Fassaden. Bauphysik und Konstruktionen
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Fassaden Gestaltung Materialisierung Konstruktion Bauphysik Ökologie Die gute Hülle Die Naturkraft aus Schweizer Stein Inhalt Fassade: mehr als ein schönes Kleid 3 Das wichtigste Bauteil eines Hauses 4 Zur Bauphysik von Fassaden 6 Wärmeschutz8 Wärmebrücken10 Feuchteschutz12 Brandschutz14 Schallschutz16 Tageslichtnutzung18 Sommerlicher Wärmeschutz 20 Ökologie22 Verputzte Aussenwärmedämmung 24 Kompaktfassade im Massivbau 26 Und bei der Sanierung 27 Dickschichtiges Verputzsystem 28 Kompaktfassade im Holzbau 29 Hinterlüftete Fassade 31 Faserzement32 Rockpanel34 Holz und Holzwerkstoffe 36 Metalle42 Naturstein46 Glasfassaden49 Glasfassade mit sichtbarer Steinwolle 50 Filigrane Kunststoffhülle 52 Sichtmauerwerk55 Kraftwerk Fassade 59 Die Technik zum nachhaltigen Bauen 63 Ein Leuchtturm in Flums 65 Anhang67 Impressum Herausgeber: Flumroc AG, 8890 Flums www.flumroc.ch Text, Gestaltung, Produktion: Faktor Journalisten AG, 8005 Zürich www.fachjournalisten.ch Fassade: mehr als ein schönes Kleid Die Fassade bestimmt den Auftritt eines Hauses. Ob extravagant oder nüchtern – die Wahl des Fassadenmaterials ist von zentraler Bedeutung. Fassaden sind aber weit mehr als schöne Kleider: Sie bilden eine bauphysikalische Schlüsselfunktion. An Fassaden, die dem neusten Stand der Technik entsprechen, sind hohe konstruktive Anforderungen gestellt. Die verwendeten Materialien zur Wärmedämmung und zur Unterkonstruktion sowie die Aussenhaut müssen gut aufeinander abgestimmt sein. Ist dies der Fall, so entsteht ein System, das jahrzehntelang funktioniert und ein Gebäude optisch attraktiv präsentiert. Die vorliegende Schrift zeigt auf, welche Materialien, Formen und Farben zur Auswahl stehen, um eine qualitativ hochwertige Fassade zu bauen. Neben bauphysikalischen Kriterien ist die Ökologie von Konstruktionen ein zentrales Thema. Denn Nachhaltigkeit am Bau ist eine gemeinsame Aufgabe. Die vorliegenden Planungshilfe inspiriert dazu und vermittelt wertvolle Erkenntnisse. 3 Das wichtigste Bauteil eines Hauses Millionen Quadratmeter Marktanteile Die Fassade hat in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Der Grund liegt im Paradigmawechsel, der in der Folge der Erdölkrise in den frühen 70-er Jahren stattfand. Die Botschaft der schwindenden Energieressourcen ist deutlich: Ein mangelhafter Wärmeschutz lässt sich nicht durch eine aufgerüstete Haustechnik kompensieren – oder nur unter Missachtung ökologischer Grundsätze. Damit ist die Fassade sehr viel wichtiger geworden: Dort, in den äussersten Zentimetern eines Hauses manifestiert sich die Qualität eines Objektes. Wer diesen wichtigsten Bauteil optimiert, benötigt fast keine Energie mehr für die Beheizung und für die Kühlung und schafft ein gutes Arbeits- und Wohnklima. Grosse Verschiebungen bei den Fassadenmaterialien weist die Statistik von Wüest & Partner/Baublatt Infodienst nicht aus. Die verputzte Fassade liegt seit Jahren bei einem Marktanteil von 60 %, allerdings mit einem leicht sinkenden Trend. Geringfügig steigend, wenn auch auf relativ tiefem Niveau, sind die Marktanteile dagegen von Holz, «Vorgehängt» sowie «Glas/Metall». Gehalten hat sich das Sichtmauerwerk (Abbildung 1). Gestaltung, Bauphysik, Kosten: Die Folge dieser Entwicklung ist eine enorme Vielfalt an Materialien und konstruktiven Lösungen für Fassaden. Bei der Planung und der Projektierung geht es in erster Linie darum, gestalterische, bauphysikalische und finanzielle Aspekte von verschiedenen Fassadenlösungen zu bewerten und dadurch eine zuverlässig abgestützte Auswahl zu treffen. Sanierungsstau? Fast 1,4 Mio. Wohnhäuser zählt das Bundesamt für Statistik (BfS) in der Schweiz für das Jahr 2010, nämlich 945 110 Einfamilienhäuser und 419 723 Mehrfamilienhäuser. (Büro-, Industrie- und Gewerbebauten werden vom BfS nicht erhoben.) In der Summe dürfte die Gesamtfläche der Fassaden einige hundert Mio. m2 umfassen. Bei einer jährlichen Erneuerungsrate von 1,6 %, wie das die ETH Zürich zur Verhinderung eines Sanierungsstaus als notwendig erachtet, müssten mehrere Mio. m2 Fassade jedes Jahr erneuert werden. Marktanteil 80% Putz Holz 70% Stein-/Sichtmauerwerk 60% Glas/Metall 50% Vorgehängt 40% 30% 20% 10% 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 Jahr 4 Abbildung 1: Marktanteile des Fassadenmaterials in Neubauten, 2001 bis 2011. Quelle: Baublatt InfoDienst; Wüest & Partner Abbildung 2: Blockrandbebauung im urbanen Raum. Deutlich sind die Unterschiede in den Bautiefen der Fassaden erkennbar (saniert / unsaniert). 5 Zur Bauphysik von Fassaden Die Fassade eines Gebäudes bildet die Schnittfläche zwischen der Umwelt und den Nutzern. Sie ist damit enorm grossen Anforderungen ausgesetzt, die auch zu Zielkonflikten führen können. Ein besonders brisanter Zielkonflikt bietet der Verglasungsanteil einer Fassade im Hinblick auf Tageslichtnutzung und Überhitzungsgefahr – ganz beson- ders unter Berücksichtigung der prognostizierten Klimaveränderungen. Um eine für den Standort, die Nutzung und das Gebäude optimale Fassade zu bauen, sind die bauphysikalischen Kriterien lückenlos abzuarbeiten. Eine Auswahl der wichtigsten Kriterien sind in der Grafik dargestellt. Quelle: TU München innen Fassade aussen Beleuchtung Verglasungsanteile Solarstrahlung Blendung Sichtbezug Sonnenschutz Sonnenschutzglas Blendschutz Raumtemperatur Wärmedämmung Aussenlufttemperatur Temperatur innere Oberflächen Wärmeschutzfenster Speichermassen Zulufttemperatur Luftqualität Fensterlüftung Luftqualität fassadenintegrierte Geräte Schallbelastung Schallschutz Schallquellen Luftgeschwindigkeit Konvektionsschutz Wind Abbildung 3: Die Fassade im Spannungsfeld der Anforderungen 6 Abbildung 4: Verdichtetes Bauen im innerstädtischen Kontext am Beispiel eines Wohngebäudes an der Schaffhauserstrasse in Zürich. 7 Wärmeschutz Energiedirektoren wollen bessere Häuser gaben dem Standard Minergie-P. Dieser Pfad entspricht dem gesamteuropäischen Trend. Denn die EU will für alle Neubauten ab dem Jahre 2020 «Nearly Zero Energy Buildings» vorschreiben. Der relativ geringe Restbedarf an Heizwärme soll dann durch regenerierbare Energien gedeckt werden. Die gesetzlichen Anforderungen richten sich nach den Mustervorschriften der Kantone 2008. Per 2014 sollen diese Vorgaben erneut verschärft werden. Denn nach den Vorstellungen der kantonalen Energiedirektoren sollen sich neue Gebäude ab dem Jahr 2020 «möglichst selbst mit Energie versorgen». Dass dies nur mit gut gedämmten Bauten möglich ist, zeigt eine einfache Abschätzung. Häuser mit einem Dämmstandard gemäss den gesetzlichen Vorgaben des Jahres 1980 müssten eine dreimal grössere Dachfläche aufweisen, um den eigenen Heizbedarf zu decken. Erst durch eine gute Dämmung wird die notwendige Solargewinnfläche kleiner – und dadurch bezahlbar. Kaltluftabfall an Aussenwänden Die Norm SIA 180 «Innenraumklima und Feuchteschutz im Hochbau» verlangt für den Aufenthaltsbereich von Räumen «in allen Jahreszeiten thermische Behaglichkeit». Dieser Aufenthaltsbereich entspricht gemäss SIA 180 der gesamten Nutzfläche eines Raumes, mit Ausnahme eines wandnahen Bereiches von 0,5 m. Bei Fenstern beträgt der Abstand zwischen dem Aufenthaltsbereich und dem Aussenbauteil 1,0 m. Der SIA nimmt damit Bezug auf den Kaltluftabfall, der sich entlang von Aussenwänden und Fenstern respektive Fenstertüren einstellt. Bei gut bis sehr gut gedämmten Bauten ist der Kaltluftabfall überhaupt kein Thema, weil die Temperatur der inneren Bauteilfläche genügend hoch ist. Nearly Zero Um die gesetzlichen Limiten von Neubauten zu erfüllen, sind Dämmstärken von rund 20 cm notwendig. Für Umbauten und Umnutzungen beträgt dieser Wert 14 cm. Diese Werte erreichen fast das Niveau von Minergie. Durch die geplante weitere Verschärfung der Wärmedämmvorschriften nähern sich die gesetzlichen Vor- Tabelle 1: Optimierte Dämmstärken zur Kostenminimierung Geringe Dämmung Optimale Dämmung Überdimensionierte Dämmung Bedingt grosse Solargewinnflächen für Reduziert die notwendigen Solarge- Erlaubt zwar kleine Solargewinnflächen die Bedarfsdeckung. winnflächen für die Bedarfsdeckung für die Bedarfsdeckung, bedeutet und ermöglicht einfache Konstrukti- aber einen erhöhten Aufwand in der onen. Konstruktion (Aufhängung, etc.). Geringste Kosten Höhere Gesamtkosten Hohe Gesamtkosten Tabelle 2: Energiegesetz: Anforderungen an U-Werte von Bauten Neubauten Bauteile gegen Bauteile gegen Bauteile gegen Bauteile gegen Aussenklima unbeheizte Räume Aussenklima unbeheizte Räume Opakes Bauteil 0,17 W/(m K) 0,25 W/(m K) * 0,25 W/(m K) 0,28 W/(m2 K) ** Dämmstärke 20 cm 14 cm 14 cm 12 cm Fenster 1,3 W/(m K) 1,6 W/(m K) 1,3 W/(m K) 1,6 W/(m2 K) Fenster mit vorgela- 1,0 W/(m2 K) 1,3 W/(m2 K) 1,0 W/(m2 K) 1,3 W/(m2 K) 2 2 2 2 gerten Heizkörpern * Wände und Böden: 0,28; ** Wände und Böden: 0,30 8 Umbauten und Umnutzungen 2 2 Strahlungsasymmetrie Anteil Unzufriedener Die Behaglichkeit in einem Raum wird auch durch eine allfällige Asymmetrie der Strahlungstemperatur beeinträchtigt. Sofern eine Aussenwand nach innen Kälte abstrahlt, ergibt sich in der Regel gegenüber den warmen Innenwänden eine Asymmetrie der Strahlungstemperatur. In Abbildung 5 ist die Anzahl Unzufriedener in Abhängigkeit der Temperaturasymmetrie dargestellt. Bei grossen Temperaturunterschieden ist der Anteil der Unzufriedenen erheblich. Weniger kritisch sind Asymmetrien aufgrund warmer Wände. 100 % kühle Wand 10 % warme Wand 1% 0 5 10 15 20 25 Strahlungsasymmetrie in K 30 35 Und im Denkmalschutz? Abbildung 5: Anteil Unzufriedener in % in Abhängigkeit der Asymmetrie der Strahlungstemperatur in K. Quelle: SIA 180 Erforderliche Wärmedämmschichtdicke für variable U-Werte λD bzw. λres [W/(m K)] Mineralwolle zwischen Holztragsstruktur 50 45 40 Mineralwolle 0,04 35 Mineralwolle 0,035 30 25 20 15 10 VIP VakuumIsolationsPaneele 5 0 0,30 VIP bei dWD bis 25 mm 0,25 VIP bei dWD ab 30 mm 0,20 U-Wert [W/(m2 K)] 0,15 0,10 In seltenen Fällen, beispielsweise bei denkmalgeschützten Bauten, sind andere Sanierungsmassnahmen angezeigt. Dazu gehören die Dämmung des Estrichs respektive des Daches sowie der Kellerdecke. Vielfach wird auch eine Innendämmung in Betracht gezogen. Die Dämmung der inneren Oberfläche von Aussenbauteilen muss allerdings sorgfältig geplant sein, um Feuchtigkeit in der Konstruktion zu verhindern. Dafür ist die wichtigste Massnahme, die Konstruktion gegenüber dem (feuchtebelasteten) Raum bauphysikalisch zu trennen. Das heisst: Dampfbremse und eine konsequente Luftdichtigkeitsschicht verlegen (raumseitig der Konstruktion). Stark abnehmende Grenzkosten: Die Sockelkosten für Planung, Montage, Wetterschild und Gerüst sind relativ hoch und völlig unabhängig von der Dämmstärke. Das hat zur Folge, dass der zusätzliche Zentimeter an Dämmstärke sehr günstig zu haben ist. Im wesentlichen fallen nur noch die Materialkosten an. Erst wenn aufgrund der hohen Dämmstärke die Unterkonstruktion angepasst werden muss, dann gilt diese Regel der abnehmenden Grenzkosten nicht mehr (oder nur noch eingeschränkt). Abbildung 6: U-Werte in Abhängigkeit der Schichtdicke und des Dämmmaterials. Ein U-Wert von 0,2 W/(m2 K) ist in einer ungestörten Schicht mit einer Dämmstärke von gut 16 cm erreichbar. In eine Holztragstruktur integriert, ergibt dieselbe Dämmstärke lediglich einen U-Wert von 0,28 W/(m2 K). Quelle: Minergie-P 9 Wärmebrücken Befestigungselemente, welche die Wärmedämmschicht durchdringen, führen zu punkt- oder linienförmigen Wärmebrückenverlusten. Bei gut gedämmten Aussenbauteilen kann der Anteil der Wärmebrücken am gesamten Wärmeverlust deutlich grösser sein als jener der Bauteilfläche. Der Einfluss von Befestigungselementen kann derart gross sein, dass Niedrigenergie- respektive Minergie-P-Häuser nicht möglich sind. In Abbildung 9 ist dieser Zusammenhang visualisiert: Bei einem Haus, gedämmt nach den moderaten Vorgaben des Energiegesetzes, beziffern sich die Wärmebrücken auf rund 60 % des Wärmeverlustes des ungestörten Bauteils. Bei einem Minergie-P-Haus muss zur Quantifizierung des Gesamtverlustes der reine Flächenverlust mehr als verdoppelt werden. Die Berechnungen beziehen sich auf eine hinterlüftete Fassade mit zwei Alu-Konsolen je m2 Fassadenfläche. In Abbildung 10 ist eine Befestigung mit sehr guten Wärmedämmeigenschaften dargestellt. Möglich macht dies eine Wärmedämmkonsole, die die Wärmedämmschicht durchdringt. Die schwertförmige Aufhängung besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Die gut wärmeleitenden Aluminiumprofile sind warm- respektive kaltseitig angeordnet und durchdringen die Wärmedämmschicht kaum. Die Anzahl der Konsolen je Flächeneinheit richtet sich nach dem Gewicht der Fassadenbekleidung. Für übliche Materialien wie Faserzement sind 1,5 bis 2 Konsolen je m2 notwendig. In der Wirkung ist diese Befestigung annähernd wärmebrückenfrei. Geometrische Wärmebrücken Der SIA unterscheidet zwischen geometrischen und konstruktiven Wärmebrücken. Gemäss Norm SIA 380/1 können geometrische Wärmebrücken mit einer durchgehenden, unverminderter Wärmedämmung – beispielsweise Gebäudeecken – bei der Berechnung des Heizwärmebedarfs vernachlässigt werden. Konstruktive dagegen sind zu optimieren und in der Berechnung zu berücksichtigen. Thermische Gebäudehülle Flachdach Attika Anschlussdetail mit weiteren Angaben bei üblicher Bauausführung vernachlässigbar Flachdach Vordach Flachdach Brüstung Flachdach Dachrand Anschluss Aussenwand/ Estrichboden Fensteranschlag bei Storenkasten Fensteranschlag Balkonplatte Geschossdecke Sockeldetail beheizter Keller Sockeldetail unbeheizter Keller Wandanschluss im Untergeschoss Wandanschluss an Kellerdecke Wandanschluss an Kellerdecke zwischen beheizt/unbeheizt Abbildung 7: Eine grosse Vielfalt an Wärmebrücken zeigt die Übersicht über die thermischen Schwachstellen eines Gebäudes, darunter viele an den Fassaden. Quelle: Element 29/EnFK 10 Grosse Wärmebrücken ergeben sich durch Fenster sowie durch diese definierten Bauteile, also die seitliche Leibung, der Sturz mit dem Rollladenkasten und die Fensterbank. Bei Neubauten lassen sich diese Fassadenteile in der Regel optimal konstruieren, sodass sich die Wärmebrückenwirkung in Grenzen hält. Anders ist dies bei Erneuerungen. Leibung und Sturz bleiben vielfach als grosse Wärmebrücken bestehen, weil die Dämmung nur ungenügend dimensioniert werden kann. Installationen Wärmebrücken und – noch