Leichtbausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Energie- und kosteneffiziente Lösungen für Neu- und Bestandsbau

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1 Dokumentation 568 Leichtbausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Energie- und kosteneffiziente Lösungen für Neu- und Bestandsbau Stahl-Informations-Zentrum

2 Dokumentation 568 Stahl-Informations-Zentrum Das Stahl-Informations-Zentrum ist eine Gemeinschaftsorganisation Stahl erzeugender und verarbeitender Unternehmen. Markt- und anwendungsorientiert werden firmenneutrale Informationen über Verarbeitung und Einsatz des Werkstoffs Stahl bereitgestellt. Verschiedene Schriftenreihen bieten ein breites Spektrum praxisnaher Hinweise für Konstrukteure, Entwickler, Planer und Ver - arbeiter von Stahl. Sie finden auch Anwendung in Ausbildung und Lehre. Vortragsveranstaltungen schaffen ein Forum für Erfahrungsberichte aus der Praxis. Messen und Ausstellungen dienen der Präsentation neuer Werkstoffentwicklungen und innovativer, zukunftsweisender Stahlanwendungen. Als individueller Service werden auch Kontakte zu Instituten, Fachverbänden sowie Spezialisten aus Forschung und Industrie vermittelt. Die Pressearbeit richtet sich an Fach-, Tages- und Wirtschaftsmedien und informiert kontinuierlich über neue Werkstoffentwicklungen und -anwendungen. Das Stahl-Informations-Zentrum zeichnet besonders innovative Anwendungen mit dem Stahl-Innovationspreis ( preis.de) aus. Er ist einer der bedeutendsten Wettbewerbe seiner Art und wird alle drei Jahre ausgelobt. Mitglieder des Stahl-Informations-Zentrums: AG der Dillinger Hüttenwerke ArcelorMittal Bremen GmbH ArcelorMittal Commercial RPS S.à.r.l. ArcelorMittal Duisburg GmbH ArcelorMittal Eisenhüttenstadt GmbH Benteler Steel Tube GmbH Böllinghaus Steel GmbH Gebr. Meiser GmbH Georgsmarienhütte GmbH Outokumpu VDM GmbH Saarstahl AG Salzgitter AG ThyssenKrupp Bautechnik GmbH ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH ThyssenKrupp Rasselstein GmbH ThyssenKrupp Steel Europe AG Wickeder Westfalenstahl GmbH Die Internet-Präsentation ( informiert über aktuelle Themen und Veranstaltungen und bietet einen Überblick über die Veröffentlichungen des Stahl-Informations-Zentrums. Publikationen können hier bestellt oder als PDF-Datei heruntergeladen werden. Anmeldungen zu Veranstaltungen sind ebenfalls online möglich. Der Newsletter informiert Abonnenten per über Neuerscheinungen, Veranstaltungen und Wissenswertes. Impressum Dokumentation 568 Leichtbausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Energie- und kosteneffiziente Lösungen für Neu- und Bestandsbau Ausgabe 2010, ISSN Herausgeber: Stahl-Informations-Zentrum Postfach , Düsseldorf Autoren: Dr.-Ing. Markus Kuhnhenne, Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau, RWTH Aachen Dipl.-Ing. Matthias Köhler, ArcelorMittal Construction Deutschland GmbH, Brehna Dipl.-Ing. Ronald Kocker, bauforumstahl e.v., Düsseldorf Dr.-Ing. Ralf Podleschny, Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau e.v. (IFBS) Dipl.-Ing. Hans Pöter, Pöter & Reichmann GmbH, Büro: Frankfurt am Main Prof. Dr.-Ing. Helmut Hachul, Fachbereich Architektur, FH Dortmund Redaktion: Stahl-Informations-Zentrum Ein Nachdruck dieser Veröffentlichung ist auch auszugsweise nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers und bei Quellenangabe gestattet. Die zugrunde liegenden Informationen wurden mit größter Sorgfalt recherchiert und redaktionell bearbeitet. Eine Haftung ist jedoch ausgeschlossen. DIN-Normen: Wiedergegeben mit Erlaubnis des DIN Deutsches Institut für Normung e.v. Maßgebend für das Anwenden der DIN-Norm ist deren Fassung mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der Beuth Verlag GmbH, Burggrafen - straße 6, Berlin, erhältlich ist. Titelfoto: Firmensitz der D.Krings GmbH in Nordhorn (Foto: D.Krings GmbH, Nordhorn) 2

3 Leichtbausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Inhalt Seite Vorwort Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle Einleitung Nachhaltiges Bauen Energieeffizientes Bauen Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise Zusammenfassung und Ausblick Literaturangaben Bildquellen Leicht und stabil Bauelemente aus Stahlblech für das Bauen im Bestand Einleitung Bauen im Bestand Nachhaltigkeit Aufgabenstellung und Anforderungen Vorteile von Stahlblechkonstruktionen Einsatzbereiche Beispiele für Sanierungen Zusammenfassung Literaturangaben Bildquellen Standardisiert und schnell montiert Typenhallen aus Walzprofilen Einleitung Einsatzbereiche, Ausführung und Anforderungen Vorteile typengeprüfter Stahlhallen Ausführungsunterlagen zur Typenprüfung Zeitbudget Krankapazität Zehn Schritte von der Planung bis zur fertigen Stahlhalle Zusammenfassung Bildquellen Seite 4 Innovativ und zukunftsweisend aktuelle Entwicklungen im Stahlleichtbau Einleitung Wärmeschutz Schallschutz Blitzschutz mit Metalldächern Korrosionsschutz Literaturangaben Bildquellen Effizient und wirtschaftlich nutzungsorientiertes Bauen für Industrie, Gewerbe und öffentlichen Bau An der Nutzung orientierte Gebrauchstauglichkeit Detaillösungen zum wirtschaftlichen Bauen mit Stahlleichtbauelementen Dach- und Wandkonstruktionen für nicht, niedrig und normal beheizte Gebäude Aus der Nutzung herzuleitende Sonderausführungen Übersicht über die Anwendungsgebiete und Vergleich der Kosten der verschiedenen Dach- und Wandaufbauten Zusammenfassung Literaturangaben Bildquellen Integrativ und anpassungsfähig Gestaltung von Stahlfassaden im Industrie- und Gewerbebau Einleitung Bausysteme im Stahlleichtbau Die Gestaltung von Gebäudehüllen Energetische Fassaden Zusammenfassung Literaturangaben Bildquellen

