Fassadengestaltung und ökologische Gebäudetechnik mit Photovoltaikanlagen

Inhaltsverzeichnis

1 Fassadengestaltung
1.1 Massive Wandkonstruktionen
1.1.1 Lochfassaden
1.1.2 Vorhangfassaden.
1.2 Leichte Fassadenkonstruktionen
1.2.1 Einschalige Fassaden
1.2.2 Mehrschalige Fassaden
1.2.2.1 Glasdoppelfassaden
1.2.2.2 Korridorfassaden
1.2.2.3 Kasten-Kasten-Fassaden
1.3 Kombinierte Fassaden

2 Ökologische Gebäudeform und -art
2.1 Photovoltaik
2.1.1 Witterungsschutz
2.1.2 Wärmedämmung / Schallschutz
2.1.3 Sonnenschutz

3 Zusammenfassung

Anhang

Anwendungsbeispiel

Literaturverzeichnis

Kurzzusammenfassung

Die folgende Arbeit thematisiert verschiedene Fassadenkonstruktionen. Eine Fassade wird als die Haut eines Gebäudes verstanden und hat weitreichendere Funktionen als den einfachen Wetterschutz. Belüftung, Ein- und Ausblick, Schall- Sonnenschutz sowie die Verlagerung von Windlasten auf tragende Strukturen des jeweiligen Gebäudes sind weitere Aufgaben von Fassaden. Verschiedene Fassaden werden je nach Art in leichte und schwere Wandkonstruktionen eingeteilt. Diese haben wieder eigene Kategorien mit verschiedenen Systemarten. Im Verlauf der Arbeit wird ersichtlich, dass die unterschiedlichen Fassaden für unterschiedliche Anforderungen ihre pro und contra Seite haben. Näher beschrieben werden die Loch-, Vorhangfassaden im Bereich der massivbauweise. Leichte Fassadenkonstruktionen wie die einschaligen Fassadenarten, mehrschalige Fassaden und kombinierte Fassaden sind ebenfalls Teile dieser Arbeit. Die Glasdoppelfassaden werden mit herkömmlichen Fassadenelementen verglichen. Korridor-, Kasten- Kasten- Fassade werden kurz erläutert. Anschließend folgt die Gebäudeform und -art unter ökologischen Gesichtspunkten, durch die die Wärme- und Kühlkosten erheblich reduziert werden und die Umwelt durch Ressourceschonende Materialien und Verarbeitung geschützt wird. Die aktive Maßnahme der ökologischen Gebäudetechnik, die Photovoltaik wird kurz beschrieben und als Witterungs-, Schall-, Sonnenschutz und zur Wärmedämmung aufgezeigt.

Abstract

The following piece of work addresses various frontage constructions. A frontage is understood as a skin of a building and has more wide-ranging functions than the shelter against weather. Ventilation, insight, outlook, sound- and sun protection as well as the relocation of wind load onto carrying construction of the particular building are additional functions of frontages. Frontages are - according to type - divided up into lightweight and heavy wall constructions. Those again have under categories with diverse system types. During the course of work it becomes obvious that the various types of frontages for different demands have pro and contra arguments. Accurately described are the hole and curtain walls in the field of massive construction. Lightweight frontage constructions like single-leaf frontage types, additional-leaf frontages and combined ones are also part of this paper work. Glass double frontages are compared to conventional frontage elements. Corridor- and caste frontages are shortly explained. It follows the shape and style of the building from the environmental viewpoint through which the heating and cooling expenses can be significantly reduced and the environment can be protected through resource-efficient material and processing. The active method of environmental-friendly building technology, the photovoltaic system is described and revealed as weather- , sound- and sun protection as well as heat insulation.