häufiger – Konvektionsbrücken bilden auch Bauteile, die die Fassade durchdringen, also beispielsweise Sparren im Traufbereich eines Hauses oder technische Installationen wie Kurbeln zur Betätigung von Sonnenstoren. Um diese Wärmebrücken zu minimieren, wird in einer systematischen Projektierung eine separate Installationsschicht – in der Regel raumseitig der Wärmedämmung und der Primärstruktur – in die Konstruktion eingefügt. Damit lassen sich nicht alle Durchdringungen verhindern, aber in der Anzahl doch deutlich reduzieren. Und die traditionelle Storenkurbel wird zunehmend durch einen Elektroantrieb ersetzt. Abbildung 8: Eine Thermografie des Gebäudes zeigt die Schwachstellen. Häufig sind die Rollladenkästen und die Fensterleibung besonders wirksame Wärmebrücken. Dicke der Wärmedämmschicht [cm] 25 Bauteile im Kontext Minergie-P: Um Faktor 2,2 höherer Energieverlust 20 6 15 5 4 10 Bauteile im Kontext «Energiegesetz»: Um Faktor 1,6 höherer Energieverlust 5 mit 2 Alukonsolen pro m2 Wand ohne Wärmebrücke 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 U-Wert einer Wand [W/(m2 K)] Abbildung 9: U-Werte von Wärmdämmschichten mit (rot) und ohne Wärmebrücken (gelb). Hochwärmedämmende Konstruktionen lassen sich mit grossen Wärmebrücken nicht realisieren. Quelle: Empa-Schlussbericht Nr. 158 740 0,6 0,7 0,8 3 2 1 1 Innenputz 2 Tragwand, z.B. Backsteine 3 Wärmedämmschicht aus Mineralwolle 4 Hinterlüftung 5 Fassadenbekleidung 6 Wärmedämmkonsole (aus glasfaserverstärktem Kunststoff) Abbildung 10: Vertikalschnitt durch ein Aussenbauteil mit verlustarmer Befestigung (Wärmedämmkonsole aus Kunststoff). Quelle: Minergie-P 11 Feuchteschutz Wasser und Bauwerk Kondenswasser Wasser richtet in Gebäuden in der Regel Schaden an, abgesehen vom Alltagsgebrauch durch die Nutzer. Innerhalb eines Hauses tritt Wasser in fünf verschiedenen Erscheinungsformen auf, wobei sich vier dieser fünf Formen direkt auf die Fassade auswirken: ]] Schlagregen an Fassaden ]] Relative Feuchte in der Raumluft ]] Kondensat an inneren Bauteiloberflächen ]] Wasserdampf respektive Kondensat innerhalb der Konstruktion ]] Grundwasser in Untergeschossen Ungeschützte Aussenwände sind für Pilzbefall gefährdet. Der Grund: Bei einem üblichen Wohn- oder Arbeitsklima mit einer relativen Feuchte von 50 % und einer Raumlufttemperatur von 20 °C ergibt sich in Wandnähe ein Kondensationsrisiko. Dieses Risiko resultiert aus einer relativen Raumfeuchte entlang der Aussenwand von 80 %, bedingt durch die innere Oberflächentemperatur von 12,6 °C. Diese Temperatur stellt sich bei der erwähnten Raumtemperatur (20 °C) und einer Aussentemperatur von -10 °C ein (Abbildung 11). Erst eine Nachdämmung der Aussenwand garantiert bauschadenfreie Bauteile. aussen 12 °C 13 °C Gebäudeecke Wand innen 20 °C -10 °C Abbildung 11: Gebäudeecken wirken wir Kühlrippen; sie werden deshalb als geometrische Wärmebrücken bezeichnet. Bei unzureichender Dämmung und tiefen Aussentemperaturen kann die Temperatur an der inneren Oberfläche der ungeschützten Aussenwand unter den Taupunkt fallen. Dadurch ergibt sich eine Gefahr der Kondenswasserbildung an den Bauteiloberflächen. Abbildung 12: Konstruktionen mit typischer Kondensationszone. Als Regel gilt: Gefährdet für Kondensation ist meistens die kalte Seite eines dämmenden Bauteils. Sofern eine homogene Wand ohne separate Wärmedämmung konzipiert ist, wirkt die Wand als dämmendes Element mit der dafür typischen Kondensationszone. Hinterlüftete Fassaden sind diesbezüglich weniger anfällig, weil sie aufgrund der angrenzenden Luftschicht dampfoffen konzipiert sind. Homogene Wände mit äusserer Deckschicht 12 Wärmedämmung im Kern Um eine schadenfreie Konstruktion zu gewährleisten, sind im wesentlichen zwei Bedingungen zu erfüllen: Eine luftdichte Konstruktion sowie eine ausreichende Wärmedämmung. Die SIA 180 schreibt dazu: Im Winter kann in den kalten Bereichen der durchlässigen Bauteile Wasserdampf kondensieren, der mit Luft transportiert wird, die durch Leckagen aus dem Gebäude abströmt. «Die Menge des Kondenswassers darf dem Bauwerk keinen Schaden zufügen.» Dass diese Gefahr durchaus besteht, zeigt ein Rechenbeispiel. 1 m3 Luft mit 20 °C und 50 % relativer Feuchte gibt im Übergang auf 0 °C mehr als 3 g Kondenswasser ab. Bereits 1 m2 getäfelte Decke ohne Luftdichtigkeitsschicht in einem Dachgeschoss kann 300 g Kondenswasser erzeugen – pro Tag! Luftdichtigkeitsschicht zur konsequenten Abdichtung einer Konstruktion sollten in der Regel warmseitig der Wärmedämmung angebracht werden. Häufig ist die Konvektionsschutzfolie mit der Dampfbremse respektive der Dampfsperre kombiniert. Aussenwärmedämmung Innenwärmedämmung Abbildung 13: Mehrfamilienhaus am Freihofweg in Aarau. 13 Brandschutz Allgemeine Prinzipien Mehrgeschossiger Holzbau Ein wichtiges Ziel des baulichen Brandschutzes ist die örtliche Begrenzung eines Brandes sowie die Funktionstüchtigkeit von Fluchtwegen. Durch Bildung von Brandabschnitten werden Räume und Raumgruppen ausgeschieden, die von Wänden und Decken mit einer Feuerwiderstandsdauer von mindestens 90 Minuten umhüllt sind. Da die Bestimmungen des baulichen Brandschutzes sehr von der Grösse, der Form und der Materialisierung eines Hauses abhängen, sind die notwendigen Massnahmen objektspezifisch zu planen und realisieren. Auskünfte erteilen die VKF, die Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen in Bern, sowie die kommunalen Baubewilligungsbehörden (und dort der Brandschutzbeauftragte). Für mehrgeschossige Holzbauten ist ein durch einen akkreditierten Holzbauingenieur erstelltes Brandschutzkonzept einzureichen (gilt für Bauten mit mehr als vier Geschosse). Der Brandschutz an Fassaden ist ganz wesentlich durch die Eigenart bestimmt, dass üblicherweise Aussenwandbauteile mehrere Brandabschnitte überdecken. Im mehrgeschossigen Wohnungs- oder Bürobau ist dies ganz typisch: Die einzelnen Geschosse respektive Wohnungen bilden Brandabschnitte, die von einer gemeinsamen Fassade abgeschlossen sind. Um das Prinzip der Trennung von Brandabschnitten konsequent umzusetzen, unterliegen Fassaden aus brennbaren Material diesem Primat der brandschutztechnischen Trennung der Fassaden. Diese brandschutztechnischen Auflagen sind vor allem bei Fassaden aus Holz und aus Holzwerkstoffen von Belang. Dies bedeutet, dass Holzfassaden bei mehrgeschossigen Objekten durch bauliche Massnahmen in Brandabschnitte getrennt sind. Die gleichen Vorgaben gelten im Prinzip auch für die in den Aussenwänden eingefügten Wärmedämmmaterialien. Konstruktionen, die mit Mineralwolle gedämmt sind, sind naturgemäss von diesen Auflagen befreit, sofern der Wetterschild ebenfalls nicht brennbar ist. Aufgrund der Hinterlüftung sind Wärmedämmmaterialien einem erhöhten Brandrisiko ausgesetzt. Dieses Risiko kann durch angrenzende brennbare Baumaterialien stark erhöht werden, beispielsweise durch Holzwerkstoffe. Nicht brennbare Dämmmaterialien wie Steinwolle reduzieren die Brandbelastung einer Konstruktion in jedem Fall sehr stark, also unabhängig von anderen beteiligten Materialien. 14 Baustoffe werden aufgrund ihres Brandverhaltens klassiert, das im wesentlichen durch die Brennbarkeit und das Qualmverhalten des Stoffes gegeben ist. Die Brennbarkeit wiederum ist abhängig von der Entzündbarkeit und von der Abbrandgeschwindigkeit des Baustoffes. Ausschlaggebend für die Klassierung sind standardisierte Prüfverfahren, die von unabhängigen Instituten angewendet werden. Zur Klassierung verwenden die Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen, VKF, und die Europäische Normung unterschiedliche Brandkennziffern. Nach der schweizerischen Terminologie sind die «nicht brennbaren» und die «quasi nicht brennbaren» Stoffe mit der Brandkennziffer 6 respektive 6q bezeichnet. Die unbeschichteten FlumrocProdukte sind so klassiert. Zur Minderung der Brennbarkeit mischen Hersteller ihren Baustoffen Brandschutzmittel zu, die zwar tatsächlich eine brandhemmende Wirkung haben, aber äusserst giftig sind. Die Toxizität einiger Brandschutzmittel ist so hoch, dass die EU ein völliges Verbot der gefährlichsten plant. Steine brennen nicht. Auch Steinwolle nicht! Bis 1000 °C bleibt dieser Dämmstoff formstabil. Bei diesen Temperaturen sind die meisten Dämmstoffe geschmolzen. Damit tragen brennbare Baustoffe sehr viel zur Brandbelastung eines Hauses bei. Steinwolle bietet nicht nur einen guten Wärme- und Feuchteschutz, Steinwolle steht auch für Brandschutz. Abbildung 14: Dieser imposante Wohnturm in La Tour (Wallis) entspricht nicht den heute geltenden Brandschutzauflagen. 15 Schallschutz Für den Wohn- und Arbeitskomfort ist eine gute Schalldämmung enorm wichtig. Dies gilt auch und vor allem für Fassaden. Dabei gilt es nicht nur, den flächigen Teil einer Fassade zu optimieren, sondern auch Schallbrücken zu eliminieren respektive in ihrer Wirkung zu reduzieren. An Schallbrücken ist in einer üblichen Fassade kein Mangel. Denn vergleichbar den Wärmebrücken wird Schall über starre Verbindungen in einer Fassade besonders effizient übertragen. Also über Befestigungselemente und Unterkonstruktionen, über Installationsöffnungen und Rollladenkästen. An lärmbelasteten Standorten ist deshalb eine schalltechnische Optimierung der Fassade (und des Daches) angezeigt. Schall ist eine mechanische Wellenenergie, die auf dem Weg von der Quelle zum geplagten Menschen ein Teil des Energieinhaltes verliert, was zu einer Schallminderung führt. Um konstruktiven Schallschutz in einer Fassade zu ermöglichen sind vor allem zwei Massnahmen wichtig: Erstens müssen die Schallbrücken minimiert werden und, zweitens, Materialien mit hohen inneren Verlusten zum Einsatz kommen, also Wärmedämmstoffe und «schallschluckende» Bauteile. Diese Elemente sind in der Regel ebenfalls aus Wärmdämmstoffen gefertigt. Drei Effekte wichtig Bei der Schallübertragung sind drei Effekte besonders relevant: Das Massengesetz, der Koinzidenzeffekt und die Koppelresonanz. Das Massengesetz besagt, dass mit steigender Masse des Bauteils die Dämmwirkung zunimmt. Schwere Bauteile in der Fassade sind demnach ein wirksamer Schutz gegen Lärm von aussen. Der Koinzidenzeffekt wirkt in Bauteilen, bei denen sich die einfallende Schallwellenenergie auf die Abstrahlung überträgt. Durch Einbringung einer zusätzlichen Schicht zwischen einfallender und abstrahlender Schallwellen lässt sich dieser Effekt mindern. Die Koppelresonanz schliesslich entsteht bei benachbarten Bauteilen, die durch Verbindungselemente oder durch Luftschichten miteinander verbunden sind. Materialien mit hohen inneren Verlusten, zum Beispiel Wärmedämmstoffe, reduzieren die Koppelresonanz. Strenge Limiten In Tabelle 3 sind die Anforderungen an den Schutz gegen Schall von aussen gemäss Norm SIA 181 «Schallschutz im Hochbau» aufgeführt. Mindestanforderungen sind generell gültig, erhöhte Anforderungen bei entsprechenden vertraglichen Abmachungen respektive Eigentumswohnungen. In der Regel sind die erhöhten Anforderungen bei Eigentumswohnungen und bei Einfamilienhäuser einzuhalten. Der relativ geringe Unterschied von 3 dB in der Standard-Schallpegeldifferenz sollte nicht darüber hinwegtäuschen, dass aufgrund der logarithmischen Skala die Schutzwirkung mit den strengeren Limiten sehr viel grösser ist. Tabelle 3: Schutz gegen Schall von aussen: Anforderungen nach SIA 181 Grad der Störung durch Aussenlärm klein bis mässig erheblich bis stark Abseits von Verkehrsträgern, Im Bereich von Verkehrsträgern oder keine störenden Betriebe störenden Betrieben Lärmbelastung Lage des Empfangsortes Beurteilungsperiode Beurteilungspegel Lärmempfindlichkeit Tag Nacht Tag Nacht 60 dB 52 dB 60 dB 52 dB Anforderungswerte an den Schutz gegen Schall von aussen (Standard-Schallpegeldifferenz) gering 25 dB/22 dB Lr –35 dB/–38 dB Lr –27 dB/–30 dB mittel 30 dB/27 dB Lr –30 dB/–33 dB Lr –22 dB/–25 dB hoch 35 dB/32 dB Lr –25 dB/–28 dB Lr –17 dB/–20 dB Anmerkung: Mindestanforderungen in fetter Schrift, erhöhte Anforderungen in Magerschrift. Quelle: Norm SIA 181 16 Aussenwandkonstruktionen Luftschalldämmung R’w + Ctr (dB) 35 40 45 50 55 60 Backstein 17,5 cm verputzte Aussenwärmedämmung Faserdämmstoff (Mineralwolle) Stahlbeton 18 cm oder Backstein 20 cm Calmo verputzte Aussenwärmedämmung Faserdämmstoff (Mineralwolle) Backstein 17,5 cm Aussenwärmedämmung Faser­dämmstoff (Mineralwolle) mit hinterlüfteter Fassadenverkleidung Stahlbeton 18 cm oder Backstein 20 cm Calmo Aussenwärmedämmung Faserdämmstoff (Mineralwolle) mit hinterlüfteter Fassadenverkleidung Zweischalenmauerwerk mit Kernwärme­ dämmung aus Faserdämmstoff (Mineralwolle) Einsteinmauerwerk, wärmedämmend Leichtbaukonstruktionen in Holzrahmenbauweise (Wärmedämmung zwischen Holzrahmen) mit innerer und äusserer Beplankung sowie hinterlüfteter Fassadenbekleidung Abbildung 15: Gebräuchliche Aussenwände mit erreichbaren Schalldämmwerten. Quelle: Element 30 17 Tageslichtnutzung In der Fassade steckt ein Widerspruch: Sie sollte Wohn- und Arbeitsräume möglichst konsequent vom Aussenklima abschotten und gleichzeitig eine Verbindung schaffen zwischen drinnen und draussen – sei dies für den Durchblick oder für die Lufterneuerung. Mit hochwärmedämmenden Fenstern ist dieser Spagat möglich. Auch deshalb sollten Fenster über schlanke Rahmen verfügen, um möglichst viel Tageslicht einfallen zu lassen. Der filigrane Rahmen hat auch energetische Vorteile. Denn die Verglasung schützt besser vor Wärmeverlust als die Rahmen und ermöglichen zudem einen höheren Solareintrag. Wenn Innenräume durch andere Gebäude verschattet werden, wie das vor allem in Innenstädten und in Quartieren mit verdichtetem Bauen der Fall ist, lässt sich die Position in einem Raum ermitteln, bei der der Himmel auf Tischhöhe gerade noch sichtbar ist. Dieser Punkt wird als «Position of no Skyline» bezeichnet. Zwischen diesem Punkt und dem Fenster ist genügend Tageslicht vorhanden, dahinter ist für übliche Arbeiten zu wenig natürliches Licht verfügbar. Zur Abschätzung, ob genug Tageslicht in einen Raum fällt, eignet sich die 30°-Regel. Dabei wird offensichtlich, dass die Brüstungshöhe praktisch keine Rolle spielt. Relevant ist die Lage und Form des Sturzes respektive mögliche Auskragungen. Aus dieser 30°-Abschätzung folgt die Faustregel, wonach die Tageslichttiefe rund der zweifachen lichten Höhe zwischen Fussboden und Sturz entspricht. Position of no-skyline 0,85 m Abbildung 16: Ermittlung der «Position of no Skyline» in einem Arbeitsraum. Quelle: