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Deutliches Vorzeichen: ein Plus für die Zukunft

Der deutsche Pavillon anlässlich der Expo 1967 in Montreal hat Architekturgeschichte geschrieben. Seinerzeit eines der schönsten und wirtschaftlichsten Gebäude der Weltausstellung, setzt es noch heute Maßstäbe in Hinblick auf Ästhetik, Ingenieurskunst und Innovationskraft in der zeitgenössischen Architektur. Der Versuchsbau von Frei Otto, der dem Expo-Pavillon vorausging, steht noch immer auf dem Gelände der Universität in Stuttgart-Vaihingen. Es ist ein geschichtsträchtiger Ort, der mit jeder Faser, in jedem Winkel eine Aura des Erhabenen und der zeitlosen Eleganz versprüht.

Auch nach über 40 Jahren hat er nichts von seiner baulichen Qualität eingebüßt. Heute beherbergt er das von Prof. Werner Sobek geleitete Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK). Der Versuchsbau war im Rahmen des zweiten Symposiums der von DETAIL research und der Forschungsinitiative Zukunft Bau gestalteten Veranstaltungsreihe der würdige Abschluss eines informativen Tages. Hier kamen die Gäste am Abend zum „Get Together“ zusammen. Und hier schloss sich der Kreis zum Thema des Tages. In den vorangegangenen fünf Fachvorträgen mit dem Fokus „Energieeffizientes Bauen“ zeigten Experten verschiedenster Fachrichtungen, dass der Begriff Energieeffizienz keine Floskel ist und zukunftsfähige Architektur vor allem durch Innovation, Ästhetik und eine ganzheitliche Energiebetrachtung getragen wird.

Energieeffizientes Bauen, Veranstaltung in Stuttgart von DETAIL research
Die Stuttgarter Veranstaltung zum Energieeffizienten Bauen war gut besucht. Im Vordergrund Jochen Stopper von der TU München, links daneben Faraneh Farnoudi sowie weitere Gäste. Foto: Kathrin Wiblishauser.

Faraneh Farnoudi von Hild und K Architekten aus München sieht vor allem die klimatischen Veränderungen rund um den Globus und die daraus erwachsenen energetischen Anforderungen an die Architektur als eine der wesentlichen Triebfedern ihres Schaffens. Hild und K arbeiten oft mit WDV-Systemen, die eine kostengünstige Lösung sind, jedoch in der Architektenschaft durchaus umstritten: Neben dem oft bemängeltem Einsatz fossiler Energien bei der Produktion ist es ein lustloser Umgang mit dem System, der sich vielerorts in langweiligen Fassaden niederschlägt. Dass im WDVS durchaus großes gestalterisches wie energetisches Potenzial liegt, zeigte Faraneh Farnoudi in ihrem Vortrag auf: „Gestaltung ist die Triebfeder unserer Arbeit, wir wollen Poesie finden an Stellen wo nicht alle hinschauen. Dazu gehört auch, dass die Funktion des Systems sichtbar wird – innerhalb der Form, der Fassade.“ Dies gelingt durchaus mit den in Stuttgart gezeigten Projekten.

Das Hotel Louis in München beispielsweise abstrahiert den klassischen Dekor-Begriff und ist archetypisch für Hild und K´s Umgang mit dem Bestand. Die bewusste Entscheidung für ein WDVS mit seinem ausdrucksstarken und individuellen Relief der Fassade zeigt, dass auch in einem historisch geprägten Umfeld wie am Münchner Viktualienmarkt dem System eine ästhetische und wirtschaftliche Bedeutung zukommt.

Faraneh Farnoudi stellte ein aktuelles Forschungsprojekt vor, dass noch einen Schritt weiter geht: Bei der energetischen Ertüchtigung einer Bestandsfassade geht die gestalterische Qualität Hand in Hand mit den energetischen Erfordernissen. Mittels der sichtbar gemachten Isobarenlinien (des Wärmeverlaufs innerhalb des Bauteils Fassade) zeigte Faraneh Farnoudi auf, wo notwendige Dämmstoffdicken minimiert werden können. Das Dämm-Material wird also dort eingesetzt wo es benötigt wird und dabei nur so stark ausgeführt, wie es der Wärmeverlauf von innen nach außen verlangt. Technologisch ist dies keine Zukunftsmusik. Die Dämmplatten werden vorgefräst und dann an dem vorberechneten Platz auf der Fassade verbaut. In der Folge entsteht ein bewegtes Fassadenbild, das trotz energetischer Kennzahlen als Berechnungsgrundlage, einen hohen ästhetischen Reiz besitzt.

