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Das erste Schüco-Parametric-Fassaden-Projekt ist die „Modellfabrik der Zukunft“ der TU Darmstadt

(15.7.2016) Die TU Darmstadt hat am 2. März auf dem Campus „Lichtwiese“ die ETA-Fabrik eröffnet (siehe Google-Maps). In der „Modellfabrik der Zukunft“ erforschen Bauingenieure, Architekten und Maschinenbauer gemeinsam, wie sich industrielle Produktionsprozesse energetisch optimieren lassen. An der Südfassade wurde erstmals das Schüco-Parametric-System an einem Gebäude verbaut. Zur Erinnerung: Schüco hatte das System auf der BAU 2013 erstmals als Konzept für dreidimensionale Freiform-Fassaden vorgestellt.

Bei Bürogebäuden oder Privathaushalten ist Energieeffizienz seit Jahren ein großes Thema. In der industriellen Produktion wird sie allerdings noch oft unterschätzt. Dabei können Energieeinsparungen bei langfristig steigenden Energiekosten und zunehmendem Kostendruck zum entscheidenden Wirtschaftsfaktor werden - und das Potenzial ist enorm: Die ETA-Fabrik soll rund 40% weniger Energie benötigen als eine Standardproduktionshalle.

In der ETA-Fabrik wird eine für die metallverarbeitende Industrie typische Prozesskette aus Drehen, Bohren, Schleifen, Reinigen und weiteren Fertigungsschritten abgebildet. Das Besondere daran: Statt wie bisher üblich Maschinen, Gebäude und technische Infrastruktur isoliert zu betrachten, sind die Systeme smart miteinander vernetzt. So dient etwa die Abwärme der Werkzeugmaschinen in der Produktionshalle dazu, Reinigungsbäder vorzuheizen und die Halle zu klimatisieren. Die inneren Dach- und Wandelemente der Längsseiten aus Normalbeton und die äußeren Dach- und Fassadenplatten aus ultrahochfestem Beton sind mit wasserführenden Kapillarmatten durchzogen und lassen sich thermisch aktivieren: Im Winter heizen, im Sommer kühlen sie die Halle.

Als „Forschungsgroßgerät“ bezeichnet Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider vom Institut für Statik und Konstruktion der TU Darmstadt die ETA-Fabrik: „Ein Prototyp, an dem wir innovative Materialien und Systeme testen.“ Das Gebäude ist dabei nicht bloß eine Hülle, sondern integraler Bestandteil der Produktion. Ungewöhnlich war auch der Planungsprozess: 39 Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie entwickelten interdisziplinär die „Fabrik der Zukunft“. „Wir haben die ETA-Fabrik von innen nach außen geplant: Erst wurden die Anforderungen an die Maschinen definiert, darauf aufbauend entstand das Gebäude und die Fassade. Durch die ganzheitliche Betrachtung ließen sich neue Energiesparpotentiale aufdecken“, erklärt Jens Schneider.

Verglaste Stirnseiten unterstützen die Haustechnik

Neugierig auf das Geschehen in der Zukunftsfabrik machen die vollständig verglasten Stirnseiten: Auf der Nordseite schützt eine Schüco FW60+ Structural Glazing (SG)-Fassade die dahinterliegenden Büros vor Überhitzung. In die Scheibenzwischenräume der opaken Öffnungsflügel wurden hochdämmende Vakuumisolierpaneele eingelegt, um einen hohen Wärmeschutz und Nutzerkomfort zu gewährleisten.

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Auf der Südseite verhindern in den oberen zwei Dritteln der Fassade Lichtlenklamellen in den Scheibenzwischenräumen der Schüco Element-Vorhangfassade USC 65 FSG eine direkte Solareinstrahlung. „Die Maschinen könnten sich sonst durch die Strahlungswärme thermisch verformen und die Maßgenauigkeit könnte darunter leiden“, berichtet Jens Schneider. So aber lenen die Lamellen das Tageslicht an die Decke, von wo aus es reflektiert wird und die Fabrikhalle gleichmäßig ausleuchtet. Die Arbeitsplätze der Forscher erscheinen hell und freundlich – ein erfreulicher Kontrast zu sonst dunklen, nur mit Kunstlicht beleuchteten Industriehallen.

