Editorial
Längst sind Fassaden selbst zu Bildern, Grafiken und Skulpturen geworden. Als raffinierte Hülle können sie die Prägnanz eines Gebäudes wirkungsvoll unterstreichen. Fassaden zu entwerfen, bedeutet aber stets auch zwischen Innen und Außen zu vermitteln, dem Gebäude sowie dem städtischen Raum ein Gesicht zu geben. Ein wichtiges Gestaltungs‧element ist dabei die Wahl der eingesetzten Materialien.
In dieser Ausgabe werden Sie sowohl altbekannten, lange erprobten Materialien begegnen, die in nicht alltäglicher Weise bearbeitet und eingesetzt wurden, als auch neuartigen, experimentell verwendeten. Doch alle haben eines gemeinsam: Ihr Einsatz führt zu überraschenden Effekten.
Technik
Nano heißt Zwerg. Die Bezeichnung stammt aus dem Griechisch/Lateinischen von »nanus«. In der Mythologie werden Zwerge meist mit der unterirdischen Welt in Zusammenhang gebracht, wo sie zum Beispiel Bergbau betreiben. In der germanischen Mythologie gab es Alberich, König des Zwergenvolkes, der den Schatz der Nibelungen bewachte und sich unsichtbar zu machen vermochte. Die Zwerge in der Welt der Baustoffe sind längst nicht mehr unsichtbar, zumindest nicht unter dem Rastertunnelmikroskop oder Ähnlichem. Auch arbeiten sie nicht mehr unterirdisch im Bergbau, sondern längst im Hochbau oder anderen Industriezweigen. Fragt man Forscher und Techniker aus der Nanotechnologie, sollten sie das zukünftig noch vermehrt tun. Denn diese preisen die Nanotechnologie als die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Da liegt aber auch nahe, dass der Begriff allzu oft Marketingstrategien anheim fällt. Also Achtung vor Mogelpackungen: Nicht immer steckt wirkliche Nanotechnologie dahinter, wo damit geworben wird. Auch über Risiken und Nebenwirkungen wird bislang wenig gesprochen. Klar ist: Die Zwerge können vieles leisten in der Bauwelt, mit anderen Produkten vergleichen sollte man sie dennoch. Verbirgt sich wahrhaft Innovatives hinter den Nanoprodukten? Sind deren Eigenschaften gegenüber gängigen auf dem Markt wirklich wesentlich verbessert? Erst dann ist ihr oft hoher Preis auch gerechtfertigt. cf
Inhalt
Magazin
03 Kommentar: Vorwärts, nicht zurück | Christoph Ingenhoven
06 Kaleidoskop
11 Recht: Pauschalhonorare kontra Mindestsätze | Thomas Käseberg
12 Neu in ... Bonn, Rotterdam, Stuttgart
14 Ausstellungen:
- Schrumpfende Städte – Internationale Untersuchung in Halle | Annette Menting
- Schrumpfende Städte – Intervention in Leipzig | Annette Menting
- Summer of Love in Frankfurt | Christian Schönwetter
16 Bücher
Aktuell:
20 Zur Konferenz »Investition Denkmal« in Berlin | Claus Käpplinger
22 phaeno – Zaha Hadids Sciene-Center in Wolfsburg | Peter Struck
24 Studenten-Werk:
Ruine »weiter gedacht«: Das Park-Hotel im Stadtteil Beyoglu in Istanbul | Alexander Raap, UdK Berlin
97 Zentralstadion Leipzig | Annette Menting, Christoph Randl
Oberflächen anders
26 Zu diesem Heft / uk
27 Zum Thema: Stadträumliche Wirkung der Fassade | Klaus Thomas Edelmann
30 Hotel Puerta América in Madrid: Ein Hotel von 19 Architekten | Klaus Englert
36 Wohn- und Atelierhaus in München: MVRDV und Stadler und Partner | Klaus Meyer
49 de Young Museum in San Francisco, Herzog & de Meuron | Hubertus Adam
56 Gasübergabestation der Stadtwerke in Dachau, Deffner Voitländer | Christine Fritzenwallner
60 ... in die Jahre gekommen: Kupferhäuser der Hirsch Kupfer- und Messingwerke in Eberswalde | Ulrike Kunkel
Technik
66 Zu den Themen / cf
67 Nanotechnologie im Bauwesen | Wolfgang Luther
72 Schwachstellen: Schimmel nach Fensteraustausch – Zum neuen Schimmelpilzsanierungs-Leitfaden | Rainer Oswald
78 EDV: California 3000 mit »direkter Datenanbindung« an ArchiCAD | Jürgen Roth
81 Produkte: Beschichten, Verkleben
90 Schaufenster: Wandoberflächen | Rolf Mauer
Neun Hüllen für ein Haus
Neun Gebäudestreifen, mal schmaler, mal breiter, mal kalt und hart, mal warm und weich, direkt aneinander liegend oder mit einigen Metern Abstand voneinander, silbrig glänzend, in kräftigem Rot, mattem Schwarz oder aus edlem Holz: Das »Barcode-House« in München hat viele Gesichter.
