Zweischalige Klimafassaden


	Philipp Oswalt & Wolfgang Schöning \| 1994
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''Wohltemperierte Architektur' \| Zweischalige Klimafassaden
	Gebäude sind sehr stark wechselnden Klimabedingungen unterworfen. Es kann windstill oder stürmisch, bewölkt oder sonnig, heiß oder frostig sein. Will man mit möglichst passiven Mitteln ein angenehmes Innenraumklima schaffen, müssen die klimatischen Einflüsse der Umwelt auf das Gebäude reguliert werden. Die Fassade als Schnittstelle zwischen Umwelt und Gebäude muß veränderbar sein wie eine semipermeable Zellmembran, die mit Hilfe elektrischer und chemischer Prozesse ihre Durchlässigkeit für Nährstoffe und Flüssigkeiten variiert. Seit einigen Jahrzehnten versucht man 'Intelligente Materialien' zu entwickeln, bei denen durch Veränderung der Molekülstruktur ähnlich wie bei einer Zellmembran die Durchlässigkeit reguliert werden kann. Abgesehen von elektro-, thermo- und photochromen Gläsern mit variabler Lichtdurchlässigkeit ist man bisher über die Grundlagenforschung noch nicht hinausgekommen. Ein anderes, bereits heute realisierbares Konzept für eine steuerbare Gebäudehülle ist die zweischalige Klimafassade, bei der durch Veränderung der Luftführung und durch variable optische Elemente die Durchlässigkeit für Licht, Wärme, Luft und Schall reguliert werden kann. Die zweischalige Fassade beruht auf einem Prinzip, das auch in der Natur zu finden ist: Konzeptionell ist die Mehrschichtigkeit der Fassade vergleichbar mit den verschiedenen Luftschichten der Erdatmosphäre, die durch jeweils unterschiedlich starke Filterung, Absorption, Transmission und Reflektion der verschiedenen kosmischen Strahlungen ein Klima auf der Erdoberfläche erzeugen, das Leben ermöglicht. Ähnlich wie bei einer Gebäudehülle hat jede atmosphärische Schicht spezifische Eigenschaften in Hinsicht auf ihre Strahlungsdurchlässigkeit. Durch Luftbewegungen werden zwischen den verschiedenen atmosphärischen Schichten Stoffe und Energie ausgetauscht. Die in letzter Zeit häufig zu findende Beschreibung der Gebäudehülle als 'Membran' oder 'Haut' zeugt von dem Versuch, in der Natur entdeckte Prinzipien auf das Bauen zu übertragen. Diese Analogiebildung hat zu einer völlig neuen Idee von Fassade geführt: Sie wird nicht mehr angesehen als eine starre Grenze zwischen zwei abgeschlossenen Welten, sondern als eine vermittelnde Übergangszone zwischen zwei sich wechselseitig beeinflussenden Bereichen. Um dieses Konzept umsetzen und realisieren zu können, bedurfte es einer langen Entwicklung, die noch nicht abgeschlossen ist. Bereits die Architekten der klassischen Moderne versuchten durch die Auflösung der massiven Wand zur völlig transparenten Glasmembran einen maximalen visuellen Bezug zwischen Innen- und Außenraum herzustellen. Ihre Vorstellung von Transparenz war vor allem ein ästhetisches Konzept, das zu dem neuen Raumkonzept des fließenden Raumes führte. Klimatechnisch gesehen aber war die Ganzglasfassade als Vermittler zwischen Innen und Außen ein Desaster. Ihre Durchlässigkeit verursacht große Temperaturschwankungen, Hitze im Sommer und Kälte im Winter. Dies führt zu einem unbehaglichen Raumklima im Fassadenbereich, das sich auch mit Klimatechnik nicht beheben lies. Daher versuchte man schon bald, durch einen mehrschichtigen Fassadenaufbau (Isolierverglasung und Sonnenschutz) die thermischen Eigenschaften von Ganzglasfassaden zu verbessern. Die Durchlässigkeit der Glasfassade kann jedoch auch von großem Vorteil sein, wenn sie steuerbar ist. Durch die Ausnutzung der Solarstrahlung kann das Gebäude beheizt oder durch die Erzeugung thermischer Luftbewegung durchlüftet werden. Die Entwicklung von zweischaligen Fassadensystemen mit steuerbarer Durchlässigkeit für Wärme, Licht, Luft und Schall hat inzwischen zu Ganzglasfassaden geführt, die gut isolierten, massiven Wänden gleichwertig und in einigen Fällen sogar überlegen sind, da sie Umweltenergien für die Temperierung des Gebäudes nutzen. Heutige zweischalige Fassaden ermöglichen je nach Ausführung: - solare Vorwärmung der Zuluft - Verminderung der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste - behagliches Raumklima im Fassadenbereich - kontrollierte, zugfreie, natürliche Lüftung auch bei hohen Windgeschwindigkeiten und bei Windstille - Wärmerückgewinnung aus der Abluft auch bei natürlicher Lüftung - Nachtkühlung durch Fensterlüftung bei gleichzeitigem Schutz vor Regen und Einbruch - Witterungsgeschützter, effektiver und zugleich steuerbarer Sonnenschutz - Lärmschutz Bei der Entwicklung mehrschaliger Fassaden stehen sich von Anfang an zwei klimatechnische Konzepte gegenüber. Das eine Konzept ist die Isolierung des Gebäudes vom Außenklima. Die Gebäudehülle neutralisiert mit Hilfe aktiver Klimatechnik alle äußeren Einflüsse. Im Innenraum wird ein vom Außenklima völlig unabhängiges künstliches Klima erzeugt. Als erster hat Le Corbusier dieses Prinzip mit seiner Idee der 'mur neutralisant' formuliert. ' ... neutralisierende Mauern sind aus Glas, aus Stein oder aus beiden Materialien (gemischt) gebaut. Sie bestehen aus zwei Membranen, die einen Zwischenraum von einigen Zentimetern haben. Durch diesen Membranzwischenraum, der das Haus umgibt, leitet man in Moskau Heißluft, in Dakar Kaltluft. Ergebnis: auf diese Weise erreicht man, daß die Innenwand (die Innenmembran) ständig eine Temperatur von 18° behält. Das Haus ist hermetisch abgedichtet! Kein Staub wird künftig mehr eindringen. Keine Fliegen, keine Schnaken werden hereinkommen. Und kein Lärm!' (Aus: Le Corbusier: 1929. Feststellungen zu Architektur und Städtebau, Wiesbaden 1964 S.70 ff.) Eine Vorform dieses Konzeptes findet sich bereits in der von Corbusier entworfenen Villa Schwob in La Chaux de Fonds (1915): Die Außenwände des Wohnhauses sind zweischalig, der Hohlraum wird zur Verlegung von Kabeln und Rohren genutzt. Die z.T. zweigeschossigen Fenster sind ebenfalls zweischalig, zwischen den beiden Scheiben befinden sich Heizungsrohre, die im Winter eine unbehagliche Abkühlung der großen Fensterflächen verhindern. Die eigentliche 'mur neutralisant' schlägt Le Corbusier erstmals 1927 bei seinem nicht prämierten Wettbewerbsentwurf für den Völkerbundpalast vor. Beim Centresojus-Gebäude in Moskau (1929) scheitert die beabsichtigte Realisierung ebenso wie bei der Cité