4 Dokumentation 568 Vorwort Dr. Reinhard Winkelgrund, Stahl-Informations-Zentrum Das Leitbild der Nachhaltigkeit setzt neue Maßstäbe für eine lebenswerte Zukunft. Es umschreibt in seinem Kerngedanken die Verpflichtung der gegenwärtigen Generation, ihre Bedürfnisse im Hinblick auf die ökonomische, soziale und ökologische Entwicklung so zu befriedigen, dass die Lebenschancen künftiger Generationen nicht gefährdet werden. Spürbare Klimaveränderungen, sich verknappende Rohstoff - ressourcen und zunehmende Umweltbeeinträchtigungen verpflichten auch alle am Bau Beteiligten zu nachhaltigem Handeln. Herstellung und Nutzung von Gebäuden sind in Deutschland für mehr als 35% des ge - samten Energieverbrauchs und für ebenfalls mehr als 35% des CO 2 -Ausstoßes verantwortlich. Weit mehr als die Hälfte des Abfallaufkommens ist Bauschutt. 50% der weltweit abgebauten Rohstoffe werden für das Bauen eingesetzt. Diese Zahlen verdeutlichen die große Verantwortung, die Architekten, Ingenieuren und Bauherren, aber auch der Baustoffindustrie zukommt. Ein wichtiger Teilaspekt der Nachhaltigkeit ist das Bauen von energieeffizienten und wirtschaftlichen Dächern und Fassaden. Gefragt sind ressourcen- und umweltschonend hergestellte Baustoffe aus natürlichen und recyclingfähigen Materialien für besonders langlebige, werthaltige Bauwerke. Die Stahlindustrie stellt sich den globalen Herausforderungen. Sie bietet Produkte und Bauelemente an, die die an sie gestellten Anforderungen in besonderer Weise erfüllen und sich im modernen Industrie- und Gewerbebau bereits seit vielen Jahren bewährt haben. Optimierungen und neue Entwicklungen garantieren auch in Zeiten ständig steigender Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit. Wärmegedämmte Dachund Fassadenelemente wie Sandwichelemente, Trapez- oder Kassettensysteme mit Schalen, die weniger als 1 mm dick sind, umhüllen heute nicht nur Produktions- und Lagerhallen, sondern zunehmend auch moderne Büro- und Verwaltungsgebäude. Hochwertiger, auf den jeweiligen Einsatzzweck ausgerichteter Korrosionsschutz garantiert die Dauerhaftigkeit der Produkte. Das Verfahren der Bandbeschichtung von verzinktem Stahlblech das sogenannte Coil-Coating bietet hochwertige Beschichtungen in allen Farb- Abb. 1: Horizontal verlegte Wellprofile aus Stahl gliedern die Fassade des Produktions- und Verwaltungsgebäudes der Wenko GmbH in Hückelhoven (Foto: Juhr Architekturbüro, Wuppertal) Abb. 2: Streifenförmige Paneele aus gekantetem, band - beschichtetem Stahlblech verleihen der Fassade des Betriebsgebäudes der Clondiag GmbH in Jena eine markante Erscheinung (Foto: GOLDBECK GmbH, Bielefeld) 4

5 Leichtbausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Abb. 3: Die Kraftwerksblöcke des neuen Braunkohlen kraftwerks in Grevenbroich-Neurath sind mit dunkel- bis hellblau beschichteten Stahl-Trapezprofilen verkleidet (Foto: Helmut Adler, nuancen. Beim Bauen im Bestand sind es z.b. leichte Dach- und Fassadenpaneele, Dachpfannenprofile aus Stahlblech oder Stahlverbunddecken mit Trapezprofilen, die besonders nachhaltige Lösungen für Aufstockungen, Erweiterungen oder Einbauten erst ermöglichen. Stahlkonstruktionen können am Ende ihrer langen Nutzungszeit leicht demontiert und zu fast 100% recycelt werden: für die Stahlindustrie ein selbstverständlicher Materialkreislauf. Qualitätsverluste wie bei einigen anderen Werkstoffen gibt es nicht. Diese herausragende Eigenschaft macht Stahl zu einem regenerativen Baustoff mit äußerst positiver Ökobilanz. Das Stahl-Informations-Zentrum veranstaltet in Zusammenarbeit mit dem IFBS Industrie - verband für Bausysteme im Metallleichtbau e. V. Praxis-Seminare zum Thema Leichtbausysteme aus Stahl für Dach und Fassade. Diese begleitende Dokumentation informiert über veränderte Normen und Richtlinien sowie bauphysikalische Anforderungen an die Ausführung von Dach- und Wandkonstruktionen. Anhand konkreter Berechnungsansätze und ausgeführter Projekte wird aufgezeigt, wie mit Bausystemen aus Stahl energetisch optimierte Dächer und Fassaden wirtschaftlich realisiert werden können. Abb. 4: Betriebshalle und Verwaltungsgebäude der GOLD- BECK GmbH in Hamburg mit Stahl-Paneelelementen in der hinterlüfteten Fassade (Foto: GOLDBECK GmbH, Bielefeld) 5

6 Dokumentation Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle Dr.-Ing. Markus Kuhnhenne 1.1 Einleitung Nachhaltigkeit ist ein ursprünglich in der Forstwirtschaft verwendeter Begriff für eine Bewirtschaftungsform des Waldes, bei der in einer Periode nur so viel Holz entnommen wird, wie in der gleichen Zeit nachwächst. Im Brundlandt-Bericht [1] der Vereinten Nationen (1987) wird eine nachhaltige Entwicklung definiert als eine Entwicklung, die den Bedürfnissen heutiger Generationen entspricht, ohne die Möglichkeiten zukünftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wahren. Eine Entwicklung ist somit nachhaltig, wenn sie weltweit über Generationen hinweg fortgeführt werden kann, ohne dass Naturhaushalt und Gesellschaft in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden. Es wird ein qualitatives Wirtschaftswachstum befürwortet und zugleich ökologisch verträgliches Handeln als Voraussetzung dafür angesehen. Die Aspekte Ökologie, Ökonomie und Soziales sollen gleichberechtigt und gleichwertig zueinander stehen und den interdisziplinären Charakter der Nachhaltigkeit ausdrücken. Ziel ist dabei die Sicherstellung und Verbesserung ökologischer, ökonomischer und sozialer Leistungsfähigkeit. Das Konzept der Nachhaltigkeit ist in allen Wirtschaftsbereichen anwendbar. Im Laufe der 1990er Jahre wurde der maßgebliche Einfluss des Bausektors auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt identifiziert; er gilt daher als ein Schlüsselbereich für eine nachhaltige Entwicklung. Der Bausektor steht besonders im Bereich Ökologie durch seinen großen Anteil an Energie- und Stoffströmen im Fokus der Politik. Die folgenden Zahlen sollen verdeutlichen, wie groß der Anteil des Bausektors in den Bereichen Abfallmengen, Energieverbrauch, Schadstoffemissionen und Verbrauch von Rohstoffen und Wasser ist. Die Errichtung und Nutzung von Bauwerken ist in Europa verantwortlich für etwa 30% des Abfallaufkommens, 40% des Energieverbrauchs, 40% der CO 2 -Emissionen, 30% des Rohstoffverbrauchs und 20% des Wasserverbrauchs. Im Jahre 2001 veröffentlichte das damalige Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (heute: Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung, BMVBS) den Leitfaden Nachhaltiges Bauen [2]. Er soll bei Baumaßnahmen des Bundes helfen, Lösungen zu finden, die sowohl ökologisch verträglich als auch ökonomisch akzeptabel sind, und dabei die Anforderungen der Menschen miteinbeziehen. Folgende Schutzziele für nachhaltiges Bauen werden definiert: Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen Boden, Luft und Wasser Schutz von Natur und Landschaft Schutz der stofflichen und energetischen Ressourcen Schutz des Klimas Erhaltung des Kapitals niedrige laufende Betriebs- und Unterhaltungskosten Schutz der menschlichen Gesundheit sowie gesellschaftlicher und kultureller Werte Wie diese Ziele zeigen, orientiert sich auch das nachhaltige Bauen am Drei-Dimensionen- Modell und berücksichtigt die Bereiche Ökologie, Ökonomie und Soziales. Außerdem sind die Aspekte Technische Qualität sowie die Prozessund Standortqualität als Querschnittsqualitäten identifiziert worden, die Einfluss auf alle Teil - aspekte der Nachhaltigkeit haben. Ein wichtiger Aspekt des nachhaltigen Bauens ist die Betrachtung des gesamten Lebensweges eines Gebäudes. Der Grundgedanke des Leitfadens Nachhaltiges Bauen lautet: Nachhaltiges Bauen strebt in allen Phasen des Lebenszyklus von Gebäuden von der Planung, der Erstellung über die Nutzung und Erneuerung bis zum Rückbau eine Minimierung des Verbrauches von Energie und Ressourcen sowie eine möglichst geringe Belastung des Naturhaushaltes an. Nachhaltiges Bauen bedeutet somit nicht nur die Verwendung umweltverträglicher Bauprodukte, sondern umfasst die Analyse und Optimierung eines Gebäudes über den gesamten Lebensweg. Verglichen mit den meisten anderen Produkten haben Gebäude eine sehr lange Lebensdauer, was dazu führt, dass der Aufwand zur Nutzung und Erhaltung eines Gebäudes in 6