Barcode-House? Dem unbefangenen Passanten gibt sich das Gebäude kaum als solches zu erkennen. Von der Straße aus sieht er nicht viel mehr als eine silbrig glänzende Wand, besprenkelt mit schwarzen Tupfen. Eine weiche Wand bei näherer Betrachtung, in der die schwarzen Hartplastikknöpfe versinken wie Noppen in einem Polstermöbel. Was soll das sein? Ein Verpackungskunstwerk? Die Hommage eines architekturbeflissenen Chesterfield-Sofaliebhabers an das Objekt seiner Begierde? Bildeten nicht schmale Fugen in der Silberwand die Kontur eines Garagentores, man stünde vor einem Rätsel. So aber fühlt man sich ermutigt, nach einem Eingang zu suchen. An die Silberwand schließt sich links ein hoher, aus rohen Brettern dicht gefügter Zaun an, in den eine Gartenpforte eingepasst ist. Erst wer hier Einlass findet, sieht klarer.Zwei Kuben mit einem Freiraum dazwischen bilden zusammen einen langen Riegel, der sich nach Süden in den Garten erstreckt. So schlicht die Form, so kunterbunt und vielgestaltig präsentiert sich die Fassade. Silber, Rot und Schwarz, Glas, Stahl, Holz und Kunststoff, hermetisch-geschlossene und transluzente Abschnitte, schmale und breite Partien, verspielte und strenge Wandgliederungen: Zusammen ergibt das ein Streifenmuster, das an die computerlesbare Signatur erinnert, die wir von Lebensmittelpackungen kennen. Zum Garten hin offenbart es sich, das Barcode-House.
Hintergrund
Der Mitte 2005 fertig gestellte Komplex, der sich – grob gesagt – aus einem Wohnhaus und einem Atelierhaus mit Garage zusammensetzt, steht in Solln, einem grünen Münchner Stadtteil mit gepflegten Straßen, Häusern und Bürgern. Im Sommer 2004 wurde mit dem Bau begonnen, die Planungen reichen jedoch bis ins Jahr 2001 zurück. Die Bauherrschaft, ein Paar mit Kindern, hatte sich nach dem Erwerb des Grundstücks eingehend mit dem Projekt auseinander gesetzt und ein detailliertes Briefing für die Architekten entwickelt. Vor allem bestand der Wunsch, ökologisch sauber zu bauen. Arbeiten und Wohnen galt es zu trennen, die Küche sollte das Herzstück des Wohnbereichs werden, gleichwertige Kinderzimmer waren einzuplanen und im Bürotrakt wollte man multifunktionale, loftartige Räume haben.Mehrere Architektenteams wurden um erste Ideen gebeten. Wirklich überzeugt hat die Bauherren der Entwurf von MVRDV. »Viele Entwürfe waren rein ästhetisch geprägt« erläutern die Bauherren. »Die Leute von MVRDV brachten eine wirklich konzeptionelle Idee. Gemeinsam mit Jacob van Rijs und den Architekten von Stadler und Partner haben wir das Konzept der Enfilade dann derart weiterentwickelt, dass es unseren Anforderungen entspricht«.
Die aus Massivholzmauern konstruierten Boxen des Wohn- und Ateliergebäudes wurden in insgesamt neun Häuser unterteilt, ihnen wurde jeweils eine bestimmte Funktion zugeordnet. Park-, Treppen-, Service- und Lofthaus folgen im nördlichen Kubus aufeinander, nach dem luftigen Zwischenglied des Patiohauses beschließen im südlichen Block Kinder-, Treppen-, Eltern- und Wohnhaus die Enfilade. Jede Einheit hat ihren eigenen, auf die Funktion zugeschnittenen Grundriss, jede ist innen wie außen durch eine eigene Materialität gekennzeichnet. »An manchen Stellen«, so die Bauherren, »fühlt sich das Haus wie eine Villa an, an anderen wie ein Industrieloft oder eine Kindertagesstätte.« Die Hülle jedes Abschnitts sollte auf die jeweilige Nutzung anspielen. Nicht zuletzt deshalb wurde die Fassadengestaltung heiß diskutiert. Die Architekten von MVRDV, ihre Kollegen vom Münchner Büro Stadler und Partner, aber auch die Bauherren fahndeten bis kurz vor Baubeginn nach dem optimalen Material. Jacob van Rijs spricht deshalb von »demokratischem Fassadendesign«.Hüllen Der Fassadenaufbau ist in allen Partien weitgehend identisch. Auf die massive Holzwand folgt eine Weichfaserdämmschicht, die durch Windpapier geschützt wird. Die darauf angebrachte Lattung dient als Hinterlüftungsebene und Träger der Hülle. Im südlichen Abschnitt, dem Wohnhaus, ist das eine Haut aus Rimex-Edelstahl – ein für Bedachungen und Außenwandverkleidungen vielfach erprobtes Material. Spiegelglatt wünschten sich die Bauherren die Fassade zunächst. Dies hätte allerdings sehr starke Lichtreflexionen impliziert. Daher entschieden sie sich für eine mit einem geprägten Karo-Muster versehene Oberfläche, die das einfallende Sonnenlicht vielfach bricht und so die Blendwirkung minimiert.Das anschließende Elternhaus ist mit massivem Zebrano-Holz verkleidet – und zwar nicht nur außen, sondern auch innen. Die erstaunliche Gleichmäßigkeit des charakteristischen braun-gelben Streifenmusters rührt daher, dass die Bretter aus einem einzigen Baum geschnitten wurden. Auf der Westseite öffnet sich die im Erdgeschoss befindliche Küche vollständig zum Garten: In einen Stahlrahmen ist hier ein geschosshohes und die gesamte Raumbreite einnehmendes Tor-Fenster eingepasst, dass sich motorgetrieben liften lässt.
