3.1. Lochfassaden

3. Bauteiltypen und Fassadensysteme im NWG

Klassische Lochfassaden werden weiterhin am häufigsten, meist als mehrschichtiger Aufbau mit einem Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) oder mit einer vorgehängten, hinterlüfteten Fassade (VHF), umgesetzt. Seltener kommen alternative Bauweisen (monolither Mauerwerksbau, Holz-/Stahlleichtbau) zum Einsatz.

Monolithe Bauweise

Da porosierte Mauerwerkssteine eine niedrigere Steinfestigkeitsklasse haben, sind sie statisch geringer belastbar und bei größeren NWG daher kaum denkbar. Um dennoch eine monolithe Bauweise durchführen zu können, müssen entsprechend geringe Anforderungen an die Lastabtragung durch die Außenwände gegeben sein. Dies kann erreicht werden, indem ein Großteil der Lasten über den Gebäudekern oder eine nach innen versetzte Konstruktionsebene (Skelett-, Schottenbauweise) abgetragen wird. Da der U-Wert trotzdem eher schlecht zu bewerten ist, muss das Defizit über andere Maßnahmen (A/V_e-Verhältnis, Fenster, Dach, Boden, Wärmebrücken, Haustechnik) kompensiert werden.

Holzleichtbau

Reine Leichtbauweisen im Nichtwohnbau können im Sommer zu hohen Kühllasten führen. Um diese zu minimieren, sollte hier entweder eine Mischbauweise aus tragendem Massivbau (Skelett- oder Schottenbauweise) mit vorgefertigten Holzbaufassadenelementen gewählt oder auf Ausbau-Speichermassen geachtet werden (z.B. größere Estrichstärke). Beim Holzbau ist die Einhaltung der Brandschutzbedingungen ausschlaggebend. Bei aktuellen Holzbauten gibt es durch Einzelzulassungen (nachgewiesen durch Brandversuche) aktuell immer mehr die Entwicklung zu einer Auflockerung (z.B. der IBA Woodcube in Hamburg oder der LifeCyleTower in Dornbirn).

Stahlleichtbau

Auch Stahlbauten sind trotz der sehr hohen Wärmeleitfähigkeit bereits in hochgedämmten Bauweisen realisiert worden. Vorgefertigte Stahlcontainerbauten profitieren vom hohen Vorfertigungsgrad und der schnellen Bauzeit. Um trotz kompletter Leichtbauweise Speichermassen aktivieren zu können, sollte in der Planung bereits auf stärkere Estrichstärken o.ä. zurückgriffen werden. Die Wärmebrücken, die durch die Stahlträger entstehen, müssen durch eine zusätzliche, durchgehende Dämmschicht vor der Tragkonstruktion kompensiert werden. Dies hebt den Vorteil von schmaleren Wandaufbauten, wie im Holzbau üblich, meist wieder auf. Um gerade in Anschlusspunkten sicher zu gehen, dass die Hüllfläche weitestgehend wärmebrückenarm ausgeführt werden kann, muss ggf. eine detaillierte Wärmebrückenberechnung durchführt werden.

Wärmedämm-Verbundsystem

Aus Kostengründen fällt auch im Nichtwohnungsbau teilweise die Wahl auf ein Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS). Ökologisch gesehen ist ein WDVS aufgrund seiner grauen Herstellungs- und Entsorgungsenergie, aber auch aus Gründen der leichteren Beschädigungsmöglichkeit (s. Vandalismus), nicht sinnvoll. Bei der Wahl des Dämmstoffs Mineralwolle (z.B. aus Brandschutzgründen) ist immer eine zusätzliche Verdübelung notwendig, die ggf. als U-Wert-Zuschlag bilanziert werden muss (s. VHF).

