Innovative Fassadensysteme und Intelligente Gebäudehüllen
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Intelligente Gebäudehüllen Innovative Fassadensysteme und Intelligente Gebäudehüllen Anlässlich der Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ auf der „Bau 2003“, 13.–18. Januar 2003 Neue Messe München Dr. Helmut Hohenstein – Leiter Institut für Fenstertechnik (ift Rosenheim) Dr. Werner Lang – Architekturbüro Werner Lang (München) 0.1 Einführung Der Messestand des Instituts für Fenstertechnik steht unter dem Motto: „Innovation - Forschung – Technologie“ und bietet im Rahmen der Großunternehmung „Bau 2003“ die Chance, Innovationen aus den Bereichen Gebäudehülle, Steuerungs- und Gebäudetechnik sowie das Potenzial der Vernetzung dieser Teilbereiche kennen zu lernen. Mehr noch als bei den anderen Subsystemen Tragwerk, Gebäudetechnik und raumbildendem Innenausbau erleben wir heute im Bereich der Gebäudehülle eine enorme Innovationskraft, die durch zahlreiche Erfindungen, neue Produkte und Weiterentwicklungen bewährter Komponenten nach außen hin sichtbar wird. Diese Innovationen einem breiten Fachpublikum vorzustellen und damit deren Potenzial für die gesamte Fassadenbranche aufzuzeigen ist eines der Hauptanliegen der Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“, die vom Institut für Fenstertechnik (ift) Rosenheim gemeinsam mit führenden Partnern aus der Fassadenbranche und der Neuen Messe München gemeinsam erarbeitet und realisiert wurde. Anhand des hochaktuellen Themas und der Vielfalt von in gestalterischer und funktionaler Hinsicht attraktiven Exponaten soll die Sonderschau dem Besucher die Kraft und das Potenzial von technischem Können und Innovation im Bereich der Gebäudehülle vermitteln. BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 1 Intelligente Gebäudehüllen 0.2 Innovationen im Bereich der Gebäudehülle Die seit Jahrhunderten andauernde Entwicklung der Gebäudehülle von einem einfachen, meist einlagigen Bauteil hin zu einem multifunktionalen, mehrschichtigen und hoch leistungsfähigen und komplexen Bausystem wurde von zwei wesentlichen Faktoren bestimmt: Einerseits konnte durch die Erfindung neuer Werkstoffe, Fertigungs- und Konstruktionsmethoden das funktionale Spektrum der Fassade und die gestalterischen Ausdrucksmöglichkeiten stetig erweitert werden. Andererseits stiegen parallel dazu die Anforderungen an die Gebäudehülle in dem Maß, wie es die technischen Möglichkeiten zuließen - wodurch wiederum ein Anreiz für weitergehende Entwicklungen geschaffen wurde. Innovationen und die zunehmenden Ansprüche der Nutzer stehen daher in einem andauernden Wechselspiel, und sind der Antrieb für die Entstehung der zunehmenden Vielfalt an funktionalen und gestalterischen Möglichkeiten, die uns heute bei der Konzeption der Gebäudehülle zur Verfügung stehen. In Anbetracht der rasanten Entwicklung im Bereich neuer Werkstoffe, Fertigungsmethoden und leistungsfähigen Planungsinstrumenten sowie der zahllosen Kombinationsmöglichkeiten vorhandener Materialien und Systeme scheinen den Möglichkeiten keine Grenzen gesetzt zu sein. Gerade deshalb ist es wichtig, bei aller Vielfalt der Systeme die Grundanforderungen an die Gebäudehülle nicht aus den Augen zu verlieren, um die „dritte Haut des Menschen“ so zu konzipieren, dass bei minimalem Einsatz an fossilen Brennstoffen ein optimaler Komfort im Gebäudeinneren erreicht wird. Übersicht zu den Anforderungen an die Kenngrößen der Gebäudehülle Seite 2 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Gleichzeitig ist es notwendig, eine profunde Kenntnis der Leistungsfähigkeit der einzelnen Komponenten der Fassade zu besitzen, um deren Potenzial gezielt nutzen zu können. Doch isoliertes Fachwissen zu einzelnen Fassadenbauteilen genügt nicht. Erst durch die Abstimmung von Fassade, Tragwerk und Gebäudetechnik lässt sich ein optimales Gesamtergebnis erreichen, um die mitunter entgegenstehenden Wunschvorstellungen von Komfortmaximierung und Energieverbrauchsminimierung zu erfüllen. Der Einsatz neuer Baustoffe und Technologien, Fassadenkomponenten und Konstruktionsmethoden ermöglicht in Wechselwirkung mit den im Gebäude vorhandenen thermischen Massen nicht nur eine deutliche Verbesserung des Wärme-, Sonnen- und Blendschutzes von Fassaden, sondern erlaubt zudem eine optimale Nutzung der Solarstrahlung zur Versorgung mit Tageslicht, zur Gebäudeheizung und zur Erzeugung von Strom. 