die vor- und nachteile einer doppelfassade

DIE VOR- UND NACHTEILE EINER DOPPELFASSADE
UNTERSCHEIDUNG NACH ÖFFNUNGSVERHALTEN
ZIEL
Doppelfassaden bestehen aus einer wärmedämmenden Glasfassade und einer zweiten Glasschicht, die vor oder hinter der primären Fassade angeordnet wird. Die äußere
Ebene hat die Funktion auftretende Umwelteinwirkungen aufzunehmen. Die innenliegende Ebene ist in der Regel die wärmedämmende und luftdichte Schicht. Im Fassadenzwischenraum ist eine Luftschicht, die sich durch die solare Einstrahlung erwärmt und als thermische Pufferzone dient. Je nach Ausbildung der Doppelfassade gibt es
im Vergleich zur einschaligen Fassade verschiedene Aspekte, die sich positiv bzw. negativ auf das Betriebsverhalten des Gebäudes auswirken. Ziel dieser Arbeit ist es die
Vor- und Nachteile, die für eine Doppelfassade sprechen, herauszufinden und unter Berücksichtigung der verschiedenen Systemen und Standortbedingungen zu erörtern.
KLASSIFIKATIONEN
UNTERSCHEIDUNG
NACH
LÜFTUNGSKONZEPT
KONSTRUKTIVE MASSNAHMEN ZUR OPTIMIERUNG VON DOPPELFASSADEN
Verschiedene konstruktive Maßnahmen sollten bei der Planung beachtet werden, um die Funktionsweise der Doppelfassade zu optimieren. Zu diesen konstruktive Maßnahmen zählen:
Typ 1: DF mit permanenter Hinterlüftung mit festen Öffnungsschlitzen an der Außenfassade
HORIZONTALE UNTERTEILUNG DES FASSADENZWISCHENRAUMES
Die Transmissionswärmeverluste sind im Winter wegen der
permanenten Hinterlüftung des Fassadenzwischenraumes
ungünstig. In der Übergangszeit ist eine optimale Belüftung
durch Fenster möglich. Im Sommer ist die Fensterlüftung
wegen der Überhitzung im Fassadenzwischenraum schnell
eingeschränkt.
→ Vermeidung von Hitzestau in den oberen Geschossen
→ Verbessung des Brandschutzes
ABSTAND ZWISCHEN ÄUSSERER UND INNERER FASSADENEBENE
→ Zweite-Haut-Fassaden sollten zwischen beiden Fassadenebenen mindestens 60 cm Abstand haben, damit der Luftstrom im Zwischenraum nicht blockiert wird.
ZU- UND ABLUFTÖFFNUNGEN
→ ANORDNUNG: Zu- und Abluftöffnungen versetzt zueinander anordnen, damit ein thermischen Kurzschluss verhindert wird.
Bei dieser Art der Unterteilung sind die Puffer- und Abluftfassade als Sonderfall anzusehen.
Der am häufigsten gebaute Typ ist die Zweite-Haut-Fassade.
Typ 2+3: DF mit teilweise regulierbarer Hinterlüftung mit geringfügigen/großflächigen Öffnungen
→ GRÖSSE: Die Größe richtet sich nach dem erforderlichen Luftvolumenstrom im Sommer.
→ AUSBILDUNG: Für die Durchströmung ist nur der wirbelfreie Restquerschnitt nutzbar.
→ REGULIERBARKEIT: Der sommerliche und winterliche Wärmeschutz wird verbessert. Der Schallschutzes kann dabei verschlechtert oder verstärkt werden.
Klappen- oder Steuerungsmechanismen regulieren die
Hinterlüftung. Die Pufferwirkung ist an kalten Tagen somit verbessert. Die Auswirkungen auf die Übergangs- und
Sommerzeit hängt von der Größe dieser Öffnungen ab und
ist bei Typ 3 besser gegeben.