Vorgehängt, hinterlüftete Fassaden (VHF)

Bei Lochfassaden wird im Nichtwohnungsbau aufgrund der erhöhten Anforderungen oft anstatt des konventionellen WDVS auf eine vorgehängte, hinterlüftete Fassade (VHF) zurückgegriffen. Durch die steife und dauerhafte Fassadenverkleidung wird der Schutz der Wärmedämmung optimal gewährleistet. Ein weiterer Grund zur Wahl einer VHF sind die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten (Rasterung, Verblendungsmöglichkeiten, diffusionsdichte Oberflächen wie Glas oder Metall, Photovoltaikintegration möglich, etc.). Durch den mehrschaligen Aufbau sind zudem ein verbesserter Schallschutz und eine Reduktion der solaren Lasten erreichbar. Eine Hinterlüftung sollte immer gewährleistet sein, da sonst die Gefahr der Durchfeuchtung oder auch starken Aufheizung des Bauteils besteht.

Abb. 3 Links: Herkömmliche Unterkonstruktion VHF, rechts: Alternative Holz-Kreuzlattung, z.B. Konstruktionsvollholz (KVH); Quelle: ina Planungsgesellschaft mbH

Der kritischste Punkt, der meist erst nach der Entwurfsphase „mit Schrecken“ bemerkt wird, ist die Befestigung der Unterkonstruktion und die damit zusammenhängenden Wärmebrücken (s. vorangegangene Abbildung). Konventionelle Unterkonstruktionen aus Aluminium oder Baustahl können den Wärmedurchgangskoeffizienten des ungestörten Bauteils verdoppeln (s. auch folgende Tabelle).

Tabelle 4 Auswirkungen der Unterkonstruktion von VHF auf den U-Wert und die Dämmstärke, Quelle: Wärmebrücken und Tragwerksplanung, Passivhaus Institut AkkP 35, überarbeitet von der ina Planungsgesellschaft mbH

Nr.:	Beschreibung	Ψ [W/K]	ΔU (Rastermaß)	Erforderliche Dämmstoffstärke für U = 0,16 W/m²K
1	Außenwand ohne Unterkonstruktion (WDVS)	0	0	210 mm
2	Stahlwinkel (λ =50 W/mK) mit 10 mm thermischer Trennung (λ = 0,8 W/mK) zwischen Stahlwinkel und Betonwand	0,0349	0,052	310 mm
3	Edelstahlwinkel (λ = 17 W/mK) mit 10 mm thermischer Trennung (λ = 0,8 W/mK) zwischen Stahlwinkel und Betonwand	0,0288	0,043	290 mm
4	Edelstahlwinkel (λ = 17 W/mK) mit 10 mm thermischer Trennung (λ = 0,17 W/mK) zwischen Stahlwinkel und Betonwand	0,0275	0,041	285 mm
5	Kreuzlattung, 80 mm breit, Rastermaß 0,77 m auf 1 m	-	0,026	240 mm

Die Wärmebrücken, verursacht durch die Unterkonstruktion einer VHF, sind nicht vernachlässigbar und müssen gemäß DIN EN ISO 6946 ab einem 3%-igen Anteil auf dem ungestörten U-Wert in der Energiebilanz durch einen U-Wert-Zuschlag (ΔU) auf die Fassadenfläche bilanziert werden. Ungünstige Systeme erfordern einen Kompensationszuschlag der Wärmedämmung von bis zu 10 cm, bezogen auf die gesamte Außenwandfläche (s. Tabelle). Insbesondere bei einer „schweren“ Fassadenverkleidung (Naturstein o.ä.) ist mit ΔU ≥ 0,05 W/m²K zu rechnen. Die Größe des Zuschlags hängt auch von der Bauteilqualität des ungestörten Zuschlags ab. Hier gilt: Je besser die Dämmqualität, desto größer der Einfluss.

Hinweis: Das Thema wird nochmal anhand einer Berechnung des Praxisgebäudes vertieft.

Effektive Optimierungsmöglichkeiten für die Unterkonstruktion sind:

Wahl von Materialien mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit (z.B. Verwendung von Edelstahl statt Aluminium oder Baustahl, Glasfaserkunststoff GFK, Leimholz, Kohlefaser)
Optimierte thermische Trennung (z.B. Thermostopp)
Querschnitte minimieren, Fachwerkkonstruktionen mit hoher Tragfähigkeit und geringem Materialeinsatz wählen.
Wenige stärkere Durchdringungen sind besser als viele dünne.