Licht im Haus Funktionszonen Tageslichtzone Diese Zone stellt die natürliche Belichtung in der Raumtiefe sicher; möglichst wenig Beschattung, um Lichttransmission zu fördern; falls sich zur nächtlichen Auskühlung Querlüftung empfiehlt, sollte der Oblichtflügel öffenbar sein, da die- 30° H se Position eine verbesserte Thermik ermöglicht. Durchblickzone 2H Diese Zone garantiert visuellen Kontakt nach aussen, dabei ist ein Wechsel von opaken und transparenten Flächen sinnvoll; eine äussere Beschattung ist empfehlenswert, um den Solareintrag zu beschränken und die direkte Bestrahlung der Nutzer zu verhindern; ein innerer Blendschutz erhöht den Komfort. Brüstungszone 30° H Diese Zone gewährt einen Blickschutz von aussen; für die Tageslichtnutzung nur von marginaler Bedeutung; kann deshalb als opakes Bauteil gestaltet sein; eignet sich für Platzierung von dezentralen Lüftungsgeräten (innen) oder von Solargewinnflächen (aussen). Tabelle 4: Funktionszonen von Fassaden. ­Quelle: ­Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik, Technische Universität München 18 2H Abbildung 17: Anwendung der 30°-Regel zur Abschätzung des Tageslichtangebotes in einem Raum. Quelle: Licht im Haus Abbildung 18: Komfortmerkmal Tageslicht 19 Sommerlicher Wärmeschutz Nur auf den ersten Blick sind sommerlicher Wärmeschutz und Tageslichtnutzung einander entgegengesetzt. Denn Räume mit einer Tiefe, die zweimal der lichten Höhe zwischen Fussboden und Sturz entsprechen, und dadurch ausreichend mit Tageslicht versorgt sind, lassen sich gegen sommerliche Überhitzung schützen. Dazu sind fünf Regeln anzuwenden: ]] Moderater Glasanteil in der Aussenwand: Lochfassade mit hochwertigen Fenstern ]] Hochliegende Verglasungsanteile, beispielweise im Sturzbereich oder Oblichter ]] Hochwirksamer und aussen liegender Sonnenschutz vorsehen ]] Bedienung des Sonnenschutzes sicherstellen; motorisch betriebene Sonnenstoren fassadenweise steuern ]] Speichermassen reduzieren Temperaturspitzen Fassaden mit hohem Glasanteil bergen allerdings auch ein Risiko der Überhitzung. Mit steigenden Durchschnittstemperaturen, wie dies von der Wissenschaft prognostiziert wird, akzentuiert sich dieses Problem. Daraus leitet sich eine einfache Regel ab: Die konventionelle Lochfassade mit einem Glasanteil von weniger als 50 % in Kombination mit gut positionierten Fenstern bringt sehr gute Ergebnisse bezüglich Komfort und Energiebedarf. Gut positioniert heisst, dass die transparenten Bauteile möglichst Gesamtenergiedurchlassgrad g im oberen Teil des Geschosses liegen, also im Bereich des Fenstersturzes. Dadurch gelingt eine Tageslichtnutzung auch für die inneren, fassadenfernen Raumabschnitte. Sofern der Glasanteil einer Fassade über 40 % liegt, sollte der Gesamtenergiedurchlass der Bauteile reduziert werden. In der Regel erfolgt dies mit aussenliegenden Sonnenstoren (Abbildung 21). Die Schutzwirkung von innenliegenden Sonnenstoren ist weit weniger wirksam (Abbildung 20). Feste Beschattungen sind auch wirksam, wenn diese gar nicht erwünscht sind. Denn in der Übergangszeit und während Heizperioden decken solare Wärmeerträge einen erheblichen Teil der Wärmeverluste. Nur bei Fassaden mit konsequenter Südausrichtung ist eine feste Beschattung sinnvoll. Diese lässt sich so konzipieren, dass die direkte Solarstrahlung die Fassade während der Heizperiode erreicht. Selbst bei fester Beschattung ist ein beweglicher Sonnenschutz vorzusehen, da sonst Überhitzungen auftreten können, beispielsweise an einem sonnigen Oktobertag. Fazit: In Wohnbauten sollte der Glasanteil in Fassaden 60 % bis 70 % nicht übersteigen, in Eckzimmern gelten 50 % bereits als hoher Glasanteil. 13% 0,5 6% 27% 46% 0,4 17% 14% 27% 54% 13% 0,3 Nord 0,2 mit innenliegender Jalousie 16% 5% 48% 86% 14% mit aussenliegender Jalousie Nordost, Nordwest 0,1 Ost, Südost, Süd, Südwest, West 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Glasanteil der Fassade fg Abbildung 19: Geforderter Gesamtenergiedurchlass in Abhängigkeit des Glasanteils in der Fassade. Quelle: Norm SIA 382/1 20 Abbildung 20: Vergleich der Schutzwirkung von innenund aussenliegender Jalousie. Statt 54 % beträgt der Solareintrag lediglich 14 % der Einstrahlung. Bei einer Einstrahlung von 1 kW Solarenergie pro m2 Fassadenfläche, wie dies an einem Hochsommertag der Fall sein kann, bedeutet der Unterschied 400 W pro m2. Abbildung 21: Schutz vor Solarstrahlung an einer Südfassade Tabelle 5: Maximaler Glasanteil für Räume mit Fenstern ohne feste Beschattung Handbedienung Automatische Steuerung Minergie-Modul Sonnen- mit Sonnenwächter schutz und Minergie-Modul Fenster Thermisch wirksame Speichermasse hoch mittel hoch mittel hoch mittel Nur eine Fassade mit Fenstern 70 % 60 % 90 % 70 % 100 % 80 % 50 % 40 % 70 % 60 % 70 % 70 % Eckzimmer mit Fenstern an beiden Fassaden Anmerkung: Anforderungen für Wohnbauten an den sommerlichen Wärmeschutz nach Minergie. Bei üblichen Wohnbauten muss mit mittlerer thermisch wirksamer Speichermasse gerechnet werden. 21 Ökologie Beim Entwurf einer Fassade gilt es Ressourcen- und Energieverbräuche, nicht recycelbare Abfälle und schädliche Emissionen gering zu halten. Dabei wirkt sich die Materialisierung ebenso unmittelbar auf die bauökologische Qualität einer Gebäudehülle aus, wie deren konstruktive Gestaltung oder die Wahl der Unterkonstruktion. Der sorgsame Umgang mit Ressourcen stellt eine Grundlage ökologischen Bauens dar. Holz-Unterkonstruktionen sind bezüglich ihrer Energiebilanz günstig und basieren auf einem nachwachsenden Rohstoff. Beim Einsatz aussereuropäischer Hölzer sollten ausschliesslich zertifizierte Produkte verwendet werden. Die ökologische Verträglichkeit einer Fassade endet eben nicht bei ihrer Energiebilanz; in punkto Ressourcen sind geschlossene Kreisläufe anzustreben. Der Einsatz von Recyclingbeton für Fassadensockel schont beispielsweise lokale Kiesreserven. Besonders bei metallischen Bauteilen verbessert Recycling die Ökobilanz einer Fassade. So liegt der Energieaufwand für eine Unterkonstruktion aus Recycling-Aluminium nur bei 10 % dessen, was für deren neue Herstellung aus Bauxit nötig wäre. Noch besser als Recycling ist die direkte Wiederverwendung ganzer Komponenten aus Bauteilbörsen (www.bauteilnetz.ch). Graue Energie bezeichnet den energetischen Aufwand für die Erstellung eines Gebäudes sowie dessen Rückbau – inklusive der Herstellungsenergie aller anfängTabelle 6: Ökologie von Fassaden: 7 wichtige Punkte Schonung Ressourcen Einfach beschaffenbare und gut verfügbare Materialien Graue Energie Energieaufwand für Herstellung und Beschaffung Direkte Umweltbelastungen Emissionen von Materialien und Systemen (Schadstoffe) Nutzungsdauer Eignung zur Instandhaltung, bauliche Massnahmen, fachgerechter Aufbau Wartungsfreundlichkeit Zugänglichkeit, Eignung zur Ergänzung und Erneuerung Rückbaufähigkeit Trennbarkeit von Verbundmaterialien, Verwertbarkeit Funktionalität 22 Bauphysikalische Qualität, Nutzungsorientierung lich und nachträglich eingebauten Bauteile. Bei energieeffizienten Gebäuden macht die graue Energie etwa gleich viel aus, wie die verbrauchte Betriebsenergie während der Nutzung des Gebäudes. Beides lässt sich bereits in der frühesten Planungsphase optimieren. So minimiert eine kompakte Bauweise nicht nur den Betriebsenergiebedarf, sondern auch die verbaute Materialmenge – und die damit verbundene graue Energie. Bei der Materialwahl gibt häufig die Masse den Ausschlag: Leichte Aussendämmsysteme wie hinterlüftete Verkleidungen aus Holz oder Faserzement mit Mineralfaserdämmungen weisen tendenziell einen geringeren Energiebedarf auf als ein Vollsteinmauerwerk. Die inkorporierte Herstellungsenergie von Holz-Unterkonstruktionen liegt deutlich unter der einer Aluminiumkonstruktion. Direkte Umweltbelastungen durch Fassadenbekleidungen sind aus ökologischen und auch gesundheitlichen Gründen zu vermeiden. Das Minergie-Eco-Label fordert deshalb den Einsatz von Metallfiltern bei grossflächigen Metallbekleidungen. Verzinkte Stahlbleche, Kupfer- oder Titanzinkbleche können unter Witterungseinfluss ebenso wie bleihaltige Baustoffe Schwermetalle freisetzen, welche zu Belastungen in Boden und Gewässern führen. Bei einer Holzbekleidung ist der konstruktive Holzschutz Bioziden oder chemischen Holzschutzmitteln vorzuziehen. Die Nutzungsdauer einer Fassade beeinflusst massgeblich deren ökologische Qualität. Entscheidend sind deshalb die Witterungsbeständigkeit von Aussenhülle, Fassadensockel und Fenstern. Konstruktive Schutzmassnahmen wie Dachvorsprünge – vor allem bei unbehandelten Holzverkleidungen – verlängern die Nutzungsdauer einer Fassade. Eine wichtige Rolle spielt zudem der Feuchteschutz. Bauphysikalisch korrekt dimensionierte, diffusionsoffene Bekleidungen vermeiden die Bildung von Feuchtigkeit in der Konstruktion, die zu Bauschäden führt. Der Einsatz hochwertiger Materialien und eine umsichtige Planung zahlen sich langfristig aus. Die Wartungsfreundlichkeit aller Fassadenteile ermöglicht die langfristige Nutzung eines Gebäudes. Da der Rohbau eine höhere Nutzungsdauer aufweist als die Gebäudehülle, muss deren Ersatz von vornherein geplant werden. Grundsätzlich ist eine einfache Zugänglichkeit und Demontierbarkeit aller Komponenten anzustreben. Insbesondere der Einsatz von Montage- oder Füllschäumen erschwert den Bauteilersatz erheblich. Die Rückbaufähigkeit einer Fassade steht im Zeichen geschlossener Stoffkreisläufe. Bauteile sollten zerstörungsfrei demontiert und weiterverwendet werden können. Bei überschrittener Nutzungsdauer muss die Recycelbarkeit der Komponenten gewährleistet werden. Bereits in der Planungsphase sind deshalb trennbare respektive homogene Materialien zu bevorzugen. Die Gebäudehülle muss funktionieren. Eine Fassade beeinflusst die Energiebilanz eines Gebäudes massgeblich und wirkt so unmittelbar auf dessen Ökobilanz im Betrieb ein: durch die Senkung des Heizwärmebedarfs mittels geeigneter Wärmedämmung, durch die Ermöglichung passiver Solargewinne oder durch die Vermeidung von Hitzestaus mit sommerlichem Wärmeschutz. Quantitative Bewertung Für die zahlenmässige Ermittlung von U-Werten und ökologischen Kennwerten (graue Energie, Umweltbelastungspunkte, Treibhauseffekte) ist mit dem elektronischen Bauteilkatalog ein unabhängiges Instrument verfügbar. Das ebenfalls als Web-Version angebotene Tool ist der zeitgemässe Ersatz der SIA Dokumentation D0 123 «Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten». Neu ist der Produktkatalog von Flumroc. Damit können Planende – ohne den Erwerb einer Pro- oder ExpertLizenz des Bauteilkatalogs – gedämmte Aussenwände, Dächer, Decken sowie Böden kalkulieren. Durch die dynamische Änderung einzelner Materialien und Schichtdicken lässt sich die optimale Lösung für jedes Bauteil eruieren. Die Ergebnisse stellt das Programm gegliedert nach Materialien und Phasen im Lebenszyklus tabellarisch sowie grafisch dar. www.bauteilkatalog.ch Abbildung 22: Flumroc stellt Planenden im Online-Bauteilkatalog alle Daten zu ihren Dämmsystemen kostenlos zur Verfügung. 23 Verputzte Aussenwärmedämmung Kompaktfassaden sind im Aufbau einfacher und damit kostengünstiger als hinterlüftete Konstruktionen. Aufgrund des guten Kosten-Nutzen-Verhältnisses ist dieser Fassadentyp schweizweit am meisten verbreitet. In der Fassadenabwicklung folgt sie der Primärstruktur und eignet sich deshalb sehr gut für Sanierungen. Denn der Charakter von Gebäudehüllen bleibt weitgehend erhalten. Durch den Verzicht auf eine Unterkonstruktion entstehen kaum Wärmebrücken. Bezüglich Farbe und Oberflächenstruktur bieten Kompaktfassaden durch verschiedene Deckputze und Anstriche freie Gestaltungsmöglichkeiten. In Anlehnung an ihren Aufbau – Dämmplatten werden direkt am Mauerwerk befestigt und auf der Aussenseite verputzt – ist für Kompaktfassaden auch die Bezeichnung «verputzte Aussendämmung» oder Wärmedämm-Verbund-System (WDVS) geläufig. Fassadenschutz Farbgebung Grundsätzlich lassen sich Kompaktfassaden mit Deckputzen und Anstrichen farblich frei gestalten. Allerdings gibt es technische Einschränkungen für die Farbgebung. Denn die Farbhelligkeit des Deckputzes beeinflusst die Wärmeaufnahme einer Fassade. Bei dunklen Farben heizt sich die Fassade stärker auf und es entstehen eher strukturelle Schäden. Deshalb muss die Deckschicht einer Kompaktfassade gemäss der Norm SIA 243 einen minimalen Hellbezugswert von 30 aufweisen (siehe Kasten). Bei niedrigeren Hellbezugswerten kann es zu starken Temperaturspannungen im Material und somit zu Rissen kommen. Hohe Temperaturen führen bei Kunststoff-Wärmedämmungen zu Schwundmass. Die Folge sind Unebenheiten und eine reduzierte Dämmwirkung. Mineralwolle weist dagegen naturgemäss eine hohe Temperaturstabilität auf und erfordert weniger Aufmerksamkeit bei der Farbwahl. Neben Überhitzung und Temperaturschwankungen kann Feuchtigkeit eine Gefahr für die Oberflächen von Kompaktfassaden darstellen. Algen, Pilze und Flechten wachsen teilweise an Oberflächen, an denen sich Tauwasser bildet. Bei aussen gedämmten Fassaden ist die äusserste Schicht thermisch vom Rest der Wand getrennt und hat eine kleine Wärmespeicherfähigkeit. In klaren Nächten kann diese Schicht unter die Aussenlufttemperatur abkühlen, wodurch Kondenswasser entstehen kann – ein Nährboden für Algen und Pilze. Dies lässt sich durch einen Witterungsschutz (Vordach) sowie durch einen Farbanstrich zur Verminderung der Abstrahlung in der Fassade verhindern. Vorteile Der Hellbezugswert kennzeichnet die wahrgenommene Helligkeit eines Farbtons in Bezug auf eine ideal weisse Fläche bei identischen Beleuchtungsbedingungen. Dabei variiert der Hellbezugswert zwischen 0 (Schwarzpunkt) und 100 (Weisspunkt); ein Farbton mit dem Wert 15 ist folglich sehr dunkel. Hellbezugswerte verschiedener Systemanbieter können aufgrund unterschiedlicher Messmethoden abweichen. Hinterlüftete Fassade Kompaktfassade ]] Bessere Feuchtigkeitsabfuhr ]] Kostengünstiger als hinterlüftete Fassade ]] Viele gestalterische Möglichkeiten (Holz, Stein, ]] Schlanke Konstruktionen möglich Metall, Faserzement) Nachteile Hellbezugswert ]] Teurer als Kompaktfassade ]] Aufwändig bei Sanierung ]] Weniger aufwändige Detaillösungen ]] Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung reduziert. ]] Geringere Lebensdauer 24 Abbildung 23: Weit verbreitet und in vielen Varianten im Einsatz – die Kompaktfassade. 