Darüber hinaus ist die Fassade wichtiges Schlüsselelement der Hausautomation und hier unbedingt miteinzubeziehen. Denn zentrale Aspekte für das Smart Building sind Sicherheit, Beschattung, Raumklima, Beleuchtung, Energie und Komfort. In all diesen Belangen stellt die Fassade – und mit ihr Fenster, Türen, Schiebetüren und komplette Verglasungen ein entscheidendes Element dar. Durch intelligente Fassaden, die selbstständig auf ihre Umwelt reagieren, können Sicherheit und Komfort im Gebäudeinneren weiter gesteigert und gleichzeitig der Energieverbrauch für Lüftung, Beleuchtung und Kühlung gesenkt werden. Intelligente Fassadensysteme stellen für Neubauten und die energieeffiziente Sanierung von Gebäuden eine besonders zukunftsträchtige Technologie dar.
Bei einer sensorgesteuerten Automatisierung im Smart Building stehen fassadenseitig intelligente Fenster im Vordergrund. Relevant für die weitere Optimierung ist das Glas. Wird auch dieses smart, ermöglicht es ein intelligentes Tageslichtmanagement und schafft dadurch eine zusätzliche Steigerung von Komfort und Funktionalität im Gebäudeinnern. Der Einsatz von elektrochromem Glas erlaubt blendfreies Arbeiten am Bildschirm bei gleichbleibend angenehmer Helligkeit und uneingeschränkter Sicht nach draussen. Auf aussenliegende Beschattungsvorrichtungen kann verzichtet werden. Die Fassade mit dimmbarem Glas wird dadurch besonders wartungsarm.
Als Schnittstelle für die Energiebilanz eines Gebäudes erhält die Fassade in Zukunft eine zusätzliche funktionale Ausweitung. Denn in Zeiten von Klimawandel und Energiewende sind für den Fassadenbau mehr als nur formale Erfindungen und virtuose Verschönerungen gefragt. Der Fassadenbau von morgen hat noch mehr Regulierungen und Vorgaben einzuhalten, noch mehr bauphysikalische und formalästhetische Anforderungen zu erfüllen. Die Fassade von morgen muss funktionieren und repräsentieren; sie muss ohne Wartung noch energieeffizienter und noch intelligenter werden als sie heute schon ist.
Ein durchschnittliches Gebäude wird definiert durch seine Dachfläche sowie meist vier Fassadenflächen. Fassaden sind folglich schon flächenbedingt prädestiniert, um für die Solarstromerzeugung genutzt zu werden. Optimal ausgerichtete Anlagen in der Fassade können hohe Erträge von bis zu 75 Prozent (Quelle: https://www.energieheld.ch/solaranlagen/photovoltaik-loesungen/solarfassade) erzielen. Im Vergleich zu einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach haben Fassadenanlagen weniger jahreszeitliche Schwankungen und tragen dadurch stärker zur Energieversorgung im Winter bei. Im Gegensatz zu Aufdachanlagen spielen Verschmutzungen oder Leistungseinbussen durch schneebedeckte Module an der Fassade kaum eine Rolle.
Bei einer PV-Anlage in der Fassade sind die relativen Mehrkosten gegenüber einer Anwendung auf dem Dach niedriger (Quelle: SFHF) Dies, weil ein energieerzeugendes System in der Fassade gleichzeitig auch die funktionellen Aufgaben einer Fassadenbekleidung übernimmt. Mit ihrer modernen Solartechnologie unterstützen fassadenintegrierte PV-Anlagen die Entkarbonisierung der Schweizer Energieversorgung. Zudem signalisiert eine Solarstromerzeugung an der Fassade eine progressive und lösungsorientierte Denkweise der Bauherrschaft. Die Nachfrage nach PV-Fassadenanlagen wird sich weiter verstärken durch die Tatsache, dass die energetischen Anforderungen an Gebäude durch die Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (MuKEn) schweizweit deutlich erhöht werden.
Gebäude mit bewachsenen Fassaden erhalten durch die Begrünung ein aufregendes Erscheinungsbild, das sich mit den Jahreszeiten verändert, wächst und blüht. Doch die eigentliche Funktion einer Vertikalbegrünung ist es, Glasflächen zu beschatten, Strassenlärm zu absorbieren, eintönige Mauern zu kaschieren, Luftschadstoffe zu filtern und die Biodiversität zu fördern. Zudem reguliert sie auch die Temperatur des Gebäudes. Denn in dicht bebauten Innenstädten oder Quartieren mit vielen versiegelten Flächen wird die Hitze zusätzlich abgestrahlt und allfälliges Regenwasser zu schnell abgeleitet.
Bidlquelle: parkroyalhotels.com © Patrick Bingham Hall
Pflanzen wachsen fast überall und brauchen keine Erde, solange sie Wasser und Licht zur Verfügung haben. Um das Wachstum begrünter Fassaden zu sichern werden die Pflanzenarten je nach Besonnung ausgesucht und wenn nötig automatisch bewässert. Die grüne Revolution – in Singapur wird sie beispielhaft vorangetrieben. Die dortige Regierung fördert und fordert begrünte Fassaden. Eine Baugenehmigung ist vom Begrünungskonzept der Fassade abhängig. Rund um «vertikale Gärten» hat sich eine ganze Branche entwickelt und Singapur dadurch in einen grünen Stadtstaat verwandelt.