de Refuge in Paris (1932/33) an den zu hohen Kosten. Aber immerhin wird sein Konzept von dem großen französischen Glashersteller Saint Gobain überprüft, berechnet und in Laborversuchen getestet, wobei sich die größere Behaglichkeit gegenüber konventionellen Lösungen erweist. Realisieren konnte Le Corbusier sein Konzept nicht. Er war seiner Zeit zu weit voraus. Erst über 40 Jahre später wird seine Idee der 'mur neutralisant' von Klimaingenieuren als sogenannte Abluftfassade realisiert und kommt bei zahlreichen Bürobauten seit Anfang der 70er Jahre zur Anwendung. Die Abluftfassade integriert Fassade und Haustechnik zu einem Gesamtsystem und ist einer der Vorläufer heutiger Klimafassaden. Die zweite Traditionslinie der Klimafassade geht von einer nahezu gegensätzlichen Idee aus, die dem Ideal einer semipermeablen Membran entspricht. Während die 'mur neutralisant' auf dem Prinzip der aktiven Neutralisierung des Außenklimas beruht, versucht die Kollektorfassade mit vorwiegend passiven Mitteln, die Umweltenergien maximal auszunutzen. Sie beruht auf der Ausbildung einer Pufferzone, die die äußeren Einflüsse reguliert und steuert. Durch die variable Gebäudehülle sollen die positiven Faktoren des Außenklimas maximal genutzt, die negativen abgehalten werden. In den 40er Jahren entwickelte Buckminster Fuller erstmals ein solches Konzept für eine zusätzliche zweite Außenhülle für Gebäude. Der sogenannte 'Skybreak' sollte allein mit Hilfe passiver Mittel ein gemäßigtes Mikroklima erzeugen und somit die Gebäude vor den extremen Witterungseinflüssen schützen. Ursprünglich hatte Fuller die Absicht, mehrere Gebäude mit einer einzigen transparenten Membran zu umhüllen. Durch eine sphärische Form sollte die Oberfläche und damit der Wärmeverlust reduziert werden. Wind und Sonneneinstrahlung sollten für die Kühlung, Lüftung und Heizung genutzt werden. Im Laufe der Jahre hat Fuller dieses Konzept weiterentwickelt. Mit Norman Foster entwarf er 1978 ein Ausstellungsgebäude für die Interntional Energy Expo in Knoxville (USA) mit zweischaliger Gebäudehülle. Sie sollte durch solare Heizung, Kühlung und Stromerzeugung die Energieautarkie des Gebäudes ermöglichen. Weiter ausgearbeitet wurde dieses Konzept von Fuller und Foster mit ihrem Entwurf des 'Autonomous Dwelling' (1982). Die äußere Hülle des Wohnhauses besteht hier aus zwei unabhängig voneinander drehbaren geodätischen Kuppeln, die jeweils nur zur Hälfte verglast sind. Sie folgen tagsüber dem Lauf der Sonne und schließen nachts das Gebäude nach Außen ab. Zwischen den beiden Raumhüllen zirkuliert je nach Bedarf kalte oder warme Luft. Keiner dieser Entwürfe wurde realisiert, doch Buckminster Fuller beeinflußte mit seinen Ideen die amerikanische Ökologiebewegung der 60er und 70er Jahre. Im Rahmen der Ökologiebewegung entstand die sogenannte 'Solararchitektur', die vor allem auf der massiven Anwendung von Solarfassaden und -kollektoren beruhte. Hierfür spielten nicht nur Fullers Projekte, sondern viel mehr noch frühere praktische Versuche, die bis ins 19. Jahrhundert zurückreichen, eine wesentliche Rolle. Während also die eine Traditionslinie der Klimafassade auf den Bau vollklimatisierter Bürohochhäuser zurückgeht, hat die andere im alternativen Selbstbau von ökologischen Einfamilienhäusern ihren Ursprung. Erst die Verbindungen der in beiden Bereichen gewonnen Erfahrungen konnte zur Entwicklung von Klimafassaden führen. Die Wirkungsweise beider Konzepte findet sich bei heutigen Klimafassaden wieder, weshalb sie im folgenden detailliert dargestellt werden. Kollektor - Fassaden Kollektorfassaden - wozu die Trombewand, der Luftkollektor und der Fensterkollektor gehören - nutzen mit Hilfe einer zweischaligen Konstruktion die auf Südfassaden einfallende Sonnenstrahlung zur Erwärmung und Durchlüftung des Gebäudes. Die solare Energiegewinnung basiert auf dem Treibhauseffekt: Das sichtbare Sonnenlicht (kurzwellige Strahlung) durchdringt nahezu ungehindert die äußere Glasscheibe und trifft hinter dem Glas auf eine Absorberfläche. Von dieser wird sie absorbiert und in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Der Wiederaustritt dieser langwelligen Strahlung wird jedoch durch das dafür undurchlässige Glas verhindert. Der Absorber gibt die gewonnene Wärme an die Luft im Fassadenzwischenraum ab. Mit dieser können Innenräume entweder direkt (Luftheizung) oder indirekt und damit zeitverzögert (Durchströmung von wärmespeichernden Bauteilen) geheizt werden. Zugleich können die entstehenden Temperaturdifferenzen auch zur Erzeugung einer thermischen Luftbewegung genutzt werden, die der Durchlüftung (und evtl. Kühlung) des Gebäudes dienen kann. Erst die Zweischaligkeit der Konstruktion erlaubt durch Luftführung und integrierten Sonnenschutz Steuerbarkeit und flexiblen Einsatz der solaren Energiegewinne. Durch sie wird die Fassade zum steuerbaren Energieumwandler. Trombe - Wand: Der einfachste und älteste Luftkollektor ist die sogenannte Trombewand. Sie besteht aus einer auf der Außenseite schwarz gestrichenen Südwand aus Beton oder Kalksandstein, vor die im Abstand von 5 - 15 cm eine Isolierverglasung montiert wird. Die Massivwand absorbiert die tagsüber einfallende Strahlung und gibt die Wärme zeitverzögert in den dahinterliegenden Raum wieder ab. Der Wärmetransport durch die Wand dauert je nach Material und Dicke mehrere Stunden. Somit ist der Wärmegewinn der Trombewand zu den unmittelbar wirksamen direkten Solargewinne der Fenster zeitlich verschoben. Um die Wärmegewinne aber auch bei Bedarf unmittelbar nutzen zu können, verfügen die meisten Trombe-Wänden über Lüftungsöffnungen, die einen konvektiven Wärmetransport durch eine thermisch erzeugte Luftströmung ermöglichen. Durch eine Luftöffnung im Deckenbereich strömt erwärmte Luft aus dem Luftkollektor in den Innenraum und zieht dabei kältere Raumluft durch eine Bodenöffnung nach. Durch die Durchlüftung wird die Wärmeabgabe an den Innenraum beschleunigt. Edward S. Morse entwickelte 1882 einen Luftkollektor, der neben diesem Umluftbetreib auch Zuluft- und Abluftbetrieb ermöglicht. Mit Hilfe von vier Öffnungen - jeweils oben und unten eine Öffnung zum Innen- und zum Außenraum - kann die Luftführung und der Wärmetransport je nach Bedarf gesteuert werden. Werden nur die Öffnungen zum Innenraum geöffnet, wird - wie bereits beschrieben - dessen