PUFFERFASSADE
Pufferfassaden sind vergleichbar mit Verbundfenstern. Der Fassadenzwischenraum ist als
geschlossenes System zu betrachten. Die im Fassadenzwischenraum stehende Luftschicht
ist eine thermische Pufferschicht und dient dem winterlichen Wärmeschutz, da sie die
Oberflächentemperatur der Innenfassade erhöht und Lüftungswärmeverluste verringert.
Die Raumlüftung erfolgt in der Regel mechanisch.
NACHTAUSKÜHLUNG
→ Die Reduzierung der Kühllast ist um 5 bis 10 % höher, wenn die Decke nicht abgehängt ist und die Speichermassen der Decke aktiviert werden.
POSITION DES SONNENSCHUTZES
→ Ist der Sonnenschutz stärker vor der inneren Fassade angebracht, es entsteht eine stärkere Aufheizung vor dem Fenster.
→ Eine Anordnung zu nahe der Außenscheibe haben eine starke Aufheizung und damit thermische Belastung der Außenscheibe zur Folge.
→ Osterle et al. empfehlen daher eine Anordnung des Sonnenschutzes in der äußeren Hälfte des Fassadenzwischenraumes bei etwa einem Drittel der Fassadentiefe.
Typ 4 + 5: DF mit (dicht) regulierbarer Hinterlüftung mit geringfügigen/großflächigen Öffnungen
Kongressz.,RafaelMoneo,SanSebastian
ABLUFTFASSADE
Die äußere Fassadenebene ist in thermischer Hinsicht gesehen die leistungsfähigere Schicht
und wird meist als Isolierverglasung ausgeführt. Die Funktion der inneren Verglasung ist
die Reduktion des langwelligen Strahlungsaustausches zwischen Sonnenschutz und Innenraum. Dieses System benötigt eine mechanische Lüftung. Die zugeführte Frischluft wird
durch den Fassadenzwischenraum abgezogen. Der Zwischenraum wird ganzjährig mit der
warmen Raumabluft durchströmt und erhöht im Winter die Behaglichkeit in Fassadennähe.
GLASARTEN
→ Je größer der Anteil des Eisenoxids ist, desto größer wird der Absorptionsgrad und sinkt der Transmissionsgrad.
→ Die äußere Verglasung ist meist aus Weißglas, um die Lichtdurchlässigkeit der Gesamtfassade trotz zusätzlicher Verglasung nur unwesentlich herabzusetzen.
→ Eine Absorptions- und Reflexionsverglasung senken die thermischen Lasten. Die geringere Lichtdurchlässigkeit benötigt jedoch mehr künstliche Belichtung.
Diese Konstruktionen haben den Unterschied gegenüber
Typ 2 und 3 in der (dicht) verschließbaren Außenfassade.
Der im Winter lufttechnisch abgeschlossene Bereich bietet
einen verbesserten Wärmeschutz.
Sonderformen: mehrgeschossige, schachtartige Konstruktion
Energy Tower; Gerber Architekten
ZWEITE-HAUT-FASSADE
Dieses System entspricht dem Prinzip eines Kastenfensters, jedoch mit größeren Lüftungsöffnungen in der Fassade. Das Hauptmerkmal für die Zweite-Haut-Fassade ist eine vorgelagerte Verglasungsebene, ohne dass die natürliche Lüftung verhindert wird. Es findet ein
Luftaustausch im Gegensatz zur Puffer- und Abluftfassade ein Luftaustausch zwischen innen
und außen statt, um den Effekt der thermischen Pufferzone nutzen zu können.
Die außenliegende „zweite Haut“ ist eine Einfachverglasung und bildet eine gebäudeumhüllende Luftschicht.
AUSWIRKUNGEN AUF DAS GEBÄUDE
WELCHES SYSTEM EIGNET SICH AM BESTEN?
THERMISCHER AUFTRIEB EINER DOPPELFASSADE
UNTERSCHEIDUNG NACH DER KONSTRUKTION
Der thermische Auftrieb sorgt für eine Durchlüftung im Fassadenzwischenraum und ermöglicht eine natürliche Fensterlüftung trotz einer zweiten Verglasungsebene. Er entsteht infolge des Dichteunterschiedes zwischen der Luft im Fassadenzwischenraum und der Außenluft.