Auch bei uns sind vertikale Gärten ein willkommener Ersatz für Grünflächen und eine Aufwertung der Lebensqualität für die Menschen, die in begrünten Gebäuden leben oder arbeiten; insbesondere im Hinblick auf die weitere Verdichtung des urbanen Raums. Deshalb sind begrünte Fassaden eine wirksame Ergänzung im Repertoire von Architekten und Fassadenplanern. Und: Immobilien erfahren durch eine Fassadenbegrünung eine deutliche Wertsteigerung. Ein Vorzeigebeispiel aus der Schweiz? Das Labor- und Bürogebäude auf dem Novartis Campus Areal.
Die Fachjury des Schweizer Solarpreises würdigte die neue Gebäudehülle des 70er-Jahre Hochhauses an der Thiersteinerallee als «gelungene und gut integrierte Lösung, welche den hohen gestalterischen Ansprüchen gerecht wird». Die grosse Herausforderung, bei der Sanierung einen Spagat zwischen Leistung und Ästhetik zu bewerkstelligen, haben Burckhardt+Partner Architekten und das Aepli-Team mit ihrer Lösung vorbildlich erfüllt. Die Basis bilden 3000 m2 geschlossene, energetisch hocheffiziente Doppelhautfassade (CCF/AAC Aepli-Air-Control®) im Closed-Cavity-System. Dank den damit erreichten Dämmwerten konnte in Verbindung mit diversen gebäudetechnischen Massnahmen der Gesamtenergiebedarf des Hochhauses um über 25 % gesenkt werden.
Die als eingehängte Brüstungsverkleidung integrierte 158 kW PV-Anlage erzeugt zudem 69'800 kWh/a und trägt damit rund 6 % zur Eigenenergieversorgung bei. Mit ihrer satinierten und bedruckten Glasoberfläche vermitteln die PV-Module ein einheitliches Erscheinungsbild. Sie unterstreichen die neuen, grösseren Fensterflächen, welche heute für eine optimale Ausnutzung des Tageslichts und lichtdurchflutete Räume sorgen.
Die Auszeichnung mit dem Schweizer Solarpreis 2021 würdigt nicht nur das innovative Resultat, sondern auch die unsichtbaren Faktoren bei einem solch komplexen Fassaden- und Metallbauprojekt: Die präzise Planung, die hohe Sorgfalt bei der Produktion der Bauteile sowie die Kompetenz bei Logistik und der termingerechten Montage.
Was macht die neue Fassade des neuen HSG Learning Centers so besonders?
Das Projekt ist in verschiedenster Hinsicht sehr speziell und herausfordernd. Das beginnt bei der Architektur und geht über die Logistik bis zur äusserst anspruchsvollen Montage.
Dann starten wir bei der Architektur.
Um die vom Architekten gewünschte Leichtigkeit und Transparenz zu erzeugen, arbeiten wir mit raumhohen Fassadenelementen aus Glas, die keine Brüstung aufweisen.
Was «leicht» aussieht, ist nicht «leicht» umzusetzen?
Genau diese Leichtigkeit erzeugt äusserst anspruchsvolle technische und planerische Herausforderungen. Was sowohl mit der konsequenten Trennung von Gebäudestruktur und Fassadenhaut als auch mit der Grösse der Fassadenelemente sowie den fehlenden Brüstungsbändern zusammenhängt.
Was heisst das für die Montage?
Die 448 Fassadenelemente sind direkt miteinander verbunden; es gibt keinen Anfang und kein Ende. Die sonst üblichen Zwischenräume einer Brüstung, die eine Nachjustierung ermöglichen, gibt es einfach nicht. Bei dieser Art der Konstruktion führen kleinste Abweichungen dazu, dass das Ganze nicht passt.
Also eine Null-Toleranz-Fassade?
Genau. Man kann sich das vorstellen wie bei einem Steckregal, das man im Keller stehen hat. Da hilft am Schluss meistens nur der Gummihammer. Nur hilft uns dieser auf der Baustelle nicht wirklich weiter.
Wie wird diese Präzision erreicht?
Wir arbeiten eng mit dem Baumeister, dem Gerüstbauer, dem Dachdecker, der Haustechnik und den Kranführern zusammen. Nur wenn alle ihren Toleranzrahmen strikt einhalten, kann ein solches Produkt realisiert werden. Die sehr grossen Elemente werden vom Kran zwischen Gerüst und Gebäude heruntergelassen und dann von vier Mitarbeitenden des Aepli-Montageteams exakt auf vormontierte Ankerpunkte und das darunterliegende Modul gesteckt. Dabei helfen uns Lasermessgeräte, die Ankerpunkte vorgängig am Rohbau exakt zu setzen. Ein nachträgliches Ändern der Ankerpunkte ist nicht mehr möglich.
Die Elemente wurden alle in der Aepli-Produktionshalle vorproduziert?
