Brennpunkt Fassade - Amstein

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Brennpunkt Fassade
Bauphysikalische und baukonstruktive Aspekte
An der Fassade kumulieren sich die bauphysikalischen Aufgabenfelder: winterlicher und sommerlicher Wärmeschutz,
Schallschutz, Materialisierung, Behaglichkeit. Wir analysieren systematisch die
unterschiedlichen Bedürfnisse und Anforderungen im Sinne der Nachhaltigkeit (Ökonomie, Ökologie, Gesellschaft) und entwickeln baupraktikable und finanzierbare
Lösungen.
Die Fassade ist das zentrale Bauelement bei praktisch
allen Gebäuden, sowohl bei Neubauten wie auch bei
Erneuerungen. Und die meisten involvierten Planer vom Architekten, über den Bauingenieur bis zum Gebäudetechnikplaner - müssen sich zwangsläufig mit der
Aussenhaut befassen. So auch der Bauphysiker, dessen
Aufgaben sich in diesem Zusammenhang in den letzen
Jahren stark erweitert haben.
MINERGIE als Pflicht
Ab 2009 werden die energetischen Anforderungen der
Kantone erheblich verschärft und Minergie wird damit
praktisch zum neuen Standard. Wer besser bauen will,
setzt auf Minergie-P oder sogar auf Minergie-P-Eco,
mit spezifischen ökologischen Anforderungen. Konkret heisst das: Die Konstruktionen mit Dämmstärken
zwischen 25 - 35 cm müssen neu entwickelt werden. Interessanterweise sind diese hochgedämmten Fassaden
vielfach Holzkonstruktionen, Kastenelemente ausgefüllt mit kostengünstiger Wärmedämmung.
Bild 1: Nullenergie Wohnsiedlung Eulachhof Winterthur
Bei Bauten, deren Heizwärmebedarf nur noch 10 kWh/
m 2a (entspricht einem Liter Oel) beträgt, ist der energetische und auch der bauphysikalische Einfluss der
Wärmebrücken frappant. Die Kunst des Bauphysikers
besteht darin, Lösungen zu suchen, die kostengünstig
sind und eine hohe Sicherheit bieten, damit auch langfristig keine Bauschäden auftreten.
Gesundes Wohnen und Arbeiten
Energetisch gute, ja hervorragende Gebäude zu erstellen oder zu erneuern, ist heute eine volks- und betriebswirtschaftliche Notwendigkeit. Das neue Qualitätslabel Minergie-Eco verspricht dem Nutzer eine hohe
Wohn- bzw. Arbeitsplatzqualität.
Bauökologie
Gesundheit
Bereiche
Kriterien
Planungsinstrumente
Licht
SIA 380/4 (Tageslicht)
Lärm
SIA 181
Raumluft
Rohstoffe
Herstellung
Rückbau
Innenraumklima,
SWKI VA 104-1
BKP-Merkblätter
Modul Recyclingbaustoffe
SNARC
Modul Rückbaueignung
Bild 2: Beurteilungskriterien von Minergie-Eco
Die gezielte Berücksichtigung bauökologischer Aspekte
(Standort, Materialisierung, Installationskonzept, etc.)
minimiert Risiken, die in der Betriebsphase Nutzerklagen wegen Augenbrennen, Unwohlsein, schlechter
Luftqualität, etc. hervorrufen könnten. Das Bauen
nach den Kriterien von Minergie-Eco bedingt ein hohes Verständnis der Bauprozesse und gute Kenntnisse
der Materialeigenschaften. Beides sind Faktoren, die
zur richtigen Zeit mit Fachkompetenz in die Planung
eingebracht werden müssen.
Herausforderung Gebäudepark Schweiz
Zirka 50 % des schweizerischen Energieverbrauches
werden im Gebäudebereich umgesetzt. Wenn also der
Ausstoss von Kohlendioxid (CO2 ) wesentlich reduziert
werden soll, so sind insbesondere auch innovative Lösungen zur Nachdämmung von bestehenden Gebäuden
gesucht. Nachdämmung der Innen- oder Aussenwand,
heisst dann oft die Grundsatzfrage. Anpassungen an
der Aussenfassade sind aus verschiedensten Gründen
besser, aber nicht immer möglich. An zwei bauhistorischen Gebäuden möchten wir Lösungen aufzeigen.
