Fassaden: Prinzipien der Konstruktion [3., überarb. Aufl.] 9783038210269, 9783038210948

Citation preview

Fassaden Prinzipien der Konstruktion

Ebenfalls in dieser Reihe bei Birkhäuser erschienen: Maarten Meijs, Ulrich Knaack Bauteile und Verbindungen – Prinzipien der Konstruktion ISBN 978-3-7643-8668-9 Ulrich Knaack, Sharon Chung-Klatte, Reinhard Hasselbach Systembau – Prinzipien der Konstruktion ISBN 978-3-7643-8746-4

Ulrich Knaack, Tillmann Klein, Marcel Bilow, Thomas Auer

Fassaden Prinzipien der Konstruktion Dritte und überarbeitete Auflage

Wir danken der Technischen Universität Delft für die finanzielle Unterstützung dieser Publikation. Weiterhin gilt unser Dank Frau Ria Stein für ihr Lektorat sowie den studentischen Mitarbeitern Jaen-Paul Willemse, Vincent van Sabben, Thijs Welman, Max Ernst und Farhan Alibux für deren Hilfe bei der Erstellung der Zeichnungen.

Layout und Covergestaltung: Oliver Kleinschmidt, Berlin Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. 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 oder von Teilen 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 Buch ist auch als E-Book (ISBN 978-3-03821-026-9) erschienen. Es ist auch in englischer Sprache (ISBN 978-3-03821-044-3) sowie als englisches E-Book (ISBN 978-3-03821-145-7) erschienen. Erste Auflage 2007 Zweite und durchgesehene Auflage 2010 Dritte und überarbeitete Auflage 2014 © 2014 Birkhäuser Verlag GmbH, Basel Postfach 44, 4009 Basel, Schweiz Ein Unternehmen von Walter De Gruyter GmbH, Berlin/Boston Gedruckt auf säurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. TCF ∞ Printed in Germany ISBN 978-3-03821-094-8

9876543 www.birkhauser.com

I n h A lT

7 | 1 Einleitung

14 | 2 Von der Wand zur Fassade 14 | Massive Wandkonstruktionen 14 | Warmfassade / Kaltfassade 16 18 19 20 21

| | | | |

Öffnungen in massiven Wandkonstruktionen Überbrücken der Öffnung Einfachverglasung Kastenfenster Isolierverglasung

36 | 3 Konstruktionsprinzipien 37 38 42 44 45 46 46

| | | | | | |

Konstruktionsbereiche Fassadentragwerke und Lastabtragung Raster und Position der Fassade im Bauwerk Systeme in der Fassadenkonstruktion Pfosten-Riegel-Konstruktion Elementfassade Gestaltung mit Systemen

47 | Öffnungen in Fassadenkonstruktionen 47 | Beschläge 48 | Fenster 50 | Montage

22 | Skelettartige Wandkonstruktionen 22 | Fachwerk 23 | Holzskelettbau 52 | 4 Detailprinzipien und Toleranzen 24 | Auflösung der Wand, Tragstruktur und Fassade 25 | Pfosten-Riegel-Fassade 26 | Pfostenfassade 26 | Riegelfassade 27 | Vorhangfassade 28 | Elementfassade 29 30 30 31 32 33 34

| | | | | | |

Doppelfassaden Zweite-Haut-Fassade Kastenfenster-Fassade Korridorfassade Schacht-Kasten-Fassade Wechselfassade Komponentenfassade

54 56 57 57

| | | |

Gebäuderaster und Position des Bauteils Komposition von Funktionen Prinzipien des Details Fassadenschichten im Detail

58 59 59 60 61 62 63

| | | | | | |

Detailentwicklung an Beispielen Außenverkleidung Mauerwerk Pfosten-Riegel-Fassade Elementfassade Attika Sockel Fugen

67 | Toleranzen

70 | 5 Klima und Energie

102 | 7 Beispiele

70 | Fassade als Schnittstelle zum Außenraum 70 | Anforderungen an die Fassade 71 | Thermische Anforderungen 72 | Visuelle Anforderungen 73 | Hygienische Anforderungen 73 | Akustische Anforderungen

102 | Hinterlüftete Fassade Concept House, RDM Campus, Rotterdam 106 | Massive Fassade Landesarchiv Nordrhein-Westfalen, Duisburg 110 | Pfosten-Riegel-Fassade Neubau Fakultät Architektur und Innenarchitektur der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Detmold 114 | Elementfassade Hauptverwaltung Süddeutscher Verlag, München

74 | Regulieren der Behaglichkeit mit Fassaden 74 | Lüften 77 | Heizen 78 | Kühlen 80 | Sonnen- und Blendschutz 84 | Lichtlenkung

118 | 8 Zukünftige Fassade n 120 124 126 127

| | | |

Material und Konstruktion Klima, Komfort, Energie Produktion und Montage (Entwurfs-)werkzeuge

85 | 6 Adaptive Fassaden 85 86 86 87

| | | |

Sonne Licht Wärme Glashauseffekt

87 90 90 91 92

| | | | |

Geschichte der adaptiven Fassaden Kollektorfassaden Trombewand Transparente Wärmedämmung Abluftfassaden

93 94 95 96 98

| | | | |

Doppelfassaden Kastenfenster-Fassade Schacht-Kasten-Fassade Korridorfassaden Zweite-Haut-Fassaden

100 | Wechselfassade 100 | Komponentenfassade

Anhang 128 | Autoren 129 | Auswahlbibliografie 130 | Register 131 | Bildnachweis

1 | Einleitung Fassaden – Prinzipien der Konstruktion, so der Titel dieses Buches, nun in der dritten Auflage. Selbstverständlich fragt man sich, warum noch ein Buch über Fassaden – gibt es doch schon genügend, die sich auf Themen wie transparente Fassaden, Doppelfassaden oder materialspezifische Fassadenkonstruktionen (1, 2) konzentrieren. Hier mag der Untertitel – Prinzipien der Konstruktion – Aufschluss geben: Dieses Buch richtet sich an Architekten und Studierende, die sich eher grundsätzlich mit den Prinzipien von Fassaden beschäftigen möchten. Nicht einzelne Themenschwerpunkte werden fokussiert, sondern die Grundsysteme von Fassaden, deren Entstehung sowie die Prinzipien des Konstruierens, der Bauphysik und der Integration in das Bauwerk. Ziel ist weder eine Sammlung von konstruktiven Beispielen noch eine Zusammenstellung von aktuellen und regelgerechten Details, sondern vielmehr die Schaffung eines prinzipiellen Verständnisses von Fassaden und deren technischer Umsetzung. Mit diesem Verständnis, welches nicht an Verfallsdaten von Eurocode-Normen oder technischen Richtlinien gebunden ist oder in Abhängigkeit von spezifischen Materialparametern steht, wird es möglich, Projektbeispiele zu analysieren, zu verstehen und anschließend eigene Entwicklungen technisch richtig umzusetzen.

1

2

Jüdisches Museum, Berlin, Daniel libeskind, 1999 Fassadendetail. Das architektonische Konzept sah eine homogene Blechfassade vor, die in der konsequenten technischen Umsetzung eine Metamorphose hin zu einer mehrschichtigen hinterlüfteten Fassade mit innen liegenden Regenentwässerungen und Notüberläufen durchmachte.

Guggenheim Museum, Bilbao, Frank O. Gehry, 1997 Geometrisch komplexe Gebäudeecke: Die Lösung der Geometrie und der Einpassung des Fassadensystems obliegt dem Architekten, das konstruktive System der Pfosten-Riegel-Fassade wird jedoch nicht verändert.

E I N LE ITU NG

7

Dieser Ansatz versteht sich als Teil einer ganzheitlichen Entwurfsauffassung: Ein architektonischer Entwurf beinhaltet neben der Idee sowie einer Raumkomposition und der Organisation der Funktionen des Gebäudes auch die bautechnische Umsetzung. Die Definition der Materialisierung von Oberflächen und Strukturen sowie deren Fügung im Detail ist damit Ausdruck des Gesamten. Somit ist das Detail Teil des architektonischen Konzeptes oder besser als Element mit besonderer Maßstabsebene zu verstehen. Hierüber muss der Architekt gestalterische Kontrolle haben, andernfalls entsteht das Detail zufällig und kann den architektonischen Raum entgegen der ursprünglichen Konzeption beeinflussen. Der Architekt kann im derzeitigen Entwicklungsstand der Fassadentechnologie nicht mehr jedes Detail vollständig technisch kontrollieren – zu groß ist die Bandbreite der technischen Entwicklung und die Produktvielfalt. Dieses Buch gibt einen Überblick über typische Lösungen, die dahinter steckenden Systeme sowie deren Funktionsweisen, um den Architekten zu einem kompetenten Gesprächspartner für einen Fassadenspezialisten zu machen. So kann er inhaltlich verstehen, in welchem Bereich des Entwurfs welches System sinnvoll eingesetzt werden kann und wo dessen technische und geometrische Grenzen liegen. In diesem Buch werden Fassaden nicht als isoliertes Bauteil an einem Gebäude verstanden, sondern als integratives Element mit wesentlicher Bedeutung für die Erscheinung, welches zusätzlich auch Funktionen des Tragens, der aktiven oder passiven Klimatisierung (3) und der gestalterischen Individualisierung (4) des Gebäudes beinhalten soll.

8

3

4

Debitel-hauptverwaltung, Stuttgart, RKW Architektur + Städtebau, 2002 Beispiel einer integrativen Planung von Architektur und Klimakonzept: Die für Zuluft sorgende Wechselfassade mit Solarkamin zur Abluftführung wurde neu entwickelt.

Wintergärten der Cité des Sciences et de l’Industrie, Parc de la Villette, Paris, RFR, 1986 Bei dieser hängenden Verglasung übertragen gelenkig gelagerte Glashalter das Gewicht der Glasscheiben in die jeweils darüber liegenden Scheiben; die Horizontalkräfte werden durch die Seilverspannung aufgenommen.

E I N LE ITU NG

Fassadenplanung und Konstruktion Fassaden sind nicht nur auf den tatsächlichen Raum der Konstruktion begrenzt, sondern beeinflussen auch den Raum außerhalb und innerhalb des Gebäudes. Eine Fassade ist der Hauptfaktor bei der Wahrnehmung des Gebäudes und strahlt zudem in den Innenraum aus. Aussicht, Belichtung, Belüftung, Nutzerkomfort, Teil der Haustechnik, eventuell auch der Tragstruktur sind Aufgaben der Fassade. Fassaden sind ein Bestandteil im Gesamtbaugefüge mit direkten Verbindungen zur Gestaltung, Nutzung, Statik und gebäudetechnischen Ausstattung. Dies hat entscheidende Auswirkungen auf die gesamten Planungs- und Konstruktionsvorgänge. Die Planung einer Fassade ist ein Kommunikations- und Entscheidungsprozess, der sich mit der Ausformulierung des Gebäudes und der Fassade vertieft: Als einzelne Phasen können Idee, Funktionsbestimmung, Entwurf, Ausführungsplanung sowie Montage definiert werden. Bestimmte Prozesse tauchen bei jeder dieser Phasen wieder auf: die Rückkopplung mit der Gesamtgestaltung und Funktionsdefinition sowie die Bedeutung in der Gesamtstruktur des Gebäudes (Statik, Gebäudetechnik, Nutzung, Sicherheit). Exemplarisch sei der folgende Verknüpfungsvorgang zwischen Entwurf und Fassade beschrieben: Wasser muss vom Gebäude fern gehalten werden. Dazu wird im Entwurf beispielsweise mit überstehenden Dachrändern und zurückgesetzten Fensterebenen gearbeitet (5). Für den Bereich Konstruktion hat dies zur Folge, dass eine Systementscheidung für einen geschichteten Aufbau mit gezielter Entwässerungsführung über Regenrinnen oder Tropfkanten erfolgt. Die Montage muss von unten nach oben verlaufen, damit Überstände und die Abdichtung angelegt werden können.

5

Dachüberstand als Wetterschutz, Ouro Pre´`to, Brasilien Ausbildung eines großen Dachüberstandes als Witterungsschutz für die darunter befindlichen Wand- und Fensterflächen. Die Fenster selbst sind im oberen, geschützten Geschoss als Öffnungsflügel, im unteren Geschoss als nach innen versetzte Schiebefenster ausgebildet, da diese einfacher abgedichtet werden können.

E I N LE ITU NG

9

Eine ähnliche Verknüpfung von Entwurfs- und Detailentscheidungen bietet das Beispiel der Ganzglasfassade: Mit der Entwurfsidee einer möglichst transparenten Hülle geht im Allgemeinen die Entscheidung einher, die Fassade nicht tragend auszuführen und so möglichst viel Glas in der Fassade in Erscheinung treten zu lassen (6). Für die Konstruktion bedingt dies die Systementscheidung für eine Ganzglasfassade, die unabhängig vom Baukörper angeordnet und mit einer Bewegungsfuge versehen wird, um eine statische Belastung der Glasfassade durch das Gebäude zu vermeiden. Man fragt sich, wieso wir heute Fassaden als hochtechnische Bauteile beschreiben, sind sie doch seit je ein einfach mitzuplanendes Gewerk des Architekten gewesen. Insbesondere klassische Architektur besticht doch durch simple Detaillösungen mit technischer Einfachheit. Wie einfach und simpel kann eine Einfachverglasung ausgeführt werden, ohne komplexe Aluminiumprofile, einfachst aus Flachstählen zusammengeschweißt und extrem schlank in den Ansichten. Heutige Gebäude bestehen im Gegensatz zu den historischen Beispielen von Mies van der Rohe (7) und Niemeyer (9) meist aus einer Vielzahl komplexer und miteinander verknüpfter technischer Lösungen für das Tragwerk, die technische Ausrüstung und die Fassade. Für jeden dieser Gebäudebereiche haben sich eigene Planungsdisziplinen entwickelt. Die Fassade ist heute ein komplexes Bauteil mit einer Vielzahl an Funktionen und dazugehörigen technischen Lösungen. Betrachtet man die Lösungen der Architektur der klassischen Moderne, kann man feststellen, dass diese aus ihrer Zeit heraus berechtigt waren, jedoch heutigen Anforderungen nicht mehr entsprechen. Gesteigerte Komfortansprüche bezogen auf Wärmedämmung sowie Luft- und Regendichtigkeit erlauben heute in den Klimazonen der meisten Industriestaaten keine Einfachverglasungen mehr. Hieraus entsteht die Notwendigkeit, die Konstruktionsprofile thermisch zu trennen, gefolgt von der Abhängigkeit, diese Trennung auch in Flügelrahmen, Entwässerungsebenen und Beschlagstechnologie einzuhalten. Die Komplexität allein der technischen Aspekte nimmt hierbei exponential zu. Berücksichtigt man in diesem Zusammenhang die Erweiterung des Wissens zu Werkstoffen und deren rasante Neuentwicklung, erscheinen die Möglichkeiten aber auch die Problemstellungen nahezu unbegrenzt.

6

haus Farnsworth, Plano, Illinois, ludwig Mies van der Rohe, 1950 Das Sommerhaus liegt eingebettet in die Landschaft; es ist aufgeständert, um dem jährlichen Hochwasser zu widerstehen, aber auch um sich von der Umgebung zu lösen.

10

E I N LE ITU NG

Entwicklungstendenz Komplexität Die Tendenz in der Fassadentechnologie ist die der zunehmenden Komplexität. Die Bandbreite der Möglichkeiten nimmt zu, technische Lösungen werden zum Indikator für Aktualität der Entwurfsverfasser und der Bauherren: Immer „intelligentere“ Doppelfassaden (10), von denen wir hoffen, dass sie weiteren Komfort für den Nutzer bringen, werden entwickelt – die Frage nach der tatsächlichen Praktikabilität mit Nutzern, die erst in einem Prozess an dieses System gewöhnt werden müssen, bleibt jedoch zum Teil unbeantwortet. Und so schlägt das Pendel der Entwicklung manchmal zurück und inhaltlich sinnvolle Entwicklungen vergehen – heute wissen wir um die Problematiken von Doppelfassaden, die in einer Vielzahl gebaut worden und durch falsche Konzeption oder falschen Betrieb in Ungnade gefallen sind, und können daher die Vor- und Nachteile besser einschätzen. Betrachten wir jedoch bekannte Technologien oder Systeme, so stellen wir fest, dass die beschriebenen Doppelfassaden durchaus ihre historischen Vorgänger haben, beispielsweise das mediterrane Kastenfenster (8) oder die dezentralen Haustechnikmodule, die sogenannten „fan coil units“, welche wir auch von alten amerikanischen Hochhausfassaden kennen.

7

8

Fassadendetail haus Farnsworth, Plano, Illinois Das Detail besteht aus einem inneren Flachstahlwinkel, einer eingeklemmten, nicht wärmedämmenden Einfachverglasung und einer äußeren aufgeschraubten Klemmleiste. Wie damals üblich sind weder Wärmebrücken noch eine Fugenentwässerung innerhalb der Profile vorgesehen; wegen der Sommernutzung war dies nicht notwendig.

historische Fassaden in Bilbao Als Teil des Wohnraumes in der Übergangszeit und als Teil eines klimatischen Puffers im Sommer dienen die verglasten Balkonbereiche in mediterranen Klimazonen.

E I N LE ITU NG

11

Die Themen, mit denen sich die Fassadentechnologie heute beschäftigt, sind Energie, Nutzerkomfort, Individualisierung von Fassaden (11) sowie die Sanierungsproblematik von bestehenden Fassaden. Getragen werden all diese Themen von der Suche nach neuen Lösungen, um Fassaden für alle Funktionen, klimatischen Situationen und geografischen Orientierungen (12) zu finden. Nach Auffassung der Autoren sind zwei Hauptrichtungen der Entwicklung zu erwarten: eine weitere Vertiefung der technischen Entwicklung mit verbesserten Planungsinstrumenten, Herstellungsverfahren und Systemvarianten sowie eine Vereinfachung von Fassaden durch Integration von Komponenten und Funktionen in zwar komplex zu konzipierende, aber einfach zu betreibende Fassaden. Es gibt aber keine Ausschließlichkeit bei Fassaden, kein absolutes Falsch oder Richtig. Fassaden sind immer das Ergebnis einer individuellen Entwicklung, von kreativen Planern für einen Ort, eine Situation, eine Architektur konzipiert. Dieses Buch versteht sich als Anleitung zum Analysieren, Denken und Entwickeln. Es fordert dazu auf, sich ständig über neue, aber auch althergebrachte Themen zu informieren, zu lernen – durch Beobachten, Baustellenbesuche und Fragen. Die Fassadenplanung ist also ein integraler Prozess, abhängig vom Entwurf und mit Rückkopplungen zu diesem. Ein Prozess, der schrittweise vollzogen werden muss. Und gemäß dieser Systematik ist auch dieses Buch aufgebaut: Das Kapitel „Von der Wand zur Fassade“ beschäftigt sich mit der Entwicklung der heutigen Fassaden und ihrer typologischen Einordnung. Das Kapitel „Konstruktionsprinzipien“ erläutert den Zusammenhang zwischen der Gebäudestruktur und den Fassadensystemen. Das Kapitel „Detailprinzipien und Toleranzen“ thematisiert das Ausarbeiten der Prinziplösungen im Detail. Den Themenkomplex der integrierten Planung sowie der bauphysikalischen Aspekte der Fassade behandelt das Kapitel „Klima und Energie“. Im Kapitel „Adaptive Fassaden“ wird analysiert, wie Fassaden auf sich ändernde Parameter reagieren können. Der Abschnitt „Beispiele“ erläutert anhand von ausgewählten Projekten typische und besondere Fassadenlösungen.

9

10

Banco Mineiro de Produção, Belo horizonte, Oscar niemeyer, 1953 Die schlanken Profile und die Einfachverglasung am Verwaltungsgebäude von Oscar Niemeyer bestehen auch heute noch in gleicher Art und Funktion, da die klimatischen Gegebenheiten keine thermische Isolierung erfordern. Zur Kühlung des Innenraumes im Sommer sind Klimageräte je nach Wünschen der Nutzer individuell platziert.

ARAG Tower, Düsseldorf, RKW Architektur + Städtebau mit Foster and Partners, 2000 Diese gut konzipierte Doppelfassade ist ein Schacht-Kasten-System mit individuellen Kastenfenstern und über mehrere Geschosse fungierenden Entlüftungsschächten in der Glasfassade.

12

E I N LE ITU NG

Für diese überarbeitete dritte Ausgabe sind vier neue Beispiele ausgewählt worden, die Vorbildcharakter aufweisen. Sie erklären vier verschiedene Konstruktionsweisen, die häufig vorkommen; Besonderheiten sind im Text jeweils angemerkt. Die Beispiele sollen auf eigene Projekte und Fragestellungen übertragen werden können. So ist die hinterlüftete Fassade des Concept House in Rotterdam ein interessantes Beispiel für eine Fassadenbekleidung, das in ähnlicher Form auch mit vielen anderen Plattenwerkstoffen umgesetzt werden kann. Das zweite Beispiel, das Landesarchiv Nordrhein-Westfalen in Duisburg, beschäftigt sich mit einer eher traditionellen einschaligen Massivkonstruktion in Mauerwerk, das wie in diesem Falle besonders für Altbauerweiterungen sowie Sanierungen im denkmalgeschützten Umfeld als Vorbild hilfreich ist. Beide Beispiele sind Wandkonstruktionen mit Fenstern und somit sogenannte Lochfassaden. Dem Wunsch nach Transparenz und großflächigen Glasfassaden wird in den anderen beiden Beispielen entsprochen. Beim Neubau der Fakultät Architektur und Innenarchitektur in Detmold wurde die Pfosten-Riegel-Fassade in Holz ausgeführt, was eine gute Lösung für Gebäude mit wenigen Geschossen darstellt. Die Elementfassade der Hauptverwaltung Süddeutscher Verlag in München ist ein gutes Vorbild für eine hochmoderne Hochhausfassade, die in vorgefertigten Elementen geliefert und geschossweise montiert wurde. Nach den Lochfassaden der Beispiele in Rotterdam und Duisburg mit ihren tragenden Wänden stellen diese beiden Varianten der Vorhangfassade eine gute Einführung in den Fassadenbau dar, bei dem sich die Fassade vor dem Tragwerk des Gebäudes befindet. Abschließend erlauben sich die Autoren einen Ausblick in die Zukunft der Fassadentechnologie und deren mögliche Entwicklungslinien.

11

12

Institut du Monde Arabe, Paris, Jean nouvel, 1989 Südfassade des Instituts du Monde Arabe mit einer technischen Interpretation des arabischen Sonnenschutzes als scheibenintegriertes System. Die Blenden schließen oder öffnen sich je nach Sonnenstand.

Juscelino Kubitschek-Komplex, Belo horizonte, Oscar niemeyer, 1951 Nordfassade eines Wohnhochhauses aus den fünfziger Jahren mit für jede Wohnung individuell regelbaren Sonnenschutzlamellen. Durch die unterschiedlichen Neigungen der Lamellen entsteht eine Textur in der Oberfläche, die dem Gebäude eine sich verändernde Erscheinung gibt – eine gestalterisch durchaus aktuelle Fassade.

E I N LE ITU NG

13

2 | Von der Wand zur Fassade Massive Wandkonstruktionen Heutige Wand- und Fassadenkonstruktionen sind in Erscheinung

Bewohner kalter Klimazonen sowie sesshafte Volksgruppen

und Funktion gekennzeichnet von einem langen Prozess der Ent-

bevorzugten möglichst massive Wandkonstruktionen (1, 4).

wicklung. Ausgehend von den beiden grundsätzlichen Urformen

Sie bestanden aus vorgefundenen oder einfachen selbst ge-

des menschlichen Lebens, dem sesshaften und dem nomaden-

fertigten Konstruktionselementen wie Findlinge, Bruchstein

haften Dasein und den damit entstehenden funktionalen, tech-

oder gebrannter Ziegel. Ziel dieser Konstruktionsprinzipien war

nischen und gestalterischen Verknüpfungen können Wand- und

eine Dauerhaftigkeit der Wand gegen Witterungseinflüsse bei

Fassadenformen bezüglich ihrer Entstehungshintergründe und

möglichst einfacher Bau- und Konstruktionsweise. In der Neu-

Entwicklungslinien skizziert werden. Je nach klimatischen Gege-

zeit haben diese massiven Konstruktionen selbstverständlich

benheiten und den sich daraus ergebenden Lebens- und Wohn-

in der Herstellung und der Verarbeitung eine Entwicklung ent-

formen kamen zwei grundsätzlich verschiedene Ursprungsprin-

sprechend der technischen Möglichkeiten erfahren – heutige

zipien des Einhüllens zur Anwendung: massive, ortsfeste und auf

massive Konstruktionen werden aus tragenden und wärmedäm-

Dauerhaftigkeit ausgelegte Wandkonstruktionen zum Einen, zum

menden Werksteinen hergestellt oder zwecks Wärmeschutz mit

Anderen elementierte Fassaden in Form von Zelten für den fle-

Isolierungen versehen – das konstruktive Prinzip aber ist gleich

xiblen und mobilen Einsatz. Dieser Überblick der Entwicklungsli-

geblieben.

nien verfolgt weniger die kulturellen und historischen Aspekte. Er beschäftigt sich vor dem Hintergrund konstruktiver und funktio-

Warmfassade / Kaltfassade

naler Zusammenhänge vielmehr mit der strukturellen Entwicklung

Bei massiven Wandkonstruktionen werden heute zwei Systeme

und der hierin liegenden Logik. Er ist also keine chronologische

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

Reihenfolge, sondern erläutert die aufeinander aufbauenden

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

Konstruktionsschritte, um Abhängigkeiten und Verknüpfungen

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

erkennbar zu machen. Der Fokus des Überblicks liegt auf aktu-

wärmedämmende Schicht durch eine Luftschicht von der Wet-

ellen Entwicklungen, die jedoch keinesfalls abgeschlossen sind.

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

1

2

3

Massivwand Massive Wandkonstruktion als monolithisches oder aus Elementen zusammengesetztes Bauteil. Häufig wird das Mauerwerk noch verputzt, hier zu sehen mit einem Innenputz.

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

Kaltfassade Kaltfassaden zeichnen sich durch einen hinterlüfteten Hohlraum zwischen äußerer Wetterschutzschicht und der Wärmedämmung aus. Eventuell anfallendes Kondensat kann über den Zwischenraum wieder entweichen.

14

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

4

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

5

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

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

15

Öffnungen in massiven Wandkonstruktionen Zur Verbesserung der Funktion des Gebäudes folgte die Öff-

Mit dem Wunsch nach Entmaterialisierung des Raumes geht die

nung der Wandkonstruktionen, um die Möglichkeit des Rauch-

Auflösung der massiven Wand einher (8). Aufbauend auf das

abzugs vorzusehen (6). In einem weiteren Entwicklungsschritt

konstruktive Wissen der Romanik werden mit den gotischen Ka-

wurden die Öffnungen vergrößert, um eine Belichtung zu ermög-

thedralen die bis dahin monolithischen Wände in eine Vorstufe

lichen. Als Lösung für die Problematik der Unterbrechung des

der Skelette aufgelöst. Diese bestehen aus kreuzförmig unter-

Gefüges der massiven Wand wurden zuerst horizontale Balken

stützten Schalenkonstruktionen, die ihre Lasten auf Pfeiler und

als Sturz verwendet.

aussteifende Wandflächen abtragen (7). Die vertikalen Kräfte

In der Gotik wurden dann die bis dahin verwendeten mas-

werden so an vorgesehenen Stellen konzentriert und gebündelt

siven Wandkonstruktionen immer weiter reduziert. Es entstanden

nach unten abgeführt, um in den „kraftfreieren“ Flächen die Mög-

große verglaste Öffnungen mit einer bis heute bewundernswer-

lichkeit von großen Öffnungen zu erhalten. Da im System durch

ten konstruktiven Kühnheit.

die Umleitung der Kräfte Horizontalkräfte entstehen, müssen diese durch geschickte Reihungen oder außen liegende Auflasten ebenfalls nach unten umgelenkt werden.

6

Auflösung der Wand im Kirchenbau Durch das Einfügen von großen Fenstern im Kirchenbau wird die Wand aufgelöst. Die Verglasungen werden durch Rahmen mit kleinformatigen Scheiben geteilt.

16

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

7

Kathedrale von Amiens, 1220-1269 Die Auflösung des Raumes erfolgt durch eine Aufgliederung der Konstruktion in tragende und hüllende Elemente. Große Flächen werden von Tragfunktionen befreit und es entstehen Fenster.

8

Bürgerhäuser in Antwerpen, 16. Jahrhundert Mit dem Erstarken des Bürgertums werden die aufgelösten Wandflächen auch für nicht-sakrale Gebäudezwecke verwendet, beispielsweise in den historischen Bürgerhäusern am Markt von Antwerpen.

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

17

Überbrücken der Öffnung Da bei großen Öffnungen (9) das Prinzip des Fenstersturzes schnell an konstruktive Grenzen stößt, erfolgte in einem nächsten Entwicklungsschritt das Überbrücken der Öffnung durch Bögen. Aufbauend hierauf gelang in der Gotik die Entwicklung des Spitzbogens, welcher aufgrund seiner Form das Eigengewicht der darüber liegenden Wand besser abtragen kann. In der heutigen Formensprache werden bei Öffnungen in massiven Wänden wieder Stürze aus Stahl oder Stahlbeton eingesetzt (10).

9

Öffnung der Wand Unterbrechung einer massiven Wand mittels Öffnungen, um Luftaustausch und Belichtung zu ermöglichen

10

Überbrücken der Öffnung Die Entwicklung der Öffnung in einer massiven Wand beginnt mit dem einfachen Sturz aus Holz. Sind größere Spannweiten zu überbrücken, erfolgt dies mittels eines Bogens. Um höhere Eigengewichte aufnehmen zu können, werden in der Gotik Spitzbögen entwickelt. Heutige Öffnungen werden meist mit verdeckten Trägern aus Stahl oder Beton realisiert.

18

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

Schließen der Öffnung – Einfachverglasung Neben der Öffnung der Wand, die Licht und Luft in den Raum lässt, besteht auch die Anforderung des Raumabschlusses zum Schutz vor Auskühlung sowie unbefugtem Zugang. Daher wurden die Öffnungen mithilfe von transluzenten Materialien ausgefüllt – beispielsweise dünn geschnittene Marmortafeln bei römischen Thermen. Mit der Entwicklung von Glas als Baustoff werden die Öffnungen durch einlagige Verglasungen geschlossen, um neben dem Lichteinfall eine Sichtbeziehung nach außen zu ermöglichen (11, 12). Dies beginnt aufgrund der technisch begrenzten Herstellungsmöglichkeiten mit kleinen Glasscheiben, woraus konstruktiv kleinformatige Fenster resultieren. Mittels der Bleiverglasungen als Verbindungstechnik für die Glasscheiben entstehen im Folgenden größere Fensterelemente, die sich insbesondere im Sakralbau durch ihre Farbigkeit hervorheben. In der Moderne werden große Einfachglasscheiben häufig in Stahlprofile eingesetzt.

11

12

Einfachverglasung Einfachverglasungen werden in Öffnungen eingebracht, um Belichtung und Durchsicht zu ermöglichen und gleichzeitig Wärme im Raum zu halten. Je nach Größe der Öffnungen und den verfügbaren Scheibengrößen werden mittels Rahmen konstruktive Teilungen vorgenommen.

Weißenhofsiedlung Stuttgart, ludwig Mies van der Rohe, le Corbusier, Walter Gropius, 1926/27 Einfachverglasung und Fensterrahmen aus Stahlprofilen in einer Baugruppe der Weißenhofsiedlung Stuttgart. Position des Fensters an der Außenseite der Mauerwerksöffnung, um eine flächige Erscheinung des Baukörpers zu erreichen.

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

19

Kastenfenster Als weiterer Schritt in dieser Entwicklung kann das Kastenfenster betrachtet werden. Hier besteht die Verglasung aus zwei Schichten, die je nach Witterung oder Jahreszeit genutzt werden, um einen zusätzlichen Klimapuffer zu erzeugen (13, 14). Als Variante kann auch bei kalter Witterung eine zweite Glasschicht angebracht werden. Der Zwischenraum ist nicht hermetisch abgeschlossen, um einen Feuchteausgleich nach außen zu ermöglichen. Bei dieser Konstruktion kann von einer ersten intelligenten Wand (15) gesprochen werden: Der Nutzer entscheidet je nach Klima und eigenen Bedürfnissen, wann das Fenster zu öffnen ist. Verlangen die äußeren klimatischen Gegebenheiten eine Verstärkung des Wärmeschutzes, wird die zweite Ebene des Kastenfensters geschlossen.

14

Kastenfenster Je nach Saison können die äußeren Flügel des Fensters geöffnet oder geschlossen werden. Hier der Sommerfall, bei dem eine freie Fensterlüftung ohne Überhitzung des Fensterzwischenraumes möglich ist.

13

Kastenfenster Kastenfenster entstehen, wenn saisonal eine zweite Fensterebene installiert wird. Der Nutzer entscheidet je nach Temperatur über die Anzahl der geschlossenen Schichten.

15

Fassaden-loggien in Bilbao Variante des Kastenfensters: als Loggien ausgebildete Vorräume vor den eigentlichen Fenstern. Diese Bereiche können in den Übergangszeiten als Zwischenraum genutzt werden und dienen in der kalten Jahreszeit als zusätzlicher Klimapuffer.

20

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

Isolierverglasung Der folgende Entwicklungsschritt war das Zusammenführen des Kastenfensters auf nur eine Funktionsebene. Bei der so entstandenen Isolierverglasung (16, 17) isolieren dauerhaft verbundene Glassscheiben mittels einer Luft- oder Edelgasschicht das Innenklima gegenüber dem Außenklima. Nach einigen Experimenten mit gläsernen Rändern werden heute üblicherweise die Glasscheiben mit Silikon auf Aluminium- oder Kunststoffprofile aufgeklebt.

16

17

Isolierverglasung Dauerhaft verbundene Glasscheiben erhöhen als Isolierverglasung die thermische Isolation des Innenraumes gegenüber dem Außenraum.

Fondation Cartier, Paris, Jean nouvel, 1994 Die Fassade weist links Einfachverglasung und rechts Isolierverglasung auf.

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

21

Skelettartige Wandkonstruktionen

Fachwerk

Parallel zu den massiven Konstruktionen entstanden in nomadi-

Aus der Auflösung der massiven Wand und der von vornherein

schen Gesellschaften Skelettstrukturen, die zeltartig eingehüllt

funktionsgetrennten Zeltkonstruktion lässt sich die allmähliche

wurden (18). Ausschlaggebend für diese Konstruktionsweise

Entwicklung der Wand zur Fassade beobachten: Skelette als

war das Transportproblem: Skelett und Hülle mussten maximale

Holzrahmenkonstruktionen entstehen, bei welchen das Skelett

Leichtigkeit aufweisen, weshalb massive Bauteile ausschieden.

als System errichtet und dann mit Ausfachungen verschiedens-

Hieraus folgt die Notwendigkeit einer Trennung der Funktionen

ter Art geschlossen wird (20).

Stützen – die Unterkonstruktion – und Dichten mit der Hüllfläche.

Die europäische Version dieser Konstruktion ist das Fachwerk (19). Hier werden Holzskelette je nach Region mit Geflecht, Lehm oder Ziegeln ausgefacht. Die Geschossdecke wird entweder im normannischen Fachwerkbau in die Wandkonstruktion eingelegt oder im alemannischen Fachwerkbau auf die Wand aufgelegt. Bei letzterer Bauweise ist das Stapeln der Geschosse in der Außenansicht ablesbar.

18

19

Zelt Zeltstrukturen entstehen durch die Notwendigkeit des Ortswechsels bei nomadischer Lebensweise. Die Konstruktion wird für einfachen Auf- und Abbau konzipiert, indem Tragwerk und abdichtende Haut voneinander getrennt werden.

Fachwerkhäuser, Detmold, 16. Jahrhundert Beim Fachwerk trägt die Skelettkonstruktion, während die Flächen lediglich mittels Ausfachungen geschlossen werden. Gut erkennbar ist auch das Stapeln der einzelnen Geschosse.

22

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

Holzskelettbau Die amerikanische Variante dieses Prinzips ist das des Holzskelettbaus. Es besteht aus tragenden hölzernen Schotten, welche mit Ausfachungen aus Holzwerkstoffplatten geschlossen werden. Diese tragen zur Aussteifung der Wandscheiben bei. Diese Bauweise legt keinen Wert auf bauphysikalische Masse, woraus ungünstige Wärmespeicherungseigenschaften resultieren. Unterschieden werden Platform und Balloon Framing: Beim Balloon Framing (22) werden die Geschossdecken in die Wandkonstruktion eingelegt, während beim Platform Framing (21) die Geschossdecken auf die Wandscheiben aufgelegt werden. Bei mehren Geschossen werden diese dann auf die Plattform aufgesetzt.

21

Platform Framing Bei der amerikanischen Platform Framing-Holzskelettbauweise wird ein vertikales Ständerwerk als Wandkonstruktion mit Holzplatten und Wärmedämmung geschlossen. Die Geschossdecken werden auf die Wandflächen aufgelegt.

20

holzskelettbau Holzskelettbau besteht aus schlanken Pfosten, die mit einer Verschalung innen und außen geschlossen werden. Im Zwischenraum befindet sich die Wärmedämmung.

22

Balloon Framing Balloon Framing besteht aus geschosshohen Pfosten, die mit einer Verschalung außen und innen geschlossen werden. Im Gegensatz zum Platform Framing werden Geschossdecken in die Wand eingefügt.

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

23

Auflösung der Wand in Tragstruktur und Fassade Die bisher beschriebene Entwicklung definiert einen über meh-

Durch diese Entwicklungsschritte vorbereitet gelingt mit der

rere Jahrtausende andauernden Prozess. Die folgenden Entwick-

klassischen Moderne die vollständige Trennung der Hülle von

lungsschritte vollziehen sich nun in einem nur ca. 100-jährigen

der Struktur des Gebäudes und damit die Auflösung der Wand

Zeitraum. Auch sie sind nicht notwendigerweise in einer chrono-

zur Fassade. Die Tragfunktion wird auf – nach Möglichkeit nach

logischen Reihenfolge zu sehen – vielmehr wird der strukturelle

innen gezogene – Stützen verlagert, während die Fassade au-

Entwicklungsweg skizziert.