Ja. Sonst wäre eine solche Präzision gar nicht möglich. Die übergrossen Fassadenelemente führten aber dazu, dass diese nicht wie sonst üblich «stehend» auf dem Lastwagen transportiert werden konnten. Um die liegenden Elemente auf der Baustelle aufzustellen, und an den Montagekran zu hängen, braucht es einen zweiten Kran. Die Logistik ist also äusserst aufwendig.
➔ Zum News-Artikel über das HSG Learning Center
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Die Empa ist eine Forschungseinrichtung für Materialwissenschaft und -technologie. Sie gehört zum ETH-Bereich und ist somit ein wichtiges Element in Bildung, Wissenschaft und Innovation in der Schweiz. Heute besteht oft eine grosse Lücke zwischen Technologien, die im Labor funktionieren, und dem Markt, der zuverlässige, ausgereifte Produkte verlangt. NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) überbrückt diese Lücke zwischen Forschungslabor und Markt und trägt dazu bei, dass neue nachhaltige Lösungen im Bauwesen schneller Fuss fassen können.
Die neueste Unit heisst STEP2-Unit und fördert Innovationen in den NEST-Schwerpunktthemen Kreislaufwirtschaft, industrielle und digitale Fabrikation sowie Gebäudehülle und Energiesysteme. Partner aus Forschung und Wirtschaft arbeiten gemeinsam konsequent auf marktfähige Lösungen hin. Die Unit befindet sich momentan in der Planung. Nach ihrer Fertigstellung, die auf Sommer 2022 geplant ist, wird sie als Innovationswerkstatt und Büroumgebung dienen.
Wir sind stolz darauf, als Partnerin im Themenkreis «Gebäudehülle» aktiv an der technologischen Zukunft mitzuwirken. Der Fassade kommt heute bei der energetischen Leistung und dem Komfort eines Gebäudes eine zentrale Rolle zu. Die Fassade der STEP2-Unit wird deshalb als Entwicklungs- und Versuchsplattform für verschiedene NEST-Partner und deren Innovationsthemen ausgelegt. Ihre Konstruktion erlaubt es, bestimmte Fassadenmodule mit minimalem Aufwand auszuwechseln. In der vorgesehenen, thermisch abgetrennten Innovationswerkstatt wird dies auch im laufenden Betrieb ohne Komforteinbussen für die Nutzer möglich sein.
Ein Kernthema der Fassade ist das Beschattungssystem. Mit unterschiedlichen Ansätzen wird die Funktionalität, Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit von neuen Beschattungssystemen und Materialien untersucht und deren Einfluss auf das Energiekonzept evaluiert. Dank der modularen Fassadenbauweise können komplett neue Beschattungssysteme unter kontrollierten Bedingungen im Werk in das Fassadenelement eingebaut und anschliessend als Einheit am Gebäude montiert werden. Ergänzt werden diese Beschattungssysteme durch innovative Verglasungssysteme, welche den Licht- und Energieeintrag in das Gebäude beeinflussen. Durch mikrostrukturierte Folien- und Flachglassysteme wird Sonnenlicht zielgerichtet in das Gebäude gelenkt oder im Bedarfsfall auch reflektiert. Dadurch kann zum Beispiel eine bessere und tiefere Raumausleuchtung erreicht werden, was den Beleuchtungsenergiebedarf senkt. Ein weiterer Anwendungsfall reduziert die Gebäudeüberhitzung durch Sonneneinstrahlung im Sommer, wohingegen im Winter diese Einstrahlung zugelassen wird, um damit Heizenergie einzusparen.
Ein zusätzlicher Schwerpunkt liegt bei der Energiegewinnung. Die Fassade soll sich positiv auf die Energiebilanz des Gebäudes auswirken. Dazu werden verschiedene Techniken und Einbaupositionen von Photovoltaik in der Fassade kombiniert und deren Effizienz und Wirtschaftlichkeit untersucht. Der laufende Betrieb der Unit ermöglicht zudem eine Berücksichtigung des effektiven Nutzerverhaltens und liefert dadurch wertvolle Daten.
Titelbild: Zooey Braun, Stuttgart; Wojciech Zawarski; Empa
Die Grundgedanken der Architekten von Stücheli zum HIF-Gebäude lassen sich in zwei Punkten zusammenfassen:
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden hinterlüftete Holzelemente als Fassadenpaneele entwickelt, die durch Glasfassadenelemente ergänzt werden. Diese werden dann in den Bereichen mit Sonneneinstrahlung mit Photovoltaikelementen bestückt. Die vorgehängte Glas-Metall-Fassade bietet einen optimalen Schutz für die Holzelemente, die gegen innen für ein angenehmes Raumklima sorgen, und produziert gleichzeitig Energie.
Aepli Metallbau agiert bei der Gebäudehülle als «Generalunternehmer». In dieser Funktion hat er Blumer-Lehmann als Projektpartner für die Holzkonstruktion der Hybrid-Fassade ins Boot geholt. Blumer-Lehmann zeichnet sich wie Aepli Metallbau als Innovationstreiber in der eigenen Branche aus. Dazu kommt, dass beide Unternehmen in Gossau SG zu Hause sind und mit der Produktion in der Ostschweiz auch logistisch ihren Beitrag zur Nachhaltigkeit liefern.
