zum Regeldetail gehörten Wendeflügel in den frühen, Ende des 19. bzw. Anfang des 20. Jahrhunderts erbauten psychiatrischen Anstalten wie in Achern, Wiesloch oder im schweizerischen Münsterlingen. Die schmalen Wendeflügel lassen sich zum Lüften öffnen, frische Luft strömt in den Raum, die Patienten jedoch können den Raum nicht durch das Fenster verlassen. Einen verstärkten Einsatz dieser Fenstertypen bewirkte erst das Bauhaus bzw. die klassischen Moderne. Das Bauen nach funktionalen Zielsetzungen gab ihnen endlich auch in Wohnräumen eine Chance, so an den Bauhaus-Meisterhäusern 1925/26 und in der Wohnsiedlung Törten 1926, beide von Walter Gropius in Dessau gebaut. Die Fenster haben jeweils schlanke Stahlprofile. Dennoch kamen solche Sonderfenster nur an wenigen Gebäuden konsequent für alle Öffnungen zur Ausführung. Eines davon ist das 1924 ebenfalls von Gropius unter Mitarbeit von Adolf Meyer im thüringischen Jena errichtete private Wohnhaus für den Physiker und Kunstmäzen Felix Auerbach. Hier wurden bei allen Fensteröffnungen und horizontalen Fensterbändern Schwing-

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

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flügel, Wendeflügel und vertikale Schiebeflügel eingesetzt und auf die traditionellen Drehflügelfenster gänzlich verzichtet. Auch wenn sich die Nachkriegsarchitektur eher international – und das auch nur bedingt – an den Konzepten des Neuen Bauens orientierte, wurden Schwing- und Wendeflügelfenster erneut fester Bestandteil fortschrittlicher Architektur. Ihren Platz fanden sie vorwiegend in den Nichtwohngebäuden der größeren Städte. Mit ihren großen, ungeteilten Glasflächen, den fein gegliederten, in ihren Abmessungen auf ein Minimum reduzierten Profilen und modernen Öffnungsarten prägten diese Holz- oder Metallfenster der Geschäftshaus-, Büro- und Gewerbefassaden das Bild der wiederaufgebauten und neuen Innenstädte. Gerade beim Entwurf streng gegliederter und großflächig verglaster Fassaden erfreuten sich Schwing- und Wendeflügel in den Nachkriegsjahrzehnten wegen ihrer funktionalen Vorzüge und sachlichen Gestaltung wachsender Beliebtheit. Vor allem in öffentlichen Gebäuden, Schulen, Büro- und Geschäftshäusern wurden sie damals verstärkt eingesetzt. Die strenge und regelmäßige Fassadengeometrie erfährt durch diesen Fenstertyp jedoch stets auch eine zunächst nicht geplante, vielfältige und wechselnde Belebung sowie Licht- und Schattenwirkung: Durch den individuellen Gebrauch der Nutzer »schwingen« oder »wenden« sich die Fensterflügel unterschiedlich weit vor die Fassadenebene. In den 1950er- bis 1970er-Jahren wurden Schwing- und Wendeflügelfenster meist gezielt als Gestaltungselemente eines architektonischen Gesamtkonzepts eingesetzt. Sie verkörpern die Zeit des Wiederaufbaus und des Wirtschaftswunders und sind überall dort zu finden, wo sich das Baugeschehen weniger an überlieferten Strukturen als an damals neuen, modernen Konzepten orientierte. Schwing- und Wendeflügelfenster sind in Material, Konstruktion und Form gefasste Ideen und Ideale des Aufbruchs und Neuanfangs nach dem Zweiten Weltkrieg (Abb. B 4.32 und B 4.33). Noch bis in die 1980er-Jahre behaupten sich beide Fenstertypen in modernen Neubauten, mehrheitlich weiterhin in Büro- und Gewerbebauten, Schulen und Rathäusern. Aber auch in

den zunehmend größer werdenden Einfamilienhäusern, Villen und Bungalows erfreuten sie sich als Panoramafenster großer Beliebtheit.

konstruktion öffnet und verbindet Räume schwellenlos.

Faltfenster

Fenstermaterialien

Ein weiteres Sonderfenster ist das Faltfenster (Abb. B 4.34). Diese ab den 1930er-Jahren verwendete Konstruktion ermöglicht das Öffnen der gesamten Fensterfläche. Seine in der Regel schmalen, über Scharniere miteinander verbundenen Flügel schränken im geöffneten Zustand die Bewegungsfreiheit in Fensternähe kaum ein. Das Parkieren des geöffneten und gefalteten Flügelpakets erfolgt auf der Außenbzw. der Innenwand. Frühe Exemplare solcher Fensterfaltanlagen sind oben mit Rollengehängen in Laufröhren gelagert und unten durch federnde Unterführungen geführt. Nur wenige Hersteller boten dazu patentierte Beschlagsysteme. Für moderne Faltanlagen von größerer Höhe und nahezu beliebiger Länge werden heute kugelgelagerte Laufrollen verwendet. Früher wie heute kommen diese Systeme zum Einsatz, wenn große Wandflächen, meist zu Terrassen oder Balkonen, temporär komplett geöffnet werden sollen. Hebefenster

Das Hebefenster (Abb. B 4.36) ist ein Sonderfenster für extrem der Witterung ausgesetzte Fenster und Türen. Damit bei Schlagregen und Winddruck die Schlagregendichtigkeit gewährleistet bleibt, senkt sich der Flügel über eine keilförmige Schwelle. Eine patentierte Beschlagtechnik garantiert die Funktion (Abb. B 4.35). Beim Öffnen muss der Flügel zunächst über einen Hebebeschlag angehoben werden, um sich dann wie ein normales Drehflügelfenster öffnen zu lassen. Die Weiterentwicklung diese Fenstertypus, das Hebeschiebesystem, ist heute weit verbreitet, da es großzüge, schwellenlose Übergänge ermöglicht. Senkfenster

Das Senkfenster ist ein komplett in Boden oder Brüstung versenkbares Fenster (Abb. B 4.37), teilweise mit motorischem Antrieb ausgestattet. Diese überwiegend in der Zeit des Wirtschaftswunders um 1950 –1970 eingebaute Sonder-

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Fenster aus Holz

Bis in die 1950er-Jahre wurden Fenster nahezu ausschließlich aus Holz gefertigt, in kleinen Stückzahlen auch aus Metall, vor allem für Industrie- und Gewerbebauten. In Deutschland liegt der Marktanteil von reinen Holzfenstern heute bei ca.15 %, von Holz-Metall-Fenstern bei etwa 9 % und von Metallfenstern bei ca. 18 %, während Kunststofffenster mit knapp 58 % Marktführer sind [4]. Die Entwicklung des Holzfensters beschreibt »Die geschichtliche Entwicklung des Fenster – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit« (S. 12ff.), das moderne Holzfenster wird in »Rahmenprofile aus Holz« (S. 103ff.) behandelt. Holz stand über Jahrhunderte in guter Qualität nahezu weltweit zur Verfügung und ist mit den zeittypischen Werkzeugen und Maschinen einfach zu bearbeiten. Bei der Anwendung bewährter Techniken ist es dauerhaft und nachhaltig. Zudem sind ausreichende Festigkeit, Formstabilität und Kombinierbarkeit mit anderen Materialien wie Stahl oder Kunststoff gegeben. Verwendet wurde langsam gewachsenes, möglichst astreines und trockenes Holz. Bei entsprechender Pflege und der richtigen Oberflächenbehandlung, z. B. mit Ölfarbe oder den früher üblichen Bleiweißanstrichen [5] sind diese Fenster nahezu unverwüstlich. Als Vorteile, die heute stark ins Gewicht fallen, erweisen sich die günstige Ökobilanz des Materials sowie der niedrige Energieverbrauch, der für die Herstellung von Holzfenstern deutlich geringer ist als für die Herstellung von Aluminium-, Holz-Aluminium- oder Kunststofffenstern. Holz ist als nachwachsender Rohstoff nahezu unbegrenzt verfügbar. Die Recyclingfähigkeit sowie das Verhalten des Bauteils im Brandfall sind abhängig von den aufgebrachten Lasuren und Lackierungen. Weitere Informationen zu Ökobilanzdaten und Recycling von Holzfenstern finden sich im Abschnitt »Rahmenmaterialien« (S. 212f.).

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Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

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Die Geschichte der Metallfenster beginnt mit dem Gusseisen. Seine Verwendung als Baumaterial geht bis ins frühe Mittelalter zurück. Jedoch erst im Zuge der Industrialisierung konnte Gusseisen wirtschaftlich und in größerer Menge für das Baugewerbe zur Verfügung gestellt werden. Die Kombination von Gusseisen und Glas ermöglichte moderne, bis dahin ungekannte architektonische Konstruktionen, die vor allem im Nichtwohnbereich – bei Gewächshäusern, Fabriken, Bahnhöfen, Ausstellungshallen, Treppenhäusern oder Schaufensterfassaden – neue Akzente setzten. Denn selbst bei sehr großen Abmessungen waren filigrane Gliederungen möglich. Überall

dort, wo man viel Licht benötigte, besondere materielle, konstruktive und gestalterische Ansprüche hatte und außerdem glaubte, das Brandrisiko minimieren zu können, kam nun Eisen zum Einsatz (Abb. B 4.40). Auf gusseiserne Fenster mit neogotischem Maßwerk folgten bald festverglaste Fenster für Fabriken, aber auch bereits standardisierte Eisenfenster mit Öffnungsflügeln für die Alltagsarchitektur, für Dachböden, Scheunen und Ställe. Die industrielle Revolution führte alsbald zu wahren Quantensprüngen bei der Durchfensterung und Verglasung: 3800 t Gusseisen, 700 t Eisen, 83 600 m² Glas, 330 km Glasrahmen und der vollständige Verzicht auf tragendes Mauerwerk – mit diesen Zutaten war der 1851 in London innerhalb weniger Monate eigens für die erste Weltausstellung gebaute Kristallpalast das größte jemals hergestellte »Eisenfenster« der Welt. Weitere nach dem Vorbild von Gewächshäusern erbaute Glaspaläste in München, Paris und anderen Metropolen folgten. Diese modernen Ausstellungshallen, die nahezu vollständig aus Eisen und Glas erstellt wurden, revolutionierten im 19. Jahrhundert die noch biedermeierliche bzw. historistische Vorstellung vom Bauen. Kristallpaläste wurden zu den neuen Ikonen der Glasarchitektur – leider mit begrenzter Lebensdauer. Die meisten dieser Glaspaläste sind schon lange abgebrannt, zerstört oder abgerissen. Nicht zuletzt trugen die hohen Herstellungskosten

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Guss- und schmiedeeiserne Fenster verloren mit der Erfindung der Walzentechnik an Relevanz. Die ersten Walzprofile wurden in Deutschland um 1870 in Form von T- oder L-Profilen hergestellt. Mit diesen einfachen Profilen war es möglich, komplette Fenster einschließlich Lüftungsflügeln, sogenannten Einsatzflügeln, anzufertigen. Im Laufe weniger Jahre stand bereits eine große Bandbreite an aufwendigen Sonderprofilen für den Fensterbau zur Verfügung, zum Teil angelehnt an gebräuchliche Holzfensterprofile wie den Wolfsrachen oder den Quetsch- bzw. S-Falz. (Abb. B 4.47 und B 4.48, S. 161) Auch Holz-Metall-Kombinationen ergänzten das Programm. So füllte man die Hohlräume von Stahlprofilen zur besseren Dämmung mit Holz aus. Eisenflügel wurden an eichene Rahmen angeschlagen. Holzfenster erhielten eiserne Sprossen, entweder zur Minimierung der Querschnitte oder aus Sicherheitsgründen, z. B. in Psychiatrien. Innerhalb weniger Jahrzehnte entwickelte sich eine große Vielfalt an Profilen. Bereits 1905 war die Herstellung aufwendiger Verbundfensterkonstruktionen mit mehreren Anschlägen und Dichtungsebenen möglich. Bei Fenstern für Wohnräume blieb jedoch weiterhin Holz der fast ausschließliche Werkstoff. In der Stuttgarter Weißenhofsiedlung hingegen dominierte genauso wie bei den Bauten der klassischen Moderne in Dessau das einfach verglaste Stahlfenster (Abb. B 4.42). Dem Gestaltungsanspruch der klassischen Moderne konnte das traditionell gefertigte Holzfenster nicht mehr genügen. Zudem kamen Überlegungen zur Serien- und Vorfertigung ins Spiel. Neuartig waren bündig in die Fassade eingesetzte Stahlfenster. Der verbreitete Einsatz von Metallfenstern begann erst mit den dicht schließenden Aluminiumfenstern ab der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Sie wurden schnell zum festen Bestandteil moderner bis avantgardistischer Architektur der 1950er-Jahre, in Schul- und Verwaltungsbauten ebenso wie in Geschäfts- und Wohnhäusern. In der Zeit des Wiederaufbaus prägten Aluminiumfenster und -türen die typische Architektur und wurden, da technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar, in großem Umfang eingesetzt. 4 t Bauxit, 1,3 t Braunkohle und etwa 14 000 kWh Energie werden zur Herstellung einer Tonne Aluminium benötigt. Anschließend können daraus im Strangpressverfahren Fensterprofile geformt werden. Diese im Vergleich mit anderen Materialien energieintensiven Fenster und Türen erfreuen sich vor allem in Nichtwohngebäuden bis heute großer Beliebtheit, in Verwaltungsgebäuden und Schulen genauso wie im Industrieund Gewerbebau. Grund dafür sind ihre herausragenden Eigenschaften: die sehr hohe Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse und die gute Stabilität bei minimierten Quer-

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dazu bei, dass Fenster aus Gusseisen nicht zur Massenware wurden.

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schnitten. Darüber hinaus amortisieren sich der höhere Energieaufwand und Anschaffungspreis über die Jahre durch die reduzierten bis kaum notwendigen Instandhaltungsarbeiten. Aluminium prägt durch formschöne Profile mit schmalen, glatten und fein profilierten Ansichtsflächen die Gestaltung der Fenster. Weitere Eigenschaften wie stumpf einschlagende Konstruktionen und geradlinige, scharfkantige und exakte Details führen zur fortdauernden Beliebtheit bei Bauherren und Gestaltern. Bei den denkmalpflegerischen und restauratorischen Anstrengungen zur Erhaltung solcher Fenster sollten nicht zuletzt auch die höheren Herstellungskosten angemessen Berücksichtigung finden. Kunststofffenster

Die Zeiten, in denen Fenster ausschließlich aus Holz oder Eisen und Stahl gefertigt wurden, sind vorüber. Die ersten Kunststofffenster tauchten um 1960 auf. Bereits 20 Jahre später übernahm Kunststoff die Vorreiterrolle im Fensterbau und ist heute in der jährlichen Produktion mit knapp 58 %, d. h. rund 8 Millionen Fenstereinheiten, marktführend. [6] Seine Erfolgsgeschichte verdankt das Kunststofffenster der wachsenden Akzeptanz der Bauherren für das kostengünstige, vermeintlich pflegearme Bauteil. Aber auch die umsatzstarke deutsche Fenster- und Fassadenbranche, die derzeit jährlich rund 34 Milliarden Euro erwirtschaftet, macht es ermöglicht, umfängliB 4.38

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che Entwicklungen und Forschungen zu finanzieren sowie Innovationen und Visionen zu stimulieren [7]. Nachdem der Augsburger Benediktinerpater Wolfgang Seidel 1531 aus Magerkäse vielleicht den ersten »Kunststoff« hergestellt hatte [8], sollten dennoch rund 350 Jahre vergehen bis zu den ersten rein synthetischen Kunststoffen. Weitere Meilensteine auf dem Weg zum heutigen Kunststoff waren die 1839 von Charles Goodyear entdeckte Härtung von Naturkautschuk mittels Hitze und Schwefel zu Gummi und die Oxidation von Leinöl und Zusatzstoffen zu Linoleum durch Frederick Walton 1860. Ein Produzent von Billardkugeln suchte in einem mit 10 000 Dollar ausgeschriebenen Wettbewerb ein Ersatzmaterial für das rar werdende Elfenbein – die Geburtsstunde des Zelluloids 1869. Viele bekannte vollsynthetische Kunststoffe wie Bakelit (1905), Polyvinylchlorid (PVC; 1912), Acrylglas (1933), Nylon (1935) oder Polyurethan (PUR; 1937) sind heute aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Das Kunststofffenster ist letztlich ein Kind des Wiederaufbaus und des enormen Bedarfs an Wohnungen nach 1945. Ab 1954 sollten zwei Materialien den Fensterbau revolutionieren: Es waren zum einen die Mehrscheiben-Isolierverglasung, zum anderen der thermoplastische Kunststoff, das PVC für die Profile der Fensterrahmen. Mit der Entwicklung der ersten Kunst-

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stofffenster aufs engste verbunden sind Heinz Pasche und Dynamit Nobel. Pasche war Metallbauer in Hamburg, die Dynamit Nobel AG erforschte und produzierte seit Beginn des 20. Jahrhunderts Kunststoffe. Unzufrieden mit den fehlenden Möglichkeiten, Metallfenster durch eine qualitativ hochwertige, wetterfeste und unempfindliche Oberfläche zu beschichten und dauerhaft zu schützen – vor allem in küstennahen Regionen –, begann Pasche 1953 eine Zusammenarbeit mit der Kunststoffsparte der Dynamit Nobel AG: Die Geburtsstunde des Kunststofffensters. Das Rohmaterial zur Herstellung von Fensterprofilen ist PVC mit Zuschlagstoffen – Stabilisatoren wie Titandioxid und Kreide und sogenannte Modifier. Die Profile für das weltweit erste Kunststofffenster bestanden aus einem hart eingestellten Weich-PVC (Mischpolymerisat aus PVC und Acrylester), ihre Herstellung erfolgte 1954 mittels der sogenannten Querkopfextrusion. Dabei wurde das Vierkant-Stahlprofil im rechten Winkel an dem Extruderkopf, d. h. dem Profilwerkzeug, vorbeigeführt und dort mit einer thermoplastisch fließenden Masse aus dem Extruder in der gewünschten Dicke beschichtet: Durch Weiterführen des Stahlprofiles entstand ein 6 m langes, profiliertes Verbundelement aus dem Stahlkern und der allseitigen, korrosionsfesten Kunststoffummantelung, das Rohmaterial für die Fensterfertigung.

Belüftungsbleche zur Vermeidung von Schwitzwasser am Stahlfenster, ehemalige VimyKaserne, Freising (D) 1906 bauzeitliche Schiebefenster in Metallkonstruktion, Fleischmarkthalle, Karlsruhe (D) a Ansicht b Horizontalschnitt c Vertikalschnitt vorgesetzte filigrane Laubenverglasung mit Stahlrahmen, vergleichbar mit der heutigen Zweite-Haut-Fassade, Kleine Frankfurter Straße, Wiesbaden (D) Ende 19. Jahrhundert bauzeitliches filigranes, stählernes Treppenhausfenster, Villa Balli, Muralto (CH) 1899 für die klassische Moderne typische schmale Stahlprofile, Wintergarten Kornhaus, Dessau (D) 1929/30, Carl Fieger Ansicht, Kunststofffenster von 1954, KunststoffMuseum Troisdorf (D) Schnitt, Kunststofffenster von 1954 B 4.43

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gedunkelt aussieht, ist dies der Wirkung des Sonnenlichts zuzuschreiben: Auf den exponierten Oberflächen werden hauchdünne Schichten des PVCs zersetzt; die dem Material beigegebenen, in die PVC-Masse eingebetteten Stabilisatoren und sonstigen Zuschlagstoffe bleiben als Belag zurück: Der Kunststoff verwittert. Die Qualität des Kunststoffs ist daher für seine Haltbarkeit entscheidend. Der Glaube vieler Bauherren, Kunststofffenster seien wartungs- und pflegefrei, macht aus ihnen im Laufe der Jahre unansehnliche Bauteile.

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Ein Exemplar dieser ersten Serie ist im Kunststoff-Museum Troisdorf ausgestellt (Abb. B 4.43 und B 4.44, S. 159). Die ersten PVC-ummantelten Profile erlaubten eine kittfreie Verglasung mit Isolierglas. Die Scheiben liegen wie bei heutigen Fenstern in einem Glasfalz und werden raumseitig von einer Glasleiste gehalten. Die Fenster wurden in der Regel als DrehKippfenster gefertigt und hatten bereits zwei umlaufende Lippendichtungen. Wie bei Holzfenstern wurde außen ein Wetterschenkel aufgesetzt. Ab den frühen 1960er-Jahren gab es erste Versuche zur Herstellung eines »echten« Kunststofffensters aus Hart-PVC mit einem nachträglich in eine Kammer des Profils eingeschobenen Stahlrohr zur Verbesserung der Stabilität. Ab 1966 entstanden auch sogenannte Nur- oder Vollkunststoffprofile aus einem Hart-PVC.

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bauzeitliches vierflügeliges Blockzargenfenster mit in den Ladenfalz eingestelltem Vorfenster, Oberes Schloss Öpfingen (D) 1695 a Ansicht von außen b Ansicht von innen c Sprossenkreuz mit Bleirosette d Horizontalschnitt e Vertikalschnitt schematischer Schnitt: Ein einfach verglastes Fenster wird durch einen aufgesetzten Flügel zum Doppelglasfenster. verbesserte Dichtigkeit von Fenstern durch a Schrägfalz b Quetschfalz c Wolfsrachen d S-Falz Quetschfalz mit Messingblech im Rahmenholz und Feststeller im unteren Flügelrahmenholz schematischer Schnitt durch ein DreifachVerbundfenster

Heute werden Kunststofffenster überwiegend industriell oder in spezialisierten Fertigungsbetrieben hergestellt und als fertiges Bauteil vom Fensterbauer, Schreiner oder Glaser nur noch montiert. Es gibt unterschiedliche Ausführungsvarianten, z. B. Kunststoff-Verbundfenster und Materialkombinationen wie Kunststoff-Aluminium oder Kunststoff-Holz. Pflege und Nachhaltigkeit Leichte Verschmutzungen sind bei Kunststoffen in der Regel kein Problem. Selbst Ölflecken oder Spuren anderer fetthaltiger Substanzen lassen sich mit warmem Wasser und etwas Spülmittel beseitigen. Aber auch Kunststofffenster müssen regelmäßig gewartet und gereinigt werden, ebenso die eventuell vorhandenen äußeren Aluminiumverkleidungen. Wenn der Kunststoff nach Jahren schmutzig oder nach-

Bauzeitliche Kunststofffenster im geschützten Bestand Kunststofffenster dominieren mittlerweile den europäischen Fenstermarkt. Trotzdem weisen sie Nachteile auf, die ihre Akzeptanz mindern: Sie verlieren bald ihre optischen Qualitäten wie Glanz und Glätte, besitzen weder haptischsinnliche Eigenschaften noch eine sympathische Alterung und entwickeln keine schützenswerte Patina. Kunststofffenster kommen gerne dann zum Einsatz, wenn die Kosten und ein pragmatischer Umgang mit dem Bauelement im Vordergrund stehen. Zudem hat die Diskussion, ob Kunststofffenster in Baudenkmälern verbaut werden dürfen, dem Image dieser Fenster geschadet. Es bleibt jedem Bauherrn unbenommen, sich im nicht geschützten Gebäudebestand und erst recht im Neubau für Kunststoff zu entscheiden. Dazu stehen anspruchsvolle Fenstermodelle zur Verfügung. Bei all den Baudenkmälern, die zur Zeit der Holzfenster erbaut wurden, können Kunststofffenster jedoch die Anforderungen an Materialgerechtigkeit, Form- und Werkgerechtigkeit nicht erfüllen. An dieser denkmalfachlich eindeutigen und denkmalrechtlich überprüften Einschätzung wird sich auch in Zukunft selbst bei weiteren formalen Anpassungen neuer Kunststoffmodelle nichts ändern. Angesichts endlicher Ressourcen, bedenklicher Begleiterscheinungen und Umweltproblemen ist nicht absehbar, wie lange der Einsatz und Gebrauch der heutigen Kunststoffvielfalt anhalten wird. Bauelemente aus Kunststoffen gehören bei zahllosen Bauwerken der letzten Jahrzehnte zum authentischen bauzeitlichen Bestand. Da auch diese Architekturgeneration

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Bemerkens- und Schützenswertes hervorgebracht hat, wird sich die Denkmalpflege schon recht bald mit der anspruchsvollen Herausforderung beschäftigen müssen, Konzepte für die Konservierung und Restaurierung von Fenstern, Platten, Dämm- und Dichtstoffen oder gar komplexen Fassadenkonstruktionen aus Kunststoffen zu entwickeln.

den Räumen und damit zu unhygienischen, unter Umständen gesundheitsgefährdenden Raumluftqualitäten. Sanierungen und Modernisierungen von Gebäuden sollen vor allem den Menschen dienen, die darin wohnen. Die zentrale Anforderung lautet, ein gesundes und komfortables Wohnen zu ermöglichen. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Raumluftqualität. Nach dem Einbau dichter Fenster muss je nach Nutzung eine ausreichende Luftwechselrate eingehalten werden. Da die in der Praxis zu beobachtende Lüftungsfrequenz jedoch meist deutlich unterschritten wird, empfiehlt sich in der Regel der Einbau einer kontrollierten Lüftung (siehe »Lüftung und Luftkonditionierung«, S. 198ff.). Neue und energetisch optimierte Bestandsfenster dämmen unter Umständen besser als das vorhandene Mauerwerk. Wenn aber Außenwände im Vergleich zu den Fenstern stärker auskühlen, kondensiert die Feuchtigkeit aufgrund hoher, angestauter Luftfeuchtigkeit an den kalten Wänden und bietet einen idealen Nährboden für Schimmelsporen, was schnell zu materiellen, ästhetischen und gesundheitlichen Schäden führen kann (siehe »Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung«, S. 64f.). Energieeffizienz lässt sich jedoch durchaus denkmalverträglich erreichen, ja sie fördert sogar das Baudenkmal, indem sie seinen Fortbestand und seine gesellschaftliche Akzeptanz sichert. Für den Gesamtbestand der Denkmäler scheinen die Anforderungen an ein energieeffizientes Bauen zunächst eine Bedrohung darzustellen, weil die entsprechenden gesetzlichen Regelwerke vorrangig auf Neubauten zugeschnitten sind. Würde man sie einfach übertragen, wären nachteilige Konsequenzen zu befürchten. Daher räumen Gesetze und Verordnungen den Baudenkmälern sinnvolle Spielräume ein: In begründeten Fällen genießt die Erhaltung der historischen Substanz und ihres Erscheinungsbilds Vorrang vor energetischen Sanierungseingriffen. Diese berechtigte Ausnahme für Baudenkmäler soll jedoch kein Freibrief sein, ökologische und ökonomische Notwendigkeiten zu verkennen. Sie ist vielmehr eine Aufforderung zu kreativen, denkmalschonenden Konzepten. Denn die Suche

nach energieeffizienten Verbesserungen für Fenster wird es geben, solange Häuser gebaut werden (siehe »Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis zur Neuzeit«, S. 12ff.).

Ertüchtigung – Bandbreite an Situationen Denkmalfenster und die Norm

Nicht selten wird vor dem Hintergrund der Diskussionen über Energieeinsparung und Klimawandel das Baudenkmal mit den ihm eingeräumten scheinbar unberechtigten Sonderkonditionen als Energieschleuder an den Pranger gestellt. Exemplarisch und im Sinne von »best practice« werden hier hingegen Lösungen vorgestellt, die zeigen, dass Baudenkmäler energetisch nicht der Norm »hinterherhecheln« müssen und dass sich mit intelligenten technischen Maßnahmen beispielhafte nachhaltige Lösungen erreichen lassen. So kann vor allem das Kastenfenster – energetisch verbessert durch Dichtungslippen und das Einsetzen von Isoliergläsern – als zweischalige Konstruktion hervorragende Funktionswerte vorweisen. Auch bei Verbundfenstern und isolierverglasten Konstruktionen in jüngeren Baudenkmälern lehren die langjährigen Erfahrungen aus der Fensterrestaurierung: Der Erhalt dieser Fenster ist ohne energetische Abstriche möglich und erfolgreich umsetzbar. Ungeachtet aller Diskussionen um die Themen Klima- und Umweltschutz, Ressourcen und Nachhaltigkeit sind bei der sehr komplexen Diskussion um Energieeffizienz an Gebäuden und auch an Baudenkmälern weitere wichtige Aspekte zu beachten. Die aktuellen gesetzlichen Vorschriften fordern im Neubau und im Bestand ein sehr dichtes Fenster. Dichte Fenster zur Energieeinsparung einzubauen, ist im Neubau einfach und günstig und im Baubestand genauso möglich – obgleich mit höheren Kosten verbunden. Luftdichte Fenster in Verbindung mit ungenügender Lüftung führen jedoch zu hohen Schadstoffkonzentrationen in

Bei intelligenten, vor allem ökologisch intelligenten Modellen und Konzepten steht die Prüfung aller Möglichkeiten zur Bestandserhaltung, Pflege und Verbesserung stets an erster Stelle. Unter Berücksichtigung der genannten Aspekte ist die Bestandserhaltung von Fenstern häufig sinnvoller als der Austausch und die Neuanfertigung. Allein der Mehrverbrauch an Energie und Rohstoffen bedingt, dass sich eine Fensterneuanfertigung über einen langen Zeitraum nachteilig auf die Gesamtökobilanz der Maßnahme auswirkt (siehe »Lebenszyklusbetrachtung zu Fenster und Außentür«, S. 208ff.). In den seltensten Fällen ist es ökologisch sinnvoll, ein intaktes Bauteil auszutauschen, vor allem dann, wenn sich dieses Bauteil mit einfachen und bewährten Maßnahmen, die nachfolgend vorgestellat werden, nachhaltig energetisch optimieren lässt. Sanierung und Instandsetzung

Für die von der Sonne verwöhnten und an hohe zivilisationstechnische Standards gewöhnten Römer gehörten verglaste Fensteröffnungen zumindest in den Thermen und Badeanlagen zur Grundausstattung. Während ihres Aufent-

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a Bestand neu angefertigtes Vorfenster c

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halts im kalten Germanien merkten sie sehr bald, dass ein verglastes Fenster gut, zwei hintereinander gestellte Fenster, ein Kastenfenster, jedoch eine noch um ein Vielfaches bessere Lösung ist. Diese bautechnischen Errungenschaften gingen mit dem Untergang des Römischen Reichs verloren. Vergleichbare Baustandards wurden hierzulande erst im frühen 19. Jahrhundert wieder erreicht, wie das Beispiel einer 1837 in Wien erlassenen amtlichen Verordnung, die das Verdoppeln der Fenster durch Vorfenster amtlich vorschrieb, dokumentiert.

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energetische Verbesserung durch zusätzliches Innenfenster, material- und konstruktionsgleich zum Bestand (Einfachverglasung) zusätzliches Innenfenster in zeitgemäßer Ausführung (Einfachverglasung), Schloss Köngen (D) a Ansicht b Horizontalschnitt c Vertikalschnitt zusätzliches Vorfenster zur energetischen Verbesserung und zum Schutz des historischen Fensters (Einfachverglasung), Pflegeanstalt Illenau, Achern (D) Vakuumisolierglas im Bestandsfenster (Einfachverglasung) Möglichkeiten der wärmetechnischen Verbesserung einfach verglaster Fenster: mit Zusatzflügel (alternativ innen oder außen), mit Einfachscheibe oder dünnem Sonderisolierglas energetische Verbesserung durch Einbau von Isolierglas im äußeren Fenster (Kastenfenster) Einbau von Isolierglas und Dichtung im Innenfenster (Kastenfenster)

Lange Zeit war die Bauforschung der Meinung, dass die Diskussion über mögliche Verbesserung der Funktionalität von Fensterverschlüssen hierzulande erst in jüngerer Zeit zum Tragen kam. Mittlerweile ist aus schriftlichen Quellen bekannt, dass man die Vorzüge von Vor- und Winterfenstern schon viel früher entdeckte. Im Zuge der Bauarbeiten an der fürstbischöflichen Residenz in Würzburg berichtet Balthasar Neumann seinem Bauherrn Friedrich Karl von Schönborn am 9. Juli 1730 nach Wien, »daß er äußere Winterfenster ›nach der Wiener arth‹ machen läßt« [9]. In den Haus- und Inventarbüchern der ehemaligen Reichsstadt Rottweil am oberen Neckar ist zu lesen, dass dort Winter- oder Vorfenster ab der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts an den Stadthäusern Standard waren. Bereits um 1720 wurden alle Pfarrhöfe im Landkreis Rottweil mit Vorfenstern ausgestattet. Das älteste Archivale geht ins ausgehende 16. Jahrhundert zurück: Bereits 1591 wurden Burschen für das Einsetzen der Winterfenster im Rathaus mit einem Essen belohnt. Der älteste, bis in die frühen 1990er-Jahren noch vor Ort vorhandene Vorfensterbestand am Oberen Schloss in Öpfingen ist heute leider verloren. Hier wurden bereits zur Bauzeit 1695 Vorfenster in den Ladenfalz eingestellt, die in Bauart und Gliederung weitgehend mit den Permanentfenstern übereinstimmten (Abb. B 4.45, S. 160). Über drei Jahrhunderte waren Vor- oder Win-

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terfenster die einzige Variante für eine wärmetechnische Verbesserung. Hieraus entwickelte sich das Kastenfenster mit vielen Varianten und in der Folge dann die bereits vorgestellten Verbund-, Panzer- und Isolierglasfenster. Am Markt durchgesetzt hat sich ab den 1970erJahren das Mehrscheiben-Isolierglas (siehe »Fenstermaterialien«, S. 157ff.). Wegen der ständig steigenden Anforderungen im Bereich Klimaschutz und damit an die Wärmekoeffizienten für Fenster erfolgt der Austausch und Einbau neuer Fenster mit jeweils aktualisierten Funktionswerten in immer kürzeren Abständen. Da dies jedoch bei Baudenkmälern nicht so einfach möglich ist, wird vonseiten der Denkmalpflege immer zuerst die Erfassung, Prüfung und Bewertung des Bestands gefordert. Ältere oder gar bauzeitliche Fenster weisen häufig sehr gute materielle, konstruktive und formalästhetische Details auf, sodass es oft nur einen Grund für den Austausch der Fenster gibt: ihre nicht zeitgemäßen Funktionswerte. Die Praxis in der Baudenkmalpflege in den letzten Jahrzehnten hat jedoch gezeigt, dass nahezu jedes historische Fenster so verbessert werden kann, dass es zufriedenstellende Funktionswerte erreicht. Aufbauend auf bewährten Konstruktionen, Varianten zur Energieoptimierung und dem Einsatz innovativer Produkte und Verfahren können historische, geschützte und auch alle anderen solide gefertigten Holz-,

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Holz-Aluminium- und Metallfenster unabhängig von Alter, Konstruktion und verwendetem Material den gesetzlichen Anforderungen, der Gebrauchstüchtigkeit und der Nutzererwartung angepasst werden (Abb. B 4.46 und B 4.49, S. 161). Zielführend im Sinne der energetischen Verbesserung von bestehenden Fenstern sind alle nachfolgend vorgestellten Konzepte. Bei der Wahl der auszuführenden Variante sind unterschiedliche Gesichtspunkte abzuwägen, u. a. Gestaltung, Praktikabilität, Denkmalpflege, Nutzerverhalten und Kosten. Einfachverglasungen

Einfach verglaste Fenster sind im europäischen Ausland heute noch weitverbreitet. In Deutschland ist ihre Zahl im Vergleich hingegen gering, umfasst jedoch hochgerechnet immerhin noch rund 25 Millionen. Sie befinden sich hier häufig in Baudenkmälern und werden wegen ihrer ungenügenden Dämmwerte regelmäßig zur Disposition gestellt. Eine bewährte und lange praktizierte Verbesserung ist der Einbau zusätzlicher Innen- oder Vorfenster (Abb. B 4.50 – B 4.52). Die Ergänzung einfach verglaster Fenster zu Kastenfenstern führt zu hervorragenden Funktionswerten bezüglich Wärme- und Schallschutz. Abhängig von der gewählten Ausführung können Niedrigenergiestandards erreicht werden. Denkmalpfleger und Restauratoren bevorzugen additive und substituierende Lösungen, weil dadurch die schützenswerten

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historischen Bauelemente unverändert erhalten und geschont werden. Sofern nutzungsspezifische oder architektonische Gründe gegen eine solche Ausführung sprechen, gibt es als bewährte Alternative die seit Jahrzehnten praktizierte Möglichkeit, Fenster mit einem Verbundflügel innen oder außen aufzudoppeln (Abb. B 4.54). Diese Lösung ist ohne irreversible Eingriffe in den Bestand möglich. Erhaltenswerte, einfach verglaste Fenster werden dabei mit einem zusätzlichen Aufsatzflügel ausgestattet, der vergleichbar zu einem Verbundfenster mit Spezialbändern angeschlagen wird. So kann der Ug-Wert einfach verglaster Fenster von 5,6 auf bis zu 0,8 W/m2K verbessert werden. Bei einer innenseitigen Aufdoppelung ist jedoch abhängig von Innenund Außenklima selbst mit einem zusätzlichen Dichtungsprofil die Kondensatbildung im Scheibenzwischenraum nicht völlig auszuschließen. Verhindern lässt sich Kondensat hingegen bei einer außenseitigen und leicht hinterlüfteten Montage des Aufsatzflügels. Dies geht aus der Auswertung einer Messreihe des Wärmedurchgangskoeffizienten k in Abhängigkeit von der Spaltbreite der Lüftungsfuge hervor, die im Abschlussbericht des Instituts für Fenstertechnik Rosenheim (ift) vom Juli 1981 publiziert ist: »Bei einer Spaltbreite bis 3 mm wurde eine Beeinträchtigung bis Δk = 0,1 W/m2K festgestellt, so dass für diesen Bereich die Minderung als unwesentlich betrachtet werden kann …« [10].

10

Je nach Erfordernis (Einbausituation, formale und gestalterische Vorgaben) werden die Zusatzflügel innen oder außen in der Regel aus Holz, aber auch aus Metall- oder Aluminiumprofilen gefertigt. Die Möglichkeiten der eingesetzten Verglasung beim neuen Verbundflügel sind sehr vielfältig und reichen von Einfachscheiben über pyrolytisch beschichtete Einfachscheiben bis zu Isolierglasscheiben mit ergänzenden Sonderfunktionen wie Sonnenschutz oder Sicherheitstechnik. Dennoch sind aus architektonischen und nutzungsspezifischen Gründen gelegentlich Eingriffe in den historischen Fensterbestand nicht zu vermeiden bzw. manchmal sogar sinnvoll. Vor allem dann, wenn das historische Bauteil zusammen mit der Innenraumarchitektur eine materielle, konstruktive und ästhetische qualitätvolle Einheit bildet, kann der Austausch der bauzeitlichen Fenstergläser zugunsten eines neuen Sonderisolierglases das kleinere Übel darstellen. Am Markt erhältlich sind heute Sonderisoliergläser ab einer Stärke von nur 8 mm. Schon ein relativ dünnes Glas mit 17 mm bietet bereits einen Ug-Wert von 0,9 W/m2K. Solche Sonderisoliergläser können problemlos in historische Fenster eingebaut werden. Bei Verwendung von Weißglas und nachbehandelten Gläsern mit Wellen, Schlieren und Blasen bleibt der Austausch optisch unauffällig. Eine ganz neue Dimension wird mit der Marktreife von Vakuumisoliergläsern (VIG; siehe »Vakuumverglasungen«, S. 94f.) erreicht.

0 B 4.55

10 B 4.56

163

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

B 4.57 B 4.58

B 4.59 B 4.60 a B 4.61 B 4.62 B 4.63 B 4.64

0

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b B 4.57

B 4.58

Diese Scheiben könnten sich zur idealen Verglasung für energetisch verbesserte Bestandsfenster entwickeln (Abb. B 4.53, S. 163) [11]. Kostengünstig und reversibel sind einfach verglaste Fenster nach dem Prinzip des Panzerfensters energetisch zu verbessern, allerdings unter Inkaufnahme der mit dieser Konstruktion verbundenen Nachteile (siehe »Panzerfenster«, S. 152f.). Zusätzliche Scheiben lassen sich innen oder außen aufkleben bzw. in einem gefrästen Falz oder kraftschlüssig mit Winkeln befestigen. Diese Lösungen werden häufig als temporäre Notmaßnahmen praktiziert und sind auch mit geringer Fachkenntnis kostengünstig anwendbar.

zwangsläufige Verlust der Originalgläser wird dabei durch den Erhalt der kompletten Konstruktion des Kastenfensters wieder ausgeglichen. Das historische Bauteil bleibt durch diese Maßnahme weitgehend unverändert und behält seine materielle, konstruktive und ästhetische Qualität. Durch den Einbau von Sonderisoliergläsern und Dichtungslippen ist nahezu Niedrigenergiestandard möglich. Als größerer Eingriff, gelegentlich die Ultima Ratio zur Abwendung des kompletten Verlusts des Kastenfensters, ist auch der Rückbau und vollständige Neubau des inneren Fensters denkbar. Auf diese Weise lässt sich jeder vergleichbare Energiewert von Neubauten erreichen, während das äußere historische Erscheinungsbild des Gebäudes erhalten bleibt. Das gewählte System und der Umfang der Maßnahmen sind auf das bauphysikalische Gesamtkonzept abzustimmen.

Historische Kastenfenster

Kastenfenster sind per se gute Wärme- und Schallschutzfenster. Energetisch werden durch die Mehrschaligkeit hervorragende Funktionswerte erreicht. Dies gilt z. B. in Deutschland für rund 70 Millionen historische Kastenfenster, deren Dämmfähigkeit jedoch durch bewährte Maßnahmen so weit optimiert werden kann, dass sie sich selbst bei Baudenkmälern im Bereich von Niedrigenergiestandards bewegt. Eine solche Optimierung lässt sich mit vertretbaren Eingriffen in den historischen Bestand wie Einziehen von Dichtungslippen oder den Austausch der inneren oder äußeren Verglasung zugunsten denkmalverträglicher Sonderisoliergläser erreichen (Abb. B 4.55 und B 4.56, S. 163, Abb. B 4.57). Der beim Austausch

Verbundfenster

Generell gibt es heute eine große Akzeptanz von Verbundfenstern und ihrem Erhalt, da diese bereits viele Jahrzehnte erfolgreich genutzt wurden und Möglichkeiten der funktionstechnischen Optimierung in sich bergen, die den heutigen Anforderungen mehr als gerecht werden. Verbesserungen der Abdichtungen durch den Einbau einer Dichtungsebene wurden bei Verbundfenstern bereits im frühen 20. Jahrhundert vorgenommen. Diese bestanden damals aus einem von Metallprofi-

Flachkastenfenster mit Isolierglas in der inneren Ebene, Neues Schloss, Stuttgart (D) Rathaus, Schramberg (D) a Bestand b Einsetzen eines neuen Flügels mit Isolierglas und Dichtung innen (Verbundfenster) Ersetzen beider Scheiben durch ein DreifachIsolierglas (Verbundfenster) Einsetzen eines neuen Isolierglases innen (Panzerfenster) raumseitige Aufdoppelung (Panzerfenster) Einsetzen eines neuen Isolierglases innen mit Aufsatzleisten (Panzerfenster) Scheibentausch mit einem Isolierglas mit niedrigerem U-Wert (Isolierglasfenster) energetische Verbesserung eines Stahlfensters durch Einsetzen eines neuen Innenfensters mit gekoppelten Lüftungsflügeln raumseitig (Isolierglasfenster)

len gehaltenen Hanfstreifen. Bei nutzungsbedingtem Verschleiß erfolgt der Ersatz heute durch Dichtungen aus elastischen Kunststoffen und Silikonen. Derzeit werden Verbund- oder Doppelglasfenster durch den Einbau von ein oder zwei Dichtungsebenen sowie den Ersatz der Einfachverglasungen durch Isoliergläser wärmetechnisch verbessert (Abb. B 4.58). In Abhängigkeit von architektonischen, denkmalpflegerischen und bauphysikalischen Anforderungen können die neuen Isoliergläser in die innere und/oder die äußere Glasebene eingesetzt werden, genauso ist der Einbau einer Dreifachverglasung möglich (Abb. B 4.59). Zu beachten sind auch hier etwaige Kondensatprobleme. Beim Einbau des Isolierglases in die innere Ebene ist auf eine verbesserte Dichtigkeit zwischen den Flügeln zu achten und der Scheibenzwischenraum muss wie bei modernen Verbundfensterkonstruktionen von außen belüftet werden. Eine Kondensatbildung im Scheibenzwischenraum ist ausgeschlossen, wenn das Isolierglas in die äußere Ebene eingesetzt bzw. wenn eine Dreifachverglasung verwendet wird. Panzerfenster

Sollte bei einer Gebäudesanierung der Wärmedämmwert historischer Panzerfenster nicht ausreichen, lässt er sich durch verschiedene Maßnahmen so weit verbessern, dass heutige Anforderungen erfüllt werden. Eine Verbesserung der Wärme- und Schalldämmwerte dieses Fenstertyps sind mit minimalen Eingriffen in den Bestand möglich, z. B. durch den Einbau eines pyrolytisch beschichteten Glases oder eines dünnen Sonderisolierglases in die raumseitige und/oder außenseitige Glasebene sowie durch das Einziehen von Dichtungslippen bei den Lüftungsflügeln (Abb. B 4.60 – B 4.62). Isolierglasfenster

0

0

10 B 4.59

164

10 B 4.60

Eine Folge der Ölkrisen, Energieknappheit und Klimaschutzdiskussionen ist die kontinuierliche Verbesserung der Ug-Werte von Verglasungen. Heute verwendet man zunehmend mehr Dreifach-Isolierverglasungen mit einem Ug-Wert

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

B 4.61

von 0,7 W/m2K oder besser. Viele Baudenkmäler aus den 1960er- bis 1980er-Jahren, die aktuell inventarisiert werden, sind mit den damals gebräuchlichen Thermopanescheiben (Zweischeibenisolierglas) ausgestattet. Ein Problem dieser älteren Isolierverglasungen ist, dass sie aus zwei normalen, unbehandelten Scheiben und einem mit Luft gefüllten Scheibenzwischenraum hergestellt wurden. Bei ihrer energetischen Betrachtung ist daher ein Ug-Wert von nur ca. 3,0 W/m2K anzusetzen. Die immer noch geringe Wertschätzung solcher »jungen« Isolierglasfenster führt daher viel zu oft zu ihrem vollständigen Verlust, sodass heute in deutlich älteren Baudenkmälern wesentlich mehr historische und origi-

nale Verglasungen zu finden sind als originale Thermopanescheiben in Fenstern der 1960erbis 1980er-Jahre. Meist werden zugunsten der Fenstererhaltung die bauzeitlichen Isoliergläser durch neue, bessere Gläser ersetzt (Abb. B 4.63). Im Prinzip lassen sich jedoch auch bauzeitliche Isolierglasfenster mit den bewährten additiven und substituierenden Methoden optimieren und zugleich die intakten originalen Scheiben erhalten. Theoretisch könnten dadurch Vieroder Fünffachverglasungen mit einem Ug-Werte von 0,4 W/m2K entstehen, allerdings ist der Lichteintrag dann entsprechend geringer. Diese Konzepte befinden sich jedoch hinsicht-

B 4.62

lich Akzeptanz und Vermittelbarkeit erst im Entwicklungsstadium (Abb. B 4.59, B 4.64 und B 4.65, S. 166). Im Ergebnis führen diese additiven Lösungen mit Innen- oder Vorfenstern zu nichts anderem als der auf dem historischen KastenfensterPrinzip beruhenden Glasdoppelfassade, wie sie heute im Hochbau gerne ausgeführt wird (siehe »Kastenfenster, Doppelfenster und ihre Varianten«, S. 149f.). Metallfenster

Schwieriger gestaltet sich die energetische Verbesserung bei Metallfenstern. Selbst wenn sich zusätzliche Glasebenen optisch wie technisch geschickt aufbringen lassen oder hoch-

0 B 4.63

10 B 4.64

165

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

klimatechnische Verbesserung Bestand

0

10 B 4.65

0

10

B 4.66

dämmende neue Gläser problemlos eingebaut werden können, müssen immer noch die materialbedingten Dämmschwächen der Metallkonstruktionen besiegt werden. Als denkmalverträgliches Konzept hat sich auch hier der Umbau zur Zweischaligkeit erwiesen (Abb. B 4.66 und B 4.67), wobei stets zwischen den Vor- und Nachteilen zusätzlicher Innen- oder Außenfenster abzuwägen ist. Eine neue Innenschale setzt fast immer undichte Bestandsfenster voraus oder verlangt nach dem Einbau einer möglichst unauffälligen Permanentlüftung am historischen Metallfenster. Vor allem im Winter darf die durch erhöhten Dampfdruck beheizter Räume verursachte Feuchtewanderung nach außen nicht behindert werden. Technisch und handwerklich einfach ist der Austausch der Einfachverglasung gegen eine dünne, 15 mm starke Sonderisolierverglasung mit einem Ug-Wert von 1,1 bzw. 17 mm starke Scheiben mit einem Ug-Wert von 0,9 sowie das Einbringen einer zusätzlichen Klebedichtung (Abb. B 4.68). Die Funktionswerte der bei Metallkonstruktionen häufig weitgehend in Glas aufgelösten Außenwände können dadurch deutlich verbessert werden. Allerdings ist bei den historischen Metallprofilen eine Wärmebrücke zu akzeptieren, die sich bei Neufertigung durch thermisch getrennte Profile vermeiden lässt. Dem Verlust der originalen Gläser steht als Gewinn die unveränderte Licht- und Raum-

166

B 4.67

wirkung gegenüber. Mit der deutlich verbesserten Wärmedämmung verschwindet die beim Verweilen in Fensternähe unbehagliche Kältestrahlung. Beim Einbau einer weiteren Glasebene können durchaus auch moderne neue Konstruktionen mit stumpf einschlagenden Flügeln, kantigen, profillosen aber maßlich reduzierten Hölzern, verdeckten Beschlägen und dreifacher Isolierverglasung zum Einsatz kommen (Abb. B 4.69). Eine weitere Innenfenstervariante könnte ein rahmenloses Glasschiebefenster sein. Beide Lösungen sind als moderne Fortschreibung historischer Fensterkonstruktionen zu verstehen, die hohen gestalterischen Ansprüchen gerecht werden und ein spannungsvolles Nebeneinander von hochwertigen historischen und zeitgemäßen Fensterdetails ergeben. Darüber hinaus sind weitere, sehr bestandsorientierte Ansätze möglich, z. B. eine raumseitig in den Flügelfalz eingesetzte Isolierglasscheibe (Abb. B 4.70). Abgesehen von wenigen Verschraubungen bedarf diese Maßnahme keinerlei Eingriffe in den Bestand. Die originale Einfachverglasung bleibt unverändert erhalten, das vorgesehene Ergänzungssystem ist reversibel. Sonderfenster

Um bleiverglaste Fenster möglichst filigran zu gestalten, werden diese häufig in Eisen gefertigt. Zur wärmetechnischen Verbesserung und

zum Schutz gegen Witterung und Beschädigungen von außen können sie außenseitig eine Aufdoppelung mit Wärmeschutzglas in schmalen Aluminiumrahmen erhalten (Abb. B 4.71). Auf Isolierglas kann, da diese Fenster häufig in Treppenhäusern oder sakralen Räumen eingebaut sind, meist verzichtet werden. Wichtiger ist, dass äußeres und inneres Erscheinungsbild sowie die Lichtwirkung der eindrucksvollen Verglasung weitgehend ungestört bewahrt werden. Vertikalschiebefenster wurden in aller Regel als einfach verglaste Fenster ohne Dichtungsebene gefertigt. Für heutige Anforderungen verfügen sie über unzureichende und in der Regel nicht akzeptierte Funktionswerte. Während die herkömmlichen Fenstersysteme mit Dreh-, Schwing-, Kipp- und Wendeflügel heute vergleichsweise einfach funktionstechnisch verbessert werden können, lassen sich die bei Reparatur und Restaurierung historischer Fenster bewährten Methoden jedoch nicht ohne Weiteres auf Vertikalschiebefenster übertragen. Ein zusätzliches Fenster innen oder außen scheidet aus nutzungsspezifischen Gesichtspunkten in aller Regel aus. Der Einbau von Mehrscheiben-Isolierglas oder ein Aufdoppeln des Flügels erhöhen das Gewicht der Schiebeflügel. Gegengewichte, Seilführungen und Befestigungssysteme müssten in der Folge aufwendig verstärkt werden. In intensiv genutzten Räumen wie Restaurants und Büros ist meist

Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal

eine funktionstechnische Verbesserung einfach verglaster Vertikalschiebefenster notwendig. Da Vertikalschiebefenster aber häufig in nicht intensiv genutzten Räumen wie Veranden, Loggien oder Wintergärten eingebaut sind, bleibt unter Berücksichtigung von denkmalpflegerischen Aspekten, Bauphysik, Baukosten und Konstruktion abzuwägen, ob der Bestand nicht unverändert bewahrt werden kann. Die Nutzung und mögliche Komfortnachteile sind in solchen Fällen entsprechend abzustimmen.

Resümee Erhalt und Ertüchtigung vorhandener Fenster – ob im gewöhnlichen Altbau oder im Baudenkmal – sind für jede Situation bedenkenswerte, ernst zu nehmende und meist sinnvolle Alternativen, zumal die Erwartung an Fenstererneuerung häufig enttäuscht wird. Neue Materialien und Produkte können oft weder qualitativ noch konstruktiv mit solide gefertigten Bestandsfenstern mithalten. Darüber hinaus werden die hohen Erwartungen an eine energetische Verbesserung durch Fensteraustausch oft nicht erfüllt, da der Wärmedurchgangskoeffizient der Fenster nur für einen geringen Teil des Energiehaushalts eines Gebäudes verantwortlich ist. Energieverluste sind jedoch ganz wesentlich vom Nutzerverhalten und dem richtigen Lüften abhängig. Grundlagen jeglicher Baumaßnahmen an Fenstern sind die Überprüfung der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit, der Sicherheit sowie die Berücksichtigung von nutzungsspezifischen, architektonischen und denkmalpflegerischen Anforderungen sowie von behördlichen Vorschriften. Daraus sollte ein technologisch einfaches, gestalterisch hochwertiges und ökologisch nachhaltiges Sanierungskonzept erwachsen. Generell gelten hier die restaurierungsethischen Ansätze: »Erhalten statt Erneuern« und »Beschränkung der Arbeiten auf das Notwendige«. Angesichts der Klimaschutzdiskussion und Forderungen zur Einhaltung von Energiestandards bei Baudenkmälern muss immer wieder die erwiesene Langlebigkeit denkmalgeschützter Fenster in die Waagschale geworfen werden. Die damit einhergehende Nachhaltigkeit darf nicht gegen graduell bessere Dämmwerte ausgespielt werden: Beide Aspekte sind zukunftsfähig, beide dienen dem Schutz unseres Klimas. Bauwerke und ihre Ausstattungen werden im Allgemeinen erhalten, so lange sie ihren Zweck erfüllen. Durch neue technische Anforderungen der Gesetzgeber und die sich ändernde Erwartungshaltung der Nutzer werden jedoch gerade ältere Fenster oft infrage gestellt. Neue Normen und das Nutzerverhalten berücksichtigen aber zumeist nicht, dass die Leistungsfähigkeit historischer Fenster bauzeitgebunden ist. Zur Sicherung ihres Fortbestands sind Funktionsverbesserungen und -anpassungen

vielfach unausweichlich. Notwendige Maßnahmen an Fenstern müssen jedoch formal, materiell und konstruktiv verträglich ausgeführt werden. Für den erhaltenswerten Baubestand, insbesondere für Baudenkmäler, gilt es, den Zeugniswert, Erinnerungswert oder Alterswert der bauzeitlichen Fensterelemente zu bewahren, unabhängig davon, ob diese in einem Gebäude aus dem 15. Jahrhundert oder aus den 1980er-Jahren auch in Zukunft erfolgreich ihren Dienst tun. Anmerkungen: [1] Denkmalschutz Informationen 1/2008 des Deutschen Nationalkomitees für Denkmalschutz, S. 5 [2] Fink, Franz: Der Bautischler oder Bauschreiner und Fein-Zimmermann. Praktisches Hand- und Hülfsbuch für Bautischler, Zimmerleute, Architekten, Fabrikanten und Bauhandwerker, sowie für Bauund Gewerbeschulen. Leipzig 1877 [3] Bei der Herstellung, Verarbeitung sowie dem Recycling von mit Bleiweiß gestrichenen Produkten besteht Vergiftungsgefahr. Seit 1989 ist die Verwendung eingeschränkt bzw. verboten. [4] Pressemitteilung des Bundesverbandes Flachglas, 26.03.2014 [5] wie Anm. 3 [6] wie Anm. 4 [7] ebd. [8] Schnitzlein, Georg: Wolfgang Seidel – ein bayerischer Benediktinerpater im 16. Jahrhundert. In: Kultur & Technik, 5. Jahrgang, Heft 1. München 1981, S. 57– 60 [9] Sedlmaier, Richard; Pfister, Rudolf: Die fürstbischöfliche Residenz zu Würzburg. München 1923, S. 174, Anm. 172 [10] Untersuchung an Verbundfenstern zur Verbesserung des Wärme- und Schallschutzes bei gleichzeitiger Sicherstellung der übrigen Funktionen, wie Tauwasserfreiheit usw. (Kurztitel: Verbundfenster). Maschinenschriftlicher Abschlussbericht, Juli 1981. Bearbeiter: Wolfgang Böttcher; Hans-Jürgen Hartmann, Josef Schmid; Institutsleiter: Erich Seifert; Institut für Fenstertechnik e. V. Rosenheim [11] Glaser, Siegfried u. a.: Abschlussbericht zum Verbund Vakuum-Isoliergläser (VIG). Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. – Forum Glastechnik, Frankfurt /Main 02 /2007

B 4.65 B 4.66 B 4.67 B 4.68 B 4.69

B 4.70 B 4.71

Aufdoppelung des Bestands (Isolierglasfenster) durch einen Aufsatzflügel außen zusätzliches Wärmeschutzglas innen 4 mm (Stahlfenster) Einsetzen eines zusätzlichen Innenfensters (Stahlfenster) Einbau eines Isolierglases und Aufdoppelung des Metallrahmens (Stahlfenster) Einsetzen einer Dichtung und einer zusätzlichen Scheibe (Stahlfenster) a Horizontalschnitt Bestand b zusätzliche Isolierglasscheibe c Vorsetzen einer Sonderisolierglasscheibe innen Einbau eines zusätzlichen Isolierglases in die Konstruktion (Stahlfenster) Schutz von wertvollen Bleiverglasungen durch einen Aufsatzflügel außen

B 4.68

a

b

c 0

10 B 4.69

0

10

B 4.70

B 4.71

167

Teil C

1

Passive Solarenergienutzung 170 Solarenergie – Standort und bauliche Orientierung 171 Solar- und Wärmestrahlung – sichtbares Licht 172 Isolierglas – strahlungstechnische Zusammenhänge 177 Bewegliche Elemente an Gebäudeöffnungen 180 Größe und Anordnung von Öffnungen 182 Tageslichtnutzung 186

2

Aktive Solarenergienutzung Prinzipien der aktiven Energiewandlung von Solarenergie Technologien für solare Bauelemente und Gestaltungspotenziale Effizienz und Wirtschaftlichkeit Aktive Solartechnik in Kombination mit Öffnungselementen

3

4

Abb. C

Grundlagen II

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster Lüftung und Luftkonditionierung Heizung Beleuchtung Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür Ökobilanzierung Ökobilanzdaten in der Planung Nutzung – Lebensdauer und Ökobilanz von Gebäuden Einfluss von Türen und Fenstern auf die Ökobilanz eines Gebäudes Umweltwirkungen und Fenstergröße

190 190 191 194 196

198 198 205 206

208 208 212 214 215 217

Doppelfassade mit motorisch öffenbaren Klappen zur natürlichen Belüftung, KfW-Westarkade, Frankfurt (D) 2010, Sauerbruch Hutton

169

Passive Solarenergienutzung

Polarzone gemäßigte Zone

Jan Cremers Markus Binder

Subtropen

nördlicher Wendekreis

Tropen Äquator

> 2200 > 1950 > 1700 > 1400 > 1100 < 1100

südlicher Wendekreis

kWh/m2a kWh/m2a kWh/m2a kWh/m2a kWh/m2a kWh/m2a

C 1.1

Im Gegensatz zur aktiven Solarenergienutzung oder Indirektnutzung der Solarenergie bezeichnet passive Solarenergienutzung (auch Direktnutzung der Solarenergie) die unmittelbare Nutzung der solaren Strahlung für verschiedene Zwecke in einem Gebäude. Vor allem wird die solare Energie – ohne weiteres Hilfsmittel als der Gebäudehülle selbst – zur Beheizung und Versorgung mit Tageslicht verwendet, wobei der sogenannte Treibhauseffekt eine maßgebliche Rolle spielt (siehe »Treibhauseffekt«, S. 173). Der optimale Umgang mit Solarenergie bedeutet aber nicht, durch Gebäudeöffnungen grundsätzlich möglichst viel solare Strahlung ins Gebäude eindringen zu lassen. Ziel ist es vielmehr, das solare Strahlungsangebot stets so bedarfsgerecht wie möglich zu nutzen, um über das ganze Jahr hinweg einen maximalen Anteil des Gebäudeenergiebedarfs direkt solar zu decken. Konkret geht es vorrangig um die Minimierung des Heizenergiebedarfs im Winter, des Kühlenergiebedarfs im Sommer (idealerweise kann dieser ganz vermieden werden) und des Kunstlichtbedarfs ganzjährig. Geeignete Maßnahmen sollten in der Folge zu einem minimierten Lüftungsaufwand führen. Da sich alle relevanten Randbedingungen über das Jahr gesehen sehr dynamisch verhalten (Schwankungen in der Nutzung, in den Außenklimabedingungen, im Solarstrahlungsangebot etc.), eignen sich für eine optimierte passive Solarenergienutzung insbesondere adaptive Lösungen. Starre Systeme hingegen sind immer KompromisslösunC 1.1 weltweite Verteilung der jährlichen Globalstrahlung auf die Horizontale C 1.2 Einstrahlung auf Flächen vertikal zur Strahlungsrichtung in Abhängigkeit vom Bewölkungsgrad des Himmels C 1.3 Sonnenbahndiagramm (50 ° NB) C 1.4 Prinzip der Projektionsdiagramme der Sonnenbahnen (Lesehilfe) C 1.5 Gesamtstrahlung [W/m2] auf verschieden orientierte Wandflächen (O, S, W) an Sonnentagen zu verschiedenen Jahreszeiten in Deutschland a Sommer b Frühjahr/Herbst c Winter C 1.6 Einstrahlung [W/m2d] auf Südflächen unterschiedlicher Neigung in Deutschland C 1.7 Einstrahlung [W/m2d] auf vertikale Flächen unterschiedlicher Himmelsrichtung in Deutschland

gen. Je nach Ausprägung der Gebäudehülle und Jahreszeit spielt ein effizienter Sonnenschutz eine entscheidende Rolle, denn er hat von allen Einzelkomponenten der Gebäudeöffnung bei den zurzeit üblichen Glasqualitäten den größten Einfluss auf Energiebilanz und Raumkomfort. Die Gebäudeöffnung beeinflusst die Energiebilanz eines Gebäudes entscheidend. Auf der einen Seite kommt es in diesen Bereichen zu Wärmeenergieverlusten über Transmission und Luftaustausch beispielsweise durch Lüftung und Undichtigkeiten. Demgegenüber stehen zum Teil erhebliche Gewinne, größtenteils aus dem Eintrag von Solarenergie, im Sommer zudem durch Transmissions- und Lüftungswärme. Die Auseinandersetzung mit dem Standort und den baulichen Gegebenheiten ist eine entscheidende Grundlage für eine sinnvolle Planung von Gebäudeöffnungen und damit die Voraussetzung für eine optimale passive Solarenergienutzung. Im Folgenden werden weitere Kenngrößen und Randbedingungen erläutert, die für das Gebäude und die Gebäudeöffnungen zu berücksichtigen und aufeinander abzustimmen sind. Der Zusammenhang und die Wechselwirkung zwischen Öffnung und Einflussfaktoren des Gebäudes (z. B. dessen thermisch wirksame Masse oder die Raumtiefe) stehen hier im Mittelpunkt, denn für die Optimierung der passiven Solarenergienutzung darf sich die Betrachtung keinesfalls nur auf die Öffnungen in der Hülle beschränken.

teilweise bewölkt

Sonne als gelbe Scheibe

Sonne als weiße Scheibe

nur Sonnenumriss erkennbar

dunkel und wolkig

1000 W/m2 1000 W/m2

500 W/m2

450 W/m2

300 W/m2

200 W/m2

100 W/m2

10 %

30 %

50 %

70 %

100 %

100 %

Bewölkungsgrad des Himmels

klar

Einstrahlung Anteil diffuser Strahlung [%]

bedeckt

50 %

C 1.2

170

11 h

13 h

Ju

ni

60

ai M

10 h

li

50

ril

Au

Ap

9h

14 h

Ju

z

Mär

8h 7h

t. 17 h

Okt.

Jan.

6h

16 h

Sep

Febr.

25

15 h

g.

18 h

Nov.

5h

19 h

Dez.

10 90

Nordost

45

Ost

Südost

0

45

90

Süd

Südwest

West

Nordwest C 1.3

O

Leistung [W/m2]

Sommer S

O

800 600 400 200 4

6

8

10

12

14

16

18 20 Uhrzeit

16

18 20 Uhrzeit C 1.5

W a

C 1.4

Winter

Frühjahr / Herbst O

Leistung [W/m2]

S

800

W

600 400 200 0

W S

0 N

4

6

8

10

12

14

16

600 O

400

W

200 0

4

6

8

10

12

14

c

0

4000

60 3000

5000

tale

30

4000

izon

5000

Hor

b

S

800

18 20 Uhrzeit

Einstrahlung [Wh/m2d]

3000

2000

1000

1000

0

J

A S O Sommer

N

D J Winter

F

M

A M J Sommer C 1.6

0

N

/S

W S

2000

O/ NO W /N W

90

SO

Das passive Nutzungspotenzial der Solarenergie ist selbst in Deutschland mit »nur« 950 –1150 kWh pro Jahr und m2 Horizontalfläche bei durchschnittlich 1400 – 2000 jährlichen Sonnenstunden (davon ca. 380 in der Heizperiode vom 1. Oktober bis 31. April) verhältnismäßig groß. Global sind diese Energiemengen zum Teil jedoch deutlich größer, wie Abb. C 1.1 zeigt. Die solare Strahlung hat eine Leistung von bis zu 1000 W/m2 auf horizontale Flächen und bis zu 800 W/m2 auf vertikale Fassaden. Selbst bei stark bedecktem Himmel sind es auf Flächen vertikal zur Strahlungsrichtung immer noch ca. 100 W/m2 (Abb. C 1.2). Im Hinblick auf das Nutzungspotenzial für eine konkrete bauliche Planung sind weiterhin folgende geometrische Zusammenhänge zu beachten: Aus dem über das Jahr wechselnden Lauf der Sonne, den die geografische Breite des Standorts bestimmt (Abb. C 1.3 und C 1.4), ergeben sich stark variierende Einstrahlungsleistungen und -energiemengen für verschieden orientierte Flächen (Abb. C 1.5 – 1.7). Je nach Jahreszeit hat das z. B. für Gebäudeöffnungen in einer Südfassade sehr unterschiedliche Solarenergieeinträge zur Folge, wie Abb. C 1.9 zeigt. Für einige Planungsentscheidungen, z. B. für die geometrische Auslegung von Sonnenschutz- oder Lichtlenksystemen, spielt es außerdem eine Rolle, ob es sich um gerichtete direkte Solarstrahlung handelt, die Schlagschatten wirft, oder um ungerichtete diffuse Solarstrahlung. Hier variieren die jeweiligen Strahlungsanteile abhängig von Witterung und Standort stark (Abb. C 1.2 und C 1.8, S. 172). Dieses Thema ist auch bei der Standortwahl für aktive Solarsysteme von großer Bedeutung (siehe »Aktive Solarenergienutzung«, S. 190 ff.).

12 h

Leistung [W/m2]

Die wirkungsvollste Stellschraube in der Hand von Planer und Bauherr zur Minimierung es Primärenergiebedarfs eines Gebäudes ist die Optimierung seiner passiven Solarenergienutzung – was sich im Betrieb meist auch in wirtschaftlicher Hinsicht auszahlt. Sind die Voraussetzungen für ihre Nutzung gegeben, ist Solarenergie eine (verbrauchsbezogen) kostenlose Ressource. Die auf diese Weise in Bauwerken bereitgestellte Nutzenergie hatte weltweit jahrhundertelang den größten Anteil verglichen mit anderen Energiequellen wie z. B. Brennstoffen. Einen Großteil der Menschheitsgeschichte war sie alternativlos und hat daher zu ortsspezifischen Kenntnissen und entsprechend angepassten Bauweisen geführt (Orientierung, Öffnungsgrößen, Dachüberstände), die erst in der jüngeren Vergangenheit und besonders in den Industrienationen durch vermeintlich unbegrenzte Energieressourcen – zuerst fossile Energieträger wie Kohle, Öl und Gas, später zusätzlich Atomkraft – vorübergehend in den Hintergrund getreten sind.

Einstrahlung [ Wh/m2d]

Solarenergie – Standort und bauliche Orientierung

solarer Einfallwinkel [°]

Passive Solarenergienutzung

J

A S O Sommer

N

D J F Winter

M

A M J Sommer C 1.7

171

Passive Solareergienutzung

[kWh/m2]

Globalstrahlung/Jahr (Energie)

März /Sept.

Juni

Dez.