Vortrag "Schöner dämmen: Gestalterische Potenziale von Wärmedämmverbundsystemen"

Energieeffizientes Bauen, Veranstaltung in Stuttgart von DETAIL research
Anahnd der Isobarenlinien lässt sich nachvollziehen, wie dick die Dämmung ausgeführt werden muss, damit sie ihrer Funktion nachkommen kann. Überflüssiges wird wie rechts zu sehen ist aus der Dämmung gefräst. Bauphysik wird so ornamentartig in die Fassade übersetzt. Ein neuer Ansatz im Umgang mit WDV-Systemen. Quelle: Hild und K.

Ein weiterer wichtiger Aspekt im Einsatz von WDVS ist neben der energetisch-wirtschaftlichen Betrachtung auch die Nutzerzufriedenheit – und diese idealerweise nicht über ein oder zwei Jahre sondern im Langzeit-Monitoring nachgewiesen. Roland Streng, Anwendungstechniker und Produktmanager der BASF, lieferte hierzu interessante Einblicke. Das in den 1930er Jahren gebaute Brunckviertel in Ludwigshafen, eine Siedlung der BASF-Tochter Luwoge, wurde 2001 umfassend energetisch saniert. Zum Einsatz kam der Dämmstoff „Neopor“. Hinzu kam, dass Mitte der 1990er Jahre das Brunckviertel ein sozialer Brennpunkt war und außer den nach dem Zweiten Weltkrieg nötigen Wiederaufbauten nie eine umfassende Sanierung stattgefunden hatte. Eine umfassende Instandsetzung – auch der Fassaden – war damit dringend notwendig.

Zwölf Jahre nach der Sanierung sollte ein Resümee gezogen werden. 2013 ließ die BASF über die Hochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen mit dem Fachbereich Trenscouting Hildesheim eine Nutzerbefragung machen. Im Ergebnis zeigten sich zwischen 80 und 90 % der heutigen Bewohner mit der Siedlung und den klimatischen Wohnbedingungen zufrieden bis sehr zufrieden.

Hinzu kam eine von unabhängigen Prüfinstituten durchgeführte Betrachtung der Themen Materialermüdung, Amortisation und CO2-Ersparnis über den Langzeitbetrieb. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass eine Materialermüdung nicht eingetreten ist. Schäden, die nachgewiesen wurden, beruhten auf Verarbeitungsfehlern (Armierung in der falschen Ebene geführt, Dichtung vergessen). Die Amortisation der energetischen Umbauten liegt bei nunmehr 15 Jahren und nicht wie vorausberechnet bei 30 Jahren (bezogen auf ein sog. Dreiliterhaus, bei einer Standardsanierung sogar noch darunter). Dafür verantwortlich waren zum einen die guten energetischen Kennzahlen, zum anderen gefallene Preise für effiziente Dämmsysteme, gefallene Zinsen und die stark gestiegene Energiekosten in den letzten Jahren. In Summe führt die Sanierung der Siedlung zu einer CO2-Ersparnis von 8.300 t über die letzten zwölf Jahre.

Doch auch der Blick nach vorn war Roland Streng wichtig: Im europäischen Projekt Eurhonet, dem „European Housing Network“, arbeitet BASF gemeinsam mit dem französischen Architekten Nicolas Michelin und der Luwoge an einem Mehrfamilienhaus in Passivhausbauweise, das als Grundtyp entwickelt für die europäischen Märkte modifiziert und angeboten werden soll. Das erste dieser Häuser wird aktuell in Darmstadt gebaut und im Frühsommer 2014 auf Basis aktuell verfügbarer Bauprodukte fertiggestellt. Es ist damit also kein reines Forschungsprojekt sondern ein Beitrag zum aktuellen Architekturdiskurs.

