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Die Messe. Fenster. Tür. Fassade.

18. - 21. März 2020 // Nürnberg, Germany

FENSTERBAU FRONTALE Newsroom

Vom Wasserturm zum PlusEnergie-Hotel – Fenster-Eigenentwicklung mit dabei

AquaTurm Radolfzell: Der Zylinder der Klappenöffnung und die unteren Klappen sind deutlich zu erkennen.
AquaTurm Radolfzell: Der Zylinder der Klappenöffnung und die unteren Klappen sind deutlich zu erkennen. // © Jörg Pfäffinger

Hoch hinaus in Radolfzell: Bauunternehmer Jürgen Räffle saniert mit seinen zwei Söhnen einen 1979 stillgelegten Wasserturm zu einem Vorzeigeprojekt der Hotelbranche. Das Umweltministerium stufte das 2017 fertig gestellte Gebäude als „Demonstrationsanlage der Bundesrepublik Deutschland“ ein.

Die Planungsleistungen des dreiköpfigen Teams begannen schon 1999 mit ersten Skizzen eines damals noch in Ausbildung befindlichen Sohnes des Unternehmers, und konkretisierten sich 2008. Was anfangs als Büro-Hochhaus gedacht war, entwickelte sich 2011 zum Entwicklungsziel „Hotel aquaTurm“, das so viel Energie bereitstellt, wie es verbraucht.

Dazu waren folgende Vorgaben zu erfüllen:

- Dämmung der bisherigen und neuen Gebäudestruktur mit Passivhaustechnologie
- Energieerzeugung zur Sicherstellung des Hotelbetriebs
- Ertüchtigung der Statik für die neuen Belastungen und Sicherheitsanforderungen


Für den letzten Punkt musste schon 2008 das Fundament, der neuen Nutzung und den aktuellen Auflagen entsprechend, mit einer bis 15 Metern Tiefe reichenden Pfahlgründung verstärkt werden. Der Zeitpunkt war vorgegeben, weil die Stadt den Platz um den Turm herum zu dieser Zeit neu gestaltete und ein externer Termin für diese Arbeiten zu aufwändig (und noch teurer) geworden wäre.

Der Punkt „Energieerzeugung“ betraf die technische Gestaltung der Fassade.

Auf allen Seiten wurden PV-Module in CIS/CIGS-Dünnschichttechnologie angebracht, insgesamt 1.000 m² mit 69,6 kWp Leistung, um auch bei diffusem Wetter noch solare Gewinne zu erhalten. Darüber hinaus sind im Dachbereich und vor den Fenstern in der Südfassade insgesamt 54 m² Voll-Vakuum-Röhrenkollektoren angebracht. Dies klingt, wenn auch nicht spektakulär, doch aufwändig, und hat es – technisch gesehen – in sich. Dazu Norman Räffle, der die Planung leitete: „Der Turm gilt als Sonderbau, weil er mit über 50 Metern Höhe ein Hochhaus darstellt. Hier in Radolfzell herrscht Windlast Zone 2, wegen der Seenähe, dazu Erdbeben-Zone 2. Diese Bedingungen an der 1.800 m² großen Fassade waren Grundlage spezieller Befestigungstechnologien. Ein Fassaden-Statiker hat mich mit einer Typen-Statik unterstützt, darauf habe ich Konstruktionspläne der Fassade erstellt.“

Auf dem Dach sorgt eine vertikale Windkraftanlage mit Darrieus H-Rotor für zusätzliche 5,5 kW Leistung. Der 5 Meter hohe Mast ist für Wartungsarbeiten hydraulisch absenkbar und zum Gebäude hin mit zwei passiven Systemen entkoppelt. Die Anlage verfügt durch ihr Design über eine Rotationsbegrenzung und ihr Schallpegel liegt unterhalb der Windakustik.

Auch eine Stromspeicherung mit 60 kW-Kapazität gehört zum Energiekonzept, sowie ein Notstromnetz. „Alle Komponenten stammen aus Deutschland“, sagt Norman Räffle, der sich für regionale Wertschöpfung einsetzt.

Dämmung der Gebäudehülle – Fenster als wichtige Komponente

Um das notwendige Passivhaus-Niveau der Fassade zu erreichen, war eine 24 Zentimeter starke Steinwolledämmung auf dem 55 Zentimeter Ziegelmauerwerk des Hauptturms notwendig. „Wir haben dafür 10.000 Verbindungsmittel an der Fassade verbaut: zum Beispiel thermisch entkoppelte Edelstahlhalter und 20 Zentimeter lange Edelstahl-Siebhülsen für die Dämmungsanbringung am alten Mauerwerk. Der neu erstellte Erschließungsturm liegt außerhalb der thermischen Hülle, wurde aber mit 10 Zentimeter Steinwolle gedämmt, um Kondensation im Innenraum auszuschließen“, sagte der Planer.