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Beton- Lochfassade

Abb. 2: Vorhangfassade mit Sonnenschutzglas

Abb. 3: Glas- Doppelfassade Typ Vorhangfassade

Abb. 4: Pfosten- Riegel- System

Abb. 5: Zweite- Haut- Fassade

Abb. 6: Glas- Doppelfassade Typ Korridorfassade

Abb. 7: Korridorfassade

Abb. 8: Glas- Doppelfassade Typ Kasten- Kasten- Fassade

Abb. 9: Kasten- Kasten- Fassade

Abb. 10: Prinzipdarstellung einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage

Abb. 11: Anordnung von Photovoltaikelementen an der Fassade

Abb. 12: Mögliche Anordnung von Photovoltaikelementen (dunkle Flächen)

Abb.13: Draufsicht

Abb. 14: Ostfassade Hochschule für film und Fernsehen

1 Fassadengestaltung

Fassaden sind nicht nur der räumliche Abschluss zwischen Innen- und Außenraum sondern erfüllen auch folgende Funktionen: Ein- und Ausblick, Tageslichteinfall, Belüftung, Wärmeschutz, Sonnenschutz und ausreichender Blendschutz. Die Fassaden von Gebäuden sind mit der Haut eines Menschen zu vergleichen, die den Energiehaushalt des Körpers reguliert, indem sie auf veränderte Einflüsse und Verhältnisse reagiert. Fassaden sind ein wesentlicher Bestandteil von Gebäuden hinsichtlich der thermischen und visuellen Behaglichkeit¹ für interne Gebäudenutzer. Fassaden bieten extern den Schutz vor Kälte und Wärme, sie beeinflussen so die Energieeffizienz eines Gebäudes. Der Wärmeschutz einer Fassade führt zu geringeren Heizkosten und ein guter Sonnenschutz zu geringeren Kühlkosten. Anforderungen an die akustische Behaglichkeit erfüllen Fassaden durch unterschiedliche Schalldämmungen nach außen und durch Schallobsorption nach innen. Fassaden haben aber nicht nur Schutzfunktionen, sondern stellen auch ein wichtiges Gestaltungselement und Aushängeschild von Gebäuden dar. Konstruktiv sollen Fassaden ihr Eigengewicht und Windlasten auf die tragende Struktur übertragen. In Sonderfällen übernehmen sie auch Lasten aus anderen Bauteilen (z.B. Decken und Wände). Die genannten Anforderungen können in einem Bauelement integriert oder in verschiedenen Schichten Teil der Fassade sein. Bei der Gestaltung der Fassaden wird zwischen verschiedenen Arten unterschieden:

- Wandbauweise ( schwere, massive Wandkonstruktionen)
- oder leichte, skelettartige Außenhäute ( ein- und mehrschalige Fassaden, kombinierte Fassaden) [Hickert 2010]

1.1 Massive Wandkonstruktionen

Diese Wände bestehen aus Mauerwerk mit Natur- oder Kunststein, Beton oder Stahlbeton. Diese Bauteile können durch entsprechend dicke Wandstärken, ein gleichmäßiges Innenraumklima herstellen (kühl im Sommer, warm im Winter). Massive Wandkonstruktionen werden als einschalige Warmfassaden angebracht. Die Wärmedämmschichten werden direkt auf die Fassadenkonstruktion angebracht. Die Warmfassade übernimmt die Funktion des Raumabschlusses und der thermischen Trennung². [Hickert 2010]

1.1.1 Lochfassaden

Die Lochfassade ist eine in massivbauweise erstellte Wand mit einzelnen, klar abgegrenzten Fenster- und Türöffnungen. Diese Fassade ist ein komplett im Fertigteilwerk hergestelltes Wandbauteil. Diese Wand kann in jeder statisch notwendigen Stärke gebaut werden. In Büro- und Verwaltungsgebäuden werden die Fenster überwiegend aus thermisch getrennten Aluminiumprofilen, in geringerem Umfang aus thermisch getrennten Stahlprofilen oder Holz- Aluminium-Profilen sowie nur vereinzelt aus Holz- oder Kunststoffprofilen gefertigt. Eingebaut werden sie idealerweise nicht im „Rohbau-Loch“, sondern thermisch günstiger in der davorliegenden Dämmebene. Umso wichtiger ist die funktionsgerechte Anbindung der Lochfenster an den Rohbau hinsichtlich Luftdichtigkeit, Feuchte- und Schallschutz zu planen und auszuführen. Eine hohe Baugeschwindigkeit, hohe Maßgenauigkeit sowie spachtel- und tapezierfähige Oberflächen machen diese Lochfassade zu einer beständigen Fassade für Büroanlagen. [Bohne 2004]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Beton- Lochfassade

