Planung AB Archiv des Badewesens 04/2009 Bä · PDF filePlanung · Bäderbau | AB Archiv des Badewesens 04/2009 190 Neues Bauen mit ETFE-Folien Entwerfen und Konstruieren mit dem Hightech-Werkstoff

Planung · Bäderbau | AB Archiv des Badewesens 04/2009 190

Neues Bauen mit ETFE-FolienE 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 1 )

Dipl.-Ing. Architekt Gerd Schmid, Mitgründer und Geschäftsführender Gesellschafter der formTL ingenieure für

tragwerk und leichtbau gmbh, Radolfzell

PTFE-Glasgewebe (PTFE: Polytetrafluorethylen) sind seit 40 Jahren etabliert, und kaum einmodernes Stadiondach in Europa verzichtet auf dessen Vorteile. Neu ist flexibleres,silikonbeschichtetes Glasgewebe. Ist wenig Budget vorhanden, dann wird auf PVC-beschichtetes Polyestergewebe zurückgegriffen. Für faltbare Hüllen wird besonders knick-beständiges PTFE-Gewebe verwendet. Alle Membranen lassen mehr oder weniger Lichtdurch und erzeugen eine angenehme Taghelle. Höher transluzente Membranen sind sogarrückprojektionsfähig. Durchsichtig ist allerdings nur ETFE-Folie und damit in derGeschichte der Membranen und Folien der erste tatsächliche Wettbewerber zu Glas.

Bäderbau

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AB Archiv des Badewesens 04/2009 | Bäderbau · Planung191

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1 | Allianz Arena, München2 | Blick durch das Dach von Tropical Islands3 | Tropical Islands, Brand bei Berlin4 | „rheinwelle“, Bingen-Ingelheim5 | Friesentherme, Emden

Fotos:1: Stefan Fessel/formTL, Radolfzell2, 3: Ceno Tec, Greven4, 5: Dr. Krieger Architekten + Ingenieure, Velbert


Eden Garden in St. Austell, Cornwall(Großbritannien), Tropical Islands inBrand bei Berlin und die Allianz Arenain München sind erfolgreiche Bauvor-haben, die einzigartige Hüllen aus ETFE-Kissen haben, welche die Vermarktungunterstützen. Ihre weich geformten Kis-senhüllen sind geometrisch anspruchs-voll und mit (Farb-)Licht in Szene ge-setzt.

Die mediale Präsenz von Bauten mitETFE-Hüllen verzerrt allerdings unsere

Wahrnehmung, denn bis heute dürftees kaum mehr als 300 Bauten meist nam-hafter Bauherrn und Architekten ge-ben, deren Hüllen aus ETFE bestehen.Zugleich gibt es Millionen andere Ge-bäudehüllen, die weniger auffallen, we-niger die Selbstvermarktung des Gebäu-des fördern, die schneller verschmut-zen und in den seltensten Fällen tat-sächlich recycelt werden können.

ETFE hat die Schwelle vom Experimen-talwerkstoff zum innovativen Werk-

stoff überschritten: Den Hochleistungs-kunststoff ETFE gibt es seit 1970, dieMangrovenhalle im Burgers Zoo inArnheim wurde 1982 mit ETFE-Kisseneingedeckt, und die Folie zeigte sichbei einem Besuch 2008 noch immer vonihrer sauberen Seite. Ursprünglich vonder Nukleartechnik zum Schutz vonElektrokabeln entwickelt, hat sich ETFEdort wegen seiner besonderen Strah-lungsunempfindlichkeit bewährt. Wegenseiner Chemikalienbeständigkeit wirdes als Gefäßauskleidung in der Lebens-mittelindustrie eingesetzt. Wegen sei-ner Strahlungsdurchlässigkeit und Ro-bustheit hat es sich als Gewächshaus-folie bewährt.

ETFEDer Werkstoff ETFEETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen) istein teilkristallines, durchsichtiges undthermoplastisches Fluorcopolymer. DerSchmelzpunkt von ETFE liegt bei 270 °C.Damit zeigt sich auch die Nähe zu PTFE(Bratpfannenauskleidung), das bei 327 °Cschmilzt. Die Dauergebrauchstempera-tur von ETFE liegt bei etwa +/-150 °C.ETFE wurde erst 1970 vom Chemieun-ternehmen DuPont, Wilmington/USA,entwickelt, und steht in einer Reihe mitden thermoplastischen Hochleistungs-kunststoffen, die früher entdeckt wur-den, etwa 1938 PTFE und 1960 FEP

■ Die vermutlich größte Badehalle der Welt erhält natürliches Licht durch das ETFE-Foliendach:Tropical Islands in Brand bei Berlin von außen (oben) und von innen; Fotos: Ceno Tec, Greven


Aufbau Hersteller, Produkt Materialdicke Transluzenz in mm bei 550 nm

ETFE-Folie klar Nowofol, Nowoflon 0,2 90 %ET 6235

ETFE-Folie weiß Nowofol, Nowoflon 0,2 50 %ET 6235

Glasgittergewebe mit Verseidag, B18901 1,2 43 %PTFE-Schälfolie Typ II

Glasgewebe mit Interglas, Atex 3000 0,45 41 %Silikonbeschichtung Typ I

PTFE-Gewebe Typ II Gore, Tenara 4T40 0,43 38 %

PTFE-Gewebe Typ II Gore, Tenara 4T20 0,43 19 %

PTFE-Glasgewebe Typ II Verseidag, B18039 0,5 15 %

Glasgewebe mit Interglas, Atex 8000 1,25 14 %Silikonbeschichtung Typ V

PVC-beschichtetes Verseidag, Farbe 285 0,9 13 %Polyestergewebe Typ III

PVC-beschichtetes Verseidag, Farbe 286 0,6 6 %Polyestergewebe Typ I

PTFE-beschichtetes Verseidag, B18059 1,0 8 %Glasgewebe Typ V

PVC-beschichtetes Ferrari, 1502 1,4 2 %Polyestergewebe Typ V

(Perfluorethylenpropylen-Copolymer),die ähnliche Eigenschaften aufweisen:Sie sind strahlungsfest, witterungsfest,kaum benetzbar, elektrisch isolierend,chemisch beständig, haben einen nied-rigen Reibungskoeffizienten, und sie sindtransparent oder zumindest transluzent.Darüber hinaus ist ETFE schmelz- undschweißbar, was für die weitere Verar-beitung wichtig ist.

Folienherstellung, FoliendickeDie beiden Industriegase Ethylen undTetrafluorethylen werden polymerisiert,granuliert und mit Farbstoffen sowieherstellerspezifischen Modifizierungs-zusätzen gemischt und dann zur Folieextrudiert. Für Gewächshäuser wird dieFolie mit einer Ringspaltdüse zu einemFolienschlauch aufgeblasen und dannzu 3 m breiten Bahnen aufgeschnitten.Für Folienkissen mit besserer Durch-sicht wird das flüssige ETFE mit einemBreitschlitzextruder zu einer 1,5 -1,6 mbreiten Flachfolie gegossen.