7 Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle der Regel wesentlich höher ist als der Aufwand zur Herstellung. Neben der Nutzungsphase kommt auch dem Lebensende von Gebäuden eine besondere Bedeutung zu. So sind der Einsatz von recycling - fähigen Bauprodukten, die gute Rückbaubarkeit sowie die mögliche Wiederverwendbarkeit zentrale Aspekte des nachhaltigen Bauens. Um diese grundsätzlich anerkannten Ziele beim Planen und Bauen in konkretes Handeln umsetzen zu können, werden seit einiger Zeit Methoden entwickelt, die Aspekte der Nachhaltigkeit quantifizieren und bewerten. 1.2 Nachhaltiges Bauen Allgemeines Im Dezember 2001 wurde vom Bundes - ministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen das Gremium Runder Tisch Nachhaltiges Bauen eingerichtet, in dem Verbände der Bauwirtschaft, die Industrie, Bauverwaltungen und die Wissenschaft vertreten sind. Es setzt sich mit generellen Leitlinien des nachhaltigen Bauens auseinander und gibt Empfehlungen, wie Erkenntnisse zum nachhaltigen Bauen in konkretes Handeln umgesetzt werden können. Im Juni 2007 gründete sich die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V. (DGNB), ein Zusammenschluss von Architekten, Ingenieuren, Wissenschaftlern, Industrieunternehmen und Investoren, die sich als Aufgabe gesetzt haben, nachhaltiges und wirtschaftlich effizientes Bauen in Zukunft noch stärker zu fördern und vor allem direkt umsetzbar zu machen. Ziel ist es, ein ganzheitliches Bewertungs- und Zertifizierungssystem für nachhaltige Bauwerke im In- und Ausland zu etablieren. Das DGNB-Zertifikat zeichnet umweltschonende, wirtschaftlich effiziente und nutzerfreundliche Gebäude aus Deutsches Gütesiegel Nachhaltiges Bauen Auf der 7. Jahreskonferenz des Rates für Nachhaltige Entwicklung am machte Bundeskanzlerin Angela Merkel folgende Aussage: Es gibt bis jetzt kein wirksames Verfahren, das die langfristigen wirtschaftlichen Auswirkungen, sozialen Auswirkungen und Auswirkungen auf die Umwelt verlässlich in den Blick nimmt und abbildet... Das heißt, wir müssen versuchen, Nachhaltigkeit sozusagen fassbar zu machen. Für die Baubranche bedeutet das, ein System zu entwickeln, mit dem es möglich ist, Gebäude hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit zu bewerten. International wurden in den letzten Jahren verschiedene erfolgreiche Bewertungssysteme für Gebäude unter dem Dachverband des World Green Building Councils (World-GBC) verbreitet. Dieser World-GBC koordiniert und unterstützt die Arbeit der nationalen Organisationen, zu denen seit 2007 auch die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen gehört. Zu den wichtigsten internationalen Nachhaltigkeitszertifizierungssystemen, die teilweise schon seit Jahren erfolgreich auf dem Markt bestehen, gehören: BREEAM Building Research Establishment Assessment Method (England) LEED Leadership in Energy & Environmental Design (USA) DGNB Deutsches Gütesiegel Nachhaltiges Bauen (Deutschland) Das DGNB-System besteht aus über 50 Kriteriensteckbriefen, die die unterschiedlichen Themenfelder des nachhaltigen Bauens berücksichtigen. Dies sind die ökologische und ökonomische sowie die soziokulturelle und funktionelle Qualität. Darüber hinaus sind die technische Qualität und die Prozessqualität als Querschnittsqualitäten definiert, die sich auf alle Dimensionen der Nachhaltigkeit auswirken (Abb. 1.1). Die definierten Qualitäten werden unterschiedlich gewichtet: Die Bereiche Ökologie, Ökonomie, soziokulturelle und funktionale Qualität sowie die technische Qualität gehen zu jeweils 22,5% in die Gesamtnote ein, die Prozessqualität lediglich zu 10%. Darüber hinaus erfolgt eine Gewichtung der einzelnen Kriterien innerhalb der übergeordneten Qualitätsziele nach ihrer Relevanz für die Schutzziele mit Hilfe eines sogenannten Bedeutungsfaktors. Das Zertifikat wird in den Stufen Gold, Silber und Bronze vergeben. Zusätzlich wird die Standortqualität des Gebäudes bewertet, die separat ausgezeichnet wird. Im Folgenden werden die einzelnen Themenfelder des Deutschen Gütesiegels Nachhaltiges Bauen kurz beschrieben und die Steckbriefe aufgeführt, mit deren Hilfe eine Bewertung der betreffenden Qualität erfolgt Ökologische Qualität Der Bereich der Ökologie wird im neuen deutschen Zertifizierungssystem in die Kriteriengruppen Auswirkungen auf die globale und lokale Umwelt und Ressourceninanspruch - 7