Bei einer Kaltfassade wird die wärmedämmende Schicht durch eine Luftschicht von der Wetterschutzschicht getrennt. Durch die Luftschicht kann die wärmedämmende Schicht trocknen, falls Wasser durch die Wetterschutzschicht eindringt. Zudem verhindert sie, dass sich der Raum zwischen Wärmedämmung und Fassade aufheizt. Eine Ausführungsvariante der Kaltfassade ist die Vorhangfassade. [Bohne 2004]

1.1.2 Vorhangfassaden

Die Vorhangfassade ist ohne horizontale oder vertikale Segmente die einfachste Form der Doppelfassade. Bei der Vorhangfassade wird der eigentlichen Fassade eine weitere Glasfront vorangestellt. Der Abstand beträgt mindestens 30 cm, maximal 2 m. Diese wird als ergänzende Dämmschicht aufgeklebt oder angenagelt. Die Fassade trägt außer ihrem Eigengewicht keine statischen Lasten. Die Lasten werden über die Konstruktion des Bauwerks abgetragen. Die Vorhangfassade wird in der Regel in Kombination mit einer Skelettbauweise eingesetzt. Die hinterlüftete Vorhangfassade bietet eine weitere Möglichkeit der nachträglichen Außenwanddämmung und wird meist bei Gebäuden bis max. 6 Geschossen gewählt. Sie werden oft als Witterungsschutz, aber auch zur Verschönerung der Fassade eingesetzt. Zur Erstellung einer Vorhangfassade wird zunächst eine Unterkonstruktion an der Außenwand angebracht. Der Dämmstoff wird wie bei der Thermohaut an der Wand befestigt. Bei Übersteigen einer vordefinierten Temperatur öffnen sich automatisch Klappen um für Konvektionsströmung zu sorgen. Diese Konvektionsströmung innerhalb des Spaltes ist allerdings so gering, dass zusätzliche raumlufttechnische Anlagen oder Kühlungen betrieben werden müssen, um das Gebäude kühlen zu können. Zum Abschluss wird eine Verkleidung aus Holz, Schiefer, oder Faserzementplatten angebracht. Allerdings sind sie in der Regel teurer als Wärmedämmverbundsysteme und haben eine größere Tiefe. Häufig wird diese Art von Fassade bei Altbauten angewendet. [Bohne 2004]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Vorhangfassade mit Sonnenschutzglas

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Glas- Doppelfassade Typ Vorhangfassade

1.2 Leichte Fassadenkonstruktionen bietet im Vergleich zu massiven Lochfassaden einen besseren Tageslichteinfall. Durch den hohen Glasanteil wird im Winter der Energieverbrauch des Gebäudes durch Solarenergie minimiert. Der hohe Glasanteil kann jedoch im Sommer zu Überhitzung führen. Wesentliche Arten von Fassadenkonstruktionen sind: einschalige Fassaden, mehrschalige Fassaden oder kombinierte Fassaden. [Hickert 2010]

1.2.1 Einschalige Fassaden werden aufgrund verschiedener Lastabtragungen, Fertigungen und Montage in Systeme geteilt. Pfosten-Riegel-Fassaden sind überwiegend verwendete einschalige Fassaden. Diese Sprossenkonstruktionen bestehen aus vertikalen Pfosten- und horizontalen Riegelprofilen. Das System wird aus Einzelteilen zusammengesetzt und ebenso vor Ort verglast. Die Konstruktion besteht nur aus senkrechten Profilen und einer Riegelfassade, bei der nur waagerechte Profile eingesetzt werden. Von Vorteil sind die schlanken äußeren Pressleisten, welche nur fünf cm breit sind. Neben festem Glas können außerdem einfache Fenster- oder Türelemente integriert werden. Nachteile der Pfosten- Riegel-Fassade ist die Rahmenbreite bei der Integration eines Öffnungsflügels³. Diese erhöhen die sichtbaren Rahmenbreiten der ansonsten schmalen Konstruktion. [Hickert 2010]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Pfosten- Riegel- System