25 Kompaktfassade im Massivbau Alle Teile der Kompaktfassade werden in der Regel vom selben Systemanbieter geliefert. Die Einzelkomponenten sind gut aufeinander abgestimmt: Eine Notwendigkeit, da die Lebensdauer des Fassadensystems massgeblich vom Zusammenspiel der Baustoffe abhängt. Das System besteht meist aus sieben Schichten: Mauerwerk, Kleber, Wärmedämmschicht, Bewehrung, Grundputz, Deckschicht und allfällige Anstriche als äusseren Abschluss. Auf dem Mauerwerk werden mittels Kleber Dämmplatten in einer oder mehreren Schichten angebracht. Als zusätzliche Befestigung der Platten können Kunststoffhalter verwendet werden. Die Wärmedämmplatten müssen lückenlos verlegt und Fehlstellen mit demselben Dämmmaterial verschlossen werden. Auf die Wärmedämmung wiederum folgt die Bewehrung, die schliesslich vom Aussenputz umschlossen wird. Zur Vermeidung von Bauschäden muss eine Kompaktfassade nach aussen dampfoffen sein, um Feuchtigkeit aus der Konstruktion abführen zu können. Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den einzelnen Komponenten. Der Aufbau des Putzes variiert je nach Systemanbieter. Verbreitet wird eine Kombination aus Grundputz und mineralischem Deckputz eingesetzt. Gelegentlich kommt zusätzlicher Haftputz als mineralische Haftbrücke zwischen Dämmplatte und Grundputz zum Einsatz. Der Grundputz kann durch den Deckputz eindringendes Wasser vorübergehend aufnehmen und es kontinuierlich an die Aussenluft abgeben. Er wird häufig mit Bewehrung – einem auf den Dämmplatten befestigten Glasfasergewebe – ausgeführt. Die Verwendung von Armierungsputzen verbessert die Belastbarkeit bei Schlagregen und starken Temperaturschwankungen. Im Sockelbereich der Fassade wird ein spezieller Grundputz verwendet. Den äussersten Wetterschutz bildet der Deckputz. Er bietet zudem Gestaltungsmöglichkeiten durch farbige Zusätze, Anstriche oder verschiedene Aufbringungsarten – etwa als Edelkratzputz mit rauer Oberflächentextur. Wärmedämmung In Kompaktfassaden mit massivem Untergrund kommen vorwiegend Dämmplatten aus Mineralwolle oder Polystyrol zum Einsatz. Entweder werden die Platten nur mit dem Mauerwerk verklebt oder zusätzlich mit Dämmstoffhalter verankert. Für die Aufbringung des Grundputzes muss die Wärmedämmschicht frei von Überzähnen und Staub sowie trocken und tragfähig sein. Für die Dämmung von Kompaktfassaden werden ebenfalls Porenziegel und Dämmputze angeboten, deren Dämmeigenschaften von Dämmplatten aber deutlich übertroffen werden. Aussenputz Der Aussenputz ist als äusserste Hülle eines Gebäudes repräsentativ und bildet gleichzeitig dessen eigentliche Wetterhaut. Neben der Erfüllung architektonischer Ansprüche muss er daher Belastungen durch Schlagregen, Temperaturschwankungen, Frosteinwirkung und Windbelastung genügen. Verarbeitung und Qualität des Aussenputzes beeinflussen somit direkt die Lebensdauer von Fassade und Bauwerk. Wichtig – insbesondere zur Vermeidung von Rissen – ist die Kompatibilität unter den einzelnen Schichten, weshalb in der Regel alle Produkte desselben Systemhalters verwendet werden. Dieser achtet auf angepasste 26 Abbildung 24: Vertikalschnitt durch eine verputzte Aussenwärmedämmung. Innenputz Backstein B17.5/24 Klebemörtel Aussenputz Flumroc-Dämmplatte COMPACT PRO Und bei der Sanierung Nicht zuletzt durch die finanzielle Unterstützung des Bundes mit seinem Gebäudeprogramm, sind energetische Verbesserungen der Gebäudehülle stark im Trend. Um die Ziele der Energiepolitik zu erreichen, gilt es unzählige Massivbauten zu erneuern. Ungedämmte Mauerwerke lassen sich einfach sanieren – eine fachlich korrekte Vorgehensweise vorausgesetzt. Der Vorteil: Tragendes Mauerwerk und Verputz bleiben bestehen. Die Wärmedämmung wird montiert und nachträglich verputzt (siehe Abbildung 26). Bestehende Bauteile müssen vor einer Sanierung von Fachleuten begutachtet werden, um – je nach Zustand der alten Gebäudehülle – die nötigen Massnahmen zur Instandsetzung zu definieren. Damit die neue Fassade stabil, langlebig und dicht ist, gilt es drei Punkte zu beachten. Vorbereitung: Zur Entfernung von Algen, Flechten oder Verschmutzungen, ist eine gründliche Reinigung der bestehenden Fassadenoberfläche nötig. Zusätzlich verbessert sich so die Haftwirkung des Klebers zur Fixierung der Dämmplatten. Bei gut erhaltenen Aussenputzen reicht eine Reinigung aus. Vielfach ist der Oberputz jedoch beschädigt und muss repariert werden. Abbildung 25: Sanierung einer Kompaktfassade, Schritt für Schritt. Befestigung: Die Wärmedämmung wird auf die vorbereitete Oberfläche mit üblichen Klebern aufgebracht. Im Gegensatz zu Neubaufassaden müssen die Dämmplatten bei Sanierungen zusätzlich mechanisch befestigt werden. Dafür kommen Kunststoff-Dübel zum Einsatz, die durch den bestehenden Putz hindurch etwa 4 cm im Tragwerk verankert werden. Anschlüsse: Besondere Beachtung ist den Anschlüssen von Fenstern oder Storenkästen zu schenken. Bei einer Fassadensanierung ist es sinnvoll, gleichzeitig alte Fenster durch Wärmeschutzverglasungen zu ersetzen. Nur so lässt sich eine Gebäudehülle energetisch optimieren. Bleiben die alten Fenster bestehen, gilt es Wärmebrücken an den Anschlüssen zu vermeiden. Dafür sollte an jedem Punkt eine minimale Dämmstärke erreicht werden. Abbildung 26: Verputz und Mauerwerk bleiben bei der Sanierung einer Fassade bestehen, wie der Vertikalschnitt zeigt. Bestehendes Verbundmauerwerk 320 mm Klebemörtel und mechanische Befestigung Reinigung der bestehenden Fassade Entfernen loser Verputzteile Ausbessern von Unebenheiten Verkleben der neuen Dämmplatten Mechanische Befestigung der Dämmung Flumroc-Dämmplatte COMPACT PRO Aussenputz Aufbringen des Aussenputzes 27 Dickschichtiges Verputzsystem Wärmedämmungen verputzen wie konventionelle Mauerwerke, ist nicht ohne weiteres möglich. In der Regel muss bei verpuzten Aussenwärmedämmungen mit geringen Putzdicken gearbeitet werden, um die Stabilität der Fassade zu gewährleisten. Diese Limitierung umgehen Verputzsysteme wie zum Beispiel Robusto durch die Integration einer zusätzlichen Drahtgitterarmierung. Dank der Verstärkung können Schichtdicken von über 20 mm realisiert werden, wodurch sich die Schlagfestigkeit der Fassade erhöht. Neben der Stabilität steigt mit zunehmender Schichtdicke auch die thermische Masse des Verputzes. Folglich kühlt die Fassadenoberfläche langsamer aus und vermindert so die Bildung von Tauwasser, die zu Bewuchs durch Algen oder Flechten führen kann. Im Vergleich zu dünneren Verputzsystemen, die beim Anklopfen einen hohlen Klang erzeugen, bieten dickschichtige Kompaktfassaden den Klang einer massiven Wand. Der armierte massivere Aufbau verbessert die Haftzugfestigkeit des Grundputzes, was zusätzliche ­ estaltungsmöglichkeiten eröffnet. So kann die Fassade G – neben üblichen Deckputzen und Farbanstrichen – mit schweren Wandplatten aus Keramik, Granit oder Klinker belegt oder mit einem massiven Kratzputz abgeschlossen ­werden. Stahlgitter für Stabilität Kernelement von dickschichtigen Fassadensystemen sind Armierungsgitter aus vergütetem Stahl. Diese Gitter werden direkt auf den Steinwolledämmplatten befestigt. Zur Halterung der Dämmplatten kommen Spezialdübel zum Einsatz, an deren Aussenseite das Stahlgitter fixiert werden kann. Zusätzliche Kunststoffclips stellen einen gleichmässigen Abstand zwischen Wärmedämmung und Armierung sicher. Ein rund 15 mm starker Grundputz umschliesst das Armierungsgitter und bildet die Basis des Aussenputzes. Darauf folgt eine etwa 4 mm dicke Schicht aus Einbettungsmasse mit integriertem konventionellen Armierungsgewebe, als Untergrund für die gewünschte Fassadenoberfläche. Abbildung 27: Kratzputz auf gedämmter Kompaktfassade an der Seniorenresidenz im Wettsteinpark, Basel. 28 Kompaktfassade im Holzbau Verputzte Aussenwärmedämmungen kommen nicht nur bei massivem Mauerwerk zum Einsatz, sondern vermehrt in Kombination mit Tragstrukturen aus Holz. Bei Kompaktfassaden in Leichtbauweise ist der Holzrahmenbau am weitesten verbreitet. Ein grosser Vorteil ist dabei der hohe Vorfertigungsgrad. Werkseitig werden die Wände bereits mit Wärmedämmung – teilweise sogar mit Fenstern – versehen und müssen so auf der Baustelle nur noch zusammengefügt werden. Die Errichtung der Rohbauten verkürzt sich und die Baukosten sinken. Im Holzrahmenbau wird ein tragendes Gerüst aus Holzbalken mit Plattenwerkstoffen beplankt. Zur Vermeidung von Eigenschaften Holzrahmenbau Vorteile Nachteile ]] Hoher Vorfertigungsgrad (kurze ]] Geringe thermische Masse (Tempe- Montagezeit) ]] Trockenbauweise (keine Wartezeiten) ]] Kostengünstig ]] Schlanke Konstruktion mit guter raturschwankungen) ]] Schallschutz (in Mehrfamilienhäusern Massnahmen nötig) ]] Brandschutz (bei Gebäuden mit über 3 Geschossen Massnahmen nötig) Wärmebrücken überdämmt man die zwischengedämmte Tragkonstruktion – den Holzrahmen – an der Aussenseite lückenlos mit zusätzlichen Dämmplatten. Für Gebäude in Holzrahmenbauweise entwickelten drei Fachpartner in Zusammenarbeit das Greotherm Kompaktfassadensystem M-HFix. Unternehmen aus den Bereichen Wärmedämmung, Befestigung und Verputz bringen ihr Knowhow in einem Produkt zusammen. Das Ergebnis ist eine Konstruktion, die durch Trockenmontagetechnik und ein einfaches Befestigungssystem zügig errichtet werden kann. Zusätzlich verkürzt sich die Montage, wenn der Dämmstoff bereits werkseitig befestigt wird. Als Wärmedämmung kommt Steinwolle zum Einsatz. Steinwollfasern sind gegen Schimmel, Fäulnis sowie Ungeziefer resistent. Bei Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeit quellen oder verformen sie sich nicht. Durch ihre Wärmespeicherfähigkeit und einen guten Diffusionswert eignen sich Dämmplatten aus Steinwolle besonders gut zum Verputzen auf Holzkonstruktionen. Ein ökologischer Pluspunkt des Fassadensystems ist zudem die Recycelbarkeit der Komponenten. Dämmung möglich ]] Ökologie (nachwachsender Rohstoff) Abbildung 28: Leichtbau-Kompaktfassade im Vertikalund Horizontalschnitt. Evtl. Innenverkleidung Evtl. Installationsraum OSB 3-Platte 18 mm Flumroc-Dämmplatte SOLO oder Flumroc-Dämmplatte 1 DWD-Platte 16 mm Kleber oder Edelstahlklammern, z.B. Haubold Flumroc-Dämmplatte COMPACT PRO Aussenputz Evtl. Innenverkleidung Evtl. Installationsraum OSB 3-Platte 18 mm Flumroc-Dämmplatte SOLO oder Flumroc-Dämmplatte 1 DWD-Platte 16 mm Kleber oder Edelstahlklammern, z.B. Haubold Flumroc-Dämmplatte COMPACT PRO Aussenputz 29 Abbildung 29: Auch im Holzrahmenbau finden Kompaktfassadensysteme Verwendung. 30 Hinterlüftete Fassade Aufbau und Konstruktion Hinterlüftete Fassaden weisen besonders gute bauphysikalische Eigenschaften auf. Diese Vorteile sind ganz wesentlich durch den Aufbau der Schichten in einer hinterlüfteten Konstruktion begründet. In einer vereinfachten Darstellung besteht die hinterlüftete Fassade aus vier Schichten: der Primärstruktur aus Holz, Beton oder inerten Elementsteinen, der Wärmedämmung, einem luftdurchströmten Zwischenraum sowie der Bekleidung. Der Vielfalt zur Materialisierung und statischen Verankerung dieser Bekleidung sind keine Grenzen gesetzt. Diese Mehrschichtigkeit macht diese Fassaden zu einer unter Architekten beliebten Konstruktion. Denn jede einzelne Schicht lässt sich nach den spezifischen Anforderungen auswählen und optimieren. Die Bedingungen des Ortes bilden sich in einer Fassade ebenso ab wie die Intensionen der Bauherrschaft und die architektonische Lösung. Die Differenzierung im Aufbau der Schichten erlaubt eine Grosszahl von Kombinationen. Funktionalität und Materialisierung Das Tragwerk ist die Primärstruktur des Gebäudes. Häufig verwendete Materialien sind: ]] Steine wie Mauerwerke aus Backsteinen, Kalksandsteinen, Natursteinen, Porenbetonsteinen und Durisolsteinen ]] Beton ]] Holz und Holzwerkstoffe, neuerdings vermehrt Massivholzwände Als Verankerung dienen in der Regel Anker und Dübel, mit denen die Unterkonstruktion auf dem Tragwerk befestigt wird. Die Dimensionierung der Verankerungen hat nach Norm SIA 260 zu erfolgen. In der Regel übernimmt dies der Lieferant respektive der Systemhalter. Ein wichtiges Qualitätsmerkmal ist die Korrosionsfestigkeit der eingesetzten Dübel und Anker. Für die Unterkonstruktion kommt häufig Holz oder Metall zum Einsatz; viele Lösungen nutzen auch beide Materialien, indem beispielsweise vertikale Holzlatten auf horizontalen Metallschienen verschraubt sind. Derartige Metallschienen sind mittels Konsolen auf dem Tragwerk befestigt. In einer hinterlüfteten Fassade kommen jeder Schicht ganz unterschiedliche Funktionen zu. Dies ermöglicht die Optimierung innerhalb der jeweiligen Schicht als auch in der gesamten Konstruktion. Aufgrund der grossen Auswahl an Materialien und Aufbauvarianten lässt sich die hinterlüftete Konstruktion sehr präzis an die gesetzlichen und bauphysikalischen Rahmenbedingungen anpassen. Zumeist erfolgt diese Optimierung durch die Systemhalter, sodass die Bauherrschaft oder der Architekt eine fertige Fassade bekommt. Bei hinterlüfteten Fassaden kommt der Verankerung respektive der Unterkonstruktion eine immense statische Bedeutung zu. Fassadenbauer unterscheiden zwischen dem Tragwerk, der Unterkonstruktion und der Verankerung. 31 Faserzement Faserzementplatten sind aus der Architektur nicht mehr wegzudenken. Sie werden sowohl zur Fassadenbekleidung als auch zur Dacheindeckung und im Innenausbau verwendet. Faserzementplatten sind sehr beständig gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Hagel und Sonnenlicht. Das macht sie zu einem langlebigen Baumaterial. Zudem sind Faserzementplatten nicht brennbar (Klasssifzierung: 6 oder 6q), weshalb sie gerne bei erhöhten Brandschutzanforderungen verwendet werden. Faserzementplatten bestehen aus zirka 40 % Zement, dazu kommen Armierungsfasern und Prozessfasern. Die Armierungsfasern sind synthetischer Herkunft, die Prozessfasern bestehen aus Zellstoff (Cellulose). Weitere Zusätze sind Farben und Stoffe, welche die Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen. Ausserdem bestehen Faserzementplatten aus zirka 12 % Wasser und 30 % Luft. Die eingeschlossene Luft bildet mikroskopisch kleine Poren: Sie dienen als Expansionsräume für gefrierendes Wasser und verhindern Frostschäden. Vielfalt an Formen und Farben Die Fassadenplatten sind in unterschiedlichen Ausführungen, glatt, gewellt oder gelocht erhältlich. Deckende Farben sind genauso möglich wie lasierende: Das Farbspektrum umfasst mehrere hundert Farbtöne. Auch gibt es Faserzementplatten, die andere Materialien detailgetreu nachahmen – zum Beispiel Holz oder Naturschiefer. Die Dimensionierung der Platten reicht von 6 Zentimeter breiten Schindeln bis hin zu Grossformatplatten mit über 3 Meter Länge. Faserzementplatten lassen also sehr unterschiedliche architektonische Ausdrucksmöglichkeiten zu – vom rustikalen Haus mit kleinformatigen Schindeln bis hin zum modernen Bürokomplex, eingefasst in grossformatigen Platten mit leuchtenden Farben. Immer beliebter werden auch Gebäude, bei denen die Fassade und das Dach mit gleichen Faserzementplatten bekleidet sind. Abbildung 30: Andersfarbige Faserzentplatten heben die Auskragungen hervor; sie sind optimal gedämmt. 