Die so hergestellten Folien sind in Di-cken von 12 bis 300 μm (= 0,012-0,3 mm)als Rollenware erhältlich.

Im Bauwesen sind folgende Folienstär-ken gebräuchlich: 100 μm für nichttra-gende (Mittel-)Folien und 200 -250 μmfür tragende Folien. 300 μm ist derzeitungebräuchlich, da die Durchsicht deut-lich geringer als bei 250 μm-Folie ist.

■ Strukturformel von ETFE aus C2H4 (= Ethy-len) und C2F4 (=Tetrafluorethylen)

Das ETFE-Granulat der von uns ver-wendeten ETFE-Folien stammt entwe-der von Dyneon oder von Asahi Glass.Die ETFE-Folie Nowoflon ET 6235 vonNowofol, aus der die Kissenhülle vonTropical Islands gefertigt wurde, refe-renziert sich auf das verwendete Gra-nulat Dyneon 6235. Von Asahi Glassstammt die Folie Fluon ET NJ, aus derdie Kissenhülle der Allianz Arena ge-fertigt wurde.

Die Eigenschaften der ETFE-Folien va-riieren bedingt durch die Herstellpara-meter des Granulats, der Zusätze, derParameter der Folienherstellung wieSchmelztemperatur und der Abkühlge-schwindigkeit. Bisher wurden keine trag-relevanten Unterschiede festgestellt.

Durchsicht und StrahlungseigenschaftenETFE hat bis zu 30 % kristalline Zonen,die nicht klar durchsichtig sind, wes-halb ETFE-Folien milchig transparenterscheinen und den Lichtstrahl stärkerbrechen als z. B. Glas.

Klare ETFE-Folien lassen sichtbares Licht(380 -780 nm), infrarotes Licht IR-A(780-3000 nm) sowie ultraviolettes LichtUV-A (380 -315 nm) und UV-B (315-280 nm) passieren. Glas dagegen ab-sorbiert die UV-Anteile.

Klare ETFE-Folie wird eingesetzt, woder Durchtritt der hautbräunenden UV-B-Strahlung und deren keimreduzieren-de Wirkung erwünscht ist, etwa in Bä-dern und Tierhäusern. Im Bereich vonStadien und Gewächshäusern fördertdie hochenergetische UV-A- und UV-B-Strahlung das Rasen- und Pflanzen-wachstum. Neueste Forschungen zeigen,

■ Gegenüberstellung von Materialdicke und Lichtdurchlässigkeit gebräuchlicher Membranen und Folien

■ ETFE klar, ETFE klar mit Punkten bedruckt, ETFE weiß, ETFE-Granulat (von links)


dass sich lebenswichtiges Vitamin D nur dann bildet, wennunsere Haut UV-B-Strahlung ausgesetzt ist. Da wir in unse-ren Breiten im Winter stets Vitamin D-Mangel haben, würdedies bedeuten, dass winterliches Sonnenbaden im TropicalIslands besonders gesund ist.

Weiße ETFE-Folie wird eingesetzt, wenn rückprojiziertwerden soll, mit (Farb-)Lichteffekten gearbeitet wird oderUV-Strahlung stört.

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■ Spektrale Durchlässigkeit von ETFE-Folie im Vergleich zu FensterglasQuelle: Hoechst Hostaflon Information 25, Frankfurt am Main

■ Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei 23 °C bis zum BruchQuelle: Nowofol, Siegsdorf

■ ETFE-Folien prägen das Dach der „rheinwelle“ in Bingen-Ingelheim:von außen … Foto: formTL, Radolfzell

■ … und die gesamte Badehalle Foto: Dr. Krieger Architekten+Ingenieure, Velbert

■ … von innen … Foto: formTL, Radolfzell


StatikETFE-Folien verformen sich sehr starkunter Last, denn sie haben keine lastab-tragende Gewebeeinlage, wie etwa dieMembranen.

ETFE-Folie verhält sich im Rahmen to-lerierbarer Abweichungen isotrop (inalle Richtungen gleich) und innerhalbder Einsatzgrenzen in etwa linear. DasMaterialverhalten kann so rechnerischnachgebildet werden. Oberhalb der Pro-portionalitätsgrenze setzt eine starke,irreversible Plastifizierung bis zur 3-fa-chen Spannungszunahme und mehrfa-cher Dehnung ein. Die Folie hat also eingutmütiges Versagensverhalten und hoheTragreserven oberhalb der Gebrauchs-lasten.

Da ETFE ein Thermoplast ist, neigt dieFolie bei ständiger Belastung und ins-besondere bei höheren Temperaturenzum Fließen. Auf Grund der früh ein-setzenden plastischen Dehnung setzenwir ETFE-Folie temperaturabhängig nurbis zu der so genannten 10-%-Dehn-grenze mit einem Sicherheitsfaktor von1,5 ein. Innerhalb derer dehnt sich dieFolie weitestgehend elastisch; ihr Dehn-verhalten ist also vorhersagbar.

ETFE-Folien werden wie Membranen mitHilfe von FE-Programmen (FE: FiniteElemente), deren Rechenkerne z. B. aufder Kraftdichte-Methode oder der dy-namischen Relaxation basieren, berech-net. Es ist so näherungsweise möglich,das Verhalten der Folien unter Last zu

bestimmen. Somit können die Lager-kräfte auf die Unterkonstruktion ermit-telt und Vorgaben für Biaxial-Material-versuche bestimmt werden. Anhand de-ren Ergebnisse werden später die Kom-pensationsfaktoren für die Zuschnitteermittelt. Mit diesem Trick erreicht man,dass die elastische Folie bei einer vor-bestimmten Vorspannkraft ihre Soll-geometrie erreicht.

KonfektionierungIn den von übrigen Konfektionsberei-chen getrennten und staubgeschütztenProduktionsstätten der ETFE-Konfek-tionäre werden die Folien meist perSchneideplotter nach CAD-Zuschnitts-plänen zugeschnitten und mittels Wär-meimpuls linear verschweißt.

Es dauert seine Zeit, bis für die jeweili-gen Folien und Folienstärken die Ein-stellungen für eine optimale und repro-duzierbare Verarbeitungsmethode ge-funden sind. Dabei geht es u. a. um Ein-stellungen fürs Heizen und Kühlen, umSpaltmaße und den Anpressdruck derElektroden. Die Modifizierungen an denIndustrie-Schweißmaschinen und derenSchweißparameter sind internes Fir-menwissen.

Für lange, gerade Nähte hat sich derelektrisch beheizte Heizbalken bewährt,für enge Radien kontinuierliche Heiz-rollen und teilkontinuierliche Ketten-balken.