Für das einheitliche Erscheinungsbild werden farbige Gläser auf Basis der Kromatix-Technologie eingesetzt.
Die erste Etappe ist umgesetzt und ein Teil der Belegschaft ist in den Neubau umgezogen. Aktuell laufen die Abbrucharbeiten der Fassade beim Altbau.
Ein aktuelles Beispiel: das Gebäude der Swiss Life AG an der Badenerstrasse 170/172 im Zürcher Kreis 4, welches 1984 als reiner Bürokomplex konzipiert wurde. Es verfügt über eine komplexe Geometrie mit vielen Ecken und Nischen. Während der Komplettsanierung zwischen Frühling 2019 bis Frühling 2021 wurde auch die gesamte Gebäudehülle erneuert. Das im eher nüchternen Betonstil der 1980-er Jahre gebaute Doppelgebäude mit der markanten Passarelle wird künftig von einer eleganten Aussenarchitektur geprägt und zudem auch energietechnisch auf einen modernen Stand sein. Dank der Licht durchfluteten Räume enstehen rund 1’250 modernste Arbeitsplätze.
Die Fassade wird in Elementbauweise im Aepli-Werk vorgefertigt. Die geschosshohen Elemente sind in unterschiedlicher Ausführung konzipiert und umfassen dabei Brüstungen, Festfelder, Lüftungsflügel und Putzflügel. Für ein homogenes Erscheinungsbild sorgen Brüstungen und Lisenen aus Glasfaserboten. Die rückversetzte Attika zeichnet sich durch raumhohe Verglasungen mit maximaler Transparenz aus.
Fassaden mit feuerverzinkten Stahlblechen liegen im Trend; verlangen aber nach ganz besonderen besonderen Kenntnissen und Fähigkeiten seitens des Fassadenbauers, was Handling und Verarbeitung betrifft. Gerade bei solchen Projekten kann die Aepli Metallbau AG alle ihre Kompetenzen voll ausspielen.
Darauf ausgelegt, besoders langlebig zu sein und dabei nie besonders gut aussehen zu müssen, ist Stahlblech ein dementsprechend schwierig zu bearbeitendes Material, wenn es ausnahmsweise einmal grossflächig zum Einsatz kommt. Denn die frisch verzinkte Oberfläche hat ihre Tücken. Sie reagiert – manchmal sehr schnell und manchmal mit monatelanger Verzögerung – enorm empfindlich auf Umwelteinflüsse wie Staubpartikel, Schwitzwasser von Händen und vieles mehr. Alles Faktoren, die sich auch bei einem extrem sorgfältigen Umgang mit diesem Material, mit z.B. speziell entwickelten Transportböcken und Montagevorrichtungen, nie ganz vermeiden lassen.
Bei der Umsetzung dieses sehr anspruchsvollen Projekts konnten wir natürlich auch auf die Erfahrungswerte aus dem Projekt «Aquila» aus dem Jahr 2016 zählen.
Quelle Titelbild: espazium.ch
Sou Fujimoto ist ein grosser Architekturträumer. Mit seinen Bauwerken lotet er immer wieder aus, was in der Architektur möglich ist. Oft fällt es schwer, seine Gebäude überhaupt zu klassifizieren. Der Betrachter reibt sich verwundert die Augen und fragt sich, ob das wirklich ein Gebäude oder doch eher eine räumliche Illusion ist. Selbst für japanische Verhältnisse wirken seine Bauten radikal.
Die sichtbare Leichtigkeit und Transparenz basiert jedoch auf äusserst anspruchsvollen technischen und planerischen Herausforderungen. So hatten sie ingesamt nur drei Anbieter um die Umsetzung der komplexen Fassade beworben. Vielleicht kam uns bei der Ausschreibung auch zugute, dass wir auf Erfahrungen mit japanischen Architekten verweisen konnten. Nach Shigeru Ban und Yoshio Taniguchi ist Sou Fujimoto bereits der dritte Japaner mit einer Aepli-Fassade.
Wir von Aepli sind überzeugt davon, dass wir mit unseren Kompetenzen und Fertigkeiten auch in der Champions League der Fassadenbauer mitspielen könnten. Leider gibt es in der Schweiz sehr selten solche herausragenden Projekte wie zum Beispiel das von Zaha Hadid entworfene «The Opus» in Dubai. Das hat wohl auch damit zu tun, dass die Baureglemente in der Schweiz nicht ganz so viel Kreativität wie andernorts zulassen.
Auch wenn wir solche Projekte auf Basis von 3D-Modellierungen umsetzen könnten, ist es mit der Kostenstruktur in der Schweiz unmöglich, sich um solche Aufträge zu bewerben. Und ins Ausland zu expandieren ist nicht unser Ziel. Darum wollen wir auch weiterhin an der Spitze der Super League mitspielen: So haben wir zum Beispiel mit dem Kauf des Areals in Sommerau unsere langfristige Zukunft in Gossau sichergestellt. Zudem werden wir stark in neueste Produktionstechniken und Digitalisierung investieren. Vor allem für die Automatisation wird viel Platz benötigt, die Sommerau ist dafür der ideale Standort, um weiterhin vorne an der Spitze dabei zu sein.