32 Bevorzugt hinterlüftete Fassade Exakte Montage erforderlich Faserzementplatten werden mit einer Unterkonstruktion an das Tragwerk des Gebäudes befestigt. Die Unterkonstruktion kann aus Holz, Leichtmetall oder einer Kombination aus beidem gefertigt sein; sie besteht aus horizontalen Stützlatten und vertikalen Trägerlatten. Die horizontalen Stützlatten werden direkt auf die Dämmschicht montiert oder in sie integriert. Gehalten werden sie von Verankerungsschrauben, die durch die Dämmschicht gehen und ins Mauerwerk greifen. Dort, wo Faserzementplatten Fugen bilden (wenn sie nicht überlappend montiert sind) und dort, wo sie an HolzTrägerlatten geschraubt sind, muss mit einem EPMD-Fugenband zwischen Platten und Trägerlatten abgedichtet werden. Sonst kann entlang der Befestigungsschrauben – mit denen die Platten an der Trägerlattung befestigt sind – Regenwasser eindringen. In der Folge davon kann die Unterkonstruktion faulen und die Leistung des Dämmmaterials durch Nässe reduziert werden. Die Qualität der Schrauben und des Fugenbandes ist deshalb entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit einer Faserzement-Fassade. Auf die Stützlatten sind die vertikalen Trägerlatten ­geschraubt, an ihnen werden die Fassadenplatten befestigt – meist mittels Rundkopfschrauben. Anstelle von Holzlatten können auch Metallprofile verwendet werden. Metallprofile haben eine grössere Haltekraft als Holzunterkonstruktionen und werden vor allem bei grossen Fassadenflächen sowie bei der Montage von grossformatigen (und damit schweren) Faserzementplatten ­verwendet. Innenputz Die Module und Platten müssen zwängungsfrei montiert sein, es dürfen keinerlei Spannungen auftreten. Wichtig ist zudem, dass die Köpfe der Befestigungsschrauben ebenflächig auf den Faserzementplatten liegen. Auftretende Spannungen können sonst bei Temperaturschwankungen bewirken, dass die Faserzementplatten brechen. Tabelle 7: Dimensionierung Hinterlüftungsraum (Quelle: Eternit) Gebäudehöhe Hinterlüftungsraums Backstein B 17.5/24 Flumroc-Dämmplatte DUO Mindestabmessung des bis 6 m 20 mm bis 22 m 30 mm über 22 m 40 mm Hinterlüftungsraum Bekleidung Flumroc-Dämmplatte MONO Abbildung 31: Wandkonsolen auf Kunststoffzwischenlagen vermindern Wärmebrücken. 33 Rockpanel Rockpanel ist ein aus Basaltgestein gewonnener Baustoff. Der Stein wird dazu bei einer Temperatur von 1200 Grad Celsius geschmolzen und zu Fassaden-Tafeln verarbeitet. Aus einem Kubikmeter Basaltgestein entstehen so zirka 400 Quadratmeter Rockpanel-Tafeln. imitieren, zum Beispiel Holz oder Metall. Da Rockpanel flexibel und vergleichsweise leicht ist, lässt es sich – in begrenztem Masse – bei der Montage biegen. So sind auch gerundete Fassadenplatten oder abgerundete Attikablenden ohne Spezialanfertigung möglich. Rockpanel ist komplett recyclingfähig und die im Handel erhältlichen Tafeln bestehen schon heute aus bis zu 25 Prozent wiederverwertetem Material. Rockpanel Fassadentafeln sind langlebig und witterungsbeständig. Das Material wurde umfassend auf sein Brandverhalten getestet und ist nach der DIN EN 13501-1 als schwer entflammbar – Typ B-s2,d0 – klassifiziert. Rockpanel-Fassadenplatten sind in unterschiedlichen Formaten erhältlich, von Längslatten bis zu Grossformatplatten. Zudem lässt sich das Material einfach bearbeiten und an ein Bauobjekt anpassen: Sägen und Bohren kann mit einfachen Hand-Werkzeugen vorgenommen werden. Die Platten lassen sich zudem fugenlos verlegen, die Konstruktion schlageregengeschützter Fassaden ist somit kein Problem. Normierte Farben Standardmässig ist Rockpanel in über 100 Farbtönen erhältlich, normiert nach dem RAL-Farbsystem. Dadurch lassen sich Fassadenplatten aus Rockpanel farblich genau an andere Bauteile angleichen. Auch unterschiedliche Verarbeitungsformen stehen zur Auswahl: Neben glatten und rauen Oberflächen gibt es solche die andere Materialien Einfache Befestigung Die Befestigung von Rockpanelplatten kann mittels Schrauben, Nieten oder Fixiersystemen geschehen. Auch Verkleben ist möglich. Die Platten können sowohl hinterlüftete als auch nicht hinterlüftete Fassadensysteme ­bekleiden. Abbildung 32: Detailgetreue Nachahmung: Rockpanel-Platten mit Holzoptik. 34 Vorwiegend werden Rockpanel-Platten bei hinterlüfteten Fassaden verwendet. Aufgrund der zahlreichen Möglichkeiten zum Befestigen können diverse Unterkonstruktionen verwendet werden. Einfache Lattungen aus Holz eignen sich genauso wie Profile aus Metall oder Kunststoff. Da die Platten biegbar sind, sind mässige Spannungen bei der Montage kein Problem. Die Fassaden halten aus diesem Grund auch grossen Temperaturschwankungen stand. Innenputz Backstein B 17.5/24 Flumroc-Dämmplatte DUO D 20 Basalt: Baustoff mit Tradition Basalt ist ein Gestein vulkanischen Ursprungs. Es besteht hauptsächlich aus einer Mischung aus Eisen- und Hinterlüftungsraum Magnesiumsilikaten sowie anderen Silikaten. Basalt Putzträgerplatte ist meist dunkelgrau bis schwarz, es ist weltweit das am meisten verbreitete Gestein. Basalte werden seit Aussenputz Jahrhunderten für verschiedenste Massivbauwerke sowie für Bodenbeläge, Steinplatten, Denkmäler und Mosaike verwendet. Zur Herstellung von Fassadenplatten und Dämmmaterial aus Mineralwolle wird Basaltgestein geschmolzen, zu Fäden gesponnen und verwoben. Es entsteht ein langlebiger und beständiger Baustoff mit sehr guten Schall- und Brandschutzeigenschaften. Abbildung 33: Bekleidung hinterlüftet, Montage erfolgt mittels Distanzschrauben und Winkelprofilen. 35 Holz und Holzwerkstoffe Holz als Aussenverkleidung von Häusern hat eine lange Tradition – in roher oder behandelter Form. Das zeigen einfache Beispiele ländlicher Architektur ebenso wie reich verzierte, historische Gebäude. Auch heute ist Holz ein beliebtes Fassadenmaterial – nicht nur im ländlichen Raum. Das beweisen aktuelle Projekte wie das Mehrgenerationenhaus der Genossenschaft Gesewo, das 2012 in Winterthur entstand, oder das 2009 erstellte Schulhaus Büttenen in der Stadt Luzern. Sind eingefärbte Verkleidungen aus Holz oder Holzwerkstoffen aufgrund ihrer Behandlung vor Vergrauung geschützt, wird die Diskussion, ob roh belassene Holzfassaden schön sind, sehr emotional geführt. Dass unbehandeltes Holz schön altern kann, zeigen nicht zuletzt unzählige, von der Sonne geschwärzte Fassaden im Alpenraum. Vorausgesetzt, die Materialien sind richtig eingesetzt oder entsprechend vorbehandelt, sind Holzfassaden nicht nur schön, sie sind auch dauerhaft. Vielfältiger Einsatz des Materials Holz oder Holzwerkstoffe als Verkleidung eines Hauses sind ganz verschieden einsetzbar und erzielen dadurch unterschiedliche gestalterische Wirkungen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Bekleidungen aus Vollholz (Hobelwaren wie Bretter oder Profilbretter) und Fassadenelementen aus plattenförmigen Holzwerkstoffen. Zusätzlich gibt es weitere Holzprodukte, die sich entweder durch eine spezielle Bearbeitung (zum Beispiel Schindeln) oder eine spezielle Behandlung (zum Beispiel Druckimprägnierung) auszeichnen. Tabelle 8: Schalungen geschlossen ]] In der Regel profilierte Bretter mit Nut und Kamm oder überlappende Schalungsbretter (mit Überdeckung von mindestens 15 mm) offen ]] Meistens rhomboid-, lamellen- oder lattenartige Bretter ]] Da Wasser auf die Rückseite der Schalung gelangen kann (Schlagregen oder Kondenswasser), ist der Unterkonstruktion besondere Beachtung zu schenken. 36 Schalungen Für Bekleidungsarten wie Stülp-, Nut- und Kamm- oder einfache Bretterschalungen (horizontal oder vertikal) sind heute Brettdicken von 20 mm bis 26 mm gebräuchlich. Die Breite der Bretter liegt üblicherweise zwischen 70 mm bis 140 mm. Grössere Breiten über 160 mm sind aufgrund von Schwind- und Quellbewegungen nicht zu empfehlen (Abbildung 35). Schalungen können offen oder geschlossen gestaltet werden (Tabelle 8). Verkleidung mit Platten Grossflächige Plattenfassaden werden auch mit Holz oder Holzwerkstoffen realisiert. Neben der flächigen Wirkung ist die schnelle Montage ein willkommener Nebeneffekt. Tabelle 9 gibt einen Überblick zu möglichen Werkstoffen und ihrer Eignung als Aussenverkleidung. Bauliche Massnahmen Eine Holzverkleidung ist verschiedensten Einwirkungen ausgesetzt (Sonne, Schlagregen, Wind, Temperaturschwankungen). Deren Intensität hängt von der Einbausituation, der Exposition und den Schutzmassnahmen ab. Alles, was die Wetterbeanspruchung verringert und die Durchfeuchtung der Fassadenteile verhindert, verlängert die Lebensdauer einer Holzfassade. Deshalb ist die Ausgestaltung der konstruktiven Details zentral für die Qualität einer Holzfassade. Die wichtigsten Kriterien sind: ]] Vermeidung von horizontalen Flächen ]] Schutz von Stirnholz ]] Vermeidung von stehendem Wasser ]] Ausbildung von Tropfkanten ]] Fugenbreiten von über 10 mm zum Austrocknen der Bauteile ]] Schwind- und Quellbewegungen durch geeignete Befestigungen ermöglichen. ]] Rostfreie Verbindungsmittel ]] Funktionierende Hinterlüftung ]] Spritzwasserabstand vom Boden (in der Regel mindestens 300 mm) Abbildung 34: Die Holzfassade dieses Wohnhauses in Meilen ist durch ein Vordach zusätzlich geschützt. Tabelle 9: Eignung von Platten aus Holz und Holzwerkstoffen als ­Aussenverkleidung (Quelle: Lignum) Plattentyp Eignung Massivholzplatten einschichtig nein 3- und mehrschichtig abgesperrt ja, mit Vorbehalt (Kantenschutz) Furnierplatten Furnierschichtplatten nicht abgesperrt nein verleimte Sperrholzplatten ja, mit Vorbehalt (Kanten- und Oberflächenschutz, Einsatz spezieller Qualitäten) Spanplatten kunstharzverklebt nein zementgebunden ja OSB nein Faserplatten, MDF ja, mit Vorbehalt (spezielle Verklebung, Kanten- und Oberflächenschutz) 37 Holzart Die verfügbaren Holzarten sind für die verschiedenen Beanspruchungsverhältnisse unterschiedlich geeignet. Dies gilt allerdings nicht für die blosse Oberflächenverwitterung (Verfärbung und Oberflächenerosion): Hier verhalten sich alle Hölzer gleich. Es lohnt sich deshalb nicht, angeblich «wetterresistente» (und zumeist teure) Hölzer den bewährten einheimischen Nadelhölzern vorzuziehen, wenn es um ästhetische Anforderungen geht. Hölzer unterscheiden sich jedoch in ihren feuchtephysikalischen Eigenschaften und der Dauerhaftigkeit gegen Pilzbefall. Für Fassaden mit grosser Wetter- und Feuchtebeanspruchung eignen sich Hölzer mit folgenden Eigenschaften: ]] natürliche Dauerhaftigkeit ]] Saugfähigkeit für Wasser ]] Dimensionsstabilität (geringe Schwind- und Quellbewegungen) Tabelle 10: Eigenschaften von Nadel- und Laubhölzern (Quelle: Lignum) Holzart natürliche Saugfähigkeit Dimensions- Dauerhaftigkeit für Wasser stabilität mässig dauer- sehr gering mittel Nadelhölzer Douglasie haft bis wenig dauerhaft Fichte wenig dauerhaft gering mittel Lärche mässig dauer- gering mittel gering mittel wenig dauerhaft mittel bis gross mittel dauerhaft gering bis mittel gross Edelkastanie dauerhaft gering mittel Eiche dauerhaft gering mittel bis gering Robinie sehr dauerhaft bis sehr gering (falsche Akazie) dauerhaft haft bis wenig dauerhaft Föhre / Kiefer mässig dauerhaft bis wenig dauerhaft Tanne (­Weisstanne) Western Redcedar Laubhölzer 38 mittel Abbildung 35: Vertikalschnitte durch verschiedene Schalungen: geschlossene, profilierte Schalungen mit Nut und Kamm (oben), offene und geschlossene überschobene Schalungen (Mitte), geschlossene und offene Stülpschalungen (unten). (Quelle: Merkblatt Montage von Holzfassaden, VSH und Holzbau Schweiz) Tabelle 11: Oberflächenbehandlung von Holzfassaden (Quelle: Lignum) Holzfassaden lassen sich in vier Kategorien einteilen: unbehandelt ]] Ohne Imprägnierung, Grundierung oder andere Anstrichstoffe ]] Verändert unter Wetterbeanspruchung seine Farbe und Oberflächenstruktur (auf gleichmässig bewitterten Fassadenteilen entwickelt sich in ein bis zwei Jahren eine gleichmässig silbergraue Patina). ]] Stark bewitterte Teile können schwarz werden. ]] Geschützte Fassadenteile (durch Vordächer, Balkone, Auskragungen, Fenstervorsprünge) verwittern langsamer (bleiben bräunlich). ]] Oberflächliche Veränderungen (Rissbildungen, Erosion der Oberflächen) beeinflussen Festigkeit nicht. ]] Richtig konstruiert und ausgeführt, kann eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten erreicht werden. nicht filmbildend ]] Oberflächenbehandlung, die einheitliches Erscheinungsbild der Holzfassade bezweckt (Lichtschutz, Feuchteschutz, Schutz gegen oberflächenverfärbende Pilze und Algen, «Vorvergrauungsglasuren», Druckimprägnierung). ]] Häufig auch in Kombination angewendet. ]] Feuchteschutz: Nachbehandlung möglich und erforderlich. transparent farbig ]] Holzstruktur bleibt erkennbar. ]] Geringe Pigmentmenge der Lackschicht kann Holzverfärbung nur in geringem Mass verhindern. ]] Braune oder dunkle Naturfarben eignen sich besser als helle, gelbe und weisse Farben. ]] Bei bunten Farbtönen Lichtechtheit überprüfen. deckend farbig ]] Deckend farbige Anstriche schliessen farbliche Veränderungen von Holz praktisch aus. ]] Grundierung mit genügender Sperrwirkung gegen Austritt von Holzinhaltsstoffen (Astvergilbung). ]] Schnittstellen und Montageverletzungen müssen zwingend 2-fach gestrichen werden. ]] Wasserabstossender End- oder Schlussanstrich erhöht Lebensdauer des Farbanstriches. ]] System soll überstreichbar sein. Anforderungen an Fassadenbretter sind in den Qualitätskriterien für Holz und Holzwerkstoffe im Bau und Ausbau, Handelsgebräuche für die Schweiz (2010) definiert. Dem Brandschutz ist bei Holzfassaden besondere Beachtung zu schenken (siehe Seite 14). Ebenso spielt die Wahl der Art der Oberflächenbehandlung eine Rolle im Hinblick auf die Umsetzung ökologischer Kriterien (zum Beispiel Eco-Label). Bei regelmässiger Pflege und in Abhängigkeit der Intensität der Bewitterung sind Erfahrungswerte für zu erwartende Instandsetzungsintervalle von Beschichtungen in Tabellen verfügbar (zum Beispiel Merkbaltt Nr. 3-6-07/D, VSH/Holzbau Schweiz). In speziellen Fällen sind Eigenversuche erforderlich. 