5

4 direkte Strahlung 3

2 diffuse Strahlung 63°

1

40° Süd

17° Süd

Süd

0 J F M Winter

A

M

J J A Sommer

S

O

N D Winter C 1.8

Solar- und Wärmestrahlung – sichtbares Licht Materie emittiert grundsätzlich elektromagnetische Strahlung mit einem für ihre Eigentemperatur spezifischen Spektrum (siehe »Wärmestrahlung und Emissivität«, S. 52). Auch von der Sonne mit einer Oberflächentemperatur von rund 5800 Kelvin [K] geht solche Strahlung mit einer für diese sehr hohe Temperatur spezifischen spektralen Intensitätsverteilung aus [1]. Bei sichtbarem Licht handelt es sich physikalisch gesehen um elektromagnetische Strahlung im für das menschliche Auge wahrnehmbaren Frequenzbereich mit Wellenlängen zwischen ca. 380 und 780 Nanometern [nm]. Hier finden sich alle Spektralfarben des Tageslichts von Violett, Blau, Grün, Gelb und Orange bis Rot. Die Summe der einzelnen Frequenzen in der typischen Intensitätsverteilung der solaren Strahlung wird im sichtbaren Bereich als (neutrales) weißes Licht wahrgenommen. Abhängig von örtlichen Gegebenheiten und mit saisonalen und tagesrhythmischen Schwankungen dämpft bzw. filtert beispielsweise die Atmosphäre einzelne Strahlungsanteile auf dem Weg zur Erde. Die Strahlen, die die Erdoberfläche erreichen, können über das sogenannte solare Spektrum beschrieben werden (Abb. C 1.12, gelbe Kurve). Ihre Wellenlängen liegen zwischen ca. 300 und 3500 nm, d. h., das solare Spektrum enthält Anteile jenseits des sichtbaren Lichts, sowohl im kurzwelligen Bereich, der

wird blockiert

solare Einstrahlung kurzwellig (λmax = 0,5 µm) wird durchgelassen

Absorption Erwärmung

Materialeigenschaften transparenter Werkstoffe: Transmission, Reflexion, Absorption

Im bauphysikalischen Sinn bedeutet Transparenz grundsätzlich Strahlungsdurchlässigkeit. Sie kann auch außerhalb des sichtbaren Lichts gegeben sein, z. B. für Wärmestrahlung. Die auf Bauteile auftreffende Strahlung wird je nach deren Materialeigenschaften in den verschiedenen Frequenzbereichen in unterschiedlichem Maße transmittiert (τ), absorbiert (α) oder reflektiert (ρ), wobei nach dem Energieerhaltungssatz die Summe dieser Effekte pro Frequenz 100 % ergeben muss (Abb. C 1.11 und B 1.5, S. 52): τ + α + ρ = 1 (bzw. 100 %)

Verschiedene strahlungsdurchlässige Werkstoffe unterscheiden sich deutlich in ihren lichtAbstrahlung und wärmestrahlungstechnischen Eigenschaflangwellig (λmax = 10 µm) ten, d. h. hinsichtlich ihres frequenzbezogenen Transmissions-, Reflexions- und Absorptionsvermögens. Diese Eigenschaften lassen sich durch Modifikationen der Werkstoffstruktur, durch Oberflächenbehandlungen (z. B. Nanostrukturierung) und durch diverse BeschichC 1.10

172

C 1.9

als Ultraviolett (UV) bezeichnet wird, als auch im langwelligen Bereich, dem Infrarot (IR). Das solare nahe Infrarot (auch solare Wärmestrahlung) darf nicht mit der langwelligen Wärmestrahlung verwechselt werden, die von Materie mit üblichen Außen- oder Innentemperaturen von Bauteilen (z. B. bei Raumtemperatur) emittiert wird und eine wesentlich geringere Intensität hat. Diese auch thermische Strahlung genannte Wärmestrahlung liegt in einem wesentlich längerwelligeren Frequenzbereich (ca. 2– 50 μm, Maximum bei ca. 10 μm, 1 μm = 1000 nm), und somit deutlich weiter entfernt vom sichtbaren Licht. Sie heißt daher fernes Infrarot (Abb. C 1.12, rote Kurve). Die Strahlungsintensität und damit die durch die solare Strahlung transportierte Energie (entsprechend der Fläche unter der gelben Kurve in Abb. C 1.12) verteilt sich in etwa wie folgt: • ca. 5 % UV-Strahlung • ca. 45 % im sichtbaren Spektralbereich • ca. 50 % IR-Strahlung (solares Infrarot, auch solare Wärmestrahlung)

tungstechnologien beeinflussen: Beispielsweise kann die frequenzspezifische Transmission bzw. Reflexion (zur Optimierung der Selektivität, der Farbneutralität oder der Emissivität) oder die winkelabhängige Reflexion (zur Maximierung der Transmission, auch bei schrägem Lichteinfall) eingestellt werden. Abb. C 1.13 a (S. 174) zeigt vergleichende Kurven zur solaren Transmission gängiger Materialien, die im Bereich von Gebäudeöffnungen eingesetzt werden. Durch das heterogene, frequenzabhängige Transmittieren bzw. Reflektieren von sichtbarem Licht erscheinen Materialien, auch lichtdurchlässige, für unser Auge in verschiedenen Farben (vom kurzwelligen Violett bei 380 nm über Blau, Grün, Gelb und Orange bis zum langwelligen Rot bei 780 nm). Das menschliche Auge hat sich im Laufe der Evolution so entwickelt, dass es die Intensitätsverteilung der solaren Strahlung im sichtbaren Bereich in der Summe als neutrales, weißes Licht wahrnimmt. Reflexions-, Transmissions- und Absorptionseigenschaften werden meist in Bezug auf den sichtbaren Teil des Lichts oder auf das ganze Solarspektrum angegeben, für die Transmission z. B. als TL (»L« für engl. »light«, auch als τvis bezeichnet) oder Te (»e« für engl. »energy«, auch als τsol bezeichnet). In besonderen Fällen betrachtet man weitere Frequenzbereiche gesondert, z. B. den Bereich der fotosynthetisch aktiven Strahlung (Photosynthetically Active Radiation – PAR), der für das Pflanzenwachstum von Bedeutung ist, den Bereich der ultravioletten Strahlung (UV, z. B. bei Schwimmbädern) oder das nahe (solare) und ferne Infrarot (Wärmestrahlung) für die energetische Optimierung von Gebäudehüllen. Die licht- und wärmestrahlungstechnischen Eigenschaften sind winkelabhängig und je nach Material in der Intensität stark schwankend. Bei Reflexion und Transmission spielen außerdem direkte und streuende Anteile sowie unterschiedliches Brechungsverhalten in Abhängigkeit von der Material- und Oberflächenbeschaffenheit eine Rolle (Abb. C 1.11), was hinsichtlich der gestalterischen Wirkung und auch für die korrekte Abschätzung des solaren Eintrags (z. B. bei spitzem Einfallswinkel der Solarstrahlung) zu beachten ist.

Passive Solarenergienutzung

C 1.8

Strahlungsintensität und Anteil Diffus- und Direktstrahlung im Tagesdurchschnitt am Beispiel von Mitteldeutschland (50 ° NB) C 1.9 mittäglicher Solarenergieeintrag durch eine Gebäudeöffnung auf der Südseite bei unterschiedlichen jahreszeitlich bedingten Einfallswinkeln C 1.10 Der Treibhauseffekt ist primär eine Folge bestimmter strahlungstechnischer Materialeigenschaften, z. B. von Glas, transparenten Kunststoffplatten oder -folien. C 1.11 Wechselwirkung zwischen (sichtbarer) Strahlung bzw. Licht und transparenter Materie C 1.12 Zusammenhang zwischen solarer Strahlung, Transmission, Absorption und langwelliger Abstrahlung (Treibhauseffekt)

Die mehrlagige oder mehrschichtige Anwendung von transparenten Materialien (z. B. bei Mehrscheiben-Isolierglas) wirkt sich zudem auf die Werte für die Gesamttransmission aus, da es zwischen den einzelnen Schichten zu Mehrfachreflexionseffekten kommt. Bei allen transparenten Materialien sind die Eigenschaften der Reflexion, Transmission und Absorption mehr oder weniger ausgeprägt vorhanden (mit Ausnahme der Doppelbrechung, Abb. C 1.11) und haben einen Einfluss auf den Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert). Das bedeutet, dass eine Modifikation dieser Eigenschaften den g-Wert einer Gebäudeöffnung aktiv verändern kann.

direkte Reflexion

Reflexion an beiden Grenzschichten

diffuse Reflexion

direkte Transmission

diffuse Transmission

Brechung

Doppelbrechung

Absorption, langwellige Abstrahlung und Konvektion C 1.11

fernen Infrarotbereich keine Transparenz aufweisen (Abb. C 1.12, grüne und blaue Kurve), sondern meist absorbierend (selten reflektierend) wirken. Dies gilt für Glas und alle gängigen transparenten Kunststoffe, weswegen es in Räumen mit derart begrenzenden Flächen zu einer Erwärmung durch solare Einstrahlung kommt (Abb. C 1.10). Der verantwortliche und bewusste Umgang mit diesem Phänomen, dessen man sich beispielsweise bei Gewächshäusern und thermischen Solarkollektoren bedient, ist eine wesentliche Aufgabe bei der Optimierung der passiven Solarenergienutzung.

vorgänge (siehe »Wärmestrahlung und Emissivität«, S. 52), die eine Wärmeabgabe über langwellige Strahlung und Konvektion zur Folge haben: der sekundäre Wärmetransport mit der sekundären Wärmeabgabe nach innen qi. Zur Ermittlung des g-Werts (Solar Heat Gain Coefficient – SHGC), werden alle Schichten und Schalen einer Gebäudeöffnung erfasst, vor allem • die einzelnen Scheiben einer Isolierverglasung inklusive vorhandener Funktionsbeschichtungen • innen- und außenliegende Sonnen- und Blendschutzsysteme in der jeweiligen Stellung • Einbauten im Scheibenzwischenraum

Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert)

solare Strahlung (kurzwellig) Wärmestrahlung (langwellig)

Strahlung

1800 1600 1400 1200 1000

100

UV

Der g-Wert wird u. a. beeinflusst durch • einen erhöhten Absorptionsgrad der Glasscheiben, vor allem bei in der Masse durchgefärbten Floatglasscheiben • Glasdicken • Art und Position der Beschichtungen • Oberflächenbehandlungen wie z. B. Siebdruck mit spezifischem Bedruckungsgrad

sichtbar

Transmissionsgrad

Infrarot (IR)

Floatglass ETFE-Folie 35

90 30

80 25

70 60

20

50 800

15

40 600 30 400

10

20

Wärmestrahlung (Planckspektrum) bei 300 K [W/m2µm]

Ergänzend zur Betrachtung der reinen Transmission von Strahlungsenergie berücksichtigt der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) nach DIN EN 410 (für Verglasungen) bzw. DIN EN 13 363-1 und 13 363-2 (für Kombinationen aus Verglasungen und Sonnenschutz) weitere Energietransportwege durch ein transparentes Bauteil. Dazu zählen insbesondere Absorptions-

Spektraler Transmissionsgrad [%]

Bei der Absorption nimmt ein Material die Energie der elektromagnetischen Strahlung auf. Hierdurch steigt seine Eigentemperatur an und das Wärmestrahlungsemissionsspektrum des Materials verschiebt sich. Durch diesen Zusammenhang lässt sich der sogenannte Treibhauseffekt erklären: Solare Strahlung durchdringt einen für das solare Spektrum durchlässigen Baustoff wie z. B. Glas, spezielle plattenförmige Kunststoffe oder Folienmaterialien (Abb. C 1.12, grüne und blaue Kurve) und trifft auf Materie, die die Strahlungsenergie im hohen Maße absorbiert (z. B. eine Boden- oder Möbeloberfläche in einem Innenraum). Diese Materie erwärmt sich und gibt selbst entsprechend Wärmestrahlung ab, wobei durch die vorhandenen Wärmespeichermassen und deren Trägheit ein Zeitversatz entsteht (siehe »Größe und Anordnung von Öffnungen«, S. 182). Da sich die Temperatur jedoch auf einem im Vergleich zur Sonne wesentlich geringeren Niveau bewegt (beispielsweise 30 °C im Vergleich zu über 5000 °C), liegt das Strahlungsmaximum bei Wellenlängen zwischen 5 und 50 μm mit einem typischen Maximum bei ca. 10 μm und damit weit jenseits des sichtbaren Bereichs im bereits beschriebenen fernen Infrarot. Dieses Emissionsspektrum ist in Abb. C 1.12 durch die rote Kurve dargestellt. Die Wärmestrahlung der erwärmten Oberflächen kann den Raum durch die genannten transparenten Baustoffe in der Regel nicht mehr verlassen, da diese für den langwelligen

solare Strahlung [W/m2µm]

Treibhauseffekt

5

200

10 0 0,10 0,38

1 0,78

10

100 Wellenlänge [µm] C 1.12

173

1,0

sichtbar

UV

Infrarot (IR)

0,9 0,8

1800

0,7

1600

0,6

1400 1200

0,5

1000

0,4

800 0,3

600

0,2

400

0,1

200

0 0,25

0,5

1

Glas einfach: Floatglas Standard 3 mm (einfach)

spektraler Transmissions- bzw. Reflexionsgrad (solarer Bereich)

a Wärmeschutzglas 1,0 UV

sichtbar

1,5

2

Isolierglas mit KombiBeschichtung (Aufbau 6/16/4): Neutral 61/32 Neutral 51/26 Neutral 41/21

2,5 Wellenlänge [µm]

Kunststofffolie: ETFE-Folie klar 200 µm Kunststoffplatte: PC-Stegsechsfachplatte 16 mm Gewebe: PVC/PES

Infrarot (IR)

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,25

0,5

1

1,5

b sichtbar

2

2,5 Wellenlänge [µm]

4 mm Float + 4 mm Float beschichtet (Soft-Coating-Wärmeschutz): Transmission Reflexion von außen nach innen Reflexion von innen nach außen

idealisierte Anforderungen an Wärmeschutzglas: Transmission Reflexion

Sonnenschutzglas 1,0 UV spektraler Transmissions- bzw. Reflexionsgrad (solarer Bereich)

solare Strahlung [ W/m2µm]

spektraler Transmissionsgrad (solarer Bereich)

Passive Solareergienutzung

Infrarot (IR)

b-Faktor/Shading Coefficient Während der g-Wert den Energieeintrag durch ein transparentes Bauteil als absolute Größe angibt, definieren andere Kenngrößen den Energieeintrag relativ zu einer bestimmten Standardverglasung. Dies gilt für den mittleren Durchlassfaktor b und für den »Shading Coefficient« (SC), beides wichtige Größen in verbreiteten Kühllastberechnungsverfahren. Der dimensionslose b-Faktor ist nach VDI 2078 (Kühllastberechnung, Ausgabe Juli 1996) das Verhältnis aus dem g-Wert der betrachteten Verglasung und dem g-Wert eines Zweischeiben-Normalglasfensters, der bei 0,8 liegt:

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

c

174

0 0,25

0,5

1

idealisierte Anforderungen an Sonnenschutzglas: Transmission Reflexion

Die Berechnung des g-Werts ist komplex, da die über Strahlungsaustausch transportierten Energiemengen stark von den jeweiligen Materialtemperaturen abhängen. Zusammengefasst berücksichtigt der g-Wert den an den Innenraum weitergegebenen Anteil der auftreffenden Solarstrahlung im Wellenlängenbereich 300 – 2500 nm, also der transmittierten Solarstrahlung, zuzüglich der kompletten Wärmeabgabe der betreffenden Hüllbauteile über sekundären Wärmetransport an den Innenraum. Die g-Werte heutiger Wärmeschutzverglasungen liegen üblicherweise zwischen 50 und 70 % (Abb. C 1.14). Messtechnisch wird der g-Wert von Bauteilen oder ganzen Gebäudehüllenlösungen an sogenannten kalorimetrischen Prüfständen im Labor ermittelt, wobei sich in der Praxis Abweichungen zwischen Messung und Berechnung von über 10 % ergeben können. Da für Berechnungen in der Regel Spektralwerte verwendet werden, die nur für senkrecht auftreffende Strahlung gelten (andere sind meist nicht verfügbar), bezieht sich der so ermittelte g-Wert nur auf senkrechten Lichteinfall (g⊥)[2]. Dieser Fall ist in der Praxis jedoch äußerst selten. Tatsächlich erhöht sich mit abnehmendem Einfallswinkel gegenüber der Verglasungsebene die Reflexion, sodass die Transmission (und in geringerem Maße auch die Absorption) entsprechend abnimmt (Abb. C 1.15), denn für jeden Einfallswinkel gilt τ + α + ρ = 1 (Abb. C 1.11 und B 1.5, S. 52). Der tatsächlich wirksame g-Wert für die direkte Einstrahlung ist folglich oft geringer als g⊥ und abhängig von Einstrahlungsrichtung, Orientierung, Tages- und Jahreszeit sowie vom Anteil an Direkt- bzw. Diffusstrahlung. Er schwankt demnach in Wirklichkeit stark. Daher wird in manchen vereinfachenden Berechnungsverfahren ein pauschal geminderter g⊥-Wert angenommen (z. B. geff nach DIN V 18 599). Bei allen Verfahren zur Berechnung des zeitabhängigen Verhaltens von Gebäuden (instationäre Betrachtung, Temperaturverläufe) muss die Winkelabhängigkeit des g-Werts berücksichtigt werden.

1,5

2

2,5 Wellenlänge [µm]

4 mm Float beschichtet + 4 mm Float (Soft-Coating-Sonnenschutz): Transmission Reflexion von außen nach innen Reflexion von innen nach außen C 1.13

b=

g-Wert (nach EN 410) 0,8

International, z. B. in den USA nach ASHRAE (American Society of Heating and Air-Conditioning Engineers) oder in Großbritannien nach

Passive Solarenergienutzung

optische Messungen verschiedener Werkstoffe a spektraler Transmissionsgrad im solaren Bereich (üblicher Messbereich: 0,25 – 2,5 μm Wellenlänge) für verschiedene Werkstoffe, die im Bereich von Gebäudeöffnungen eingesetzt werden (gemessene Werte) b idealisierte Anforderungen und typische spektrale Transmissions- und Reflexionskurven für Wärmeschutzglas c idealisierte Anforderungen und typische spektrale Transmissions- und Reflexionskurven für Sonnenschutzglas C 1.14 Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) verschiedener strahlungsdurchlässiger Bauteile und Werkstoffe C 1.15 g-Wert einer Wärmeschutzverglasung in Abhängigkeit vom solaren Einfallwinkel C 1.16 Fc-Werte für verschiedene Sonnenschutzvorrichtungen nach DIN 4108

transparentes Bauteil

g-Wert nach Karlsson und Roos g-Wert aus Einzelscheibenmessungen

g-Wert

Einfachverglasung

0,87

Doppelverglasung

0,76

Wämeschutzverglasung (doppelverglast mit selektiver Beschichtung)

0,50 – 0,70

Dreifachverglasung normal

0,60 – 0,70

Dreifachverglasung (mit zweifach selektiver Beschichtung)

0,35 – 0,50

Sonnenschutzverglasung

0,20 – 0,50

transparente Wärmedämmung 100 – 200 mm; 0,8 < Ue < 0,9 W/m2K

0,35 – 0,50

absorbierende opake Dämmschicht mit einfacher Glasabdeckung (100 mm)

ca. 0,10

g-Wert [-]

C 1.13

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

10

20

30

40

50

C 1.14

CIBSE (Chartered Institution of Building Services Engineers), wird der SC durch Bezug auf einen g-Wert von 0,87 (Standardwert für 3 mm Einfachglas) ermittelt: SC =

g-Wert 0,87

In einigen Ländern betrachtet man den SC für kurz- und langwellige Strahlung getrennt. Der SC für langwellige Strahlung wird durch Division der sekundären Wärmeabgabe nach innen (qi) durch 0,87 ermittelt (Long Wave Shading Coefficient – LWSC). Der SC für kurzwellige Strahlung errechnet sich, indem man die direkte solare Transmission (τe bzw. τsol) durch 0,87 teilt (Short Wave Shading Coefficient – SWSC). Abschattungsfaktor (FC-Wert) Eine wesentliche Wirkung von Sonnenschutzsystemen ist die Reduktion des Energieeintrags, die über den sogenannten Abschattungs- oder Abminderungsfaktor (FC-Wert) nach DIN 4108 quantitativ bewertet wird. Der FC-Wert gibt an, wie sich der Energiedurchlassgrad durch den Einsatz eines Sonnenschutzsystems ändert und lässt so Rückschlüsse darauf zu, wie sehr sich ein Innenraum unter Sonneneinstrahlung aufwärmt. Ein FC-Wert von 1 (bzw. 100 %) bedeutet, dass keine Sonnenschutzwirkung gegeben ist. FC-Werte üblicher Sonnenschutzsysteme zeigt Abb. C 1.16. Besteht ein Gesamtsystem aus einer speziellen Verglasung und einem Sonnenschutz, so ergibt sich dessen g-Wert wie folgt: g-Wert (gesamt) = FC-Wert · g-Wert (Verglasung) Der Energiedurchgang durch das Gesamtsystem hängt von vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Sonnenschutz und Verglasung ab, z. B. von Reflexionen zwischen den einzelnen Schichten und der Streuung oder Umlenkung der einfallenden Strahlung, vor allem aber von den spektralabhängigen Transmissionseigenschaften der Verglasung und der Sonnenschutzvorrichtung. Das heißt, ein und derselbe Sonnenschutz kann in Kombination mit verschiedenen Verglasungen unterschiedlich wirken. Der FC-Wert ist daher keine feste Kenngröße des Sonnenschutzes, sondern immer auch von der

Sonnenschutzvorrichtung 1

60

70

80 90 Winkel [°] C 1.15

FC g ≤ 0,40 (Sonnenschutzglas)

g > 0,40

g > 0,40

zweifach

dreifach

zweifach

1,00

1,00

1,00

weiß oder hochreflektierende Oberflächen mit geringer Transparenz 3

0,65

0,70

0,65

helle Farben oder geringe Transparenz 4

0,75

0,80

0,75

dunkle Farben oder höhere Transparenz

0,90

0,90

0,85

Fensterläden, Rolläden, ¾ geschlossen

0,35

0,30

0,30

Fensterläden, Rolläden, geschlossen 5

0,15 5

0,10 5

0,10 5

Jalousie und Raffstore, drehbare Lamellen, 45° Lamellenstellung

0,30

0,25

0,25

Jalousie und Raffstore, drehbare Lamellen, 10° Lamellenstellung 5

0,20 5

0,15 5

0,15 5

Markise, parallel zur Verglasung 4

0,30

0,25

0,25

Vordächer, Markisen allgemein, frei stehende Lamellen 6

0,55

0,50

0,50

ohne Sonnenschutzvorrichtung innenliegend oder zwischen den Scheiben

2

außenliegend

1

Die Sonnenschutzvorrichtung muss fest installiert sein. Übliche dekorative Vorhänge gelten nicht als Sonnenschutzvorrichtung. 2 Für innen- und zwischen den Scheiben liegende Sonnenschutzvorrichtungen ist eine genaue Ermittlung zu empfehlen. 3 hochreflektierende Oberflächen mit geringer Transparenz, Transparenz ≤ 10 %, Reflexion ≥ 60 % 4 geringe Transparenz, Transparenz < 15 % 5 FC-Werte für geschlossenen Sonnenschutz dienen der Information und sollten für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nicht verwendet werden. Ein geschlossener Sonnenschutz verdunkelt den dahinterliegenden Raum stark und kann zu einem erhöhten Energiebedarf für Kunstlicht führen, da nur sehr geringer bis kein Einfall des natürlichen Tageslichts vorhanden ist. 6 Dabei muss sichergestellt sein, dass keine direkte Besonnung des Fensters erfolgt. Dies ist näherungsweise der Fall, wenn: • bei Südorientierung der Abdeckwinkel β ≥ 50° ist, • bei Ost- und Westorientierung der Abdeckwinkel β ≥ 85° oder γ ≥ 115° ist. Der FC-Wert darf auch für beschattete Teilflächen des Fensters angesetzt werden. Dabei darf FS nach DIN V 18 599-2:2011-12, A.2, nicht angesetzt werden. Zu den jeweiligen Orientierungen gehören Winkelbereiche von 22,5°. Bei Zwischenorientierungen ist der Abdeckwinkel β ≥ 80° erforderlich. Süd

γ

β

γ

West

Vertikalschnitt durch Fassade

Ost

Horizontalschnitt durch Fassade C 1.16

175

Passive Solareergienutzung

vorhandenen Verglasungsqualität abhängig. Eine außenliegende Jalousie in Kombination mit einer Wärmeschutzverglasung mit einem g-Wert von 0,6 kann beispielsweise dafür sorgen, dass nur noch 15 % der auftreffenden solaren Strahlungsenergie im Innenraum ankommen. Ihr Abminderungsfaktor beträgt dementsprechend 15/60 = 0,25 (g-Wert (gesamt) / g-Wert (Verglasung) = Fc-Wert). Wird die Jalousie mit einer Sonnenschutzverglasung mit dem g-Wert von 0,3 kombiniert, ist das Gesamtsystem effektiver und der Anteil der durchgelassenen Strahlungsenergie reduziert sich auf 9 %. Allerdings ist die relative Verbesserung durch die Sonnenschutzvorrichtung hier geringer, der Abminderungsfaktor bertägt in diesem Beispiel 9/30 = 0,30 (Abb. C 1.16, S. 175). Emissivität Bei der Emissivität ε handelt es sich um eine materialspezifische und temperaturabhängige Oberflächeneigenschaft eines Materials. Sie kennzeichnet den Umfang, in dem ein Material Wärmestrahlung an seine Umgebung abgibt und ist mit den weiteren Zusammenhängen, die sich aus dem Austausch von Strahlungswärme ergeben, ausführlich im Abschnitt »Wärmestrahlung und Emissivität« (S. 52) erläutert. Die Emissivität spielt eine große Rolle bei aktuellen Lösungen im Bereich von Funktionsschichtsystemen auf Gläsern. Beispielwerte finden sich in Abb. B 1.7 (S. 52). Selektivität Unter Selektivität versteht man das Verhältnis zwischen dem Transmissionsgrad im sichtbaren Spektralbereich TL und dem Gesamtenergiedurchlassgrad g:

S wird dabei als Selektivitätskennzahl bezeichnet. Vereinfacht ausgedrückt ist das Ziel beim Einsatz von selektiven Materialien: viel Licht-, aber wenig Wärmeeintrag, d. h. viel sichtbares Licht durch ein Bauteil hindurchzulassen und gleichzeitig die unsichtbare, aber energiereiche Solarstrahlung im nahen IR-Bereich auszufiltern bzw. idealerweise zu reflektieren. Dies lässt sich bei vielen Materialien durch entspreinnen

Glas 4 mm

Sonnenstrahlung 100 %

direkte Transmission 85% 6%

Sekundärabstrahlung und Konvektion

Summe: 87%

Summe: 13%

Reflexion 7%

2% Sekundärabstrahlung und Konvektion

C 1.17

176

Tages- und Kunstlicht

Der Energieeintrag über Gebäudeöffnungen kann grundsätzlich nicht unabhängig von dem Thema »Tages- und Kunstlicht« betrachtet werden, da das sichtbare Licht Teil des solaren Spektrums ist. Maßnahmen zur Steuerung des Energieeintrags wirken sich daher unweigerlich und unmittelbar auf die Tageslichtversorgung – und in der Folge mittelbar auch auf den Kunstlichtbedarf im Gebäude aus. Insofern beeinflusst der g-Wert die im Raum vorhandene Tageslichtmenge und -qualität maßgeblich. Im Folgenden werden die wichtigsten Kenngrößen zum Themenbereich Tages- und Kunstlicht beschrieben. Beleuchtungsstärke Die Beleuchtungsstärke Ev (v = visual) ist ein objektives Maß für die vom Menschen empfundene Helligkeit. Sie bezeichnet das Verhältnis eines parallelen Lichtstroms, gemessen in Lumen [lm], zu einer senkrecht dazu orientierten Empfängerfläche und wird in Lux [lx] angegeben: 1 lx = 1 lm / m2 Liegt eine punktförmige Lichtquelle vor, kann der Begriff der Beleuchtungsstärke auch als Verhältnis der Lichtstärke dieser Lichtquelle, gemessen in Candela [cd], und dem Quadrat der Entfernung in Metern interpretiert werden: 1 lx = 1 cd / m2

S = TL / g

außen

chende zusätzliche Filterschichten oder eine Modifikation der Werkstoffstruktur erreichen.

Dies ist dann relevant, wenn die Wirkung einer einzelnen künstlichen punktförmigen Lichtquelle in der unmittelbaren Umgebung betrachtet wird. Für die Helligkeit im Freien hingegen haben Entfernungen (z. B. die Entfernung einer Wolkendecke) keinen Einfluss, da der Abstand zur Lichtquelle Sonne immer enorm ist. Die Beleuchtungsstärke wird mit einem Luxmeter gemessen. Normativ werden in Deutschland verschiedene Mindestbeleuchtungsstärken gefordert [3]. Für die Allgemeinbeleuchtung in Arbeitsräumen sind dies z. B. 100 lx. Die notwendige Mindestarbeitsplatzbeleuchtung ist abhängig von der jeweiligen Sehaufgabe: 300 lx für ständig belegte Arbeitsplätze, Bildschirmarbeitsplätze erfordern mindestens 500 lx in Tischhöhe. Richtwerte für die Beleuchtungsstärke sind zudem abhängig von der Tätigkeit, dem Raumzuschnitt und der Nähe des Arbeitsplatzes zu den Fenstern. Aus Sicherheitsgründen sind für Verkehrswege während der Nutzung mindestens 7,5 lx vorgeschrieben, für Fluchtwege darf 1 lx nicht unterschritten werden. Zur Einschätzung der Größenordnung: In einem Abstand von 1 m beträgt die Beleuchtungsstärke (Helligkeit) einer Kerze, die typischerweise eine Lichtstärke von 1 cd hat, 1 lx. In

einem Abstand von 2 m sind es nur noch 0,25 lx. An einem trüben Wintertag beträgt die Beleuchtungsstärke im Freien ca. 2000 – 4000 lx, an einem bedeckten Sommertag ca. 20 000 lx und an einem hellen Sonnentag mehr als 100 000 lx. Leuchtdichte – Blendung und Kontrast Von zu hoher absoluter Helligkeit oder von zu hohen Helligkeitskontrasten können Blendungsrisiken ausgehen. Die maßgebliche Kenngröße ist die sogenannte Leuchtdichte Lv, die ein objektives Maß für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit einer leuchtenden oder beleuchteten Fläche ist (z. B. eines von der Sonne beschienen, transluzenten textilen Sonnenschutzes oder einer Milchglasscheibe). Die Leuchtdichte wird in Candela pro m2 [cd/m2] angegeben. Der vom menschlichen Auge erfasste Helligkeitsumfang ist sehr groß. Er kann nur durch Anpassungen im Auge – durch Weiten und Verengen der Pupille, analog zur Blende in einem Fotoapparat – ausgeschöpft werden. Der Mensch nimmt Helligkeitsunterschiede wahr, sobald die Leuchtdichte um mehr als 10 % variiert. Während das Auge kleine Helligkeitsschwankungen sehr rasch verarbeitet, erfordert eine Anpassung von einem Extrem ins andere bis zu 30 Minuten. Ab einer gewissen Helligkeit kommt es zur sogenannten Absolutblendung: Die Sehzapfen im Auge, die für die Farbwahrnehmung verantwortlich sind, werden überreizt bzw. sind gesättigt. Diese individuell unterschiedliche Obergrenze liegt zwischen 100 000 und 1 000 000 cd/m2. Aufgrund der eingeschränkten Adaptionsfähigkeit des Auges kann eine Blendwirkung schon bei erheblich geringeren Leuchtdichten auftreten, wenn die Leuchtdichtekontraste zu groß sind (lokale Blendung, auch Adaptationsblendung). Dies ist ein weitverbreitetes Phänomen bei Bildschirmarbeitsplätzen in der Nähe von Fenstern. Typische Leuchtdichtewerte [cd/m2] sind: • untere Hellempfindungsgrenze 0,00001 • Bildschirm 100 – 500 • Oberfläche des Mondes 2500 • mittlerer bedeckter Himme 1000 – 6000 • mittlerer klarer Himmel 2000 –12 000 • kaltweiße Fluoreszenzröhre 11 000 • Absolutblendung ab 100 000 • Sonnenscheibe am Mittag 1 500 000 000 Um große Leuchtdichtekontraste zu vermeiden, sollte die Leuchtdichte des Umfelds etwa 2/3 bis 1/10 der Infeldleuchtdichte (z. B. die Leuchtdichte des Bildschirms am Arbeitsplatz) ausmachen. Das Tageslicht muss auch bei aktiviertem Sonnenschutz blendfrei und in gleichmäßiger Verteilung in den Raum gelangen. Leistet der Sonnenschutz dies nicht, ist zudem ein Blendschutz zur Begrenzung der Kontraste vorzusehen. Da dies die absolute Lichtmenge unweigerlich reduziert, steigt der Kunstlichtenergiebedarf. Zudem ist darauf zu achten, dass der innenliegende Blendschutz keine zusätzliche Sonnenschutzfunktion über-

Passive Solarenergienutzung

nimmt und damit über Absorption den Energieeintrag weiter erhöht. Transluzente, also lichtstreuende Flächen (z. B. Struktur- oder Milchglas, Stoffe und technische Gewebe), die auf der West-, Süd- oder Ostseite eingesetzt werden, haben ein hohes Blendungspotenzial. Ohne außenliegenden Sonnenschutz besteht die Möglichkeit, dass diese Materialien zu sehr hohen Leuchtdichten führen. Unkritisch ist hingegen ihre Verwendung im Oberlichtbereich, wo sie die Tageslichtversorgung in die Raumtiefe verbessern können.

hin über sekundäre Wärmeabstrahlung (im langwelligen IR-Bereich) und über Konvektion nach außen und innen abgegeben. Je nach Randbedingungen (Lufttemperatur, Wind, bauliches Umfeld) schwanken die jeweiligen Anteile stark. In diesem Beispiel ist die sekundäre Wärmeabgabe nach außen höher (6 %) als nach innen (2 %). In der Summe verbleiben von der Sonnenenergie, die auf die Scheibe trifft (100 %), insgesamt 13 % auf der Außenseite, 87 % erreichen den Innenraum.

Isolierglas – strahlungstechnische Zusammenhänge Isoliergläser, heutzutage Standardkomponenten für Gebäudeöffnungen, haben einen großen Einfluss auf den Energiehaushalt eines Gebäudes. Unter den im Abschnitt »Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung« (S. 51f.) beschriebenen Wärmetransportphänomenen nimmt die Wärmestrahlung bei Isoliergläsern eine besondere Stellung ein, da sie inzwischen durch verschiedene Technologien sehr genau eingestellt werden kann. Energieaustausch an der einzelnen Glasscheibe

Abb. C 1.17 illustriert die physikalischen Effekte, die an einer einzelnen, 4 mm dicken Floatglasscheibe an einem sonnigen Tag zu folgendem Ergebnis führen: Von 100 % der auftreffenden Strahlung werden – abhängig vom Einstrahlwinkel – ca. 85 % transmittiert und ca. 7 % reflektiert. Die verbleibenden 8 % werden folglich absorbiert und führen zu einer Erwärmung der Scheibe. Diese Energie wird darauf-

Bei den Verbesserungen der energetischen Kennzahlen moderner Funktionsgläser spielen Beschichtungen eine entscheidende Rolle. Sie beeinflussen die optischen und wärmetechnischen Eigenschaften, bestenfalls ohne selbst in Erscheinung zu treten. Die allgemeinen physikalischen Grundlagen zum Thema »Wärmestrahlung und Emissivität« werden auf S. 52 beschrieben, die verschiedenen Optionen zur technischen Umsetzung sind im Abschnitt »Beschichtungen« (S. 89ff.) zusammengefasst. In diesem Kapitel liegt der Betrachtungsschwerpunkt auf dem Zusammenhang zwischen Funktionsschichten, Wärmetransport und Solarenergie. Moderne, bei Mehrscheiben-Isolierverglasung eingesetzte Funktionsschichten haben im Wesentlichen zwei zum Teil gegenläufige Ziele (Abb. C 1.13 b und c, S. 175): Erstes Ziel ist die Erhöhung der Selektivität einer Verglasung, also eine hohe visuelle Transmission bei niedrigem g-Wert, d. h.: viel Licht-, aber wenig Wärmeeintrag. Wird vorrangig dieser Aspekt optimiert, spricht man von Sonnenschutzverglasung. Der U-Wert einer solchen Verglasung muss nicht unbedingt niedrig sein. Zweites Ziel ist die Verbesserung der Wärmedämmwirkung und eine möglichst hohe Lichtdurchlässigkeit, in diesem Fall aber verbunden mit einem eher hohen g-Wert und einem möglichst niedrigen U-Wert. Da hier ein optimierter Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) und damit eine verbesserte Wärmedämmung primäre Absicht ist, spricht man von einer Wärmeschutzverglasung (im Sinne der Verbesserung der Wärmedämmung, nicht des sommerlichen Wärmeschutzes). Kennwerte für typische Wärmeschutz- und Sonnenschutzverglasungen finden sich in Abb. C 1.18. Gemeinsame Ziele aller Funktionsschichten sind außerdem:

ZweischeibenSonnenschutzglas

ZweischeibenWärmeschutzglas

DreischeibenWärmeschutzglas

0,17– 0,50

0,48 – 0,62

0,35 – 0,60

Wärmedurchgangskoeffizient Ug [W/m2K]

0,9 –1,3

0,9 –1,3

0,5 – 0,8

Lichttransmissionsgrad TL

0,3 – 0,7

0,7 – 0,8

0,70 – 0,75

Selektivität S

1,7– 2,2

1,25 –1,45

1,2 –1,6

Gesamtenergiedurchlassgrad g

τvis = 40 % τsol = 22 %

Ug = 1,1 W/m2K

Wirkungsweise von Funktionsbeschichtungen

Farbwiedergabe Viele Maßnahmen zur Steuerung des g-Werts haben nicht nur einen Einfluss auf die Tageslichtmenge, sondern auch auf die Tageslichtqualität in einem Raum. Die Farbwiedergabe als Maß für die »Natürlichkeit« der TageslichtRaumausleuchtung über eine Öffnung ist eine wichtige Kenngröße. Beispielsweise ändern durchgefärbte Gläser, aufgebrachte Funktionsschichten oder reflektierende Oberflächen von Sonnenschutzsystemen die spektrale Zusammensetzung des Tageslichts in einem Innenraum und verfälschen so die Farbwiedergabe. Der Begriff der Farbwiedergabe wird ausführlich im Abschnitt »Farbwiedergabe, Farbwiedergabeindex« (S. 80) erläutert.

Sonnenstrahlung

ca. 45% Licht ca. 50% solare Wärmestrahlung ca. 5% UV-Strahlung C 1.19 Einfall 100%

Transmission

Reflexion 37%

79%

16%

Remission 27% 21%

15%

sekundäre Wärmeabgabe

Sonnenschutzglas

5%

Blendschutz (raumseitig) C 1.20

• hohe Farbneutralität in der Transmission möglichst unabhängig vom Betrachtungswinkel (siehe »Farbwiedergabe, Farbwiedergabeindex«, S. 80) • geringe Reflexion im Spektralbereich des sichtbaren Lichts im Zusammenhang mit einer möglichst hohen Farbneutralität • Langzeitstabilität und Robustheit im Herstellungsprozess bei typischen, im Scheibenzwischenraum angeordneten Funktionsschichten • Langzeitstabilität und Robustheit gegenüber mechanischen Einflüssen bei exponierten Schichtsystemen zur Raumseite, nach außen zusätzlich gegenüber Bewitterung Sonnenschutzverglasungen

Die Wirkungsweise von Sonnenschutzverglasungen beruht entweder auf einer erhöhten Absorption durch die Verwendung durchgefärbter Gläser (heute allgemein kaum noch üblich) oder auf einer Erhöhung des solaren

C 1.17

Strahlungszusammenhang an einer einzelnen Floatglasscheibe mit typischen Werten (solarer Spektralbereich) an einem sonnigen Tag C 1.18 typische Kennwerte üblicher Wärmeschutz- und Sonnenschutzverglasungen C 1.19 Sonnenschutzverglasung mit selektiver Beschichtung C 1.20 Kombination aus Sonnenschutzglas und innenliegendem Blendschutz C 1.18

177

Passive Solareergienutzung

Tageslichttransmissionsgrad TL

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

spektraler Transmissionsgrad

0

0,1

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Gesamtenergiedurchglassgrad g C 1.21

0,2

1,0 0,9

τmin(λ)

0,8

τsol/τvis = 0,334

0,7

0,5 τsol/τvis = 0,51

0,4 0,3

Sλ(λ)

0,2 0,1 0 0

500

750

1000

1250 1500 Wellenlänge [nm] C 1.22

C 1.23

C 1.22

C 1.23

178

auch eine Sonnenschutzwirkung erreicht werden kann, wie z. B. durch spezielle Mikrostrukturschichten (siehe »Mikrostrukturschichten auf Glas«, S. 91). Wärmeschutzverglasungen

Eine weitere wirksame Maßnahme zur Optimierung der wärmestrahlungstechnischen Eigenschaften besteht darin, das Reflexionsverhalten im fernen IR-Bereich zu modifizieren (also nicht im Bereich der Solarstrahlung, sondern der langwelligen Wärmestrahlung). Gelingt eine hohe Reflexion mit entsprechend geringer Absorption in diesem für Innenraumtemperaturen maßgeblichen Frequenzbereich des Spektrums, führt das zu einer niedrigen Oberflächenemissivität ε. Diese entspricht physikalisch gesehen der spezifischen Absorption α, und lässt sich aus Reflexionsgrad ρ und Transmissionsgrad τ wie folgt berechnen: ε = 1 - ρ - τ

0,6

C 1.21

Reflexionsgrads (vor allem außerhalb des sichtbaren Lichts) durch spezielle, extrem dünne Edelmetallbeschichtungen (in der Regel auf Silberbasis), was dem physikalischen Optimierungsziel einer maximalen Selektivität entspricht. Das Prinzip einer solchen Verglasung stellt Abb. C 1.19 (S. 177) dar. Abb. C 1.20 (S. 177) zeigt die Strahlungsvorgänge, die sich bei der Kombination einer Sonnenschutzverglasung mit einem innenliegenden Blendschutz einstellen. Da das sichtbare Licht ca. 45 % der Solarstrahlung umfasst, hätte eine Verglasung, die das sichtbare Licht vollständig durchließe (TL = 100 %) und UV- und Infrarotstrahlung vollständig reflektierte, einen g-Wert von 0,45. Für diesen theoretischen Fall ergäbe sich die Selektivitätskennzahl S = 1,0 / 0,45 = 2,22. Eine Verminderung des g-Werts unter 0,45 bedeutet daher zwangsläufig die gleichzeitige Ausblendung sichtbaren Lichts, was sich negativ auf die Tageslichtversorgung des Raums auswirkt.

Zusammenhang zwischen Gesamtenergiedurchlassgrad und Transmissionsgrad im sichtbaren Bereich bei ausgewählten am Markt verfügbaren Sonnenschutzverglasungen. Punkte auf der Gerade haben eine Selektivitätskennzahl von 2. Transmissionskurve von »M-Glas« mit besonders hoher Selektivität (> 2,2), rote Kurve: spektrale Normverteilung der Solarstrahlung; grüne Kurve: Transmission eines typischen Sonnenschutzglases; blaue Kurve: Transmission von »M-Glas» Feuerzeugtest an einer Zweifach-Isolierverglasung. Deutlich zu erkennen sind die Reflexionen der Feuerzeugflamme an den einzelnen Glasgrenzschichten (hier 4). Beschichtungen lassen sich daran erkennen, dass die entsprechenden Reflexionen grün oder rot verfärbt erscheinen.

Abb. C 1.13 a (S. 174) zeigt, dass die Transmissionskurven von Sonnenschutzgläsern in der Regel die Form eines Höckers aufweisen, d. h., dass alle Frequenzen des Lichts ähnlich stark reduziert werden. Auf diese Weise bleibt der Farbeindruck des transmittierten Lichts erhalten, die Selektivität jedoch auf den erläuterten Wert von ca. 2,2 begrenzt. Akzeptiert man geringfügige Farbveränderungen, können die Randbereiche des sichtbaren Lichts stärker herausgefiltert werden als der für das menschliche Auge am besten verwertbare Bereich von 490 – 630 nm. Damit erreichen heute am Markt verfügbare Gläser Selektivitätswerte bis ca. 2,5 (Abb. C 1.21). Im Forschungsstadium befindet sich eine neue Beschichtungsart, die eine andere Strategie verfolgt: Die Sonnenschutzschicht reduziert Strahlungsanteile sowohl im blauen als auch im roten Spektralbereich, sodass einfallendes Licht grün erscheinen würde. Die Transmissionskurve dieses speziellen Sonnenschutzglases verläuft M-förmig (»M-Glas«, blaue Linie Abb. C 1.22). Durch das Ausfiltern von Strahlung in einem schmalen Band bei 500 nm (grün) lässt sich die Grünverschiebung kompensieren. Die Transmission des grünen Lichts wird reduziert und eine weitgehende Farbneutralität in der Transmission erreicht. Das Verhältnis solarer zu visueller Transmission liegt bei diesem Schichtsystem nur bei 0,33, was näherungsweise einer Selektivität von 3 entspricht. Aufgrund dieser Leistungsfähigkeit könnte das »M-Glas« zukünftig einen wichtigen Beitrag zur Vereinfachung der Gebäudetechnik leisten. Für den Sonnenschutz stehen inzwischen verschiedene Gläser mit variablem Licht- und Gesamtenergiedurchlass zur Verfügung. Die wesentlichen technischen Varianten dieser vergleichsweise neuen Möglichkeiten sind im Kapitel »Werkstoffe, Komponenten und Konstruktionsarten« (S. 86ff.) beschrieben. Das gilt ebenso für die technischen Optionen zur Oberflächenbehandlung von Gläsern, durch die u. a.

Solche Oberflächen bezeichnet man als LowEmissivity-Schichten (Low-E). Unbeschichtetes Glas hat eine Oberflächenemissivität ε von 84 %, aktuell verfügbare Wärmeschutzschichten weisen ein ε von unter 5 % auf (Silberbeschichtungen sogar nur ca. 3 %). Solche LowE-Schichten finden im Glasbereich bereits seit den frühen 1980er-Jahren für Wärmedämmglas Verwendung. Hier werden Wärmeverluste aus dem Innenraum durch eine geringere Wärmeabstrahlung der inneren Scheibe nach außen reduziert, was den U-Wert einer solchen Verglasung erheblich reduziert. Wärmedämmschichten sind folglich für die kurzwelligen Anteile der solaren Strahlung hochtransparent, für langwellige Wärmestrahlung (insbesondere von 3 bis 50 μm) hochreflektierend. Die im Prinzip ähnlichen Schichten für Sonnenschutzglas verfügen zusätzlich über absorbierende und/oder reflektierende Komponenten, mit denen die dort gewünschten strahlungsphysikalischen Eigenschaften erreicht werden. Haupteinflussgröße ist die Dicke der Silberschicht. Wärmedämm-Isoliergläser mit zweischeibigem Glasaufbau werden üblicherweise so eingebaut, dass sich die Beschichtung auf der zum Scheibenzwischenraum gewandten Seite der Innenscheibe (Position 3) befindet, während die unbeschichtete Scheibe zum Außenraum angeordnet wird [4]. Der U-Wert selbst ist unabhängig von der Einbaurichtung. Der g-Wert verändert sich allerdings je nach Lage der Beschichtung geringfügig: Je weiter innen die Beschichtung liegt, desto höher ist der g-Wert des Wärmedämmglases (und damit der Solareintrag insgesamt). Low-E-Beschichtungen kommen zum Teil auch außerhalb des Scheibenzwischenraums von Isolierglas zum Einsatz, z. B. raumseitig auf Einfachglas. Dies bewirkt ebenfalls eine Verbesserung der Wärmedämmwirkung der Verglasung:

unverändert

unverändert

horizontal

unverändert unverändert

unverändert

unverändert

unverändert

unverändert

Ausstellen

vertikal

Drehen

Durch die Beschichtung reflektiert das Glas einen Teil der vom Raum auf die Scheibe auftreffenden Wärmestrahlung wieder in den Raum zurück. Bei hochwärmedämmender Dreifachverglasung kann eine solche Beschichtung, auf der Außenscheibe eingesetzt, dazu beitragen, dass die Scheiben nicht zufrieren, da sie im Winter nachts weniger Energie über Strahlung an den kalten Nachthimmel abgeben und nicht so stark auskühlen. Beide Anwendungen erfordern jedoch sehr robuste Schichtsysteme, da diese sich nicht geschützt im Scheibenzwischenraum befinden, sondern der Witterung ausgesetzt sind bzw. angefasst werden. Um die Oberflächenwirkung zu erhalten, müssen sie sich reinigen lassen. Daher kommen hier nur Schichtsysteme in Betracht, die im Vergleich zu Beschichtungen im Scheibenzwischenraum, deutlich stärker belastbar sind und nicht korrodieren – üblicherweise sogenannte pyrolytische Beschichtungen (siehe »Pyrolytische Beschichtungen«, S. 89).

Schieben

Passive Solarenergienutzung

senkrecht zur Fassadenebene

unverändert

unverändert

unverändert

unverändert

um vertikale Achse

unverändert unverändert

unverändert

unverändert

unverändert

unverändert

reduziert

reduziert

reduziert

reduziert

reduziert

reduziert

reduziert

stark reduziert

stark reduziert

stark reduziert

stark reduziert

stark reduziert

unverändert

reduziert

um horizontale Achse

Verglasungen mit Multifunktionsschichten

C 1.24

Zuordnung üblicher Elemente zu verschiedenen Bewegungsarten. Die jeweils über den Zeichnungen stehenden Angaben beziehen sich auf die Paketierung (Größenänderung) des beweglichen Elements.

Falten (Dreh-Schieben)

Die Lage der Beschichtung spielt bei den meisten modernen Mehrscheiben-Isolierverglasungen mit einer oder mehreren Funktionsschichten eine wesentliche Rolle, denn die Schichtposition beeinflusst Wirkung und Aussehen der Funktionsgläser. Häufig stellt sich die Frage, ob eine Verglasung den Vorgaben entsprechend gefertigt wurde oder auch, wie herum sie eingebaut werden muss. Da die Schichten in der Durchsicht möglichst neutral wirken sollen, sind sie selbst bzw. ihre Position(en) innerhalb der Verglasung in der normalen Auf- oder Durchsicht mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Der sogenannte Feuerzeugtest ist eine einfache Möglichkeit, die Lage der Funktionsschichten beispielsweise auf der Baustelle oder im Bestand zu prüfen. Er basiert darauf, dass die Beschichtungen in der Transmission zwar neutral wirken – die Unterschiede sind in der Regel nur im direkten Vergleich zu nicht oder anders beschichteten Flächen zu erkennen –, typische Schichten das Farbspektrum aber nicht einheitlich reflektieren. Dadurch zeigt das Spiegelbild einer Feuerzeugflamme entsprechende farbliche Veränderungen und wirkt z. B. deutlich grünlich oder rötlich (Abb. C 1.23).

reduziert

horizontal

vertikal

stark reduziert zirkulär

Raffen

Lage von Funktionsschichten

um Achse senkrecht zur Elementebene

horizontal

vertikal

stark reduziert zirkulär

Rollen

Die meisten Sonnenschutz-Isoliergläser verfügen über eine Multifunktionsbeschichtung für Sonnenschutz und Wärmedämmung. Gläser mit einer solchen Beschichtung werden im Allgemeinen so eingebaut, dass sich die Beschichtung auf der zum Scheibenzwischenraum gewandten Seite der Außenscheibe (Position 2) befindet.

stark reduziert

stark reduziert

horizontal stark reduziert

stark reduziert

stark reduziert

stark reduziert

vertikal

C 1.24

179

Passive Solareergienutzung

Bewegliche Elemente an Gebäudeöffnungen

N

C 1.25 C 1.25 C 1.26

Geometrie eines wirkungsvollen Sonnenschutzsystems in Abhängigkeit von der Orientierung Vergleich verschiedener Sonnenschutzsysteme

Besonderes Merkmal von Gebäudeöffnungen wie Fenster, Türen oder Lüftungsöffnungen ist ihre Regelbarkeit. Diese wird baulich meist durch zusätzliche bewegliche Elemente umgesetzt, die vor, hinter oder innerhalb der Öffnung angeordnet sind. Dazu zählen neben dem Fensterbauteil in allen Varianten Läden, Behänge, Jalousien, Lamellen, Vorhänge und vieles mehr. Diese Elemente können selbst eine unveränderliche Ebene darstellen (z. B. ein opaker Klappladen aus Holz) oder immanent veränderliche Eigenschaften aufweisen (wie z. B. eine einstellbare Sonnenschutzjalousie). Ursprünglich stets von Hand bedient, kommen

heutzutage auch motorisch betriebene Elemente zum Einsatz – vom Menschen betätigt oder automatisiert betrieben. In den verschiedenen baugeschichtlichen Epochen, Klimazonen und regionalen Kulturtraditionen hat sich hier eine kaum überschaubare Vielfalt an baulichen Lösungen und Varianten entwickelt [5]. Abb. C 1.24 (S. 179) veranschaulicht die Bandbreite verschiedener Bewegungsarten. Bewegliche Elemente für den Sonnenschutz

Sonnenschutzsysteme verfolgen primär das Ziel, den solaren Energieeintrag auf ein optimales Maß zu begrenzen. Ihr Einsatz ist in nördlichen Breiten vor allem im Sommer erforderlich, allerdings nicht durchgängig. Im

3-fach Sonnenschutzglas

2-fach Jalousieglas

3-fach Jalousieglas

2-fach Isolierglas mit Außenjalousie

3-fach Isolierglas mit Außenjalousie

Sonnenschutz auf Pos. 2, Wärmeschutz auf Pos. 5

Wärmeschutz auf Pos. 3

Wärmeschutz auf Pos. 3 und Pos. 5

Wärmeschutz auf Pos. 3

Wärmeschutz auf Pos. 3 und Pos. 5

Sonnenschutz

ohne

intergrierte Jalousie

intergrierte Jalousie

Außenjalousie

Außenjalousie

FC (Norm, DIN 4108-2:2013)

1,0

0,65 – 0,85

0,70 – 0,90

0,25 (45° Lamellenstellung)

0,25 (45° Lamellenstellung)

FC (Praxis)

1,0

0,15 ganz geschlossen / 0,30 bei 45° Lamellenstellung

0,15 ganz geschlossen / 0,30 bei 45° Lamellenstellung

0,20 – 0,12

0,20 – 0,12

Sonnenschutz g-Wert total

~ 0,25

~ 0,08

~ 0,05

0,12 – 0,08 (45° Lamellenstellung)

0,10 – 0,06 (45° Lamellenstellung)

Wärmeschutz Ug-Wert total [W/m2K]

0,6 – 0,7

1,0 – 1,1

0,6 – 0,7

1,0 – 1,1

0,6 – 0,7

Lichttransmission max.

~ 30 – 40 %

~ 80 %

~ 70 %

~ 80 %

~ 70 %

Farbechtheit

--

+

+

+

+

Lichtlenkung integrierbar

nein

ja

ja

nein

nein

Sicht- und Blendschutz innen

erforderlich

abhängig vom Lamellensystem

abhängig vom Lamellensystem

abhängig vom Lamellensystem

abhängig vom Lamellensystem

Reflexion / Spiegeleffekte

hoher Spiegeleffekt

geringer Spiegeleffekt durch reflektierende Lamellen

geringer Spiegeleffekt durch reflektierende Lamellen

geringer Spiegeleffekt

geringer Spiegeleffekt

Schallschutz (Transmission von außen)

++

+

++

+

++

Gewicht der Fassade

schwer

leicht

schwer

leicht

sehr schwer

Helligkeit, Leichtigkeit, Transparenz

-

++

++

-

+

Structural Glazing möglich

ja

ja

ja

nein

nein

Sichtschutz möglich

nicht vorhanden

ja

ja

ja

ja

automatische und individuelle Bedienung möglich

nicht vorhanden

ja

ja

ja

ja

Wartungsaufwand

keiner

keiner

keiner

hoch

hoch

Reinigungsaufwand

gering

gering

gering

sehr hoch

sehr hoch

Energieaufwand Betrieb

keiner

sehr gering

sehr gering

gering

gering

Aufwand bei Defekt des Sonnenschutzes

nicht vorhanden

sehr hoch

sehr hoch

gering

gering

Investitionsbedarf

gering

mittel

mittel

gering

mittel

typischer Einsatz /Hinweise

bei verschatteten Fassaden, bei geringem Fensterflächenanteil

witterungsunabhängig

witterungsunabhängig

niedrige Verwaltungsgebäude, Wohnungsbau

Wohnungsbau

Beschichtung

180

Pos. 1 Pos. 2 Pos. 3

Pos. 4 Pos. 5 Pos. 6

Passive Solarenergienutzung

Winter ist die Regelbarkeit von großer Bedeutung, da die solaren Einträge, die der Raumwärme zugute kommen, ansonsten ganz oder teilweise blockiert werden. Bewegliche Sonnenschutzelemente gehören zu den wichtigsten Planungsmaßnahmen im Bereich der passiven Solarenergienutzung, da sie einen sehr großen Einfluss auf die Energiebilanz eines Gebäudes haben. Bei der Planung müssen in der Regel folgende Kriterien im Zusammenhang betrachtet und erfüllt werden: • Reduktion des solaren Energieeintrags auf ein optimales Maß • Sicherstellung einer ausreichenden Tageslichtversorgung auch bei aktivem Sonnenschutz

• Aufrechterhaltung des Sichtbezugs von innen nach außen In der Praxis unterscheidet man verschiedene Lösungsansätze: 1. Ist der Sonnenschutz starr oder einstellbar? Da sowohl die äußeren Bedingungen (Sonnenstand, Wetter) als auch die Anforderungen aus der Nutzung eines Raums (Blendschutz, Verdunklung) zeitlich variabel sind, eignen sich regelbare adaptive Systeme grundsätzlich besser als starre und nicht adaptive Systeme, die fast immer schlechte Kompromisse darstellen. 2. Wo ist der Sonnenschutz in der Gebäudehülle angeordnet? Eine Lage außerhalb der thermischen Hülle ist

ideal, denn dadurch wird der Energieeintrag über Sekundärwärmeabstrahlung des Sonnenschutzsystems selbst (verursacht durch seine Erwärmung in der Sonne) auf ein Minimum begrenzt. Liegt der Sonnenschutz hingegen auf der Innenseite der Gebäudeöffnung, findet die Absorption der Solarstrahlung im Innenraum statt und es kommt zu erheblichen zusätzlichen Wärmeeinträgen. Erlauben z. B. hohe Windlasten auf der Fassade, zu hoher Reinigungsaufwand oder das gestalterische Konzept keinen außenliegenden Sonnenschutz, so kann dieser gegebenenfalls geschützt im Scheibenzwischenraum einer Isolierverglasung oder – falls vorhanden – im Zwischenraum einer zweischaligen Fensterlösung oder Fassade untergebracht werden.

Doppelfassade 2-fach Isolierglas

Doppelfassade 2-fach Isolierglas

CCF-Fassade 2-fach Isolierglas

CCF-Fassade 3-fach Isolierglas

Vorbau außen

Markise außen

Rollo innen

Wärmeschutz auf Pos. 5

Wärmeschutz auf Pos. 3 und Pos. 5

keine Beschichtung, alles Weißglas

keine Beschichtung, alles Weißglas

Jalousie zwischen Glasschalen

Jalousie zwischen Glasschalen

Jalousie zwischen Glasschalen

Jalousie zwischen Glasschalen

Vorbau außen

Markise außen

Rollo innen

0,25 (45° Lamellenstellung)

0,25 (45° Lamellenstellung)

0,25 (45° Lamellenstellung)

0,25 (45° Lamellenstellung)

0,5

0,25

0,65 – 0,90

0,15

0,15

0,20 – 0,12

0,20 – 0,12

0,5 – 1,0

0,1 – 0,4

0,35

~ 0,12 – 0,10

< 0,08

~ 0,11

~ 0,08

0,7 – 0,8

< 0,6

~ 1,4

~ 0,8

~ 70 %

~ 60 %

~ 70 %

~ 60 %

+

+

+

+

+-

nein

nein

ja

ja

nein

nein

abhängig vom Lamellensystem

erforderlich

abhängig vom Lamellensystem

abhängig vom Lamellensystem

abhängig vom System

vorhanden

geringer Spiegeleffekt

geringer Spiegeleffekt

geringer Spiegeleffekt

geringer Spiegeleffekt

hoher Spiegeleffekt (abh. von der Sonnenschutzbeschichtung)

geringer Spiegeleffekt

+

++

++

++

abhängig von der Verglasungsqualität

extrem schwer

extrem schwer

schwer

sehr schwer

leicht

abhängig von der Verglasungsqualität

abhängig von der Verglasungsqualität

nein

hoher Spiegeleffekt (abh. von der Sonnenschutzbeschichtung)

-

-

+

+

+

+

nein

nein

nein

nein

nein

nein

ja

ja

ja

ja

ja

nein

nein

ja

ja

ja

ja

ja

nein

ja

ja

hoch

hoch

mittel

mittel

keiner

sehr hoch

niedrig

extrem hoch

extrem hoch

gering

gering

gering

hoch

niedrig

gering

gering

hoch

hoch

sehr gering

gering

sehr gering

gering

gering

hoch

hoch

abhängig von System

hoch

sehr gering

hoch

hoch

sehr hoch

sehr hoch

gering

gering

sehr gering

witterungsunabhängig, hohe Schallschutzanforderungen, hohe Transparenzanforderungen

Südfassaden, niedriger Standard

niedriger Standard, als alleiniges Sonnenschutzsystem oft nicht ausreichend, Wechselwirkung mit Fensterlüftung beachten

Atrien, Fassaden mit geringem Fensterflächenanteil, meist in Kombination mit Sonnenschutzglas

witterungsunabhängig, witterungsunabhängig, witterungsunabhängig, hohe Schallschutzanfor- hohe Schallschutzanfor- hohe Schallschutzanforderungen, hohe derungen derungen Transparenzanforderungen

o

C 1.26

181

Wärmeverluste [kWh/m2a]

Passive Solareergienutzung

100 85,5

85,5

Verluste Rahmen und Randverbund Verluste Glasfläche

80 zum Vergleich: Mauerwerkswand mit 14 cm EPS U = 0,25 W/m2K

r5

!

58,7 Fa k to

60 40

16,7

20

Fenster mit 2-Scheiben-WSV mit Argonfüllung Ug = 1,1 W/m2K Uf = 1,2 W/m2K g = 0,6

Fenster mit 2-Scheiben-SSV mit Argonfüllung Ug = 1,1 W/m2K Uf = 1,2 W/m2K g = 0,4

solare Gewinne

0

-20 -40 -60

Ausrichtung Nord 29,7

Ausrichtung Nord 19,8

Ausrichtung Nord 24,7

Ausrichtung Süd 98,7

Ausrichtung Süd 65,8

Ausrichtung Süd 82,2

Fenster mit 3-Scheiben-WSV mit Argonfüllung, Rahmen gedämmt Ug = 0,7 W/m2K Uf = 0,8 W/m2K g = 0,5

-80 -100 C 1.27

1,0 τ= 5h

17

0,8

τ=

Ausnutzungsgrad

Eine wichtige Rolle spielt außerdem die Geometrie des Sonnenschutzsystems. Sie sollte auf die Orientierung der betreffenden Fassadenfläche und den damit verbundenen Verlauf der Sonne abgestimmt sein. Abb. C 1.25 (S. 180) zeigt, dass sich derart optimierte Systeme für die Süd- und die Ost- / Westseite grundlegend unterscheiden (hier wie im Folgenden bezogen auf die Nordhalbkugel bzw. Mitteleuropa): Auf der Südseite stellen horizontale Strukturen einen wirkungsvollen Schutz vor der hoch stehenden Sommersonne sicher und erlauben zugleich den Sichtbezug nach außen. Durch die Reflexionseigenschaften des Sonnenschutzsystems lässt sich beeinflussen, wie viel Tageslicht in den Raum gelenkt wird. Eine solche horizontale Geometrie ist auf der Ost- und Westseite nicht sinnvoll: Hier steht die Sonne im Sommer am Vor- bzw. Nachmittag so tief, dass eine horizontale Struktur nahezu vollständig geschlossen ausgebildet werden müsste. Auf diesen beiden Seiten sind vertikale Strukturen deutlich überlegen. Diese stellen bei tief stehender Sonne die funktionale Qualität sicher und ermöglichen – analog zu einer hori-

0,9

h 30

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0

182

0,5

verglasungen« (S. 99ff. und Abb. B 2.34; beispielhaft für eine Variante Abb. B 2.35) näher beschrieben.

1 1,5 2 2,5 Wärmegewinne/Wärmeverluste C 1.28

zontalen Struktur auf der Südseite – wirksamen Sonnenschutz, Sichtbezug und ausreichend Tageslicht. An der Nordseite ist eine leichte Neigung der vertikalen Struktur erforderlich, da die Sonne im Sommer im Nordosten aufgeht und im Nordwesten untergeht (Abb. C 1.3, S. 171). Im Hinblick auf die Bedeutung des Sonnenschutzes für die Energiebilanz eines Gebäudes sollten dessen Hauptorientierungen wie folgt priorisiert betrachtet werden: West, Ost, Süd. Abb. C 1.25 (S. 180) zeigt das ideale geometrische Prinzip, für das dem Planer eine große Fülle an Umsetzungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Die Leistungsfähigkeit eines Sonnenschutzsystems wird über den sogenannten Abschattungs- oder Abminderungsfaktor (Fc-Wert) angegeben (siehe »Abschattungsfaktor« und Abb. C 1.16, S. 175). Für detaillierte Planungen eignen sich produktspezifische Herstellerangaben besser. Abb. C 1.26 (S. 181) vergleicht verschiedene Sonnenschutzlösungen hinsichtlich wesentlicher Kriterien der Gebrauchstauglichkeit mit einer DreifachSonnenschutzverglasung ohne weiteren Sonnenschutz. Dort finden sich weiterhin unterschiedliche Lösungen für die Sonnenschutzintegration im Scheibenzwischenraum von Mehrscheiben-Isolierglas bzw. im Zwischenraum eines Kastenfensters oder einer Doppelfassade. In der Regel hat eine Minimierung des g-Werts durch Sonnenschutzeinrichtungen zur Folge, dass sich im geschlossenen Zustand auch die Tageslichttransmission deutlich verringert. Dies bedeutet, dass der Einsatz solcher Lösungen kontraproduktive Auswirkungen z. B. auf Strombedarf und Wärmeeintrag haben kann, da unter Umständen tagsüber Kunstlicht erforderlich wird. Varianten für Sonnenschutzlösungen im Scheibenzwischenraum sind im Abschnitt »Werkstoffkombinationen im Bereich von Gebäude-

Größe und Anordnung von Öffnungen Da Gebäudeöffnungen wesentliche Funktionen wie Energieeintrag, Versorgung mit Tageslicht, Sonnenschutz und Lüftung übernehmen bzw. steuern, hängt es von deren Planung ab, ob das Potenzial der passiven Solarenergienutzung eines Gebäudes optimal ausgeschöpft wird [6]. Die erfolgreiche Planung von Öffnungen steht immer im engen Zusammenhang mit generellen Einflussfaktoren wie: • Innenraumgeometrie (vor allem Raumtiefe) • Art und Verteilung der thermisch wirksamen Masse • Lüftung (Mindestluftwechsel, natürlich / mechanisch, über die Öffnung oder nicht) • interne Wärmelasten und Emissionen • Art der Nutzung • anlagentechnische Randbedingungen Idealerweise liegen zu einem frühen Planungszeitpunkt möglichst genaue Informationen vor, wie z. B. Lastprofile in einer geeigneten zeitlichen Auflösung: Auf diese Weise kann ein optimiertes Lüftungskonzept entwickelt werden, ebenso wie Konzepte für die Regelung, Steuerung und Automatisierung. Gebäudeöffnungen in der Energiebilanz des Gebäudes

Fassadenöffnungen tragen in besonderer Weise zur Energiebilanz von Räumen und Gebäuden bei. Einerseits sind die Wärmedurchgangskoeffizienten selbst hochwertiger Wärmeschutzverglasungen mit Ug = 0,6 … 1,1 W/m2K etwa drei- bis achtmal so hoch wie diejenigen der heute in Deutschland üblichen opaken Außenwandbauteile. Fenster und vergleichbare Öffnungselemente sind daher für einen überproportional hohen Anteil der Transmissionswärmeverluste verantwortlich, bezogen auf ihren Hüllflächenanteil. Andererseits lassen transparente Bauteile Sonnenstrahlung ins Gebäude eindringen, wo sie von den raumbegrenzenden Bauteilen und Einrichtungsgegenständen absorbiert wird und diese erwärmt. Ob dieser Energieeintrag einen willkommenen Beitrag zur Beheizung des Gebäudes darstellt oder eine unerwünschte Überhitzung bewirkt, hängt von den äußeren Gegebenheiten ab, genauso wie von den Eigenschaften des Gebäudes selbst und den inneren Wärmelasten, die sich aus der Nutzung ergeben. Geeignete Verglasungen und Einrichtungen zur Kontrolle des Durchgangs von Wärme und Solarstrahlung müssen folglich aus der Betrachtung des jeweiligen energetischen Gesamtsystems heraus ausgewählt werden. Normalerweise steht bei Wohngebäuden die Verringerung des Heizwärmebedarfs im Winter im Vordergrund, bei Büro- und Verwaltungsgebäuden der sommerliche Wärmeschutz.

Über Jahrhunderte stellten Fassadenöffnungen eklatante thermische Schwachstellen in der Gebäudehülle dar. Dies gilt insbesondere für einfach verglaste Öffnungen, in abgeschwächter Form aber auch für Verbundfenster und frühe luftgefüllte Isolierverglasungen. Durch die Entwicklung hochwirksamer Wärmeschutzverglasungen mit Edelgasfüllung und die Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtungen sowie durch gedämmte bzw. thermisch getrennte Rahmenprofile hat sich dieses Bild seit den 1980er-Jahren maßgeblich gewandelt. Heute kann ein Fenster, je nach Verglasungsqualität und Orientierung, über die gesamte Heizperiode betrachtet, eine neutrale oder sogar eine positive Energiebilanz aufweisen (Abb. C 1.27). Ausnutzungsgrad und Fensterorientierung

Ein Teil der in Abb. C 1.27 ausgewiesenen Wärmegewinne fällt zu Zeitpunkten an, zu denen die Gewinne den momentanen Wärmebedarf übersteigen und deswegen nicht vollständig genutzt werden können. Der Anteil der tatsächlich nutzbaren Wärmegewinne wird über den Ausnutzungsgrad η beschrieben, der sich nach DIN V 18 599-2 bzw. DIN EN ISO 13 790 berechnen lässt. Er ergibt sich aus der sogenannten Zeitkonstante τ des Gebäudes, die seine thermische Trägheit beschreibt, sowie aus dem Verhältnis von Wärmegewinnen zu Wärmeverlusten. Dadurch wird berücksichtigt, dass thermisch schwere, massive Gebäude tagsüber anfallende Wärmegewinne in den Bauteilen speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder in den Raum abgeben. Sie erreichen somit höhere Ausnutzungsgrade als leichte Gebäude, bei denen einfallende Sonnenstrahlung einen schnelleren, gegebenenfalls unerwünscht hohen Wärmeeintrag in die Raumluft verursacht, der dann durch Lüften abgeführt werden muss und der Nutzung verloren geht (Abb. C 1.28).

Der mit steigenden Wärmegewinnen sinkende Ausnutzungsgrad wirkt sich auch bei einer Erhöhung des Fensterflächenanteils aus. Während eine Vergrößerung der Fensterfläche der Südfassade zunächst den Heizwärmebedarf eines Raums deutlich reduzieren kann, verringert sich dieser Effekt bei sehr hohen Fensterflächenanteilen häufig oder kehrt sich sogar um, da durch den gegenüber der opaken Wand höheren U-Wert des Fensters die Wärmeverluste ebenfalls steigen. Entscheidend für die Auswirkungen sind neben dem optimalen Verhältnis von Fenster- zu Wandfläche immer der energetische Standard des Gebäudes sowie die thermischen Eigenschaften des Fensters (Abb. C 1.29). Den Einfluss der Fensterorientierung auf den Heizwärmebedarf eines Wohnraums zeigt Abb. C 1.30. Bei der Verwendung einer Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung ist lediglich auf der Südseite eine Vergrößerung des Fensterflächenanteils möglich, ohne dass sich der Heizwärmebedarf erhöht. Noch deutlicher zeigt sich dieser Effekt bei Bürogebäuden (Abb. C 1.31). Hier decken die höheren inneren Wärmelasten bereits einen beträchtlichen Teil des Wärmebedarfs, sodass zusätzliche solare Gewinne kaum verwertet werden können. Größere Fensterflächenanteile führen in diesem Fall unabhängig von der Orientierung im Sommer zu unerwünschter Erwärmung und in der Heizperiode wegen entsprechend hoher Wärmeverluste über die Fensterflächen zu einer Erhöhung des Heizwärmebedarfs. Besonders ungünstig wirkt es sich aus, wenn zudem ein als Blendschutz eingesetzter außenliegender Sonnenschutz die im Winter eigentlich erwünschte Einstrahlung verhindert. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Heizlast eines Raums mit zunehmender Fensterfläche grundsätzlich steigt, da die Heizungsanlage auch bei ungünstigen Randbedingungen – also bei tiefen Außentemperaturen und ohne solare Einstrahlung – die gewünschte Raumtemperatur bereitstellen muss. Dies betrifft sowohl den Wärmeerzeuger als auch die Wär-

80

70 Niedrigenergiehäuser 60

50

40

30 Passivhäuser 20

10

0 0

Jahresraumwärmebedarf [kWh/m2a]

Transparente Öffnungsverschlüsse und Heizwärmebedarf

Heizwärmebedarf pro m2 Wohnfläche [kWh/m2a]

Passive Solarenergienutzung

10

20

30 40 50 60 70 Verglasungsanteil Südfassade [%] herkömmliche Isolierverglasung herkömmliche Isolierverglasung mit pyrolytischer Beschichtung Zweifach-Wärmeschutzverglasung mit Silberoxidschicht und Argonfüllung Dreifach-Wärmeschutzverglasung mit zwei pyrolytischen Beschichtungen und Kryptonfüllung Dreifach-Wärmeschutzverglasung mit zwei Silberoxidschichten und Kryptonfüllung Dreifach-Wärmeschutzverglasung mit eisenarmem Weißglas, mit zwei Silberoxidschichten und Kryptonfüllung C 1.29 N O S W S ohne Sonnenschutz 32 28 24 20 16 12 8 4 0

Transmissionswärmeverluste und solare Gewinne verschiedener Fensterkonstruktionen über eine Heizperiode (Mitte Oktober bis Mitte April), berechnet nach DIN V 18 599-2:2011-12, Testreferenzjahr 2010 für Potsdam C 1.28 Ausnutzungsgrad von Wärmegewinnen nach DIN V 18 599-2:2011-12 für zwei Gebäude mit unterschiedlichem Wärmespeichervermögen in Abhängigkeit vom Verhältnis von Wärmegewinnen zu Wärmeverlusten (grün: schweres, gut gedämmtes Gebäude; blau: leichtes, schlechter gedämmtes Gebäude). Die gestrichelte Linie kennzeichnet das theoretische Maximum (vollständige Deckung des Wärmebedarfs durch interne und solare Wärmegewinne). C 1.29 Heizwärmebedarf eines Reihenmittelhauses in Niedrigenergie- und Passivhausbauweise in Abhängigkeit vom Fensterflächenanteil an der Südfassade und von der Verglasungsqualität C 1.30 Heizwärmebedarf für einen Wohnraum in Abhängkeit von der Orientierung bei unterschiedli-

chen Fensterflächenanteilen. Randbedingungen: Wohnraum (B ≈ T ≈ H: 4 ≈ 6 ≈ 3 m) mit einer Außenfassade UWand = 0,25 W/m2K, sämtliche andere Flächen adiabat, schwere Bauweise, Verglasung Ug = 1,25 W/m2K, g = 0,61, Tinnen: 20 – 26 °C, Klima: München, mittlere interne Wärmelast: 3 W/m2, Luftwechsel 10 l/s, Wärmerückgewinnungsgrad 80 % C 1.31 Heizwärmebedarf für einen Büroraum in Abhängikeit von der Orientierung bei unterschiedlichen Fensterflächenanteilen. Randbedingungen: Büroraum (B ≈ T ≈ H: 4 ≈ 6 ≈ 3 m) mit einer Außenfassade UWand = 0,25 W/m2K, sämtliche andere Flächen adiabat, mittelschwere Bauweise, Verglasung Ug = 1,25 W/m2K, g = 0,43 (ohne Sonnenschutz), Sollwert für die Betätigung des Sonnenschutzes: 300 W/m2 auf der jeweiligen Fassade, Tinnen: 20 – 26 °C, Klima: München, interne Wärmelast: 20 W/m2 tagsüber und 10 W/m2 nachts /am Wochenende, Luftwechsel 48,4 l/s tagsüber und 8,4 l/s nachts bzw. am Wochenende, Wärmerückgewinnungsgrad 80 %

20

Jahresraumwärmebedarf [kWh/m2a]

C 1.27

N

30

O

40

S

50

80 60 70 Fensterflächenanteil [%] C 1.30 S ohne Sonnenschutz

50

80 60 70 Fensterflächenanteil [%] C 1.31

W

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 20

30

40

183

Passive Solareergienutzung

4

meübergabe an den Raum. Bei einer Beheizung über Heizkörper oder Flächenheizungen können große Fensterflächenanteile zumeist durch eine Vergrößerung der Heizflächen oder höhere Betriebstemperaturen ausgeglichen werden. Bei rein über die Zuluft beheizten Gebäuden, wie z. B. Passivhäuser entfällt diese Kompensationsmöglichkeit. Hier darf die Heizlast bezogen auf die Grundfläche des Raums maximal 10 W/m2 betragen [7]. Selbst bei der Verwendung von passivhaustauglichen Fenstern mit UW ≤ 0,8 W/m2K und reiner Südausrichtung ist somit der Fensterflächenanteil an der Fassade begrenzt, wie Abb. C 1.32 zeigt.