Luft im Umluftbetrieb erwärmt. Wird die untere Klappe nach Außen und die obere Klappe nach Innen geöffnet, wird im Zuluftbetrieb frische Außenluft vorgewärmt. Wird die untere Klappe nach Innen und die obere Klappe nach Außen geöffnet, wird der Innenraum im Abluftbetreib entlüftet. Bleiben alle Klappen geschlossen, wird die Wärme nicht konvektiv durch die Luft transportiert, sondern durch die Wand in den Innenraum übertragen. Ein großer Nachteil der Trombe-Wand ist, daß die Speicherwand nicht auf herkömmliche Weise gedämmt werden kann, da sonst die Wärmeleitung in die Speicherwand unterbrochen wäre. Dadurch sind die Transmissionswärmeverluste in unseren Breiten so groß, daß sie die solaren Wärmegewinne wieder fast völlig zu nichte machen, weshalb die Trombe-Wand bei uns in den letzten Jahren fast nicht mehr zur Anwendung gekommen ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß die gewonnene Wärme nur für den unmittelbar an die Trombe-Wand angrenzenden Raum genutzt werden kann. Bekanntes Anwendungsbeispiel für die vielfach in der Solararchitektur der 70er Jahre realisierte Trombe-Wand ist das Haus von Douglas Kelbaugh (Princeton, USA). Mit der Entwicklung der Transparenten Wärmedämmung bahnt sich seit einigen Jahren eine Renaissance der Trombe-Wand an, da mit der TWD die Transmissionswärmeverluste vermindert werden können. Luftkollektor: Luftkollektoren sind im Prinzip wie Trombe-Wände aufgebaut, nur daß bei ihnen die Wärme durch einen mechanisch erzeugten Luftstrom abtransportiert wird. Die Gebäudewand ist schwarz gestrichen und isoliert, so daß sie die absorbierte Sonnenwärme fast vollständig an die Luft im Fassadenzwischenraum abgibt. Ein Ventilator bläst die erwärmte Luft aus dem Kollektor in Hohlkörperdecken, die die Wärme aufnehmen und phasenverschoben als Strahlungswärme an die Innenräume abgegeben. Die gewonnene Wärme kann so in andere Gebäudeteile transferiert werden. Die abgekühlte Luft wird im Kreislauf dem Luftkollektor wieder zugeführt. Der Ventilator ist temperaturgesteuert und nur während der Heizperiode in Betrieb. Da die Außenwand keine Speicherfunktion übernehmen muß, kann sie sehr gut wärmegedämmt werden. Das System kann im Sommer unter Umgehung des Kollektors auch zur Kühlung eingesetzt werden. Die duchlüftbaren Hohlkörperdecken werden dann Nachts mit kühler Nachtluft durchspühlt, die durch Öffnungen in der Außenhaut direkt an den Stirnseiten der Deckenplatten angesaugt wird. Im Kühlbetreib ist ein wesentlich größerer Luftwechsel als bei der Wärmespeicherung notwendig. Luftkollektoren wurden z.B. beim Mehrfamilienhaus Berlin-Lützowstraße (1988, Planung: IBUS, Berlin) erfolgreich eingebaut, wo sie einen wesentlichen Teil des Heizenergiebedarfs decken. Fensterkollektor: Fensterkollektoren sind Luftkollektoren mit transparenter Rückwand, d.h. sie sind eigentlich nichts anderes ist als ein mechanisch durchlüftetes Kastenfenster. Das äußere und innere Fenster hat jeweils ein Zweischeiben-Isolierverglasung, zwischen beiden liegt ein Zwischenraum von ca. 20 cm. Zur Steuerung der Sonneneinstrahlung befindet sich im Scheibenzwischenraum eine verstellbare Jalousie mit zwei verschiedenen Oberflächenbeschichtungen - einer strahlungsabsorbierenden und einer strahlungsreflektierenden. Bei geöffneter Jalousie erwärmt die Sonnenstrahlung direkt den Innenraum. Die geschlossene Jalousie dient entweder als Sonnenschutz oder zur indirekten Solarenergiegewinnung: Zeigt die weiße bzw. verspiegelte Jalousienfläche nach außen, wird die Sonnenstrahlung überwiegend reflektiert. Dadurch wird eine Überhitzung im Sommer vermieden. Zeigt die schwarze Jalousiefläche nach außen, wird die Strahlung absorbiert und die Wärme wie bei einem Luftkollektor den Speichermassen zugeführt. In kalten Winternächten kann durch Schließen der Jalousie diese als temporärer Wärmeschutz genutzt werden. Gegenüber einem konventionellen Fenster hat der Fensterkollektor den Vorteil, daß Solarwärme je nach Bedarf in den Hohlkörperdecken zwischengespeichert werden kann und zeitverzögert am gewünschten Ort wieder abgegeben wird. Im Gegensatz zu Luftkollektor und Trombewand ermöglicht der Fensterkollektor die Tageslichtausleuchtung des Innenraums und nutzt auch diffuse Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung. Für eine natürliche Lüftung sind seperate Lüftungsflügel notwendig. Die Wirkungsgrade von Fenster- und Luftkollektoren liegen zwischen 20 und 60 %, was Wärmegewinne von 50 - 250 kWh/qm in der Heizperiode ermöglicht. Luft- und Fensterkollektoren können sehr gut miteinander kombiniert werden. 40 qm große Fensterkollektoren wurden z.B. bei zwei Einfamilienhäusern in Lausen bei Basel (Architekt: Felix Meier) bzw. Lörrach-Haagen (Ingenieur und Architekt: Siegfried Delzer) realisiert. Bei dem zweigeschossigen Büro- und Gewerbegebäude Solar Dairy (Oslo) wurde die gesamte ca. 200 qm große Südfassade als Fensterkollektor ausgebildet, wodurch 40% des Heizenergiebedarfs bzw. 25% des Gesamtenergiebedarfs des klimatisierten Gebäudes gedeckt werden. Abluft - Fassaden Anfang der 70er Jahre - also zur gleichen Zeit, in der im ökologischen Wohnungsbau solare Kollektorfassaden zunehmend eingesetzt wurden - entwickelten Klimaingenieure für vollklimatisierte Bürogebäude eine zweischalige Fassadenkonstruktion, die zwar nicht die Sonnenenergie nutzt, aber die thermischen Eigenschaften von Glasfassaden verbessert. Herkömmliche Glasfassaden haben im Vergleich zu massiven Außenwänden eine sehr schlechte Wärmedämmung, sehr große solare Wärmegewinne und keine Wärmespeicherfähigkeit, was nicht nur hohe Wärmeverluste im Winter und Überhitzung im Sommer verursacht; zudem ist das Raumklima unbehaglich, da im Winter die Fensteroberflächen erheblich kälter sind als der Innenraum. Bei der Abluftfassade werden die Schwankungen der Außentemperatur und der Sonneneinstrahlung durch einen das Gebäude umhüllenden Luftstrom neutralisiert. Das Gebäude ist vollklimatisiert, der Abluftstrom wird geschoßweise durch den Scheibenzwischenraum der zweischalig ausgebildeten Fassade geführt. Der Fassadenzwischenraum ist 10 -20 cm breit und wird gebildet von einer außenliegenden Isolierverglasung und einer innenliegenden Einfachverglasung, die nur zu Reinigungszwecken zu öffnen ist. Die Temperatur der durch die warme Abluft temperierten Glasoberfläche weicht kaum