ßen, vor der Struktur des Gebäudes vorbei geführt wird (23).

Im Vorfeld der klassischen Moderne beschäftigten sich Architekten mit der weiteren Trennung der Funktionen der Wand. Tragen sowie Dichten und Durchsicht wurden immer mehr voneinander getrennt, wobei die vollständige Lösung der Funktion Tragen aufgrund der technischen Beschränkungen durch die Massivbauweise noch nicht erreicht wird. Beispielhaft hierfür können großformatige Fensteröffnungen angeführt werden, die ohne konstruktive Verknüpfung in Wände eingebracht werden.

23

haus Farnsworth, Plano, Illinois, ludwig Mies van der Rohe, 1950 Ein Beispiel für die totale Trennung von Tragwerk und Fassade ist Mies van der Rohes Haus Farnsworth. Die Ebene des Tragwerkes liegt vor der Fassade und definiert die gestalterische Idee von zwei Ebenen. Die Ebene der Fassade liegt innen und tritt nahezu vollständig zurück, um Innen- und Außenraum verschmelzen zu lassen.

24

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

Pfosten-Riegel-Fassade Die Entwicklung der Auflösung der Wand zur Fassade beruht auf in dieser Zeit vorgenommenen theoretischen Betrachtungen und führt in ihrer letzten Konsequenz zu den bekannten Vorstellungen von vollverglasten Gebäuden. Weniger in der historisch richtigen Reihenfolge als vielmehr in der strukturellen Folge kann somit die Pfosten-Riegel-Fassade als der konsequente Schritt der Auflösung der Wand verstanden werden. Die Systeme be-

24

Pfosten-Riegel-Fassade Pfosten-Riegel-Systeme bestehen aus geschosshohen vertikalen Pfosten, in die horizontale Riegel eingesetzt werden. Anschließend werden die Flächen entsprechend den Anforderungen ausgefacht.

stehen aus geschosshohen Pfosten und eingesetzten Riegeln. Die entstehenden Flächen werden mit verschiedenen Funktionen – Ausfachen, Belichten, Lüften – belegt (24, 25). Da es sich um stehende Pfosten-Riegel-Fassaden handelt, besteht die Funktion der Pfosten neben der Ableitung der Windlasten auch in der Ableitung des Eigengewichtes der Konstruktion und der Ausfachung.

25

Bibliothek der TU Delft, Mecanoo Architecten, 1998 Pfosten-Riegel-Konstruktion der Bibliothek der TU Delft, bestehend aus vertikalen Pfosten und horizontalen Riegelelementen. Die Glasscheiben werde mittels außen liegender Klemmleisten fixiert.

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

25

Pfostenfassade

Riegelfassade

Neben den reinen Pfosten-Riegel-Konstruktionen sind auch

Bei der Reduzierung der Konstruktion auf Riegel handelt es sich

Pfosten-Konstruktionen sowie Riegel-Konstruktionen mit Zug-

im Gegensatz zur stehenden Pfosten-Riegel-Konstruktion (29)

stangen zur Lastabtragung entwickelt worden. Ziel dieser Vari-

um ein hängendes System (27). Hierbei wird das Eigengewicht

anten ist immer die Verbesserung der Filigranität mittels Verrin-

nach oben abgeleitet, um Konstruktionsmasse zu sparen und um

gerung der Konstruktionsglieder in der Fassade, um eine größere

die Elemente nicht mehr auf Knicken zu beanspruchen. Für die

Transparenz zu erreichen. Bei den Pfosten-Konstruktionen erfolgt

Abhängung der Zugstangen sind jedoch meist aufwendige Über-

die Beschränkung der Konstruktion durch die maximal möglichen

zugkonstruktionen im Kopfbereich der Fassade notwendig, die

Abmessungen der Ausfachung (26).

die gesamten Fassadenlasten abtragen müssen. Lediglich die Horizontalkräfte werden durch die Riegel aufgenommen.

26

27

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

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

26

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

Vorhangfassade Strukturell gesehen entstehen aus den hängenden Fassaden, die keine Probleme mit Knick-Beanspruchungen haben, die Vorhangfassaden oder Curtain Walls (28, 30). Da kaum noch konstruktive Abhängigkeit zum Haupttragwerk des Gebäudes besteht, können Teilungen und Gliederungen freier gewählt werden. Auch können hierdurch Ausfachungen bzw. Verglasungen entsprechend des jeweiligen ästhetischen Anspruches und der funktionalen Anforderungen verwendet werden. Üblicherweise erfolgt eine Abtragung der Vertikallasten und der Horizontallasten geschossweise, kann aber auch mit eingefügten Tragwerkkomponenten über größere Distanzen überbrückt werden.

29

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

28

30

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

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

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

27

Elementfassade Heute übliche Vorhangfassaden werden in Stabsysteme oder Elementsysteme (31) unterschieden. Je nach Aufbau der Konstruktion besteht die Möglichkeit, die Elemente teilweise vorzufertigen und dann vor Ort zu fügen oder als vollständige Elementfassade zu installieren. Die Vorteile liegen in der gesicherten Qualität der Produktion, einer schnellen Montage und dem geringen Personalaufwand auf der Baustelle. Elementsysteme haben sich besonders bei Hochhausfassaden (32) durchgesetzt, bei denen die Elemente eine hohe Wiederholungsrate haben und mittels eines Krans von der darüber liegenden Etage aus montiert werden können. Bei flacheren Gebäuden, bei denen eine gute Zugangsmöglichkeit um das Gebäude besteht, gilt es abzuwägen, ob eine Elementfassade im Baufortschritt Vorteile bieten kann.

31

Elementfassade Elementierte Fassaden werden im Gegensatz zu Pfosten-Riegel-Systemen als vollständige Fassadenelemente industriell hergestellt und vor Ort von einer kleinen Mannschaft montiert.

32

Westhafen haus, Frankfurt, Schneider + Schumacher, 2005 Diese Elementfassade besteht aus geschosshohen Fassadenelementen aus einem äußeren Rahmen, der Verglasung und in den vertikalen Pfosten eingebrachten Lüftungsflügeln. Die Trennung vom Tragwerk des Gebäudes ist durch die hinter der Fassade liegenden Stützen erkennbar.

28

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

Doppelfassaden Einige interessante Entwicklungsschritte können wir derzeit be-

Der Euphorie zu Beginn der Entwicklung in Bezug auf die neuen

obachten: Durch die Erweiterung der Funktion der Fassade um

technischen und gestalterischen Möglichkeiten ist mit dem zu-

haustechnische Anforderungen entsteht die Doppelfassade (33).

nehmenden Wissen über die Funktionsweise ein gewisser Prag-

Bei diesem Fassadentypus werden beispielsweise Lüftungsfunk-

matismus gefolgt. Dieser führte zu einem gezielteren Einsatz der

tionen der dahinter liegenden Räume aus dem Gebäude in die

Doppelfassade für bestimmte sinnvolle Situationen: Nicht jedes

Fassadenebene verschoben und über natürliche Thermik im Fas-

neue Gebäude braucht in jeder Himmelsrichtung eine Doppel-

sadenzwischenraum betrieben. Aus den anfänglichen Varianten

fassade – bei besonderen Belastungen des Gebäudes, bei-

haben sich nach ersten Erfahrungen verschiedene Konzepte mit

spielsweise Straßenlärm, hohen Windbelastungen oder einfach

geschosshohen oder über mehrere Geschosse verbundenen

nur großer Höhe des Gebäudes können solche Fassaden jedoch

Abluftsystemen kristallisiert.

richtig und folglich auch wirtschaftlich sinnvoll sein (34).

33

Doppelfassade Doppelfassaden bestehen aus einer Fassade, die um eine weitere äußere verglaste Schicht ergänzt wird, um Lüftungsfunktionen für das Gebäude oder zusätzlichen Schallschutz zu bieten. Je nach Funktionsweise und Anforderungen an die Fassade werden verschiedene Aufbauvarianten verwendet.

34

Einfachfassade und Doppelfassade: Triangle-hochhaus, Köln-Deutz, Gatermann + Schossig, 2006 Beispiel einer Hochhausfassade mit unterschiedlichen, den Belastungen entsprechenden Funktionen: Einfachfassade und Doppelfassade mit äußerer Glasebene zwecks Lüftung im Scheibenzwischenraum. In der rechten Bildhälfte zu erkennen ist die Einfachfassade, in der linken Bildhälfte die Einfachfassade mit einer zweiten, außen liegenden Glasebene als Doppelfassade.

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

29

Zweite-Haut-Fassade

Kastenfenster-Fassade

Nach derzeitigem Wissensstand können vier Hauptprinzipien der

Als zweites Prinzip sei das bereits bekannte System des Kasten-

Doppelfassaden beschrieben werden: Als einfachste Lösung

fensters aufgeführt. Hierbei werden geschosshohe Fassadenele-

bietet sich eine zweite Glashaut auf der Außenseite des Gebäu-

mente mit Öffnungsmöglichkeiten am oberen und unteren Rand

des an – die Zweite-Haut-Fassade (35, 36). Vorteile dieses Prin-

des Elementes installiert (37). Der Vorteil liegt in der individuellen

zips sind einfache konstruktive und technische Lösungen sowie

Regelungsmöglichkeit. Nachteilig können sich übereinander lie-

wenige bewegliche Elemente, da die äußere einfache Glasebene

gende Lüftungselemente auswirken, da in diesen Bereichen die

direkt vor eine innere Fassadenkonstruktion mit Isolierglas vor-

Abluft tiefer liegender Geschosse die Zuluftqualität der darüber

gesetzt wird und nur im Fuß- und Kopfbereich der Fassade Lüf-

liegenden Geschosse beeinträchtigen kann. Durch seitliches

tungsmöglichkeiten vorgesehen werden. Nachteile sind jedoch

Versetzen der Ein- und Auslassöffnungen kann dies vermieden

die geringe Steuerungsmöglichkeit für den Betrieb des Gebäu-

werden.

des und das daraus resultierende Überhitzungsrisiko.

36

35

Zweite-haut-Fassade Zweite-Haut-Fassaden bestehen aus einer inneren Fassade und einer zusätzlichen äußeren Glasschicht. Der geringe konstruktive Aufwand und die daraus sich ergebenden Steuerungsmöglichkeiten bergen allerdings auch das Risiko der Überhitzung bei hohen Gebäuden.

30

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

Kastenfenster- und Zweite-haut-Fassade Die linke Bildhälfte zeigt ein Kastenfenster mit nachträglich im Inneren in den Bestand eingebrachten Fensterelementen. In der rechten Bildhälfte ist ein frühes Beispiel einer Zweite-HautFassade mit einer inneren Fassadenfläche und einer zusätzlichen äußeren Glasfläche erkennbar.

Korridorfassade Um den Nachteil des Lüftungskurzschlusses zu beheben, wurde die Korridorfassade mit versetzten Zu- bzw. Abluftöffnungen entwickelt. Hierbei werden horizontale Abschottungen auf Höhe der Geschossdecke vorgesehen: Allerdings besteht durch die horizontale Verknüpfung eine direkte Verbindung benachbarter Räume durch den Scheibenzwischenraum. Diese Verbindung kann im Bereich Schallschutz zu problematischen Reflexionen führen. Ein Nachrüsten von Schotten ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich, da gerade die horizontale Verbindung für dieses Prinzip der Fassade notwendig ist (38, 39). Besonders durch die umlaufende Verbindung des Fassadenzwischenraumes kann eine natürliche Durchlüftung des Gebäudes über alle Himmelsrichtungen gewährleistet werden.

37

Kastenfenster-Fassade Geschosshohe Kastenfenster bieten mit Lüftungsklappen oben und unten die Möglichkeit der Steuerung eines einzelnen Elementes.

39

38

Stadttor Düsseldorf, Petzinka Pink und Partner, 1998 Ein frühes Beispiel einer Korridorfassade: Die geschosshohen Fassadenelemente bestehen im Inneren aus Holz-Drehflügeln mit Isolierglas und außen aus vollflächigen einfachen Glasscheiben.

Korridorfassade Korridorfassaden verknüpfen nebeneinander liegende Doppelfassadenelemente, um eine versetzte Entlüftung des Zwischenraumes zu ermöglichen.

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

31

Schacht-Kasten-Fassade Die sicherlich effizienteste, aber auch konstruktiv und steuerungstechnisch aufwendigste Version der Doppelfassade ist die Schacht-Kasten-Fassade (40, 41). Raumweise separate Kastenfenster oder andere Fassadenelemente entlüften in einen mehrere Geschosse übergreifenden und damit thermisch effektiven vertikalen Fassadenschacht. Durch die Höhe des Schachtes kann eine vertikale Luftbewegung aufgrund des Kamineffektes und damit eine effiziente Funktion des Systems leichter sichergestellt werden. Um eine Kontrolle der Lüftung zu gewährleisten, ist jedoch in jedem Kastenfensterelement eine regelbare Lüftungsklappe zum Schacht hin notwendig.

41

Photonikzentrum Berlin, Sauerbruch hutton Architekten, 1998 Frühe Variante einer Schacht-Kasten-Fassade bestehend aus vertikal getrennten Entlüftungsschächten in Fassadenebene, welche im Kopfbereich zwecks Entlüftung des Doppelfassadenzwischenraumes zusammengeführt werden.

40

Schacht-Kasten-Fassade Schacht-Kasten-Fassaden bieten mit einem über mehrere Geschosse gehenden Schacht und in diesen hinein entlüftenden Kastenfenstern ein konstruktiv komplexes, aber effizientes Doppelfassadensystem.

32

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

Wechselfassade Da die beschriebenen Doppelfassaden nicht der Problematik unterschiedlicher Lüftungssituationen vollständig entsprechen können, wurden hybride Lösungen in Form der Wechselfassaden entwickelt, die auch als Hybridfassaden bekannt sind (42, 43). Hierbei handelt es sich um einschalige Fassadenkonstruktion, die in Teilbereichen mit einer zweiten Ebene zu Doppelfassaden verändert werden. Ziel hierbei ist zum Einen die Nutzung der Einfachheit der einschaligen Fassaden und zum Anderen die puffernde Funktion der Doppelfassaden. Im Sommer kann über den einschaligen Bereich der Fassade gelüftet werden, ein vorgehangener Rost oder ein Gitter kann sogar eine effiziente Lüftung bei Regen und bei Nacht ermöglichen. Im Winter kann über den doppelschaligen Bereich der Fassade gelüftet werden, wobei dann im Fassadenzwischenraum vorgewärmte Luft zur Belüftung des Innenraumes genutzt werden kann. Im Sommer wird dieser Bereich geöffnet, um eine Überhitzung des Fassadenzwischenraumes zu unterbinden.

43

Debitel-hauptverwaltung, Stuttgart, RKW Architektur + Städtebau, 2002 Für die Debitel-Zentrale in Stuttgart wurde von RKW Architekten gemeinsam mit Transsolar eine Wechselfassade entwickelt. In Teilbereichen besteht die Fassade aus einschaligen Fassadenflächen, feststehendem Sonnenschutz, dahinter liegendem Sonnenschutz sowie Bereichen mit einer Doppelfassade.

42

Wechselfassde Bei Wechselfassaden wird auf eine einschalige Fassadenkonstruktion teilweise eine zweite Fassadenebene aufgebracht, um in diesen Bereichen die Pufferfunktion der Doppelfassade nutzen zu können. Ein Rost vor dem einschaligen Abschnitt kann eine witterungsunabhängige Lüftung bei Regen und in der Nacht ermöglichen.

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

33

Komponentenfassade Die konsequente Weiterentwicklung des Gedankens der Dop-

wesentliche Funktionen des Kerns dann in der Fassade Platz

pel fassade, in die neben der Lüftung auch weitere haustech-

finden. Diese Bauweise könnte also eine bislang nicht gekannte

nische Funktionen, beispielsweise die Konditionierung bzw. kli-

Kooperation zwischen Fassadenbau und Haustechnik erzeugen

matische Behandlung der Zuluft oder gezielte Lichtlenkung,

und dadurch den derzeit noch üblichen Entwurfsprozess der

integriert werden, ist das Prinzip der Komponentenfassade (44,

kernorientierten Gebäude erheblich verändern, da wesentliche

45). Es bietet in seiner Konsequenz den Gedankenansatz, die

Funktionen des Kerns dann in der Fassade Platz finden. Bisher

Struktur des Gebäudes nur noch als Tragwerk und die Fassade

sind mehrere dieser Konzepte bereits von Systemherstellern ent-

als Funktionsträger für die Raumhülle und die Klimatisierung zu

wickelt worden, der Markt ist allerdings – bedingt durch die

verstehen. Diese Bauweise könnte also eine bisher nicht ge-

frühe Entscheidung im Entwurfsprozess – sehr vorsichtig mit der

kannte Kooperation zwischen Fassadenbau und Haustechnik

Nutzung dieser Systeme, die bedingt durch den hohen Grad der

erzeugen und dadurch den derzeit noch üblichen Entwurfs-

Vorfertigung in einer Komponentenfassade jedoch ihre Vorteile

prozess der kernorientierten Gebäude erheblich verändern, da

haben.

44

45

Post Tower, Bonn, helmut Jahn, 2003 Für das Projekt Post Tower in Bonn wurde durch Helmut Jahn in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Transsolar eine der ersten Komponentenfassaden entwickelt. Im Deckenstirnbereich der Fassade befinden sich Haustechnikmodule, welche als dezentrale Einheiten individuell angesteuert werden können.

Komponentenfassade Die Komponentenfassade integriert neben den bereits beschriebenen Lüftungsfunktionen auch aktive Klimatisierungs- oder Beleuchtungskomponenten. Es entstehen hybride Fassaden-Haustechnik-Einheiten.

34

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

Betrachtet man die zuletzt skizzierte Entwicklung, so lässt sich beobachten, dass die von Mike Davies aus dem Büro Richard Rogers 1978 für das Projekt Lloyds of London formulierte Vision der polyvalenten Wand – eine Fassade, die neben den klassischen Funktionen Dichten, Dämmen und Belichten weitere, vielleicht auch später erst zu definierende Funktionen übernehmen kann – immer noch Ziel der Suche ist. Neben den oben beschriebenen Einschränkungen, beispielsweise bei den Doppelfassaden (46) oder den technischen Herausforderungen, welche die „Modulfassaden“ in der Herstellung an die Ausführenden sowie deren Logistik stellen, ist auch der ausschließliche Fokus auf immer besser werdende Verglasungen eine Sackgasse: Werden alle Funktionen auf das Glas konzentriert, bedarf es der Lösung der Probleme in einem Bauteil oder gar in einem Baustoff. Sinnvoller erscheint an dieser Stelle daher die Trennung der Funktionen in unterschiedliche Funktionsebenen und Bauteile, auch wenn diese erst zusammen das Modul Fassade ergeben (47).

46

47

Stadttor Düsseldorf, Petzinka Pink + Partner, 1998 Beispiel für eine frühe Doppelfassade: Die äußere Glashülle schützt die innere Holzfassade.

debis-hauptverwaltung, Renzo Piano, 1997 und Daimler-Chrysler-hochhaus, Potsdamer Platz, Berlin, hans Kollhoff, 1999 Die Erscheinung der Fassaden – gläsern bzw. massiv – ist sehr unterschiedlich, obwohl technische Funktion und Nutzung ähnlich sind.

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

35

3 | Konstruktionsprinzipien Die Fassade ist das trennende Bauteil zwischen dem Innen und

Die Skizze (1) zeigt die Vielzahl der zu erfüllenden Anforderun-

dem Außen. Um sich den Grundsätzen heutiger Fassadenkon-

gen. Diese Anforderungen müssen in allen Phasen der Fassa-

struktionen zu nähern, soll zunächst an die verschiedenen Funk-

denkonstruktion berücksichtigt werden: bei der Konzeption, bei

tionen von Fassaden erinnert werden: Sie bestimmt die archi-

den Konstruktionsprinzipien, im Detail und letztendlich in der

tektonische Erscheinung des Gebäudes, sie gewährt Ein- und

Ausführung und im späteren Gebrauch.

Ausblicke, sie muss Druck- und Sogkräfte aus Windlasten auf-

Im Grunde wünschen wir uns eine möglichst einfache Konstruk-

nehmen, ihr Eigengewicht tragen und zum Teil auch tragende

tion, welche alle diese Funktionen übernehmen kann und in der

Funktion für andere Bauteile übernehmen. Sie lässt Sonnenlicht

Lage ist, sich an die ständig wechselnden Einflüsse anzupassen.

in das Gebäude, muss aber gleichzeitig auch Sonnenschutz bie-

Sie sollte eine adaptive Hülle sein, ähnlich der Haut des Men-

ten. Sie erzeugt Dichtigkeit gegen Regenwasser und muss mit

schen, die mehrere Funktionen des Körpers erfüllt.

Feuchtigkeit von innen und außen umgehen. Sie isoliert gegen

Die Fassade von heute blickt auf eine Entwicklung über meh-

Wärme und Kälte, sorgt für Schallschutz und kann sogar zur

rere Jahrtausende zurück. Die Möglichkeiten, die sich uns aktuell

Energiegewinnung dienen. Darüber hinaus muss sie langlebig,

bieten, resultieren aus bekannten und bewährten Konstruktions-

einfach zu warten und zu reinigen sein.

methoden, den zur Verfügung stehenden Materialien und den tradierten Produktions- und Montageabläufen.

Regenwasserdicht Belichtung

Schutz gegen UV-Strahlung Energiegewinnung

Ausblick

Belüftung Druck- / Sogkräfte aus Windbelastung

Statische Belastung von innen

Wasserdampfdiffusion

Lärm

Isolierung Wärme/Kälte

Einblick

1 Städtebauliche Erscheinung

36

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

Eigenlast

Fassadenfunktionen Die Fassade muss zahlreiche Anforderungen erfüllen.

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

Der Hauptzweck dieser Struktur besteht in der Aufteilung der

heute verwendeten Fassaden ausmachen, sollen im Folgenden

oben beschriebenen Anforderungen und Funktionen, auf welche

die Konstruktionsprinzipien erläutert werden.

die Fassade konstruktiv reagieren muss. Diese Funktionen wer-

Im Wesentlichen können drei konstruktive Bereiche (2) innerhalb der Fassade definiert werden: 

den auf mehrere unterschiedliche Bauteile verteilt. Der Aufbau erleichtert das Fügen der Fassadenbestandteile untereinander

Die Primärstruktur (Rohbau), welche das Haupttragwerk des

Gebäudes bildet

und erlaubt die Aufnahme von Bewegungen durch Wind sowie thermische Ausdehnung.

Die Sekundärstruktur, welche die Tragstruktur der Fassade ist

Die Primärstruktur übernimmt die tragende Funktion für das

und das vermittelnde Element zwischen Ebene 1 und 3 darstellt

ganze Gebäude und leitet die Lasten aus der Fassade in die





Flächenfüllende Elemente

Fundamente ab. Primärstruktur Rohbau Sekundärstruktur Fassade Flächenfüllende Elemente

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

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

2

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

Natürlich gibt es auch Fassadenkonstruktionen, bei denen Primärkonstruktion und Sekundärkonstruktion ein Bauteil darstellen, also die Sekundärkonstruktion Anteil an der Tragstruktur des Gebäudes hat. In diesem Falle werden die Schnittstellen nach außen und nach innen auf eine einzige reduziert. Der Einsatz dieser Konstruktionen muss daher in Bezug auf Toleranzen, Verformung und Bauphysik sorgfältig geprüft werden. Auch können Teile der Fassade nicht einfach ausgetauscht werden, wenn sie Teil der Tragstruktur des Gebäudes sind.

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

37

Fassadentragwerke und Lastabtragung Die flächenfüllenden Elemente bilden den eigentlichen Raum-

Man kann verschiedene Lastarten unterscheiden, die auf Fassa-

abschluss (3). Dazu gehören Glas für Belichtung und Ausblick,

denkonstruktionen wirken:

Paneele für Wärmedämmung oder Öffnungsflügel für die Belüf-



Eigenlast aus den Komponenten der Fassade

tung. Die Anordnung kann auch in mehreren Schichten erfolgen.



Schneelast

Beispielsweise kann der Sonnenschutz auf der Außenseite der



Windlast (Druck und Sog)

Verglasung hinzugefügt und ein Blendschutz auf der Innenseite



Verkehrslasten, zum Beispiel aus dem Aufprall einer Person von

angebracht werden. Ebenso funktionieren Doppelfassaden nach

innen an die Fassade, deren Absturz verhindert werden muss

dem Schichtensystem. Im Grunde können alle Fassadenkon-

(Absturzsicherung)

struktionen nach diesem System kategorisiert werden.



Belastungen aus Zwangskräften. Diese entstehen etwa durch

Formveränderung von Bauteilen aufgrund von Temperaturschwankungen oder auch veränderter Luftfeuchtigkeit.

a) Hängende Konstruktion

b) Stehende Konstruktion

c) Stehende Konstruktion über zwei Geschosse

Lospunkt

Festpunkt

Lospunkt

Lospunkt

Festpunkt

Festpunkt

3

4

Akademie Mont Cenis, herne, Jourda & Perraudin, 1999 Innen ist die Primärstruktur aus Holzstützen zu erkennen, die Sekundärstruktur besteht aus Holzpfosten. Als flächenfüllende Elemente bilden Glasscheiben und Lüftungsflügel den Raumabschluss.

lastabtragung Die Zeichnung zeigt links eine hängende Lastabtragung, in der Mitte eine stehende und rechts eine stehende Konstruktion über zwei Geschosse.

38

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

Betrachten wir zunächst eine Fassade mit großflächiger Vergla-

Diese wiederum gibt die Lasten an das Primärtragwerk des Ge-

sung und umlaufender Rahmenkonstruktion (5) und untersuchen

bäudes weiter. Es ist zu erwarten, dass die Fassade als außen

ihre Lastenabtragung gemäß den oben beschriebenen Konstruk-

liegendes Bauteil anderen Witterungseinflüssen unterliegt als

tionsbereichen.

die Rohbaukonstruktion innen. Auch ist sie wahrscheinlich aus

Die Eigenlast der Glasscheibe wirkt parallel zur Fassaden-

einem anderen Material gefertigt, was eine unterschiedliche Län-

ebene nach unten. Sind Glasscheiben nicht durch Punkthalter

genausdehnung zur Folge hat. Die Primärkonstruktion unterliegt

gehalten oder von oben abgehängt, werden sie auf zwei Punkten

dazu noch anderen Lasteinflüssen und kann sich entsprechend

in Form von Kunststoffklötzen abgestellt. Zwei Punkte deshalb,

verformen. Um Zwängungen zu vermeiden, steht die Sekundär-

weil Gläser sich in Richtung ihrer Fläche nicht durchbiegen und

konstruktion also unten auf oder sie wird von oben abgehängt

deshalb sowieso nur auf zwei Punkten stehen, egal wie viele

(4). Damit die Längenunterschiede sich nicht über mehrere Ge-

Auflagerklötze man hinzufügt. Diese werden, statisch optimiert,

schosse addieren, ist es meistens sinnvoll die Fassadenlasten

in den Fünftelpunkten der Breite angeordnet. Die Last steht in

geschossweise abzutragen und jeweils Dehnungsfugen anzu-

diesem Falle also auf dem unteren Riegel des Rahmens (Sekun-

ordnen. Das ist eine Möglichkeit, die bei einer Trennung von Se-

därstruktur). Je nach Glasgröße kann eine Funktionsscheibe mit

kundärstruktur und Primärstruktur zur Verfügung steht.

mehreren Gläsern eine halbe Tonne oder auch mehr wiegen! Die Festpunkte fixieren die Fassade, während die Lospunkte Bewegungen in der Konstruktion ausgleichen. Die Druck- und Sogkräfte aus der Windlast und andere dynamische Lasten, die senkrecht auf die Fassadenfläche wirken, werden durch die Scheibe auf die lineare Sekundärkonstruktion (Rahmen) abgegeben.

Bewegung möglich

Befestigung am Rohbau oben mit Lospunkt

Windlast

Last von innen

5

Befestigung am Rohbau unten mit Festpunkt

Eigenlast

lastabtragung von Fassaden Die unterschiedlichen Lastarten müssen abgetragen werden.

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

39

Ist die Fassade Bestandteil der Primärstruktur (Rohbau) und übernimmt hier eine tragende Funktion, muss ebenfalls den verschiedenen Ausdehnungen Rechnung getragen werden, was ungleich komplizierter sein kann, weil eine Lastübertragung über die oben beschriebenen Bewegungsfugen nicht möglich ist. Die Zeichnung zeigt weitere Beispiele von Tragsystemen für Metall-Glas-Fassaden (6).

b) a)

d)

c)

e)

f)

6

Tragsysteme a) Sekundärstruktur ohne Pfosten. Die Glasscheibe spannt einseitig vertikal und muss entsprechend dimensioniert sein.

d) Sekundärstruktur aus liegenden Aussteifungsriegeln zur Abtragung von Windlasten. Die Vertikalkräfte werden über Seile nach oben in die Primärkonstruktion geleitet.

b) Sekundärstruktur ohne Riegel c) Sekundärstruktur mit kleiner Teilung. Flächenelemente mit verschiedenen Funktionen werden eingefüllt.

40

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

e) Auflösung der Sekundärtragstruktur durch Fachwerkträger

f) Seilnetzkonstruktion. Die Gläser werden über punktförmige Halter in den Eckpunkten mit der Seilnetzstruktur verbunden. Die Fassade verhält sich wie ein gespanntes Tuch und es treten relativ große Verformungen senkrecht zur Fassade auf. Das wiederum bedingt eine relativ große Bewegung des Randes der Fassade in Richtung der Fassadenebene, welche konstruktiv im Anschlussdetail aufgenommen werden muss.

Es gibt also eine Vielzahl von statischen Systemen bei Fassadenkonstruktionen (7-9). Die Entscheidung für eine Variante hängt von den folgenden Einflussfaktoren ab: 

Art des Primärsystems bzw. der Rohbaustruktur



Das Abtragen der Lasten von außen nach innen



Die Größe der flächenfüllenden Elemente und die Möglichkeiten des Materials (Glasgrößen, Durchbiegung, Gewicht etc.)



Die architektonische Gestaltung

8

Wilhelm lehmbruck Museum Duisburg, Manfred lehmbruck und Klaus hänsch, 1964 Die Fassade besteht aus hängenden Gläsern mit einer oberen und unteren Fassung. Die hängende Konstruktion erlaubt geringere Glasdicken als eine stehende.

7

9

Detail einer Seilnetzfassade Die Gläser werden über punktförmige Halter in den Eckpunkten mit der Seilnetzstruktur verbunden.

Punkthalterfassade Punkthalter übernehmen die Lasten aus den Gläsern und gleichen deren Bewegungen aus.

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

41

Raster und Position der Fassade im Bauwerk Den meisten Gebäuden liegt ein sich wiederholendes Maß zu-

Im Sinne einer möglichst effektiven Anbindung bezieht sich das

grunde, das so genannte Modulmaß. Das Raster ist dabei be-

Fassadenraster auf das Raster des Gesamtgebäudes. In der

hilflich, das Bauvolumen in dem Modulmaß entsprechende Ein-

Regel wird zwischen Haupt- und Nebenraster unter schieden,

heiten zu untergliedern und zu ordnen. Jedes Bauteil wird so in

wobei das Raster der Primärkonstruktion das Hauptraster vor-

seiner Lage definiert und geometrisch zu den Nachbarbauteilen

gibt und die Sekundärstruktur der Fassade auf dem Nebenraster

in Beziehung gebracht. Solche Raster finden sich sowohl bei der

angeordnet wird. Fassade und Tragwerk können so unabhängig

Gesamtorganisation des Grundrisses als auch bei den einzelnen

voneinander beschrieben werden und auch versetzte Anordnun-

Bauteilen, beispielsweise im Mauerwerk.

gen sind möglich. Durch die Wiederholung der geometrischen

Die Wiederholung hat im Bauablauf ihre Vorteile. Bei der sta-

Beziehung von Rohbau und Fassade, also von Primär- und Se-

tischen Struktur zum Beispiel erspart die Aufteilung in Abschnitte

kundärstruktur, können Anschlüsse und Details vereinheitlicht

gleicher Größe viel Aufwand. Die Planung und gesamte Baukom-

werden. Grundsätzlich kann man zwei Arten von Raster unter-

munikation wird mit der Definition eines Grundrasters einfacher.

scheiden, wobei diese auch auf verschiedenste Art kombiniert

Auch die Ausstattung eines Gebäudes lässt sich entsprechend

werden können (10).

vereinfachen. Hierbei ist klar, dass bestimmte Gebäudetypen wegen ihrer Raumanforderungen unterschiedliche Raster haben

Achsraster: Das Grundraster deckt sich mit der Mittelachse der

müssen und ein entsprechendes konstruktives System.

Bauteile. Ihre Ausdehnung wird dabei nicht beschrieben. Das

Bürogebäude haben beispielsweise ein gängiges Raster von 1,35 m, welches eine effiziente Büromöblierung erlaubt. Wird

kann vor allem dann sinnvoll sein, wenn die Größe von Bauteilen noch nicht bekannt ist.

darunter eine Tiefgarage angeordnet, fällt die Entscheidung meistens zugunsten eines konstruktiven Rasters der Primär-

Bandraster: Das Bandraster beschreibt die Ausdehnung der

struktur von 5,40 m bzw. 8,10 m als ein Vielfaches von 1,35 m.

Primärstruktur. Das Nebenraster der Fassade ist darauf abge-

Zwischen den Stützen bleibt also genug Platz für zwei bzw. drei

stimmt. In den Feldern b und c entstehen Zonen mit unterschied-

Pkw-Stellplätze.

licher Ansichtsbreite. Versetztes Haupt- und Nebenraster: Das Versetzen des Fassadenrasters über ein Nebenraster kann vermittelnd wirken. Al-

a

lerdings sind dabei die Trennwandanschlüsse zu berücksichtigen. Vermittelnde Zwischenelemente (c) können zum Ausgleich

b

notwendig oder auch gewünscht sein.

b

a b

Achsraster

Eine der wichtigsten Eigenschaften des Rasters ist, dass mit sei-

b

ner Festlegung eine Gestaltungsentscheidung einhergeht. Das Ordnungsprinzip des Rasters bildet sich in der Fassade ab. Pro-

a

portion und Rhythmus der Fassade werden definiert. Horizontale

b

b

c

Bandraster

oder vertikale Gliederungen können über die Wahl des Rasters unterstützt werden.

c b

a c b Versetztes Hauptund Nebenraster

b c

10

Raster a) Achsraster b) Bandraster c) Versetztes Haupt- und Nebenraster

42

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

Eine der wesentlichen gestalterischen und konstruktiven Entscheidungen bei der Planung von Fassaden ist die Position der Fassade zur tragenden Struktur des Gebäudes (11, 12).

a) Vorderkante Rohbau

Verhinderung des Brandüberschlags

11

b)

Vorderkante Rohbau

Dämmung des Deckenkopfes

Atlasgebouw Wageningen, van den Oever, Zaaijer & Partners Architecten, 2006 Die Fassade liegt hinter dem Tragwerk des Gebäudes.

Gedämmte Stütze

c)

Vorderkante Rohbau

a) Thermische Entkopplung der Deckenplatte

b) 12

Position der Fassade a) Die Sekundärstruktur der Fassade läuft vor der Primärstruktur des Gebäudes durch. Die Auskragung der Deckenplatte vor der Stütze kann variiert werden. Sofern die Raster sich decken, hat das Auswirkungen auf die Größe der Eckelemente. Die Ecke ist transparent. Es ist möglich die Deckenscheibe nicht im äußeren Fassadenraster zu zeigen. Der Raum zwischen Fassade und Rohbau bedarf einer besonderen Betrachtung in Bezug auf den Brandschutz.

b) Die Fassade sitzt mit der Primärstruktur bündig. Wegen der thermischen Anforderungen muss der Deckenkopf gedämmt werden. Die Position der Stütze erzeugt eine geschlossene Fassadenecke. c) Die Fassade liegt hinter der Primärkonstruktion zurück. In diesem Beispiel durchdringt die Geschossdecke die thermische Trennung des Gebäudes und muss mit entsprechendem Aufwand thermisch entkoppelt werden. Die Stütze steht frei in der Außenecke.

c)

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

43

Systeme in der Fassadenkonstruktion Eine Betrachtung der aktuellen Baukultur zeigt, dass bei fast al-

regensicherheit, die Wärmedämmung, die Luftdurchlässigkeit,

len Objekten systematisierte Fassaden zum Einsatz kommen. Das

den Schallschutz, das Brandverhalten und die Einbruchsicher-

bedeutet, dass die Konstruktion in bestimmten Teilen aus stan-

heit geprüft. Die Konstruktion der Glashalter und die Verbindung

dardisierten Komponenten besteht, welche von Fassadenanbie-

von Pfosten- und Riegelprofilen untereinander zur Weitergabe

tern geliefert werden. Es stellt sich die Frage, warum Systeme

der statischen Lasten ist nachgewiesen. Das macht es möglich,

notwendig sind und welchen Einfluss sie auf die Planung und die

Systeme nach dem Baukastenprinzip einzusetzen.

Gestaltung von Fassaden haben.

Für alle Systeme gilt: Im Umgang mit den Systemgrenzen,

Früher gehörte das Konstruieren von Fassadenprofilen zu den

also der Anschlüsse zu anderen Bauteilen, liegt die eigentliche

planerischen Aufgaben des Architekten (13, 14). Begriffe wie

planerische Aufgabe. Innerhalb des Systems erfolgt die Lösung

der Wärmedurchgangskoeffizient oder die Schlagregendichtig-

durch die Anwendung des Standards. Dabei ist die Kenntnis der

keit waren allerdings für die Planung nicht relevant, da die An-

Stärken und Schwächen von Systemen für die Planung wie An-

forderungen niedriger waren. Probleme gab es nur dann, wenn

wendung sehr wichtig. Die Definition der gestalterischen und

Undichtigkeiten oder andere Mängel zutage getreten waren. Das

technischen Grundlagen und die Berücksichtigung der Vorga-

gehört der Vergangenheit an, zumindest in der industrialisierten

ben durch Baurecht und Anforderungen des Brand-, Schall- und

Welt. Die technischen Anforderungen sind erheblich gestiegen

Wärmeschutzes sind Aufgabe der Architekten. Diese umfasst

und inzwischen so umfassend geregelt, dass sie nur durch den

weiterhin die Festlegung der Tragstruktur, des Fassaden- und

Einsatz ausgefeilter Techniken erfüllt werden können.

