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 Wandbauverkleidungssysteme im modernen Industriebau 1. Einleitung Die ursprünglich dominierende Bauweise im Industrie-Fassadenbau war ohne Zweifel der Mauerwerksbau. Anfang der 60er Jahre des 20.Jahrhunderts begann dann der Siegeszug der Trapezprofile welche in Bezug auf Kosten und Montagezeit eindeutige Vorteile gegenüber dem Stein auf Stein-Verfahren hatten. Wärmegedämmte Fassaden wurden als zweischalige Trapezprofilwände (beide Schalen vertikal verlegt) mit zwischen den Distanzprofilen gefüllter Wärmedämmung ausgebildet. Ab Anfang der 70er Jahre wurde die Trapezprofil-innenschale immer mehr durch, von Stütze zu Stütze verlegten, Kassettenprofile ersetzt. Schnell wurde aber die Wärmedämmung, sprich Energieeinsparung zu einer bedeutenden Komponente im Industriebau, welche durch mehrfach modifizierte Wärmeschutzverordnungen bis zur neuen Energieeinsparungsverordnung EnEV 2002 immer schärfer gesetzlich gefordert wurde. Die Architekten und Planer legten zusätzlich größeren Wert auf schnellste Bauausführung und vielfältige architektonische Gestaltungsmöglichkeit. Hier zeigen sich nun eindeutig die Vorteile einer Sandwich-Fassade. (siehe Punkt 4.1 und 4.4) Ist ein erhöhter Schallschutz gefordert (z B. bei Kraftwerken) bietet sich die Kassettenwand als optimale Lösung an. Brandschutzaufgaben (bis Feuerwiderstandsklasse F120) lassen sich heute auch durch Sandwichelemente mit Mineralwoll-Dämmung, gepaart mit den Vorteilen der Sandwichtechnologie, lösen. Anhand des folgenden fiktiven Projektes sollen die Eigenschaften der Systeme verglichen werden, hierzu wurden 5 gebräuchliche Systeme welche unter Punkt 3. beschrieben sind, ausgewählt.
Abb. 9.3.1 In den 90er Jahren gewinnt die Sandwichbauweise durch bauphysikalisch und gestalterisch optimierte Elemente immer mehr an Bedeutung (BMW Automobil-Ausstellungshalle in Aix Le Milles, Frankreich 1991- Architekt: Maurice Matteoni, Frankreich
2. Daten der angenommenen Wandfläche - Stützenabstand der Unterkonstruktion = 6,00 m
3. Beschreibung der Systeme Variante 1 - Kassette mit vertikaler Trapez-Außenschale Beschreibung des Aufbaues Innenschale, Kassette 100/600/0,75 mm horizontal von Stütze zu Stütze (Stahlkonstruktion) gespannt, bandverzinkt, Beschichtung für trockene Räume, Korrosionsschutzklasse II, gem. DIN 55928, SP- DU, ähnlich RAL 9002 Wärmedämmung, Mineralwolle,100 mm dick, nichtbrennbar Baustoffklasse A, Wärmeleitgruppe WLG 040, Typ W-w thermische Trennstreifen auf den Stegen mit Dichtbändern in den Längs- und Querstößen Außenschale, Trapezprofil T35/0,75 mm, bandverzinkt, Beschichtung für Korrosionsschutzklasse III, gem. DIN 55928, 25 my SP, Farbton RAL 9006, vertikal verlegt
Abb. 9.3.2 Kassette mit vertikaler Trapez-Außenschale
Variante 2 - Kassette mit horizontaler Wellprofil-Außenschale
Abb. 9.3.3 Kassette mit horizontaler Wellprofil-Außenschale Beschreibung des Aufbaues Innenschale, Kassette 100/600/0,75 mm horizontal von Stütze zu Stütze (Stahlkonstruktion) gespannt, Beschichtung für trockene Räume, Korrosionsschutzklasse II, gem. DIN 55928, SP- DU, ähnlich RAL 9002 Wärmedämmung, Mineralwolle, 100 mm dick, nichtbrennbar Baustoffklasse A, Wärmeleitgruppe WLG 040, Typ W-w thermische Trennstreifen auf den Stegen mit Dichtbändern in den Längs- und Querstößen Distanzkonstruktion, Z-Profile 1,00 mm dick, Abstand gem. Zulassung 732 mm Außenschale, Wellprofil, Stahl, Profilhöhe 27mm, 0,75 mm dick, Sinuswelle, bandverzinkt plus Beschichtung für Korrosionsschutzklasse III, gem. DIN 55928, 25 my SP, Farbton RAL 9006, horizontal verlegt
Variante 3 - Sandwichelemente, durchgeschraubt, trapezprofiliert, PUR-Dämmkern