«Digitalisierung ist ein Modebegriff, denn digitalisierte Prozesse sind bereits seit mehreren Jahren in Unternehmen verankert.» – Roman Aepli
Welche Entwicklungen sind derzeit im Fassadenbau erkennbar?
Früher prägten Kirchen oder Museen das Stadtbild. Heute nutzen Firmen wie Swatch, Roche oder Novartis Corporate Architecture zur Selbstverwirklichung. Und das geschieht vorzugsweise durch die Aussenwirkung – mit Fassaden. Dabei wandeln sich Fassaden zu Maschinen, bestückt mit verschiedenen mechanischen Bauteilen wie Sonnenschutzsystemen. «Organische» Gebäudehüllen unterstützen diesen Trend. Auch energieerzeugende Fassadenbauteile werden inzwischen häufiger verbaut, was hinsichtlich der Ästhetik fraglos Vorzüge bringt. Doch Architekten geraten mitunter in Nöte, wenn Teilbeschattung die Fassade erreicht. Fassaden dienen den Architekten noch immer der ästhetischen Verwirklichung. Wir möchten dazu unseren Beitrag leisten.
Wie hilft digitale Planung dabei?
Auf Grundlage der klassischen Planung in 2-D und 3-D entwickeln wir Schnittpläne und generieren daraus Konstruktionsbauteile in 3-D, bevor diese in den Herstellungsprozess überführt werden. 40 Personen, unterteilt in mehrere Projektteams, befassen sich mit der Planung und der Ausführung. Ein Teamleiter ist jeweils für die Teams von 4 bis 10 Personen verantwortlich.
Welche Vorteile bringt die Digitalisierung?
Digitalisierung ist ein Modebegriff, denn digitalisierte Prozesse sind bereits seit mehreren Jahren in Unternehmen verankert. Die gesamte Wertschöpfungskette lebt davon, die bei uns mit einem Enterprise-Resource-Planning-System (ERP-System) sichergestellt wird. Die anfangs erstellten Daten werden für Folgeprozesse im Hintergrund verarbeitet. Denn digitales Bauen berührt alle Arbeitsschritte. Das fängt bei der Kalkulation und der Leistungsvergabe an, erreicht den Produktionsprozess und endet mit der Schlussrechnung.
Wo lauern Hindernisse?
Die Einzelbauteilfertigung erschwert den Aufbau von ERP-Systemen. Obwohl man auf eine Basis von Konstruktionselementen zurückgreifen kann, müssen diese objektspezifisch angepasst werden. In anderen Branchen gibt es Artikelnummern für seriengefertigte Bauteile, die abgerufen und entsprechend verbaut werden. Unsere Elemente sind hingegen Unikate, was die Planung und die Produktion anspruchsvoll macht. Besonders die Projektleiter sind gefordert. Es gibt praktisch nur einen Versuch, um die Fassaden zu realisieren, denn die angefertigten Prototypen können auch aufgrund des engen Zeitrahmens jeweils nur um Nuancen verändert werden. Erfahrungsgemäss ist der Bewilligungszeitraum von Projekten stets zu grosszügig und die Ausführung zu kurz.
Wie lässt sich dem entgegenwirken?
Um die Wertschöpfungskette zu erhalten, ist Datenmanagement immens wichtig. Falsches Zeitmanagement kann zum Hindernis werden. Es braucht zuverlässige Lieferanten, um Lieferzeitpunkt und Qualität einzuhalten.
Wie nehmen Sie die Entwicklungen in der Baubranche mit BIM wahr?
BIM kommt vor allem bei Grossprojekten zum Tragen, um die Koordination innerer Abläufe und der Gebäudetechnik zu gewährleisten. Die Bedeutung von BIM wird im Fassadenbau vermutlich etwas überschätzt, obwohl BIM sicherlich den Trend zu «organischen» Gebäudehüllen durch Einbezug von Rasterpunkten sinnvoll unterstützen kann. Bei zwei BIM-Projekten mussten die Architekten unsere Elemente in BIM integrieren und dabei stark vereinfachen, um aufgrund der unzähligen Details eines Metallbauprofils die zulässige Datenmenge nicht zu überschreiten. Die Implementierung von Metalbauteilen in BIM wird dadurch erschwert.
Wie zeigen sich die Vorteile der modellbasierten Planung?
Modellbasierte Planung bringt vor allem während der Produktion einen Nutzen. Es erspart die abermalige Aufbereitung von Daten. Wir müssen sie lediglich umwandeln, beispielsweise in Step-Dateien. Wenn bei der 3-D-Eingabe kein Fehler passiert, ist das Resultat auch präzis. Treten dennoch Fehler auf, sind sie in der Regel bereits im 3-D erkennbar. Die Produktion wird somit deutlich beschleunigt, und die Qualität der Bauteile wird erhöht. Deshalb ist 3-D-Produktion zugleich Qualitätssicherung. Um später auf die Daten zurückgreifen zu können, müssen sie nach der Produktion korrekt verwaltet werden.
Womit liessen sich die Planungsprozesse optimieren?