2

Sommerlicher Wärmeschutz

0

Bei den heute üblichen großflächigen Fassadenöffnungen kann die in den Raum gelangende Solarstrahlung bereits in den Übergangsmonaten zu einer unerwünschten Überwärmung führen, insbesondere wenn sie sich mit hohen inneren Wärmelasten überlagert, wie etwa bei Bürogebäuden. Ein auf den jeweiligen Raum abgestimmtes Lüftungs- und Verschattungskonzept sollte unerwünschte Überwärmung verhindern und den Aufwand für energieintensive Kühlmaßnahmen begrenzen. Vor allem die folgenden planbaren Eigenschaften eines Gebäudes wirken sich auf die Erfordernisse für sommerlichen Wärmeschutz aus: • Geometrie und Orientierung • Fläche und optische Eigenschaften transparenter Bauteile, vor allem der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) • Verschattung durch Umgebungsbebauung und Vegetation sowie vorspringende Bauteile (Eigenverschattung) • fest stehende und bewegliche Sonnenschutzeinrichtungen • thermische Trägheit des Gebäudes • Wärmedurchgang durch die Außenbauteile • Möglichkeit der Auskühlung von Speichermassen durch aktive oder natürliche Nachtlüftung

Hof kühler trüber Tag kalter klarer Tag

erforderliche Heizleistung [W/m2]

Grenzwert Passivhaus

Hannover kühler trüber Tag kalter klarer Tag

16 14 12 10 8 6

0

10

20

30 40 50 60 70 80 90 100 Fensterflächenanteil Südfassade [%] C 1.32

Ost Süd

Jahresraumkältebedarf [kWh/m2a]

Nord

West West II

32 28 24 20 16 12 8 4 0 20

30

40

50

80 60 70 Fensterflächenanteil [%] C 1.33

Heizung Kühlung Beleuchtung

Energiebedarf [kWh/m2a]

Gesamtenergiebedarf

0

184

20

100 40 60 80 Verglasungsanteil Südfassade [%] C 1.34

In Mitteleuropa bedürfen vor allem West- und Ostfassaden besonderer Beachtung, da die im Sommer auftreffende Strahlungsleistung bedingt durch den flacheren Einfallswinkel flächenbezogen höher ist als bei Südfassaden (Abb. C 1.5, S. 171). Dabei sind Westfassaden noch kritischer zu sehen als Ostfassaden: Während die vormittags durch Öffnungen in der Ostfassade einfallenden Wärmelasten zumindest teilweise durch einen erhöhten Luftwechsel abgeführt werden können, ist dies nachmittags wegen der bis dahin angestiegenen Außenlufttemperaturen kaum mehr möglich. Direkte Einstrahlung auf Südfassaden lässt sich im Sommer aufgrund des steilen Einfallswinkels durch Dachüberstände oder horizontale Verschattungselemente weitgehend vermeiden. An Nordfassaden wird häufig komplett auf Sonnenschutzmaßnahmen verzichtet, ohne miteinzubeziehen, dass im Sommer auch rein nordorientierte Flächen morgens und abends direkt besonnt werden. Bei großen Glasflächen kann

darüber hinaus bereits die diffuse, vom Boden und der Umgebung in den Raum reflektierte Solarstrahlung so hohe Werte annehmen, dass eine Verschattung erforderlich ist. Grundsätzlich gilt, dass der Kühlenergiebedarf nahezu linear mit dem Fensterflächenanteil steigt (Abb. C 1.33). Nachweisverfahren Ein einfaches Nachweisverfahren für den sommerlichen Wärmeschutz findet sich in DIN 4108-2. Es beruht auf der Ermittlung eines maximal zulässigen Sonneneintragskennwerts Szul durch Addition einer Reihe von Teilwerten, die die relevanten Eigenschaften des Gebäudes abbilden. Sie berücksichtigen: • die Nutzung des Gebäudes (Wohn- oder Nichtwohngebäude) • den Standort (Einteilung von Deutschland in drei Klimaregionen) • die Bauart des Gebäudes (leicht, mittel, schwer) und die Möglichkeit zur Nachtlüftung • die Fläche aller Fenster des betrachteten Raums bezogen auf seine Grundfläche • die Verwendung von Sonnenschutzglas • die Neigung und Orientierung der Fensterflächen • die Möglichkeit, passive Kühltechniken einzusetzen Diesem Wert wird der tatsächlich vorhandene Sonneneintragskennwert Svorh gegenüber gestellt: Svorh = Σj (AW,j · gtot) / AG AW Fensterfläche(n) in m2 gtot Gesamtenergiedurchlassgrad unter Berücksichtigung des Abminderungsfaktors Fc bei Sonnenschutzvorrichtungen (siehe »Abschattungsfaktor«, S. 175) z. B.  vereinfacht nach DIN 4108-2 über gtot = FC-Wert · g AG Nettogrundfläche des betrachteten Raums oder einer Raumgruppe in m2 Für Wohngebäude mit üblichen Raumgrößen und moderaten Fensterflächenanteilen lässt sich mit diesem Verfahren in den meisten Fällen nachweisen, dass mit einer übermäßigen Aufheizung der Räume durch Solareinstrahlung nicht zu rechnen ist [8]. Wohngebäude mit einem grundflächenbezogenen Fensterflächenanteil von weniger als 30 % und außenliegenden Verschattungseinrichtungen sind von vornherein von der Nachweispflicht ausgenommen. Bei Wohngebäuden mit hohem Verglasungsanteil, vor allem jedoch bei Nichtwohngebäuden, kann der Nachweis auf diese Weise allerdings häufig nicht erbracht werden. Hier bietet es sich an, eine präzisere Betrachtung mit einer instationären thermischen Gebäudesimulation vorzunehmen, die anhand der Gebäudeeigenschaften, der Nutzung des Gebäudes und zeitlich fein aufgelöster Wetterdaten Aussagen über den Temperaturverlauf im Raum erlaubt. Gleiches empfiehlt sich, wenn innovative

Passive Solarenergienutzung

Tageslichtquotient [%]

A

B

C

D

E

25

D C

20

E

Standardbüroraum in Stuttgart (B ≈ T ≈ H: 4,00 ≈ 4,00 ≈ 2,50 m, einseitig geöffnete Fassade)

B

15 A

10 5

3%

0

0

C 1.34

C 1.35

C 1.36

C 1.37

C 1.38

1,5

2

C

2,5 3 3,5 4 Abstand zum Fenster [m] C 1.35

25 C

20 15 10

B

5

3%

A

0

0

1

1,5

2

A Tageslichtquotient [%]

C 1.33

Erforderliche flächenspezifische Heizleistung eines Passivhauses in Abhängigkeit von Fensterflächenanteil an der Südfassade, Standort und Auslegungsfall. Berechnung in Anlehnung an PHPP (Passivhaus-Projektierungspaket). Randbedingungen: (B ≈ T ≈ H: 8,50 ≈ 11,50 ≈ 6,00 m), mittlerer U-Wert der opaken Bauteile einschließlich Wärmebrücken 0,11 W/m2K, Fenster: Uw = 0,7 W/m2K, g = 0,5, Fensterflächenanteil auf Nord-, Ost- und Westseite 10 %. Anlagenluftwechsel 0,4 h-1, Wärmerückgewinnungsgrad 90 %. Bei einer Beheizung rein über die Zuluft ist die erreichbare Heizleistung auf 10 W/m2 begrenzt (Passivhauskriterium). Kühlenergiebedarf für einen Büroraum in Abhängigkeit der Orientierung bei unterschiedlichen Fensterflächenanteilen. (Randbedingungen entspr. Abb. C 1.31; für die Westfassade ist zusätzlich der Fall mit passiver Kühlung durch Nachtlüftung dargestellt (West II); Luftwechsel 48,8 l/s tagsüber und 20 l/s nachts) Zusammenhang zwischen dem Gesamtenergieund dem Heiz- bzw. Kühlungsbedarf sowie der Beleuchtung Tageslichtquotient in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil der Fensterfläche (Fenster über die gesamte Raumbreite von 4 m) A: 20 % Fensterfläche B: 40 % Fensterfläche C: 60 % Fensterfläche D: 80 % Fensterfläche E: 100 % Fensterfläche Tageslichtquotient in Abhängigkeit von der Brüstungshöhe des Fensters (Fensterhöhe 1 m über gesamte Raumbreite von 4 m) A: 0,90 m Brüstungshöhe B: 1,20 m Brüstungshöhe C: 1,45 m Brüstungshöhe Tageslichtquotient in Abhängigkeit von der Glasqualität des Fensters (Fensterhöhe 1 m über gesamte Raumbreite von 4 m) A: Einfachverglasung, TL = 0,89 B: Zweifach-Wärmeschutzverglasung mit Argon-Füllung, TL = 0,8 C: Dreifach-Wärmeschutzverglasung mit Argon-Füllung, TL = 0,68 D: Dreifach-Sonnenschutzverglasung mit Krypton-Füllung, TL = 0,5 Tageslichtquotient in Abhängigkeit zu einem baulichen Sonnenschutz (Fensterhöhe 1,40 m über gesamte Raumbreite von 4 m) A: Brise-Soleil, Länge 1,40 m, Lamellenstellung 30 ° B: Auskragung mit Länge 1,40 m, Verhältnis 1:1 zum Fenster C: Auskragung mit Länge 0,70 m, Verhältnis 1:2 zum Fenster D: keine Auskragung

B

B

C

2,5 3 3,5 4 Abstand zum Fenster [m] C 1.36

25 A 20

B C

15 D 10 5

D

3%

0

0

1

1,5

2

2,5 3 3,5 4 Abstand zum Fenster [m] C 1.37

A B C D Tageslichtquotient [%]

C 1.32

Tageslichtquotient [%]

A

1

25

A

20 B 15 D 10

C

5

3%

0

0

1

1,5

2

2,5 3 3,5 4 Abstand zum Fenster [m] C 1.38

185

Passive Solareergienutzung

20 %

40%

60%

80%

100%

Ausgabe der Tageslichtquotientberechnung der verschiedenen Varianten C 1.39 Ø 1,9 %

Ø 4,5%

Ø 7,2%

Ø 8,7%

Ø 8,9%

Ausgabe der Tageslichtquotientberechnung der verschiedenen Varianten mit beweglichem Sonnenschutz

Ø 1,0 %

Ø 2,6%

Ø 3,8%

Ø 4,0%

Ø 4,0%

Tageslichtquotient [%] 1

2,5

3,5

5

7,5

10

12,5

15

Untersuchung des Tageslichtquotienten bei variierendem Fensterflächenanteil eines Standardbüroraums mit Bandfensterfassade und Südausrichtung in Stuttgart (B ≈ T ≈ H: 6 ≈ 3 ≈ 4 m), Zweifach-Wärmeschutzverglasung, FC = 0,6 C 1.40 Zusammenhang zwischen Tageslichtautonomie, Tageslichtquotient und Strombedarf C 1.41 Monatswerte der Tageslichtautonomie eines Büroraums (Anforderung 500 lx) am Standort Stuttgart für unterschiedliche Tageslichtkoeffizienten C 1.42 Monatswerte der Tageslichtautonomie eines Büroraums (Anforderung 500 lx) für verschiedene Standorte; Tageslichtkoeffizient jeweils 3 %

C 1.39

Lüftungs- und Verschattungskonzepte umgesetzt werden sollen, die sich durch das einfache Verfahren nur unzulänglich abbilden lassen. Um die Anforderungen der DIN 4 108-2 einzuhalten, muss belegt werden, dass keine unzumutbar hohen oder lang andauernden Temperaturüberschreitungen im Raum auftreten. Das Maß hierfür sind die sogenannten Übertemperaturgradstunden, die sich aus der Höhe der Temperaturüberschreitung in Kelvin multipliziert mit ihrer Dauer in Stunden pro Jahr errechnen. Für Wohngebäude sind 1200 Kh/a zugelassen, für Nichtwohngebäude 500 Kh/a, wobei bei diesen nur die übliche Anwesenheitszeit (Montag bis Freitag, 7–18 Uhr) berücksichtigt wird. Die zugrunde liegende Grenztemperatur richtet sich nach der Lage des Standorts innerhalb von Deutschland und liegt zwischen 25 und 27° C.

Tageslichtnutzung

Einfluss von Gebäudeöffnungen auf den Gesamtenergiebedarf

Tageslichtquotient

Wie in den vorherigen Abschnitten erläutert, wirken sich Geometrie sowie strahlungsphysikalische und thermische Eigenschaften von Fassadenöffnungen in vielfältiger Weise auf den Gesamtenergiebedarf eines Gebäudes aus. Modifikationen dieser Eigenschaften haben zum Teil sogar gegenläufige Auswirkungen zur Folge: Während eine Vergrößerung des Öffnungsflächenanteils bei geeigneter Orientierung den Heizwärmebedarf eines Raums und den Aufwand für elektrische Beleuchtung reduzieren kann, führt sie möglicherweise gleichzeitig zu einem höheren Kühlenergieaufwand im Sommer (Abb. C 1.34, S. 184). Bei der Bestimmung eines in der Gesamtbetrachtung optimalen Öffnungsflächenanteils ist allerdings zu beachten, dass die einzelnen Nutzenergiearten durch unterschiedliche Energieträger abgedeckt werden (Beleuchtung und Kühlung üblicherweise durch Strom; Heizung meist durch fossile oder regenerative Brennstoffe, gegebenenfalls mit solarer Unterstützung) und sich daher sowohl in wirtschaftlicher als auch in energetischer Hinsicht unterscheiden. Je nach Zielsetzung der Optimierung müssen die ermittelten Endenergien daher z. B. mit den jeweiligen Bezugspreisen oder Primärenergiefaktoren multipliziert werden.

186

Die Ausleuchtung eines Innenraums mit Tageslicht ist ein wichtiges Kriterium für die Gesundheit und die Behaglichkeit des Nutzers. Natürliches Licht regt den menschlichen Kreislauf an und steuert wichtige Körperfunktionen. Auch die Leistungsfähigkeit wird durch Tageslicht maßgeblich beeinflusst. Eine gute Sichtverbindung nach außen informiert den Nutzer über die Umgebung und das Wetter. Diese Wirkung kann künstliche Beleuchtung allein nicht erreichen. Daher ist eine angemessene, auf die Erfordernisse des sommerlichen und winterlichen Wärmeschutzes abgestimmte Tageslichtplanung beim Entwurf eines Gebäudes unverzichtbar. Die Tageslichtsituation im Raum wird vor allem anhand des sogenannten Tageslichtquotienten überprüft.

Der Tageslichtquotient D (engl. »Daylight Factor«) beschreibt das prozentuale Verhältnis der Beleuchtungsstärke E an einem Punkt im Innenraum zur Beleuchtungsstärke im Freien: D=

Einnen · 100 Eaußen

Er wird ohne Verbauung oder Verschattung bei vollständig bedecktem Himmel gemessen. Beispielsweise entspricht bei 10 000 Lux ein Tageslichtquotient von 1 % einer Innenbeleuchtungsstärke von 100 Lux. Da es sich um einen Verhältniswert handelt, ist der Tageslichtquotient unabhängig von Datum, Uhrzeit und Standort und für eine vergleichende Betrachtung optimal geeignet. Je höher der Tageslichtquotient in einem Raum, desto besser ist die Ausleuchtung mit Tageslicht. Nach deutscher Arbeitsstättenrichtlinie sollte ein Büroraum mit einem Tageslichtquotienten von mindestens 3 % in der Raummitte ausgeleuchtet sein. Das bedeutet, dass der Arbeitsplatz im Jahresmittel zwischen 50 und 70 % des Tages mit Tageslicht versorgt ist und viel Strom für Kunstlicht eingespart werden kann. Viel höher sollte der Tageslichtquotient in der Praxis auch nicht sein, um Blendung am

Arbeitsplatz sowie Überhitzung – vor allem in den Sommermonaten – vorzubeugen. Die Beurteilung, ob ein Raum ausreichend gleichmäßig ausgeleuchtet ist, kann durch das Verhältnis der minimalen und maximalen Werte des Tageslichtquotienten erfolgen, die z. B. über eine Tageslichtsimulation ermittelt werden. Dieser Verhältniswert sollte bei seitlicher Belichtung über Fassadenöffnungen maximal 1:6 und bei Dachverglasungen maximal 1:2 betragen. Simulationen und Berechnungen des Tageslichtquotienten werden in der Regel nach dem Standard der Internationalen Beleuchtungskomission (CIE) durchgeführt. Dieser definiert einen Standardhimmel, der die räumliche Leuchtdichteverteilung des Himmels unter verschiedenen Witterungsbedingungen mathematisch modelliert. Der Tageslichtquotient wird auf einer Ebene im Raum gemessen, die 0,85 m (in etwa Tischhöhe) über dem Boden liegt. Zahlreiche die Gebäudeöffnungen betreffende Faktoren nehmen Einfluss auf den Tageslichtquotienten: • Öffnungsflächenanteil • Brüstungs- und Öffnungshöhe • Tiefenlage des Fensters in der Öffnung • Wandstärke • Geometrie und Oberflächen der Laibungen innen und außen • Art und Qualität der Verglasung Neben dem Tageslichtquotienten beeinflussen viele weitere Aspekte die Tageslichtqualität in einem Raum. Hierzu zählen beispielsweise • Reflexionsgrade der Wände, Böden und Decken • Gleichmäßigkeit des Tageslichtquotienten über die Raumtiefe • Sichtbezug nach außen in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung • Regelbarkeit der die Lichtqualität beeinflussenden Größen (Beschattung, Kunstlicht) • Tageslichtautonomie • Lichtkontraste im Raum Je höher ein Fenster liegt und je geringer die Sturzhöhe ist, desto tiefer gelangt das

Passive Solarenergienutzung

80

80

60

60

40

40

20

20

0

0 5

10

D 3%

D 5%

100 90 80 70 60 50

C 1.40

Tageslicht in den Raum. Bodentiefe Verglasungen tragen also kaum zu einer Verbesserung der Raumausleuchtung bei – und sind somit aus der Sicht der Tageslichtplanung entbehrlich. Außerdem gilt: Je breiter das Fenster, desto gleichmäßiger ist die Verteilung des Tageslichts auf die Breite gesehen. Nach DIN 5034 sollte bei einer Standard-Rohbaufensterhöhe von 1,30 m und einer Brüstungshöhe von 0,90 m die Summe der Fensterbreiten mindestens 55 % der Raumbreite betragen, um eine gute Tageslichtausleuchtung zu erhalten. Im Folgenden werden diese Zusammenhänge anhand eines konventionellen Büroraums in Stuttgart mit den Abmessungen von (B ≈ T ≈ H) 4,0 ≈ 4,0 ≈ 2,5 m und einer einseitig geöffneten Fassade diskutiert (Abb. C 1.35 – 38, S. 185). Abb. C 1.35 (S. 185) zeigt das Verhältnis Tageslichtquotient zu Fensterflächenanteil: Mit zunehmendem Fensterflächenanteil verbessert sich auch die Raumausleuchtung. Allerdings verändert sich gleichzeitig der Kontrast zwischen dem Bereich unmittelbar vor dem Fenster und den Bereichen in der Raumtiefe. Je größer die Fensterfläche, desto größer ist der Kontrast und desto ungleichmäßiger die Leuchtdichteverteilung. Das kann trotz besserer Raumausleuchtung zu unerwünschten Blendungseffekten führen. Im Verwaltungsbau wird beispielsweise ein Fensterflächenanteil von 60 bis 65% als Richtwert empfohlen. Abb. C 1.36 (S. 185) thematisiert die Brüstungs- und Öffnungshöhe. Sie zeigt, dass die Ausleuchtung in der Raumtiefe besser wird, je höher das Fenster angeordnet ist. Der Tageslichtquotient unmittelbar vor dem Fenster ist in diesem Fall niedriger, da der Bereich durch die hohe Fensterlage verschattet wird. Die Gleichmäßigkeit der Raumausleuchtung verbessert sich ebenfalls, wenn die Öffnung weit oben platziert ist. Dabei ist zu beachten, dass eine hohe Lage des Fensters den Sichtbezug nach außen einschränken kann. Abb. C 1.37 (S. 185) vergleicht verschiedene Glasqualitäten. Generell lässt sich mit einer Einfachverglasung eine bessere Raumausleuchtung erzielen als mit einer Sonnenschutzverglasung. Je besser der Schutz vor uner-

Stuttgart

Lissabon

100 90 80 70 60 50

40

40

30

30

20

20

10

10

0

15 20 25 30 Tageslichtquotient [%]

Oslo Tageslichtautonomie [%]

100

Strombedarf [%]

Tageslichtautonomie [%]

100

Tageslichtautonomie [%]

D 2%

Tageslichtautonomie Strombedarf Kunstlicht

0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez C 1.41

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez C 1.42

wünschtem Wärmeeintrag durch die Sonne bzw. je geringer der Gesamtenergiedurchlassgrad, desto geringer ist auch der Tageslichttransmissionsgrad der Verglasung. Weitere Sonnenschutzmaßnahmen werden in Abb. C 1.38 (S. 185) bewertet: baulicher Sonnenschutz in Form einer Auskragung über dem Fenster (in verschiedenen Längen) sowie ein sogenanntes Brise-Soleil. Die Tageslichtausleuchtung im Raum wird durch eine Auskragung mit einer Länge von 1,40 m bedeutend schlechter als ohne. Die Situation verbessert sich durch den Einsatz eines Brise-Soleil mit einer lichtdurchlässigen Lamellenstruktur, das ebenfalls wirksam vor unerwünschtem Wärmeeintrag schützt. Bei Reduzierung des baulichen Sonnenschutzes auf die halbe Länge steigt der Tageslichtquotient im Rauminneren deutlich. Abb. C 1.39 zeigt die Ergebnisse einer Untersuchung des Tageslichtquotienten bei variierendem Fensterflächenanteil eines Standardbüroraums mit Bandfensterfassade.

chende Beleuchtung vor, wenn der Tageslichtquotient in der Raummitte und 1 m vor den beiden Seitenwänden im Mittel mindestens 0,9 % erreicht [9]. Grundsätzlich verhalten sich Fensterflächenanteile und Tageslichtautonomie nicht linear zueinander. Ab etwa 50 % Verglasungsanteil der Fassade sind die positiven Auswirkungen auf die Tageslichtautomie deutlich geringer; eine Erhöhung des Verglasungsanteils von 70 auf 90 % bewirkt keine nennenswerte Verbesserung der Tageslichtqualität. Bei Wohngebäuden sind Fensterflächenanteile zwischen 20 und 30 % der Raumgrundfläche notwendig, um das Grundbedürfnis nach Licht und den Außenraumbezug sicherzustellen. In DIN 5034 findet sich ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung von Mindestfenstergrößen für die einseitige Belichtung von Wohnräumen.

Tageslichtautonomie

Für Gebäude mit konkreten Anforderungen an die Beleuchtungsstärke, wie z. B. Büroarbeitsplätze, kann über den Tageslichtquotienten für einen bestimmten Punkt das Maß an Tageslichtautonomie bestimmt werden (Abb. C 1.40). Dieser Wert beschreibt in Prozent den Anteil eines typischen Nutzungszeitraums, in dem die Beleuchtungsanforderungen ausschließlich über Tageslicht sichergestellt sind. Dieser Quotient findet fast nur im Verwaltungsbau Anwendung und bezieht sich auf die dort übliche Arbeitszeit. Bürogebäude mit einem mittleren Tageslichtquotienten von 3 % weisen im Jahresmittel ca. 50 % Tageslichtautonomie für die Büroarbeitsplätze auf. Durch das jahreszeitlich schwankende Tageslichtangebot unterscheiden sich die Werte von Monat zu Monat allerdings sehr stark (Abb. C 1.41). Dies gilt umso mehr, je weiter ein Ort vom Äquator entfernt liegt (Abb. C 1.42). Da es für Wohnräume keine definierten Vorgaben für Beleuchtungsstärken gibt, ist die Ermittlung einer Tageslichtautonomie hier nicht ohne Weiteres möglich. Für einen einseitig belichteten Wohnraum liegt dann eine ausrei-

Lichtlenkung

Die Menge und /oder Qualität des nutzbaren Tageslichts kann durch den Einsatz bestimmter Materialien oder Komponenten, die das Licht gezielt in den Innenraum lenken, gesteigert werden. Die Lichtlenkung erfolgt direkt oder diffus streuend. Lichtstreuende Verglasungen wie Milch- und Strukturglas können zu einer gleichmäßigen Ausleuchtung des Raums mit diffusem Licht beitragen. Jedoch ist der Tageslichttransmissionsgrad geringer als bei klaren Glasscheiben, gleichzeitig besteht ein erhöhtes Blendungsrisiko. Für die Berechnung des Tageslichtquotienten ist es ohne Belang, ob es sich um lichtstreuende Verglasung handelt, da bei einer Simulation nach CIE mit bedecktem Himmel, also mit diffusem Licht, gerechnet wird. Aufgrund des niedrigeren Transmissionsgrads kommt es vielmehr zu reduzierten mittleren Tageslichtquotienten im Raum. Die positive Wirkung beschränkt sich auf direktes Licht: Hier sind in größerer Raumtiefe höhere Beleuchtungsstärken als mit klarem Glas zu erreichen. Allerdings ist die Beleuchtungsstärke abhängig von Datum, Uhrzeit und Standort und dadurch als Wert für eine vergleichende Betrachtung wenig geeignet. Als Lichtschwert (engl. »Lightshelf«) bezeichnet man eine breite Lamelle mit hochreflektierender Oberfläche, die horizontal oder geneigt

187

Passive Solareergienutzung

höhere Leuchtdichte im Zenit

60°

B: Reflektor außen C: Lichtlenkung innen

Aussicht

A: kein Lichtschwert geringere Leuchtdichte am Horizont C 1.43

im oberen Fensterbereich außen an der Fassade befestigt wird und das auftreffende Licht in die Tiefe des Raums reflektiert, um so eine gleichmäßigere Tageslichtverteilung zu erzielen (Abb. C 1.43, S. 188). Eine außenliegende Jalousie kann ebenfalls als Lichtschwert fungieren (Abb. C 1.44). Lichtschwerter dienen in unmittelbarer Nähe der Verglasung auch als Verschattungselemente, da sie in der Regel nicht transparent sind. Aus diesem Grund ist ihr Einsatz meist erst bei Räumen mit Raumtiefen größer als 4 m sinnvoll. Daneben gibt es zahlreiche weitere lichtlenkende Systeme, die teilweise sogar ganz ohne raumnahe Fassadenöffnungen Tageslicht ins Rauminnere befördern, beispielsweise über sogenannte Lightpipes oder Heliostaten. Abb. C 1.45 gibt einen Überblick zu Tageslichtsystemen zur Diffuslichtumlenkung, Abb. C 1.46 zu Tageslichtsystemen zur Direktlichtumlenkung. Werkzeuge zur Berechnung des solaren Nutzungspotenzials von Gebäudeöffnungen

In den vergangenen Jahren haben sich in der Planungspraxis leistungsfähige Simulationsprogramme zur Beurteilung des thermischen Verhaltens von Gebäuden durchgesetzt. Sie berechnen, ausgehend von hinterlegten Wetterdaten und möglichst realitätsnahen Angaben zur vorgesehenen Nutzung, die im Gebäude auftretenden Wärmetransport- und Speichervorgänge und erlauben so präzise Aussagen über den Temperaturverlauf in Innenräumen sowie den zur Beheizung und Kühlung erforderlichen Energiebedarf. Allerdings sind sie mit einem beträchtlichen Eingabeaufwand verbunden und setzen ein hohes Maß an Fachwissen voraus. Ihre Verwendung sollte daher auf Fragestellungen beschränkt werden, die nicht mit einfacheren Mitteln zu lösen sind. In frühen Planungsstadien reichen zumeist einfache Handrechenverfahren aus, um den energetischen Standard eines Entwurfs zu beurteilen. Hier steht häufig der Heizenergiebedarf im Vordergrund. Für den Vergleich verschiedener Entwurfsvarianten lässt sich dieser in ausreichender Genauigkeit mit einer sogenannten stationären Berechnung bestimmen. Dabei ersetzen Mittelwerte der Außen- und

188

A

B

C

C 1.44

Innentemperatur während der Heizperiode die in Wirklichkeit auftretenden, zeitlich wechselnden Bedingungen. Auf dieser Grundlage werden Wärmeverluste über die Bauteile und die Lüftung ermittelt und Wärmegewinnen durch die solare Einstrahlung sowie internen Lasten gegenübergestellt, um den Heizwärmebedarf des Gebäudes zu berechnen. Die für die solare Einstrahlung maßgeblichen Größen wie Verschattungseinrichtungen oder Glaseigenschaften werden ebenfalls über den Betrachtungszeitraum gemittelt. Die Ausnutzung der solaren Gewinne lässt sich über den im Abschnitt »Ausnutzungsgrad und Fensterorientierung« (S. 183) beschriebenen Ausnutzungsgrad η abschätzen. Darüber hinaus braucht man die Wärmespeicherung in den Bauteilen nicht zu berücksichtigten, da sich diese kurzfristig auftretenden Vorgänge über den Betrachtungszeitraum von mehreren Monaten ausgleichen. Bis 2009 waren diese vereinfachten Berechnungen als Heizperiodenbilanzverfahren auch für den amtlichen Nachweis des Energiebedarfs von Wohngebäuden zugelassen. Inzwischen wurden sie durch genauere, jedoch aufwendigere Verfahren abgelöst und die ihnen zugrunde liegenden Normen zurückgezogen (DIN EN 832) bzw. durch Neufassungen ersetzt (DIN V 4108-6:2003-06).

geben. Darüber hinaus ermöglichen sie eine optimierte Auslegung von Heiz- und Kühlanlagen bis hin zu vergleichenden Betrachtungen verschiedener Regelstrategien. Vergleiche von Entwurfs- oder Konstruktionsvarianten sind leicht möglich, denn sie greifen auf ein gemeinsames Grundmodell zurück, bei dem lediglich die betroffenen Komponenten variiert werden. Da bei jedem Berechnungsschritt alle Energieströme realitätsgetreu abgebildet werden müssen, erfordert die dynamische Simulation auch im Hinblick auf die solare Einstrahlung eine genauere Kenntnis der Eigenschaften von Verglasungen und Sonnenschutzeinrichtungen als die stationären Verfahren. Die Abschattungswirkung von Sonnenschutzelementen und der Transmissionsgrad lichtdurchlässiger Bauteile sind für jeden Zeitschritt unter Berücksichtigung des jeweiligen Sonnenstands und des sich daraus ergebenden Einfallswinkels des Lichts neu zu ermitteln. Dazu müssen die winkelabhängigen optischen Eigenschaften von Materialien und Bauteilen im Programm hinterlegt sein. Während die meisten marktverfügbaren Produkte in Form von Materialbibliotheken in die Simulationsprogramme eingebunden sind, kann es bei Verwendung innovativer Lösungen notwendig sein, die Eigenschaften messtechnisch zu bestimmen und in das Simulationsmodell einzuarbeiten.

Für eine weitere Präzisierung der energetischen Eigenschaften kann auf dynamische thermische Simulationen zurückgegriffen werden. Sie berechnen in kurzen Zeitschritten (häufig in Stundenschritten) alle relevanten Energieströme im Gebäude und bilden dabei physikalisch korrekt ab, wie die Bauteile Wärme aufnehmen und wieder an den Raum abgeben. Auf diese Weise lassen sich deutlich realitätsnähere Energiebedarfswerte ermitteln als mit den stationären Berechnungen. Vor allem erlauben sie aber, anders als diese, auch Aussagen über momentane Zustände wie z. B. den Temperaturverlauf in einem Raum und liefern so wertvolle Planungsgrundlagen für den sommerlichen Wärmeschutz, da sie im Raum auftretende Maximaltemperaturen und Zeiträume, während deren eine vorgegebene Maximaltemperatur überschritten wird, wieder-

Zwischen den einfachen Handrechenverfahren und den präzisen Simulationen sind quasistationäre Verfahren angesiedelt, die wie die stationären Verfahren mit zeitlich gemittelten Eingangsdaten rechnen, aber versuchen, durch die Betrachtung kürzerer Zeitabschnitte (z. B. Monate bis hin zu Stundenschritten) und iterative Rechenansätze genauere Ergebnisse zu erzielen. Beispiele dafür sind das in DIN EN ISO 13 790 beschriebene Verfahren oder die in Deutschland für den öffentlich-rechtlichen Energiebedarfsnachweis vorgeschriebenen Berechnungen nach DIN V 18 599. Diese Verfahren haben einen ähnlich hohen Eingabeaufwand wie eine dynamische Simulation, ihre Ergebnisse sind aber bei Weitem nicht so aussagekräftig. Für die Verwendung in der energetischen Optimierung von Gebäuden sind sie daher nicht zu empfehlen.

Passive Solarenergienutzung

Diffuslichtumlenkung Lichtschwert

Sonnenschutz mit Diffuslichtdurchlass

anidolische Decke

holografischoptische Elemente (HOE)

Prismenplatte mit Alulamellen

Prismenplatten

lichtleitende Verschattung

Konzentration mit HOE

Totalreflexion mit HOE 60°

Anmerkungen: [1] Williams, David R.: Sun Fact Sheet. Greenbelt 2004. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/ sunfact.html (16.08.2010) [2] DIN EN 410 besagt: »Die Kenngrößen werden bei quasi-parallelem, beinahe senkrechtem Strahlungseinfall [...] bestimmt.«. Siehe auch: Publication CIE No. 38 (TC-2.3): Radiometric and photometric characteristics of materials and their measurement (1977). Die Bezeichnung g⊥ findet sich in DIN V 18 599-2, aber auch schon in der älteren DIN V 4108-6:2003 oder DIN EN 832 [3] z. B. in DIN EN 12 464-1 »Beleuchtung von Arbeitsstätten – Arbeitsstätten in Innenräumen« und in Arbeitsstättenrichtlinen (ASR), vor allem ASR 7/3 »Künstliche Beleuchtung« und ASR 7/3 »Sicherheitsbeleuchtung« [4] Zur genauen Angabe der Position einer Beschichtung in einer Isolierverglasung werden die Glasebenen stets von außen nach innen durchnummeriert. Position 2 bedeutet beispielsweise, dass die zum Innenraum weisende Seite der außenliegenden Glasscheibe beschichtet ist. [5] Bei Herzog, Thomas; Krippner, Roland; Lang, Werner: Fassadenatlas. München 2004, findet sich in Kapitel B 2.2, S. 259ff., eine zusammenfassende Darstellung zu diesem Thema der »Manipulatoren«. [6] mehr dazu in: Wagner, Andreas u. a.: Energieeffiziente Fenster und Verglasungen. Stuttgart, 2013 [7] lt. Passivhaus Institut, Darmstadt, siehe z. B. http:// passiv.de/de/02_informationen/01_wasistpassivhaus/01_wasistpassivhaus.htm [8] Eine Übersicht, wie sich die Variation wesentlicher Einflussgrößen auf den sommerlichen Wärmeschutz und die Erfüllung der aktuellen rechtlichen Anforderungen auswirkt, findet sich in: Maas, Anton; Kempkes, Christoph; Schlitzberger, Stephan: Sommerlicher Wärmeschutz – Neufassung der DIN 4108-2. In: Bauphysik 3/2013, S. 155 –161 [9] siehe DIN 5034-1:2011: »Der Helligkeitseindruck in Wohnräumen [...] ist [...] ausreichend, wenn der Tageslichtquotient auf einer horizontalen Bezugsebene, gemessen in einer Höhe von 0,85 m über dem Fußboden in halber Raumtiefe und in 1 m Abstand von den beiden Seitenwänden im Mittel wenigstens 0,9 % und am ungünstigsten dieser Punkte wenigstens 0,75 % beträgt. In Wohnräumen mit Fenstern in zwei aneinandergrenzenden Wänden muss der Tageslichtquotient am ungünstigsten Bezugspunkt mindestens 1 % betragen.«

Schutzfunktion

Sonnenschutz

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Blendschutz

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Durchsicht mit Belichtungsfunktion

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Lichtlenkung in Raumtiefe

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Veränderung des Lichtspektrums

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Einsparung Kunstlicht

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Reinigung Wartung

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individuelle Regelung

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Anordnung in Fassade

Oberlichtbereich

Oberlichtbereich

Oberlichtbereich

Oberlichtbereich

ganzer Öffnungsbereich

Oberlichtbereich

ganzer Öffnungsbereich

ganzer Öffnungsbereich

Einbauposition

außen / innen

außen

außen / innen

außen

innen

außen

außen

außen

Wirtschaftlichkeit

Regelbarkeit

Einbau

‡ ja

¥ nein

n. r. nicht relevant C 1.45 Direktlichumlenkung Laser Cut Panel

Lichtlenkglas

Licht- drehbare schwert Lamellen

sonnenstandsabhängig lichtlenkende Jalousien

Streuung

CPC1Verglasung lichtmit Spiegel- Strukturen streuende profilen Systeme

Schutzfunktion

Sonnenschutz

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Blendschutz

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Durchsicht mit Belichtungsfunktion

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gleichmäßige Lichtverteilung

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Einsparung Kunstlicht

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ganzer Öffnungsbereich

ganzer Öffnungsbereich

ganzer Öffnungsbereich

ganzer Öffnungsbereich

SZR

SZR

außen / innen

außen / innen

außen / SZR innen

SZR

SZR

außen / SZR innen

Wirtschaftlichkeit

Regelbarkeit

Einbau

Funktionsweise eines Lichtschwerts Darstellung des Tageslichtquotienten in Abhängigkeit lichtlenkender Systeme wie Lichtschwerter oder Jalousien C 1.45 Tageslichtsysteme zur Diffuslichtumlenkung C 1.46 Tageslichtsysteme zur Direktlichtumlenkung

‡ bedingt

C 1.43 C 1.44

Anordnung in Fassade

Einbauposition

1

compound parabolic concentrator

‡ ja

‡ bedingt

¥ nein

C 1.46

189

Aktive Solarenergienutzung Thomas Stark

C 2.1

Neben den grundlegenden Aufgaben der Gebäudehülle wie Witterungsschutz, thermische Abgrenzung, Belichtung oder Belüftung gewinnt zunehmend eine weitere Funktion an Bedeutung: die aktive Energiegewinnung. Vor allem vor dem Hintergrund immer anspruchsvollerer Energiekonzepte hin zu Null- oder Plusenergiehäusern bietet es sich an, die Solarstrahlung auf Dächern und Fassaden aktiv zur Strom-, Wärme- und Kältebereitstellung zu nutzen. Bislang ist die Umsetzung dieses Ziels überwiegend geprägt durch technisch anmutende und an Effizienz orientierten Lösungen, bei denen solartechnische Standardkomponenten ohne gestalterisches Konzept auf geeignete Flächen der Gebäudehülle montiert werden. Für die weitere Entwicklung ist es erforderlich, die Solartechnik bereits im Entwurfskonzept von der Funktionalität der Gebäudehülle und vom Materialeinsatz her in den Planungsprozess einzubinden. Nur so lassen sich gestalterisch überzeugende Architekturkonzepte entwickeln, die mögliche Synergieeffekte durch einen Wärme (Luft)

Mehrfachnutzen von Bauteilen erzielen und somit zu wirtschaftlichen Lösungen führen. Die solare Technologie beruht in erster Linie auf der Absorption von Solarstrahlung und deren Umwandlung in Wärme oder Strom. Die dafür benötigten Elemente sind zwingend durch eine Leitungsinfrastruktur untereinander und mit der internen Gebäudetechnik verbunden. Insofern eignen sich in der Gebäudehülle vor allem opake, fest stehende Elemente für eine solare Aktivierung. Dennoch steht die Planung solcher Flächen meist im Kontext transparenter oder beweglicher Elemente und sollte daher auch konsequent in die Planung von Gebäudeöffnungen eingebunden werden.

Prinzipien der aktiven Energiewandlung von Solarenergie Grundsätzlich lässt sich eine solare Energienutzung von Gebäuden kaum vermeiden: Die Einstrahlung auf Bauteile wird zum großen Teil

Nutzung: direkte Nutzung Wärmepumpe

Wärme (Flüssigkeit)

offener Absorber/Flachkollektor a

b Erzeugung: Strom

Nutzung: direkte Nutzung Speicherung Netzeinspeisung

offener Absorber/Flachkollektor/ Vakuumröhrenkollektor

Erzeugung: Wärme (Flüssigkeit) Strom

PVT-Kollektor

kristalline PV/Dünnschicht PV C 2.1 C 2.2

C 2.3 C 2.4

mikroskopische Aufnahme von Mikroalgen Prinzipen der aktiven Solarenergienutzung in der Gebäudehülle a solare Lufterwärmung b solare Stromerzeugung c solare Wassererwärmung d solare Stromerzeugung und Wassererwärmung e nächtliche Strahlungskühlung f solare Wassererwärmung und Biomasseproduktion Prinzip des photothermischen Effekts Funktionsweise einer kristallinen Solarzelle

c

Nutzung: direkte Nutzung Speicherung Wärmepumpe ggf. Kühlung direkte Nutzung Speicherung Netzeinspeisung

d Erzeugung: kühles Wasser

Nutzung: direkte Nutzung Speicherung

Erzeugung: Wärme (Flüssigkeit)

Nutzung: direkte Nutzung Speicherung Wärmepumpe

Biomasse

Biogas Treibstoffe KWK

Biomassereaktor

offener Absorber/PVT-Kollektor e

Nutzung: direkte Nutzung Speicherung ggf.Kühlung

f C 2.2

190

Aktive Solarenergienutzung

in Wärme umgewandelt, und Solarstrahlung, die durch transparente Elemente in den Innenraum gelangt, erwärmt das Gebäude passiv. Diese Energiezufuhr ist nur begrenzt regelbar und wird in den energetischen Berechnungen entsprechend der Wärmebilanz eines Gebäudes berücksichtigt (siehe »Passive Solarenergienutzung«, S. 170ff.). In Abgrenzung zu dieser passiven Form der Solarenergienutzung ist es das Ziel einer aktiven Nutzung von Solarstrahlung, das Strahlungsangebot möglichst weitreichend auszuschöpfen. Abb. C 2.2 zeigt die konzeptionellen Varianten üblicher Systeme. Die Energienutzung erfolgt zum einen durch eine Absorption über die Gebäudehülle, zum anderen durch Speicher- und Regelungstechnik, die eine bessere Korrelation von Energieangebot und -bedarf ermöglichen. Der Nutzen solcher Systeme lässt sich differenzieren nach der Energieform, die über die Gebäudehülle zur Verfügung gestellt wird: solare Wärme, solarer Strom und – noch im Experimentierstatus – solar erzeugte Biomasse. Solare Wärmeerzeugung

Sie solare Wärmeerzeugung wird als Solarthermie (griech. »sol«: Sonne, »thermos«: warm) bezeichnet. Das Prinzip basiert auf dem Effekt, dass kurzwellige Sonnenstrahlung beim Auftreffen auf Materie in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt wird (Abb. C 2.3). Um dies effektiv und kontrolliert nutzbar zu machen, werden systemtechnische Komponenten eingesetzt, die im Wesentlichen aus einem Kollektorfeld, einem Kreislauf mit Wärmeträgermedium und in den meisten Fällen einem Speicher bestehen. In Kombination mit einer Regelungstechnik lässt sich damit maßgeblich Einfluss auf den Wärmefluss ausüben und eine möglichst weitreichende zeitliche Entkopplung der nutzbaren Wärmemenge von der Solarstrahlung erzielen. Emissionen entstehen bei solarthermischen Anlagen nur durch die Herstellung der Komponenten und den zum Wärmetransport nötigen Strombedarf für Pumpen oder Ventilatoren (Hilfsenergie). Das zentrale Element im System ist der Absorber: meist spezielle Metallplatten aus Kupfer oder Aluminium, die einen hohen Absorptionsgrad aufweisen. Um die entstehende Energie nutzbar zu machen, führt ein Transportsystem die Wärme ab. Diese kann dann im Gebäude für Heizzwecke und die Trinkwassererwärmung, aber auch für thermisch angetriebene Kühlprozesse oder zum Antrieb von Lüftungstechnik dienen. Je nach Art des Wärmeträgermediums (Flüssigkeit oder Luft) unterscheiden sich die weiteren Systemkomponenten. Wärmeträgermedium Flüssigkeit Die meisten solarthermischen Systeme arbeiten mit einem flüssigen Medium wie Wasser, in Klimazonen mit Frostperioden in der Regel mit einem Wasser-Glykol-Gemisch. Auf der Rückseite ist das Absorberelement mit einem Rohrsystem verbunden, das als Wärmetauscher fungiert. Die absorbierte Solarstrahlung wird

über Wärmeleitung auf die Flüssigkeit übertragen und abgeführt. Im Technikraum gibt ein weiterer Wärmetauscher die Wärme an den Speicher ab. Da Wasser eine sehr hohe Wärmespeicherkapazität hat, bleibt die Temperatur in Kombination mit gut gedämmten Speichertanks auch über längere Zeitperioden auf einem hohen Niveau – je nach Auslegung des Systems von einigen Stunden bis zu mehreren Monaten (Saisonalspeicherung). Wärmeträgermedium Luft Zur Ableitung der Wärme vom Absorber eignet sich neben einer Flüssigkeit auch Luft. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn für die Wärmeverteilung im Gebäude ebenfalls Luft zum Einsatz kommt (z. B. Luftheizung) oder der Auftrieb warmer Luft als Antriebsenergie für Lüftungskonzepte dienen soll (z. B. Solarkamin). In diesem Fall werden die Absorber direkt von der angesaugten warmen Außenluft hinterströmt und die Wärme danach in eine Lüftungsanlage oder direkt in den Innenraum geführt. Eine Speicherung von warmer Luft ist in der Regel nicht sinnvoll, da die Wärmespeicherkapazität gering ist und ein sehr großes Volumen erforderlich wäre. Gegebenenfalls kann die solar temperierte Luft zur Erwärmung von Massespeichern (z. B. Kiesspeicher) eingesetzt werden. Diese Systeme sind daher in der Regel nur bei einer Zeitgleichheit von ausreichender Solarstrahlung und Wärmebedarf aktiv. Solare Stromerzeugung

Die Photovoltaik stellt neben der Solarthermie die zweite Möglichkeit einer aktiven Nutzung der Solarstrahlung dar. Sie ermöglicht eine Stromerzeugung über die Gebäudehülle ohne mechanischen Verschleiß, Luftemissionen oder Geräuschentwicklungen im Betrieb basierend auf dem sogenannten Photoeffekt. Darunter versteht man die Übertragung der Energie, die in Photonen des Sonnenlichts enthalten ist, auf die in Materie gebundenen Elektronen sogenannter Halbleiter. Das zentrale Element solcher Systeme ist die Photovoltaik- bzw. Solarzelle (Abb. C 2.4). Sind die Solarzellen in einen Stromkreis integriert, fließt elektrische Energie, sobald Licht auf die Oberflächen trifft. Solarzellen werden in verschiedene Kategorien eingeteilt und nach ihrer Struktur sowie den verwendeten Basismaterialien bezeichnet. Ein für Solarzellen geeignetes Material ist Silizium (Si), aus dem die meisten heute verwendeten Zellen bestehen. Solare Biomasseerzeugung

Eine dritte Art der Solarenergienutzung in der Gebäudehülle stellt die Produktion von Biomasse dar, die sich allerdings noch in der Entwicklungsphase befindet. Die Idee ist abgeleitet aus der im landwirtschaftlichen Raum weitverbreiteten Biogasproduktion: In speziellen Fassadenelementen werden unter Zugabe von Kohlendioxid und Nährstoffen Mikroalgen gezüchtet. Die Elemente sind untereinander und mit einer Technikzentrale verbunden. Das

Kohlendioxid zirkuliert permanent durch das System und überträgt dabei wie ein übliches solarthermisches System Wärme aus der Fassade in den Technikraum. Zusätzlich entsteht jedoch in den Fassadenelementen durch Zellteilung stetig neue Algenmasse, die im Technikraum abgeschieden wird. Dort erfolgt über eine Konversionsanlage die Umwandlung in Biogas. Dieses kann nun über eine Brennstoffzelle oder ein Blockheizkraftwerk für die Produktion von Wärme und Strom vor Ort eingesetzt werden (Abb. C 2.5, S. 192). Alternativ ist die Abnahme über eine Gastankstelle oder die Einspeisung in das Gasnetz möglich. Mit diesem Prinzip lassen sich auch flüssige Treibstoffe (z. B. Alkohol, Biodiesel) erzeugen. Die Produktion von gasförmigen oder flüssigen Energieträgern erlaubt eine einfache Speicherung der Energie sowie eine Nutzung außerhalb des Gebäudes. Dies ist insbesondere von Bedeutung für vernetzte Energiekonzepte, die z. B. auf Quartiersebene eine größere bauliche Struktur und die Mobilität berücksichtigen.

Technologien für solare Bauelemente und Gestaltungspotenziale Die aktive Nutzung der Solarstrahlung ist immer mit dem Einsatz von Technologie verbunden (Abb. C 2.6, S. 192). Aus planerischer Sicht sind die Komponenten zur Energieumwandlung von besonderer Bedeutung, da sie der Solarstrahlung ausgesetzt und in der Regel optisch wirksam sind. Im Fokus der künftigen Anwendung steht daher vor allem die konstruktive und gestalterische Integration der solartechnischen Umwandlungssysteme in die Gebäudehülle. Im Folgenden werden die heute verfügbaren Technologien für die solare Wärmegewinnung und die

Anregen des Elektrons durch Lichtenergie

–

+

– angeregtes Elektron springt auf ein höheres Energieniveau

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+

angeregtes Elektron kehrt auf die Bahn mit niedrigem Energieniveau zurück und emittiert Wärmeenergie

–

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+

C 2.3 – Vorderseitenkontakt P /NÜbergang Rückseitenkontakt

+ N-Zone (negativ) P-Zone (positiv) C 2.4

191

Aktive Solarenergienutzung

Biomasse

Bioreaktorfassade

CO2 Heizung Biogas

Brennstoffzelle

Energiezentrale Warmwasser C 2.5 C 2.6

Strom Biomasse / Biogas elektrischer Strom

C 2.7

Fernwärme

C 2.8 C 2.9

Wärme CO2

Prinzip der Energiegewinnung über eine Bioreaktorfassade Prinzipien und Technologien zur aktiven Solarenergienutzung in der Gebäudehülle verschiedene Kollektorarten a Flachkollektor b Vakuumröhrenkollektor kristalline Solarzellen in Verbundglas Dünnschicht-Solarzellen in Verbundglas

C 2.5

photovoltaische Stromerzeugung erläutert. Weiterhin wird die Biomasseproduktion in der Fassade an einem realisierten Prototyp vorgestellt. Offene Absorber

Solarthermische Elemente ohne Glasabdeckung werden als offene Absorber bezeichnet. Dies können z. B. Metallelemente aus der Fassaden- oder Dachtechnik sein, die rückseitig mit Luft hinterströmt werden oder mit einem Wärmetauscher für ein flüssiges Medium versehen sind (Abb. C 2.7 a). Im einfachsten Fall werden schwarze Kunststoffrohre direkt an der Gebäudehülle montiert. Eine weitere Variante ist die Verwendung von transluzenten Kunststoffplatten, die mit Außenluft durchströmt wer-

den. Aufgrund der offenen Bauweise ergeben sich im Betrieb bei niedrigen Außentemperaturen hohe Wärmeverluste, sodass sich nur ein geringes Temperaturniveau als Nutzenergie gewinnen lässt. Diese Kollektoren werden daher meist mit einem Wärmepumpensystem kombiniert, um die für den Gebäudebetrieb erforderlichen Temperaturen zu erreichen. Die konstruktiven und gestalterischen Möglichkeiten variieren hier sehr stark in Abhängigkeit vom verwendeten Material. Flachkollektoren

Wasserdurchströmte Flachkollektoren sind die am weitesten verbreitete Kollektorart. Um die konvektiven Verluste des Absorbers an

energetischer Nutzen

Technologie

die Umgebung zu verringern, wird dieser meist zu kassettenartigen Elementen erweitert, die auf der sonnenzugewandten Seite mit einer Abdeckung aus speziellen Solargläsern versehen und auf der Rückseite gedämmt sind (Abb. C 2.7 a). Den Absorber durchströmt ein Wärmeträgermedium, das die nutzbare Wärme abführt. Flachkollektoren werden überwiegend als Standardprodukte mit fixen Abmessungen und technischen Daten produziert. Bislang bieten nur wenige Hersteller individuell gefertigte Lösungen an. Solche Sonderformate lassen sich weitgehend vorfertigen und sind in Größen bis 30 m2 erhältlich. Flachkollektoren eignen sich als flächige Bauelemente mit Glasabdeckung sehr gut für eine Fassaden- oder Dach-

Planungshinweise

offene Absorber

in der Regel aktivierte Metallelemente oder freie PE-Rohre Niedertemperatur Kombination mit Wärmepumpe

Flachkollektoren

in der Regel Gehäuse mit Flachglasabdeckung in thermische Hülle integrierbar hohe Temperatur für Heizung und Trinkwassererwärmung Transparenz möglich direkte Lufterwärmung möglich

Vakuumröhren

Glasröhren mit Abstand als Sonnenschutz einsetzbar hohe Temperatur für Heizung und Trinkwassererwärmung

solare Wärme

aktive Solarenergienutzung in der Gebäudehülle

Solarstrom

Biomasse

Hybridkollektoren (PVT)

in der Regel Verbundglas- oder Isolierglasaufbau Transparenz möglich

kristalline Module

in der Regel Verbundglas- oder Isolierglasaufbau Transparenz möglich

Dünnschichtmodule

in der Regel Verbundglas- oder Isolierglasaufbau auf Folie flexible Module möglich Transparenz möglich

Mikroalgenreaktor

Wärme- und Biogasproduktion Verbundglasaufbau Forschungsstadium C 2.6

192

Aktive Solarenergienutzung

integration. Sowohl die Formate als auch die horizontale und vertikale Gliederung der Kollektorfläche lassen sich individuell auf das Raster des Gebäudeentwurfs abstimmen. Auch die Absorberfarbe und die optischen Eigenschaften der Glasabdeckung sind beeinflussbar. Aus Gründen der Effizienz besteht die Abdeckung meist aus hochtransparentem Glas, sodass der darunterliegende Absorber optisch dominiert. Ist dies nicht erwünscht, können optisch veränderte Gläser verwendet werden (z. B. strukturiertes oder farbiges Glas etc.). Zur Nutzung von erwärmter Luft besteht die Möglichkeit, sogenannte Luftkollektoren zu integrieren. Sie entsprechen im konstruktiven Aufbau und der Einbindung in die Gebäudehülle prinzipiell wasserdurchströmten Flachkollektoren. Allerdings ist der Absorber als flache Schachtstruktur ausgebildet in der die von Außenluft durchströmt wird, und die für die Luftansaugung notwendigen Öffnungen zu berücksichtigen sind. Flachkollektoren werden meist mit Abmessungen von ca. 1 ≈ 2 m angeboten. Je nach Technologie müssen aufgrund der hydraulischen Vernetzung gegebenenfalls Einschränkungen beim Neigungswinkel einkalkuliert werden. Vakuumröhrenkollektoren

Um die Wärmeverluste im Kollektor auf ein Minimum zu reduzieren, ist es möglich, die Absorber mit einem Vakuum zu umschließen (Thermoskannenprinzip). Aus Stabilitätsgründen haben sich hierfür Glasröhren mit einem Durchmesser von 40 bis 100 mm und Längen von 1,50 bis zu 3,00 m bewährt. In diesen Röhren befinden sich die streifen- oder rohrförmigen Absorber, die analog zum Flachkollektor ein flüssiges Wärmeträgermedium durchströmt (Abb. C 2.7 b). Die Verteilerleitung liegt auf einer Seite der Röhren. Bislang ist die konstruktive und gestalterische Integration von Vakuumröhrenkollektoren in die Gebäudehülle sehr wenig verbreitet. Sie besitzen zwar ein hohes ästhetisches Potenzial, die geometrischen und individuellen Gestaltungsmöglichkeiten sind jedoch noch stark eingeschränkt. Bei der sogenannten Heat-Pipe-Technologie zirkuliert innerhalb der Röhre ein Arbeitsmittel, das verdampft und die Energie über Konvektion an eine Sammelleitung abgibt. Hier müssen bei der Einbindung zudem Einschränkungen im Neigungswinkel berücksichtigt werden (keine horizontale Montage). Vakuumröhrenkollektoren ohne rückseitiges Reflektionselement eignen sich jedoch bei entsprechender Montage sehr gut als starres Sonnenschutzelement und können auch im Brüstungsbereich eingesetzt werden. Kristalline Photovoltaikmodule

Kristalline Solarzellen, meist im Format 150 ≈ 150 mm, werden als Einzelelemente elektrisch verbunden, auf einem Trägerglas verlegt und anschließend mit transparenten Klebefolien unter Druck und hoher Temperatur zu einem witterungsbeständigen Modul

zusammengefügt. Diese Photovoltaikmodule haben die primäre Aufgabe, die Solarzellen vor Witterungseinflüssen zu schützen und eine einfache Montage zu ermöglichen. Sie stehen in der Regel als Verbundglas- oder Glas-FolienElemente zur Verfügung und sind dementsprechend wie Verglasungsbauteile einsetzbar (Abb. C 2.8). Für spezielle Anwendungen gibt es zahlreiche Sondermodule (z. B. Solardachziegel, Solarmembranen etc.). Prinzipiell können nahezu alle üblichen flächigen Glaselemente mit photovoltaischer Funktion versehen werden und ermöglichen damit eine Stromgewinnung über die Gebäudehülle. Standardisierte Photovoltaikmodule stehen als ausgereifte Produkte in einer großen Bandbreite an Formaten zur Verfügung, einige wenige Unternehmen bieten objektspezifische Elemente nach Maß an. Neben der ertragsoptimierten blauen und schwarzen Farbgebung sind bei kristallinen Solarzellen durch verschiedene Antireflexbeschichtungen weitere Farbtöne realisierbar.

a

Dünnschicht-Photovoltaikmodule

Mit Solarzellen aus amorphem Silizium wurde in den 1970er-Jahren die Dünnschichttechnologie entwickelt. Hier wird das Halbleitermaterial direkt auf eine Trägerschicht aus Glas, Metall oder Kunststoff aufgetragen, wodurch erhebliche Material- und Energieeinsparungen bei der Herstellung und ein homogenes Erscheinungsbild möglich sind (Abb. C 2.9). Größe und Form der Zellen können in der Dünnschichttechnologie abhängig von den Maßen des Trägermaterials und den gewünschten elektrischen Eigenschaften frei gewählt werden, die Farbgebung ist hingegen vom Zellenmaterial abhängig und lässt sich nicht sinnvoll beeinflussen. Durch Abscheidung auf Metalloder Kunststofffolien lassen sich mit diesem Zelltyp auch flexible Photovoltaikmodule herstellen. Eine aktuelle Entwicklung im Bereich der Fassadentechnik integriert schmale Streifen aus Dünnschicht-Solarzellen im Scheibenzwischenraum und erreicht damit gute technische Kennwerte bei gleichzeitig sehr hoher Transparenz (Abb. C 2.10, S. 194). Im Bereich der Dünnschichttechnik finden aktuell umfangreiche Entwicklungen zu sogenannten organischen Solarzellen statt. Das Potenzial liegt hier neben weiteren Farbvarianten und Kostenoptimierung in der Produktion von nahezu transparenten Modulen (Abb. C 2.11, S. 194).

b

C 2.7

C 2.8

Hybridkollektoren (PVT)

Systeme, die sowohl für die solare Stromerzeugung als auch für eine thermische Energiegewinnung konzipiert sind, bezeichnet man als Hybrid- oder PVT (Photovoltaik-Thermie)Kollektoren. Kristalline oder DünnschichtPhotovoltaikelemente bilden die äußere Schicht, dahinter erfolgt die thermische Absorption (mittels Flüssigkeit oder Luft). Bei den Hybridkollektoren handelt es sich um eine relativ junge Entwicklung mit bislang untergeordneter Marktrelevanz. Technologisch gibt es eine C 2.9

193

Aktive Solarenergienutzung

große Varianz, sie reicht von einer übereinander angeordneten Montage zweier Systeme bis zu speziell gefertigten Standardprodukten (Abb. C 2.12). Die konstruktiven und gestalterischen Rahmenbedingungen entsprechen denen der photovoltaischen und solarthermischen Einzelkomponenten. Bioreaktorelemente

C 2.10

C 2.11

Das Konzept einer Bioreaktorfassade ist in der Entwicklung noch sehr jung und wurde an einem Pilotprojekt in Hamburg erstmals großmaßstäblich realisiert (Abb. C 2.13). Die Energiewandler in der Fassade sind erste Prototypen von Bioreaktoren für die Gebäudeintegration und bestehen aus einem Aluminiumrahmen, der zwei durch ein Distanzprofil getrennte Glasscheiben umfasst. Das 2,60 ≈ 0,70 m große Element ist nur 20 mm stark und enthält ein Volumen von ca. 24 l. Der Scheibenzwischenraum ist mit einem nährsalzreichen flüssigen Medium gefüllt, in dem die Algen wachsen. Durch einen Zu- und Ablauf sind die Module zu einem zirkulierenden System verbunden. Über Druckluft wird zudem das Medium in ständiger Bewegung gehalten, was bei den aktuellen Prototypen momentan noch hörbare Geräusche verursachen kann. Die Integration in die Gebäudehülle erfordert systembedingt einen hohen Installationsaufwand. Größe und Format der Bioreaktorelemente sind prinzipiell frei wählbar, das Potenzial der konstruktiven und gestalterischen Möglichkeiten wurde bislang nicht abschließend untersucht.

Effizienz und Wirtschaftlichkeit

C 2.12

Die Effizienz von gebäudeintegrierten Solarsystemen ist von vielen Faktoren abhängig. Ausgehend von der Solarkonstanten im Weltall ergibt sich je nach Standort, Ausrichtung und Verschattungssituation eine effektive jährliche Einstrahlung auf die spezifische Gebäudehülle. Sie stellt das maximal nutzbare Potenzial für das Solarsystem dar. Wie viel davon in der Gebäudehülle in Energie umgewandelt wird, hängt vom Wirkungsgrad der eingesetzten Technologie ab. Dieser wiederum ist selbst produktspezifisch nicht konstant, sondern von Bilanzposition

weiteren Faktoren wie z. B. den Systemtemperaturen abhängig. Bei thermischen Systemen reicht der maximal erzielbare spezifische Kollektorertrag pro Quadratmeter von unter 300 bis über 600 kWh im Jahr, bei der Photovoltaik sind es unter 50 bis über 150 kWh. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass es sich um unterschiedliche Energieformen handelt: Wärme und Strom. Mit einer Wärmepumpe lassen sich z. B. aus 1 kWh Strom wiederum bis zu 4 kWh Wärme erzeugen. Zur Ermittlung der tatsächlich nutzbaren Energie ist weiterhin von Bedeutung, wie gut das Bedarfsprofil im tagesund jahreszeitlichen Verlauf den Solarerträgen entspricht. Denn jede nicht direkt nutzbare Energie bedarf in irgendeiner Form einer Speicherung, was zu weiteren Verlusten führt. Vor allem im thermischen Bereich ist es daher nicht selten, dass bis zur Hälfte der von den Kollektoren erzeugten Wärmeenergie durch Speicherverluste nicht für den Betrieb des Gebäudes zur Verfügung steht. Bei der Photovoltaik wird durch die mögliche Einspeisung in das öffentliche Stromnetz in der Regel die gesamte erzeugte Energie genutzt – wenn auch nicht im Gebäude selbst. Der direkt genutzte Stromanteil kann neben einer Optimierung der Bedarfsstruktur über dezentrale Stromspeicher erhöht werden. Da eine Eigennutzung in der Regel finanziell attraktiver ist als eine Einspeisung in das öffentliche Netz, wirkt sich dies positiv aus. In diesem Fall sind der Wirkungsgrad des Speichers und die zusätzlichen Kosten in der Betrachtung zu berücksichtigen. Auch die Wirtschaftlichkeit eines gebäudeintegrierten Solarsystems muss differenziert betrachtet werden. Grundsätzlich versteht man unter der Wirtschaftlichkeit das Verhältnis von Aufwand und Nutzen (Abb. C 2.14). Der Aufwand besteht in erster Linie in den Investitionskosten für das Solarsystem, wohingegen die betriebsgebundenen Kosten sehr gering sind. Bei den Systemkosten bilden die Kollektoren bzw. die Photovoltaikmodule in der Regel den größten Bilanzposten. Bei einer in die Gebäudehülle integrierten Lösung entfallen die Kosten für eine alternative Dach- oder Fassadenkonstruktion. Ergänzend kommen Kosten hinzu, die sich aus einem erhöhten Aufwand für Hilfsenergie, Wartung und Instand-

ökonomische Bewertung

Investitionskosten

Mehrkosten gegenüber alternativer Lösung in der Gebäudehülle

Betriebskosten

Aufwand für Hilfsenergie, Wartung und Instandhaltung Mehrkosten gegenüber alternativer Lösung in der Gebäudehülle

Aufwand

direkt nutzbare Energie

Einsparung von Energiebezugskosten

Nutzen Energieüberschuss C 2.13

194

lokale Speicherung: Kostenaufwand und Effizienz der Speicherlösung Einspeisung: Einnahmen aus Verkauf C 2.14

Aktive Solarenergienutzung

Technologie

Medium

direkter Nutzen

Anwendung

Konstruktion

Gestaltung

Erträge/Kosten

offener Absorber

Flüssigkeit

Wärme Kälte

Erwärmung von Wasser auf niedrigem Temperaturniveau; Nutzung für Schwimmbaderwärmung oder als Anergiequelle für Wärmepumpe, Nutzung als Kühlelement für Strahlungskühlung

bei Gebäudeintegration in der Regel Dach- oder Fassadenelemente aus Metall mit rückseitig angebrachtem Wärmetauscher; meist übliche Bauelemente mit zusätzlicher solaraktiver Funktion, hydraulischer Anschluss mit Vor- und Rücklauf

optische Erscheinung analog zu konventionellen Oberflächen; Farbe und Struktur frei wählbar; Wirkungsgrad abhängig von Oberflächenbeschichtung; hoher Absorptionsgrad bei dunklen Oberflächen

typischer Wirkungsgrad 40 %, typische obere Betriebstemperaturen 40 °C; Bauteilkosten bis 100 % über vergleichbaren passiven Elementen, zuzüglich Installationskosten

Luft

Wärme

Erwärmung von Luft; Nutzung für Heizung über Lüftungsanlage oder als Anergiequelle für Wärmepumpe

meist Nutzung üblicher hinterlüfteter Metallfassadenelemente; geringfügige Modifikation für Luftein- und Austrittsflächen

Flüssigkeit

Wärme

Erwärmung von Wasser auf hohem Temperaturniveau; Nutzung für Trinkwarmwasser oder Heizung, ggf. Antriebswärme für Kühlprozess

Frontglas klar oder transluzent möglich; Absorberfarbe in der Regel Dunkelblau bis Schwarz, Anpassungen prinzipiell möglich; Abmessungen individuell anpassbar; vollständige Integration in Gebäudehülle möglich

Luft

Wärme

Erwärmung von Luft; Nutzung für Heizung über Lüftungsanlage oder als Anergiequelle für Wärmepumpe

als Standardprodukt kastenförmiges Element mit ebener Frontglasscheibe und rückseitig integrierter Dämmung; typische Maße Breite 100 –140 cm, Höhe 140 – 220 cm, Tiefe 6 –10 cm, hydraulischer Anschluss mit Vor- und Rücklauf

Vakuumröhrenkollektor

Flüssigkeit

Wärme

Erwärmung von Wasser auf hohem Temperaturniveau; Nutzung für Trinkwarmwasser oder Heizung, ggf. Antriebswärme für Kühlprozess

typisch für Standardelement: 10 – 20 Röhren, Breite 140 – 220 cm, Länge 140 – 200 cm, Rohrdurchmesser 50 –100 mm, Rohrabstand 50 mm, einseitig angebrachte Verteilerleitung, Montage i. d .R. über Metallrahmen, hydraulischer Anschluss mit Vor- und Rücklauf

Glasröhren mit sichbaren, meist dunkelblauen Absorberelementen, Röhrenlängen erhältlich von 100 – 300 cm, mit rückseitig angebrachtem Reflektorelement oder teiltransparent verwendbar

typischer Wirkungsgrad 80 %, typische obere Betriebstemperaturen 90 °C; Bauteilkosten für Standardprodukte ca. 200 – 350 €/m2, zuzüglich Installationskosten

kristallines PV-Modul

elektrische Leitung

Strom

Erzeugung von Strom über Solarzellen; Nutzung im Gebäude oder Einspeisung in das öffentliche Stromnetz möglich

typisch für Standardelement: Breite 80 –120 cm, Länge 140 –180 cm, Stärke 4 – 8 mm, mit Metallrahmen 40 – 50 mm, Montage i. d. R. über Metallrahmen oder Klemmsysteme analog Verbundglas, elektrischer Anschluss

Oberfläche Glas, Entspiegelung oder Strukturierung möglich, Erscheinungsbild geprägt durch Zellentyp, -größe, -farbe und -anordnung sowie Rückseite; alle Merkmale beeinflussbar, ebenso Größe, Format, Transparenz und Schichtaufbau nach hinten (z. B. Isolierglas)

typischer Wirkungsgrad 15 – 20 %, Bauteilkosten für Standardprodukte ca. 100 –150 €/m2, zuzüglich Installationskosten, bei Maßanfertigung ggf. erhebliche Mehrkosten

DünnschichtPV-Modul

elektrische Leitung

Strom

Erzeugung von Strom über Solarzellen; Nutzung im Gebäude oder Einspeisung in das öffentliche Stromnetz möglich

typisch für Standardelement: Breite 60 cm, Länge 120 cm, Stärke 8 –10 mm, Montage i. d. R. über Klemmsysteme analog Verbundglas, elektrischer Anschluss

Oberfläche Glas, Entspiegelung oder Strukturierung möglich, Erscheinungsbild geprägt durch homogene Zellfläche; Zellfarbe abhängig von Zellmaterial; Größe, Format, Transparenz und Schichtaufbau nach hinten beeinflussbar (z. B. Isolierglas)

typischer Wirkungsgrad 5 –12 %, Bauteilkosten für Standardprodukte ca. 70 –100 €/m2, ergänzend zusätzliche Installationskosten, bei Maßanfertigung ggf. erhebliche Mehrkosten

PVTKollektor

elektrische Leitung Flüssigkeit

Strom Wärme Kälte

zeitgleiche Erzeugung von Strom und Erwärmung von Wasser; Nutzung siehe oben

typisch für Standardelement: Breite 80 –120 cm, Länge 140 –180 cm, Stärke 40 – 80 mm, Montage i. d. R. über Metallrahmen oder Klemmsysteme analog Verbundglas, elektrischer und hydraulischer Anschluss

Oberfläche Glas, Entspiegelung oder Strukturierung möglich, Erscheinungsbild geprägt durch Zellentyp, -größe, -farbe und -anordnung sowie Rückseite; alle Merkmale beeinflussbar, ebenso Größe und Format. Rückseitig offen oder gedämmt einsetzbar.

typischer Wirkungsgrad 15 – 20 % elektrisch und 60 – 80 % thermisch, Bauteilkosten für Standardprodukte ca. 400 – 600 €/m2, zuzüglich Installationskosten, bei Maßanfertigung ggf. erhebliche Mehrkosten

Bioreaktorelement

Flüssigkeit

Wärme Biomasse Biogas Bioöl

Erzeugung von Wärme und Algenmasse über zirkulierende Nährsalzlösung; Weiterverarbeitung zu Biogas und Bioöl möglich

Prototyp: Glas-Glas-Element mit Aluminiumrahmen: Breite 70 cm, Höhe 260 cm, Stärke 2 cm

Prototyp: transluzente, grünliche Flüssigkeit

Prototypenstatus, keine Kennwerte verfügbar

Flachkollektor

C 2.10

Transparentes Glasfassadenmodul mit integriertem Lamellensystem im SZR zur solaren Klimatisierung von Räumen, Stromerzeugung durch Solarzellen, Lichtlenkung in die Raumtiefe. Das Element erreicht einen U-Wert von < 0,05 W/m2K und eine elektrische Leistung von 86 Wp/m2,

C 2.11

C 2.12 C 2.13

typischer Wirkungsgrad 40 %, typische obere Betriebstemperaturen 40 °C; Bauteilkosten geringfügig über vergleichbaren passiven Elementen, zuzüglich Installationskosten typischer Wirkungsgrad 70 %, typische obere Betriebstemperaturen 70 °C; Bauteilkosten für Standardprodukte ca. 150 – 250 €/m2, zuzüglich Installationskosten, bei Maßanfertigung ggf. erhebliche Mehrkosten typischer Wirkungsgrad 60 %, typische obere Betriebstemperaturen 50 °C; Bauteilkosten für Standardprodukte ca. 250 – 350 €/m2, zuzüglich Installationskosten, bei Maßanfertigung ggf. erhebliche Mehrkosten

Stuttgart (D) 2015, Solsixy, Odilo Reutter Photovoltaikmodul mit in Verbundglas integrierten hochtransparente organische Solarzellen (Visualisierung) Aufbau Hybridkollektor BIQ – Passivhaus mit einer Bioreaktorfassade,

C 2.15 Hamburg (D) 2013, SPLITTERWERK, Arup Deutschland, Bollinger + Grohmann Ingenieure, Immosolar, Strategic Science Consult C 2.14 Wirtschaftlichkeit gebäudeintegrierter Solarsysteme C 2.15 Überblick über die wichtigsten Planungsaspekte

195

Aktive Solarenergienutzung

Position

transparent

in der Öffnung

opak

Solarthermie

Photovoltaik

‡

‡

Witterungsschutz, thermische Trennung, Sonnenschutz, Lüftung

‡

‡

‡

Witterungsschutz, ggf. Lüftung

‡

‡

Sonnenschutz, ggf. Absturzsicherung

‡

Sonnenschutz

‡

neben der Öffnung vor/über der Öffnung, starr

‡

‡

vor/über der Öffnung, beweglich

‡

‡

‡ sinnvoll

Mehrfachnutzen Solartechnik

‡ möglich

C 2.16

haltung durch das Solarsystem ergeben. Auf der Gegenseite liegt der Nutzen des Systems in der erzeugten Energie: einerseits direkt nutzbare Energie, die eine Einsparung von Wärme- oder Stromkosten bewirkt, andererseits ein möglicher Energieüberschuss. Je nach Konzept wird dieser über eine Einspeisung in das Strom- oder gegebenenfalls Nahwärmenetz für eine externe Nutzung verkauft und entsprechend vergütet. Alternativ kann er lokal gespeichert werden, wobei dann eine Gegenüberstellung von Aufwand und Nutzen der Speichertechnologie erfolgen muss. Bei allen solartechnischen Systemen

zeigt sich bislang, dass eine kurzfristige Betrachtung nicht zu einem wirtschaftlichen Ergebnis führt. Innerhalb von 10 Jahren oder länger amortisieren sich jedoch die Investitionskosten in den meisten Fällen, wobei photovoltaische Systeme in der Regel günstigere Kennwerte erzielen. Bei gebäudeintegrierten Systemen können die spezifischen Mehrkosten für maßgefertigte Kollektoren oder Photovoltaikmodule deutlich über den Kosten von Standardprodukten liegen. Eine optimale Wirtschaftlichkeit lässt sich dann erreichen, wenn es gelingt, mit solaren Standardelementen konventionelle Materialien zu ersetzen.