Abb. 9.3.4 Sandwichelement, trapezprofiliert Beschreibung des Aufbaues Sandwichelement mit PUR-Dämmkern Typ Thermowand TL 66 Innenschale, Stahl, 0,55 mm dick, metallischer Überzug Galfan ®, Beschichtung für trockene Räume, Korrosionsschutzklasse II gem. DIN 55928, SP- DU, ähnlich RAL 9002 Elementdicke 66 mm Außenschale, Stahl, 0,60 mm dick, metallischer Überzug Galfan ®, Beschichtung Korrosionsschutzklasse III gem. DIN 55928, 25 my SP, Farbton RAL 9006, trapezprofiliert vertikal verlegt auf Stahl-Wandriegeln optisch gleich zur Variante 1
Variante 4 - Sandwichelemente, nichtsichtbar befestigt, Welle, PUR-Dämmkern
Abb. 9.3.5 Sandwichelement, wellprofiliert Beschreibung des Aufbaues Sandwichelement mit PUR-Dämmkern Typ isowelle Innenschale, Stahl, 0,60 mm dick, metallischer Überzug Galfan ®, Beschichtung für trockene Räume, Korrosionsschutzklasse II gem. DIN 55928, SP-DU, ähnlich RAL 9002 Elementdicke 64 mm Außenschale, Stahl, 0,60 mm dick, metallischer Überzug Galfan ®, Beschichtung Korrosionsschutzklasse III gem. DIN 55928, 25 my SP, Farbton RAL 9006, wellprofiliert 27/125 horizontal verlegt - von Stütze zu Stütze (Stahlkonstruktion) optisch gleich zur Variante 2, aber durch die nichtsichtbare Befestigung ergibt sich eine ungestörte, hochwertige Oberfläche der Fassade
Variante 5 - Sandwichelemente, durchgeschraubt, mikroprofiliert, Mineralwolle-Dämmkern
Abb. 9.3.6 Sandwichelement, mikroprofiliert Beschreibung des Aufbaues Sandwichelement mit Mineralwoll-Dämmkern für Brandschutzaufgaben Typ isorock D1 Innenschale, Stahl, 0,60 mm dick, metallischer Überzug Galfan ®, Beschichtung für trockene Räume, Korrosionsschutzklasse II gem. DIN 55928, SP- DU, ähnlich RAL 9002 Elementdicke 80 mm Außenschale, Stahl, 0,60 mm dick, metallischer Überzug Galfan ®, Beschichtung Korrosionsschutzklasse III gem. DIN 55928, 25 my SP, Farbton RAL 9006, mikroprofiliert vertikal verlegt auf Stahl-Wandriegeln
4. Vergleich der Systeme Nachfolgend ein Vergleich der Systeme hinsichtlich deren bauphysikalischen Eigenschaften - Wärmedämmung sowie der Wirtschaftlichkeit - Montagedauer 4.1 Wärmedämmung Das Thema Wärmedämmung spielt im modernen Industriebau eine immer größer werdende Rolle. Die gesetzlichen Maßnahmen der letzten Jahre, Stichwort: Einführung der Energieeinsparungsverordnung EnEV 2002 haben die Festlegung des Jahresheizenergiebedarfs sowie bei Gebäuden mit niedrigen Innentemperaturen eine Begrenzung der Transmissionswärmeverluste zur Folge gehabt. Aber auch die wirtschaftlichen Aspekte infolge niedrigerer Folgekosten sind für Architekt und Bauherrn von immer größerer Bedeutung (siehe hierzu basis-info der Register 7 und 9). 4.1.1 Doppelschalige Kassettenwände Bei diesen Bausystemen kommt es infolge der Wärmebrücken über die Kassettenstege zu teils erheblichen Abminderungen der Wärmedurchgangskoeffizienten der eingebauten Wärmedämmung (siehe Abb. 9.3.7). Diese Wärmeverluste können durch die Anordnung von thermischen Trennstreifen auf den Kassettenstegen verringert werden bzw. durch Vergrößerung der Dämmstoffdicke / höhere Kassette und/oder Wahl von Dämmstoff mit der Wärmeleitgruppe 035 kompensiert werden. In jedem Fall sollte die Dämmung so dick gewählt werden, dass die Kassette komplett ausgefüllt wird. Aus der Tabelle in Abb. 9.3.8 ist zu entnehmen, dass für das gewählte Beispiel Dämmstoffdicke 100 mm / WLG 040 / Kassettendicke 0,75 mm ein Wärmedurchgangskoeffizient von 0,63 W / m² K anzusetzen ist. Hierzu im Vergleich: der Wärmedurchlasswiderstand von Mineralwolle, WLG 040, Dicke 100 mm, beträgt 0,38 W/m²K Somit ergibt sich ein Zuschlag von ca. 65% für die Wärmeverluste über die Wärmebrücken.
