Verschattung neu gedacht

Katinka Corts
23. Oktober 2019
Sonnenschutzelemente der Projekte Agora, Harvard und adidas (Fotos links + rechts: David Matthiessen, Mitte: Behnisch Architekten)

Immobile Verschattungssysteme für Fassaden sind zukunftsträchtig: Behnisch Architekten nutzen sie bei drei aktuellen Projekten. Bei den Neubauten für adidas im deutschen Herzogenaurach, dem Krebsforschungszentrum Agora im schweizerischen Lausanne und der SEAS für Harvard kommen vergleichbare Systeme zum Einsatz, die sich aber hinsichtlich Maßstab, Materialisierung und Herstellung unterscheiden. Wir sprachen mit Stefan Behnisch über den Entwicklungsprozess.

Was brachte Sie dazu, immobile Verschattungslösungen für gleich drei Ihrer Projekte zu entwickeln?

Wir halten es für einen interessanten Ansatz, das Tageslicht nicht nur auszublenden, sondern die Anteile zu nutzen, zu verstärken und zu optimieren, die man im Gebäude haben möchte. Eine immobile Sonnenschutzlösung, die für den jeweiligen Standort berechnet ist, gibt uns diese Möglichkeiten. Auch wenn wir zu Zeiten des Agora-Projektes noch am Anfang der Entwicklung standen, konnten wir dessen Fassade bereits sehr gut und komplex umsetzen – nicht zuletzt dank der Zusammenarbeit mit Transsolar, dem Bartenbach Lichtlabor, dem Ingenieurbüro Emmer Pfenninger und der ausführenden Firma Sottas. Das adidas-Gebäude entstand etwa parallel dazu, jedoch weniger komplex und in einem anderen Maßstab . 
Für Harvard haben wir das gesamte System weiterentwickelt. Das Haus ist größer, die Grundrisse sind tiefer. Hier mussten wir umso mehr Gewicht auf die Tageslichtlenkung legen. Auch die Elemente haben sich grundlegend verändert, verglichen mit jenen der Agora in Lausanne: Die im Waterforming-Verfahren tiefgezogenen Bauteile aus Edelstahl sind kleiner und anders verbaut. Jedes der Projekte brachte neue Herausforderungen, auf die wir situationsbedingt Rücksicht nehmen mussten und an denen wir auch gewachsen sind.

In Lausanne mussten Sie ein umfassendes Raumprogramm erfüllen – zwischen Bestandsbauten, einer Straße im Osten und einem Wäldchen im Westen. Führten diese Kriterien, direkt oder indirekt, auch zur Entscheidung, den Sonnenschutz als vereinheitlichende, zusätzliche Hülle zu formulieren?

Bereits im Wettbewerb für das Projekt entschlossen wir uns, ein Gussmodell zu entwickeln, das alle Zwänge des Areals berücksichtigt. Dabei ging es ja nicht nur um Mindestabstände, sondern auch um die prognostizierte Entwicklung der angrenzenden Bäume und die Größe ihrer jeweiligen Baumkronen! Die im Grundriss unregelmäßige Form knickt auch in der Hülle nach Innen und Außen ab. Die Fassaden sind somit meist nicht vertikal. Bei der Modellierung des Baukörpers wurde uns recht schnell klar, dass hier der Sonnenschutz eine Herausforderung werden würde. Wir entschieden uns auch deshalb für eine feste Verschattung, weil wir das Gebäude als Volumen zeigen wollten, das es Betrachtern erschwert, Geschossigkeit und Gliederung auf einen Blick abzulesen.

Krebsforschungszentrum Agora in Lausanne (Foto: David Matthiessen)
Öffnungselemente der Fassade: Fassadenbiegung -15/15 Grad, Holzfensterrahmen mit Unterkonstruktion, Abwinkelung/Biegung der Fassade an strategischen Punkten, Sonnenschutzgitter (Plan: Behnisch Architekten)
Detailschnitt Fassade und Laborbereich (Plan: Behnisch Architekten)
Die Wabenfassaden von Agora und adidas wirken sehr ähnlich. Worin liegen die Unterschiede?

