Fassadensymposium in Luzern

Über die Zukunft der Planung und Realisierung

Das Symposium 2016 fand im Rahmen des European Façade Networks (EFN) und des Europäischen Forschungsprojekts COST TU1403 „Adaptive Façades Network“ statt. Die Veranstaltung war ein Gemeinschaftsprojekt der Hochschule Luzern, der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Detmold und dem SZFF in Olten. Ein Metallbauer war bedauerlicherweise nicht unter den Referierenden, es wurden aber durchaus Projekte und Arbeitsweisen präsentiert, die für den Metallbauer von heute und für Fassadenmonteure von morgen eine wichtige Rolle spielen werden.

Trends und Entwicklungen in der Gebäudehülle

Die Frage also nach den Fassaden der Zukunft beschäftigte die Symposiums-Besucher in Luzern. Eines vorweg: Wer sich unter diesen Fassaden noch zweidimensionale Scheiben unter einem Dach vorstellt, der sollte sich langsam an ein anderes Bild gewöhnen. Die Gebäudehülle ist vielmehr als Ganzes zu betrachten. In einigen präsentierten Entwürfen kann das bloße Auge nicht mehr differenzieren, wo die Wand aufhört und das Dach beginnt.

Digitalisierung

Die Digitalisierung erlaubt den Architekten und Ingenieuren inzwischen so viele gestalterische Möglichkeiten, dass sehr oft von dreidimensionalen Hüllen, weniger von Fassaden, die Rede ist. Selbstverständlich sind solche Gebäude bereits zuhauf realisiert worden, aber die meisten unter ihnen gelten bis heute als „Avantgarde“ oder werden eher als Pilotprojekte behandelt. Bislang war schon die Planung solcher Gebäude sehr aufwändig. Von der Realisierung mal ganz abgesehen. Jetzt und in Zukunft werden solche Projekte zur Massenware dank der digitalen Planungen. 3D-CAD-Zeichnungen sind seit Jahren Usus. Diese ermöglichen es, in unglaublicher Geschwindigkeit individuelle Formen zu errechnen und darzustellen. Während aber bis dato die Details und Schnittstellen noch ganz klassisch erstellt worden sind, so können heute dank Hightech Material und 3D-Druckern Fassadendetails nicht nur im Computer gezeichnet, sondern direkt gedruckt werden. Diese Art ermöglicht Vorfertigungsgrade im höchsten Maß.

Ein Beispiel ist das Projekt „Torre de Especialidades“ in Mexico City. Verantwortlich für den Entwurf zeichnet Allison Dring von Elegant Embellishments aus Berlin. Gemeinsam mit Will Laufs und dessen Ingenieurbüro Laufs Engineering Design (LED) mit Sitz in New York und Berlin hat sie eine selbstreinigende Fassade mit ausdrucksstarken Strukturen realisiert. LaufsED übernahm die Rolle des Tragwerks- und Fassadenplaners für die Freiform-Hülle. Dabei wurde die offene Außenhaut vom Dach abgehängt und dann zur Aufnahme von Windlasten geschossweise mittels Gelenkstäben zusätzlich so rückverankert, dass thermische Bewegungen zwängungsfrei möglich wurden. Die Einzelelemente an sich wurden mittels der sogenannten „finiten Elemente Methode“ (FEM) auf Spannungen, Verformungen und vor allem auf Stabilität hin untersucht, wobei maßgeblich auf lokales Beulen geachtet wurde. Die große Herausforderung lag darin, eine Harmonie zwischen dem architektonischen Entwurf und der ingenieurstechnischen Systemplanung herzustellen. Genau dieser Herausforderung müssen sich Fassadenbauer und -planer in Zukunft immer mehr stellen: Nicht nur die neuartigen Bau-Materialien und deren Eigenschaften müssen bekannt sein, sondern auch die Art, wie die Details ineinandergreifen. Welche Möglichkeiten der Befestigung lassen diese Systeme zu? Welche Kunden interessieren sich für diese Hüllen? Laufs kennt den Markt: Er hat z.B. zwei Projekte als Ingenieur begleitet, die sich durch Fassaden aus Unternehmens-Logos auszeichnen. Zwei Beispiele: Der Nike- und der Louis-Vuitton-Flagshipstore in Florida. Großflächig ergeben die Logos das Fassadenbild. Einmal mit übereinandergelegten Betonfasern im 3-Schichten-System, ein anderes Mal in einer offenen Struktur, die ähnlich wie Stein-Paneele befestigt werden. Dass diese beiden Unternehmen nicht die einzigen bleiben, die diese ganz individuelle Art der Gestaltung für ihre Corporate Identity nutzen, ist zu erwarten. Dass es in solchen Projekten noch mehr Know-how im Programmieren benötigt, veranschaulichte Martin Manegold in seinem Vortrag über „Automatisierung der 3D-Planung und Datengenerierung für das Handwerk“. Während es als IT-Laie beinahe unmöglich war, den Details dieses Vortrags über Programmierung zu folgen, so lässt sich dennoch vorhersagen: Hier wird sich ein neuer Berufszweig etablieren.