mehr von der Innenraumtemperatur ab. So liegt die innere Oberflächentemperatur der Fensterflächen im Winter bei mindestens 18° C im Vergleich zu 5° C bei Doppelverglasung und 12°C bei Isolierverglasung. Aufgrund der behaglicherne Fensteroberflächentemperatur können im Gegensatz zu herkömmlichen Glasfassaden Arbeitsplätze in unmittelbarer Fensternähe angeordnet werden, was eine höhere Platzausnutzung ermöglicht. Die höhere Umgebungsflächentemperatur erlaubt im Winter eine niedrige Lufttemperatur und somit eine gewisse Heizenergieersparnis. Um das bei Glasfassaden auftretende Problem der sommerlichen Überhitzung des Innenraums zu beheben, wird im Fassadenzwischenraum ein steuerbarer Sonnenschutz (Jalousie bzw. Rollo) angeordnet. Normalerweise kann nur ein außenliegender Sonnenschutz eine Erwärmung des Innenraums verhindern. Bei der Abluftfassade jedoch führt der Abluftstrom die durch Strahlungsabsorbtion entstehende Wärme ab, bevor sie in den Innenraum gelangen kann. In Kombination mit Sonnenschutzgläsern kann somit eine Sonnenschutzwirkung von 80 - 90 % ( Sonnenschutzfaktor b = 0,1 - 0,2) erzielt werden, was die Kühllast wesentlich verringert. Damit ist ein wirksamer, teilweise steuerbarer Sonnenschutz auch bei Hochhäusern möglich, bei denen aufgrund der auftretenden hohen Windgeschwindigkeiten auf eine außenliegende steuerbare Verschattung verzichtet werden muß. Bei der Abluftfassade ist der Sonnenschutz durch die äußere Glashaut vor Wind und Wetter geschützt. Die Gebäude müssen zwar weiterhin mechanisch klimatisiert werden, jedoch wird der Aufwand hierfür durch die Abluftfassade wesentlich verringert. Der Transmissionswärmeverlust ist bei Abluftfassaden im Vergleich zu traditionellen Isolierverglasungen um 50 - 60 % geringer. Zugleich kühlt aber die Abluft in der Fassade erheblich ab, wodurch sich das Wärmerückgewinnungspotential wesentlich vermindert. Abluftfassaden sparen in der Regel kaum Energie, verbessern aber den Klimakomfort. Wird die Abluftfassade jedoch mit Luftkollektoren kombiniert, kann solare Wärmeenergie gewonnen werden: Die nicht transparenten Fassadenflächen (Brüstungen) werden als Luftkollektoren ausgebildet und ebenfalls von Abluft durchströmt. Die in den Luftkollektoren gewonnene Wärme wird mit Hilfe eine Wärmerückgewinnungsanlage für die Heizung des Gebäudes genutzt. Ein solches System wurde z.B. beim Verwaltungsgebäude der Cristaleria Espanola in Madrid realisiert. Seit Mitte der 80er Jahre können durch den Einsatz neu entwickelter Wärmeschutzgläser mit sehr guten Wärmedämmeigenschaften (k = 1,3 - 2,0) angenehme Glasoberflächentemperaturen auch ohne Abluftfassaden erzielt werden, wozu auch keine mechanische Lüftung notwendig ist. Abluftfassaden werden heute daher vorallem bei Hochhäusern eingesetzt, um einen wirksamen variablen Sonneschutz zu ermöglichen. Bekannte Anwendungsbeispiele für die in den 80er Jahren häufig realisierte Abluftfassade sind Lloyds London (Architekten: Richard Rogers Partnership, Klimaingenieure: Ove Arup), Deutsche Bank Frankfurt Main, sowie Haus der Wirtschaftsförderung Duisburg (Architekten: Foster Associates, Klimaingenieure: Roger Preston, Kaiser Bautechnik). Klimafassaden Die beiden bisher vorgestellten Systeme - Kollektor- und Abluftfassaden - wurden in den 70er und 80er Jahren entwickelt und erprobt. Seit einigen Jahren bahnt sich unter dem Stichwort Klimafassade eine Synthese beider Konzepte an. Dies ermöglicht, natürliche Lüftungskonzepte und Energiesparkonzepte für große Büro- und Gewerbebauten zu entwickeln. Je nach Standortbedingungen und Anforderungen an Lüftung, Wärme- und Schallschutz können hierbei unterschiedliche Systeme zur Anwendung kommen. Im folgenden werden die unterschiedlichen Konzepte für Klimafassaden in drei Kategorien - Puffer-, Zuluft- und Abluftfassaden - aufgeteilt, die sich vorallem in Hinsicht auf das Lüftungskonzept grundlegend unterscheiden. Während bei Pufferfassaden - soweit sie durchlüftet werden - gleichermaßen Zu- wie Abluft durch die Fassade geführt wird, sind bei Zu- bzw. Abluftfassaden Be- und Entlüftung voneinander getrennt. Aus lüftungstechnischen Gründen reicht für Klimafassaden im allgemeinen ein Fassadenzwischenraum von ca. 30 cm Tiefe aus. Werden im Fassadenzwischenraum jedoch Stege zur Reinigung und Wartung vorgesehen, so muß dieser mindestens 50 cm, besser 90 - 100 cm breit sein. Es ist dann auch möglich, die für eine evtl. notwendige Lüftungsanlage erforderlichen Installationen im Fassadenzwischenraum zu verlegen. Werden in der inneren Gebäudehülle Lüftungsöffnungen vorgesehen, muß der Fassadenzwischenraum in der Regel geschoßweise unterteilt werden, um Schallübertragung zwischen den einzelnen Geschossen und im Brandfall Brandüberschlag und Rauchausbreitung zu verhindern. Nicht notwendig ist dies bei geschlossenen Pufferfassaden und Zuluftfassaden, da hier der Innenraum nicht in direkter Verbindung mit dem Fassadenzwischenraum steht. Zur Verminderung von Transmissionswärmeverlusten sollte die innere Gebäudehülle aus Isolierverglasung bestehen, während eine einfache Verglasung für die äußere Hülle im allgemeinen ausreichend ist. Die Wärmedämmung der Fassade kann durch die Zweischaligkeit erheblich verbessert werden, wobei die Luftführung und die Detailplanung auf die Wirksamkeit große Auswirkung haben. Der zumeist im Fassadenzwischenraum angebrachte steuerbare Sonnenschutz sollte möglichst nahe an der Außenhaut liegen. Noch wirkungsvoller ist ein vor der äußeren Hülle liegender Sonnenschutz, worauf aber wegen technischer Schwierigkeiten in den meisten Fällen verzichtet wird. Stattdessen wird in einigen Fällen zur Ergänzung des steuerbaren Sonnenschutzes im Fassadenzwischenraum die äußere Hülle aus Sonnenschutzglas ausgebildet. Der Schallschutz zum Außenraum wird bei zweischaligen Fassaden durch eine äußere Gebäudehülle mit Lüftungsöffnungen um ca. 8 dB, durch eine hermetisch geschlossene äußere Gebäudehülle um 20 - 30 dB verbessert. Vielfach wurden daher in der Vergangenheit zweischalige Fassaden unabhängig vom Klimakonzept allein aus Schallschutzgründen vorgesehen. Geschlossene Pufferfassade Eine Alternative zu Abluftfassaden ist die Ausbildung von zweischaligen Fassaden als passive Pufferzone. Die Innenräume sind dabei klimatisiert, die Raumluft wird nicht über die Fassade abgeführt. Die Fassade besteht aus