AB Archiv des Badewesens 05/2009 | Bderbau Planung245

Bde

rbauNeues Bauen mit ETFE-Folien

E n t w e r f e n u n d K o n s t r u i e r e n m i t d e m H i g h t e c h - W e r k s t o f f ( Te i l 2 )

Dipl.-Ing. Architekt Gerd Schmid, Mitgrnder und Geschftsfhrender Gesellschafter der formTL ingenieure fr tragwerk

und leichtbau gmbh, Radolfzell

PTFE-Glasgewebe (PTFE: Polytetra-fluorethylen) sind seit 40 Jahren eta-bliert, und kaum ein modernes Sta-diondach in Europa verzichtet auf des-sen Vorteile. Neu ist flexibleres, silikon-beschichtetes Glasgewebe. Ist wenigBudget vorhanden, dann wird auf PVC-beschichtetes Polyestergewebe zurck-gegriffen. Fr faltbare Hllen wird be-sonders knickbestndiges PTFE-Gewe-be verwendet. Alle Membranen lassenmehr oder weniger Licht durch und er-zeugen eine angenehme Taghelle. Hhertransluzente Membranen sind sogarrckprojektionsfhig. Durchsichtig istallerdings nur ETFE-Folie und damitin der Geschichte der Membranen undFolien der erste tatschliche Wettbe-werber zu Glas.

Whrend im ersten Teil des Artikels(AB 04/09 S. 190 ff.) der WerkstoffETFE mit seinen Eigenschaften und Ein-satzmglichkeiten auch im Vergleichzu anderen Membranen und Folien vorgestellt wurde, geht es im zweitenund letzten Teil um das thermische undklimatische Verhalten von mehrlagigenETFE-Kissen, die Bauphysik, das Ver-halten von ETFE im Gebrauch und inExtremsituationen sowie den Vergleichzwischen ETFE-Kissen und Isolierver-glasung.

Thermisches und klimatisches Verhalten von mehrlagigen ETFE-KissenSttzluftversorgung undKondensatvermeidung im KissenDie Sttzluft in einem Kissen ist ein sta-tisch wirksamer Baustoff, der stets inausreichender Menge und Gte (trocken,sauber, bestimmter Druck, redundant)vorhanden sein muss. In der Pionierzeitder ETFE-Kissen wurde trocken ver-

gessen, und so sammelte sich fter Kon-densat in den Kissen. Manchmal stan-den auch mehrere Zentimeter Wasser inden Kissenecken. Untersuchungen derIngenieure Andreas Buchner (IB Buchner,Bochum) und Dr.-Ing. Manfred Mahler(dyAna KG, Remscheid) zeigen, warumdas so ist und warum heutige Kissenkondensatfrei sind.

berdachung des kleinen Schlosshofes im Dresdener Residenzschloss; Foto: formTL, Radolfzell

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Wie viele Membranen und Folien ha-ben ETFE-Folien einen sehr hohen Sd-Wert* (siehe oben stehende Tabelle).Durch die Hlle findet deshalb nur einezeitverzgerte und vernachlssigbareFeuchtekommunikation statt. Umso wich-tiger ist es, den Feuchteeintrag durchdie Sttzluftversorgung zu kontrollieren,damit der Taupunkt im Kissen nicht un-terschritten wird.

Szenarien ohne Betrachtung vonDampfdiffusion durch die ETFE-FolieSzenario 1: Wrde man ein Kissen nureinmal mit feuchter Sttzluft fllen, dannwren von Dezember bis Mrz im Kis-sen Kondensattropfen sichtbar.

Szenario 2: Wrde man ein Kissen miteinem minimaler Luftwechsel von 4 %(4 % des Kissenvolumens pro Stunde) mitvorgetrockneter Zuluft versorgen, wredas Kissen ganzjhrig kondensatfrei.

Eine Faustformel besagt, dass ein ein-facher Luftaustausch pro Tag mit vorge-trockneter Luft die Luftkissen konden-satfrei hlt. Als passives Steuerungsins-trument haben sich bislang volumen-

begrenzende Drosselschalldmpfer be-whrt, die meist am Rand oder am tiefs-ten Punkt des Kissens eingebaut wurden.