0.2.1 Variabel reagierende Gebäudehüllen An einem warmen Sommertag sollte zur Vermeidung von Überhitzung möglichst wenig Solarstrahlung in das Gebäude gelangen, gleichzeitig im gesamten Innenraum eine ausreichende Tageslichtverteilung erreicht werden. Im Winter hingegen soll zur Nutzung passiver Wärmegewinne möglichst viel Solarstrahlung in den Raum dringen, ohne den Nutzer zu blenden. Zudem muss während der Nacht eine starke Auskühlung des Gebäudes durch die transparente Hülle hindurch vermieden werden. Um den wechselnden Witterungsbedingungen und den unterschiedlichen nutzerbedingten Anforderungen gleichermaßen gerecht werden zu können, stehen heute schon eine große Auswahl an innovativen Komponenten und Technologien im Bereich der Gebäudehülle zur Verfügung. Hierzu gehören folgende Aufgabenfelder: Wärmeschutz Sonnenschutz Tageslichtnutzung Blendschutz Natürliche Lüftung Das gemeinsame Ziel aller Bemühungen muss es hierbei sein, unter Berücksichtigung der vorhandenen Umweltenergien wie Solarstrahlung und Wind den Anforderungen des Nutzers gerecht zu werden, ohne ein Übermaß an fossilen Brennstoffe für das Kühlen, Heizen oder die Belüftung des Gebäudes einsetzen zu müssen. Der Einsatz zukunftsweisender Technologien und Komponenten muss daher auf eine gesamtheitliche Betrachtungsweise zielen. BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 3 Intelligente Gebäudehüllen 0.2.1.1Wärmeschutzsysteme Zu den Möglichkeiten, den Wärmedurchgangswiderstand einer Fassadenoder Dachkonstruktion in Abhängigkeit von den inneren Anforderungen und äußeren Witterungsbedingungen flexibel zu steuern, gehört der Einsatz von Materialien und Komponenten, welche die Wärmeverluste durch Transmission, Konvektion oder Strahlung verringern. Generell werden hierfür Werkstoffe mit einem geringen Wärmedurchlassgrad, einem geringen Emissionsverhalten zur Verringerung der Strahlungswärmeverluste, und hoch reflektierende Folien bzw. Oberflächenbeschichtungen zur Reflexion der Wärmestrahlung verwendet. Neben der Verringerung der Transmissionswärmeverluste kann durch diese Maßnahmen zudem eine Erhöhung der inneren Oberflächentemperatur einer Außenwand erreicht werden. In funktionaler Hinsicht lassen sich Wärmeschutzmaßnahmen nach ihrer Anpassungsfähigkeit einteilen. Starre Systeme, wie z.B. Wärmedämmverbundsysteme oder hinterlüftete Fassadensysteme, lassen eine Anpassung der Wärmeschutzeigenschaften der Gebäudehülle an die jahres- und tageszeitenbedingten Schwankungen der Außenlufttemperatur und Strahlungsverhältnisse nicht zu. Übersicht zu unterschiedlichen Wärmeschutzsystemen [1] Dies kann vor allem bei transparenten oder transluzenten Wärmedämmelementen problematisch sein, bei welchen eine Überhitzung im Sommer vermieden werden muss. Bei beweglichen Systemen, wie beispielsweise bei Schiebe- und Klappläden oder beweglichen Fensterflügeln, ist das Wärmedämmmaterial bzw. -element innerhalb oder außerhalb der vorhandenen Außenwandkonstruktion angebracht. Dies ermöglicht eine Anpassung des Wärmeschutzes der Gebäudehülle an die jahres- und tageszeitbedingten Schwankungen der Außenlufttemperatur und Strahlungsverhältnisse. Seite 4 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Wärme- und Sonnenschutzlamellen aus Holz mit Gewebebespannung Unter Einsatz transparenter und transluzenter Bauteile kann damit im Winter ein möglicher Wärmegewinn gezielt zur Vorwärmung der Luft im Fassadenzwischenraum genutzt werden, während im Sommer die erwärmte Luft über die Fassadenöffnungen entweichen kann. Dieser Vorteil der Nutzung solarer Energiegewinne ist bei opaken Wärmedämmsystemen nicht gegeben. Zu den Innovationen im Bereich der Wärmeschutzsysteme zählen: Isolierverglasungen mit U-Wert unter 0,6 W/m2K Rahmensysteme mit einem U-Wert von unter 0,8 W/m2K Hoch effektive Vakuumdämmungen mit geringen Schichtstärken Hybride Systeme mit der Möglichkeit zur Nutzung der Solarstrahlung TWD mit Solarwandsystem TWD mit Hinterlüftung zur Vorwärmung der Zuluft im Winter bzw. Abfuhr der Wärmegewinne im Sommer Luftkollektorfassaden Zweite-Haut-Fassaden und Glasvorbauten BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 5 Intelligente Gebäudehüllen