Die Fenster sind nicht nur wichtig für den Panoramablick über die Stadt und den See, sondern haben eine wichtige Funktion im Dämmsystem der Gebäudehülle. Da die Bauherren keine geeigneten Fenstersysteme am Markt fanden, gingen sie, zusammen mit einem Fensterhersteller, selbst an die Entwicklung eines Systems. Bei großen Glasflächen sei oft mit Überhitzung zu rechnen, da helfe nur außenliegender Sonnenschutz, so Jürgen Räffle. Jalousien und Store müssen bei den am See häufig hohen Windstärken und der Gebäudehöhe mit einer davor befindlichen Scheibe gesichert werden. Da aber eine dazu nötige fixe Außenscheibe ohne aufwändigen Kran nicht zu reinigen gewesen wäre, entschied man sich für eine Verbundfensterkonstruktion mit im Zwischenraum angeordneter Jalousie, deren Wartung von innen möglich ist. Tests zeigten bei Verbundfenstern bei Sonneneinstrahlung im Scheibenzwischenraum Temperaturen von 70 bis 80 °C, selbst im Februar. Was im Winter als nach innen strahlende Zusatz-Heizung teilweise gewünscht wäre, ist im Sommer inakzeptabel.

Um diesen Temperaturanstieg zu vermeiden und gleichzeitig hochdämmende Fenster zu erhalten, wurde eine Verbundkonstruktion aus Alu-Vorsatzschale und Innenflügel aus heimischer Fichte mit Zweifach-Außenscheibe (Ug 1,1) und Dreifach-Innenscheibe (Ug 0,5) gesetzt. Dazwischen verläuft die Verschattung mit Horizontal-Lamellen.

Dazu Norman Räffle: „Wärmeabsorption im Scheibenzwischenraum war ein wichtiges Thema, da bei hohen Scheibenzwischenraumtemperaturen die Glasfläche wie Flächenheizungen den Innenraum unkontrollierbar aufheizen. Fast alle Hochhäuser kämpfen mit dem Thema, wie das Glas beschattet werden sollte. Gleichzeitig gibt es den Wunsch nach Tageslicht, Windstabilität und Ausblick, was auch immer Energie mit hinein bringt. Zusätzlich verursacht die Erwärmung zwischen den Scheiben Druck- und Pump-Belastung der Gläser. Wir entwickelten daher ein Fenstersystem mit einem druckentspannten, hinterlüfteten Zwischenraum, bei dem wir auf eine Lösung ohne Elektronik setzten, die es – nach meiner Recherche – bisher am Markt nicht gab.“

Das Team setzte auf mechanische Thermozylinder, die mit Wachs funktionieren. Der Zylinder, die Feder und der Schieber, die die integrierten Klappen öffnen, sind auf einer Grundplatte befestigt. Die unteren Klappen öffnen über ein Insektenschutzgitter nach außen, ab 20 °C werden sie vollständig geöffnet, die oberen Klappen erreichen ihre volle Öffnung mit identischer Technik erst ab 38 °C. Die Wirkungsweise ist einfach: Im Sommer steigt die warme Luft auf und über die oberen Klappen gelangt sie hinaus; wenn es kühler ist, schließen die Klappen und speichern die sich erwärmende Luft – dies wirkt ähnlich wie ein Solar-Luftkollektor.

Dieses Fenstersystem ist tauwasser-frei und weist drei Dichtungsebenen auf: die innere Anschlagsdichtung, die Mitteldichtung und die äußere Dichtung.

Die äußere Scheibe ist ein ESG-H-Glas: ein ESG-Glas, das zur Untersuchung auf Nickelsulfid-Einschlüsse einem Heißlagerungstest bei ca. 290°C unterzogen wurde und bei dem daher nur eine sehr geringe Gefahr des Spontanbruches besteht.

Die meisten Fenster sind 2 Meter hoch, ein Flügel wiegt ca. 100 bis 120 Kilogramm, was besondere Anforderungen an die Beschläge stellte.

Die Lichttransmission liegt bei ca. 51-44 Prozent, der G-Wert bei ca. 28-19 Prozent und Uw 0,52- 0,59W/m²K.

Aquaturm Radolfzell: ein PlusEnergie-Hotel entsteht.

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