Bei hohen Gebäuden erweisen sich Systeme ohne horizontaler Unterteilung des Fassadenzwischenraumes als problematisch, da sich die Luft in den oberen Etagen leicht
überhitzt. Der Druckunterschied verursacht eine hohe Luftströmung mit starker Sogwirkung, die in den Räumen für Zugerscheinungen sorgt.
ART DER BELÜFTUNG
MIKROKLIMA
FREIE LÜFTUNG: An kalten Wintertagen herrscht ein großer Druckunterschied, der eine starke Luftströmung bedeutet. An windstillen Tagen mit gleichen Temperaturen des
Innen- und Außenraums ist der Druckunterschied gering und es findet kaum ein Luftaustausch statt.
Bei hohen externen Schalllasten, vor allem durch Verkehrslärm an stark befahrenen Straßen oder innerstädtischen Kreuzungen sollten die Lüftungsöffnungen in der äußeren
Fassade begrenzt und definiert sein. Eine Begrenzung der Lüftungsöffnungen sollte ebenso für Gebäude mit hohen Windlasten, z.B. an Küstennähe oder bei Hochhäusern
vorgesehen werden, damit die Möglichkeit zur freien Lüftung nicht zu stark eingeschränkt wird.
MECHANISCHE LÜFTUNG: Die mechanische Lüftung sorgt im Gegensatz zur freien Lüftung für einen stetigen Luftwechsel. Ein Wärmetauscher ermöglicht eine Wärmebzw Kälterückgewinnung. Die mechanische Lüftung benötigt für die Ventilatoren und der Luftaufbereitung viel Energie.
Lenné Eins Geb., Düsseldorf; Petzinka Pink
UNTERSTÜTZENDE LÜFTUNG: Die Kombination von natürlicher Fensterlüftung mit einem unterstützenden Lüftungssystem wird als Teilklimaanlage oder unterstützende
Lüftung bezeichnet. Dieses System hat eine große Akzeptanz der Nutzer, da ein stetiger Luftaustausch gegeben ist und der Nutzer mit natürlicher Fensterlüftung den Raumluftwechsel beeinflussen kann.
JAHRESZEITLICHE BETRACHTUNGSWEISE
UNTERSCHEIDUNG
NACH
GEOMETRISCHER
UNTERTEILUNG DES LUFTRAUMES
WINTER: Die erwärmte Zuluft des Fassadenzwischenraumes verringert die Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste. Aufgrund der besser wärmegedämmten Gebäudehüllen und der hohen internen Wärmequellen in Bürogebäuden ist der Wärmebebarf gesunken, sodass die Kühlung des Gebäudes die eigentliche Aufgabe für die
Konditionierung darstellt.
SOMMER: Die Kollektorwirkung der Fassade, führt im Sommer zu einer Überhitzung. Die Temperatur im Fassadenzwischenraum kann bei starker Sonnenstrahlung mehr
als 50°C betragen und verhindert eine freie Fensterlüftung. Kann die Außenfassade jedoch ganz geöffnet werden, besteht keine Überhitzungsgefahr.
In der Literatur wird die geometrische Unterteilung des Luftraumes als weitere
Segmentierung für die Zweite-Haut-Fassade vorgenommen. In der folgenden
Grafik sind jedoch die Doppelfassadentypen grau hinterlegt, die ebenso als
Abluftfassade ausgeführt werden können.
LAGE UND ORIENTIERUNG
KLIMAREGION: In kalten Regionen ist eine kleine Zuluftöffnung in der Außenfassade für eine freie Lüftung der Räume ausreichend. Die Pufferwirkung des verschließbaren
Fassadenzwischenraumes spielt eine große Rolle. Je wärmer das Klima im Sommer ist, desto größer sollten die zu öffnenden Anteile in der Außenfassade sein, um eine
Überhitzung im Fassaden-zwischenraum zu vermeiden. In ganzjährig warmen oder tropischen Regionen ist eine Doppelfassade nicht sinnvoll, da die äußere Fassadenebene durchgehend geöffnet sein müsste.