Elementrasters und die Vorgabe von Anschlussprinzipien. Die

Die Notwendigkeit einer Systematisierung von Fassaden liegt

eigentliche Ausführungsplanung für die Baustelle erfolgt dann

auf der Hand, da es sich wegen der hohen bauphysikalischen An-

durch die ausführenden Firmen. Es ist für den Architekten un-

forderungen um besonders komplexe Bauteile handelt. Neben der

möglich, alle Einzelheiten des Systems zu kennen. Ein Teil des

Vereinfachung bei der Planung haben Systeme den Vorteil, dass

Produktions- und Montageprozesses entzieht sich somit seiner

die Abwicklung der Bauleistung, von der Planung über die Aus-

Kontrolle. Es zeigt sich, dass neue Konzepte und Fertigungsme-

schreibung bis hin zur Baustelle, den Baupartnern geläufig und

thoden einer Anpassung der vorhandenen Planungsstrukturen

damit sicherer ist. Das gilt auch für die erlaubten Bautoleranzen.

und des Kommunikationsprozesses bei der Bauausführung be-

Systeme werden von den Herstellern in Bezug auf ihre Schlag-

dürfen. Nur so kann eine effektive und sichere Umsetzung gewährleistet werden.

13

14

Crown hall, Illinois Institute of Technology, Chicago, ludwig Mies van der Rohe, 1956 Die Fassade besteht aus einer Kombination von Stahlprofilen. Die Konstruktion besticht durch Klarheit in der Kombination von verwendeten Materialien, des statischen Systems und des gestalterischen Ausdrucks.

Crown hall, Illinois Institute of Technology, Chicago Detail der Fassade

44

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

Pfosten-Riegel-Konstruktion Die Pfosten-Riegel-Konstruktion ist ein weit verbreiteter Kon-

In der Regel wird der Pfosten über dreidimensional ausrichtbare

struktionstyp und soll deshalb näher beschrieben werden. Die

Halter am Rohbau befestigt (16). Dann werden die Riegel mon-

Grundkonstruktion besteht aus tragenden Profilen aus Holz,

tiert, anschließend das Dichtsystem mit der Verglasung. Die um-

Stahl oder Aluminium, welche die statische Funktion der Fas-

laufenden Anschlüsse folgen. Nach Montage der Pressleisten

sade übernehmen (15). Darauf wird die innere Dichtungsebe-

ist die Konstruktion dicht. Die Ansichtsbreiten der Profile liegen

ne befes-tigt. Aluminiumprofile sind in der Regel direkt für die

standardmäßig zwischen 50 und 60 mm. Da die Einsatzelemen-

Aufnahme der Lasten aus dem inneren Dichtungssystem aus-

te auch bei Verformungen innerhalb der Fassade sicher gehal-

gelegt. Es folgt die Ebene der Einsatzelemente. Je nach Sys-

ten werden müssen, ohne aus der Dichtung zu rutschen, sind

tem können Verglasung, Fensterelemente oder Türen eingesetzt

schlankere Profile bei diesem System praktisch nicht möglich.

werden. Über Pressleisten, in welche die äußere Dichtungsebene integriert ist, werden die Einsatzelemente an Pfosten und Riegeln fixiert. Die Lasten der Elemente werden über Auflagerklötze in die Riegel eingeleitet. Es ist nicht zu verhindern, dass Wasser durch die äußere Dichtungsebene in die Konstruktion eintritt. Dieses wird über die innere Riegeldichtung in die innere Pfostendichtung abgeführt und muss am Fußpunkt sicher nach außen abgeleitet werden. Dabei kommt der Ausführung der Verbindungsstelle von Riegel- und Pfostendichtung eine besondere Bedeutung zu. Je nach geforderter Verglasung oder benötigtem Dämmwert der Profile können verschiedene Dichtungen eingesetzt und kombiniert werden. Die Gestaltung der Pfosten, Riegel und Deckleisten ist im Prinzip vom System unabhängig. Das System kann beispielsweise auch auf einem tragenden Holzpfosten montiert werden (17). Der Pfosten ist direkt für die Aufnahme des Dichtsystems profiliert.

16

Montageablauf einer Pfosten-Riegel-Konstruktion In der Regel werden die Riegel und Pfosten nacheinander eingebaut.

15

17

Pfosten-Riegel-Konstruktion Perspektivische Darstellung eines Knotenpunktes

holz-Aufsatz-Konstruktion für Pfosten-Riegel-Fassade Die Sekundärkonstruktion der Fassade besteht aus tragenden Pfosten und Riegeln aus Holz. Darauf ist ein Dichtsystem befestigt, welches die Schnittstelle nach außen, also zu den flächenfüllenden Elementen, bildet. Der Aluminiumverbinder für die seitliche Riegelbefestigung ist zu sehen. KON STR U KTION S PR I NZ I PI E N

45

Elementfassade

Gestaltung mit Systemen

Das zweite gängige Fassadensystem ist die Elementfassade

Die Anwendung von Systemen impliziert auch immer eine Ein-

(18). Der wesentliche Unterschied zwischen Elementfassade

schränkung der gestalterischen Möglichkeiten. Das Systempro-

und Pfosten-Riegel-Konstruktion besteht im Grad der Vorferti-

dukt liefert bereits eine formale Antwort auf die gestellte Auf-

gung mit dem Ziel, die kostenintensiven Montage- und Rüstzei-

gabe. Der Gestaltungswunsch der Architektur versucht auf die

ten vor Ort zu verringern und sie besser kalkulierbar zu machen.

Systeme Einfluss zu nehmen. Durch die Forderung nach kleine-

Es gehört zu den wesentlichen Vorteilen, dass die Fertigung in

ren Bauteilabmessungen und größerer Transparenz sind Syste-

eine frühere Phase verlagert werden und die Montage weniger

me für großflächige Verglasungen auf dem Vormarsch.

abhängig vom Wetter erfolgen kann.

Die gestalterische Idee eines Entwurfs beruht in den meisten

Die Verglasung und auch bestimmte Haustechnikkomponen-

Fällen auf der Auffassung vom Gebäude als einem individuellen

ten werden bei Elementfassaden weitestgehend vormontiert. Die

Produkt. Das liegt zum Einen daran, dass komplexe Bauaufga-

Rohbaubefestigungen müssen vor Montage der Elemente exakt

ben von sich aus bestimmte Antworten erfordern. Es ist aber

ausgerichtet werden. Dies erfolgt geschossweise und von unten

auch im Selbstverständnis der Architekten begründet, die sich

nach oben. Um Kreuzungspunkte von Dichtungen zu vermeiden,

als Schöpfer eines spezifischen Produktes verstehen. Besondere

werden die einzelnen Elemente mit einer horizontal durchlaufen-

Gestaltungswünsche stehen jedoch im Gegensatz zum Ideal des

den Dichtschiene versehen. Die seitlichen Elementverbindungen

systematisierten Bauens. Entweder können sie durch Anpassung

erfolgen über Steckdichtungen, die in den Elementen integriert

des Systems im Rahmen seiner Zulassungsgrenzen realisiert

sind.

werden oder es ist eine Neuentwicklung mit entsprechenden

Durch die Kopplung von selbstständigen Einheiten und der

Prüfungen notwendig. Beides erfordert ein hohes Maß an Wis-

einhergehenden Verdopplung von Stoßprofilen werden die An-

sen über die Systeme und die enge Zusammenarbeit mit Indus-

sichtsbreiten größer. Die Standardbreite der Pfosten liegt des-

trie und Herstellern. Für diese Aufgabe werden spezi-alisierte

halb bei ca. 2 x 40 mm, also zweimal der einfache Elementrand.

Fassadenplaner herangezogen. Eine Veränderung des Systems

Die mögliche Transparenz nimmt also im Vergleich zur Pfosten-

durch den Architekten kann nur dann realisiert werden, wenn der

Riegel-Fassade ab. Die Elemente werden in möglichst großen

Hersteller erwarten darf, dass sich dadurch der Marktwert seines

Einheiten gefertigt. Die Größe hängt vor allem vom Transport ab.

Produktes erhöht und er somit die Mehrkosten wieder einspielt.

Üblich sind geschosshohe und 1,20 -2,70 m breite Elemente. Es

So werden meistens also vorhandene Systeme im Sinne des

können aber auch Elemente mit einer Höhe von mehreren Ge-

architektonischen Entwurfs eingesetzt. Mehr ist oft im Rahmen

schossen und einer Breite von mehreren Achsen zum Einsatz

der Baukosten und dem gegebenen Planungshonorar nicht zu

kommen.

leisten. Ausnahmen bilden Großprojekte wie Hochhäuser, bei denen wegen der großen Stückzahlen Sonderlösungen interessant und wirtschaftlich sind.

18

Montageablauf einer Elementfassade Vorgefertigte Elemente werden auf der Baustelle montiert.

46

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

19

Montage von Fensterelementen in der Fabrik Vorfabrikation ist eine Möglichkeit, Qualität und Quantität auf der Baustelle zu erhöhen.

Beschläge Wenn man die Tatsache in Betracht zieht, dass ein großer Teil

Um bewegliche Öffnungen in der Fassade zu realisieren, sind

der in Europa gebauten Objekte in Ortbeton mit vorgesetzter

Beschläge notwendig. Sie stellen die Verbindung zwischen Ele-

Systemfassade ausgeführt wird, stellt sich die Frage, wie groß

ment und Fassadenkonstruktion her und kommen an der äußeren

der Gestaltungsspielraum tatsächlich ist. Handelt es sich nicht

Schnittstelle zwischen Sekundärstruktur und flächenfüllenden

um ein ständiges Deklinieren desselben Themas? Der System-

Elementen zum Einsatz. Auch Teile, welche zur Bewegung des

gedanke bestimmt bereits jetzt das planerische Denken.

Elementes notwendig sind wie etwa Türgriffe, bezeichnet man als Beschläge.

Öffnungen in Fassadenkonstruktionen

In statischer Hinsicht müssen sie auf die Konstruktion des

Ein wesentliches Thema bei allen Fassaden sind Öffnungen. Öff-

verwendeten Fassadensystems abgestimmt werden. Die Lasten

nungen bieten die Möglichkeit, Außen- und Innenklima kontrol-

aus beweglichen Elementen müssen in die Sekundärstruktur

liert miteinander zu verbinden. Sie sind notwendig für Aus- und

der Fassade eingeleitet werden. Viele Systemhersteller bieten

Einblick, Belüftung, Austausch von Luftfeuchtigkeit und Schall.

deshalb Standardlösungen an. Werden motorische Beschläge

Öffnungen können die verschiedensten Größen und Funktionen

verwendet (22), beispielsweise für automatische Lüftungsflügel,

haben: Zugänge, Zufahrten, Lüftungsflügel, Fluchtfenster, tem-

muss die Steuerung mit dem Gesamtkonzept der elektrotech-

poräre Revisionsöffnungen, Reinigungsöffnungen, technische

nischen Ausstattung des Gebäudes abgestimmt werden. Lei-

Installationen, Mediendurchführungen (19). Die Ausrichtung,

tungszuführungen müssen in der Fassadenkonstruktion berück-

Lage und Größe von Öffnungen stehen immer in engem Zu-

sichtigt werden. Beschläge haben einen großen Einfluss auf die

sammenhang mit Funktion und Nutzung des Innenraumes. Die

Detailgestaltung von Fassaden.

plastische Ausbildung der Laibung hat großen Einfluss beispielsweise auf die Belichtung des Innenraumes. Die Lage der Öffnung kann natürliche Lüftung unterstützen oder auch erschweren. Der Schutz des Innenklimas macht eine Veränderbarkeit von Öffnungen notwendig. Die Abbildung 20 zeigt Standardvarianten. Die Öffnung kann manuell oder auch motorisch erfolgen.

Kippen

Klappen

Vertikal schieben

Schwingen

Parallel ausstellen

Horizontal schieben

Drehen

Wenden

Anforderung der Fassade

Auswirkung auf den Beschlag

Art der Öffnung

Wahl des Beschlagstyps

Gestaltung

Material, Form, eventuell verdeckte Anordnung

Bedienung

Manuelle Bedienung (Griff, motorischer Antrieb) Position der Bedienelemente

Lichte Größe der Öffnung

Definition von Dreh-, Kippwinkel

Elementgröße/Gewicht

Material, Dimensionierung des Beschlags

Nutzungshäufigkeit

Material, Dimensionierung des Beschlags

Sicherheit (Einbruchschutz, Brandschutz, Fluchtwege)

Entsprechende Sicherheitsbeschläge

Lamelle

20

Öffnungsvarianten Fensterkonstruktionen mit unterschiedlichen Bedienungsarten

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

47

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

Holzfenster und Holz-Aluminium-Verbundfenster Es gibt jahrhundertelange Erfahrung bei der Konstruktion von Holzfenstern (21). Dementsprechend vielfältig ist die Zahl der verwendeten Konstruktionen. Die eingesetzten Holzarten müssen gute Eigenschaften in Bezug auf wechselnde Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnisse haben und widerstandsfähig gegen Schädlingsbefall sein. Bei der Konstruktion von Holzfenstern (23) müssen eine Reihe von Dingen beachtet werden: 

21

historischer Beschlag Beschläge an Klappläden mit Stahlhülse als Gegenpart in der Steinstütze.

Wasser, welches in die Konstruktion eindringt, muss sorgfältig nach außen abgeleitet werden.

 

Der Falzraum in der Konstruktion muss entlüftet werden. Bewitterte Kanten müssen einen ausreichenden Abstand von anderen Bauteilen haben, um gut austrocknen zu können.



Kanten von Fensterprofilen müssen sorgfältig gefast werden, d. h. die Kante wird gebrochen.



Es darf kein Wasser in die Fensterecken eindringen. Die unteren Ecken werden deshalb in der Regel nicht auf Gehrung ausgeführt, sondern das seitliche Rahmenteil läuft nach unten durch.

Holzfenster müssen vor dem Einbau durch Holzschutzmittel gegen Pilz- und Insektenbefall imprägniert werden. Die Oberflächen von Holzfenstern müssen regelmäßig gewartet und Anstriche erneuert werden. Die unteren Rahmenteile sind besonders der Witterung ausgesetzt. Deshalb werden hier häufig Wetterschenkel aus Metall auf der Konstruktion angebracht. Eine Variante

22

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

bieten auch Holz-Aluminium-Fenster (25), wobei ein Aluminiumprofil komplett die äußere Ebene des Fensters verblendet. Wenn Holzfenster gut gepflegt werden, können sie sehr lange halten. Der emotionale Faktor beim Material Holz spielt eine große Rolle.

Flügelprofil (massiv)

Holz lässt sich gut verarbeiten und gilt als „warmes“ Material. Allerdings müssen auch ökologische Aspekte beachtet werden.

Deckprofil (Aluminium)

So sind beispielsweise Tropenhölzer trotz ihrer Langlebigkeit fragwürdig, wenn ihre Herkunft nicht nachgewiesen ist; generell sollte Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft den Vorzug haben.

Rahmenprofil (massiv)

23

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

48

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

24

26

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

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

Aluminiumfenster Das Bild 24 zeigt deutlich die besondere Konstruktionsweise

weise über Eckverbinder (26), die eingeklebt, verpresst oder

von Aluminium-Strangpressprofilen im Schnitt, aus denen Alu-

vernietet werden. In seltenen Fällen können die Profile auch vor

miniumfenster zusammengesetzt werden. Die Ausbildung der

der Beschichtung mittels Schweißen verbunden und danach ver-

Press form erlaubt eine kleinteilige Detaillierung des Profils.

schliffen und lackiert werden.

Gummidichtungen können direkt eingesetzt werden und Stege

Aluminiumfenster haben eine Reihe von Vorteilen: Sie sind

verbessern die statischen Eigenschaften. Da Aluminium ein her-

leicht und anspruchslos in der Unterhaltung und Pflege. Sie sind

vorragender Leiter ist, werden Fenster dieser Art aus einer inne-

gut zu bearbeiten und erlauben große Herstellungsgenauigkeit

ren und äußeren Schale zusammengesetzt, welche über wärme-

und damit auch sehr geringe Toleranzen und entsprechende

isolierende Kunststoffprofile miteinander verbunden werden (27).

Fugen dichtigkeiten. Diese Eigenschaften können auf längere

Man spricht von Aluminium-Kunststoff-Verbundprofilen. Die Stoß-

Sicht die höheren Anschaffungskosten wettmachen und kommen

kanten können verputzt und überlackiert werden. Die Profile

deshalb vor allem im Objektbereich, d.h. bei großen Projekten

werden auf Länge zugeschnitten und notwendige Aussparungen

bevorzugt zur Anwendung. Aluminiumfenster bieten gute Wärme-

für Beschlagteile und ähnliche Elemente werden vor dem Zusam-

und Schalldämmeigenschaften.

menbau eingefräst. Die Verbindung in den Ecken erfolgt üblicher-

Deckprofil (Aluminium)

Flügelprofil (massiv)

Äußere Schale

Rahmenprofil (massiv)

Innere Schale Thermische Trennung

25

27

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

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

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

49

Stahlfenster Stahlfenster werden aus Hohlprofilen zusammengesetzt, die im Kaltwalzverfahren hergestellt werden. Die Profilierung erfolgt durch Faltung von Blechen. Wie beim Aluminiumprofil bedürfen

Äußere Schale

diese einer thermischen Trennung der Innen- und Außenschale

Innere Schale

durch wärmedämmende Kunststoffprofile (28). Neue Fensterprofile aus Edelstahl reduzieren das Material in der mittleren Zone; durch gezielte Aussparungen wird der Wärmeübergang reduziert und auf ein Kunststoffprofil als thermische Trennung kann verzichtet werden. Thermische Trennung

Stahlprofile besitzen eine hohe Biege- und Torsionsfestigkeit und können deshalb Vorteile haben, wo die Statik des Rahmens von Bedeutung ist. Sie sind jedoch teurer als vergleichbare Aluminium konstruktionen. Auf den Korrosionsschutz der Profile

28

Schematische Darstellung Stahlfenster Das gefaltete Stahlprofil ist deutlich zu erkennen.

muss besondere Rücksicht genommen werden. Edelstahlprofile sind hier besonders sicher in der Anwendung. Beim Brandschutz schneiden Stahlprofile gut ab und sind daher häufig die erste Wahl. Innere Schale

Kunststoff-Fenster Kunststoff-Fenster werden ähnlich wie Aluminiumfenster aus

Äußere Schale

stranggepressten Profilen zusammengesetzt. Diese werden im Extrusionsverfahren hergestellt (29). Es gibt eine große Vielfalt

Metallkern

von Kunststoffmaterialien, die bei der Konstruktion von Fenstern zum Einsatz kommen. Am meisten verbreitet ist jedoch PVC, welches eine hohe Schlagzähigkeit besitzt und widerstandsfähig gegen Verkratzen ist. Allerdings sind die thermischen Eigenschaften von PVC denen von anderen Fassadenbaumaterialien unterlegen. Bei Sonneneinstrahlung können sich dunkle Profile bis 80 °C erwärmen, was zu Verformungen führen kann. Farbige Profile werden durch das Aufkleben von gefärbten Deckschich-

29

Schematische Darstellung Kunststoff-Fenster Zur Verbesserung der statischen Eigenschaften können Metallprofile in Rahmen eingeschoben werden, hier als Metallkern.

ten hergestellt, was den Preisvorteil gegenüber anderen Materialien verringert. Da Kunststoff-Fenster nicht besonders steif sind, bleiben die Einbaumaße begrenzt. Oft werden zur Aussteifung

GFK-Fenster

Leichtmetallrohre in die Konstruktion eingeschoben. Auch die Be-

Die Verwendung von glasfaserverstärkten Kunststoffprofilen im

festigung von Beschlägen muss entsprechend dimensioniert sein.

Fensterbau ist in den letzten Jahren vorangetrieben worden. Die

Der Vorteil von Kunststoff-Fenstern liegt in der einfachen Ver-

Verwendung von GFK-Profilen, die mittels Pultrusion hergestellt

arbeitung, den niedrigen Kosten und der Unempfindlichkeit beim

werden, bietet bedingt durch die sehr gute Tragfähigkeit des

Einbau. Das Problem der Beschädigung von Korrosionsschutz-

Verbundmaterials und der geringen Wärmeleitfähigkeit Vorteile

schichten besteht nicht. In brandschutztechnischer Sicht bieten

gegenüber Aluminiumfensterprofilen. GFK-Fensterprofile kön-

Kunststoff-Fenster keinen wirksamen Schutz.

nen sehr schlank und ohne Isolierstege ausgeführt werden, sind jedoch durch die deutlich teurere Fertigung nicht so individuell einsetzbar wie Aluminiumprofile. Die Herstellung der Profile ist deutlich aufwendiger als per Extrusion und daher ist die Produktpalette sehr klein. Konstruktiv bieten GFK-Profile Vorteile und sprechen Architekten mit ihren schlanken Ansichtsbreiten an, aber es bleibt abzuwarten, inwiefern dieses Material in der Praxis Verwendung findet.

50

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

Montage Die Fassadenindustrie ist ständig auf der Suche nach neuen



Montagezeiten auf der Baustelle zu verringern. So werden kurze Bauzeiten ermöglicht und das Konfliktpotenzial im zeitlichen

Wie ist die zu erwartende Rohbauqualität in Bezug auf Toleranzen?

Fertigungs- und Montageweisen. Die Tendenz geht dahin, die 

Wie ist die Schnittstelle zu angrenzenden Gewerken (Rohbau und Ausbau) beschaffen?

Ablauf mit anderen Gewerken reduziert. Auch ist die Montage auf der Baustelle wegen der Witterungseinflüsse größeren Risi-

Die Konstruktion von Fassaden ist ein Prozess, der mit dem

ken ausgesetzt. Unterhalb einer Temperatur von ca. 5 °C lassen

architektonischen Konzept beginnt und der Montage der Fassade

sich Dichtungsprofile kaum noch einsetzen. Die Arbeit in der

endet. Dieser Prozess verläuft nicht linear in eine Richtung, son-

Werkhalle ist in der Regel sauberer und kann besser kontrolliert

dern lebt von Rückkopplungen (30), die sich innerhalb der kom-

werden. Mögliche Fehler und Probleme lassen sich einfacher

plexen Entscheidungs- und Kommunikationsabfolge ergeben.

beheben.

Hier ein Beispiel: Wird während der Montageplanung klar, dass

Die Vorfertigung zu größeren Einheiten hat jedoch auch Nach-

eine elementierte Bauweise entgegen der vorgesehenen Konstruk-

teile: Die Konstruktion ist in der Regel komplizierter und muss für

tionsart am wirtschaftlichsten ist, kann dies dazu führen, dass die

Belastungen während des Transports dimensioniert werden. Das

Gestaltung maßgeblich verändert wird, weil diese Bauweise an-

direkte Fügen von Elementen vor Ort bedarf einer aufwendigen

derer Profilbreiten bedarf. Um also den Prozess so gut wie mög-

Gestaltung von Konstruktionsfugen und erlaubte Rohbautoleran-

lich zu steuern und zu kontrollieren, ist ein gutes Grundwissen

zen sind begrenzt. Befestigungen am Rohbau müssen im Voraus

aller an der Planung Beteiligten eine wichtige Voraussetzung.

mit äußerster Genauigkeit montiert sein, da der fein geplante

Ebenso müssen alle Entscheidungsschritte deutlich kommuni-

logistische Ablauf keine Verzögerungen erlaubt. Auch der Trans-

ziert werden.

port hat seine Eigenheiten. Bei Beschädigungen unterwegs wird

Das Baugeschäft befindet sich in einem Zwischenstadium von

nicht nur das Material, sondern eventuell gleich der gesamte Fer-

tradiertem Bauhandwerk und industrieller Fertigung. Neue Ent-

tigungsaufwand zerstört.

wicklungen in der Technologien, wie zum Beispiel das Internet,

Daraus ergeben sich eine Reihe von Fragen, die vor der Ent-

führen dazu, dass heute eine Vielzahl Informationen über neue

scheidung für eine Pfosten-Riegel-Konstruktion oder einer ele-

Materialien und Produktionstechnologien, auch aus anderen Dis-

mentierten Fassade diskutiert werden müssen:

ziplinen, für jedermann bereitliegen. Auch die Architekten und











Wie sind die Fertigungsabläufe der ausführenden Firma

Designer drängen danach, diese neuen Erkenntnisse in die Tat

und welche Erfahrungen hat das Team?

umzusetzen. Es gibt einen immensen Neuerungsdruck und wir

Welche Fertigungsanlagen stehen auf dem Werksgelände

können erwarten, dass sich daraus Auswirkungen auf die Kon-

zur Verfügung?

struktion von Fassaden ergeben. Die stetig steigenden Quali-

Zu welcher Jahreszeit erfolgt die Montage und wie viel Zeit

tätsanforderungen, die geforderte Baugeschwindigkeit und das

steht dafür zur Verfügung?

gesteigerte Bewusstsein in Bezug auf den Energieverbrauch von

Wie groß ist das Projekt und wiederholen sich Teile häufig

Gebäuden werden dazu führen, dass Fassaden immer mehr zu

genug, um eine Elementierung zu rechtfertigen?

umfassenden Produkten werden. Die Architekten müssen sich der

Wie sind die Transportmöglichkeiten und welche Hebezeuge

Herausforderungen stellen und Systeme bewusst als Möglichkeit

sollen zum Einsatz kommen?

einer architektonischen Auseinandersetzung verstehen.

Architektonisches Konzept

Gestaltung, Funktionsbeschreibung

Entwurf, Systementscheidung, Grundsatzdetails

Ausführungsplanung, Detailplanung

Produktions-, Montageplanung

Produktion, Montage

30

Fassadenplanung Der Prozess der Fassadenplanung verläuft nicht linear in eine Richtung, sondern lebt von Rückkopplungen.

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

51

4 | Detailprinzipien und Toleranzen Detaillieren ist Entwerfen. Der Entwurf generiert die Ideen für De-

Selbstverständlich müssen Gestaltungswille und Ästhetik Ein-

taillösungen und deren Gestaltung. Jedes Detail ist ein Teil des

fluss auf das Detail nehmen, konstruktive Notwendigkeiten wer-

Entwurfs – Probleme bei der Detailentwicklung zeigen auch Ent-

den sich aber gleichermaßen bei der Erscheinung des Details

wurfsprobleme. Beispielhaft der konstruktive Holzschutz: Dach-

auswirken. Wird dies nicht berücksichtigt, kann keine dauerhaft

überstände schützen die Holzkonstruktion der Fassade und sind

schöne und gute Lösung entstehen.

gleichzeitig Elemente, die wesentlich die Gestalt eines Bauwer-

Neben den gestalterischen Ansprüchen besteht eine Schwie-

kes prägen (1). Werden sie zugunsten einer glatten Oberfläche

rigkeit in der Umsetzung von Details in der immer komplexer wer-

oder scharfer Kanten an Gebäuden vermieden, muss die Holz-

denden Konstruktion. Wurde bei historischen Fassadendetails

konstruktion der Fassade beständig gegen Witterung sein. Wird

(2, 4, 6) die Funktion Dichten gegen Regen und Wärmeverlust

dies nicht erreicht, ist ein schneller Verfall die Konsequenz.

berücksichtigt, sind heute in dem gleichen Detail die Funktionen Winddichtigkeit, Schlagregendichtigkeit, sommerlicher und winterlicher Wärmeschutz sowie Dampfdiffusionsdichtigkeit zu lösen (3). Dieser Steigerung der Komplexität wird durch eine Schichtung von Funktionen in verschiedene Ebenen sowie den Einsatz von bewährten Systemen für Einzelfunktionen – beispielsweise die Systeme Isolierglas, Dichtungsprofile oder Rahmenprofile (5) – entsprochen. Die Leistung des Detaillierens reduziert sich somit vor dem Hintergrund der sich steigernden Komplexität auf das Zusammensetzen von Einzelkomponenten. Einzelne Aspekte können hierbei verändert werden, die Komponenten bleiben jedoch meist vollständig erhalten.

1

historischer holzschutz Holzbauten können nur bei konsequenter Berücksichtigung konstruktiv richtiger Detaillösungen dauerhaft überstehen. Dieses Beispiel eines Schweizer Holzhauses lässt anhand der großen Dachüberstände den Schutz der Fassade gut erkennen.

2

holzfenster mit Klappladen Klappläden und Einfachverglasung am Beispiel eines Fachwerkhauses. Neben dem Regenschutz für das Fenster erzeugt der Klappladen einen Klimapuffer, der bei nächtlichen tiefen Temperaturen den Wärmeschutz verbessert.

52

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

3

historisches und modernes Fensterprofil Historische Fenster beschränken sich auf die Lösung der Probleme des Wasserabweisens und der Minimierung der Wärmeverluste. Heutige Fensterkonstruktionen müssen zusätzlich höhere Anforderungen an Schlagregendichtigkeit und Wärmeschutz, thermische Trennung, Winddichtigkeit und Dampfdiffusion sicherstellen.

4

5

6

historisches holzfensterprofil Holzfensterprofile in Fußpunktbereich. Erkennbar ist der Holzrahmen des Flügelelementes, welcher mittels eines Rücksprungs gegen das metallische Rahmenprofil anschlägt. Die Schlagregendichtung erfolgt im Sockelbereich mittels eines Wetterschenkels. Winddichtende Kunststoffprofile existieren nicht.

Modernes holzfensterprofil Im Gegensatz zum historischen Holzfenster werden moderne Holzfenster im Sockelbereich mittels mehrerer Falzungen und Silikondichtungsprofile gegen Wind abgedichtet. Der Schlagregenschutz des Flügels wird auch in diesem Beispiel mittels eines Wetterschenkels erbracht. Im Bereich des Rahmens kann eingedrungenes Wasser über die Entwässerungsführung und über ein außen liegendes Aluminiumabdeckprofil abgeführt werden.

historisches Schiebefensterprofil Beispiel eines historischen Schiebefensters. Einfach zu lösen ist in diesem Falle der Sockelpunkt, da aufgrund der Führung des Flügels vor dem Rahmen eine innere Aufkantung das Eindringen von Wasser verhindert. Schwieriger ist hier die Dichtung der Seiten des Rahmens.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

53

Gebäuderaster und Position des Bauteils Die Position der Fassade im Baugefüge wird bestimmt durch das

Als weiterer Punkt muss die Position des Bauteils im Gefüge

Raster des Gebäudes. Gebäude bestehen aus Flächen, welche

des Gebäudes betrachtet werden. Hier kann beispielsweise das

aus einzelnen Komponenten, Elementen oder Bauteilen zusam-

Schließen einer Öffnung durch ein zurückgesetztes und damit

mengesetzt werden. Werden in die Flächen Öffnungen einge-

konstruktiv geschütztes Fenster erfolgen. Gestalterisch entsteht

bracht, resultiert hieraus ein Übergang des einen Bauteils in den

ein die Ansicht des Gebäudes gliedernder Schattenwurf. Nach-

anderen. Diese Übergänge werden mittels Fugen geschlossen.

teilig hierbei ist das Problem des Kältedurchgangs in den Rand-

Zwecks Organisation der Komponenten sowie der Fugen wer-

bereichen des Fensters: Es besteht das Risiko, dass in diesen

den üblicherweise Raster über Gebäude gelegt, um immer wie-

Randbereichen rund um das Fenster bei einer schlechten Wär-

derkehrende Situationen gleichmäßig zu lösen. Raster sind auch

medämmeigenschaft der Wand eine Wärmebrücke entsteht.

in den einzelnen Elementen wiederzufinden – beispielsweise im

Alternativ kann das Fenster möglichst weit außen platziert wer-

Mauerwerk, durch die gleichbleibenden Abmessungen des Mauer-

den, um die Homogenität des Gebäudes zu unterstreichen, oder

ziegels (7).

es kann gar nach außen exponiert werden. Auch hier besteht der Nachteil einer möglichen Wärmebrücke sowie des geringen konstruktiven Schutzes der Fassade. Folglich erscheint eine Platzierung der Fenster in einer mittleren Ebene sinnvoll, mit der daraus resultierenden Gestaltung (8).

7

Mauerwerk Die Einzelkomponenten des Mauerwerkes, die Ziegel, erzeugen im Gefüge ein Bandraster.

54

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Auf Fassaden wirken verschiedenste Einflussfaktoren: Belastungen aus Eigengewicht, im System der Fassade vertikal, und Windlasten, rechtwinklig zum System der Fassade. Wird die Fassade zur Aussteifung des Gebäudes herangezogen, wirken im System der Fassade Horizontalkräfte. Wird die Fassade auch zur Lastabtragung des gesamten Gebäudes verwendet, wirken auch diese Lasten als Vertikalkräfte im System der Fassade (9). Als weitere Einflüsse wirken auf die Fassade von außen Schall, Wind, Regen, Wärme/Kälte sowie die Sonneneinstrahlung. Von innen wird die Fassade mit Luftfeuchte, Wärme und Kälte beansprucht. Üblicherweise werden die Einflussfaktoren aufgrund ihrer zum Teil widersprüchlichen Anforderungen an die Konstruktion getrennt betrachtet und in Form von einzelnen Funktionsschichten in die Fassade eingebunden.

9

Einflussfaktoren Fassaden Fassaden werden aus dem Gefüge des Gebäudes, der Nutzung und den Umgebungsbedingungen von verschiedenen Einflussfaktoren beansprucht. Von außen wirken Schall, Wind, Regen und Wärme/Kälte. Auf der Innenseite der Fassade treten Luftfeuchte und ebenfalls Wärme/Kälte auf. Außerdem müssen Eigengewicht der Fassade und Windlasten sowie gegebenenfalls Lasten aus dem Gefüge des Gebäudes aufgenommen werden.

8

Position der Fenster im Gebäude Die Position der Fenster im Gefüge des Gebäudes kann nach innen zurückgezogen, in Mittellage, flächenbündig oder nach außen exponiert werden. Lediglich bei der Position in Mittellage werden Wärmebrücken geometrisch einfach vermieden.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

55

Komposition von Funktionen Eine gestalterische und konstruktive Aufteilung der Fassaden erfolgt nach zwei Prinzipien, entweder als elementiertes (10) oder als aus Ebenen bestehendes System (11). Bei einer Aufteilung in Elemente übernehmen diese Elemente einzelne Aufgaben wie Belüftung und Belichtung oder verhindern Durchsicht. Sie können jedoch meistens nur eine oder wenige Funktionen gewährleisten, erst die Komposition der Elemente ermöglicht eine vollständige Funktion der Fassade. Entsprechend werden die einzelnen Elemente aus einer Auswahl an Möglichkeiten zusammengestellt. Jedes Element wird, wenn Funktionen vorgesehen sind, einzeln genutzt, kann aber seine Funktion nur an der jeweiligen Stelle des Elementes erfüllen. Ein Austausch der Elemente – beispielsweise veraltete Fensterelemente – kann separat erfolgen. Bei einem aus Ebenen bestehenden System werden die einzelnen Funktionen durch jeweils eine Ebene in der Fassade übernommen. Diese Ebenen können vollflächig angeordnet werden und ermöglichen so die Nutzung der Funktion an jeder Stelle der Fassade. Jede Funktion wird über die jeweilige Ebene geschaltet, um den Anforderungen zu entsprechen. Die Komplexität der Kon-

10

Elementierte Fassade Eine Fassade, gegliedert durch Elemente, welche einzelne Funktionen wie Belüftung, Belichtung oder Transparenz separat ermöglichen

struktion sowie die Abstimmung der einzelnen Funktionen, beispielsweise des Lüftens, der Transparenz und des Dämmens, stellt hier die Schwierigkeit dar. Für beide Prinzipien gilt, dass es neben den selten vorkommenden reinen Ausprägungen des einen oder anderen Systems viele Mischformen und Varianten gibt, um möglichst vielen Anforderungen gleichzeitig gerecht zu werden und dennoch ein Optimum von geringem konstruktiven Aufwand bei guter Funktionalität zu finden. Auch erzeugt die weiter voranschreitende Entwicklung immer weitere spezialisierte Komponenten – sowohl bei den Fassadenelementen als auch bei den Ebenen.

11

Fassade aus mehreren Ebenen Die Gliederung der Fassaden durch Ebenen ermöglicht vollflächige Fassaden, die an jeder Stelle der Fassade alle Funktionen wahrnehmen können.

56

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Prinzipien des Details

Fassadenschichten im Detail

Unabhängig von Materialwahl und dem gestalterischen Gedan-

Üblicherweise werden für die verschiedenen Einflussfaktoren

ken der Fassade können hier zwei Prinzipien als wesentliche

auf eine Fassade einzelne Schichten mit jeweils einigen weni-

Konstruktionsrichtlinien formuliert werden, um den konstruktiven

gen Funktionen eingesetzt (12), die als Gesamtes die Fassade

und bauphysikalischen Notwendigkeiten von Fassaden zu ent-

bilden: Eine außen liegende Wetterschutzschicht übernimmt die

sprechen:

Dichtung gegen Regen, Wind und Sonneneinstrahlung. Wie be-

Von außen auftreffendes Wasser sollte außen abgeleitet wer-

reits beschrieben sollte eine zweite wasserführende Schicht hin-

den. Falls trotz Wetterschutzschicht Wasser eindringt, muss die-

ter der Wetterschutzschicht vorgesehen werden. In der Ebene

ses wieder nach außen geführt werden oder verdunsten können,

der Fenster kann zusätzlich ein außen liegender Sonnenschutz

damit es keinen Schaden anrichten kann. Dies ist notwendig, da

vorgesehen werden.

es nahezu unmöglich ist, über die gesamte Lebensdauer eines

Die mittlere Funktionsschicht übernimmt die Aufgabe Däm-

Gebäudes sicherzustellen, dass die äußere Wetterschutzschicht

men gegen Kälte und Wärme in beide Richtungen. Um direkte

absolut unversehrt und damit dicht bleibt. Wenn Wasser einge-

Temperaturübertragung zu vermeiden oder zumindest zu mini-

drungen ist, kann es zum Faulen von Holz, Korrodieren von Stahl

mieren, werden die äußere Wetterschutzschicht und die Funk-

oder bei Frost zum Platzen von Stein führen. Um dies zu ver-

tionsschicht thermisch getrennt. Hierunter versteht man eine

meiden, sollte eine zweite, vollständige wasserführende Schicht

weitgehende Entkopplung der beiden Ebenen, um direkte Kon-

hinter der äußeren Wetterschutzschicht vorgesehen werden.

taktstellen, welche Wärme oder Kälte übertragen würden, zu

Kann dies nicht erfolgen oder ist das Bauteil anders beschaffen

vermeiden. Da die äußere Wetterschutzschicht aber von den

– beispielsweise als Sandwichelement – sollte zum Einen die

mittleren Funktionsschichten getragen wird, ist diese Trennung

Möglichkeit der Wartung bestehen, zum Anderen müssen die

konstruktiv nicht vollständig möglich. Entsprechend werden die

Komponenten der Fassade dauerhaft wasserresistent sein.