C 2.18

196

C 2.17

Aktive Solartechnik in Kombination mit Öffnungselementen Alle Kollektor- und Modularten sind für den Einsatz im Außenbereich konzipiert und witterungsbeständig. Es liegt daher nahe, die Technologie nicht additiv an der Gebäudehülle anzubringen, sondern als Alternative zu üblichen Materialien einzusetzen. In solchen Fällen übernehmen die Elemente Aufgaben der Gebäudehülle und erfüllen damit eine Mehrfachfunktion, die sich auch in der Wirtschaftlichkeit positiv auswirkt. Dieser Ansatz verbessert zudem die Rahmenbedingungen für eine gestalterisch qualitätvolle Integration in den architektonischen Entwurf. In der Praxis muss hier differenziert werden zwischen Standardkomponenten und projektspezifisch gefertigten Systemen. Standardprodukte machen aktuell ca. 95 % des Markts aus und sind hinsichtlich der Abmessungen, der Gestaltung und der technischen Daten festgelegt, was eine Integration in die Architektur erschwert. Alle solartechnischen Komponenten lassen sich jedoch ebenso individuell fertigen, dabei kann grundsätzlich auf Größe, Format, Materialität, Oberflächen, Farbe oder technische Kennwerte umfangreich Einfluss genommen werden (Abb. C 2.18). Eine solche Herangehensweise ist zur konstruktiven und gestalterischen Integration in die Gebäudehülle sinnvoll, jedoch auch mit zum Teil erheblichen Mehrkosten gegenüber Standardkomponenten verbunden. Vor allem bei individuell entwickelten Solarkomponenten, die neben der Energiegewinnung auch andere Funktionen der Gebäudehülle übernehmen, ist daher eine genaue Betrachtung der effektiven Mehrkosten gegenüber einer inaktiven Variante erforderlich. Abb. C 2.15 (S. 195) gibt einen Überblick über die wichtigsten Planungsaspekte für eine Integration von Solarsystemen in die Architektur. Im Hinblick auf die Integration von Solarthermiekollektoren und Photovoltaikmodulen im Kontext von Gebäudeöffnungen lassen sich vier konstruktive Prinzipien ableiten (Abb. C 2.16): direkte Integration in die Öffnungselemente als Verbund- oder Isolierverglasung, eine Anbringung in derselben Ebene, jedoch seitlich neben den Öffnungselementen sowie der Ein-

Aktive Solarenergienutzung

C 2.19

C 2.20

bau in der Ebene davor bzw. darüber. Bei letzterem kann weiterhin zwischen starren und beweglichen Elementen unterschieden werden. Je nach Prinzip ergeben sich andere Randbedingungen im Hinblick auf Transparenz, Art der Solartechnik und die erzielbaren Mehrfachfunktionen in der Gebäudehülle. Bei einer Ausführung als Isolierglaselement lassen sich Kollektoren oder Photovoltaikmodule direkt in übliche Verglasungssysteme integrieren. Transluzente Elemente ermöglichen neben der thermischen Trennung auch die Tageslichtversorgung. Abb. C 2.17 zeigt ein Beispiel mit kristallinen Photovoltaikelementen in einer Festverglasung. Die Einbindung in Öffnungsflügel ist ebenso möglich, die elektrische Verbindung zwischen Rahmen und Flügel lässt sich mit üblichen Lösungen umsetzen. Bei solarthermischen Systemen ist der Anschluss aufwendiger, da hier zwei in der Regel gedämmte Rohrleitungen mit Durchmessern bis zu 100 mm zu berücksichtigen sind. Solche Systeme wurden daher bislang nur in Festverglasungen ausgeführt. Im Dachbereich gilt Entsprechendes, die Elemente sind ebenfalls als Überkopfverglasung ausführbar. Transluzente solare Horizontalverglasungen können so auch als öffenbare Elemente für Lüftung oder Rauchabzug fungieren. In opaker Ausführung sind Solarsysteme sehr gut als Ersatz für klassische Dach- oder Fassadenelemente geeignet. Mit speziellen Montagesystemen lassen sich auch Dachfenster

flächenbündig integrieren (Abb. C 2.19). Dies gilt analog für solarthermische Flachkollektoren (Abb. C 2.20). Auch in der Fassade sind im Wechsel mit Öffnungselementen sinnvolle Integrationslösungen realisierbar. Photovoltaikmodule bilden hier die äußere Schicht und sorgen für den Witterungsschutz. Solarthermische Anlagen sind aufgrund der ohnehin erforderlichen rückseitigen Dämmung der Elemente zudem in der Lage, eine zusätzliche thermische Funktion zu übernehmen (Abb. C 2.22). Beide Systeme sind prinzipiell auch als Konstruktion denkbar, die zusätzlich die Funktion eines Lüftungsflügels ermöglicht. Weitere zahlreiche Integrationsmöglichkeiten ergeben sich bei einer Entflechtung von der thermischen Hülle und der Einbindung in eine Ebene vor oder über den Öffnungselementen. Typische Mehrfachfunktionen sind hier Sonnenschutz oder Absturzsicherung. Bei diesem Ansatz sind auch Vakuumröhrenkollektoren eine interessante Alternative. Sie lassen sich sowohl über vertikalen als auch über horizontalen Verglasungen bzw. Öffnungselementen sinnvoll einbinden und ermöglich neben der Abschattungsfunktion auch einen Durchblick zwischen den Röhren (Abb. C 2.21). Dies gilt ebenso für flächige Systeme wie Photovoltaikmodule oder solarthermische Flachkollektoren (Abb. C 2.23). Hier kommen in der Regel transluzente Varianten zum Einsatz. Solarelemente in einer additiven Schicht können prinzipiell auch als bewegliche Systeme

C 2.22

C 2.23

C 2.21

ausgeführt werden. Abb. C 2.24 zeigt maßgefertigte kristalline Photovoltaikmodule als großformatige Schiebeläden vor einer Fensteröffnungen. Die elektrische Kontaktierung lässt sich bei Photovoltaikelementen über das Montagesystem realisieren, die Integration von solarthermischen Systemen ist aufgrund der aufwendigeren Verrohrung für solche Anwendungen stark eingeschränkt. C 2.16 Position Solartechnik zu Gebäudeöffnung C 2.17 transluzente kristalline Photovoltaikmodule integriert in Warmfassade, SMA Solar Academy, Niestetal (D) 2010, HHS Planer + Architekten C 2.18 Die Dünnschicht-Farbstoffsolarzellen sind lichtdurchlässig, funktionieren unabhängig vom Lichteinfallswinkel und schützen zugleich vor direkter Sonneneinstrahlung. SwissTech Convention Center, EPFL, Lausanne (CH) 2012, Richter Dahl Rocha & Associés Architectes C 2.19 kristalline Photovoltaikmodule in Kombination mit einem planebenen Dachflächenfenster C 2.20 solarthermische Flachkollektoren in Kombination mit Dachflächenfenster C 2.21 Vakuumröhrenkollektoren über Horizontalverglasung, home+, Solar Decathlon 2010, Hochschule für Technik Stuttgart C 2.22 fassadenintegrierte Flachkollektoren im Wechsel mit Fensterflächen und dachintegrierte Photovoltaik, Mehrfamilienhaus, Bennau (CH) 2009, grab architekten C 2.23 transparente solarthermische Flachkollektoren vor Glasfassade, Sozialwohnungsbau, Paris (F) 2010, Philippon + Kalt Architectes C 2.24 bewegliche Schiebeläden aus kristallinen Photovoltaikmodulen, Wohnhaus, Pratteln (CH) 2003, Reto Miloni

C 2.24

197

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster Markus Binder

C 3.1

Neben der Versorgung des Innenraums mit Licht und frischer Luft gehört die Abfuhr von Feuchtigkeit und Schadstoffen zu den primären Aufgaben von Fenstern und Fassadenöffnungen. Im Zuge der fortschreitenden Technisierung im Bauwesen wird die Erfüllung dieser Aufgaben zunehmend durch haustechnische Anlagen unterstützt oder von diesen sogar vollständig übernommen, da so die gewünschten Innenraumbedingungen zielgerichteter und teilweise auch energiesparender zu erreichen sind. Aus funktionaler Sicht müssen gebäudetechnische Komponenten nicht notwendigerweise in direktem Zusammenhang mit den Fenstern vorgesehen werden, wenngleich eine solche Kombination häufig vorteilhaft ist: Durchdringungen in der Fassade, die immer mit erhöhtem konstruktivem Aufwand verbunden sind, werden dadurch auf ein geringstmögliches Maß reduziert. Sinnvoll angeordnete Heizungselemente und eine geeignete Luftführung kompensieren Behaglichkeitsprobleme, die aus dem gegenüber opaken Fassadenteilen typischerweise geringeren Wärmeschutz von Fenstern und Verglasungen resultieren. Fassadenintegrierte Leuchten können das durch die Fenster einfallende Tageslicht bei Bedarf ergänzen, und fensterintegrierte Sensoren und Aktoren tragen durch ihre Einbindung in die Gebäudesteuerung zu einem optimierten Betrieb des Gebäudes bei.

Lüftung und Luftkonditionierung

C 3.1

C 3.2 C 3.3 C 3.4 C 3.5 C 3.6

198

Fassade mit integrierten Lüftungselementen, Kinder- und Herzzentrum der Universität Innsbruck (A) 2008, Nickl & Partner Klassifikation von Luftdurchlässen schallgedämmter Luftdurchlass zur Montage auf dem Fensterrahmen, Ansicht von außen Integration von Außenluftdurchlässen (ALD) selbstregelnde Begrenzungsklappe, Zusammenhang zwischen Winddruck und Volumenstrom Filterklassen für die Raumlufttechnik nach EN 779

Zur Sicherstellung von gesunden und hygienischen Nutzungsbedingungen ist ein Mindestluftwechsel erforderlich, der traditionellerweise aktiv durch das Öffnen von Fenstern, aber auch passiv durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle gewährleistet ist (siehe »Luft- und Fugendurchlässigkeit, Mindestluftwechsel«, S. 61ff.). Treibende Kräfte für den Luftwechsel sind Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenraum sowie der Winddruck auf die jeweiligen Fassadenflächen. Da diese in erster Linie durch die Witterungsbedingungen vorgegeben sind, ist eine Steuerung des Luftwechsels durch den Nutzer nur sehr eingeschränkt möglich. Insbesondere die

Luftwechselrate durch Fugen erreicht bei älteren, undichten Gebäuden hohe Werte und führt so im Winter zu unerwünschten Wärmeverlusten und unbehaglichen Zuglufterscheinungen. Heute wird aus diesen Gründen eine luftdichte Bauweise angestrebt. Der erforderliche Luftwechsel muss damit auf andere Weise sichergestellt werden. Anforderungen an die Frischluftversorgung

Der für die Versorgung eines Raums mit frischer Außenluft und zur Abfuhr von Feuchtigkeit, Schad- und Geruchsstoffen erforderliche Volumenstrom hängt in hohem Maß von der Zahl der anwesenden Personen und den von ihnen ausgeübten Tätigkeiten ab. Bei geringer körperlicher Aktivität kann man von einem Frischluftbedarf pro Person von 20 bis 30 m3/h ausgehen. Soll darüber hinaus zur Vermeidung unerwünschter Überhitzung über die Lüftung auch Wärme abgeführt werden, können deutlich höhere Luftmengen erforderlich sein. Umgekehrt reicht außerhalb der Nutzungszeiten ein reduzierter Luftwechsel aus, wenn nur die von den Bauteilen und der Einrichtung abgegebenen Stoffe abgeführt werden müssen. Für Wohnräume finden sich in DIN 1946-6 Vorgaben zu den notwendigen Luftwechselraten (siehe »Luft- und Fugendurchlässigkeit, Mindestluftwechsel«, S. 61ff.). Neben der freien Lüftung durch das Öffnen von Fenstern, die vollständig vom Nutzer abhängt, gibt es eine Reihe von weiteren Möglichkeiten, die durch Integration von lüftungstechnischen Komponenten in die Fenster eine kontinuierliche und bedarfsgerechte Frischluftversorgung ermöglichen. Passive Luftdurchlässe stellen im Neubau gezielt hergestellte Öffnungen im Bereich des Fensters dar, durch die Luft ein- oder ausströmen und so einen Beitrag zum erforderlichen Luftwechsel leisten kann. Bei aktiven, fensterintegrierten Lüftungsgeräten wird der gewünschte Volumenstrom mit eingebauten Ventilatoren gefördert. Zugleich bieten sie die Möglichkeit, die einströmende Luft zu beheizen oder zu kühlen. Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Varianten auch hinsichtlich des Einbauorts. Eine Übersicht gibt Abb. C 3.2. Eigenschaften und Einsatzempfehlungen für

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

passiver Luftdurchlass

ungeregelt / manuell regelbar

druckgeregelt

aktiver Luftdurchlass

feuchtegeregelt

ohne Wärmerückgewinnung

ohne Nachheizung/ -kühlung

mit Wärmerückgewinnung

mit Konditionierung (Zweileiter)

mit Konditionierung (Vierleiter)

C 3.2

C 3.3

Luftdurchlässe im und am Fenster enthalten die vom Institut für Fenstertechnik Rosenheim herausgegebenen ift-Richtlinien LU-01/1 und LU-02/1. Passive Luftdurchlässe

Fensterfalz

Glasfalz

Blendrahmen

Sturz/Laibung

Rollladenkasten Jalousieblende

Brüstung

Volumenstrom [m3/h/m]

C 3.4

400

selbstregelnd

nicht selbstregelnd

350 300 250 200 150 100 50 0 0

10

20

30

40

50

selbstregelnde Klappe

60

70

80 90 100 Luftdruck [Pa] C 3.5

Partikelgröße

Grobstaub 100 – 2000 µm

Pollen 10 –100 µm

Rauch, Ruß

Tabakrauch 0,01–1 µm

G1

‡

¥

¥

¥

G2

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¥

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G3

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G4

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M5

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M6

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¥

F7

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‡

‡

‡

F8

‡

‡

‡

‡

F9

‡

‡

‡

‡

‡ wirksam

‡ eingeschränkt wirksam

¥ unwirksam

Rein passive Öffnungselemente regulieren den Luftdurchsatz vorwiegend mit mechanischen Mitteln in Abhängigkeit der durch Windeinwirkung oder den Betrieb einer Abluftanlage anliegenden Druckdifferenz oder der im Raum vorhandenen Luftfeuchte. Zahlreiche Hersteller bieten Luftdurchlässe an, die sich auf unterschiedliche Weise in das Fenster integrieren lassen. Die gestalterisch unauffälligste Lösung sind dabei sogenannte Falzlüfter, die zwischen Blend- und Flügelrahmen eingebaut werden. Weitere mögliche Einbauorte für Luftdurchlässe am Fenster selbst sind Glasfalz und Blendrahmen; darüber hinaus gibt es auch Lösungen für den Einbau in die Fensterlaibung oder -brüstung sowie in Rollladenkästen oder hinter Jalousieblenden. In jedem Fall ist eine gestalterisch unauffällige Integration in die Fassade durch die Einbindung in die Fensterkonstruktion (Abb. C 3.3 und C 3.4) leichter möglich als bei der ebenfalls gebräuchlichen Anordnung von Außenluftdurchlässen in Wanddurchbrüchen. Die meisten Luftdurchlässe enthalten einfache Klappen, die sich bei starkem Wind schließen. Unerwünscht hohe Volumenströme, wie sie beispielsweise durch undichte Anschlussfugen auftreten, und damit einhergehende Wärmeverluste werden so unterbunden (Abb. C 3.5). Zusätzlich können viele Durchlässe manuell geregelt und auch ganz geschlossen werden, wenn kein Luftwechsel gewünscht wird. Um Staub, Pollen oder andere Verunreinigungen in der Außenluft abzuhalten, lassen sich einige Modelle mit entsprechenden Filtern ausstatten (Abb. C 3.6). Gebräuchlich sind dabei Grobfilter der Klassen G2 – G4 nach DIN EN 779. Feinere Filter der Klassen M5 – F7 vermindern den Luftdurchsatz deutlich. Sie werden daher vorwiegend bei wandintegrierten Durchlässen eingesetzt, da diese größere Öffnungsquerschnitte aufweisen als die direkt ins Fenster eingebauten.

C 3.6

199

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

C 3.7

C 3.8

C 3.9 C 3.10 C 3.11 C 3.12

C 3.13 C 3.14 C 3.15

C 3.16

geförderte Luftmenge [m3/h (10 Pa)]

C 3.17

typische Volumenströme bei verschiedenen Bauarten fensterintegrierter Luftdurchlässe in Abhängigkeit von der anliegenden Druckdifferenz Zusammenhang zwischen relativer Luftfeuchte im Raum und Volumenstrom durch ein feuchtegeregeltes Lüftungselement bei einem Differenzdruck von 10 Pa feuchteadaptiver Luftdurchlass Dosierlüfter zur Unterstützung der freien Lüftung Darstellung aktiver Fensterlüfter in Fensterlaibung Blendrahmenverbreiterung mit zwei übereinander liegenden, jeweils gegenläufig betriebenen Lüftern mit regenerativem Wärmetauscher Blendrahmenverbreiterung freie Lüftung als Querlüftung über Außenluftdurchlässe Mechanische Lüftung mit einer Abluftanlage: Frische Außenluft wird über Fensterdurchlässe nachgezogen. hybride Lüftung mit Abluftschacht und unterstützendem Ventilator mechanische Lüftung mit aktiven Fensterlüftern

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50 60 70 80 90 100 relative Luftfeuchtigkeit [%] C 3.8

C 3.9

C 3.10

200

Lüftungskonzept

anzusetzender Differenzdruck Δp nach DIN 1946-6

Volumenstrom [m3/h] Falzlüfter Länge ca. 25 cm

Luftdurchlass oberhalb Blendrahmen; Bauhöhe ca. 6 cm; Länge ca. 40 cm; ohne /mit Schalldämmung

Aufsatz-Luftdurchlass, feuchtegeregelt, Länge ca. 40 cm

Dosierlüfter, manuell geregelt, Bauhöhe ca. 14 cm, Länge ca. 40 cm

Querlüftung, eingeschossige Nutzungseinheit, windschwacher Standort

2 Pa

3

8 /2,5

1 ... 16

27

Querlüftung, eingeschossige Nutzungseinheit, windstarker Standort

4 Pa

4

12 /3,5

1,5 ... 23

38

Abluftanlage

8 Pa

5

17/5

3 ... 33

54 C 3.7

Wie jede Öffnung in einer Außenwand stellen auch Außenluftdurchlässe eine akustische Schwachstelle dar. Diese Schwächung darf nicht dazu führen, dass die in der Normenreihe DIN 4109 festgelegten Anforderungen an den Schallschutz gegen Außenlärm unterschritten werden. Maßgeblich ist dabei immer das resultierende Schalldämm-Maß R'W,res der gesamten Außenfassade einschließlich der Fenster und Luftdurchlässe. Zur Verbesserung der Schalldämmung sind einige Luftdurchlässe mit Mineralfaser- oder Akustikschaumdämmungen ausgekleidet. Da diese Dämmungen Platz benötigen, geht ein verbesserter Schallschutz meist mit einer Vergrößerung des Gehäuses oder – bei gleichbleibender Baugröße – mit einer Reduzierung des freien Querschnitts und damit einer Erhöhung des Strömungswiderstands und in der Folge mit geringeren Volumenströmen einher. Neben der gestalterischen Integration ist das wichtigste Auswahlkriterium der erzielbare Volumenstrom bei einer gegebenen Druckdifferenz. Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Bauarten beträchtlich: Zwischen den unauffälligen Falzlüftern und großformatigen Luftdurchlässen können die Unterschiede beim Volumenstrom um den Faktor Zehn auseinander liegen. Dementsprechend eignen sich sehr kompakte Lösungen vor allem für eine Minimallüftung zur Vermeidung von Feuchteschäden, während mit anderen Typen der nutzungsbedingte Luftwechsel vollständig erreicht werden kann. Abb. C 3.7 enthält einen Überblick über typische Kennwerte. Diese Leistungskenngrößen sind vom Hersteller nach DIN EN 13 142 zu ermitteln und anzugeben. Die Auswahl von gestalterisch und im Hinblick auf das gewählte Lüftungskonzept geeigneten Komponenten gehört zu den wesentlichen Aufgaben des Planers. Eine Besonderheit stellen feuchtegeregelte Luftdurchlässe dar (Abb. C 3.9). Sie beruhen auf der Tatsache, dass der hygienisch erforderliche Volumenstrom keine konstante Größe ist, sondern zu jedem Zeitpunkt vom aktuellen Feuchteanfall im Raum abhängt. Um darauf zu reagieren, enthalten sie einfache hygromechanische Sensoren, die die Öffnungsweite der Lüftungsklappe in Abhängigkeit von der Raumluftfeuchte regeln. Die Sensoren bestehen aus

mehreren übereinanderliegenden Polyamidstreifen, die bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 35 % beginnen sich auszudehnen. Durch eine Kopplung mit der Lüftungsklappe wird diese bei feuchter Raumluft weit, bei trockener Luft weniger weit geöffnet. Vor allem in Kombination mit einer Abluftanlage lässt sich so eine lastoptimierte Lüftung für alle angeschlossenen Räume erreichen. Der verwendete Abluftventilator sollte dabei seine Leistung automatisch an den Unterdruck im Abluftstrang anpassen und so auf den Öffnungszustand der Luftdurchlässe reagieren, um Druckschwankungen und unzulässig hohen Unterdruck in den Räumen zu vermeiden (Abb. C 3.8). Freie Lüftung In Gebäuden ohne mechanische Lüftungsanlagen können passive Luftdurchlässe für die freie Lüftung genutzt werden. In diesem Fall tritt die Außenluft durch die Luftdurchlässe auf der windzugewandten Seite ins Gebäude ein, die Abluft verlässt es durch die Durchlässe in der windabgewandten Fassade. Die einzelnen Räume müssen dabei durch Überströmöffnungen miteinander verbunden werden. Diese lassen sich z. B. durch Öffnungen im Türblatt oder das geringfügige Kürzen von Türen herstellen. Bestehen Schallschutzanforderungen zwischen den Räumen, können schallgedämpfte Überströmelemente ins Türblatt oder bevorzugt in fest stehende Blenden über der Türöffnung eingesetzt werden. Die freie Lüftung über Luftdurchlässe (Abb. C 3.10 und C 3.14) kann das Öffnen von Fenstern nicht ersetzen, aber zumindest die erforderlichen Lüftungszeiten reduzieren, indem sie für einen erhöhten Grundluftwechsel sorgt. Die Gefahr einer zu hohen Feuchteanreicherung in der Raumluft und infolgedessen auftretende Feuchteschäden sowie Schimmelwachstum an Bauteiloberflächen, wie sie bei sehr dichten Fenstern heute oft vorkommen, können damit reduziert werden. Kombination mit Abluftanlage Bei der freien Lüftung richten sich die Luftwechselrate und vor allem die Strömungsrichtung innerhalb des Gebäudes ausschließlich nach den Witterungsbedingungen und kön-

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

Blende Lüftungsgehäuse Luftführungsprofil

C 3.12

C 3.11

nen vom Nutzer nicht beeinflusst werden. Aus diesen Gründen werden fensterintegrierte Luftdurchlässe häufig mit einer Abluftanlage kombiniert. Bei diesem Prinzip wird die verbrauchte, feuchtebelastete Luft üblicherweise in Küchen, Bädern und WCs abgesaugt. Durch den im Gebäude entstehenden Unterdruck strömt frische Außenluft durch alle Fensterdurchlässe oder Überströmöffnungen gezielt in die Aufenthaltsräume nach. Das heißt, auch hier ist ein Luftverbund aller Räume erforderlich. Da die frische Luft mit Außentemperatur in die Räume eintritt, muss sie im Winter erwärmt werden, bevor sie den Aufenthaltsbereich der Räume erreicht. Bei Fenstern mit integrierten Luftdurchlässen wirkt es sich günstig aus, dass ohnehin häufig in Fensternähe oder an der Fensterbrüstung Heizflächen vorgesehen sind. Bei sehr gut gedämmten Fenstern ist dies mittlerweile allerdings nicht mehr selbstverständlich, sodass in diesen Fällen gezielt für eine Erwärmung der einströmenden Luft gesorgt werden muss (Abb. C 3.15). Eine direkte Rückgewinnung der in der Abluft enthaltenen Wärme ist bei diesem Anlagenkonzept nicht möglich. Allerdings kann die Abluft z. B. als Wärmequelle für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe zur Brauchwassererwärmung genutzt werden. Eine einfache Variante dieses Lüftungsprinzips lässt sich auch ohne eine Abluftanlage im klassischen Sinn realisieren, wenn die Nutzungseinheit über innenliegende Räume mit einfachen Abluftgebläsen verfügt. Hier sorgen die ohnehin vorhandenen Abluftgebläse dafür, dass kontinuierlich Luft über die Fensterdurchlässe nachgezogen wird. Allerdings sind die in diesem Fall geförderten Luftmengen zu gering, um die hygienischen Anforderungen vollständig zu decken. Der Luftwechsel zum Feuchteschutz im Sinne von DIN 1946-6 lässt sich aber zumeist auf diese Weise erreichen. Hybride Lüftung nach DIN EN 12 792 Die Nutzung von vertikalen Schächten zur Unterstützung der freien Lüftung von Wohngebäuden war früher sehr gebräuchlich. Das Prinzip beruht auf dem thermischen Auftrieb, der sich in einem vertikalen Raumvolumen einstellt,

dessen Temperatur höher ist als die der Umgebung. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, kann die Luftströmung zum Erliegen kommen oder sich sogar umkehren. Die hybride Lüftung ergänzt dieses Prinzip um einen im Schacht angeordneten Ventilator, der betrieben wird, wenn der thermische Auftrieb nicht ausreicht, um den gewünschten Luftwechsel sicherzustellen (Abb. C 3.16). Aktive Luftdurchlässe

Aktive Luftdurchlässe haben integrierte Ventilatoren, mit denen sich der Luftdurchsatz durch den Nutzer gezielt einstellen lässt, üblicherweise über direkt am Gerät angebrachte Bedienfelder. Geräte mit Sensoren für CO2, Luftfeuchte und Schadstoffgehalt in Form von flüchtigen organischen Verbindungen (volatile organic compounds – VOC) regulieren die Luftwechselrate automatisch abhängig von den Raumluftbedingungen. Viele Geräte können darüber hinaus in die übergeordnete Gebäudesteuerung eingebunden werden. Im Gegensatz zu den Systemen mit passiven Luftdurchlässen, die auf einem zusammenhängenden Raumverbund beruhen, wird bei aktiven Fensterlüftern prinzipiell jeder Raum unabhängig von den anderen Räumen mit Frischluft versorgt (Abb. C 3.17). Fensterlüfter für den Wohnungsbau Aufgrund des erhöhten Platzbedarfs gegenüber rein passiven Luftdurchlässen können aktive Fensterlüfter nicht in das Fenster selbst integriert werden. Sie sind überwiegend für einen Einbau in Fenstersturz, -laibung oder -brüstung vorgesehen. Dabei richtet sich ihre Bautiefe nach heute üblichen Wandstärken, was in den meisten Fällen eine verdeckte Anbringung möglich macht. Eine Alternative stellt der Einbau in einer Blendrahmenverbreiterung dar (Abb. C 3.11– C 3.13). Die Geräte sind typischerweise für Volumenströme von etwa 6 bis 40 m3/h und damit für im Wohnungsbau übliche Anforderungen ausgelegt, also den Frischluftbedarf von ein bis zwei Personen im Raum. Die Tatsache, dass in den Fensterlüftern der Zuluft- und der Abluftstrom auf engem Raum aneinander vorbeigeführt werden, legt es

C 3.13

5

1 2

1 2 3 4 5

3

3

4

Winddruck durch Luftdurchlass einströmende Luft Überströmungsöffnungen zwischen Räumen durch Luftdurchlass ausströmende Luft Windsog C 3.14 4 1

2

3

3

2

1 Absaugung der Luft in Küchen und Bädern 2 durch Außenluftdurchlass in Wohn- und Schlafräume nachströmende Luft 3 Überströmungsöffnungen zwischen Räumen 4 Wärmerückgewinnung durch Brauchwasserwärmepumpe (optional) C 3.15

1

4

3

2

4

1 Schachtlüftung durch thermischen Auftrieb 2 Ventilatorunterstützung bei ungünstigen Temperaturbedingungen 3 Überströmungsöffnungen zwischen Räumen 4 durch Außenluftdurchlass in Wohn- und Schlafräume nachströmende Luft C 3.16

1

1

1 raumweise Be- und Entlüftung C 3.17

201

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

Ansaugluft außerhalb der Grenzschicht

Außenluftklappe PCM-Element

Durchleitung der aufgeheizten Luft Einbau in der Brüstung

Einbau im Doppelboden

Einbau in abgehängter Decke C 3.19

C 3.18

nahe, die in der Abluft enthaltene Wärme im Winter zurückzugewinnen. Dementsprechend sind viele dieser Geräte mit Wärmetauschern ausgestattet. Neben Kreuzstrom- und Kreuzgegenstrom-Wärmetauschern kommen hier auch ungewöhnliche, platzsparende Lösungen zum Einsatz. Bedingt durch die sehr kompakte Bauweise und die dementsprechend kleinen wärmeübertragenden Flächen erreichen die Geräte aber nicht die Rückgewinnungsgrade größerer Wärmetauscher, wie sie in zentralen Zu- und Abluftanlagen mittlerweile Standard sind. Typische Wärmerückgewinnungsgrade bewegen sich bei den für den Dauerbetrieb vorgesehenen Volumenströmen im Bereich von 45 bis 70 %, bei den maximalen Fördermengen allerdings deutlich darunter. Höhere Rückgewinnungsgrade bis etwa 80 % sind möglich, wenn durch sogenannte Enthalpietauscher auch die in der Raumluft enthaltene Luftfeuchtigkeit zurückgewonnen wird. Bei diesen sind die wärmeübertragenden Flächen nicht wie sonst üblich aus Metall, sondern aus einer Membran, durch die die Feuchtigkeit von der Abluft auf die Zuluft übergehen kann (Abb. C 3.22). Einen weiteren Bautyp stellen Lüfter mit regenerativem Wärmetauscher dar. Sie verfügen über einen keramischen Wärmespeicher, durch den die Luft im alternierenden Betrieb hindurchgeführt wird. Solange das Gerät die Luft vom Raum nach außen befördert, lädt sich das Speicherelement auf; anschließend kehrt sich

C 3.20

202

die Ventilatordrehrichtung um, und es kann Wärme an die nun in den Raum geförderte Luft abgeben. Mit diesem Verfahren assen sich Rückwärmegrade bis zu 96 % erreichen. Alle Systeme mit Wärmerückgewinnung haben gemein, dass die Zuluft bereits vorgewärmt in den Raum gelangt. Behaglichkeitsprobleme sind so weitgehend ausgeschlossen. Eine zusätzliche Nachheizung der Zuluft ist nicht vorgesehen. Die gegenüber einfachen Luftdurchlässen größeren Abmessungen der Geräte ermöglichen auch eine wirksamere Filterung der Außenluft, z. B. durch die Anordnung mehrstufiger Filter. Entsprechend ausgestattete Geräte, die über Filter mindestens der Klasse M5 nach DIN EN 779 oder über spezielle Pollenfilter verfügen und weitere in DIN 4719 genannte Anforderungen erfüllen, dürfen mit der Kennung »H« für erhöhten Hygienestandard versehen werden. Hinsichtlich der akustischen Eigenschaften sind, wie auch bei passiven Luftdurchlässen, die Schalldämmung gegen Außenlärm und die Einhaltung der entsprechenden Vorgaben aus DIN 4109 zu beachten. Dabei können die für die Luftförderung notwendigen Durchdringungen der Außenwand eine maßgebliche Schwächung des akustischen Gesamtsystems Fassade darstellen. Insbesondere die für Lüfter mit regenerativem Wärmetauscher erforderlichen, verhältnismäßig großen Bohrungen mit einem Durchmesser von 200 mm wirken sich hier nachteilig aus, sofern sie geradlinig durch die Wand geführt werden [1]. Eine Umlenkung des Luftstroms zur Positionierung des außenseitigen Luftschlitzes in der Laibung verbessert nicht nur die gestalterische Integration in die Fassade, sondern auch den Schallschutz, da der Schall an der Umlenkung zurückreflektiert wird. An stark durch Außenlärm belasteten Standorten sollten solche Geräte dennoch nur nach sorgfältiger Abwägung der Vor- und Nachteile vorgesehen werden. Durch die integrierten Ventilatoren entwickeln sich die Lüftungsgeräte darüber hinaus selbst zu Schallquellen, die die Aufenthaltsqualtität in den betroffenen Räumen mindern können. Dabei gibt es keine gesetzlichen Vorgaben zur zulässigen Geräuschentwicklung in der eige-

nen Nutzungseinheit. Der gewünschte Standard muss hier jeweils individuell vereinbart und der Planung zugrunde gelegt werden. Bei hohen Planungsanforderungen empfiehlt sich die Verwendung sogenannter S-Geräte im Sinne von DIN 4719, die nach geregelten Vorgaben bestimmte schalltechnische Eigenschaften erfüllen. Bei diesen wird die an den Innenraum abgegebene Schallleistung vom Hersteller angegeben. Fassadenintegrierte Lüftungsgeräte

Im Büro- und Verwaltungsbau oder für Bildungsstätten reichen die im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Fensterlüfter nicht aus, um die aus hygienischer Sicht erforderlichen Luftmengen zu fördern. Dennoch kommen in den letzten Jahren auch hier verbreitet dezentrale fassadenintegrierte Lüftungsgeräte zum Einsatz, da sie einen wesentlich geringeren baulichen Aufwand bedingen als eine zentrale Lüftungsanlage mit ihrem beträchtlichen Raumbedarf für die Leitungsführung. Zudem ist die Nutzerakzeptanz erfahrungsgemäß hoch, da die Luftversorgung und -konditionierung raumweise individuell geregelt werden kann. Dezentrale Lüftungsgeräte benötigen bei geeigneter Planung weniger Energie für die Beheizung und Kühlung der Luft als zentrale Anlagen [2] – nicht zuletzt, weil sie außerhalb der Nutungszeiten raumweise abgeschaltet werden können. Schwierig zu realisieren ist allerdings eine Be- oder Entfeuchtung der Luft. Hinweise zu Planung, Betrieb und Instandhaltung dezentraler Lüftungsanlagen gibt die VDIRichtlinie 6035; wesentliche Gütekriterien und Prüfverfahren sind im Einheitsblatt 24 390 des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) zusammengestellt. In den meisten Fällen handelt es sich bei den Geräten um Zu- und Abluftgeräte. Es gibt aber auch reine Zuluftgeräte. Die Abluft muss dann zentral abgesaugt werden. Die für die dezentrale Belüftung von Büroräumen erforderlichen Leitungsquerschnitte und der Raumbedarf für Wärmetauscher und Schalldämpfer machen es unmöglich, die Geräte vollständig direkt ins Fenster zu integrieren, wie es bei Wohnungslüftern möglich ist. Vielmehr werden die Geräte hinter einer

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

Zweileitersystem

Dreileitersystem

3

2

3

1

5

2

Vierleitersystem 3

1

5

2

1

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4

4 67

4 8 9 10

10 11 12

Abluft Fortluft Außenluft Zuluft Luftwärmetauscher Vorlauf Heizung / Kühlung Rücklauf Heizung / Kühlung Vorlauf Heizung gemeinsamer Rücklauf Vorlauf Kühlung Rücklauf Heizung Rücklauf Kühlung

8 11 10 12 C 3.21

Verkleidung in die Brüstung oder platzsparend in einem Doppelboden eingebaut. Auch vertikal in die Fassade integrierte oder deckenhängende Geräte sind verfügbar. Die Öffnungen, über die die Außenluft angesaugt wird, müssen in jedem Fall in die Fassade integriert werden. Bei unter der Decke angeordneten Geräten kommen dafür z. B. fest stehende Einsätze im Oberlichtbereich infrage. Bei Geräten im Doppelboden bieten sich durchlaufende Lamellen auf Höhe des Fußbodens an (Abb. C 3.18). Das Ansaugen der Frischluft direkt an der Fassade ist nicht unproblematisch. Während bei einer zentralen Lüftungsanlage der Ort, an dem die Außenluft angesaugt wird, frei gewählt werden kann, ergibt sich bei den fassadenintegrierten Geräten die Qualität der angesaugten Luft direkt aus den Bedingungen an der Fassade. Insbesondere im Sommer ist das mitunter nachteilig, da sich die fassadennahe Luftschicht durch solare Einstrahlung stark aufheizen kann. In Demonstrationsvorhaben wurde deshalb erfolgreich erprobt, die Ansaugelemente plastisch aus der Fassade treten zu lassen und auf diese Weise kühlere Luft in das Gebäude zu holen. Da die erhitzte Luftschicht nur wenige Zentimeter dick ist, reicht eine geringfügige Profilierung aus, um den gewünschten Effekt zu erzielen (Abb. C 3.19). Parallel dazu lässt sich ein Aufheizen der Fassade durch eine helle Farbgebung reduzieren. Die Anordnung der Öffnungen in verschatteten Bereichen der Fassade, z. B. hinter oder unterhalb von Jalousieblenden, kann ebenfalls hilfreich sein, sofern diese ausreichend hinterlüftet sind. Auch eine Positionierung oberhalb der Fenster führt zu niedrigeren Temperaturen, da diese weniger Strahlung absorbieren als die angrenzenden opaken Fassadenbereiche [3]. Dominiert bei einem Gebäude allerdings der Heizenergiebedarf, kann die Erwärmung der Zuluft durchaus gewünscht sein und auch in der Jahresbilanz zu Energieeinsparungen führen [4]. Im Bürobau ist dies aber selten der Fall. Zuluftkonditionierung Zur Beheizung oder Kühlung der Zuluft enthalten fassadenintegrierte Lüftungsgeräte üblicherweise Luft/Wasser-Wärmetauscher,

C 3.22

die an ein zentrales Leitungssystem angeschlossen werden (Abb. C 3.21). Bei der vom Installationsaufwand her einfachsten Lösung handelt es sich dabei um ein Zweileiternetz, bestehend aus Vorlauf und Rücklauf. Über den Vorlauf werden die Geräte im Sommer mit kaltem, im Winter mit heißem Wasser versorgt. Sollen zum selben Zeitpunkt Beheizung und Kühlung möglich sein, etwa in der Übergangszeit, benötigen die Geräte separate Anschlüsse für kaltes und warmes Wasser. Bei vollständig voneinander getrennten Wasserkreisläufen ergibt sich so ein Vierleiternetz. Einen Kompromiss stellt das Dreileitersystem dar: Hier werden die Geräte separat mit kaltem und heißem Wasser angefahren, der Rücklauf hingegen ist zusammengefasst. Da dieses System wegen der Vermischung von kaltem und warmem Wasser im Rücklauf mit einem erhöhten Energiebedarf verbunden ist, wird es heute nicht mehr verwendet. Die Vorlauftemperatur des Kühlkreislaufs ist dadurch begrenzt, dass nach Möglichkeit kein Kondensat am Wärmetauscher ausfallen soll. Dieses müsste gesammelt und abgeführt werden, was bei der dezentralen Konzeption mit erheblich höherem Aufwand verbunden wäre als bei einer Zentralanlage. Die Kühlleistung der Geräte lässt sich daher nur über die durchgesetzte Luftmenge beeinflussen, weshalb zahlreiche dezentrale Geräte die Möglichkeit bieten, zusätzlich zur hygienisch erforderlichen Außenluftmenge im Umluftbetrieb auch Luft aus dem Raum anzusaugen und gekühlt wieder abzugeben.

auf, die der Zuluft entzogen wird. Nachts können sich die PCM-Speicher wieder entladen, indem sie mit kühler Außenluft durchströmt werden. Die Leistungsfähigkeit dieses Kühlprinzips ist begrenzt durch die Menge des im Lüftungsgerät verbauten PCM. Angesichts der derzeit noch hohen Materialkosten werden die PCM-Speicher üblicherweise gering dimensioniert, sodass sie eher als Möglichkeit der Komfortverbesserung zu sehen sind denn als gleichwertiger Ersatz für eine aktive Kühlung. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die PCM-Platten nicht aushärten können, wenn die Nachttemperaturen über dem Schmelzpunkt liegen, sodass sie während längerer Hitzeperioden nicht nutzbar sind.

PCM-Integration Eine sehr energiesparende Möglichkeit der Zuluftkühlung besteht in der Verwendung von Wärmespeichern aus sogenannten Phasenwechselmaterialien (phase change materials – PCM). Diese Materialien, zu denen z. B. Salzhydrate und Paraffine gehören, lassen sich so konfigurieren, dass ihre Schmelztemperatur bei ca. 19 – 22° C liegt. Sie werden in Plattenform in den Luftkanal eingesetzt. Strömt Außenluft, deren Temperatur über dem Schmelzpunkt der PCM-Platten liegt, zwischen den Platten hindurch, beginnen diese zu schmelzen und nehmen dabei eine große Menge an Energie

C 3.19

Kontrollierte natürliche Lüftung

Elektromotorische Antriebe zur mechanischen Öffnung von Fenstern sind bereits seit Langem in Gebrauch, etwa bei ansonsten schwer erreichbaren Öffnungsflügeln oder Anlagen für den Rauch- und Wärmeabzug. Je nach Fenstertyp und -größe kommen Ketten-, Spindel-, Scheren- oder Verriegelungsantriebe zum Einsatz, die in den Flügel integriert oder auf den Rahmen aufgesetzt werden können (siehe »Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen«, S. 36ff. und »Baukörperanschluss und baulicher Kontext«, S. 120ff.). Für Dachverglasungen, Oberlichter und Lamellenverglasungen gibt es Linearantriebe (Zahnstangen). C 3.18

C 3.20

C 3.21

C 3.22

fassadenintegrierte Lüftungsgeräte in der Brüstung, im Doppelboden, in einer abgehängten Decke Lüftungsgerät mit aus der Fassade tretender Ansaugöffnung, die den Eintritt aufgeheizter Außenluft aus der fassadennahen Grenzschicht verhindert. Bürogebäude, Hamburg (D) 2005, nps tchoban voss Deckenintegriertes dezentrales Lüftungsgerät für Klassenräume. Die Öffnungen zum Ansaugen von Außenluft und Ausblasen der Fortluft sind in die Fensterkonstruktion integriert. Erweiterungsbau Philipp-Matthäus-Hahn-Gymnasium, Leinfelden-Echterdingen (D) 2011, Schädler & Zwerger Architekten dezentrale Fassadenlüftungsgeräte in Zwei-, Drei- und Vierleiternetz (vereinfachte Darstellung ohne Ventilatoren, Filter, Schalldämpfer) brüstungsintegriertes Gerät mit Kreuzgegenstrom-Enthalpietauscher

203

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

C 3.23

C 3.24 C 3.25

C 3.26

C 3.27 C 3.28

Fassade mit elektromotorischen Senkklappfenstern in der Nottingham Emmanuel School (GB) 2008, Seymour Harris Architecture Luftschleieranlage Funktionsprinzip Luftschleieranlage mit Luftwalze a nach innen drehend b nach außen drehend Wärmeverlust von unterschiedlich gestalteten Publikumseingängen bei einer Temperaturdifferenz von 20 K zwischen innen und außen Funktionsschema einer Fassadenheizung Schnitt durch eine beheizte Fassade a mit Dämmkörper zwischen Hohlprofil und Verglasung b mit Elastomerschaumkeder in der Montagefuge

C 3.23

Über eine Anbindung an die Gebäudeautomation können derartige Antriebe inzwischen in Abhängigkeit der Witterungsbedingungen und des Raumklimas angesteuert werden, was neue Nutzungsmöglichkeiten eröffnet, etwa für eine effiziente und energiesparende Nachtlüftung. Dabei werden Räume nachts mit kühler Außenluft durchströmt, um die tagsüber in den Bauteilen eingespeicherte Wärmeenergie abzuführen. Untersuchungen haben gezeigt, dass diese natürliche Maßnahme bei geeigneter Wahl und Anordnung von Öffnungselementen deutlich effizienter ist und mit höheren Luftwechselraten durchgeführt werden kann, als dies mit mechanischen Lüftungsanlagen möglich ist [5]. Zudem entfällt so die ansonsten erforderliche mechanische Antriebsenergie. Da die Gebäude während der Nacht nicht besetzt sind, müssen die Fenster allerdings automatisch geöffnet werden. Regelgrößen sind üblicherweise Raum- und Außentemperatur. Windund Regenwächter verhindern eine Öffnung bei ungünstigen Außenbedingungen. Die Kommunikation mit der Gebäudeautomation erfolgt kabelgebunden oder über Funk. Auch tagsüber kann eine solche kontrollierte natürliche Lüftung in vielen Fällen eine mechanische Lüftung ersetzen (Abb. C 3.23). Zusätzlich lassen sich bei dieser Anwendung der CO2- und der VOC-Gehalt der Raumluft sowie die relative Luftfeuchte als Regelgrößen miteinbeziehen. Allerdings sollte der Nutzer in diesem Fall die Möglichkeit haben, sich über die

C 3.24

204

automatische Steuerung hinwegzusetzen – etwa wenn das Fenster wegen Außenlärm vorübergehend nicht geöffnet werden soll. Um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden, muss über die Gebäudesteuerung sichergestellt sein, dass bei geöffneten Fenstern die Heizflächen im Raum abgestellt werden. Luftschleieranlagen

Luftschleieranlagen sind lüftungstechnische Geräte, die im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Anlagen nicht zur Frischluftversorgung von Räumen dienen, sondern durch die Herstellung einer geeigneten Luftströmung an einer Fassadenöffnung verhindern sollen, dass es zu einem Luftaustausch zwischen Raum und Umgebung kommt. Typische Anwendungsfälle sind hochfrequentierte Zugangstüren von Kaufhäusern, aber auch Industrie- und Anlieferungstore, die nutzungsbedingt über längere Zeiträume offen stehen müssen (Abb. C 3.24). Abhängig von den Druckverhältnissen im Gebäude werden die Anlagen auf unterschiedliche Weise eingebaut (Abb. C 3.25): Bei geschützt liegenden Eingängen oder Überdruck im Gebäude wird eine nach innen drehende Luftwalze ausgebildet. Der Beheizungsbedarf der Luft ist dabei gering, da Raumluft angesaugt und wieder ausgeblasen wird. Stärkere Windbelastung oder Unterdruck im Gebäude machen dagegen eine nach außen drehende Luftwalze erforderlich. Da

a

auch kalte Außenluft angesaugt wird, erhöht sich der Energiebedarf und ein Frostschutz ist erforderlich. Als günstig bei dieser Einbauvariante erweist sich, dass auf Fußbodenniveau keine Strömung in den Raum hinein entsteht, was die Behaglichkeit erhöht und eine Nutzung der Fläche bis in Türnähe ermöglicht. Eine besonders wirksame Abschirmung erreichen Geräte, die beide Prinzipien kombinieren und sowohl eine innen- als auch eine außendrehende Luftwalze ausbilden. Maßgeblich für den Energiebedarf der Anlage ist die Ausblastechnik. Gebräuchlich sind Lamellenraster und spezielle Weitwurfdüsen. Die Beheizung der Luft erfolgt über Wasser / Luft-Wärmetauscher oder über elektrische Widerstandsheizungen. Unerwünschter Luftaustausch und die damit verbundenen Wärmeverluste im Winter bzw. Wärmeeinträge im Sommer können durch Luftschleieranlagen deutlich reduziert werden. Dem steht der Energieaufwand für die Luftförderung gegenüber. Da der Luftstrom aus Komfortgründen beheizt werden muss, ergibt sich auch ein Energiebedarf für die Beheizung. Allerdings kommt dieser weitgehend der Raumbeheizung zugute und kann insofern nicht als zusätzlicher Energieaufwand gesehen werden. Sinnvoll ist in jedem Fall die Kombination mit einer automatischen Schiebetür und einer entsprechenden Steuerung, die den Luftschleier nur bei geöffneter Tür in Betrieb nimmt. Abb. C 3.26 zeigt den Energieverlust infolge Infiltration für verschieden ausgebildete Zugangstüren gemäß einer Untersuchung des Schweizer Bundesamts für Energie (BFE) [6]. Die angegebenen Werte gehen von einer korrekten Betriebsweise des Luftschleiers aus, also einer vollflächigen Abdeckung der Öffnung und vor allem einer angepassten Ausblasgeschwindigkeit. Ist diese zu niedrig, erreicht der Luftschleier nicht den Fußboden; ist sie zu hoch, teilt sich der Luftstrahl am Boden auf, es geht Luft nach außen verloren. Auch äußere Einflüsse wie starker Wind oder eine schlecht eingestellte Lüftungsanlage im Gebäude können den Luftschleier destabilisieren, was dazu führt, dass die angestrebten Energieeinsparungen häufig nicht im theoretisch möglichen Umfang erreicht werden.

b

C 3.25

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

Heizung Fassadenintegrierte Lüftungsgeräte können, wie beschrieben, bei entsprechender Ausstattung auch zur Beheizung von Räumen genutzt werden. Aber auch ohne einen Zusammenhang mit der Lüftung ist es mitunter durchaus sinnvoll, heizungstechnische Komponenten in oder an Fenstern und Fassadenöffnungen anzuordnen. Gründe hierfür sind z. B. die Vermeidung von Kondensation durch Anhebung der Oberflächentemperatur auf Verglasungen und Rahmenprofilen, die Vermeidung von Kaltluftabfall an hohen Glasflächen, die Erhöhung der Behaglichkeit in Fassadennähe oder ein direkter Beitrag zur Raumbeheizung.

dichtes Gebäude Vollbetrieb1 Einzelperson

sehr undichtes Gebäude Vollbetrieb1 Einzelperson

Normaltüre (Breite 1 m)

12 kW

24 kJ

90 kW

180 kJ

Automatik-Schiebetür (1,60 ≈ 2,08 m) ohne Warmluftvorhang

20 kW

80 kJ

100 kW

400 kJ

Automatik-Schiebetür mit Warmluftvorhang

13 kW

52 kJ

85 kW

340 kJ

Windfang

18 kW

45 kJ

95 kW

240 kJ

Drehtür groß ( 4,75 m)

17 kW

350 kJ

19 kW

390 kJ

Drehtür klein ( 4,20 m)

13 kW

150 kJ

15 kW

170 kJ

1

Türen dauernd offen bzw. Drehtüren ständig drehend C 3.26

Vermeidung von Kondensation

Laut DIN 4108-2 darf die relative Luftfeuchte an raumseitigen Bauteiloberflächen den Wert von 80 % nicht übersteigen. Damit wird verhindert, dass auf der Oberfläche, aber auch in oberflächennahen Materialporen Tauwasser entsteht und so die Grundlage für Materialschädigung und das Wachstum von Schimmelpilzen bildet. Planerisches Kriterium ist dabei der in DIN EN ISO 10 211 definierte Temperaturfaktor fRsi, der – ein übliches Wohnklima mit einer Lufttemperatur von 20 ° C und einer relativen Luftfeuchte von 50 % vorausgesetzt – für jede Stelle an der Oberfläche bei mindestens 0,70 liegen muss. Hiervon ausdrücklich ausgenommen sind allerdings Fenster und Pfosten-Riegel-Fassaden, an denen vorübergehend geringe Mengen an Tauwasser auftreten dürfen, sofern die Oberfläche so behandelt ist, dass sie das Wasser nicht aufnimmt und dieses auch nicht in angrenzende Bauteile eindringen kann (siehe »Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung«, S. 64f.). Begleitheizung Insbesondere wegen der Wärmebrückenwirkung des Randverbunds von Mehrscheibenverglasungen kann bei vielen Fensterkonstruktionen die Oberflächentemperatur am Scheibenrand bei niedrigen Außentemperaturen tatsächlich auf unter 10 ° C sinken, sodass dort Feuchtigkeit kondensiert. Dachflächenfenster, die nachts viel Wärme an den kalten Himmel abstrahlen, sind hiervon besonders häufig betroffen. Verschiedene Hersteller bieten Heizstreifen an, die gerade für solche Fälle durch gezielte Wärmezufuhr die Tauwasserbildung verhindern sollen. Dabei handelt es sich um Streifen mit eingelegten Heizdrähten, die entweder hinter der Glashalteleiste auf die Scheibe aufgeklebt oder in aufgesetzte Profile integriert werden. Mit diesen Widerstandsheizungen, die temperaturabhängig geregelt werden können, lässt sich Tauwasseranfall auch unter ungünstigen konstruktiven Bedingungen – etwa bei schlecht gedämmten Bestandsfenstern – ausschließen. Der Strombedarf ist dabei aber angesichts einer typischen elektrischen Leistungsaufnahme von 10 W/m nicht zu ver-

nachlässigen, da ein beträchtlicher Teil der erzeugten Wärme nicht der Raumbeheizung zugutekommt, sondern über den Randverbund nach außen abgeführt wird. Daher sollten bei neuen Fenstern bautechnische Maßnahmen zur Tauwasservermeidung beitragen, etwa die Verwendung von gedämmten oder ausreichend dimensionierten Rahmenprofilen und vor allem thermisch getrennten Abstandhaltern (siehe »Abstandhalter und Randverbund, ›warme Kante‹« S. 92f.). Beheizte Fassade Bei Gebäuden mit besonders warmem und feuchtem Raumklima, etwa bei Hallenbädern oder beheizten Gewächshäusern, reichen diese Maßnahmen normalerweise nicht aus, um im Winter Tauwasser an Scheibenrändern und Fassadenprofilen zu vermeiden. Hier bietet es sich an, die Fassadenprofile selbst mit warmem Wasser zu durchströmen, um sie so für die Beheizung des Raums zu nutzen und gleichzeitig die Oberflächentemperaturen auf ein unkritisches Niveau anzuheben. Dieses Prinzip wird bereits seit über 30 Jahren angewendet, sodass die Profilhersteller über bewährte Profilgeometrien und Verbindungssysteme verfügen. Bei der Planung ist besonders darauf zu achten, dass alle Abschnitte der Fassade gleichmäßig durchströmt werden. Zu diesem Zweck müssen die Druckverluste der einzelnen Abschnitte durch passend ausgelegte Blenden in ihrer Zahl und Größe hydraulisch abgeglichen

werden. Öffnungsflügel und Einsatzelemente sind in gewohnter Weise in der Fassade planbar, ohne sie an das Heizsystem anzuschließen (Abb. C 3.27). Im Zuge erhöhter Anforderungen an den Wärmeschutz rücken die verhältnismäßig hohen Wärmeverluste in den Blickpunkt, die ältere beheizte Fassaden infolge der schlecht gedämmten Fugen zwischen den einzelnen Scheiben aufweisen. Als Gegenmaßnahme wurden zunächst 30 – 40 mm starke Dämmblöcke zwischen Fassadenprofil und Verglasung eingesetzt, was allerdings die optische Erscheinung der Fassaden stark veränderte. Bei beheizten Fassaden der aktuellen Generation wird deshalb eher darauf gesetzt, die erforderliche Dämmung in Form von Elastomerschaumkedern in der Ebene der Verglasung unterzubringen. Neben der gestalterischen Verbesserung bringt diese Bauweise auch konstruktive Vorteile, da die Lasten der Verglasung mit geringerem Hebelarm in die Fassadenprofile eingeleitet werden können (Abb. C 3.28). Kaltluftabfall und Behaglichkeit

Kommt warme Raumluft in Kontakt mit kalten Oberflächen, kühlt sie sich ab, wird dabei schwerer und sinkt nach unten. Davon sind in besonderem Maße Fenster und Glasfassaden betroffen, da sie einen relativ geringen thermischen Widerstand und damit im Winter niedrige Oberflächentemperaturen aufweisen. Wie im Entlüftungsleitung

Pfosten

Riegel a

VL b

RL C 3.27

C 3.28

205

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

C 3.29

Abschnitt »Kaltluftabfall« (S. 58) dargestellt, ergeben sich dadurch bei großflächigen Verglasungen als unangenehm empfundene Zuglufterscheinungen selbst bei hochwertigen Wärmeschutzverglasungen. In vielen Fällen sind daher technische Maßnahmen gegen den Kaltluftabfall erforderlich. Bei raumhohen Fenstern reicht hierfür eine Beheizung auf Fußbodenniveau aus, z. B. in Form von Unterflurkonvektoren. Höhere Glasfassaden benötigen zusätzliche Heizelemente, die häufig entlang der Riegelprofile angeordnet werden (Abb. C 3.29). Dazu eignen sich Konvektoren, die an der Fassade befestigt und an einen Heizkreis angeschlossen werden. Seltener kommen primärenergetisch ungünstiger zu bewertende, aber bautechnisch weniger aufwendige elektrische Widerstandsheizungen zum Einsatz, die durch Aufsatzprofile mit der Fassadenkonstruktion verbunden werden. Eine weitere Alternative stellen die zuvor beschriebenen direkt beheizten Fassaden dar.

b

durch die diffuse Reflexion an der Decke (Abb. C 3.30) [7]. Sind die Leuchten an einem Rahmenprofil zwischen Durchsichtbereich (mittlerer Fensterbereich) und oberem Fensterbereich (Oberlicht) angeordnet, können sie tagsüber einen Zusatznutzen übernehmen und durch das Oberlicht einfallendes Tageslicht in die Raumtiefe und an die Deckenuntersicht reflektieren. Entsprechende Ansätze wurden in verschiedenen Musterprojekten erfolgreich umgesetzt, konnten sich bisher aber nicht in der Breite durchsetzten. Grund hierfür ist vermutlich der höhere Installationsaufwand bei einer Leitungsführung in den Rahmenprofilen gegenüber einer konventionellen Installation in Wänden und Decken (Abb. C 3.31 und C 3.32).

Beleuchtung Als transparente Bauteile ermöglichen Fenster nicht nur eine Blickbeziehung zwischen innen und außen, sie versorgen einen Raum auch mit Tageslicht (siehe »Tageslichtnutzung«, S. 185ff.). Zugleich tragen sie aber auch maßgeblich zur Außenwirkung eines Gebäudes bei. Die Integration von Leuchten in die Fassadenöffnung kann dabei die Tageslichtausnutzung ergänzen und die gestalterische Wirkung der Fassade entscheidend prägen. Fassadenintegrierte Innenbeleuchtung

Beitrag zur Raumbeheizung

Ein Ansatz zur Beheizung von Räumen durch die Fenster selbst besteht darin, Gläser mit einer metallischen, elektrisch leitfähigen Beschichtung zu verwenden. Wird eine Spannung an die Scheiben angelegt, fließt Strom, und die Metallschichten geben entsprechend ihres elektrischen Widerstands Wärme ab. Um die Beschichtung zu schützen, wird sie auf der dem Scheibenzwischenraum zugewandten Seite der inneren Scheibe aufgebracht. Die im Winter normalerweise kalten Fensteroberflächen zu erwärmen, um so gleichermaßen zur Raumbeheizung beizutragen und die Behaglichkeit zu verbessern, erscheint zunächst überzeugend. Wie bei jeder vertikalen Flächenheizung ergibt sich im Raum ein als angenehm wahrgenommenes, über die Raumhöhe ausgeglichenes Temperaturprofil. Allerdings bringt die Technik auch einige Nachteile mit sich. So werden durch die optischen Eigenschaften der Beschichtung der Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung und damit die solaren Wärmegewinne vermindert. Der Temperaturunterschied zwischen der für die Beheizung genutzten inneren Scheibe, die bis zu 60 ° C warm werden kann,

206

C 3.30

a

und der dem Außenklima ausgesetzten äußeren Scheibe beansprucht den Randverbund stark. Nicht zuletzt handelt es sich um eine elektrische Direktheizung, die bei der Nutzung von konventionell erzeugtem Strom primärenergetisch ungünstiger ist als die meisten Alternativen.

Im Interesse einer optimalen Nutzung des Tageslichts hängt die Lage und Größe der Fenster maßgeblich von der Raumnutzung ab. Reicht das einfallende Tageslicht nicht mehr aus, um die erforderlichen Lichtstärken zu gewährleisten, muss künstliche Beleuchtung zugeschaltet werden. Dabei ist es naheliegend, die künstliche Beleuchtung so anzuordnen, dass sie eine der natürlichen vergleichbare Lichtsituation schafft, vor allem, was die Einfallsrichtung des Lichts in den Raum betrifft. Dies ist durch die Integration der Leuchten in die Fenster- oder Fassadenkonstruktion erreichbar. Soll ein Büroraum üblicher Tiefe vollständig von der Fassade her beleuchtet werden, kann dies entweder über eine Beleuchtung von zwei Punkten aus geschehen (direkte Beleuchtung des fassadennahen Bereichs, indirekte Beleuchtung der Raumtiefe). Hierbei ist zu beachten, dass der Ausstrahlwinkel der direkt strahlenden Leuchte nicht zu groß sein darf, da ansonsten Blendung auftreten kann. Oder aber der gesamte Raum wird von einem Punkt aus indirekt beleuchtet. Über Reflektorflächen an der Decke kann das Licht zielgerichteter und effizienter im Raum verteilt werden als

Fassadenillumination

Die nächtliche Inszenierung von Gebäuden durch eine Beleuchtung ihrer Fassaden gehört schon seit Langem zum gestalterischen Instrumentarium und prägt das Bild zahlreicher Städte. Während die Fassaden bisher hauptsächlich durch leistungsstarke Strahler mit Halogen-Metalldampflampen illuminiert wurden, die in der Umgebung oder in selteneren Fällen auf einer Unterkonstruktion am Gebäude selbst befestigt waren, bietet die LED-Technik aufgrund der geringen erforderlichen Abmessungen inzwischen die Möglichkeit, die Leuchten in die Fassade selbst zu integrieren – etwa durch Einbau in Fassadenprofile oder die Glashalteleisten von Fenstern. Gleichzeitig kann auf diese Weise die installierte Leistung und damit der Strombedarf deutlich reduziert werden (Abb. C 3.33 und C 3.34).

Komponenten der Gebäudeautomation Angesichts der wesentlichen Rolle, die Fenster aufgrund des solaren Strahlungseintrags und des Wärmetransports durch den Luftaustausch zwischen innen und außen für den Energiehaushalt des Gebäudes spielen (siehe »Passive Solarenergienutzung«, S. 170ff.; »Aktive Solarenergienutzung«, S. 190ff.), ist es selbstverständlich, dass sie bei Gebäuden mit einem hohen Technisierungsgrad in die Gebäude-

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster

automation eingebunden werden. Neben den beschriebenen Aktoren sind hier vor allem Sensoren zu nennen, die Informationen über Witterungsbedingungen, aber auch den Öffnungszustand registrieren und an die Leittechnik weitergeben. Sensoren für den Öffnungszustand

Die Information, ob ein Fenster ganz, teilweise oder nicht offensteht, ist relevant für die Steuerung der Beheizung und Kühlung im betreffenden Raum, aber auch für Fragen der Sicherheit und des Einbruchschutzes. Sie kann durch Magnetkontakte, sogenannte Reedschalter, gewonnen werden. Dabei handelt es sich um Elemente aus zwei einander mit geringem Abstand zueinander überlappenden Metallzungen, die in ein dünnwandiges Glasröhrchen eingeschmolzen sind. Nähert sich ein Magnet, bewegen sich die Zungen aufeinander zu und berühren sich schließlich. Bei der Anwendung in Fenstern befindet sich der Reedschalter im Blendrahmen, im Flügelrahmen wird ein Magnet angeordnet. Bei geschlossenem Fenster schließt sich der Kontakt, es fließt ein Strom, der von der Leittechnik registriert wird. Durch geeignete Positionierung am Fenster kann auch unterschieden werden, ob ein Öffnungsflügel gekippt oder ganz geöffnet ist. Magnet und Reedkontakt lassen sich entweder auf das Rahmenprofil aufsetzen oder verdeckt im Rahmen befestigen. Soll die Information über den Schließzustand auch für den Einbruchschutz gemeldet werden, müssen die Kontakte je nach Anforderung an den gewünschten Sicherheitsstandard Vorgaben der VdS-Richtlinie 2311 erfüllen. In diesem Zusammenhang ist auch entscheidend, ob ein Fenster oder eine Tür ver- oder entriegelt ist; dafür existieren separate Riegelschaltkontakte, die am Schließblech montiert und durch den Riegel betätigt werden. Vergleichbare Sensoren sind auch für große Toröffnungen erhältlich; sie werden üblicherweise im Fußbodenaufbau montiert. Glasbruchsensoren

Glasbruchsensoren stellen einen weiteren wesentlichen Bestandteil von Einbruchmeldeanlagen dar. In ihrer verbreitetsten Bauform bestehen sie aus einem piezoelektrischen Element, das auf Druck reagiert und so Erschütterungen der Scheibe registriert. Bei Schwingungsmustern, die typischerweise beim Splittern von Glas auftreten, wird ein Signal ausgelöst. Die Sensoren können Glasflächen zwischen 1 und 4 m2 abdecken. Die früher üblichen flächigen Bruchmelder aus dünnen Folien oder Drähten, die auf die Scheibe aufgeklebt werden, sind heute nicht mehr gebräuchlich. Sensoren für Raumlufteigenschaften

Im Rahmen von Forschungsprojekten wurden auch bereits Sensoren zur Bestimmung der Raumlufttemperatur und des CO2-Gehalts direkt in die Rahmenprofile von Fenstern integriert und mit elektromechanischen Fenster-

öffnern gekoppelt. Angesichts der heute verfügbaren geringen Baugrößen der Sensoren ist das prinzipiell möglich; die Rahmenprofile müssen allerdings entsprechend vorgerichtete Kammern aufweisen. Nachteilig ist bei diesem Konzept, dass die direkt am Fenster aufgenommenen Messgrößen nicht unbedingt die Bedingungen im Aufenthaltsbereich abbilden. Insbesondere die Lufttemperatur kann sich zwischen Fenster und Raummitte um mehrere Kelvin unterscheiden [8]. Verbreiteter ist daher nach wie vor die vom Fenster unabhängige Montage der erforderlichen Sensoren in der Raumtiefe. Anmerkungen: [1] Pietruschka, Dirk u. a.: Energetische und akustische Sanierung von Gebäuden – vom Altbau zum akustisch optimierten Passivhaus. Forschungsprojekt Nr. 122 002 008P, HFT Stuttgart, Abschlussbericht Februar 2011 [2] Mahler, Boris u. a.: DeAL. Evaluierung dezentraler außenwandintegrierter Lüftungssysteme. Abschlussbericht. Förderkennzeichen 0327386B. Hrsg. vom Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik, Stuttgart 2008 [3] Voss, Karsten: Energieoptimiertes Bauen. Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden – Mikroklimatische und baukonstruktive Einflüsse. Schlussbericht. Förderkennzeichen 0327386A. Bergische Universität Wuppertal, 2010 [4] Erhorn, Hans u. a.: Weiterentwicklung und Evaluierung von Technologien und von Bewertungsmethoden zur Steigerung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EnEff 06). IBP-Bericht WTB-02-2007. Stuttgart /Holzkirchen 2007 [5] Eicker, Ursula; Schulze, Tobias: Kontrollierte natürliche Lüftung für energieeffiziente Gebäude. In: Jürgen Pöschk (Hrsg.): Energieeffizienz in Gebäuden – Jahrbuch 2012. VME Verlag und Medienservice Energie. Berlin 2012 [6] Züricher Energieberatung / Bundesamt für Energie: Merkblatt Gebäudeeingänge mit grossem Publikumsverkehr. Zürich 1998 [7] Pohl, Wilfried u. a.: LichtAusFassade. Optimierte Tages- und Kunstlichtversorgung über Fassaden – Beurteilung der Energiebilanz und der visuellen Qualität. Berichte aus Energie- und Umweltforschung 26/2012. Hrsg. vom Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie. Aldrans 2012. www.hausderzukunft.at/hdz_pdf/berichte/ endbericht_1226_lichtausfassade.pdf [8] Pawelczak, Dieter u. a.: Innovative Mikroaktorik für die Gebäudetechnik (IMiG). Verbundprojekt im Rahmen des BMBF-Förderkonzepts »Mikrosystemtechnik 2000+«. Förderkennzeihen 16SV1614. Abschlussbericht des Teilprojekts der Universität der Bundeswehr München, 20.10.2005. http://edok01.tib.unihannover.de/edoks/e01fb06/510185266.pdf

Lichtlenkjalousie Fassadenpfosten Acryl- oder Glasabdeckung

Neigung

Reflektor mögliche Schlitzöffnung mit opaker Abdeckung C 3.31

C 3.32

C 3.33

C 3.29 fassadenbegleitende Konvektoren am Terminal 2, Flughafen München (D) 2003, Koch + Partner Architekten und Stadtplaner C 3.30 Beleuchtungsschema Büroraum a von zwei Punkten aus direkt /indirekt b indirekt mit Reflektor C 3.31 fassadenintegrierte Beleuchtung in Kombination mit Tageslichtlenkung, Stadtwerke Bochum (D) 2004, Gatermann + Schossig, Köster Lichtplanung C 3.32 fassadenintegrierte Beleuchtung in Kombination mit Tageslichtlenkung, Landesamt für Statistik und Datenverarbeitung, Schweinfurt (D) 1998, Kuntz + Manz Architekten, Köster Lichtplanung C 3.33 Fassadenbeleuchtung mit integrierten LEDLeuchten in der Fensterkonstruktion, C 3.34 Einbaubeispiel LED-Leuchte in Glashalteleiste C 3.34

207

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür Joost Hartwig

C 4.1

Die Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Türen und Fenstern sowie ihrer Komponenten verbraucht Ressourcen und Energie und verursacht Emissionen und Abfälle. Die Wirkungen auf die Umwelt können im Rahmen von Ökobilanzierungen dargestellt und neben technischen Eigenschaften und ökonomischen Aspekten bei der Produktwahl berücksichtigt werden.