Zweite-Haut-Fassade mit Glaslamellen 0.2.1.2 Sonnenschutzsysteme Unabhängig vom Wärmedämmstandard einer transparenten Fassade hat die Anordnung von Sonnenschutzsystemen einen entscheidenden Einfluss auf den Energieverbrauch von Gebäuden. Berechnungen an konventionellen Fassaden mit Ost- und Westorientierung ergaben, dass gegenüber einer Glasfassade ohne Sonnenschutz der Kühlenergieverbrauch beim Einsatz einer Außenjalousie auf weniger als die Hälfte fällt. Im Vergleich dazu bringt die Verwendung einer Innenjalousie eine Verringerung des Energieverbrauchs auf nur 80 % im Vergleich zu einer Fassade ohne Sonnenschutzsystem. [2] Sonnenschutzelemente sind also zur Vermeidung von Überhitzung bei jeder Nutzungsart erforderlich, vor allem aber bei Gebäuden mit hohen internen Kühllasten und/oder hohem Verglasungsanteil, wie dies bei Verwaltungsgebäuden sehr häufig der Fall ist. Hier ergeben sich die in Abb. 3 genannten Ausführungsmöglichkeiten. Starre, also stationär eingesetzte Systeme erlauben in der Regel keine sonnenstandsabhängige Nachführung des Verschattungselements, was funktionale Nachteile hinsichtlich der Verschattung, Durchsicht und der Tageslichtnutzung mit sich bringen kann. Seite 6 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Übersicht zu unterschiedlichen Sonnenschutzsystemen Bewegliche Systeme können dem jahreszeiten- und tageszeitenabhängigen Sonnenstand nachgeführt werden und ermöglichen somit eine individuell regelbare, optimale Verschattung der Fassade bei gleichzeitig maximaler Nutzung des Tageslichts. Auf die energietechnischen Nachteile innen liegender Sonnenschutzelemente ist besonders hinzuweisen, da die an den Sonnenschutzelementen absorbierte Solarstrahlung an den Raum abgegeben wird. Dies führt im Sommer zu einer unerwünschten Erhöhung der Kühllasten. Lediglich im Winter kann der mögliche Wärmegewinn zur Raumlufttemperierung genutzt werden. Hinter Glas montierte Systeme haben allerdings aufgrund des Witterungsschutzes den großen Vorteil, dass diese einfacher konstruiert und ausgeführt werden können. Dies ist beispielsweise auch bei Doppelfassaden der Fall, die den Einsatz vielfältigster Manipulatoren hinter einem Wetterschutz aus Einfachverglasung zulassen. Bedingt durch die geringere Verschmutzungsgefahr können Elemente mit empfindlichen bzw. hoch reflektierenden Oberflächen, die eine Tageslichtlenkung zulassen, eingesetzt werden. Bei in den Zwischenraum von Isolierverglasungen eingebauten Elementen wird der Reinigungs- und Wartungsaufwand gegebenenfalls noch weiter reduziert und die Lebensdauer erhöht, wie dies beispielsweise auf Mikroraster- oder Prismensysteme zutrifft. Trotz dieser Vorteile von wettergeschützt montierten Sonnenschutzsystemen, stellen außen liegende Sonnenschutzelemente hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes die günstigste Variante der Anordnung dar, da die Wärmeabgabe der absorbierten Solarstrahlung unmittelbar an die Außenluft erfolgen kann. Allerdings sind bei der Wahl der Komponenten die Witterungsbedingungen und die Windfestigkeit zu berücksichtigen, da ansonsten bei Auftreten hoher Windlasten mit einem temporären, windbedingten Ausfall des Systems zu rechnen ist. BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 7 Intelligente Gebäudehüllen Sonnenschutzraster Zu den Innovationen in diesem Bereich gehören: Sonnenschutzverglasungen mit reflektierender Beschichtung Innovative Sonnenschutzsysteme mit geringem Primärenergieinhalt, verbesserten gestalterischen oder funktionalen Eigenschaften, z.B. Holzlamellen, Glaslamellen, beweglichen Kunststoffmembranen Mikrorastersysteme, integriert in Isolierverglasungen Hoch reflektierende, in Isolierverglasungen integrierte Jalousettensysteme Thermo- Elektro-, Gasochrome Verglasungen Einsatz von holographisch-optischen Elementen zur Strahlungsreflexion Außen liegende, bewegliche Systeme mit emaillierten oder mittels Siebdruck beschichteten Verglasungen HOE Elemente Sonnenschutz Seite 8 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen 0.2.1.3 Tageslichtnutzung Die Nutzung des natürlichen Tageslichts gewinnt sowohl hinsichtlich des Komforts und der Zufriedenheit der Nutzer als auch im Hinblick auf die Verringerung des Kunstlichtbedarfs zunehmend an Bedeutung. Tageslichtsysteme sollten vor allem dort zum