Bei greren Kissenflchen empfehlenwir allerdings eine energiesparendeLuftrckfhrung. Dann zirkuliert dieKissenluft stndig und muss lediglichnachgetrocknet werden. Amortisations-berechnungen zeigen, dass dadurch derenergetisch aufwndigste Teil der Sttz-luftversorgung wirkungsvoll optimiertwerden kann und sich der Mehrauf-wand fr das Zirkulationssystem ge-m der Firma Elnic, Rosenheim, schonnach zwei Jahren bezahlt macht.

Damit sich bei Mehrkammer-Kissen kei-ne Feuchtenester bilden, empfehlen wir,einen mit diesen Werkstoffen vertrau-ten Bauphysiker einzuschalten. Er be-stimmt ergnzend zu den Wrmeschutz-nachweisen auch die richtige Luftfh-rung im Kissen, etwa die Lage der Luft-ein- und -auslsse, die Strmungsge-schwindigkeit und Systemfeuchte so-wie Gre und Ort von kommunizie-renden ffnungen in den Mittellagen.

Die herstellerspezifischen Randprofilewerden vorrangig so entwickelt, dassdie Kissen einfach montiert werden kn-nen. Sie basieren auf dem Prinzip desFormschlusses: Ein kederverstrkter Fo-lienrand wird formschlssig mit Alu-minium-Formteilen oder EPDM-Form-teil und Aluminium-Formteilen umfasstund auf der Unterkonstruktion verankert.

Relative Feuchte der konditionierten Zuluft, wie sie in die Kissen vonTropical Islands eingeblasen wirdQuelle: IB Buchner, Bochum

Beispiel fr die Menge und Verteilung der Tauwassermenge je m2 in der raumseitigen Kammer eines Kissen, das nicht gesplt wirdQuelle: IB Buchner, Bochum

[%]

[g(m

2 h)%

]

Sd-Wert [m] Durchtritt von Wasserdampf nachDIN 53 122 bei 85 % Luftfeuchte-differenz und 23 C in g pro m2

und Tag

Alu-Folie ab 0,05 mm > 1500 = praktisch dampfdicht

Beton 25 cm 37 1 g

PTFE-Glasgittergewebe 18901 34 1 g

ETFE-Folie 200 m 20 2 g

PES/PVC-Gewebe Typ I - V 8 -12 4 - 6 g

PTFE-Glasgewebe B18089 4 9 g

PTFE-Glasgewebe B18039 2 19 g

Holzspanplatte 20 mm 2 19 g= Dampfbremse nach DIN 4108

Gipskartonplatte 20 mm 0,2 = praktisch diffusionsoffen = 190 g/m2 pro Tag

PP-Folie 100 m 0,1 380 g

Diffusionsoffene Unterspannbahn 0,02 2000 g

Vergleich von Sd-Wert und Wasserdampfdurchtritt

* Die wasserdampfdiffusionsquivalente Luft-schichtdicke Sd ist ein Ma fr den Wider-stand, den ein Material in definierter Strkegegen Wasserdampf besitzt.

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Die Randausbildung ist zwar bestndigund foliengerecht, also aus nicht ros-tenden Werkstoffen und mit gerunde-ten Kanten. Meist fehlen jedoch einetatschlich funktionstchtige zweite Ent-wsserungsebene und eine thermischeTrennung, sodass additive thermischeTrennungen und so genannte Konden-satrinnen die Systeme vervollstndigenmssen.

Prinzipiell lassen sich zwei Arten vonRandprofilen unterscheiden: mehrteilige, mit denen zwei Kissen

zeitversetzt montiert werden kn-nen, und die aus einem Tragprofilund zwei Kedernutprofilen mitDichtung mit Deckel bestehen, und

einteilige Randprofile, mit denennur ein Kissen befestigt werdenkann.

Kondensatvermeidung an derraumseitigen KissenoberflcheIn Bdern wird ein groer Aufwand ge-trieben, transparente Hllflchen ausGlas oder ETFE-Kissen kondensatfrei zuhalten. Meist bedient man sich Weit-wurfdsen, die mit mehr oder wenigerwarmer Luft Feuchte von den transpa-renten Flchen ablften.