Ökobilanzierung

C 4.1 C 4.2 C 4.3

208

gebrauchte Fenster zum Verkauf, Jaipur (IND) Ablauf einer Ökobilanzstudie nach DIN 14 040 Abschnitte des Lebenszyklus und Systemgrenze bei einer Ökobilanz nach DIN EN 15 804

Eine Ökobilanz bezieht sich laut DIN EN ISO 14 040 auf die Umweltaspekte und potenziellen Umweltwirkungen (z. B. Nutzung von Ressourcen und die Umweltauswirkungen von Emissionen) im Verlauf des Lebensweges eines Produktes von der Rohstoffgewinnung über Produktion, Anwendung, Abfallbehandlung, Recycling bis zur endgültigen Beseitigung [1]. Das heißt, eine Ökobilanz (Life Cycle Assesment – LCA) analysiert den Lebenszyklus eines Produkts und beschreibt die daraus resultierenden Wirkungen auf die Umwelt. Dabei werden sowohl Ressourcenverbrauch (z. B. Energieträger wie Erdöl oder Erdgas) als auch Emissionen (z. B. Treibhausgase) betrachtet. Unterschieden wird u. a. zwischen sogenannten Cradle-to-Grave-Betrachtungen, bei denen der gesamte Lebenszyklus eines Produkts (von der Wiege bis zur Bahre) untersucht wird und Cradle-to-Gate-Betrachtungen, die nur die Herstellung des Produkts (bis zum Werkstor des Herstellers) berücksichtigen [2]. Die Methode der Ökobilanzierung wird für eine Vielzahl von Produkten und Produktgruppen eingesetzt. Im Bauwesen kann der Begriff »Produkt« einen einzelnen Baustoff, ein Bauteil oder auch ganze Gebäude bezeichnen. Ökobilanzen können zur Verbesserung der Umwelteigenschaften von Produkten, zur Information von Entscheidungsträgern, zur Auswahl relevanter Indikatoren für Umwelteigenschaften von Produkten oder auch zum Marketing eingesetzt werden [3]. Im Rahmen der Umsetzung der EU-Bauproduktenverordnung (BauPVO) müssen alle nach dem 1. Juli 2013 in Verkehr gebrachten Produkte als eine der sieben in der Verordnung formulierten Grundanforderungen

die nachhaltige Nutzung von natürlichen Ressourcen erfüllen [4]. Dieser Nachweis soll über eine Umweltproduktdeklaration, die wiederum auf einer Ökobilanz basiert, erbracht werden. Methode der Ökobilanzierung

Die normativen Grundlagen für Ökobilanzierungen sind in der Normenreihe DIN EN ISO 14 040 und 14 044 geregelt. Für die Ökobilanzierung von Bauprodukten liefert die DIN EN 15 804 weitere Spezifikationen. Diese bilden auch die Grundlage für die Typ III Umweltkennzeichnungen von Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declaration – EPD), die wiederum in DIN EN ISO 14 025 beschrieben werden. Gemäß DIN EN ISO 14 040 umfasst eine Ökobilanzierung vier Phasen: Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen, Sachbilanz, Wirkungsbilanz und Auswertung (Abb. C 4.2) [5]. Die funktionelle Einheit, also das zu untersuchende Produkt und seine Funktion, ist eine Bezugsgröße für die Rechenschritte und Ergebnisse einer Ökobilanz. Sie ermöglicht den Vergleich von Ökobilanzen unterschiedlicher Produkte mit gleicher Funktion. Funktionelle Einheiten sind häufig in handelsüblichen Maßeinheiten des jeweiligen Produkts angegeben, z. B. m3, kg, Stück etc. Der Untersuchungsrahmen beinhaltet zum einen die Systemgrenze und zum anderen die Abschneidekriterien. Die Systemgrenze beschreibt, welche Prozesse zum Lebensweg eines Produkts gehören. Im Idealfall sind Inund Outputs über die Systemgrenze Elementarflüsse, d. h. chemisch nicht weiter trennbare Stoffe (Abb. C 4.3). Innerhalb des zu untersuchenden Produktsystems stellen die sogenannten Abschneidekriterien die Grenzen der Bilanzierung dar. Diese werden üblicherweise bei mindestens 1 % Stoffmasse, Primärenergieverbrauch und Umweltrelevanz angesetzt, wobei die Summe der zu vernachlässigenden Stoffmassen insgesamt nicht mehr als 5 % betragen darf [6]. Für ökologisch bedenkliche Stoffe (z. B. Weichmacher in Kunststoffen) müssen die Abschneidekriterien im Einzelfall überprüft und gegebenenfalls außer Kraft gesetzt werden [7]. Im Rahmen der Sachbilanz werden die für das Produktsystem relevanten Stoff- und Energie-

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Es ist zu beachten, dass diese Liste keinesfalls die vollständigen Umweltwirkungen eines Produkts abbildet, da eine Reihe von Wirkungskategorien noch Gegenstand wissenschaftlicher Forschung ist. Des Weiteren handelt es sich um potenzielle Umweltwirkungen, die zeitliche und räumliche Eigenschaften der Stoffexposition weitgehend unberücksichtigt lassen [11]. Eine weitere Gewichtung der Indikatorwerte unterschiedlicher Wirkungskategorien durch Zusammenfassung zu einem einzigen Indikatorwert in einem sogenannten Ökopunktverfahren ist wissenschaftlich nicht begründbar [12]. Eine Gewichtung kann nur auf Basis von Werthaltungen erfolgen, wobei auch die Gleichgewichtung aller Wirkungskategorien eine auf Werten basierte Entscheidung darstellt. Eine solche vereinfachte Darstellung der Wirkungsbilanzergebnisse geht außerdem mit einem erheblichen Informationsverlust einher. Dennoch haben Ökopunktverfahren eine gewisse Verbreitung erlangt [13]. Im Rahmen der Nachhaltigkeitszertifizierung von Gebäuden findet ebenfalls eine Gewichtung von Wirkungsbilanzergebnissen statt, um eine Gesamtbewertung der ökologischen Qualität zu erreichen. Allerdings ist dieses Vorgehen eher der Phase »Auswertung« zuzuordnen. Die abschließende Phase einer Ökobilanzstudie ist die Auswertung. Die Ergebnisse von Sach- und Wirkungsbilanz werden gemeinsam betrachtet, hinsichtlich ihrer Übereinstimmung mit Ziel und Untersuchungsrahmen geprüft und Ergebnisse und Schlussfolgerungen in einem Bericht dokumentiert. Der Bericht und die zugrunde liegende Bilanz kann einer unab-

umwandlungsprozesse unter Berücksichtigung der Systemgrenze und der Abschneidekriterien erfasst und quantifiziert. Einbezogen werden Energie-, Rohstoff- und Betriebsstoffinputs, Produkte, Koppelprodukte und Abfälle sowie Emissionen in Luft, Wasser und Boden [8]. Für die Wirkungsabschätzung gilt es, den Beitrag der Sachbilanzergebnisse zu bestimmten potenziellen Umweltwirkungen zu ermitteln [9]. Zu diesem Zweck werden die Ergebnisse der Sachbilanz mit einer oder mehreren Wirkungskategorien verknüpft. Diese beschreiben jeweils eine bestimmte potenzielle Umweltwirkung (z. B. Treibhauspotenzial) und werden mittels eines Stoffäquivalents (z. B. CO2-Äquivalent) dargestellt. Alle Stoffströme der Sachbilanz mit einem Beitrag zu einer bestimmten Wirkungskategorie werden mittels festgelegter Charakterisierungsfaktoren in das jeweilige Stoffäquivalent umgerechnet und zusammengefasst. Auf diese Weise lassen sich Hunderte Emissionen in Boden, Gewässer und Luft mit wenigen potenziellen Umweltwirkungen beschreiben. Für Umweltproduktdeklarationen von Bauprodukten unterscheidet man die folgenden Wirkungskategorien [10]: • globale Erwärmung • Ozonabbau • Versauerung von Boden und Wasser • Eutrophierung (Anreicherung von Nährstoffen/Überdüngung) • fotochemische Ozonbildung • Verknappung von abiotischen Ressourcen (Stoffe) • Verknappung von abiotischen Ressourcen (fossile Energieträger)

Festlegung der Ziele und des Untersuchungsrahmens

Sachbilanz

Auswertung

Wirkungsabschätzung

C 4.2

hängigen Gruppe von Experten zur sogenannten kritischen Prüfung vorgelegt werden. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn vergleichende Aussagen etwa zu Konkurrenzprodukten gemacht werden oder die Studie zur Veröffentlichung vorgesehen ist [14]. Wirkungskategorien der Ökobilanz

Für Umweltproduktdeklarationen von Bauprodukten müssen gemäß DIN EN 15 804 die im Folgenden aufgeführten Wirkungskategorien betrachtet und dokumentiert werden. Treibhauspotenzial Das Treibhauspotenzial (Global Warming Potenzial – GWP) beschreibt den Einfluss der vom Menschen verursachten Emissionen auf die Wärmeabsorption der Atmosphäre. Gase wie CO2 oder Methan erhöhen die Wärmeab-

Konsequenzen: Anstieg des Meeresspiegels, Waldsterben, Artensterben, extreme Wetterereignisse etc. Systemgrenze Ökobilanz

Emissionen

Gebäudebetrieb

Rückbau

Transport

Entsorgung

A1

A2

A3

A4

A5

B1–7

C1

C2

C3 /4

Abfälle

Emissionen

Gebäudeherstellung

Abfälle

Emissionen

Transport

Abfälle

Emissionen

Produktherstellung

Abfälle

Emissionen

Emissionen

Transport

Abfälle

Emissionen

Emissionen

Ressourcenabbau

Abfälle

Emissionen

aktuelle Umweltwirkungen: Treibhauseffekt, Ozonloch, Sommersmog, Versauerung, Überdüngung, Umweltgifte etc.

EnEv

Ressourcen

Energie

Ressourcen

Energie

Ressourcen

Entsorgungsphase C1– 4

Energie

Energie

Ressourcen

Ressourcen

Energie

Ressourcen

Nutzungsphase B1–7

Energie

Ressourcen

Energie

Ressourcen

Energie

Energie

Produktionsphase A1–5

Verbrauch erneuerbarer und nicht erneuerbarer Primärenergieträger, Verbrauch abiotischer und biotischer Ressourcen

Konsequenzen: Verknappung verfügbarer Ressourcen C 4.3

209

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Artenvielfalt durch ein übermäßiges Wachstum von Biomasse in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen. In Gewässern führt ein gesteigertes Algenwachstum zu erhöhtem Sauerstoffverbrauch und kann ein »Umkippen« des Gewässers verursachen. Belastungen mit hohen Stickstoffkonzentrationen können außerdem die Trinkwasserqualität von Oberflächengewässern beeinträchtigen. Das Überdüngungspotenzial (EP) fasst Substanzen im Vergleich zur Wirkung von PO43- (Phosphat)Äquivalent zusammen [19]. Primärenergiebedarf

C 4.4

C 4.5

C 4.4 Treibhaus aus gebrauchten Fensterelementen, Rangley (USA) 2009, Shannon Rankin und Justin Richel Ökobilanzdaten verschiedener Fenster- und Türkomponenten auf Basis von Umweltproduktdeklarationen (EPDs) einzelner Hersteller (Stand Oktober 2013)

sorption und tragen so zur Erwärmung der Atmosphäre, dem sogenannten Treibhauseffekt, bei. Das Treibhauspotenzial eines Stoffs wird in kg CO2-Äquivalent angegeben [15]. Ozonabbaupotenzial Das Ozonabbaupotenzial (Ozone Depletion Potential – ODP) bezeichnet die Verringerung der Ozonkonzentration in der Stratosphäre durch anthropogene Emissionen. Dadurch treffen mehr UV-B-Strahlen auf die Erdoberfläche [16]. Das Ozonabbaupotenzial wird in kg R11 (Trichlorfluormethan)-Äquivalent angegeben. Fotochemisches Oxidantienbildungspotenzial Das fotochemische Oxidantienbildungspotenzial (Photochemical Ozone Creation Potential – POCP) beschreibt die Bildung bestimmter chemischer Verbindungen, z. B. Ozon, unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung (Sonnenlicht) und bestimmten Luftschadstoffen (flüchtige organische Verbindungen, Kohlenmonoxid) unter Beteiligung von Stickstoff. Der Effekt wird auch als Sommersmog bezeichnet [17]. Das Ozonbildungspotenzial wird in kg C2H4 (Ethen)-Äquivalent angegeben. Versauerungspotenzial Der Eintrag saurer Substanzen in Luft, Boden oder Gewässer wird als Versauerung (Acidification Potential – AP) bezeichnet. Hauptverursacher sind Schwefeldioxid (SO2), Stickoxide (NOx) und Ammoniak (NHx). Die Folgen reichen von Waldsterben über Fischsterben in ungepufferten Seen bis hin zu Gebäudeschäden. Das Versauerungspotenzial wird in kg SO2 (Schwefeldioxid)-Äquivalent angegeben [18]. Überdüngungspotenzial (EP) Überdüngung oder Eutrophierung bezeichnet den übermäßigen Eintrag von Nährstoffen, hautpsächlich Stickstoffe und Phosphor, in ein Ökosystem. Folgen sind Veränderungen der

210

Der Primärenergieinhalt eines Baustoffs beschreibt den zur Herstellung, Nutzung und Entsorgung des Materials notwendigen Aufwand an Energieträgern (Ressourcen). Dabei wird zwischen nicht erneuerbarer Primärenergie (PEI n. ern; z. B. Erdöl, Erdgas, Kohle, Uran) und erneuerbarer Primärenergie (PEI ern; z. B. Strom aus Windkraft) unterschieden [20]. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen, aus den Emissionen der Materialnutzung resultierenden Umweltwirkungen (outputbezogen), handelt es sich beim Primärenergieverbrauch um eine inputbezogene Wirkungskategorie, also eine Umweltwirkung, die durch den Verbrauch von begrenzt vorhandenen Ressourcen (in diesem Fall energetischen Ressourcen) verursacht wird [21]. Durch die Nutzung des Heizwerts eines Produkts, z. B. im Rahmen einer thermischen Verwertung, wird der Einsatz anderer Primärenergieträger zur Erzeugung von Strom und Wärme reduziert. Diese Einsparung kann dem betrachteten Produkt angerechnet werden und somit den Primärenergieinhalt des untersuchten Produkts reduzieren. Der Primärenergieverbrauch wird in Megajoule (MJ) Primärenergie angegeben [22]. Verknappung von abiotischen Ressourcen Die Wirkungskategorie abiotischer Ressourcenverbrauch (ADP) beschreibt den Verbrauch und die Knappheit nicht erneuerbarer, mineralischer Ressourcen – im Gegensatz zu nachwachsenden Ressourcen aus der Biosphäre. Man unterscheidet dabei die fossilen Energierohstoffe (ADP fossil fuels) und die übrigen Mineralien (ADP elements). Bei den fossilen Rohstoffen wird als Charakterisierungsfaktor jeweils der untere Heizwert angenommen, wobei man davon ausgeht, dass diese Stoffe untereinander austauschbar sind. Somit wird für alle fossilen Energierohstoffe von der gleichen Knappheit ausgegangen. Für die übrigen mineralischen Ressourcen werden die weltweit vorhandene Menge (ultimate reserve) unabhängig von der technischen oder wirtschaftlichen Erschließbarkeit sowie die jährliche Extraktionsrate berücksichtigt [23]. Ökobilanzdaten für Bauprodukte

Die Erstellung von Produktökobilanzen ist ein aufwendiger Prozess, der in der Regel von spezialisierten Anbietern für die Produktherstel-

ler durchgeführt wird. Die Kommunikation der Umwelteigenschaften eines Produkts erfolgt dann über verschiedene Umweltkennzeichnungen und unterschiedlich umfangreiche Berichte. Die erstellten Datensätze werden außerdem in verschiedenen Datenbanken gesammelt und stehen dem Planer so in normierter Form zur Verfügung. Spezifische Produktökobilanzdaten beziehen sich in der Regel auf ein konkretes Produkt eines Herstellers an einem Produktionsstandort, das nach einem bestimmten Verfahren und innerhalb eines definierten Betrachtungszeitraums produziert wurde (Abb. C 4.5). Neben produktspezifischen Ökobilanzen sind außerdem generische Daten verfügbar. Es handelt sich in der Regel um Mittelwerte oder repräsentative Einzelwerte. Diese beziehen sich häufig auf ein Land oder eine Region und einen definierten Betrachtungszeitraum. Generische Daten können unterschiedliche Produktionsverfahren berücksichtigen (entsprechend der tatsächlichen Verteilung auf die Produktionsverfahren), basieren dabei aber auch auf spezifischen Analysen konkreter Anlagen und Prozesse. Generische Daten finden für vorgelagerte Prozesse Verwendung, die nicht im Rahmen einer produktspezifischen Ökobilanz neu erhoben werden (z. B. Energieerzeugungsprozesse, Transportprozesse, Erzeugung von Vorprodukten). Sie können aber auch für Abschätzungen im Rahmen einer Planung genutzt werden, wenn noch keine Informationen über das konkret zu verwendende Produkt vorliegen oder keine produktspezifischen Daten verfügbar sind [24]. Umweltkennzeichnungen

Für die Kommunikation der Umwelteigenschaften von Produkten – nicht nur im Bauwesen – wurden verschiedene Kennzeichnungssysteme eingeführt, die Normenreihe ISO 14 020 beschreibt drei verschiedene Typen. Umweltkennzeichnungen Typ I, sogenannte zertifizierte Ökolabels, zeichnen Produkte mit einer besonders guten Umweltleistung innerhalb derselben Produktgruppe aus. Die Anforderungen für eine Typ I Umweltdeklaration sind spezifische Grenzwerte, deren Einhaltung ein Produkt im Vergleich zur Konkurrenz deutlich umweltfreundlicher machen. Die Grenzwerte werden regelmäßig nachjustiert, sodass immer nur ein bestimmter Prozentsatz der Produkte einer Produktgruppe, die Besten, das Gütesiegel tragen (»best in class«). Die Einhaltung der Grenzwerte wird durch geeignete Messungen nachgewiesen, die von unabhängigen Dritten bestätigt werden. Umweltkennzeichnungen des Typs I beziehen sich aber immer nur auf einzelne Umweltleistungen und stellen keine umfassende Information über die Umweltwirkungen eines Produkts über den gesamten Lebenszyklus dar. Bekannte Typ I Umweltkennzeichnungen sind der Blaue Engel und das Europäische Umweltzeichen (Euroblume), die vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) und

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Bauteil Bezugseinheit [m2]

Treibhauspotenzial (GWP)

Ozonabbaupotenzial (ODP)

Ozonbildungspotenzial (POCP)

EutroVersauerungsphierungspotenzial potenzial (AP) (EP)

[kg CO2-Äqv.] [kg R11-Äqv.] [kg C2H4-Äqv.] [kg SO2-Äqv.] [kg PO43--Äqv.] Türen

Primärenergie- Primärenergie- Primärenergiebedarf bedarf bedarf nicht gesamt erneuerbar erneuerbar (PEI ges.) (PEI ern.) (PEI n. ern.) [MJ]

[MJ]

[MJ]

Multifunktionstüren Multifunktionstüren aus Stahl (Hörmann)

Herstellung End of life Summe

123,10 -49,28 73,82

0,000041 -0,000003 0,000039

0,05220 -0,02300 0,02920

0,37410 -0,17540 0,20

0,03670 -0,00380 0,03

1651,00 -1045,00 606,00

58,58 -28,44 30,14

1709,58 -1073,44 636,14

Multifunktionstüren aus Stahl (Teckentrup)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

220,58 7,98 28,51 -47,09 209,98

0,000024 0,000000 -0,000001 0,000000 0,000025

0,05700 0,00310 0,00580 -0,02000 0,04590

0,32000 0,02200 0,00830 -0,13470 0,21560

0,03100 0,00300 0,04500 -0,01370 0,06530

1510,38 133,59 -88,28 -636,70 918,99

98,24 5,72 -2,36 -8,86 92,74

1608,62 139,31 -90,64 -645,56 1011,73

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

136,16 21,37 2,08 -45,17 114,44

0,000015 0,000002 0,000000 0,000000 0,000017

0,05600 0,00739 0,00016 -0,03200 0,03155

0,50100 0,10000 0,00562 -0,25000 0,35662

0,05200 0,01400 0,00052 0,00005 0,06656

1980,36 352,64 29,52 -763,19 1599,33

165,34 32,90 18,44 -1,01 215,67

2145,70 385,54 47,96 -764,20 1815,00

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

49,76 552,41 1,98 -22,29 581,86

0,000002 0,000002 0,000000 0,000000 0,000003

0,04000 0,10000 -0,00019 -0,01000 0,12982

0,50000 0,73000 0,00962 -0,27000 0,96962

0,04000 0,09000 0,00080 -0,01000 0,12080

1386,85 9986,60 34,80 -624,00 10 784,25

332,60 75,20 4,85 -100,34 312,31

1719,45 10 061,80 39,65 -724,34 11 096,56

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

132,74 9,66 0,13 -68,55 73,98

0,000009 0,000000 0,000000 -0,000003 0,000006

0,06200 0,00526 0,00000 -0,03200 0,03526

0,70000 0,00623 0,00070 -0,35000 0,35693

0,03700 0,00251 0,00004 -0,00203 0,03752

1.822,66 176,24 0,45 -977,21 1.022,14

283,83 6,28 0,00 -229,81 60,30

2106,49 182,52 0,45 -1207,02 1082,44

Innentüren aus Stahl (Hörmann, Brandis)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

40,54 2,33 0,07 -11,32 31,62

0,000002 0,000000 0,000000 0,000000 0,000002

0,01800 0,00170 0,00002 -0,00596 0,01376

0,19000 0,00642 0,00038 -0,04500 0,15180

0,01400 0,00058 0,00002 0,00270 0,01730

465,23 62,94 0,18 -233,17 295,18

64,36 0,87 0,00 -2,83 62,40

529,59 63,81 0,18 -236,00 357,58

Fenster Aluminiumfenster (Hueck)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

157,00 590,00 13,00 -119,00 641,00

0,00001 0,00003 0,00000 -0,00010 -0,00005

0,04820 0,06730 0,00100 -0,01720 0,09930

0,73000 0,63500 0,01200 -0,57300 0,80400

0,05580 0,09330 0,00220 -0,03750 0,11380

2253,00 9796,00 258,00 -1510,00 10 797,00

397 37 1 -356 79

2650,00 9833,00 259,00 -1866,00 10 876,00

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

39,00 594,00 29,00 -41,00 621,00

0,00001 0,00000 0,00000 0,00000 0,00001

0,03050 0,10560 0,00060 0,00140 0,13810

0,26000 0,67200 0,00700 -0,15500 0,78400

0,03450 0,09330 0,00210 -0,01850 0,11140

1089,00 9901,00 16,00 -514,00 10 492,00

436 35 0 -19 452

1525,00 9936,00 16,00 -533,00 10 944,00

Holz-MetallFenster / Schiebetüren (Wiegand Fensterbau)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

54,00 543,02 1,76 -22,15 576,63

0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

0,03000 0,10000 -0,00017 -0,01000 0,11984

0,45000 0,69000 0,00855 -0,25000 0,89855

0,04000 0,08000 0,00071 -0,01000 0,11071

1209,10 9832,21 30,91 -562,97 10 509,25

318 68 4 -92 298

1526,65 9900,44 35,22 -655,38 10 806,93

Holz-MetallFenster (Wiegand Fensterbau)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

66,59 404,62 1,76 -22,96 450,01

0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

0,04000 0,08000 -0,00017 -0,02000 0,09984

0,51000 0,58000 0,00855 -0,33000 0,76855

0,05000 0,07000 0,00071 -0,02000 0,10071

1519,04 7325,21 30,91 -714,22 8160,94

399 58 4 -115 347

1918,05 7383,54 35,22 -828,88 8507,93

Passivhaus-HolzMetall-Fenster (Wiegand Fensterbau)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

58,78 404,62 1,76 -25,77 439,39

0,00000 0,00000 0,00000 ,00000 0,00000

0,04000 0,08000 -0,00017 -0,02000 0,09984

0,49000 0,58000 0,00855 -0,31000 0,76855

0,04000 0,07000 0,00071 -0,02000 0,09071

1296,01 7325,21 30,91 -667,60 7984,53

400 58 4 -111 352

1695,79 7383,54 35,22 -778,45 8336,10

Kunststofffenster (Juchheim-Börner)

Herstellung Nutzung Nachnutzung Recyclingpotenzial Summe

85,00 583,00 14,00 -63,00 619,00

0,00001 0,00000 0,00000 0,00000 0,00001

0,03340 0,06470 0,00380 -0,01220 0,08970

0,33200 0,60800 0,01800 -0,26700 0,69100

0,03840 0,09080 0,00270 -0,02690 0,10500

1393,00 9653,00 200,00 -1000,00 10 246,00

46 26 13 -20 65

1439,00 9679,00 213,00 -1020,00 10 311,00

Brandschutztüren Brandschutztüren und -tore aus Stahl (Ei2 Protector)

Schiebetüren Holz-MetallHebeschiebetüren (Wiegand Fensterbau) Haustüren Haustür aus Stahl der Baureihe ThermoPro (Hörmann, Brandis) Innentüren

Holzfenster (Hama Alu + Holzbauwerk)

Holz-Metall-Fenster

C 4.5

211

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Kiefer 34,7%

Holz/Aluminium 3,4 % Holz 16,7 %

Fichte 12,1% Aluminium 19,0 %

Meranti 38,4% Kunststoff 60,9%

Lärche 6,3%

Sonstige 3,2%

Eiche Hemlock 3,2% 2,1%

C 4.6

C 4.7

dem RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung vergeben werden. Ein weiteres Beispiel ist das FSC-Siegel für Holzprodukte, das vom Forest Stewardship Council, einer internationalen Non-Profit-Organisation, verliehen wird [25]. Typ I Umweltkennzeichnungen dienen hauptsächlich zur Kommunikation der Umwelteigenschaften eines Produkts an den Endverbraucher, können aber auch bei der Business-to-Business-Kommunikation eingesetzt werden [26]. Umweltkennzeichnungen Typ II, sogenannte umweltbezogene Anbietererklärungen, sind vom Hersteller eigenverantwortlich herausgegebene Beschreibungen der Umwelteigenschaften eines Produkts. Die Deklarationen müssen die Einschränkungen nach DIN 14 021 berücksichtigen, aber nicht von unabhängigen Dritten geprüft werden [27]. Typ III Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declaration – EPD) beschreiben die Umwelteigenschaften von Produkten systematisch und umfassend, ohne jedoch eine Wertung vorzunehmen. Sie werden von den Produktherstellern angefertigt und bei anerkannten Programmhaltern eingereicht. Grundlage ist eine Ökobilanzierung des Produkts. Zusätzlich werden noch weitere produktspezifische Indikatoren (z. B. Innenraumluftbelastung) erfasst. Bei dieser Deklarationsart wird nicht das einzelne Messergebnis durch unabhängige Dritte geprüft, sondern ob die Regeln (Product Category Rules – PCR) für die Beschreibung des Produkts eingehalten sind [28].

mit dem Ziel, den Aufwand für Produkthersteller zu reduzieren, die ihre Produkte in mehreren Ländern vertreiben und bisher für jedes Land eigene EPDs anfertigen [30].

Umweltproduktdeklarationen werden im Rahmen von sogenannten Umweltproduktdeklarationsprogrammen entwickelt und genutzt. Diese Programme bearbeitet ein nationaler Programmbetreiber (ein oder mehrere Unternehmen, Verbände, Behörden, Ämter oder wissenschaftliche Institutionen etc.) [29]. In Deutschland sind z. B. das Institut Bauen und Umwelt (IBU) sowie im Bereich von Türen und Fenstern das Institut für Fenstertechnik (ift) Rosenheim anerkannte Programmbetreiber für Umweltproduktdeklarationen im Bauwesen. Ein Zusammenschluss von europäischen Programmhaltern (ECO Platform) bemüht sich um eine Harmonisierung der einzelnen Programme

212

Datenquellen

Für Ökobilanzdaten von Bauprodukten gibt es zurzeit keine vollständige Sammlung aller verfügbaren Datensätze. Produktspezifische Daten aus Umweltproduktdeklarationsprogrammen werden von den nationalen Programmhaltern (in Deutschland z. B. IBU, ift) in eigenen Datenbanken, meist als Download von pdf-Dokumenten, zur Verfügung gestellt oder können direkt vom jeweiligen Produkthersteller bezogen werden. Darüber hinaus sind Ökobilanzdaten Teil weiterführender Baustoffdatenbanken, die vor allem im Rahmen der Nachhaltigkeitszertifizierung von Gebäuden Verwendung finden. Generische Ökobilanzdaten für Bauprodukte sind in der Ökobau.dat-Datenbank des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) veröffentlicht. Neben generischen Daten werden im Rahmen der etwa jährlich stattfindenden Aktualisierung auch spezifische Datensätze aus Umweltproduktdeklarationen konkreter Bauprodukte aufgenommen. Zusätzlich zu den verschiedenen öffentlich und kostenlos verfügbaren Datenbanken sind eine Reihe von detaillierteren Datensätzen von kommerziellen Anbietern verfügbar. Diese Unternehmen können auch eine Ökobilanz erstellen, wenn kein Datensatz existiert, allerdings wird dies, nicht zuletzt aus Kostengründen, innerhalb eines Planungsprozesses die Ausnahme bleiben.

Ökobilanzdaten in der Planung Ökobilanzdaten aus Umweltproduktdeklarationen können im Rahmen einer Planung verwendet werden, um die Umweltwirkungen unterschiedlicher Produkte oder Konstruktionen zu vergleichen und die Planung entsprechend zu optimieren. Grundsätzlich müssen die Informationen immer im Gebäudekontext verglichen werden, um alle Abhängigkeiten und Wirkungen des Produkts auf das Gebäude zu berück-

sichtigen. Vergleiche unterhalb der Gebäudeebene, also von Bauteilen oder -materialien, sind möglich, wenn folgende Bedingungen der zu vergleichenden Elemente erfüllt sind: • gleiche funktionale Anforderungen • Die nicht berücksichtigten Mengen, Prozesse und Phasen im Lebenszyklus sowie technische und Umweltqualitäten sollten gleich sein. • Der Einfluss der Produkte auf den Gebäudebetrieb sollte berücksichtigt werden [31]. Insbesondere bei Öffnungen und Fenstern in der Gebäudehülle können die Einflüsse auf den Gebäudebetrieb durchaus erheblich sein. Unterschiedliche U- oder g-Werte konkurrierender Produkte führen mitunter zu steigendem Heiz- oder Kühlbedarf, der dann gegebenenfalls über die gesamte Nutzungsdauer des Gebäudes gedeckt werden muss. Entsprechend sind die Unterschiede bei den Umweltwirkungen, die aus Veränderungen im Gebäudebetrieb resultieren, unter Umständen um ein Vielfaches höher als die Unterschiede aus Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung der verschiedenen Produkte. Andererseits können die Unterschiede zwischen Produkten im Kontext eines Gebäudes unerheblich sein [32]. Besonders bei kleinteiligen Komponenten wie Fenstergriffen, die im Vergleich z. B. zur Primärkonstruktion nur einen sehr geringen Massenanteil aufweisen, haben selbst erhebliche Optimierungen (z. B. wenn Produkt A um 80 % geringere Umweltwirkungen hat als Produkt B) unter Umständen gar keinen Einfluss auf die Umweltqualität des Gesamtgebäudes. Fensterherstellung: Rohstoffe und Ausgangsmaterial

Die Herstellung von Bauprodukten hat im Vergleich zu Instandhaltung und Entsorgung häufig die größten Umweltwirkungen. Durch den sinkenden Energiebedarf im Gebäudebetrieb gewinnen die Umweltwirkungen der Baukonstruktion an Gewicht. Die Optimierung der Umweltqualität von Gebäuden beginnt entsprechend mit der Produktauswahl und den verwendeten Rohstoffen und Ausgangsmaterialien. Neben den emissionsbedingten Umweltwirkungen müssen dabei auch der Energie- und Ressourcenverbrauch in der Herstellung sowie die Möglichkeit eines Rückbaus und Recyclings am Ende des Lebenszyklus beachtet werden. Fenster und Türen bestehen als Bauteile aus mehreren Komponenten und diese wiederum jeweils aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien. Im Folgenden werden diese hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen, des Energieverbrauchs in der Herstellung, der langfristigen Verfügbarkeit und der Möglichkeit eines Recyclings beschrieben. Rahmenmaterial Als Rahmenmaterialien kommen meist Kunststoff, Aluminium, Holz und Holz-AluminiumKonstruktionen zum Einsatz (Abb. C 4.6 ). Stahlprofile haben aufgrund der schlechten

Aluminium Aluminiumfenster bestehen aus stranggepressten Aluminiumprofilen. Sie werden heute als Verbundkonstruktion mit Kunststoff- oder Holzanteil hergestellt, um den Wärmedurchgang zu begrenzen. Dennoch haben Aluminiumprofile in beinahe allen betrachteten Umweltwirkungskategorien die höchsten Auswirkungen pro lau-

Holz Holzfensterprofile bestehen aus Massivholz oder verleimten Holzlamellen. Zum Einsatz kommen sowohl Nadelhölzer, beispielsweise Kiefer, Fichte, Lärche, Hemlock, Oregon Pine und Tanne, als auch Laubhölzer wie z. B. Meranti, Eiche, Iroko, Mahagoni und Makore (Abb. C 4.7). Fensterprofile aus Holz haben in allen emissionsbedingten Wirkungskategorien die geringsten Umweltwirkungen in der Herstellung. Die einzige Ausnahme bildet das fotochemische Oxidantienbildungspotenzial, dessen erhöhte Werte vermutlich aus dem verwendeten Leim resultieren. Auch der Primärenergieeinsatz ist geringer als bei PVC- oder Aluminiumprofilen, zudem ist ein großer Teil der Primärenergie erneuerbar. Zu beachten ist, dass notwendige Lasuren und Lackierungen weitere Emissionen und entsprechende Umweltwirkungen verursachen können. Problematisch kann außerdem die Herkunft und Gewinnung der verwendeten Holzprodukte sein. Fast 40 % der im Holzfensterbau eingesetzten Hölzer sind importierte Tropenhölzer, insbesondere Meranti aus Südostasien [38]. Es wird davon ausgegangen, dass über 70 % dieser Hölzer aus illegalem Holzschlag und somit aus nicht nachhaltiger Holzwirtschaft stammen [39]. Dies führt dazu, dass insbesondere die Bestände an hochwertigem, für den Fensterbau besonders geeignetem Dark Red Meranti (Dichte > 0,55g/cm3) stark zurückgehen. Somit könnte dieser theoretisch erneuerbare Rohstoff zukünftig nicht mehr in ausreichender Menge und Qualität zur Verfügung stehen. Zertifizierungen für Holzwirtschaft und Lieferketten sollen diesen Missbrauch begrenzen. Mit dem FSC-Siegel des »Forest Stewardship Council« zertifizierte Hölzer stammen aus nachhaltiger Holzwirtschaft, die neben einer nachhaltigen Forstwirtschaft auch die Interessen und Besitzansprüche der lokalen Bevölkerung und den Schutz der Biodiversität adressieren. Umweltverbände kritisieren allerdings, dass auch Plantagen auf gerodeten Urwaldflächen Zertifikate erhalten könnten. Vor diesem Hintergrund sollten lokale Holzarten gegenüber Tropenholz bevorzugt werden. Die Länge der Transport-

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0 0

10

20

30

40

50

60 70 80 90 100 Nutzungsdauer [a]

0 10

20

30

40

50

60 70 80 90 100 Nutzungsdauer [a]

0 10

20

30

40

50

600

Treibhauspotenzial [kg CO2-Äqv.]

Kunststoff Mit über 60 % hatte Kunststoff 2012 den größten Marktanteil aller Rahmenmaterialien in Europa [33]. Dabei handelt es sich überwiegend um Rahmenprofile aus extrudiertem Polyvinylchlorid (PVC-U). Andere Kunststoffe wie Polypropylen (PP), Acrylester-Styrol-Acrynitril (ASA), Polyurethan (PUR) sowie glasfaserverstärkte Kunststoffe spielen nur eine untergeordnete Rolle. Die Kunststoffprofile bestehen zur besseren Wärmedämmung aus mehreren Kammern und sind im Inneren häufig mit Stahlprofilen verstärkt, um die Tragfähigkeit zu verbessern und größere Fenster zu ermöglichen [34]. Durch den Einsatz von Zusätzen und »Modifiern« sind PVCFensterprofile an klimatische Einflussgrößen wie UV-Strahlung oder tiefe Temperaturen angepasst. Bei diesen »Modifiern« handelt es sich um andere Kunststoffverbindungen (z. B. Polyacrylate), die dem PVC-U bei der Herstellung beigemischt werden [35]. Bezüglich der emissionsbedingten Umweltwirkungen liegt die Herstellung von PVC-Rahmenprofilen in allen Wirkungskategorien zwischen denen von Holz- und Aluminiumprofilen – ebenso beim Gesamtprimärenergiebedarf, der Summe aus nicht erneuerbarer und erneuerbarer Primärenergie. Wie die meisten anderen Kunststoffe wird PVC vollsynthetisch aus Erdöl und somit einer nicht erneuerbaren Ressource hergestellt. Langfristig ist mit einer geringeren Erdölförderung zu höheren Preisen zu rechnen. Als problematisch erweist sich die konkurrierende Nutzung von Erdöl als Energieträger – allerdings werden nur 4 % der weltweiten Erdölproduktion für die Herstellung von Kunststoffen verwendet. »Erdöl ist der einzige nicht erneuerbare Energierohstoff, bei dem in den kommenden Jahrzehnten eine steigende Nachfrage nicht mehr gedeckt werden kann«, darauf hat die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in ihrer Energiestudie von 2012 hingewiesen [36]. Der Einsatz von Zusatzstoffen im PVC ist ebenso wie der Ersatz der innenliegenden Stahlprofile durch glasfaserverstärkten Kunststoff hinsichtlich eines späteren Recyclings kritisch zu sehen, da eine sortenreine Trennung und Wiederverwendung dadurch erschwert bzw. unmöglich wird.

fendem Meter Profil (mit Ausnahme des fotochemischen Oxidantienbildungspotenzials). Dies resultiert vor allem aus der energieaufwendigen Gewinnung des Aluminiums aus Bauxit und schlägt sich auch im vergleichsweise hohen Gesamtprimärenergiebedarf nieder. Allerdings kann Aluminium recycelt werden, wozu deutlich weniger Energie notwendig ist als bei der Primärherstellung. Eine Herausforderung stellt jedoch die saubere Trennung des Aluminiums von den verbauten Kunststoffoder Holzwerkstoffen dar. Aluminium ist das am häufigsten in der Erdkruste vorhandene Metall. Die Erschöpfung der Ressource erweist sich als weniger akut als bei anderen Metallen. Aufgrund der Recyclingmöglichkeiten wird Aluminium aus heutiger Sicht als nicht erschöpflich angesehen [37].

500

400

300 200

100 0

fotochemisches Oxidantienbildungspotenzial [kg C2H4-Äqv.]

thermischen Eigenschaften heute keinen nennenswerten Marktanteil an der Gesamtproduktion in der EU mehr (siehe »Fensterarten, Rahmenprofile und Fügetechniken«, S. 100ff.).

Versauerungspotenzial [kg SO2-Äqv.]

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 60 70 80 90 100 Nutzungsdauer [a] Holzfenster (stark beansprucht) Holzfenster (Durchschnitt) Holzfenster (schwach beansprucht) PVC-Fenster (stark beansprucht) PVC-Fenster (Durchschnitt) PVC-Fenster (schwach beansprucht) Aluminiumfenster (stark beansprucht) C 4.8 Aluminiumfenster (Durchschnitt)

C 4.6

Anteile der unterschiedlichen Rahmenmaterialien von Fenstern und Türen an der Gesamtproduktion in der EU C 4.7 Anteil der unterschiedlichen Laub- und Nadelholzarten für die Herstellung von Holzfenstern in der EU C 4.8 Entwicklung von Versauerungs-, Treibhaus- und fotochemischem Oxidantienbildungspotenzial über 100 Jahre

213

[%]

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

30

20

C 4.9 10

0

-10 GWP

ODP

POCP

strecke spielt ökobilanziell nur eine untergeordnete Rolle, da der übliche Schiffstransport äußerst effizient ist, d. h. nur mit geringen Umweltwirkungen pro Tonne Transportgut einhergeht. Verglasung

Für Verglasungen werden im Bauwesen im wesentlichen zwei verschiedene Glasarten eingesetzt, zum einen Kalk-Natro-Glas für die meisten Standardanwendungen und zum anderen Borosilikatglas für Gläser mit geringer Empfindlichkeit gegen Temperaturwechsel und hoher Beständigkeit gegenüber chemischen Einwirkungen. Die Herstellung beider Glasarten erfolgt im Floatglasverfahren (siehe »Füllungsmaterial Glas«, S. 86ff.), Borosilikatglas kann auch gegossen werden. Hergestellt wird Glas durch das Schmelzen von Quarzsand (Siliziumoxid) unter Beimengung von Metalloxiden sowie Soda (Natriumcarbonat) als Flussmittel und Kalziumcarbonat. Der Prozess benötigt Temperaturen von ca. 1000 bis 1600 °C und ist chemisch vergleichsweise einfach [40]. Die Scheiben können während oder nach der Herstellung mit verschiedenen Funktionsbeschichtungen versehen werden. Zur Erhöhung des Wärme- und Sonnenschutzes dienen Silber und absorptionsarme Metalloxide (siehe »Beschichtungen«, S. 89ff.) [41]. Die Schichtsysteme – meist werden mehrere Schichten kombiniert – erreichen eine Dicke von ca. 0,1 mm [42], die Einzelschichten sind jedoch nur zwischen 10 und 100 nm dick, was z. B. bei einer Silberbeschichtung eine Menge von 0,010 bis 0,100 g/m2 bedeutet. Die Umweltwirkungen sowie auch der Primärenergieverbrauch der Herstellung von Flachglas sind trotz der notwendigen hohen Temperaturen gering verglichen mit transparenten Kunststoffplatten gleicher Stärke und Durchsichtigkeit. Dabei hat Glas gegenüber den meisten Kunststoffen eine höhere Dichte. Vergleiche mit anderen Stoffen sind aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich Durchsicht, Wärmeleitfähigkeit etc. wenig aussagekräftig. Quarzsand als Grundstoff der Glasherstellung ist praktisch unerschöpflich auf der Erde vorhanden. Das zur Senkung der Schmelztempe-

214

AP

EP

PEI n. ern.

PEI ern. C 4.9

Anteil von Öffnungen und Fenstern an der Ökobilanz eines Gebäudes in den unterschiedlichen Wirkungskategorien. Ergebnisse einer nicht repräsentativen Auswertung von Gebäudeökobilanzen von Ein- und Zweifamilienhäusern in unterschiedlicher Bauweise und mit üblichem Fensterflächenanteil. Die dunklen Bereiche markieren jeweils das 25 % –75 %-Quantil. C 4.10 Verwertungspotenziale für Bauteile und Baustoffe C 4.11 Co-extrudierte PVC-Rahmenprofile mit Kern aus Rezyklat (dunkel) und Mantel aus Primärmaterial

ratur eingesetzte Soda kann direkt aus den Elementen Natrium und Sauerstoff gewonnen werden und ist entsprechend ebenfalls nahezu unbegrenzt verfügbar. Auch das zur Verbesserung der Härte und der chemischen Beständigkeit eingesetzt Kalziumcarbonat gehört zu den häufigsten chemischen Verbindungen auf der Erde. Eine Knappheit der verwendeten Hauptrohstoffe ist somit ausgeschlossen. Bei den dem Glas beigemischten Metalloxiden (Eisenoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid) und insbesondere bei den unterschiedlichen Funktionsbeschichtungen (z. B. Low-E-Beschichtungen aus Gold, Silber oder Kupfer) [43] kann es mittelfristig zu Verknappungen und Preissteigerungen kommen [44].

Außenseite der Isolierglasscheibe wird eine zweite Dichtung und Verklebung aus Polysulfid, Polyurethan oder Silikon hergestellt [47]. Hinsichtlich der Aluminium- oder Stahlabstandhalter gelten die beschrieben Umweltwirkungen und Verfügbarkeiten. Bei den verwendeten Kunststoff- und Dichtstoffen in Randverbünden handelt es sich um Kunststoffe auf Erdölbasis. Konstruktionsbedingt sind die Stoffe unterschiedlicher Stoffgruppen fest miteinander verbunden, was die Chancen für ein späteres Recycling verschlechtert.

Füllungen im Scheibenzwischenraum

Die Umweltwirkungen der Nutzungsphase eines Produkts sind wesentlich abhängig von dessen Lebens- oder Nutzungsdauer innerhalb des Betrachtungszeitraums. Kurze Nutzungsdauern machen einen häufigen Ersatz, d. h. eine Entsorgung und erneute Herstellung mit entsprechenden Emissionen, Energie- und Ressourcenverbrauch, nötig. Sind die Produkte Teil eines übergeordneten Gesamtsystems, z. B. Bauprodukt innerhalb eines Gebäudes, müssen auch die Einflüsse auf die Nutzungsphase des Gesamtsystems berücksichtigt werden. Für Öffnungen und Fenster ist dies der Einfluss auf den Wärmeverlust bzw. solaren Wärmeintrag während der Nutzungsphase. Die Nutzungsdauern unterschiedlicher Fensterkonstruktionen sowie die relevanten Einflussparameter sind im Abschnitt »Dauerhaftigkeit und Nutzungsdauer« (S. 83f. und Abb. B 1.74 und B 1.75) näher beschrieben.

Der Scheibenzwischenraum von Isolierverglasungen wird zur Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften mit Edelgasen gefüllt (siehe »Gasfüllungen im Scheibenzwischenraum«, S. 93f). Dies sind in der Regel Argon oder Krypton, seltener Xenon [45]. Edelgase werden durch Luftverflüssigung nach dem Linde-Verfahren im Rahmen der Stickstoff- und Sauerstoffproduktion gewonnen. Ihre Gewinnung ist energieaufwendig und geht mit entsprechenden Umweltwirkungen einher. Gegenüber Argon und Krypton übersteigt bei Xenon der Mehraufwand an Energie in der Herstellung die spätere Einsparung an Heizenergie. Durch das Herstellungsverfahren sind die Vorkommen gut erschließbar, ein Mangel ist nicht zu erwarten [46]. Randverbund

Als Randverbund wird bei Isolierverglasungen aus zwei oder mehr Glasscheiben der linienförmige Abstandhalter zwischen den Scheibenrändern bezeichnet, der den Scheibenzwischenraum geometrisch erzeugt und gleichzeitig abdichtet (siehe »Abstandhalter und Randverbund, ›warme Kante‹«, S. 92ff.). Der Randverbund besteht in der Regel aus einem Metall- oder Kunststoffabstandhalter, der mit einer Butyldichtung und gegebenenfalls einem eingelegten Trocknungsmittel (gegen Kondensatbildung) den Scheibenzwischenraum nach innen abschließt. Entlang der

Nutzung – Lebensdauer und Ökobilanz von Gebäuden

Instandhaltung von Türen und Fenstern

Die notwendigen Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen hängen von den verwendeten Materialien ab. Während Aluminium- und Kunststoffrahmenprofile in der Regel keiner Pflege bedürfen, müssen Holzfenster in regelmäßigen Abständen lasiert oder lackiert werden. Die Länge der Pflegeintervalle bzw. die Häufigkeit der Durchführung ist von der konkreten Einbausituation abhängig.

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Verwertung

Beseitigung

Wiederverwendung des Bauteils

Bauteil, das die technischen /gesetzlichen Anforderungen für Neubauten erfüllt

Bauteil, das die technischen /gesetzlichen Anforderungen für Bestandsgebäude erfüllt

Bauteil, das technisch noch funktionsfähig ist, aber nicht dem Stand der Technik entspricht

–

stoffliches Recycling

zu technisch / wirtschaftlich vergleichbarem Produkt

zu hochwertigem Rohstoff mit hohem Marktwert

zu hochwertigem Baustoff mit geringem Marktwert

technisch möglich, aber nicht wirtschaftlich; Downcycling

thermische Verwertung

verursacht keine abfallspezifischen Schadstoffe; hoher Brennwert

in größeren Anlagen unproblematisch; mittlerer Brennwert

in Abfallverbrennungsanlage; niedriger Brennwert

nach Aufbereitung

Ablagerung (Deponie)

Kompostierung bzw. Vererdung

auf Baurestmassenbzw. Inertstoffdeponie

auf Baurestmassendeponie, aber nicht unproblematisch

auf Massenabfalloder Reststoffdeponie; Emissionen möglich C 4.10

Obwohl diese Lasuren und Lackschichten nur eine vergleichsweise geringe Masse haben, kann der erhöhte Pflegeaufwand einzelne Wirkungskategorien der Ökobilanz beeinflussen (Abb. C 4.8, S. 213).

Einfluss von Türen und Fenstern auf die Ökobilanz eines Gebäudes Auch in Ökobilanzstudien von Gebäuden hat der gewählte Betrachtungszeitraum im Zusammenhang mit Nutzungsdauern der betrachteten Bauprodukte großen Einfluss auf das Ergebnis. Entsprechend sorgfältig sollte die Länge des Betrachtungszeitraums abgewogen und gegebenenfalls abweichende Zeiträume in Form von Szenarioanalysen untersucht werden. Für die Ökobilanzierung von Gebäuden sind in Nachhaltigkeitszertifizierungssystemen wie DGNB oder BNB Betrachtungszeiträume von 50 Jahren angesetzt. Der Einfluss von Öffnungen und Fenstern auf die Ökobilanz der Gebäudekonstruktion (Herstellung, Instandhaltung, Entsorgung) ist im Verhältnis zur Gesamtkonstruktion eher gering. Für Ein- und Zweifamilienhäuser mit üblichem Fensterflächenanteil liegt er je nach Wirkungskategorie und Bauweise zwischen 0 und 20 % (Abb. C 4.9). Im Gegensatz zur Ökobilanz der Gebäudekonstruktion kann der Einfluss von Öffnungen und Fenstern auf die Ökobilanz des Gebäudebetriebs erheblich größer sein. Durch die im Verhältnis zur übrigen Hüllfläche oft hohen Wärmeverluste über Öffnungen und Fenster sind sie für einen erheblichen Teil des Heizwärmebedarfs verantwortlich. Andererseits tragen sie durch die Nutzung solarer Gewinne zur Reduzierung der Heizlast im Winter bei. Im Sommer können unverschattete Öffnungen einen Kühlbedarf auslösen. Der Anteil von Öffnungen und Fenstern an der Ökobilanz des Gebäudebetriebs und somit an der Gesamtbilanz ist von vielfältigen Faktoren abhängig, z. B. von der Qualität der übrigen Gebäudehülle, der Nutzung und dem gewählten Heiz- und Kühlsystem (siehe »Größe und Anordnung von Öffnungen«, S. 182ff. und »Gebäudetechnische Komponenten am Fenster«, S. 198ff.).

End of Life: Recycling von Türen und Fenstern

Am Ende des Lebenszyklus von Bauelementen und Baustoffen sind vor allem die Wiederverwendung oder das Recycling Mittel zur Verminderung des Ressourcenverbrauchs. Dabei kann zwischen der Wiederverwendung von Bauteilen, dem rohstofflichen Recycling, also der Zerlegung in Ursprungstoffe, der thermischen Verwertung (Nutzung von Energie aus der Verbrennung des Baustoffs) und der Deponierung von Abfällen unterschieden werden. Bei der thermischen Verwertung wird die im Baustoff gespeicherte Energie genutzt, die stoffliche Ressource steht anschließend allerdings nicht mehr zur Verfügung. Daher handelt es sich dabei, ebenso wie bei der Deponierung, genau genommen nicht um Recycling. (Abb. C 4.10) Im Folgenden werden die Entsorgungswege der beschriebenen Tür- und Fensterkomponenten aufgezeigt. Dabei ist zwischen heute üblichen Verfahren und technisch möglichen, aber heute meist aus wirtschaftlichen Gründen nicht genutzten Verfahren zu unterscheiden. In Umweltproduktdeklarationen und bei Gebäudeökobilanzen im Rahmen einer Nachhaltigkeitszertifizierung dürfen nur heute angewandte, marktübliche Verfahren berücksichtigt werden. Sie bilden somit den Status Quo und nicht mögliche Zukunftsszenarien ab. Mit zunehmendem Ressourcenbedarf insbesondere der Schwellenländer bei gleichzeitiger Verknappung der weltweit vorhandenen Reserven und damit verbundenen steigenden Rohstoffpreisen ist mittelfristig mit einer Etablierung von heute noch nicht wirtschaftlichen Recyclingsystemen zu rechnen. Wiederverwendung von Fenstern Die Wiederverwendung von Bauteilen ist aus Umwelt- und Ressourcenaspekten die optimale Lösung, vor allem dann, wenn das Bauteil die technischen und gesetzlichen Anforderungen immer noch erfüllt. Die Wiederverwendung von Bauteilen geschieht entweder durch Ertüchtigung am ursprünglichen Einbauort (Sanierung) oder durch Sammlung, gegebenenfalls Reparatur und Wiedereinbau in einem anderen Gebäude (Abb. C 4.4, S. 210). Dafür haben sich verschiedene Bauteilbörsen zu einem

C 4.11

deutschlandweiten Bauteilnetz zusammengeschlossen [48]. Hier werden gebrauchte, aber funktionsfähige Bauteile über einen Katalog angeboten und können im Lager besichtigt und gekauft werden. Insbesondere Fenster- und Türelemente eignen sich aufgrund ihrer Größe und ihres Werts gut für den Handel über Bauteilbörsen. Da alte Fenster und Türen häufig nicht mehr den gesetzlichen Vorgaben, z. B. der Energieeinsparverordnung (EnEV), entsprechen, müssen sie allerdings entweder energetisch ertüchtigt (z. B. Austausch der Verglasung) oder in Bereichen eingesetzt werden, bei denen die Energieeinsparverordnung nicht gilt (z. B. Einbau in unbeheizte Räume und denkmalgeschützte Gebäude oder Export ins Ausland). Insgesamt liegt der Anteil direkt wiederverwendeter PVC-Fenster am Abfallaufkommen bei 7,6 % [49]. Recycling von Fensterkomponenten Das stoffliche Recycling von Baustoffen ist von einer Reihe von Randbedingungen abhängig. Zunächst muss der Baustoff grundsätzlich recycelbar sein. Dazu bedarf es entsprechender technischer Verfahren, um den Baustoff von anderen Stoffen zu trennen und gegebenenfalls in seine Bestandteile zu zerlegen. Außerdem muss das recycelte Material verwendbar sein. Dabei konkurriert Recyclingmaterial hinsichtlich seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften mit Primärmaterial. Geringere Qualitäten dürfen je nach Einsatzgebiet entweder nur in vernachlässigbarer Form auftreten oder sind durch geringere Kosten gegenüber Primärprodukten auszugleichen. Recycling muss also auch wirtschaftlich durchführbar sein. Neben dem technischen und energetischen Aufwand ist hierfür die zur Verfügung stehende Abfallmenge und der Sammelaufwand entscheidend. Produkte, die nicht in erheblichen Mengen an einem Ort anfallen oder unter hohem Aufwand ausgebaut werden müssen, können das Sammeln und Recyceln unwirtschaftlich machen. Gleiches gilt für eine große Vielfalt ähnlicher Produkte, die unterschiedliche Recyclingverfahren erfordern, wie es z. B. bei Kunststoffen der Fall ist. Hier kann eine genaue Kennzeichnung der Produkte das Sammeln und Sortieren vereinfachen.

215

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Kunststoff-Kompaktabfälle (sauber, sortiert) Vorzerkleinern Metallabtrennen (magnetisch, induktiv) Feinzerkleinern (Schneidmühle) Windsichten bzw. Hydrozyklonieren

Abfälle (Metalle, Papier, Folien, Fremdkunststoffe) Mahlgut

Additive

Homogenisieren, Plastifizieren, Schmelzfiltrieren (Schneckenextruder) Strang (oder Profil) Stranggranulieren Regranulat C 4.12

2120 t Wohnungsbau

6400 t Entsorger

23 900 t

8535 t Abbruch

Fensterbauer

40 955 t Abfallmenge PVC 2012

2900 t wiederverwendete Fensterprofile

erfass- und verfügbare Menge 26 640 t werkstoffliche Verwertung 25 096 t

nicht erfassund verfügbar energetische Verwertung 12 959 t

11 415 t

38 055 t Bruttopotenzial

C 4.13

216

Für die betrachteten Rahmenmaterialien werden heute unterschiedliche Entsorgungswege genutzt. Für PVC-Rahmenprofile sind in Europa Sammelsysteme etabliert. Zunächst findet eine Vorsortierung zum Trennen von Fremdstoffen (z. B. Folien) statt, dann wird das Material zerkleinert und gewaschen. Im Anschluss erfolgt die Sortierung nach Verträglichkeiten und sortenreinen Fraktionen. Dem Mahlgut werden anschließend Additive (Verträglichmacher, Stabilisatoren, evtuell Füll- und Farbstoffe) beigemengt und es wird durch Aufschmelzen in einem Extruder verdichtet und homogenisiert (Abb. C 4.12). Meist erfolgt die Extrusion zu PVC-Granulaten, die für die Weiterverwendung einfach zu lagern und zu transportieren sind [50]. Die Granulate können wieder für die Produktion neuer Fensterprofile oder anderer PVC-Bauteile eingesetzt werden [51]. Die Rezyklate haben häufig eine geminderte Qualtität gegenüber den Primärprodukten [52]. Bei der Nutzung in neuen PVCProfilen werden daher Rezyklat und Primärmaterial zusammen extrudiert (Co-Extrusion). Dabei wird das Innere des Fensterprofils aus Rezyklat von einem Mantel aus Primärkunststoff umgeben (Abb. C 4.11, S. 215). Im Jahr 2012 wurden 54 % der PVC-Gesamtabfallmenge werkstofflich verwertet (Abb. C 4.13) [53]. Neben der Schonung der Ressource Erdöl vermeidet das Recycling auch die thermische Verwertung von PVC, bei der es zur Freisetzung von ätzendem Chlorwasserstoff kommt, was zu Schäden an Müllverbrennungsanlagen und der Freisetzung von Dioxinen führen kann. Da der Prozess sich aufgrund der geringeren Qualität des Rezyklats nicht beliebig oft wiederholen lässt, wird das chemische Recycling, also die Zerlegung der Kunststoffe in Kohlenwasserstoffe oder Synthesegas, zukünftig an Bedeutung gewinnen. Die Gebäudeökobilanz geht in der Regel von einer thermische Verwertung aus. Die dabei freigesetzte Energie (Strom und Wärme) wird als vermiedene Produktion von Energie aus anderen Energieträgern angerechnet. Der Einsatz von Recyclingmaterial in der Produktion findet in den entsprechenden Umweltproduktdeklarationen der Hersteller Berücksichtigung. Auch für das Recycling von Aluminiumprofilen existieren Sammelsysteme. Der Aluminiumschrott wird zerkleinert, andere Metalle werden abgetrennt und anschließend erfolgt die weitere Trennung nach unterschiedlichen Legierungen. Dies ist erforderlich, da sich Legierungselemente beim Schmelzen nicht entfernen lassen. Danach wird das Aluminium eingeschmolzen und kann erneut gegossen werden [54]. Die Ökobilanz bildet das Recycling von Aluminium über ein sogenanntes Recyclingpotenzial ab. Da die Vor- bzw. Nachnutzung im Allgemeinen nicht bekannt ist und somit nicht zum betrachteten Lebenszyklus gehören kann, wird bei der Entsorgung die potenziell vermiedene Produktion von Primäraluminium aus Bauxit gutgeschrieben. Dabei

basiert die Rechnung auf durchschnittlichen Mischungen aus Primär- und Sekundärmetall, die im Einzelfall jedoch deutlich abweichen können. Die Entsorgung von Holzprofilen erfolgt entsprechend den Vorgaben der Altholzverordnung (AltholzV). Diese unterscheidet vier verschiedene Kategorien sowie mit polychloriertem Biphenyl (PCB) belastetes Altholz. Je nach Herkunft sind unterschiedliche Entsorgungswege möglich. Holzfenster, die nach 1990 hergestellt wurden, werden in die Altholzklasse II eingestuft. Sie lassen sich sowohl für die stoffliche Verwertung (z. B. die Herstellung neuer Spanplatten) als auch für die thermische Verwertung verwenden. Ältere Fenster fallen in die Altholzklasse IV und werden thermisch verwertet. Die Entsorgung von mit PCB belasteten Fenstern muss in gesonderten Anlagen erfolgen [55]. In der Ökobilanz wird analog zu Kunststoffen eine thermische Verwertung angesetzt. Bei der Entsorgung von Isolierglasscheiben verhindern die verschiedenen Beimischungen und Beschichtungen ein effektives werkstoffliches Recycling zu einem gleichwertigen Ausgangsprodukt. Während bei Behälterglas eine Wiederverwendungsquote von 85 % erreicht wird [56], können aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen an Floatglas nur geringe Mengen des Flachglasgranulats wieder für die Herstellung von neuem Flachglas verwendet werden. Hierbei handelt es sich fast ausschließlich um Flachglasabfälle aus Produktion und Zuschnitt [57], obwohl es in Deutschland ein spezielles Sammel-, Aufbereitungs- und Verwertungsnetz für Flachglas gibt. Der größte Teil der anfallenden Abfallmengen wird für die Herstellung von Behälterglas, Gussglas, Dämmwolle, Glasbausteinen, Schaumglas und Glasfasern verwendet [58]. Über die tatsächlich recycelten Flachglasmengen und eine entsprechende Recyclingquote liegen keine aktuellen Zahlen vor, da es im Gegensatz zum Behälterglas keine gesetzlichen Anforderungen zur Mengenerfassung und nur wenige Akteure am Markt gibt [59]. Hinzu kommt, dass der aus verschiedenen Materialien bestehende und mit den Scheiben verklebte Randverbund für eine Entsorgung von der Glasscheibe getrennt werden muss. In Gebäudeökobilanzen wird daher von einer Deponierung der zu entsorgenden Isolierglasscheiben ausgegangen. Die Verwendung von Produktionsabfällen in der Herstellung ist in spezifischen Umweltproduktdeklarationen jeweils berücksichtigt. Die heute zum Wärmeschutz verwendeten Edelgase im Scheibenzwischenraum sind bei der Entsorgung von Isolierglasscheiben hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen unproblematisch. Bei alten Schallschutzfenstern ist jedoch zu beachten, dass diese mit Schwefelhexafluorid gefüllt sein können, ein extrem wirksames Treibhausgas. 1 kg Schwefelhexafluorid liefert den gleichen Beitrag zum Treibhauseffekt wie

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür

Die Umweltwirkungen von Fenstern sind abhängig von den Umweltwirkungen der einzelnen Fensterkomponenten. Der Anteil der Komponenten der Fenster und somit deren Beitrag zu den Umweltwirkungen ändert sich mit der Fenstergröße. Grundsätzlich gilt, dass mit zunehmender Fenstergröße die Umweltwirkungen pro m2 Fensterfläche abnehmen. Insbesondere bei kleinen Fenstergrößen haben die nicht skalierbaren Komponenten wie Beschläge und Fenstergriffe einen relevanten Einfluss auf die Gesamtbilanz. Je größer das Fenster ist, desto größer wird auch der Beitrag der Verglasung zu den Umweltwirkungen. Ein Vergleich zeigt, dass kein Rahmenmaterial in grundsätzlich allen Umweltwirkungskategorien geringere Auswirkungen hat als die Wettbewerber. Für Fenster gleicher Größe und einer Betrachtung über 50 Jahre ergibt sich ein differenziertes Bild. Während beispielsweise beim Treibhauspotenzial Fenster mit Holzrahmen die geringsten Umweltwirkungen haben, gilt dies beim Versauerungspotenzial und beim fotochemischen Oxidantienbildungspotenzial für Fenster mit Aluminiumrahmen. Dabei sind die Differenzen zwischen den Rahmenmaterialien je Wirkungskategorie unterschiedlich (Abb. C 4.14). Anmerkungen: [1] DIN EN ISO 14 040:2009, S. 4 [2] ebd., S. 36 [3] ebd., S. 4 [4] Verordnung (EU) Nr. 305/2011 D [5] DIN EN ISO 14 040:2009, S. 15 [6] Klöpffer, Walter; Grahl, Birgit: Ökobilanz (LCA). Ein Leitfaden für Ausbildung und Beruf. Weinheim 2009, S. 30ff. [7] Hegger, Manfred u. a.: Baustoff Atlas. München 2005, S. 98 [8] DIN EN ISO 14 040:2009 [9] ebd., S. 27 [10] DIN EN 15 804:2012, S. 30f. [11] wie Anm. 6, S. 197ff. [12] DIN EN ISO 14 044 [13] wie Anm. 6, S. 216 [14] wie Anm. 1, S. 31ff. [15] Guinée, Jeroen B. (Hrsg.): Handbook on Life Cycle Assessment. Operational Guide to the ISO Standards. Dordrecht 2004, S. 75 [16] ebd. [17] ebd., S. 80 [18] ebd., S. 81 [19] ebd., S. 82 [20] wie Anm. 7, S. 99 [21] wie Anm. 6, S. 229ff. [22] wie Anm. 7, S. 99 [23] Ministerie van Verkeer en Waterstaat: Dienst Wegen Waterbouwkunde: Abiotic resource depletion in LCA. Leiden 2002 [24] wie Anm. 6, S. 133ff. [25] Veith, Jürgen; Lerch, Patrick: Gesundheit und Umweltschutz bei Bauprodukten. Die europäische Normung zur Bauprodukten-Richtlinie. Stuttgart 2008, S. 69ff. [26] EcoSMEs: Zertifizierte Ökolabel und andere ISOKennzeichnungen.

[31] [32] [33] [34]

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[41] [42] [43] [44] [45] [46]

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[50] [51] [52] [53] [54] [55]

[56]

[57] [58]

[59]

[60]

C 4.12 C 4.13 C 4.14

Recyclingverfahren für PVC Recycling von PVC-Fenstern 2012 Entwicklung des Versauerungspotenzials (AP), des Treibhauspotenzials (GWP) und des Ozonbildungspotenzials (POCP) in Abhängigkeit von Rahmenmaterial und Fenstergröße

Rahmenprofil Holz Rahmenprofil PVC Rahmenprofil Aluminium 2,5

Versauerungspotenzial [kg SO2-Äqv./m2 Fenster]

Umweltwirkungen und Fenstergröße

2,0

1,5

1,0

0,5

0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Seitenlänge des quadratischen Fensters [m]

Treibhauspotenzial [kg CO2-Äqv./m2 Fenster]

[27] [28] [29] [30]

www.ecosmes.net/cm/navContents?l=DE&navID= ecoLabels&subNavID=1&pagID=1 wie Anm. 25, S. 63 ebd., S. 73f. DIN EN ISO 14 025:2010, S. 9 Eco platform: The mission. Objectives and added value of the eco platform. www.eco-platform.org/the-mission.html DIN EN 15 804:2012, S. 15 ebd. www.baulinks.de/webplugin/2013/0460.php4 Knippers, Jan u. a.: Atlas Kunststoffe + Membranen. Werkstoffe und Halbzeuge, Formfindung und Konstruktion. München 2010, S. 82f. Wendehorst, Reinhard: Baustoffkunde. Hannover 2004, S. 782f. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Hrsg.): Dera Rohstoffinformationen. Energiestudie 2012. Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen. Hannover 2012, S. 18 Rheinisch-Westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung: Trends der Angebots- und Nachfragesituation bei mineralischen Rohstoffen. Essen o. J., S. 73 Bundesverband ProHolzfenster e. V.: Holzarten für den Fensterbau. 2014. www.proholzfenster.de/43.html Royal Institute of International Affairs: Controlling the international trade in illegally logged timber and wood products. London 2002 Achilles, Andreas u. a.: Glasklar. Produkte und Technologien zum Einsatz von Glas in der Architektur. München 2003, S. 12ff. ebd., S. 33ff. ebd., S. 82 ebd., S. 34 Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH 2009, S. 14f. wie Anm. 40, S. 53 Forum Nachhaltiges Bauen: Wärmeschutzgläser – Ökobilanz. 2014. www.nachhaltiges-bauen.de / baustoffe / Wärmeschutzgläser wie Anm. 40, S. 51 www.bauteilnetz.de Rewindo GmbH: 10 Jahre Rewindo. Kunststofffenster-Recycling in Zahlen. Bonn 2012, S. 5. www.rewindo.de/rewindo-downloads/downloads/ Rewindo_Mengenstromnachweis_KU_2012.pdf Martens, Hans: Recyclingtechnik. Fachbuch für Lehre und Praxis. Heidelberg 2011, S. 172ff. VEKA Umwelttechnik GmbH: PVC-Granulate von VEKA. 2014. www.veka-ut.de/index.php?id=52 wie Anm. 50, S. 171 wie Anm. 49, S. 6 wie Anm. 50, S. 94ff. Bundesverband ProHolzfenster e. V.: Presseinformation »Kein Sondermüll – alte Holzfenster sind Biomasse«. Berlin 2003. www.proholzfenster.de/140.html Bundesverband Glasindustrie e. V., Fachgruppe Behälterglasindustrie: Recycling-Zahlen. 2014. www.glasaktuell.de/zahlen-fakten/recycling-zahlen wie Anm. 50, S. 209ff. bvse-Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung e. V.: Flachglasrecycling. 2014. www.bvse.de/342/498/9__Flachglasrecycling Gesellschaft für Innovationsforschung und Beratung mbH: Die wirtschaftliche Bedeutung der Recyclingund Entsorgungsbranche in Deutschland. Stand, Hemmnisse, Herausforderungen. Berlin 2009, S. 118ff. wie Anm. 15, S. 185

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Seitenlänge des quadratischen Fensters [m]

Ozonbildungspotenzial [kg C2H4-Äqv./m2 Fenster]

23 600 kg CO2 [60]. Entsprechend muss die Entsorgung von Fachbetrieben vorgenommen und das Schwefelhexafluorid aufgefangen werden.