MAKROKLIMA
Die Einsatzmöglichkeit von Doppelfassaden ist auf bestimmte Klimazonen beschränkt.
Für Nordfassaden spielt der winterliche Wärmeschutz eine große Rolle. Um die Transmissionswärmeverluste zu senken, ist die puffernde Wirkung von großer Bedeutung.
Hierzu kommen Systeme, die keine Öffnungen nach außen haben (Puffer- und Abluftfassade) und Systeme mit verschließbaren Öffnungen in der Außenfassade in Frage.
Vor allem bei West- und Südfassaden ist die Hinterlüftung des Fassadenzwischenraumes entscheidend, um den sommerlichen Wärmeschutz zu gewähren (großen, variablen Anteilen in der Außenfassade).
Bei einer hohen Raumausnutzung werden die Arbeitsplätze in unmittelbarer Nähe der Fenster errichtet und fordern eine hohe Behaglichkeit in Fassadennähe (Puffer- und
Abluftfassaden).
UNTERSCHEIDUNG NACH DEN ANFORDERUNGEN AN DAS GEBÄUDE
Die Art der Nutzung eines Gebäudes hat Auswirkungen auf die Betriebszeiten, den inneren Wärmelasten und den Anforderungen an den Raum bzw. Bedienkomfort. Sind
die Nutzungseinheiten in einem Gebäude von Geschoss zu Geschoss verschieden, gewähren Systeme mit horizontaler Unterteilung des Fassadenzwischenraumes einen
sicheren internen Schallschutz und vermeiden eine Geruchsübertragung. Nutzungseinheiten, in denen viel interner Schall entsteht, z.B. bei hoher Anzahl an Telefonaten in
Büroräumen oder Seminarräumen, sollten Systeme mit vertikaler Unterteilung gewählt werden.
HIMMELSRICHTUNGEN: Im Sommer wird tagsüber in den westlich ausgerichteten Räumen die höchste Raumlufttemperatur erreicht. Auf der Ostseite und Südseite ist die
Raumlufttemperatur niedriger. Für den Energiehaushalt eines Gebäudes nimmt die ebenso die Windrichtung Einfluss. Die Windrichtung und Windgeschwindigkeit vergrößern bzw. verringern die Hinterlüftung der Fassade.
UNSEGMENTIERTE DOPPELFASSADE
Die Be- und Entlüftung des Zwischenraumes erfolgt über boden- und dachnahe Zu- und
Abluftöffnungen in der Außenfassade. Diese können geschlossen werden, so dass der
Zwischenraum als Pufferzone dient und die Transmissionswärmeverluste verringert werden.
DIE VOR- UND NACHTEILE EINER DOPPELFASSADE
nicht
unterteilter
SCHLUSSFOLGERUNG
SCHALLSCHUTZ
WINTERLICHER
WÄRMESCHUTZ
SOMMERLICHER
WÄRMESCHUTZ
SONNENSCHUTZ
+ Schutz vor externen Schalllasten
+ geringere Lüftungswärmeverluste
durch vorgewärmte Frischluft
+ geringere Transmissionswärmeverl.
+ zusätzliche Verglasung verringert die
Einstrahlung → geringere Aufheizung
+ einbruchsichere Nachtlüftung → geringere Kühllasten
+ wind- und witterungsgeschützter Einbau
im Fassadenzwischenraum
+ bessere Sonnenschutzwirkung als bei einem innenliegenden Sonnenschutz
Zwischenraum
KORRIDORFASSADE
Die Belüftung des Fassadenzwischenraumes erfolgt geschossweise. Die Zu- und Abluftöffnungen befinden je Geschoss in Deckennähe und sind seitlich versetzt zueinander angeordnet, um einen thermischen Kurzschluss der Raumabluft zu vermeiden.
Der Korridor ist in der Regel begehbar und so breit ausgeführt, dass er für Reinigungszwecke genutzt werden kann.
