Das Alleskönner-Fenster

Nach dem Zweiten Weltkrieg stand die Universität zu Köln vor zwei großen Herausforderungen: Zum einen vervielfachte sich deren Studierendenzahl innerhalb weniger Jahre, zum anderen waren etliche Bauten dem Kriegsbombardement zum Opfer gefallen. So hatte sich allein die Studierendenzahl der Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften (WiSo) zwischen 1949 und 1955 von etwas über 1.000 eingeschriebenen Menschen auf über 5.000 fast verfünffacht. Der Kölner Architekt Wilhelm Riphahn (1889-1963), der ebenfalls für das Kölner Opernhaus wie auch das dortige Schauspielhaus verantwortlich zeichnet, wurde 1955 mit der Planung und Realisierung eines WiSo-Fakultätsneubaus beauftragt.

Raumgreifendes Ensemble

Der heute denkmalgeschützte Bau liegt am inneren Grüngürtel der Stadt, unmittelbar nördlich des Universitätshauptgebäudes. Riphahn entwickelte einen 83 Meter langen und neun Geschosse hohen Gebäuderiegel, der annähernd in Ost-West-Richtung orientiert ist. Dieser Baukörper ruht auf einem eingeschossigen, fast 100 auf 200 Meter messenden Sockelbau, der – nach Süden fortgeführt – drei quadratische Innenhöfe umschließt. Auf Höhe jedes dieser Höfe erwachsen kubische Volumen aus dem Flachbau, die jeweils einen kleinen Hörsaal in sich bergen. Ein viertes, größeres Auditorium ragt nördlich des Hochhausriegels aus dem raumgreifenden Flachbausockel hervor.

In dem Hochhausriegel hatte Riphahn über 500 Schwingflügelfenster im Format 1,36 auf 1,87 Meter verbauen lassen. Diese wurden jedoch im Zuge einer ersten Sanierung in den 1980er Jahren durch herkömmliche Drehkippfenster aus Aluminium ersetzt. Der ungenügende Wärmeschutz, verbunden mit einer erheblich verschlechterten Luftzirkulation innerhalb der kleinen, oft nur zwei Fensterachsen breiten Einzelbüros führte zu einer erheblichen sommerlichen Aufheizung der Räume.

Bestandsanalyse

Die mit der Sanierung beauftragten Architekten SSP AG am Standort Bochum setzten sich mit dem vorgefundenen Bestand auseinander. Im Dialog mit dem Bauherrn, Nutzern und der Denkmalpflege stellte man fest, dass der unklimatisierte Bau weniger ein Problem mit dem winterlichen Wärmeschutz (Heizung), als mit der sommerlichen Überhitzung hat, da der noch vorhandene, ursprüngliche Wandaufbau der Außenhaut konstruktionsbedingt ausgesprochen massiv ausgebildet ist.

In diesem Zusammenhang erkannte man die enorme Qualität der ursprünglichen Schwingflügelfenster, die durch einen oberen und unteren Lüftungsspalt einen erheblich höheren Luftaustausch gewährleisten. Glücklicherweise fanden sich in einem abgelegenen Nebentrakttreppenhaus noch einige Originalfenster, die als Vorbild für eine Rekonstruktion dienten. Diese waren als Kastenfenster mit Scheibenzwischenraum angelegt – breit genug, um einen Sonnenschutz aufzunehmen. Bedient wurden die historischen Verschattungselemente über eine Aufsteckhandkurbel und einen damit verbundenen Kettenantrieb. Die originalen Fenstergriffe wiesen zudem eine Verstärkung am Griffhals auf. Dies ermöglichte ihre Arretierung am Blendrahmen und eine Spaltlüftung, beziehungsweise eine gesicherte Nachtauskühlung. Mit der Denkmalpflege einigte man sich, diese Detaillierung zu adaptieren und in eine zeitgemäße Konstruktion zu überführen.

Mock-up aus Alu

In einer ersten Planungsphase untersuchten die Planer zunächst eine Schwingflügelfensterkonstruktion aus Aluminium. Für entsprechende Tests wurde ein Einzelbüro in dem Gebäude geräumt und als Musterraum vollständig durchsaniert. Dort wurden auch zwei Musterfenster mit Aluminiumblendrahmen eingebaut. Dabei zeigte sich, dass die stabilitätsbedingten Profilansichtsbreiten im Verhältnis zur Gesamtbreite der verglasten Öffnung bei Weitem zu massiv war. Hintergrund für die erforderliche Profilstärke ist eine Dicke von 15 Zentimetern des schwenkbaren Doppelfensterkastens und dessen hohes Gewicht. Dieser enthält neben dem Luftraum für den Sonnenschutz eine 8 Millimeter starke, äußere Prallscheibe und innenseitig eine 56 Millimeter starke Dreifachisolierverglasung.