zwei hermetisch abgeschlossenen Glashüllen im Abstand von ca. 1m. Die extrem gute Winddichtigkeit der Fassade unterbindet unkontrollierte Lüftungswärmeverluste. Im Winter ist der Fassadenzwischenraum völlig abgeschlossen, wodurch ein stehendes, isolierendes Luftkissen gebildet wird. Die Sonneneinstrahlung erwärmt die Luft im Fassadenzwischenraum und vermindert somit die Transmissionswärmeverluste (vergleichbar der Wirkungsweise eines Wintergartens). Im Sommer wird bei Bedarf der im Fassadenzwischenraum befindliche Sonnenschutz aktiviert und Lüftungsklappen am Boden und First geöffnet. Die sich erwärmende Luft im Fassadenzwischenraum steigt aufgrund des Kamineffektes auf und wird nach außen abgeführt. Bei dem Hooker Office Building (Niagara Falls, USA 1981, Architekt: Cannon Design) konnte mit einer solchen 120 cm tiefen Pufferzone der Heiz- und Kühlbedarf erheblich reduziert werden, wobei die zweischalige Fassade zugleich als Lärmschutz dient. Bei einem Laborgebäude in Alberta (Canada, Architekt: Woolfenden Hamilton Brown) wurden die jeweils 5 m tiefe Nord- und Südfassade über Dach durch Luftröhren miteinander verbunden, um im Winter einen Teil der solaren Wärmegewinne von der Süd- zur Nordfassade zu transferieren. Überschüssige Wärme wird in einen Wärmespeicher im Keller geleitet. Eine nach Außen geschlossene, aber nach Innen öffenbare Pufferfassade wurde für die Südfassade eines Bürogebäudes in Berlin von den Architekten Leon & Wohlhage in Zusammenarbeit mit dem Klimaingenieurbüro Lambeck entwickelt. Sie bietet den Gebäudenutzern einerseits Schutz vor dem Lärm und den Abgasen der unmittelbar angrenzenden Stadtautobahn, andererseits einen maximalen Bezug zum Außenklima. Um letzteres zu ermöglichen, können vom Innenraum aus Schiebeelemente zum 90 cm breiten Fassadenzwischenraum geöffnet werden. Die Temperatur des Fassadenraums ist stark vom Außenraum beeinflußt, so daß die Nutzer durch das Öffnen der Fenster die Temperatur der klimatisierten Räume beeinflussen können. Bei geöffneten Fenstern erhöht sich zudem die Tageslichtausleuchtung und die Geräusche des Außenraums werden wahrnehmbar, wodurch wahrnehmungspsychologisch eine ähnliche Wirkung wie beim Öffnen eines herkömmlichen Fensters erreicht wird. Im Winter bildet der Fassadenzwischenraum ein stehendes, isolierendes Luftpolster. Im Sommer verhindern aluminiumbeschichtete Rollos eine Überhitzung des Gebäudes. Bei aktiviertem Sonnenschutz wird die Luft zwischen Rollo und äußerer Glasscheibe mechanisch abgesaugt, so daß dann die Pufferfassade zur Abluftfassade wird. Durchlüftete Pufferfassade Um eine natürliche Belüftung des Gebäudes zu ermöglichen, kann die äußere, einfache Glashaut einer Pufferfassade geschoßweise mit kleinen Lüftungsöffnungen versehen und die innere Gebäudehülle als herkömmliche Fassadenkonstruktion mit zu öffnenden Fenstern ausgeführt werden. Die Fenster dienen - wie bei natürlicher Lüftung im allgemeinen üblich - zugleich zur Be- und Entlüftung. Um einen ausreichend großen Luftwechsel zu garantieren, sind große Öffnungsflächen vorteilhaft wie z.B. Dreh- oder Schiebefenster. Die luftdurchlässige äußere Gebäudehülle vermindert den Winddruck auf die innere Fassade des Gebäudes. Der Luftwechsel erfolgt im wesentlichen aufgrund von Differenzen der Lufttemperatur zwischen Außenraum, Fassade und Innenraum und ist somit auch an windstillen Tagen möglich. Frischluft tritt durch die Lüftungsschlitze im unteren Bereich des Fassadenzwischenraums ein, erwärmt sich, steigt auf und entweicht durch die Lüftungsöffnungen im oberen Bereich wieder nach außen. Auf ähnliche Weise strömt Luft aus dem Fassadenzwischenraum in den Innenraum. Eine Temperaturdifferenz von ca. 5° C reicht aus, um die Innenräume bis zu 3 m Tiefe zu durchlüften. Treten keine Temperaturdifferenzen auf, ist eine mechanische Lüftung erforderlich. Im Winter ist eine mechanische Lüftung empfehlenswert, um bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur (entspricht einer Außenlufttemperatur von -5° bis +5° C je nach Luftfeuchte) eine Kondenswasserbildung an der äußeren, einfachen Glasscheibe zu vermeiden. Falls die Lüftungsöffnungen regulierbar ausgebildet sind, kann durch das völlige Schließen des Fassadenzwischenraums im Winter der Heizenergiebedarf um 30 - 50 % gesenkt werden, da durch die Bildung eines stehenden Luftpolsters die Wärmedämmung erheblich verbessert und solare Wärme gewonnen wird. Im Hochsommer sollten die Fenster ebenfalls nicht geöffnet werden, damit nicht die im Fassadenzwischenraum erwärmte Zuluft die Innenräume zusätzlich erwärmt. In Abhängigkeit von Gebäude und Standort ist im allgemeinen über 60% der Jahresnutzungszeit natürliche Lüftung möglich. Ein steuerbarer Sonnenschutz wird im Fassadenzwischenraum angebracht. Bei herabgelassenem Sonnenschutz stellt sich eine thermische Luftströmung zwischen Sonnenschutz und Außenhaut ein, die die absorbierte Wärme wieder nach außen abführt. Dahinter steht die Luft vorwiegend. Würden Fenster geöffnet, würde die durch den Sonnenschutz erwärmte Luft in den Innenraum gelangen. Bei geschlossenen Fenstern kann eine Sonnenschutzwirkung von bis zu 90 % (Sonnenschutzfaktor von b = 0,1) erreicht werden. Das Konzept der durchlüfteten Pufferfassadenas ist insbesondere für Bürohochhäuser interessant, da es trotz hoher Windgeschwindigkeiten natürliche Fensterlüftung und außenliegenden Sonnenschutz ermöglicht. Die Firma Gartner hat ein entsprechendes Fassadensystem unter dem Namen 'Zweite-Haut-Fassade' entwickelt und seit 1992 an einem Fassadenprototyp getestet. Eine erste bauliche Ausführung des Fasadensystems ist bei einem dreigeschossigen Verwaltungsgebäude in Wien vorgesehen. Ein sehr ähnliches Fassadensystem wurde von Foster Associates bei ihrem Wettbewerbsentwurf für die Commerzbank Frankfurt vorgesehen. Das Büro gewann mit dem Entwurf den ersten Preis, es ist jedoch unklar, ob das Fassadensystem und das Lüftungskonzept bei der Ausführungsplanung beibehalten werden. Solare Pufferfassade Die in der Schweiz entwickelte 'Integralfassade' ist eine Art durchlüfteter Pufferfassade, deren Zweischaligkeit jedoch nicht der Lüftungsregulierung, sondern dem solaren Wärmegewinn dient. Integralfassaden sind daher immer südorientiert und im Prinzip eine Weiterentwicklung des Wintergartens. Die Integralfassade hat Außen eine einfache