Zwischen Eltern- und Kinderhaus vermittelt das Treppenhaus, vor dessen Glasfassade ein Verschattungssystem aus Aluminium-Lamellen angebracht ist. Das rote Kinderhaus bildet mit seinen wulstigen Fensterrahmen einen kräftigen Akzent innerhalb der Barcode-Struktur. Die Hülle besteht aus sorgsam verspachtelten OSB-Platten, auf die vor Ort eine hauchdünne Polyurethanschicht gespritzt wurde. Dieser, in der Betonsanierung häufig eingesetzte Kunststoff ist äußerst witterungsbeständig und langlebig, eignet sich daher im Prinzip hervorragend für den Einsatz bei Hausfassaden. Da er extrem schnell aushärtet, erfordert die Verarbeitung allerdings das handwerkliche Geschick eines Spezialisten. – In ähnlicher Weise wie beim Barcode-House hat MVRDV das Material übrigens beim Thonik Studio (Amsterdam, 2001) eingesetzt. – Ebenfalls mit Kunststoff, diesmal mit orange eingefärbten Polycarbonatplatten, wurde das Lofthaus ummantelt. Das üblicherweise für Fabrikhallenfassaden verwendete Sandwich-Material wird in Planken geliefert, die einfach ineinander gesteckt werden. Sehr schön wirkt die transluzente Hülle, wo sie ohne jede Kaschierung als Balkonbrüstung eingesetzt ist. Wo sie dicht auf der Wand aufliegt, zeichnet sich unter ihr die Bedruckung der Windfolie ab, was manch einer als störend empfinden oder aber als Zeichen materialgerechter Baukultur schätzen kann. Ganz in Schwarz präsentiert sich die Trespa-Fassade des anschließenden Servicehauses – wenigstens wenn alle Schotten dicht sind. Die bündig zur Außenwand eingesetzten Türen und Fensterläden mit ihren schmalen Fugen heben hier jegliche Fassadengliederung auf und vermitteln den Eindruck eines monolithischen Blocks. Einsichten, wenn auch nur schattenhafte, gewährt dagegen das Treppenhaus, das mit einer Hülle aus satiniertem Glas ausgestattet ist.Bleibt die Silberwand des Parkhauses, eine mit Schaumstoff unterfütterte und mit schwarzen Tellerhaltern am Untergrund befestigte Lkw-Plane. Eine wahrhaft experimentelle Lösung, die naturgemäß gewisse Risiken birgt: »Ein Schnitt mit einem scharfen Messer, und schon klafft da ein Schlitz«, sagt Jacob van Rijs. Wenn die Fassade auch kaum vor Vandalismus gefeit ist, so scheint sie immerhin der Witterung hinreichend lange standzuhalten. Zehn Jahre Garantie gibt der Hersteller. »Was dann passiert, weiß kein Mensch«, sagen die Bauherren. Dem gegenwärtigen Lebensgefühl einen adäquaten Ausdruck zu verschaffen war ihm wichtiger als für die Ewigkeit zu bauen.db, Mo., 2006.01.02
02. Januar 2006 Klaus Meyer
verknüpfte Bauwerke
´Barcode-House´
... in die Jahre gekommen
Obwohl zu ihrer Entstehungszeit mehrfach ausgezeichnet, sind die 1930 entwickelten Kupferhäuser der Hirsch Kupfer- und Messingwerke aus Eberswalde-Finow in Brandenburg heute weitgehend unbekannt. Wie kam es zu der Idee, Wohnhäuser in All-Kupfer-Bauweise aus vorgefertigten Elementen zu produzieren? Weshalb konnten sich die Häuser langfristig gesehen nicht durchsetzen? Und wie stellen sie sich heute dar?