Hightech für eine alte Fassade
Die zirka 400-jährige, unter Denkmalschutz stehende
Mühle wird vollständig erneuert und neu einer Wohnnutzung zugeführt; d.h. die Räume werden mit einer
zentralen Heizung versorgt. Und was passiert mit dem
Mauerwerk? Eine nicht fachgerecht ausgeführte Renovation kann zu Feuchteakkumulation in der Wand
und damit zu irreparablen Schäden führen. Die Fassade wurde in diesem Fall aussen mit einer speziellen
- nur 36 mm starken - Hochleistungsdämmung (Aspen
Aerogel) gedämmt um das Kondensatrisiko zu minimieren. Der Vorteil dieser Lösung war: Volumetrie und
Erscheinungsbild konnten wie gefordert, beibehalten
werden.
Innendämmung: Nicht ganz risikofrei
Bei einem Gebäude mit einer historisch wertvollen
denkmalgeschützten Fassadenmalerei, bieten sich nur
zwei effektive Lösungen an: „Nichts machen“ oder Innendämmung. Die Applikation einer Innendämmung
verschiebt zwangsläufig den Taupunkt in die Aussenwandkonstruktion. Damit tauchen die Themen der
Balkenköpfe im Auflagebereich und die Frage nach
der bauphysikalisch korrekten und finanziell tragbaren
Lösung auf. Mit Unterstützung moderner Software
und Erfahrung der beteiligten Fachleute wird eine
komplette Innendämmung appliziert, jedoch nur mit
einem partiellen Schutz der Holzbalkendecken.
Bild 3: Beurteilung Kondensatrisiko durch Simulation
Immer noch im Trend: Glasfassaden
Bauten mit einem hohen Glasanteil sind attraktiv und
liegen im architektonischen Trend. Bauherren setzen
gerne auf Glasbauten und repräsentieren damit ihr Unternehmen nach aussen. Auch bei Wohnbauten nimmt
der Glasanteil und oftmals auch Klagen über mangelnde Behaglichkeit zu.
Unabhängig wie verschieden Glasbauten geplant werden, aus bauphysikalischer Sicht gelten immer die
gleichen Beurteilungskriterien und Indikatoren. In der
SIA Norm 382/1 „Lüftungsanlagen“ sind die Anforderungen dokumentiert, die zu architektonisch und
funktional guten Glasfassaden führen.
Bild 4: Science City ETH Zürich (Foto: Heidi Hostetter)
Qual der Wahl: Das richtige Glas
Der technologische Fortschritt im Glasbau ist enorm
und faszinierend zugleich. Die korrekte Umsetzung am
einzelnen Objekt ist jedoch dadurch nicht einfacher
geworden. Die Glasindustrie ist heute in der Lage, fast
alle erdenklichen Kombinationen technischer Anforderungen zu realisieren. Für den Planer bedeutet dies,
dass die Vorgaben - meist in der Ausschreibung - sehr
präzise sein müssen, damit am Schluss das richtige Produkt auf die Baustelle geliefert wird. Insbesondere sind
folgende Grössen zu definieren:
U-Wert: Wärmedurchlasswiderstand
g-Wert: Gesamtenergiedurchlassgrad
Շv-Wert: Lichttransmission
dB-Wert: Schallschutz
Behaglichkeit: Aus Messungen lernen
Viele Parameter (Temperatur, Feuchtigkeit, Akustik,
Licht, Luftgeschwindigkeiten, etc.) beeinflussen die
Behaglichkeit in einem Raum. Im näheren Aufenthaltsbereich von Glasfassaden ist oft das Phänomen
der Strahlungsasymmetrie und des Kaltluftabfalls zu
beobachten. Die Arbeitsplätze mindestens um 1.5 Meter von der Fassade zurück versetzen (Minimum SIA
≥ 1.0 m) bedeutet eine wirksame aber nicht sonderlich
spektakuläre Massnahme. Ist die Problemstellung etwas komplexer, so liefern Behaglichkeitsmessungen
und / oder Simulationen eine verlässliche Analyse als
Basis zur Umsetzung von Verbesserungsmassnahmen.
Bauen an lärmexponierten Standorten
Aus städtebaulichen und wirtschaftlichen Gründen
wird heute vermehrt an lärmigen Standorten gebaut
und entsprechend müssen stringente Schallschutzanforderungen erbracht werden. Hohe Lärmbelastungswerte von Strassen, Bahnen und allenfalls auch von
Flugkorridoren können - je nach Empfindlichkeitsstufe - den architektonischen Entwurf wesentlich beeinflussen. Eine frühzeitige lärmtechnische Standortabklärung ist in solchen Fällen kein Luxus und erspart
Überraschungen beim Bewilligungsverfahren.