Einsatz kommen, wo aufgrund großer Raumtiefen eine unmittelbare Nutzung des Tageslichts nicht möglich ist, und/oder aufgrund erhöhter Anforderungen an das Lichtmilieu, wie beispielsweise bei Bildschirmarbeitsplätzen, auf eine optimale Steuerung der Raumbelichtung geachtet werden muss. Hierbei bietet eine tageslichtabhängige Kunstlichtbeleuchtung ein zusätzliches Einsparpotenzial. Maßnahmen zur optimierten Nutzung des Tageslichts sind eng an Sonnenschutzmaßnahmen zu koppeln, um den Tageslichtanteil der transmittierten Sonneneinstrahlung möglichst hoch, den kurz- und langwelligen Spektralbereich der Solarstrahlung möglichst gering zu halten. Prismensystem zur Tageslichtumlenkung Hierfür können folgenden Systeme eingesetzt werden: Prismensysteme zur Lichtreflexion bzw. Lichtumlenkung Reflektoren zur Spiegelung des Tageslichts in die Tiefe des Raumes Glaslamellensysteme Mikrorastersysteme mit hoch reflektierender Beschichtung lichtstreuende Verglasungen Verglasungen mit selektiv beschichteten Gläsern Holographisch-optische Elemente (HOE) BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 9 Intelligente Gebäudehüllen Lamellensystem zur Tageslichtumlenkung, System fischer 0.2.1.4 Blendschutzsysteme Die wesentliche Aufgabe von Blendschutzsystemen liegt darin, unzuträgliche Leuchtdichtekontraste zu vermeiden, was vor allem im Verwaltungsbau mit Bildschirmarbeitsplätzen zur Wahrung eines ausreichenden Sehkomforts eine große Rolle spielt. Allgemein sollte die Leuchtdichte des Umfelds etwa 2/3 bis 1/10 der Infeldleuchtdichte ausmachen [3], weshalb bei der Auswahl und Lage des Blendschutzes darauf zu achten ist, dass ausreichend Tageslicht blendfrei und in gleichmäßiger Verteilung in den Raum eingebracht wird. Hier liegt ein Hauptunterschied zu Sonnenschutzsystemen, die lediglich vor Überhitzung im Sommerhalbjahr schützen sollen. Seite 10 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Blendschutz durch lichtstreuende Verglasung Neuartige Systeme zur Lichtdämpfung und -streuung sind: Prismensysteme zur Lichtreflexion bzw. Lichtumlenkung Hoch reflektierende Lamellensysteme zur Lichtreflexion bzw. Lichtumlenkung Perforierte Jalousettensysteme Bewegliche Blenden/Irissysteme zur Strahlungsreduktion und Lichtstreuung Lichtstreuende Verglasungen, z.B. mit geätzten oder beschichteten Gläsern Thermochrome Gläser zur Strahlungsreduktion und Lichtstreuung Elektrochrome Gläser zur Strahlungsreduktion und Lichtstreuung Gasochrome Verglasungen zur Strahlungsreduktion und Lichtstreuung Bei deren Einsatz ist jedoch ähnlich wie bei Sonnenschutzsystemen darauf zu achten, dass die Tageslichttransmission nicht so weit herabgesetzt wird, dass Kunstlicht zugeschaltet werden muss oder die Sichtbeziehungen zwischen innen und außen unterbunden werden. 0.2.1.5 Natürliche Lüftung Neben den erwähnten Einflussgrößen zur Steuerung des Energiehaushaltes spielt die Gebäudehülle eine bedeutende Rolle hinsichtlich des natürlichen Luftaustausches in Gebäuden. Die Erfüllung raumlufthygienischer Anforderungen steht hierbei im Vordergrund, wobei auf eine dosierte Lüftung zu achten ist, um bei kühler Witterung die Lüftungswärmeverluste gering zu halten. Freie Lüftung über vorhandene Öffnungen in der Gebäudehülle ist in der Regel bei Räumen ausreichend, deren Raumtiefe das 2,5fache der Raumhöhe nicht überschreitet. In Abhängigkeit von der Öffnungsart, Anordnung BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 11 Intelligente Gebäudehüllen und Stellung des Öffnungsflügels werden hier Luftwechselzahlen zwischen 0,2 und 50 1/h erreicht. [4] Hierbei kann eine gezielte Ausformung der Gebäudehülle unter Nutzung natürlicher Prinzipien, wie beispielsweise des thermischen Auftriebs, dazu führen, dass eine natürliche Durchlüftung auch von sehr tiefen Räumen erreicht wird. [5] Interessante Neuentwicklungen finden sich hierbei in folgenden Bereichen: Fenster/Fassaden mit integrierter Wärmerückgewinnung Fenster/Fassaden mit Potenzial zur Nachtauskühlung Fenster mit spezieller Beschlagstechnik zur automatisierten Steuerung individuellerLüftungsfunktionen 0.2.2 Gebäudehülle und Energiegewinn Die Verwendung der Solarenergie kann in zweierlei Hinsicht erfolgen. Die direkte Nutzung betrifft hauptsächlich die Ausrichtung, Grundrissorganisation und Ausformung des Gebäudes