Konstruktive Aufbauten von Fassadenelementen sind nicht normiert. Aufgrund der individuellen Anforderungen von Fassaden entwickeln wir jeweils kastenweise neu. Die technischen Anforderungen bleiben gleich, nur die Dimensionen variieren. Um künftig Einheitsdaten nutzen zu können, müssten zum Beispiel Unterkonstruktionen, Profile oder Profilkombinationen standardisiert werden. Zudem orientieren wir uns am technologischen Wandel mit seinen ständigen Neuerungen.
Quelle: Architektur+Technik
Die Ökobilanzdatensätze aus der KBOB-Liste werden von Softwares wie MINERGIE-ECO, eco-bau, eco-devi und als Basisdaten herangezogen.
Durch das Ingenieurbüro Treeze Ltd. wurden in der KBOBListe 2016 insgesamt ca. 110 Datensätze überarbeitet. In der Rubrik 05 «Fenster …» wurden alle Basiswerkstoffe überarbeitet. Für Fensterrahmen aus Holz-Metall liegt der UBP-Totalwert um 28% höher als für Aluminium mit 80% Anteil Recycling-Aluminium und Recycling-Polyamidleisten. Im Auftrag des Bundesamts für Energie BFE wurde im Rahmen des Projekts QualiBOB1 die sogenannte KBOB-Liste um Ökobilanzdaten im Baubereich erweitert und erneuert. Das Projekt wurde bereits 2016 abgeschlossen.
Aluminium ist ein prädestinierter Werkstoff für ein Höchstmass an Nachhaltigkeit. Aluminium wird genutzt und nicht verbraucht. Im Produktionsprozess wurde in den letzten Jahren der Energieaufwand deutlich reduziert und immer mehr Recycling-Aluminium kommt in den Kreislauf zurück. Die Wiederaufbereitung von Recyclingmaterial benötigt nur noch 5% der ursprünglichen Energie.
Der Recycling-Aluminium-Anteil, der in den kommenden Jahren in den Kreislauf zurückfliesst, steigt von Jahr zu Jahr, weil auch die eingesetzten Aluminiumfassaden in den 60er- und 70er-Jahren einen grossen Aufschwung erlebten und heute vermehrt zurückgebaut werden und durch neue Glas-Metall-Fassaden ersetzt werden. Der hohe monetäre Wert des Werkstoffs Aluminium motiviert Recycling-Werke, grosse Investitionen in die Technologie zur Rückgewinnung der Aluminiumschrotte zu tätigen. Es ist ein Werkstoff, der zu Recht unter die Bezeichnung «Kreislaufwirtschaft» fällt.
Aluminiumfassaden und -Fenster sind über die ganze Lebensdauer korrosionsgeschützt und müssen nicht gegen Pilzbefall oder Rost geschützt werden. Die sehr lange Lebensdauer von Aluminiumfassaden hilft zusätzlich, die Ökobilanz zu verbessern. Aluminium-Vorhang-Fassaden und -Fenster erbringen architektonische Höchstleistungen. Die ausführbaren maximalen Elementdimensionen, verbunden mit Filigranität und höchsten statischen Werten, lassen jedes Architektenherz höherschlagen. Aluminiumkonstruktionen sind sehr schlank, wirken edel und ermöglichen durch den grossen Glasanteil helle und lichtdurchflutete moderne Innenräume. Daraus resultiert zusätzlich hohe passive Sonnenenergie-Nutzung.
Die Funktionalitäten von Aluminiumfassaden- und -fensterkonstruktionen sind in jeder Hinsicht kaum zu schlagen. Aluminium-Systemhäuser bieten im Standardangebot Lösungen mit Schalldämmwerten von bis über 50 dB(A) an. Die Systeme sind auch ausgelegt für Glaseinbauten über 70 mm Gesamtstärke. Aluminiumkonstruktionen bieten Architekten grosse Entscheidungsfreiheit, objektspezifisch die gewünschten Öffnungsarten über die Dreh- und Drehkippfenster hinaus auch aus Parallel-Ausstellfenstern, Senkklappfenstern wie auch Wende- und Schwingflügeln auszuwählen. Flügel mit sehr grossen Dimensionen und Gewichten von über 300 kg sind bewährt und in vielen Objekten eingesetzt. Aluminiumfenster und -türen können aus dem Sortiment mit Einbruchssicherung standardmässig bis RC3 ausgestattet werden.
Mit Unterstützung der SZFF Schweizerische Zentrale Fenster und Fassaden wurden die Ökobilanzdatensätze für Aluminium und Aluminiumbauteile grundlegend überarbeitet und auf den neuesten Stand gebracht. Seit Anfang 2017 steht die KBOB-Liste nun allen Beteiligten im Baubereich als Entscheidungs- und Planungsinstrument zur Verfügung. Aktualisierte Sachbilanzen und Aluminiummassenströme, konkret für den Schweizer Markt, führen zu einer Neupositionierung von Aluminiumprodukten.
Eco-Bau ist die gemeinsame Plattform öffentlicher Bauherrschaften von Bund, Kantonen und Städten mit Empfehlungen zum nachhaltigen Planen, Bauen und Bewirtschaften von Gebäuden und Anlagen. Der Verein eco-bau entwickelt und aktualisiert Planungswerkzeuge für nachhaltiges Bauen (Definition und Kriterien gemäss Empfehlung SIA 112/1 Nachhaltiges Bauen). Diese Werkzeuge dienen der Optimierung der Planung, der Realisierung, des Betriebs und des Rückbaus von Gebäuden. Durch entsprechende Weiterbildungen fördert eco-bau die breite Anwendung der Planungswerkzeuge durch die Bauämter, die Planenden und weitere interessierte Kreise.