Kontaktstellen möglichst klein gehalten oder mittels schlecht

Als zweites Prinzip sollte die Dichtigkeit gegen Luftfeuchte

wärmeleitender Materialien ausgebildet.

von innen nach außen abnehmen. So kann Wasserdampf von

Bei genügender Bauteilmasse übernimmt die Funktions-

innen nicht in die Konstruktion eindringen. Im Falle des Eindrin-

schicht auch die Aufgabe des Schallschutzes. Ist nicht genü-

gens von Wasser in die Fassade kondensiert dieses bei kalten

gend Bauteilmasse vorhanden, muss auch hier eine Entkopplung

Außentemperaturen und schädigt dann in der Folge die Fassa-

der Bauteile gewährleistet werden, um den Schalldurchgang zu

denkonstruktion. Bei einem Aufbau mit nach außen abnehmen-

minimieren. Wird die Fassade für Funktionen des Tragens heran-

der Dichtigkeit kann das Wasser nach außen verdunsten. Des

gezogen, erfolgt auch das in dieser Ebene. Je nach Konstruktion

Weiteren kann durch eine dichte Innenhülle Zugluft und damit

des Gebäudes und der Fassade werden Eigengewicht und Las-

Energieverlust vermieden werden.

ten aus dem Gebäude abgeleitet. Die innere Schicht trennt den Innenraum von der Fassade bzw. dem Außenraum. Hier wird die Funktion Wind- und Wasserdampfdichtigkeit vorgesehen. Gegebenenfalls ist in dieser Ebene auch die Möglichkeit der Aufnahme von Wasserdampf aus dem Innenraum zu berücksichtigen, wobei dieser dann wie-

12

Schichten im Detail Drei Schichten übernehmen im Fassadendetail die Aufgabe, den jeweiligen Einflussfaktoren auf die Fassade entgegenzuwirken. Die außen liegende Wetterschutzschicht muss Schlagregendichtigkeit sicherstellen. Die mittlere Schicht muss als Funktionsschicht die Aufgaben des Tragens und Dämmens übernehmen. Die innere Schicht trennt den Innenraum und muss als Dampfdichtung fungieren.

der in den Innenraum zurückgegeben werden muss. Ein Durchdringen des Wasserdampfes durch die Dichtungsebene ist aus oben beschriebenen Gründen zu vermeiden.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

57

Detailentwicklung an Beispielen Die Komplexität der Verknüpfung der drei Schichten steigt mit

Die Prinzipien des Details sollen nun anhand von fünf typischen

der Notwendigkeit, konstruktive Lösungen für Ecken oder Dach-

Detaillösungen – Außenverkleidung Mauerwerk, Pfosten-Riegel-

anschlüsse zu finden (13). Der Wunsch, die einzelnen Ebenen

Fassade, Elementfassade, Dachattika und Sockeldetail – und

ohne Unterbrechung um die Ecke zu führen, stößt bei den unter-

anhand konkreter Konstruktionen erläutert werden.

schiedlichen Funktionen der Bauteile – vertikale Bauteile (Fassaden) müssen Wasser abweisen, horizontale Bauteile (Dächer und Vorsprünge) müssen Wasser abweisen und abführen – auf Probleme, deren prinzipielle Lösungen im Weiteren vorgestellt werden. Konstruktiv aufwendig ist das Führen der Schichten auf einen Gehrungsschnitt, da letztendlich am äußersten Punkt die Entscheidung der Überlappung zu treffen ist und bis zu diesem Punkt alle Schichten zu führen sind. Die Lösung dieses Problems über eine Attika bietet die Möglichkeit, mit scharfen Kanten geometrisch eindeutige Formen zu erzeugen, birgt aber auch die Schwierigkeit der Wasserableitung des Daches auf der Innenseite der Wandkonstruktion. Eine Lösung mittels eines Überstandes entspricht der Notwendigkeit von vorspringenden Schichten zur Überlappung, resultiert aber auch in eventuell ästhetisch nicht gewollten sichtbaren Kanten von Bauteilen.

14

Außenverkleidung Mauerwerk: Wohnbebauung in Middelburg, niederlande Die zweischalige Konstruktion mit einer dämmenden und tragenden Funktionsschicht und einer getrennten Wetterschutzschicht aus Mauerwerk. Das Mauerwerk wird durch Zuganker, die die Wärmedämmung durchdringen, in Position gehalten. Das Fenster wird bei dieser niederländischen Bauweise vor dem Mauerwerk montiert, welches dann an die Rahmenabmessungen angepasst werden kann. Oberhalb des Fensters befinden sich Dichtungsfolien, die eingedrungenes Wasser ableiten.

13

15

Prinzip der Schichtenführung bei Ecklösung Das Führen der Schichten über Eck verdeutlicht die Problematik verschiedener Funktionen: Vertikale Bauteile wirken wasserabweisend, horizontale Bauteile müssen Wasser zusätzlich ableiten. Die Skizze zeigt links einen fehlenden Überstand, der langfristig zum Schaden führen muss, als zweites einen Überstand lediglich der äußersten Wetterschutzschicht. Die nächste Lösung zeigt eine Attika, bei welcher für eine separate Entwässerung zu sorgen ist, und die letzte, rechte Lösung zeigt das Aufeinanderliegen der Funktionsschichten und das Überlappen der Wetterschutzschichten.

Prinzipskizze Außenverkleidung Mauerwerk Die Trennung der Funktionsschicht – hier eine Betonwand mit Wärmedämmung – und der Wetterschutzschicht aus Mauerwerk erfolgt durch eine Luftschicht. Fugen im Mauerwerk ermöglichen die Luftzufuhr. Um durch die Wetterschutzschicht eingedrungenes Wasser abzuleiten, wird im unteren Bereich der Fassade eine Entwässerungsfolie nach außen geführt.

58

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Außenverkleidung Mauerwerk

Pfosten-Riegel-Fassade

Eine zweischalige Konstruktion besteht typischerweise aus einer

Pfosten-Riegel-Fassaden werden aus geschosshohen Pfosten,

Mauerwerkswand oder Betonwand aus Fertigteilen sowie Wär-

welche mittels Anschlussschuhen an die Geschossdecken ange-

medämmung als Funktionsschicht und ein vorgesetztes Mauer-

bunden werden, und darin eingesetzten Riegeln zusammengestellt

werk als Wetterschutzschicht (14, 15). Die thermische Trennung

(16, 17). Diese Konstruktion bildet die Funktionsschicht. Die Wet-

erfolgt über Drahtzuganker, die die Wärmedämmung durch-

terschutzschicht wird durch eingesetzte Paneele – Glasscheiben

stoßen, aber wegen ihres geringen Durchmessers kaum Wärme

oder Sandwichelemente – und die Abdeckprofile gebildet, wel-

ableiten. Durch diese wird die äußere Mauerwerksschale gegen

che die Paneele fixieren. Die Trennung der Funktionsschicht und

horizontale Kräfte und Knicken aufgrund von Eigengewicht ge-

der Wetterschutzschicht erfolgt durch thermisch wenig leitende

sichert. Bei dem Beispiel einer Wohnbebauung in Middelburg in

Abstandshalter sowie punktuelle Verschraubungen. Weniger ein-

den Niederlanden ist im Bereich des Fensters ein Folienübergang

deutig ist die Trennung im Bereich der Glasscheiben, da diese

vorgesehen. Dies erlaubt es, oberhalb des Fensters in die Fassa-

sowohl die innere Schicht, die Funktionsschicht (zuständig für

de eingedrungenes Wasser auch oberhalb des Fensters wieder

Tragen und Wärmedämmen) sowie die Wetterschutzschicht in

nach außen abzuleiten. Das Fenster selbst besteht aus einem

einem darstellen.

Rahmen, der vor der Erstellung des Mauerwerkes montiert wird –

Die Konstruktionsweise Pfosten-Riegel-Konstruktion besteht

eine gängige niederländische Lösung, die sehr gut auf vorgefer-

aus industriell vorgefertigten Halbzeugen, die vor Ort handwerk-

tigte Fensterelemente und die Möglichkeit des Anpassens des

lich montiert werden. Das System kann gut vor Ort angepasst

Verblendmauerwerkes an den Rahmen eingeht. Das eigentliche

werden, da es nur auf die Geschossdecke aufgesetzt wird und

Fenster mit Flügel wird später eingesetzt, um Beschädigungen

so vom Gefüge des Gebäudes weitgehend unabhängig ist.

während der Bauarbeiten zu vermeiden. Die Innenschicht ist in

Hieraus resultiert auch, dass Toleranzen gut korrigiert werden

diesem Detail nicht sichtbar, wurde aber als verputzte Fläche aus-

können. Nachteilig wirkt sich in diesem Zusammenhang aller-

geführt, wodurch neben einer vollständigen Dichtigkeit auch die

dings die Notwendigkeit aus, dass die Zwischenräume zwischen

thermische Speicherfähigkeit erreicht wird.

Geschossdecke und Fassade nachträglich geschlossen werden müssen, um Schall- und Brandschutz zu gewährleisten.

16

17

Pfosten-Riegel-Fassade: Fachhochschule Detmold, Werkstatt Emilie, 2007 Dieses Beispiel einer Pfosten-Riegel-Konstruktion zeigt die Struktur der Fassade im Bereich des Deckenanschlusses mit den gut erkennbaren Anschlussschuhen. In weiteren Arbeitsschritten werden Glasscheiben und Paneele mittels Pressleisten aufgebracht.

Prinzipskizze Pfosten-Riegel-Fassade Die Pfosten-Riegel-Fassade besteht aus geschosshohen Pfosten und darin eingesetzte Riegel. Die Scheiben und Paneele werden mittels Pressleisten von außen aufgebracht und sind so thermisch von der Hauptkonstruktion getrennt.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

59

Elementfassade In Gegensatz zu Pfosten-Riegel-Fassaden bestehen Elementfassaden aus vollständig vorgefertigten Fassadenelementen, die vor Ort lediglich in Position gebracht und fixiert werden (18). Auch sie werden geschosshoch konstruiert und bestehen meist aus einem tragenden Rahmen, in den Verglasungen und Paneele eingebracht werden (19). Da die Elemente vollständige Einheiten darstellen, werden die Funktionen der Fassade meist von einzelnen Komponenten gleichzeitig wahrgenommen: Wie bei den Pfosten-Riegel-Fassaden fungiert eine eingebrachte Glasscheibe außer als Innenoberfläche auch als Wärmedämmung und Wetterschutzschicht. Die Verknüpfung zum Gebäude erfolgt über Anschlusswinkel stirnseitig im Bereich der Decke. Die Elemente werden am oberen Ende eingehängt und erhalten im unteren Bereich eine Stabilisierung gegen Horizontalkräfte durch einen vertikal verschiebbaren Anschlussbolzen zum darunter liegenden Element. Die Elemente bauen so aufeinander auf und können dann nur von unten nach oben und in einer Reihe montiert werden. Da die einzelnen Module vorgefertigt und transportiert werden, müssen sie als Elemente stabil sein. Hieraus entsteht die Problematik des Fügens der Elemente: Anders als bei der Pfosten-Riegel-Konstruktion, bei welcher die Eindichtung der Wetterschutzschicht durch die Pressleisten erfolgt, müssen bei Elementfassaden die Scheiben im jeweiligen Element eingedichtet werden. Daraus resultiert, dass die Elemente auch untereinander gedichtet werden. Dies erfolgt in der Regel durch drei Dichtungsprofile, die in speziellen Nuten zwischen die Elemente während der Montage eingebracht werden müssen.

18

Elementfassade: Debitel-hauptverwaltung, Stuttgart, RKW Architektur + Städtebau, 2002 Diese Elementfassade wurde als Doppelfassade ausgebildet. Die einzelnen Elemente werden von wenigen Personen und einem Kran montiert und sind bereits vollständig – Nacharbeiten wie etwa Verglasung sind nicht mehr notwendig.

19

Prinzipskizze Elementfassade Elementfassaden werden aus vollständig vorfabrizierten Elementen montiert. Somit bestehen sie aus einem umlaufenden Rahmen, was im Bereich der Elementstöße eine Verdoppelung der Profilansichten bedeutet. Des Weiteren muss dieser Bereich mit Dichtungsprofilen innerhalb des Stoßes die vollständige Dichtigkeit – außen gegen Schlagregen, innen gegen Wind und Wasserdampf – gewährleisten.

60

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Attika Der Attikapunkt einer Fassade enthält die Problematik der Überführung verschiedener Schichten einer Fassade in die Schichten einer Dacheindeckung. Die einzelnen Schichten der Fassade – Funktionsschicht mit Wärmedämmung sowie Wetterschutzschicht – werden nach oben geführt (20). In gleicher Weise werden die horizontalen Folienbahnen der Dacheindeckung an einem aufgemauerten Sockel nach oben geführt. Hierbei werden die Dichtungsebenen der einzelnen Systeme soweit vertikal angelegt, dass Schlagregen oder, im Falle des Daches, stehendes Wasser nicht eindringen kann. Als Abschluss dieser einfachen Lösung dient eine Holzverschalung mit Folienbahnen, die die beiden Systeme überdeckt (21). Im Bereich der vorderen Ecke wird ein Aluminiumprofil mit Abtropfkante vorgesehen. Alternativ und eventuell auch dauerhafter kann hier auch eine gekantete Blechabdeckung, welche ebenfalls beide Systeme überdecken muss, verwendet werden.

20

Attika an einer Wohnbebauung Diese Attika lässt die Zusammenführung der Funktionsschichten – Tragen und Dämmen – erkennen, während die Wetterschutzschichten weiter nach oben geführt werden. Alternativ zur Abdeckung mit folienbekleidetem Holz kann eine Blechabdeckung vorgesehen werden.

21

Prinzipskizze Attika Bei Attikadetails erfolgt die Verflechtung der Funktionsschichten von Fassade und Dach, da beide Systeme zusammengeführt werden und aufeinander konstruktiv aufbauen. Die Wetterschutzschichten müssen wegen des Risikos eindringenden Wassers vertikal nach oben geführt werden. Sie werden am höchsten Punkt mit einer Abdeckung aus folienbekleidetem Holz oder Blech versehen.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

61

Sockel Die Problematik des Sockelpunktes liegt in der Überführung der

Selbstverständlich gibt es andere Konstruktionsweisen, die auf-

Fassade in das Fundament. Lasten aus der Fassade und dem

grund ihres technischen Aufbaus nicht in jeder Situation den

Gebäude müssen kraftschlüssig übertragen werden. Außerdem

Prinzipien der Trennung der Schichten folgen. Auch diese können

muss die Wetterschutzschicht der Fassade in die Abdichtung

die Funktionen einer Fassade erfüllen und haben ihre Berechti-

gegen das Erdreich überführt werden.

gung – erläutert wurden mit den Details jedoch die Grundprinzi-

Beispielhaft soll der Sockelpunkt anhand einer Ständerwand aus Blechprofilen auf einem Betonfertigteil-Sockel erläutert wer-

pien der Schichtung in Konstruktionen und das Zusammenführen dieser in Knotenpunkten und Durchdringungen.

den (23). Die Trennschichten zum Innenraum werden hier aus kassettierten Blechpaneelen gebildet, die auf der Tragkonstruktion des Gesamtgebäudes aufgebracht werden. Die Funktionsschicht besteht aus der Wärmedämmung. Die Wetterschutzschicht wird aus Blechpaneelen auf einer Unterkonstruktion zusammengesetzt (22). Der so entstehende Zwischenraum wird auch in diesem Detail dazu genutzt, unplanmäßig eingedrungenem Wasser die Möglichkeit des Abtrocknens zu geben. Das Fertigteil, welches den Sockel selbst bildet, besteht aus zwei Betonflächen, die mittels einer geschlossenporigen Hartschaumplatte getrennt sind. So wird auch hier eine direkte Wärmebrücke vermieden und gleichzeitig ein schlagfester Sockelpunkt verwirklicht. Anhand dieser Details lässt sich gut die Forderung der nach außen hin abnehmenden Dampfdichtigkeit der Fassade erkennen. Die äußere Schicht weist den Schlagregen ab, ist aber für Luft in den Fugen und im Sockeldetail durchlässig. Alle Öffnungen sind mit Tropfkanten versehen, um das Eindringen von Wasser zu erschweren. Die dahinter liegende Wärmedämmung kann bei Bedarf austrocknen. Der Innenraum erhält eine maximale Winddichtigkeit durch eine Blechverkleidung, die dann allerdings in den Fugen mit entsprechenden Dichtungsprofilen zu versehen ist. 23

Sockelpunkt Das Sockeldetail, welches hier als Schnittmodell ausgeführt wurde, zeigt die Schichtenfolge der Funktionsschicht unter der Wetterschutzschicht. Die innere Schicht besteht hier aus der Blechoberfläche. Um eine Fugendichtigkeit zu erreichen, bedarf es Dichtungsprofile in den Stößen des inneren Blechelementes.

22

Prinzipskizze Sockelpunkt Der Wandaufbau besteht in seiner Funktionsschicht aus ineinandergreifenden Blechpaneelen, in die dann Wärmedämmung eingebracht wird. Die Wetterschutzschicht ist mit einem Luftraum von der Funktionsschicht getrennt.

62

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Fugen Für die Funktionen in der Fassade besteht die Notwendigkeit des Verbindens einzelner Fassadenkomponenten oder ganzer Bauteile. Diese erfolgt üblicherweise über eine Fugenausbildung (24). Hierbei ist die Sicherung der Durchgängigkeit der Funktionen der einzelnen Schichten zu beachten sowie der ästhetische Einfluss auf die Erscheinung der Fassade. Bezüglich der Erscheinung werden offene Fugen, Haarfugen (das sind offene Fugen mit einem nur minimalen Zwischenraum, die allerdings das Risiko des Eindringens von Wasser durch Kapillarwirkung beinhalten) sowie überdeckte Fugen (25), hinterlegte Fugen und Schattenfugen, welche im Hintergrund keine Konstruktion erkennen lassen, unterschieden.

25

Fugenausbildung an einem historischen holzfenster Beispiel eines historischen Holzfensters mit verschiedenen Fugenausbildungen: Die Öffnungsfuge zwischen den Rahmen wurde mit einer Deckleiste geschlossen. Die Fugen zwischen den einzelnen Bauteilen des Rahmens wurden als verleimte Haarfugen ausgeführt. Die Verschalung der unteren Felder wurde mittels Nut und Feder zu Stößen gefügt, die Glasscheiben der oberen Felder sind mit außen liegendem Kitt eingedichtet.

24

Fugenausbildung Fugenausbildung von links: überdeckte Fuge, Schattenfuge, Deckleiste, Haarfuge, offene Fuge

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

63

Neben den gestalterischen Akzenten, die Fugen im Fassadenbild eines Gebäudes erzeugen (26-33), ist im Bereich der Konstruktion die Dichtigkeit gegen das Eindringen von Wasser insbesondere bei Schlagregen wichtig. Hierzu werden offene Fugen mit Überdeckungen oder Tropfkanten versehen, um Wasser gezielt durch Abtropfen von der Konstruktion abzuleiten. Geschlossene Fugen hingegen müssen durch die Verschlussmasse die Dichtigkeit gewährleisten. Soll zusätzlich eine Winddichtigkeit von innen erreicht werden, erfolgt dies meist in einer weiteren Ebene auf der Fassadeninnenseite.

28

26

Schindelverkleidung aus lärchenbrettern Bei dieser Deckung aus Lärchenschindeln ist die Überdeckung sowie der Versatz der Schindeln gegeneinander gut zu erkennen. Auch ist aufgrund der kleinteiligen Bauteile die Möglichkeit einer freien Formgebung gegeben.

Schindelverkleidung aus Schiefer Offene Fugen einer Schindelverkleidung erhalten ihre Schlagregendichtigkeit über die Überlappung der einzelnen Schindeln. Hierbei werden die oberen Schindeln jeweils mit einem Überstand auf die unteren aufgelegt und dann an der Wandkonstruktion fixiert.

29

27

Geschlossene Fugen Geschlossene Fugen sichern die Wetterschutzfunktion der Fassade über die Verschlussmasse. Wasser kann dann nur bei schadhaften Dichtungen eindringen. Dargestellt sind von links: Pressleiste mit Dichtungsprofil, Silikonfuge, Mörtelfuge.

64

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Offene Fugen Offene Fugen können die Funktion der Wetterschutzschicht nur mittels einzelner Überstände und sogenannter Tropfkanten – Überstände mit Rücksprüngen, die ein horizontales Weiterfließen des Wassers verhindern – ermöglichen.

30

32

Deckleistenschalung Deckleistenschalung eines Dachfirstes. Die Fugen der Schalungsbretter werden mittels der aufgeschraubten Deckleisten geschlossen, sodass auch bei Verformung des Holzes die Fugen zwischen den Schalungsbrettern nicht offen stehen.

Silikonfuge Im Gegensatz zur Pressleiste hat die Silikonfuge keinen Stoß zwischen horizontalen und vertikalen Elementen, da sie in einem Verarbeitungsprozess erzeugt wird. Nachteilig können Ausführungsqualität und die Notwendigkeit des regelmäßigen Austausches sein.

31

33

Deckleiste einer Pfosten-Riegel-Konstruktion Ähnlich der Deckleistenschalung verdeckt die Pressleiste einer Pfosten-Riegel-Konstruktion die Fuge zwischen zwei Glasscheiben. Zusätzliche Silikondichtungsprofile dichten die Glasscheibe zur Pressleiste ab. Gut erkennbar ist der Konfliktpunkt des Stoßes zwischen vertikaler und horizontaler Pressleiste.

Mauerwerksdetail mit Blechabdeckung Dieses Mauerwerksdetail zeigt geschlossene Fugen als Verbindung der einzelnen Mauerwerkssteine sowie eine vorspringende Blechabdeckung, die offene Fugen mit Tropfkante aufweist und so eine kontrollierte Abführung des Regenwassers ermöglicht.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

65

Somit ergibt sich für die Fugenausbildung ein Aufbau von au-

Da Fugen auch unterschiedliche Bewegungen von Bauteilen er-

ßen wie folgt: Die Schlagregendichtigkeit wird durch die äuße-

möglichen müssen, kann es innerhalb der Fugen zu planmäßigen

re Dichtungsebene gewährleistet. Die Schlagregendichtigkeit

Verformungen kommen. In solchen Situationen entstehen teilwei-

wird zusätzlich gesichert durch eine zweite Dichtungsebene und

se erhebliche Bewegungen, die durch ein Fugenelement aufge-

eventuell eingedrungenes Wasser wird abgeführt. Abschließend

nommen werden müssen. Somit müssen die Fugenprofile oder

erfolgt raumseitig eine luftdichte Trennung zum Innenraum. Somit

Dichtungsmassen genügende Elastizität aufweisen (34, 36).

werden auch in der Fuge die einzelnen Funktionen durch erkennbare Schichten übernommen (35).

34

Betonfassade Beispiel eines vorstehenden Baukörpers mit einer Betonfassade: Erkennbar sind die vertikalen Fugen zwischen den Betonflächen, in diesem Beispiel als dauerelastische Silikonfuge ausgebildet. Des Weiteren sind im unteren Bereich der Fassade die Führung der Abtropfkanten erkennbar, um Regenwasser gezielt abtropfen zu lassen.

36

35

Aufbau einer Fuge in Fertigteilen Der Fugenaufbau eines Fertigteilanschlusses definiert die Schichtenfolge einer Fassade. Die innere Dichtung erzeugt die Winddichtigkeit, die äußere Dichtung stellt die Wetterschutzschicht dar. Die mittlere Dichtung sichert die Fuge im Falle einer schadhaften Wetterschutzschicht.

66

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Dachanschluss Flughafen Chek lap Kok, hongkong, Foster and Partners, 1998 Bei der Fugenausbildung im Dachrand bewegt sich das Dach gegenüber der Fassade, sodass der Anschluss konstruktiv gelenkig und in der Höhe veränderbar ausgeführt werden muss. Um diese Fuge im Bauwerk zu überbrücken, bedarf es eines ziehharmonikaähnlichen Kunststoffprofils, welches die Funktionen Regeneindichtung und Winddichtigkeit übernimmt. Eine nicht vollständige Sicherung der Wärmedämmfunktion wird üblicherweise an diesen Stellen akzeptiert.

Toleranzen Zur Detailentwicklung gehört auch die Problematik von Toleran-

Zur Lösung dieses Problems werden Anschlusskomponenten

zen. Im Bauwesen versteht man unter Toleranz die Differenz eines

entwickelt und so ausgebildet, dass sie einen Ausgleich in

realisierten Bauteils gegenüber der in der Planung prognosti-

eine, zwei oder alle drei Richtungen zulassen. Dies geschieht

zierten Position im Gefüge des Gebäudes. Aus dieser Differenz

beispielsweise über Langlöcher: Hier werden in den Anschluss-

resultieren fehlende oder sich überschneidende Volumen im Ge-

komponenten längliche Bohrungen vorgesehen, um Schraubver-

füge, die mittels Überbrückungsmöglichkeiten geschlossen oder

bindungen vor der Fixierung mit einer Verschieblichkeit in eine

durch vorherige Planung verhindert werden müssen, um inein-

Richtung auszustatten (38, 41). Alternativ können verschiebbare

ander passende Bauteile und einen reibungslosen Bauablauf zu

Auflagerbolzen vorgesehen werden, welche auch unter Belas-

ermöglichen. Somit beinhaltet das Fügen von Materialien mittels

tung eine Verschiebung der Anschlusskomponenten zulassen

eines Details neben dem Umgang mit Funktionen und Einfluss-

(39, 40). Sicherlich die aufwendigste Verfahrensweise stellt die

faktoren auch den Umgang mit den verschiedenen planmäßigen

„Vor-Ort-Positionierung“ des Bauteils mit anschließender Fixie-

und unplanmäßigen Dimensionsabweichungen: Beispielsweise

rung, beispielsweise durch Verschweißen, dar.

werden im Bereich des Stahlbetons üblicherweise Toleranzen bis zu 3 cm (37) je nach Bauteilgröße vorgesehen. Für Holz kann im Bereich von Detailkonstruktionen von 0,5-2 cm Toleranz ausgegangen werden. Im Bereich des Stahlbaus sind für Detailkonstruktionen Toleranzen von 0,2-0,5 cm üblich. Daraus resultiert die Notwendigkeit, bei gleichen Materialien mit den materialspezifischen Toleranzen der Bauteile untereinander umzugehen. Werden verschiedene Materialien miteinander in Verbindung gebracht, muss zusätzlich mit den verschiedenen Toleranzen der Materialien umgegangen werden.

38

Anschlusswinkel mit langlöchern Beispiel einer Langlochausführung von Anschlusskomponenten, hier für eine Glasverbindung. Erkennbar sind die verschiedenen Richtungen der Langlöcher, um vor Ort die Position der einzelnen Scheiben und Bohrungen möglichst flexibel aufnehmen zu können. 37

Toleranz Betonfertigteile Im Betonbau – Ortbeton oder Fertigteil – können planmäßig Toleranzen von bis zu 3 cm auftreten. Diese sind mit entsprechenden Anschlusspunkten insbesondere im Bereich der Fassaden aufzunehmen, um den geringeren Toleranzen von Stahl und Aluminium zu entsprechen.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

67

Wesentlich ist auch, dass die aus den Toleranzen resultierenden Ungleichheiten in den Anschlüssen auch das Erscheinungsbild beeinflussen. Konstruktionen, die in ihrer Fugenausbildung ohne Toleranzen geplant werden, erscheinen in der Ausführung meist unsauber. Hilfreich ist hier eine genügend breite oder verdeckte Fuge, um dieses Problem einzugrenzen.

39

40

Auflagerpunkt Pfosten-Riegel-Fassade innen Dieser Auflagerpunkt einer Pfosten-Riegel-Fassade wird vor Ort so in Position gebracht, dass mittels der in die Betondecke gebohrten Dübel die fassadenparallele Achse flexibel bleibt, um eine Feinjustage zu ermöglichen.

Auflagerpunkt Pfosten-Riegel-Fassade außen Im diesem Bild vom gleichen Auflagerpunkt ist erkennbar, das die Achse rechtwinklig zur Fassade durch eine Bohrung vor Ort im Holz positioniert wird. Bei einer Ausführung der Fassade aus Aluminium oder Stahl wäre hier ein horizontales Langloch vorzusehen.

41

Auflagerpunkt Pfosten-Riegel-Fassade oben Im letzten Bild dieser Reihe ist der obere Anschlusspunkt der PfostenRiegel-Fassade erkennbar. Hier ist ein vertikales Langloch zu sehen, mittels dessen sowohl horizontale Toleranzen als auch Bewegungen im Bauwerk selbst aufgenommen werden können.

68

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

Es kann festhalten werden, dass für Stahlbeton und Holz Toleranzen im Zentimeter-Bereich, für Stahl und Aluminium im Millimeter-Bereich vorzusehen und diese in der Detailentwicklung zu berücksichtigen sind. Dies gilt insbesondere für Fassaden, da hier meist Stahlbeton und Stahl/Aluminium aufeinandertreffen und somit nicht nur die Materialtoleranzen, sondern auch die Bautoleranzen zwischen den Materialien ausgeglichen werden müssen. Hier muss eine gezielte Aufnahme der möglichen Anschlussverschiebungen realisiert werden können (42, 43).

42

Fußpunkt Fassade Post Tower, Bonn, helmut Jahn, 2003 Aufsicht auf den Fußpunkt der Fassade mit den Anschlüssen für die weiteren Ausbauelemente wie Ständerwerk, Doppelboden und Trennwand-Anschluss.

43

Post Tower, Bonn Die Elementfassade des Post Tower wird mittels der Verbindungsschuhe an die Geschossdecke angeschlossen. Erkennbar sind die drei möglichen Richtungen, in die Toleranzen aufgenommen werden können: Horizontal nach außen über gerasterte Langlöcher und Schrauben in die Betondecke, horizontal parallel zur Fassade über einen Aufnahmebolzen und vertikal über Aufnahmehaken und darin vorgesehene Stellschrauben.

D E TA I L P R I N Z I P I E N U N D T O L E R A N Z E N

69

5 | Klima und Energie Fassade als Schnittstelle zum Außenraum

Das Beispiel (1) demonstriert den Einfluss der Fassadenqualität

Die Fassade dient als Schnittstelle zwischen innen und außen.

auf den spezifischen Energiebedarfs eines Gebäudes (typisches

Durch die Fassade kann Luft und Wärme entnommen werden,

klimatisiertes Bürogebäude in Mitteleuropa). Es zeigt sich eine

aber auch entweichen. Um den jeweiligen Nutzern einen behagli-

Reduzierung des Energiebedarf im Inneren in Abhängigkeit von

chen Aufenthalt zu gewährleisten, muss eine Fassade viele Funk-

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

tionen sicherstellen. Können diese Funktionen nicht durch die

kennt hier deutlich, dass ein höherer Glasanteil einen wirtschaft-

Fassade geleistet werden, müssen zusätzliche Komponenten in

licheren Betrieb ermöglicht, ein außen liegender Sonnenschutz

der Ebene der Fassade oder in deren Nähe angeordnet werden.

jedoch dann unabdingbar ist. Der Energiebedarf sowie der optimale Glasanteil kann natürlich über zusätzliche passive und ak-

Anforderungen an die Fassade

tive Maßnahmen reduziert bzw. verschoben werden.

Die Fassade stellt die Schnittstelle zwischen innen und außen

Nachfolgend werden passive Maßnahmen (Fassade) als auch

dar. Innen müssen alle Komfortbedingungen erfüllt werden, au-

aktive Maßnahmen (technische Komponenten) und deren Ein-

ßen muss sie den lokalen Einflüssen standhalten und sollte sie

fluss auf den Nutzerkomfort näher erläutert.

zudem energieeffizient nutzen. Fassade und technische Komponenten stehen in Interaktion miteinander. Je besser der passive

b)

Spezifis c her jährlic her Primärenergiebedarf erforderlic h für den Gebäudebetrieb (z.B. Bürogebäude in Zentraleuropa)

Heizflächen und je effektiver der Sonnenschutz desto geringer die erforderlichen Kühlmaßnahmen. Je nach klimatischen Bedingungen und inneren Wärmelasten kann auf aktive Kühlmaßnahmen vollständig verzichtet werden.Die Fassade definiert maßgeblich den Energiehaushalt sowie die Komfortparameter eines Gebäudes.

Spezifischer Primärenergiebedarf [kWh/m²a]

Wärmeschutz der Fassade desto kleiner sind die erforderlichen 500 450 400 350

100%

98%

300

96%

96%

96%

98%

100%

20%

30%

40%

50%

60%

102%

105%

70%

80%

109%

113%

250 200 150 100 50 0 0%

10%

90%

100%

Glas anteil in der Fas s ade

He iz u n g

a)

c)

Spezifis c her jährlic her Primärenergiebedarf erforderlic h für den Gebäudebetrieb (z.B. Bürogebäude in Zentraleuropa)

131%

400 350 100%

100%

101%

103%

106%

110%

114%

119%

137%

125%

300 250 200 150 100 50

L ü fte rstrom

Spezifischer jährlicher Primärenergiebedarf erforderlich für den Gebäudebetrieb (z.B. Bürogebäude in Zentraleuropa)

450 400 350

100% 94%

300

88%

84%

81%

250

78%

76%

74%

73%

73%

73%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

200 150 100 50 0

0 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0%

10%

He iz u n g

K ü h lu n g

K u n stlich t

L ü fte rstrom

1

Primärenergiebedarf eines Verwaltungsgebäudes Spezifischer Primärenergiebedarf eines Verwaltungsgebäudes in gemäßigtem Klima in Abhängigkeit des Glasanteils und der Qualität des Wärmebzw. Sonnenschutzes der Fassade. Das Diagramm a zeigt den Energiebedarf mit einer modernen Zwei-Scheibenverglasung und innen liegendem Sonnenschutz. Die Wärmeschutzverglasung ist im Diagramm b durch eine Drei-Scheibenverglasung ersetzt worden. Im Diagramm c ist zusätzlich ein außen liegender Sonnenschutz hinzugefügt.

KLI MA U N D E N E RG I E

20%

30%

40%

Glasanteil in der Fassade

Glas anteil in der Fas s ade

70

K u n stlich t

500

450

Spezifischer Primärenergiebedarf [kWh/m²a]

Spezifischer Primärenergiebedarf [kWh/m²a]

500

K ü h lu n g

He iz u n g

K ü h lu n g

K u n stlich t

L ü fte rstrom

°C

Behaglichkeit

30

Verschiedene Gebäudetypen wie Wohngebäude oder Bürobauten stellen andere Anforderungen an die Behaglichkeit. Die

28

wichtigsten Faktoren sind die thermische, hygienische, akustische

26

unbehaglich warm

noch behaglich

sowie visuelle Behaglichkeit. Die Vielzahl der Parameter, die bei 24

beteiligten Fachplanern abgestimmt werden. Die isolierte Be-

22

trachtung von Einzelaspekten kann zur Beeinträchtigung anderer Anforderungen führen (2). Ein behaglicher Aufenthalt wird von jedem Nutzer subjektiv anders definiert; daher lässt sich die Behaglichkeit nicht mit objektiven Messmethoden für alle Nutzer gleichermaßen erfassen. Bei der Angabe von Faktoren, die die Behaglichkeit bestimmen wie Luftbewegung, Temperatur, Lichtintensität oder Luftfeuchte, kann man immer nur Empfehlungen anhand von Richtwerten anstreben, wobei davon ausgegangen werden muss, dass jeder Nutzer diese anders wahrnimmt und sich deshalb mehr oder weniger wohlfühlt. In den jeweiligen Gesetzen der Länder werden Mindestforderungen an die Bedingungen am Arbeitsplatz oder im Wohnraum festgelegt, diese dienen aber in den meisten Fällen nur der Sicherstellung der Haupteinflussgrößen. Besondere Forderungen bezüglich der Behaglichkeit sollten im Planungsprozess mit den Be-

Raumumschließungsflächentemperatur (t U )

der Planung zu berücksichtigen sind, sollten im Dialog mit allen

behaglich

20 18 16 14 unbehaglich kalt

12 10 8

12 14 16 18 20 Raumlufttemperatur (t L )

22

24

26

28

2

Behaglichkeit Behaglichkeitsbereich in Abhängigkeit von Raumlufttemperatur und der Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen

teiligten festgelegt werden. Die einzelnen Behaglichkeitsfaktoren werden im Folgenden kurz erklärt.

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

3

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

KLI MA U N D E N E RG I E

71

Für die thermische Behaglichkeit sind viele Faktoren verantwort-

%

lich. Der Mensch gibt Wärme als Strahlung und als Konvektion

80

ab, empfindet diese aber auch durch die ihn umgebenden Wän-

60

de und die Luftbewegungen im Raum. Die Frage welche Temperatur oder welcher Temperaturbereich für einen Raum oder ein Gebäude festgelegt werden soll oder kann, ist durch vielfältige Regularien in den einzelnen Ländern geregelt. Grundsätzlich sollte die Temperatur immer in Abhängigkeit von der Außentemperatur bewertet werden. Eine Differenz von 5-6 K ( Temperaturdifferenzen werden in Kelvin

40 30 20

10 8 6 5 4

angegeben, wobei 1 K = 1 °C entsprechen) gegenüber der Außentemperatur hat sich als realisierbare Festlegung herausgestellt, wobei Raumtemperaturen über 26 °C vermieden werden sollten. In Untersuchungen hat sich feststellen lassen, dass die Nutzer eine höhere Akzeptanz gegenüber der Raumtemperatur auf-

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0

0.5

1.0

1.5

2.0

4

DIn En ISO 7730 Berechnung der Behaglichkeit Vorausgesagter Prozentsatz Unzufriedener (PPD) als Funktion des vorausgesagten mittlerem Votums (PMV) .

weisen, wenn diese individuell über ein Fenster regulierbar ist. Unzufriedener sind die Nutzer, wenn die Temperatur zentral über eine Klimaanlage gesteuert wird und sie somit keinen Einfluss ausüben können.