Neue Drehmomente

Ein nach wie vor wichtiger Baustein beim energieeffizienten Bauen ist Photovoltaik. Bekannt ist, dass sich PV-Anlagen vor allem auf den sonnenzugewandten Seiten eines Gebäudes lohnen. Die Forschung der Architekten Anton Falkeis und Cornelia Falkeis-Senn aus Wien geht hier noch weiter. Ein Projekt ihrer Arbeit ist ein Aktiv-Gebäude, das „active energy building“. Es ist als Siegerprojekt eines international geladenen Architekturwettbewerbs für ein Mehrfamilienhaus mit Mietwohnungen in Vaduz hervorgegangen. Seit 2011 ist das Büro falkeis architects in Wien und das inzwischen gegründete Branch-Office in Vaduz mit den Entwurfs-, Planungs-, Forschungs- und Entwicklungsleistungen zur Durchführung des Projekts beauftragt. Neben einer außergewöhnlichen Tragstruktur ist vor allem das Energiekonzept zukunftsweisend. Zur Energieversorgung werden ausschließlich erneuerbare Energieformen eingesetzt. Fokussiert wird auf Geothermie sowie die passive und aktive Nutzung der Solarenergie. Im Energiekonzept vorgesehen sind u.a. Fassadenelemente mit Latent-Wärmespeicher-Modulen und ein Verfahren zur Klimatisierung des Gebäudes. Die von Falkeis präsentierten „PCM-Klima-Flügel“ werden derzeit an einem Mock-Up getestet. PCM steht für phase changing materials – also Material, das im Übergang des Aggreatszustands (z.B. von fest auf flüssig) große Mengen Energie einspeichern kann. Ein einfaches Beispiel ist Wasser, im flüssigen wie auch im festen Aggreagtszustand als Eis. Im Bereich der aktiven Stromerzeugung entwickelten die Architekten neue Konzepte mit sogenannten „PV-Trackern“. Das sind bewegliche PV-Anlagen, die im Gebäude integriert werden und die im automatisierten Verfahren dem Sonnenstand folgen können. Auf diese Weise wird der Sonneneintrag noch stärker. All das untersuchen die Architekten in ihrem „Innovation lab“. Aktive Häuser – also Gebäude, die mehr Energie erzeugen können als sie verbrauchen – sind nur mit PV realisierbar. Das wird für Fassadenbauer ein bleibendes Thema sein. Sollten sich Technologien wie die Tracker durchsetzen, sind dann auch Drehmomente, die nicht mehr gleich Null zu setzen sind, endgültig im Bau-Sektor angekommen und Know-how wie das von Maschinenbauern oder Robotik-Ingenieuren wird gefragt sein.

Automatisierung

Eine Weiterentwicklung im energieeffizienten Bauen zeigte ein Vortrag über die Optimierung der sogenannten „Closed-cavity-Fassaden“ – also Fassaden, die nach ihren Erfindern von Josef Gartner so definiert werden: Die Closed Cavity Façade ist eine Zweite-Haut-Fassade, bei der der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenhaut komplett geschlossen ist. Trockene, saubere Luft wird konstant dem Fassadenzwischenraum zugeführt, um Kondensat an der Fassade zu vermeiden. Das Außenklima wird ständig durch die Steuerelektronik überwacht und die erzeugte Trockenluftmenge entsprechend angepasst. Dadurch wird der Energieverbrauch auf ein Minimum reduziert. Die Schweizer Claudio Meisser und Jan Lipton haben dieses Prinzip aufgegriffen und im Sinne der Energieeffizienz weiter optimiert. So auch der Name des Vortrags „Optimierte Closed-Cavity Hybrid Fenster für Glasfassaden“. Was bei der weiterentwickelten Technologie neu ist: ein integrierter automatisch anzutreibender Sonnenschutz im Fassadenzwischenraum. Für Bürogebäude kann das sehr interessant sein, weil dadurch große Flächen noch besser zentral gesteuert werden können. Aber wie so oft, wenn Technologiebegeisterung auf den Boden der Tatsachen fällt: Der Nutzer wurde bei der Entwicklung etwas nachlässiger behandelt. So würde es bedeuten, dass an Sonnentagen der Sonnenschutz unten bleibt und der Nutzer ins Textil schaut.


Der Nutzer hinterm Glas

Der Nutzer – das scheint manchmal ein Mysterium zu sein. Ganz so prekär ist die Lage doch nicht, aber immerhin beschäftigt sich ein ganzes Institut mit dieser Schnittstelle Planung-Nutzer. Ein solches sitzt in der dänischen Universität Aalborg. Hier untersucht Per Heiselberg die Schnittstelle zwischen Nutzern und Gebäuden; im Speziellen der Fassade. Sein Tenor: Die bislang realisierten Fassaden entsprechen leider sehr oft nicht der Behaglichkeit der Nutzer. Und damit seine Mission: Das zu verbessern. Ein ambitioniertes Vorhaben, aber sicher ein gutes. Ingenieure und Architekten sind zumindest von Heiselberg dazu aufgerufen, mehr vom Nutzer zu lernen.

Inspiriert von der Natur

Weniger vom Nutzer als von der Natur zu lernen, das ist der Schwerpunkt der Forschungsarbeit der einzigen weiblichen Referentin beim Fassadensymposium. Susanne Gosztonyi von der LUND Universität in Schweden beschäftigt sich mit Materialien, die sich aus der Biologie ableiten lassen. Biomimetik heißt das dann. Schwerpunkt ihres Vortrags war, wie sich die Ideen der Biomimetik für thermische adaptive Fassaden ableiten lassen. Auf deutsch: Wie können Fassaden konstruiert werden, und wie sieht das Baumaterial dazu aus, um dieselben positiven Eigenschaften eines Tiers oder einer Pflanze zu nutzen? Als einfaches Beispiel nannte sie Entenfüße, die es einer Ente ermöglichen, bei Schnee und Eis nicht zu frieren. Ihre Forschung trägt dazu bei, ähnliche Effekte auf Fassadenbauteile und -konstruktionen zu übertragen. Wir dürfen also gespannt sein auf neuartige Baumaterialien, -konstruktionen und Planungsweisen. Nicht gleich morgen, aber bestimmt in mittlerer Zukunft!

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