Analogie zum Plärrerhochhaus

So suchten die Planer von SSP nach Alternativen und wurden fündig bei der Forster Profilsysteme AG aus dem schweizerischen Arbon. Diese hatten mit dem Plärrerhochhaus in Nürnberg ein ähnliches Gebäude mit 1.060 Schwingfenstern in vergleichbarer Größe bestückt (siehe metallbau 12/2020). Entsprechend konnte man sich bei Forster, insbesondere Jürg Egli, dem Objektmanagementleiter, gut vorstellen, die gestellten Anforderungen zu erfüllen. In einer engen Kooperation entwickelten die Architekten mit den Forster-Fachplanern ein Kastenschwingfenster mit einer Ansichtsbreite von nur 70 Millimetern. Dabei wurde in dem 14,5 Zentimeter breiten Kastenverbundfenster ein besonderer Sonnenschutz integriert.

An die innenliegenden Lamellen, wie auch an die Glasscheiben, gelangt man zu Revisions- und Reinigungszwecken über einen innenseitigen Drehflügel, der mit einem Steckgriff entriegelt wird. Während die außenliegende Prallscheibe aus gehärtetem VSG-Glas besteht, erfolgt die Wärmedämmung über die Dreifachisolierverglasung, die im inneren Revisionsflügel sitzt. Nur das innere Scheibenpaket ist getönt. Der gesamte Schwingflügel ist mit seinen rund 250 Kilogramm ausgesprochen schwer, hinzu kommt der stählerne Außenrahmen mit weiteren 50 Kilogramm.

Bei dem Drehlager handelt es sich um einen dickwandigen Hohlbolzen mit 15 Millimeter Durchmesser, durch dessen Inneres die Sonnenschutzverkabelung geführt ist. Die Schwingfenster sind nur soweit zu öffnen, dass ein Kinderkopf nicht hindurchpasst. Aus diesem Grund beträgt der Scherwinkel lediglich 7,5 Grad, was eine geringe Torsion für das im Drehlager integrierte Schwachstromkabel darstellt.

Die Schwingrahmen bauen auf dem Profil forster unico auf. Forster setzt grundsätzlich nicht auf Kunststoffisolatoren, die zwischen dem inneren und dem äußeren bandverzinkten Stahlrahmen sitzen, sondern auf ein hochwertiges Edelstahl-Gitterwerk. Der große Vorteil von Edelstahl ist, dass er nicht wie Kunststoff mit den Jahren versprödet und brüchig wird. Darüber hinaus reduziert dieser Isolator auch die Brandlast. Im Brandfall ist der Isolator kein Brandbeschleuniger und bildet auch keine Giftgase. Herunterfallende Fensterhalbschalen infolge brennender Isolatoren kann es so nicht geben. Die nominell vorhandene Kältebrücke, verursacht von diesem Isolationsgitterwerk, ist hingegen von ihrer Auswirkung zu vernachlässigen.

Retrosolar Tageslichtlenkung

Anders als beim Plärrerhochhaus wurde als Sonnenschutz keine handelsübliche Lamelle verbaut, sondern eine hochreflektive Tageslichtlenklamelle des Kirner Herstellers RETRO Solar Gesellschaft für Tageslichtleitsysteme mbH. Sie besitzt eine Nennbreite von 50 Millimetern und wurde von dem Frankfurter Tageslichtplaner Dr.-Ing. Helmut Köster entwickelt. Sie basiert auf einer mehrfach gekanteten Lamelle zur Sonnenreflexion, an die sich innenraumseitig ein Lichteinlenkteilstück anschließt. Man kann sich dieses Tageslichtreflektorsystem wie einen schmalen, eng gefalteten Papierstreifen vorstellen, den man dann – wie eine Ziehharmonika – leicht auseinanderzieht. Durch diese horizontale Faltung entstehen Flanken, auf die das einfallende Sonnenlicht annähernd senkrecht auftrifft und mit einer einzigen Reflexion nach außen gespiegelt wird, was den direkten Wärmeeintrag senkt. Der angehängte Spiegel auf der Lamelleninnenseite dient dazu, einen geringen Lichtanteil indirekt in den Raum zu leiten und so diesen – trotz Verschattung – ohne Kunstlicht ausreichend zu belichten.

Retrosolar-Sonnenschutz besteht aus einem oberen und einem unteren Lamellenpaket, beide lassen sich ineinanderlegen. Sie unterscheiden sich in der Lichtführung zum Innenraum. Die Lamellen im Oberlichtbereich des Fensters sind flacher ausgeformt und lenken das diffuse Himmelslicht in die Innenraumtiefe. Bis zwei Meter Raumhöhe verfügen die Lamellen über ein steiler angestelltes Lightshelf, um das Licht blendfrei an die Innenraumdecke umzulenken. Die Tageslichtlamellen zeichnen sich durch die Gleichzeitigkeit von Sonnenschutz, Blendschutz, Tageslichtzugewinn und einer sehr guten Durchsicht aus.