Die jüdische Industriellenfamilie Hirsch aus Halberstadt hatte das am Finowkanal gelegene Messingwerk 1863 gekauft. Das Familienunternehmen war an verschiedenen Orten vertreten, die Planung und der Bau der Kupferhäuser erfolgte aber ausschließlich am Standort Eberswalde und war für die Hirsch Kupfer- und Messingwerke ein ganz neues Geschäftsfeld.
Die Experimente, vorfabrizierte Kupferhaus-Bauelemente zu entwickeln, begannen 1930, nachdem die Familie die Rechte an dem von Friedrich Förster und Robert Krafft erfundenen »Box-Frame-System« erworben hatte. Auf dessen Grundlage gingen Wandelemente - bestehend aus einem Holzrahmen mit Dämmung, einer Verkleidung aus geprägtem Stahlblech für die Innenseite und einer Kupferhaut für die Fassade - in Produktion; ergänzt durch Kupferbleche mit Rautenmuster für die Dachdeckung: leichte, einfach zu transportierende Bauelemente, für eine schnelle Montage und Demontage.
Die Musterhaussiedlung
Um die Häuser und verwendeten Materialien auf Wetterbeständigkeit und Wohnkomfort zu testen, wurden 1930/31 in Ergänzung der Werkssiedlung sieben Musterhäuser neben dem Messingwerk errichtet. Angestellte des Werks sollten dort »testwohnen«. Die Typenhäuser aus Kupfer erregten schnell Aufsehen, so dass bereits nach einer nur kurzen Erprobungsphase mit ihrer Vermarktung begonnen wurde: In einem Katalog von 1931 werden die sechs unterschiedlich großen Haustypen unter wohlklingenden Namen wie »Kupfercastell«, »Juwel« oder »Frühlingstraum« angeboten. Ein Haus sollte etwa 10 900 Reichsmark kosten und von sechs Arbeitern innerhalb von 24 Stunden aufgebaut werden können. Die Käufer genossen den Komfort einer komplett eingerichteten Küche sowie eingepasster Einbauschränke, fertig verlegter Elektroinstallationen, Sanitäranlagen und Zentralheizung. Anstelle von Tapeten standen für Wände und Decken sechs verschiedene Reliefmuster, geprägt auf Stahlblech, in Farben wie Nilgrün, Pastellblau oder Korallenrot zur Auswahl. Sehr bald wurden die Häuser in Berlin und anderen Teilen Deutschlands erfolgreich verkauft, am häufigsten waren die größeren Typen wie zum Beispiel das »Kupfercastell« gefragt.
Alle Kupferhäuser der Musterhaussiedlung, jedes liegt auf einer Einzelparzelle, sind noch erhalten; zwei allerdings durch neue Giebeldächer, Fenster und Fassadenverkleidungen derart überbaut, dass sich ihr ursprüngliches Erscheinungsbild nur noch erahnen lässt.
Die übrigen sind vor allem wegen ihrer prägnanten zwischen gold-braun und schwarz variierenden Kupferplatten-Fassaden gut zu erkennen. Das Kupferdach ist allerdings nur bei einem der Gebäude erhalten, von den Wandverkleidungen im Innern existiert so gut wie nichts mehr.
Obwohl die Kupferhäuser auf der »Internationalen Kolonialausstellung« 1931 in Paris mit dem »Gand Prix« geehrt wurden und spätestens seither auch international viel Beachtung fanden, wurde durchaus Kritik geäußert: So befürchtete man wegen der Metallwände einen Hitzestau und bemängelte die architektonische Qualität, die in den Augen einiger Architekten die moderne Architektur um dreißig Jahre zurückversetze. Zum prognostizierten Hitzestau kam es wohl nicht und insgesamt gesehen besitzt Kupfer natürlich einige Eigenschaften, die es für die Verwendung im vorfabrizierten Hausbau durchaus geeignet erscheinen lässt: zum Beispiel ein niedriges Eigengewicht sowie eine hohe Feuer- und gute Korrosionsbeständigkeit.
Zusammenarbeit mit Walter Gropius
Vielleicht nahmen sich die Verantwortlichen bei den Hirsch Kupfer- und Messingwerken die Kritik der »Bildhaftigkeit« ihrer Kupferhäuser durchaus zu Herzen; noch im Mai 1931 kam es jedenfalls zu einer Zusammenarbeit mit Walter Gropius, der mit der Überarbeitung und Weiterentwicklung der Häuser beauftragt wurde. Die wichtigsten Veränderungen, die Gropius an den Häusern vornahm, waren Aluminiumtafeln anstelle des Stahlblechs im Innenbereich, einfachere Eckverbindungen und ein verändertes optisches Erscheinungsbild. Ende 1931 wurde der erste »Gropius-Typ«, eine Abwandlung des bereits produzierten 3-Zimmer-K-Typen, in Eberswalde errichtet: Ein eingeschossiges Haus mit Zeltdach, an dem, im Gegensatz zu vielen anderen Häusern der Siedlung, über die Zeit relativ wenig verändert wurde und das als einziges noch das kupfergedeckte Dach besitzt. Inzwischen ist es, nachdem es einige Jahre leer stand, erfreulicherweise wieder bewohnt.