Glasscheibe, die mit ca. 30 cm Abstand vor die Innenwand montiert wird. Die Innenwand besteht aus einem Fensterelement mit Zweifach-Isolierverglasung und einem Brüstungselement als massivem Bauteil mit einer vormontierten einfachen Glasscheibe. Die Konstruktion hat einen guten Wärmedämmwert (k-Wert von 1,2). Zudem erwärmt die Sonnenstrahlung die Luft im Zwischenraum sowie die Brüstung. Die Brüstung wirkt wie bei einer Trombewand als Wärmespeicher, der die Wärme zeitverzögert an den Innenraum abgibt. Eine solche Südwand spart im Vergleich zu einer gut wärmegedämmten Massivwand 50 % (78 kWh/qm) Wärmeenergie. Bei Westorientierung vermindert sich der Spareffekt auf 25 %. Zur Vermeidung einer sommerlichen Überhitzung ist ein vor die äußere Gebäudehülle montierter Sonnenschutz vorgesehen. Der ganz außenliegende Sonnenschutz hat den Vorteil, daß die Zuluft auch bei starker Sonneneinstrahlung im Gegensatz zum zuvor beschriebenen System nicht erwärmt wird und daher eine ganzjährige natürliche Lüftung völlig unproblematisch ist. Am Versuchsgebäude der LESO der ETH Lausanne wurden seit 1982 unter der Leitung von Prof. André Faist ca. 30 verschiedene Varianten von Integralfassaden getestet. U.a. wurde eine Integralfassade entwickelt, die bei einem Bürohaus in Dingolfing (BRD) zur Anwendung kam. Ein ähnliches Konzept entwickelte der Architekt Chantal Scaler für die 525 qm große Südfassade des Mehrfamilienhauses Avenue Sainte-Clotilde in Genf. Die äußere Gebäudehülle besteht aus einer Einfachverglasung, die innere aus einer Isolierverglasung, beide mit zu öffnenden Fenstern. Als Sonnenschutz dienen vor der Außenhülle angebrachte bewegliche Markisen. Im Winter bleibt die äußere Gebäudehülle weitmöglichst gschlossen. Die Wärmegewinne des Fassadenzwischenraums werden über Lüftungsöffnungen dem Innenraum zugeführt. Im Sommer werden Fassade und Innenraum mit Außenluft durchlüftet. Die 60 cm tiefe Fassade dient zugleich als Lärmschutz. Solarthermische Abluftfassade Solarthermische Abluftfassaden funktionieren ähnlich wie herkömmliche Abluftfassaden, benötigen aber keine mechanische Lüftungsanlage. Sie ermöglichen eine windunabhängige und kontrollierte natürliche Lüftung von Gebäuden. Die Gebäudehülle ist zweischalig, der Abstand zwischen beiden Hüllen kann je nach System 25 - 100 cm betragen. Die äußere Glashülle ist völlig geschlossen, so daß Wind und Umgebungslärm abgehalten werden. Der Fassadenzwischenraum ist unten geschlossen und oben geöffnet. Die Fenster der inneren Gebäudehülle können in den Fassadenzwischenraum geöffnet werden. Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Luft im Fassadenzwischenraum, steigt auf und entweicht nach außen. Der Luftstrom saugt Luft aus den Innenräumen nach, wodurch das Gebäude durchlüftet wird. Aerodynamische Aufsätze auf dem Dach erzeugen mit Hilfe des Windes einen Unterdruck im Fassadenzwischenraum, wodurch die solarthermische Durchlüftung unterstützt wird. Mit Lüftungsklappen in der oberen Fassadenöffnung wird die Luftströmung reguliert. Im Winter wird der Luftwechsel verringert, um den Lüftungswärmeverlust zu verringern, im Sommer wird sie hingegen erhöht, um die Kühlung durch Lüftung zu verbessern. Durch das Öffnen und Schließen der Fenster wird die Durchlüftung in den Räumen individuell gesteuert. Während der Heizperiode kann die Abwärme der Abluft durch einen Wärmetauscher zurückgewonnen werden. Wird nur ein Teil der Gebäudehülle als Abluftfassade ausgebildet, kann Frischluft über Fenster in den anderen Fassadenbereichen nachströmen. Die Frischluftzufuhr kann aber auch über Atrien oder - falls erforderlich - über eine mechanische Zuluftanlage erfolgen. Ein steuerbarer Sonnenschutz befindet sich im Fassadenzwischenraum. Die durch Strahlungsabsorption entstehende Wärme wird durch den Abluftstrom in der Fassade wie bei einer konventionellen Abluftfassade abgeführt. Die Sonnenschutzwirkung kann eventuell verringert sein, wenn die Abluftströmung zu gering ist, um die entstehende Wärme abzuführen. Beispiel für eine Anwendung dieses Fassadenkonzepts ist das in der Planung befindliche 22-geschossige Bürogebäude für die Berliner Wohnungsbaugesellschaft GSW (Architekten Sauerbruch / Hutton, Klimaingenieure Guy Battle, Ove Arup), bei dem die Westfassade, als solarthermische Abluftfassade ausgeführt werden soll, während die konventionell ausgeführte Ostfassade mit zu öffnenden Fenster eine natürliche Frischluftzufuhr durch Querlüftung ermöglicht. Der Fassadenzwischenraum ist ein Meter breit und nicht unterteilt, so daß sich über die gesamte Gebäudehöhe der solarthermische Kamineffekt entwickeln kann. Allerdings besteht so auch das Problem der Lärmübertragung zwischen den Geschossen und die Gefahr von Rauchausbreitung und Brandüberschlag. Inwieweit eine nicht unterteilte Abluftfassade realisierbar ist, wird erst die Genehmigungs- und Detailplanung zeigen. Nachteilig ist ebenfalls, daß sich über die große Gebäudehöhe die Abluft im Fassadenzwischenraum zunehmend erwärmt, was die Sonnenschutzwirkung vermindert. Im Winter wird außerhalb der Bürozeiten die oberen Klappen des Fassadenzwischenraums geschlossenen, so daß sich ein isolierendes Luftpolster bildet. In Sommernächten hingegen erfolgt eine Nachtkühlung. Um deren Wirksamkeit zu erhöhen, sind die Decken als Hohlkörper ausgebildet. Diese werden nachts natürlich durchlüftet, wobei sie durch die kalte Außenluft abgekühlt werden, so daß sie am Tag vermehrt Abwärme aufnehmen können. Bei extremen Temperaturen muß eine mechanische Belüftungsanlage unterstützend betrieben werden, um die Frischluft heizen bzw. kühlen zu können. Ein ähnliches Lüftungs- und Fassadenkonzept wurde bei dem Forschungsprojekt 'Green Building' von Ove Arup und Future Systems (1990) entwickelt. Hierbei ist allerdings die gesamte Gebäudehülle als solarthermische Abluftfassade ausgebildet, während das nach unten geöffnete Atrium des aufgeständerten Gebäudes eine natürliche Zuluftführung ermöglicht. Frischluft strömt durch regulierbare Öffnungsklappen am unteren Ende des Atriums in das Gebäude, durchströmt die das Atrium umgebenden Büroräume und strömt dann durch individuell zu öffnende Fenster in den Fassadenzwischenraum und von dort zum Dach. Im Sommer können Klappen am unteren Ende der Fassade geöffnet werden, um Frischluft direkt in den Fassadenzwischenraum zu