Wichtig war den Planern weiterhin, dass die Tageslichtjalousien auch in einer angekippten  Lüftungsposition des Fensters auf- und abfahrbar sind. Entsprechend wurde innerhalb des schwingbaren Doppelfensters ein Analogmotor integriert und die Jalousien mit einem Spannseil geführt. Die äußere Prallscheibe des Schwingfensters verfügt über ein ungetöntes Verbundsicherheitsglas (VSG). Dies garantiert den besten Farbwiedergabeindex und den besten g-Wert, da das kurzwellige Licht durch die Tageslichtlamellen wieder in den Himmel zurückreflektiert wird. Die Lamellen sind aus einem reinen Aluwerkstoff gefertigt und an ihrer Oberseite glanzeloxiert, die Unterseite ist reinweiß beschichtet. Das Verbundfenster ist über seitliche Längsschlitze in den Profilen belüftet, wobei wegen der intelligenten Luftführung Tauwasser kein Problem darstellt. Die Planer rechnen auf Grund der aktiven Spiegel-Tageslichtlamellen mit maximalen sommerlichen Temperaturen von nur 60°C bis 70°C in der Kavität der Doppelfenster.

Ausführung durch MTZ Metalltechnik Zitzmann

Die europaweite, öffentliche Ausschreibung für die Produktion konnte die im bayerischen Oerlenbach ansässige Firma MTZ-Metalltechnik Zitzmann für sich entscheiden. Das Unternehmen war schon in der vorangegangenen Planungsphase beratend in das Projekt eingebunden. MTZ besitzen bei Schwingfens-terlösungen eine besondere Expertise, da die Firma bereits die Fertigung und die Montage derselben am Plärrerhochhaus ausführte.

Besondere Sorgfalt erforderte für Zitzmann hierbei die innere Korrosionsbeschichtung der Profile. Diese ist erforderlich, da sowohl mit Tauwasserausfall wie mit Schlagregeneintrag zu rechnen ist. Er denkt dabei etwa an einen heftigen Regenguss auf ein halbgeöffnetes Schwingfenster. Die Lösung fand sich in zwei Schutzschichten, wobei die erste Schutzlage mit einem elektrischen Verfahren eingebracht und darauf dann die eigentliche Farbpulverbeschichtung appliziert wurde. Gewählt wurde ein matt-gebrochener Weißton, der der ursprünglichen Riphahn‘schen Farbfassung weitgehend entspricht.

Heizkörpernische

Wie bereits erwähnt, wurde im Nachweisverfahren berechnet, dass die winterlichen Wärmeverluste an den Außenwänden keine entscheidende Rolle spielten: Der Glasanteil des neungeschossigen Hochhauses mit seinen durchlaufenden Fensterbändern ist ausgesprochen hoch. Ferner ließ Riphahn die Rohbaufensterstürze in ca. 20 Zentimeter starkem Beton und die Brüstungen in 12,5 cm Bimssteinmauerwerk ausführen, um diese zusätzlich mit einer 24er Vollziegel-Vormauerschale zu verkleiden. Wie damals üblich, wiesen die Brüstungen Heizkörpernischen auf, heute erkannt als eine thermische Schwachstelle. Für eine Verbesserung der Wärmedämmung wurden diese im Zuge der aktuellen Sanierung mit Porenbetonsteinen aufgefüllt und moderne Flachheizkörper davor montiert.

Erfolgreiche Spurensuche

Rückblickend beschreibt Markus Wessels, Architekt bei der SSP AG die Recherchen und Analysen des Bestandes zur Erstausstattung des WiSo-Gebäudes als Spurensuche zur Sicherung der wertvollen Bausubstanz. Nicht nur SSP und die Denkmalpflege betrachten das gesamte, seit 1998 denkmalgeschützte Gebäudeensemble als Baukunst, auch die Fachwelt bescheinigte Wilhelm Riphan in den 60er Jahren mit dem renommierten 1. Kölner Architekturpreis die gelungene Gestaltung des Gebäudes, welches bereits vor der Sanierung noch einen guten Erhaltungszustand aufwies. Beeindruckend sind die Lösungen, die das Büro fand, um schonend und kaum wahrnehmbar das Baudenkmal energetisch in das 21. Jahrhundert zu überführen. „Nichts ist nachhaltiger, als der Erhalt vom Bestand“, so bringt es das SSP mit seinem 2019 geschaffenen Nachhaltigkeitslabel GreytoGreen treffend auf den Punkt.