Bewertung der Behaglichkeit Eine Berechnungsmethode nach DIN EN ISO 7730 ermöglicht innerhalb der Planung die Behaglichkeit für die Nutzer in Abhängigkeit von den Raumtemperaturen, der Tätigkeit der Nutzer und dem Grad der Bekleidung abzuschätzen. Diese beispielhafte Methode der Bewertung gibt ein vorausgesagtes mittleres Votum der Nutzer an, aus dem dann der vorausgesagte Prozentsatz Unzufriedener (PPD = Predicted Percentage of Dissatisfaction) angegeben werden kann (4). Das Verfahren beruht auf der Wärmebilanz des menschlichen Körpers, wobei neben Bekleidungs- und Tätigkeitsgrad (5) auch die Lufttemperatur, die mittlere Strahlungstemperatur sowie die relative Luftgeschwindigkeit und die Raumluftfeuchte mit in die Berechnung einfließen. Als Planungsziel wird empfohlen, einen Prozentsatz Unzufriedener unter 10% an-

5

Bekleidungsgrad In der DIN EN ISO 7730 wird den jeweiligen Bekleidungen ein Wert zugeordnet. Das ist sinnvoll, wenn man bedenkt, dass in einer Bank Kostüm bzw. Anzug mit Krawatte zum äußeren Erscheinungsbild gehört, jedoch beispielsweise die Mitarbeiter einer Werbeagentur lässiger, dem Wetter angepasst gekleidet sein können.

zustreben; diese Richtlinie versteht den Mensch als Individuum, der unterschiedlich empfindet und sich dementsprechend auch

Visuelle Anforderungen

anders wohlfühlt.

Die visuellen Anforderungen, die an einen Raum gestellt werden, haben zum Ziel, den in ihm befindlichen Menschen diesen Raum angenehm erscheinen zu lassen. Auch hier wird wie bei der thermischen Behaglichkeit deutlich, dass Wahrnehmung und auch der Geschmack der einzelnen Nutzer sich stark voneinander unterscheiden können. Prinzipiell sollte man die Räume so gestalten, dass das menschliche Auge die Umgebung schnell erfasst und ein klarer Raumeindruck vermittelt werden kann. Gute Orientierungsmöglichkeiten, ausreichende Beleuchtung und geringe Kontrastunterschiede helfen bei der Wahrnehmung des Raumes und begünstigen die visuelle Behaglichkeit (6).

72

KLI MA U N D E N E RG I E

Hygienische Anforderungen Aktuelle Untersuchungen sollen in diesem Zusammenhang klä-

In einer vergleichenden Studie des BMFT (Bundesministerium

ren, ob eine gute Gestaltung einer schlechten Klimatisierung

für Forschung und Technologie) von klimatisierten Büroräumen

entgegenwirken kann. Ebenfalls ist die Wirkung von Farben in

und natürlich belüfteten Räumen hat man 1998 festgestellt, dass

Räumen in diesem Zusammenhang zu berücksichtigen.

sich die Mitarbeiter in Räumen mit Klimaanlage häufiger unwohl

Ein ebenso wichtiger wie häufig unterschätzter Aspekt der vi-

fühlen als in natürlich belüfteten und belichteten Räumen. Das

suellen Behaglichkeit ist die natürliche Belichtung. Sofern natür-

Arbeiten in klimatisierten Räumen beeinflusst somit die Produk-

lich einfallendes Sonnenlicht verfügbar ist, sollte man versuchen

tivität der Mitarbeiter wie die des Unternehmens. Die in diesem

dieses auch zu nutzen. Der menschliche Stoffwechsel benötigt

Zusammenhang auftretenden Ermüdungs- und Konzentrations-

die Sonnenstrahlen. Um eine Überhitzung der Räume und Blen-

schwächen nennt man Sick-Building-Syndrom (kurz SBS).

dung am Arbeitsplatz zu vermeiden, werden aber Sonnenschutz-

Die Qualität der Raumluft spielt für die hygienische Behag-

vorrichtungen benötigt. Problematisch ist ebenfalls der starke

lichkeit eine große Rolle und wird neben vielen anderen Faktoren

Kontrast von Hell und Dunkel, der durch die Verschattung entste-

durch die Qualität der Zuluft (Außenluft) einerseits und durch

hen kann. Hier gilt es, Kompromisse in der Planung einzugehen.

nutzungs- und raumbedingte Verunreinigungen andererseits bestimmt. Als solche Verunreinigungen können Staub, Gase, CO2, Geruchsstoffe, Viren und Bakterien angeführt werden. Um die hygienische Behaglichkeit zu gewährleisten, muss ein ausreichender Luftwechsel sichergestellt werden. Der Mensch kennt dieses Phänomen, wenn man beispielsweise die lange nicht genutzte Ferienwohnung zu Beginn des Urlaubs richtig durchlüften muss, weil es stickig und muffig riecht.

Akustische Anforderungen Die akustische Behaglichkeit in Räumen wird durch von außen übertragene Geräusche, von Geräuschen innerhalb des Gebäudes, von der eigenen Geräuschproduktion bzw. der Raumantwort beeinflusst (7). Verkehrslärm und Baustellenlärm sind die größten Geräuschquellen außerhalb des Gebäudes. Im Gebäude werden die Lärmbelastungen zum Einen von den Nutzern selbst durch Te6

Visuelle Behaglichkeit Blendungen, Reflexionen und starke Hell-Dunkel-Kontraste wie hier die Streifen, die der Sonnenschutz auf die Betonstütze wirft, können die visuelle Behaglichkeit mindern.

lefonieren, Gehen oder Musik verursacht. Unterscheiden muss man Luftschall, der sich von der Quelle aus im Raum über die Luft ausbreitet, und Körperschall, der sich über die Bauteile des Gebäudes verbreitet, wie beispielsweise Trittschall durch das Gehen mit Absatzschuhen auf harten Böden. Geräusche können zum Anderen auch von technischen Anlagen oder Leitungen ausgehen und sich über das Leitungsnetz im Gebäude verteilen und die akustische Behaglichkeit senken.

7

Akustische Einflüsse Die akustischen Einflüsse, die auf einen Raum einwirken können, bestehen aus äußeren Lärmquellen wie Fluglärm, stark frequentierte Verkehrsachsen sowie Baulärm. Von innen können Gespräche von Nachbarräumen, Betriebsgeräusche sowie Trittschall bei ungenügender Schalldämmung die akustische Behaglichkeit beeinträchtigen.

KLI MA U N D E N E RG I E

73

Lüften Betrachtet man die einzelnen Anforderungen an ein Gebäude

Wie bereits im Zusammenhang mit der Behaglichkeit angemerkt

isoliert, können sich Widersprüche zwischen ihnen ergeben. So

ist dem Thema Lüften ein sehr großer Stellenwert beizumessen.

kann es aus raumakustischer Betrachtung erforderlich sein, die

Das Klima der Räume, in denen sich Nutzer aufhalten, wird durch

gesamte Decke mit akustisch wirksamen Deckenpaneelen abzu-

deren Anwesenheit stark beeinflusst. Durch den Menschen kön-

hängen. Das Verkleiden der Rohbetondecke reduziert jedoch

nen je nach Tätigkeit pro Tag mehrere Liter Wasser in Form von

deren thermische Speicherfähigkeit und somit den natürlichen

Dampf in die Raumluft abgegeben werden. Der CO 2-Gehalt

Kühleffekt im Sommer durch die Masse des Betons. Kann man

steigt durch das Ausatmen und die Temperatur steigt ebenfalls.

beispielsweise nicht auf das Verkleiden der Decke verzichten

Der Anteil an CO2 sollte auf ein Maximum von 0.1-0.15 % redu-

und die Raumakustik durch Raumteiler oder Schall absorbie-

ziert werden. Durch die Lüftung wird die Raumlufttemperatur so-

rende Möbel beeinflussen, so muss über eine andere Art der

wie die Raumluftfeuchte reguliert, verbrauchte Luft ausgetauscht

Kühlung im Raum nachgedacht werden. Die Planung muss also

und Geruchs- und Schadstoffe abtransportiert. Die natürliche

ständig alle Erfordernisse im Blick behalten und diese in Ein-

Lüftung wird über die jeweiligen nationalen Normen und Richt-

klang bringen.

linien reglementiert. Es gibt verschiedene Arten einen Raum zu

Sofern der Außenlärm erhöhte Forderungen an den Schall-

belüften, die natürliche und die mechanische Lüftung.

schutz durch die Fassade stellt und gleichzeitig eine natürliche Lüftung über die Fenster beabsichtigt wird, können diese im

Natürliche Lüftung

geöffneten Zustand den Lärmschutz nicht mehr gewährleisten.

Zur natürlichen Lüftung gehören die Fugenlüftung, die Fenster-

Alternativ muss dann über eine andere Art der Lüftung nachge-

lüftung und die Schachtlüftung (9).

dacht werden oder die Fassade wird soweit verändert, um den Schallschutz bei freier Lüftung zu verbessern.

Fugenlüftung: Als Selbst- oder Fugenlüftung eines Raumes wird der Luftwechsel im Raum bezeichnet, der bei geschlos-

Regulieren der Behaglichkeit mit Fassaden

senen Fenstern, Außentüren und Rollladenkästen durch deren

Um die zuvor geforderten Behaglichkeiten in einem Gebäude zu

Fugen infolge des durch Temperaturunterschied und Windanfall

erreichen, sind die Funktionen Lüften, Heizen, Kühlen, Sonnen-

hervorgerufenen Druckgefälles zwischen innen und außen ent-

schutz sowie Lichtlenkung in Teilbereichen der Fassade oder

steht. Moderne Fenster ermöglichen durch ihre Dichtungsfüh-

mittels haustechnischer Komponenten zu erfüllen (8).

rung fast keine Fugenlüftung mehr, besitzen aber in manchen Fällen kleine öffenbare Klappen (10-12).

8

9

Funktionsübersicht Fassade Um ein komfortables Raumklima zu erreichen sind an und in unmittelbarer Nähe der Fassade die Funktionen Lüften, Heizen, Kühlen, Sonnenschutz und Lichtlenkung mit Hilfe verschiedener Komponenten zu erfüllen.

natürliche lüftung Die natürliche Lüftung kann man in drei Arten unterteilen: 1. Fugenlüftung, bei der die Luft durch Undichtigkeiten im Rahmen oder gezielt durch kleine Klappen zugeführt wird, 2. die klassische Fensterlüftung und 3. die Schachtlüftung, bei der die Abluft in einem vertikalen Schacht abgeführt wird.

74

KLI MA U N D E N E RG I E

Fensterlüftung: Die gebräuchlichste Art der natürlichen Lüftung ist die Fensterlüftung, wobei die verschiedenen Fensterbeschlagsarten die Effektivität der Lüftung beeinflussen (13). Die Funktion der Lüftung wird ebenfalls durch die jeweiligen Winddruckverhältnisse an der Fassade beeinflusst. Wird nur von einer Fassadenseite gelüftet, kann man für die erreichbare Raumtiefe von der 2,5-fachen Raumhöhe ausgehen. Effektiver ist die Möglichkeit der Querlüftung, die für „Durchzug“ sorgt; dann ist eine Belüftung bis zum 5-fachen der Raumhöhe möglich. Heute können Fenster mit Motoren ausgestattet werden, 10

um automatisch die Räume nach Erfordernis zu belüften oder schwer erreichbare Fenster zu öffnen.

Geschlossenes Fenster mit offener Tür Einstellbare Fugenlüftung in einem Holzfenster; der Pfeil zeigt die geöffnete Klappe, durch die auch bei geschlossenem Fenster gelüftet wird. bis 25%

bis 70%

bis 80%

Kippflügel

HorizontalSchwingflügel

Senk-Klapp-Flügel

bis 90%

bis 100%

bis 100%

Drehflügel

Wendeflügel

11

Geschlossenes Fenster mit geschlossener Fugenlüftung Geschlossene Lüftungsklappe, durch die ein absolut winddichtes Fenster erreicht werden kann.

VertikalSchiebeflügel bis 100%

keine Angaben

Schwingflügel

Parallel-Austellfenster

12

13

lüftungsschlitze Kleine Lüftungsschlitze mit Fliegenschutzgittern sind außen an den Blendrahmen des Fensters angebracht, durch die auch bei geschlossenem Fenster gelüftet werden kann.

lüftungsöffnungen Durch verschiedene Beschläge können Fenster in ihrer Öffnungsart variiert werden. Jede Öffnungsart hat jedoch einen unterschiedlichen Luftdurchlass.

KLI MA U N D E N E RG I E

75

Schachtlüftung: Schachtlüftungen werden bevorzugt genutzt,

Gerade im Bereich der zentralen Lüftungs- und Klimaanlagen ist

wenn ein höherer Luftwechsel angestrebt wird. Dabei lässt man

der haustechnische Aufwand sehr groß, da Zu- und Abluftkanäle

die Zuluft über die Fenster einströmen und führt diese durch ei-

in der Decke oder im Boden verlegt werden müssen (15). Die Lüf-

nen Schacht meist in Gebäudemitte über das Dach ab. Schacht-

tungszentralen nehmen große Teile der Nutzflächen in Anspruch,

lüftungen sind gehäuft im Wohnungsbau anzufinden und wurden

bei Hochhäusern sogar als Technikgeschosse ganze Etagen, die

früher vielfach angewandt, um große Raumtiefen zu überwin-

alle haustechnischen Anlagen konzentrieren. Großer Vorteil von

den. Schachtlüftungen sind auch im Winter sehr zuverlässig,

mechanischen Lüftungsanlagen ist die Möglichkeit der Wärme-

da durch die windgeschützte Lage im Gebäude ein schnelles

rückgewinnung; dabei wird der Abluft die Energie entzogen, um

Auskühlen der Abluft verhindert wird und somit die Funktion der

diese wieder der Heizung zuzuführen. Häufig wird die Luft, so-

Lüftung aufrechterhalten werden kann. Abluftschächte in der

bald sie zentral aufbereitet wird, auch klimatisch behandelt, d.h.

Fassadenebene werden dagegen mittlerweile häufig angewandt,

erwärmt, gekühlt oder entfeuchtet; in diesem Falle spricht man

so zum Beispiel bei den Schacht-Kasten-Fassaden, bei denen

von einer Klimaanlage. Der Trend gerade im Hinblick auf den

sich durch die solare Einstrahlung die Abluft erwärmt und somit

Platzverbrauch und der individuellen Einstellung des Raumklimas

beschleunigt nach oben geführt wird.

geht zu dezentralen Einheiten, die jeweils eine Raumzelle oder Büroachse individuell klimatisieren oder belüften können (16).

Mechanische Lüftung

Dabei werden kompakte Geräte im Unterflurbereich unter dem

Wenn eine konstante Belüftung über das ganze Jahr sicherge-

Fußboden fassadennah im Doppelboden (ein doppelter aufge-

stellt werden soll, werden häufig mechanische Lüftungsanlagen

ständerter Boden) bei geschosshoher Verglasung (17) oder im

eingesetzt. Die angesetzten Luftwechselraten werden durch die

Brüstungsbereich eingesetzt, die dann über Auslässe die aufbe-

Gesetze der einzelnen Länder geregelt. Als einfachste mechani-

reitete Luft in den Raum abgeben. Jeder Nutzer kann das Gerät

sche Lüftung sind Systeme zu nennen, in denen kleine motorische

steuern und somit die Behaglichkeit im Raum individuell regeln.

Lüfter in die Außenwand eingesetzt werden (14) und diese dann die Abluft abführen. Die Zuluft wird an anderer Stelle zugeführt.

15

Mechanische lüftung durch Absaugen In die Abhangdecke werden Abluftöffnungen eingesetzt, die dann über Rohrleitungen die Abluft unter der Abhangdecke zur Klimazentrale weiterführen.

16

14

Einfache mechanische lüftung Als einfachste Variante der mechanischen Lüftung kann man kleine Elektrolüfter in ein Fenster einsetzen, ein Regenschutzgitter auf der Außenseite verhindert das Eindringen von Regen und Insekten. Diese Lösung ist jedoch nur in Sonderfällen wie hier in einem Serverraum zu empfehlen, da ein kontinuierlicher Luftaustausch unbeaufsichtigt erfolgen kann. Deutlich ist auch die Verschmutzung des Gitters von außen zu sehen.

76

KLI MA U N D E N E RG I E

Dezentrale Klimamodule Im Fassadenraster werden je nach Erfordernis kleine dezentrale Klimamodule eingesetzt. Durch Zuluftöffnungen in der Fassade kann die Frischluft in das Gebäude geführt werden.

Heizen Durch das Lüften eines Raumes wird die Raumtemperatur immer wieder abgekühlt; die Energie, die zum Aufheizen der kalten Frischluft benötigt wird, nennt man Lüftungswärmebedarf. Hinzu kommt noch der Wärmeverlust über die abschließenden Hüllflächen, der ebenfalls das Heizen notwendig macht. Im Folgenden

18

Radiator Ein Radiator gibt die Wärme zu einem Teil über Strahlung an den Raum ab, ein kleiner Teil der Wärme wird über Konvektion über die Raumluft abgegeben.

werden die verschiedenen Möglichkeiten zur Beheizung eines Gebäudes mit fassadennahen Komponenten aufgezeigt. (Ausgenommen bleibt die Beheizung über die Luft, die ein Lüftungsrohrnetz und eine zentrale Lufterwärmung oder eine Klimaanlage voraussetzt und als Teil der allgemeinen Haustechnik hier nicht weiter erklärt wird.)

Heizkörper Die einfachste und gebräuchlichste Möglichkeit, einen Raum zu heizen, ist die Verwendung von Heizkörpern. Bei diesen lassen sich zwei verschiedene Wirkungsweisen unterscheiden, zum Einen durch Strahlung (18) und zum Anderen durch Konvektion (19, 20).

19

Konvektor Konvektoren nutzen das Prinzip aufsteigender Wärme. Wenn man die Heizrippen des Konvektors beheizt, wird die kalte Luft unten angesaugt und oben erwärmt von den Heizrippen an den Raum abgegeben. Die Luft kommt so in einer Art Lüftungswalze bis in die Raumtiefen.

20

17

Dezentrale Klimabox Im Post Tower in Bonn, Helmut Jahn, 2003, sind im Doppelboden dezentrale Klimageräte eingesetzt worden. Das Bild zeigt ein Gerät in der Bauphase; gut zu sehen sind die Luftzuführung und die Wasserleitungen, die das Gerät mit Heizwärme versorgen.

Bodenkonvektor Nach dem gleichen Prinzip werden Bodenkonvektoren in den Boden eingelassen. Auch hier wird kalte Luft unten angesaugt und nach oben erwärmt abgegeben. Optisch sind diese im Raum nicht so dominant, dürfen aber nicht verstellt werden und sind reinigungsintensiver, da Schmutz direkt hineinfallen kann.

KLI MA U N D E N E RG I E

77

Fassadenheizung

Kühlen

Als weitere Form der Heizung kann man Fassadenheizungen nen-

Die gebräuchlichsten Vorrichtungen zum Kühlen sind die Klima-

nen, bei denen durch die Profile der Fassade warmes Wasser

anlagen in ihren verschiedenen Bauarten. Es gibt aber gerade

geführt wird (21) und somit die Behaglichkeit in Fassadennähe

im Hinblick auf groß verglaste Büro- und Verwaltungsbauten, die

verbessert werden kann. Im Sommer kann man auch mithilfe von

stark überhitzungsgefährdet sind, noch weitere bauliche Maß-

kaltem Wasser die Anlage zum Kühlen verwenden. Die durch-

nahmen, um die Raumtemperatur im Sommer auf eine akzeptable

strömten Fassadenprofile geben die Temperatur über Strahlung

Höhe herabzusenken. Generell kann man diese Maßnahmen in

ab, welche für den menschlichen Körper als angenehmer als eine

verschiedene Funktionsweisen unterteilen. Zum Einen kann man

für Zugluft anfällige Luftheizung empfunden wird. Eine Fassaden-

die bereits im Raum befindliche Wärme herunterkühlen oder aber

heizung kann nicht zur Heizung des gesamten Raumes genutzt

zum Anderen die Abschirmung der solaren Einstrahlung bereits

werden. Häufig findet sie Anwendung, wenn bei großen Fassaden

in der Fassadenebene oder vor der Fassade vornehmen.

in Foyers oder Empfangsräumen der möglichen Kondenswasserbildung auf den Gläsern entgegengewirkt werden soll. Bei der

Nachtauskühlung

Planung von Fassadenheizungen muss man sorgfältig alle An-

Um einen Raum zu kühlen, sind verschiedene Prinzipien anwend-

schlusspunkte überdenken, da die Fassadenelemente im Bereich

bar. Bei der Nutzung von Luft als Kühlmedium kann man sich

der Außenhaut und an den wärmeführenden Elementen starken

die natürliche Speicherfähigkeit von massiven Bauteilen zunutze

Längenausdehnungen aufgrund der thermischen Verformungen

machen. Im Skelettbau verbleiben für diesen Zweck zwar nur die

ausgesetzt sind.

Decken, diese bieten aber große Flächen, die genutzt werden kön-

Der Vollständigkeit halber sollte man auch Fußbodenheizun-

nen. Betondecken können die Wärme im Tagesverlauf bis zu einer

gen, Flächenheizsysteme sowie die Bauteilaktivierung nennen. Bei

Tiefe von 50 -70 mm speichern. In der heißen Sommerzeit wird

Fußboden-, Flächenheizsystemen oder Bauteilaktivierungen wer-

nachts bei kühlerer Außenluft ein Teil der Fenster motorbetrieben

den wasserführende Rohrleitungen in den Boden, in die Wandflä-

geöffnet (23) und die Kaltluft unter den roh belassenen Decken

chen oder in die tragenden Betondecken eingelegt. Über Wand-

entlang geführt (Nachtluftauskühlung). Die im Tagesverlauf ge-

und Deckenflächen ist auch eine Kühlfunktion zu realisieren.

speicherte Wärme wird der Decke entzogen und die heruntergekühlte Decke heizt sich am Tag nicht so schnell wieder auf; der Raum bleibt somit länger kühl (22).

22

21

Fassadenheizung Bei einer Fassadenheizung werden die Profile mit Heizwasser durchströmt. Die gesamten Profile strahlen dann die Wärme an den Raum ab und erhöhen die Behaglichkeit in Fassadennähe.

78

KLI MA U N D E N E RG I E

nachtauskühlung Lässt man nachts durch geöffnete Lüftungsklappen die kühle Außenluft unter der Sichtbetondecke entlangströmen, kann man die Temperatur der Decke senken. Am Tag entzieht die ausgekühlte Decke der Raumluft ihre Wärme, wodurch ein natürlicher Kühleffekt eintritt.

Bauteilaktivierung Wasser ist ebenfalls zur Kühlung geeignet. In den Betondecken werden wasserführende Leitungen eingelegt, durch die man im Sommer kaltes Wasser leitet. Das kalte Wasser entzieht damit über die aktivierten Baumassen dem Raum die Wärme. Positiv ist bei dieser Lösung die Möglichkeit, die Decken auch zum Heizen verwenden zu können, wenn man warmes Wasser durch die gleichen Leitungen führt (24).

Kühldecken Kühldecken funktionieren nach demselben Prinzip, werden jedoch unter die Betondecken gesetzt oder im Bereich der Abhangdecken installiert (25), was eine spätere Deinstallation oder Nach-

24

Bauteilaktivierung In die Betondecke werden wasserführende Rohrleitungen eingelegt, die später mit temperiertem Wasser zum Heizen oder Kühlen genutzt werden können.

rüstung ermöglicht. Alternativ finden auch Kühlsegel Anwendung, die von der Decke abgehängt werden und von kaltem Wasser durchströmt werden und dadurch dem Raum Wärme entziehen (26). Sie können auch mit Beleuchtungskörpern und akustischen Elementen kombiniert werden. Allerdings müssen die Kühlsegel in Abhängigkeit zu den Arbeitsplätzen angeordnet werden, worunter die Flexibilität im Raum leidet.

25

Kühldecken Die Kühldecke ist von der Betondecke abgehängt und enthält wasserführende Elemente, die kühlend in den Raum strahlen. Der Vorteil dieser Lösung ist die einfache Demontage und Nachrüstung des Systems.

23

Fassadenklappen Im Bereich der Fassade sind im unteren und oberen Bereich Lüftungsklappen angeordnet. Durch die hervorstehenden Deckenauskragungen ist eine regensichere Durchlüftung auch nachts möglich.

26

Kühlsegel Kühlsegel bilden häufig eine gute Lösung für die Kühlung des Raumes, da sie mit Beleuchtungskörpern und akustischen Elementen kombiniert werden können.

KLI MA U N D E N E RG I E

79

Sonnen- und Blendschutz

Innen liegender Sonnen- und Blendschutz

Eine im Hinblick auf Energieeinsparung adaptive Fassade verfügt

Ein innen liegender Sonnenschutz ist in der Wirksamkeit gegen-

über die Fähigkeit, auf die mit den Jahreszeiten wechselnden An-

über dem außen liegenden Sonnenschutz deutlich unterlegen.

forderungen in adäquater Weise reagieren zu können. In Bezug

Ist die Wärme erst durch das Glas in den Raum gelangt, kann

auf den solaren Wärmeeintrag stehen sich die Anforderungen

ein innen liegender Sonnenschutz (28) nur noch zu einem ge-

an die Fassade im Winter und Sommer diametral gegenüber.

ringen Teil die Wärmestrahlung blockieren. Als Blendschutz ist

Im Winter sind solare Wärmegewinne erwünscht, welche einen

ein innen liegender Schutz als sogenannter Screen wirksam, der

möglichst hohen Gesamtenergiedurchlassgrad (Durchlässigkeit

gerade im Bereich von EDV-Arbeitsplätzen eine Verminderung

der Fassade für Sonnenenergie) der Fassade erfordern. Im Som-

der Blendung erzielt (29). Diese Folien oder Textilien werden in

mer hingegen soll eine Überhitzung der Räume bei Besonnung

verschiedenen Lichttransmissionswerten geliefert, d.h. das Maß,

vermieden werden, was neben anderen passiven Maßnahmen in

wie viel Licht durchgelassen wird.

erster Linie einen entsprechend niedrigen Gesamtenergiedurchlassgrad der Fassade erfordert. Diese gegensätzlichen Anforderungen können nur von einer Fassade erfüllt werden, die ihre Durchlässigkeit für solare Energie ändern kann; diese Flexibilität kann durch Sonnenschutzsysteme erzielt werden. Zu Beginn der Planung sollte die Verschattung des Gebäudes durch die baulichen Gegebenheiten der Umgebung geprüft werden. Im städtischen Kontext kann es manchmal vorkommen, dass durch die Verschattung der Nachbarbebauung (27) ein Sonnenschutz nicht an allen Fassadenseiten erforderlich ist. Im Folgenden werden die verschiedenen Sonnenschutzsysteme nach ihrem Wirkungsprinzip und Einbauort erklärt.

28

Innen liegender Sonnenschutz Ein innen liegender Sonnenschutz ist nicht so wirksam wie ein außen liegender Sonnenschutz; häufig dient er mehr als Blendschutz für PC-Arbeitsplätze.

27

Verschattung Im städtebaulichen Kontext kann es vorkommen, dass ein Sonnenschutz nicht auf jeder Seite des Gebäudes nötig ist, da Fassadenflächen durch Nachbargebäude verschattet werden. 29

Blendschutz Diese Fassade verfügt neben einem außen liegenden Sonnenschutz aus textilen Rollos auch über Blendschutzrollos im Innenraum. Im Brüstungsbereich gibt es öffenbare Fenster und Lüftungsklappen.

80

KLI MA U N D E N E RG I E

Außen liegender Sonnenschutz

Fest stehender Sonnenschutz

Beim außen liegenden Sonnenschutz kann man fest stehende

Ein fest stehender Sonnenschutz bietet eine gute Möglichkeit

und bewegliche Sonnenschutzsysteme unterscheiden. Diese

der Verschattung. Weit auskragende, horizontale Elemente auf

Systeme bieten den besten Sonnenschutz, da sie die solare

Geschossdeckenhöhe sind als Brises soleil bekannt (30). Als

Wärmestrahlung bereits vor der Glasebene abfangen.

weitere Lösung können fest stehende oder drehbar gelagerte Lamellen (31) an der Fassade angebracht werden, diese erreichen aber nicht so gute Werte wie im Winkel verstellbare (nachführbare) Elemente. Die Frage der Reinigung der dahinter liegenden Glasscheiben sollte jedoch bereits früh bedacht werden. Feststehende Sonnenschutzsysteme können auch als Putzbalkon oder zweiter Rettungsweg herangezogen werden, wenn sie einen ausreichenden Abstand von der Glasebene haben. Als weitere Möglichkeit der fest stehenden Verschattung kann auch eine Bepflanzung dienen (32). Optimal sind Begrünungen, die im Winter die Blätter verlieren, um so den in der Heizperiode gewünschten Wärmeeintrag zu erhöhen. Generell muss aber darauf geachtet werden, dass die Pflanzen regelmäßig beschnitten werden, damit die Durchsicht gewährleistet bleibt, ebenso

30

sollte man eine Bewässerungsanlage einplanen.

Brises soleil Diese fest stehenden Sonnenschutzelemente kragen vor den Geschossplatten aus und können bei richtiger Dimensionierung und Tragfähigkeit auch als Putzbalkon genutzt werden.

32

31

Fassadenbegrünung Als fest stehender Sonnenschutz kann auch eine vorgelagerte Pflanzebene dienen. Bei Fassadenbegrünung ist der regelmäßige Rückschnitt und eine Bewässerungsmöglichkeit einzuplanen.

Fest stehende lamellen Fest stehende Lamellen können vertikal wie auch horizontal angeordnet werden. Je nach Ausstattung kann man die Lamellen auch für eine bessere Beschattung im Winkel verstellen (nachführen). Bei der Planung ist die Reinigung der dahinter liegenden Gläser zu bedenken.

KLI MA U N D E N E RG I E

81

Beweglicher Sonnenschutz Ein Beispiel für den beweglichen Sonnenschutz sind textile Systeme, die als Rollos vor der Glasebene heruntergelassen oder in Schienen von der Fassade ähnlich einem Vordach ausgestellt werden und so ungehinderte Durchsicht erlauben (33). Eine andere, weit verbreitete Variante stellen Lamellenraffstores dar, die zur Regelung der Sonneneinstrahlung im Winkel veränderbare Lamellen besitzen (34). Eine Teilung in mehrere Bereiche ist möglich; beispielsweise kann über flacher gestellte Lamellen im oberen Bereich das Licht in die Raumtiefe gelenkt werden. Eine motorische Steuerung ist heute Standard, die bis zur automatischen Regelung des Sonnenschutzes über Sensoren bei Erreichen eines Höchstwertes an Solarstrahlung auf der Fassade reichen kann. Die beweglichen Sonnenschutzsysteme sind bei starkem Wind beschädigungsanfällig und müssen dann hochgezogen werden. Daher ist das Einbringen des Sonnenschutzes in den Fassadenzwischenraum eine effiziente Lösung, gerade im Hochhausbau, der starken Windbelastungen ausgesetzt ist. Im Wohnungsbau und bei geringgeschossigen Bürobauten werden seit einigen Jahren auch horizontal verschiebbare Sonnenschutzläden verwendet (35). Diese in Schienen aufgehängten Elemente lassen sich motorisch oder von Hand verschieben. Die

34

lamellenraffstores Lamellenraffstores sind ein weit verbreiteter Sonnenschutz. Eine Vielzahl von Systemen, die in Farbe, Konstruktionsart und Dimension variieren, ist auf dem Markt erhältlich. Einige Lamellenraffstores verfügen zudem noch über lichtlenkende Funktionen, die über flacher gestellte Lamellen im oberen Bereich das Licht in die Raumtiefe lenken.

Rahmen können mit Alu- oder Holzlamellen oder Metallgittern ausgefacht werden. Aufgrund der horizontalen Bewegung dieser Elemente müssen jedoch im Fassadenlayout sogenannte Parkpositionen eingeplant werden, an denen die Schiebeläden im geöffneten Zustand geparkt werden können.

35

33

Sonnenschutzrollos Textile Sonnenschutzrollos können an Seilen herauf- und herabgefahren werden. Je nach Art des Textils ist eine Durchsicht von innen nach außen möglich.

82

KLI MA U N D E N E RG I E

Schiebeläden Bei geringer Anzahl von Geschossen ist die Verwendung von horizontal verschiebbaren Sonnenschutzläden möglich. Diese können motorisch oder von Hand verschoben werden. Es stehen dafür eine breite Auswahl von Metallnetzen, Gittern, Holzlamellen oder Textilien zur Verfügung, wodurch vielfältige Gestaltungen realisierbar sind.

Sonderlösungen Die Industrie entwickelt ständig neue Produkte im Bereich des Sonnenschutzes. Einige bleiben Sonderlösungen, aber manche reifen zu Standarddetails. Einige auf dem Markt erhältliche Produkte werden hier als prinzipielle Lösungen vorgestellt. Mittlerweile sind Sonnenschutzvorrichtungen im Scheibenzwischenraum der Isolierglasscheiben sehr verbreitet (36, 37). Das Einlegen von Elementen in den Scheibenzwischenraum hat jedoch Vor- und Nachteile. Bringt man beispielsweise Metallgitter oder Holzlamellen in die Isoliergläser ein, spart man bei der Montage Zeit und es entfällt die Reinigung. Geht aber eine Scheibe kaputt, muss mit ihr auch der Sonnenschutz erneuert werden. Kritisch zu betrachten sind im Scheibenzwischenraum eingesetzte Lamellenraffstores, die motorisch angetrieben werden. Fällt ein Motor aus oder verkantet sich der Lamellenvorhang, muss die gesamte Scheibe ausgetauscht werden. Prinzipiell muss man sich bei der Auswahl immer über alle Vor- und Nachteile des Systems im Klaren sein. Manchmal ist diese Lösung sinnvoll, wenn beispielsweise die Reinigung der Fassade dadurch vereinfacht

37

Central library, Seattle Bei der Bibliothek in Seattle wurden in den Scheibenzwischenraum Streckmetallgitter als Sonnenschutzelemente eingesetzt. Dieser Sonnenschutz ist aufgrund der schräg geneigten Fassaden- und Dachflächen gegenüber außen liegenden Sonnenschutzelementen vorteilhaft.

werden kann. Andererseits ermöglichen aber getrennte Systeme mehr Unabhängigkeiten im späteren Betrieb. Ein sehr einfacher Sonnenschutz ist das Bedrucken der Gläser mittels Siebdruck oder Emaillierung, da dies im Bereich der Glasebene realisiert werden kann (38). In frei wählbaren Mustern oder Rastern können so grafische Elemente auf die Scheiben aufgebracht werden, die den Einfall der Sonnenstrahlung reduzieren. Da beim Bedrucken viele Variationen möglich sind, kann der Sonnenschutz auch den jeweiligen Anforderungen der Nutzung angepasst werden.

38

Bedrucktes Glas Das Bedrucken von Gläsern stellt eine einfache Sonnenschutzmaßnahme dar. Bei der Gestaltung bestehen viele Freiheiten, um das Bild der Fassade den gestalterischen Ansprüchen anzupassen. Dargestellt ist eine Fassade mit verschieden dicht bedruckten Gläsern. 36

Central library, Seattle, OMA und lMn Architects, 2004 Der Detailausschnitt zeigt das rautenförmige Fassadentragwerk aus Stahlträgern. Im Scheibenzwischenraum befinden sich Streckmetallgitter zur Filterung des Sonnenlichts.

KLI MA U N D E N E RG I E

83

lichtlenkung Bei tiefen Räumen – insbesondere mit zusätzlichen Arbeitsplätzen in der Raumtiefe – reicht die natürliche Belichtung manchmal nicht aus. In diesen Fällen können Systeme zur Lenkung des Tageslichts in die Raumtiefe zum Einsatz kommen. Diese Systeme können ebenfalls genutzt werden, um bei direkter Besonnung eine blendfreie Belichtung zu ermöglichen. Mithilfe von Tageslichtlenksystemen lässt sich der Stromverbrauch für Kunstlicht reduzieren und eine höhere visuelle Behaglichkeit erreichen. Bisher sind reine lichtlenkende Systeme aber noch sehr teuer und stellen gestalterisch noch starke Differenzen zur übrigen Verglasung dar, weil diese Elemente keine ungehinderte Durchsicht ermöglichen. Oft wird daher auf Sonnenschutzsysteme wie Lamellenraffstores mit lichtlenkenden Eigenschaften im oberen Bereich zurückgegriffen. Die oberen Lamellen werden dabei in einem anderen Winkel angestellt oder sind in einem anderen Profil geformt. Lichtlenkende Systeme kann man in verschiedene Konstruktionsformen einteilen. Zum Einen gibt es horizontale Elemente (39), die das Licht reflektieren und somit lenken, und zum Anderen Systeme, die vertikal in den Sonnenschutz oder in die Glasebene

39

horizontale lichtlenkung Horizontale Linklenkelemente werden in Form von kleinen Konsolen im oberen Bereich der Fassade von außen montiert. Das auftreffende Licht wird dann reflektiert und über die helle Raumdecke in die Raumtiefe geleitet.

eingebracht sind (40). Das Licht wird durch diese Elemente nicht reflektiert, sondern in einem anderen Winkel umgelenkt. Bei diesem Prinzip gibt es viele Lösungen. Zu nennen sind holografische Folien, feine Prismenoberflächen und reflektierende Lamellen in spezieller Geometrie. Gerade bei der Lichtlenkung spielt die Ausführung der Decke, die das Licht ebenfalls in die Raumtiefe lenkt, eine wichtige Rolle. Als einfachste Lösung wird diese weiß gestrichen oder mit lichtlenkenden Elementen verkleidet.