39 Unterkonstruktion und Befestigung Zertifikate und Gütezeichen Fassadenschalungen werden in der Regel auf einfache oder doppelte Lattenkonstruktionen montiert. Diese Unterkonstruktionen müssen folgende Funktionen erfüllen: ]] Einwirkende Windlasten auf die Gebäudestruktur übertragen ]] Bekleidung und Tragstruktur dauerhaft verbinden ]] Eigenlasten der Fassadenbekleidung auf die darunter liegende Tragstruktur übertragen ]] Verankerungsgrund für die Befestigungsmittel der Bekleidungen sicherstellen ]] Luftzirkulation auf ganze Fassadenhöhe bzw. von Stoss zu Stoss gewährleisten ]] Abführung bzw. Austrocknung eindringender Feuchtigkeit (z.B. Schlagregen) gewährleisten Die Befestigung muss die einzelnen Holzelemente dauerhaft fixieren. Als Befestigungsmittel werden hauptsächlich Nägel und Schrauben (mindestens Stahlsorte A2) eingesetzt. Die Verbindungsmittel sollten einen ausreichend dauerhaften Korrosionsschutz aufweisen (Verhinderung von Verfärbungen auf der Fassade durch rostende Metallteile). Die Befestigung kann sichtbar oder nicht sichtbar erfolgen. Der Verband Schweizerischer Hobelwerke VSH erteilt ein Zertifikat für industriell beschichtete Schalungen aus Holz, welche vorwiegend für Holzfassaden verwendet werden. Mehr dazu unter www.vsh.ch. Gemeinsam mit der Empa und interessierten Verbänden hat die Lignum ein Gütezeichen für Holzfassaden entwickelt. Das Label ist eine geschützte, eingetragene Marke und wird unter der Überwachung von Lignum von verschiedenen produzierenden Unternehmen verwendet. Geprüft werden die Qualitätskriterien der Hobelwaren in den Bereichen Holz (Substrat), Beschichtungssystem und Applikation. Mehr dazu unter www.lignum.ch. Weitere Informationen zur Montage von Holzfassaden gibt es im Merkblatt Nr. 4-2-07/D des Verbandes Schweizerischer Hobelwerke VSH und Holzbau Schweiz (www.vsh. ch und www.holzbau-schweiz.ch). Evtl. Innenverkleidung Evtl. Installationsraum OSB 3-Platte 15 mm Flumroc-Dämmplatte 1 oder Flumroc-Dämmplatte SOLO Winddichtung Hinterlüftungsraum Stülpschalung Evtl. Innenverkleidung Evtl. Innenverkleidung Evtl. Installationsraum Evtl. Installationsraum OSB 3-Platte 15 mm OSB 3-Platte 15 mm Flumroc-Dämmplatte 1 oder Flumroc-Dämmplatte 1 oder Flumroc-Dämmplatte SOLO Flumroc-Dämmplatte SOLO Winddichtung Hinterlüftungsraum Stülpschalung Winddichtung Hinterlüftungsraum Stülpschalung Abbildung 36: Vertikal- (links) und Horizontal-Schnitt durch eine Aussenwand mit hinterlüfteter Stülpschalung in Holz. 40 Abbildung 37: Sägerohe, konisch geschnittene Weisstannenlatten strukturieren das Fassadenbild des Mehrfamilienhauses in Aarau. 41 Metalle Metallfassaden setzen augenfällige Akzente in der Architektur. Zum Einsatz kommen neben Stahl, Aluminium und Zink auch Kupfer, Bronze, Messing und in seltenen Fällen Blei. Kupfer und insbesondere Blei sind allerdings nicht unbedenkliche Baustoffe: Sie können für Organismen giftig sein, wenn sie sich als Salze in Wasser lösen. Die Metalle werden meist als Legierungen verarbeitet, da diese im Vergleich zu den reinen Metallen über bessere Werkstoffeigenschaften verfügen. Metalle bieten unzählige Gestaltungsmöglichkeiten für Fassaden: Korrosionsresistente Metalle behalten ihre metallisch-glänzenden Eigenschaften, wie zum Beispiel Edelstahl. Andere Metalle bilden eine Korrosionsschutzschicht in Form einer erwünschten Patina. Soll Korrosion vermieden werden, erhalten korrosive Metallfassaden eine Beschichtung, diese kann aus einem Lack oder aus Kunststoff bestehen (Folien, Pulverbeschichtung). Häufig wird Metall auch in Form von Sandwichelementen eingesetzt. Solche Verbundmaterialien bestehen aus zwei Blechen, die durch einen Kunststoffkern oder einen Kern aus mineralischem Dämmstoff verklebt sind. Sandwichelemente weisen gegenüber reinem Metall eine verbesserte Schalldämmung sowie Statik auf. Vielfältige architektonische Möglichkeiten bieten Streckmetalle. Das Material entsteht, indem Bleche mit ver- setzten Schnitten versehen und dann gestreckt werden. Es entstehen gitterartige Metallplatten bzw. Bleche, die eine hohe Festigkeit aufweisen. Trotzdem wirken sie filigran und leicht, sie ermöglichen auch abgerundete Fassadenformen. Da Streckmetalle Schlagregen nicht abhalten, gelangt üblicherweise eine dampfdurchlässige Kunststofffolie zwischen Dämmmaterial und metallischer Bekleidung zum Einsatz. Vorgefertigt oder in Handarbeit Metalle lassen sich vielseitig zu Fassadenverkleidungen verarbeiten. Sie sind in Form von Bändern und Tafeln, Trapez-, Well- und Zickzackprofilen, Kassetten, Paneelen, Schindeln sowie Lochblechen und Streckgittern erhältlich. Diese Bekleidungen lassen sich direkt an der Unterkonstruktion befestigen. Auch sind vorgefertigte Metall-Fassadenelemente erhältlich. Eine lange Tradition haben handwerklich gefertigte Metallfassaden, wie man sie von historischen Bauten kennt. Bei diesen – von Spenglern gefertigten Fassaden – werden die einzelnen Elemente mittels Falztechnik miteinander verbunden. Die Konstruktion unterscheidet sich nicht von einem Metalldach; die gesamte Fassadenfläche ist geschlossen und regendicht. Mittels Falztechnik hergestellte Metallfassaden sind nicht selbsttragend, sie benötigen zusätzliche Versteifungselemente, um die Stabilität zu erhöhen. Tabelle 12: Die häufigsten Metallarten zur Fassadenbekleidung Fassadenmaterial Eigenschaften Zink Für Fassadenbekleidungen wird die Legierung Titanzink verwendet (Zinkanteil über 99,9 %). Die Patina variiert von grau bis blau und schützt das Zinkblech vor weiterer Korrosion. Stahl Normaler Baustahl muss vor Korrosion geschützt werden. Dies geschieht durch Verzinken oder Beschichten mit einem synthetischen Material. Eine Alternative ist Edelstahl; dieser ist rostfrei, aber auch teurer. Aluminium Das Leichtmetall wird häufig zur Fassadenbekleidung verwendet. Es ist witterungsbeständig und langlebig, kann sich bei starkem Hagel jedoch verformen. Kupfer und Kupferlegierungen Gut formbarer Werkstoff, häufiger an historischen Bauten anzutreffen. Korrosionsprozess wird durch schützende Patina unterbrochen. Kupfer ist ökologisch nicht unbedenklich. 42 Abbildung 38: Wie Kulissen schieben sich die unterschiedlich materialisierten Fassaden ins Blickfeld. 43 Wärmebrücken minimieren Bekleidungen aus Metall müssen mit einer Unterkonstruktion am Gebäude befestigt sein. Zudem ist das Abführen von Wasserdampf, der durch die Wandkonstruktion nach aussen diffundiert, bei einer relativ dampfdichten Fassadenbekleidung wie Metall besonders wichtig. Die Unterkonstruktion kann aus hölzernen Traglatten oder aus Stahlbzw. Aluminiumprofilen bestehen. Wärmebrücken im Bereich der Unterkonstruktion und an den Verankerungselementen lassen sich nicht ganz vermeiden. Um die Wärmeverluste an den Durchdringungen im Dämmstoff in Grenzen zu halten, gilt es, die Anordnung und Form der Tragprofile hinsichtlich des Wärmebrückenverhaltens zu optimieren und die Anzahl der Konsolen auf das statisch-konstruktive Mindestmass zu begrenzen. Dies ist bei Metallfassaden besonders wichtig, da sie aufgrund ihrer Materialeigenschaften unerwünscht zu grossflächigen Wärmeleitern bzw. Wärmeaustauschern werden können. Viele Metalle und Metalllegierungen weisen eine – verglichen mit anderen Fassadenmaterialien – erhebliche Wärmeausdehnung auf. Die Unterkonstruktion muss deshalb so ausgelegt sein, dass Bewegungen der Fassadenplatten aufgenommen werden können, ohne dass die Fassade Schäden erleidet. Dazu sind ausreichend dimensionierte Fugen sowie gleitfähige Anschlüsse notwendig. Wie bei allen hinterlüfteten Fassaden ist – trotz der aufgrund der Wärmeausdehnung notwendigen Pufferzonen – ein Insektenschutz zwingend. Gitter- oder Lochblech an den Abschlüssen und Fugendichtungen aus elastischem Kunststoff verhindern, dass sich Ungeziefer im Belüftungsraum einnisten kann. Blechkasette 500/600 mm Flumroc-Dämmplatte DUO C Blech-Aussenbekleidung Blechkasette 500/600 mm Flumroc-Dämmplatte DUO C Blech-Aussenbekleidung Abbildung 39: Einlagige Dämmung in Blechkassetten. 44 Abbildung 40: Streckmetalle lassen grossflächige Fassaden leicht erscheinen. 45 Naturstein Die Auswahl an Natursteinen für den Fassadenbau ist gross. Silikatische Hartgesteine sowie harte und dichte Kalk- und Sandsteine eignen sich besonders – sie halten Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen gut stand. Einige metamorphe Gesteine wie zum Beispiel Marmor können unter Witterungseinfluss an Festigkeit verlieren und deformieren. Solche Gesteine benötigen deshalb eine speziell auf den jeweiligen Stein angepasste Befestigungskonstruktion. Natursteine bieten eine kaum überschaubare Vielfalt an Farben, Mustern und Strukturen. Ebenso variantenreich lassen sich die Oberflächen von Steinplatten bearbeiten: Sie können geschliffen, poliert, gespitzt, scharriert, sandgestrahlt oder naturrau-gespalten sein – um nur einige Oberflächenmuster zu nennen. Natursteinfassaden lassen sich zudem imprägnieren, was sie witterungsbeständiger macht. Drei Konstruktionsarten Natursteine weisen sehr unterschiedliche Materialeigenschaften auf. Die statische Berechnung der Fassade muss die materialspezifischen Eigenschaften in hohem Masse berücksichtigen. Folgende Punkte sind dabei zentral: ]] Wie frost- und witterungsbeständig ist das Gestein? ]] Wie ist die Resistenz gegenüber Umweltbelastungen (z.B. saurer Regen)? ]] Wie patiniert das Gestein? ]] Ist das Material zukünftig noch verfügbar (Reparaturen, Unterhalt)? Fassaden aus Naturstein können nach folgenden drei Konstruktionsarten erstellt werden: als massive Vormauerung, rückverankert und selbsttragend, als aufgemörtelte Verblendung mit Rückverankerung und als vorgehängte, hinterlüftete Fassade. Da sich aufgemörtelte Steinfassaden kaum dämmen lassen, werden Steinfassaden heute hauptsächlich als hinterlüftete Fassade oder als massive Vormauerung – also als zweischaliges Mauerwerk – realisiert. Tabelle 13: Gesteinsarten für den Fassadenbau Gesteinstyp Beispiele und Eigenschaften Magmatische Gesteine Z.B. Granit, Basalt, vulkanische Tuffe Magmatische Gesteine sind durch Kristallisation von Gesteinsschmelze (Magma) entstanden. Die meisten Magmatite sind Hartgesteine, die sich vielseitig im Bauwesen einsetzen lassen. Sedimentgestein Kalksteine und Sandsteine Kalksteine weisen eine gute Festigkeit und Frostbeständigkeit auf. Sandsteine sind oft anfällig auf Umwelteinflüsse. Metamorphe Gesteine Z.B. Marmor, Schiefer, Gneis Durch Temperatur- und Druckänderungen aus Magmatiten oder Sedimentgestein entstanden (deshalb auch Umwandlungsgestein genannt). Metamorphe Gesteine weisen sehr unterschiedliche Eigenschaften auf, viele eignen sich gut für den Fassadenbau. 46 Abbildung 41: Naturstein umhüllt die gut gedämmte Fassade eines Bürohauses. 47 Befestigung aus Metall Mineralische Dämmung ideal Natursteinverkleidungen werden mit Verankerungssystemen aus Edelstahl oder Aluminium am Mauerwerk befestigt. Gebräuchlich sind Rahmensysteme (Unterkonstruktionen) sowie Anker. Als Unterkonstruktion dienen zum Beispiel gelochte Stahlschienen – die Steinplatten werden daran mittels Dornen montiert. Bei dieser Art der Aufhängung lassen sich die Platten leicht versetzen (um das Gesamtbild der Fassade zu optimieren) und gut justieren. Solche Rahmensysteme eignen sich auch für grossflächige Fassaden wie sie bei Hochhäusern vorkommen. Je kleiner die Ankerquerschnitte sind und je kleiner die Anzahl Anker ist, desto geringer der Wärmeverlust über die Fassade. Aufgrund der zu tragenden Last bei Natursteinfassaden lassen sich diese allerdings nicht so weit reduzieren, wie dies bei leichteren Fassadenkonstruktionen möglich ist. Denn Sicherheit ist beim Befestigen von schweren Fassadenplatten aus Stein oberstes Gebot. Einfacher sind Mörtelanker und Konsolenanker: Sie greifen direkt ins Mauerwerk und in die Steinplatten der Fassade und sind deshalb günstiger als die materialaufwändigen Metall-Unterkonstruktionen. Sowohl zur Unterkonstruktion als auch für die Anker dürfen nur rostfreie Stahlsorten verwendet werden. Innenputz Beton 200 mm Flumroc-Dämmplatten DUO Hinterlüftungsraum Naturstein-Bekleidung Flumroc-Dämmplatten MONO Abbildung 42: Natursteinplatten werden aufgrund ihres Gewichtes ­mittels massiven Verankerungssystemen aus Metall befestigt. 48 Hartes Ausfugen ist bei Steinfassaden aufgrund der Wärmeausdehnung nicht möglich. Als Fugenmaterial können steinverträgliche Kitte verwendet werden. Möglich sind auch offene Fugen in normal beregneten Bereichen. Bei Schlagregen ausgesetzten Fassaden sollten offene Fugen mit Wasserabweisern versehen sein. Als Dämmmaterial eignen sich besonders mineralische Dämmstoffe: Sie weisen bei offenen Fugen optimale Eigenschaften bezüglich Windresistenz und Feuchtverhalten auf und ergänzen Naturstein schon in stofflicher Hinsicht perfekt. Glasfassaden Glas bietet den Grundstoff für vielfältig gestaltete Fassaden. Von opak über lichtdurchlässig bis transparent lassen sich Wirkungen generieren, die mit anderen Werkstoffen nicht möglich sind. Glasfassaden sind ein bekanntes Gestaltungselement im Gewerbe- und Industriebau. Doch auch im Wohnbau wird das Material aufgrund seiner vielfältigen gestalterischen Möglichkeiten immer wieder eingesetzt. Das hohe Eigengewicht von Glas erfordert jedoch solide Unterkonstruktionen. So können zum Beispiel die Aussenränder von Fensterzargen als Befestigungskonstruktion für die Fassadengläser dienen. Die Fassaden-Unterkonstruktionen sind üblicherweise in Metall ausgeführt, wobei Wärmebrücken an Verankerungselementen durch Thermostop-Unterlagen vermindert werden sollten. Grossflächige Glaselemente lassen sich zusätzlich mit rückseitig angeklebten Profilen gegen Windlasten stabilisiert. Abbildung 43: Medienfassaden ermöglichen die Darstellung von Bildern wie auf einem Monitor. Formstabile Dämmstoffe erforderlich Glasfassaden sind mit einem Hinterlüftungsraum auszustatten, damit die durch Sonneneinstrahlung angestaute Wärme abgeführt werden kann. Da sich die Aussenwand hinter dem Fassadenglas teilweise stark erhitzen kann, eignen sich mineralische Dämmstoffe besonders – sie bleiben auch bei grosser Hitze form- und massestabil. Damit eine Glasfassade auch Hagel und anderen Umwelteinflüssen standhält, muss sie aus Sicherheitsglas gefertigt sein. Dieses Glas sorgt nicht nur für eine lange Lebensdauer der Fassaden, sondern erfüllt auch die geforderten Sicherheitsnormen: Es weist eine erhöhte Biegezugsfestigkeit sowie eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit auf. Sollte es trotzdem einmal zu einem Glasbruch kommen, so zerfällt das Glas in kleine stumpfe Krümel – Schnittverletzungen werden damit verhindert. Fensterzarge (Halterung) farbig emaillierte Sicherheitsgläser Flumroc-Dämmplatten DECO Sonnenstoren Aluminiumverbundplatten Abbildung 44: Die Deckenstirne mit Sturz und ­Fensterbank einer Glasfassade. 