Leistungsträger Fassade

Zukunftsziele für intelligente Fassadenplanung

Eine „intelligente“ Fassade, die alle physika­lischen, energietechnischen und tageslichttechnischen Aspekte berücksichtigt, ist die Voraussetzung, um das nachhaltige und somit zukunftsfähige Planungs­ziel zu erreichen. Der Fassade kommt unter Berücksichtigung der neuen EnEV 2009 und vor allem der voraussichtlich nochmals um ca. 30 % verschärften EnEV 2012 eine noch bedeutendere Rolle zu. Die derzeit in der Vermarktung nicht ver­zichtbaren Green Building-Zertifizierungslabels DGNB, LEED, BREEAM usw. stär­ken diese Schlüsselrolle zusätzlich.

Planer, Architekten, Fachingenieure und Bauherren, streng genommen die ge­samte Bauwirtschaft, tragen eine hohe gesellschaftliche Verantwortung betreffend der Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs von Gebäuden und der Schonung von Energie­ressourcen. Es ist eine erstaunlich wenig bekannte Tatsache, dass Gebäude derzeit ca. 40 % des Gesamtverbrauchs von Primärressourcen und Energie beanspru­chen und ca. 30 % aller Treibhausgasemissionen verursachen. Dieser Status Quo kann sozial-umwelttechnisch nur eine ingenieurtechnische Motivation sein, diesen entscheidend zu verbessern und zukunftsfähige, energiesparende und energieerzeu­gende Fassaden zu entwickeln.

Die Fassade muss und kann viel leisten

Die Fassade ist die Schnittstelle zur Gebäudetechnik, zur Raumkonditionierung. Eine nachhaltige Gebäudehülle kann bei intelligenter ge­werkeübergreifender Planung „alles“ leisten

- Energieverluste minimieren

- solare Gewinne ermöglichen

- die Überhitzung der Räume verhindern

- genügend Tageslichteintrag zulassen

- Blendungen am Arbeitsplatz vermeiden

- nahezu ausschließlich wiederverwertbare Materialien enthalten und, nicht zu vernachlässigen, dem „Wohlfühlfaktor“ der Nutzer gerecht werden.

„Add on“ kann die Fassade Energie gewinnen. Ich meine, darin liegt ein großer Teil der Planungszukunft. Das Potential der solaren Stromerzeugung innerhalb der Fassade wird noch viel zu wenig genutzt. Vielleicht auch deshalb, weil die Solarzellen, Solar­module, alle Solarkomponenten bisher einfach zu teuer waren. Die derzeit fallenden Preise hierfür bieten einen Teil des Potentials. Eines ist jedoch sicher, jede Fassade bietet die Voraussetzung, die Flächen für die Integration großflächiger Photovoltaik-Module. Die „Kleinlösung“ … ein paar Quadratmeter Photovoltaik auf das Dach zu stel­len, nach dem Motto, „wir tun ja was“ … kann nicht die Zukunft sein. Hiermit kann das vorgenannte Zukunftsziel einer entscheidenden Energieverbrauchreduzierung und Ressourcenschonung nicht erreicht werden. Ein entscheidender Schritt nach vorne ist dies­bezüglich unbedingt notwendig.

„Begrenztes“ Energiesparpotential, neue Werkstoffe

Die Baustoffe von Fassaden bzw. deren Wärmedämmwerte bieten noch Verbesserungspotential. Große Fortschritte sind hier jedoch kurz- und mittelfris­tig gesehen nicht zu erwarten, da neue, energetisch „sensationelle“ und bezahlbare Werkstoffe nicht in Sicht sind. Der große Teil der Fassade besteht aus Glas. Die technische Weiterentwicklung der Wärmeschutzgläser war in den letzten Jahren enorm. Die Kosten der Dreifach-Vergla­sung sind stetig gesunken. U_g-Werte für Dreifach-Wärmeschutz-Isolier-Verglasungen von 0,6 bis 0,7 sind heute bezahlbarer Standard geworden.

Vakuumgläser sind in der Serienentwicklung in den letzten Jahren stehengeblieben. Der Grund, warum nahezu alle großen Glashersteller die Weiterentwicklung auf „on hold“ gesetzt haben, ist offensichtlich: Das Produktrisiko ist groß, die U-Wert-Verbesserung von U_g 0,1 bis 0,2 gegenüber Dreifach-Glas ist demgegen vergleichsweise gering. Größeres Potential bieten hochwärmegedämmte Fassadenprofile. Die U_f-Werte nor­maler Aluminium-„Katalogprofile“, Rahmenmaterialgruppe 1, lagen bisher knapp unter 2,0 W/m²K. Somit entstand eine wärmedämm­technische Differenz innerhalb der Fassade. Bei individueller projektspezifischer Entwicklung ist die wärmedämm­technische Ertüchtigung der Fassadenprofile technisch auch ohne hohe Kostenaufwendungen auf Werte von unter 1,0 W/m²K möglich. Unter Einsatz von Holz als Fassaden­profil im witterungsgeschützten Bereich lassen sich die Werte weiter verbessern.