Vortrag "Ressourceneffizienz durch Kunststoffe am Bau" als PDF-Download



Der richtungsweisende Einsatz von momentan verfügbaren Produktlösungen ist auch erklärtes Ziel für das vom Bundesministerium geförderte Projekt von Prof. Dr.-Ing. Jörg Hildebrand (Bauhaus-Universität Weimar). Sein Schwerpunkt sind Hybridelemente in der Fassade. Hochwertige Systeme wie Vakuum-Isolierglas (VIG) und Vakuum-Isolier-Paneele (VIP) sind Stand der Technik. Doch die Verbindung von Einzelsystemen zu einem Hybrid, den Glas-Kunststoff-Sandwichelementen und die daraus erwachsene Leistungsfähigkeit sind Teil seiner Forschung in Weimar. Vor allem die Betrachtung der Vor- und Nachteile innerhalb des Aufbaus der Verbundkonstruktionen war Inhalt seines Vortrags.

Ein wesentlicher Punkt ist dabei die dauerhafte Verbindung der Einzelkomponenten und der diffusionsdichte Randverbund der VIG-Elemente: Die Verklebung muss eine hohe Gasdichtigkeit gewährleisten. Hinzu kommt die Betrachtung des Gesamtenergiedurchlasses bei der Füllung der Systemkomponenten mit verschiedenen Füllmedien. Ebenso sind spezifische statische Erfordernisse zu beachten. So bedeutet das punktuelle Versagen der äußeren Glasebene zwar den teilweisen Verlust der Dämmfunktion, jedoch nicht das statische Versagen der gesamten Verbundkonstruktion. Sie muss also nicht sofort ausgetauscht werden.

Vortrag "Glas-Hybrid-Elemente: zukunftsfähige Bauelemente für transluzente Fassaden"

Energieeffizientes Bauen, Veranstaltung in Stuttgart von DETAIL research
Fluiddurchströmte Fassadensysteme sollen vor allem dort ihren Einsatzort finden, wo mechanische Verschattungssysteme nicht einzusetzen sind. So z.B. beim Bau von Hochhäusern. Auf der Abbildung ist das Einfärben der Zwischenräume erkennbar. Quelle: NTB/TU München

Das spezifische Verhalten von Glas als Fassadensystem und die Besonderheiten im Umgang mit dem Werkstoff, hin zu einem neuen Anwendungsspektrum, steht im Fokus des Projekts zu fluiddurchströmten Glasfassadenelementen, zu denen an der TU München am Zentrum für nachhaltiges Bauen  geforscht wird. Jochen Stopper leitet das Projekt an der Technischen Universität München und stellte es den über 70 interessierten Gästen im Hörsaal der Stuttgarter Uni vor.

Bereits seit 1973 wird an flüssigkeitsdurchströmten Gläsern geforscht. Doch erst in den vergangenen Jahren lassen sich hier Ergebnisse dokumentieren, die den Breiteneinsatz im Fassadenbereich möglich machen werden. Das Fluidglasprinzip ist dabei schnell erklärt: Zwischen den einzelnen Glasebenen, die im verklebten Randbereich mit Ein- und Ausström-Öffnungen versehen sind, zirkuliert transparente Flüssigkeit - die Glasfassade bleibt dabei durchsichtig. Diese Flüssigkeit kann reversibel eingefärbt werden, die Scheiben verdunkeln stufenlos. In einem geschlossenen Kreislauf kann dies immer wieder und mit identischem Ergebnis durchgeführt werden.

Die TU München arbeitet bei dem bis 2017 angelegten EU-Projekt „Fluidglass“  mit, in dem u.a. an verschiedenen Flüssigkeiten mit deren Ansprechverhalten und Lichtdurchlässigkeit sowie mit den daraus erwachsenen energetischen Besonderheiten experimentiert wird: Eine fluidverdunkelte Scheibe lässt neben weniger Tageslicht auch weniger Wärmestrahlung in den Raum hinter der Fassade. Fluiddurchströmte Glasfassaden sind damit ideal für den Einsatz bei Hochhäusern, wo es nicht möglich ist mit einer außenliegenden Verschattung zu arbeiten.

Erste Simulationen für identische Büroräume (5,0 x 3,5 x 3,0 m L/B/H) in Dubai und München lieferten laut Jochen Stopper sehr positive Ergebnisse mit Energieeinsparungen bis zu 40%. An dem perfekten Fluid und dem idealen Systemgefüge wird im EU-Projekt noch gearbeitet - eine Auswahl an vielversprechenden Möglichkeiten liegt bereits vor, so Jochen Stopper. Ein Fluidglas-Testcontainer wird bis 2016 erstellt, in dem prototypische Entwicklungen eingesetzt werden. Damit sollen neue Erkenntnisse bei der Verwendung von fluidgefüllten Fassadensystemen – an unterschiedlichen europäischen Standorten – gewonnen werden. 