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Seitenlänge des quadratischen Fensters [m]

C 4.14

217

Teil D

Gebaute Beispiele im Detail

01

Niall McLaughlin Architects, Studentenwohnheim in Oxford (GB)

220

02

Bucher-Beholz Architekten, Reihenhäuser in München (D)

222

03

Miller & Maranta, Hotel im Alten Hospiz am St. Gotthardpass (CH)

224

04

Unterlandstättner Architekten, Einfamilienhaus in Krailing (D)

227

05

DSDHA, Schule in Guildford (GB)

228

06

Winfried Brenne Architekten, Sanierung Bauhaus Dessau (D)

230

07

Augustin und Frank Architekten, Wohnwerkstatt in Berlin (D)

234

08

TreStykker 2011, Ausstellungspavillon in Trondheim (N)

236

09

Nickel und Wachter Architekten, Umbau Ladengeschäft in Bamberg (D)

237

10

Kaestle Ocker Roeder Architekten, Wohnhaus mit Schmuckatelier in Wißgolding (D)

238

11

Enno Schneider Architekten, Kreispolizeibehörde in Mettmann (D)

240

12

TYIN tegnestue Architects, Schulungszentrum in Sungai Penuh (RI)

242

13

Odilo Reutter, Erweiterung Landesdenkmalamt in Esslingen (D)

244

14

Bernardo Bader, Islamischer Friedhof in Altach (A)

246

15

Pereda Perez Architectos, Einfamilienhaus in Villarcayo (E)

248

16

Hermann Kaufmann, Illwerke Zentrum Montafon in Vandans (A)

250

17

Sou Fujimoto Architects, Wohnhaus in Tokio, (J)

252

18

Baumschlager Eberle, Bürogebäude in Lustenau (A)

254

19

Bernd Liebmann, Sanierung ehemalige Arbeiterkantine der Pulverfabrik Rottweil (D)

256

20

Hubacher + Peier Architekten und Haerle Hubacher Architekten, Sanierung Schauhäuser Botanischer Garten in Zürich (CH)

21

Abb. D

Treppenhaus mit perforierter bronzefarbener Aluminiumbekleidung, Studentenwohnheim, Hertfordshire (GB) 2011, Hawkins\Brown

258

Guggenbichler+Wagenstaller, Erweiterung und energetische Sanierung Institutsgebäude des ift Rosenheim (D)

260

22

WOHA Architects, Hochhaus in Singapur (SG)

261

23

Valerio Olgiati, Wohnhaus in Wollerau (CH)

262

24

Francis Goetschmann Architecte, Umbau und Erweiterung Bürogebäude in Genf (CH)

264

25

Tyin tegnestue Architects, Bootshaus bei Aure (N)

266

26

UID Architects, Wohnhaus in Hiroshima (J)

268

27

Bakker & Blanc Architectes, Pavillon in Genf (CH)

270

28

bbp: architekten bda, Sanierung und Umbau Behördenhochhaus in Kiel (D)

272

29

Hawkins\Brown, Studentenwohnheim in Hertfordshire (GB)

274

30

Arkitema Architects, Bürogebäude in Ballerup (DK)

276

219

Beispiel 01

Schnitt Maßstab 1:250 Grundriss Erdgeschoss Maßstab 1:750

Studentenwohnheim Oxford, GB 2011

1 2 3 4 5 6 7

Architekten: Niall McLaughlin Architects, London Projektleitung: Simon Bishop, Bev Dockray Tragwerksplanung: Price & Myers, Oxford

8 9

aa

Nördlich des Somerville College Campus in Oxford entstehen auf dem Gelände eines ehemaligen Krankenhauses Institutsgebäude der Universität. Das neue Wohnheim für Studenten und Lehrkräfte des College erstreckt sich auf einem nur 6 m schmalen und 175 m langen Streifen entlang der nördlichen Grundstücksgrenze und soll das künftige Hochschulquartier mit dem Campus verbinden. Die Architekten entwarfen zwei Bauteile, dazwischen einen neuen nördlichen Zugang auf den Campus. Vor allem die markanten Treppentürme, die zugleich die Eingänge markieren, fungieren als Orientierungspunkte. Sie besitzen mehrere Geschosse hohe Verlasungen mit tiefen Eichensprossen und setzen vertikale Akzente innerhalb der ansonsten eher horizontalen Bebauung. Streng gruppierte Holzerker, gerahmt von Flächen aus Sichtmauerwerk, prägen die langgezogenen Fassaden. Die Erker machen die einzelnen Zimmer von außen ablesbar und ermöglichen es, trotz der Nordorientierung etwas Morgenund Abendsonne einzufangen. Das gesamte Gebäude wurde mit einem hohen Vorfertigungsgrad konzipiert. So sind neben den Erkern, anhand von Mock-ups entwickelt, Elemente der Tragstruktur sowie die kompletten Sanitärzellen vorgefertigt, ebenso die Treppen und die tragenden Wandelemente der Treppenhäuser, die aus Betonfertigteilen mit werkseitig aufgebrachter Innenschale aus Sichtmauerwerk bestehen. a

6 4 4 4

9

7

4

5

2

2

8 a

5

6

1

220

4

3

Gartenhof College Eingang Müllraum Zimmer Wäscherei Putzraum barrierefreies Zimmer Lager Küche

Studentenwohnheim

Vertikalschnitt • Horizontalschnitt 10

11 12

10

13 12

15

13 14 15 16 17

11

18

Maßstab 1:20

Vorsatzschale Sichtmauerwerk 215/102,5/65 mm Hinterlüftung 50 mm, Wärmedämmung 50 mm Schalung hinterlüftet, Eiche lasiert 22 mm Blechabdeckung pulverbeschichtet Sperrholzplatte 18 mm, Lattung (Gefälle) Wärmedämmung / Balken 100 mm Sperrholzplatte 12 mm, Wärmedämmung 30 mm, PE-Folie gewebeverstärkt Bekleidung Sperrholz furniert 18 mm Gipskarton gestrichen Blende abnehmbar, Sperrholz furniert Laibung /Schalung Eiche massiv lasiert Isolierverglasung (fest) in Holzrahmen Eiche Schreibtisch Sperrholz furniert, Innenkante Umleimer Eiche

19

20 21 22

Schalung hinterlüftet, Eiche lasiert 20 mm Lattung 50/50 mm Konterlattung 38/38 mm, Windpapier Wärmedämmung Hartschaum 60 mm /Querlattung Wärmedämmung Hartschaum 100 mm / Holzständerkonstruktion, Dampfsperre Bekleidung Sperrholz furniert 18 mm Teppich, Unterlage, Heizestrich 85 mm Trittschalldämmung 5 mm, Wärmedämmung Hartschaum 25 mm, Stahlbeton 150 mm Wärmedämmung folienkaschiert 55 mm Lattung 25 mm Schalung hinterlüftet, Eiche lasiert 20 mm Lüftungsklappe Eiche massiv lasiert Schiebeladen innenliegend Sperrholz furniert mit Griffleiste Eiche Betonfertigteil 165 mm mit Außenschale Sichtmauerwerk 50 mm (werkseitig)

14

16

c

c

17

18 19

bb 18 b 15

16

16 22

20 21

cc

21

b

17

221

Beispiel 02

Reihenhäuser München, D 2011 Architekten: Bucher-Beholz Architekten, Gaienhofen Mitarbeiter: Isabelle Honeck, Marc Jöhle Tragwerksplanung: Helmut Fischer, Bad Endorf

Die Reihenhäuser im Münchner Stadtteil Riem sind als stringenter und zugleich flexibler Zeilenbau konzipiert. Die Architekten entwickelten auf der 10,50 ≈ 5,00 m großen Grundfläche vertikal organisierte Wohneinheiten mit großzügigem, transparentem Charakter. Aus dem Dachgeschoss ausgesparte Terrassen rhythmisieren die Zeilen und leiten über die zentrale Treppe zusätzlich Tageslicht in alle Geschosse. Eine hellgraue Naturschieferbekleidung im Wechsel mit den großen Verglasungen unterstützt die augelockerte Wirkung. Die Gebäude sind hochgedämmt und mit Dreifachverglasungen sowie einer kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung ausgestattet. So erreichen sie einen rechnerischen Heizwärmebedarf von rund 15 –20 kWh/m2a. Auch baukonstruktiv werden mit einer Mischbauweise aus Kommunwänden in Form von 15 cm starken Holzschotten und einer dazwischen angeordneten Stahlskelettkonstruktion ungewöhnliche Wege beschritten. Die Stärke der tragenden Deckenscheiben liegt bei 75 bzw. 50 mm und ermöglicht flexible Auswechslungen bis hin zu großzügigen Licht- und Lufträumen. Schlanke Profilquerschnitte (Stütze Stahlrohr | 70/70/4 mm, Träger IPE 140) unterstützen das offene und flexible Raumkonzept, durch das Skelettsystem konnte auf trennende Innenwände verzichtet werden. Die geschosshohe Festverglasung entspricht einem klassischen Pfosten-Riegel-System mit zu öffnenden Elementen aus Eichenholz.

222

Reihenhäuser

Schnitt Maßstab 1:200 Lageplan Maßstab 1:2000 Vertikalschnitte Maßstab 1:20

1

2 3

4

5 6 7 1 8

extensive Begrünung 100 mm, Abdichtung Wärmedämmung 300 mm, Dampfsperre Holz-Dreischichtplatte 75 mm Fenster Eiche mit Dreifach-Isolierverglasung als Einsatzfenster Holzbohlen 70/40 mm Unterkonstruktion 60 mm Gummigranulatmatte 10 mm, Abdichtung Vakuumdämmpaneel 30 mm, Dampfsperre Holz-Dreischichtplatte 50 mm Schieferplatten Holzlattung 50/30 mm, Konterlattung 20 mm Unterspannbahn Wärmedämmung 220 mm, Dampfsperre Gipsfaserplatte 15 mm Stahlprofil IPE 140/70 mm Stütze Stahlrohr | 70/70/4 mm Bodenbelag 10 mm Heizestrich 60 mm, Trennlage, Dämmung 80 mm Holz-Dreischichtplatte 50 mm Absturzsicherung Glas

2 4 3

3

5

6

8 7

7

2

223

Beispiel 03

Hotel im Alten Hospiz St. Gotthardpass, CH 2010 Architekten: Miller & Maranta, Basel Quintus Miller, Paola Maranta, Jean-Luc von Aarburg Mitarbeiter: Nils-Holger Haury (Projektleitung), Mirjam Imgrüth, Sabine Pöschk Tragwerksplanung: Conzett Bronzini Gartmann, Chur

Auf über 2000 m Höhe finden seit dem 13. Jahrhundert Reisende, Pilger und Händler Unterkunft im Alten Hospiz am St. Gotthardpass. Durch Krieg, Brand und Lawinen immer wieder zerstört, erhebt sich der ursprünglich heterogene Baukörper heute um ein Geschoss erweitert unter einem neuen bleiernen Dach mit zahlreichen darin eingeschnittenen Gauben zur Belichtung der umgestalteten Hotelzimmer. Die Architekten erhielten die Fassaden und die im Norden angegliederte Kapelle in ihrer ursprünglichen Form und entfernten lediglich eine Aufstockung aus jüngerer Zeit, während sie die innere Struktur des Hospizes fast vollständig erneuerten. In den unteren beiden Geschossen wurden massive Innenwände und Decken eingezogen. Darüber sorgt eine Holzständerkonstruktion auf der Innenseite der alten Bruchsteinfassade für ausreichende Wärmedämmung und dient als Auflager für die neuen Holzbalkendecken und die Dachkonstruktion. Die Holzständer sind mit horizontal gelagerten Bohlen ausgefacht – eine traditionelle Bauweise im Kanton Uri. Ein auf das Mauerwerk des ersten Obergeschosses aufgesetztes Betonband sichert die Mauerkrone und nimmt die Schubkräfte des neuen Dachstuhls auf. Neue und alte Putzstruktur der Fassade gehen nahtlos ineinander über, neue Kastenfenster des ergänzten Stockwerks zitieren die restaurierten Elemente im unteren Bereich.

6 3 2 3 a

aa

224

1

EG

5 4 7

a

4. OG

7

7

Hotel im Alten Hospiz

8

8

10

bb

Lageplan Maßstab 1:3000 Schnitt • Grundrisse Maßstab 1:400 Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:20

b

1 2 3 4 5 6 7

Eingang Technik Lager Garderobe Sakristei Kapelle Gästezimmer

8

Bleiblech 2,5 mm Abdichtung Holzschalung 30 mm Lattung 40/55 mm Abdichtung Holzschalung 30 mm Wärmedämmung Holzwolle 320 mm Dampfsperre Lattung 40/55 mm Schalung Fichte 30 mm Dielen Fichte 25 mm Wärmedämmung Holzfaser 2≈ 30 mm Zementplatte 50 mm Trittschallvlies 5 mm Massivholzdecke Fichte 100 mm Balken Vollholz Fichte 240/360 mm Isolierverglasung Ug = 1,1 W/m2K Holzrahmen Fichte gestrichen mit Aluminiumpressprofil

b 10 9

10

9

cc

225

Beispiel 03

Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Kastenfenster Maßstab 1:20 1 2

2

4

e

Dielen Fichte 25 mm Wärmedämmung Holzfaser 2≈ 30 mm Zementplatte 50 mm Trittschallvlies 5 mm Massivholzdecke Fichte 100 mm Balken Vollholz Fichte 240/360 mm Zementmörtel Kellenwurf 20 mm Stahlbeton 300 mm Wärmedämmung XPS 160 mm Luftraum 240 mm

5

e 3

1

1

4

6

dd

7

ee 2

226

5

3

4

5 6 7

OSB-Platte 15 mm Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm dazwischen Lattung 80/60 mm Bohlen Fichte 210/40 mm Schalung Fichte 15 mm Wärmedämmung 100 mm Spanplatte zementgebunden 25 mm Isolierverglasung Ug = 1,2 W/m2K in Holzrahmen Fichte gestrichen Einfachverglasung Floatglas 4 mm Vermiculit-Schüttung 50 mm Mauerwerk (Bestand) 500 mm

Beispiel 04

Einfamilienhaus

Einfamilienhaus a

Krailing, D 2013

4

Architekten: Unterlandstättner Architekten, München Thomas Unterlandstättner Mitarbeiter: Telemach Rieff, Anke Göckelmann, Enrico Schreck Tragwerksplaner: a.k.a Ingenieure, München

Vertikalschnitt • Horizontalschnitt

a

6

Grundriss EG Maßstab 1:200 7 1 2 3 4 5 6

Eingang Garderobe Wohnzimmer Terrasse Essbereich Hauswirtschaftsraum Küche

7

Im beschaulichen Kontext einer 1960-JahreSiedlung im Südwesten München gelegen, entwickelten die Architekten für eine fünfköpfige Familie einen Baukörper mit präzise angeordneten und unterschiedlich dimensionierten Öffnungen, die sehr differenziert den Bezug zwischen innen und außen artikulieren und in der Folge vier ganz unterschiedliche Fassaden erzeugen. Drei Einschnitte verleihen dem Haus mit anthrazitfarbenem Putz seine skulpturale Qualität: Ein langgezogener Rücksprung schützt den Eingang und den durch eine Betonwand abgetrennten Vorbereich der Küche. Ein Einschnitt an der Südwestecke schafft einen überdeckten Freisitz und öffnet den Wohnbereich zum Garten und ein nach außen durchlaufender Bodenversprung orientiert den Essplatz zur abgesenkten Terrasse, während ein bodenbündiges Fensterband das Nachbargrundstück ausblendet. Im Obergeschoss ist die Südostfassade geschlossen, die dahinter liegenden Bäder werden durch das zenitale Licht von Oberlichtern inszeniert. In den Giebelseiten bilden dreigeteilte Fenster – bestehend aus einer Festverglasung, einem Öffnungsflügel und einer stark angeschrägten Laibung aus Eichenholz – einen Kontrast zu den dunklen, betont rauen Putzflächen des Wärmedämmverbundsystems. Die drei Einschnitte verweisen mit einer feineren Oberfläche aus weißem Glattputz oder Eichenholz auf den sorgfältig detaillierten Ausbau im Inneren.

5

3 2

1

8

9

10 11

12

b

b

13

14

aa

Maßstab 1:20

8 9 10 11 12

Regenrinne Zinkblech gekantet beheizbar Ringanker Stahlbeton Befestigung Sonnenschutzkasten Edelstahlprofil Wärmedämmstreifen Resolhartschaum 25 mm Dreifachverglasung ESG 4 mm + SZR 16 mm + Float 4 mm + SZR 16 mm + ESG 4 mm in Holzrahmen Eiche UW = 1,0 W/m2K 13 Kratzputz organisch anthrazit durchgefärbt 40 mm 14 Natursteinplatten Wachenzeller Dolomit, offenporig 20 mm, Mörtelschicht 10 mm Zementestrich 58 mm Fußbodenheizung in Noppenbahn 22 mm Trittschalldämmung 30 mm Installationsschicht /Wärmedämmung 30 mm Stahlbeton 200 mm, Putz 15 mm 15 Dreischichtplatte Eiche furniert 20 mm an Luftzwischenraum 160 – 0 mm, Windpapier Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm Mauerwerk 90 mm, Putz 15 mm

a

12 15 a 13

bb

227

Beispiel 05

Schule Guildford, GB 2009 Architekten: DSDHA, London Mitarbeiter: Deborah Saunt, David hills, Martin Pearson, Claire McDonald, William Haggard Tragwerksplanung: Adams Kara Taylor (AKT), London

Der Campus in Guildford dient nicht nur als Bildungseinrichtung, sondern ist auch für die Öffentlichkeit zugänglich. So können Externe das Theater, die Sporthalle und eine Kapelle nutzen, was die kompakt konzipierte Anlage zur identitätsstiftenden Institution des Bezirks macht. Nicht zuletzt eine gelungene Wegeführung mitten durch den Campus trägt wesentlich zur Öffnung und Einbindung der Schule in die Umgebung bei – ein Konzept, das die Institution zur britischen Vorzeigeschule werden ließ. Aber auch technisch setzt das Haus neue Maßstäbe: Es ist das erste öffentliche Gebäude in England mit dezentraler Lüftung und kombinierter Wärmerückgewinnung. Hierfür sind unter jedem Klassenzimmerfenster unregelmäßig über die Ziegelfassade verteilte Abluftöffnungen in verbreiterten Stoßfugen, die ansonsten 15 mm betragen, angeordnet, während die Lagerfugen eine Breite von 8 mm haben. Alle Fugen sind um 5 mm zurückversetzt und verleihen der Fassade eine dezente Profilierung. Diese Optik wird durch die tief in die Wand gesetzten Fenster unterstrichen. Teilweise sind sie raumhoch mit schräg gestellten Laibungen und bieten gezielte Ausblicke auf die Landschaft oder auch auf die Kathedrale von Guildford. Im Inneren der Schule bildet eine in Holz gekleidete mehrgeschossige Halle das kommunikative Zentrum. Treppen, Flure und Klassenzimmer sind teils in Ortbeton, teils in Mauersteinen aus Beton ausgeführt und schaffen eine zurückhaltende und zugleich vandalensichere Umgebung.

9

8 1 2 3 4

7

5 6

Wärmerückgewinnung im Winter

1 2 3

4 5 6

7 8

228

10

Zuluftschlitz unter Fensterblech Aluminium Abdeckung Gitter Edelstahl Mauerwerksschale Ziegelstein Abluftkanal Edelstahl 50/35 mm mit angeschweißten Laschen in Mauerwerksfuge eingemörtelt Luftverteilung Stahlbeton mit Aussparungen 700/280 mm für Lüftungskanäle Bodenaufbau: Teppich oder PVC Zementestrich 90 mm Trennlage Decke Stahlbeton 325 mm Zuluftschlitz raumseitig Schrank für Lüftungsgerät aus MDF 18 mm mit Schallschutzdämmung 33 mm

Lüftung im Sommer

auf Unterkonstruktion aus Stahlrohren Abluft Innenraum Kreuzplattenwärmetauscher Füllstück Aluminiumblech 2 mm Extrudiertes PVC-U-Profil mit PUR Hartschaumdämmkern 13 Blende MDF 18 mm mit Schichtstoff laminiert 14 Öffnungsflügel Sonnenschutzglas in Fensterprofilen Aluminium 15 Wandaufbau: Mauerwerk Cottbus-Klinker 290/90/50 mm, Mörtelfugen pigmentiert Aufhängung Anker Edelstahl Hinterlüftung 50 mm Wärmedämmung Phenolharzschaumstoff 60 mm Stütze Stahlbeton 200/800 mm 9 10 11 12

Schule

Schnitt Maßstab 1:1000 Funktionsprinzip der Lüftung / Wärmerückgewinnung Horizontalschnitt Fensterverglasung • Vertikalschnitt Öffnungsflügel Maßstab 1:10

12

11

13

14

8 1

2 5 3

4

15

229

Beispiel 06

Sanierung Bauhaus Dessau Dessau, D 2011 Architekten: Winfried Brenne Architekten, Berlin Energiekonzept: Transsolar, Stuttgart

In den Jahren 1925 –1926 nach Entwürfen von Walter Gropius erbaut, ist das Bauhausgebäude inzwischen UNESCO-Weltkulturerbe und Inbegriff der modernen Architektur. 1919 als »Staatliches Bauhaus in Weimar« gegründet, zog die damalige Hochschule für Kunst und Gestaltung 1925 nach Dessau um. Der Komplex setzt sich aus drei L-förmigen Gebäudeteilen zusammen, die windmühlenflügelartig angeordnet sind. Der Nordflügel beherbergte die städtische gewerbliche Berufsschule, das Ateliergebäude mit seinen auskragenden Balkonen bot auf vier Etagen Wohnateliers für Studierende und Jungmeister. Den dritten Teil bildet der dreigeschossige Werkstattflügel, charakterisiert durch seine durchgängige Glasvorhangfassade. Die Verbindung zwischen dem Werkstattflügel und dem Ateliergebäude stellt der eingeschossige Zwischenbau, die Festebene mit Aula und Mensa her, während die zweigeschossige aufgeständerte Brücke die Werkstätten mit der Schule verknüpft. Im Zweiten Weltkrieg wurde das Bauhausgebäude stark beschädigt und ab 1945 provisorisch instand gesetzt. Im Zuge der Rekonstruktion von 1976 konnte sein ursprüngliches Erscheinungsbild größtenteils wiederhergestellt werden. 1994 erfolgte die Gründung der Stiftung Bauhaus Dessau, 1996 die Aufnahme in die Liste des Weltkulturerbes der UNESCO. Im Zuge der Generalsanierung zwischen 1996 und 2006 wurde das Bauhausgebäude grundlegend saniert und das historische Erscheinungsbild wiederhergestellt. Das Bauhausgebäude ist größtenteils öffentlich zugänglich und dient durch Veranstaltungen und Ausstellungen der Vermittlung des Bauhausgedankens. Aufgrund ständig steigender Betriebskosten, bedingt durch die Außenwandkonstruktionen – ein Eisenbetongerippe mit Ziegelmauerwerk, große Fensterflächen, Stahlfensterprofile mit Einscheibenverglasung, starken Undichtigkeiten und damit einhergehende unzureichende Beheizbarkeit der Räume im Winter sowie hohen Temperaturen im Sommer – entstanden wurden Überlegungen zur energetischen Sanierung. Im Zuge der Umsetzung wurden Klima- und Heizungstechnik optimiert und in Teilbereichen (Nordflügel Nord- und West-

230

aa

1

1 1

2

2

2

a a 3 2

1. OG

4

Sanierung Bauhaus Dessau

Schnitt • Grundriss Maßstab 1:1000 Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:10 5 6 7

1 2 3 4 5 6

8

7

8

c

Wohnatelier Verwaltung, Seminarräume Ehemaliges Direktorenzimmer Präsentation / Workshop Abdeckung Stahlblech verzinkt 1,5 mm oberer /unterer Fensterabschluss Stahlprofil ∑ 130/50/10 mm (bauzeitlich) Fensterprofile aus warmgewalzten, thermisch getrennten Stahlprofilen 3 bzw. 4 mm, Alkydharzanstrich inkl. Korrosionschutz, innen weiß, außen grau, auf Unterkonstruktion geschraubt, Dämmung 12 mm im Zwischenbereich Klappflügel Isolierverglasung Float 5 mm

9 10 11 12 13

14 15 16 17

+ SZR Kryptonfüllung 10 mm + Float 4 mm Kippflügel Stütze Stahlprofil Å 75 mm (bauzeitlich) Fensterstoß Winkelprofile Stahl, thermisch getrennt Festverglasung Fensterprofil mit Flügelrahmen Stahlprofil, thermisch getrennt Mitteldichtung Fenstersprosse Stahlprofil thermisch getrennt Fenstergriff Messing Fensterabschluss Stahlprofil 75/45/6 mm (bauzeitlich), thermisch getrennt Fensterbank Terrazzo 35 mm

c

9

17

bb

b 15

16

10

cc

11

12

13

14 b

231

Beispiel 06

e

1

5

f

7 f 2

3

4

6

e

dd

fassade, Ateliergebäude Ostfassade) nicht bauzeitliche Fenster gegen Stahlfenster mit thermisch getrennten Profilen und Zweischeiben-Isolierverglasung ausgetauscht. Ein Austausch der Fenster war nur unter der Maßgabe denkbar, dass das historische Erscheinungsbild außen und innen, besonders unter Berücksichtigung der Feinheit der Blend- und Flügelrahmen, verbunden mit den bauzeitlichen Beschlagssystemen, wiederhergestellt werden kann. In einem intensiven Planungsund Entwicklungsprozess wurde ein bereits auf dem Markt verfügbares Produkt modifiziert. Das Ergebnis sind Profile, deren Vorteil in ihrer flexiblen Ausbildung liegt. Sie setzen sich aus warmgewalzten Flachstahlprofilen, lasergeschweißten U-Profilen und einem thermisch trennenden Steg aus glasfaserverstärktem Kunststoff zusammen. Diese neuartigen Profile ermöglichten die denkmalpflegerisch und gestalterisch gewünschte Wiedergewinnung der Qualität unter Beibehaltung des historischen Beschlagsystems mit sichtbaren Basküleverschlüssen und Klappflügelbeschlägen.

2

8

9

d

d

6

10

11

12

13

ee

232

ff

Sanierung Bauhaus Dessau

Horizontalschnitt • Vertikalschnitte Atelierfassade Maßstab 1:10

Detail Fensterpfosten Atelier Maßstab 1:5

1 2

3

Original Bauzeit 1926

Rekonstruktion 1976

Energetische Sanierung 2011–14

4

20mm Kalk-Wärmedämmputz mit Leichtzuschlägen auf Silikatbasis Randprofil: Flachstahl ¡ 4mm Wärmedämmung Flachstahl ¡ 4mm Drehflügel: Isolierverglasung Float 5 mm + SZR Krypton 10 mm + Float 4 mm Rahmen aus Flachstahlprofilen ¡ 3 mm, warmgewalzt, thermisch getrennt, Alkydharzanstrich inkl. Korrosionsschutz, innen weiß, außen grau Stahlprofil mit Flügelrahmen

5 6 7 8 9 10 11 12

13

und Mitteldichtung Fenstergriff Messing mit Basküleverschluss Festverglasung Balkontür Oberlicht Klappflügel Öffnungsgestänge Kippflügel Fensterbank Terrazzo 40 mm Brüstungsbereich Tür: Füllung Wärmedämmung 40 mm 2≈ Stahlblech 3 mm Boden: Steinholzestrich 35 mm Stahlsteindecke (bauzeitlich)

233

Beispiel 07

Wohnwerkstatt Berlin, D 2011 Architekten: Augustin und Frank Architekten, Berlin Mitarbeiter: Julia Lorenz Tragwerksplanung: Pichler Ingenieure, Berlin a

a

Das zweigeschossige Gebäude, dessen ursprüngliche Nutzung nicht vollständig geklärt ist, stammt aus dem Jahr 1910; seine Bauakte geht allerdings nur bis auf das Jahr 1932 zurück. Fest steht jedoch, dass es sehr gegensätzliche Phasen durchlief. Die belegten Nutzungen reichen von einer Auto- bzw. Schmiedewerkstatt in den 1930er-Jahren über eine Markthalle bis hin zu einem Behördenbüro in den 1970er-Jahren. Letztere verlieh dem Bau eine Grundrisstypologie bestehend aus einem Mittelflur und seitlich angrenzenden Büroräumen. Die schadhafte ursprüngliche Dachkonstruktion wurde damals durch eine Brettbinderbauweise ersetzt sowie durch eine abgehängte Decke ergänzt. Im Zuge des letzten Umbaus,

234

aa

1. OG

der sich vor allem auf den Innenraum und die Fassade bezog, wurden sämtliche Trennwände und Unterdecken entfernt und die beiden Etagen in großzügige loftartige Räume verwandelt. Der historische Estrich im Erdgeschoss wurde durch einen Heizestrich mit einer Dämm- und Abdichtungsebene ersetzt. Nach der Auffüllung des preußischen Kappengewölbes konnte im Obergeschoss ein klassischer Dielenboden auf die Stahlträger gelegt werden. Charakteristisches Merkmal der neuen Mischnutzung aus Arbeiten und Wohnen ist jedoch vor allem das große Schiebeelement aus Polycarbonatplatten an der südostlichen Giebelfassade. Im geöffneten Zustand erweitert es den Raum nach außen zum Hof hin und bietet die Qualität einer

Terrasse. Der Vorteil des transluzenten Materials liegt zum einen im geringen Flächengewicht im Vergleich zu Glas, was eine relativ filigrane Unterkonstruktion erlaubt. Zum anderen besitzt der mehrschichtige Aufbau der Polycarbonatpaneele gute thermische Eigenschaften und erreicht sehr geringe U-Werte in der Fläche. Im Winter dienen hölzerne Schotts zum dichten Verschließen der Anschlussfugen. Die bestehenden Kastenfenster aus Holz an der Ostund Westfassade konnten weitgehend erhalten werden. Neue außenbündige Fensteraufdopplungen lassen sich nach außen öffnen und ergänzen die Sprossenfenster des Bestands. Außerdem spenden neue Lichtkuppeln im Dach zusätzliches Tageslicht.

Projekt

c 2

1

3

4

c bb

Schnitt • Grundriss Maßstab 1:500 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20

5 6

1 7 2 3 4 5

1 6 7 8 9

10 11

12

b

Schiebetor 10-Kammer Polycarbonatplatte 50 mm, umlaufendes Aluminiumsystemprofil 50 mm Rahmenprofil Stahrohr | verzinkt 60/60/5 mm Holzrahmen aus Kanthölzern 80/80 mm Wandvorlage Multiplexplatte Birke 30 mm, verschieblich Abdeckung Aluminiumblech gekantet 2 mm Führungsschiene Schiebetor Stahlrohr | 35/35/3mm Sturz Mauerwerksgiebel Stahlprofil 2≈ IPE 220 Laufrollenprofil: Schiebetorrolle Stahl 150 mm Laufschiene Stahlrohr Ø 30 mm mittels Flachstahllaschen an verzinktem Stahlrechteckrohr befestigt Bodenabschluss herausnehmbare Diele 40 mm Bodenbelag Vollholzdiele 40 mm Unterkontruktion Sperrholz 30 mm Ausgleichslattung 50 mm Fußbodenheizung Absturzsicherung Geländerstab Stahlrohr Ø 38 mm Brüstung Stahlseile Ø 3 mm

b 12

10

11

8 9

cc

235

Beispiel 08

Ausstellungspavillon

Ausstellungspavillon Trondheim, N 2011 Architekten: TreStykker 2011 (Workshop), Trondheim Mitarbeiter: Trygve Ohren, Eivind Kristoffer Fasting, Ragnhild Pedersen Foss, Tomas Aasved Hjort

1 a

3

a 2

4

Grundriss Maßstab 1:200 Schnitt Maßstab 1:20 1 2 3 4

5 6 7 8

Ausstellungsraum umlaufender Gang Garderobe und Teeküche Dachpappe, Spanplatte 20 mm, Wärmedämmung Steinwolle 100 mm 3≈ Innentür recycelt, insgesamt 150 mm Träger, Höhe insgesamt 600 mm: Sperrholz recycelt 2≈ 10 mm, dazwischen Holzbohle Eichenholz Fensterelement recycelt, Beschläge von gebrauchten Zimmertüren Sperrholzplatte 2≈ 10 mm weiß lackiert, dazwischen Wärmedämmung 60 mm Bodenaufbau: Holzwürfel massiv, Kiefernholz harzhaltig, unbehandelt 100 cm Wärmedämmung expandiertes Polystyrol 50 mm Kies

RAKE, ein Ausstellungspavillon für Kunst und Architektur an einer viel befahrenen Hauptstraße Trondheims, ist das Ergebnis eines von vier Studenten initiierten Workshops mit dem Ziel, den drei norwegischen Architekturschulen aus Trondheim, Oslo und Bergen einen gemeinsamen Raum zum gegenseitigen Austausch zu schaffen. Insgesamt 30 Studenten kümmerten sich schließlich um Entwurf und Bau des 45 m2 großen Gebäudes, ein Architekt und eine Künstlerin standen beratend zur Seite. Bis auf wenige Ausnahmen wurden nur recycelte Baustoffe und Produkte eingesetzt, die fast alle aus einem abbruchbereiten Bürogebäude stammen. Die auffällige Fassade besteht aus zwei Schichten alter Fenster: Die äußere ist aus vielen verschieden Formaten puzzleartig zusammengestellt, die Zwischenflächen füllen weiß lackierte Holzplatten aus. Für die innere Schicht kamen nur Fenster gleicher Größe zum Einsatz, die im Bezug zum durchgehenden Holztragwerk mit einem Raster von 60 cm stehen. Zum Lüften lassen sich vier der Fenster, wie in Nordeuropa oft üblich, nach außen öffnen, sodass sie sich bei starkem Winddruck automatisch schließen. Im Innenraum bilden drei leichte Trennwände mit umlaufendem Gang Präsentationsflächen. Vor dem Eingangsbereich mit einer Holztür mit Drahtglasscheibe aus den 1970er-Jahren können die Besucher von der Straße abgewandt geschützt auf Holzblöcken sitzen.

236

5

6

6

7

8

aa

Beispiel 09

Umbau Ladengeschäft

Umbau Ladengeschäft Bamberg, D 2007

3

a 3

Architekten: Nickel und Wachter Architekten, Bamberg Frank Nickel, Jochen Wachter

1

2

a

Im Zuge der Neugestaltung eines Traditionsgeschäfts unweit des Bamberger Doms wurde auch die Zugangssituation des Grundstücks neu gelöst: Eine bewegliche Stahlkonstruktion ermöglicht es nun, Vordach und Eingangstreppe zum Geschäft synchron auszuklappen bzw. nach Ladenschluss wieder einzufahren. Beide Elemente sind dabei jeweils an einer horizontal eingebauten, kugelgelagerten Stahlwelle befestigt und können durch Drehen einer außen aufsteckbaren Handkurbel bewegt werden. Dies schützt die Ladentür zum einen vor Einbrechern, zum anderen wird der Privatweg zum rückwärtigen Hinterhaus freigegeben. Die Treppenstufen können im Sommer mit Holz belegt werden, im Winter mit rutschfestem Gitter.

Grundriss Maßstab 1:200 Vertikalschnitt Maßstab 1:20

4 7

6 4

1 2 3

Eingang Hof Hinterhaus Verkaufsraum

4

Mauerwerk verputzt 410 mm (Bestand) Holzfenstertür Vordach: Rahmen Stahlblech 5 mm, Beschichtung Dickschichtlack, oberseitig innenliegendes Aluminiumblech gekantet, pulverbeschichtet 5 mm, unterseitig Holzleisten 30/10 mm Kambala (afrikanischer Maulbeerbaum) Begleitheizung Einbauleuchte IP 65 Stoßdämpfer mit Gasdruck Laibungskasten Stahlblech 3 mm, Beschichtung Dickschichtlack, mit seitlichem Getriebekasten inkl. Handkurbel Bodenbelag austauschbar, Sommer: Kambalaholz massiv 15 mm Winter: Gitterrost 15 mm, verschraubt auf Stahlwinkel Kettenrad mit Stahlwelle, kugelgelagert Trittstufen austauschbar, Sommer: Kambalaholz massiv 15 mm Winter: Gitterrost 15 mm, verschraubt auf Stahlwinkel Podest Stahlbeton

5 6 8

5

9

7 8 9 10

11 10

12 13

14 11 12

13

14

aa

237

Beispiel 10

Wohnhaus mit Schmuckatelier Wißgoldingen, D 2008 Architekten: Kaestle Ocker Roeder Architekten, Stuttgart Tragwerksplanung: Ingenieurbüro Hottmann, Schwäbisch Gmünd

9

9

7

8

1 6

3

4 2 1 10

10

5 11

Ein intensives Verhältnis zur Landschaft aufzubauen war der ausdrückliche Wunsch des Bauherrn. Diesem Anspruch wird das weiße, mit quadratischen Fliesen bekleidete Haus durchaus gerecht. An einem Südwesthang der schwäbischen Alb gelegen, orientiert sich das zweigeschossige Gebäude bestehend aus zwei U-förmigen übereinanderliegenden Bügeln eindeutig nach Süden und gibt den Blick auf die Hügellandschaft frei. Der obere Kubus orientiert sich tendenziell zur Straße. Hier befindet sich sowohl der Eingangsbereich als auch das Atelier bzw. die Werkstatt des Schmuckdesigners. Über eine Treppe gelangt man ins Gartengeschoss, wo sich, abgesehen von einigen Schlaf- und Nebenräumen, der

238

Wohn- und Essbereich mit Küche befindet. Dieser öffnet sich über großzügige Glasfassaden eindeutig zur Landschaft hin. Die raumhohe Verglasung mit ihren filigranen Profilen war zur Bauzeit mit ihrer Höhe von 3,80 m die erste ihrer Art. Die Schiebetüren sind zwei-, drei- oder vierbahnig ausgeführt und lassen sich in Teilbereichen bis zu Dreiviertel ihrer Fläche öffnen. Die besondere Herausforderung lag in der Realisierung einer Ecköffnung ohne stehende Pfosten. Wo sich zwei Schiebeelemente überlappen, ist lediglich eine 20 mm schmale senkrechte Sprosse sichtbar. Der Einbau einer schwellenlosen Bodenschiene verstärkt schließlich den Eindruck einer scheinbaren Verschmelzung von Innen- und Außenraum.

Grundriss • Schnitt Maßstab 1:400 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 Wohnen 2 Kaminfeuer 3 Kochen 4 Seerosenteich 5 Essen 6 Gästezimmer 7 Bad 8 Kinderzimmer 9 Technik 10 Terrasse 11 Pool 12 extensive Dachbegrünung mit integrierter Schutzschicht 100 mm, Abdichtung Hochpolymer 2 mm Wärmedämmung EPS 180 mm Dampfsperre Decke Stahlbeton 320 mm, Putz

Wohnhaus mit Schmuckatelier

b

aa

18 b

12

13

13

14

15 16

14

15

Fassadenbekleidung Fliesen 15 mm, im Dünnbett, Format 200 ≈ 200 mm Gewebespachtelung 5 mm Wärmedämmung 160 mm Egalisationsschicht Putz Attika Stahlbeton 100 mm Hebe-Schiebefenster zweigleisig: Zweifachisolierverglasung absturzsichernd ESG 8 mm + SZR 14 mm + VSG 12 mm Rahmen Aluminium 105 mm Absturzsicherung Glasbrüstung VSG aus 2≈ TVG 20 mm Beschichtung PUR elastisch 5 mm Heizestrich Gussasphalt 50 mm Trennlage Trittschalldämmung 20 mm Wärmedämmung 30 mm Ausgleichsschüttung 45 mm

17 18

19 20

21 22 23

Decke Stahlbeton 320 mm Wärmedämmung PUR 120 mm Gewebespachtelung Putz geglättet Vorhangschiene Schiebefenster rahmenlos, viergleisig: Zweifachisolierverglasung ESG 8 mm + SZR 16 mm + ESG 8 mm Rahmen Aluminium/Edelstahl Heiz- und Kühldecke Holzdielen massiv kanadische GelbBirke 22 mm OSB 25 mm Lagerholz / Wärmedämmung 80 mm Lagerholz /Hohlraumschüttung 80 mm Abdichtung Stahlbeton 220 mm Fassadenrinne Fertigteil Weißbeton 40 mm Pool OK Wasser

16

17

19

18 a

23

a

22

21

20

bb

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Beispiel 11

Kreispolizeibehörde Mettmann, D 2005 Architekten: Enno Schneider Architekten, Berlin Mitarbeiter: Thomas Sugge, Thomas Rabbe, Markus Ulmann, Stephan Meyer, Michael Manzke, Christoph Mund, Jochen Herrmann, Senta Wiemann, Stefan Lücke Tragwerksplanung: IFB Frohloff Staffa Kühl Ecker, Berlin Energiekonzept: Zibell, Willner & Partner, Berlin

Am Eingang der Stadt – von Westen kommend – setzt die neue Polizeibehörde von Mettmann einen markanten städtebaulichen Akzent. Das Gebäude ist Teil eines Gesamtkonzepts, das drei unterschiedliche Baukörper, die verschiedenen Behörden vorbehalten sind, um einen Platz anordnet. An der graugrün schimmernden Hülle des organisch geformten Baukörpers lassen sich die einzelnen Geschosse deutlich ablesen. Das zurückspringende, durchgängig verglaste Erdgeschoss bildet den Sockel des Baus. Es ist öffentlich zugänglich und beherbergt die Polizeiwache, das zentrale Atrium und den Besucherbereich. Die Büros inklusive Leitstelle und Führungsraum befinden sich in den vier Obergeschossen, die sich mit einer

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1. OG

besonderen Interpretation einer Lochfassade aus opaken und transparenten Bereichen präsentieren. Das Spiel abwechselnd transparenter und geschlossener Fassadenelemente resultiert aus den Anforderungen der einzelnen Nutzungen. Die Elementfassade besteht aus großflächigen geschosshohen Festverglasungen, wärmegedämmten Aluminiumpaneelen und zu öffnenden Lüftungsklappen. Die Funktionen Belichtung und Belüftung sind somit eindeutig voneinander getrennt. Die Südseite ist zusätzlich mit einer Sonnenschutzverglasung ausgestattet. Aufgrund der Bohrpfahlgründungen und des hohen Grundwasserstands bot sich mit der Geothermie-Nutzung ein nachhaltiges Energiekonzept an.

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Kies 80 mm, Abdichtung Wärmedämmung 250 mm, Dampfsperre Decke Stahlbeton mit Bauteilaktivierung 320 mm Festverglasung VSG 8 mm + SZR 18 mm + ESG 6 mm, Aluminiumprofilrahmen Aluminiumblech gekantet 3 mm Wärmedämmung 50 mm, Abdichtung Wärmedämmung 80 mm Glasstoß mit Silikonfuge Blendschutz Vertikaljalousie Teppich Nadelfilz, Verbundestrich 80 mm Stahlwinkel ∑ 200/100/8 Decke Stahlbeton mit Bauteilaktivierung 270 mm Medienkanal 60 mm Brandschutzplatte 25 mm, mittels Stahlkonsole an Stahlbetondecke befestigt Lüftungselement Senk-/ Klappmechanismus: Aluminiumblech 3 mm, Luftzwischenraum Wärmedämmung 120 mm, Aluminiumblech 3 mm

Kreispolizeibehörde

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Grundriss Maßstab 1:400 Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:20

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Beispiel 12

Schulungszentrum Sungai Penuh, RI 2011 5

Architekten und Tragwerksplaner: TYIN tegnestue Architects, Trondheim Yashar Hanstad, Andreas G. Gjertsen Mitarbeiter: Therese Jonassen, Morten Staubo, Gjermund Wibe, Kasama Yamtree Studentische Mitarbeiter: Bronwyn Long, Sarah Louati, Zofia Pietrowska, Rozita Rahman, Zifeng Wei

Im neuen Schulungszentrum einer Kooperative zum fairen Zimtanbau und -vertrieb am Ufer des Kerinci-Sees im Osten Sumatras erfahren Bauern und Landarbeiter mehr über die Grundlagen des nachhaltigen Wirtschaftens und den globalen Handel mit Zimt. Ziel des von norwegischen Architekten und Studenten geplanten und realisierten Modellprojekts war aber insbesondere auch die Einbindung lokaler Handwerker, Bautechniken und Baumaterialien. Für den Entwurf und die unmittelbar darauf folgende Bebauung des rund 500 m2 großen Geländes wurde ein Zeitrahmen von drei Monaten und ein Budget von rund 30 000 Euro veranschlagt. Dass bei-

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des am Ende eingehalten werden konnte, liegt einerseits an der Beschäftigung von zeitweise über 60 Arbeitskräften, andererseits an einem Gebäudekonzept, das auf der Anordnung separater Baukörper rund um einen Innenhof und auf der konsequenten Trennung von Bauteilen basiert. Dadurch konnte über der Stahlbetonbodenplatte bereits mit der Errichtung der hölzernen Dachkonstruktion begonnen werden, lange bevor die verputzten Wände fertiggestellt waren. Zugleich ermöglichte diese Bauweise die natürliche Belüftung und Kühlung der Innenräume sowie die Aufteilung in Materialien mit unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen – gerade dies trug maßgeb-

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lich dazu bei, dass das Schulungszentrum bereits einige schwere Erdbeben schadlos überstanden hat. Während die Mauerziegel aus regionalen Betrieben stammen, kommt das für Dachtragwerk, Fensterrahmen und Türen verwendete Holz ausnahmslos aus den direkt angrenzenden Zimtbaumwäldern der Kooperative – auf der Baustelle wurden jene großen Äste zu Brettern verarbeitet, die zur Ernte der Rinde ohnehin abgesägt werden mussten. Daraus resultierten kurze Transportwege und relativ geringe Materialkosten sowie eine überaus enge Verknüpfung zur umgebenden Kulturlandschaft und zur Bautradition Sumatras.

Schulungszentrum

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Maßstab 1:500

Eingang Innenhof Büro Showroom Unterrichtsraum Werkstatt Küche 14

Vertikalschnitt Maßstab 1:20 8

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Wellblech verzinkt Zimtholz | 60/60 mm Bambusmatte Träger Zimtholz ¡ 60/150 mm Stütze Zangenkonstruktion Zimtholz 2≈ ¡ 35/100 mm, 1≈ ¡ 60/100 mm Belüftungsöffnung Ziegelmauerwerk 200 mm außenseitig geschlämmt, innenseitig verputzt Mörtelbewehrung Drahtgitter in jeder vierten Steinlage Zarge Zimtholz ¡ 30/210 mm Befestigung im Mauerwerk mit Bewehrungsstab Stahl Ø 6 mm Füllung Fensterrahmen Zimtholz Füllung Fensterrahmen Bambusgewebe

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Beispiel 13

Erweiterung Landesdenkmalamt A

Esslingen, D 2003 Architekt: Odilo Reutter, Stuttgart Tragwerksplanung: Heinz Meissnest, Esslingen am Neckar Tageslichttechnik: Helmut Köster, Frankfurt am Main

Der Hauptsitz des Landesamts für Denkmalpflege Baden-Württemberg vereinigt die vormals über das Bundesland verstreuten Außenstellen an einem Ort. Um den hohen klimatischen und technischen Anforderungen an die geplanten Labor-, Werkstatt- und Büroräume gerecht zu werden, wurde der neue Sitz – ein ehemaliges Gymnasium aus dem 19. Jahrhundert – renoviert und erweitert. Ein gläserner Turm und ein eingeschossiger Werkstattbau mit einer Hülle aus Streckmetall ergänzen den gründerzeitlichen Baukörper. Alle Gebäude sind im Untergeschoss miteinander verbunden. Über eine langgestreckte Belichtungsfuge, die an der Stelle des mittelalterlichen Stadtgrabens verläuft, werden die Werkstatträume im Untergeschoss mit Tageslicht versorgt. Der über Gangways an den Altbau angedockte Büroturm ist vollflächig verglast. Mit den eigens konzipierten, feststehenden Lichtlenklamellen in den Scheibenzwischenräumen übernimmt die Glasfassade mehrere Funktionen: thermische Hülle, Sonnenschutz und Lichtlenkung. Im Sommer reflektieren die Lamellen die steil einfallende Sonne effektiv nach außen zurück. Im Winter dagegen lenken sie die flach einfallenden Sonnenstrahlen bis tief in die Räume und an die unverkleideten Massivdecken und können so eine Erwärmung der Decken um bis zu 3 K bewirken. Zusammen mit den tief in den Decken liegenden Heiz- bzw. Kühlrohren sorgen sie so für eine gleichmäßige Grundtemperierung der Arbeitsräume. Dieses träge System wird ergänzt durch flache, ebenfalls thermisch aktivierte Betonfertigteile in den Deckenrandbereichen, die Temperaturschwankungen im Fassadenbereich flexibel abfangen können. Auf diese Weise ist zusätzliche Klimatechnik überflüssig, und die Innenräume sind von haustechnischen Einbauten freigehalten. Auch die Tragkonstruktion, die sich auf eine aussteifende Wand je Geschoss und einen Kern beschränkt, lässt freien Spielraum bei der Grundrisseinteilung. Regelmäßig über die Fassade verteilte Parallelausstellfenster ohne Lamellen ermöglichen jedem Nutzer individuelles Lüften und gewähren freien Ausblick.

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Erweiterung Landesdenkmalamt

Schnitte Maßstab 1:500 Vertikalschnitt Fassade Maßstab 1:20

Lichtlenkprofile

Oberlichtbereich Sommer: Steil einfallende Sommersonne wird nach außen reflektiert. Das geschwungene, innenliegende Teilstück der Lichtlenkung führt indirektes Tageslicht in den Innenraum. Winter: Sehr flach stehende Wintersonne fällt direkt ein. Die Lichtlenkung im Oberlichtbereich führt so Tageslicht in große Raumtiefen, im unteren Fensterbereich blendfrei an die Decke. Die einzelnen Lamellen sind nur von geringer Höhe, sodass die Durchsicht gewährleistet bleibt.

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unterer Fensterbereich

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Wärmeschutzverglasung ESG 10 mm + SZR 27 mm mit starren Lichtlenklamellen + VSG 12 mm, U = 1,2 W/m2K Betonfertigteil mit Heizleitungen zur Randflächentemperierung 80 mm Decke Stahlbeton bauteilaktiviert 200 – 420 mm, Unterseite gestrichen Profil Aluminium ¡ 150/50 mm mit Einschiebling Stahl Parkett Eiche 24 mm Holzwerkstoffplatte 34 mm Hohlraumboden Aussparungen in den Überzügen für Installationsführung Rost aus Eichenholzlamellen

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Unterflurkonvektor Lamellen Aluminium vor Dehnfuge Jalousie mit Lichtlenklamellen Parallelausstellflügel Wärmeschutzverglasung ESG 8 mm + SZR 16 mm + VSG 10 mm, Ug = 1,1 W/m2K Gussasphaltestrich 30 mm, Oberflächenbeschichtung PUR Höhenausgleich Leichtbeton 95 mm Trennlage PE-Folie Wärmedämmung Hartschaumplatten extrudiert 220 mm Stahlbeton 200 mm, Unterseite gestrichen Abdeckblech Aluminium 3 mm Aluminiumprofil fi 20/20/2 mm

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Beispiel 14

Islamischer Friedhof Altach, A 2011 Architekt: Bernardo Bader, Dornbirn Mitarbeiter: Sven Matt Kunst am Bau: Azra Akšamija, Boston Tragwerksplanung: merz kley partner, Dornbirn

Für den islamischen Friedhof in Vorarlberg entwickelten die Architekten nach intensiver Auseinandersetzung mit der Glaubensrichtung und ihren Bestattungsriten ein offenes, übersichtlich gestaltetes Gesamtkonzept ohne vordergründige Symbolik. Ausgehend vom muslimischen und christlichen Bild des Friedhofs als Urgarten, in dem erstmals eine klar definierte Fläche Land abgegrenzt wird, setzten die Planer Wandscheiben unterschiedlicher Höhe aus Beton in den auenartigen Landschaftsraum. Sie fassen die Grabfelder in eigenständige, aber gleichartige Räume, deren Ausrichtung nach Mekka weist. Auch alle überdachten Räume der Anlage entwickeln sich gestalterisch aus dem Thema der Mauer. An der

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Längsfassade neben dem Zugang empfängt den Besucher ein ornamental durchbrochenes Wandelement aus Holz (Mashrabiya) mit Achteckmotiv, das durch sein lebendiges Lichtund Schattenspiel den Versammlungsraum prägt. Als zusätzliche Lichtquellen dienen in ringförmige Deckenaussparungen eingefügte Leuchten mit dicken Glasabdeckungen. Im Gebetsraum (Mescid) übernimmt ein Fenster Richtung Mekka die Funktion einer Gebetsnische (Mihrab). Vor der weiß gekalkten Holzwand hängen drei zueinander versetzte Vorhänge aus Metallgewebe, in das goldbeschichtete Holzschindeln eingeflochten sind. Sie bilden in arabischer Schrift die Worte »Allah« und »Mohammed« nach. Fugenlos

monolithisch präsentiert sich der mit schwarzen und roten Pigmenten eingefärbte Beton der Anlage. Die Löcher der Schalungsanker sind nachträglich unauffällig verschlossen. Die äußeren Betonoberflächen weisen eine reliefartig strukturierte Textur auf, die mit einer Schalung aus sägerauen Brettern in drei unterschiedlichen Dicken erzeugt wurde. Die inneren Oberflächen hingegen sind eben, was Außen- und Innenraum subtil differenziert. Kleine Rissbildungen des fugenlosen Baukörpers werden akzeptiert, Art und Lage der Bewehrung verhindern jedoch größere Risse. Zuerst wurden die Wände über die ganze Höhe betoniert, danach die Decken, zuletzt entstanden die Betonböden der Innenräume.

Islamischer Friedhof

System Fügung Holzornamentik Maßstab 1:50 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20 Lageplan Maßstab 1:2000

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Kies 160 –190 mm, Abdichtung Stahlbeton 325 – 300 mm Mashrabiya: Eichenholz CNC-gefräst, Steck- und Holzdübelverbindungen ¡ 60/200 mm Bekleidung Eichenholz 20 mm Stütze Stahlprofil ¡ 80/120 mm Aussparung in Stahlbeton für Befestigung Mashrabiya Stahlbeton mit roten und schwarzen Eisenoxidpigmenten eingefärbt, Außenseite Reliefstruktur, Innenseite eben 300 mm Einbauleuchte in Aussparung Ø 1000/70 mm Abdeckung, Glasplatte Ø 190 mm Stahlbeton flügelgeglättet 250 mm Sauberkeitsschicht 50 mm Kies 300 mm

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Beispiel 15

Einfamilienhaus Villarcayo, E 2012 Architekten: Pereda Perez Arquitectos, Pamplona Carlos Pereda Iglesias, Óscar Pérez Silanes Mitarbeiter: Teresa Gridilla Saavedra Tragwerksplanung: José Loaquín Arricibita, Pamplona

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Vier wesentliche Parameter bestimmten den Entwurf für das Haus einer jungen Familie in Villarcayo in der kastilischen Provinz Burgos: ein begrenztes Budget, der Wunsch nach einer einfachen und zeitgenössischen Architektursprache, der Entschluss eingeschossig zu bauen, um dem Garten möglichst nahe zu sein, und schließlich die Lage im Überschwemmungsgebiet des Rio Nela, einem Zufluss des Ebro. Entstanden ist ein scharf geschnittener Baukörper aus Beton und Holz, der »hochwassersicher« knapp 0,50 m über dem Boden schwebt. Das hierarchische Prinzip einer stufenweisen Öffnung von absoluter Privatheit über familiäre Gemeinschaft hin zu öffentlicheren Bereichen auf den Veranden und im Garten ist in jedem Raum des H-förmigen Grundrisses eindeutig ablesbar: In Nord-Süd-Richtung zu den beiden unterschiedlich gestalteten Gartenbereichen ist das Haus maximal durchlässig, nach Osten und Westen zur dicht angrenzenden Nachbarschaft komplett geschlossen. Die beiden seitlichen Riegel mit Rückwänden aus Sichtbeton und Holzbekleidungen zu den Gartenseiten beherbergen Privat- und Nebenräume. Sie sind flächenmäßig minimiert zugunsten eines nahezu quadratischen, zentral angeordneten Wohnraums, der als räumlicher und sozialer Mittelpunkt das transparente Herzstück des Hauses bildet. Von hier aus werden alle Privatund Nebenräume erschlossen. Nach Norden und Süden öffnet sich der hochfrequentierte Wohnbereich durch eine Glasfassade vollständig zum Garten. Die raumhohen, rahmenlosen Glaselemente treten dabei deutlich hinter die durchlaufende Dachkante zurück. Es entstehen zwei geschützte Veranden. Mobile Schiebeelemente mit hölzernen Oberflächen lassen sich fassadenbündig schließen oder seitlich öffnen. Auch wenn die Grenze zwischen außen und innen durch die dominante Decken- und Bodenplatte aus Beton ganz klar gezogen ist, besitzt der äußerst sparsam möblierte Wohnbereich verbindende Qualitäten: Er holt den Garten ins Haus und verlängert umgekehrt das Wohnen ins Freie – ein räumlicher Hybrid, der bei Bedarf komplett verschließbar ist.

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Einfamilienhaus

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Veranda Wohnen Küche Garage Schlafen Bad Hof Kinder Spielzimmer Fensterladen Holzrahmen 30 mm, beidseitige Holzbekleidung vertikal 20/100 mm, Türband innenliegend verdeckt montiert Holzbekleidung vertikal 20/100 mm auf Unterkonstruktion Holzrahmen Schiebetür Holzrahmen 70 mm, beidseitige

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Holzbeplankung brasilianische Garapa 16 mm Wärmedämmung / Holzständerkonstruktion 40 mm Mörtel 15 mm Mauerwerk 115 mm, Putz 15 mm Drehtür Isolierglas VSG aus 2≈ ESG 4mm + SZR + 2≈ ESG 5 mm Isolierverglasung VSG aus 2≈ ESG 4mm + SZR + 2≈ ESG 5 mm Kies Schutz- und Filterschicht Geotextil Wärmedämmung 60 mm Abdichtung Schutzmatte Geotextil Leichtbeton im Gefälle Stahlbeton 200 mm mit integrierter Wärmedämmung 80 mm Stahlbeton 150 mm, Quarzbeschichtung poliert, integrierte Fußbodenheizung, Abdichtung Stahlbeton 65 mm Tonnengewölbe, Kies 16

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Beispiel 16

Illwerke Zentrum Montafon Vandans, A 2013 Architekten: Hermann Kaufmann, Schwarzach Mitarbeiter: Christoph Dünser, Stefan Hiebeler, Thomas Fußenegger, Michael Laubender, Guillaume Weiss, Ann-Katrin Popp, Benjamin Baumgartl Tragwerksplanung: merz kley partner, Dornbirn

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3. OG

Im Vorarlberger Tal Montafon direkt am Ufer des Stausees in Vandans schufen die Architekten für das österreichische Energieunternehmen Illwerke eine neue Bürozentrale. Der 120 m lange, fünfgeschossige Neubau in modularer Holzhybrid-Bauweise bietet 270 Arbeitsplätze, die meisten im »Open-Space«-Konzept. Doppelstützen und Träger eines eigens entwickelten, hybriden Tragsystems aus Holz und Beton prägen zusammen mit der Verbundrippendecke den Raum und garantieren u. a. die Einhaltung der strengen Brandschutzauflagen. Die Fensterelemente bestehen aus einem großen festverglasten Teil, der außen bündig an die Fassade anschließt und einem beweglichen, nach innen versetzten Öffnungsflügel. Die Holzrahmen der Festverglasung sind von innen nicht zu sehen, was von allen Arbeitsbereichen einen freien Blick auf die pittoreske Landschaft der Umgebung ermöglicht. Ein Fassadenelement besteht in der Vorfertigung aus je drei Stützenpaaren und drei Brüstungselementen, die dann gemeinsam versetzt wurden. Die Fensterelemente wurden separat auf die Baustelle geliefert und jeweils zwischen die Stützen eingebaut. Das über den Fensterbändern befindliche Vordach schützt vor Blendung der Arbeitsplätze, dient darüber hinaus dem konstruktiven Holzschutz und verhindert gleichzeitig den Brandüberschlag ins nächste Geschoss. Es ist in Modulen vorgefertigt und wurde vor Ort an Stahlkonsolen angeschraubt, die bereits werkseitig im Brüstungselement vorgesehen waren. Die Gebäudehülle entspricht den Kriterien des Passivhausstandards. Zur Beheizung und Kühlung dienen Paneele zwischen den Deckenbalken, die zugleich als akustische Absorber fungieren.

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Grundriss Maßstab 1:1000 1 2 3 4 5 6 7

Großraumbüro Think Tank Zellenbüro Kopier-/ Plotterraum Besprechungsraum offene Teeküche Pausenbereich

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Illwerke Zentrum Montafon

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Dreifach-Verglasung Ug = 0,5 W/m2K, Rahmen Eiche massiv ESG schwarz emailliert 6 mm, Hinterlüftung 46 mm Gipsfaserplatte 18 mm Mineralwolle 130 mm, OSB-Platte 18 mm Trennwand Spanplatte Eiche furniert 2≈ 16 mm Rahmen OSB 38/64 mm mit Holzwolle Glastrennwand 2≈ VSG 8,76 mm, Rahmen OSB 20/76 mm Stütze BSH Fichte 2≈ 240/240 mm extensive Begrünung 100 mm, Dachabdichtung Wärmedämmung EPS 2≈ 140 mm, Gefälledämmung 0 –140 mm, Dampfsperre, Holz-Beton-Rippenverbunddecke: Stahlbeton 80 mm, Rippe BSH Fichte 240/280 mm abgehängte Decke Attikabekleidung Kupferblech, Holzschalung 27 mm Lattung 40 mm, Konterlattung 40 mm, Winddichtung Papier Gipsfaserplatte 16 mm Holzkonstruktion/Wärmedämmung Mineralwolle 170 mm OSB 18 mm, Dachabdichtung Auskragung: Kupferblech 0,6 mm, Abdichtung Bitumen dreilagig Spanplatte 24 mm, Kantholz 120/60 mm Untersicht Holzschalung Eiche Sonnenschutzjalousie Wechselfalzschalung Eiche natur 27 mm Doppellattung/Hinterlüftung 2≈ 40 mm Winddichtung Papier, Gipsfaserplatte 16 mm Kantholz 2≈ 170/40 mm dazw. Dämmung Mineralwolle 2≈ 170 mm OSB-Platte 18 mm, Dampfsperre Mineralwolle (Installationsebene) 77 mm Möbel Eichenfurnier, Spanplatte 24 mm abgehängte Decke: Heiz-/Kühlpaneel Lochblech mit Akustikvlies aufkaschiert, Strukturlack Teppich mit Akustikunterlage Mineralstoffplatte faserverstärkt 38 mm Installationsschicht 125 mm mit Dämmung Mineralfaser 30 mm Holz-Beton-Rippenverbunddecke: Stahlbeton 80 mm, Rippe BSH Fichte 240/280 mm Weißtanne 30/40 mm, Fuge 8 mm, Vlies, Wärmedämmung 50 mm

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Beispiel 17

Wohnhaus Tokio, J 2011 Architekten: Sou Fujimoto Architects, Tokio Tragwerksplanung: Jun Sato Structural Engineers, Tokio

Neben dem Gefühl grenzenloser Offenheit stellt die wandlose Struktur mit den luftig darin verteilten Ebenen für die Bewohner in jeder Hinsicht eine große Herausforderung dar. Der Kontrast zwischen der Einfachheit der konstruktiven und gestalterischen Mittel auf der einen und der Komplexität des räumlichen Gefüges auf der anderen Seite eröffnet eine irritierende Fülle an Möglichkeiten. Die Stufen zwischen den Platten werden manchmal als Sitzgelegenheiten oder Tische genutzt, manchmal auch als Vorrichtungen zur Raumaufteilung oder einfach als Sonnenschutz. Sie bergen permanenten Wechsel und Veränderung in sich. Die räumliche Flexibilität macht damit auch ein privatmaßstäbliches Angebot an das von Mobilität

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geprägte Dasein des modernen Stadtnomaden. Durch seine Lage inmitten eines Wohngebiets in der Tokioter Innenstadt ist das »House NA« ideelles Baumhaus, Experiment und Provokation zugleich. Es bietet unbegrenzten Freiraum, beschwört jedoch auch den permanenten Entscheidungswillen, Leere sinnhaft zu füllen und einer fein balancierten Offenheit Richtung zu geben. Diese maximal »gläserne« Wohnform, einsehbar bis zur Durchsichtigkeit, ist eine Kombination aus Öffnungen unterschiedlichster Art und Größe, allesamt aus Glas. Neben Festverglasungen gibt es Glasfenster und -türen, die als Dreh-, Kipp-, Klapp- oder Schiebemechanismus ausgeführt sind und sich ausschließlich nach außen öffnen lassen.

Der Architekt erläutert: »Die Stahlkonstruktion in Weiß ähnelt in keiner Weise der Erscheinungsform eines Baumes. Aber das Leben, das in diesem Haus geführt und erfahren wird, ist eine zeitgenössische Adaption an die Reichhaltigkeit des Lebens, die unsere Vorfahren geführt haben, als sie noch auf Bäumen gelebt haben. Das Haus stellt eine Beziehung dar zwischen der Stadt, der Architektur, den Möbeln und dem Körper und ebenso zwischen dem Natürlichen und Unnatürlichen. Durch die Unterteilung des Bodens in einzelne Bodenplatten in der Größenordnung von Möbeln bietet dieses Haus Wohneinheiten, die durch die räumlich-zeitliche Relativität aufeinander abgestimmt sind – einem Baum ähnlich.«

Wohnhaus

Lageplan Maßstab 1:2000 Schnitte • Grundrisse Maßstab 1:200 1 2 3 4 5 6 7 8

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Stellplatz Foyer Terrasse WC Arbeiten / Studieren Schlafen Küche Wohnen

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Beispiel 18

Bürogebäude Lustenau, A 2013 Architekten: Baumschlager Eberle, Lustenau Projektleitung: Jürgen Stoppel Mitarbeiter: Hugo Herrera Pianno Tragwerksplanung: Mader & Flatz Ziviltechniker, Bregenz Energiekonzept: Lars Junghans, Michigan

Das sechsgeschossige Gebäude, neuer Firmensitz der Architekten, liegt im Gewerbegebiet von Lustenau, unweit der Schweizer Grenze. Außerdem befinden sich branchennahe Mieter sowie eine Galerie und eine Cafeteria im Haus. Ziel der Planer war ein wartungsarmer Bau mit viel Komfort und Behaglichkeit, aber wenig Energie- und Technikeinsatz. So steht auch der Gebäudename »2226« für das Temperaturspektrum von 22 bis 26 °C, das von den meisten Menschen als angenehm empfunden wird. Durch die Konstruktionsweise, die räumliche Organisation und ein komplexes Steuerungssystem kommt das Gebäude ohne Heizungs-, Kühlungs- und Lüftungsgeräte aus. Eine neu entwickelte Software sorgt für die Steuerung der Energieströme. Die enge Verzahnung von Energiekonzept und Architektur zeigt sich unmittelbar an der Schnittstelle zwischen innen und außen: Das Gebäude besitzt 3,36 bis 4,50 m hohe Räume und elektronisch gesteuerte Lüftungsflügel neben raumhohen vertikalen Festverglasungen. Das Maßverhältnis der Öffnungen von circa 5:3 sorgt für eine optimale Ausleuchtung bei einer Trakttiefe von 12 m in den Regelgeschossen. Außerdem bewirken diese Fensterformate, dass das 24 ≈ 24 ≈ 24 m große Gebäude gestreckt und eher als Turm wahrgenommen wird. Die Würfelform wiederum ist neben ihren harmonischen Proportionen auch aus energetischer Sicht bewusst gewählt, da sie das beste Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bietet. Der Fensteranteil von nur 24 % an der gesamten Gebäudehülle hilft, die Wärmeverluste zu minimieren. Die massive, weiß verputzte Gebäudehülle besteht aus zwei Lagen 38 cm starker Ziegel – die innere Schicht aus Hochlochziegeln mit statischer Funktion, die äußeren mit größerem Lochanteil isolieren. Die entsprechend tiefen Fensterlaibungen tragen gemeinsam mit der Ausrichtung des Baukörpers dazu bei, die Eindringtiefe des Sonnenlichts je nach Jahreszeit zu steuern und das Gebäude im Sommer selbst zu beschatten. Im Winter sorgt die Abwärme von Nutzern und Geräten für ausreichenden Energieeintrag, die Lüftungsflügel öffnen sich erst, wenn der CO2Anteil im Raum den zulässigen Wert übersteigt. Bei sommerlicher Hitze öffnen sich nachts die Klappen.

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Bürogebäude

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Grundriss Regelgeschoss Maßstab 1:1000 Horizontalschnitt • Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

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Festverglasung: Dreifach-Isolierverglasung ESG 12 + SZR 16 + ESG 8 + SZR 16 + ESG 8 mm, U = 0,5 W/m2K Holzrahmen Douglasie geölt Lüftungsflügel Drehtür mit Elektroantrieb Holzrahmen 60 mm Beplankung Douglasie 19 mm Füllung Wärmedämmung 40 mm, Vakuumdämmung 20 mm Holzstock 120/98 mm gedämmt Fensterbank Sandstein 50 mm

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auf Dämmmörtel 13 mm Putz 25 mm Mauerwerk Ziegel isolierend 380 mm, Mauerwerk Ziegel (tragend) 380 mm Putz 25 mm Ziegelsturz 120 mm Fließestrich Anhydrit 50 mm Akustikmatte 10 mm Schalung Vollholz 24 mm Polsterhölzer 56 mm Stahlbeton 240 mm Spachtelung 5 mm Dränage Kies 16 – 32 mm

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Beispiel 19

Sanierung ehemalige Arbeiterkantine der Pulverfabrik Rottweil Rottweil, D 2004 Architekt: Bernd Liebmann, Böblingen Bauherr: Holzmanufaktur Rottweil GmbH, Rottweil Hermann Klos, Günther Seitz

Ursprünglich wurde das Ensemble der Pulverfabrik im Jahre 1909 von Professor Heinrich Henes aus Stuttgart erbaut. Nach einigen Umund Anbauten zwischen 1915 und 1936 nutzten die Fabrikarbeiter das Gebäude bis 1975 als Kantine. In den 1980er-Jahren brannte der Bau teilweise aus und stand daraufhin für einige Zeit leer, bis die Holzmanufaktur Rottweil eine aufwendige Sanierung plante. Ziel war es, das Gebäude zu restaurieren und umzubauen, um es anschließend als Werkstatt und Büro nutzen zu können. Der denkmalgeschützte Gebäudekomplex verlangte nach einem besonderen Umgang mit seiner historischen Substanz. Einige der architektonischen Details, denen besondere

Aufmerksamkeit gewidmet wurde, sind die historischen Fenster. Die Sanierung sah vor, die Bestandsfenster nicht durch neue Fenster zu ersetzen. Um die bauzeitlichen Fenster erhalten zu können und zugleich den heutigen Anforderungen gerecht zu werden, mussten sie energetisch verbessert werden. Über eine holz- und beschlagstechnische Überarbeitung der Fenster hinaus wurden Kittfasen erneuert und ein neuer Farbaufbau des Anstrichs vorgenommen. Anstatt die historischen Glasscheiben durch dünne Sonderisolierglasscheiben zu ersetzten – eine ebenfalls vorstellbare Variante – entschied man sich in diesem Fall für ein Vorfenster, auch Winterfenster genannt: eine früher übliche Maßnahme, bei der von

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1. OG / Galerie

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außen ein zusätzliches Fenster angebracht wird, womit das Bestandsfenster zum Doppelfenster erweitert wird. Das Vorfenster ist mit einem Isolierglas ausgestattet und lässt sich nur nach außen öffnen. Eine zusätzliche Dichtung, die in den Rahmenfalz des äußeren Fensters eingefräst wird, ermöglicht die energetische Optimierung der Gesamtkonstruktion. Die Fensterflügel sind lediglich mit Hilfe von Sturmhaken (ein zur Sicherung an zwei Ösen befestigter Haken) eingestellt, und können bei Bedarf komplett ausgehängt werden. Die verschiedenen Öffnungsvarianten der inneren Fenterflügel wurden beibehalten. Diese sind teils als Schwing-, teils als Drehflügel ausgebildet.

Sanierung ehemalige Arbeiterkantine der Pulverfabrik Rottweil

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Galerie Büro Luftraum Werkstatt Umkleide Personal Technik Mauerwerk Außenwand 400 mm Rahmensetzholz Dichtung Silikon- Kautschuk Winterfenster neu: Holzrahmen Kiefer 36 mm, Isolierverglasung ESG 3 mm + SZR 7 mm + ESG 3 mm Oberlichtöffner Schnappverschluss Fensterflügel Oberlicht Schwingflügelmechanismus

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Holzrahmen 35 mm Verglasung Floatglas 3 mm (Bestand) Sprosse Holz 35/25 mm Kittfase neu Schwinglager Stahl verzinkt Kämpfer Holz 35 mm tief Drehflügel Holzrahmen 35 mm, Verglasung Floatglas 3 mm (Bestand) Winkelband in Holz eingelassen Wetterschenkel Holz 63 mm tief Kondenswasserrinne Aluminium Fensterbank Alublech verzinkt Vorreiber Fensterlaibung Holz Sturmhaken

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bb

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Beispiel 20

Sanierung Schauhäuser Botanischer Garten 4

Zürich, CH 2012 Architekten: Hubacher + Peier Architekten und Haerle Hubacher Architekten, Zürich Mitarbeiter: Matthias Hubacher, Erhart Peier Christoph Haerle, Sabina Hubacher Tragwerksplanung: Walt + Galmarini, Zürich

Der Botanische Garten der Universität Zürich wurde Ende der 1970er-Jahre von den Architekten Hubacher, Issler und Maurer mit dem Gartenarchitekten Fred Eicher auf einem 56 600 m2 großen Gelände errichtet. Er besteht aus dem eigentlichen Botanischen Garten, den Institutsgebäuden, dem Betriebsgebäude und Schauhäusern mit ihren charakteristischen Kuppeln. Nach etwa 35 Jahren Betriebszeit wiesen die Bauten markante Alterungserscheinungen auf. Insbesondere die Verglasung der Schauhäuserkuppeln hatte durch Verdunkelung und Veralgung sehr an Lichtdurchlässigkeit eingebüßt, sodass das Pflanzenwachstum stark beeinträchtigt war. Hinzu kamen Schäden am Betriebsgebäude, veraltete Haustechnik

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3 7 5

2

8 6

und hohe Energiekosten für den Betrieb. Nach einer Machbarkeitsstudie entschied man sich für eine Gesamtsanierung innerhalb der gegebenen Konzeption, bei der sämtliche Eingriffe das filigrane Erscheinungsbild der Anlage zu respektieren hatten. Um den Betrieb nicht komplett zu unterbrechen und die wertvollen Pflanzen nicht zu gefährden, erfolgten die Bauarbeiten in sorgfältig geplanten Etappen. Für die neue Gebäudehülle wurden die alten Acrylglaselemente entfernt, durch eine zweischalige Hülle aus jeweils 6 mm starkem Acrylglas auf einer neuen Unterkonstruktion ersetzt und auf die bestehende, teils sanierte und gereinigte Tragstruktur aus Aluminiumrohr montiert. Die nun mögliche Durchlüftung der

Glaszwischenräume erfolgt mit speziellen Verbindungstüllen zwischen den Elementen von unten nach oben, wobei die Luft im First durch integrierte Installationskanäle auf den vertikalen Tragrohren wieder nach unten abgeleitet wird. Die zweischaligen Elemente wurden bereits im Werk mit umlaufenden Distanzhaltern aus Acrylglas verklebt, um eine Verschmutzung des Inneren zu verhindern. Um die durch Sonneneinstrahlung erwärmte Luft abzuführen, sind im Firstbereich der Kuppeln automatisch gesteuerte Lüftungsklappen installiert. Gegen Überhitzung ist zudem ein elektrisches, manuell bedienbares Beschattungssystem partiell auf der Innenseite angebracht.