und seiner Gebäudeteile, insbesondere der Fassade. Die bereits erwähnten Aspekte wie Wärmegewinn, Tageslichtnutzung und natürliche Lüftung stehen hierbei im Vordergrund. Die indirekte Nutzung betrifft die mittelbare Anwendung von Solarenergie unter Einsatz von Kollektoren, also eigenständigen Systemen, die in die Hülle von Gebäuden integriert werden können. Die Nutzung der Solarenergie dient der Erzeugung von Warmwasser oder von Warmluft für das Beheizen von Innenräumen. Die Umwandlung von Solarstrahlung in Kälte ist eine weitere Anwendungsform, bei welcher Sonnenkollektoren in Verbindung mit Absorptionswärmepumpen oder thermochemische Speichersysteme eingesetzt werden. Innovationen finden sich vor allem in folgenden Bereichen: 0.2.2.1 Thermische Nutzung der Solarenergie Vakuumflachkollektoren zur Erzeugung von Warmwasser, ggf. in Kombination mit solarer Kühlung Vakuumröhrenkollektoren zur Erzeugung von Warmwasser, ggf. in Kombination solarer Kühlung Dach- und fassadenintegrierte Flachkollektoren als integraler Bestandteil der Außenhaut von Gebäuden Seite 12 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen 0.2.2.2 Photovoltaik Die Erzeugung von elektrischem Strom unter Einsatz von Photovoltaikelementen hat aufgrund der ausgereiften Technik, staatlicher Förderprogramme und einfach zu integrierender Paneele während der letzten Jahre einen Aufschwung erfahren, wobei vielfältige Anwendungsformen in der Gebäudehülle entwickelt wurden. PV-Elemente in Dachverglasung integriert Hierbei erfolgt die indirekte Nutzung der Solarenergie durch: Effiziente PV-Elemente mit mono/polykristallinen Solarzellen Effiziente PV-Elemente mit Dünnschichtzellen PV-Elemente mit holographischen Elementen zur Strahlungskonzentration und Steigerung des Energiegewinns Neben der Optimierung der Effizienz der einzelnen Solarzellen kommen vermehrt Systeme auf den Markt, die sich ohne Zusatzaufwand in die Gebäudehülle integrieren lassen, um analog der Fassade mehrere Funktionen gleichzeitig übernehmen zu können. Sonnen-, Blend- und Witterungsschutzfunktionen werden neben der eigentlichen Funktion „Energiegewinn“ zusätzlich übernommen, womit Investitionskosten reduziert und die gestalterische Integration in die Gebäudehülle verbessert werden. BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 13 Intelligente Gebäudehüllen 0.2.3 Die Fassade als Informationsträger Aufgrund des hohen Präsenz der Fassade im Wahrnehmungsbereich des Menschen ist eine der klassischen Funktionen der Gebäudehülle die Vermittlung von Informationen. Dies geschieht über die entsprechende Gestaltung und den Ausdruckswert der Fassade, der je nach Epoche, Gebäudefunktion, Bauherr und Architekten einen sehr unterschiedlichen Charakter haben kann. Während der vergangenen Jahrhunderte erfolgte die Umsetzung in einer den verfügbaren Baustoffen entsprechenden Weise. Durch die Erfindung des Floatglasverfahrens Mitte des vergangenen Jahrhunderts ergaben sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung der Gebäudehülle, die in den vergangenen Jahren durch neue Verarbeitungsmethoden und die Kombination mit leistungsfähigen Folien und Beschichtungsmöglichkeiten nochmals deutlich erweitert wurden. Diese Neuerungen erstrecken sich auf folgende Technologien: Glasbedruckung (Siebdruck) Fusing (Aufschmelzen verschiedenfarbiger Gläser) Glasätzen Glaslaminate (Kombination mit Folien) Glasbeschichtung Kombination mit holographisch-optischen Elementen Hologramm in der Fassade Im Gegensatz zu unveränderlichen Systemen bieten so genannte „Medienfassaden“ die Chance, unter Einsatz elektronischer Steuerungsmöglichkeiten und schaltbarer Komponenten das Erscheinungsbild von Fassaden innerhalb von Sekunden grundlegend zu verändern. Hierdurch kann sowohl den sich ändernden Nutzeranforderungen entsprochen als auch grundlegend eine Erweiterung der Möglichkeiten der Informationsvermittlung erreicht werden. Seite 14 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Während diese Informationsvermittlung bis vor wenigen Jahren ausschließlich auf die Kombination verschiedenfarbiger Leuchtkörper für Werbemaßnahmen begrenzt war, bieten folgende Systeme alternative Gestaltungsmöglichkeiten: Leuchtdiodenfassaden Matrixfassaden Matrixfassade auf der EXPO 2000, Hannover Hierbei besteht der Hauptunterschied