leiten, wodurch die Luftströmung verstärkt und somit die Abwärme des Sonnenschutzes effektiver abgeführt wird. Die Außenhülle des Gebäudes ist so geformt, daß der Wind die natürliche Lüftung des Gebäudes unterstützt. Zum einen wird ein großer Teil der das Gebäude anströmenden Luft nach oben zum 'Dach' geleitet, wo sie in der Abluftöffnung einen Unterdruck erzeugt und somit Abluft aus dem Gebäude saugt. Zum anderen wird die Luftströmung am unteren Gebäudeteil zu den Zuluftöffnungen geleitet und von diesen mit Windschaufeln in das Gebäude gelenkt. Ein anderes Konzept für eine solarthermische Abluftfassade wurde unter dem Namen 'Twin-Face' von der Fassadenbaufirma ALCO in Zusammenarbeit mit dem Ingenieur Paul Jordan entwickelt. Die Außenfassade ist zweischalig und in vertikale Felder unterteilt, wobei sich neben einem Fensterfeld jeweils ein verglaster Abluftkanal befindet. Die Fenster sind als Kästen ausgebildet. Die äußere Fassadenhaut hat im unteren Bereich des Fensterkastens kleine regulierbare Zuluftöffnungen, durch die Frischluft einströmt. Nach Innen kann ein Lüftungsflügel geöffnet werden, durch den Zu- wie Abluft strömt (vergleichbar der Zweite-Haut-Fassade von Gartner). Seitlich hat der Fensterkasten Lüftungsöffnungen zum Abluftkanal. Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Luft im verglasten Abluftkanal, so daß diese aufsteigt und die Abluft aus den Fensterkästen nachsaugt. Bei Bedarf kann die thermische Abluftströmung durch einen Ventilator mechanisch unterstützt werden. Die Abluftkanäle sind max. 3-4 Stockwerke hoch. Durch die Unterteilung des ca. 25 cm tiefen Fassadenzwischenraums in nur durch kleine Lüftungsöffnungen miteinander verbundene Fensterkästen und Abluftkanäle wird die Schallübertragung zwischen den einzelnen Stockwerken sowie Brandüberschlag und Rauchausbreitung im Brandfall unterbunden. Nachteilig an diesem System ist, daß die Fenster zugleich als Zu- wie Abluftöffnung dienen, was einen ausreichenden Luftwechsel erschweren kann. Die solarthermische Abluftströmung erzeugt im Gegensatz zum zuvor beschriebenen System keine direkte Durchlüftung der Innenräume, da sie mit den Zuluftöffnungen kurzgeschlossen ist. Eine Luftströmung im Innenraum entsteht wie bei der Zweite-Haut-Fassade von Gartner nur aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Fassade und Innenraum, was eine Durchlüftung des Innenraums bis max. 5 m Tiefe erlaubt. Zudem besteht die Gefahr, daß die am Sonnenschutz entstehende Wärme mit der Zuluft in den Innenraum gelangen kann, wodurch ein sommerlicher Überhitzungschutz nicht mehr gegeben ist. Diese Probleme könnten evtl. vermieden werden, wenn die Fassade nur als reine Abluftfassade konzipiert wird und die Zuluft auf anderem Wege in das Gebäude gelangt (mechanische Lüftung oder Querlüftung). Die Wärmedämmung der Fassade ist mit k = 0,85 W / qm K sehr gut. Das Fassadensystem wurde in den letzten Jahren bei einigen kleineren Versuchsbauten realisiert, u.a. dem Verwaltungsgebäude der Firma ALCO in Münster (1991), dem Forschungszentrum der Firma Rudolf in Marlow bei Berlin (1993), dem Verwaltungsgebäude der Firma Anders in Dallgow bei Berlin und dem Eingangsfoyer des Behördenzentrums in Frankfurt Main (1993). Erste Messungen haben eine prinzipielle Funktionsfähigkeit des Fassadenkonzepts gezeigt. In wie weit für einen ausreichenden Luftwechsel eine getrennte Zuluftführung notwendig ist, wird erst die detaillierte Auswertung der Meßergebnisse zeigen. Eine großmaßstäbliche Anwendung dieses Konzeptes erfolgte erstmals mit Umbau und Sanierung des Telekom-Gebäudes in Köln (Achitekturbüro Schlösser) und ist auch bei dem Bürohochhaus für die HeLaBa in Frankfurt Main (Architekt Schweger & Partner) geplant. Zuluftfassaden Zweischaligen Fassaden können auch zur solaren Erwärmung der Zuluft genutzt werden, wobei hier immer ein mechanisches Lüftungssystem erforderlich ist. Frische Außenluft wird während der Heizperiode über die Fassade angesaugt, wobei sie sich wie bei einem Luftkollektor erwärmt. Der Luftkollektor erstreckt sich hierbei in der Regel über die gesamte Südfassade vom Boden bis zum Dach. Der Kollektor - eine der Fassade vorgesetzte einfache Glashaut - ist nach unten hin offen, so daß die Frischluft einströmen kann. Ein Ventilator saugt die erwärmte Zuluft am oberen Fassadenrand ab und leitet sie in das Gebäude. Die Außenwand dient als Absorber und ist gut isoliert. Im Sommer wird unter Umgehung des Kollektors die Frischluft direkt angesaugt. Eine steuerbare Jalousie im Fassadenzwischenraum dient als Sonnenschutz. Zur Abführung von Wärme kann der Fassadenzwischenraum bei Bedarf wie bei einer geschlossenen Pufferfassade durch Öffnen von Lüftungsklappen im Dachbereich natürlich durchlüftet werden. Durch den nächtlichen Stillstand der Lüftungsanlage bildet sich im Fassadenzwischenraum ein wärmeisolierendes Luftpolster, was im Winter vorteilhaft ist. Durch die Schließung des Sonnenschutzes kann die Wärmedämmung dann noch zusätzlich verbessert werden. Zuluftfassaden eignen sich auch sehr gut zur Sanierung von Altbauten, wobei einfach eine Glashaut vor die bestehende Fassade montiert wird. Zuluftfassaden wurde Anfang der 80er Jahre u.a. bei einem Bürogebäude in Dillenburg von Gerd Hauser sowie bei dem Bürogebäude Briarcliff House in Farnborough bei London von Arup Associates realisiert. Messungen haben allerdings gezeigt, daß die solare Vorwärmung der Zuluft beim Briarcliff House nur 1 % der benötigten Heizenergie einspart. Eine bessere Wärmedämmung der schlecht gedämmten Außenhülle (Solarfassade k = 3 W / qm K, Nordfassade 5,7 W / qm K) wäre wesentlich wirkungsvoller gewesen. Allerdings war eine zweite Glashaut allein schon als Schallschutz vor Straßen- und Fluglärm erforderlich. In Leuven (Belgien) wurde mit Hilfe einer Zuluftfassade ein bestehendes Laborgebäude energetisch saniert. Der Tranmissionswärmeverlust konnte durch die Verbesserung des k-Werts von 5 auf 2,4 W / qm K um 65 % verringert werden. Die solare Vorwärmung der Zuluft deckt 10 - 20 % des Heizenergiebedarfs. Pro qm Solarfassade werden jährlich 330 kWh Wärmeverluste eingespart und 50-100 kWh solare Wärme gewonnen. Die mit Wärmebrücken bestehenden Kondenswasserprobleme wurden beseitigt. Die Kühllast wurde durch einen steuerbaren Sonnenschutz reduziert. Ein weiteres, interessantes Zuluftfassadensystem