8 Dokumentation 568 Schutzgüter Natürliche Umwelt Natürliche Ressourcen Ökonomische Werte Soziale und kulturelle Werte Schutzziele Schutz der Senkung der Sicherung von Gesundheit/ Umwelt Lebenszykluskosten Behaglichkeit im Gebäude Schutz der Erhalt ökonomischer Erhaltung sozialer natürlichen Ressourcen Werte und kultureller Werte Bewertung Ökologische Ökonomische Soziokulturelle Qualität Qualität und funktionale Qualität 22,5% 22,5% 22,5% Technische Qualität 22,5% Prozessqualität 10% Standortqualität Abb. 1.1: Aufbau Deutsches Gütesiegel Nachhaltiges Bauen (DGNB) nahme und Abfallaufkommen unterteilt, die wiederum aus neun bzw. sechs Einzelkriterien bestehen. Anhand dieser Kriterien soll beurteilt werden, ob die Schutzziele der ökologischen Nachhaltigkeit beim Bau eines Gebäudes eingehalten werden. Diese Schutzziele umfassen den Schutz der Ökosysteme, der menschlichen Gesundheit und der natürlichen Ressourcen. Das bedeutet, Ziel ist es, die Auswirkungen auf die globalen und lokalen Ökosysteme zu beachten, die Emissionsbelastung während des gesamten Lebens zyklus des Gebäudes zu minimieren und den Verbrauch von Energieträgern, Rohstoffen und Bodenoberfläche, bezogen auf den jeweiligen Nutzen, gering zu halten Ökonomische Qualität Die ökonomische Qualität eines Gebäudes hängt nicht nur von den Anschaffungs- bzw. Errichtungskosten ab, sondern insbesondere von den Baufolgekosten, die über die gesamte Nutzungs- bzw. Lebensdauer anfallen. Diese können die Errichtungskosten in der Praxis um ein Mehrfaches überschreiten. Eine Lebenszykluskostenanalyse (LCC, Life Cycle Costs) soll über die Errichtungs-, Nutzungs- und Rückbaukosten Aufschluss geben. Darüber hinaus ist die Entwicklung des Gebäudewerts von besonderem Interesse für die Immobilienbranche Soziokulturelle und funktionale Qualität Die soziokulturelle und funktionale Qualität betrachtet neben der Ästhetik und Gestaltung vor allem die Aspekte Gesundheitsschutz und der Behaglichkeit. Es wird unterschieden zwischen den Bereichen Gesundheit, Behaglichkeit und Nutzerzufriedenheit, Funktionalität und Gestalterische Qualität. Im Gegensatz zu den Einzelkriterien der ökologischen und ökonomischen Qualität sind viele der Steckbriefe nicht quantifizierbar, sondern lediglich qualitativ bewertbar Technische Qualität Die Qualität der technischen Ausführung ist eine sogenannte Querschnittsqualität, die sich auf alle Bereiche der Nachhaltigkeit auswirkt. So trägt beispielsweise die energetische Qualität der Gebäudehülle durch eine Verringerung des Energieverbrauchs zur Minderung sowohl der Lebenszykluskosten als auch der negativen Umweltauswirkungen bei Prozessqualität Die Qualität der Planung, Bauausführung und Bewirtschaftung eines Gebäudes kann, genau wie die technische Qualität, keiner der drei ursprünglichen Dimensionen der Nachhaltig- 8

9 Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle keit (Ökologie, Ökonomie, Soziales) eindeutig zugeordnet werden. Da diese Aspekte aber als wichtig für die Qualität eines Gebäudes im Sinne der Nachhaltigkeit angesehen werden, sind sie explizit unter dem Oberbegriff Prozessqualität als Querschnittsqualität in das deutsche Zertifizierungssystem aufgenommen worden Standortqualität Die Standortqualität geht nicht mit in die Gesamtnote des Zertifizierungssystems ein, sondern wird separat mit einer Note ausgezeichnet Ökobilanzierung Wird die energetische Optimierung des Gebäudes und der Anlagentechnik mit sehr hohem Aufwand vorgenommen (z. B. durch Einsatz großer Dämmstärken) und möglicherweise unter Verwendung von Produkten, die mit erheblichen Auswirkungen auf die Umwelt hergestellt werden, kann der Fall eintreten, dass das Optimum hinsichtlich des Energiebedarfs für den Betrieb nicht gleichzeitig auch das Optimum darstellt, wenn die Umweltauswirkungen durch das Gebäude insgesamt bilanziert werden. In die Bewertung der ökologischen Qualität eines Gebäudes werden daher sowohl der Energiebedarf als auch die Umweltwirkungen als wesentliche Elemente aufgenommen. Grundsätzlich werden im Rahmen einer Ökobilanz die potenziellen Umweltwirkungen eines Produktes im Verlauf seines Lebensweges zusammengestellt und beurteilt. Der Lebensweg beinhaltet dabei die Rohstoffgewinnung, die Produktion, die Anwendung, die Abfallbehandlung sowie das Recycling ( von der Wiege bis zur Wiege oder auch cradle to cradle ) bzw. die Entsorgung ( von der Wiege bis zur Bahre oder auch cradle to grave ). Dies erfordert bei langlebigen Gütern Szenarien für die zukünftigen Teile des Lebenszyklus. Es werden alle mit dem Lebenszyklus verbundenen Umweltbeeinflussungen wie Emissionen in Luft, Wasser und Boden, Ressourcenverbrauch sowie Naturrauminanspruchnahme erfasst, kumuliert und hinsichtlich potenzieller Wirkungen zusammengefasst. Die Normenreihe DIN EN ISO ff. [3] regelt die Grundsätze und Rahmenbedingungen sowie Anforderungen und Anleitungen zur Ökobilanzierung. Sie umfasst folgende Schritte: 1. Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen 2. Sachbilanz 3. Wirkungsabschätzung 4. Auswertung Ein sehr wichtiger Aspekt bei der Festlegung des Untersuchungsrahmens ist die Wahl der funktionellen Einheit. Sie dient als Maß für den Nutzen eines Produktes und charakterisiert so dessen Leistungsfähigkeit. Grundsätzlich sind im Bauwesen folgende funktionellen Einheiten denkbar: Baustoff (z.b. 1 m 3 Beton oder 1 kg Stahl) Bauteil oder Bauelement (z.b. 1 m 2 Außenwand, Tragkonstruktion) Gebäude oder Gebäudenutzen (z.b. eine Industriehalle oder 1 m 2 Wohnfläche) Ökobilanzen auf Baustoffebene werden bei der Erstellung von Umweltdeklarationen für Bauprodukte, den sogenannten EPDs (Environmental Product Declarations), verwendet. DIN EN ISO [4] und DIN EN [5] liefern hierfür Regeln und stellen sicher, dass alle EPDs für Bauprodukte, Dienstleistungen im Bausektor und Bauprozesse in einheitlicher Weise erstellt, geprüft und dargestellt werden. EPDs für verschiedene Bauprodukte sind beim Institut für Bauen und Umwelt (IBU) erhältlich, u. a. wurde unter der Federführung der Organisation >>bauforumstahl e.v. eine EPD für warmgewalzte Stahlprofile und Grobbleche erstellt [6]. Sie enthält alle für eine ökologische Bewertung relevanten Daten für diese Produkte. Um Erkenntnisse über die Umweltauswirkungen verschiedener Bauweisen für Tragwerk und Gebäudehülle im Industrie- und Gewerbebau zu erlangen, wurden im Rahmen einer Studie verschiedene Konstruktionsarten untersucht. Ziel der Untersuchungen war jedoch kein reiner Baustoffvergleich, sondern vielmehr die Betrachtung der einzelnen Baustoffe im Bauwerkskontext. Nähere Informationen zur Studie Ökobilanzierung von Typenhallen befinden sich in Kapitel Einfluss der Gebäudehülle auf die Nachhaltigkeit eines Gebäudes Das deutsche Bewertungssystem berücksichtigt anhand von über 50 verschiedenen Kriteriensteckbriefen die unterschiedlichen Aspekte der Nachhaltigkeit von Gebäuden. Abb. 1.2 zeigt, welche Nachhaltigkeitskriterien durch die vielseitigen Funktionen der Gebäudehülle beeinflusst werden können. 9