Eines dieser Instrumente sind die sogenannten KBOB-Empfehlungen zu nachhaltigem Bauen. Hierin werden Ökobilanzkennwerte (UBP’13-Umweltbelastungspunkte 2013, erneuerbare/nicht erneuerbare Primärenergie, Treibhausgasemissionen) für Baumaterialien, Gebäudetechnik, Energiesowie Transporte gelistet, um den Planenden und Ausschreibenden den Einstieg in diese Thematik zu erleichtern. Unter Mitwirkung der SZFF wurden die bisherigen Ökobilanz-Datensätze zu Aluminiumhalbzeugen (Bleche, Profile) und Aluminiumfenstern überarbeitet, aktualisiert und in der aktuellen KBOB-Empfehlung, Stand Dezember 2016, veröffentlicht.6
Die Ökobilanzdatenbank ecoinvent ist eine weltweit führende Quelle für Ökobilanzdaten. Die hierin enthaltenen Sachbilanzen (Life Cycle Inventory) zur Aluminiumherstellung wiesen jedoch zu Beginn dieses Projekts ein Alter von mehr als zehn Jahren auf und mussten dringend aktualisiert werden.
Mit Verweis auf die Erhebungen von European Aluminium2 konnten die Sachbilanzen und Datensätze für die Herstellung von Primäraluminium und Sekundäraluminium aus Prozessschrotten (New Scrap) und Produktschrotten (Old Scrap) aktualisiert werden.
In dem für die Überarbeitung benutzten KBOB-Ökobilanzdatenbestand v2.2:2016 wurden somit neben den Datensätzen aus ecoinvent v2.2 bzw. v2.2+ auch diese aktualisierten Sachbilanzen verwendet. Unter der Annahme, dass in der Schweiz ein gegenüber Europa unterschiedlicher Mix an Primär- und Sekundärmaterialanteil für Aluminiumknetlegierungen vorzufinden sei, führte die Schweizer Zentrale für Fenster und Fassaden in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Treeze Ltd., Uster, eine eigene Markterhebung durch, auf die nachfolgend noch detaillierter eingegangen wird. Für Aluminiumgusslegierungen und Aluminiumbleche wurde wegen des Fehlens repräsentativer Marktdaten der europäische Durchschnitt aus dem Jahr 2013 angenommen. Siehe hierzu auch Abbildung 3. Das Verhältnis von Primär-/Sekundäraluminium wurde für Knet- und Gusslegierungen bei der Überarbeitung der KBOB-Datensätze berücksichtigt.
Das IAI – Internationale Aluminium Institut – betreibt seit mehreren Jahren ein Rechenmodell, das die Massenströme von Aluminiumprodukten in neun globale Wirtschaftszonen unterteilt und deren Interaktion abbildet. Exemplarisch wird hier gezeigt, welchen Informationsgehalt dieses Modell hat und wie es für die Überprüfung der Datengrundlage als Referenz genutzt wurde. Anhand des Modells berechnet sich für den Bausektor in Europa im Jahr 2013 ein Volumen an umgeschmolzenen Schrotten von 10,9 Mt. Ergänzt um 8,6 Mt Primäraluminium werden hieraus wieder Halbzeuge und letztendlich Produkte. Das zu Halbzeugen verarbeitete Aluminium besteht somit aus 46% Primär- und 54% Sekundäraluminium.
Letztendlich wächst die Menge des in Produkten enthaltenen Aluminiums im Bausektor um 4,3 Mt im betrachteten Jahr. Die absolute genutzte Menge an Aluminium beträgt nun 162,2 Mt. Eine Zahl, welche die lange Lebensdauer von Aluminium im Bausektor unterstreicht (Abbildung 3).
Der Wunsch der SZFF war jedoch, die spezifische Situation in der Schweiz zu eruieren und als Grundlage für einen neuen Datensatz zu verwenden.
In einer Umfrage bei Schweizer Aluminiumimporteuren, Presswerken und Aluminium-Systemhäusern wurden die Mengen an Schrotten und Primäraluminium in den Pressbolzen ermittelt. Dabei ergab sich ein gegenüber dem europäischen Durchschnitt erhöhter Recyclinganteil von 6% im Schweizer Markt. Seit Veröffentlichung der KBOB-Liste 2014 hat der Anteil an recyceltem Aluminium sogar um 20% zugenommen (Abbildung 4). Dieser aktuelle Marktmix ist nun Basis für die Überarbeitung der KBOB-Liste 2016.
Die gleiche Umfrage wurde auch für Aluminiumbleche durchgeführt. Hier konnten jedoch keine ausreichenden Marktdaten ermittelt werden. Für Aluminiumbleche wurde deshalb der Marktmix Europa 2013 für Primär-/Sekundäraluminium angenommen.