Auf der vom Berliner Stadtbaurat Martin Wagner ins Leben gerufenen Sommerausstellung »Sonne, Luft und Haus für alle« im Herbst 1931 in Berlin, präsentierte Gropius zwar noch zwei von ihm überarbeitete Kupferhäuser, doch beendeten die Hirsch Kupferwerke bald darauf die Zusammenarbeit. In den politisch und wirtschaftlich schwierigen Zeiten musste die eigens für die Entwicklung und Herstellung der Kupferhäuser gegründete Abteilung schließen, bevor das Geschäft richtig angelaufen war. Einer der Direktoren übernahm alle Rechte an den Kupferhäusern und gründete bald darauf die »Deutsche Kupferhausgesellschaft«. Die Pläne Gropius' fanden hier allerdings keine Aufnahme in den Angebotskatalog, man besann sich ganz auf die am Werk entwickelten Typen und verkaufte sie fortan unter dem Namen »Original-Hirsch-Haus«.
Der Verkauf um 1933
Durch die Auswanderungswelle deutscher Juden nach Palästina während der Herrschaft der Nationalsozialisten stieg der Bedarf an Wohnraum dort immens an und ebenso das Interesse an vorfabrizierten Häusern, die sich für den Export nach Palästina eigneten. Die Deutsche Kupferhausgesellschaft reagierte sofort und in ihren Prospekten tauchten fortan Kupferhaustypen mit den Namen »Haifa«, »Jerusalem« oder »Sharon« auf. Die Häuser basierten zwar auf den Typenhäusern von Eberswalde, wurden aber dem »traditionellen, romantischen Charakter von Palästina« angepasst. Den Unterlagen kann man entnehmen, dass es möglich war, den zweigeschossigen Typ »Haifa« in 34 Pakete zu verpacken, die ein Gesamtgewicht von 15 313 kg hatten. Ende 1933 waren die ersten von 14 Häusern in der Nähe von Tel Aviv und Haifa bezugsfertig. Aber auch innerhalb Deutschlands entstanden in dieser Zeit noch einige Kupferhäuser, 1933 zum Beispiel ein »Kupfercastell« in Berlin-Frohnau. Im Vergleich zu den Häusern in Eberswalde-Finow ist es in sehr gutem und vor allem recht unverfälschtem Zustand erhalten. Hier findet sich sogar in den meisten Zimmern, im Bad und in der Küche noch die ursprüngliche Wandverkleidung aus geprägten Stahlblechen - inzwischen natürlich mehrfach in verschiedenen Farben überstrichen. Auch sind sowohl die Kupferfassade als auch das Dach noch original erhalten. Die positiven Eigenschaften des Kupfers als Baumaterial haben sich durchaus gezeigt und die Versprechungen im Verkaufsprospekt bewahrheitet: »Bei fachgerechter Montage entstehen keine weiteren Kosten für Reinigung oder Anstriche der Kupferbauelemente«. Die Angabe einer nur 24-stündigen Aufbauzeit scheint hingegen etwas geschönt gewesen zu sein. Nachfahren des Bauherrn berichten jedenfalls, dass die Familie damals für drei Wochen in Urlaub gefahren sei.db, Mo., 2006.01.02
02. Januar 2006 Ulrike Kunkel
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Kupferhäuser
Nanu!
(SUBTITLE) Nanotechnologie im Bauwesen und deren Mitwirken an High-Tech-Beschichtungen
Die Nanotechnologie, ein Begriff der inzwischen auch im Bauwesen häufig auftritt, bleibt noch vielen ein Rätsel. Erst mit chemischem und physikalischem Verständnis lassen sich die verbesserten Materialeigenschaften von Bauprodukten durch Nanopartikel erklären. Diese werden unter anderem bereits bei Beschichtungen, Glasscheiben oder als Zusatzmittel für Beton oder Zement verwendet.
Nanotechnologie befasst sich mit der Herstellung, Untersuchung und Anwendung von Strukturen und Materiebausteinen mit geometrischen Ausdehnungen in mindestens einer Dimension zwischen eins und hundert Nanometern. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10-9 m), das heißt, er ist etwa fünfzigtausendmal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Aber nicht allein die Kleinheit der Strukturen ist entscheidend: In Nanomaterialien können im Vergleich zu gröber strukturierten Materialien recht drastische Veränderungen in den physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften auftreten, etwa hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, Magnetismus, Fluoreszenz, Härte, Festigkeit, chemischer Reaktivität oder biologischer Aktivität.