1.2.2 Mehrschalige Fassaden

Bei dieser Fassadenart wird die Funktion auf zwei Ebenen verteilt, deshalb auch Doppelfassade genannt. Witterungs- und Schallschutz für den Innenraum soll durch eine äußere Glashaut unter Bildung eines Fassadenzwischenraumes verbessert werden. In diesen Zwischenraum wird die Sonnenschutzanlage integriert, wodurch dieser durchgehend funktionsfähig ist und den sommerlichen Wärmeschutz optimiert. Mehrschalige Fassaden (z.B. Korridor-, Kastenfassaden) werden für wind- und lärmbelastete Hochhäuser eingesetzt. Sie lassen sich nach Größe des Fassadenzwischenraumes und deren Be- Entlüftung unterscheiden. [Bohne 2004]

1.2.2.1 Glasdoppelfassaden

Glasdoppelfassaden werden so ausgebildet, dass zwischen der eigentlichen Fassade und einer vorgesetzten Glaskonstruktion ein Spalt entsteht. Bei Sonneneinstrahlung sorgt die Temperaturerhöhung im Spalt für einen Kamineffekt, der mittels Öffnungen in der Innenfassade eine natürliche Lüftung des dahinter liegenden Raumes besorgen soll (Abb. 5). Die Breite des Fassadenzwischenraumes an Luftein- und auslässen sollte aufgrund der gewollten Kaminwirkung nicht kleiner als 20 cm ausgeführt werden. Soll der Raum zu Wartungs- oder Reinigungszwecken begehbar sein, so muss seine Breite mehr als 50 cm betragen. Bei Klimahüllen ist die zweite Schale in einem großen Abstand vor der ersten Schale angeordnet, wie z.B. in Atrien, Klimahüllen, überdecken sie das gesamte Gebäude, handelt es sich um das Haus-im-Haus-Prinzip bzw. um integrierte Glashäuser. Je nach Gebäudetyp, Konstruktionsart der Doppelfassade, Spaltenbreite, horizontalen und vertikalen Schotts⁴ innerhalb der Fassade gibt es unterschiedliche Ausformungen. Neben den Gestaltungsaspekten eines Gebäudes ist für den Einsatz von Glasdoppelfassaden entscheidend, eine möglichst natürliche Lüftung zu erzielen, Schallschutz sicherzustellen, bei höheren Gebäuden den Winddruck an der Innenfassade zu reduzieren und so eine Verringerung der Heizlast zu bewirken. Größtes Problem der Doppelfassaden ist jedoch der sommerliche Wärmeschutz. Erfahrungen zeigen, dass die Spalttemperatur immer über der Außentemperatur liegt und trotz einer Reduktion der transmittierten Strahlung eine Erhöhung der Kühllast in den Räumen auftritt. [Daniels 1999]

So kann das eigentliche Ziel der Glasdoppelfassaden mit der längeren Nutzung der freien Lüftung durch zu öffnende Fenster und erhöhtem Wind- und Lärmschutz begründet werden. Die längeren Betriebszeiten der Fensterlüftung innerhalb gemäßigter Bedingungen von Außentemperatur und Strahlungseinfall bedingen jedoch die Installation einer Heiz- und Kühltechnik bzw. Raumlufttechnik, die außerhalb der gemäßigten Bedingungen die Einhaltung der Behaglichkeitskriterien in den Räumen sicherstellt.

[...]

¹ Visuelle Behaglichkeit entsteht dann, wenn der Wahrnehmungsvorgang im Gehirn ungestört ablaufen kann.

² Lasten aus der Pressleiste werden über die Verschraubung und über glasfaserverstärkte Polyamidstege abgetragen.

³ bewegliche, zu öffnende Teile von Fenster- und Türkonstruktionen.

⁴ Ein Schott ist eine geschlossene Trennwand