10 Dokumentation 568 Abb. 1.2: Einfluss der Gebäudehülle auf die Nach - haltigkeit eines Gebäudes Kriterium Ökobilanz Risiken für die lokale Umwelt Mikroklima Gesamtprimärenergiebedarf/ Anteil erneuerbarer Energien Frischwasserverbrauch Nutzungsphase Lebenszykluskosten Thermischer Komfort Innenraumhygiene Akustischer Komfort Visueller Komfort Einflussnahmemöglichkeiten des Nutzers Gebäudebezogene Außenraumqualität Einfluss der Gebäudehülle Durch die Optimierung des Materialeinsatzes können die durch die Herstellung und Entsorgung der verwendeten Baustoffe entstehenden Auswirkungen auf die Umwelt minimiert werden. Eine energieeffiziente Gebäudehülle trägt dazu bei, dass die Umweltauswirkungen während der Nutzungsphase verringert werden können. Material- und Stoffgruppen, die ein Risikopotenzial für die Umweltmedien Grundwasser, Oberflächenwasser, Boden und Luft darstellen, sollten vermieden werden. Albedo-Werte und Transmissionsvermögen (bei Verglasungen) bzw. Wärmeleitfähigkeit (bei opaken Bauteilen) der Dach- und Fassadenflächen müssen dokumentiert werden, um den Beitrag des Gebäudes zum Wärmeinseleffekt simulieren zu können. Durch die Optimierung des Materialeinsatzes kann der für die Herstellung und Entsorgung der verwendeten Baustoffe erforderliche Gesamtprimärenergiebedarf minimiert werden. Eine energieeffiziente Gebäudehülle trägt dazu bei, dass der Gesamtprimärenergiebedarf während der Nutzungsphase verringert werden kann. Die Integration von erneuerbaren Energien in die Gebäudehülle leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung. Die Optimierung des Fensterflächenanteils führt zur Verringerung des Frischwasserverbrauchs zur Reinigung. Neben den reinen Herstellungskosten werden hier auch die Instandhaltungs- und Reinigungskosten, die Kosten für Rückbau und Entsorgung sowie die Nutzungskosten für das Gebäude betrachtet. All diese Kostenarten können durch eine optimierte Planung der Gebäudehülle positiv beeinflusst werden. Der thermische Komfort an Arbeitsplätzen bildet die Grundlage für effizientes und leistungsförderndes Arbeiten. Darüber hinaus beeinflusst die Art, wie der thermische Komfort bereitgestellt wird, den Energieverbrauch von Gebäuden erheblich. Auch hier kann die Planung der Gebäudehülle positiv auf die Bewertung dieses Kriteriums einwirken. Durch die Verwendung von geruchs- und emissionsarmen Bauprodukten für die Innenräume wird die Raumluftqualität unter hygienischen Gesichtspunkten gesichert. Die raumakustische Qualität wird durch die Begrenzung der Nachhallzeiten gesichert. Eine gute Tageslichtnutzung bietet ein hohes Einsparpotenzial bei der künstlichen Beleuchtung und Kühlung. Die Sichtverbindung nach außen hat einen großen Einfluss auf die Zufriedenheit am Arbeitsplatz. Die Blendfreiheit bei Tageslicht wird durch entsprechende Blend- oder Sonnenschutzeinrichtungen gesichert, die in die Fassade integriert sein können. Fassadenintegrierte Lüftungs-, Sonnen- oder Blendschutz- sowie Tageslichtsteuerungssysteme sollten Möglichkeiten zur Einflussnahme durch den Nutzer bieten. Technikflächen auf dem Dach sind auf das notwendige Mindestmaß zu reduzieren bzw. zu integrieren. Fassadenintegrierte Außenraumflächen wie Balkone, Loggien oder Wintergärten werden positiv bewertet, da sie die Aufenthaltsqualität für den Nutzer steigern. 10

11 Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle Kriterium Brandschutz Schallschutz Wärme- und feuchteschutztechnische Qualität der Gebäudehülle Reinigungs- und Instandhaltungsfreundlichkeit des Baukörpers Rückbaubarkeit, Recycling- und Demontagefreundlichkeit Baustelle/Bauprozess Einfluss der Gebäudehülle Die Brandschutzanforderungen nach Landesbauordnung müssen eingehalten werden. Die Verwendung von Baustoffen, die im Brandfall giftige Dämpfe, eine starke Rauchentwicklung bzw. eine schnellere Ausbreitung des Feuers begünstigen, sollte vermieden werden. Die Realisierung erhöhter Feuerwiderstandsklassen kann im Brandfall Leben retten. Durch die Einhaltung der Schallschutzanforderungen nach DIN 4109 [7] werden unzumutbare Lärmbelästigungen ausgeschlossen. Darüber hinausgehende Anforderungen an den Schallschutz in Bürogebäuden sind die Vermeidung von Konzentrationsverlusten, die Wahrung des Vertraulichkeitsschutzes sowie die Berücksichtigung von Personen mit eingeschränktem Hörvermögen. Ziel ist die Minimierung des Wärmebedarfs für die Raumkonditionierung des Gebäudes bei gleichzeitiger Sicherstellung einer hohen thermischen Behaglichkeit und Vermeidung von Bauschäden. Dies soll erreicht werden durch die Einhaltung von Grenzwerten für die mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der verschiedenen Außenbauteile, die Einhaltung eines Grenzwertes für den Wärmebrückenzuschlag, die Einteilung der Luftdurchlässigkeit der Fugen von Fenstern und Türen in Klassen, den Nachweis zur Tauwasserbildung nach DIN [8], die Ermittlung der Luftwechselrate n 50 und die Ermittlung des Sonneneintragskennwertes nach DIN [9]. Die leichte Zugänglichkeit der Außenglasflächen vermindert den Aufwand zur Reinigung und Instandhaltung und reduziert so während der Nutzungsphase des Gebäudes die Kosten und die Auswirkungen auf die Umwelt. Je einfacher das betrachtete Gebäude wieder in seine Bestandteile zerlegt werden kann, umso besser ist seine Rückbaubarkeit zu beurteilen. Hierfür werden der Demontageaufwand und der Aufwand zur Trennung der einzelnen Materialien separat betrachtet. Zudem regelt ein Recycling-/Entsorgungskonzept die Organisation und die Zuständigkeiten für den kontrollierten Rückbau und die Entsorgung bzw. das Recycling in den verschiedenen Lebensphasen des Gebäudes. Durch die Vermeidung von Abfällen auf der Baustelle wird ein wichtiger Beitrag zur Ressourcenschonung geleistet. Gleichzeitig können Einsparungen durch geringere Entsorgungskosten realisiert werden. Eine lärmarme Baustelle trägt zum Gesundheitsschutz aller Beteiligten bei und fördert die Akzeptanz von Baumaßnahmen bei direkt betroffenen Anwohnern. Durch die Verringerung von Staub wird ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes auf der Baustelle geleistet. 11