■ Kurzzeit-Dehnverhalten bei 23 °C und 50 °CQuelle: formTL, Radolfzell


Die 6 -10 mm breiten Schweißnähtesind in der Regel wegen des Steifig-keitssprungs an der Nahtkante nicht sotragfähig wie die Folie selbst.

Wegen der in der Durchsicht uner-wünschten weißen Striche, die bei star-kem Knicken entstehen, hat sich bisherdie Herstellung auf eher kleine Kissenvon 4 bis 20 m2 konzentriert, vereinzeltwurden aber schon bis zu 600 m2 großeFolien und Folienkissen produziert (Tro-pical Islands, Cycle Bowl in Hannover,Rheintorhallen in Köln).

MontageWie bei allen Membran- und Folien-konstruktionen ist die Montage der letz-te und meist heikelste Schritt, da sich we-der Wind noch Temperatur auf Wunscheinstellen. Wenig Wind ist Vorausset-zung, da die leichte Folie sonst wie einSegel aufgebläht wird. Diesen Momentfürchten die Monteure, denn die Gefahrist groß, dass die Folie unkontrolliert ander Unterkonstruktion scheuert oder sichverhakt und aufreißt. Warme Tempera-turen begünstigen die Montage derthermoplastischen Folien. Da die Foli-en und Folienkissen etwas kleiner her-gestellt werden, muss die Folie hän-disch oder mit Montagehilfsmittel ge-dehnt werden, bis sie verankert werdenkann. Deshalb sind Kissen mit ebenerund kompensierter Mittelfolie am auf-wändigsten zu montieren.

Sobald das Folienkissen umlaufend inden Randprofilen verankert ist, genügtein geringer Stützluftdruck für eine sta-bile Geometrie. Deshalb muss bereits zuMontagebeginn die Stützluftversorgunginstalliert sein. Temporäre Stützluftver-sorger sind wenig geeignet, da in dieKissen nur saubere und trockene Luftmit definierten Druckgrenzen einge-blasen werden darf.

Pneumatisch gespanntDie ideale Anwendung von ETFE-Folieist als luftgestütztes Kissen mit einem ge-ringen inneren Überdruck gegen die Um-gebungsluft. Üblich sind 300 -1000 Pas-

cal (= 30 -100 kg/m2 = 3 -10 cm Was-serhöhe). Zum Vergleich: Die uns um-gebende Luft hat einen Druck von etwa100 000 Pascal.

Der innere Überdruck hat drei Aufga-ben: Er spannt die elastische Folie fal-tenfrei auf, damit die Folie gleichmäßigträgt. Er krümmt die Folie gleichmäßigein- oder zweiachsig, damit sie Lastenabtragen kann. Er baut eine Vorspannungin der Folie auf, die von den äußerenLasten zu großen Teilen aufgezehrt wer-den darf, ohne dass das formweiche Kis-sen flattert oder kollabiert.

■ Überschlägige Angabe von Spannweite und Stich der Einzelfolie bei luftgestützten Kissen aus250 μm-Folie bei 23° und in Abhängigkeit vom benötigten Stützluftdruck und der Kissenform(quadratische, sechseckige oder runde Kissen spannen zweiachsig, längliche Kissen mit einem Ver-hältnis l/b > 3/1 spannen einachsig)Quelle: Bernd Stimpfle/formTL, Radolfzell

■ Die 2001 fertiggestellten Kuppeln der Gewächshäuser von Eden Garden mit der deutlich erkennbaren sechseckigen Kissenkonstruktion; Fotos: Gerd Schmid, Radolfzell


Pneumatische FormenÜbliche Randformen sind Geometrienmit drei oder mehr Kanten, die geradeoder gebogen sein können: etwa dieSechsecke von Eden Garden, die Rau-ten der Allianz Arena, die Rechtecke undRauten des Dresdener Schlosses. Die Kis-senlänge kann fast beliebig sein, soferndie Kissenbreite in Haupttragrichtungzwischen 2 und 4 m bleibt, was wesent-lich von den abzutragenden Schnee-und Windlasten abhängt. Bei zweiach-siger Lagerung sind noch größere Spann-weiten möglich, ebenso wenn mit Sei-len, Seilscharen oder Seilnetzen die Fo-lie entlastet wird. Unsere größten Kis-sen aus ETFE sind bis zu 30 x30 m groß,etwa beim Tropical Islands oder beiden vom Fernsehsender RTL genutztenRheintorhallen in Köln.

Mechanisch gespanntDa ETFE bei Lastsingularitäten, unterDauerlast und insbesondere bei höhererTemperatur zur plastischen Verformungneigt, werden bei mechanisch gespann-ten Folien größere Nachspannwege be-nötigt. Unser bisher einzig realisiertesETFE-Projekt mit nur einer mechanischgespannten Folie, die Bundestagsarena,war für Sommernutzung und wenigeWochen Standzeit konzipiert. Hier wa-ren diese Effekte weniger wichtig alsbeim großen Windschutz des Unilever-Gebäudes in Hamburg. Die Spannwei-ten mechanisch gespannter Folien lie-gen im Meterbereich, sodass der Mehr-aufwand für eine kleinteiligere Unter-konstruktion schnell die Einsparung fürdie entfallene zweite Folie und die Stütz-luft erreicht.

ZuschnittIm Gegensatz zu Membranen ist ETFE-Folie relativ schubsteif. ETFE darf des-halb bei der Verebnung nur geringe Win-keländerungen erfahren, da sich sonstFalten bilden. In der Regel sind deshalbdie kleinen verfügbaren Breiten von nur1,55 bis 1,6 m der Rollenware ein gutesMaß für eine wirtschaftliche Konfek-tionierung.

Das ETFE-Kissen erhält dazu einen ver-kleinerten Formzuschnitt, der sich un-ter Soll-Innendruck zu einer exaktenund ausgerundeten Kissengeometrieaufspannt. Da sich die ETFE-Folie un-ter Zeit, Lastspitzen und Temperaturnicht nur elastisch, also rückstellend,verhält, sondern auch etwas plastifiziert,ist pneumatisches Vorspannen ideal fürETFE-Folien. Wegen der nur geringenmöglichen Spannweiten bieten sich Kis-

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■ Überdachung des kleinen Schlosshofs imDresdener Residenzschloss: Das Rautentragwerkbietet Lichtblicke; Foto oben: formTL, Radolf-zell, Foto unten: Ceno Tec, Greven


sen besonders an. Durch die plastischeDehnung der Folie entstehen mehr Ober-fläche und mehr Kissenvolumen. DieFolie wird minimal dünner. Das Kissenwird etwas bauchiger, die nachströmen-de Stützluft sorgt für den Solldruck,und das Kissen trägt sogar besser, dader Kissenradius zugleich kleiner wird.