49 Glasfassade mit sichtbarer Steinwolle Weil bei Glasfassaden die dahinter liegende Dämmung sichtbar ist, werden an das Dämmmaterial hohe Anforderungen gestellt. Gefärbte Dämmplatten machen aus Glasfassaden unverwechselbare Unikate. Durch sie lassen sich die unterschiedlichsten Effekte mit Glas erzeugen: Opake Gläser wechseln ihre Farbe je nach Lichteinfall, die gefärbte Dämmplatte schimmert nur leicht durch. Bei transparenten Gläsern wiederum sind intensive Farbenspiele genauso möglich wie eine neutrale Präsentation des Glases durch eine dezente Einfärbung der Dämmplatten. ist speziell für Glasfassaden entwickelt worden. Nach der Montage lassen sich die Platten von einem Maler einfach grundieren und danach mit der gewünschten Farbe anstreichen. Der zweischichtige Aufbau der DECO-Platten – mit einer elastischen unteren Seite und einer härteren Aussenschicht mit Wellfaserstruktur – erleichtert die Arbeit auf der Baustelle. Ebenso erfüllt Steinwolle besonders strenge Brandschutzvorschriften und verzögert im Ernstfall die Ausbreitung des Feuers. Das ist besonders wichtig für den Hochhausbau, wo oft Glasfassaden verwendet werden. Durch die grosse Palette an verwendbaren Farben – prinzipiell sind alle UV-beständigen, mineralischen Farben verwendbar – in Kombination mit unterschiedlich verarbeiteten Gläsern ergibt sich eine fast endlose Auswahl an Fassadenbildern. Ebenso lassen sich optische Effekte durch die Montageart der Dämmung erzeugen. Ob glatte oder raue Oberfläche, offene oder geschlossene Fugen – durch die jeweilige Verarbeitung des Dämmstoffes lassen sich zusätzliche Effekte erzielen. Einfach grundieren und anstreichen Der hinter dem Fassadenglas liegende Dämmstoff muss, genauso wie die deckende Farbe, UV-beständig sein und hohen Temperaturen standhalten. Mineralische Dämmstoffe und mineralische Farben erfüllen diese Anforderungen gleichermassen. Die Flumroc-Dämmplatte DECO Tabelle 14: Glasfassaden Varianten Licht- und transparent und nicht transparent nicht transparent Blickdichte transluzent aber transluzent und nicht transluzent mögliche Einscheiben- Einscheiben- Einscheiben-­ Glastypen Sicherheitsglas, Sicherheitsglas, Sicherheitsglas, glasklar teilweise emailliert ­gesandstrahlt 50 Abbildung 45: Hochhaus mit Glasfassade und sichtbarer Wärmedämmung am Steinentorberg in Basel. 51 Filigrane Kunststoffhülle Gespannte Textilfassaden verleihen Gebäuden ein homogenes Erscheinungsbild – unabhängig vom Verankerungsgrund. Die Membran bildet einen Wetterschutz für die Gebäudehülle. Material- und Farbwahl ermöglichen zudem gestalterische Optionen. Ein Blick auf die schwarze Fassade mit dem weissen Keramikland-Schriftzug lässt nicht vermuten, dass dahinter ein nachträglich erweiterter Umbau liegt. Vielmehr schlägt der schwarz-weiss-Kontrast von Untergrund und Schrift einen Bogen zur Corporate Identity des Anbieters für exklusive Badezimmereinrichtungen. Tatsächlich ist das neue Keramikland Ausstellungsgebäude im Industriegebiet von Cham kein Neubau. Es entstand durch die Sanierung eines zweigeschossigen Gewerbegebäudes, das um ein Attikageschoss erweitert wurde. Heute bietet der Bau Raum für Büros, eine Cafeteria und rund 2500 m2 Ausstellungsfläche. Einheitliche Erscheinung «Erhalten was erhaltenswert ist» lautete die Devise beim Umbau des Gebäudes. So konnte die Unterkonstruktion der alten Blechfassade – eine bunte Mischung aus Holz-, Metall- und Backsteinelementen – in Teilen weiter verwendet werden. Auch die bestehende Mineralwolledämmung blieb erhalten. Sie wurde lediglich mit demselben Dämmstoff auf 20 cm verstärkt. In den oberen Bereichen kommen Dämmplatten zum Einsatz, die höheren Brandanforderungen entsprechen. Opake Teile der Gebäudehülle sind mit einer diffusionsoffenen Membran belegt. Auch die Fensterbereiche der sanierten Fassade sind zum Teil neu gestaltet. Die vielfältig eingesetzten Werkstoffe der Gebäudehülle fasst eine vorgehängte Textilmembran zusammen. Nach aussen betonen zirka 1000 m2 bespannte Fassadenfläche die kubische Gebäudeform mit ihrer zentralen Öffnung für den Eingangsbereich. Auf Rahmen gespannt Die Unterkonstruktion der vorgehängten Textilfassade beschränkt sich auf die Aussenbereiche, was den Architekten alle Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Gebäudehülle offen liess. Gespannt ist die PVC-Membran auf einen Rahmen entlang der Gebäudekanten (siehe Abbildung 47), welcher am Gebäudesockel einen Streifen der Betonhülle sichtbar lässt. Den Rahmen bilden Halter aus Aluminium-Strangpressprofilen, die speziell für diese Anwendung entwickelt wurden. Sie nehmen das aussen verdickte Textil in einer Nut auf und sorgen für eine Vorspannung von bis zu 150 kg pro Laufmeter. Die Spannung der hochfrequent verschweissten Textilbahnen lässt sich nachträglich über Stellschrauben justieren. Somit bleibt die Textilfassade auch bei Windlasten glatt gespannt. Befestigt sind die Aluminium-Halterungen an Stahlkonsolen, die im Verankerungsgrund fixiert sind. Bespannte Einzelelemente Neben der grossflächig gespannten Ausführung lassen Spannsystem Konsole Windpapier Flumroc-Dämmplatte 1 Textilbespannung FTP 35 sich Textilfassaden auch als Kassettensysteme realisieren. Dabei werden einzelne mit Textilgewebe bespannte Metallelemente zu einer statisch selbsttragenden Fassade kombiniert. Form und Grösse der Elemente lassen sich gestalterischen Wünschen anpassen. Entsprechend der verfügbaren Unterkonstruktion lässt sich die Kassettenfassade mit verschiedenen Befestigungsmöglichkeiten verankern. Abbildung 46: Der Vertikalschnitt zeigt – ein justierbares Spannsystem hält die Textilmembran an den Rändern. 52 Abbildung 47: In der Produktionshalle der BikeTec AG werden die bekannten Elektrofahrräder montiert. 53 Blickdurchlässiger Witterungsschutz Im Detail gleicht die Textilmembran einem feinen Sieb aus PVC-beschichtetem Polyestergewebe. Das PVC sorgt dabei sowohl für die Schweissbarkeit, als auch für die UVBeständigkeit des Materials. Durch das Gitterdesign ist das Gewebe blickdurchlässig, sodass überspannte Fenster wie gewohnt Blicke auf die Aussenwelt erlauben. Gleichzeitig fungiert die Textilfassade im Keramikland als Sonnenschutz. Ein Blendschutz ist je nach Sonnenstand aber zusätzlich nötig. Hagel wird von der Membran abgehalten und Schlagregen gebrochen. Somit sorgt die vorgehängte Textilfassade für einen mechanischen Schutz der Unterkonstruktion. Mit der Brandkennziffer 6q.3 wird das verwendete Material als quasi nicht brennbar ausgezeichnet und erfüllt damit die Anforderungen der Gebäudeversicherung und des Brandschutzes. Architekten wollen an Rotkreuzzelte in Krisengebieten erinnern, zu deren Versorgung das Gebäude errichtet wurde und entschieden sich deshalb für eine Fassade aus Textil. Getragen wird das Logistikzentrum von einer Stahlstruktur, die mit Stahlbeton ausgebaut wurde. Zur Bildung der thermischen Hülle kommen Sandwichelemente zum Einsatz. Über dieser Betonfassade ist die Textilmembran gespannt. Auf einer massgeschneiderten Metallstruktur bildet sie eine Oberfläche aus unregelmässig aneinandergereihten Drei- und Vierecken. Die hinterlüftete weisse Hülle reicht bis knapp über den Erdboden, wird jedoch von Fenster- und Türöffnungen durchbrochen. Neben der Bildung einer wasserdichten Aussenhaut dient die Textilfassade als Sonnenschutz, Vordach und Fensterbrüstung. Symbolträchtiges Logistikzentrum Neben dem Einsatz bei Sanierungen eröffnen Textilfassaden auch bei Neubauten zusätzliche Gestaltungsspielräume. Etwas Zeltartiges strahlt das neue, mit einer weissen Membran bespannte Zwischenlager des Internationalen Roten Kreuzes unweit des Genfer Flughafens aus. Seine Tabelle 15: Typen von Textilfassaden Material Name PVC beschichtetes teflonbeschichtetes bedruckte Membran aus PVC beschichtete ­Polyestergewebe als Mesh ­Glasfasergewebe PVC-beschichtetem Polyester ­Polyester-Plane (Gittergewebe) als Mesh (Gittergewebe) Stamisol FT 381 FT P 35 Diverse Précontraint 1002 S (fast alle ­PVC-Polyester) Brandschutz 5.3 (schwer entflammbar, 6q.3 (quasi nicht brennbar, von brennbar bis ­schwer von brennbar bis ­schwer schwache Qualmentwickung) schwache Qualment­ entflammbar entflammbar wicklung) Eigenschaften ]] schweissbar mit Hochfrequenzanlage ]] standardmässig in 27 Farben erhältlich ]] schweissbar mit Schweiss- ]] schweissbar mit Hochfrehilfe und Heizbalken ]] Schwarz oder Silber ]] UV-stabil ]] UV-stabil quenzanlage ]] Standard in Weiss und ­4-farbig bedruckt ]] bedingt UV-stabil ]] schweissbar mit Hochfrequenzanlage ]] Standard in diversen Farben ]] undurchsichtig ]] UV-stabil Verwendung ]] Fassaden ]] Fassaden ]] Sichtschutz ]] Sichtschutz ]] Werbebanner (integrierbar in Textilfassaden) ]] Zelte ]] Hallen ]] Fassaden 54 Sichtmauerwerk Gebrannte Ziegel sind ein sehr alter Baustoff. Bereits vor über zehntausend Jahren benutzten Menschen luftgetrocknete Lehmziegel für ihre Behausungen. Später wurden die Ziegel gebrannt und es entstand der Backstein. Backsteinbauten vermitteln Beständigkeit und verweisen darüber hinaus auf die lange kulturelle und baugeschichtliche Tradition des Materials – insbesondere wenn der verwendete Stein sichtbar bleibt. Das zeigen aktuelle Gebäude wie das 2008 fertig gestellte Landesparlament des Fürstentums Lichtenstein. Aber auch bei einem Blick in die nahe Architekturgeschichte der Moderne wird man fündig: Walter Gropius baute ebenso Häuser in Sichtmauerwerk wie Mies van der Rohe oder Frank Lloyd Wright. Innovative Fertigungsmethoden mittels Roboter, welche Fabio Gramazio und Matthias Kohler an der ETH Zürich zusammen mit den Keller AG Ziegeleien entwickelt haben, lassen ganz neue Erscheinungsbilder des traditionellen Materials zu: Ein Beispiel dafür ist ihr Wohnbauprojekt an der Eierbrechtstrasse in Zürich. Zweischalige Konstruktion ist die Regel Heute wird ein Sichtmauerwerk meist als Zweischalenkonstruktion ausgeführt: Die äussere Schale in Sichtbackstein, die innere Schale als tragende Wand in Mauerwerk, dazwischen liegt die Wärmedämmung. Daneben sind auch monolithische Verbundkonstruktionen mit wärmedämmenden Mauerwerk möglich. Diese sind eine Art Weiterentwicklung des Verbandmauerwerks mit Läufer- und Binderschichten, welche die klassischen Fassadenbilder prägten. Im zweischaligen Aufbau sind Dilatationsfugen notwendig. Diese meist vertikalen Dehnungsfugen sind auch als Gestaltungselemente einsetzbar. Die Länge der einzelnen Wandabschnitte wird in der Regel auf 8 m bis 12 m beschränkt. Folgende Faktoren beeinflussen die Anordnung der Bewegungsfugen: ]] Länge und Höhe der Wandscheiben ]] Lage und Grösse der Öffnungen in den Wandscheiben ]] Wechselnde Belastung der äusseren Schale (tragend und nicht tragend) ]] Verbindung von langen Bauteilen an die Innenkonstruktion ]] Farbton der Fassadenfläche Lager- und Stossfugen Es ist üblich, Lager- und Stossfugen mit 10 mm zu planen. Um allfällige Verformungen des Steinmaterials auszugleichen, empfiehlt es sich, bei rustikalen Vollsteinen die Fugenstärke mit 12 mm bis 13 mm einzuplanen. Es ist wichtig, dass die Lager- und Stossfugen vollfugig und dicht ausgebildet werden. Für die gestalterische Ausbildung der Fugen können die Fugen nachbehandelt werden (Abbildung 51). Verankerungen Die äussere Schale muss zur Gewährleistung der Standsicherheit/Tragsicherheit mit der Tragkonstruktion verbunden werden. Dabei müssen die Verankerungen Zug- und Druckbeanspruchungen senkrecht zur Mauerebene und durch Temperaturänderungen bedingte allseitige Bewegungen parallel zur Mauerebene aufnehmen können. Zusätzlich muss die Verankerung die Windbelastung der Aussenschale an die Innenkonstruktion überleiten. Dies geschieht mit speziellen Zweischalenanker und Lager­ fugenbewehrungen. Klinkerfassade Klinkersteine sind bei höheren Temperaturen gebrannte Backsteine. Sie nehmen durch ihre hohe Dichte wenig Feuchtigkeit auf und sind absolut frostbeständig. Klinker eignen sich deshalb für sehr exponierte Fassaden. Zwischen Wärmedämmung und Aussen-Klinkerschale empfiehlt es sich, einen Toleranzraum von 2 cm einzuplanen, welcher hinter der äusseren Schale liegt. Am Mauerfuss und an der Mauerkrone wird diese Schicht mit kleinen, vertikalen Schlitzen be- respektive entlüftet (Abbildung 49). Vielfalt an Farben und Oberflächen Je nach Rohmaterial und Verarbeitung ist die Beschaffenheit, Farbe und Oberfläche von Sichtbacksteinen und Klinker sehr unterschiedlich. Im Verband vermauert werden die Steine nach bestimmten Regeln zu einem Mauerkörper gefügt. Neben dem spezifischen Fugenbild, das dabei entsteht, können die Fugen durch Beimischung verschiedener Farbpigmentzusätze farblich gestaltet werden. 55 Abbildung 48: Bürogebäude Vaduz 56 Aussenschale in Sichtbackstein Aussenschale in Sichtbackstein 2 cm Toleranzraum 2 cm Toleranzraum Flumroc-Dämmplatte DUO 1 1 1 1 114 14 14 141 14 1 Flumroc-Dämmplatte LagerfugenbewehrungDUO z.B. B 12/14 Lagerfugenbewehrung 1. Mörtelglattstrich 2. Trennlage vermindert Längsschallleitung 1. Mörtelglattstrich 2. Trennlage vermindert Längsschallleitung 14 z.B. B 12/14 Mauerkrone vor Durchnässung schützen Mauerkrone vor Durchnässung schützen 1 1. Trennlage vermindert Längsschallleitung 2.Mörtelvorlage 1. Trennlage vermindert Längsschallleitung 2.Mörtelvorlage Flumroc-Dämmplatte DUO Flumroc-Dämmplatte DUO 25 A schräg abgezogen bündig abgezogen ausquellend verpresst Hohlkehle glatt vertieft 25 1 1 2525 11 Zweischalenanker Az.B. KE-Gelenkanker ZZ-Spiralanker Anker unweit der z.B. Zweischalenanker Dillatationsfuge anordnen KE-Gelenkanker ZZ-Spiralanker Anker unweit der Dillatationsfuge anordnen A 1 A 1 Dilatationsfuge Dilatationsfuge Abbildung 49: Vertikal- (oben ) und Horizontalschnitt (unten) durch ein Zweischalenmauerwerk mit einer Aussenschale in Sichtbackstein. Abbildung 50: Verschiedene Möglichkeiten der Fugenausbildung 57 Abbildung 51: MFH und Bürogebäude Einsteinmauerwerk unbelastete Wände Wanddicke roh (mm) 50 60 75 100 belastete Wände 125 150 175 Feuerwiderstandsklassen für raumabschliessende Backsteinwände verputzt 1) EI 30 EI 60 EI 90 EI 120 REI 120 REI 120 REI 180 unverputzt 2) EI 30 EI 30 EI 60 REI 60 REI 90 REI 120 1) 200 250 300 365 REI 180 REI 120 REI 240 REI 180 REI 240 REI 240 REI 240 REI 240 beidseitig verputzt (je mind. 10 mm) mit oder ohne Vermörtelung der Stossfugen 2) rohe Wand, Stossfugen vermörtelt Abbildung 52: Feuerwiderstand von Backsteinmauerwerk: EI ist geeignet für unbelastete, REI für belastete Wände. Folgende weiteren Bedingungen liegen den Feuerwiderstandsklassen zu Grunde: Die Werte gelten für einen Ausnutzungsgrad Ed/Rd < 6, bei höherem Ausnutzungsgrad ist die Wanddicke um mind. 25 mm zu erhöhen (Ed = Bemessungswert der Beanspruchung Situation Brand, Rd = Bemessungswert des Tragwiderstandes), hw ≤ 27 tw für belastete Wände und Pfeiler, hw ≤ 40 tw für unbelastete Wände. 