Diese Veränderungen der Materialeigenschaften lassen sich gezielt für die Realisierung kleinerer, schnellerer, leistungsfähigerer und »intelligenterer« Systemkomponenten für neue Produkte mit deutlich verbesserten oder zum Teil gänzlich neuartigen Funktionalitäten nutzen. Hieraus ergeben sich Chancen auch für die Entwicklung kommerzieller Produkte und Anwendungsoptionen in einer Vielzahl unterschiedlicher Wirtschaftszweige, etwa der Automobil-, Chemie- oder Pharmaindustrie, der Informationstechnik oder der Optik. Deren künftige Wettbewerbsfähigkeit hängt unter anderem von der Weiterentwicklung der Nanotechnologie ab. Auch im Bausektor bietet die Nanotechnologie Innovationspotenziale; die Anwendungsfelder sind zum Beispiel Beschichtungen wie Putze und Farben für Außen- und Innenfassaden, der Brandschutz, Isolierungen oder Zusatzmittel für Zement und Beton.
Verbesserung von Oberflächenfunktionen
Durch die Anwendung von Nanomaterialien lassen sich die Eigenschaften von Oberflächen gegenüber Wasser und Schmutzpartikeln in vielen Variationen verändern, zum Beispiel zu hydrophilen (wasseranziehenden), hydrophoben (wasserabweisenden) oder oleophoben (fettabweisenden) beziehungsweise superhydrophilen und superhydrophoben Flächen [1].
Superhydrophile Flächen und photokatalytisches Wirkprinzip
Bei hydrophilen Oberflächen bildet sich bei Feuchtigkeitseinfluss ein gleichmäßiger Wasserfilm auf der Oberfläche, so dass eine Tropfenbildung und damit ein Beschlagen beispielsweise von Scheiben oder Spiegeln vermieden werden kann. Technisch lassen sich superhydrophile Oberflächen zum Beispiel durch photokatalytische Titandioxidschichten realisieren, die gleichzeitig auch noch antibakteriell wirken, an der Oberfläche anhaftende Keime abtöten und Schmutzpartikel zersetzen. Die Kleinheit der Teilchen des nanoskaligen Titandioxidpulvers vermeidet eine Lichtstreuung, so dass die erforderliche Transparenz, etwa für die Anwendung auf Scheiben, erzielt wird. Die photokatalytische Wirksamkeit der Titandioxidschichten basiert auf der Einstrahlung von UV-Licht, die Anwendung bleibt also in der Regel auf den Außenbereich beschränkt. Mittlerweile gibt es jedoch Ansätze, die Absorptionskante des Photokatalysators in den sichtbaren Bereich zu verschieben, so dass Innenraumanwendungen wie fungizide Wandanstriche auch ohne die Verwendung spezieller UV-Lampen möglich werden. Am weitesten vorange-schritten ist die Kommerzialisierung der Photokatalysetechnologie in Japan, aber auch von deutschen Unternehmen werden photokatalytische Schichtsysteme etwa für Spiegel, selbstreinigende Fenster, Fensterrahmen oder Ziegel auf dem Markt angeboten [2]. Sie sind auch nachträglich auftragbar.
Superhydrophobe Flächen und chemisch/mechanisches Wirkprinzip
Hydrophobe Schichten haben wasserabweisende Eigenschaften; das Wasser auf diesen Schichten perlt ab, die auf der Oberfläche anhaftenden Schmutzpartikel werden abgespült. Hydrophobe Oberflächen sind im Bausektor von großer Bedeutung, da sich mit ihnen zum Beispiel Antischmutz-, Antifouling-, Antigraffiti- oder Antikorrosionseigenschaften erzielen lassen. Es befinden sich bereits eine Vielzahl von Produkten zur Hydrophobisierung von Fassadenflächen auf dem Markt, die häufig auf der Anwendung fluor- bzw. silikonhaltiger Verbindungen basieren und unter dem Label »easy-to-clean« vertrieben werden. Auch sie lassen sich nachträglich auftragen, wobei der Effekt dann unter Umständen nicht absolut gleichwertig ist. Zusätzlich eingebrachte Nanopartikel können weitere Funktionen wie extrem hohe Abriebbeständigkeit, einen permanenten Schutz vor ultravioletter oder Infrarotstrahlung, antimikrobielle Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit oder neuartige dekorative Farbeffekte erzeugen. Für Anwendungen als Anti-Graffiti- oder Anti-Fingerprint-Schutzbeschichtungen werden hydrophobe mit oleophoben Oberflächeneigenschaften kombiniert.