Das Thema: „Brauchen“ wir unbedingt einen außenliegenden Sonnenschutz … oder ist er gestalte­risch eventuell nicht gewünscht … oder genügt vielleicht auch ein innenliegender Son­nenschutz, z. B. in Kombination mit einem Sonnenschutzisolierglas? … ist weitestgehend erledigt. Bei einem nachhaltig geplanten Gebäude ist ein außenliegender Sonnenschutz nicht mehr „nice to have“, sondern „must“!

Größeres Energieeinsparpotential, intelligente Fassadenplanung

Mit Ganzglasfassaden, dem Gestaltungstrend zurückliegender Jahre, sind die Ziele der Zukunft nicht zu erreichen. Ganzglasfassaden, definiert als 100 %ige Verglasung vom Büro­raum aus gesehen (nicht von außen!), ver­ursachen auch bei Verwendung von Drei­-fach-Wärmeschutz-Isolier-Verglasung und außenliegenden Sonnenschutz oder Sonnenschutzverglasung einen unnötig hohen Wärmeeintrag in den ent­scheidenden wärmeren Monaten. Diese Wärme muss kostenintensiv „weggekühlt“ werden. Mit dem Einsatz einer kostengünstigen Kühlung, wie der Beton­kernaktivierung, ist dies aufgrund der hierfür zu geringen Leistungsdaten unter Ein­hal­tung von akzeptablen Büroraumtemperaturen in den Sommermonaten nicht mög­lich.

Mit „Bunker- oder Schießschartenfassaden“ sind die energetischen Ziele ebenfalls nicht zu erreichen. Großflächiges Schließen und dickes Dämmen der geschlossenen Wand­flächen, welche den Tageslichteintrag so weit reduzieren, dass bei bedecktem Himmel ständig teures elektrisches Kunstlicht zugeschaltet werden muss, kann ebenfalls keine Lösung sein. Das Thema „Wohlfühlfaktor“ der Nutzer schließt sich hiermit gleichzeitig aus. In solchen düsteren Gebäuden fühlen sich die wenigsten Menschen wohl. Eine gewisse großzügige Trans­parenz ist hierfür notwendig.

Eine intelligente Aufteilung von geschlossenen und verglasten Fassadenflächen erreicht die Nachhaltigkeit und stellt sicher, dass die Fassade alles vorstehend Beschriebene leisten kann.

Projektbeispiel Neubau Spiegel-Verlag auf der Ericusspitze Ham­burg

Die Kompakt-Doppelschalige-Fassade, welche derzeit an dem zukünftigen Verlags­gebäude des Spie­gels in Hamburg montiert wird, zeigt, dass das Schlagen von „zwei Fliegen mit einer Klappe“ möglich ist. Die äußere Fassade vermittelt den architektonisch von Henning Larsen Architects Kopenhagen gewünschten Ganzglas-Ausdruck. Die innere Fassade ist energetisch nachhaltig zu 35 % geschlos­sen, sodass die vom In­vestor Robert Vogel GmbH & Co. KG und dem Nutzer Spiegel gewünschten vier Gold­medaillen des Um­weltzeichens Hafencity erreicht werden. Mit dem vertikal angeordneten, zu 35 % geschlossenen Anteil entsteht die vorstehend angesprochene groß­zügige Transparenz. Eine Gold­medaille in der Kategorie 3, umwelt­schonende Baustoffe, wird durch die Integration von Holz in der inneren Fassade abge­holt.

Die tragende Aluminium-Doppelfassade ist vollelementiert, der 100 %ige Vorfertigungsgrad im Werk des Fassadenbauers Schindler Roding ist somit erreicht. Aufgrund des sehr engen Terminrah­mens kann dadurch ohne Gerüst mit maximaler Montagegeschwindigkeit montiert werden. Das verti­kale Achsraster der geschosshohen Fassadenelemente beträgt 2 700 mm, auch dies ist bezüglich des Handling-Gewichts bei der Montage ideal. Die Profilbreiten der äußeren Fassade sind aufgrund des gewünschten Ganzglasausdrucks der Fassade absolut minimiert. Dies gilt sowohl für die Vertikalpro­file mit 35 mm, als auch für den horizontalen Element­stoß im Geschossdeckenbereich, in welchem auch die Deckendurchbiegungen aufgenommen werden. In diesem Bereich befinden sich auch die achsweise 1 350 mm versetzten Zu- und Abluftöffnungen. Die achsweise Versetzung dient der Verhinde­rung der thermischen Rekontimination. Die Holzfenster der inneren Fassade werden in die statisch tragende Aluminiumfassade konstruktiv ganz einfach nur eingeklipst. Mit der inneren wärmege­dämm­ten Fassade wird somit ein Top-U-Wert für die Gesamtfassade von ca. U_cw ≤ 1,0 W/m²K erreicht.