Außer kostenintensiven, zertifizierten Fassadenankersystemen, wie z.B. Halfen SUK-Edelstahl-Schienensystem (z.B. für Natursteinfassaden), mCon-verstellbares Fassadentragsystem (s. folgende Abbildungen), kann eine Holzunterkonstruktion einen ähnlich guten Effekt erzielen. Eine Möglichkeit ist es, Holzstegträger (optimal leiterförmig aufgelöst) als Unterkonstruktion zu verwenden (z.B. in Kombination mit Einblasdämmung oder flexiblem Dämmmaterial). Die einfachste Ausführung ist eine kreuzweise verlegte Kantholzunterkonstruktion mit Dämmung der Zwischenräume (s. vorangegangene Abbildung, rechts)). Hierbei ist auf eine Optimierung des Holzanteils und eine nicht durchgehende Befestigung zu achten.

Abb. 4 Halfen SUK-Edelstahl-Schienensystem, Quelle: http://www.durcrete.de/E-DIN-railsystem-halfen/images/halfen-suk-zeichnung.gif
Abb. 5 mCon verstellbares Stabwerksystem, zertifiziert vom Passivhaus Institut, Quelle: http://www.mconag.com/technologie.php?id=3
Abb. 6 Mischkonstruktion aus metallischen U-Profilen mit Thermostop und Vierkantholz mit Faserzementplatten, Quelle: Passivhaus Institut, Leitfaden für energieeffiziente Bildungsgebäude
Abb. 7 Vorhangfassade mit Kunststoff-Konsolen, Schulzentrum Neckargemünd, Quelle: Passivhaus Institut, Leitfaden für energieeffiziente Bildungsgebäude

Eine Mischunterkonstruktion aus thermisch getrennten, metallischen U-Profilen, die ein vertikales Vierkantholz tragen, wie bei der Schule am Riedberg in Frankfurt, ist ebenfalls möglich. Der Vorteil hierbei ist die Möglichkeit der direkten Befestigung der Verkleidung am Vierkantholz (s. vorangegangene Abbildung, 2. von rechts).

Aktuell werden zudem bereits wärmebrückenfreie Konsolen aus Kunststoffen oder Faserverbundstoffen auf dem Markt wie das Foamglas-plus-Fassadensystem angeboten. Die Vorhangfassade bei einer der größten zertifizierten Passivhaus-Schule in Neckargemünd wurde mit so einem System realisiert. Auf eine winddichte Ausführung im Bereich der Durchdringung der Konsolen war hier besonders zu achten.

Passivhauszertifizierte Unterkonstruktionen für vorgehängte, hinterlüftete Fassaden:
→ www. passiv.de (Zertifizierung > Komponenten > Fassadenanker)

Zweischalige Konstruktionen - Sichtmauerwerk

Sichtmauerwerksfassaden sind in hoch wärmegedämmten Bauweisen nicht einfach auszuführen. Das größte Problem bei vorgehängten Systemen ist das Verwenden von bauaufsichtlich zugelassenen Ankersystemen. Die meisten Systeme sind nur bis zu einer Auskragung von 20 cm zugelassen. Um Wärmebrücken zu reduzieren, sollte man Anker aus Edelstahl verwenden. Beides zusammen wirkt sich negativ auf die Baukosten aus. Alternativ kann daher eine zweischalige Konstruktion (z.B. Holz-/Mauerwerkskonstruktion, Kerndämmung, Klinkermauerwerk) umgesetzt werden. Die Lastabtragung ist an Stürzen meist über Edelstahlkonsolen und sollte am Fußpunkt direkt in das Fundament übergehen (weniger Konsolen/Fassadenanker nötig).

Abb. 8 Fußpunktdetail, Quelle: ina Planungsgesellschaft mbH

Regelfenster in einer Lochfassade

Durch die Fensterqualitäten und die Fensterflächenanteile in der Fassade sind viele Stellschrauben in einem Energiekonzept gegeben, die auch genutzt werden sollten. So konnte der bessere U_g-Wert der Verglasungen in den letzten Jahren deutlich wirtschaftlicher dargestellt werden. Der Anteil an Dreifachverglasungen mit U_g-Werten um 0,50-0,70 W/m²K ist gestiegen und ihr Preis gesunken.