Die erste Fassade dieser Art, die wir entwickelten, war jene für das Agora-Gebäude. Die metallische Wabenfassade ist über Auskragungen an der Gebäudehülle befestigt. Isokörbe bieten hier Auflagepunkte für die tragenden Stahlbalken, an denen die dank ihrer Faltung in sich selbst ausgesteiften Waben befestigt sind. Sie sind über Gelenke miteinander verbunden, die Dehnungen und Stauchungen aufnehmen. Entsprechend dem Sonnenlauf von Lausanne blenden die weiß lackierten Elemente direkte Sonneneinstrahlung aus. Gleichzeitig lenken sie über die Reflexion auf den Flächen Tageslicht an die Decken der Geschosse und damit in die Räume. Jeder Fassadenseite sind speziell ausformulierte und präzise geneigte Waben zugeordnet – es gibt neun Standardversionen und einige Sonderelemente; insgesamt sind es etwa 1'200. Die gleiche Solarleistung für jeden gegebenen Sonnenwinkel kann mit einer Reihe unterschiedlicher Geometrien erreicht werden, die jeweils unterschiedliche Sichtanteile und -qualitäten bieten. Die Unterkonstruktion der unterschiedlichen Fassadenelemente besteht aus geschossweise befestigten, jedoch über die ganze Gebäudehöhe spannenden, diagonal gelegten Trägern aus pulverbeschichtetem Aluminium. In einigen Bereichen sind die Elemente perforiert, um einen harten Hell-Dunkel-Kontrast zu vermeiden. Die Spannweiten sind mit 1,0 m bzw. 2,5 m relativ klein, somit war die Ausführung technisch sowie vor allem statisch leichter lösbar als bei den beiden folgenden Projekten.

adidas Herzogenaurach (© Behnisch Architekten, Foto: David Matthiessen)
Fassadenelemente im Detail (Plan: Behnisch Architekten)
Die Fassadenelemente des adidas-Neubaus in Herzogenaurach werden geschossweise gehalten (© Behnisch Architekten, Foto: David Matthiessen)
Wurde es bei adidas also komplizierter?

Ja, denn hier sind die Fassadenelemente größer, statisch komplexer und mit vertikalen Halterungen geschossweise befestigt. Die thermische Hülle ist geschosshoch verglast. Der Sonnenschutz besteht hier im Wesentlichen aus einer Aluminium-Rahmenkonstruktion mit opaken und perforierten Deckblechen sowie einem Lastensammler aus Stahl und dessen Tragkonsolen. Letzterer überwindet eine Hauptachse von 8,10 m und trägt je Ebene in der Regel vier Verschattungselemente. Die 3 mm starken Verschattungselemente sind wie bei Agora teilweise gelocht, um einen harten Lichtkontrast im Innenraum zu vermeiden. Eine Perforierung mit 8 mm Durchmesser ist bei einem abgeschrägten Sonnenschutzelement mit einer Materialstärke von 3 mm ideal, um auch eine bestmögliche Durchsicht zu gewährleisten.
Die Beschichtung der Oberfläche haben wir so gewählt, dass ihr Glanzgrad das schimmernde Erscheinungsbild unterstützt, dabei aber keine störenden Spiegelungen im Inneren und nach außen entstehen. Die Beschichtung ist im Farbton 'Pearly Haze' (IGP) mit einem Glimmeranteil von ca. 30% und einem Glanzgrad matt 30% ausgeführt. Das Tageslichtspektrum wird somit nahezu unverändert und sehr naturgetreu als Lichtstimmung abgebildet.

Das Projekt Harvard SEAS ist das dritte Ihrer Projekte dieser Art, jedoch haben Sie mit anderen Materialstärken geplant und ein anderes Herstellungsverfahren gewählt. Wie unterscheidet sich die Konstruktion zu den vorhergehenden?

Die im Waterforming-Verfahren tiefgezogenen, mit 1,5 mm Stärke relativ filigrane Edelstahlelemente, werden an Zugstäben vor der Fassade befestigt. Sie spannen über die gesamte Gebäudehöhe und sind am oberen Ende mit harten Federn ausgestattet. Wir haben vier Paneeltypen entwickelt, die für die jeweilige Himmelsrichtung und den Sonnenstand optimiert sind. Ausformung und Tiefe der einzelnen Paneele unterscheiden sich entsprechend horizontaler Funktionszonen – je nachdem, ob der Einfall von Tageslicht, der Sonnenschutz oder die Aussicht im Vordergrund steht. Weitere Untervarianten der Paneele erfüllen weitere, unterschiedliche Funktionen. So entsteht eine Palette von etwa zwölf unterschiedlichen Paneelen.

Die Hauptaufgabe der Elemente an der Nordostseite ist es, Tageslicht in den Raum hinein zu reflektieren und weniger die Sonne abzuhalten. Für eine horizontale Zonierung wurden unterschiedlich geformte Sonnenschutzpaneele entwickelt, die in bestimmten Bereichen auf Sichthöhe mehr Offenheit zulassen. Diese Elemente sind dann tiefer ausgebildet, am Rand tiefgezogenen (im Verfahren des Hydroforming hergestellt) und ebenfalls leicht perforiert, um einen starken Kontrast bzw. eine Blendung im Innern zu vermeiden. 