wurde für den Verwaltungsneubau der Firma Glasbau Seele von den Architekten Kauffman Theilig und dem Klimaingenieur Matthias Schuler (Transsolar) entwickelt. Die zehngeschossige Südfassade ist als Zuluftkollektor ausgebildet, dessen integrierter Sonnenschutz die Solarstrahlung absorbiert und somit die Zuluft erwärmt. Frischluft strömt am unteren Ende in die Fassade ein und wird am oberen Ende von einem Ventilator abgesaugt, der die erwärmte Zuluft durch die Speichermassen der vertikalen Tragkonstruktion im Inneren des Gebäudes nach unten drückt. Am Fußpunkt gelangt die Zuluft in den Zwischenraum der zweischaligen Nordfassade, die als passive Pufferzone ausgebildet ist und zweifach isolierverglast ist. Die äußere Hülle ist völlig geschlossen. Durch das Öffnen der Fenster in der inneren Hülle werden die Büroräume je nach individuellem Bedarf mit temperierter Frischluft versorgt. Die Abluft aus den Büros wird über Abluftkanäle von einem Ventilator auf dem Dach abgesaugt, wobei sie dort ihre Abwärme an die Zuluft abgeben kann. Während des Sommers kann das Gebäude durch Öffnung von Lüftungsklappen in der äußeren Gebäudehülle oder aufgrund von mechanischer Lüftung mit kalter Nachtluft durchströmt und gekühlt werden. Durch die zweischalige Fassade wird der Heizenergiebedarf von 75 kWh / qm Jahr auf 30 kWh / qm Jahr gesenkt. Der Baukörper ist nach Süden geneigt, um so die solaren Wärmegewinne im Sommer zu reduzieren. Ungelöst an diesem Konzept ist das Problem der Schallausbreitung zwischen den einzelnen Bürogeschossen und die Gefahr von Rauchausbreitung und Brandüberschlag. Weiterentwicklungen Die hier vorgestellten Konzepte für Klimafassaden geben nur einen Einblick in die verschiedenen Möglichkeiten. Es sind zahlreiche Variationen, Mischformen und Weiterentwicklungen der dargestellten Grundtypen denkbar. Da Klimafassaden als multifunktionale Bauteile eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen müssen und u.a. die Belüftung, Belichtung und Temperierung des Gebäudes wesentlich bestimmen, ist ihre Planung wesentlich anspruchsvoller und komplexer als die herkömmlicher Fassaden. In jedem Falle müssen Fachingenieure frühzeitig hinzugezogen und das Konzept mit Hilfe von Umweltsimulationen überprüft werden. Je nach Orientierung und Umweltbedingungen sind für die verschiedenen Fassaden eines Gebäudes zumeist unterschiedliche Fassadensysteme zu entwickeln. Solare Wärmgewinne sind nur bei südorientierten Fassaden möglich. Eine zweischalige Ausbildung der anderen Fassade kann jedoch aufgrund des Lüftungskonzepts bzw. aus Wärme- und Schallschutzgründen sinnvoll oder gar notwendig sein. Da Klimafassaden im Zusammenspiel mit Baukörper und Haustechnik das Gebäudeklima regulieren, müssen sie auch gemeinsam mit diesen geplant werden. Zweischalige Fassaden erfordern bei der Herstellung einen erheblichen finanziellen (ca. 350 - 500 DM / qm) und energetischen Mehraufwand. In jedem Einzelfall ist zu untersuchen, ob der Mehraufwand bei der Erstellung sich aufgrund der Einsparung im Gebäudebetrieb (Lüftung, Heizung, Kühlung, Kunstlicht) lohnt. Dabei sollten auch finanziell nicht relevante Faktoren wie Umweltfreundlichkeit und Arbeitsplatzqualität berücksichtigt werden. Andererseits ist zu beachten, daß sich durch zweischalige Fassaden auch der Reinigungsaufwand für die Fassaden im Gebäudebetrieb erhöht. Bei einer ungenügenden Planung können zweischalige Fassaden gänzlich wirkungslos sein, wie sich bei einigen ausgeführten Bauten in der Vergangenheit gezeigt hat. Ungünstigstenfalls kann sich die zweischalige Fassade sogar negativ auswirken. Für eine optimale Tageslichtausleuchtung reicht es im allgemeinen aus, wenn ein Drittel der Fassadenfläche als Fenster ausgebildet ist. Die völlige Transparenz der Gebäudehülle ist zumeist ein rein ästhetisches Konzept, das klimatechnisch problematisch sein kann. Ist weder aus architektonischen Gründen eine völlige Transparenz der Fassade gewünscht noch aus schallschutztechnischen Gründen eine hermetisch geschlossene Gebäudehülle notwendig, sind energetisch optimierte Lochfassaden (wie z.B. die Integralfassade) mit sehr guter Wärmedämmung und zu öffnenden Fenster in vielen Fällen nach wie vor von Vorteil. Zweischalige Fassaden in Kombination mit natürlicher Lüftung befinden sich noch am Anfang ihrer Entwicklung. Wesentliche Weiterentwicklungen sind in den nächsten Jahren und Jahrzehnten zu erwarten. Hierbei werden die Erfahrungen mit den ersten ausgeführten Bauten sowie die Simulationsmögichkeiten neuer Computerprogramme wichtige Anregungen geben. Besonders interessant werden hierbei natürliche Lüftungskonzepte für Hochhäuser sein. Gestalterisch bietet die zweischalige Fassade die Chance der Weiterentwicklung der architektonischen Tranparenz. Durch die Entmaterialisierung der Außenwände haben diese ihre Tiefe und ihr Volumen verloren. Oft wird die reine Glashaut als ein zu direkter, unvermittelter Übergang zwischen Gebäude und Außenraum, zwischen privater und öffentlicher Sphäre empfunden. Bei der mehrschichtigen Fassade wird die Masse durch eine Staffelung verschiedener Schichten ersetzt. Es entsteht ein Übergangsraum, der zwischen der Innenwelt des Gebäudes und dem Straßenraum vermittelt, nicht nur in klimatischer, sondern auch in sozialer und räumlicher Hinsicht.
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	Weiterführende Literatur : - Othmar Humm: Niedrig Energie Häuser, Freiburg 1990 - H. Müller, M. Balkowski: Abluftfenster in Bürogebäuden, in: Zeitschrift HLH, Heft 10 1983 - Forschungsstelle Solararchitektur (Hrsg.): Erfahrungsaustausch Doppelwandfassaden, Zürich 1992 - Eberhard Oesterle: Doppelschalige Fassaden - Konzepte der Zukunft, in: Zeitung CCI Clima Commerce International, 7.6.1993 - G. Hauser, B. Heibel: Durchströpmte Vorhangfassaden zur Vorwärmung der Zuluft mechanischer Lüftungsanlagen, Forschungsbericht, Kassel 1994 - Rolf W. Peter: Potentialstudie bezüglich Luftabsaugfassaden, Forschungsbericht, Zürich 1991 - und zahlreiche Zeitschriftenveröffentlichungen über einzelnen Projekte
	Philipp Oswalt & Wolfgang Schöning erschienen in : 'Wohltemperierte Architektur' \| Hrsg. Philipp Oswalt (unter Mitarbeit von Susanne Rexroth) \| Heidelberg \| 1994 Quelle: http://www.oswalt.de/de/text/book/wa_fassaden_p.html

''Wohltemperierte Architektur' | Zweischalige Klimafassaden