Vortrag "Fluiddurchströmte Glasfassadenelemente zur aktiven Energietransmissionskontrolle"

Energieeffizientes Bauen, Veranstaltung in Stuttgart von DETAIL research
Prof. Werner Sobek (vorn rechts) stellte den Fachreferenten am Vormittag die Räume des ILEK zur Verfügung. Hier wurde in kleiner Runde am Vormittag beim obligatorischen „Round Table“ über die Herausforderungen des Energieeffizienten Bauens debattiert. Prof. Christiane Sauer (Bildmitte) moderierte gewohnt souverän den Veranstaltungstag. Ganz links: Michael Herrmann, Mitarbeiter am ILEK. Foto: ILEK Stuttgart

„Wenn es um den Einsatz neuer Materialien und Systeme ohne allgemeine Zulassung geht, sieht sich der Architekt in Erklärungsnot. Dann kann er oft nur sein eigenes Haus bauen und sich hier mit innovativen Neuentwicklungen auseinandersetzen“. Prof. Frank Hülsmeier von der HTWK Leipzig hat im Selbstversuch mit vakuumgedämmten Fassadenelementen experimentiert: Sein Privathaus entstand mit hoher Vorfertigung in Stahl-Holz-Leichtbauweise und vakuumgedämmter Außenhülle. Für ihn liegt allerdings die Zukunft nicht in den nachwachsenden Rohstoffen, wie der Einsatz von Holz bei seinem Wohnhaus vermuten lässt.

Sowohl die aktuelle Bevölkerungsentwicklung wie auch die angespannte Nahrungsmittelsituation (Spekulation mit Raps, Mais etc.) rücken für ihn den glasfaserverstärkten Beton (Textilbeton) und die Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) in den Fokus. Diese verbindet er zu einem vakuumgedämmten Fassadenelement aus Textilbeton – ebenfalls eine Sandwichkonstruktion wie von Prof. Hildebrand vorgestellt, aber bei einer Gesamtdicke von 11 cm mit einem U-Wert von 0,12 W/m2K (ungestört, also ohne Fuge) bzw. 0,18 W/m2K (gestört mit Fuge). Das Element mit einer Breite von 1,50 m und einer Höhe von 3,00 m bietet damit trotz der schlanken Gesamthöhe die gleichen Leistungswerte wie ein Passivhausfassadenelement mit aktuell 44 cm Aufbau.

In der aktuellen Entwicklungsstufe ist der Brandschutz ein noch zu lösendes Problem. Die geringe Betonu?berdeckung fu?hrt zu Abplatzungen im Brandversuch. Der notwendige Brandschutz ist mit < B30 noch nicht vollständig eingehalten. Die einzelnen Elemente gehören der Brandschutzklasse A2 (nicht brennbar) und der Feuerwiderstandsklasse F0 an. Für die meisten Standards ist das ausreichend, nicht aber für Sonderfälle wie beispielsweise Ecksituationen. Diese Vorgaben sind aber noch umsetzbar, sagt Frank Hülsmeier. Aktuell liegt auch das Augenmerk auf der Befestigung der Systemplatten und der Dichtigkeit der Fugen, die nach neuer EnEV direkt Einfluss auf das Gesamtbauteil Fassaden nehmen.

Das Fassadenelement ist mit einem Preis von ca. 490 Euro/m2 noch recht teuer. Jedoch sieht Frank Hülsmeier vor allem in der geringeren Flächenversiegelung (zwischen 10 und 15 %) einen Vorteil: „Gerade in den teuren innerstädtischen Lagen ist jeder Quadratmeter, der zusätzlich durch die geringe Dicke des Systems zur Verfügung steht, bares Geld wert. Das Marktpotenzial ist in Regionen wie zum Beispiel China durchaus vorhanden. Hinzu kommt, dass sich durch das geringe Gewicht Aufstockungen sehr leicht realisieren lassen.“

Vortrag "Vakuumgedämmte Fassadenelemente aus Textilbeton"