Zustimmung im EinzelfallWie alle Folien und Membranen zähltETFE zu den nicht geregelten Baustof-fen und Bauarten, für die nach Bau-ordnungsrecht objektbezogen eine Zu-stimmung im Einzelfall (Z. i. E.) bei deroberen Bauaufsicht beantragt werdenmuss. Dies ist zwar etwas umständlich,provoziert aber durch die dabei gefor-derten Qualitätsnachweise für Materi-al, Detail, Statik und Konfektion einehohe Ausführungsqualität.

Strukturelle SicherheitWir bevorzugen bogengestützte Kissen,die auch im luftleeren Zustand Regen-wasser nach außen ableiten.

Gering geneigte oder gar ebene Dächeraus ETFE-Folie können bei Ausfall derStützluftversorgung in Kombination mitSchnee oder Regen strukturelle Risikenbewirken. Es besteht dann die Gefahr,dass sich Schnee oder Wasser in einernicht selbstentwässernden Vertiefungansammelt und zum plastischen Ver-formen der Kissenfolien führt. Wird derGebläseausfall nicht rechtzeitig be-merkt, können die anwachsenden Was-sersäcke die Tragfähigkeit der Unter-konstruktion überschreiten.

Verschmutzung und SelbstreinigungUnsere Erfahrung zeigt, dass die Außen-seite von ETFE-Folien auf Dauer nichtverschmutzt und sich die Durchsichtnicht verschlechtert. Selbst langjährigbewitterte Folien können kaum vonneuen Folien unterschieden werden.Dies liegt an der antiadhäsiven Ober-fläche mit sehr niedriger Oberflächen-spannung, die ein Anhaften von Schmutzverhindert. Lose aufliegender Schmutzwird von den kugelig ausformenden

■ Zuschnitt der vier Folien vom Kissendach des Meilenwerk Forum für Fahrkultur in Düsseldorf;die Mittellagen sind hier eben zugeschnittenQuelle: formTL, Radolfzell

■ Die Ausstellungs- und Verkaufshalle des Meilenwerks in Düsseldorf: Die innovative Dachkons-truktion optimiert funktional und ästhetisch die historische Bausubstanz; Foto oben: Ceno Tec,Greven, Foto unten: formTL, Radolfzell


Wassertropfen* aufgenommen, die überdie üblicherweise stark gekrümmtenETFE-Flächen abfließen. Auf flach ge-neigten Gläsern mit hoher Oberflächen-spannung haftet Schmutz wesentlichleichter und muss deshalb regelmäßighändisch entfernt werden.

Die gleichermaßen niedrige Haftreibungführt dazu, dass sich zwischen Schneeund Folie ein Gleitfilm einstellt, aufdem Schnee leicht abrutscht. Folien-dächer sind deshalb nur selten vonSchnee bedeckt zu sehen.

Bedrucken und Durchfärben der FolieSo wie sich die unpolare ETFE-Oberflä-che günstig auf das Anschmutzverhal-ten auswirkt, so hinderlich ist sie für dieBedruckung. Für gewöhnlich haftetnichts auf ETFE, es sei denn, die Folien-oberfläche wird polarisiert, etwa durcheine Hochspannungsbehandlung. DieFolie ist dann für wenige Tage benetz-bar und kann metallisiert, verspiegeltoder mit beliebigen Motiven per Sieb-druckfarben bedruckt werden.

Da Farbe die Schweißnahtqualität stört,wird diese händisch vor dem Verschwei-ßen entfernt. Um die Farbe vor der Wit-terung zu schützen, wird stets die raum-seitige bzw. die der Kissenkammer zu-gewandte Seite bedruckt. Das Bedru-cken ist eine gängige Methode, um dievisuellen Eigenschaften und die Strah-lungseigenschaften der Folie bedarfsge-recht zu modifizieren. Bei 1000 m2 ver-teilen sich die Kosten für die Druck-walze, Einrichtung und Vorlauffolie,sodass sich eine Bedruckung dann auf10 €/m2 einpendelt.

Material Oberflächen- Kontaktwinkel eines Wasser-spannung tropfens als Maß der Nicht-in mN/m Benetzbarkeit

PTFE 22 126° (hydrophob)

ETFE 25

PE 36

PC 41

Glas 70 0 - 30°

■ Zusammenhang zwi-schen Oberflächenspan-nung des Trägermaterialsund Form der Wasser-tropfen (0° = Wasserfilm,90° = halbkugelförmigerTropfen)

* Der Kontaktwinkel liegtbei Glas im Bereich 0 - 30° und wird immergrößer, je weiter der Bau-stoff in einer der oberen Zeilen steht.

zune

hmen

d*

* Die Oberflächenspannung, z. B. von Wasser,liegt bei etwa 70 mN/m. Je größer der Unter-schied zur Oberflächenspannung des Hüllmate-rials ist, desto weniger wird Wasser die Ober-fläche benetzen und sich stattdessen zu kugel-förmigen Tropfen zusammenziehen.

■ Die Kuppel der Bundestagsarena vor der Montage des Foliendaches und danach. Für die tem-poräre Nutzung in den Sommermonaten erhielt sie nur eine einzige, mechanisch gespannte Folie;Foto oben: Nuessli GmbH, Ludwigsfelde, Foto unten: formTL, Radolfzell


Durchgefärbtes ETFE: Werden vor demExtrudieren ETFE-Farbpigmente beige-mischt, können Folien mit Transparenz-grad und Farbe in etwa nach Vorga-be hergestellt werden. Uns sind keineabweichenden Eigenschaften durchge-färbter ETFE-Folie bekannt.

Integrierte VerschattungETFE-Kissen zeigen sich sehr anpas-sungsfähig, wie die integrierte pneu-matische Verschattung der Atrienüber-dachung des Technologiezentrums vonFesto in Esslingen zeigt. Hier kann oh-ne außen liegende Verschattung som-merliches Überhitzen der Atrien vermie-den und zugleich an sonnenarmen Ta-gen ein hoher Lichteintrag sichergestelltwerden.

Bei eher kleiner Spannweite von 2,34 mund 15-26 m Länge werden die Dop-pelkammerkissen durch zwei Stützluft-drücke gesteuert. Die Mittellage unddie obere Lage sind gegenläufig mitQuadraten von 10 x 10 cm bedruckt.Wird die untere Kissenkammer mit Luftbefüllt und die obere Kissenkammerentlüftet, nähern sich die beiden be-druckten Folien und verdunkeln. Sollmöglichst viel Tageslicht in die Hallegelangen, wird die mittlere Lage ent-sprechend pneumatisch nach unten ge-

■ Kissendach des Technologiezentrums FestoQuelle: formTL, Radolfzell

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■ Material und Konstruktion – Ästhetik pur: die Rauten der Allianz Arena in München; Foto:Stefan Fessel / formTL, Radolfzell

ETFE-Folie bedruckt

ETFE-Folie unbedruckt

teilverschattet verschattet Einbau

250/250/2.500/26.000, 200 μm


drückt, sodass die bedruckten Folienauf Abstand sind. Nachteilig ist, dasseiner vollständigen Verschattung an Son-nentagen ein halbierter Lichteintrag antrüben Tagen gegenübersteht.