Sanierung Schauhäuser Botanischer Garten

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Bestand

Grundriss Maßstab 1:1250 Details Knotenpunkt Kuppelkonstruktion Maßstab 1:2,5 Schnitt Maßstab 1:1250 Vertikalschnitt Fassade / Kuppel Maßstab 1:100 1 2 3 4 5 6 7 8

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Seerosen Eingang Foyer / Eingangshalle Subtropenhaus Tropenhaus Savannenhaus Geräte / Remise Betriebsgebäude

Bestand

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Acrylglas 2≈ 6 mm (neu) Distanzhalter Acrylglas mit speziellen Verbindungstüllen zur Durchlüftung Ø 20 mm (neu) Unterkonstruktion Aluminiumprofil 35/80 mm (neu) Tragstruktur (Bestand) Aluminiumrohr Ø 60 – 90 mm, variabler Durchmesser je nach Haus Seil Chromstahl, vorgespannt, mit Ösen an Knotenpunkten befestigt Acrylglas (PMMA) 6 mm (Bestand) Kuppel Acrylglas, zu öffnen

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Beispiel 21

Erweiterung und energetische Sanierung Institutsgebäude des ift Rosenheim

Erweiterung und energetische Sanierung Institutsgebäude des ift Rosenheim Rosenheim, D 2010 Architekten: Guggenbichler+Wagenstaller, Rosenheim Projektleiter: Roman Seiderer Tragwerksplanung: Guggenbichler+Wagenstaller, Rosenheim

Die Schaffung von 50 neuen Arbeitsplätzen, ständig wechselnde Aufgaben der Mitarbeiter, zu wenig Schulungsräume und die Umstrukturierung der Prüflabore machten einen Anbau sowie die Neugestaltung im Inneren des bereits bestehenden Gebäudes vom ift Rosenheim notwendig. Als Prüf- und Forschungsinstitut für Fenster, Fassaden, Glas, Türen, Tore sowie entsprechende Zubehörteile sah sich das ift verpflichtet, für die ebenfalls notwendige energetische Optimierung von Bestand und Anbau modernste Fenster- und Fassadentechnik einzusetzen. Ohne das Fassadenbild zu ändern kamen bei der energetischen Sanierung des Bestandbaus neben einer hochdämmenden Außenhülle Aluminium-Kastenfenster zum Einsatz, die durch die Kombination von Kippflügeln und automatischen Parallelausstellflügeln für eine zugfreie, präzise regelbare und damit energieeffiziente natürliche Lüftung sorgen. Die äußeren Scheiben aus Weißglas verbessern auch im geöffneten Zustand den Schallschutz, was vor allem in den Konferenzräumen von Vorteil ist. Zudem ist eine witterungsabhängige Jalousienutzung und Nachtlüftung bei gleichzeitiger Einbruchhemmung möglich. Im Anbau, der durch seine rote Fassade in Dünnschichttechnologie auffällt, wurden Verbundfenster mit Zweifachverglasung und äußerer Schutzscheibe aus Weißglas verwendet, die mechatronischen Drehkipp-Beschläge sind manuell, per Computer sowie zeit- oder sensorsteuerbar und lassen sich mit der Gebäudeautomation verbinden.

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Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Kastenfenster Altbau, UW = 1,3 W/m2K 1

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Maßstab 1:20

Außenfenster 2440 ≈ 1710 mm: Prallscheibe Weißglas VSG 12 mm aus 2≈ TVG 6 mm, rückseitig Siebdruck Parallelausstellfunktion zur Lüftung, elektrisch zu öffnen, sensorgesteuert Fensterrahmen Aluminium Innenfenster Drehkippflügel: Isolierverglasung ESG 6 mm + SZR 42 mm + ESG 6 mm Sonnenschutzlamellen innenliegend Außenwand, UW = 0,25 W/m2K: Putz 10 mm, Armierungsschicht Wärmedämmung 160 mm Klebemörtel Stahlbeton 250 mm Putz 15 mm

Beispiel 22

Hochhaus

Hochhaus Singapur, SG 2003 Architekten: WOHA Architects, Singapur Mitarbeiter: Gerry Richardson, Sim Choon Heok, Punpong Wiwatkul, Esther Soh, Lisa Yun, Sabrina Foong Lee Li Leng, Timothy Tan, Susan Tan Tragwerksplanung: Meinhardt, Singapur

Das »No. 1 Moulmein Rise« ist ein schlanker 102 m hoher Wohnturm mit 50 Wohnungen auf 28 Stockwerken in Singapur. Um die Fassade bei gleichzeitig klimatischem Nutzerkomfort abwechslungsreich zu gestalten, entwickelten die Planer verschiedene Fassadenmodule. An der Südfassade sind dies u. a. Vorsprünge und Erkerfenster, die mit »Monsunfenstern« ausgestattet sind, einem adaptierten einheimischen Detail: Eine horizontale, geschützt liegende Fensterklappe erlaubt auch während des starken Tropenregens den kühlen Wind zum Lüften der Wohnung zu nutzen. Eine Lochplatte verhindert, dass Objekte herunterfallen können. Sie lässt sich zur Wartung und Reinigung der Brüstungsglasscheiben anheben.

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3 Vertikalschnitt Südfassade Maßstab 1:20 1 2 3

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Aluminiumblech 4 mm ESG 60 mm, thermisch vorgespannt in Rahmen Aluminium Laibungsbekleidung Eichenholz 2≈ 5 mm Mittelpfosten Stahlrohr ¡ 90/50/3 mm Stahlbetonfertigteil Sichtschutzrollo Lüftungspaneel Aluminium perforiert 4 mm, aufklappbar, mit integriertem Insektenschutzgitter MDF 20 mm, verschiebbar Ausziehgriff Schiebepaneel Verbundplatte Aluminium 4 mm Wärmedämmung 25 mm Bodenbelag Parkett 10 mm Unterboden Sperrholz 10 mm Estrich 30 mm Stahlbeton 180 mm

10

261

Beispiel 23

Wohnhaus Wollerau, CH 2005 Architekt: Valerio Olgiati, Flims Projektleitung: Pascal Flammer Tragwerksplanung: Conzett Bronzini Gartmann, Chur Senkfenstersystem: Roffler Metallbau, Klosters und Malans

a

a

EG

»Das Thema des Gebäudes ist der Bau an und für sich – nicht der Ort«, so der Graubündner Architekt über das Gebäude, für das er u. a. den Schweizer Betonpreis erhielt. An einem Hang unweit des Zürichsees gelegen, betritt der Besucher das Einfamilienhaus an einer eher ungewöhnlichen Stelle, an der südöstlichen Ecke des Obergeschosses. Ein geschwungener, fast labyrinthischer Gang, einzig über kreisförmige Dachfenster belichtet, führt vorbei an den Privaträumen und, ohne die Form oder Organisation des Hauses erahnen zu lassen, weiter über eine gewendelte Treppe hinab ins Erdgeschoss. Hier eröffnet sich schließlich der lichtdurchflutete Wohnraum, vom Architekten selbst als »Zentralraum« bezeichnet, der den

262

fast quadratischen Gebäudegrundriss vollständig ausfüllt, ergänzt durch eine angrenzende Küche und ein Badezimmer. Vier bodentiefe identische Rechteckfenster geben den Blick frei auf die umgebende Natur und formen dabei ein »gerahmtes Bild«. Bei schönem Wetter können die Fenster komplett im Boden versenkt werden, und der Raum verwandelt sich um so mehr in einen Pavillon. Nicht nur dieser Aspekt hebt die Gliederung in ein Innen und Außen auf, sondern auch die homogenen fugenlosen Sichtbetonwände, deren zweischalige Konstruktion gleichzeitig monochrome Hülle ist. Der konsequente Einsatz des Materials an Wänden, Decken und Böden verleiht dem Bau seinen archaischen Charakter.

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Sichtbeton 100 mm Wärmedämmung PS 280 mm Sichtbeton 200 mm Senkfenster Rahmen Aluminium pulverbeschichtet, 4000 ≈ 2400 mm, 1300 kg, Hub 2400 mm, Isolierverglasung Weißglas 8 mm + SZR 16 mm + Weißglas 13 mm textiler Sonnen- und Blendschutz innenliegend Anschlag Senkfenster: Stahlprofil ∑ 100/100/4 mm, Senkdichtung Fensterbank Aluminium Vollmaterial 25 mm Stahlbeton 400 mm, Oberfläche geschliffen Fußbodenheizung thermoaktives Bauteilsystem Unterkonstruktion Senkfenster: Stahlrahmen aus Stahlrohr ¡ 80/50/3 mm und Stahlrohr | 50/50/3 mm Umlenkrolle elektrischer Antrieb Gegengewicht

Wohnhaus

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c bb Grundriss • Schnitt Maßstab 1:400 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20

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Beispiel 24

Umbau und Erweiterung Bürogebäude Genf, CH 2012 Architekt: Francis Goetschmann Architecte, Genf Tragwerksplanung: Perreten & Milleret, Genf a a

EG

Der Umbau und die Erweiterung des AllianzFirmensitzes in Genf verfolgten drei wesentliche Ziele: Neben der Neudefinierung des Haupteingangs und der Schaffung eines homogenen Gesamtensembles aus Bestand und Neubau stand vor allem eine Verbesserung der Energiebilanz des Büro- und Wohnkomplexes im Vordergrund, nicht zuletzt weil sich das Unternehmen für eine Energieeinsparungspolitik einsetzt. Der Austausch sämtlicher Fassaden war notwendig, um den aktuellen Wärmeschutzanforderungen zu genügen. Die neue einheitliche Gebäudehülle ersteckt sich über eine Länge von insgesamt 140 m. Die Südwestfassade ist in zwei unterschiedliche Bereiche

264

aufgeteilt. Das Erdgeschoss mit seiner Bekleidung aus horizontal verlaufenden Betonlamellen bildet den Gebäudesockel. Dieser hat einerseits die Aufgabe, die Straßenneigung »aufzufangen«, andereseits schottet er die dahinterliegenden Büros gegen den Straßenverkehr ab. Die darüberliegenden zwei Etagen charakterisiert eine zwischen auskragenden Sichtbetonplatten verlaufende geschosshohe Glasfassade, die mit ihren einer Fischhaut ähnlichen schuppenartigen Glasfeldern sägezahnartig die Gebäudekontur nachzeichnet. Für eine ausreichende Tageslichtversorgung im Inneren des kompakten Bürotrakts sorgen vier rechteckige Lichthöfe.

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Stahlbetonfertigteil 580 mm, Bewehrungsanschluss wärmegedämmt, Wärmedämmung 80 mm Sonnenschutzlamellen außenliegend Isolierverglasung Float 10 mm + SZR 20 mm + VSG aus ESG 2≈ 8 mm, Rahmen Aluminium Lüftungsgitter Edelstahl 2,3 ≈ 2,3 mm mit integriertem Insektenschutzgitter Lüftungspaneel zu öffnen: Alublech eloxiert 2 mm, Wärmedämmung 60 mm, Alublech eloxiert 3 mm Gitterrost außen 40 mm Wärmedämmung 90 mm Auskragung Stahlbeton 300 mm Unterflurkonvektoren Gitterrost innen 25 mm Deckenrand Stahlbeton 890 mm Bodenbelag Teppich Doppelboden Holz 600/600/28 mm, aufgeständert Decke Stahlbeton 250 mm abgehängte Decke Gipskarton Fassade EG: Lamellen Stahlbeton 330/120 mm

Umbau und Erweiterung Bürogebäude

Grundriss Maßstab 1:1500 Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:20

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Beispiel 25

Bootshaus Aure, N 2011 Architekten: TYIN tegnestue Architects, Trondheim Mitarbeiter: Marianne Løbersli Sørstrøm, Yashar Hanstad

Schnittansicht Grundriss Maßstab 1:100 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 2 3 4 5 6 7 8

aa

Das ursprüngliche Bootshaus bei Aure an der norwegischen Küste wurde Mitte des 18. Jahrhunderts errichtet. Der desolate Zustand zwang jedoch zum Abriss und Neubau. Heute tragen 8 m lange Stahlträger, gelagert auf der vorhandenen Felsstruktur, das Deck mit dem Bootshaus. Das weiß lackierte Haupttragwerk aus Holz wurde vor Ort montiert. Die Gebäudehülle besteht großteils aus einheimischer Kiefer, die mit einem umweltfreundlichen, biologischen Abfallprodukt der Zuckerproduktion kesseldruckimprägniert wurde. Somit entfallen zukünftige Nachbehandlungen der Oberfläche, die mit der Zeit eine silbergraue Patina erhält. Durch den unzugänglichen Standort lag es nahe, vorhandene Materialien aus dem Abriss wiederzuverwenden. Teils besteht auch die Innenbekleidung aus der alten Bretterschalung des abgerissenen Bootshauses, dahinter verbergen sich Auskreuzungen aus Stahlseilen. Flexibilität während des Bauprozesses war entscheidend für den gesamten Entwurf. So bestimmten etwa die alten Fenster eines nahe gelegenen Bauernhauses den Abstand der Hauptträger. An der Südfassade schützt nun das alte Wellblechdach die Außenseite der Tore vor dem rauen Klima. Innenseitig sind diese Tore mit hinterleuchteten Segeltüchern aus Baumwolle bespannt. Über Stahlbolzengelenke lassen sie sich nach oben öffnen und bilden im geöffneten Zustand einen schützenden überdachten Außenbereich.

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Zugang Holzdeck Stützmauer Terrasse / Deck Klapptor Eingangstür Drehflügeltor Feuerstelle Arbeitsplatte

Schalung norwegische Kiefer imprägniert 156/25 mm Konterlattung 50/50 mm Tragwerk Kantholz weiß lackiert 98/147 mm Auskreuzung Kantholz weiß lackiert 76/76 mm Stegplatte Polycarbonat 10 mm verschraubt mit neuem Holzrahmen, gummigelagert Fenster (wiederverwertet) Balkenschuh Stahl Gewindestange M12 einbetoniert Drehachse /Stahlbolzen Leuchtstoffröhre Verbindungselement Flachstahl Aufbau Klapptor: Wellblech (wiederverwertet) Kantholzrahmen 98/48 mm, Segeltuch Baumwolle Dielen norwegische Kiefer imprägniert 70/22 mm Kantholz paarweise angeordnet 50/150 mm Kantholz 48/196 mm, Stahlprofil ∑ Stahlprofil Å

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Bootshaus

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Beispiel 26

Wohnhaus Hiroshima, J 2010 Architekten: UID Architects, Hiroshima Keisuke Maeda Tragwerksplanung: Konishi Structural Engineers, Tokio

»Nest« lautet der Projektname des Wohnhauses für eine Mutter und ihre zwei Töchter. Ähnlich wie ein Vogelnest liegt das Haus eingebettet in die umgebende Natur. Bei Temperaturen bis hinunter zu 2 °C den Elementen ausgesetzt, ist es mit lediglich 100 mm Wärmedämmung ausgestattet. Nur bei großer Kälte und Wind trennen Schiebewände aus Einfachverglasung die Wohnbereiche von der zentralen Eingangshalle ab. Geöffnet parken die Gläser außerhalb der Fassade und verstellen somit nicht das innere Raumkontinuum. Trotz seiner einfach gestalteten Außenansicht ist das Gebäude in seinem Aufbau durchaus komplex: So gräbt sich der Zugang zunächst in die Tiefe, um sich in Hausmitte zu einem hohen Raum in Form eines Gartens zu öffnen, in dem sich ein japanischer Ahorn durch das offene Dach in den Himmel streckt. Durch die verschiedenen Ebenen bieten sich immer wieder Einblicke in die einzelnen Bereiche, die interagieren: so beispielsweise vom mit Holzregalen zonierten Raum mit Arbeits- und Schlafplätzen über die Kochzeile in den abgesenkten Ess- und Wohnbereich. Ein weiterer Schlafraum und das Badezimmer liegen im Untergeschoss. Kleine Treppen und ein Tunnel aus Stahlbeton verbinden die Bereiche, die durch Öffnungen und Sichtbezüge miteinander in Verbindung stehen. Grundrisse Maßstab 1:200 1 2 3 4 5 6

Eingangshalle Schlafzimmer Abstellfläche Wohn- und Essküche Garten Schlaf-, Arbeitsplätze

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Ebene 1

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Wohnhaus

Vertikalschnitt Maßstab 1:20 9 7

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7 Abdichtung 1,5 mm Wärmedämmung 50 mm, Sperrholzplatte 12 mm Gefälledämmung 60 –100 mm Sperrholzplatte 28 mm, Holzbalken 210/100 mm Holzlatte 20/40 mm, Sperrholzplatte lasiert 9 mm 8 Bekleidung Zeder 12 mm 9 Oberlicht Isolierglas ESG 6 mm + SZR 12 mm + VSG 8 mm 10 Edelstahlwinkel 50/90 mm 11 Kantholz aufgeständert 120/60 mm 12 Abdichtung 1,5 mm 13 Stahlwinkel verzinkt, phosphatiert 14 Schiebeelement in Rahmen Zeder lasiert, Verglasung Float 8 mm 14 15 Einlegplatte Edelstahl 330/450/6 mm mit angeschweißten Laschen Edelstahl 20/5 mm 16 Stahlbeton flügelgeglättet Schutzanstrich wasserdicht 17 Substrat Bepflanzung 18 Dielen Zeder 24 mm, Sperrholzplatte 30 mm, Holzbalken 100/100 mm 19 Einbauschrank Küche 20 Einbauschrank für TV 21 Stahlbetonfertigteil /Auflager Fassade 22 Abdeckung Acrylglasplatte 10 mm 23 Anker Fassade Stahlschwert Kunstharz beschichtet Tiefe 28 mm 24 Fassadenaufbau: Bekleidung Zeder lasiert 15 mm Unterkonstruktion Holzlatten 2≈ 25/45 mm, Abdichtung Sperrholzplatte 12 mm Wärmedämmung 100 mm Sperrholzplatte lasiert 12 mm 25 Festverglasung Float 8 mm 26 Blendschutz

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Beispiel 27

Pavillon Genf, CH 2008 Architekten: Bakker & Blanc Architectes, Lausanne Mitarbeiter: Nuala Collins, Yves Dreyer, Thierry Sermet Tragwerksplanung: Alho Systembau, Wikon

Die Seeuferpromenade von Genf mit ihren Schiffsanlegestellen sowie Angelplätzen ist ein Ort mit hohem Freizeitwert, der zum Flanieren einlädt. Im Laufe der Jahre jedoch ergaben sich strukturelle Probleme wie der zunehmende Autoverkehr auf den Seestraßen oder auch das heterogene Erscheinungsbild der mit der Zeit entstandenen Gebäude auf der Promenade. Daher schrieb die Stadt Genf einen Wettbewerb aus, mit dem Ziel, auf dem Areal Pavillons für Serviceleistungen in einheitlicher Form zu schaffen. Das Siegerprojekt von Bakker & Blanc Architectes schlägt einen einzigen Gebäudetyp für sämtliche Nutzungen vor, der lediglich bezüglich Größe und Umgebungsgestaltung variiert. Die Ausrichtung der Pavillons senkrecht zum See bricht mit der Struktur der Bebauung hinter den Kais und unterstreicht den Bezug der Wohnquartiere Eaux-Vives und Pâquis zur Promenade. Die Freiräume zwischen den Kleinbauten sollen den Blick auf den See ermöglichen. Abgeschirmt vom Verkehr entstehen geschützte Bereiche. Der Grundtypus ist ein auf das Minimum reduzierter Kubus mit leicht geneigtem Satteldach auf rechteckiger Grundfläche ohne Vorsprünge oder Dachüberstände. Der modulare Aufbau des Pavillons erlaubt die Variation von Gebäudetypen mit verschiedenen Nutzungsarten. Die kleinste mögliche Einheit mit dem Grundmaß von 2,00 ≈ 2,80 m ist eine behindertengerechte öffentliche Toilette. Beim Kiosk kommt eine weitere Einheit hinzu. Der ausgeführte Prototyp, der als Verpflegungsstand mit Restaurant und Kiosk genutzt wird, stellt mit 10 m Länge die größtmögliche der vorgesehenen Varianten dar. Ein textiles Sonnendach, in dessen Schatten Tische und Stühle zum Verweilen einladen, ergänzt den Kubus. Abends, wenn die Klappen geschlossen sind, bleibt ein schlichter Baukörper im öffentlichen Raum. Die Stahlrahmenkonstruktion wurde mit biegesteifen Ecken hergestellt. Über Gasdruckzylinder zu öffnende Klappen gewähren Einblick in den Innenraum, den der Betreiber individuell gestaltet. Die Außenhaut besteht aus Bronzeblech, dessen Patina die Spuren von Nutzung, Transport und Wetter annimmt. Die Bleche sind auf Sandwichpaneele montiert und stoßen fugenlos aneinander.

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Pavillon

Ansicht • Schnitte • Grundriss Maßstab 1:100 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:10

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Anlieferung Lager Küche /Ausgabebereich Restaurant Kiosk Eisverkauf

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Blech aus Bronzelegierung vorpatiniert 1,2 mm, vollverklebt mit Paneel Aluminium-Polyurethan 60 mm Stahlprofil ¡ 40/30/2 mm Dreischichtplatte 27 mm Wärmedämmung 60 mm Wärmedämmung 20 mm Trapezblech wärmegedämmt 40 mm

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Paneel in Stahlrahmen ∑ 60/60/5 mm, teilweise zu öffnen Öffnungsflügel Dreischichtplatte 27 mm Pfosten Stahlrohr ¡ 60/40/4 mm Gummiplattenbelag 2 mm Nivellier-Gewinde 150 mm Metallscheibe 220/ 20 mm auf Unterlegscheibe Gummi 220/20 mm Stahlprofil ÅPE 120 mm Gitterrost 40/20/35 mm Transportösen, über Klappen erreichbar Regenrohr Ø 40 mm Gasdruckzylinder

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Beispiel 28

Sanierung und Umbau Behördenhochhaus Kiel, D 2013 Architekten: bbp : architekten bda, Kiel Björn Bergfeld, Rolf Petersen Mitarbeiter: Nicole Birkholz, Marion Büter, Sven Friedrichs, Jan Szymkowiak Tragwerksplanung: Oemig + Partner, Kiel Energiekonzept: KAplus, Eckernförde

Das schachbrettartige Fassadenmuster fällt dem Betrachter des 13-geschossigen Hochhauses wohl zuerst ins Auge. Hinter einem »Vorhang« aus vor- und zurückspringenden quadratischen Glasfeldern befindet sich der neue Sitz des Kieler Finanzamts. Das Gebäude stammt aus den 1970er-Jahren und war sowohl wärmeschutztechnisch als auch aus Gründen des Brand- und Schallschutzes stark sanierungsbedürftig. Die Aluminiumfassade wurde daher im Zuge des Umbaus vollständig ausgetauscht. Um den heutigen Wärmeschutzanforderungen gerecht zu werden, die Windlasten abzufangen und eine natürliche Belüftung zu gewährleisten, entwickelten die Architekten ein Kastenfenstersystem, bei dem sich immer ein Sommer- und ein Winterfenster abwechseln. Bei letzterem befindet sich eine außenliegende Festverglasung in Fassadenebene. Horizontale Fugen sorgen für den nötigen Frischluftaustausch. Der innere Teil des Fensters kann somit unabhängig geöffnet werden, um die im Fassadenzwischenraum erwärmte Luft zu nutzen. Der Sonnenschutz ist zwischen den beiden Glasebenen wind- und witterungsgeschützt angeordnet. Das Sommerfenster funktioniert fast analog, jedoch schiebt sich hier die äußere Glasscheibe um ca. 15 cm vor die Fassadenebene. Der Fassadenzwischenraum ist folglich intensiver belüftet und sorgt für eine stabile Lufttemperatur. Zusätzlichen Sonnenschutz bietet eine Bedruckung des oberen Bereichs der Außenscheibe.

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6. OG

Sanierung und Umbau Behördenhochhaus

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Stütze Stahlbeton 300/500 mm Metallständer beplankt Gipskarton 2≈ 12,5 mm Wärmedämmung 160 mm Fassadenelementhalter Stahlprofil Å 180, feuerverzinkt, Länge 300 mm, mit Ausgleichsklotz Aluminium-Blockfenster pulverbeschichtet: Drehkippflügel, Zweifach-Wärmeschutzisolierverglasung Float 10 mm + SZR 16 mm Argon + Float 6 mm Sommerfenster: ESG-H 8 mm, linear zweiseitig gehalten, Rahmentiefe 60 mm Winterfenster: ESG-H 8 mm, linear zweiseitig gehalten, Rahmentiefe 25 mm, pulverbeschichtet schwarzgrau Sonnenschutz mit Tageslichttechnik Flachlamelle 80 mm Lüftungsfuge 110 mm hoch Absturzsicherung Rundstahl 26 mm Fensterbank Aluminiumblech pulverbeschichtet, Antidröhnbeschichtung Fensterbank HPL-Platte 13 mm, Aufdopplung an der Kante 13 mm, Befestigung am Elementrahmen Festverglasung ESG-H 10 mm, linear zweiseitig gehalten Brandschutzpaneel Aluminiumblech 3 mm Wärmedämmung nicht brennbar 180 mm Wärmedämmung nicht brennbar 30 mm Stahlblech verzinkt 3 mm Innenbekleidung Gipskarton 2≈ 12,5 mm Fußbodenaufbau (Bestand), Bodenbelag Teppich Lüftungsfuge umlaufend 150 mm Scheibenhalterung Aluminiumprofil eloxiert 70/5 mm

bb

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Beispiel 29

a

Studentenwohnheim Hertfordshire, GB 2011 Architekten: Hawkins\Brown, London Mitarbeiter: Roger Hawkins, Oliver Milton, Julia Roberts (Projektleitung), Chloe Sharpe Tragwerksplanung: Elliot Wood Partnership, London

d d a

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Nur 40 Autominuten von London entfernt, im Landkreis Hertfordshire, befindet sich die neue Studentensiedlung mit 205 Wohnungen, auf dem ländlichen Campus des Royal Veterinary College Hatfield. Insgesamt neun baugleiche Punkthäuser mit Studentenwohnungen gruppieren sich paarweise um grüne Innenhöfe und Plätze. Die drei- bis viergeschossigen Blocks, alle in Ost-West-Richtung orientiert, werden durch einen durchlässig gestalteten Erschließungskern miteinander verknüpft. Ein langgestrecktes Gebäude ergänzt den Komplex um ein Restaurant sowie Konferenz- und Gemeinschaftsräume. Die jeweils sechs Zimmer pro Geschoss sind mit einer vorgefertigten Nasszelle ausgestattet und teilen sich eine Gemeinschaftsküche. Jedes Zimmer besitzt ein Erkerfenster, dessen Schrägstellung direkte Einblicke verhindern soll und das auf einer Seite mit einem öffenbaren Lüftungsgitter aus eloxiertem Aluminium versehen ist. Eine Mischkonstruktion aus Betonfertigteildecken, tragenden Mauerwerkswänden und einer Stahlrahmenkonstruktion im Dachgeschoss bildet den Kern der Wohnhäuser. Die Deckenauskragungen der Erkerfenster wurden mithilfe von Stahlrahmen realisiert, die am Betonfertigteil rückverankert sind. Das Tragwerk der Treppenkerne setzt sich aus Stahlträgern und Betondecken zusammen. Die Fassaden der klar definierten Gebäudekuben sind im Sockelbereich mit einer Vormauerschale aus Ziegelsteinen ausgeführt und in den oberen Geschossen mit einer Holzschalung bekleidet. Die hybride Gebäudehülle ist einerseits Gestaltungselement, nicht zuletzt um die monolithischen Baukörper aufzulockern. Zugleich verweist die Verwendung des Red-Cedar-Holzes und des Bronsgroen-Ziegels auf die Geschichte des Orts: Während die ursprünglichen Gebäude des Campus komplett in Backstein erbaut wurden, sind neuere Gebäude meist aus Holz. In Zusammenarbeit mit einer Künstlerin entstand die perforierte bronzefarbene Aluminiumbekleidung der vorgefertigten Treppenhäuser, die sich nachts durch farbiges Licht in überdimensionale Laternen verwandeln.

274

EG

Studentenwohnheim

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Schnitt • Grundriss Maßstab 1:500 Horizontalschnitt • Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

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Schalung Western-Red-Cedar-Holz 19/75 mm bzw. 19/150 mm Konterlattung 50/50 mm Traglattung mit Hinterlüftung 84/50 mm Stahlblech, Abdichtung Wärmedämmung 120 mm, Dampfsperre Aufbeton 75 mm Betonfertigteildecke 200 mm Bekleidung Aluminiumblech gekantet 2 mm Abdichtung Wärmedämmung 100 mm Festverglasung ESG 6 mm + SZR 16 mm + VSG 11,5 mm Abdichtung diffusionsoffen Wärmedämmung 100 mm, Dampfsperre Mauerwerk 200 mm Gipskarton 2≈ 15 mm, Putz 3 mm Teppich 8 mm Akustikvlies 4,5 mm Aufbeton 75 mm Betonfertigteil 150 mm abgehängte Decke Gipskarton Metallständerwand gedämmt 100 mm Aluminiumständerwand 48 mm Gipskarton 2≈ 15 mm Lüftungsgitter Aluminiumblech perforiert 2 mm Sandwichpaneel Aluminium eloxiert 28 mm Abdichtung zweilagig Abdeckung Sperrholz 20 mm Trapezblech 60 mm mit Aufbeton 140 mm Aluminiumblech perforiert und gekantet 2 mm Stahlrahmenkostruktion aus Stahlprofil Å 200 mm Brüstung Stahlrohr ¡ 150/50/5 mm Profilblech 50 mm mit Aufbeton 60 – 85 mm Bodenplatte Ortbeton 240 mm

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Beispiel 30

Bürogebäude 3

Ballerup, DK 2013 Architekten: Arkitema Architects, Aarhus Tragwerksplanung: midtconsult, Herning

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4. OG

Das moderne Verwaltungsgebäude für die neue Firmenzentrale von Siemens vor den Toren von Kopenhagen wurde im Jahr 2014 eingeweiht und bietet rund 900 Mitarbeitern einen Arbeitsplatz. Horizontal verlaufende Fensterbänder sowie die Fassadenbekleidung mit abwechselnd weißen und dunkelgrauen Betonsandwichplatten vermitteln einen dynamischen Eindruck des fünfgeschossigen Gebäudekomplexes. Das Erdgeschoss beherbergt für Mitarbeiter und Gäste öffentlich zugängliche Funktionen wie Rezeption, Kantine, Ausstellungs- und Klassen- bzw. Schulungsräume. Das zentrale helle Atrium mit seinem markanten Treppen- und Aufzugsturm sowie den daran

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anschließenden Zugangsbrücken zu den Büroetagen und Gemeinschaftsräumen stellt den Kern des Gebäudes dar. Es bietet neben der notwendigen Erschließung interessante und unerwartete Blickbeziehungen zwischen den einzelnen Ebenen der Büroetagen. Dort gruppieren sich flexible Arbeitsplätze um integrierte Mittelzonen in Form von Erholungsflächen, Konferenzzimmern, Küchenzellen und Kopierräumen. Ein großzügig verglastes Dach, bestehend aus sechs Reihen eines modularen OberlichtSystems, überspannt das Atrium und trägt maßgeblich zu einem hohen Tageslichteintrag bei. Jedes der insgesamt 228 Oberlichter misst 0,9 auf 2,2 Meter. Der in den Fensterrahmen

zum Einsatz kommende Verbundwerkstoff aus Glasfasern und Polyurethan sorgt für eine geringe Wärmeleitfähigkeit, verhindert somit Kältebrücken und gewährleistet einen sehr niedrigen U-Wert. Alle Fensterelemente des Modularen Oberlicht-Systems enthalten integrierte weiße Sonnenschutzrollos. Diese sind, im Gegensatz zu dunkleren Stoffen, extrem lichtdurchlässig und sorgen für einen ausreichenden und angenehmen Tageslichteintrag im Inneren. Sie werden automatisch durch ein spezielles System gesteuert, das auf Temperatur und Lichteinstrahlung anspricht und das Atrium so vor extremer Hitze und blendendem Sonnenlicht schützt, ohne jedoch die Tageslichtqualität zu beeinträchtigen.

Bürogebäude

Grundriss • Schnitt Maßstab 1:1000 1 2 3 4 5 6

Atrium Erschließungsturm Büros Besprechung Think tank Drucker- /Kopiererzone

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9 11 12 Vertikalschnitt Modulares Oberlicht Maßstab 1:20 3D-Darstellung Modulares Oberlicht (Prinzip) 7

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Oberlicht 900 x 2200 mm elektrisch zu öffnen: Dreifach-Isolierverglasung mit Sonnenschutzbeschichtung ESG 8 mm + SZR 12 mm + ESG 4 mm + SZR 12 mm + ESG 10,2 mm, Satteldachneigung 32 ° Firsthaube Aluminium Eindeckrahmen Aluminiumblech Dämmung EPS 50 mm Sonnenschutzrollo textil, Farbton weiß, Automatikbetrieb Montageklammer Stahl verzinkt Stahlprofil HEB 100 Gipskarton 2≈ 12,5 mm Halteprofil 25 mm/Luftraum 25 mm Unterkonstruktion Rahmen aus Stahlprofil ¡ 20/40/3 mm, (Länge ca. 1200 mm) Dampfsperre Stahlrahmen aus Stahlprofil HEB 120 / Wärmedämmung 120 mm Unterkonstruktion Fassadenpaneel Stahlwinkel 60/40/1,2 mm Abdichtung Kunststoff FPO Fassaden-Sandwichelement 80 mm: Deckschale Stahlblech, Kern Wärmedämmung Steinwolle Dachdichtungsbahn Kunststoff FPO Wärmedämmung 100 mm Stahrahmen aus Stahlprofil HEB 120 / Wärmedämmung 120 mm Decke Stahlbetonrippen 500 mm Abhangdecke Gipskarton 2≈ 12,5 mm Unterkonstruktion Stahlrahmen 45 mm

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Autoren Jan Cremers (Herausgeber) Jahrgang 1971 Architekturstudium an der Universität Karlsruhe und an der Westminster University London 1999 – 2002 Tätigkeit als Architekt, u. a. bei Koch+Partner, München 2002 – 2006 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Gebäudetechnologie, Prof. Thomas Herzog, Technische Universität München 2006 Promotion an der Technischen Universität München 2006 – 2008 SolarNext AG, Rimsting, zeitweise als Vorstand seit 2008 Director Technology bei Hightex GmbH, Rimsting seit 2008 Professur für Gebäudetechnologie und Integrierte Architektur an der Hochschule für Technik Stuttgart seit 2011 erster Studiendekan im Studiengang KlimaEngineering an der Hochschule für Technik Stuttgart

Markus Binder Jahrgang 1970 Architekturstudium an der Universität Stuttgart, Bauphysikstudium an der Hochschule für Technik Stuttgart 1998 – 2011 Mitarbeit und Projektleitung in Architekturbüros im Raum Stuttgart 2007– 2011 akademischer Mitarbeiter an der Hochschule für Technik Stuttgart, Studiengang Bauphysik 2009 – 2011 Lehrauftrag für Bauphysik an der Staatlichen Akademie der Bildenden Künste Stuttgart 2011 Professurvertretung für Baukonstruktion und Entwerfen, insbesondere klimagerechte Architektur, an der Hochschule für Technik Stuttgart seit 2012 Professur für integrierte Gebäudetechnik an der Hochschule für Technik Stuttgart seit 2013 Partner bei CAPE climate architecture physics energy

Peter Bonfig Jahrgang 1960 1980 –1986 Architekturstudium an der Technischen Universität Braunschweig, Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich und Technischen Universität München (Diplom) 1988 –1993 Zusammenarbeit mit dem Architekturbüro Herzog + Partner in München seit 1991 eigene Projekte und Tätigkeiten als freischaffender Architekt, u. a. professionelle Architekturfotografie 1995 –1998 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Stuttgart, Institut für Entwerfen und Konstruieren 2001– 2007 wissenschaftlicher Assistent an der Technischen Universität München am Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und am Lehrstuhl für Industrial Design 2007 Promotion an der Technischen Universität München 2008 – 2009 Mitarbeit bei BlighVollerNield Architecture in Melbourne / Australien 2009 – 2010 Lehrauftrag an der Technischen Universität München Lehrtätigkeit im Ausland: Royal Academy of Fine Arts in Kopenhagen, University of Texas at Austin, Kyoto Institute of Technology seit 2012 Entwicklung von Forschungsprojekten u. a. mit der Hochschule für Technik Stuttgart

Joost Hartwig Jahrgang 1980 Architekturstudium an der Technische Universität Darmstadt 2007– 2012 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen bei Professor Manfred Hegger an der Technischen Universität Darmstadt mit den Forschungsschwerpunkten Ökobilanzierung und Nachhaltigkeitsbewertung von Gebäuden 2007– 2013 Mitarbeiter bei der HHS Planer + Architekten AG, Kassel

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seit 2008 Auditor für das Nachhaltigkeitszertifizierungssystem der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB), Engagement u. a. als Mitglied der Expertengruppe »Ökobilanzierung« Wintersemester 2009/2010 Lehrauftrag an der Fachhochschule Erfurt 2010 – 2013 Lehrveranstaltungen an der Umeå School of Architecture, Schweden 2013 Lehrauftrag an der Fachhochschule Frankfurt seit Sommersemester 2014 Vertretungsprofessor für Ökobilanzierung, Nachhaltigkeitsbewertung und Energieeffizienz für Gebäude an der Frankfurt University of Applied Sciences seit 2011 geschäftsführender Gesellschafter der ina Planungsgesellschaft mbH seit Juli 2013 im Vorstand des AktivPlus e. V.

Hermann Klos Jahrgang 1954 nach dem Abitur Ausbildung zum Schreiner seit 26 Jahren als Schreinermeister und Geschäftsführer der Holzmanufaktur Rottweil GmbH mit derzeit ca. 80 Mitarbeitern schwerpunktmäßig im Bereich der Baudenkmalpflege in Süddeutschland und der Schweiz tätig Gutachten und Projektierungen von Bauleistungen Vorträge und Dozententätigkeit zu denkmalrelevanten Fragestellungen Mitglied verschiedener Vereinigungen im Bereich Denkmalpflege, Baukultur und Bauwerkserhaltung Mitglied von netzwerk.kulturgut.org

Ulrich Sieberath Jahrgang 1957 Diplomstudium im Fach Holztechnik an der Hochschule Rosenheim seit 1982 Mitarbeiter des ift Rosenheim, Leitung der Abteilung Türentechnik und Einbruchsicherheit seit 1995 Leitung der Zertifizierungsstelle für Qualitätsmanagementsysteme und Produkte seit 2000 Koordination der Geschäftsfelder im ift Rosenheim seit 2002 Stellvertretender Institutsleiter seit Februar 2004 Leiter des ift Rosenheim seit Oktober 2012 Honorarprofessor der Hochschule Rosenheim weitere Funktionen und Tätigkeiten: • Lehrauftrag an der Hochschule Rosenheim • Mitarbeit und Obmannschaft in zahlreichen Normungsausschüssen / Sektorgruppen: Obmann im NA 005-09-01 Spiegelausschuss zu TC33, Obmann von CEN TC33 WG1 Fenster und Türen Vorsitzender der SG06 (Fenster, Türen, Tore) und SG 06 D; Mitglied im Spiegelgremium der Advisory Group of Notified Bodies • Mitglied der Prüfungskommission IHK für vereidigte Sachverständige • Fachbegutachter für Akkreditierungsstellen: DAkkS Berlin und Eidgenössisches Amt für Messwesen (Schweiz) Hauptfachgebiete: Bauteilprüfung Fenster / Türen / Fassaden, Materialprüfung Holz / Holzwerkstoffe /Glas, Einbruchprüfung Fenster / Rollläden / Türen /Fassaden /Glas / Beschläge

Wolfgang Jehl Jahrgang 1963 1986 –1991 Diplomstudium im Fach Holztechnik an der Hochschule Rosenheim mit Praktika im Metall- und Schreinerhandwerk sowie im Fertighausbau seit 1991 Mitarbeiter am ift Rosenheim, Tätigkeitsfelder: • 1991 – 2002 Gutachten, Objektüberwachung • 2000 – 2002 Leiter Abteilung Gutachten • 2003 – 2010 stellvertretender Prüfstellenleiter ift Zentrum Fenster und Fassaden • seit 07/2010 Produktingenieur und stellvertretender Prüfstellenleiter im Geschäftsbereich Baustoffe & Halbzeuge für die Bereiche geklebte Verglasungen, äußere

Abschlüsse, Baukörperanschluss sonstiges: • Obmann im Normenausschuss NA 005-02-17 AA »Schaumkunststoffbänder« • Mitglied im Lenkungsgremium NA 005-02 FBR »Abdichtung, Feuchteschutz« • Lehrbeauftragter an der Hochschule Rosenheim im Rahmen von EDPRO

Ingo Leuschner Jahrgang 1972 1991–1997 Diplomstudium im Fach Holztechnik an der Hochschule Rosenheim seit 1997 Mitarbeiter am ift Rosenheim, Tätigkeitsfelder: • technische Assistenz der Institutsleitung • Sachverständigenzentrum • Leitung von diversen Forschungsprojekten (Holzfassaden, Beschlagtechnik, Verbundaufbauten, Oberflächentechnik) • 2005 – 2010 stellvertretender Leiter F&E • 2010 – 2013 Unternehmensentwicklung, Innovationsmanagement • seit 2014 Leiter ift Sachverständigenzentrum sonstiges: • Referententätigkeit

Elke Sohn Jahrgang 1966 Architekturhistorikerin und -theoretikerin Studium der Architektur und des Städtebaus sowie Promotion 2005 an der Hochschule für bildende Künste Hamburg 2007 – 2012 Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HafenCity Universität Hamburg und der Technischen Universität Kaiserslautern 2006 – 2009 Vertretungsprofessorin an der Hochschule für Wirtschaft und Technik des Saarlandes seit 2012 Professur für Baugeschichte und Architekturtheorie an der Hochschule für Technik Stuttgart Forschungs- und Publikationsschwerpunkt: Geschichte und Theorie der Architektur der Moderne

Thomas Stark Jahrgang 1970 Bankkaufmann Deutsche Bank AG Architekturstudium und Promotion an der Universität Stuttgart 2003 – 2005 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Baukonstruktion 2, Prof. Stefan Behling, Universität Stuttgart 2005 – 2008 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen bei Professor Manfred Hegger an der Technischen Universität Darmstadt 2003 Gründung ee-plan, Stuttgart seit 2008 Professur für Energieeffizientes Bauen an der HTWG Konstanz, Fakultät Architektur und Gestaltung seit 2009 geschäftsführender Gesellschafter der ee concept GmbH, Darmstadt / Tübingen

Dank

Verordnungen, Richtlinien, Normen

Jan Cremers dankt seiner Familie für die aufgebrachte Geduld und Zeit für dieses umfangreiche Buchprojekt, ebenso seinem Vater Stefan Cremers für die Sensibilisierung für das Thema von Kindheit an, für die zahlreichen fruchtbaren Diskussionen und für den großartigen Bilderschatz. Außerdem dankt er seinem engagierten Mitautorenkreis sowie den Kollegen an der Hochschule für Technik Stuttgart für fachliche Unterstützung und Rat, vor allem Peter Krebs, Andreas Drechsler und Heinz-Martin Fischer.

Die EU hat für eine Anzahl von Produkten Richtlinien erlassen, um insbesondere Sicherheit und Gesundheit der Anwender zu gewährleisten. Diese Richtlinien müssen in den Mitgliedsstaaten in verbindliche Gesetze und Verordnungen umgesetzt werden. Die Richtlinien selbst enthalten keine technischen Details, sondern nur verbindliche grundlegende Anforderungen. Die technischen Werte dafür sind in zugeordneten technischen Regeln und in Form von europaweit harmonisierten Normen (EN-Normen) festgelegt. Allgemein stellen technische Regeln Arbeitshinweise und Hilfsmittel für den Arbeitsalltag dar. Sie sind keine Rechtsvorschriften, sondern geben Entscheidungshilfen, bilden eine Richtschnur für einwandfreies technisches Vorgehen und /oder konkretisieren Inhalte von Verordnungen. Grundsätzlich steht die Anwendung der technischen Regeln jedermann frei. Erst wenn diese in Gesetzen, Verordnungen oder Vorschriften vorgesehen sind, werden sie rechtsverbindlich (z. B. im Baurecht) – oder wenn vertraglich die Verbindlichkeit einzelner Normen zwischen den Vertragspartnern festgelegt wird. Zu den technischen Regeln gehören u. a. DIN-Normen, VDI-Richtlinien und die als Regeln der Technik bezeichneten Werke (z. B. Technische Regeln für Gefahrstoffe TRGS). Die Normen unterscheiden sich in Produkt-, Anwendungs- und Prüfnormen. Oftmals beziehen sie sich nur auf eine spezifische Material- oder Produktgruppe. Diesen Normen liegen entsprechende Prüf- und Rechenmethoden für die jeweiligen Materialien zugrunde. Grundsätzlich gilt immer die neueste Version einer Norm, die dem Stand der Technik entsprechen soll. Eine neue oder überarbeitete Norm wird in Form eines Normentwurfs öffentlich zur Diskussion gestellt, um später als Norm verabschiedet zu werden. Welchen Ursprung und Einflussbereich eine Norm hat, lässt sich aus ihrer Bezeichnung ersehen: DIN plus Zählnummer (z. B. DIN 4108) besitzt überwiegend nationale Bedeutung (Entwürfe werden mit E und Vornormen mit V gekennzeichnet). Bei DIN EN plus Zählnummer (z. B. DIN EN 335) handelt es sich um die deutsche Ausgabe einer europäischen Norm, die unverändert von der europäischen Normungsorganisation CEN übernommen wurde. Bei DIN EN ISO (z. B. DIN EN ISO 13 786) spiegelt sich der nationale, europäische und weltweite Einflussbereich wider. Auf Grundlage einer Norm der internationalen Normungsorganisation ISO wurde eine europäische Norm erarbeitet, die als DIN-Norm übernommen wurde. Bei DIN ISO (z. B. DIN ISO 2424) handelt es sich um eine unveränderte Übernahme einer Norm der ISO als nationale Norm. Die nachfolgende Zusammenstellung ist eine Auswahl von Verordnungen, Richtlinien und Normen, die den Stand der Technik wiedergibt (November 2014). Verbindlich sind immer nur die Normblätter mit dem neuesten Ausgabedatum des DIN (Deutsches Institut für Normung e. V.).

Einzelne Inhalte des Beitrags »Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die frühe Neuzeit« (siehe S. 12ff.) von Hermann Klos sind bereits erschienen in: »Huckfeldt, Tobias; Wenk, HansJoachim (Hrsg.): Holzfenster – Konstruktion, Schäden, Sanierung, Wartung. Köln 2009, S. 13 – 32«. Hermann Klos und der Verlag danken dem Rudolf Müller Verlag herzlich für die freundliche Genehmigung zur Veröffentlichung und die gute Zusammenarbeit. Autoren und Verlag danken außerdem folgenden Personen und Firmen, die für dieses Buch Informationen, Abbildungen und /oder Zeichnungsunterlagen bereit gestellt haben: AEREX HaustechnikSysteme GmbH, Villingen-Schwenningen (D) Aereco GmbH, Hofheim-Wallau (D) Andreas Wagner, Karlsruhe (D) Aumüller Aumatic GmbH, Thierhaupten (D) Daniel Westenberger, München (D) EControl-Glas GmbH & Co. KG, Plauen (D) ERCO GmbH, Lüdenscheid (D) Fiberline Composites A/S, Middelfart (DK) Flachglas Wernberg GmbH, Wernberg-Köblitz (D) Gerd Gassmann, Karlsruhe (D) Glas Trösch AG Isolierglas, Bützberg (CH) GlassX AG, Zürich (CH) Gretsch-Unitas GmbH, Ditzingen (D) Hautau GmbH, Helpsen (D) Hofman Dujardin Architecten, Amsterdam (NL) Innoperform GmbH, Preititz (D) Internorm International GmbH, Traun (A) Interpane, Lauenförde (D) I-S-T AG, Prutting (D) KNEER-SÜDFENSTER, Westerheim (D) LTG Aktiengesellschaft, Stuttgart (D) LUNOS Lüftungstechnik GmbH für Raumluftsysteme, Berlin (D) Okalux GmbH, Marktheidenfeld (D) Otto Fuchs KG, Meinerzhagen Raico, Pfaffenhausen (D) Renson Ventilation, Waregem (B) Roto Frank Bauelemente GmbH, Bad Mergentheim (D) Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH, Aachen (D) Schüco International KG, Bielefeld (D) Sebastian Fiedler, Frankfurt (D) Stabalux GmbH, Bonn (D) Steffen Jäger, Braunschweig (D) Uniglas GmbH & Co. KG, Montabaur (D) VELUX Deutschland GmbH, Hamburg (D) WAREMA Renkhoff SE, Marktheidenfeld (D) Werner Lang, München (D) Wicona, Ulm (D) ZAE Bayern e.V., Würzburg (D)

Merkblätter des Verbandes der Fenster- und Fassadenhersteller (VFF) Merkblatt: Gebäudeeingänge mit großem Publikumsverkehr, Züricher Energieberatung/Bundesamt für Energie 1998 Richtlinie zur Beurteilung der visuellen Qualität von Glas für das Bauwesen, erstellt vom Technischer Beirat im Institut des Glaserhandwerks für Verglasungstechnik und Fensterbau, Hadamar und vom Technischen Ausschuss des Bundesverband Flachglas e. V., Troisdorf, aktueller Stand: 5-2009 Richtlinien der RAL-Gütergemeinschaft Fenster und Haustüren Richtlinien des Bundesinnungsverbands des Glaserhandwerks Richtlinien des Bundesverband Flachglas Richtlinien des Bundesverband Holz und Kunststoff Richtlinien Technische Richtlinien des Glaserhandwerks Technische Regeln für die Bemessung und die Ausführung punktförmig gelagerter Verglasungen (TRPV), DIBt, 8-2006

Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV), Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), 1-2003, inzwischen abgelöst durch die neue Glasbemessungsnorm DIN 18 008-4 Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV), Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), 8-2006, inzwischen abgelöst durch die neue Glasbemessungsnorm DIN 18 008-2 Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) Zweite Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung vom 18. November 2013. EnEV 2014 Übergeordnete Normen und Regelwerke DIN 1946-6 Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und Kennzeichnung, Übergabe /Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung. 2009-05 DIN 18 055 Kriterien für die Anwendung von Fenstern und Außentüren nach DIN EN 14351-1. 2014-11 DIN EN 14 351-1 Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Teil 1: Fenster und Außentüren ohne Eigenschaften bezüglich Feuerschutz und /oder Rauchdichtheit. 2010-08 DIN EN 14 351-2 Norm-Entwurf Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Teil 2: Innentüren ohne Feuerschutz- und/oder Rauchdichtheitseigenschaften. 2014-06 DIN 1960 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil A: Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen. 2012-09 DIN 1961 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil B: Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen. 2012-09 DIN 18 299 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art. 2012-09 DIN 58 125 Schulbau – Bautechnische Anforderungen zur Verhütung von Unfällen. 2002-07 DIN 18 040-1 Barrierefreies Bauen – Planungsgrundlagen – Teil 1: Öffentlich zugängliche Gebäude. 2010-10 DIN 18 040-2 Barrierefreies Bauen – Planungsgrundlagen – Teil 2: Wohnungen. 2011-09 DIN EN 1991-1-1 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke – Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau. 2010-12 DIN EN 12 216 Abschlüsse – Terminologie, Benennungen und Definitionen. 2002-11 DIN EN 12 519 Fenster und Türen – Terminologie. 2004-06 Werkstoffe DIN 18 008-1 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 1: Begriffe und allgemeine Grundlagen. 2010-12 DIN 18 008-2 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 2: Linienförmig gelagerte Verglasungen. 2010-12 DIN 18 008-2 Berichtigung 1 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 2: Linienförmig gelagerte Verglasungen, Berichtigung zu DIN 18 0082:2010-12. 2011-04 DIN 18 008-3 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 3: Punktförmig gelagerte Verglasungen. 2013-07 DIN 18 008-4 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 4: Zusatzanforderungen an absturzsichernde Verglasungen. 2013-07 DIN 18 008-5 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 5: Zusatzanforderungen an begehbare Verglasungen. 2013-07 DIN EN 356 Glas im Bauwesen – Sicherheitssonderverglasung – Prüfverfahren und Klasseneinteilung des Widerstandes gegen manuellen Angriff. 2000-02 DIN EN 357 Glas im Bauwesen – Brandschutzverglasungen aus durchsichtigen oder durchscheinenden Glasprodukten – Klassifizierung des Feuerwiderstandes. 2005-02

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DIN EN 572-1 Glas im Bauwesen – Basiserzeugnisse aus Kalk-Natronsilicatglas – Teil 1: Definitionen und allgemeine physikalische und mechanische Eigenschaften. 2012-11 DIN EN 572-2 Glas im Bauwesen – Basiserzeugnisse aus Kalk-Natronsilicatglas – Teil 2: Floatglas. 2012-11 DIN EN 673 Glas im Bauwesen – Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) – Berechnungsverfahren. 2011-04 DIN EN 1096-4 Glas im Bauwesen – Beschichtetes Glas – Teil 4: Konformitätsbewertung / Produktnorm. 2005-01 DIN EN 1279-1 Glas im Bauwesen – MehrscheibenIsolierglas – Teil 1: Allgemeines, Maßtoleranzen und Vorschriften für die Systembeschreibung. 2004-08 DIN EN 1279-2 Glas im Bauwesen – MehrscheibenIsolierglas – Teil 2: Langzeitprüfverfahren und Anforderungen bezüglich Feuchtigkeitsaufnahme. 2003-06 DIN EN 1279-3 Glas im Bauwesen – Mehrscheiben-Isolierglas – Teil 3: Langzeitprüfverfahren und Anforderungen bezüglich Gasverlustrate und Grenzabweichungen für die Gaskonzentration. 2003-05 DIN EN 13 022-1 Glas im Bauwesen – Geklebte Verglasungen – Teil 1: Glasprodukte für Structural-SealantGlazing (SSG-) Glaskonstruktionen für Einfachverglasungen und Mehrfachverglasungen mit oder ohne Abtragung des Eigengewichtes. 2014-08 DIN EN 13 022-2 Glas im Bauwesen – Geklebte Verglasungen – Teil 2: Verglasungsvorschriften für StructuralSealant-Glazing (SSG-) Glaskonstruktionen. 2014-08 DIN EN 14 449 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Konformitätsbewertung / Produktnorm. 2005-07 DIN EN ISO 12 543-2 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Teil 2: Verbund-Sicherheitsglas (ISO 12 543-2:2011). 2011-12 DIN EN ISO 12 543-3 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Teil 3: Verbundglas (ISO 12 543-3:2011). 2011-12 DIN EN ISO 12 543-4 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Teil 4: Verfahren zur Prüfung der Beständigkeit (ISO 12543-4:2011). 2011-12 DIN EN ISO 12 543-5 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Teil 5: Maße und Kantenbearbeitung (ISO 12543-5:2011). 2011-12 DIN EN ISO 12 543-6 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Teil 6: Aussehen (ISO 12543-6:2011 + Cor. 1:2012). 2012-09 EN 14 024 2004-10 Metallprofile mit thermischer Trennung – Mechanisches Leistungsverhalten Bauphysik: Anforderungen und Eigenschaften DIN 4108 Beiblatt 2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Wärmebrücken – Planungs- und Ausführungsbeispiele. 2006-03 DIN 4108-2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz. 2013-02 DIN 4108-3 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz; Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung. 2001-07 DIN 4108-3 Norm-Entwurf Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung. 2012-01 DIN 4108-4 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte. 2013-02 DIN 4108-7 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden – Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele. 2011-01 DIN 4109 Schallschutz im Hochbau; Anforderungen und Nachweise. 1989-11 DIN 4109 Beiblatt 1 Schallschutz im Hochbau; Ausführungsbeispiele und Rechenverfahren. 1989-11 DIN 4109 Beiblatt 1/A1 Schallschutz im Hochbau – Ausführungsbeispiele und Rechenverfahren; Änderung A1. 2003-09 DIN 4109 Beiblatt 1/A2 Schallschutz im Hochbau –

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Beiblatt 1: Ausführungsbeispiele und Rechenverfahren; Änderung A2. 2010-02 DIN 4109 Beiblatt 2 Schallschutz im Hochbau; Hinweise für Planung und Ausführung; Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz; Empfehlungen für den Schallschutz im eigenen Wohn- oder Arbeitsbereich. 1989-11 DIN 4109 Beiblatt 3 Schallschutz im Hochbau – Berechnung von R'w, R für den Nachweis der Eignung nach DIN 4109 aus Werten des im Labor ermittelten Schalldämm-Maßes Rw. 1996-06 DIN EN 12 207 Fenster und Türen – Luftdurchlässigkeit – Klassifizierung. 2000-06 DIN EN 12 208 Fenster und Türen – Schlagregendichtheit – Klassifizierung. 2000-06 DIN EN ISO 10 077-1 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 1: Allgemeines (ISO 10077-1:2006 + Cor. 1:2009). 2010-05 DIN EN ISO 10 077-2 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 2: Numerisches Verfahren für Rahmen (ISO 10 077-2:2012). 2012-06 Brand- und Rauchschutz: Anforderungen und Eigenschaften DIN EN 12 101-2 Norm-Entwurf, Rauch- und Wärmefreihaltung – Teil 2: Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsgeräte. 2014-09 DIN EN 13 501-1 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten. 2010-01 DIN EN 13 501-5 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 5: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus Prüfungen von Bedachungen bei Beanspruchung durch Feuer von außen. 2010-02 DIN EN 14 600 Tore, Türen und zu öffnende Fenster mit Feuer- und/oder Rauchschutzeigenschaften – Anforderungen und Klassifizierung. 2006-03 DIN EN 16 034 Norm-Entwurf Türen, Tore und Fenster – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Feuer- und / oder Rauchschutzeigenschaften. 2014-03 Beabsichtigte Zurückziehung mit Ersatz zum 2014-12 durch: DIN EN 16 034, Ausgabe 2014-12 Mechanik: Anforderungen und Eigenschaften DIN 18 257 Baubeschläge – Schutzbeschläge – Begriffe, Maße, Anforderungen, Kennzeichnung. 2003-03 DIN 18 267 Fenstergriffe – Rastbare, verriegelbare und verschließbare Fenstergriffe. 2005-01 DIN 18 267 Berichtigung 1 2005-10 Fenstergriffe – Rastbare, verriegelbare und verschließbare Fenstergriffe, Berichtigungen zu DIN 18 267:2005-01 DIN EN 179 Schlösser und Baubeschläge – Notausgangsverschlüsse mit Drücker oder Stoßplatte für Türen in Rettungswegen – Anforderungen und Prüfverfahren. 2008-04 DIN EN 1125 Schlösser und Baubeschläge – Paniktürverschlüsse mit horizontaler Betätigungsstange für Türen in Rettungswegen – Anforderungen und Prüfverfahren. 2008-04 DIN EN 1627 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Anforderungen und Klassifizierung. 2011-09 DIN EN 1628 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit unter statischer Belastung. 2011-09 DIN EN 1629 2011-09 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit unter dynamischer Belastung. DIN EN 1630 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit gegen manuelle Einbruchversuche. 2011-09 DIN EN 12 210 Fenster und Türen – Widerstandsfähigkeit bei Windlast – Klassifizierung (enthält Berichtigung AC:2002). 2003-08 DIN EN 12 400 Fenster und Türen – Mechanische Bean-

spruchung – Anforderungen und Einteilung. Beschläge 2003-08 EN 13 126-1 Beschläge für Fenster und Fenstertüren – Anforderungen und Prüfverfahren – Teil 1: Gemeinsame Anforderungen an alle Arten von Beschlägen. 2012-02 Montage DIN 18 195-4 Bauwerkabdichtungen – Teil 4: Abdichtungen gegen Bodenfeuchte (Kapillarwasser, Haftwasser) und nichtstauendes Sickerwasser an Bodenplatten und Wänden, Bemessung und Ausführung. 2011-12 DIN 18 195-5 Bauwerkabdichtungen – Teil 5: Abdichtungen gegen nichtdrückendes Wasser auf Deckenflächen und Nassräumen, Bemessung und Ausführung. 2011-12 DIN 18 195-6 Bauwerkabdichtungen – Teil 4: Abdichtungen gegen von außen drückendes Wasser und aufstauendes Sickerwasser, Bemessung und Ausführung. 2011-12 DIN 18 195-9 Bauwerkabdichtungen – Teil 9: Durchdringungen, Übergänge, An- und Abschlüsse. 2010-05 DIN 18 195 Beiblatt 1 Bauwerkabdichtungen – Beispiele für die Anordnung der Abdichtung bei Abdichtungen. 2011-03 DIN 18 202 Toleranzen im Hochbau – Bauwerke. 2013-04 DIN 18 203-1 Toleranzen im Hochbau – Teil 1: Vorgefertigte Teile aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. 1997-04 DIN 18 203-3 Toleranzen im Hochbau – Teil 3: Bauteile aus Holz und Holzwerkstoffen. 2008-08 DIN 18 540 Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen. 2006-12 DIN 18 542 Abdichten von Außenwandfugen mit imprägnierten Fugendichtungsbändern aus Schaumkunststoff – Imprägnierte Fugendichtungsbänder – Anforderungen und Prüfung. 2009-07 DIN EN ISO 13 788 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Raumseitige Oberflächentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflächenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. 2013-05 DIN EN 13 829 Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden – Differenzdruckverfahren (ISO 9972:1996, modifiziert). 2001-02 DIN EN 15 651-1 Fugendichtstoffe für nicht tragende Anwendungen in Gebäuden und Fußgängerwegen – Teil 1: Fugendichtstoffe für Fassadenelemente. 2012-12 DIN EN 15 651-2 Fugendichtstoffe für nicht tragende Anwendungen in Gebäuden und Fußgängerwegen – Teil 2: Fugendichtstoffe für Verglasungen. 2012-12 Abschlüsse (Sonnenschutz u. Ä.) DIN EN 13 120 Abschlüsse innen – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen. 2014-09 DIN EN 13 659 Norm-Entwurf Abschlüsse außen und Außenjalousien – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen. 2014-10 DIN V 18 073 Vornorm Rollläden, Markisen, Rolltore und sonstige Abschlüsse im Bauwesen – Begriffe, Anforderungen. 2008-05 DIN EN 12 216 Abschlüsse – Terminologie, Benennungen und Definitionen. 2002-11 DIN EN 13 363-1 Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen – Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades – Teil 1: Vereinfachtes Verfahren. 2007-09 DIN EN 13 363-2 Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen – Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades – Teil 2: Detailliertes Berechnungsverfahren. 2005-06 DIN EN 13 363-2 Berichtigung 1 Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen – Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades – Teil 2: Detailliertes Berechnungsverfahren. 2007-04 DIN EN 13 561 Markisen – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen. 2009-01 DIN EN 13 659 Abschlüsse außen – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen. 2009-01 DIN EN 14 501 Abschlüsse – Thermischer und visueller Komfort – Leistungsanforderungen und Klassifizierung. 2006-02

Literatur Aicher, Otl: was architektur sein könnte. In Arch+, Ausgabe 109/110, 1991, S. 20 – 22 Achilles, Andreas u. a.: Glasklar. Produkte und Technologien zum Einsatz von Glas in der Architektur. München 2003 Allgemeine Glaserzeitung St. Lucas. Sonderdruck aus Heft 7 und 8 /1960. Schorndorf 1960 Altwasser, Elmar; Klein, Ulrich; Klüßendorf, Niklot: Limburg an der Lahn – Forschungen zur Altstadt. Limburg an der Lahn 1986 Aluminium-Zentrale e. V. (Hrsg.): Aluminiumfenster. Düsseldorf 1959. Arbeitskreis für Hausforschung, Regionalgruppe BadenWürttemberg, Landesdenkmalamt Baden-Württemberg (Hrsg.): Südwestdeutsche Beiträge zur historischen Bauforschung, Band 4. Hertingen 1999 ARCHmatic (2013): Fenster- und Türenbranche 2012. Prognostizierte Gesamtzahlen für Europa. Letzte Aktualisierung 11.03.2013. Arendt, Claus: Altbausanierung. Stuttgart 1993 Barth, Eugen; Hundertmark, Günther; Keller, Edwin: Kunststoff-Fenster im Profil. Ein Überblick über die Entwicklung von Kunststoff-Fenstern. Sonderdruck aus: Kunststoff 1/1995 Baus, Ursula; Siegele, Klaus: Öffnungen, vom Entwurf bis zur Ausführung. München 2006 Böhning, Jörg; Schmitz, Heinz: Altbaumodernisierung im Detail. Köln 2005 Bonfig, Peter: Wirkungsmöglichkeiten von beweglichen Fassadenteilen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dissertation bei Prof. Thomas Herzog an der Technischen Universität München, 2007 Bongartz, Norbert; Hekeler, Rolf: Historische Fensterformen in Baden- Württemberg, Schieben statt Drehen und Kippen. In: Denkmalpflege in Baden-Württemberg, Nachrichtenblatt des Landesdenkmalamtes Juli bis September 1983 Breymann, G. U.: Allgemeine Baukonstruktionslehre. Leipzig 1890 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Hrsg.): Dera Rohstoffinformationen. Energiestudie 2012. Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen. Hannover 2012 Bundesinstitut für Bauwesen, Raumordnung und Städtebau (BBSR): Nutzungsdauern von Bauteilen für Lebenszyklusanalysen nach Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB). Berlin 2011 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (Hrsg.): Leitfaden Nachhaltiges Bauen. (Download unter www.nachhaltigesbauen.de). Berlin 2013 Bundesverband Glasindustrie e. V. /Fachgruppe Behälterglasindustrie (2014): Recycling-Zahlen. www.glasaktuell.de/zahlen-fakten/recycling-zahlen/ – Download vom 22.02.2014. Bundesverband Glasindustrie e. V.: Jahresbericht 2012. Düsseldorf 2012. Bundesverband ProHolzfenster e. V. (2014): Holzarten für den Fensterbau. http://www.proholzfenster.de/43.html – Download vom 20.2.2014. Bundesverband ProHolzfenster e. V. (2014): Kein Sondermüll alte Holzfenster sind Biomasse. www.proholzfenster.de/140.html – Download vom 22.2.2014 bvse-Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung e. V. (2014): Flachglasrecycling. URL: http://bvse. de/342/498/9__Flachglasrecycling – Download vom 22.02.2014 Caesar, Volker; Klos, Hermann: Schloss Montfort in Langenargen am Bodensee, nach rot jetzt wieder steinfarben – der Umgang mit Fenstern und ihrer bauzeitlichen Farbgebung. In: Denkmalpflege in Baden-Württemberg, Nachrichtenblatt des Landesdenkmalamtes, Ausgabe 4/2003 Compagno, Andrea: Intelligente Glasfassaden – Material, Anwendung, Gestaltung. Basel 2002 Cremers, Jan: Einsatzmöglichkeiten von Vakuum-Dämmsystemen im Bereich der Gebäudehülle – Technologische, bauphysikalische und architektonische Aspekte.