12 Dokumentation 568 Abb. 1.3: Entwicklung der Bilanzierungsansätze (Nichtwohngebäude) 1.3 Energieeffizientes Bauen Allgemeines Die Minimierung des Energieverbrauchs sowie die Begrenzung schädlicher Umweltaus - wirkungen sind zentrale Aspekte der Nachhaltigkeitsbewertung. Bereits seit Jahrzehnten ist die Energieeinsparung Gegenstand von Gesetzgebung und Normung. Die Steigerung der Energieeffizienz gehört zu den Schlüsselmerkmalen des nachhaltigen Bauens. Zum einen wird der Energiebedarf selbst bewertet, zum anderen werden die mit dem Energiebedarf verbundenen Umweltauswirkungen und die Kosten erfasst. Abb. 1.3 zeigt die Entwicklungen der letzten Jahre bei der Ermittlung des Energiebedarfs von Gebäuden. In der Wärmeschutzverordnung 1995 (WSVO 1995) ist nur der Heizwärmebedarf erfasst, d.h., es wird berechnet, wie viel Wärme im Raum benötigt wird. Der Aufwand für die Wärmeerzeugung und -verteilung sowie Ver - luste aufgrund von nicht idealer Regelung werden nicht berücksichtigt. Weiterhin werden Wärmebrückeneffekte bei den Transmissionswärmeverlusten nicht erfasst. In der EnEV 2002 werden diese Aspekte bereits mitberücksichtigt, so dass der Primärenergiebedarf für die Beheizung (einschl. Warmwasser) ermittelt werden kann. Mit Einführung der EnEV 2007 wurden zusätzliche Energieanwendungen im Gebäude für Beleuchtung und Kühlung erfasst. Das Anforderungsniveau wurde gegenüber der EnEV 2002 jedoch prinzipiell nicht verschärft. Wesentliche Neuerungen in der EnEV 2007 waren, dass die Gebäudenutzung innerhalb vorgegebener Nutzungsarten mitberücksichtigt wird, insbesondere Beleuchtung, Kühlung und der erforderliche Luftwechsel werden hiervon beeinflusst. Vorgegeben ist nicht mehr ein Sollwert für einen zulässigen Energiebedarf, sondern es wird eine Referenzausführung des zu untersuchenden Objektes zur Ermittlung des Sollwertes herangezogen. Nach EnEV 2007/2009 ist eine Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs für alle Nichtwohngebäude erforderlich, sobald mindestens ein Aspekt von Heizung, Kühlung, Be- und Entlüftung, Befeuchtung, Beleuchtung und Warmwasserversorgung gegeben ist. Neben den Anforderungen an den Primärenergiebedarf und der Begrenzung des Transmissionswärmetransfers werden zusätzlich generell geltende Anforderungen gestellt an die Bereiche: Luftdichtheit, Mindestluftwechsel Mindestwärmeschutz, Wärmebrücken Anlagen der Heizungs-, Kühl- und Raumlufttechnik Prüfung alternativer Energieversorgungssysteme Energieausweise 12

13 Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle Insbesondere die Anforderungen an den Mindestwärmeschutz und die Luftdichtheit sowie die Berücksichtigung des zusätzlichen Wärmetransfers im Bereich von Wärmebrücken haben deutliche Auswirkungen auf die Planung und Ausführung von Dach- und Fassadensystemen. Mit der Einführung der neuen Energieeinsparverordnung 2009 (EnEV 2009) [10] ist von der Bundesregierung eine Verschärfung des Anforderungsniveaus um etwa 30 % vorgenommen worden. Eine nochmalige Verschärfung der Anforderungen um weitere 30% ist für das Jahr 2012 geplant Energieeinsparverordnung 2009 Der Energiebedarf wird durch verschiedene bauliche und betriebliche Faktoren wie z. B. Wärmedämmstandard, Art der Lüftung, Verluste bei der Wärmeerzeugung, Beleuchtungskonzept und Kühlsystem beeinflusst. In der EnEV 2009 wird versucht, sämtliche Einflüsse auf den Energiebedarf eines Gebäudes in der Betriebsphase zu berücksichtigen. Zu erkennen ist das schon an der Komplexität des Berechnungsverfahrens. Bei der Bestimmung des Jahres-Primärenergiebedarfs für Nichtwohngebäude ist es erforderlich, die Randbedingungen (z. B. Innentemperatur, interne Wärmequellen, Luftwechselzahlen) entsprechend dem gewählten Nutzungsprofil für die Berechnungen anzupassen. Für die Bestimmung der zulässigen Höchstwerte wurde folgender Ansatz gewählt ( 4 der EnEV 2009): Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass der Jahres-Primärenergie - bedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung, Kühlung und eingebaute Beleuchtung den Wert des Jahres-Primärenergiebedarfs eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie, Nettogrundfläche, Ausrichtung und Nutzung einschließlich der Anordnung der Nutzungseinheiten mit der in Anlage 2 Tabelle 1 angegebenen technischen Ausführung nicht überschreitet. Das sogenannte Referenzgebäudeverfahren verlangt eine zweite Berechnung des zu errichtenden Gebäudes, bei der für alle Elemente der Gebäudehülle (z. B. Verglasung, Sonnenschutz) sowie der Anlagentechnik (z. B. Heizung, raumlufttechnische Anlagen RLT, Beleuchtung) Referenzausführungen bzw. Sollwerte in Anlage 2 Tabelle 1 der EnEV 2009 vorgegeben werden. Weiterhin wird in der EnEV 2009 gefordert: Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass die Höchstwerte der mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragenden Umfassungsfläche nach Anlage 2 Tabelle 2 nicht überschritten werden. Die Höchst- und Referenzwerte für die Planung und Ausführung der Gebäudehüllen von Nichtwohngebäuden nach EnEV 2009 sind beispielhaft in Abb. 1.4 angegeben. Bei der Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten im Bereich der flächigen Bauteile nach Abb. 1.4 sind die regelmäßig vorkommenden punkt- und linienförmigen Wärmebrückeneinflüsse, z. B. infolge von metallenen Befestigungselementen, zu berücksichtigen. Bei der Bestimmung des Transmissionswärmetransfers der Gebäudehülle ist zusätzlich der Wärmebrückeneinfluss im Bereich der linienförmigen Bauteilanschlüsse (Traufe, Ortgang, Außenecke usw.) einzubeziehen. Bauteil Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten U, bezogen auf den Mittelwert der jeweiligen Bauteile [W/(m 2 K)] Zonen mit Raum-Solltemperaturen Zonen mit Raum-Solltemperaturen im Heizfall 19 C im Heizfall von 12 C bis < 19 C Dach Außenwand Fenster Lichtband Lichtkuppel Höchstwert Referenzwert Höchstwert Referenzwert U = 0,35 U = 0,35 U = 1,9 U = 3,1 U = 3,1 U = 0,20 U = 0,28 U = 1,3 U = 2,4 U = 2,7 U = 0,50 U = 0,50 U = 2,8 U = 3,1 U = 3,1 U = 0,35 U = 0,35 U = 1,9 U = 2,4 U = 2,7 Abb. 1.4: Höchstwerte für Wärmedurchgangskoeffizienten nach EnEV