Der Vorteil: Diese Verschattung funk-tioniert bei den drei je 800 m2 großenAtrien in Esslingen seit dem Jahr 2000störungs- und wartungsfrei – und esgibt keine staubigen Lamellen. Die Mehr-kosten liegen bei größeren Objekten beibemerkenswert niedrigen 35 €/m2.

Teil 2 des Artikels erscheint in der nächs-ten Ausgabe. Zi/ jh

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■ Die integrierte pneumatische Verschattung kann sommerliches Überhitzen des darunter liegenden Raumes vermeiden und zugleich hohen Lichteintrag sicherstellen (hier im Atrium desTechnologiezentrums von Festo, Esslingen); Fotos: Festo/Andreas Braun, Hameln

ProjektdatenProjektbeteiligteIB BuchnerIngenieurbüro für Bautechnik, Thermodynamik, BauphysikDipl.-Ing. Andreas BuchnerDahlhauser Straße 1344869 Bochum

formTLingenieure für tragwerk und leichtbau gmbhDipl.-Ing. Architekt Gerd SchmidKapellenweg 2 b78315 Radolfzell


Bäde

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, Mitgründer und Geschäftsführender Gesellschafter der formTL ingenieure für 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 zurück-gegriffen. Für faltbare Hüllen wird be-sonders knickbeständiges PTFE-Gewe-be verwendet. Alle Membranen lassenmehr oder weniger Licht durch und er-zeugen eine angenehme Taghelle. Höhertransluzente Membranen sind sogarrückprojektionsfähig. Durchsichtig istallerdings nur ETFE-Folie und damitin der Geschichte der Membranen undFolien der erste tatsächliche Wettbe-werber zu Glas.

Während im ersten Teil des Artikels(AB 04/09 S. 190 ff.) der WerkstoffETFE mit seinen Eigenschaften und Ein-satzmöglichkeiten – 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-KissenStützluftversorgung undKondensatvermeidung im KissenDie Stützluft in einem Kissen ist ein sta-tisch wirksamer Baustoff, der stets inausreichender Menge und Güte (trocken,sauber, bestimmter Druck, redundant)vorhanden sein muss. In der Pionierzeitder ETFE-Kissen wurde „trocken“ ver-

gessen, und so sammelte sich öfter 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.

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


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

Szenarien ohne Betrachtung vonDampfdiffusion durch die ETFE-FolieSzenario 1: Würde man ein Kissen nureinmal mit feuchter Stützluft füllen, dannwären von Dezember bis März im Kis-sen Kondensattropfen sichtbar.

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

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

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

Bei größeren Kissenflächen empfehlenwir allerdings eine energiesparendeLuftrückführung. Dann zirkuliert dieKissenluft ständig und muss lediglichnachgetrocknet werden. Amortisations-berechnungen zeigen, dass dadurch derenergetisch aufwändigste Teil der Stütz-luftversorgung wirkungsvoll optimiertwerden kann und sich der Mehrauf-wand für das Zirkulationssystem ge-mäß 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 ergänzend zu den Wärmeschutz-nachweisen auch die richtige Luftfüh-rung im Kissen, etwa die Lage der Luft-ein- und -auslässe, die Strömungsge-schwindigkeit und Systemfeuchte so-wie Größe und Ort von kommunizie-renden Öffnungen in den Mittellagen.

Die herstellerspezifischen Randprofilewerden vorrangig so entwickelt, dassdie Kissen einfach montiert werden kön-nen. Sie basieren auf dem Prinzip desFormschlusses: Ein kederverstärkter Fo-lienrand wird formschlüssig 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 für die Menge und Verteilung der Tauwassermenge je m2 in der raumseitigen Kammer eines Kissen, das nicht gespült 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 μm 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 μm 0,1 380 g

Diffusionsoffene Unterspannbahn 0,02 2000 g

■ Vergleich von Sd-Wert und Wasserdampfdurchtritt

* Die wasserdampfdiffusionsäquivalente Luft-schichtdicke Sd ist ein Maß für den Wider-stand, den ein Material in definierter Stärkegegen Wasserdampf besitzt.


Die Randausbildung ist zwar beständigund foliengerecht, also aus nicht ros-tenden Werkstoffen und mit gerunde-ten Kanten. Meist fehlen jedoch einetatsächlich funktionstüchtige zweite Ent-wässerungsebene und eine thermischeTrennung, sodass additive thermischeTrennungen und so genannte Konden-satrinnen die Systeme vervollständigenmüssen.

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

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

■ einteilige Randprofile, mit denennur ein Kissen befestigt werdenkann.

Kondensatvermeidung an derraumseitigen KissenoberflächeIn Bädern wird ein großer Aufwand ge-trieben, transparente Hüllflächen ausGlas oder ETFE-Kissen kondensatfrei zuhalten. Meist bedient man sich Weit-wurfdüsen, die mit mehr oder wenigerwarmer Luft Feuchte von den transpa-renten Flächen ablüften.

Wir werden immer wieder gefragt, obETFE-Hüllen besonders kondensatge-fährdet sind. Prinzipiell sind ETFE-Kis-sen nicht kondensatgefährdeter als Iso-lierverglasungen, benötigen aber wegender bauphysikalisch „unterentwickelten“Randprofile eine größere planerische Auf-merksamkeit. Singulär an den Kissen-rändern und im Randprofil anfallendesKondensat wird mit Kondensatrinnenzum späteren Abtrocknen in Kondensat-wannen gesammelt oder abgeleitet. Un-terstützung bietet auch hier eine hydro-thermische Simulation (htS, siehe nächs-te Seite), die Angaben zu Menge undZeitpunkt des Kondensatanfalls liefert.

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

U-WertVereinfacht dargestellt beträgt 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 Berücksichtigung der standort-spezifischen solaren Strahlungsgewin-ne sind die Ueff-Werte erheblich besser(siehe Ueff).

■ Mit diesem 1/8 � Drosselschalldämpfer 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 UmgebungseinflüssenQuelle: IB Buchner, Bochum

* Referenzen: Kurklinik Masserberg, MusicalBuddy Holly Hamburg, Musical-Dom Köln,Parkbad Velbert, Tropical Islands, RegionalbadBingen-Ingelheim, Piscinas Municipais de Tor-res Novas, Bühnenüberdachung „Wolke“ / Welt-jugendtag Köln, Meilenwerk Forum für Fahr-kultur Düsseldorf, Allwetterbad Emden, Süd-parkbad Neuss und Allwetterbad Senden

Temperatur außen: T außen

Feuchte außen: � außen

Temperatur innen: T innen

Feuchte innen: � innen


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

Dennoch: An den Randbereichen der Folienkissen sowie inden Bereichen der Kissenrandprofile und der Unterkon-struktion bilden sich geometrische und materialbedingteWärmebrücken aus. In diesen Bereichen treten auf Grundniedrigerer Oberflächentemperaturen vermehrt Wärmever-luste und Kondensat auf. Große seilumspannte Kissen mitwenig Randanteil sind deshalb bauphysikalisch günstigerals kleine Kissen.

