Neue Werkstoffe für Fassaden

01.01.2008 | Veröffentlicht in Ausgabe 01-2008

Wie eine aktuelle Membranfassade aussehen kann, zeigt das schneckenförmige Gebäude des Gerontologiezentrums in Bad Tölz. Diese rund 1550 m² große Zweite-Haut-Fassade wurde von der Firma Hightex als vorgespannte ETFE-Membran ausgeführt. - © SolarNext — © SolarNext

Wie eine aktuelle Membranfassade aussehen kann, zeigt das schneckenförmige Gebäude des Gerontologiezentrums in Bad Tölz. Diese rund 1550 m² große Zweite-Haut-Fassade wurde von der Firma Hightex als vorgespannte ETFE-Membran ausgeführt.

Neue Membranwerkstoffe versprechen durch eine Reihe von besonderen Eigenschaften ganz neue Möglichkeiten für die Gestaltung und Konstruktion von Fassaden. Dies gilt insbesondere für Zweite-Haut-Fassaden. Was moderne Membranmaterialien heute zu leisten in der Lage sind, erläutert der folgende Beitrag von Dr.-Ing. Jan Cremers, Vorstand der SolarNext AG.

Gebäudehüllen sind trennende und filternde Schichten zwischen außen und innen, zwischen der Natur und Aufenthaltsräumen von Menschen. Historisch betrachtet war daher die wesentliche Motivation zur Schaffung einer wirksamen Barriere zwischen außen und innen der Wunsch nach Schutz vor einer feindlichen Außenwelt und widrigen Wetterbedingungen. Viele weitere Anforderungen und Aspekte ergänzen diese Hauptschutzfunktionen, wie etwa Lichtdurchlässigkeit, ausreichender Luftaustausch, Blickbeziehung nach außen bei gleichzeitiger Abgrenzung der Privatsphäre, ein ästhetisches und bedeutungsvolles Erscheinungsbild, um nur einige zu nennen.

Das präzise Wissen um alle diese Anforderungen ist bis heute ausschlaggebend für den Erfolg eines (Fassaden-) Entwurfs, da alle einen direkten Einfluss auf die Konstruktion haben: im Bereich der Gebäudehülle wird zu einem großen Teil festgelegt, wie viel Energie und welche Stoffströme für die Nutzung auf Dauer benötigt werden. In diesem Zusammenhang spielen durchsichtige und lichtdurchlässige Werkstoffe eine wesentliche Rolle, da sie nicht nur Licht transmittieren, sondern auch Energie.

Neben dem Werkstoff Glas beschäftigt die Architekten eine große Palette anderer lichtdurchlässiger Materialien: feste Kunststoffmaterialien, perforierte Metallplatten und -gewebe, aber vor allen Dingen transluzente und transparente Membranmaterialien, die auch bauliche Lasten tragen können.

Membrane - Hightech für Fassaden

Frühere Anwendungen von Membranen dienten dem Fernhalten von Sonne, Wind, Regen und Schnee während sie gleichzeitig den Vorteil enormer Spannweiten und eine große Vielfalt möglicher Formen boten. Die Entwicklung von Hochleistungs-Membranwerkstoffen aus PTFE (Poly-Tetra-Fluor-Äthylen), z.B. PTFE-beschichtetes Glasgewebe, und transparente ETFE-Folien (Äthylen-Tetsrafluoräthylen, ebenso ein Fluorpolymer) waren Meilensteine bei der Suche nach geeigneten Materialien für Gebäudehüllen. Schon im Jahre 1976 konnten aufgrund neuer Füge- und Anwendungstechniken die ersten Solarballons und solare Warmwasserkollektoren aus ETFE-Folien produziert werden.

In jüngerer Zeit stellen die rasanten Entwicklungen in der Herstellungsvielfalt (z.B. Laminate) und Oberflächenveredelungstechnik für Membranmaterialien (z.B. Funktionsbeschichtungen und -bedruckungen) einen signifikanten Innovationsschub dar. Das Ergebnis: Die moderne Membran-Technologie ist ein entscheidender Faktor für intelligente, flexible Gebäudehüllen und somit eine bereichernde Ergänzung zu den traditionellen Baustoffen.

Die große Vielfalt der weltweit realisierten Membranprojekte in Form und Umfang belegt das enorme Potenzial dieser hochwertigen Werkstoffe, die in ihrer ursprünglichen Erscheinungsform zu den ältesten der Menschheit gehören. Die Vorgänger der Membranwerkstoffe, nämlich Tierhäute, wurden für die Herstellung der ersten Gebäudehüllen verwendet, den Zelten. Seit jenen Tagen ist der Gebäudebestand zu einer globalen Herausforderung geworden. In der Regel sind Bauwerke heute höchst unflexibel, aber langlebig, und bestimmen einen maßgeblichen Teil des globalen Primärenergie-Verbrauchs. Es liegt klar auf der Hand, dass der Bausektor angesichts massiv steigender Energiepreise und in Bezug auf die Reduzierung des CO2-Ausstoßes globale Strategien und angemessene lokale Lösungen entwickeln muss, um dieser Situation Rechnung zu tragen.