der Systeme in der Leuchtkraft und Farbigkeit der Elemente. Bei Leuchtdiodenfassaden lassen sich durch die Kombination einer großen Anzahl kleinster, verschiedenfarbiger Leuchtmittel beliebige Farbflächen und Muster erzeugen, wodurch die Fassade zu einem überdimensionalen Farbbildschirm wird, der beliebig mit Bild- und Textinformationen „bespielt“ werden kann. Im Gegensatz hierzu sind so genannte „Matrixpaneele“ zumeist monochrom, wie dies von den Flüssigkristallanzeigen (LCD-Displays) her bekannt ist. Auch hier können Bild- und Textinformationen beliebig kombiniert werden. BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 15 Intelligente Gebäudehüllen 0.2.4 Neuerungen im Bereich der Konstruktion von Fassaden Ähnlich zu anderen Teilbereichen der Gebäudehülle wird auch hier das Innovationspotenzial bestimmt durch Innovationen im Bereich der Bautechnik, neuer Werkstoffe, Bearbeitungsmethoden und Planungsinstrumente. Ein Beispiel hierfür ist der stark zunehmende konstruktive Einsatz von Glas, der durch die Entwicklung neuartiger Klebstoffe und Verbindungsmittel, den Einsatz leistungsfähiger Rechner und neuer Testmethoden, die Erfindung neuer Halterungen und den Einsatz neuartiger Verbundkonstruktionen ermöglicht wurde. Die Erfindung und der Einsatz neuer Kunststoffe ist ein weiteres Beispiel dafür, wie sich die funktionalen, konstruktiven und gestalterischen Eigenschaften der Gebäudehülle der Zukunft verändern werden. So hat die Entwicklung von Fluorpolymerfolien (ETFE) die Herstellung von mehrlagigen, weit gespannten Membrankonstruktionen ermöglicht, wodurch nicht nur transparente, leichte und dauerhafte Außenwand- und Dachkonstruktionen erstellt werden können, sondern zugleich auch die wärmetechnischen Eigenschaften bisheriger Membrankonstruktionen um ein Vielfaches verbessert wurden. Neue Entwicklungen im Bereich der Fassadenkonstruktion finden sich in den Bereichen: Punktgehaltener Fassadensysteme Geklebter Glas-/Glasverbindungen Geklebter Glas-/Metallverbindungen Geklebter Glas-/Holzverbindungen Membrankissensysteme Seiltragwerke im Fassadenbau Punktgehaltene Verglasung, Neue Messe Leipzig Seite 16 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Mehrlagige Membran als Dachhautkonstruktion 0.2.5 Integration von Fassade und Gebäudetechnik: Steuerungssysteme Die anhaltende Forderung nach leistungsfähigen und flexibel anzupassenden Fassadensystemen bedingt die Entwicklung der Außenhaut vom statischen System zu einer mehrschichtigen und mehrschaligen, mit Manipulatoren ausgestatteten Gebäudehülle. Das Thema der veränderlichen Gebäudehülle gewinnt weiter an Bedeutung die reine Schutzfunktion wird ergänzt durch vielfältige Steuerungsfunktionen, die den thermischen und visuellen Komfort ebenso regeln wie den Energiegewinn und -verbrauch unserer Gebäude. Hierzu ist eine leistungsfähige, einfach zu installierende Steuerungs- und Regelungstechnik notwendig. Ein möglichst offenes Schnittstellenmanagement muss die unterschiedlichsten Systeme miteinander in Einklang bringen, und unter Berücksichtigung individueller Nutzeranforderungen zu einem wartungsfreien, wirkungsvollen und einfach zu regelnden Zusammenspiel vereinen. Hierzu gehören folgende Teilaspekte: Erfassung von Witterungsdaten Erfassen der Nutzeranforderungen CO2-Sensoren Geruchssensoren Aktive Schallschutzsensoren BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 17 Intelligente Gebäudehüllen Messtechnische Protokollierung Versorgung mit Tages- und Kunstlicht Regelung von Sonnen- Blend- und Wärmeschutz Steuerung der Heizungs- und Lüftungs- und Kühltechnik Neben den gestiegenen Ansprüchen in den Bereichen Komfort und Energieverbrauchsminimierung sind auch Anforderungen hinsichtlich des Personenschutzes und der Sicherheit von Unternehmen sehr stark gestiegen. Dies bedingt einerseits die Optimierung der Gebäudehülle in den Bereichen Brand-, Rauch- und Einbruchschutz, erfordert aber auch die Kombination der Steuerungstechnik mit den Bereichen Innen- und Außenraumüberwachung Zugangs- und Anwesenheitskontrolle Die Vernetzung und Integration von Fassadensteuerung, Lüftungstechnik, Beschattung, Sicherheitstechnik und Gebäudetechnik in offenen Systemen stellt einen wesentlichen Teilaspekt dar, um das Potenzial des Einsatzes einer integralen Steuerungstechnik