Wir werden immer wieder gefragt, obETFE-Hllen besonders kondensatge-fhrdet sind. Prinzipiell sind ETFE-Kis-sen nicht kondensatgefhrdeter als Iso-lierverglasungen, bentigen aber wegender bauphysikalisch unterentwickeltenRandprofile eine grere planerische Auf-merksamkeit. Singulr an den Kissen-rndern und im Randprofil anfallendesKondensat wird mit Kondensatrinnenzum spteren Abtrocknen in Kondensat-wannen gesammelt oder abgeleitet. Un-tersttzung bietet auch hier eine hydro-thermische Simulation (htS, siehe nchs-te Seite), die Angaben zu Menge undZeitpunkt des Kondensatanfalls liefert.

BauphysikNeben der Berechnung, Formfindungund Detaillierung ist die Bauphysik derwesentliche Aspekt beim Bauen mitETFE. Klassische stationre bauphysi-kalische Modelle sind allerdings fr dieBetrachtungen ungeeignet. Dipl.-Ing.Andreas Buchner* und Dr.-Ing. ManfredMahler* beschftigen sich seit 1994 mitdem thermischen Verhalten von Mem-branen und Folien und verwenden hier-zu instationre Verfahren mit Echtwet-terdaten (mehr dazu in den nchsten Ka-piteln unter Ueff, htS und EnEV).

U-WertVereinfacht dargestellt betrgt der U-Wert: 1-Kammerkissen (2 Folien):

3,0 W/m2K 2-Kammerkissen (3 Folien):

2,0 W/m2K 3-Kammerkissen (4 Folien):

1,5 W/m2K

Unter Bercksichtigung der standort-spezifischen solaren Strahlungsgewin-ne sind die Ueff-Werte erheblich besser(siehe Ueff).

Mit diesem 1/8 Drosselschalldmpfer kann der Abluftstrom zwischen 0 und 60 m3/h stufenlos eingestellt werden; Fotos: formTL,Radolfzell

Mehrteiliges (oben) und einteiliges Rand-profil

Bauphysikalische Interaktion eines Folienkissens mit UmgebungseinflssenQuelle: IB Buchner, Bochum

* Referenzen: Kurklinik Masserberg, MusicalBuddy Holly Hamburg, Musical-Dom Kln,Parkbad Velbert, Tropical Islands, RegionalbadBingen-Ingelheim, Piscinas Municipais de Tor-res Novas, Bhnenberdachung Wolke / Welt-jugendtag Kln, Meilenwerk Forum fr Fahr-kultur Dsseldorf, Allwetterbad Emden, Sd-parkbad Neuss und Allwetterbad Senden

Temperatur auen: T auenFeuchte auen: auen

Temperatur innen: T innenFeuchte innen: innen

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Bauphysikalische Schwachstelle KissenrandDa die Randprofile selbst bei kleinen Folienkissen einen weitgeringeren Anteil als bei verglasten Flchen haben, machensich deren thermische Schwchen im U-Wert kaum bemerk-bar. Fr die Bestimmung des U-Wertes der gesamten Kis-senzone (Uges) werden sie oftmals vernachlssigt.

Dennoch: An den Randbereichen der Folienkissen sowie inden Bereichen der Kissenrandprofile und der Unterkon-struktion bilden sich geometrische und materialbedingteWrmebrcken aus. In diesen Bereichen treten auf Grundniedrigerer Oberflchentemperaturen vermehrt Wrmever-luste und Kondensat auf. Groe seilumspannte Kissen mitwenig Randanteil sind deshalb bauphysikalisch gnstigerals kleine Kissen.

Ueff , hygrothermische Simulation von ETFE-KissenhllenDer U-Wert ist nur bedingt fr ETFE-Kissen anwendbar,denn er bercksichtigt keine Strahlungsgewinne. Hygro-thermische Simulationen (htS) von Buchner und Dr. Mahlerzeigen, dass die tatschlichen Werte wesentlich besser sind.