Gerontologiezentrum Bad Tölz

Wie eine Membranfassade aussehen kann, zeigt das schneckenförmige Gebäude des Gerontologiezentrums in Bad Tölz (Architekt D.J. Siegert, Bad Tölz). Der Neubau verfügt über eine erdgeschossige Ladenzone, während in den Obergeschossen Büros untergebracht sind. Ein besonderes Merkmal ist eine vertikale Erschließungsebene, die auf der Außenseite der thermischen Trennebene angeordnet ist. Diese wird durch eine zweite Fassadenhaut vor den Unbillen des Wetters geschützt. Die komplexe Geometrie, die gestalterischen Absichten des Architekten und die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen stellten hierbei eine besondere Herausforderung dar. Dies führte zu einer Ausführung als hochtransparente Membranfassade, die durch ihre sehr reduzierte Unterkonstruktion die Blickbeziehung zwischen innen und außen minimal beeinträchtigt. Darüber hinaus schafft diese ‚Klimahülle‘ einen energiesparenden Zwischentemperaturbereich als Pufferzone, der sich durch regulierbare, verglaste Klappen im Sockel- und Dachbereich natürlich belüften lässt.

Diese zweite Haut (Fläche ca. 1550 m²) wurde durch die Firma Hightex als Fassade aus vorgespannter ETFE-Membrane mit einem speziell dafür entwickelten Befestigungssystem mit minimierten Klemmprofilen ausgeführt. Es handelt sich hierbei um die weltweit erste Umsetzung dieses Fassadentyps mit einer zweiten Haut aus einlagig gespannter ETFE-Membran. Die transparente Membran ist mit einem silberfarbenen Punktraster bedruckt, die der Lichtstreuung und dem Sonnenschutz dient.

Der eingesetzte Fluorpolymer-Kunststoff ETFE, der bisher insbesondere für pneumatisch gespannte Kissenkonstruktionen (wie beispielsweise für die Münchner Allianz-Arena) eingesetzt wird, verfügt über eine Reihe besonderer Eigenschaften, die ihn für den Einsatz in Gebäudehüllen prädestinieren:

Die Lebensdauer beträgt bei materialgerechtem Einsatz deutlich über 20 Jahre.
Die ETFE-Membrane erfüllt die &sbquo;Schwerentflammbarkeit B1‘ der DIN 4102 und ist nicht brennend abtropfend. Zudem ist die Brandlast durch die geringe Masse bei Materialstärken zwischen 0,08 und 0,3mm sehr gering. Diese geringe Gefährdung im Brandfall wurde durch zusätzliche Versuche entsprechend bestätigt.
Die Lichtdurchlässigkeit der Membrane liegt bei ca. 95% (davon Streulichtanteil 12%, geradlinige Lichtdurchgang 88% ). UV-B und UV-C Strahlung wird durch Filterung im Vergleich zum Aufenthalt im Freien deutlich gemindert.
Die dauerhaft hohe Lichtdurchlässigkeit wird durch das selbstreinigende Verhalten der ETFE-Membrane gesichert. Bei Regen wird durch entsprechendes Gefälle bzw. Anschlussdetailausführung Schmutz einfach weggespült.
Zur Reduzierung der Lichtdurchlässigkeit oder für individuelle Gestaltung lassen sich die Folien auch flächig mit wählbaren Musterrastern bedrucken, die gleichzeitig weiterhin die Durchsicht ermöglichen.
Bei ausreichender Produktionsmenge kann dieses Material auch entsprechend homogen in einer Reihe von Farben eingefärbt werden.
Das Folienmaterial ist zwar wartungsfrei. Inspektionen sind dennoch sinnvoll und dienen dazu, Beschädigungen etwa durch mechanische Einwirkungen scharfer Gegenstände zu lokalisieren, entsprechende Schäden zu beseitigen und die Befestigungssysteme zu überprüfen.
Die eingesetzte Folie ist zu 100% wiederverwertbar. Dazu kommt ein deutlicher Massevorteil gegenüber Glas (Aufwand nur ca. 1/40 von Glas). Das ETFE-System ist sortenrein trennbar.
Durch fehlende Bruchgefahr sind keine konstruktiven Einschränkungen im Überkopfbereich zu berücksichtigen.

Diese Eigenschaften des Membranmaterials sichern in der Anwendung ein über Jahrzehnte gleich bleibend hochwertiges Erscheinungsbild.

Wohin geht die Entwicklung?

Ziel der Membranspezialisten von Hightex ist es, das Bauen mit den genannten Hochleistungskunststoffen weiter voranzubringen. Deshalb arbeitet Hightex eng mit der Schwesterfirma SolarNext zusammen, mit dem Fokus die Membrantechnologie z.B. mit solartechnischen Produkten zu kombinieren, um innovative, marktreife Produkte zu entwickeln.

Schon heute lassen sich Photovoltaik-Systeme zur solaren Stromerzeugung direkt in ETFE- und PTFE-Membrane integrieren. Erste Prototypen wurden bereits erfolgreich umgesetzt.

Thermisch getrennte Klemmprofile verbessern zudem die Wärmeschutzwirkung mehrlagiger Membrankonstruktionen, ebenso wie die Integration von lichtdurchlässigen Hochleistungsdämmstoffen (z.B. Aerogele) – auch hier gibt es inzwischen erste Anwendungserfahrungen.

Eine besondere Bedeutung kommt der Entwicklung von selektiven und Low-Emissivity-Funktionsschichten auf ETFE-Mem-branen zu, die eine sehr genaue Steuerung der Energie-relevanten Eigenschaften des Materials zulassen und damit nochmals die Einsatzmöglichkeiten deutlich erweitern.

Erhebliche Chancen für neue Anwendungen liegen in der konsequenten Beschäftigung mit Möglichkeiten der Elementierung und des modularen Bauens – ein Potenzial, das nicht zuletzt zusammen mit qualifizierten Architekten erschlossen werden kann.|