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

■ Das Allwetterbad Emden mit zwei Innovationen unter einem Dach:dem verschiebbaren Raumabschluss über der Badehalle, ausgeführt mitETFE-Folien; Foto oben: Dr. Krieger Architekten + Ingenieure, Velbert;Foto rechts: formTL, Radolfzell

■ Simulationsergebnisse undPrognosen zu Ueff-Werten vonFolienkissen in Abhängigkeitvon der Anzahl der FolienQuelle: IB Buchner, Bochum

Mögliche Bandbreitenach oben

Bisher ermittelterGrenzwert für Kissenaus 3 Folien

Bester ermittelterGrenzwert für Kissenaus 3 Folienbzw. schlechtesterermittelter Grenzwertfür Kissen aus 4 Folien

Bisher bester Wert fürKissen aus 4 Folien

Mögliche Bandbreitenach unten


Die Spannweite der Ueff-Werte ist standortspezifisch. Siehängt aber auch von der Folienbedruckung, der Konditio-nierung der Zuluft und der Gebäudenutzung ab.

Klimatische Wechselwirkungen können mit Hilfe einer htStransparent und steuerbar gemacht werden. Verlässliche Er-gebnisse entstehen, wenn eine Hülle mit Hilfe standortspe-zifischer Wetterdaten eines Referenzjahres untersucht wird,hier z. B. die Wetterdaten für Brand bei Berlin. Sie sind dieGrundlage für die htS der seilumspannten 3-lagigen ETFE-Großkissen von Tropical Islands. Gut zu erkennen auf denunten stehenden Grafiken ist der Zusammenhang zwischenGlobalstrahlung und Temperatur der Außenluft, die auf dieGebäudehülle einwirken.

Leichtbauteile können mit einer htS auf ihre Wärme-,Feuchte- und Strahlungseigenschaften untersucht und ener-getisch bewertet werden. Mit diesem Wissen kann dann dasgesamte Gebäude bauphysikalisch optimiert werden, wassich bis auf die Herstell- und Betriebskosten auswirkt.

Außerdem liefert eine htS die Grundlagen für die Festlegungder Dämmeigenschaften, die Anforderung an die Auslegungund Steuerung der Stützluftversorgung, die Auslegung undPlatzierung der Luftdüsen im Innenraum und die Auslegungund Anordnung der Kissendurchströmung.

■ Oben: Solare Globalstrahlung (Mittelwerte); unten: Temperatur derAußenluftQuelle: IB Buchner, Bochum

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g-WertDer g-Wert (Gesamtenergiedurchlassgrad) gibt Auskunft da-rüber, wie groß der gesamte Anteil der globalen Strahlung ist,der durch mehrere Kissen-Folien hindurch dem Innenraumzur Verfügung gestellt wird. Er ist damit ein Maß für dieGröße der Strahlungsgewinne über die Folienkonstruktion.

Zunächst wird der Strahlungstransmissionsgrad jeder ein-zelnen Folie eines Kissens ermittelt. Das ist der Prozentsatzder Globalstrahlung, den eine Folie durchlässt (95 % bei kla-rer 200-μm-Folie). Dann wird untersucht, wie sich die Strah-lung durch die Folienschichten bewegen, also in welchemMaße die Strahlung von jeder Folie reflektiert, absorbiertoder durchgelassen wird.

Der prozentuale Anteil der Strahlung, der durch die gesam-te Folienkonstruktion hindurchgeht, wird als Gesamt-Strah-lungstransmissionsgrad bezeichnet. Dieser unterscheidet sichvon dem Produkt der Transmissionsgrade der einzelnen Fo-lien insofern, als er zusätzlich die Einflüsse aus Reflexionender Globalstrahlung im Innern der Kissen beinhaltet. Der Ge-samt-Strahlungstransmissionsgrad sollte trotz hoher Trans-parenz und hoher Transluzenz einer Kissenkonstruktion eherniedrig sein (ausgenommen Schwimmbäder). Denn in dasKissen eingedrungene Strahlung erwärmt auch die Folien.Diese geben zusätzliche Wärmestrahlung in den Innenraumab und können Stauwärme erzeugen. Dieser Energieanteilist der sekundäre Wärmeabgabegrad.

Als g-Wert eines ETFE-Kissens (86 % bei einem 3-lagigenKissen aus klaren ETFE-Folien) bezeichnet man die Summeaus Gesamt-Strahlungstransmissionsgrad und sekundäremWärmeabgabegrad.

Beim Meilenwerk in Düsseldorf haben Buchner und Dr. Mah-ler den Gesamtenergie-Durchlassgrad der ETFE-Kissenhülleermittelt, der durch die Bedruckung von drei der vier Folienbewusst niedrig eingestellt wurde (siehe Abbildung rechtsoben).

BrandschutzETFE-Folie ist nach DIN 4102 als B1 schwer entflammbarund nicht brennend abtropfend eingestuft.

Im direkten Vergleich mit konventionellen Werkstoffen sinddie Brennwerte der extrem dünnen Folien- und Membran-werkstoffe sehr klein. Im Vergleich mit einer Holzverscha-lung hat ein Einkammerkissen aus 2 x 250 μm eine um einePotenz niedrigere Brandlast und liegt damit zwischen Kis-sen aus PTFE-Glasgewebekissen und Kissen aus PES/PVC,wobei die Unterschiede im Brennwert zwischen den ver-schiedenen Membran- und Folienwerkstoffen eher geringsind:

■ Gesamtenergie-Durchlassgrad (g-Wert)Quelle: IB Buchner, Bochum

■ Die Rheintorhallen in Köln während des Umbaus; Fotos: Ceno Tec,Greven

■ Untersicht des eingebauten Folienkissens mit flexiblem Notüberlauf


Ein Einschnitt kann wegen der sehr großen Duktilität(Zähigkeit) händisch und ohne Werkzeug nicht vergrößertwerden.

EinbruchschutzETFE-Folie kann unter großem Krafteinsatz mit einem sehrscharfen Messer aufgeschnitten werden. Es eignet sich des-halb nicht als diebstahlsicherer Raumabschluss, bietet abernicht weniger Schutz als eine konventionelle Verglasung,die per Glasschneider oder Stein überwunden werden kann.