Neben der Gesamtbewertung nach der Methode der ökologischen Knappheit UBP2013 wird in der KBOB-Liste auch eine Teilbewertung durch Treibhausgasemissionen (kg CO2-eq/kg Material) und den kumulierten erneuerbaren und nicht erneuerbaren Primärenergieverbrauch (kWh Öl-eq/Bezugsgrösse) vorgenommen.
Mit dem nicht erneuerbaren Primärenergieverbrauch wird die Bezugsgrösse gemäss Merkblatt SIA 2032 «Graue Energie von Gebäuden» und Merkblatt SIA 2040 «SIA-Effizienzpfad Gebäude» bewertet. Die aktualisierten Sachbilanzen und Produktmixe führen zu einer deutlichen Verbesserung in allen drei betrachteten Bewertungskriterien. In Abbildung 5 sind die Werte gemäss KBOB-Liste 2014 und der aktualisierten und veröffentlichten Version 2016 gegenübergestellt.
Abbildung 5 zeigt die Umweltbelastungen in der Gesamtbewertung UBP2013 sowie den Treibhausgasemissionen. Bei Aluminiumverbundprofilen reduzierte sich die Gesamtumweltbelastung um 32%, die Treibhausgasemissionen um 34%. Bei Aluminiumblechen beträgt die Reduzierung 26% bzw. 32%.
Ausgangsbasis für die Massenermittlung von Fenstern unterschiedlicher Rahmenmaterialien ist ein Stulpfenster mit den Abmessungen (Breite × Höhe) von 1750 × 1300 mm. Um mit den Ökobilanzdaten aus der KBOB-Liste in nachgeschalteten Planungsinstrumenten rechnen zu können, werden die Umweltbelastungen abschliessend auf eine Bezugsgrösse normiert. Für Materialien von Fensterrahmen ist dies 1 m2 Rahmenfläche. Die in der KBOB-Liste genannte Umweltbelastung UBP’13 bezieht sich somit auf 1 m2 Rahmenfläche.
In Abbildung 8 sind die Umweltbelastungen unterschiedlicher Rahmenmaterialien der KBOB-Liste Version 2014 und 2016 gegenübergestellt. Alle Datensätze der Rahmenmaterialien wurden aktualisiert und zeigen reduzierte Umweltbelastungen. Die Verbesserung der Sachbilanz und ein erhöhter Recyclinganteil wirken sich sowohl bei Aluminium- als auch bei Holz-Aluminium-Rahmen aus.
Um zum Beispiel eine Gleichwertigkeit bei den Umweltbelastungen zwischen einem Aluminium- und einem Holz-Aluminium-Fenster herzustellen, müsste die Rahmenfläche des Aluminiumfensters absolut 21% kleiner sein als die eines gleich grossen Holz-Aluminium-Fensters. Eine tatsächliche Bewertung, welches Rahmenmaterial besser geeignet ist, sollte somit immer an einem realen Fenster auf den speziellen Ausführungsfall bezogen erfolgen.
Die Aktualisierung der Sachbilanzen für die Herstellung von Primäraluminium und Sekundäraluminium aus Prozess- und Produktschrotten hat gezeigt, welchen Einfluss diese auf die resultierende Umweltbelastung haben. Es ist wichtig, Entscheidern und Planenden aktuelle Ökobilanzdaten zeitnah zur Verfügung zu stellen. Nur so können von ihnen alle Optionen ausgelotet werden.
Primär gilt es, veraltete Life-Cycle-Inventory-Datensätze für Aluminium zu aktualisieren und den Umfang der in der KBOB-Liste enthaltenen Produkte für die Gebäudehülle zu erweitern. Mit Blick auf die Vorgaben einer «Circular Economy» durch die Europäische Union ist zu erwarten, dass mehr Sekundärmaterial in allen europäischen Ländern eingesetzt wird. Metalle sind hier aufgrund ihrer steigenden Recyclingquote und Rückgewinnung auf gleichbleibend hohem Reinheitsniveau im Vorteil.
Die Umweltbelastungspunkte 2013 (UBP’13) quantifizieren die Umweltbelastungen durch die Nutzung von Energie- und stofflichen Ressourcen, von Land und Süsswasser, durch Emissionen in Luft, Gewässern und Boden, durch die Ablagerung von Rückständen aus der Abfallbehandlung sowie durch Verkehrslärm.
Die Treibhausgasemissionen quantifizieren die kumulierten Wirkungen verschiedener Treibhausgase bezogen auf die Leitsubstanz CO2. Die Treibhauswirkung wird auf Basis
der Treibhauspotenziale des 5. Sachstandberichts des IPCC (2013) quantifiziert.
Die nicht erneuerbare Primärenergie (Graue Energie) ist ein im Schweizer Baubereich etablierter Kennwert. Die Instrumente des Vereins eco-bau (eco-devis, Eco-BKP-Merkblätter) stützen sich für eine gesamtheitliche Beurteilung neben zusätzlichen ökologischen Merkmalen auf diese Teilbewertung.
Sie quantifiziert den kumulierten Energieaufwand der fossilen und nuklearen Energieträger sowie Holz aus Kahlschlag von Primärwäldern.
Primärenergie erneuerbar und nicht erneuerbar bilden addiert die Primärenergie gesamt.
Quellenverzeichnis