Das richtig gewählte Glas, resp. Fenster, weist während
der Heizperiode eine positive Energiebilanz auf und
gewinnt mehr Energie, als es durch Transmission verliert. Im Sommer soll die Verglasung möglichst wenig
Energie, aber viel Tageslicht einlassen. Zur Bestimmung
dieser Werte müssen die Rahmenbedingungen des Gebäudes aber auch der Nutzung klar definiert werden.
Neue Glasentwicklungen helfen, diese Forderungen
projektspezifisch umzusetzen.
Vakuumverglasungen
U-Werte ≤ 0.2 W/m2K bei g-Wert ≥ 60 %
Variochrome Verglasungen
Die Transmission kann dynamisch angepasst werden.
M-Verglasungen
Gläser mit angepasstem g-Wert (ca. 12 % - 60 %) und hohem Շv - Wert für die Tageslichtnutzung
Bild 5: Simulation Lärmausbreitung
Die eigentliche schalltechnische Dimensionierung der
Fassade (Festlegung der dB-Werte) beeinflusst einerseits die Architektur, andererseits die Investitions- und
Betriebskosten. Und da Lärm - im Gegensatz zu Energieverlusten - hör- und manchmal spürbar ist, müssen
wir diesem Thema den richtigen Stellenwert in den einzelnen Bauprojekten einräumen.
Bauphysik zwischen Theorie und Praxis
Bauphysikalische Fragestellungen sind vielfach von
nicht beeinflussbaren Parametern abhängig, relativ
komplex und müssen mit wissenschaftlichen Methoden analysiert werden. Die Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse in den Bauprozess erfordert die
Entwicklung baustellentauglicher Verfahren und Produkte. Jedes Gebäude - insbesondere jeder Umbau - ist
ein Unikat, und bringt zusätzliche Herausforderungen
mit sich.
Um diesen komplexen Aufgaben gerecht zu werden,
arbeiten unsere Bauphysiker und Umweltfachleute
mit modernsten Simulationstools. Sie verbringen aber
auch immer wieder viel Zeit auf den Baustellen, um
den Kunden wirklich praxistaugliche Lösungen anbieten zu können.
Referenzen
• Nullenergie Wohnsiedlung Eulachhof (MinergieP-Eco), Winterthur
• UBS Bürogebäude Grünenhof, Zürich
• UBS Bürogebäude/Energiezentrale, Zürich
• UBS Umbau „Haus Ilge“ (Denkmalschutz), Einsiedeln
• Umbau „Mühle Oberhallau“ (Denkmalschutz),
Oberhallau
• Halter Wohnüberbauung Hardturm-Areal, Zürich
• Marché Nullenergie Bürogebäude, Kemtthal
• ETH „Science City“ Gebäude HIT , Zürich
• Fachhochschule Nordwestschweiz (Minergie-PEco), Olten
• Alternativbank Olten (Umbau Minergie-P), Olten
• Roche Büro-/Laborgebäude Bau 71, Basel
• Google Bürogebäude, Zürich
Unser Dienstleistungsangebot
Bauphysik
• Winterlicher-, Sommerlicher Wärmeschutz
• Feuchteschutz
• Wärmebrückenberechnung (2D, 3D)
• Thermische Raumsimulationen
• Minergie: Konzepte / Nachweise
• Behördliche Nachweisverfahren
• Schadensgutachten (z. B. Schimmelbefall)
Lärm
• Lärmgutachten (Lärmschutzverordnung)
• Dimensionierung Schallschutzmassnahmen
Bauakustik
• Dimensionierung, Beratung Luft-, Trittschall
• Auralisation Schallschutzstandards
• Behördliche Nachweisverfahren
Raumakustik
• Konzeptberatung
• Dimensionierung, Positionierung
Bauökologie
• Bauökologische Konzepte
• Baukonstruktionen / Materialökologie
• Nachweise Minergie-Eco
• Ökobilanzen
Messungen
• Schallmessungen (Trittschall, Luftschall)
• Lärmmessungen
• Messungen Raumakustik (Nachhallzeiten)
• Behaglichkeitsmessungen
• Thermografische Untersuchungen
Marcus Knapp
Ing. HTL Holztechnik, NDK Akustik
[email protected]
Erich Füglister
Dipl.-Ing. FH, NDS Energie
[email protected]
Januar 2009
Amstein + Walthert AG Andreasstrasse 11 Postfach 8050 Zürich Tel 044 305 91 11 Fax 044 305 92 14
www.amstein-walthert.ch