Die Closed-Cavity-Fassade

Dieser neue innovative Fassadentyp ist eine ebenfalls doppelschalige Fas­sade, die völlig geschlossen ist und nicht geöffnet werden kann, auch nicht zu Reinigungs- und Wartungs­­zwecken. Das heißt, Verschleiß- und Wartungs­teile müssen aus dem Fassaden­zwischenraum herausgenommen und in der abgehängten Decke des Büroraums plat­ziert werden. Der ausgelagerte Sonnenschutzmotor treibt den physikalisch außenliegenden Sonnenschutz über eine Drehwelle an. Die Standfestigkeit dieser einfachen Antriebs­technik ist über Langzeitversuche nachgewiesen. Die Sicherstellung einer Kondensatvermeidung durch das Eindringen feuchter Luft in den Fassadenzwischenraum wird durch den Anschluss einer Druckluftringleitung (in der abgehängten Decke) über Kapillarrohr-Schlauchanschluss erreicht. Es wird tro­ckene gefilterte Luft über eine Druckluftzentrale in den Fassadenzwischenraum ge­drückt. Auch diese einfache Technik, die aus dem Maschinenbau stammt, ist über Langzeitversuche bewährt und nach­gewiesen.

Noch vor ein paar Jahren kaum vorstellbare Gesamt-Wärmedurchlass-Koeffizienten werden so möglich. Unter Verwendung von Dreifach-Wärmeschutz-Isolierglas und hochwärme­gedämmten Fassadenprofilen sowie Lamellenraffstores im Fassadenzwischenraum beträgt der U_cw-Wert der Fassade 0,65 bis 0,70 W/m²K.

Was sind die weiteren großen Vorteile einer Closed Cavity-Fassade?

Geringere Investitionskosten, denn man benötigt keine teuren Fensterflügel. Entscheidend ist die Halbierung der Reinigungskosten, denn die zwei Fassadenseiten im Fassa­den­zwischenraum müssen nicht gereinigt werden. Einsparungen bei entsprechender Projektgröße von vielen Millionen Euro bei den Lebenszykluskosten sind leicht nachzu­voll­ziehen. Ein weiteres Plus für eine Closed Cavity-Fassade ist die höchst effiziente Anord­nung des Lamellenraffstores im geschlossenen Fassadenzwischen­raum. Eine effizientere und kostengünstigere Reduzierung des Energieeintrags ist derzeit nicht möglich. Die in der Gesamtbetrachtung beste derzeit plan- und mach­bare Fas­sade ermöglicht eine weitere Reduzierung von Kühlleistung und somit der energetischen Lebenszykluskosten. Diese Fassade erreicht auch die besten derzeit mach­baren Nachhaltigkeitswerte, bezogen auf das entscheidende ganz­heitliche Zusam­menwirken von Fassade und Raumkonditionierung.

Projektbeispiel Hochhaus Roche Basel

Die Architekten Herzog & de Meuron pla­nen derzeit für das Pharma-Unternehmen F. Hoffmann-La Roche AG ein energetisches „Vorzeigeprojekt“, das mit 175 m höchste Hochhaus der Schweiz. Gemeinsam mit Drees & Sommer als Generalplaner beachtet das Roche-Projektteam ausnahmslos alle Kriterien des nachhaltigen Bauens. Gegenwärtig, eventuell bis zur Auftragsvergabe an den ausführenden Fassadenbauer, wird in Fassaden-Varianten geplant. Die Closed Cavity-Fassade ist nach erfolgreicher detaillierter Beleuchtung aller Produktrisiken eine mögliche Variante. Getreu den Roche internen User-Requirements, welche unter anderem beinhalten, der zukünftigen Generation keine unnötigen Lifecycle-Kosten zu hinterlassen, wird keine Ganzglasfassade geplant, sondern 40 % der Fassadenfläche (vom Rauminneren gesehen) werden als geschlossene Fläche geplant. Die Architekten haben hierfür eine Brüstung himmelsrichtungs- und geschossabhängig in verschiedenen Tiefen geplant.

Dieses Projektbeispiel zeigt, wie man mit dem nachhaltigen Willen in der Planung die Zukunftsziele schon heute erreichen kann. Das Unternehmen Roche hat die Zeichen der Zeit längst erkannt … in die Nachhaltigkeit und in die Architektur wird investiert. Mit an erster Stelle steht bei Roche das Wohl der Mitarbeiter. Es wird ein kreatives und innovatives Arbeitsumfeld geplant. Alle sich bietenden technischen Möglichkeiten werden von den Architekten und ihren Fachingenieuren genutzt, jedoch ausschließlich so, dass wirtschaftliche und Ökologische Interessen im Einklang sind.