Stadttor Düsseld., Overdiek Petzinka
SCHACHTFASSADE
Schachtfassaden sind vertikal unterteilt und nutzen den thermischen Auftrieb zur Verbesserung des Luftaustausches der dahinterliegenden Räume. Je nach Gebäudehöhe und
–nutzung ist eine teilweise horizontale Unterteilung notwendig, um die Anforderungen des
Brand- und Schallschutzes zu erfüllen.
– interne Schallübertragung von Raum zu
Raum
TAGESLICHT
KASTENFENSTERFASSADE
Bei der Kastenfensterfassade ist der Fassadenzwischenraum horizontal und vertikal unterteilt und bildet je Fensterelement oder Raum eine eigene Einheit mit eigenen Zu- und Abluftöffnungen. Das System der Kastenfensterfassade ist konstruktiv aufwändiger als weniger
segmentierte Systeme.
– geschlossenen Lüftungsöffnungen erfordern eine mechanisch Lüftung
– Heizung im Winter spielt eine geringere Rolle als die Kühlung im Sommer
– Tauwasserausfall
BRANDSCHUTZ
– starke Erwärmung im Fassadenzwischenraum erhöht die Kühllast
– primäre Wärmegew.: warme Frischluft
– sekundäre Wärmegewinne: Transmissionseintrag durch die Fassade
FREIE LÜFTUNG
– sorgt im Sommer für eine zusätzliche Erwärmung des Fassadenzwischenraumes. (hoher Absorptionsgrad, Widerstand für Luftströmung)
KOSTEN
Festzustellen ist, dass alle Systeme von der Tendenz die gleichen Vor- und Nachteile haben.
Der Schallschutz, der winterliche Wärmeschutz und die Lage des Sonnenschutzes im Fassadenzwischenraum können als positiv bewertet werden.
Negativ werden die höheren Kosten und der deutlich schlechtere Brandschutz bewertet. Abweichungen gibt es im Bereich des sommerlichen Wärmeschutzes, der stark von
der Ausführung und dem öffenbaren Anteil in der Außenfassade abhängt.
Alle Systeme haben gewisse Vor- und Nachteile.
Die Systemwahl einer Fassade kann nur die Folge einer genaueren Analyse der am jeweiligen Projekt gegebenen Rahmenbedingungen sein und sollte keinesfalls anhand
einer Diskussion allgemeiner Vor- und Nachteile entschieden werden.
Die Wirkung der Doppelfassade hängt dabei von Konzeption, Dimension und konstruktiver Ausführung des Zwischenraumes ab.
Die freie Fensterlüftung, die Bauteilaktivierung und der im Fassadenzwischenraum installierte Sonnenschutz ermöglichen einfachere, ganzheitliche Lösungsansätze für die
technische Gebäudeausrüstung, die bei richtiger Ausführung den Heizenergieverbrauch reduzieren und den sommerlichen Wärmeschutz verbessern. Bei kleiner dimensionierten Anlagentechnik und reduzierter Betriebsdauer können die Mehrkosten der Doppelfassade gedeckt werden.
Eine Wirtschaftlichkeitsprüfung der Doppelfassade ist jedoch komplex und aufwendig. Eine thermische Simulation des jeweiligen Gebäudes über den Jahreszyklus ermöglicht eine Vorhersage des Temperaturverhaltens und des Jahresenergiebedarfs.