14 Dokumentation Energetische Qualität von Gebäudehüllen Die hohe energetische Qualität von Gebäudehüllen ist ein zentrales Ziel des nachhaltigen Bauens. Sie wird durch Wärmetransmissions- und Wärmekonvektionseigenschaften bestimmt. Die Wärmetransmission findet als eindimensionaler Wärmestrom im thermisch ungestörten Regelbereich von Elementen der Gebäudehülle statt, hinzu kommen zwei- und dreidimensionale Wärmeströme im Bereich von punkt- und linienförmigen Wärmebrücken. Normativ werden die Wärmetransmissionseigenschaften der Gebäudehülle mit folgenden Kenngrößen beschrieben: Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten U d [W/(m 2 K)] unter Berücksichtigung der regelmäßig im Elementbereich vorkommenden linien- und punktförmigen Wärmebrücken Wärmebrückenzuschlag DU WB [W/(m 2 K)] für den thermischen Einfluss von linienförmigen Wärmebrücken im Bereich von Bauteilanschlüssen Die Wärmekonvektion wird von der Luftdichtheit der Gebäudehülle beeinflusst. Dabei sind folgende Einzelgrößen zu berücksichtigen: Fugendurchlasskoeffizient a [m 3 /(h m (dapa) n )] als Maß für die Luftdichtheit von Fugen Luftwechselrate n 50 [1/h] als Maß für die Luftdichtheit von Gebäuden Luftdurchlässigkeit q 50 [m 3 /(h m 2 )] als Maß für die Luftdichtheit von Gebäudehüllen Die EnEV 2009 begrenzt mit ihren Anforderungen an zu errichtende Gebäude den Transmissionswärmetransfer der Gebäudehülle. Im thermischen Einflussbereich von Wärmebrücken muss ein Nachweis des Mindestwärmeschutzes erfolgen und der zusätzliche Wärmetransfer bei der Berechnung des Primärenergiebedarfs berücksichtigt werden. Bei beheizten und gut wärmegedämmten Gebäuden erreicht der Wärmetransfer über Undichtheiten in der Gebäudehülle einen nicht zu vernachlässigenden Anteil. Die Anforderung an die Dichtheit der Gebäudehülle soll dazu beitragen, unnötigen Wärmetransfer und Bauschäden zu vermeiden. Die Luftdichtheitsschicht soll verhindern, dass Bauteile von warmer, feuchtigkeitsbeladener Luft durchströmt werden. Leckagestellen in der Luftdichtheitsebene können zu Tauwasserschäden in der Konstruktion führen. 1.4 Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise Allgemeines Die EnEV 2009 fordert, dass zu errichtende Gebäude so auszuführen sind, dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig entsprechend den allgemein anerkannten Regeln der Technik abgedichtet ist und dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres- Heizwärmebedarf nach den anerkannten Regeln der Technik und den im jeweiligen Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird. In zunehmendem Maße werden in Europa Dach- und Außenwandkonstruktionen in Metallleichtbauweise geplant und ausgeführt. Mit dieser Bauweise sind Konstruktionen mit sehr guter Luftdichtheit und sehr hohem Wärmeschutzstandard möglich. Beim Zusammenfügen der Einzelelemente entstehen jedoch Fugen und Bauteilanschlüsse, die die Anforderungen an den Wärmeschutz und die Luftdichtheit ebenfalls erfüllen müssen. Der Wärmeschutz und die Luftdichtheit bestimmen die energetische Qualität der Gebäudehülle, die ein wichtiges Merkmal des nachhaltigen Bauens ist Energetische Qualität Einen wesentlichen Beitrag zum energie - effizienten Bauen liefert die Minimierung des Transmissionswärmetransfers durch z. B. eine Erhöhung des Wärmedämmstandards. Analysiert man Gebäude mit Hüllen in Metallleichtbauweise, so stellt man fest, dass eine Erhöhung der Wärmedämmstärke allein noch nicht zielführend ist, da bei dieser Bauweise erhebliche Einflüsse durch Wärmebrückeneffekte bestehen können. Neben einer ausreichenden Dämm - stärke sind also die Anschlussdetails sowohl zwischen unterschiedlichen Bauteilen als auch innerhalb des Elementbereiches zu berücksichtigen und zu optimieren. Neben der Bedeutung für die Energieeinsparung ist die sorgfältige Detailausbildung auch erforderlich, um den Feuchteschutz (Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilz) zu realisieren und so Schäden zu vermeiden. Ein wichtiges Hilfsmittel hierzu stellt der vom IFBS heraus - gegebene Wärmebrückenatlas der Metall-Sandwichbauweise [11] dar. Bei zweischaligen Konstruktionen des Stahlleichtbaus (Abb. 1.5 und Abb. 1.6) sind im flächigen Regelbereich wärmetechnische Schwachstellen vorhanden, deren 14

15 Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle Abb. 1.5: Kassettenwand Abb. 1.6: Zweischaliges Dach Wärmebrückeneinfluss bei der Bestimmung des Bemessungswertes des Wärmedurchgangskoeffizienten U berücksichtigt werden muss. Mit dem vereinfachten Verfahren der IFBS- Schrift 4.05 [12] ist es möglich, den Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten U für zweischalige Konstruktionen des Metallleichtbaus zu bestimmen. Die Ergebnisse von weiter gehenden numerischen Untersuchungen zeigen, dass linienförmige metallene Bauteile, die die wärmedämmende Schicht vollständig durchdringen, bei der Planung und Ausführung von Metallleichtbaukonstruktionen vermieden werden sollten. Ohne Anordnung einer außenseitigen zusätzlichen Wärmedämmebene erfüllen die in Abb. 1.5 und Abb. 1.6 dargestellten Konstruktionen nicht die Anforderungen an den Wärmedurchgangskoeffizienten nach EnEV 2009 (siehe Abb. 1.4). Abb. 1.7 zeigt technische Lösungen [13] [14] zur Wärmebrückenreduktion bei Kassettenwandkonstruktionen. Im Bereich der Metallleichtbauweise erfolgt die Berücksichtigung der Wärmebrückenwirkungen der Bauteilanschlüsse durch die pauschale Erhöhung der U-Werte aller Außenbauteile um DU WB = 0,10 W/(m 2 K). Normativ gleichwertig ist die Berechnung des Wärmetransfers im Bereich dieser Wärmebrücken mit Hilfe von längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten Y, siehe [11]. Bezüglich der Luftdichtheit fordert die Energieeinsparverordnung, dass die wärmeüber - tragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig entsprechend den allgemein anerkannten Regeln der Technik abgedichtet ist. Wird der Nachweis der Dichtheit des gesamten Gebäudes nach DIN EN [15] durchgeführt, so fordert die Energieeinsparverordnung, dass der Volumenstrom bei 50 Pa bezogen auf das beheizte Gebäudevolumen für Gebäude ohne raumlufttechnische Anlagen 3,0 h 1 und für Gebäude mit raumlufttechnischen Anlagen 1,5 h 1 nicht überschreitet. Einzelanforderungen an Fugen werden in der Energieeinsparverordnung explizit nur an Fenstern, Fenstertüren und Dachflächenfenstern gestellt. Zur Beurteilung der Gebäudehülle kann zusätzlich der hüllflächenbezogene Leckagestrom herangezogen werden, der nach DIN [16] den Wert von 3,0 m 3 /(h m 2 ) nicht überschreiten Abb. 1.7: Wärmebrückenreduktion bei Kassetten - wänden durch thermische Trennung von Stahlkassette und Trapezblech mit Distanz - verbinder 15