58 Kraftwerk Fassade Fassadenintegrierte Solarmodule produzieren nicht nur Energie, sondern übernehmen gleichzeitig Funktionen der Gebäudehülle. Der Montageaufwand ähnelt dem einer Glasfassade. Bei stetig sinkenden Anlagenkosten, werden Solarfassaden zur echten Alternative. Solaranlagen sind typischerweise auf dem Dach installiert: Dort scheint die Sonne am meisten und es bieten sich geneigte Flächen oder frei belegbare Flachdächer an. In Mehrfamilienhäusern reicht der Platz auf dem Dach aber nicht aus, um ein Haus mit ausreichend Strom zu versorgen. Ausser bei kleinen Einfamilienhäusern ist die Dachfläche im Vergleich zur Nutz- und Fassadenfläche äussert klein. Solarfassaden erzielen zwar – insbesondere im Sommer – einen kleineren Ertrag pro Quadratmeter, nutzen die geeigneten Flächen jedoch voll aus. Fassade bildet Schlüsselfunktion In die Fassade integrierte Photovoltaik lässt sich bei Gebäudemodernisierungen genauso verwirklichen wie bei Neubauten. Ein gelungenes Beispiel dafür steht in Romanshorn: Das Gebäude an der Alleestrasse 44 ist schweizweit das erste Mehrfamilienhaus, dessen Sanierung als Plus-Energiehaus realisiert wurde. Den Schlüssel zum Plusenergie-Konzept bilden dabei Photovoltaikmodule an der Fassade und auf dem Dach thermische Sonnenkollektoren für Heizung und Warmwasser sowie weitere Photovoltaikpaneele. Die neue Fassade ermöglicht nicht nur Stromproduktion, dank starker Wärmedämmung senkte sich der Heizwärmeverbrauch markant. Gedämmt ist das Gebäude grösstenteils mit Steinwolle – an der Fassade sind es 28 cm, an der Kellerdecke 20 cm und am Dach 30 cm. Der durchschnittliche U-Wert der Aussenwände beträgt nun 0,1 W/(m2 K) der des Fensterglases 0,5 W/(m2 K) . Zur Fassadenbekleidung geeignet Photovoltaik-Paneele bilden an der Süd- und Westfassade die Aussenhaut des Gebäudes. Die Architekten vom Büro Viridén + Partner AG konnten dabei auf handelsübliche Module in einem Standardformat zurückgreifen. Sie eignen sich bestens zur Fassadenbekleidung: Solarzellen sind witterungsbeständig sowie hagelfest und erfüllen in Kombination mit einer nicht brennbaren Wärmedämmung auch höchste Ansprüche an den Brandschutz. Allerdings erforderte es viel planerisches Können, die von der Abmessung her vorgegebenen Photovoltaikmodule auf der Fassade so anzuordnen, dass ein einheitliches Bild entstand. Die Fassade ist als hinterlüftete Konstruktion ausgeführt. Gehalten werden die Module von Fixierklemmen aus Aluminium, die Fassadenkonstruktion unterscheidet sich kaum von der anderer hinterlüfteter Fassaden. Auch für Hochhäuser geeignet Idealerweise sind Solarmodule gegen Süden ausgerichtet und haben eine Neigung von 30 Grad. Der Einfluss von Neigung und südlicher Ausrichtung ist allerdings relativ moderat: Tests haben gezeigt, dass zum Beispiel eine Ausrichtung gegen Westen nur etwa 15 % Eintragseinbusse zur Folge hat – ebenso verhält es sich mit an der Fassade montierten Modulen. Entscheidend ist jedoch, dass die Solarmodule nicht durch Bäume oder Nachbarsgebäude beschattet werden. Fassadenbekleidungen aus Solarzellen eignen sich also insbesondere für mehrgeschossige Gebäude. Gerade bei Hochhäusern spricht das Flächenverhältnis von Aussenwand zu Dach für eine Montage auf der Fassade. Um die Solarmodule auf dem Dach oder an der Hausfassade zu befestigen, braucht es eine Unterkonstruktion. Dabei ist darauf zu achten, dass sich der tragende Gebäudeteil in einem guten Zustand befindet und nicht in den nächsten Jahren saniert werden soll. Denn Photovoltaikanlagen erreichen eine Lebensdauer von 25 Jahren und mehr. Strom im Überschuss Dank dem Hinterlüftungsraum überhitzen die Solarzellen weniger, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Anlage auswirkt – angegeben wird dieser mit maximal 18 %. Insgesamt nimmt die Photovoltaikanlage 405 m2 ein und weist eine Leistung von 81 kW (peak) auf. So erzeugt das Haus jährlich um die 58 500 kWh Strom. Dank der starken Wärmedämmung, der Nutzung von Solarenergie und weil alle Haushaltgeräte die beste Effizienzklasse aufweisen, kommt sogar ein Stromüberschuss zustande: Rund 4 000 kWh Strom sind es jährlich – so viel, wie ein 4-Personen-Haushalt etwa verbraucht. Ehemals hat das Gebäude jährlich 25 000 l Heizöl verbraucht. Heute erzeugt es dank einer innovativen Fassade und Solarkollektoren auf dem Dach Energie im Überschuss. 59 Abbildung 53: Durch eine Modernisierung in ein Plusenergiehaus verwandelt: Mehrfamilienhaus in Romanshorn. 60 Abbildung 54: Photovoltaikmodule bekleiden die Fassade. Flumroc-Dämmplatte DUO Hinterlüftungsöffnung Aluminiumzarge einbrennlackiert Rafflamellenstoren PV-Fixierklemme PV-Modul Fassadenkonstruktion PV-Unterkonstruktion Hinterlüftungsebene Abbildung 55: Die Photovoltaikmodule der Solarfassade werden an einem Aluminiumprofil aufgehängt. 61 Abbildung 56: Der Sonne etwas näher ist das Touristenzentrum auf dem Klein Matterhorn. Die Gipfellage bietet deutlich höhere Solarerträge, als sie im Mittelland möglich sind. Zweite Haut für Gipfelklima Die mit 3883 Metern über dem Meer höchstgelegene Solarfassade Europas befindet sich auf dem Klein Matterhorn oberhalb von Zermatt (Abbildung 56). Nicht nur die Aussicht auf 38 Viertausender zeichnet diese einmalige Lage aus, sondern auch extreme Wetterbedingungen mit Windgeschwindigkeiten bis zu 300 km/h. Besucher spüren im Touristenzentrum dank einer dichten Doppelfassade nichts von den äusseren Bedingungen. Das Gebäude wurde aus vorfabrizierten Holzelementen auf einem Betonsockel errichtet. Der Holzbau verfügt über eine dichte Gebäudehülle, die mit 52 cm Steinwolle und 3-fach verglasten Fenstern bestens gedämmt ist. Um die Dichtheit der Hülle auch bei extremen Wetterbedingungen zu gewährleisten, trägt der Bau eine zweite Haut aus Glas und Metall. Die äussere Fassade ist ein Pfosten-Riegel-System mit durchgehenden Fensterbändern aus Verbundsicherheitsglas neben eloxierten Aluminiumblechen und gegen Süden 108 Solarpanels. Durch die 62 Gestaltung als Structural-Sealant-Glazing-Fassade existieren keine Abdeckleisten, auf denen Schneeablagerungen die Photovoltaikmodule beschatten könnten. Speziell für das Gebäude entwickelte Lippendichtungen aus Silikon liegen zwischen den einzelnen Glaselementen der völlig ebenen Aussenhaut. Aufgrund der Südausrichtung und der Fassadenneigung von 70 ° erzielt die Solarfassade einen hohen Ertrag, der dem Gebäude eine positive Energiebilanz beschert. Die Unterkonstruktion der Pfosten-RiegelFassade wird als Luftleitblech zur Abfuhr der Wärme und als Kabelführung für den Anschluss der Solarpaneele genutzt. Wärme welche aus der Hinterlüftung der äusseren Fassadenhaut abgeführt wird, dient zum Vorwärmen der Zuluft für das Gebäude. Die Südfassade funktioniert also wie ein thermischer Luftkollektor, was den Heizenergiebedarf reduziert. Gleichzeitig entsteht ein Kühleffekt, der den Wirkungsgrad der Solarzellen verbessert. Die Technik zum nachhaltigen Bauen Flumroc empfiehlt Architekten und Bauherrschaften nachhaltige Lösungen – und erneuert ihr Bürohaus im gleichen Modus. Dabei kommen schlanke Unterkonstruktionen zur Anwendung. Anschauungsunterricht Die Flumroc-Zentrale bietet für Architekten und Fassadenbauer reichlich Anschauungsunterricht. Denn die Bauhülle des Gebäudes ist mit fünf verschiedenen hochdämmenden Systemen eingepackt: Die Südost-, Südwest- und die Nordostfassade sind hinterlüftet. Wärmedämmung mit 30 cm Flumroc DUO. Befestigt sind die vorgehängten Photovoltaikmodule an innovativen Unterkonstruktionen in zwei Versionen. Die Nordwestfassade ist kompakt aufgebaut, mit einer verputzten Wärmedämmung. Weil die eingesetzte Steinwolle sehr formstabil ist, sind diese dunklen Farben erst möglich. Aufbau: Backstein 15 cm; Wärmedämmung Flumroc COMPACT 32 cm; Aussenputz 0,7 bzw. 1,5 cm. Die begehbaren Terrassen sind mit Flumroc Steinwolle und Vakuumdämmung geschützt. Aufbau: Betondecke 34 cm; Wärmedämmung Flumroc FBD 550 14 cm; Vakuumdämmung 2-mal 2,5 cm; Wärmedämmung mit Gefälle Flumroc MEGA 2 cm bis 10 cm; 2-lagige Abdichtung aus Polymer-Bitumen 1 cm; Trennvlies 0,5 cm; Splitfüllung mit Höhenausgleich 3 cm bis 5 cm; Betonplatten 4 cm. Flachdach: Der Dachrand wurde erhöht, um PV-Module im gleichen Raster an der Dachstirne montieren zu können; die raffinierte Lösung schafft Raum für zusätzliche Wärmedämmung. Aufbau: Betondecke 22 cm; Wärmedämmung Flumroc FBD 550 36 cm; Wärmedämmung Flumroc MEGA 6 cm (Dämmkeil entlang Dachrand Flumroc MEGA 8 – 6 cm); 2-lagige Abdichtung aus Polymer-Bitumen 1 cm; Drainageelement 2 cm und Vegetationssubstrat für Dachbegrünung 8 cm oder Gummischrotmatte 1 cm und Rundkies 6 cm zur Befestigung des Montagesystems der Photovoltaik-Module. Dämmung der Kellerdecke mit 20 cm Flumroc TOPA. Unterkonstruktion In hochdämmenden Aussenwandkonstruktionen entfallen grössere anteilige Verluste auf Wärmebrücken als in spärlich geschützten Wänden. In einer hinterlüfteten Fassade mit einer Unterkonstruktion aus Aluminium mit ThermoStopper gehen 40 % der Verluste auf das Konto der Befestigungsanker (Dämmstärke 30 cm). Bei einer Dämmstärke von 14 cm sind es nur 25 %. Was immer noch viel ist, denn mit den Systemen wie z. B. GFT Thermico von Gasser Fassadentechnik oder dem RSD-System von Rogger Fasteners sind es nur einige Prozente. Abbildung 57: Die hinterlüftete Fassade mit dem System GFT Thermico, das die Wärmebrückenverluste auf fast null minimiert. Der Konstruktion vorgehängt sind PV-Module. 63 Abbildung 58: Die anthrazitfarbigen Bänder der Solarzellen prägen den visuellen Auftritt des Bürohauses im Sarganserland. Viel Licht und viel Strom kommen über die Fenster und die Wechselrichter ins Haus. Beides erleichtert die Arbeit. 64 Ein Leuchtturm in Flums Der Dämmstoffhersteller Flumroc ist eng mit dem Sarganserland verbunden. Seit Jahrzehnten wird in Flums Steinwolle für die Wärmedämmung von Bauten und Anlagen produziert. In mehreren Etappen konnten Betriebsfachleute den Produktionsprozess optimieren, mit dem Resultat, dass heute eine sehr energieeffiziente Komfort, Gesundheit, Herstellung möglich ist – mit einem Ökologie und Vorbildfunk- beachtlichen Anteil von erneuerbaren Energien aus Wasserkraft und Solartion sind in einem Paket zellen. Eine grosse Photovoltaikanlage verschnürt. über dem Logistikareal zeugt von diesem Engagement. Mit der Transformation ihres Hauptsitzes in ein Plusenergiehaus setzt Flumroc ein weiteres Zeichen für die konsequente Umsetzung ihrer Nachhaltigkeitsziele. Bauen für die Zukunft «Neue Gebäude sollen sich ab dem Jahr 2020 möglichst selbst mit Energie versorgen» schreiben die kantonalen Energiedirektoren in ihren Leitlinien. Flumroc nimmt die Forderungen der Regierungsräte wörtlich, wenn man davon absieht, dass das betriebseigene Bürohaus mehr als 30 Jahre alt ist. Durch die Gesamterneuerung sind drei wichtige Kriterien des nachhaltigen Bauens erfüllt: Der Einsatz an grauer Energie für die Baumassnahmen ist gering, weil die Grundstruktur des Gebäudes vollständig erhalten ist. Zweitens qualifiziert sich das Objekt als Plus­ energiehaus, und, drittens, macht die Erneuerung das Bürohaus zukunftsfähig, also für Jahrzehnte nutzbar – in Neubauqualität. Vier zentrale Ziele Im Zentrum der baulichen Massnahmen steht ein höherer Arbeitskomfort für Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie Arbeitsplätze mit geringen Umweltauswirkungen. Die vier wichtigsten Ziele: Vorbild: Das erneuerte Haus passt in die Energiestrategie 2050, ist multiplikationsfähig und hat dadurch Beispielcharakter. Konzept zur Umsetzung: Sehr gute Wärmedämmung, Stromerzeugung mittels Photovoltaik und eine zeitgemässe Gebäudetechnik. Architektur: Gestalterisch ansprechende Integration der Solarzellen in die Gebäudehülle. Nutzerkomfort: Verbesserte Arbeitsverhältnisse – Raumluft, Tageslicht, Grundrisse – sowie neue Kunden­ zone. Alle Vorgaben lassen sich mit einer gesamtheitlichen Erneuerung erreichen. Das heisst: Komfort, Gesundheit, Ökologie und Vorbildfunktion sind in einem Paket verschnürt. Für Flumroc bietet das erneuerte Bürohaus mehr als komfortable und rationelle Arbeitsplätze – es ist darüber hinaus ein kraftvolles Bekenntnis zum Standort Flums und ein Leuchtturm, der weit über das Sarganserland die Richtung anzeigt: Mit Plusenergie in eine nachhaltige Energiezukunft. 65 Abbildung 59: Das umfassend erneuerte Bürohaus ist ein Gebäude der Zukunft. Flumroc beweist damit, dass das Konzept in der Umsetzung funktioniert, gute Architektur möglich ist und der Nutzerkomfort stimmt. 66 Anhang Quellenverzeichnis der Abbildungen Nr. 13, 18 + 37: Ernst Niklaus Architekten, Fotos: Hannes Henz Nr. 14: Foto: Julien Hamad-Gibert Nr. 30: Eternit Nr. 32: Rockpanel Nr. 34: Renggli AG Nr. 38: Nadig U. + H. Fassadentechnik AG Nr. 40, 41, 45, 48 + 51: Flumroc AG Nr. 43: FRERICHS GLAS GmbH Nr. 47: BikeTec AG Nr. 49 + 52: Swissbrick AG Nr. 53 + 54: Viridén + Partner AG Nr. 56: Bron Helbling Fotografie Nr. 58 + 59: Bürohaus Flumroc AG 67 FLUMROC AG,Industriestrasse 8, Postfach, CH-8890 Flums, Tel. 081 734 11 11, Fax 081 734 12 13, [email protected] FLUMROC SA, Route du Bois 1, Case postale 94, CH-1024 Ecublens, Tél. 021 691 21 61, Fax 021 691 21 66, [email protected] 12.14 d G 2’000 Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier. www.flumroc.ch Änderungen vorbehalten. In Zweifelsfällen setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung. 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