Abb. 9.3.7 Wärmebrücken bei Kassettenwänden
Abb. 9.3.8 Tabellarische Übersicht der Wärmedurchgangskoeffizienten bei Kassettenwänden mit thermischer Trennung Zur näherungsweisen Ermittlung der mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten wird die Schrift 4.05 „Bauphysik“ des IFBS (Industrieverband für Bausysteme im Stahlleichtbau) empfohlen.
Abb. 9.3.9 IFBS Schrift 4.05 Bauphysik 4.1.2 PUR- Sandwichelemente Durch den Einsatz des geschlossenzelligen PUR-Hartschaum und der dampfdichten Stahldeckschalen ergibt sich eine Wärmeleitfähigkeit &lamda;R = 0,025 W / m K, der beste Wert aller Dämmstoffe. Aus den Produktunterlagen von TKHB wurden folgende U-Werte für die PUR-Sandwichelemente entnommen. - Thermowand TL 66 = 0,46 W / m² K 4.1.3 Miwo-Sandwichelemente Hierzu werden die Werksangaben für das ausgewählte Produkt isorock, Dicke 80 mm, mit einem Wärmedurchgangskoeffizient von 0,52 W / m² K angesetzt.
4.1.4 Übersicht
Welche Energieeinsparung ergibt sich aus den besseren Wärmedämmeigenschaften der Sandwichelemente? Hierzu benutzen wir die Faustformel:
Es ergeben sich folgende Verbrauchswerte:
Das sind für Variante 3, bei 1000 m² Wandfläche, 1.700 Liter Heizöl Einsparpotential pro Heizperiode. Weitere Bewertungskriterien zur ökologischen. Energiebilanz entnehmen Sie der basis-info 9.2 dieses Ordners.
Abb. 9.3.11 GALILEO basis-info 9.2 Ökologische Energiebilanz für Sandwichelemente 4.2 Schalldämmung Hier liegen eindeutig die Stärken von Kassettenwänden. Während Sandwichelemente ein Schalldämm-Maß R w = 25 dB bei PUR-Dämmung bzw. 29 dB bei Miwo-Dämmung aufweisen, werden mit Kassettensystemen der Variante 1 und 2 Werte von ca. 40 - 43 dB erreicht. 4.3 Brandschutz 4.3.1 Baustoffklasse Kassettenwände Variante 1 + 2, die Bauprodukte dieser Systeme sind in der Regel in der Baustoffklasse A (nichtbrennbar) eingeordnet. PUR-Sandwichelemente erreichen nach DIN 4102 die Baustoffklasse B1 (schwer entflammbar). Im Zuge der neuen europäischen Normung werden zukünftig die Klassen europaweit vereinheitlich (siehe basis-info 7.5). Die Miwo-Sandwichelemente der Variante 5 wurden bereits nach diesen Verfahren geprüft und sind gemäß DIN EN 13501 in die Klasse A1 s1 d0 eingeordnet.