40

Vertikale lichtlenkung In der Glasebene eingesetzte vertikale Lichtlenkelemente leiten über holografische Folien oder Prismengläser das Licht in die Raumtiefe. Diese Lichtlenkelemente ordnet man über dem Sichtbereich bis zur Decke an, um ein Optimum an Lichtintensität zu erreichen und ungehinderte Durchsicht zu gewährleisten.

84

KLI MA U N D E N E RG I E

6 | Adaptive Fassaden Sonne Als intelligente Gebäude werden diejenigen Gebäude bezeich-

Die Sonne ist der wichtigste Energielieferant und Motor allen Le-

net, die in der Lage sind, sich an wechselnde klimatische Be-

bens auf der Erde (1). Im Verhältnis zum Energiebedarf der Erde

dingungen anzupassen. Der Wortgebrauch von Intelligenz bei

ist die von der Sonne ausgehende Energiemenge unendlich. Die

Gebäuden oder Fassaden kann zu Fehlinterpretationen führen,

Energie der Sonne, die als Solarstrahlung auf die Erde fällt, ist

weshalb im Folgenden von adaptiven Fassaden gesprochen wird.

jedoch nur ein Bruchteil der Energie, die ihren Weg zu unserem

Adaption beinhaltet grundsätzlich, dass sich die Gebäude und

Planeten antritt. Ein Teil der gefährlichsten Strahlungen der Son-

Fassaden an die jeweiligen Witterungseinflüsse adaptieren, d.h.

ne wird durch die Erdatmosphäre abgehalten, die als Schutz-

anpassen.

und Filterschicht die Erde umhüllt. Ein weiterer Teil der auf die

Anstatt sich gegen die Umwelt abzuschotten, macht man sich

Erde auftreffenden Strahlung wird durch die Wassermassen der

diese für den Gebäudebetrieb zunutze, was sich positiv auf die

Weltmeere absorbiert. Der größte Teil der Sonnenenergie wird

Behaglichkeit für den Nutzer und den Energieverbrauch auswirkt.

durch die Pflanzen aufgenommen, diese wandeln durch die Fo-

Diese Technologie hat sich in Zentraleuropa aus der traditionel-

tosynthese den in der Luft enthaltenen Kohlendioxid in Sauer-

len Bauweise entwickelt, da aufgrund des milden Klimas Fens-

stoff um und schaffen die Grundlage alles menschlichen und

terlüftung sowie ein außen liegender Sonnenschutz üblich war.

tierischen Lebens. Als direkter Energieträger nutzen die Men-

Damit verbunden war natürlich eine geringe Gebäudetiefe, so-

schen das Holz zum Heizen sowie durch die erdgeschichtliche

dass jeder Nutzer Zugang zur Fassade und somit zu Tageslicht

Umsetzung von Biomasse auch Öl und Kohle aus tieferen Zonen

und natürlicher Lüftung hat.

der Erdkruste.

Die Nachteile einer derartigen Bauweise sind hohe Raum-

Die direkte Nutzung der Sonnenenergie zum Heizen ist erst

temperaturen in Hitzeperioden, Windanfälligkeit des außen lie-

wenige Jahrhunderte alt, die Technologie der solaren Stromge-

genden Sonnenschutzes – speziell bei Hochhäusern oder in

winnung sogar nur wenige Jahrzehnte. Im Gebäude lässt sich die

windreichen Regionen –, Zugerscheinungen im Winter durch

Sonne als Motor ausgeklügelter Klimakonzepte und Erzeugung

die natürliche Lüftung, eine verminderte Tageslichtversorgung

natürlicher Luftbewegung zu nutzen.

bei geschlossenem Sonnenschutz und dadurch bedingt auch eine eingeschränkte Transparenz. Ausgeklügelte adaptive Fassadenkonzepte versprechen zumindest einige dieser Nachteile zu minimieren, sodass auch ohne Klimatisierung in der Regel ein hoher Nutzerkomfort erzielbar ist. Dieser lässt sich in sogenannten hybriden Gebäuden zusätzlich steigern, indem für extreme klimatische Situationen eine unterstützende Klimatisierung integriert wird. Nachfolgend wird eine kurze Übersicht über adaptive Fassaden gegeben. Um die Wirkprinzipien der Fassaden verständlich zu machen, werden grundlegende bauphysikalische Vorgänge vorausgehend erläutert.

1

Erdatmosphäre Die Erde wird von mehreren Luftschichten umhüllt, die Teile der Sonnenstrahlung filtern und gefährliche Strahlungsanteile von der Erde fernhalten. Die Energie, die von der Sonne ausgeht, ist in Relation zur benötigten Energiemenge unendlich. Bisher wird jedoch nur ein kleiner Teil davon genutzt.

A D A P T I V E FA S S A D E N

85

Licht

Wärme

Als Licht bezeichnet man den Teil der von der Sonne ausgestrahl-

Wärme oder Wärmemenge ist eine physikalische Größe und

ten elektromagnetischen Strahlung, der vom menschlichen Auge

beschreibt den Transport von thermischer Energie über eine

wahrgenommen werden kann (2). Dieser Bereich liegt zwischen

Systemgrenze hinweg. Wärme ist an diese Transportvorgänge

380 bis 780 nm Wellenlänge. Unterhalb dieses sichtbaren Wel-

gebunden und daher eine Prozessgröße, im Gegensatz zu einer

lenbereichs liegt die kurzwellige ultraviolette Strahlung, oberhalb

Zustandsgröße. Dabei wird thermische Energie immer vom Sys-

die langwellige Infrarotstrahlung. Erhöht man die Energie dieser

tem mit der höheren Temperatur in Richtung des Systems mit

langwelligen Strahlung, kann man sie bis zur schneidenden Kraft

der geringeren Temperatur übertragen (3). Trifft eine Wärme-

eines Laserstrahls nutzbar machen. Das menschliche Auge

strahlung wie die Strahlung der Sonne auf einen Körper, kann

nimmt die Reize und die Intensität des einfallenden Lichts als

diese teilweise durchgelassen (Transmission), teilweise reflektiert

Kontraste und Farben wahr.

(Reflexion) und teilweise absorbiert werden (Absorption). Wird nun die Wärmestrahlung in einem Körper absorbiert, erwärmt sich dieser. Die Wärme kann durch die verschiedenen Prinzipien des Wärmetransports weitergegeben werden. Innerhalb eines Stoffes spricht man von Wärmeleitung, innerhalb von fluiden Medien, zu denen auch die Luft gehört, kann sich die Wärme als sogenannte Konvektion ausbreiten. Dabei wird die erwärmte Luft durch Dichteabnahme leichter und steigt

0.01 nm

1.00 nm

100 nm

400 nm

1.00 mm

1.00 cm

1.00m

1.00 km

auf, es entsteht eine Luftbewegung. Als Strahlungswärme oder Radiation bezeichnet man den Wärmetransport als Strahlung von

700 nm

Körper zu Körper. Der Wärmefluss erfolgt immer vom höheren Temperaturniveau zum niedrigeren. Das Phänomen der Wärmestrahlung ist deutlich zu empfinden, wenn man die Wärme der Sonne auf der Haut wahrnimmt oder neben einer kalten Wand

2

ein Unbehagen spürt, da dem Körper Wärme entzogen wird.

lichtspektrum Nur ein kleiner Teil der Sonnenstrahlung kann vom menschlichen Auge als sichtbares Licht wahrgenommen werden. Das Strahlungsspektrum reicht von der ultravioletten Strahlung im kurzwelligen bis zur Infrarotstrahlung im langwelligen Bereich.

Konvektion

Reflexion Strahlung

Absorption

3

Wärmetransport Wärme kann auf verschiedene Weise übertragen werden, wobei die Energie je nach Material transportiert oder umgewandelt wird. Unterscheiden kann man die verschiedenen Transportmechanismen in Strahlung und Wärmeleitung.

Wärmeleitung

Transmission

Temperatur in ºC

86

A D A P T I V E FA S S A D E N

Strahlung

Glashauseffekt

Geschichte der adaptiven Fassaden

Mit den vorangegangenen Prinzipien kann man den Glashausef-

Bereits alte Bauernhäuser waren in Bezug auf die Energieein-

fekt beschreiben, der die Verwendung von Glas in der Architek-

sparung im Rahmen ihrer Möglichkeiten optimal ausgelegt. Die

tur zur Nutzung solarer Energie erklärt.

Wärme des untergestellten Viehs wurde genutzt, das Stroh und

Trifft kurzwellige Strahlung auf eine Glasscheibe, kann diese

Heu war nicht nur Streu und Futter sondern auch Dämmung.

das Glas durchdringen. Glas lässt diese Strahlung also transmit-

Den Energieverbrauch in Form von Feuerholz versuchte man

tieren; im Inneren trifft die Strahlung auf feste Körper wie Böden

möglichst gering zu halten. Die Fenster hatten Klappläden, die

oder Wände und wird durch diese absorbiert. Dabei erfolgt die

zur Nacht den Luftraum zwischen Klappladen und Glas als ther-

Umformung in langwellige Wärmestrahlung. Diese Wärmestrah-

mischen Puffer nutzten und somit bereits das Prinzip der zwei-

lung wird dann weiter an den Raum abgegeben (4). Das Glas ist

schaligen Fassade kannten (5).

jedoch für diese langwellige Strahlung undurchlässig, der Raum

Diese Bauweise ist bis heute im alpinen Raum erhalten. Das

heizt sich demzufolge weiter auf. Nach diesem „Einwegprinzip“

Prinzip der Doppelschaligkeit ist eines der meistverwendeten

von Glas, das wie ein selektiver Filter wirkt, lassen sich vielfältige

Funktionsprinzipien um sich im Bereich der Fassadenhülle ge-

Konzepte zur Erwärmung von Gebäuden und natürlicher Luftbe-

gen die äußeren Umwelteinflüsse zu schützen. Vor der Entwick-

wegung realisieren.

lung des Isolierglases setzte man ein zweites Fenster ein, um eine Pufferwirkung durch den entstehenden Zwischenraum zu erzielen. Dieses Kastenfenster (6) erzielt durch die Kombination zweier Einfachgläser eine erhöhte Isolierwirkung und kann an die jeweiligen Witterungsverhältnisse angepasst werden. Im Winter lässt man beide Fenster geschlossen, im Sommer kann man die Außenfenster aufstellen und von der guten Durchlüftung der Räume profitieren.

4

Glashauseffekt Da Glas kurzwellige Strahlung durchlässt, können sich Körper hinter der Glasebene durch Absorbieren der Strahlung aufheizen. Die kurzwellige Strahlung wird in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt, für die Glas undurchlässig ist. Der Raum erwärmt sich dadurch stetig.

5

historisches Fachwerkhaus Die Fenster lassen sich durch die Verwendung von Holzklappläden den Witterungsverhältnissen anpassen. Die Luftschicht zwischen Glas und Klappläden dient zur Wärmeisolierung.

A D A P T I V E FA S S A D E N

87

6

7

Kastenfenster-Prinzip Schematischer Aufbau eines Kastenfensters durch zwei unabhängig voneinander öffenbare Fenster.

Mur neutralisant Bereits Le Corbusier entwickelte die Idee einer klimaaktiven Fassade, die das Gebäude von den äußeren Einflüssen aktiv abschirmt, um in jeder Klimazone Behaglichkeit für den Nutzer zu erreichen.

Im Zeitalter der Moderne wurde zunehmend Glas eingesetzt, da-

Die Gedanken von Le Corbusier sind nie in ein zufriedenstel-

mit verschärfte sich aber auch das Problem der Auskühlung im

lendes Ergebnis überführt worden. Er war als Ideengeber seiner

Winter und der Überhitzung im Sommer. Bereits 1929 formulierte

Zeit weit voraus. Die „mur neutralisant“ kann heute als Vorläufer

Le Corbusier in „Feststellungen zu Architektur und Städtebau“ ein

der Abluftfassade gesehen werden, in der durch die Kombination

Konzept für eine Gebäudehülle mit positiver Auswirkung auf das

einer doppelschaligen Fassade und einer Klimaanlage das Klima

Innenklima (7). Er sprach dabei von der „mur neutralisant“: „Wir

der Nutzräume individuell und unabhängig vom Außenklima regu-

haben schon gesehen, dass diese neutralisierenden Mauern aus

liert werden kann.

Glas, aus Stein oder aus beiden Materialien (gemischt) gebaut

Während Le Corbusier das Ziel vor Augen hatte, mittels eines

sind. Sie bestehen aus zwei Membranen, die einen Zwischenraum

künstlichen Klimas in der Gebäudehülle den angrenzenden Raum

von einigen Zentimetern haben. [...] Durch diesen Membranzwi-

– unabhängig von den äußeren klimatischen Bedingungen – zu

schenraum leitet man in Moskau Heißluft, in Dakar Kaltluft. Ergeb-

temperieren, nutzen moderne Klimakonzepte den Fassadenzwi-

nis: auf diese Weise erreicht man, dass die Innenwand (die Innen-

schenraum, um eine Pufferwirkung zu erzielen. Im Fassadenraum

membrane) ständig eine Temperatur von 18° behält. Bitte sehr! [...]

stellt sich somit ein Zwischenklima zwischen innen und außen

Das Haus ist hermetisch abgedichtet! Kein Staub wird künftig

ein.

mehr eindringen. Keine Fliegen, keine Schnaken werden hereinkommen. Und kein Lärm!“ (Berlin und Frankfurt, 1964, S. 72)

88

A D A P T I V E FA S S A D E N

Ein weiteres Konzept definiert die Fassade als regulierende Schicht ähnlich eines Filters zwischen innen und außen, in der je nach klimatischen Erfordernissen ein Austausch der Medien durch die Fassade erfolgen kann. Ging die Idee der „mur neutralisant“ Le Corbusiers davon aus, dass man aktiv die Neutralisierung der Umwelteinflüsse zum Innenraum anstrebt, sollten diese Fassaden die Umwelteinflüsse nutzen und jeweils das Optimum für das Haus zur Verfügung stellen. Dieser Fassadentyp, der als Kollektorfassade bekannt ist, nutzt mit vorwiegend passiven Mitteln die Umweltenergien aus. Auch hier besteht innerhalb der Fassadenebene eine Pufferzone, die aber innerhalb der Außenschale in Kontakt mit dem Außenklima steht. Buckminster Fuller hatte bereits in den vierziger Jahren Konzepte entwickelt, bei dem er durch kuppelförmige Bauten als zweite Hülle allein mit passiven Mittel ein eigenes Mikroklima erzeugen wollte. Diese Hülle sollte nur durch die Nutzung von Wind und Sonne zur Kühlung, Lüftung und Heizung herangezogen werden. Ebenso wie Buckminster Fuller beteiligten sich auch Norman Foster und Frei Otto an den Überlegungen zu einer großen Klimahülle, die wie eine Käseglocke ein Mikroklima erzeugen sollte. Keines dieser visionären Konzepte wurde realisiert, sie trieben aber die Entwicklung der Solararchitektur der USA in den

8

Polyvalente Wand Mike Davies formulierte 1981 die Idee der polyvalenten Wand, bei der alle Funktionen der Fassade durch ein Element mit mehreren Schichten erfüllt werden sollten. Auch die erforderliche Energie sollte durch die Fassade bereitgestellt werden.

sechziger und siebziger Jahren voran. Diese umfasste vor allem ökologische Einfamilienhäuser, die im Selbstbau errichtet wurden und Solarfassaden und -kollektoren verwendeten. Mike Davies formulierte bereits 1981 als Mitarbeiter bei Richard Rogers und Partner in seinem Artikel „Eine Wand für alle Jahreszeiten“ die Idee einer polyvalenten Wand (8). Dabei sollten in einer Glasebene mehrere Funktionsschichten den Sonnenschutz und den Wärmeschutz gewährleisten und diese Funktionen selbsttätig nach Erfordernis regulieren. Die dafür erforderliche Energie sollte diese Wand selbst produzieren. Aus der Idee der polyvalenten Wand erwuchs der Begriff der intelligenten Fassade. Wenngleich die Frage der technischen Umsetzung nach wie vor nicht geklärt ist, bildet die polyvalente Wand für die Fassadentechnologie Vision und Ansporn zugleich und viele Wissenschaftler haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten damit beschäftigt. Mit der Ölkrise 1972 und der Erkenntnis der endlichen Ressourcen besann man sich auf die Möglichkeit, die Energie der auf die Fassadenflächen auftreffenden Sonnenstrahlung zu nutzen. Daraus resultierte die Bewegung des ökologischen Bauens in den achtziger Jahren. Die wichtigsten energiewirksamen Fassadentypen, auch als Kollektorfassaden bekannt, werden im Folgenden vorgestellt.

A D A P T I V E FA S S A D E N

89

Kollektorfassaden Trombewand

9

Die Trombewand (9) ist die einfachste Kollektorwand und nutzt den Glashauseffekt. Durch die an der Südseite angeordneten

Trombewand Die Trombewand nutzt den Glashauseffekt. Sonnenenergie, die durch das Glas einfällt, wird von der massiven dunklen Wand absorbiert und zeitverzögert je nach verwendetem Material an den Innenraum abgegeben.

Glasscheiben fällt das kurzwellige Sonnenlicht auf eine dunkle Absorptionsfläche (Absorber) – die sogenannte Trombewand – und wird dort absorbiert und in langwellige Wärmestrahlung umge wandelt. Die Wärme im Fassadenzwischenraum wird durch die Wand hindurch in den dahinter befindlichen Raum abgegeben. Je nach Bauart der Wand und deren Speicherfähigkeit kann die gewonnene Wärme relativ schnell oder bis in die späten Abendstunden verzögert abgegeben werden. Bringt man am Fuß und Kopf der Wand Öffnungen zum Raum an, kann die Raumluft aufgrund der thermischen Differenz im Fassadenzwischenraum zirkulieren (10). Die kalte Luft wird unten angesaugt, erwärmt sich im Zwischenraum und tritt am oberen Ende wieder in den Raum. Dieses Prinzip wird als Luftheizung bezeichnet. Bringt man in der äußeren Glasebene ebenfalls Öffnungsklappen

10

an, kann man durch die im Fassadenzwischenraum entstehende Luftzirkulation den Raum mit vorgewärmter Frischluft versorgen.

Belüftete Trombewand Bringt man in der Trombewand Lüftungsöffnungen an, kann eine zusätzliche Konvektion erreicht werden. Die Trombewand funktioniert dann auch als Luftheizung.

Eine Abluftführung ist nach diesem Prinzip ebenso an der Außenfassade möglich. Als Beispiel einer einfachen Trombewand kann man das Wohnhaus von Steve Baer in Arizona in den USA von 1973 nennen (11,12). Eine Wand aus (wassergefüllten) Ölfässern speichert tagsüber die Wärme der Sonne und wird raumseitig durch eine Klappe isoliert. Nachts werden die Außenklappen verschlossen und die Innenklappe geöffnet um die tagsüber gespeicherte Wärme an den Raum abzugeben.

11

12

Einfamilienhaus, Corrales, new Mexico, Steve Baer, 1973 Funktionsprinzip von Steve Baers Trombewand aus Ölfässern. Am Tage wird die Sonnenenergie in den wassergefüllten Ölfässern gespeichert. Nachts schließt man außen die isolierende Klappe und öffnet die innere Klappe, damit die Wärme an den Raum abgegeben wird.

Einfamilienhaus, Corrales Zu erkennen sind die Ölfässer in der geöffneten Fassade und die Seilzüge, mit denen die Klappen von innen bedient werden.

90

A D A P T I V E FA S S A D E N

Transparente Wärmedämmung In diesem Zusammenhang kann auch die transparente Wärme-

1 Parallel zur Glasebene wird das Licht durch stehende Luft-

dämmung (TWD) genannt werden. Anstelle der einfachen Glas-

schichten geleitet. Das Licht wird jeweils an den einzelnen Trenn-

ebene kann man TWD-Elemente (14) verwenden. Die TWD

stegen, die meist aus Polycarbonat oder Acrylglas bestehen, re-

wird dem Absorber (Trombewand) vorgelagert. Die Solarstrah-

flektiert und fällt dann in den Innenraum.

lung durchdringt die TWD und erhitzt den Absorber, während die TWD die Wärmeverluste nach außen minimiert. Um eine

2 Senkrecht zur Glasebene wird das Licht in waben- oder röhren-

sommerliche Überhitzung zu unterbinden, müssen jedoch Son-

förmigen Kunststoffelementen weitergeleitet. Ein Vorteil der

nenschutzvorrichtungen vorgelagert werden. Entwicklungen mit

senkrechten Ausrichtung ist die Bildung kleiner Luftvolumen, die

Prismengläsern versuchen die Reflexion der Sonnenstrahlen bei

den Dämmwert erhöhen.

hohem Sonnenstand (im Sommer) zu erreichen, um nur die Sonnenenergie in der Heizperiode bei tief stehender Sonne zu nut-

3 Geschlossenzellige Schüttungen oder Kammerstrukturen kom-

zen. In Verwendung mit einer Speicherwand sind die TWD-Ele-

men in Form von transluzenten Materialien wie Acrylschaumfül-

mente sinnvoll, um sich das Prinzip der Trombewand zunutze zu

lungen oder Salzhydraten zur Anwendung. Die Konvektion der

machen und eine Anpassung an die Jahreszeiten zu ermöglichen.

eingeschlossenen Luft wird dabei weitgehend unterbunden.

TWD-Elemente kann man auch direkt ohne dahinter liegende

Auch die Füllung mit leichten Glasfasermatten ist möglich.

Kollektorwand verwenden, um den Raum mit diffusem Licht zu belichten und gleichzeitig den Wärmeschutz zu verbessern.

4 Fast homogene Strukturen können durch mikroskopisch feine

Transparente Wärmedämmung gibt es in verschiedenen Wir-

Materialien wie Aerogel erzeugt werden. Aerogel besteht aus

kungsarten, wobei sich die geometrische Anordnung der TWD-

2-5% Silikat und aus 95-98% aus Luft; das leicht poröse Mate-

Schicht differenziert gestaltet. Alle TWD-Elemente erhöhen die

rial wird auch „solid smoke“ genannt, da es an erstarrten Rauch

Wärmeisolierung und lassen dabei je nach Konstruktionsart dif-

erinnert (13).

fuses Licht in den Raum. Um die verwendeten Materialien zu schützen, werden sie sämtlich zwischen zwei Glasscheiben eingelegt. Man unterscheidet vier Anwendungen (15).

13

14

Aerogel Aerogel wurde bereits um 1950 von der NASA entwickelt und ist ein sehr guter thermischer Isolator. Durch den hohen Anteil an Luft von ca. 95 -98 % ist es extrem leicht. Wegen seiner Anmutung nennt man es auch „solid smoke“.

Übliche TWD-Elemente Zu sehen sind parallele und senkrechte Strukturen, Glasfasergelege und Aerogel in kleinteiliger Strukturform.

15

Struktur TWD-Elemente TWD-Elemente lassen sich aufgrund ihrer Wirkungsweise in vier Gruppen aufteilen: 1 Parallel zur Glasebene 2 Senkrecht zur Glasebene 3 Kammerstrukturen 4 Fast homogene Strukturen

A D A P T I V E FA S S A D E N

91

Abluftfassaden Abluftfassaden bestehen aus einem mehrschaligen Fassaden-

belüftet werden. Aufgrund der geschlossenen Außenhaut er-

aufbau, unterscheiden sich aber von den Doppelfassaden, da

reicht dieser Fassadentyp gute Schallschutzwerte. Als einfache

sie zur Luftbewegung eine mechanische Lüftung benötigen (17).

Variante ist eine Abluftfassade möglich, die auf die innere Glase-

Häufig wird die raumseitige Schale als Einfachverglasung oder

bene verzichtet und nur den Zwischenraum zwischen Isolierglas-

als textiles Rollo ausgeführt. Der Abschluss nach außen wird mit

scheibe und Sonnenschutzstore als luftführenden Zwischenraum

einer Isolierverglasung vorgenommen. Die Raumabluft wird über

nutzt. Bekannte Gebäude mit einer Abluftfassade sind das New

Lüftungsöffnungen mechanisch durch den Fassadenzwischen-

Parliament Building in London von Michael Hopkins und Partner

raum gezogen. Die Luft kann in zwei Richtungen geführt werden,

(18) und das ebenfalls in London von Richard Rogers geplante

von unten nach oben oder von oben nach unten. Die Abluft wird

Lloyd’s Building (16). Beim New Parliament kann man die Luft-

dann über ein Kanalsystem mit der Möglichkeit der Wärmerück-

führung in der Fassade bis über das Dach in großen Kaminen

gewinnung zentral, meist über das Dach, abgeführt. Die Wärme,

deutlich verfolgen. Beim Prisma-Gebäude in Frankfurt von Auer

die im Scheibenzwischenraum durch die Erwärmung des dort

+ Weber + Partner 2001 wird hingegen die Abluftfassade als

befindlichen Sonnenschutzes entsteht, wird durch die Lüftungs-

Solarkamin verwendet; die Abluft wird über den Fassadenraum

anlage abgesaugt. Da im Fassadenzwischenraum ständig eine

abgezogen. Diese Lösung stellt somit eine Abwandlung der Ab-

Schicht erwärmter Raumluft zirkuliert, erhöht sich die Behaglich-

luftfassade mit natürlicher Lüftung dar. (In konstruktiver Hinsicht

keit in Fassadennähe. Dieser Komfortzugewinn wird häufig dafür

handelt es sich allerdings um eine Doppelfassade.)

genutzt, eine dichtere Anordnung der Arbeitsplätze an der Fassade zu ermöglichen. Die Abluftfassade schließt meist natürliche Lüftung aus und das Gebäude muss das ganze Jahr mechanisch

16

lloyd’s Building, london, Richard Rogers, 1986 Beim Lloyd´s Building von Richard Rogers ist die Abluftführung deutlich durch die aufgesetzten Lüftungskanäle zu erkennen.

92

A D A P T I V E FA S S A D E N

Doppelfassaden Doppelfassaden setzen sich aus konstruktiver Sicht aus drei Funktionsschichten zusammen. Die Außenfassade wird meist als Einfachverglasung erstellt. Ein Fassadenzwischenraum trennt sie von der Innenverglasung, die den Raumabschluss bildet und meist mit Isolierglas ausgeführt wird. Je nach konstruktiver Ausführung variiert der Abstand der Innen- und Außenfassade voneinander. Um den Effekt der thermischen Pufferzone im Fassadenzwischenraum nutzen zu können, werden je nach Lüftungsprinzip wahlweise in der Außen- oder in der Innenfassade oder in beiden Fassadenschichten Lüftungsöffnungen angebracht. Die Luft im Fassadenzwischenraum erwärmt sich durch die solare Einstrahlung und dient somit als Puffer gegenüber dem Innenraum. Die erwärmte Luft kann aufgrund der Temperaturdifferenzen als Motor der natürlichen Belüftung des Innenraumes oder des Fassadenzwischenraumes genutzt werden. 17

Abluftfassade Bei der Abluftfassade wird über eine zentrale Klimaanlage die Raumluft über den Fassadenzwischenraum abgesaugt. Die Temperatur in diesem Zwischenraum sinkt daher nur gering gegenüber der Raumtemperatur und erhöht den Komfort in Fassadennähe.

Doppelfassaden sind am besten geeignet, um den Innenraum vor Lärmquellen wie etwa stark befahrenen Straßen zu schützen. Im Detail muss man jedoch in der Verwendung als Schallschutzmaßnahme die verschiedenen Konstruktionsvarianten prüfen. Bei Hochhäusern müssen bei einschaligen Fassaden die Sonnenschutzelemente bei starkem Wind zum Schutz vor Zerstörung hochgezogen werden. Das bedeutet aber auch, dass die Sonnenschutzelemente dann nicht den angrenzenden Raum vor Überhitzung schützen können. Daher eignen sich durch die Möglichkeit, Sonnenschutzelemente im Fassadenzwischenraum windgeschützt unterzubringen, Doppelfassaden besonders für hohe Gebäude. Doppelschalige Fassaden kann man nach der Luftführung im Fassadenzwischenraum in vier Hauptgruppen einteilen: Bei der Kastenfenster-Fassade zirkuliert die Luft nur innerhalb eines Fassadenelementes. Bei der Schacht-Kasten-Fassade steigt die Luft in vertikalen Schächten entlang der Fassade nach oben und nimmt die Abluft der angrenzenden Fassadenelemente mit. Bei der Korridorfassade zirkuliert die Luft im Fassadenzwischenraum horizontal auf Geschossebene. Bei der Zweite-Haut-Fassade zirkuliert die Luft über die gesamte Fassadenfläche im unsegmentierten Fassadenzwischenraum.

18

new Parliament Building, london, Michael hopkins, 2000 Bei der Abluftfassade des New Parliament Building lässt sich die Abluftführung deutlich bis über das Dach zu den Abluftkaminen verfolgen.

A D A P T I V E FA S S A D E N

93

Kastenfenster-Fassade Die Kastenfenster-Fassade basiert auf dem Prinzip des Kasten-

Als Beispiel für eine Kastenfenster-Fassade ist das Hochhaus

fensters ist aber als geschosshohe Fassade ausgebildet (19).

von Hans Kollhoff am Potsdamer Platz (20) zu nennen, das je-

Die Fenster im Innenraum können zum Lüften in den Fassaden-

doch nicht geschosshoch, sondern mit Kastenfenstern in der

zwischenraum geöffnet werden. Die Außenfassade enthält je-

Lochfassade aus Klinkerstein-Fertigteilen ausgeführt wurde (21).

weils Öffnungen für Zu- und Abluft. Durch die horizontale sowie

Die äußere Verglasung kann zu Reinigungszwecken geöffnet

vertikale Abschottung gegenüber den Nachbarelementen ist ein

werden. Zur Durchlüftung ist oben und unten ein Spalt ange-

optimaler Schallschutz auch zu den angrenzenden Büroräumen

ordnet, wobei der obere Spalt durch vertikales Verschieben des

gewährleistet. Geruchsbelästigungen und Brandüberschlag sind

Außenfensters geschlossen werden kann, um während der Heiz-

bei richtiger Ausführung der Schotten planerisch gut lösbar.

periode den Kollektoreffekt im Zwischenraum besser zu nutzen.

Durch das Versetzen der Zu- und Abluftöffnungen kann der thermische Kurzschluss, bei dem die Abluft der unteren Elemente in die Zuluftöffnungen der darüber angeordneten strömt, vermieden werden.

20

Daimler-Chrysler-hochhaus, Potsdamer Platz, Berlin, hans Kollhoff, 1999 Das Daimler-Chrysler-Gebäude am Potsdamer Platz in Berlin ist mit Kastenfestern ausgestattet.

94

19

21

Kastenfenster-Fassade Die Kastenfenster-Fassade ist vom Prinzip des Kastenfensters abgeleitet. Durch die Abschottung sowohl in vertikaler und horizontaler Richtung eignen sich Kastenfenster-Fassaden besonders für den Schallschutz sowohl für Außenlärm als auch gegen Lärmquellen angrenzender Büroräume.

Daimler-Chrysler-hochhaus, Berlin Die Kastenfenster erreichen über die Außenfenster eine Anpassung an das Klima. Dazu werden die Außenfenster vertikal verschoben und somit die Lüftungsspalte im oberen Bereich geschlossen oder geöffnet. Durch diese Funktion erzielt man im Winter eine bessere Pufferung und im Sommer eine bessere Durchlüftung.

A D A P T I V E FA S S A D E N

Schacht-Kasten-Fassade Schacht-Kasten-Fassaden sind aus der Konstruktionsweise

Aufgrund der klaren Führung der Abluft in Schächten müssen

der Kastenfenster-Fassade abgeleitet (22). Kastenfenster und

in der Außenfassade weniger Öffnungen platziert werden, was

Schachtelement wechseln sich ab, die Schachtelemente führen

sich auf den Schallschutz positiv auswirkt. Da der Kamineffekt mit

dann über mehrere Geschosse. Die Vertikalschächte sind jeweils

steigender Höhe zunimmt, sollte man die Höhe begrenzen.

geschossweise über Überströmöffnungen mit den Kastenfenstern

Dieser Fassadentyp ist somit für niedrigere Bauten geeignet.

verbunden und leiten aufgrund der Kaminwirkung die erwärmte

Das Photonikzentrum in Berlin-Adlershof, von Sauerbruch Hutton

Luft aus den Fassadenzwischenräumen über Öffnungen am Ele-

Architekten (23) geplant, ist ein Beispiel für diesen Fassadentyp.

mentkopf durch den Schacht nach außen. Eine mechanische

Die gebäudehohen Schächte werden vom Tragwerk gebildet und

Absaugung der Luft aus dem Fassadenzwischenraum ist möglich,

leiten die verbrauchte Abluft über Lamellenfenster am oberen Ge-

aber aufgrund der benötigten Ventilatorleistung sehr energie-

bäudeabschluss ab. Beim ARAG Tower in Düsseldorf (24, 25),

intensiv und daher in der Regel unwirtschaftlich. Die geringe

in Kooperation von RKW Architektur + Städtebau mit Foster and

Durchlüftung im Winter erhöht die Pufferwirkung, führt jedoch

Partners geplant, wurde eine Schacht-Kasten-Fassade verwen-

dazu, dass bei geöffneter innerer Fassade die äußere Glasscheibe

det, die in vier Stapeln von je sieben Geschosseinheiten zusam-

(von innen) beschlagen kann.

mengefasst wurde und somit die Länge des gesamten Schachtes auf ein Viertel reduziert, um die Sogwirkung gering zu halten.

23

22

Schacht-Kasten-Fassade Die Schacht-Kasten-Fassade setzt sich aus Kastenfenster-Elementen und Abluftschächten zusammen, die jeweils im Fassadenlayout abwechselnd angeordnet sind. Durch die Kaminwirkung in den Schächten wird die Abluft aus den Kastenfenstern natürlich abgesaugt und über Dach abgeführt.

Photonikzentrum, Berlin-Adlershof, Sauerbruch hutton Architekten, 1998 Die Lüftungsschächte werden am Fassadenkopf über Lamellenlüfter entlüftet. Deutlich zu sehen sind die Öffnungen in den Betonstützen, über die Luft zirkulieren kann, der innen liegende Sonnenschutz und die Innenfassade.

A D A P T I V E FA S S A D E N

95

Korridorfassaden Bei Korridorfassaden wird die Luft geschossweise geführt (26). Vereinzelt werden aus brandschutztechnischen Gründen oder zum Schallschutz vertikale Schotten eingesetzt, da die Schallübertragung zu den benachbarten Räumen über den Fassadenzwischenraum stattfinden kann. Die Zuluftöffnungen befinden sich in Boden- und Deckennähe (29), wobei diese versetzt angeordnet werden, um einen thermischen Kurzschluss von Zu- und Abluft zu vermeiden. Aufgrund der Abschottung in jedem Geschoss wird eine thermische Überhitzung, die bei der Luftführung über mehrere Geschosse schnell bei den oberen Geschossen auftreten kann, wirkungsvoll vermieden. Dieser Korridor ist begehbar und wird häufig so breit ausgeführt, dass er auch als Reinigungsbalkon genutzt werden kann. Der Luftzwischenraum wird über Öffnungen in Höhe der Geschossdecke be- und entlüftet. Motorisch steuerbare Klappen können die Luftströmung regulieren. 24

ARAG Tower, Düsseldorf, RKW Architektur + Städtebau mit Foster and Partners, 2000 Die Schacht-Kasten-Fassade ist in vier Stapeln von jeweils sieben Geschossen zusammengefasst. Durch die Trennung in vier Zonen kann die Luftbewegung innerhalb der Abluftschächte begrenzt werden.

96

Als Beispiel ist das Düsseldorfer Stadttor (27, 28) zu nennen, bei dem eine Korridorfassade mit einem Zwischenraum von bis zu 1,40 m geplant worden ist.

25

26

ARAG Tower, Düsseldorf Deutlich sind die vertikal durchlaufenden Abluftschächte an den Lichtreflexionen zu erkennen. Nach jeweils einem Schacht folgen zwei Kastenfenster-Elemente.

Korridorfassade Die Korridorfassade führt die Luft innerhalb des Fassadenzwischenraumes jeweils geschossweise. Im Deckenbereich werden jeweils versetzt Zu- und Abluftöffnungen angeordnet, um einen thermischen Kurzschluss der verbrauchten Abluft zu vermeiden.

A D A P T I V E FA S S A D E N

27

Stadttor Düsseldorf, Petzinka Pink und Partner, 1998 Bei dieser Korridorfassade sind deutlich die Lüftungslamellen im Bereich der Geschossdecken und der tiefe Fassadenzwischenraum sowie der innen liegende Sonnenschutz zu erkennen.

28

29

Stadttor Düsseldorf Erkennbar sind der breite begehbare Fassadenzwischenraum, die Lüftungsschlitze auf Geschossdeckenhöhe und die Innenfassade.

Stadttor Düsseldorf Detailaufnahme der Zuluftklappe des Fassadenzwischenraumes. Hinter der Außenfassade lässt sich deutlich das Lüftungsgitter erkennen, durch das die Zuluft einströmen kann.

A D A P T I V E FA S S A D E N

97

Zweite-Haut-Fassaden Zweite-Haut- oder Mehrgeschossfassaden gliedern den Fassa-

Zweite-Haut-Fassaden kann man im klassischen Hochbau als

denzwischenraum nicht, sondern bilden mit der Außenfassade

Pufferfassade mit geringem Abstand sowie in der Verwendung

eine gebäudeumhüllende Luftschicht als Puffer vor der Innenfas-

als große umspannende Klimahülle mit sehr großen Abständen

sade (30). Die Räume werden oft mechanisch be- und entlüftet.

zu den eingestellten Gebäuden vorfinden. Der Fassadenzwi-

Der Zwischenraum kann dabei als Zu- oder Abluftführung die-

schenraum kann dabei in der Tiefe variieren bis hin zu seiner

nen. Die Außenfassade wird über boden- und dachnahe Öffnun-

vollkommenen Auflösung, wobei eine raumbildende Außenhülle

gen belüftet. Im Winter können diese geschlossen werden, um

entsteht. Bei schwacher Hinterlüftung im Winter erhöht sich die

den Glashauseffekt zu nutzen und eine Erhöhung des Wärme-

Pufferwirkung, die Gefahr der Kondensatbildung auf der Innen-

schutzes zu erwirken. Im Sommer werden die Fassadenklappen

seite der Außenfassade steigt aber im gleichen Maß. Da sich

geöffnet, um thermische Überhitzung zu vermeiden. Durch die

Frisch- und Abluft im Fassadenzwischenraum mischen, nimmt

geringe Anzahl der Belüftungsöffnungen ist ein guter Schall-

die Luftqualität über die Stockwerke ab. Um diese Probleme zu

schutz nach außen gewährleistet, bringt aber innerhalb der Fas-

vermeiden, besteht die Möglichkeit, die Doppelfassade im Winter

sade die Gefahr der Schallübertragung von Raum zu Raum mit

als Zuluftfassade und im Sommer als Abluftfassade zu nutzen,

sich. Brandschutztechnisch ist diese Lösung ebenfalls kritisch

wie es zum Beispiel im Prisma-Gebäude in Frankfurt von Auer +

zu betrachten, da sich der im Brandfall entstehende Rauch über

Weber + Partner (31, 32) realisiert worden ist.

den Fassadenzwischenraum schnell verteilt.

