Unterkonstruktionen von vorgehängten Fassaden durchdringen die Wärmedämmung und bilden somit eine Wärmebrücke, die durch höhere Dämmdicken oder die Materialauswahl kompensiert werden kann. Diese Umplanung erfolgt häufig zu einem späten Zeitpunkt im Projekt und ist mit erheblichen Mehrkosten verbunden. Sofern es die Bautoleranzen zulassen, kann der Wechsel von einer klassischen zweiteiligen Unterkonstruktion bestehend aus Halter und Tragschiene zu einer einteiligen Unterkonstruktion als Z‐Profil sinnvoll sein und zu einem schnelleren, und damit kostengünstigeren, Einbau führen. Einteilige Unterkonstruktionen aus Metall weisen als linienförmige Bauteile zunächst eine größere Wärmebrückenwirkung auf als die zweiteilige Ausführung mit Haltern und Tragschiene, können jedoch durch das Einbringen von Schlitzen wärmetechnisch so ertüchtigt werden, dass baurechtliche Vorgaben des Wärmeschutzes ohne die Erhöhung von Dämmdicken erreicht werden können. Die Z‐Profile werden unmittelbar an dem tragenden Verankerungsgrund befestigt und bilden direkt das Tragprofil für die Fassadenelemente. Statische Untersuchungen an durch die Schlitze geschwächten Z‐Profilen zeigen, dass eine ausreichende Tragfähigkeit gegeben ist.

Vorgehängte hinterlüftete Fassaden (VHF) und Falzprofildächer (FPD) aus Metall bilden als leichte Bauweise aufgrund ihrer hohen Rückbau‐ und Recyclingfähigkeit, ihrer bauphysikalischen Eigenschaften sowie ihrer langen Lebensdauer einen Baustein nachhaltiger Gebäudearchitektur. Der prinzipielle Aufbau von VHF und FPD weist analoge thermische Eigenschaften auf. In beiden Bauweisen werden z. B. punktförmige Halter auf einem Verankerungsgrund befestigt, durchdringen dabei die Wärmedämmung und leiten die Lasten der Fassaden‐ oder Dachbekleidungen in den Verankerungsgrund ein. Die Halter bilden dabei Wärmebrücken und erhöhen den flächenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten der flächigen Fassaden‐ oder Dachkonstruktion. In der Praxis ist der Einfluss der Durchdringungen auf den Wärmedurchgangskoeffizienten bereits in einem frühen Planungsstadium zu berücksichtigen, da insbesondere Wärmedämmdicken nur unter Berücksichtigung der punkt‐ und linienbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten planungssicher festgelegt werden können. Typische Halter unterscheiden sich in ihrer Größe, Geometrie und Materialität und haben so unterschiedlichen Einfluss auf die zu wählende Dämmdicke. Zur effizienteren Umsetzung in der Praxis veröffentlicht der Internationale Verband für den Metallleichtbau (IFBS) im ersten Quartal 2021 eine Neufassung des Wärmebrückenatlas mit wärmetechnischen Untersuchungen zu VHF und FPD im Metallleichtbau. Im vorliegenden Beitrag werden dazu ausgewählte Ergebnisse vorgestellt.

Die Wärmebrückenwirkung von Fassadenunterkonstruktionen aus Metall kann durch den Einbau geschlitzter Unterkonstruktionen reduziert werden, wodurch die energetische Qualität vorgehängter hinterlüfteter Fassaden erhöht werden kann. Fehlende Bemessungshilfen zur Berücksichtigung der Schlitzgeometrien in der Unterkonstruktion verhindern allerdings häufig die Anwendung in der Praxis. Im Rahmen eines durch die AiF geförderten Forschungsvorhabens wird das Lehr‐ und Forschungsgebiet für Nachhaltigkeit im Metallleichtbau in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau der RWTH Aachen University Lösungen zur statischen und bauphysikalischen Bemessung von geschlitzten Stahlleichtbauprofilen für die Gebäudehülle aus Metall entwickeln. Die vorliegende Bearbeitung zeigt zwei Ansätze zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Außenwänden mit geschlitzten Unterkonstruktionen aus Metall. Ein Verfahren nimmt den geometrischen Weg der durch die Schlitzgeometrie abfließenden Wärme auf und leitet hieraus eine äquivalente Wärmeleitfähigkeit des geschlitzten Profils ab. Bei dem zweiten Verfahren wird der geschlitzte Stegbereich durch einen Bereich mit äquivalenter Wärmeleitfähigkeit ersetzt und kann hiermit im Rahmen von vereinfachten FEM‐Berechnungen berücksichtigt werden. Beide Ansätze sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens validiert werden.

Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die bisherigen Aktivitäten der Professur „Nachhaltigkeit im Metallleichtbau”, welche zum 1. Juli 2015 an der RWTH Aachen University eingerichtet wurde und vom Internationalen Verband für den Metallleichtbau (IFBS) unterstützt und gefördert wird. Die Professur, bekleidet von Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. Markus Kuhnhenne, beschäftigt sich in Forschung und Lehre mit Aspekten des statisch‐konstruktiven Entwurfs, der Bauphysik und insbesondere der Nachhaltigkeit von Gebäudehüllen mit Metallleichtbauelementen. Es werden die aktuellen Entwicklungen zu energetischen Anforderungen im Gebäudebereich beschrieben, um im Anschluss die laufenden Forschungsprojekte und ‐netzwerke der Professur im Einzelnen vorzustellen.

Vor dem Hintergrund der angestrebten Energiewende gewinnt die kontinuierliche Gewinnung, Verteilung und Speicherung der natürlich gegebenen, erneuerbaren Energieträger stark an Bedeutung. Die Nutzbarmachung der Sonnenenergie steht hierbei im Fokus und kann treibender Faktor der Energiewende werden. Gebäudeflächen wie Fassaden, die bisher nur in geringem Maße genutzt wurden, sind künftig für die Stromerzeugung heranzuziehen. Zu diesem Zweck sind Systeme zu entwickeln, die hohen architektonischen Ansprüchen genügen, sich ohne großen planerischen und baulichen Mehraufwand umsetzen lassen und eine hohe Energieeffizienz aufweisen. Im Rahmen eines FuE‐Projekts, in einer Kooperation aus dem Lehr‐ und Forschungsgebiet Nachhaltigkeit im Metallleichtbau der RWTH Aachen University, der Hans Laukien GmbH aus Kiel und der Heliatek GmbH aus Dresden, wird eine neuartige Fassadenlösung in einer Kombination aus organischer Photovoltaik und einem vorgehängten hinterlüfteten Fassadensystem entwickelt. Die sehr leichten, dünnen und flexiblen Solarfolien eignen sich besonders gut für den Einsatz in Metallleichtbaukonstruktionen, da nur geringe zusätzliche Lasten über die Fassade abgetragen werden müssen. Das neue Fassadensystem ist damit sowohl für den Neubau als auch für die Überkleidung von Bestandsfassaden geeignet. Ziel des FuE‐Projekts ist es, einen marktfähigen Prototypen der Metallfassade mit integrierter organischer Photovoltaik zu entwickeln und zu vermessen.