Abb. 9.3.12 GALILEO basis-info 7.5 Neue Brandschutznormung in Europa - Bedeutung für Sandwichelemente 4.3.2 Feuerwiderstand Kassettenwände erreichen nur mit zusätzlichen, aufwändigen Maßnahmen die Klasse W30 (Prüfzeugnis des IFBS). Mit Miwo-Sandwichelementen lassen sich, abhängig von der Dicke und der Dichte der Wärmedämmung problemlos Feuerwiderstandsklassen bis F120 erreichen. Diese müssen mit einem „Allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnis“ nachgewiesen werden. Zukünftig wird der Feuerwiderstand in Europa ebenfalls einheitlich geprüft und in Klassen eingeteilt. Einige Hersteller haben dies z. T. schon vollzogen (zum Thema siehe basis-info 7.5). Mit PUR-Sandwichelementen lassen sich Feuerwiderstandsklassen derzeit nicht erreichen, es laufen aber Entwicklungen um mit Einsatz von PIR-Schaum hier Verbesserungen zu erzielen. 4.4 Montagedauer
Abb. 9.3.13 Tabellarische Übersicht zur Montagedauer Bedingt durch den mehrschaligen Aufbau sind bei der Variante 1 drei Montagevorgänge erforderlich: - Montage der Innenschale, Kassetten Dazu kommt noch der Mehraufwand durch das Einbringen der Dichtbänder zwischen den Kassetten sowie der thermischen Trennstreifen. Noch aufwendiger ist die Montage der Variante 2, hier ist ein zusätzlicher Arbeitsgang für die Verlegung der Distanzkonstruktion erforderlich. Die zeitaufwendige und kostenträchtige Montage wirkt sich stark auf die Terminsituation am Bau aus, wobei die Einflüsse von schlechtem Wetter hinzukommen. Jeder zusätzliche Arbeitsgang erhöht weiterhin die Gefahr von Montagefehlern mit evt. gravierenden Auswirkungen auf die bauphysikalischen Eigenschaften der Fassade. Der Einsatz von, in einem Arbeitsgang zu verlegenden, Sandwichelementen hat hier eindeutige Vorteile. Der geringe zeitliche Mehraufwand bei der Variante 4 resultiert aus der Ausbildung der Querstöße bei der horizontalen Verlegung. Variante 5 erfordert einen geringfügigen Mehraufwand durch die größeren Elementgewichte.
4.5 Kosten für Lieferung und Montage
Abb. 9.3.14 Tabellarische Übersicht zu den Kosten In der tabellarischen Übersicht von Abb. 9.3.14 wurden die Kosten für eine fertig montierte Wand, d.h. Lieferung des Materials, erforderliche Kosten für Verlegepläne und Statik, Frachtkosten (Annahme 200 km ab Lieferwerk) sowie die Montagekosten inkl. Befestigungsmaterial, Kran und Gerüste berücksichtigt. Da die Kalkulationen abhängig von dem ausführenden Unternehmen sowie der jeweiligen Marktsituation stark schwanken, wurde auf einer einheitlichen Basis kalkuliert und die Systeme nur prozentual verglichen. Bei den Varianten 3 und 5 werden, infolge der vertikalen Verlegung Wandriegel erforderlich, welche anteilmäßig eingerechnet wurden. Bedingt durch die horizontale Verlegung der Variante 4 wurden alle 10 m eine Fugenausbildung mit Alu-Profilen als Mehrkosten berücksichtigt. Um die Kosten korrekt zu bewerten, sind unbedingt die Energieeinsparungskosten als die wichtigsten Folgekosten zu beachten (siehe Punkt 4.1.4). Die geringen Mehrkosten für Lieferung und Montage der Sandwichelemente haben sich in kürzester Zeit amortisiert.
Abb. 9.3.15 Tabellarische Übersicht zu den Wanddicken Bedingt durch immer kleinere Grundstücke muss der Innenraum der Gebäude möglichst voll nutzbar sein. Die tabellarische Übersicht in Abb. 7.3.15 zeigt einen Vergleich der Systemdicken. 4.7 Optik / Design Die Sandwichhersteller bieten eine Vielzahl von äußeren Deckschalen an, von der ebenen Oberfläche, über Linierung, Mikroprofilierung, Wellprofile bis zur Trapezprofilprofilierung sind der Gestaltung kaum Grenzen gesetzt. Bei den Kassettenwänden muss sich der Planer mit Trapez- oder Wellprofilen als äußere Deckschale begnügen.
5. Schlussbemerkung Die obigen Vergleiche sollen dem interessierten Leser helfen, bei der Auswahl der Fassadensystemen aus Stahlbauelementen, unter Beachtung der anstehenden baulichen Forderungen, aber auch der tatsächlichen Kosten (inkl. Folgekosten) das für das jeweilige Projekt passende System auszuwählen. Autor
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