Eine Verfeinerung des Ansatzes der hydrophoben Oberflächen stellt die zusätzliche Mikrostrukturierung dar, die die Tropfenbildung verstärkt und somit der Oberfläche superhydrophobe Eigenschaften verleiht. Dieser Selbstreinigungsmechanismus superhydrophober, mikrostrukturierter Oberflächen, der in der Natur an Pflanzen wie der Lotusblume beobachtet werden kann, wurde von Wilhelm Barthlott in den siebziger Jahren entdeckt. In den Neunzigern gelang es, dieses physikalisch-chemische Phänomen erstmals technisch umzusetzen. Die auf diesem patentierten Selbstreinigungsmechanismus basierenden Produkte wurden unter der Markenbezeichnung »Lotus-Effect« im Bausektor eingeführt [3]. Dort sind prinzipiell alle mechanisch wenig belasteten äußeren Fassaden- und Dachflächen für Anwendungen des natürlichen Selbstreinigungseffektes interessant. Die bisherigen Ansätze zur technischen Nachahmung weisen allerdings noch gewisse Einschränkungen in ihrer praktischen und ökonomischen Umsetzbarkeit - denn die ist neben wirtschaftlichen Aspekten abhängig von der Art des Untergrundes beziehungsweise des gewählten Baustoffs - und der Haltbarkeit der Mikrostrukturierung auf. Denn insbesondere diese unter realen Umwelteinflüssen, speziell bei starker mechanischer Belastung, zu gewährleisten, ist teilweise schwierig.
Brandschutz
Die Nanotechnologie bietet verschiedene Ansatzpunkte für die Entwicklung neuartiger Flammschutzmittel mit optimiertem Eigenschaftsprofil beziehungsweise als Ersatz für umweltbelastende Stoffe. Ein Forschungsschwerpunkt sind hier nanostrukturierte Silikatpartikel (»Nanoclay«), die als Füllstoffe für Polymere zur Optimierung der Flammschutzeigenschaften und der Hitzebeständigkeit verwendet werden. In der Gebäudetechnik spielen Polymere vor allem in Kabelummantelungen und diversen Installationen und Verschalungen im Innenausbau eine Rolle, etwa bei Sicherungskästen, Steckdosen oder Lampengehäusen. Hinsichtlich der Brandschutzeigenschaften von Nanoclay-Kompositen konnte gezeigt werden, dass sowohl die Hitzeabstrahlung als auch die Rauchentwicklung deutlich reduziert und der Zündzeitpunkt verzögert werden konnte.
Ein weiteres Anwendungsfeld sind brandhemmende Beschichtungen für Holz, Metall, Kunststoff oder Beton, mit denen die Materialien der Feuerentwicklung länger standhalten und eine unkontrollierte Feuerausbreitung verhindert wird. Die nanopartikulären Beschichtungsmaterialien werden flüssig oder pastös auf das zu schützende Material appliziert. Im Brandfall entsteht innerhalb von Sekunden eine keramische Schicht, die wärmedämmend wirkt und die Rauchgasentwicklung drastisch reduziert. Die Verfestigungstemperatur wird gesenkt und die Schichtbildung beschleunigt, so dass eingeschlossene gasförmige Verbrennungsprodukte Blasen bilden können, die zusätzlich wärmedämmend wirken. Weitere Vorteile derartiger Brandschutzsysteme sind unter anderem gute Umweltverträglichkeit (halogenfrei) sowie hohe Lichtechtheit und Abriebfestigkeit [4].
Thermische Isolierung
Hochporöse Nanomaterialien wie Silica-Aerogele zeichnen sich durch vorzügliche Isolation gegen Wärme-leitung und Konvektion aus, lassen hingegen Wärmestrahlung und Licht sehr gut durch und können fast glasklar sein. Die Isolationseigenschaften des sehr leichten Feststoffes sind deutlich besser als die herkömmlicher Isolationsmaterialien. Aufgrund der hohen Transparenz eignen sich Aerogele neben Fassadenisolierungen prinzipiell auch für die Verwendung in Fensterscheiben. So könnten sich vor allem in kälteren Klimazonen (Nordeuropa und -amerika, zum Teil Mitteleuropa) wirtschaftliche Vorteile gegenüber Konkurrenzlösungen ergeben. Haupthindernisse für kommerzielle Anwendungen sind derzeit noch die hohen Herstellungskosten sowie die geringe mechanische Stabilität (Brüchigkeit) der Aerogelscheiben. Um letzteres Problem zu umgehen, fokussieren sich andere Hersteller auf granulare Aerogelmaterialien, die sich aufgrund verringerter Lichtdurchlässigkeit allerdings eher für transluzente Gebäudefassaden eignen (Bild 8). Derartige Aerogelfenster basieren auf Doppelverglasungen mit Aerogel-Granulat im Zwischenraum.
Smart Windows
Der Begriff Smart Window oder auch Smart Glazing bezieht sich auf Glasscheiben, die in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen ihre Eigenschaften insbesondere hinsichtlich Transparenz und Transluzenz ändern können. Hierfür werden chromogene Materialien benötigt, deren Farbe beziehungsweise Transparenz/Transluzenz in Abhängigkeit physikalischer oder chemischer Einflussgrößen reversibel geschaltet werden können. Diese Möglichkeit ersetzt zum Beispiel externe Verschattungssysteme. Schaltbare Gläser lassen sich durch eine Vielzahl technischer Ansätze realisieren (Bild 9), die wesentlich auf der Anwendung von Nanomaterialien und nanoskaligen Schichtsystemen basieren. Bislang existieren allerdings erst Prototyplösungen und ein Durchbruch für eine größere Anwendung ist sowohl aus Kostengründen als auch aus technischen Gründen derzeit noch nicht abzusehen. Eine etwas marktnähere Entwicklung sind Antireflexschichten für Flachglas, die für einen hohen Licht-Transmissionsgrad sorgen und beipielsweise für Solarkollektoren oder Fassadenverglasung eingesetzt werden [5].