Die wirkliche Besonderheit auf der Südseite ist aber die dreidimensionale Verglasung im unteren Fassadendrittel: Erstmals wurde hier das Schüco Parametric System an einem Gebäude verbaut. Die parametrischen Glaselemente erlauben einen effektiven Sonnenschutz an der stark dem Zenitlicht ausgesetzten Südfassade. Zugleich ermöglichen sie vielfältige Sichtbezüge zwischen innen und außen. Die Fassade besteht hier aus sechs vorgefertigten, je 3,5 x 2,4 m großen Elementen, die mit einem Autokran in das zuvor aufgestellte Stahlskelett eingehängt wurden. Bei den drei oberen, stärker der Sonne ausgesetzten Scheiben sind 32% des Glases mit einem Punktmuster als Sonnenschutz bedruckt. Die unterste Scheibe ist transparent und nach vorn zum Boden geneigt: So lassen sich störende Reflexionen vermeiden und Passanten können von außen blendfrei in die Halle schauen.

Die Konstruktion kragt um knapp 70cm aus. „Wenn Sie sich innen direkt vor die Verglasung stellen, stehen Sie quasi mitten in der Fassade: ein beeindruckendes Gefühl“, sagt Herbert Hölscher, Geschäftsführer der ausführenden Firma Hölscher Stahlbau-Leichtmetallbau aus Kleve. Die Montage der Parametric Elemente dauerte einen Tag: Die Monteure hängten jedes der raumhohen Elemente an zwei Haltebolzen, die sie vorher im Werk an die Stahlrahmen geschweißt hatten. Mit Schrauben wurden die Elemente in der Höhe ausgerichtet. Dann verlegten sie die Koppeldichtungen und pinselten diese mit einem Gleitwachs ein, um sie leichter ineinanderschieben zu können.

„Jedes der Elemente wiegt rund 750 Kilo: Ohne Schmiermittel bekommen Sie so ein Gewicht gar nicht bewegt“, weiß Herbert Hölscher. Die Elemente mussten sehr präzise gesetzt werden: Die Handwerker hatten maximal zehn Millimeter Spiel in der Waagerechten. „Damit sie möglichst waagerecht hängen, haben wir vorher eine passgenaue Hebetraverse angefertigt. Die oberen Anker dienten auch gleichzeitig als Ösen für den Kranhaken“, verrät der Metallbauer.

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Vergleichsweise komplex gestaltete sich die Vorfertigung des Aluminium-Rohrrahmensystems: An den Knotenpunkten der Parametric Elemente laufen je drei Rundrohre zusammen, die einwandfrei ineinander greifen müssen. Jeder dieser Knoten ist anders. „Die Frage war daher: Wie kann man die Verbindungen ohne großen Zusatzaufwand planen und ausführen? Dabei war das Schüco Parametric System eine wertvolle Hilfe“, stellt Herbert Hölscher fest. Dank des Parametric Systems lief die Detailplanung komplett automatisiert ab: Sägezuschnitt, Fräs- und Bohrarbeiten der Aluminium-Rohrrahmen wurden im CNC-Bearbeitungszentrum von Schüco vorgenommen. Die Verbindungsknoten zu den Rohren hatten zusätzlich eine individuelle Nummer auf jedem Knotenarm graviert, so dass die Zuordnungen zu den Rohren später nicht verwechselt werden konnten.

In der Werkhalle des Stahlbauers wurden die Rohrrahmen mit Hilfe von Schablonen fixiert und die Profile untereinander über Steckhülsen verschraubt. Anschließend montierten die Metallbauer die Rohre mit Anschlussprofilen an den äußeren, tragenden Elementrahmen. Dann klebte ein für Structural Glazing zugelassener Fachbetrieb die Zweifach-Isolierverglasung auf die Verkleberahmen, die über Adapterprofile mit dem Rohrrahmen verbunden werden. Die Silikonverklebung nimmt Winddruck-, Windsog- und Erdbebenlasten auf, verdeckt liegende Glasträger sichern zusätzlich die Eigenlast der Scheiben. Weitere Pressleisten oder Halteprofile entfallen. Die Zweifachverglasung wurde als Stufenfalz ausgeführt, so dass die äußere Scheibe etwas größer ist. So entstand eine schöne, schmale Optik.