Glasbau im Bestand – Klimaanpassung und Energiegewinnung

Anhand des im Jahr 1926 von Walter Gropius errichteten Bauhaus in Dessau – als Klassiker der Moderne – zeigt sich exemplarisch die besondere Herausforderung der Sanierung dieser Gebäude, deren Charakteristika häufig auch auf die Bauten der Nachkriegsmoderne zutreffen. Die Gebäude sind geprägt von einem hohen Glasanteil, von Fensterbändern und Lochfassaden. Extrem schlanke Profile, Einscheibenverglasungen und geringe Bauteiltiefen erschweren eine energetische und zugleich denkmalgerechte Ertüchtigung. Bei der Sanierung der Nordfassade des Nordflügels und der Ostfassade des Atelierhauses mussten deshalb Einzellösungen gefunden werden. Vor allem Materialität, Ansichtsbreiten der Fensterflügel als auch das Gesamterscheinungsbild der Fassade mussten erhalten bleiben, zeitgleich aber der Wärmedurchgang minimiert werden. Zum Einsatz kamen letztendlich schlanke Profile, die lediglich 1mm breiter sind als das Original, jedoch eine Zweischeibenverglasung mit thermischer Trennung integrieren. „Allerdings“, weist Prof. Weller hin, „sind derartige Konstruktionen in der Regel nicht bauaufsichtlich zugelassen. Deshalb wurde hier eine Zustimmung im Einzelfall erwirkt. Die erforderlichen experimentellen und rechnerischen Nachweise waren einfach zu erbringen.“

Das Projekt Bauhaus war eine Individuallösung, doch wie ist die Situation bei typisierten Bauformen? Lassen sich für die „Massenfertigung“ in der Architektur andere Tendenzen aufzeigen? In einem zweiten Beispiel stellt Prof. Weller den Umbau des Walther-Hempel-Baus in Dresden vor. Das 1962 errichtete, nicht denkmalgeschützte Gebäude sollte künftig nicht nur Energie einsparen, sondern auch gewinnen. Dafür wurden im Rahmen eines Forschungsprojekts entwickelte Glas-Photovoltaikelemente in die opaken Brüstungsfelder der vorgehängten hinterlüfteten Fassade eingebaut. Die Dünnschicht-Photovoltaik-Technologie wurde hierzu in Verbundglasscheiben integriert. Sie bestehen aus einem Trägerglas, auf das PV-Dünnschichtzellen aufgebracht wurden, einer anschließenden Interlayerfolie sowie dem schützenden Deckglas. Das Ziel der Forschungen war es, die architektonischen Ansprüche an eine farbhomogene Glasfassade mit dem Nutzen der PV-Technologie zu kombinieren. Farbgebung und Größe der Module sind individuell nach Vorgaben der Architekten anpassbar. Zusätzliche Herausforderungen bereiteten die Laminierungen der Elemente bzw. die verwendeten Folien, deren Funktionsfähigkeit und Standsicherheit ebenfalls für eine Zustimmung im Einzelfall geprüft werden musste.

Eine bauaufsichtliche Zulassung stellt bei allen Produktneuentwicklung eine besondere Aufgabe dar. Das gilt besonders im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik. Trotz der Zertifizierung der Photovoltaikmodule mit CE- oder TÜV-Kennzeichnung ist die baurechtliche Genehmigung oft nicht abgedeckt. Bauteilprüfungen für eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder eine Zustimmung im Einzelfall sind dann erforderlich. Diese Bauteilprüfungen sind auch wesentlicher Bestandteil der Forschungen des Instituts für Baukonstruktion der TUD.