31

Prisma-Gebäude, Frankfurt, Auer + Weber + Partner, 2001 Diese Doppelfassade dient im Sommer als Abluftfassade und im Winter der Zuführung von Zuluft.

30

Zweite-haut-Fassade Bei der Zweite-Haut-Fassade umgibt die Innenfassade eine unsegmentierte, das gesamte Gebäude umhüllende zweite Glasebene. Da nur in Boden- und Dachnähe Zu- und Abluftöffnungen angeordnet sind, ist eine gute Schallisolierung gegenüber Außenlärm realisierbar.

98

A D A P T I V E FA S S A D E N

Als weiteres Beispiel ist das Doppel-XX Bürohochhaus von Bothe Richter Teherani (34) in Hamburg zu nennen, bei dem sich das Gebäude innerhalb der Außenfassade zurückzieht und somit große Atrien bildet, die sich als begrünte Freiflächen in den Grundrissen abbilden. Die Gärten dienen als Kommunikationszonen. Ein Haus-in-Haus-Prinzip verfolgt die Fortbildungsakademie Mont Cenis in Herne von Jourda & Perraudin (33), in der einzelne Bauten in eine große Glashalle eingestellt wurden. Durch das große Volumen, das die Gebäude umschließt, soll sich ganzjährig ein mildes Klima einstellen.

33

Akademie Mont Cenis, herne, Jourda & Perraudin, 1999 Die Fortbildungsakademie wird durch eine große Glashalle umspannt, die als Pufferzone für die eingestellten Gebäude wirkt. Das Innenraumklima kann über das gesamte Jahr durch das große Volumen konstant eingestellt werden.

32

Prisma-Gebäude, Frankfurt Der Fassadenzwischenraum der Doppelfassade ist begehbar; deutlich zu erkennen sind die Fassadenklappen mit den Betätigungsarmen zum Öffnen der Fassade.

34

Bürohochhaus Doppel-XX, hamburg, Bothe Richter Teherani, 1999 Die Zweite-Haut-Fassade umhüllt das gesamte Gebäude. Wo sich die Innenfassade – bedingt durch die Geometrie des Grundrisses – von der Fassade trennt, entstehen klassische Fassadenzwischenräume bis hin zu großen Atrien.

A D A P T I V E FA S S A D E N

99

Wechselfassade

Komponentenfassade

Doppelfassaden sind mittlerweile in großer Zahl gebaut worden,

Betrachtet man die technologische Entwicklung der Fassaden,

viele sind dokumentiert und als technische Innovationen darge-

die immer schon raumseitig mit Heizungen ausgestattet wurden,

stellt worden. Mittlerweile kennt man das Potenzial dieser Fas-

und den technologischen Fortschritt der immer kleiner werdenden

saden und weiß um die Probleme bei bestimmten Standorten

dezentralen Klima- oder Lüftungsmodule, erscheint es logisch,

oder Nutzungen. Als Weiterentwicklung dieser Fassaden hat

diese Komponenten innerhalb eines Fassadenmoduls zu integrie-

man Doppelfassaden mit einschaligen Fassaden zu sogenannten

ren. Aus Sicht des Bauablaufs bietet die Integration möglichst

Wechselfassaden kombiniert (35). Durch die Kombination die-

vieler Komponenten in die Fassade Vorteile. In der industriellen

ser zwei bekannten Konstruktions- und Funktionsprinzipien ist es

Fertigung von Fassadenmodulen ist es ohne Probleme möglich, in

möglich, eine optimale Anpassung an die jeweiligen Anforderun-

hoher Präzision weitere Komponenten zu integrieren, diese wer-

gen zu erreichen. In manchen Fällen werden Wechselfassaden

den dann in gewohnter Weise als Elementfassaden am Rohbau

auch Hybridfassaden genannt, hybrid (griech. = aus zwei Rich-

montiert und verkürzen dadurch Montagezeit von Haustechnik-

tungen kommend) beschreibt die technologische Herkunft.

komponenten im Rohbau.

Da die doppel- und einschaligen Fassadenbereiche jeweils

Mittlerweile sind in Komponenten- oder Integralfassaden (38),

abwechseln (36), kann man im Winter vorgewärmte Luft aus dem

wie sie auch genannt werden, die Funktionen Heizen, Kühlen, Lüf-

Fassadenzwischenraum der Doppelfassade ziehen, um die Büros

ten, aber auch Lichtlenkung, Verschattung, Integration von Kunst-

mit vortemperierter Frischluft zu versorgen und so den Lüftungs-

lichtleuchten bis hin zur Erzeugung von Strom über Solarpaneele

wärmebedarf reduzieren. Im Sommer kann über die einschaligen

möglich. Eine Kombination nach dem Baukastenprinzip lässt den

Bereiche der Fassade eine natürliche Belüftung erzielt werden,

Planern die Möglichkeit, Fassaden individuell nach Erfordernis

da die stark erwärmte Zuluft aus der Doppelfassade zum Pro-

zu gestalten.

blem werden kann. Die Fassadenzwischenräume in den doppelschaligen Bereichen können durch Öffnen von Lüftungsklappen durchlüftet werden, um den angrenzenden Raum nicht weiter aufzuheizen. Wechselfassaden sind sowohl in geschosshohen Fassaden sowie in Band- oder Lochfassaden zu realisieren.

100

35

36

Wechselfassade Die Wechselfassade vereint Doppelfassade und Einfachfassade. Im Sommer kann direkt über die einschaligen Fassadenelemente gelüftet werden, um einer Überhitzung durch die Doppelfassade entgegenzuwirken. Im Winter kann man vorgewärmte Luft aus dem Fassadenzwischenraum der doppelschaligen Bereiche ziehen und dadurch den Heizwärmebedarf senken.

Debitel-hauptverwaltung, Stuttgart, RKW Architektur + Städtebau, 2002 Den einschaligen Bereichen dieser Wechselfassade ist ein Wetterschutzgitter vorgelagert, das es ermöglicht, die Fenster zur Nachtauskühlung geöffnet zu lassen. Die im Foto gläsern wirkenden Bereiche sind als Doppelfassade ausgebildet.

A D A P T I V E FA S S A D E N

Durch die große Anzahl der dezentralen Klimaeinheiten steigt der

Betrachtet man die verschiedenen Typen adaptiver Fassaden, die

Wartungsaufwand gegenüber einer zentralen Klimaanlage, eben-

in den letzten Entwicklungsschritten immer speziellere Funktio-

so ist der Aufwand der Steuerungstechnik umfangreicher. Dem-

nen und Komponenten beinhalten, lässt sich erkennen, dass die

gegenüber stehen Einsparungen an Technikzentralen, Schächten

Fassaden immer komplexer und kleinteiliger werden. Sind in den

und Kanälen sowie einer minimierten Geschoßhöhe, da eine hori-

Anfängen viele Innovationen im Bereich des physikalisch Mach-

zontale Luftführung in der Regel entfällt. Aufgrund des individuell

baren erreicht worden, wie die Möglichkeiten der natürlichen

regelbaren Raumklimas und der Luftqualität wird außerdem ein

Luftführung in Doppelfassaden, so zeichnet sich in den letzten

erhöhter Komfort erzielt.

Entwicklungen ein deutlicher Zuwachs an haustechnischen Kom-

Die Fassade des Capricorn Hauses im Medienhafen Düssel-

ponenten in die Fassade ab.

dorf von Gatermann + Schossig (37) stellt ein gutes Beispiel dieses Fassadenprinzips dar. Die realisierte Fassade integriert in geschlossenen Fassadenbereichen dezentrale Klimamodule, die die Funktionen Kühlen, Heizen, Lüften und Klimatisieren übernehmen. In den Modulen ist ebenfalls eine Wärmerückgewinnung installiert, die der warmen Abluft die Energie entzieht, um die zugeführte Frischluft wieder vorzuwärmen. Weiter sind in den Oberlichtbereichen tageslichtlenkende Lamellen eingesetzt, um den Tageslichtanteil im Raum zu erhöhen; für die Beleuchtung sind in den Fassadenelementen Leuchten eingesetzt, die indirekt und direkt das Licht in den Raum bringen.

38

37

Komponentenfassade In einer Komponentenfassade werden vielfältigste Elemente der Haustechnik integriert. Der Bauablauf kann auf diese Weise verkürzt werden, da eine industrielle Fertigung der Fassadenelemente auch den Einbau weiteren Komponenten beinhalten kann.

Capricorn haus, Düsseldorf, Gatermann + Schossig, 2006 Die Komponentenfassade des Capricorn Hauses hat integrierte Klimamodule hinter den nicht transparenten Bereichen der Fassade, über die sich die Räume individuell klimatisieren lassen.

A D A P T I V E FA S S A D E N

101

7 | Beispiele Konzept

hinterlüftete Fassade

Concept Car – Concept House! Das Concept House auf dem RDM Campus im Rotterdamer Süden ist ein Versuchsgebäude,

Projekt | Concept House, RDM Campus

das vom Lehrstuhl Produktdesign der TU Delft entwickelt wurde.

Ort | Rotterdam

(Der RDM Campus befindet sich auf dem Gelände der ehema-

Fertigstellung | 2012

ligen Schiffswerft Rotterdamsche Droogdok Maatschappij und

Bauherr | TU Delft

bezieht daher seinen Namen.) Ziel war es, ein Bausystem für

Architekt | TU Delft

eine Urbane Villa mit vier Etagen und jeweils vier Wohnungen

Tragwerksplanung | TU Delft

pro Etage zu entwickeln, welches als einfaches Plug-and-Play-

Haustechnik | TU Delft

System eine schnelle Montage ermöglichen sollte. Hierbei

Fassadenplanung | TU Delft

wurden durch eine sorgfältige Planung und vorherige Koordination alle wesentlichen Funktionen des Gebäudes in einzelne Komponenten aufgeteilt und integriert, die dann als vorgefertigte Bau ele mente vor Ort zusammengefügt werden können. Des Weiteren ist Energieneutralität durch Photovoltaik-Nutzung auf den Dachflächen vorgesehen.

1

2

Concept house Die ausgeführte Wohneinheit, Modul für einen größeren Wohnungsbau, ist aufgeständert.

Fassadenansicht Fassade des Versuchsgebäudes mit Faltschiebewand

102

B E I S PI E LE

Fassade Das auf dem Rotterdamer Versuchsgelände ausgeführte Projekt

Bei der Fassade handelt es sich um eine als Fertigteil-System

(1) enthält eine Wohnung mit einem Wohnraum mit Küche, zwei

entwickelte modulare Holzskelettkonstruktion, in welche Holz-

Schlafräumen und dem Sanitärbereich. Da modular entwickelt

fenster eingesetzt wurden. Die Stirnseite zum Wohnbereich

und auf einfachen Transport ausgelegt, besteht der Baukörper

wurde mit einer verglasten Faltschiebewand als Holz-Aluminium-

aus einer Skelettkonstruktion aus Holz mit dämmender Ausfa-

System geschlossen (2). Die Holzskelettkonstruktion besteht aus

chung und einer hinterlüfteten Fassade. Um den Eindruck eines

einer Holzständerkonstruktion (TGI-Träger) mit einer Zellulose-

Moduls für den gesamten späteren Wohnungsbau zu unterstüt-

dämmung, die nach innen mit einer OSB-Platte bekleidet wurde.

zen, ist das ausgeführte Projekt, das nur aus einer Wohneinheit

In Teilen ist eine zusätzliche Installationsebene aus Gipskarton

besteht, auf Stützen aufgeständert. Ein Überseecontainer über-

aufgebracht, um die dampfdichte Ebene nicht mit den Elektroin-

nimmt in diesem Prototyp die Funktion der Kellerräume.

stallationen zu durchdringen. Die äußere Schichtenfolge besteht aus einer Holzwerkstoffplatte, einer diffusionsoffenen Windsperre und einem 70 mm tiefen Verkleidungssystem aus Aluminiumschienen und einer keramischen Verkleidung, die hinterlüftet ist (3). Die keramische Verkleidung, die die Bauteilfugen übergreift, wurde gewählt, um den modularen Charakter des Gebäudes nicht nach außen zu tragen. Sie wird nach der Installation der Fertigteile vor Ort montiert (4).

3

Konstruktion der keramischen Verkleidung Die hinterlüftete keramische Verkleidung wird durch eine Unterkonstruktion getragen.

4

Eckbereich der Fassade Ecklösung der hinterlüfteten Fassade mit keramischen Fliesen auf einer Unterkonstruktion aus horizontalen und vertikalen Aluminium-Trägerprofilen

B E I S PI E LE

103

Der Aufbau der Holzskelettkonstruktion kann anhand der Übersichtsisometrie (5) erläutert werden. Hierbei handelt es sich um die bereits beschriebene Ständerkonstruktion aus TGI-Trägern, die als vertikale Ständer fungieren. Der Fuß- und Kopfpunkt des Systems ist mit Holzbohlen ausgeführt, um einen einfachen Anschluss herzustellen und die sichere Einleitung der Kräfte von oben zu gewährleisten. Die innere Konstruktion erfolgt über die auf die Ständer aufgebrachten OSB-Platten, die auch die dampfdichte Ebene bilden. Die mittlerweile im Holzbau übliche innere Installationsebene aus Gipskarton erlaubt es, ohne Durchdringung der Dampfsperre im Zwischenraum von 35 mm Elektroinstallationen auszuführen. Als Dämmung wurde Zellulose gewählt und in einer Stärke von 25 cm ausgeführt (6).

5

Isometrie der holzskelettkonstruktion Aufbau der Fassade aus geschosshohen Holzpfosten, der eingelegten Dämmung sowie der inneren Schichtenfolge aus OSB und der äußeren Holzwerkstoffplatte mit Windsperre. Geschlossen wird die Fassade außen mit einer hinterlüfteten keramischen Verkleidung.

6

7

Explosionsisometrie der holzskelettkonstruktion Deutlich zu erkennen sind die einzelnen Schichten der Holzskelettkonstruktion. Von innen nach außen: Gipskarton, Konterlattung, OSB-Platte als Dampfsperre, Holzskelett aus TGI-Trägern mit Dämmung, Holzwerkstoffplatte, Windsperre, vorgehangene hinterlüftete Fassadenverkleidung mit Aluminium-Unterkonstruktion und Fassadenplatten.

Detail der keramischen Verkleidung Die Fixierung der der äußeren Hülle erfolgt über spezielle Anker, die mittels Hinterschnittdübeln an der keramischen Verkleidung fixiert sind.

104

B E I S PI E LE

Die äußeren Ebenen bestehen aus einer Holzwerkstoffplatte, der diffusionsoffenen Windsperre und dem vorgehangenen hinterlüfteten Fassadensystem. Dieses besteht aus einer vertikalen Unterkonstruktion und horizontalen Trägerprofilen aus Aluminium, in welche die einzelnen keramischen Fliesen eingehängt werden. Die Befestigungspunkte hinter den Fassadenplatten, die mittels Hinterschnittankern unsichtbar in die horizontale Schiene eingehangen werden können, erlauben eine präzise Einstellmöglichkeit, die Toleranzen aufnimmt und ein exaktes Fugenbild gewährleistet (8, 10). Der Aufbau der keramischen Verkleidung wird in der Explosionsisometrie (9) deutlich. Die äußere hinterlüftete Verkleidung besteht aus keramischen Fliesen, einem Feinsteinzeug, das als durchgefärbtes Material auch bei kleinen Beschädigungen keine Farbveränderung in der Oberfläche aufweist. Sie sind mittels speziell ausgeführter Anker an der Unterkonstruktion fixiert. Die Fliesen selbst sind mit Hinterschnittdübeln (in der Fliese konisch ausgeführte Bohrungen) gehalten. Um Toleranzen auszugleichen, 8

sind die oberen Anker mit Ausgleichsschrauben versehen. Der untere Anker hat genügend Spiel, um bei thermischer Ausdeh-

Isometrie des Fassadendetails Aufbau der Holzständerkonstruktion mit innerem Holzpfosten, den einzelnen Schichten und der äußeren Verkleidung

nung keine Spannungen in die einzelnen Fliesen einzubringen

9

10

Explosionsisometrie des Fassadendetails Geometrische Auflösung des Knotens mit den einzelnen Schichten der Konstruktion, bestehend aus der tragenden Unterkonstruktion, der Dammschicht, einer inneren OSB-Platte sowie der äußeren Holzwerkstoffplatte mit Windsperre und der hinterlüfteten Verkleidung

Anschluss Fenster Anschlussbereich der Fenster mit bereits montiertem Fenster und hinterlüfteter Verkleidung

(7).

B E I S PI E LE

105

Massive Fassade

Konzept Im Hafen von Duisburg entstand als Umbau eines bestehenden

Projekt | Landesarchiv Nordrhein-Westfalen

Speichergebäudes aus den 1930er Jahren das Landesarchiv

Ort | Duisburg

Nordrhein-Westfalen. Im Zentrum des Entwurfs steht der 75 m

Fertigstellung | 2012

hohe Archivturm, welcher auf 21 Geschossen das Archiv enthält.

Bauherr | Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW

Dieser wurde in den Bestand integriert und überragt das alte

Architekt | Ortner & Ortner Baukunst

Speichergebäude (1).

Tragwerksplanung | office for structural design (osd)

Konstruktiv sind das Speichergebäude und der neue Archiv-

Haustechnik | Arup GmbH

turm voneinander durch separate Gründungen getrennt. Der

Fassadenplanung | Gödde Architekt

Speicher besteht aus einer Betonschale, die die Geschossdecken trägt und mit einer Mauerwerksschale verkleidet ist. Um die Monumentalität des Gebäudes zu unterstreichen, ist auch die Stahlkonstruktion des Daches mit Ziegeln verkleidet. In Bereichen des alten Speichers, in denen Archivflächen untergebracht sind, wurden die alten Fenster mit Mauerwerk geschlossen, sind aber in der Fassade erkennbar geblieben (2). Ein sechsgeschossiger Flachbau neben dem Archiv (3) beinhaltet die Bürobereiche und Lesesäle. Hier ist die Fassade als Wärmedämm-Verbundsystem mit bandförmigen Fenstern ausgeführt worden, um Kosten zu sparen.

2

1

landesarchiv nordrhein-Westfalen Das Speichergebäude, am alten Hafen gelegen, wurde um einen hohen Archivturm erweitert.

106

B E I S PI E LE

Giebeldetail landesarchiv nordrhein-Westfalen Die Materialität des Backsteins wird durch die Mischung verschiedener Mauerwerksverbände besonders betont, die gleichzeitig die Umnutzung des Gebäudes deutlich machen.

Fassade Das bestehende Speichergebäude besteht aus massivem Mauerwerk aus historischen Ziegeln im sogenannten „Alten Reichsformat“, einem mit 25 x 12 x 6,5 cm relativ flachen Ziegel, was die Massivität des Gebäudes gestalterisch unterstreicht (4). Der integrierte Neubau des Archivs verwendet die gleichen Materialien, allerdings in einer der technischen Entwicklung angepassten Lösung in Form eines zweischaligen Mauerwerkes (5). Die hinterlüftete Konstruktion besteht aus einer inneren Betonwand, die das Archiv darstellt, einer Dämmschicht und Lüftungsebene sowie aus einer von Tragkonsolen getragenen vorgesetzten Ziegelschale. Die Ziegelschale erhält durch Versetzen der Ziegel eine grafische Textur und betont so die Monumentalität des Baukörpers, ohne Monotonie entstehen zu lassen.

3

Büroanbau Der Büroanbau enthält neben den Büros auch die Lesesäle und Funktionsflächen.

4

Ornamente in der Ziegelfassade Die Ziegelfassade ist ornamentiert ausgeführt, um Textur auf den großen Flächen zu erzeugen.

5

Übergang Bestand zum neubau Im Bereich des Bestandsgebäudes wurden die vorhandenen Fenster geschlossen, der Neubau ist fensterlos ausgeführt.

B E I S PI E LE

107

Die Fassade des Neubaus des Archivturms wurde als hinterlüftete massive Fassade ausgeführt. Der Aufbau besteht aus einer 40 cm dicken Stahlbetonwand, einer belüfteten Dämmung von 20 cm sowie der 12 cm dicken äußeren Mauerwerksschale. Die Lastabtragung der äußeren Schale erfolgt abschnittsweise über Metallanker, die in der tragenden Betonmauer rückverankert sind. Die grafische Textur des Mauerwerkes entsteht durch Versetzen der einzelnen Steine (6).

7

Detail der Bestandsfassade Im Bereich der Bestandsfassade wurden die Fenster mit Mauerwerk geschlossen, da das Archiv dahinter kein Licht benötigt.

6

8

Isometrie der Fassadenkonstruktion Fassadenkonstruktion aus tragender Betonwand, Dämmung, Lüftungsebene und der äußeren Mauerwerksschale

Explosionsisometrie der Fassadenkonstruktion Gut erkennbar sind die Traganker, welche die Lasten der äußeren Mauerwerksschale abtragen.

108

B E I S PI E LE

Um die Monumentalität des Gebäudes zu unterstreichen, ist auch das Dach mittels Ziegeln verkleidet. Da hier jedoch Regenwasser abgeleitet werden muss, wurde eine in den Fugen offene Konstruktion gewählt. Hierbei wurden die einzelnen Ziegel mit Metallschuhen gefasst und auf ein Trägersystem aus Stahl montiert. Auch in dieser Konstruktion wurde die grafische Textur durch Vor- und Rücksprünge der Steine realisiert (9-11). Da die Steine mit offenen Fugen verarbeitet wurden, muss das Regenwasser innerhalb des Gebäudes durch eine innere Entwässerung abgeleitet werden. So entstand ein großer Luftraum unter dem Dach, der es ermöglicht, die notwendigen haustechnischen Anlagen geschützt und von außen nicht sichtbar unterzubringen. 9

Übersichtsdetail Dachkonstruktion Die offene Dachkonstruktion besteht ebenfalls aus Ziegeln, die auf einem Trägersystem montiert sind.

10

11

Explosionsisometrie Dachkonstruktion Zu sehen sind Tragwerk und Subtragwerk sowie die fugenlos montierten Ziegel. Regenwasser wird innerhalb des Gebäudes aufgenommen und sicher abgeleitet.

Anschluss Mauer – Dach Anschlusssituation vom aufgehenden Mauerwerk zum offenen Dach mit Schneefangschutz

B E I S PI E LE

109

Pfosten-Riegel-Fassade

Konzept Für die Fakultät Architektur und Innenarchitektur der Hochschule

Projekt | Neubau Fakultät Architektur und Innenarchitektur

Ostwestfalen-Lippe wurde mittels eines Studentenwettbewerbs

der Hochschule Ostwestfalen-Lippe

ein neues Fakultätsgebäude entworfen und im Weiteren durch

Ort | Detmold

ein studentisches Team geplant. Der ca. 97 m lange Flachbau

Fertigstellung | 2008

besteht aus drei Geschossen mit einer Breite von ca. 23 m. Die

Bauherr | Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW

studentischen Arbeits- und Seminarflächen sind in einer freien

Architekt | werkstatt emilie

Raumfolge als offene Flächen angelegt und durch sogenannte

Tragwerksplanung | Dr. Möller und Oberhokamp

Prof-Boxen in Form von kleinen eingebauten Kuben gegliedert.

Haustechnik | Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW

Mittels einer Treppenanlage wird der Bau zentral erschlossen

Fassadenplanung | werkstatt emilie

und beinhaltet zwei Hörsäle, Verwaltungs- und Laborbereiche,

Ausführende Fassadenfirma | Lanco GmbH

eine Bibliothek sowie eine Cafeteria. Ziel des Entwurfs war es, eine möglichst offene Struktur zu schaffen, die es erlaubt, sowohl die heute gewünschte offene Form des Lehrens und Lernens zu unterstützen als auch spätere Veränderungen im Curriculum und der Arbeitsweise möglich zu machen. Entstanden ist ein maximal flexibler Grundriss, der, neben den notwendigen Funktionen (Brandschutz, Entfluchtung, Sanitär) und einigen Sonderfunktionen, sich den Bedürfnissen einer immer wieder anzupassenden Lehr- und Lernumgebung unterordnet und somit als veränderbare Hülle dient. Entsprechend wurde die Fassade als nicht-hierarchische transparente Gebäudehülle mit Öffnungselementen in freier Anordnung entwickelt (1, 2).

1

2

Gesamtansicht Neubau der Fakultät Architektur und Innenarchitektur

Fassadenansicht Fakultätsgebäude mit dem freien Spiel der Fassade zwischen verschiedenfarbigen geschlossenen und transparenten Flächen

110

B E I S PI E LE

Fassade Mit dem Ziel, die flexible Nutzung des Innenraumes auch im äu-

Bei dem gewählten Pfosten-Riegel-System mit dem System-

ßeren Bild des Gebäudes widerzuspiegeln, wurde die Pfosten-

rastermaß von 1,35 m handelt es sich um eine Tragstruktur aus

Riegel-Konstruktion in einem freien Spiel von geschlossenen

Furnierschichtholz, auf welches ein Aluminium-Aufsatzsystem zur

und transparenten Flächen organisiert. Etwa 70% der Flächen

Lasteinleitung der Glaslasten sowie Paneele aufgebracht ist. Au-

wurden geschosshoch verglast und sind mit außen liegenden

ßen werden die Gläser und Paneele über eine Aluminiumklemm-

Lamellenraffstoren verschattet (3). Lediglich die nach Norden

leiste und Deckleiste gesichert. Die geschosshohe Ausführung

orientierte Seite erhielt keinen Sonnenschutz, wurde jedoch,

der Fassade ermöglicht die Vermeidung von horizontalen Rie-

wo notwendig, mit innen liegenden Blendschutz- bzw. Verdunk-

geln in den transparenten Bereichen – entsprechend sind die

lungsanlagen ausgestattet. Die geschlossenen Bereiche be-

Glasscheiben innen absturzsichernd als Verbund-Sicherheitsglas

stehen aus Festelementen mit Öffnungsflügeln zur individuellen

ausgeführt.

Lüftung. Oberhalb dieser befinden sich mechanisch angetriebene Lüftungsklappen, die zur Unterstützung des Klimakonzepts die Nachtluftdurchspülung und Querlüftung des Gebäudes sicherstellen. Außerdem wurden die Heizkonvektoren zur Temperierung des Gebäudes in die Fassade integriert und befinden sich ebenfalls im Bereich der geschlossenen Flächen unterhalb der Öffnungsflügel. Um die Trennung von Fassade und Struktur deutlich erkennbar zu machen, kragt die Geschossdecke über das Stützenraster aus, sodass insbesondere in den Ecken offene Bereiche entstehen, die mittels Stufenisolierglas nahezu transparent verkleidet sind (4).

3

layout der Fassade Geschosshohe Verglasung, Öffnungselemente und Lüftungsklappen im freien Layout von geschlossenen und transparenten Flächen

B E I S PI E LE

111

Im Übersichtsdetail (5, 6) ist der Aufbau der Pfosten-Riegel-Konstruktion zu erkennen. Hierbei handelt es sich um geschosshohe Pfosten, die an der Deckenstirn sowohl im unteren als auch im oberen Bereich mittels Riegeln horizontal verbunden sind (7). Pfosten-Riegel-Konstruktionen werden in der Regel nicht zum Tragen der Gebäudelasten herangezogen und daher konstruktiv vom Rohbau abgekoppelt. In diesem Beispiel wurde die Konstruktion auch geschossweise getrennt und im Bereich der Deckenstirn gestoßen. Am unteren Ende des Pfostens befindet sich ein Stahlschuh, auf dem der Pfosten aufsteht. Am oberen Ende des Pfostens wird dieser in einer Stahllasche in vertikalen Langlöchern gesichert, wodurch sich die Pfosten unabhängig von der Primärkonstruktion bewegen können. Horizontallasten, beispielsweise Windlasten, aus der Fassade werden also in die Tragwerkskonstruktion eingeleitet. An der Decke ist auch der außen liegende Sonnenschutz, ein Lamellenraffstore, positioniert. Die nicht-transparenten Bereiche sind mittels Blechpaneelen geschlossen, in die blickdichte Öffnungsflügel und Lüftungsklappen

4

integriert sind (8, 9).

Eckbereich der Fassade Zurückgesetzte innere Stützen und vollverglaste Ecklösung

5

6

Isometrie der Pfosten-Riegel-Fassade Aufbau der Fassade aus geschosshohen Pfosten, Riegeln im oberen und unteren Bereich sowie der Verglasung

Explosionsisometrie der Pfosten-Riegel-Fassade Gut erkennbar sind die einzelnen Schichten der Konstruktion aus den inneren Pfosten und Riegeln, den Aufsatzelementen aus Aluminium und der Verglasung.

112

B E I S PI E LE

Das Detail zeigt den Aufbau der Pfosten-Riegel-Konstruktion mit dem innen liegenden und somit vor der Witterung geschützten Furnierschichtholz. Darauf aufgesetzt befindet sich die innere Aluminium-Tragschiene, die sowohl die Schraubkanäle für die äußeren Deckleisten als auch das Glasauflager aufnimmt. Durch den Abstand zum äußeren Profil entsteht die notwendige thermische Trennung. Die äußere Klemmleiste aus Aluminium fixiert das Glas gegen Wind- und Anprallkräfte und dichtet mittels der umlaufenden EPDM-Dichtungsprofile die Glasscheibe ab. Der Stoß der tragenden Holzkonstruktion ist mittels eines Systemknotens so gelöst, dass die unsichtbare Verbindung die Kräfte aus dem Riegel und den Pfosten überträgt. Diese ingenieurmäßige Lösung bietet zudem eine einfache Montage vor Ort und trägt auch hohe Glaslasten sicher ab. Bei den geschlossenen Flächen werden die Blechpaneele und Fensterelemente in gleicher Weise wie die Glasscheiben in die Pfosten-Riegel-Konstruktion über Pressleisten eingeklemmt. 8

nachtansicht Die hohe Transparenz des Gebäudes wird in der Nachtansicht gut erkennbar, die geschlossenen Flächen integrieren sich in die gesamte Fläche.

7

9

Isometrie des Pfosten-Riegel-Details Aufbau des Pfosten-Riegel-Systems mit innerem Holzpfosten und -riegel aus Furnierschichtholz, den Dichtungsprofilen, der Verglasung und der äußeren Aluminiumdeckleiste

Explosionsisometrie des Details Geometrische Auflösung des Knotens mit den einzelnen Schichten der Konstruktion

B E I S PI E LE

113

Elementfassade

Konzept Das Bild eines Kristalls ist der Ausgangspunkt für den Entwurf

Projekt | Hauptverwaltung Süddeutscher Verlag

des Neubaus des Süddeutschen Verlags. Entsprechend wurde

Ort | München

die vollflächig verglaste Fassade des Gebäudes mit gegeneinan-

Fertigstellung | 2008

der geneigten Glasflächen in Form einer Doppelfassade entwi-

Bauherr | SV-Hochhaus

ckelt – und löst so mit der reflektierten Textur des Himmels und

Architekt | GKK+Architekten – Prof. Swantje Kühn, Oliver Kühn

der Landschaft den 100 m hohen Baukörper des Hochhauses

Tragwerksplanung | WSP Deutschland AG

optisch auf. Das Gebäude selbst besteht aus einem sechsge-

Haustechnik | WSP CBP Technische Ausrüstung GmbH

schossigen Flachbau, einem verbindenden Atrium und dem mit

Fassadenplanung | R+R Fuchs Ingenieurbüro für

einer Grundfläche von 24 x 24 m relativ schlanken Hochhaus

Fassadentechnik

und bietet Platz für ca. 1850 Mitarbeiter (1, 2). Umfänglich wurde das haustechnische Konzept erarbeitet, um sowohl den Primärenergiebedarf als auch die Betriebskosten zu optimieren. Hierbei wurden neben der Reduzierung der aufgewendeten Energie die Energierückgewinnung und Speicherung im Haus oder die Nutzung von lokaler Energie in direkter Nähe (Erdwärmenutzung, saisonale Speicherung von Wärme und Kälte im Erdreich) in den Fokus gestellt. Als integraler Bestandteil des Konzepts wurde eine Doppelfassade entwickelt, die neben der Funktion Lüften auch über eine integrierte haustechnische Ausstattung verfügt und so eine individuelle Steuerung per Büro ermöglicht.

1

Gesamtansicht des neubaus Süddeutscher Verlag Der Komplex besteht aus einem Hochhaus, das über ein Atrium mit einem sechsgeschossigen Flachbau verbunden ist.

114

B E I S PI E LE

Fassade Teil des Fassadenkonzepts ist die Gliederung in gegeneinander

Bei der Doppelfassade handelt es sich um eine Kastenfenster-

geneigte Fassadenelemente, die durch unterschiedliche Spiege-

fassade mit einer inneren Isolierglaseinheit sowie einer Ein-

lungen für das gesamte Ensemble das Bild eines Kristalls erzeu-

fachverglasung außen (4). Im windgeschützten Zwischenraum

gen. Möglich wurde dies durch den Einsatz einer elementierten

befindet sich ein Lamellenraffstore als Sonnenschutz. Der Zwi-

Fassade, bei welcher die einzelnen Fassadenelemente vorgefer-

schenraum ist mittels raumseitigen Öffnungsflügeln von innen zur

tigt und verglast auf die Baustelle geliefert und installiert wurden.

Reinigung und Wartung zugänglich (6).

Konstruktiv wurde die Elementfassade mit achsbreiten und ge-

Die Belüftung des Zwischenraumes sowie des dahinter liegen-

schosshohen Einheiten ausgeführt, um die Montage ohne Ge-

den Büros erfolgt über Schlitze in den Elementstößen, die Ent-

rüst schnell und mit nur einer kleinen Montagegruppe ausführen

lüftung der Büros erfolgt über die abgehängte Decke im Flur-

zu können (3).

bereich. Als Teil des haustechnischen Konzepts wird die Fassade mit dezentralen Fassadenlüftungsgeräten zur Kontrolle des Klimas herangezogen, wobei auf eine individuelle Steuerungsmöglichkeit geachtet wurde. Dieses System ist als „Hybridlüftung“ ausgelegt, wobei in den Übergangszeiten Frühjahr und Herbst die natürliche Lüftung über die Doppelfassade erfolgt, während in den übrigen Zeiten eine mechanische Klimatisierung eingesetzt wird.

2

3

Fassade des hochhauses Die Fassade mit gegeneinander geneigten Glasflächen spiegelt den Himmel und die umliegende Landschaft in unterschiedlicher Weise, was ein abwechslungsreiches Spiel aus Reflektionen erzeugt.

Kastenfensterfassade Die mit den leicht geneigten Ebenen geformte Elementfassade funktioniert nach dem Prinzip des Kastenfensters. Dezentrale Fassadenlüftungsgeräte sind in der Deckenstirn eingefügt.

B E I S PI E LE

115

Die Fassade des Hochhauses ist eine Elementfassade (9, 10).

Die Explosionsisometrie (5) zeigt die äußere Einfachverglasung,

Die Rahmenprofile bestehen aus thermisch getrennten Alumini-

den im Zwischenraum liegenden Sonnenschutz sowie den die

umprofilen, in welche die einzelnen Funktionen untergebracht

Elemente bildenden Aluminiumrahmen. Innen erkennbar sind die

sind. Im Bereich der Decke werden in konisch nach außen zulau-

Öffnungsflügel, die nur zu Reinigungszwecken zu öffnen sind.

fenden Profilen zum Einen der Lüftungsschlitz und zum Anderen

Anschließend ist die Aufhängung im Kopfbereich der Fassade

die Sonnenschutzlamellen verdeckt.

zu sehen, die an der Betonplatte des Gebäudes fixiert ist. Diese wird durch den Doppelboden verdeckt. Untereinander werden die Elementfassaden mit drei Dichtungsebenen verbunden, wobei die innere Ebene die Dampfdichtigkeit regelt und die äußeren beiden für die Regen- und Winddichtigkeit verantwortlich sind.

6

Isometrie eines Fassadenelements Zwei Fassadenelemente mit Kastenfensterbereichen sowie Öffnungsflügeln und flexiblem Sonnenschutz

4

Frontalansicht Fassade Auch bei der frontalen Ansicht der Fassade sind die Neigung der Glasflächen sowie die dadurch erzeugte Spiegelung gut erkennbar.

5

Explosionsisometrie eines Fassadenelements Gut erkennbar sind in dieser Isometrie die einzelnen Schichten der Fassade mit innen liegenden Isolierglaseinheiten, dem Sonnenschutz im Kastenfensterzwischenraum sowie der Einfachverglasung außen oder dem flexiblen Sonnenschutz.

116

B E I S PI E LE

Das Detail des Elementstoßes (7, 8) erläutert die Konzeption des Knotens, bestehend aus einer absturzsichernden Einfachverglasung als Verbundsicherheitsglas, gehalten vom Rahmenprofil der Elementfassade. Dieses wird an die benachbarten Elemente mittels der bereits beschriebenen drei durchlaufenden Dichtungsprofile aus Gummi angeschlossen. Die thermische Trennung zum Innenraum erfolgt über Kunststoffabstandshalter, welche den inneren Rahmen tragen. Der Flügelrahmen, ebenfalls thermisch getrennt ausgeführt, fasst die innere Isolierverglasung. Der Kastenfensterzwischenraum befindet sich also außerhalb der thermischen Hülle und sichert den Sonnenschutz gegen Windbelastung.