im Zusammenhang mit modernen Fenster-, Türen- und Fassadenkonstruktionen verwirklichen zu können. Die Verbindung von Gebäudehülle und Gebäudetechnik ist hierbei Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung innovativer Fassadenkonzepte. Eine selbstregelnde, polyvalente Außenhaut, bei welcher die vielen Aufgaben der Gebäudehülle von einer dünnen, mehrschichtigen und multifunktionalen Außenhautkonstruktion übernommen werden, ist hierbei eine der Visionen, die eine der möglichen Entwicklungsrichtungen vorgibt. Eine individuell regelbare Außenhaut kann jedoch nur dann vom Nutzer richtig verstanden und zur eigenen Zufriedenheit eingestellt werden, wenn die Zusammenhänge des eigenen Handelns und den Folgen für das entstehende Gebäudeklima erkannt werden, oder die Anpassung der Gebäudehülle von einer intelligent geplanten und einfach zu bedienenden Regelungstechnik übernommen wird. Es bedarf hierzu einer zielgerichteten, verantwortungsbewussten und sensiblen Planung, um das Thema der Gebäudehülle im Hinblick auf eine nachhaltige Architektur voranzutreiben. Hohes technisches und gestalterisches Können sind hierbei von ausschlaggebender Bedeutung. Das enorme Potenzial der Gebäudehülle muss sowohl in konstruktiver, funktionaler, gestalterischer wie auch ökologischer Hinsicht genutzt werden, um die Weiterentwicklung einer zukunftsorientierten Architektur zu ermöglichen. Seite 18 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen 0.3 Das Innovationszentrum Intelligente Gebäudehülle (IZIG) am ift Rosenheim Mit der Entwicklung des „Innovationszentrums Intelligente Gebäudehülle“ am ift Rosenheim soll ein bisher einmaliger Fokus für die europäische Baubranche geschaffen werden, mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit und Bedeutung zukünftiger Fenster, Türen und Fassaden sowie Gebäudetechnologien anschaulich darzustellen. Neuartige Fassadensysteme und -komponenten werden beispielhaft eingesetzt, um das Erscheinungsbild, die Funktion und den konstruktiven Aufbau unmittelbar erfahrbar zu machen. Durch die ganzheitliche Darstellung aller denkbaren Leistungsfelder der einzelnen Branchensegmente werden Planer, Architekten und Bauherren sowie Privatkunden, d.h. die gesamte Öffentlichkeit, für derartige Systeme und einen integrierten Ansatz gewonnen. Zugleich wird auf diese Weise wichtigen Branchenteilnehmern in Form von Seminaren, Schulungen und Demonstrationen der dringend notwendige Umdenkprozess hinsichtlich Montage, Service und neuer Gebäudeentwicklungen vermittelt. Die Umsetzung des „Innovationszentrums Intelligente Gebäudehülle“ erfolgt deshalb in enger Kooperation mit innovativen Betrieben der Baubranche. Die beteiligten Partner setzen sich aus den verschiedenen Teilbereichen wie Tragwerk, Gebäudetechnik, Fenster, Türen, Fassadentechnik, Lichtlenkanlagen, Sonnenschutzverglasungen und Klimatechnik zusammen, um ein optimales Zusammenspiel der Subsysteme für die gesamte Branche zu erreichen und darzustellen. Das „Innovationszentrum Intelligente Gebäudehülle“ soll zum Sinnbild einer zukunftsweisenden, ressourcenschonenden und komfortorientierten Architektur werden, mit erheblich ausgeweitetem Leistungsangebot bei absolut vertretbaren Kosten. Damit ergeben sich erhebliche Wertschöpfungspotenziale für die Zukunft. Das Gebäude dient daher vor allem der Wissensübermittlung im Bereich bewährter und neuartiger Fenster-, Türen- und Fassadentechnologien unter Berücksichtigung des Zusammenwirkens mit der Gebäudetechnik und -konstruktion eines Gesamtgebäudes. Beratung, Informationsaustausch und die Durchführung von Ausstellungen, Vorträgen und Seminaren stehen hierbei neben interessanten Veröffentlichungen in Publikums- und Fachpresse und entsprechenden öffentlichen Fernsehsendungen im Vordergrund der künftigen Aktionen. Das Gebäude ist mit seiner Südwestorientierung zu einer der belebtesten Kreuzungen Rosenheims für jeden einsehbar. Im ift Rosenheim wird das geplante Gebäude als zentraler Eingangsbereich von jedem Besucher wahrgenommen. Mehrere tausend Fachbesucher können so jährlich die Potenziale erfahren. Eine systematische Nutzung des Gebäudes für Events und Sonderveranstaltungen seitens der Projektpartner ist vorgesehen. Aufgrund der geplanten Ausrichtung und des hohen Potenzials von Fenstern, Türen und