Wie eine denkmal- und klimagerechte Sanierung aussehen könnte, wird beim Pflanzenphysiologischen Institut in Berlin deutlich. Das um 1970 von Wassili Luckhardt konzipierte Gebäude ist einer der letzten Bauten mit einer Pfosten-Riegel-Fassade der Nachkriegsmoderne. Gefördert von der Deutschen Stiftung Umweltschutz (DBU) wird derzeit erforscht, wie sich auch bei der Fassadenertüchtigung Denkmal- und Ressourcenschutz vereinbaren lassen. Dabei liegt die Besonderheit der Fassade des Objekts in ihrem konstruktiven Aufbau. Das in horizontale Fenster- und Brüstungsbänder gegliederte System besitzt keine Hinterlüftung. Für den Einsatz der Photovoltaiktechnologie stellt sich somit die Frage, ob sich gedämmte Elemente mit PV-Bausteinen kombinieren lassen. Nach Prof. Weller liegt die Schwierigkeit darin begründet, dass bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie auch Wärme entsteht. Je höher der Wirkungsgrad, desto größer ist die Wärmeentwicklung und umso mehr Wärme muss abtransportiert werden. Als zukunftsfähige Lösung und Weiterentwicklung des Fassadenprototyps werden wärmespeichernde Phasen-Wechsel-Materialien (Phase Change Materials PCM) untersucht, die für einen Temperaturausgleich sorgen.

Mit einer ganzen Reihe von Bauten beschäftigt sich der Mehrzweckgeschossbau Typ Leipzig. Hier wird an einem in mehreren Ländern realisierten Bautyp aus den 1970er-Jahren erforscht, mit welchen baulichen Maßnahmen eine Klimaanpassung möglich ist. Als bestimmender Parameter erwies sich für die Untersuchungen die Zahl der Übertemperaturgradstunden. Von Übertemperaturen wird gesprochen, wenn die durchschnittliche Temperatur konstant über 27°C liegt. Während in Wohnbauten 1200 Übertemperaturstunden pro Jahr zugelassen sind, ist die maximale Stundenzahl bei Bürobauten auf 500 begrenzt, so dass hier Maßnahmen für einen effektiven Wärmeschutz getroffen werden müssen. Zum Einsatz kamen bei den Untersuchungen PCM-Speicher in den Decken, Sonnenschutzverglasungen, Lamellenfenster aus emailliertem Zweischeiben-Isolierglas mit Vakuum-Isolationspaneelen sowie Raffstores und Außenjalousien. In Kombination ergeben sie einen effektiven sommerlichen Wärmeschutz, der Nutzerbelange und Nachhaltigkeit gleichermaßen berücksichtigt.

Energetische Ertüchtigungen von Glasfassaden stellen Planer vor eine große Herausforderung. Gilt es doch, auf der einen Seite ein optimales klimaeffizientes Ergebnis zu erzielen und auf der anderen Seite Belange des Denkmalschutzes zu beachten. Diverse laufende und abgeschlossene Forschungsprojekte des Instituts für Baukonstruktion der TUD befassen sich mit den konstruktiven und gestalterischen Besonderheiten von Glas als Fassadenmaterial im Einsatz bei Neu- und Bestandsbauten.

Vortrag von Prof. Dr. Bernhard Weller, Leiter des Instituts für Baukonstruktion der Technischen Universität Dresden, im Rahmen der Veranstaltungsreihe „Die Zukunft des Bauens“ von Detail research und der Forschungsinitiative Zukunft Bau des BMUB und BBSR am 10. April 2014 in der Freien Akademie der Künste in Hamburg zum Thema „Innovationen im Bestand“. Weitere Informationen Institut für Baukonstruktion, TU Dresden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, BMUB

Zur Person Prof. Dr.-Ing. Bernhard Weller ist Leiter des Instituts für Baukonstruktion der Technischen Universität Dresden. Nach dem Studium des Bauingenieurwesens an der Rheinisch-Westfälisch Technischen Hochschule Aachen begann er seine berufliche Laufbahn 1977 als beratender Ingenieur in Aachen. Eine Lehrtätigkeit als Professor für Tragwerksplanung nahm Bernhard Weller 1990 an der Fachhochschule Frankfurt/Main auf. 1996 wurde er an den Lehrstuhl für Baukonstruktionslehre an die Technische Universität Dresden berufen. 2005 war Bernhard Weller Visiting Professor an der Columbia University New York. Er ist Autor zahlreicher Veröffentlichungen zu Themen des konstruktiven Glasbaus und der Fassadentechnik.