9

Innenansicht im Bereich des Foyers Insbesondere im Bereich des Foyers wird die Transparenz einer vollflächigen Verglasung erkennbar. Auch hier sind die Glasflächen geneigt und lösen so die Strenge des Entwurfs.

7

Isometrie des Knotenpunktes des Elementstoßes Isometrische Ausschnitte im Bereich des Elementstoßes: innen liegender Öffnungsflügel, Kastenfensterzwischenraum und Einfachverglasung außen

8

10

Explosionsisometrie des Elementstoßes Elementstoß mit außen liegender Einfachverglasung, dem tragenden Aluminiumprofil sowie der thermischen Trennebene und dem inneren Flügelrahmen. Gut erkennbar sind auch die drei Lagen der Abdichtung der Elemente untereinander.

Ansicht hochhausfassade Seitenansicht der Fassade mit unterschiedlichen Reflektionen des Himmels

B E I S PI E LE

117

8 | Zukünftige Fassaden Zukünftige Fassaden werden aus verschiedenen Entwicklungs-

Selbstverständlich wird die Weiterentwicklung der Fassaden-

richtungen Einflussfaktoren ausgesetzt sein: Neben den rein

materialien sich fortsetzen: Die Glasindustrie wird niedrigere

technischen Weiterentwicklungen der klassischen Konstruk-

U-Werte von Isoliergläsern mittels der mittlerweile durchaus üb-

tionen aus den Materialien Stahl, Aluminium, Glas, Holz und

lichen Dreifachverglasungen erreichen und die Aluminium- und

mineralische Werkstoffe wird das Spektrum neuer Werkstoffe

Stahlprofilhersteller verbessern ebenfalls ihre Systeme. Alterna-

und deren Kombinationen wesentlich werden. Diese meist inte-

tive Lösungen aus Kompositwerkstoffen oder Holz, angetrieben

gral, also aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzten

von energetischen, konstruktiven oder gestalterischen Zielen,

Werkstoffe bieten Potenziale hinsichtlich der Integration ver-

werden ihren Marktanteil an Fassadensystemen ausbauen.

schiedener Funktionen neben den üblichen Aufgaben des Tragens und Abdichtens. Hinzu kommen energetische Aspekte: Wo kommt die Energie her, wie sollen wir sie speichern und wie können wir dafür sorgen, weniger davon zu verbrauchen? Oder die Fragestellungen zum Thema Systeme: Diese werden immer komplexer und leisten immer mehr, bedürfen aber auch zunehmend des Spezialisten, um sie zu montieren und zu bedienen. Wann erreichen wir das Ende dieser Entwicklung? Und letztendlich stellt sich auch die Frage, wie wir als Planer und Entwerfer mit den Neuerungen umgehen und welche Instrumente wir dafür brauchen. Spannende Fragen, für die sich in einzelnen Bereichen Antworten erkennen lassen – allerdings lediglich als Momentaufnahme des derzeitigen Wissenstandes und mit Garantie auf zukünftige Veränderung.

1

Gasbetonbaustein Eine Ausführung mit verschiedenen Dichten kombiniert die Funktionen des Tragens und des Dämmens.

118

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

Auch im Bereich der mineralischen Baustoffe wird der Wettlauf

hinsichtlich ihres Potenzials als tragende Elemente ertüchtigt

um niedrige U-Werte weitergehen und mittelfristig zu einer Ver-

werden oder sich mittels weiterer Komponenten zu ganzheit-

knüpfung der Funktionen Dämmen und Tragen führen. Zum Einen

lichen Systemen weiterentwickeln. Ein weiterer, wesentlich den

werden mit der Funktion Tragen verknüpfte Materialien wie Zie-

Bereich der Materialentwicklung beeinflussender Aspekt wird

gel oder Beton hinsichtlich ihrer dämmenden Eigenschaften sich

die Lebenszyklusdiskussion sein, angetrieben durch Rohstoff-

den guten U-Werten von reinen Dämmstoffen durch neue Pro-

verknappung und der daraus resultierenden Notwendigkeit des

duktionstechnologien oder Kombinationen verschiedener Quali-

Recyclings sowie deren Konsequenzen für die Materialwahl und

täten annähern (1, 2). Auf der anderen Seite werden Dämmstoffe

Konstruktionsweisen.

2

leichtbeton Mittels Blähton entsteht ein leichter Beton, der neben der tragenden Funktion auch gute Dämmeigenschaften hat.

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

119

Material und Konstruktion Sowohl gestalterisch als auch konstruktiv und funktional vielver-

ständigen Systemprodukten sind erkennbar. Es ist naheliegend,

sprechend sind die Entwicklungen im Bereich der Folienfassade

dass performative Folien und Membranen, die sowohl industriell

sowie der Membranen. Neben den bekannten pneumatisch ge-

als auch in der Bekleidung Anwendung finden, für den Einsatz in

stützten Kissen entstehen Lösungen, die in Anlehnung an Dop-

der Gebäudehülle in Betracht kommen – insbesondere aufgrund

pelfassaden Adaptionen derselben mit textilen Außenflächen

der materiellen Leichtigkeit, der prinzipiell einfachen Austausch-

darstellen und so nicht nur formal und konstruktiv sondern auch

barkeit und der Möglichkeiten des gezielten und damit spar-

in ihrer Leistungsfähigkeit interessant sind. Erste Ansätze zu voll-

sameren Materialeinsatzes in der Konstruktion (3, 4).

4

Unilever-haus, hamburg, Behnisch Architekten, 2009 Die Doppelfassade besteht aus einer inneren Aluminiumfassade und einer äußeren, asynklastisch geformten Folienfassade.

3

Water Cube, Peking, China, PTW Architekten, 2008 Pneumatische Gebäudehülle aus innerer und äußerer ETFE-Kissenstruktur

120

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

Im Bereich der Komposite sind zwei Entwicklungen zu identifizie-

Alternativ zu den Kompositen aus Kunststoffen, also rohölbasier-

ren: Zum Einen finden großformatige Bauteile aufgrund der ver-

te Werkstoffe, können auch biologisch abbaubare sowie nach-

besserten Möglichkeiten der Herstellung solcher Großelemente

wachsende Materialien wie Hanf oder Flachs als Bio-Komposite

sowie der vereinfachten Transport- und Montagemöglichkeiten

eingesetzt werden. Diese finden bisher allerdings nur sehr be-

immer häufiger Anwendung. Hierbei werden Laminationstechno-

grenzt Anwendung, wenngleich erste Fassadenprojekte aus Bio-

logien aus dem Bootsbau und der Windenergietechnik adaptiert.

Kompositen realisiert wurden. Problematisch ist bisher der Harz,

Zum Anderen empfehlen sich Pultrusionsprofile, Profile aus glas-

da dieser meist auf Rohöl basiert; Ziel der Forschung ist es aber,

faserverstärktem Kunststoff, aufgrund ihrer schlechten Wärme-

auch Harze aus natürlichen oder nachwachsenden Rohstoffen

leitfähigkeit als alternatives Material für Fassadensysteme (5, 6).

zu entwickeln.

5

6

hogeschool Windesheim, Gebouw X, Zwolle, niederlande, Broekbakema Architecten, 2011 Kompositfassade des Verwaltungsgebäudes mit eingeklebter Festverglasung

Fassadenelemente hogeschool Windesheim, Gebouw X, Zwolle Die großformatigen Elemente der Kompositfassade verringern den Aufwand der Abdichtung der einzelnen Elemente untereinander.

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

121

Für den Bereich der Glaskonstruktionen gilt es auch weiterhin, die Transparenz der Konstruktion zu steigern. Dies geschieht entweder durch die weitere Aufgliederung des Tragwerkes in immer filigranere Konstruktionselemente oder durch die vollständige Übernahme der Tragfunktion durch das Glas selbst als konstruktives Material. Beispielsweise können Glaskonstruktionen durch spezifische Verformung selbsttragend werden; die Form der Glasscheibe erhöht die Flächensteifigkeit und macht eine weitere Unterstützung mittels stabförmiger Tragwerke unnötig (7-10).

7

Inholland Seminargebäude, Delft, niederlande, Rijk Rietveld Architects, 2011 Seilnetzfassade mit zum Teil in die Glasebene integrierten Kompositseilen. Durch die Vorspannung der Seile wird die Auslenkung der extrem schlanken Fassade verringert.

8

Apple Store, new York, Bohlin Cywinski Jackson, 2006 Der Glaskubus wird von 9 m hohen Glasfinnen und einem Glasträgersystem getragen.

122

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

Auf der Ebene der mikroskopischen Materialentwicklung stehen die Leistungsparameter der Werkstoffe im Mittelpunkt. Nanogel, ein zum größten Teil aus eingekapselter Luft bestehender Dämmstoff, findet mittlerweile als dämmendes Füllmittel in einigen Fassadenkomponenten Anwendung. Gleiches gilt für Phase Change Materials (PCM), welche aufgrund der Phasenwechseleigenschaft als Energiespeicher in den raumnahen Oberflächen von Fassaden angewendet werden können, um Energie zu speichern und kontrolliert wieder abzugeben. Aber auch die Polymertechnologie wird hinsichtlich des Potenzials der Eigenschaftsveränderungen von Bauteilen und Komponenten an verschiedenen Stellen untersucht. So können zum Beispiel Oberflächen durch Polymercoating schaltbar verändert werden und dadurch reflektierend, absorbierend oder auch farbverändernd werden. Solche

9

adaptiven Oberflächen haben großes Potenzial für den Baube-

Casa da Música, Porto, Portugal, OMA, 2005 Durch die geschwungene Form der Glasscheiben entsteht neben der gestalterischen Weichheit eine konstruktive Steifheit der Fläche, die es ermöglicht, das Glas ohne eine weitere Unterkonstruktion auszusteifen.

reich; allerdings ist hier noch viel Entwicklungsarbeit notwendig, damit sie den Anforderungen des Bauens gerecht werden.

10

Vakko hauptsitz, Istanbul, Türkei, REX Architecture, 2010 Die geschosshohen Glasflächen werden durch X-förmige thermische Verformung in der Glasfläche ausgesteift.

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

123

Klima, Komfort, Energie Die klimatische Beurteilung von Gebäuden und die Integration

zess einbezogen werden können, um neben den Aufgaben der

dieses Wissens in den Entwurfsprozess bedarf einer besonderen

Fassade auch Teile der haustechnischen Funktionen zu überneh-

Beachtung – auch wenn sich die Kenntnisse und Technologien in

men. Hierbei hat sich allerdings weniger die Lösung der techni-

diesem Bereich erheblich entwickelt haben und zum guten Stan-

schen Fragestellungen als die Schwierigkeit der Integration in den

dard gehören sollten. Bei der technologischen Umsetzung können

Entwurfsprozess und die Abstimmung der einzelnen Planungs-

verschiedene Lösungen in der Gebäudehülle eine Integration der

und Ausführungsgewerke als Innovationshürde erwiesen.

haustechnischen Komponenten ermöglichen (11, 12); solche

Mittlerweile werden auch bei Sanierungsprojekten haustech-

Komponentenfassaden wurden in den Kapiteln 1 und 5 dieses

nische Komponenten in die Fassade integriert, insbesondere

Buches behandelt. Nach anfänglich im Wesentlichen als Einzel-

weil das Herauslösen der Haustechnik aus dem Gebäude und

lösungen entwickelten Fassaden finden sich mittlerweile System-

die Integration in die Fassade den Eingriff in den Bestand verrin-

lösungen, die als fertiges Produkt in den Entwurfs- und Baupro-

gern (13).

11

12

13

E² Fassadenkonzept Produktlösung einer mit haustechnischen Komponenten integrierten Doppelfassade (Schüco)

nEXT Fassadenkonzept Produktkonzept einer systemoffenen Komponentenfassade (Alcoa)

Sanierung Stadtsparkasse ludwigshafen Komponentenfassade als Sanierungslösung für einen bestehenden Verwaltungsbau

124

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

Neben der Steuerung der Energieverbräuche des Gebäudes

Um einen Themenkomplex, der die Auswahl von Materialien und

kommt auch der Energiegewinnung durch das Gebäude eine

Konstruktionen zukünftig wesentlich beeinflussen wird, handelt

umfängliche Bedeutung zu. Unabhängig von wirtschaftlichen Er-

es sich bei der Betrachtung der für die Herstellung von Materi-

wägungen hat sich die Technologie der Photovoltaik wesentlich

alien und Konstruktionen notwendigen Energie – der grauen

in ihrer Effizienz und Variationsbreite, beispielsweise eine ver-

oder gebundenen Energie. Diese Energie wird bezüglich ver-

schiedene Farbigkeit, verbessert. Auch werden neben der reinen

schiedener, die Umwelt beeinflussender Faktoren bewertet. In

Ausrichtung von Photovoltaik nach Süden mittlerweile Lösungen

der Konsequenz ist – neben der Reduzierung der für die Produk-

diskutiert, die weniger die maximale Energieausbeute als das

tion aufzuwendenden Energie – eine Verringerung der Material-

Puffern von Solarstromspitzen zur Mittagszeit zum Ziel haben

masse sowie die Möglichkeit des Rückbaus mit dem Ziel der

und somit eine größere Bandbreite der geometrischen Anord-

Wiederverwendung von möglichst vielen Komponenten und Ma-

nung ermöglichen. Die Nutzung der Photosynthese mittels Algen

terialien das Ziel (15).

bietet neben der energetischen Ausnutzung, die im Bereich von einfachen PV-Modulen liegt, auch gestalterisch eine Alternative. Nach der Projektstudie entstand mit dem BIQ House (Splitterwerk/Arup) im Rahmen der IBA Hamburg 2013 ein erster Prototyp (14).

14

Projektstudie Algenfassade, hamburg, 2013 Forschungsprojekt einer flächigen Bioreaktorfassade mit angeschlossener energetischer Verwertung

15

Aluminiumschrott Aus Fassaden stammender Aluminiumschrott: Die Profile zur thermischen Trennung sowie Beschichtungen stellen das wesentliche Problem beim Recycling dar. Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

125

Produktion und Montage Vor dem Hintergrund der sich entwickelnden digitalen Technologien werden auch die Anforderungen an frei geformte Fassaden größer, was zum Einen die Verarbeitungstechnologie bisheriger Systeme fordert, zum Anderen alternative Lösungen zur Herstellung entstehen lässt (17). Es entwickeln sich neue Konstruktionsoptionen, ermöglicht durch die direkte digitale Steuerung der Produktion, auch „file to factory“ genannt (16). Ein weiterer vielversprechender Bereich der Produktionstechnologie sind additive Herstellungsverfahren. Hierbei werden Materialien entsprechend ihrer Materialeigenschaften in Schichten zu räumlichen Strukturen zusammengefügt, um so Bauteile oder Komponenten einer Konstruktion zu werden. Das Materialportfolio, welches sich anfänglich im Bereich der thermoplastischen Kunststoffe entwickelte, umfasst mittlerweile auch Komposite und Metalle. Damit erlaubt diese Technologie erste Schritte hin zu voll funktionsfähigen technischen Bauteilen, die ihren Einsatz in der Fassade finden können.

17

Parametric Concept Konzept für Freiform-Fassade, aufbauend auf einem Pfosten-Riegel-System (Schüco)

16

18

Fassaden-Steckverbindung „Freessysteem“ Digital gesteuerte Verarbeitung am Beispiel einer CNC-gefrästen Steckverbindung (Entwicklung: P. Stoutjesdijk)

nEMATOX-Knoten Mittels additiver Aluminium-Drucktechnologie hergestellter Fassadenknoten für frei geformte Fassaden (Alcoa)

126

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

(Entwurfs-)werkzeuge Untersuchungen haben ergeben, dass im Bereich der Produktion

Parallel haben sich die Instrumente zur Erzeugung komplexer

von Fassaden die Prozessfolge und Prozesssicherheit wesent-

Geometrien sowie die Integration verschiedener Parameter in

lich verbessert ist und somit kurze Reaktionszeiten im Hinblick

den Entwurfsprozess rasant entwickelt – und erlauben neben

auf Veränderungen bestehen. Allerdings ist zu beobachten, dass

einer immer größeren Komplexität auch eine einfachere und in-

die Kommunikation der an der Planung und Entwicklung von

tuitive Bedienung. Als Ergebnis solcher „file to factory“-Systeme

Fassaden beteiligten Disziplinen noch immer ein zentrales Hin-

können komplexe Konstruktionen planerisch, konstruktiv und lo-

dernis in diesem Prozess darstellt (19, 20). Trotz Informations-

gistisch verwirklicht werden.

und Kommunikationsplattformen wird dieser Vorgang weiterhin kritisch gesehen. Der Gedanke einer vollständigen digitalen Projektkommunikation, beispielsweise mittels BIM, ist sicherlich sinnvoll. Jedoch müssen diese Systeme aufmerksam hinsichtlich der Einflussnahme individueller Interessen mit möglicher Eingrenzung der Produktvielfalt beobachtet werden.

19

20

Kunsthaus Graz, Peter Cook und Colin Fournier, 2003 Fassadenausschnitt der Polycarbonatfassade. Das Kunsthaus war eines der frühesten Projekte, bei dem die freie Geometrie mittels eines digitalen Planungsprozesses konstruktiv umgesetzt wurde.

Twin Tree Towers, Seoul, BChO Architects, 2010 Die geometrisch frei geformte Fassade verlangt eine entsprechend vorbereitete Produktion und Montagelogistik.

Z U K Ü N F T I G E FA S S A D E N

127

Autoren Professor Dr.-Ing. Ulrich Knaack war Architekt in Düsseldorf und ist heute Professor für Konstruktion und Entwurf an der TU Delft sowie Professor für Fassadentechnik an der TH Darmstadt. Autor der bekannten Fachbücher „Konstruktiver Glasbau“ und „Konstruktiver Glasbau 2“, Koautor der Buchreihe „Imagine“ und Teilhaber des Fassadenplanungsbüros imagine envelope in Rotterdam. Professor Dipl.-Ing. Thomas Auer ist Teilhaber bei Transsolar Energietechnik, Stuttgart, München, New York. Er ist Spezialist auf dem Gebiet der integralen Gebäudetechnik und lehrt seit 2001 an der Yale University im Bereich Environmental Design of Buildings. Seit 2014 ist er Professor am Lehrstuhl Gebäudetechnologie und Bauklimatik der TU München. Dr.-Ing. Tillmann Klein ist Architekt und Leiter der Fassadenforschungsgruppe an der TU Delft am Lehrstuhl von Professor Knaack. Er ist Koautor der Buchreihe „Imagine“. Neben Aktivitäten in Lehre und Forschung ist er Geschäftsführer des Fassadenplanungsbüros imagine envelope in Rotterdam. Dr.-Ing. Marcel Bilow ist Mitglied der Fassadenforschungsgruppe an der TU Delft und arbeitet in Lehre und Forschung an den Lehrstühlen Produktentwicklung und Architectural Engineering. Er leitet die Prototypenwerkstatt Bucky Lab der TU Delft und ist mit Tillmann Klein Geschäftsführer des Büros für Fassadenplanung imagine envelope sowie Koautor der Buchreihe „Imagine“.

128

ANHANG

Auswahlbibliografie Geschichte und allgemeine Darstellungen Francis D. K. Ching Building Construction Illustrated John Wiley Verlag, New York 3. Auflage, 2000 Mike Davies „A Wall for All Seasons“, in: RIBA Journal, 1981, Bd. 88, Nr. 2. – Deutsch: „Eine Wand für alle Jahreszeiten“, in: Arch+, Nr. 104, 1990 Edward R. Ford Das Detail in der Architektur der Moderne Birkhäuser Verlag, Basel, 1994 Thomas Herzog, Roland Krippner, Werner Lang Fassaden Atlas, Birkhäuser Verlag, Basel, und Edition Detail, München, 2004 Le Corbusier, Précisions sur un état présent de l’architecture et de l’urbanisme Editions Vincent, Fréal & Cie., Paris, 1929 – Deutsch: Feststellungen zu Architektur und Städtebau, Ullstein, Berlin und Frankfurt, 1964 Christian Schittich (Hrsg.) Gebäudehüllen – Konzepte, Schichten, Material Birkhäuser Verlag, Basel, und Edition Detail, München, 2001 Technologie Andrea Compagno Intelligente Glasfassaden – Material, Anwendung, Gestaltung Birkhäuser Verlag, Basel, 5. Auflage, 2002 Klaus Daniels Gebäudetechnik – Ein Leitfaden für Architekten und Ingenieure Oldenbourg Verlag, München, 1996 Klaus Daniels, Dirk U. Hindrichs Plusminus 20/40 Latitude – Sustainable Building Design in Tropical and Subtropical Regions Edition Axel Menges, Stuttgart, 2002 Dietmar Danner Die klima-aktive Fassade Koch Verlag, Leinfelden, 1999 Johann Eisele, Bettina Staniek (Hrsg.) Bürobau Atlas – Grundlagen, Planung, Technologie, Arbeitsplatzqualitäten Callwey Verlag, München, 2005 Gerhard Hausladen, Michael de Saldanha, Petra Liedl, Christina Sager Clima Design – Lösungen für Gebäude, die mit weniger Technik mehr können Callwey Verlag, München, 2005

Gerhard Hausladen, Michael de Saldanha, Petra Liedl Clima Skin – Konzepte für Gebäudehüllen, die mit weniger Energie mehr leisten Callwey Verlag, München, 2006 Anette Hochberg, Jan-Henrik Hafke, Joachim Raab Öffnen und Schließen – Fenster, Türen, Tore, Loggien, Filter Birkhäuser Verlag, Basel, 2010 Othmar Humm, Peter Toggweiler Photovoltaik und Architektur Birkhäuser Verlag, Basel, 1993 Patrick Loughran Falling Glass – Glasschäden und Lösungen in der neueren Architektur Birkhäuser Verlag, Basel, 2003 Eberhard Oesterle, Rolf-Dieter Lieb, Martin Lutz Doppelschalige Fassaden Callwey Verlag, München, 1999 Just Renckens Fassaden und Architektur – Faszination in Aluminium und Glas FAECF Verlag, Delft, 1997 Simon Roberts, Nicolò Guariento Gebäudeintegrierte Photovoltaik – Ein Handbuch Birkhäuser Verlag, Basel, 2009 Materialien Manfred Hegger, Volker Auch-Schwelk, Matthias Fuchs, Thorsten Rosenkranz Baustoff Atlas Birkhäuser Verlag, Basel, und Edition Detail, München, 2005 Ulrich Knaack Konstruktiver Glasbau Rudolf Müller Verlag, Köln, 1998 Ulrich Knaack, Wilfried Führer, Jan Wurm Konstruktiver Glasbau 2 Rudolf Müller Verlag, Köln, 2000 Uta Pottgiesser Fassadenschichtungen Glas Bauwerk Verlag, Berlin, 2004 Gunter Pültz Bauklimatischer Entwurf für moderne Glasarchitektur Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2002 Axel Ritter Smart Materials in Architektur, Innenarchitektur und Design Birkhäuser Verlag, Basel, 2006

Nicola Stattmann Handbuch Material Technologie AV Edition, Ludwigsburg, 2. Auflage, 2003 Jan Wurm Glas als Tragwerk – Entwurf und Konstruktion selbsttragender Hüllen Birkhäuser Verlag, Basel, 2007 Els Zijlstra Material Skills – Evolution of Materials Materia, Rotterdam, 2005 Zukunft Ulrich Knaack, „About Innovation“, in: Adaptive Architecture Conference, The Building Centre, London, 2011 Ulrich Knaack, Sharon Chung-Klatte, Reinhard Hasselbach Systembau – Prinzipien der Konstruktion Birkhäuser Verlag, Basel, 2012 Ulrich Knaack, Tillmann Klein, Marcel Bilow, Holger Techen, „Total Concrete“, in: Beton Bauteile: Entwerfen, planen, ausführen, Edition DBZ Deutsche BauZeitschrift, 2013 Ulrich Knaack, Holger Techen, „Konstruktiver Glasbau – auf Distanz“, in: Stahlbau Spezial, 3/2009 Tillmann Klein Integral Façade Construction – Towards a New Product Architecture for Curtain Walls Dissertation, TU Delft, 2013 Ulrich Knaack, Tillmann Klein The Future Envelope 3 IOS Publisher, TU Delft, 2011 Marcel Bilow International Façades – CROFT: Climate Related Optimized Façade Technologies Dissertation, TU Delft, 2012 Ulrich Knaack, Marcel Bilow, Linda Hildebrand, Thomas Auer Imagine 05: Energy Publisher 010, Rotterdam, 2011 Holger Strauss AM Envelope – The Potential of Additive Manufacturing for Façade Construction Dissertation, TU Delft, 2013 Ulrich Knaack, Marcel Bilow, Holger Strauss Imagine 04: Rapids Publisher 010, Rotterdam, 2010

ANHANG

129

Register Abluftfassade 88, 92-93, 98 Adaptive Fassade 36, 80, 85, 87, 101 Adaptive Oberfläche 123 Aerogel 91 Akademie Mont Cenis, Herne 38, 99 Alemannischer Fachwerkbau 22 Algenfassade, Hamburg 125 Atlasgebouw, Wageningen 43 Aluminium 10, 21, 45, 48, 103, 105, 111, 125 Apple Store, New York 122 ARAG Tower, Düsseldorf 12, 96 Arup 125 Attika 58, 61 Auer + Weber + Partner 92, 98 Ausfachung 22-23, 25-27 Baer, Steve 90 Balloon framing 23 ˜ Belo Horizonte 12 Banco Mineiro de Produçao, Bauteilaktivierung 79 BCHO Architects 127 Behaglichkeit 71-74, 76, 78, 84-85, 88, 92 Behnisch Architekten 120 Belüftung 9, 38, 47, 56, 75-76, 93, 98, 100 Beschläge 47-48, 50, 69, 75 Beton 18, 37, 47, 58-59, 62, 66-69, 73-74, 78-79, 95 Betonfassade 66 Bibliothek der TU Delft, Delft 25 Bio-Komposite 121 Bioreaktorfassade 125 BIQ House 125 Bleiverglasung 19 Bohlin Cywinski Jackson 122 Bothe Richter Teherani 99 Brandschutz 43, 47, 50, 59, 96, 98 Broekbakema Architecten 121 Bürohochhaus Doppel-XX, Hamburg 99 Capricorn Haus, Düsseldorf 101, 130 Casa da Música, Porto 123 Central Library, Seattle 83 Concept House, RDM Campus, Rotterdam 102-105 Cook, Peter 127 Crown Hall, Illinois Institute of Technology, Chicago 44 Daimler-Chrysler-Hochhaus, Potsdamer Platz, Berlin 35, 94 Davies, Mike 35, 89, 130 debis-Hauptverwaltung, Potsdamer Platz, Berlin 35 Debitel-Hauptverwaltung, Stuttgart 8, 33, 60, 100 Dehnungsfuge 39-40 Dichtungsebene 45, 57, 61, 66 Doppelfassade 7, 12, 29-35, 38, 60, 88, 92-93, 98-101

130

ANHANG

E2 Fassadenkonzept 124 ETFE 120 Einfachverglasung 10-12, 19, 21, 52, 92-93 Einfamilienhaus, Corrales, New Mexico 90 Elementfassade 28, 46, 58, 60, 69, 100, 114-117 Emaillierung 83 Energiebedarf 51, 70, 85, 87 Energieeinsparung 80, 87 Energiegewinnung 36 Energierückgewinnung 114 Entlüftung 12, 31-33 Fachwerk 22, 52, 87 Fan coil unit 12 Fassadenheizung 78 Fassadentragwerk 38, 40, 83 Fassadenzwischenraum 29, 32, 82, 88, 90, 92-100 Federal Center, Chicago 27 File to factory 126, 127 Flächenfüllende Elemente 37-38, 41 Flughafen Chek Lap Kok, Hongkong 66 Folien 80, 84, 120 Fondation Cartier, Paris 21 Foster and Partners 12, 66, 89 Fournier, Colin 127 Freiform-Fassade 126 Fugen 11, 49, 51, 58, 62-66, 68, 74-75 Fuller, Richard Buckminster 89 Gatermann + Schossig 29, 101 Gasbetonbaustein 118 Gebouw X, Zwolle 121 Gehry, Frank O. 7 Geschossdecke 22-23, 59, 69, 81, 96-97 GKK+Architekten 114 Glasfaserverstärkter Kunststoff – GFK 50, 121 Glashauseffekt 87, 90, 98 Gotik 16, 18 Gropius, Walter 19 Guggenheim Museum, Bilbao 7 Hängende Konstruktion 38, 41 Hänsch, Klaus 41 Hauptverwaltung Süddeutscher Verlag, München 114-117 Haus Farnsworth, Plano, Illinois 10-11, 24 Hinterlüftete Fassade 102-105, 108 Hinterlüftung 98, 102-105 Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Detmold 110-113 Hogeschool Windesheim, Zwolle 121 Holzfenster 48, 52-53, 63, 75 Holzskelettbau 22, 23, 103 Hopkins, Michael 92 Horizontalkräfte 8, 16, 26, 55, 60 Hybridfassade 100

INHolland Seminargebäude, Delft 122 Institut du Monde Arabe, Paris 13 Integrale Hülle 130 Isolierverglasung 21, 83, 92 Jahn, Helmut 34, 71, 77 Jourda & Perraudin 38, 99 Jüdisches Museum, Berlin 7 Juscelino Kubitschek-Komplex, Belo Horizonte 13 Kaltfassade 14-15 Kamineffekt 32, 95 Kastenfenster 12, 20-21, 30-32, 87-88, 94-96 Kastenfenster-Fassade 30-31, 93-95 Kathedrale von Amiens, Amiens 17 Keramische Verkleidung 103-105 Klimamodul 76, 101 Klimatisierung 8, 34, 73, 85 Kollektorfassade 89-90 Kollhoff, Hans 35, 94 Komponentenfassade 34, 100-101 Kompositbaustoffe 118 Konstruktionsprinzipien 10, 14, 36-37 Korridorfassade 31, 33, 93, 96-97 Kühldecke 79 Kühn, Oliver 114 Kühn, Swantje 114 Kunsthaus Graz 127 Kunststoffprofile 49-50, 53 Lamellen 13, 81-84, 95, 97, 101 Landesarchiv Nordrhein-Westfalen, Duisburg 106-109 Lastabtragung 26, 38-39, 55 Le Corbusier 19, 88 Lehmbruck, Manfred 41 Leichtbeton 119 Libeskind, Daniel 7 Lichtintensität 71, 84 Lichtlenkung 34, 74, 82, 84, 100 Lloyd’s Building, London 35, 92 LMN Architects 83 Lüftungsöffnung 75, 90, 92-93, 98 Luftschicht 14, 21 Massive Fassaden 106-109 Massive Wandkonstruktion 14 Mauerwerk 19, 42, 54, 58-59, 65 Mecanoo Architecten 25 Mies van der Rohe, Ludwig 10-11, 19, 24, 27, 44 Modulfassade 35 Mur neutralisant 88 Nachtauskühlung 78 Nanogel 123 Neubau Fakultät Architektur und Innenarchitektur der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Detmold 110-113 New Parliament Building, London 92

Bildnachweis NEXT Fassadenkonzept 124 Niemeyer, Oscar 11-13 Normannischer Fachwerkbau 22 Nouvel, Jean 13, 21 OMA 85, 123 Ortner & Ortner Baukunst 106 Otto, Frei 89 Parametric Concept 126 Petzinka, Pink und Partner 31, 35, 97 Pfostenfassade 26 Pfosten-Riegel-Fassade 7, 25, 27, 45, 59-60, 68, 110-113 Pfosten-Riegel-Konstruktion 25-26, 45-46, 51, 59-60, 83, 110, 113 Phase Change Materials – PCM 123 Phototonikzentrum Berlin-Adlershof 32, 95 Piano, Renzo 35 Platform framing 23 Polyvalente Wand 35, 89, 130 Port-Event-Center, Düsseldorf 15 Post Tower, Bonn 34, 69, 77 Predicted Percentage of Dissatisfaction – PPD 72 Primärstruktur 37-43 Prisma-Gebäude, Frankfurt 98, 99 PTW Architekten 120 Pultrusion 121 Punkthalter 39, 41 Raster 42-44, 54, 76, 83 Raumluftfeuchte 72, 74 Raumtemperatur 71-72, 77-78, 85, 93 RDM Campus 102 Recycling 125 REX Architecture 123 RFR 8 Riegelfassade 26 Rijk Rietveld Architects 122 RKW Architektur + Städtebau 8, 12, 33, 60, 95-96, 100 Rogers, Richard 35, 89, 92 Sauerbruch Hutton Architekten 32, 95 Schacht-Kasten-Fassade 32, 76, 93, 95-96 Schallschutz 29, 31, 36, 44, 57, 74, 92-96, 98 Schlagregen 44, 52-53, 57, 60-62, 64, 66 Schneider + Schumacher 28, 43 Sekundärstruktur 37-40, 42-43, 47 Selbsttragende Glaskonstruktion 122 Sick Building Syndrom – SBS 73 Sichtbeton 78 Siebdruck 83 Silikon 21, 53, 64-66 Skelettartige Wandkonstruktion 22 Sockel 53, 58, 61-62 Solarkamin 8, 92, 102 Sonnenenergie 80, 85, 90-91 Sonnenschutz 13, 33, 36, 38, 70, 73-74, 80-84, 89, 91-93, 95, 97, 130 Speichermasse 14

Spitzbogen 18 Splitterwerk 125 Stadtsparkasse Ludwigshafen 124 Stadttor Düsseldorf, Düsseldorf 31, 35, 97 Stahlprofil 19, 44, 50 Stehende Konstruktion 38 Sturz 16, 18 Textilien 80, 82 Thermische Trennung 12, 21, 43, 53, 59 Toleranzen 37, 44, 49, 51-52, 59, 67-68 Transluzente Materialien 19, 91 Transparente Wärmedämmung – TWD 91 Triangel-Hochhaus, Köln-Deutz 29 Trombewand 90-91 TU Delft 102 Twin Tree Towers, Seoul 127 Überhitzungsrisiko 30 Unilever-Haus, Hamburg 120 Vakko Hauptsitz, Istanbul 123 Van den Oever, Zaaijer & Partners Architecten 43 Vorhangfassade 27, 28 Wansleben, Norbert 15 Wärmebrücke 11, 37, 54, 62 Wärmedämmung 11, 14, 23, 38, 44, 58-62, 104 Wärmetransport 71, 86 Wärmestrahlung 80-81, 86-87 Warmfassade 14 Wasserdampf 57, 60 Water Cube, Peking 120 Wechselfassade 8, 33, 100 Weißenhofsiedlung, Stuttgart 19 werkstatt emilie 110 Westhafen Haus, Frankfurt 28 Wetterschutzschicht 14-15, 57-62, 64, 66 Wilhelm Lehmbruck Museum, Duisburg 41 Windlast 25-26, 36, 38-40, 55 Wintergärten der Cité des Sciences et de l’Industrie, Parc de la Vilette, Paris 8 Wohnbebauung, Middelburg 58 Ziegel 106-109 Ziegelfassade 106-109 Zu- und Abluftöffnung 31, 94, 96, 98 Zweite-Haut-Fassade 30, 93, 98-99

Kapitel 1 3 Holger Knauf Kapitel 2 43 Holger Knauf Kapitel 3 15 Raico Bautechnik GmbH 19 Metallbau Erhard Holz GmbH, Leopoldshöhe Kapitel 4 37, 42, 43 Ilja Sucker Kapitel 5 2 Zeichnung erstellt nach Recknagel 4 nach DIN EN ISO 7730 erstellt 17 Ilja Sucker Kapitel 6 7 Le Corbusier, © VG Bild Kunst, Bonn 2007 8 Mike Davies, Richard Rogers Partnership, London 12 Steve Baer, Zomeworks 13 NASA 16 Lloyd's Redevelopment, London, Gartner GmbH 18 Alexandra Liedgens 23 Holger Knauf 34 Rouven Holz Kapitel 7 Landesarchiv Nordrhein-Westfalen 1, 2, 3, 4, 5, 7, 11 Ortner & Ortner Baukunst Hauptverwaltung Süddeutscher Verlag 1, 10 Alberto Ferrero 2, 3, 4, 9 Claus Graubner Kapitel 8 5, 7 Holland Composites 11, 17 Schüco 12, 18 Alcoa 16 Pieter Stoutjesdijk Den genannten Bildgebern gilt unser besonderer Dank. Alle weiteren Abbildungen wurden für dieses Buch erstellt oder stammen aus den Archiven der Autoren. Die Autoren haben sich nach bestem Wissen und Gewissen bemüht, die Herkunft aller Abbildungen zu recherchieren. Falls es unabsichtlich dabei zu Fehlern oder Auslassungen gekommen sein sollte, möchten wir dies entschuldigen und bitten um kurze Nachricht. Die Fehler werden in der nächsten Auflage der Publikation korrigiert.

ANHANG

131

Glas als Tragwerk: Entwurf und Konstruktion selbsttragender Hüllen Jan Wurm

Scale: Tragen und Materialisieren. Stützen, Wände, Decken Alexander Reichel, Kerstin Schultz (Hrsg.)

Erste umfassende und systematische Publikation über Glas als Primärtragwerk

Tragende Bauteile gestalten und konstruieren

256 Seiten. 891 Abbildungen, 490 in Farbe. 23 x 29,7 cm. Gebunden. ISBN 978-3-7643-7607-9 deutsch

176 Seiten. 250 Abbildungen, 150 in Farbe. 22 x 28 cm. Broschiert. ISBN 978-3-0346-0039-2 deutsch

Kunststoffe in Architektur und Konstruktion Stephan Engelsmann, Valerie Spalding, Stefan Peters

Architektur konstruieren Vom Rohmaterial zum Bauwerk. Ein Handbuch Andrea Deplazes (Hrsg.)

Systematische Darstellung zur Verwendung von Kunststoffen in der Architektur

Das wegweisende Grundlagenwerk und Lehrbuch zur Baukonstruktion in der vierten Auflage.

176 Seiten. 242 Abbildungen, 118 in Farbe. 22 x 28 cm. Gebunden. ISBN 978-3-0346-0321-8 deutsch

588 Seiten. 1740 Abbildungen. 24 x 29,7 cm. Broschiert. ISBN 978-3-03821-455-7 deutsch