Energieeffizientes Bauen, Veranstaltung in Stuttgart von DETAIL research
„vakutex“ nennt Prof. Frank Hülsmeier sein Hybridsystem. Mit nur 11 cm Aufbau erzielt er die gleichen niedrigen Wärmedurchlasswerte wie eine 44 cm starke konventionelle Passivhausfassade. Das Projekt weckt große Hoffnungen, jetzt fehlt vor allem noch ein Hersteller der es in die Marktreife führt. Abb.: Prof. Hülsmeier/HTWK Leipzig

Der Gastgeber in Stuttgart – das Team um Prof. Werner Sobek aus dem ILEK – ließ es sich nicht nehmen, den Abschlussvortrag auf der Veranstaltung zu halten. In Vertretung des Hausherrn referierte Projektleiter Christian Bergmann über das „Prinzip Aktivhaus“. Anhand des vielfach publizierten Effizienzhaus Plus in Berlin konnte er belegen, dass ein deutlicher Überschuss an regenerativ vor Ort erzeugter Energie keine Zukunftsmusik mehr ist und mehr noch: die Einspeisung von selbst erzeugter Energie ins Stromnetz bald jedes Gebäude zu einem Plusenergie-Haus werden lassen kann.

Die komplexe Vernetzung der Haustechnik-Komponenten, so seine Theorie, wird in den kommenden Jahren einfachen und miteinander kommunizierenden Komponenten weichen, die Lösungen damit verständlicher. Entscheidend wir aber auch weiterhin die Rolle der Architektur in der Öffentlichkeit sein. Die allseits propagierte Energiewende muss sich zukünftig in den Bauten spiegeln und in der Gesellschaft verankert werden. Hierbei spielen Themen wie E-Mobilität oder innovative Verkehrskonzepte eine große Rolle.

Ein Beispiel dafür, wie Architektur, Energieerzeugung und Mobilität zukünftig ineinander greifen könnten, ist das von Christian Bergmann vorgestellte Projekt „B 10“. Der Versuchsbau ist Bestandteil des von der Bundesregierung geförderten überregionalen Projekts "Schaufenster Elektromobilität". Der temporäre Bau wird im Mai 2014 fertig gestellt und liegt auf einem Grundstück in der Weißenhofsiedlung Stuttgart. Das kubische Gebäude ist damit inmitten von Archetypen der Moderne „zu Gast“. Auf einer Grundfläche von 14 x 6 m soll es dort verweilen und bewohnt werden. Ein umfassendes Monitoring wird seine Energieeffizienz berechnen.

Mit dem Projekt verfolgt Werner Sobek drei Ziele: das in Vorgängerprojekten gesammelte Wissen (R 128, F87, P12) anzuwenden und zu erweitern, gebaute Umwelt, E-Mobilität und Energieerzeugung zu verknüpfen und eine Perspektive für das Wohnen der Zukunft aufzuzeigen. Durch den hohen Vorfertigungsgrad (Holztafelbauweise) und die sog. „Energy Racks“ (Bündelung der Haustechnik) wird der Bau von „B 10“ voraussichtlich eine Woche benötigen. Neben der geschosshohen Vakuum-Isolierverglasung die tiefe Einblicke in den Wohn- und Lebensraum freigibt, fällt die Textilbespannung der Gebäudehülle auf. Das energetische Konzept sieht vor, dass 200 % der notwendigen Energie durch das Gebäude erzeugt werden. Der Überschuss wird während der Betriebsphase an das in Sichtweite liegende Le Corbusier Haus weitergeleitet und soll die dortige Ausstellung sowie die Eletromobilität der Bewohner mit Energie versorgen.

Vortrag "Das Prinzip Aktivhaus: Wie wir unsere Häuser fit für die Zukunft machen"

Energieeffizientes Bauen, Veranstaltung in Stuttgart von DETAIL research
Die Mitarbeiter des ILEK gaben interessierten Gästen auch nach der Veranstaltung einen Einblick in die Arbeit des Instituts, wie hier an der selbsttragenden Glaskuppelkonstruktion die das Institut gemeinsam unter anderem mit einem Spezialglashersteller entwickelte. Foto: Kathrin Wiblishauser.

Am Donnerstag, den 10. April 2014, findet in Hamburg das dritte Symposium der fünfteiligen Reihe „Die Zukunft des Bauens“ zum Thema Innovationen im Bestand statt.

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Vertiefende Informationen zum Umgang mit Wärmedämmverbundsystemen von Hild u K in unserem Buch »WDVS«.

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