Inzwischen wird die wärmedämmtechnische Qualität eines Fensters entscheidend von der Qualität des Rahmens bestimmt. Bei kleineren Flächen liegt der Rahmenanteil bei bis zu 45 %, die U_f-Werte können bei bis zu ca. 0,80 W/m²K liegen. Diese gedämmten Rahmen kommen jedoch nur selten zum Einsatz. Konventionellere Rahmensysteme erreichen U_f-Werte von ca. 0,90-1,30 W/m²K, so dass U_w-Werte von ≤ 0,95 W/m²K (z.B. Anforderung BEG-Einzelmaßnahme ohne Sonderverglasung) mit einer 3-fach- WSchV mittlerweile wirtschaftlich umsetzbar sind.

Achtung: Bei größeren Fensterformaten oder insbesondere bodentiefen Fenstern kommen oft Sonderverglasung (Einscheibensicherheitsglas = ESG, Verbundsicherheitsglas = VSG, Teilvorgespanntes Glas = TSG) oder Stahleinlagen im Rahmen zum Einsatz. Diese beeinflussen den U_w- und U_g-Wert. Daher sollten gerade im Nichtwohnungsbau mit meist größeren Fensterflächen nicht zu ambitionierte U_w-Anforderungen vorgegeben werden. Zudem wird über die Verglasung der Lichttransmissionsgrad τ_D65, der für die Tageslichtversorgung relevant ist, definiert. Bei einer Wärmeschutzverglasung liegt der τ_D65-Wert zwischen 73 % und 77 %. Dies wird im Themenblock zur Beleuchtung (Tageslichtversorgung) nochmal erläutert.

In den beiden folgenden Abbildungen wird die Abhängigkeit des Heizwärme- und des Kühlbedarfs vom Fensterflächenanteil und von der Verglasungsqualität zusammengefasst und verdeutlicht. Fensterflächenanteile > 50 % sind daher nicht nur für den Heizwärmebedarf unvorteilhaft (gerade da die solaren Wärmequellen nicht mehr nutzbar gemacht werden können), sie verursachen auch einen enormen Kühlkältebedarf, der anderweitig kompensiert werden muss.

Abb. 9 Auswirkungen des Fensterflächenanteils auf den Heizwärme- und Kühlbedarf bei außen liegender Verschattung, Quelle: Hrsg. Hausladen, de Saldanha, Liedl, ClimaSkin, 2006, Callwey Verlag, München, S. 168, Bild 6, Überarbeitet durch die ina Planungsgesellschaft mbH
Abb. 10 Heizwärmebedarf in Abhängigkeit von Verglasungsqualität und Fensterflächenanteil, Quelle: Hrsg. Hausladen, de Saldanha, Liedl, ClimaSkin, 2006, Callwey Verlag, München, S. 169, Bild 3 , Überarbeitet durch die ina Planungsgesellschaft mbH

Außentüren/-tore

Zusätzlich zu Außentüren, die bei NWG oft auch weiteren Anforderungen (z.B. Brandschutz) genügen müssen, kommen bei Nichtwohngebäuden öfter auch Außentore zum Einsatz. Im GEG ist nicht definiert, zu welcher Bauteilgruppe der mittleren Ū-Werte sie zuzuordnen sind. Daher können opake Tore bspw. zu Ū_opak und teil/-transparente Tore zu Ū_transp zu geordnet werden. Im Vergleich mit dem Referenzgebäude sind sie jedoch eindeutig der GEG; Anl. 2, Zeile 1.10. „Außentüren; Türen gegen unbeheizte Räume; Tore“ zuzuordnen.

Währenddessen das Torblatt meist aus gedämmten Paneelen (U_p ≤ 2,0 W/m²K) besteht, besteht der Rahmen bzw. der Torlauf meist aus thermisch ungetrenntem Metall, so dass der Gesamt-U_D oft über 2,5 W/m²K (konventionell eher im Bereich 3,0 - 4,5 W/m²K) liegt. Beispiele für in der Bilanz zunächst ansetzbaren Bemessungswerte sind in der DIN 4108-4 zu finden.

_________________________________

¹⁶ Hrsg. Hausladen, de Saldanha, Liedl, ClimaSkin, 2006, Callwey Verlag, München