Zement/-Betonbaustoffe
Hauptansatzpunkt für Materialverbesserungen ist hier die Verwendung von Nanopulvern und -fasern als Zuschlagmittel, beispielsweise kolloidales (fein verteiltes) Siliziumdioxid oder Blockcopolymere: Sie ermöglichen nicht nur eine Verbesserung der Festigkeit, Beständigkeit und Verarbeitbarkeit von Beton und Mörtel, sondern auch eine elektromagnetische Abschirmung oder Regulierbarkeit der thermischen Leitfähigkeit. Durch Anwendung von kolloidalem Siliziumdioxid, das typischerweise eine Partikelgrößenverteilung im Bereich von 5 bis 30 nm hat, lassen sich die Fließeigenschaften und die Stabilität der flüssigen Zementmischung verbessern. Der Effekt basiert im Wesentlichen auf einer hohen »aktiven« Oberfläche des kolloidalen Siliziumdioxid, die eine beschleunigte Abbindungsreaktion des Zements bewirkt und sich positiv auf die Mikrostruktur des Betons oder Mörtels auswirkt [6].
Fazit
Von der Fülle nanotechnologischer Innovationspotenziale wurden nur einige exemplarische Beispiele vorgestellt, die sich auf dem Entwicklungsstand marktnaher Forschung und Entwicklung oder bereits kommerzieller Produkte befinden. Unerwähnt blieben längerfristige Optionen wie beispielsweise neuartige Beleuchtungstechniken auf Basis organischer Leuchtdioden, die das Potenzial für großflächige, biegsame und elektronisch steuerbare Multicolor-Leuchtmittel aufweisen und somit zukünftig Anwendungen wie etwa leuchtende Tapeten ermöglichen könnten. Die Vision einer sich dem Stimmungszustand der Bewohner anpassenden Wohnumgebung - ob virtueller Südseestrand oder Winterlandschaft - rückt so näher. Bis dahin ist es allerdings noch ein langer Weg entlang des Innovationspfades. Erste Nanotechnologie-Anwendungen, die bereits auf dem Markt sind, stehen natürlich in einem harten Preiswettbewerb gegenüber Konkurrenzlösungen. Welche technologischen Neuerungen sich im Bausektor etablieren werden, ist noch nicht abzusehen. Sicher ist jedoch, dass die Entwicklung der Nanotechnologie erst am Anfang steht.db, Mo., 2006.01.02
[1] Oberflächen mit einem Kontaktwinkel eines aufgebrachten Wassertropfens < 90° heißen hydrophil (benetzbar), bei einem Kontaktwinkel > 90° hydrophob (unbenetzbar). Bei superhydrophilen Oberflächen beträgt der Kontaktwinkel eines aufgebrachten Wassertropfens weniger als 5°. Diese Superhydrophilie bewirkt, dass anorganische Staubteilchen bereits durch geringste Mengen (Regen)-Wasser abgespült werden können, da sich dieses auf den superhydrophilen Flächen besonders effizient verteilt und den Schmutz quasi unterspült. Superhydrophobe Oberflächen weisen einen Kontaktwinkel > 150° auf.
Hersteller (Auswahl):
[2] So zum Beispiel das selbstreinigendes Tondach von Erlus (»Erlus Lotus«), selbstreinigende Wandanstriche und photokatalytische Innenraumfarbe von Sto (»StoPhotosan« und »StoClimasan Color«), »Hydrotect Fliesen« der Deutschen Steinzeug AG oder ein selbstreinigendes Flachglas von Pilkington Deutschland (»Pilkington Active«).
[3] Ein Beispiel ist die Fassadenfarbe »Lotusan« der Firma Sto, die seit 1999 auf dem Markt ist und mit der mittlerweile über 300 000 Gebäude gestrichen worden sind.
[4] Derartige Brandschutzsysteme werden in Deutschland zum Beispiel von der Firma ITN Nanovation aus Saarbrücken hergestellt und vertrieben.
[5] Die Antireflexeigenschaften basieren auf einer nanoporösen Interferenzschicht,
deren industrielle Produktion für großflächig entspiegelte Glasscheiben von den Firmen Flabeg und Merck vorangetrieben wird.
[6] Derartige Produkte werden beispielsweise von Degussa als innovativer Verlegemörtel vermarktet.
02. Januar 2006 Wolfgang Luther