HagelDie Folie ist nach Aussage eines Herstellers auf simulierteHagelschlag-Sicherheit bei der schweizerischen EMPA (Eid-genössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) ge-testet und erfüllt die SIA 280. Im Raum Zürich kam es vorJahren allerdings zu größerem Hagel, der dann auch aneinem ETFE-Kissendach zu einem Gebäude-Versicherungs-schaden führte.

Worstcase-Szenarien, TragreservenDa ETFE-Folien mit einer ihrer Tragfähigkeit angepasstenVorspannung eingebaut werden, sind sie bei willkürlichen

Verletzungen weniger aufreißgefährdetals übliche Membranen (siehe neben-stehende Tabelle).

Begehbarkeit, DurchsturzsicherheitETFE-Folien sind auf Grund der glattenund meist gekrümmten Oberfläche nachden Prüfgrundsätzen des Hauptverban-des der gewerblichen Berufsgenossen-schaften, GS Bau 18, nicht begehbar, gel-ten aber als bedingt begehbar. Sie dür-fen, wenn sie die Durchsturzprüfungbestanden haben, von entsprechend ge-sichertem Montagepersonal begangenwerden.

Haltbarkeit, Nachhaltigkeit,RecyclierbarkeitDa die ETFE-Folie keine Weichmacherbesitzt, entfällt die vielen Kunststoffenimplementierte „Selbstauflösung“. Kli-makammerexperimente und Langzeit-versuche von Hoechst in Arizona/USAzeigen keine nennenswerte Alterung(etwa geringere Bruchkraft), sodass einefür Kunststoffe ungewöhnlich langeHaltbarkeit von 25 bis 50 Jahren mög-lich scheint. Ebenso wurden nur gerin-ge Veränderungen der spektralen Durch-lässigkeit festgestellt.

■ 2 x PTFE-Glasgewebe 18039 in A2: 1,4 kWh/m2

■ 2 x Glasgittergewebe mit PTFE-Schälfolie 18901 in B1: 1,8 kWh/m2

■ 2 x ETFE-Folie 250 μm in B1: 3,6 kWh/m2

■ 2 x PES/PVC Typ II B1607 in B1: 8 kWh/m2

■ 20 mm trockene Holzschalung: mind. 32 kWh/m2

Versuche zeigen ein sehr vorteilhaftes Verhalten: Bei Brandund heißen Rauchgasen verkürzt sich die Folie und dieNähte gehen auf. So wie sich die Folie vom Brandherd zu-rückzieht, öffnet sie den erstickenden Rauchgasen einenWeg nach außen.

Verhalten von ETFE im Gebrauch und in ExtremsituationenVandalismusETFE-Folie ist als Thermoplast empfindlich gegenüber sehrgroßer Hitze. Eigene Versuche zeigen aber, dass weder dieGlut einer Zigarette noch ein explodierender Feuerwerks-körper eine 200 μm dicke ETFE-Folie durchschmelzen. Feu-erwerksreste können von Hand abgerieben werden.

Bruchkraft Weiterreißkraft Quotient(nach DIN 53 343) (nach DIN 53 363) (je niedriger, desto höher

das Sicherheitsniveau)

ETFE-Folie 200 μm 10 kN/m 0,1 kN 100

PES-PVC-Gewebe Typ II 79 kN/m 0,5 kN 158Verseidag

PTFE-Glasgewebe Typ II 80 kN/m 0,3 kN 266Verseidag B18039

■ Gegenüberstellung der Aufreißgefährdung von Folien und Membranen

■ „Fußpunkt“ der ETFE-Folien am Tropical Islands; Foto: formTL, Radolfzell


■ Montage auf dem Dach von Tropical Islands; Foto: Ceno Tec, Greven

Für den Nutzer besonders wichtig: DieETFE-Folien haben einen natürlichen„Lotuseffekt“, sodass die Durchsicht undSauberkeit lebenslang ohne zusätzlicheäußere Reinigung möglich scheint. De-montierte ETFE-Folie kann vollständiggranuliert und danach zu ETFE-Spritz-gussteilen weiterverarbeitet werden. Dasist keine 1:1-Rückführung wie bei Alu-minium, aber eine Rückführung auf sehrhohem Niveau und führend im Bereichder Folien und Membranen.

KostenAb Oberkante Unterkonstruktion kosteteine funktionstüchtig installierte undab 500 m2 große 2-Kammer-ETFE-Kis-senhülle 250-350 €/m2, je nach Geome-trie. Darin enthalten sind Kissen, Kissen-randprofile, Stützluftversorgung, Steu-erung und Luftleitungen.

Vergleich ETFE-Kissen – IsolierverglasungReferenzprojekte für Hüllen ausETFE-KissenHüllen aus Glas sind hinlänglich be-kannt, die Besonderen sind vielfach pub-liziert.

Hier eine Auswahl besonders sehens-werter Bauten mit Hüllen aus ETFE:Mangrovenhalle im Burgers Zoo Arn-heim/Niederlande (1982), RaubtierhausHellabrunn in München (1994), Techno-logiezentrum Festo in Esslingen (2001),Eden Garden in St. Austell, Cornwall/Großbritannien (2001), Kapuziner Kar-ree Aachen (2002), Allianz Arena inMünchen (2005), Tropical Islands inBrand bei Berlin (2005), MeilenwerkForum für Fahrkultur Düsseldorf (2006),Rheintorhallen in Köln (2008) und Dres-dener Schloss (2008).

Bauphysikalischer VergleichWill man Gebäudehüllen aus Isolier-glas und ETFE-Kissen energetisch ver-

gleichen, so muss man die Wärmeströ-me auf der raumseitigen Oberflächemiteinander vergleichen, also die Ueff-Werte, welche die Strahlungseinflusseberücksichtigen. Hier zeigen sich keinesignifikanten Unterschiede zwischen Fo-lienkissen und Glaskonstruktionen.

Eine 3-fach-Verglasung entspricht in derWirkung etwa einem 3-Kammerkissen,eine 2-fach-Verglasung einem 2-Kam-merkissen.

Unterschiede bestehen, wenn nachträg-lich die Hülleigenschaften verändertwerden sollen, weil sich die Nutzungs-anforderungen geändert haben: Mehr-fachverglasungen, die werkseitig mitGas gefüllt sind, können nicht mehr inihrem Verhalten verändert werden. BeiETFE-Kissen dagegen können durch dieVeränderung der Zuluft die bauphysi-kalischen Eigenschaften in weiten Be-reichen angepasst werden.


Unterschiede beim Nachweis nach EnEVFür die Berechnung der erforderlichenJahresheizenergie eines Gebäudes miteiner Hülle aus ETFE-Kissen benötigtman eine Bilanz der Wärmeströme. Dassind die Wärmegewinne und -verlustedurch die Gebäudehülle. Die Berechnungkann dabei mit Hilfe einer instationärenGebäudesimulation oder stationär nachder Energieeinsparverordnung (EnEV)erfolgen. Für eine stationäre Berech-nung nach der EnEV werden die Wärme-durchgangskoeffizienten der Bauteile(U-Werte) und deren Gesamtenergie-durchlassgrad (g-Werte) benötigt.