Fassaden zur Lösung aktueller Fragen wie Senkung des Energie- BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 19 Intelligente Gebäudehüllen verbrauchs, CO2-Reduktion und Komfortoptimierung, werden beispielhaft die Nutzungsmöglichkeiten modernster Technologien zur Reduktion des Herstellungs- und Betriebsaufwandes bei gleichzeitiger Optimierung des Komforts und der Darstellung vieler neuer Anwendungs- und Nutzerfunktionen unter Beachtung des erhöhten Sicherheitsbefindens aufgezeigt. Innovative Komponenten und automatisch regelbare Systeme im Bereich der Nutzung von Umweltenergien und der Licht- und Luftführung werden zum Einsatz gebracht und erfahrbar gemacht. Fragen der integralen Gebäudeplanung und das Bestreben, d en Aufwand an fossiler Primärenergie zu minimieren, spielen eine zentrale Rolle bei der Konzeptentwicklung. Das Gebäude soll beispielhaft aufzeigen, welche in gestalterischer und funktionaler Hinsicht überzeugenden Maßnahmen im Gebäudesektor dazu beitragen können, den Komfort im Gebäudeinneren sicherzustellen und gleichzeitig die Umweltbelastung möglichst gering zu halten. Die Darstellung der vielfältigen Lösungsmöglichkeiten für die unterschiedlichsten Anforderungen an leistungsfähige Fassadensysteme erfordert einen modularen, systematischen Aufbau der Fassade. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die unterschiedlichsten Komponenten zuverlässig aufeinander abgestimmt werden können, und eine Anpassung der Fassade an künftige Neuentwicklungen mit geringem Aufwand möglich ist. Innovationszentrum – Nordansicht Seite 20 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Innovationszentrum – Südansicht Innovationszentrum – Lageplan BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 21 Intelligente Gebäudehüllen Innovationszentrum – Grundriß EG Innovationszentrum – Grundriß OG Seite 22 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Intelligente Gebäudehüllen Innovationszentrum – Innenansicht Anmerkungen/Literatur: [1] [2] Lang, Werner; Herzog, Thomas: Wärme- und Sonnenschutzsysteme aus Holz für Zweite-Haut-Fassaden. Detail, Heft 3/2000, 40. Jg., S. 428 - 433. Heusler, Winfried. „Energie- und komfortoptimierte Fassaden“ Fassade 4 (1996): S. 48. [3] Bartenbach, Christian, und Witting, Walter. „Licht- und Raummilieu“. Jahrbuch für Licht und Architektur. Berlin: Ernst & Sohn, 1995. S. 13 - 23. [4] Daniels, Klaus: Gebäudetechnik. Ein Leitfaden für Architekten und Ingenieure. 2. Aufl. München: R. Oldenbourg, 1996. S. 262. [5] Lang, Werner: Das Dach als Klimamodulator - Zur Rolle des Daches als Bestandteil natürlicher Lüftungskonzepte. Detail, Heft 5/1999, 39. Jg., S. 859 - 865. BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“ Seite 23 Intelligente Gebäudehüllen Projektbeteiligte am Innovationszentrum Intelligente Gebäudehülle (IZIG) Auftraggeber: Institut für Fenstertechnik e. V. Leitung: Herr Dr. Helmut Hohenstein Mitarbeit: Frau Dipl.-Ing. Anja Sethi Theodor-Gietl-Straße 7-9 83026 Rosenheim Tel.: +49 (0 )8031 - 261-0, Fax: +49 (0 )8031 - 261-290 E-Mail: [email protected], Internet: www.ift-rosenheim.de Planung: Architekturbüro Werner Lang Dr.-Ing. Werner Lang,M. Arch. (UCLA) Architekt Mitarbeit: Herr Dipl.-Ing. Jerzy Kopka Grillparzerstraße 35 81675 München Tel.: +49 (0) 89 - 417 688-20, Fax: +49 (0) 89 - 417 688-21 E-Mail: [email protected], Internet: www.ii-plan.de Tragwerksplanung: Bois Consult Natterer SA Prof. Julius Natterer Mitarbeit: Herr Dipl.-Ing. Johannes Natterer Route de la Gare 10 CH-1163 Etoy/VD Tel:+41 (0) 21 - 808 7609, Fax: +41 (0) 21 - 808 7830 E-Mail: [email protected], Internet: www.iez-natterer.de Energiekonzept: Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik an der TU München Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen Mitarbeit: Herr Dipl.-Ing Michael de Saldanha 80333 München, Arcisstraße 21 Tel.: +49 (0) 89 - 289-22475, Fax: +49 (0) 89 - 289-23851 E-Mail: [email protected], Internet: www.haustechnik.arch.tu-muenchen.de Tageslicht- und Kunstlichtkonzept: Bartenbach LichtLabor GmbH Herr Prof. Christian Bartenbach Mitarbeit: Herr R. Müller Rinner Straße 14 A-6071 Aldrans Tel.: +43-(0)512-3338-0, Fax: +43-(0)512-333888 E-mail: [email protected], Internet: www.bartenbach.com Seite 24 BAU 2003 – Sonderschau „Intelligente Gebäudehüllen“