München/New York 2007 Deutsche Bauzeitung und Deutscher Baukalender (Hrsg.), Baukunde des Architekten, Berlin 1905. Dierks, Klaus; Wormuth, Rüdiger: Baukonstruktion. Köln 2012 Dolgner, Dieter (Hrsg.); Roch, Irene: Stadtbaukunst im Mittelalter. Berlin 1987 Deutsche Bauzeitung und Deutscher Baukalender (Hrsg.), Baukunde des Architekten. Berlin 1905 Dierks, Klaus; Wormuth, Rüdiger: Baukonstruktion. Köln 2012 Dorsemagen, Dirk: Büro- und Geschäftshausfassaden der 50er Jahre. Konservatorische Probleme am Beispiel West-Berlin. Dissertationsdruck herausgegeben von der TU Berlin, Institut für Baugeschichte, Architekturtheorie und Denkmalpflege. Berlin 2004. Dürr, Hermann Rupprecht: Das Stahlfenster in der Bauwirtschaft. Berlin 1940 Eco platform (2013): The mission. Objectives and added value of the eco platform. http://www.eco-platform.org/ the-mission.html – Download vom 19.02.2014. EcoSMEs (2004): Zertifizierte Ökolabel und andere ISOKennzeichnungen. Letzte Aktualisierung: 23.12.2004. Ehrenstein, Gottfried Wilhelm; Pongratz, Sonja: Beständigkeit von Kunststoffen. München 2007 Eicker, Ursula; Schulze, Tobias: Kontrollierte natürliche Lüftung für energieeffiziente Gebäude. In: Pöschk, Jürgen (Hrsg.): Energieeffienz in Gebäuden – Jahrbuch 2012. Berlin 2012 Esser, Cornelius: Das Stahlfenster. Köln 1932 Ewald, Rainer; Köhle-Hezinger, Christel; Könekamp Jörg (Hrsg.): Stadthaus-Architektur und Alltag in Esslingen seit dem 14. Jahrhundert: Hafenmarkt 8 und 10. Weissenhorn 1992 Fink, F.: Der Bautischler oder Bauschreiner und der Feinzimmermann. Praktisches Hand- und Hülfsbuch für Bautischler, Zimmerleute, Architekten, Fabrikanten und Bauhandwerker, sowie für Bau- und Gewerbeschulen, Leipzig 1877. Fisch, Norbert M.: F + E Projekt TwinSkin, Validierung von Planungskonzepten für Doppelfassaden bei Bürogebäuden anhand der Betriebs- und Nutzungserfahrungen, Abschlussbericht 15.09.2008, Braunschweig Fischer, Heinz-Martin: Lehrbuch der Bauphysik. Schall, Wärme, Feuchte, Licht, Brand, Klima. Stuttgart 2007 Flachglas Markenkreis: GlasHandbuch 2015. Download auf www.glashandbuch.de Flüeler, Marianne und Niklaus: Stadtluft, Hirsebrei und Bettelmönch – Die Stadt um 1300. Stuttgart 1992 Förster, Friedrich: Über einige Fensterkonstruktionen, Allgemeine Bauzeitung 2/1837 Forum Nachhaltiges Bauen: Wärmeschutzgläser – Ökobilanz. http://nachhaltiges-bauen.de/baustoffe/ W%C3%A4rmeschutzgl%C3%A4ser – Download vom 22.02.2014. Gerlach, Christoph: Fenster in Westfalen. Zur Konstruktion und Entwicklung des Fensters im Fachwerkbau. Westfälisches Freilichtmuseum. Detmold 1987 Gerner, Manfred; Gärtner, Dieter: Historische Fenster, Entwicklung, Technik, Denkmalpflege. Stuttgart 1996 Gesellschaft für Innovationsforschung und Beratung mbH: Die wirtschaftliche Bedeutung der Recycling- und Entsorgungsbranche in Deutschland. Stand, Hemmnisse, Herausforderungen. Berlin 2009 Giebler, Georg u. a.: Atlas Sanierung. München 2008 Glas Trösch Holding AG, Beratung (Hrsg.): Glas und Praxis, Kompetentes Bauen und Konstruieren mit Glas. Bützberg 2012 Glaser, Siegfried u. a.: Produktionstechniken für VakuumIsolierglas (ProVIG), Abschlussbericht, und entsprechende Berichte der Vorprojekte, EnOB/BMWi, 2012 Graef, August, Der praktische Fensterbauer. Werkzeichnungen aller vorkommenden Tischlerarbeiten theilweise in Verbindung mit Glaserarbeiten. Weimar 1874. Nachdruck Hannover 2000 Gressmann, Michael; Pahl, Hans-Joachim; Spaag, Andreas: Fenster-, Türen- und Fassadentechnik. HaanGruiten 2012 Gromer, Johannes: Über die Entwicklung des bäuerlichen Hausbaus in Baden- Württemberg. Tübingen 2000

Großmann, G. Ulrich; Freckmann, Klaus; Klein, Ulrich; de Vries, Dirk J.: Hausbau im Alpenraum, Bohlenstuben und Innenräume. Marburg 2002 Guinée, Jeroen B. (Hrsg.): Handbook on Life Cycle Assessment. Operational Guide to the ISO Standards. Dordrecht 2004 Haevernick, Thea Elisabeth: Beiträge zur Glasforschung: Die wichtigsten Aufsätze von 1939 bis 1981. Römische Fensterscheiben. Mainz 1981 Hans Erhorn u. a.: Weiterentwicklung und Evaluierung von Technologien und von Bewertungsmethoden zur Steigerung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EnEff 06). IBP-Bericht WTB-02-2007. Stuttgart /Holzkirchen 2007 Hausladen, Gerhard u. a.: ClimaSkin. Konzepte für Gebäudehüllen, die mit weniger Energie mehr leisten. München 2006 Hegger, Manfred u. a.: Baustoff Atlas. München 2005 Hegger, Manfred u. a.: Energie Atlas. München 2007 Heinemann, Ulrich; Weinläder, Helmut; Gintars, Dorothee: Dämmen durch Vakuum, hocheffizienter Wärmeschutz für Gebäudehülle und Fenster. Herausgegeben vom Fachinformationszentrum (FIZ) Karlsruhe. Bonn 2011 Hellwig, Runa Tabea: Thermische Behaglichkeit. Unterschiede zwischen frei und mechanisch belüfteten Bürogebäuden aus Nutzersicht. Dissertation, Technische Universität München. 2005 Herzog, Thomas; Krippner, Roland; Lang, Werner: Fassadenatlas. München 2004 Herzog, Thomas: Transluzente Bauteile – Anmerkungen zu ihrer Wirkung. In Almanach 90/92 des Fachbereichs Architektur der Technischen Hochschule Darmstadt, S.92 – 95, Darmstadt 1992 Hilschmann: Das große Lexikon der Malerei. Braunschweig 1982 Hoch, Julius: Der praktische Schlosser. Leipzig 1901 Hoch, Julius: Technologie der Schlosserei. Leipzig 1899 Hochberg, Anette; Hafke, Jan-Hendrik; Raab, Joachim: Öffnen und Schließen – Fenster, Türen, Tore, Loggien, Filter. Scale-Reihe. Basel/Boston/Berlin 2009 Hochwärmedämmende Fenster- und Fassadensysteme (HWFF), Abschlussbericht. Projektkoordinator Siegfried Glaser, Beverungen. Dezember 2011. www.hwff.info/ pdf/HWFF_AB_final.pdf Huckfeldt, Tobias; Wenk, Hans-Joachim: Holzfenster – Konstruktion, Schäden, Sanierung, Wartung. Köln 2009 ift-Richtlinie AB-02/1: Luftdichtheit von Rallladenkästen, Anforderung und Prüfung (3-2010) Institut Bauen und Umwelt (2006): Leitfaden für die Formulierung der Anforderungen an die Produktkategorien der AUB Deklarationen (Typ III). Interpane: Gestalten mit Glas. Lauenförde 2011. Download auf www.interpane.com/medien/gestalten_mit_ glas/Handbuch_Gestalten_mit_Glas.pdf (Stand 10.04.2015) Jäger, Steffen: Neues Konzept für Vakuum-Isolierglas. In: GLAS+RAHMEN, 06/2013, S. 30 – 33 Janson, Alban; Tigges, Florian: Grundbegriffe der Architektur. Basel 2013 Jehl, Wolfgang: Montageleitfaden, inkl. Montagetaschenbuch; Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren für Neubau und Renovierung. Herausgeber: RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e. V. Erarbeitet von RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e. V. und ift Rosenheim, 3-2014 Kaltenbach, Frank (Hrsg.): DETAIL Praxis Transluzente Materialien. München 2003 Klöpffer, Walter; Grahl, Birgit: Ökobilanz (LCA). Ein Leitfaden für Ausbildung und Beruf. Weinheim 2009 Klos, Hermann; Seitz, Günther: Loch in der Wand – Auge des Hauses. 13 historische Fenster in Südwestdeutschland. In: Fenster im Baudenkmal – Tagungsbeiträge. Herausgegeben von der Pax-Classic GmbH. Berlin 2004 Klos, Hermann: Der Fensterverschluss vor 1700. Bauhistorische Befunde zur Fensterentwicklung. In: Historische Ausstattung, Jahrbuch für Hausforschung Band 50, herausgegeben vom Arbeitskreis für Hausforschung. Marburg 2004 Klos, Hermann: Zustand und Restaurierung der Fenster des Justizgebäudes. In: Festschrift 100 Jahre Justizge-

281

bäude. 100 Jahre Justiz im Gebäude. Kerth, Johannes; Falk, Theo (Hrsg.). Landau i. d. Pfalz 2003 Kluckert, Ehrenfried: Vom heiligen Hain zur Postmoderne. Stuttgart 1997 Knippers, Jan u. a.: Atlas Kunststoffe + Membranen. München 2010 Köhle-Hetzinger, Christel; Könekamp, Jörg; Ewald, Rainer: Architektur und Alltag in Esslingen seit dem 14. Jh. Hafenmarkt 8 und 10. Stuttgart 1991 König, Holger u. a.: Lebenszyklusanalyse in der Gebäudeplanung. München 2009 Könner, Klaus (Hrsg.); Wagenblast, Joachim (Hrsg.): Steh fest mein Haus im Weltgebraus. Stuttgart 2001 Krauth, Theodor (Hrsg.): Die gesamte Bauschreinerei, Leipzig 1899, neu herausgegeben Hannover 1981 Krauth, Theodor: Die Kunst- und Bauschlosserei. Leipzig 1897 Krippner, Roland; Musso, Florian: Basics Fassadenöffnungen. Basel / Boston / Berlin 2008 Kunstsammlung Nordrhein-Westfalen (Hrsg.): Fresh Widow – The Window in Art since Matisse and Duchamp. Ausstellungskatalog. Düsseldorf 2012 Künzel, Helmut (Hrsg.): Fensterlüftung und Raumklima. Stuttgart 2006 Laeis, Werner: Einführung in die Werkstoffkunde der Kunststoffe. München 1972 Lang, Werner: Typologische Klassifikation von Doppelfassaden und experimentelle Untersuchung von dort eingebauten Lamellensystemen aus Holz zur Steuerung des Energiehaushaltes hoher Häuser unter besonderer Berücksichtigung der Nutzung von Solarenergie, Dissertation bei Prof. Thomas Herzog an der TU München, 2000 Lerner, Franz: Geschichte des Deutschen Glaserhandwerks. Schorndorf 1981 Lindgren, Uta (Hrsg.): Europäische Technik im Mittelalter. Berlin 1996 LVR-Amt für Denkmalpflege im Rheinland: Informationsblatt 5. Historische Fenster und ihre Sicherung und Erhaltung im Bestand. Pulheim 2010 Maas, Anton; Kempkes, Christoph; Schlitzberger, Stephan: Sommerlicher Wärmeschutz – Neufassung der DIN 4108-2. In: Bauphysik 3/2013, S. 155 –161 Mahler, B.; Himmler, R.; Silberberger, C.: DeAL. Evaluierung dezentraler außenwand-integrierter Lüftungssysteme. Abschlussbericht. Förderkennzeichen 0327386B. Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik, Stuttgart (Hrsg.). Aug. 2008. Martens, Hans: Recyclingtechnik. Fachbuch für Lehre und Praxis. Heidelberg 2011. Meier, Claus: Bauphysik des historischen Fensters. Praxis-Ratgeber zur Denkmalpflege Nr. 9. Informationsschrift der Deutschen Burgenvereinigung e.V. Braubach 2001 Menck, Hans; Seifert, Erich: Neue Fenster für alte Fassaden. Köln 1986 Michaeli, Walter u. a.: Technologie der Kunststoffe. Lernund Arbeitsbuch. München 2008 Mink, Hans-Paul: Brandschutz im Detail – Türen, Tore, Fenster; Planung, Montage, Abnahme, Wartung. Köln 2010 Moro, José Luis u. a.: Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail. Band 1: Grundlagen. Band 2: Konzeption, Band 3: Umsetzung, Band 4: Ausführungsbeispiele (geplant). Vor allem Teil XII-9 Öffnungen. Berlin /Heidelberg 2009 Müllner, Ingeborg; Dieter, Müllner: Kärntner Stadelfenster – Ziegel statt Glas, Teil 2. Klagenfurt 2007 MUSIT - Museum für Stadt- und Industriegeschichte in Troisdorf; Verein Kunststoff-Museum Troisdorf (Museumsverein) e. V.; Homepage des Museumsvereins: www.kunststoff-museum.de; in der digitalen »Bibliothek« sind zahlreiche Textdokumente und Abbildungen zur Entwicklungsgeschichte der Kunststoffprofile und -fenster abrufbar. Nägele, Hermann: Die Restaurierung der Weißenhofsiedlung 1981–1987. Stuttgart 1992 Neumann, Hans-Rudolf: Fenster im Bestand – Grundlagen der Sanierung in Theorie und Praxis. Renningen 2003 Noky, Thomas: Die Entwicklung des Fensters in Sachsen. In: Das Fenster im Profanbau in Sachsen, Sächsisches

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Staatsministerium des Innern. Dresden 1996 Oberacker, Reiner: Glas- und Fenstertechnik. Stuttgart 2008 Opderbecke, Adolf: Der innere Ausbau, Leipzig 1911, neu herausgegeben Waltrop und Leipzig 1998 Pawelczak, D. u. a: Innovative Mikroaktorik für die Gebäudetechnik (IMiG). Verbundprojekt im Rahmen des BMBF-Förderkonzepts »Mikrosystemtechnik 2000+«. Förderkennzeihen 16SV1614. Abschlussbericht des Teilprojekts der Universität der Bundeswehr München, 20. Oktober 2005 Pech, Anton (Hrsg.): Fenster, Band 11 aus Baukonstruktionen. Wien /New York 2005 Petzet, Michael: Grundsätze der Denkmalpflege. Denkmalpflege Informationen. Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege. München 1987 Pietruschka, Dirk u. a.: Energetische und akustische Sanierung von Gebäuden – vom Altbau zum akustisch optimierten Passivhaus. Forschungsprojekt Nr. 122 002 008P, HFT Stuttgart, Abschlussbericht Februar 2011 Planck, Dieter (Hrsg.): Vom Vogelherd zum Weissenhof. Erbe und Verpflichtung. Kulturdenkmäler in Württemberg. Stuttgart 1997 Ploß, Martin; Reinberga, Mare; Braun, Michael: Wärmebrückenkatalog Fenstereinbau. Herausgegeben vom Österreichischen Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft in Wien. Download unter: www.energieinstitut.at/?sID=4091 (Stand 7/2014) Pohl, Wilfried u. a.; Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (Hrsg.): LichtAusFassade. Optimierte Tages- und Kunstlichtversorgung über Fassaden – Beurteilung der Energiebilanz und der visuellen Qualität. Berichte aus Energie- und Umweltforschung 26/2012. Aldrans, Dezember 2012 Pracht, Klaus: Fenster – Planung, Gestaltung und Konstruktion. Stuttgart 1982 Qualitätsverband Kunststofferzeugnisse e. V. (Hrsg.): Umweltproduktdeklaration. Bonn / Brüssel 2011, S. 29 Raikowsky, Martin: Fenster aus Metall für den sozialen Wohnungsbau. In: Fachblatt für Bautechnik und Bauwirtschaft. 2. Novemberheft 1959 Raitmayer, Ulrich: Holzfenster. Stuttgart 1980 Raitmayer, Ulrich: Holztüren und Holztore. Stuttgart 1986 Rau, Otfried; Braun, Ute: Der Altbau. Renovieren, Restaurieren, Modernisieren. Leinfelden-Echterdingen 1991 Reichstadt, Hans Udo: Kunststoff-Fenster. Schorndorf 1995 Reitmayer, Ulrich, Holzfenster in handwerklicher Konstruktion. Stuttgart 1940. Rewindo GmbH (2012): 10 Jahre Rewindo. Kunststofffenster-Recycling in Zahlen 2012. Rheinisch-Westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung: Trends der Angebots- und Nachfragesituation bei mineralischen Rohstoffen. Essen o. J. Roggatz, Annette: Fenster in den 1950er Jahren und spezifische Vertreter - das Wendeflügelfenster. in: Berichte zur Denkmalpflege in Niedersachsen 1/2005. Ronner, Heinz: Öffnungen. Baukonstruktion im Kontext des architektonischen Entwerfens. Basel / Boston /Berlin 1991 Rowe, Colin; Slutzky, Robert: Transparenz. Basel / Boston / Berlin 1989 Rumpp, Hermann: Neuzeitlicher Fensterbau. Stuttgart 1958 Sack, Norbert u. a.: Entwicklung von Grundlagen für die Integration von Elektronik in den Fenster-, Türen- und Fassadenbau. Abschlussbericht des ift-Rosenheim und der Hochschule Biberach. 07/2008 Saelens, D.: Energy Performance Assessments of Single Storey Multiple-Skin Facades. PhD dissertation Catholic University of Leuven. Belgium 2002 Schittich, Christian u. a.: Glasbau Atlas. München 2006 Schmidt, Wolf: Reparatur historischer Holzfenster. In: Denkmalpflege Informationen. Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege. München 2004 Schmitt, Eduard; Koch, Hugo (Bearbeiter): Erhellung der Räume mittels Sonnenlicht. Fenster, Thüren und andere bewegliche Wandverschlüsse. Handbuch der Architektur. Dritter Teil: Die Hochbau-Constructionen. Band 3, Heft 1. Darmstadt 1896

Schneck, Adolf: Fenster aus Holz und Metall. Stuttgart 1953/1963 Schock-Werner, Barbara; Bingenheimer, Klaus: Fenster und Türen in historischen Wehr und Wohnbauten. Stuttgart 1995 Schrader, Mila: Fenster, Glas und Beschläge als historisches Baumaterial, ein Materialleitfaden und Ratgeber. Suderburg-Hösseringen 2001 Schumacher, Michael; Schaeffer, Oliver; Vogt, MichaelMarcus: move – Architektur in Bewegung – Dynamische Komponenten und Bauteile. Basel 2010 Selbmann, Rolf: Eine Kulturgeschichte des Fensters: Von der Antike bis zur Moderne. Berlin 2010 Selle, Gert: Öffnen und Schließen. Über alte und neue Bezüge zum Raum. In: Wolkenkuckucksheim 01/2004 Sieberath, Ulrich; Niemöller, Christian (Hrsg.): Kommentar zur DIN EN 14 351-1, Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Teil 1: Fenster und Außentüren ohne Eigenschaften bezüglich Feuerschutz und / oder Rauchdichtheit, mit Ergänzung (Amendment) A1:2010. Rosenheim/Stuttgart 2010 Sigwart, R.: Luftdurchlässigkeit von Holz- und Stahlfenstern. München 1932 Steuer, Heiko: Freiburg und das Bild der Städte um 1100 im Spiegel der Archäologie. In: Freiburg 1091–1120. Neue Forschungen zu den Anfängen der Stadt. Hrsg. von Schadek, Hans; Zotz, Thomas. Freiburg 1995, S. 79 –124 Tanner, Erika: Die Bauernhäuser des Kanton Thurgau. Schweizerische Gesellschaft für Volkskunde. Basel 1998 Tsukamoto, Yoshiharu u. a.: WindowScape – Window Behaviourology. Tokyo Institute of Technology. Singapore 2012 Uhlig, Günther; Kohler, Niklaus; Schneider, Lothar (Hrsg.): Fenster. Architektur und Technologie im Dialog. Braunschweig 1994 Veith, Jürgen; Lerch, Patrick: Gesundheit und Umweltschutz bei Bauprodukten. Die europäische Normung zur Bauprodukten-Richtlinie. Fraunhofer IRB Verlag. Stuttgart 2008 Verband Fenster+Fassade und Bundesverband Flachglas e. V.: Mehr Energie sparen mit neuen Fenstern. Aktualisierung März 2014 der Studie »Im neuen Licht: Energetische Modernisierung von alten Fenstern«. Frankfurt am Main /Troisdorf 03/2014 Vereinigung der Landesdenkmalpfleger in der Bundesrepublik Deutschland: Arbeitsblatt 8. Hinweise für die Behandlung historischer Fenster bei Baudenkmälern. Wiesbaden 1991 Voss, Karsten: Energieoptimiertes Bauen: Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden – Mikroklimatische und baukonstruktive Einflüsse. Schlussbericht. Förderkennzeichen 0327386A. Bergische Universität Wuppertal, Dezember 2010 Wagner, Andreas u. a.: Energieeffiziente Fenster und Verglasungen. Fraunhofer IRB-Verlag /BINE. Stuttgart 2013 Weber, Marga: Antike Badekultur. München 1999 Weizenhöfer, Günther: Leitfaden Türplanung. Leitfaden Türplanung – Anforderungen, Türtechnik und Darstellung in Türlisten. Berlin 2015 Wendehorst, Reinhard: Baustoffkunde. Hannover 2004 Westenberger, Daniel: Untersuchungen zu Vertikalschiebefenstern. Dissertation bei Prof. Thomas Herzog an der Technsichen Universität München, 2005 Westenberger, Daniel: Vertikale Schiebefenster. Beitrag in zwei Teilen. In: Fassade /Facade 2+3/2002 Wickop, Walther: Fenster, Türen, Tore aus Holz und Eisen. Berlin 1955. Wicona Planungshandbuch Fenster Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH: Ressourcensicherheit und Ressourceneffizienz – Wege aus der Rohstoffkrise. Policy Paper zu Arbeitspaket 7 des Projekts »Materialeffizienz und Ressourcenschonung« (MaRess). Wuppertal: 2009. Ziegler, Peter: Kulturraum Zürichsee. Stäfa 1998 Zimmermann, Markus: Fenster im Fenster. In DETAIL 4/1996, S. 484 – 489 Zöllner, Andreas: Experimentelle und theoretische Untersuchungen des kombinierten Wärmetransports in Doppelfassaden, Dissertation München 2001

Abbildungsnachweis Allen, die durch Überlassung ihrer Bildvorlagen, durch Erteilung von Reproduktionserlaubnis und durch Auskünfte am Zustandekommen des Buches mitgewirkt haben, sagen die Autoren und der Verlag aufrichtigen Dank. Sämtliche Zeichnungen in diesem Werk sind eigens angefertigt. Fotos, zu denen kein Fotograf genannt ist, sind Autoren- bzw. Architektenaufnahmen, Werkfotos oder stammen aus dem Archiv der Zeitschrift DETAIL. Trotz intensiven Bemühens konnten wir einige Urheber der Abbildungen nicht ermitteln, die Urheberrechte sind jedoch gewahrt. Wir bitten in diesen Fällen um entsprechende Nachricht. Die Zahlen beziehen sich auf die Abbildungsnummern.

Teil A A

Christian Schittich, München

Öffnungen im Haus A 1.1 Schneck, Adolf: Fenster aus Holz und Metall. Stuttgart 1953, S. VI A 1.2 Stefan Cremers, Karlsruhe A 1.3 Jan Cremers, München A 1.4 Jeroen Musch, Amsterdam A 1.5 Martin Kunze / IBA Hamburg GmbH A 1.6 Pedro Pegenaute, Pamplona A 1.7 Werner Huthmacher, Berlin A 1.8 Marion Lafogler, Bozen A 1.9 Naquib Hossain, Dhaka A 1.10 Roger Frei, Zürich A 1.11 Jan Cremers, München Die geschichtliche Entwicklung des Fensters – Von den Anfängen bis in die früher Neuzeit A 2.1 AP Photo / Manchester University / Alan Sorrell, HO A 2.2 aus: Dalarun, Jacques (Hrsg.): Das leuchtende Mittelalter. Darmstadt 2011, S. 57 A 2.3 aus: Gutschler, Daniel: Karolingische Holzbauten im Norden der Fraumünsterabtei. 1984, S. 216 A 2.4 aus: Baatz, Dietwulf: Fensterglastypen, Glasfenster und Architektur. Mainz 1991 A 2.5 aus: Kirchberger 1995, S. 79 A 2.6 Denkmalpflege in Hessen 1/1990, S. 34 A 2.7 aus: Descoeudres, Georges; Keck, Gabriele; Wadsack, Franz: Das Haus Nideröst in Schwyz, Archäologische Untersuchung 1998 – 2001 Erschienen in: Mitteilungen des historischen Vereins des Kantons Schwyz. Heft 94/2002, S. 243 A 2.8 Holzmanufaktur Rottweil, Hermann Klos, Neckartal 159, 78628 Rottweil A 2.9 Ulrike Gollnick, Moudon A 2.10, 11 aus: Ewald, Rainer; Köhle-Hezinger, Christel; Könekamp, Jörg (Hrsg.): Stadthaus-Architektur und Alltag in Esslingen seit dem 14. Jahrhundert: Hafenmarkt 8 und 10. Weissenhorn 1992, S. 45 A 2.13 aus: Das große Lexikon der Malerei. Braunschweig 1982 A 2.15, 16 Robert Campin, Verkündigung: Brüssel Musées Royaux A 2.17 aus: Dalarun, Jacques (Hrsg.): Das leuchtende Mittelalter. Darmstadt 2011, S. 154 A 2.18 wie A 2.8 A 2.19 aus: Schock-Werner, Barbara; Bingenheimer, Klaus: Fenster und Türen in historischen Wehr und Wohnbauten. Stuttgart 1995, S. 122 A 2.20 Stockholm: Nationalmuseum A 2.21 Musée de l’Œuvre Notre-Dame A 2.23 wie A 2.8 A 2.26 – 29 wie A 2.8

Die gestalterische Wirkung von Öffnungen in der Fassade A 3.1 Christian Schittich, München A 3.2 thomasmayerarchive.de A 3.3 Thomas Dix / [email protected] A 3.4 Matthias Frey A 3.5 Jörg Dietrich (panoramastreetline.de) A 3.6 Helmut Kuzina, Wismar A 3.9 David Zidlicky A 3.10 eliinbar.files.wordpress.com/2012/09/ venturi13349714604561.png A 3.11 Siegfried Schrotz, Reilingen A 3.12 Zairon / Commons Wikimedia A 3.14 Mahargh Shah / Commons Wikimedia A 3.15 aus Domus 548 /7-1975 A 3.17 Stefan Müller A 3.18 Gerd Gassmann, Karlsruhe A 3.19 Hiroyuki Hirai A 3.20 aus Ronner, Heinz: Öffnungen. Baukonstruktion im Kontext des architektonischen Entwerfens. Basel / Boston / Berlin 1991, S. 89 A 3.21 © FLC /VG Bild-Kunst, Bonn 2009 A 3.23 Stefan Cremers, Karlsruhe A 3.24 Realities:united – Studio for art and architecture (Berlin) A 3.25 Jan Cremers, München A 3.26 Stefan Cremers, Karlsruhe A 3.27 Marco Introini, 2011 © FAI – Fondo Ambiente Italiano Fenster und Tür in Kunst und Kultur A 4.1 aus Dürer, Albrecht: Underweysung der Messung mit dem Zirckel und Richtscheyt in Linien, Ebnen und gantzen Corporen. Nürnberg 1538 A 4.2 Courtesy of Tim Long – Frank Lloyd Wright Preservation Trust A 4.3 Foto: Katherine S. Dreier Bequest © Artist Right Society (ARS), New York /ADAGP, Paris / Estateof Marcel Duchamp A 4.4 Sabine Hornig und VG Bild-Kunst, Bonn 2015 A 4.5 © Museo Thyssen-Bornemisza, Madrid /Scala, Florence A 4.6 Courtesy of Diller Scofidio + Renfro A 4.7 TM, ® & Copyright © 2013 by Paramount Pictures. All rights reserved. A 4.8 Friends of American Art Collection, 1942.51, The Art Institute of Chicago A 4.9 aus: Gion A. Caminada: Vom Nutzen der Architektur. Zürich 2003 A 4.10 bpk / Kunstsammlungen Chemnitz / May Voigt © The Munch Museum / The Munch Ellington Group, VG Bild Kunst A 4.11 bpk / Nationalgalerie, SMB /Jörg P. Anders Lösungsprinzipien für regelbare Öffnungen A 5.1 Peter Bonfig, München A 5.2 Roto Dach- und Solartechnologie GmbH A 5.5 Bonfig, Peter: Wirkungsmöglichkeiten von beweglichen Fassadenteilen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dissertation TU München 2007, S. 21 A 5.7 Bayerische Staatsgemäldesammlungen, München. Foto: Joachim Blauel, Artothek A 5.10 nach Herzog, Thomas; Krippner, Roland; Lang, Werner: Fassaden Atlas. München 2004, S. 41 A 5.13, 14 Peter Bonfig, München A 5.15 Paul Sindram A 5.17 Peter Bonfig, München A 5.18 – 20 wie A 5.5, S. 26 – 28 A 5.21 nach: wie A 5.10, S. 44 und Westenberger, Daniel: Untersuchungen zu Vertikalschiebefenstern als Komponenten im Bereich von Fassadenöffnungen. Dissertation am Lehrstuhl für Gebäudetechnologie der TU München 2005, S. 25 – 27 A 5.22 wie A 5.5, S. 38 A 5.23 Knippers Helbig, Stuttgart A 5.24 ICD Universität Stuttgart

A 5.25 A 5.26 – 28 A 5.29 A 5.30

wie A 5.5, S. 37 Peter Bonfig, München Jörg Hohberg, München wie A 5.5, S. 43

Teil B B

Christian Schittich, München

Anforderungen und Schutzfunktionen – Bauphysikalische Grundlagen B 1.1 Stefan Cremers, Karlsruhe B 1.2– 6 Jan Cremers, München B 1.7, 8 Jan Cremers, München (diverse Datenquellen) B 1.9 Markus Binder, Stuttgart B 1.10 nach: Interpane Beratungscenter (IBC), Plattling B 1.11 Markus Binder, Stuttgart B 1.12 in Anlehnung an Schittich, Christian u. a.: Glasbau Atlas. München 2006 B 1.13 Jan Cremers, München, unter Verwendung von Wagner, Andreas u. a.: Energieeffiziente Fenster und Verglasungen. Stuttgart 2013, S. 26 B 1.14 wie B 1.14, S. 312 B 1.15 nach DIN EN ISO 6946, Abs. 5.2, Tabelle 1 B 1.16 Günther Hanke (www.energieberater-oberbayern.de) B 1.17 Jan Cremers, München B 1.18 aus Hegger, Manfred u. a.: Energie Atlas. München 2007, S. 58f. (B1.62 und B1.63) B 1.19, 20 Markus Binder, Stuttgart B 1.21 nach DIN EN ISO 7730, Bild 4 B 1.22 Interpane Glas Industrie AG, Lauenförde B 1.23 Markus Binder, Berechnung nach: Bruno Keller: Pinpoint Bauphysik B 1.24 Markus Binder, Stuttgart B 1.25 nach Baus, Ursula; Siegele, Klaus: Öffnungen. Vom Entwurf bis zur Ausführung. München 2006, S. 24 B 1.26 von Willems, Wolfgang M.; Dinter, Simone; Schild, Kai: Vieweg Handbuch Bauphysik Teil 1: Wärme- und Feuchteschutz, Behaglichkeit, Lüftung. Wiesbaden 2006 B 1.27 Jan Cremers, München (diverse Datenquellen) B 1.28 nach Jehl, Wolfgang: Montageleitfaden, inkl. Montagetaschenbuch; Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren für Neubau und Renovierung. Herausgeber: RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e.V. Erarbeitet von RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e. V. und ift Rosenheim, 3-2014, S. 53f. B 1.29, 30 wie B 1.28, S. 80 B 1.31 nach DIN EN 12 208 B 1.32 wie B 1.14, S. 280 B 1.33 Markus Binder, nach Werten aus DIN 1946-6 B 1.34 wie B 1.13, S. 30 B 1.35 nach: Pech, Anton (Hrsg.): Fenster, Band 11 aus Baukonstruktionen. Wien / New York 2005, Abb. 110-3.05 B 1.36 ift Rosenheim B 1.37 nach DIN EN 12 207 B 1.38 wie B 1.28, S. 58 B 1.39 Jan Cremers, München B 1.40 nach: Härterich, Manfred u. a.: Installationsund Heizungstechnik. Haan-Gruiten 2011, S. 637 B 1.41 wie B 1.28, S. 63 B 1.42 Markus Binder, HFT Stuttgart B 1.43 nach DIN 4109:1989, Tabellen 8, 9, 10 B 1.44 nach VDI-Richtlinie 2719 B 1.45 wie B 1.13, S. 36 B 1.46 wie B 1.28, S. 89 B 1.47 wie B 1.28, Tabelle 4.11, S. 85 B 1.48, 49 wie B 1.28, S. 86 B 1.50 nach: www.finstral.de, Optimale Schalldaemmung.pdf (Seite 5)

283

B 1.51 B 1.52 B 1.55

nach DIN 4109 Beiblatt A1 nach DIN EN 13 501-1:2002-6 ift Rosenheim, nach EN 13 501-2 und EN 1364-1 B 1.56 Jan Cremers, München B 1.57– 59 ift Rosenheim B 1.60 wie B 1.28, Abb. 5.18, S. 133 B 1.61 Jan Cremers, München B 1.62 wie B 1.14, S. 211 B 1.63 nach DIN 18 008-2 bzw. früher Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV) B 1.64 Jan Cremers und ift Rosenheim, unter Verwendung von Material aus Normen (in Abb. genannt) und wie B 1.14, S. 49 B 1.65 ift Rosenheim B 1.66 links nach VELFAC, Horsens B 1.66 rechts Eva Schönbrunner, München B 1.67, 68 nach: Richtlinie zur Beurteilung der visuellen Qualität von Glas für das Bauwesen 5/2009 B 1.69 nach DIN EN 12 519:2004 B 1.70, 71 nach DIN 18 202 B 1.72 Jan Cremers, München (diverse Datenquellen) B 1.73 wie B 1.28, S. 144 B 1.74 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (Hrsg.): Leitfaden Nachhaltiges Bauen. Berlin 2001, Anlage 6 B 1.75 nach ISO 15 686 Werkstoffe und Komponenten, Konstruktionsarten B 2.1 Fiberline Composites A /S, Middelfart B 2.2 Jan Cremers, München (diverse Datenquellen) B 2.3 wie A 5.10, S. 185 B 2.4 Markus Binder, Stuttgart B 2.5, 6 nach Neroth, Günter; Vollenschaar, Dieter: Wendehorst Baustoffkunde: Grundlagen – Baustoffe – Oberflächenschutz. Wiesbaden 2011 B 2.7, 8 aus Schittich, Christian u. a.: Glasbau Atlas. München 2006, S. 68 B 2.9 Glas Trösch Beratungs-GmbH, Ulm-Donautal B 2.10 nach DIN EN 1096-2 B 2.11 Interpane Glas Industrie AG, Lauenförde B 2.12 nach Angaben von Interpane Beratungscenter (IBC), Plattling B 2.13 auf Basis von commons.wikimedia.org/wiki/ File:Image-Metal-reflectance.png B 2.14 Flachglas Wernberg GmbH, WernbergKöblitz B 2.15 Jan Cremers, München B 2.16 auf Basis von de.wikipedia.org/wiki/Mehrscheiben-Isolierglas#/media/File:Isolierglas.svg B 2.17 Jan Cremers, München auf Basis von Herstellerangaben B 2.18 Uniglas GmbH & Co. KG, Montabaur B 2.19 nach: Glas Trösch Beratungs-GmbH, UlmDonautal B 2.20 Jan Cremers, München B 2.21 Jan Cremers, München, auf Basis von DIN EN 14 351-1 und DIN 4108-4 B 2.22 Jan Cremers, München B 2.23, 24 auf Basis von Angaben der Firma Interpane, Lauenförde B 2.25 a Jan Cremers, München B 2.25 b, c ZAE-Bayern e. V. B 2.26 a, b nach Vorlage von Steffen Jäger, Braunschweig B 2.27 Jan Cremers auf Basis verschiedener Herstellerangaben: SmartGlass, Flachglas Wernberg, Interpane, Econtrol B 2.28 nach EControl-Glas GmbH & Co. KG, Plauen B 2.29 Jan Cremers, Angaben Firma Econtrol-Glas GmbH & Co. KG, Plauen B 2.30 EControl-Glas GmbH & Co. KG, Plauen B 2.31 Marc Detiffe B 2.32 – 34 Jan Cremers, München B 2.35 I-S-T AG, Prutting B 2.36a Gaston Wicky, Zürich B 2.36 b+c nach Angaben von GlassX AG, Zürich

284

B 2.37 B 2.38

wie B 1.14, S. 33 (Ergänzungen Jan Cremers) nach: Hochberg, Anette; Hafke, Jan-Hendrik; Raab, Joachim: Öffnen und Schließen – Fenster, Türen, Tore, Loggien, Filter. Scale-Reihe. Basel / Boston / Berlin 2009, S. 54 B 2.39 wie B 2.38, S. 45 B 2.40 wie B 1.35, Abb. 110.2-04 B 2.41 Internorm International GmbH, Traun B 2.42 Jan Cremers, München B 2.43 wie B 1.14, S. 33 B 2.44 Jan Cremers, München, Piktogramme vom ift Rosenheim (außer Stahl) B 2.45 Jan Cremers, München (diverse Datenquellen) B 2.46 Huber & Sohn, Bachmehring B 2.47 wie B 1.14, S. 67 B 2.48 nach DIN 68 121-1 B 2.49 wie B 1.25, S. 27 B 2.50 Jansen AG, Oberriet B 2.51 Otto Fuchs KG, Meinerzhagen B 2.52 – 54 Schüco International KG, Bielefeld B 2.55 Schneider Fensterbau GmbH B 2.56 Kneer GmbH, Westerheim B 2.57 Rauh SR Fensterbau GmbH B 2.58 Fiberline Composites A /S, Middelfart B 2.59 wie B 1.14, S. 81 B 2.60 Jan Cremers, München auf Basis von DIERKS-Baukonstruktion Abb. I.13.2 B 2.61 wie B 1.14, S. 318 – 320, sowie nach DIN 18 545 und Angaben des ift Rosenheim B 2.62, 63 wie B 1.14, S. 77 B 2.64 wie B 1.14, S. 74 B 2.65 wie B 1.14, S. 75 B 2.66 Christian Walch – walchfenster04 B 2.67 nach www.g-u.com B 2.68 wie B 1.14, S. 56 B 2.69 Bloomframe B. V. B 2.70 Christian Schittich, München B 2.71 aus: Schumacher, Michael; Schaeffer, Oliver; Vogt, Michael-Marcus: move, Architektur in Bewegung – Dynamische Komponenten und Bauteile. Basel 2010, S. 66f., S. 69 B 2.72 Aumüller Aumatic GmbH, Thierhaupten (D) B 2.73 nach VELUX Deutschland GmbH, Hamburg B 2.74 VELUX Deutschland GmbH, Hamburg B 2.75 Roto Dach- und Solartechnologie GmbH, Bad Mergentheim B 2.76 –79 VELUX Deutschland GmbH, Hamburg B 2.80 nach VELUX Deutschland GmbH, Hamburg B 2.81 Glas Trösch Beratungs-GmbH, Ulm-Donautal / Fiberline Composites A /S, Middelfart B 2.82 nach DIN 4102-13 B 2.83 Jan Cremers, München B 2.84 nach DIN EN 1364-1 B 2.85 VELUX Deutschland GmbH, Hamburg Baukörperanschluss und baulicher Kontext B 3.1 Eva Schönbrunner, München B 3.2 Jan Cremers, München, nach Ronner, Heinz: Öffnungen. Baukonstruktion im Kontext des architektonischen Entwerfens. Basel / Boston / Berlin 1991, S. 93 B 3.3 wie B 1.28, S. 12 B 3.4 Jan Cremers, München, nach wie B 2.38, S. 40 B 3.5 wie B 1.28, S. 99 B 3.6 wie B 1.28, S. 103 und 105 B 3.7 wie B 1.14, S. 83 B 3.8, 9 wie B 1.28, S. 100, 101 B 3.10, 11 Jan Cremers, München B 3.12 Finstral AG, Unterinn / Ritten B 3.13 wie B 1.28, S. 64 B 3.14 wie B 1.28, S. 129 B 3.15 wie B 1.28, S. 126f., Abb. B 3.15 e ergänzt durch Jan Cremers B 3.16 ift Rosenheim B 3.17 wie B 1.13, S. 99 B 3.18 wie B 1.14, S. 42 B 3.19 nach: Technische Systeminfo 6 – Wärmedämmverbundsysteme zum Thema Brandschutz, Fachverband Wärmedämm-Verbundsysteme e. V., Baden-Baden B 3.20 wie B 1.28, S. 149

B 3.21 B 3.22 B 3.23 B 3.24 B 3.25 B 3.26, 27 B 3.28 B 3.29 b B 3.29 B 3.30, 31 B 3.32 B 3.33 B 3.34

ift Rosenheim wie B 1.28, S. 128 wie B 1.28, S. 129 wie B 1.28, S. 135 wie B 1.28, S. 137 wie B 1.28, S. 138 wie B 1.28, S. 142 Jan Cremers, München wie B 1.28, S. 143 wie B 1.28, S. 140 wie B 1.14, S. 91 wie B 1.28, S. 148 nach Abbildungen von www.umweltschutzbw.de und www.abdichten.de B 3.35 – 44 wie B 1.28, S. 153 –163 B 3.45 wie B 1.28, S. 21 B 3.46 ift Rosenheim B 3.47 wie B 1.28, S. 50 B 3.48 Philipp Walker B 3.49a aus: Clauss Markisen, Architektenmappe_ 2012_01.pdf, S. 373 B 3.49b wie A 5.10, S. 284 B 3.50 aus: Otto Lueger: Lexikon der gesamten Technik (1904) B 3.51 Stefan Cremers, Karlsruhe B 3.52 Christian Schittich, München B 3.53 nach: Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks, Bundesverband Holz und Kunststoff, Verband der Fenster- und Fassadenhersteller e. V., RAL-Gütegemeinschaft Fenster und Haustüren e. V.: Leitfaden zur Montage von Fenstern und Haustüren mit Anwendungsbeispielen. Erarbeitet vom ift Rosenheim. Düsseldorf 2010, S. 193 und 212 B 3.54 nach: Clauss Markisen, Architektenmappe_ 2012_01.pdf, S. 45 B 3.55 aus: Futagawa, Yukio (Hrsg.); Bauchet, Bermard; Vellay, Marc: Maison de Verre, Pierre Chareau. Tokio 1988, S. 152 B 3.56 Florian Holzherr, München B 3.57 Archimage, Meike Hansen B 3.58 Jan Cremers, München B 3.59 Rasmus Norlander, Zürich B 3.60 Schüco International KG, Bielefeld B 3.61 wie B 1.14, S. 122 B 3.62 wie B 1.14, S. 123 B 3.63 wie B 1.14, S. 126 B 3.64 nach: Technische Regeln für Arbeitsstätten (ASR) A 2.3 B 3.65 wie B 1.14, S. 125 B 3.66 wie B 1.28, S. 34 B 3.67 wie B 1.28, S. 35 B 3.68 wie B 1.28, S. 39 B 3.69 wie B 1.28, S. 36f. B 3.70 Messe Düsseldorf B 3.71 wie B 1.14, S. 221f. B 3.72 Jan Cremers, München B 3.73 Werner Lang, München B 3.74 a Nansi Palla, Stuttgart B 3.75 b nach: Schüco International KG, Bielefeld B 3.75 Jan Bitter, Berlin B 3.76 a Burckhardt+Partner AG /Foto Daniel Spehr, Basel B 3.76 b Frank Kaltenbach, München Umgang mit historischen Fenstern im Bestand und im Baudenkmal B 4.1– 3 wie A 2.8 B 4.5 –10 wie A 2.8 B 4.11 Achim Bednorz, Köln B 4.12 – 24 wie A 2.8 B 4.25 aus: Belhoste /Leproux, 1997, S.18 B 4.27– 33 wie A 2.8 B 4.34 aus: Sammlung Göschen Fenster, Türen, Tore. S. 77 B 4.35 – 28 wie A 2.8 B 4.39 wie B 4.34 B 4.40, 41 wie A 2.8 B 4.42 Christian Schittich, München B 4.43 – 45 wie A 2.8 B 4.48 wie A 2.8 B 4.50 –71 wie A 2.8

Teil C C

Frank Kaltenbach, München

Passive Solarenergienutzung C 1.1 nach: Daniels, Klaus: Low Tech – Light Tech – High Tech. Bauen in der Informationsgesellschaft. Basel / Berlin / Boston 1998, S. 46, 59 C 1.2 nach: Gut, Paul; Ackerknecht, Dieter: Climate Responsive Building. St. Gallen 1993, S. 27 C 1.3, 4 Bundesministerium für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau (Hrsg.): Handbuch Passive Nutzung der Sonnenenergie. Heft 04.097. 1984 C 1.5 nach DIN 4710 C 1.6, 7 Bundesministerium für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau (Hrsg.): Handbuch Passive Nutzung der Sonnenenergie. Heft 04.097. 1984 C 1.8, 9 wie A 5.10, S. 20 und 25 C 1.10 Markus Binder, Stuttgart C 1.11, 12 Jan Cremers, München C 1.13 Jan Cremers, München, unter Verwendung von wie B 1.13, S. 48 C 1.14 wie B 1.14, S. 98 C 1.15 wie B 1.13, S. 24, dort: Roos et al., Solar Energy 69 (2000), S. 15 – 26 C 1.16 nach DIN 4108 C 1.17 wie B 2.7, S. 121 C 1.18 Markus Binder, Stuttgart, nach Herstellerangaben C 1.20 wie B 1.14, S. 101 C 1.21 wie C 1.18 C 1.22 glassdbase.unibas.ch, Prof. Dr. P. Oelhafen C 1.23 Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) C 1.24 wie A 5.10, S. 261 C 1.25 nach: Gut, Ackerknecht. Climate responsive Building. St. Gallen: SKAT 1993 C 1.26 Firmenangaben (u. a. I-S-T, DS Plan, Gartner, Infacon) und Hausladen, Gerhard u. a.: ClimaSkin. München 2007, S. 136 C 1.27 Markus Binder, Stuttgart C 1.28 Markus Binder, Stuttgart, berechnet nach DIN V 18 599-2. 2011-12 C 1.29, 30 wie B 1.13, S. 111 C 1.31 wie B 1.13, S. 112 C 1.32 Markus Binder, Stuttgart C 1.33 wie B 1.13, S. 114 C 1.34 wie B 1.13, S. 118 C 1.35 – 38 Lukas Blattmann / Daniela Weisbarth, HFT Stuttgart C 1.39 Melanie Monecke / Nicole Schmidt, HFT Stuttgart C 1.40 nach: Lahme, Andreas: Beispiele und Vergleiche – Zum einfachen Berechnungsverfahren der Tageslichtautonomie und des Strombedarfs für die künstliche Beleuchtung von Räumen speziell für die frühe Gebäudeplanungsphase. Braunschweig 2002, S. 7 C 1.41, 42 Arne Abromeit, Karlsruhe C 1.43 nach: D. Haas-Arndt, Hannover; I. Schädlich, Siegen C 1.44 nach: Neufert, Ernst: Bauentwurfslehre. Wiesbaden 2012, S. 175 C 1.45, 46 nach: Sebastian Fiedler, Frankfurt / M., unter Verwendung von Material des Instituts für Licht und Bautechnik (ILB), Köln Aktive Solarenergienutzung C 2.1 SSC GmbH C 2.2, 4 Thomas Stark, Konstanz C 2.5 nach: Otto Wulff Bauunternehmung GmbH / schönknecht : kommunikation gmbh C 2.6 Thomas Stark, Konstanz C 2.7 a Solarbayer GmbH, Pollenfeld-Preith C 2.7 b Viessmann Werke GmbH & Co. KG, Allendorf (Eder) C 2.8, 9 Michael Bender, Darmstadt C 2.10 iStockphoto/Saifudeen Dag C 2.11 Heliatek GmbH, Dresden C 2.12 http://products.newformenergy.ie/photovoltaic-thermal-pvt.php

C 2.14 –16 C 2.17 C 2.18 C 2.20 C 2.21 C 2.23 C 2.24

Thomas Stark, Konstanz SMA Solar FG+SG fotografia de arquitectura Roto Dach- und Solartechnologie GmbH Jan Cremers, München Grégoire Kalt, Paris Reto Miloni, Wettingen

Gebäudetechnische Komponenten am Fenster C 3.1 Stefan Müller-Naumann / Colt International GmbH C 3.2 Markus Binder, Stuttgart C 3.3 nach: Renson Ventilation, Waregem: aus Broschüre: Intelligente natürliche Lüftung für Wohngebäude (Stand 05/2013) C 3.4 Markus Binder, Stuttgart C 3.5 wie C 3.3 C 3.6 Markus Binder, Stuttgart, nach Angaben aus HS-Luftfilter GmbH, Kiel: Broschüre: Grundlagen der Filtertechnik (Stand 05/2012) C 3.7 Markus Binder, Stuttgart, Berechnung auf Grundlage von Produktunterlagen der Firmen Innoperform GmbH, Preititz; Aereco GmbH, Hofheim-Wallau; Renson Ventilation, Waregem C 3.8 aus: Gretsch Unitas GmbH, D – Ditzingen: Broschüre: Bedarfsgeführte Wohnungslüftung – Optimale Raumluftqualität und Energieeffizienz (Stand 04/2013) C 3.9 Aereco GmbH, Hofheim-Wallau C 3.10 Renson Ventilation, Waregem C 3.11 aus: HAUTAU GmbH, Helpsen: Produktunterlagen »Fensterlüfter Ventra« C 3.12 LUNOS Lüftungstechnik GmbH für Raumluftsysteme, Berlin C 3.13 XtravaganT / Fotolia / Peer Neumann C 3.14–18 Markus Binder, Stuttgart C 3.19 aus: Lüdemann, Bruno (Imtech Deutschland GmbH & Co. KG, Hamburg): Kühlen ohne Kältemaschine, PCM-Techniken für die Raumkühlung, Vortragsunterlagen. Oktober 2008 C 3.20 David Matthiessen, Stuttgart C 3.21 Markus Binder, Stuttgart C 3.22 Profine / Newspress.de C 3.23 WindowMaster, Vedbæk C 3.24 RELAG AG für Luftschleieranlagen, Illnau C 3.25 Teddington, von: http://www.teddington.de/ index.php/technik/einbauarten C 3.26 aus: Züricher Energieberatung/Bundesamt für Energie (Hrsg.): Merkblatt: Gebäudeeingänge mit grossem Publikumsverkehr, 1998 C 3.27 nach: Pistohl: Handbuch der Gebäudetechnik, Band 2, S. H186. Köln 2009 C 3.28 nach: esco Metallbausysteme GmbH, Ditzingen, aus: Schulz, Harald: Die »Evolution der beheizten Fassade«, Fassade 1/2005 C 3.29 Kampmann GmbH, Lingen (Ems) C 3.30 nach: Pohl, Wilfried u. a. /Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (Hrsg.): LichtAusFassade. Optimierte Tagesund Kunstlichtversorgung über Fassaden – Beurteilung der Energiebilanz und der visuellen Qualität. Berichte aus Energie- und Umweltforschung 26/2012. Aldrans, Dez. 2012 C 3.31 nach: Köster Lichtplanung, von http://www. koester-lichtplanung.de/pages_gb/projekts_01.html C 3.32 Oliver Schuster, Stuttgart C 3.33, 34 Schüco International KG, Bielefeld

C 4.10 C 4.11 C 4.12

C 4.13

nach Mötzl, Hildegund. 2007 Greiner Extrusion GmbH, Nussbach nach: Martens, Hans: Recyclingtechnik. Fachbuch für Lehre und Praxis. Heidelberg 2011, S. 177 Joost Hartwig, Darmstadt, auf Basis von REWINDO GmbH 2012

Teil D D

Tim Crocker, London

S. 220, 221 Nick Kane, Kingston S. 222, 223 Florian Holzherr, München S. 224 – 226 Ruedi Walti, Basel S. 227 Michael Heinrich, München S. 228 oben Hélène Binet, London S. 228 unten Christian Schittich, München S. 229 Hélène Binet, London S. 230 Ward Snijders, Naarden / MHB S. 231 Brenne Architekten S. 232, 233 Ward Snijders, Naarden / MHB S. 234, 235 Werner Huthmacher, Berlin S. 236 Marius Waagaard S. 237 Gerhard Hagen, Bamberg S. 238, 239 Brigida González, Stuttgart S. 240, 241 oben Jochen Stüber, Hamburg S. 242, 243 Pasi Aalto, Trondheim S. 244, 245 Ali Moshiri, Zierenberg S. 246 – 247 oben /unten Adolf Bereuter, Dornbirn S. 247 Mitte Andreas Gabriel, München S. 248, 249 Pedro Pegenaute, Pamplona S. 250 Bruno Klomfar, Wien S. 251 oben Norman Müller, Ingolstadt S. 251 unten Bruno Klomfar, Wien S. 252, 253 Iwan Baan, Amsterdam S. 254, 255 Eduard Hueber, Ines Leong, New York S. 256, 257 Holzmanufaktur Rottweil, Hermann Klos S. 258, 259 Roger Frei, Zürich S. 260 ift Rosenheim S. 261 oben Patrick Bingham-Hall, Sydney S. 261 unten Tim Griffith, Melbourne S. 262, 263 Archiv Olgiati S. 264, 265 Didier Jordan, Genf S. 268, 269 Hiroshi Ueda, Kanagawa S. 272, 273 Bernd Perlbach, Preetz S. 274, 275 Tim Crocker, London S. 276, 277 Velux / Stamers Kontor. Kopenhagen

Lebenszyklusbetrachtung von Fenster und Außentür C 4.1 Christian Schittich, München C 4.2 nach DIN EN ISO 14 040 C 4.3 nach DIN EN 15 804 C 4.4 www.shannonrankin.com, www.justinrichel.com C 4.5 auf Basis von EPDs des ift Rosenheim bzw. IBU C 4.6 nach ARCHmatic (2013) C 4.7 Bundesverband ProHolzfenster (http:// www.proholzfenster.de/43.html) C 4.8, 9 Joost Hartwig, Darmstadt

285

Sachwortregister 13°-Isotherme ∫ 125 3-Ebenen-Modell ∫ 121 A Abdichtung von Bauteilanschlussfugen ∫ 128 Abdichtung ∫ 58 Abluft ∫ 38 Abluftanlage ∫ 200 Abluftfenster ∫ 40 Abschattungsfaktor (Fc-Wert) ∫ 175 Absorbtion ∫ 172 Abstandhalter ∫ 55, 92 Abstandhalter, punktförmig ∫ 95 Abstandhaltersysteme ∫ 92 Absturzsicherung ∫ 76 Aktivtechnik ∫ 42 Aktuatoren ∫ 42, 114 Alarmglas ∫ 94 allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) ∫ 72 allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis (abP) ∫ 72 alte Fenster und Türen ∫ 215 Aluminiumfenster ∫ 103, 158, 213 Anbaurollläden ∫ 138 Anisotropien ∫ 81 Anputzdichtleiste ∫ 130, 134 Anschlagsarten ∫ 124 Anschlussfuge ∫ 69, 120 Antireflexbeschichtungen ∫ 90 Antriebstechnik ∫115 Atmosphäre ∫ 172 Aufnahme von Bewegungen ∫ 82 Aufsatzflügel ∫ 163 Aufsatzrollladen ∫ 138 Ausnutzungsgrad ∫ 183, 188 Außenanschlag ∫ 124 Außenfensterbänke ∫ 135, 137 Außentüren ∫ 139 Automatiktüren ∫ 140 B Bauleistungen ∫ 136 b-Faktor ∫ 174 Ballwurfsicherheit ∫ 78 Bandfassade ∫ 144 Barrierefreiheit ∫ 79, 143 Baukörperanschluss ∫ 120 bauphysikalische Grundlagen ∫ 50 Bauprodukte ∫ 212 Bauproduktenverordnung ∫ 84 Baustoffklassen ∫ 71 Bauteilwiderstandsklassen ∫ 77 bauzeitliche Kunststofffenster ∫ 160 Beansprungsgruppe ∫ 110 Bedruckung ∫ 91 Befestigung ∫ 121 Befestigungmittel /-systeme ∫ 127 Behaglichkeitskriterien ∫ 57 beheizte Fassade ∫ 204 Beleuchtung ∫ 206 Beleuchtungsstärke ∫ 176 Belichtung ∫ 80 Belüftungsdruck ∫ 75 Beschichtungen ∫ 89 Beschläge ∫ 112 Bestandteile der Öffnung ∫ 28 Beurteilungs- und Prüfungskriterien von Verglasungen ∫ 80 bewegliche Elemente ∫ 180 Bewegungsart ∫ 26, 44, 75, 179 Bewegungsflächen ∫ 79 Bewegungsfuge ∫ 130 Bezugssysteme ∫ 30 Bibelfenster ∫ 19 Biege- und Faltmechanismen ∫ 44 Bionik ∫ 44 bleiverglaste Fenster ∫ 166

286

Blendfassade ∫ 27 Blendrahmenfenster ∫ 18, 124 Blendrahmenprofil ∫ 100 Blendschutz ∫ 39, 173, 187 Blindstock ∫ 124 Blockrahmenfenster ∫ 123 Blower-Door-Test ∫ 61, 64 Borosilikatglas ∫ 214 Brandbarrieren /-riegel ∫ 126 Brandschutz ∫ 70 Brandschutzverglasung ∫ 72, 116 Brandverhalten ∫ 71 Braun-Fenster ∫ 152 Brüstungselement ∫ 76 Butzenscheiben ∫ 14, 17, 20 C CE-Kennzeichnung ∫ 72, 84 chemisch vorgespanntes Glas ∫ 88 Closed-Cavity-Fassaden (CCF) ∫ 146 Compound Parabolic Concentrators (CPC) ∫ 44, 47 Cradle-to-Grave-Betrachtung ∫ 208 D Dachfenster ∫ 115 Dämmebene ∫ 125 Dampfdruckausgleich ∫ 109 Datenquellen für Ökobilanzdaten ∫ 212 Dauerhaftigkeit ∫ 83 Dauerlüftung ∫ 37, 62 Dehnvermögen ∫ 132 Denkmalfenster ∫ 161 denkmalgeschützte Fenster ∫ 148 Designbeschichtungen ∫ 91 Dichtebenen ∫ 129 Dichtfolien ∫ 134 Dichtprofile /-stoffe ∫ 64, 69, 109, 111 Dichtstofffuge ∫ 132 Dichtstoffgruppe ∫ 110 Dichtsysteme ∫ 111, 131 Dichtungsbänder ∫ 69, 133 Differenzdruck-Messverfahren ∫ 61, 64 Distanzklötze ∫ 109, 123 Doppelfenster ∫ 149, 100 doppelschalige Fassaden ∫ 150 Drahtglas ∫ 87 Drehfenster ∫ 43 Drehflügel ∫ 18, 166 Drehflügelfenster ∫ 153 Drehläden ∫ 15 Dreiecksfugen ∫ 133 Dreiflankenhaftung ∫ 133 Druckverglasung ∫ 111 Durchlässigkeit ∫ 41 dynamische Selektivität ∫ 95 E Edel- oder Schwergase (Argon, Krypton, Xenon) ∫ 53, 216 Eignungsnachweise und amtliche Zulassungen ∫ 72 Einbauebene ∫ 61 Einbauort ∫ 75 Einbausituation ∫ 214 Einbauzeitpunkt ∫ 136 Einbruchhemmung ∫ 77 Einfachfenster ∫ 100 Einfachverglasungen ∫ 149, 163 Einfallswinkel ∫ 184 eingeführte Technische Baubestimmung – ETB ∫ 72 Einsatzfenster ∫ 128 Einscheibensicherheitsglas (ESG) ∫ 87 Einspann-Blend-Rahmen ∫ 128 elektrochrome Verglasung ∫ 96 elektromagnetische Dämpfung ∫ 73 elektromagnetische Strahlung ∫ 172 Elemente, beweglich ∫ 180 Elementfassaden ∫ 144 Emissivität ∫ 52, 172, 176 End of Life: Recycling ∫ 215 energetische Verbesserung ∫ 149

Energiebilanz ∫ 182 Energieeinsparverordnung (EnEV) ∫ 55, 57, 61, 63, 64, 66, 215 Entlastungsbögen ∫ 120 Entsorgung ∫ 216 EU-Bauproduktenverordnung (BauPVO) ∫ 208 Eurofalz / Euronut ∫ 113 F Fallläden ∫ 17 Faltfenster ∫ 157 Faltschiebeläden ∫ 45 Falttüren ∫ 141 Falzentwässerung ∫ 109 Falzlüfter ∫ 199 Falzraum ∫ 61 Farbwiedergabe ∫ 80, 177 Farbwiedergabeindex ∫ 80 Faschen ∫ 28 Fassade, beheizt ∫ 205 Fassadenintegrierte Lüftungsgeräte ∫ 203 Fassadenordnung ∫ 24 Fassadentypen ∫ 144 fenêtre en longueur ∫ 28 Fenster, bleiverglast ∫ 166 Fensterarten ∫ 100 Fensterbänder ∫ 22, 120, 152, 156 Fenstereinheit ∫ 8, 101, 148, 159 Fenstererhaltung ∫ 149 Fensterflächenanteil ∫ 184, 187 Fensterforschung ∫ 16 Fenstergitter ∫ 78, 138 Fensterglas (geblasen) ∫ 13 Fensterherstellung ∫ 212 Fensterkitt ∫ 109 Fenstermaterialien ∫ 157 Fenstersprossen ∫ 55 Fenstertypen ∫ 149 Fensterverschlüsse ∫ 14 Fensterwand ∫ 120 Festverglasung ∫ 153 Feuchteschutz ∫ 58 Feuerwiderstandsklassen ∫ 72 Fingerklemmschutz ∫ 79 Flachdachfenster ∫ 116 Flachglas ∫ 87 Flachkastenfenster ∫ 150 Floatglas ∫ 87 Fluchttüren ∫ 142 Flügelrahmenprofil ∫ 100 fotochemisches Oxidantienbildungspotential ∫ 210 Fugenaufbau ∫ 130 Fugendämmung ∫ 127 Fugendichtstoffe ∫ 132 Fugendurchlässigkeit ∫ 61 Fugenschalldämmung ∫ 68 Fügetechniken ∫ 100 Füllungen ∫ 214 Funktionsbereich ∫ 121 Funktionsbeschichtung ∫ 173, 177, 214 Funktionsfugen ∫ 63 Funktionsgläser ∫ 177 G Gasfüllungen im SZR ∫ 93 Gebäudeautomationen ∫ 10 Gebäudebetrieb ∫ 212 Gesamtenergiebedarf ∫ 186 Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) ∫ 173 Gestaltung von Fassadenöffnungen ∫ 24 GFK-Profile ∫ 108 Glas ∫ 18, 73, 86, 94, 214 Glasabdichtung ∫ 109 Glasarten ∫ 214 Glasdoppelfassade ∫ 150 Glaser-Verfahren ∫ 59 Glasfalz ∫ 109 Glasherstellung ∫ 19

Globalstrahlung ∫ 170 Größe und Anordnung von Öffnungen ∫ 182 Großflächenfenster ∫ 156 gusseiserne Fenster ∫ 158 Gussglas ∫ 18, 87 H h,x-Diagramm (Mollier-Diagramm) ∫ 64 Harmonikatüren ∫ 141 Hebefenster ∫ 157 Heizenergiebedarf ∫ 170 Heizwärmebedarf ∫ 183 hinterlüftete Fassaden ∫ 144 historische Fenster ∫ 148 holografisch-optische Elemente (HOE) ∫ 44, 89 Holzfenster ∫ 18, 103, 157, 213 Holzläden ∫ 14, 16 horizontale Nutzlasten ∫ 76 horizontale Windlasten ∫ 76 Horizontalschiebefenster ∫ 154 Horizontalverglasungen ∫ 76 Hybride Lüftung ∫ 5 I Indikatorfunktion ∫ 57 Innenanschlag ∫ 124 Innenfensterbänke ∫ 137 Insektenschutz ∫ 79,98 Instandhaltung ∫ 214 Instandsetzung ∫ 161 Intensivlüftung ∫ 63 Internationale Beleuchtungskomission (CIE) ∫ 186 IR-Strahlung ∫ 172 Isolierglas ∫ 94, 153, 177, 216 Isolierglasfenster ∫ 153, 164 Isothermendarstellung ∫ 55 K Kalk-Natro-Glas ∫ 214 Kalt-Warm-Fassade ∫ 144 Kaltfassaden ∫ 144 Kaltluftabfall ∫ 57 Kämpfer ∫ 100 Karusselltüren ∫ 79, 141 Kastenfenster ∫ 13, 100, 149, 164 Kathodenzerstäubungsverfahren (Softcoating) ∫ 90 Kindersicherungen ∫ 79 Kinematik ∫ 41 Kippfenster ∫ 43,153 Kippflügel ∫ 166 Klappfenster ∫ 153 Klappläden ∫ 15 Klemmfalz ∫ 100 Klimalasten ∫ 74 Klotzung ∫ 108 Komponenten ∫ 86, 119 Kondensatbildung ∫ 164 Konstruktionsarten ∫ 86 Konstruktionsfuge ∫ 63, 130 Konstruktionsprinzipien ∫ 149 Konvektion ∫ 41 Konvektoren ∫ 206 Kopplungsfuge ∫ 130 Körperschall ∫ 67 Kreuzstockfenster ∫ 17 Kühlenergiebedarf ∫ 170 Kühllastberechnungsverfahren ∫ 174 Kultur- und Entwicklungsgeschichte des Fensters ∫ 12 Kunstlicht ∫ 170, 176 Kunststoffe und Membranen ∫ 97 Kunststoff ∫ 107, 159, 213, 216 L Lage des Öffnungselements in der Laibung ∫ 26 Lamellenstrukturen ∫ 45 Landesbauordnungen (LBO) ∫ 71 Längenänderungen ∫ 82

längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient (Psi-Wert) ∫ 54 langwellige Wärmestrahlung ∫ 172 Lärmpegelbereich ∫ 66 Lastabtragung ∫ 121 LC (Liquid Crystal)-Glas ∫ 96 Lebenszyklusbetrachtung ∫ 83, 208 Leistungsprofile ∫ 38 Leuchtdichte ∫ 176, 188 Leuchtdichtekontraste ∫ 79 Lichtkuppel ∫ 115 Lichtlenkung ∫ 39, 171, 187 Lichtstreuung ∫ 39, 187 Life Cycle Assesment (LCA) ∫ 208 Low-E-Beschichtung ∫ 42, 52, 178 Luftdichtheit ∫ 61, 138 Luftdichtheitsebene ∫ 121 Luftdurchlässe, aktiv / passiv ∫ 199, 201 Luftdurchlässigkeit ∫ 61, 75 Luftkonditionierung ∫ 198, 203 Luftschall ∫ 67 Luftschleieranlagen ∫ 140, 204 Lüftung ∫ 36, 62, 198, 200, 201, 203 Lüftungselemente ∫ 39 Lüftungskomponenten ∫ 63, 108 Lüftungskonzept ∫ 184 Luftwechsel ∫ 37 Lukenöffnungen ∫ 15 M M-Glas ∫ 178 Maße und Toleranzen ∫ 81 mechanische Anforderungen ∫ 73 Medienfassaden ∫ 30 Mehrfachfenster ∫ 100 Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) ∫ 53, 91, 153 Metallfenster ∫ 158, 165 Mindestbeleuchtungsstärke ∫ 176 Mindestluftwechsel ∫ 61 Mindestwärmeschutz ∫ 66 Modulares Oberlicht ∫ 276 Mondglasscheibe ∫ 19 Multifunktiionsbänder ∫ 133 Multifunktionsschichten ∫ 179 Musterbauordnung (MBO) ∫ 71 N Nachhaltigkeitszertifizierungen ∫ 83 Nachtlüftung ∫ 204 Nachweisverfahren ∫ 184 Nassverglasung ∫ 109 natürliche Lüftung ∫ 62, 203 Nutzerzufriedenheit ∫ 8 Nutzungspotential ∫ 171 O Öffnungsart ∫ 40 Öffnungselemente (NRWG) ∫ 118 Öffnungselemente ∫ 24, 29, 37 ,40 Öffnungsweitenbegrenzer ∫ 80 Ökobilanzierung ∫ 208, 214 optimaler Öffnungsflächenanteil ∫ 186 optische Anforderungen ∫ 80 Ordnungsprinzip ∫ 24 Orientierung ∫ 171, 182 Ornament ∫ 29 Ozonabbaupotential ∫ 210 P Paneele ∫ 98 Paniktürenverschlüsse ∫ 142 Panoramafenster ∫ 156 Panzerfenster ∫ 152, 164 passive Solarenergienutzung ∫ 170 Pendeltüren ∫ 79 perforierte Flächen ∫ 45 Pflege und Nachhaltigkeit ∫ 160 Pfosten-Riegel-Fassaden ∫ 144 Pfosten ∫ 100 Phase-Change-Materials (PCM) ∫ 41, 99, 203 porte-fenêtre ∫ 28

Primärenergiebedarf ∫ 210 Prinzip der Fälzung ∫ 100 Prinzip: Masse-Feder-Masse ∫ 67 Profilentwässerung ∫ 126 Proportionssysteme ∫ 24 pyrolytische Beschichtungen (Hardcoating) ∫ 89 Q Querlüftung ∫ 63 Quetsch-Falz ∫ 158 R Radarreflexionsdämpfung ∫ 73 Rahmenmaterial ∫ 212 Rahmenprofile ∫ 103 Randbedingungen ∫ 170 Randverbund ∫ 92, 214 Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) ∫ 70, 116 Rauchabzugsfenster ∫ 119 räumliche Dimension ∫ 26 Raumluftfeuchte ∫ 57 Raumluftqualität ∫ 37 Raumlufttemperatur ∫ 57 Rautenbänder ∫ 18 Rautenscheiben ∫ 16, 20 Rautenverglasung ∫ 16, 17 Rechteckverglasung ∫ 18 Recycling von Fensterkomponenten ∫ 215 Recyclingquote ∫ 216 Recyclingsysteme ∫ 215 Reflexion ∫ 30, 172 Reflexionsvermögen ∫ 172 regelbare Öffnungen ∫ 36 Regelfunktion ∫ 38 Regelungsprozess ∫ 42 Regelungstechnik ∫ 42 Rekord-Fenster ∫ 152 relative Luftfeuchtigkeit ∫ 59, 65 Restaurierung ∫ 149 Riegel ∫ 100 Rohstoffe ∫ 212 Rollladenkästen ∫ 137 Rotation ∫ 43 S S-Falz ∫ 158 Sanierung ∫ 161 Schachtlüftung ∫ 63, 201 Schalen ∫ 40, 46, 120, 144 Schallschutz ∫ 40, 66, 69, 126, 200 Schallschutzfenster ∫ 69, 93 Schaufassade ∫ 27 Scheibenzwischenraum (SZR) ∫ 52, 70, 74, 153, 214 Schichten ∫ 41, 46, 120 Schiebeflügel ∫ 18 Schiebetüren ∫ 141 Schimmelpilzbildung ∫ 64 Schlagregendichtheit ∫ 58, 60, 75 Schrägfalz ∫ 100 Schutz der Öffnung ∫ 39 Schutzfunktionen ∫ 37, 50 Schwelle ∫ 100, 142 Schwingflügelfenster ∫ 155, 166 Sekfenster ∫ 157 selbstreinigendes Glas ∫ 90 Selektive Systeme ∫ 42 Selektivität ∫ 172, 176 Sensoren ∫ 63, 94, 116, 119, 200, 207 Shading Coefficient (SC) ∫ 174 Sicherheitssonderverglasungen ∫ 78 sichtbares Licht ∫ 172 Sichtbezug ∫ 80 Simulationsprogramme ∫ 188 Smart Materials ∫ 41 Sol-Gel-Verfahren ∫ 90 solare Wärmestrahlung ∫ 172 Solarenergie ∫ 170 solares Nutzungspotential ∫ 188 solares Spektrum ∫ 172

Solarstrahlung ∫ 170, 172 sommerlicher Wärmeschutz ∫ 184 Sonderbeschläge ∫ 114 Sonderfenster ∫ 166 Sonnenschutz ∫ 170, 175, 180, 182 Sonnenschutzsysteme ∫ 39,173 Sonnenschutzverglasung ∫ 177 Spektralbereich ∫ 172 Spindelantriebe ∫ 115 Sprossen ∫ 94, 100, 148 Stahlfenster ∫ 105 Standort ∫ 171 Standsicherheit ∫ 120 Starre Systeme ∫ 170 Stauchvermögen ∫ 132 Steuerung und Regelung ∫ 36 Stoßlüftung ∫ 63, 37 Strahlung ∫ 44 Strahlungseintrag ∫ 39, 41 Strahlungsleistung ∫ 184 Strahlungssymmetrie ∫ 57 Structural Glazing ∫ 111 Strukturen ∫ 25, 40, 46 Stufen-Isolierglas ∫ 94 stumpfer Anschlag ∫ 124 Stürze ∫ 120 Sturzkasten ∫ 137 T Tafelglas ∫ 87 Tageslicht ∫ 170, 176, 186 Tageslichtautonomie ∫ 186, 187 Tageslichteintrag ∫ 39 Taupunkttemperatur ∫ 65 Tauwasser ∫ 59, 152 teilvorgespanntes Glas (TVG) ∫ 87, 88 Temperaturfaktor ∫ 65 temporärer Wärmeschutz ∫ 38, 58 thermische Behaglichkeit ∫ 57 thermische Strahlung ∫ 172 thermische Trennung ∫ 106 Thermografie ∫ 55 Tragklötze ∫ 109, 123 Translation ∫ 43 Transmission ∫ 30, 41, 170, 172 Transmissionswärmeverlust ∫ 57 Transparenz ∫ 30 Treibhauseffekt ∫ 170, 173 Treibhauspotential ∫ 209 Trockenmittel ∫ 92 Trockenverglasung ∫ 109 Tropfkante ∫ 137 U Überdämmung von Rahmenprofilen ∫ 126 Überdünngungspotential (EP) ∫ 210 Umweltkennzeichnungen ∫ 210 Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declaration – EPD) ∫ 208, 212 Umweltwirkungen ∫ 210, 212, 217 Unterlegklötze ∫ 123 UV-Strahlung ∫ 172

Vorfenster ∫ 150, 162 vorgehängte hinterlüftete Fassaden (VHF) ∫ 144 vorgespanntes Glas ∫ 87 Vorhangfassade ∫ 120 Vorlegebänder ∫ 111 Vorreiber ∫ 112 W Wabenscheiben ∫ 18, 20 Wagner-Fenster ∫ 152 Waldglas ∫ 17 warme Kante ∫ 92 Wärmebrücken ∫ 56, 66 Wärmedehnzahlen ∫ 83 Wärmeleitfähigkeit ∫ 52 Wärmeleitung ∫ 51 Wärmerückgewinnung ∫ 201 Wärmeschutzverglasung ∫ 178 Wärmestrahlung ∫ 172 Wärmeströmung (Konvektion) ∫ 51 Wärmetransport ∫ 51 Wärmeübergangskoeffizient ∫ 53, 54 Wärmeübergangswiderstand ∫ 53, 54 Wartungsmaßnahmen ∫ 214 Wasserdampf ∫ 59 Wasserdampfdiffusionsverhalten der Dichtsysteme ∫ 135 Wechselfalz ∫ 156 Wendeflügel ∫ 166 Wendeflügelfenster ∫ 155 Werkstoffe für Rahmenprofile ∫ 101 Werkstoffe ∫ 86 Werkstoffkombinationen ∫ 99 Wetterschutz ∫ 121 Windableitbleche ∫ 119 Winddichtigkeit ∫ 18 Windlastzonen ∫ 75 Winterfenster ∫ 149, 162 Wirkprinzip ∫ 42 Wirkungskategorien der Ökobilanz ∫ 209 Wolfsrachen ∫ 100, 158 Z Zahnstangenantriebe ∫ 115 Zargenfenster ∫ 101, 124 Zargenkonstruktion ∫ 143 Ziehglas ∫ 87 Ziehläden ∫ 17 Zuglufterscheinung ∫ 37 Zuluft ∫ 38, 62, 201, 203 Zustimmung im Einzelfall ∫ 72 Zweite-Haut-Fassade ∫ 144 Zylinderblasverfahren ∫ 19 Ψ-Wert

∫ 92

V Vakuumisolationspaneele (VIP) ∫ 98 Vakuumisoliergläser ∫ 163 Vakuumverglasungen ∫ 94 Verbindung Glas und Rahmenprofil ∫ 108 Verbundfenster ∫ 100, 150, 158, 164 Verbundflügel ∫ 163 Verbundglas (VG) ∫ 89 Verbundrahmenprofile/Hybride ∫ 108 Verbundsicherheitsglas (VSG) ∫ 88 Verformung ∫ 82 Verglasung ∫ 73, 96, 214 Versauerungspotential ∫ 210 Verschattungskonzept ∫ 186 Versenkfenster ∫ 26 Vertikalschiebefenster ∫ 154, 166 Vorbaurollläden ∫ 138

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Autoren und Verlag danken den folgenden Sponsoren für die Förderung der Publikation:

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