16 Dokumentation 568 Bezeichnung Anforderung Gebäude ohne Gebäude mit raumluft- raumlufttechnische technischer Anlage Anlage Luftwechselrate n 50 3,0 h 1 1,5 h 1 Luftdurchlässigkeit q 50 3,0 m 3 /(h m 2 ) Fugendurchlasskoeffizient a 0,1 m 3 /(h m (dapa) n ) Abb. 1.8: Anforderungen an die Luftdichtheit von Gebäuden darf. Gemäß DIN [9] und DIN [17] darf der Fugendurchlasskoeffizient a nicht größer als 0,1 m 3 /(h m (dapa) n ) sein (Abb. 1.8). Die vorgefertigten flächigen Elemente der Gebäudehüllen im Stahlleichtbau sind im Bereich der metallenen Deckschichten absolut luftdicht. Die Abdichtung der Fugen trägt dazu bei, die Dichtebenen über Element- und Bauabschnittsgrenzen fortzusetzen und die umfassende Forderung der Energieeinsparverordnung nach einer luftdichten Gebäudehülle zu erfüllen. Die IFBS-Schrift Fugendichtheit im Stahlleichtbau [18] gibt Empfehlungen, wie Gebäudehüllen im Stahlleichtbau abgedichtet werden können. Als gebräuchlichste Technik hat sich im Bereich des Stahlleichtbaus das Abdichten mit Fugenbändern und Profilfüllern bewährt. Die Schrift enthält eine Vielzahl von Konstruktionsvorschlägen für die Ausbildung von Fugen und Bauteilanschlüssen. Eine luftdichte Gebäudehülle bedarf einer sorgfältigen Planung der Anschlusskonstruktionen. Vor Ort sollten gut ausgebildete Facharbeiter unter der Aufsicht einer erfahrenen Bauleitung die möglichen Leckagestellen abdichten und somit die Luftdichtheitsebene schließen. Die messtechnische Überprüfung der Luftdichtheit kann für gesamte Gebäude vor Ort mit dem Differenzdruckverfahren nach DIN EN [15] und für einzelne Bauteile im Labor nach DIN EN [19] erfolgen. Abb. 1.9 zeigt ein Industriegebäude und Fugendetails der Gebäudehülle. Zur Beurteilung der Luftdichtheit der Gebäudehülle können folgende messtechnische Untersuchungen vor Ort am Gebäude durch - geführt werden: Leckageortung und Visualisierung mit Nebelmaschine und Thermografie Druckdifferenztest (Blower-Door-Test) am Gesamtgebäude Die experimentellen Untersuchungen zur Fugendichtheit können sicher und reproduzierbar nur im Labor durchgeführt werden [20] Integration erneuerbarer Energien Ein wesentliches Ziel des nachhaltigen Bauens ist die deutliche Steigerung der Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Dabei kann die Integration von Systemen zur Energieerzeugung in die Gebäudehülle einen wichtigen Beitrag leisten. Die in Abb beschriebenen Prinzipien für die gebäudehüllenintegrierte Energieerzeugung sind von Bedeutung. Alle genannten Prinzipien können in Verbindung mit dem Stahlleichtbau eingesetzt werden und liefern integrale und damit vergleichsweise kostengünstige Lösungen. Das Auflaminieren von flexiblen Solarmodulen und künftig möglicherweise auch das Beschichten von Blechen sind gute Möglichkeiten, die spezifischen Merkmale des Stahlleichtbaus zu nutzen: Das äußere Blech wird zum Trägermaterial, die zusätzlichen Lasten sind gering, die großflächigen Elemente reduzieren den Verdrahtungsaufwand vor Ort. Abb. 1.9: Industriegebäude und vorhandene Variation der Fugenbreite 16

17 Energieeffizient und nachhaltig Anforderungen an die Gebäudehülle Bezeichnung Erzeugte Energie Wirkprinzip Fotovoltaik Strom Halbleiter, die bei Lichteinfall elektrische Spannung erzeugen Warmwasserkollektor Wärme für Brauchwasser, Dunkle Absorberelemente werden durch mit Einschränkungen Solarstrahlung erwärmt, Energie wird durch Raumheizung Aufheizung eines flüssigen Wärmeträgers abgeführt Luftkollektor Wärme für Zuluftvorheizung Dunkle Absorberflächen werden durch Solarstrahlung oder Prozesse erwärmt, diese Flächen werden von Luft (z.b. Trocknung) durchströmt (Perforation) oder Luft wird an den Absorberflächen entlanggeführt und dadurch aufgeheizt Abb Prinzipien der Integration von Energieerzeugung in die Gebäudehülle Mit den Stahl-Sandwichelementen stehen selbsttragende Dämmsysteme zur Verfügung, die eine Weiterentwicklung zu thermischen Kollektoren ermöglichen. Für Kollektoren mit oder auch ohne Glasabdeckung stellen sie eine kostengünstige Basis für die Entwicklung und Fertigung von Kollektoren dar. Der Aufbau eines Luftkollektors auf einer Außenwand mit Vorhangfassade aus Blech stellt eine Möglichkeit dar, mit wenig zusätzlichem Aufwand einen einfachen Luftkollektor zu bauen. Auch hier ist es durch zusätzliche Glasabdeckungen möglich, höhere Temperaturdifferenzen zu erzielen. Ob dies sinnvoll ist, hängt von der konkreten Anwendung ab. Abb und Abb zeigen zwei Beispiele für eine fassadenintegrierte Energie - erzeugung. Abb. 1.11: Fotovoltaikfassade Ökobilanzierung von Typenhallen Die Ökobilanzierung ist durch die Einführung des Deutschen Gütesiegels Nachhaltiges Bauen (DGNB) zu einem festen Bestandteil der Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden geworden. Im Rahmen der Pilotphasen zur Bewertung und Zertifizierung von Industrie- und Gewerbegebäuden sind 2009 in Deutschland erstmals auch Ökobilanzen dieser Gebäudearten nach DGNB-Standard erstellt worden. Um Erkenntnisse über die Umweltauswirkungen verschiedener Bauweisen für Tragwerk und Gebäudehülle im Industrie- und Gewerbebau zu erlangen, wurden im Rahmen einer Studie im Auftrag von >>bauforumstahl e.v. verschiedene Konstruktionsarten untersucht [21]. Da ein Vergleich der Umweltleistung verschiedener Konstruktionen nur auf Bauwerksebene im Bauwerkskontext sinnvoll und aussagekräftig ist, wurde als Untersuchungsobjekt eine vereinfachte Typenhalle Abb. 1.12: Luftkollektorfassade 17