Teilansicht der Fassade der John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in Harvard (© Behnisch Architekten, Foto: Igor Dantas)
Plan: Behnisch Architekten
Plan: Behnisch Architekten
Benutzten Sie bei den drei Projekten besondere Programme zur Bearbeitung, auch für die Zusammenarbeit mit den Fachplanern, oder haben Sie traditionell entworfen?

Beim Wettbewerb selber arbeiten wir üblicherweise mit wenig mehr als den üblichen CAD-Lösungen, oft mit Handzeichnungen und Arbeitsmodellen. Da Wettbewerbskonzepte und -entwürfe in iterativen Prozessen entwickelt werden, sind Programme, die, wie Grasshopper, auf parametrischen Ansätzen beruhen hilfreich. Hier ist weniger Präzision und Koordination als Schnelligkeit und Flexibilität das Thema. 
In der weiteren Bearbeitung hätte BIM-Software wie Revit schon eingesetzt werden können, was aber ein über Gebühr großer Aufwand gewesen wäre. In den USA haben wir schon über 12 Jahre Erfahrung mit diesen Lösungen, vor allem mit Revit. Man muss immer schauen, welche Vorteile man erwartet. Brauche ich den Gewinn nicht, den ein Programm verspricht, schränke ich den Kreis der Akteure ganz erheblich und unnötig ein. Ich verenge damit künstlich den Markt. Tatsächlich hätte uns BIM beim Projekt Agora keine grundlegende zusätzliche Information geliefert, die wir nicht auch anders erhalten konnten. Für die Präzision der Agora-Fassade war Rhino völlig ausreichend. Man muss auch bedenken, dass die anderen Projektbeteiligten ein 3D-Modell öffnen und bearbeiten können müssen. Und bei einem Modell wie der Sonnenschutzgrid von Agora mit all seinen unterschiedlichen Ausrichtungen ist hier die Grenze schnell erreicht. 
Beim Harvard-Projekt haben wir tatsächlich festgestellt, dass uns BIM in der Planung bei bestimmten Detail bremst. Die Stärke von BIM ist letztendlich ja eher in der Koordination und Datenerfassung als im Entwurfsprozess zu sehen. Die dortige Sonnenschutzlösung ist äußerst komplex, die vielen Informationen, die BIM verlangt, verlangsamen die Arbeit. Wir können das Programm teilweise nicht mehr mehr ohne redaktionelle Arbeit öffnen, weil es im Hintergrund – was ja eigentlich die Stärke und die Idee dahinter ist – alle Details mitzieht, auch die aller ausführenden Firmen. Wenn ich bei der Sonnenschutzlösung jedoch die Statik und die Haustechnik gar nicht betrachten will, verkompliziere ich den Prozess. Für Harvard nutzten wir BIM, bildeten darin aber den Sonnenschutz nur linear ab. Detailliert wurde er unter Einsatz der Engineering-Anwendung Catia, mit der wir die maschinelle Fertigung der ca. 18'000 Fassadenelemente planen konnten.

Bei den drei vorgestellten Projekten haben Sie sich intensiv mit dem Thema Fassade und deren Bedeutung als Tageslichtlenkerin beschäftigt. Wieso?

Der visuell prominente Sonnenschutz wird prägend wahrgenommen, das ist wahr. Das Thema Tageslicht hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Die medizinische Forschung ist hier zu neuen und dezidierten Ergebnissen gekommen. Die Bedeutung des Tageslichtes für unser Wohlbefinden wird heute völlig anders bewertet als noch vor wenigen Jahren. Dazu kommen tiefere Grundrisse im städtischen Kontext und bei bestimmten Bauaufgaben. Auch wird die städtische Nachverdichtung zu neuen Herausforderungen bei der Tageslichtausbeute führen. 
Das Thema Nachhaltigkeit und Energieeffizienz beschäftigt uns im Büro schon lange. Weltweit erleben wir gerade eine enorme Nachhaltigkeitsdebatte, mit Erstaunen scheinen wir alle festzustellen, dass wir ein Umweltproblem haben und der Bausektor daran mitschuldig ist. Lange Zeit war man der Meinung, das Thema im Griff zu haben – als Deutsche neigen wir ja eh dazu, zu sagen, wir seien die Größten. Wir sind aber schon lange nicht mehr führend im Bereich Umweltfragen und man kann sagen, dass wir in den letzten 10 Jahren den Anschluss verloren haben. Wir müssen aufhören, Nachhaltigkeit nur quantitativ zu betrachten und endlich auch Qualität und die damit verbundenen Chancen in den Fokus rücken. Dann werden das Licht und unser Umgang mit ihm ein entscheidender Faktor.

Vielen Dank für das Gespräch!

Vorgestelltes Projekt

Reiulf Ramstad Arkitekter

community church knarvik

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