Unterscheidung nach Öffnungsverhalten
Unterscheidung nach Lüftungskonzept
Typ 1
Typ 2
Typ 3
Typ 4
Typ 5
klein, fest,
permanent offen
klein, variabel,
z.T. schließbar
klein, variabel,
verschließbar
groß, variabel
z.T. schließbar
groß, variabel,
verschließbar
+
+
(+) - (++)
(-) - (+)
(-) - (++)
0
+
++
+
++
-
-
-
+
+
++
++
++
++
++
Pufferfassade
Abluftfassade
Zweite-Haut-Fassade
++
++
+
+
+
+
-
0
0
-
+
++
Licht
+
+
+
Licht
+
+
+
+
+
Brandschutz
--
-
--
Brandschutz
--
-
--
-
-
Freie Lüftung
--
--
+
Freie Lüftung
+
+
+
++
++
Tauwasser
0
-
-
Tauwasser
0
0
-
0
0
Kosten
-
-
-
Kosten
-
-
-
--
--
Schallschutz
Winterlicher
Wärmeschutz
Sommerlicher
Wärmeschutz
Sonnenschutz
Schallschutz
Winterlicher
Wärmeschutz
Sommerlicher
Wärmeschutz
Sonnenschutz
Unterscheidung nach geometrischer Unterteilung des Luftraumes
unsegmentierte
Doppelfassade
Korridorf.
Schachtf.
Kastenfensterf.
Schachtkorridor-/
Schachtkastenf.
+
+
+
++
++
+
+
+
+
+
0
0
0
0
0
++
++
++
++
++
Licht
+
0
+
+
+
Brandschutz
--
--
--
-
-
Freie Lüftung
+
+
+
+
+
Tauwasser
-
-
-
-
-
Kosten
-
-
-
--
--
Büro, Wandel Hoefer Lorch, Saarbrücken
+ hoher Glasflächenanteil bietet viel
Tageslicht in den Räumen.
+ ermöglicht den Einbau von witterungsgeschützten Elementen zur Tageslichtlenkung bis tief in die Räume
SCHACHT-KASTEN-FASSADE, SCHACHT-KORRIDOR-FASSADE
Der Fassadenzwischenraum wird in horizontale Bereiche und vertikale Schächte unterteilt.
Dabei werden die Vorteile des Schachtprinzips mit dem thermischen Auftrieb und der voneinander getrennten Kastenfenster kombiniert. Kastenfenster und Schächte wechseln sich
ab und sind mit Überströmöffnungen miteinander verbunden. Die Zufuhr der Frischluft erfolgt über die Kastenfenster, in den eine Überströmöffnung zu dem angrenzenden Schacht,
über den die Abluft durch Unterdruck gezogen wird.
Photonikz. Berlin, Sauerbruch Hutton
HSAE2D
Hochschule Augsburg
Energieeffizientes Planen und Bauen
Energie Effizienz Design
– Tageslichtversorgung wird durch die
zusätzliche Verglasungsebene und
der Verschattung der Konstruktion
verschlechtert
– erhöhte Gefahr der Brandausbreitung
in andere Räume
– Flucht über die Fassade nahezu unmöglich
– erschwerte Lokalisierung des Brand
herdes für die Feuerwehr
– Abfallen von Teilen der Außenfassade
wegen zu hohen Temperaturen
+ die äußere Verglasung puffert hohe
Windlasten ab → freie Lüftung (länger) möglich (gut für Hochhäuser, in
Küstennähe)
+ geringere Zugerscheinung
+ psychologische Gründe: geringere Anzahl des Sick-Building-Syndroms
– bei Windstille und an Sommertagen,
wenn (TInnen = TAußen): kein Druckunterschied → Mindestluftwechsel ist problematisch
HSAE2D
Schallschutz
Winterlicher
Wärmeschutz
Sommerlicher
Wärmeschutz
Sonnenschutz
+ jährlich niedrigere Energiekosten
+ kleinere Lüftungsanlagen und Wärmeerzeuger
– 20-80 % teurer als einfach vollverglaste Fassaden
– 100-150 % teurer als einfach, opake
Fassaden mit Fensterelementen
Hochschule Augsburg
Energieeffizientes Planen und Bauen
Energie Effizienz Design
Haindl
Kerstin
Titel Name
Vorname Student
Die
Nachteile einer Doppelfassade
TitelVorder und
Arbeit
Nennung
ALLER
betreuuenden Professoren und Dozenten
Prof.
Dr. Timo
Schmidt
Bezeichnung
Studienfach
Energie
Effizienz
Design
Bezeichnung
Semester im Bachelor | Master
Semster1
im Master