Bei herkömmlichen Außenbauteilen(Mauern, wärmegedämmte Trapezble-che usw.) sind diese Werte (bis auf denoft eher geringen Einfluss der Wärme-übergangskoeffizienten) materialabhän-gige Größen und können unabhängig

von den klimatischen Standortbedin-gungen angegeben werden.

Im Gegensatz zu Isolierglasscheibenkann die Luft in den Kissenkammernnicht wie eine feste, homogene Mate-rialschicht mit festen Eigenschaften be-trachtet werden. In den Luftkammerneines Folienkissens stellt sich ein eige-nes Klima ein. Jede Kissenkammer derFolienkonstruktion stellt einen zusätz-lichen eigenen „Raum“ innerhalb derGebäudehülle dar, dessen veränderli-ches Klima mit Hilfe einer instationä-ren Simulation ermittelt werden kann.

Die Wärmeströme durch eine Kissen-hülle hängen deshalb in hohem Maßevon der lokalen Strahlungs- und Tem-peratursituation sowie der konditio-nierten Zuluft der Kissen ab. Um abertrotzdem eine Berechnung unter sta-tionären Annahmen gemäß der EnEV/

DIN 18 599 durchführen zu können, wer-den auf der Basis der htS Monatsmit-telwerte ermittelt, die dann auch füreine Energiebedarfsberechnung nachdem „Monatsbilanzverfahren“ eingesetztwerden können.

Fazit: Verglaste Hüllen können statio-när untersucht werden. Hüllen aus ETFE-Kissen benötigen eine instationäre htS.

Akustik-VergleichGlas ist schallhart und verlängert denNachhall; Glas ist schwer und kann zuperfekt schalldämmenden Funktions-gläsern kombiniert werden. ETFE ver-hält sich entgegengesetzt. Eine Vorsatz-schale aus einer einlagigen ETFE-Foliewiegt ohne Rahmen nur 500 g/m2. Sieist luftschalltechnisch masselos und mitwenigen dB Dämpfung kaum wirksam.Kissen dagegen dämpfen überraschendgut, was sich das IBP Fraunhofer-Insti-tut für Bauphysik in Stuttgart mit demEffekt der biegeweichen Doppelschaleerklärt. Höhere Dämpfung kann in Kom-bination mit Polyesterflies-Wärmedämm-stoffen erzielt werden, wobei aber dieTransparenz verloren geht.

ETFE kann als Gebäudehülle eingesetztwerden, wenn wenig Schalldämmungbenötigt wird, etwa im Dachbereich oderin Fassaden als Klimahülle mit nachge-schalteter Verglasung.

Der Vollständigkeit halber: Mikroper-forierte ETFE-Folien werden erfolgreichals Absorberfolien eingesetzt, um höhe-re Frequenzen zu dämpfen.

In welchem Umfang Regentropfen stö-rend wirken, ist individuell verschieden.ETFE-Folien und PC-Stegplatten dürf-ten aber schweren Gläsern deutlich un-terlegen sein. Für ein Oberlicht einesKonzertsaals würden wir jedenfalls kei-ne Kissen vorschlagen.

■ Untersicht der Kuppel der temporär installierten Bundestagsarena mit einem 30%igen Bedru-ckungsgrad der einlagigen Folie am Zenit und einem 50%igen Bedruckungsgrad in dem hier sicht-baren weiteren Folienring; Foto: formTL, Radolfzell


Konstruktiver VergleichAus konstruktiver und statischer Sichtsind ETFE-Kissen und Verglasung kaumvergleichbar. Glas ist ein auf Biegung be-anspruchter Plattenwerkstoff mit klei-nen Scheibenformaten und mit hohemEigengewicht. ETFE-Folie ist ein auf Zugbeanspruchter formweicher Werkstoffmit sehr geringem Gewicht und einervielfachen Spannweite, der seine Stabi-

lität aus einer zweiachsigen Krümmungund der Stützluft bezieht.

Worstcase-Szenarien, PersonenschutzIm Gegensatz zur Überkopfverglasungsind ETFE-Hüllen umlaufend formschlüs-sig auf der Unterkonstruktion veran-kert. Sie sind außerdem „gewichtslos“und so ohne Gefahrenpotenzial. Zi/jh

Marktchancen Künftiges Einsatzgebiet Vorteile, Bewertung

- Einlagig mechanisch gespannte ETFE-Fassaden Sind und bleiben wegen der kleinen Spannweiten und und -Dächer aufwändigen Nachspanndetails Exoten. Kissen dagegen

haben eine integrierte Nachspannung und erlauben vielgrößere Spannweiten.

0 Roadshow Vielfache Montage und Demontage erzeugt visuellstörende Knickspuren.

0 Oberlichter aus mehrlagigen ETFE-Kissen anstelle Dazu werden künftig kostengünstige Stützlufterzeuger tiefgezogener Kunststoffplatten benötigt, die kompakt, wartungsfrei und leise sind.

+ Tribünendächer von Fußballstadien ETFE-Hüllen entlang der Spielfeldkante fördern das Rasen-wachstum. Der teure Rollrasen muss weniger häufig aus-getauscht werden.

+ Transparente Hüllen in Zonen mit großer Erdbeben- Hier hat ETFE wegen des geringen Gewichts Vorteile.beschleunigung, bei Dachsanierungen und bei Schiffen

++ Überkopfverglasung von Atrien und Biosphären ETFE-Hüllen sind bereits heute ein Wettbewerber zu verglasten Konstruktionen. Denn: Tragwerke mit ETFE-Kissen sind leichter, preiswerter und bauphysikalisch gleichwertig.

++ Weitspannende Seiltragwerke mit transparenter Hülle Die leichten und verformungsunempfindlichen ETFE-Kissen sind hierfür ideal.

++ Bäderbau Wird wegen der bionischen Formensprache ein Schwer-punkt für ETFE-Hüllen: meditative Sichtbeziehung zu den Wolken, niedrige Herstell- und Betriebskosten, Natur-Bräunung, natürliche Bildung von Vitamin D

■ Marktverschiebungen durch ETFE

ProjektdatenProjektbeteiligteIB BuchnerIngenieurbüro für Bautechnik, Thermodynamik, BauphysikDipl.-Ing. Andreas BuchnerDahlhauser Straße 1344869 Bochum

formTLingenieure für tragwerk und leichtbau gmbhDipl.-Ing. Architekt Gerd SchmidKapellenweg 2 b78315 Radolfzell

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Documents

Planung AB Archiv des Badewesens 04/2009 Bä · PDF filePlanung · Bäderbau | AB Archiv des Badewesens 04/2009 190 Neues Bauen mit ETFE-Folien Entwerfen und Konstruieren mit dem Hightech-Werkstoff