3. Fenster und Türen

Wärmeschutzverglasung

Wärmeschutzglas (Zweifach-Isolierglas mit Metalldampfbeschichtungen) ist beschichtetes Mehrscheiben-Isolierglas und erfüllt die Anforderungen an einen hohen Wärmeschutz. Die Gasfüllung von Wärmeschutzgläsern besteht üblicherweise aus dem Edelgas Argon, auch Krypton wird eingesetzt. Als Beschichtung wird hauptsächlich Silber verwendet. Durch den niedrigen Emissionsgrad der Beschichtung wird der Strahlungsaustausch zwischen den Glasscheiben erheblich reduziert.

Konventionelles Isolierglas aus zwei unbeschichteten Glasscheiben genügt heutigen Anforderungen nicht mehr und war bis zur Einführung der Wärmeschutzverordnung von 1995 gebräuchlich. In der eingeführten Energieeinsparverordnung EnEV werden auch für bestehende Gebäude bei Erneuerung oder Ersatz von Fenstern und Verglasungen maximal zulässige Werte für den Wärmedurchgangskoeffizienten gefordert.

Glas weist verschiedene Eigenschaften auf, die das Verhalten und den Einsatzbereich dieses Materials bestimmen:

-	physikalisch Die Strahlungseigenschaften werden durch den Reflexionsgrad, Absorptionsgrad und Transmissionsgrad charakterisiert.
-	thermisch Der Wärmedurchlasswiderstand von Glas lässt sich nur begrenzt durch die Materialdicke verändern; wesentlich effektiver ist in dieser Hinsicht die Beeinflussung des Wärmestrahlungsverhaltens durch Aufbringen einer Metalldampfbeschichtung mit einem niedrigen Emissionsgrad von ca. 0,03.
-	optisch Glas als transparentes Material lässt Strahlung der Wellenlänge von 315 bis 2500 nm (ultravioletter bis infraroter Bereich) hindurch, kurzwellige Strahlung unter und langwellige über dem genannten Bereich wird absorbiert; Ursache für die Transparenz ist das Fehlen von molekularen Kristallgittern.
-	mechanisch Glas ist ein hartes Material, aber wegen des dafür verantwortlichen hohen Quarzgehaltes auch ein sehr sprödes; schon eine geringfügige Überschreitung der elastischen Verformungsgrenze führt zum Glasbruch.

Bild 3.2.3-1:

Neue Isolierverglasung in bestehendem Fenster, hier: Kunststoff

Bild 3.2.3-1 zeigt ein neues Wärmeschutzglas, das in ein bestehendes Fenster eingesetzt ist.

Die Kopplung der Scheiben von Mehrfach-Isolierverglasungen kann durch Füllung des Scheibenzwischenraumes mit Gasen geringerer oder höherer Dichte als die der Luft herabgesetzt werden. Hierzu lassen sich verschiedene Gase, wie z. B. Helium, Wasserstoff, Argon, Krypton, Schwefelhexafluorid oder Gasmischungen verwenden. Aus schalltechnischen Gründen hat sich das Schwergas Schwefelhexafluorid (SF6) als am günstigsten erwiesen. Ein besonderer Vorteil dieses Gases, das schwerer als Luft ist, besteht darin, dass Diffusionsverluste infolge des Gasdruckgefälles im Gegensatz beispielsweise zu Helium oder Wasserstoff praktisch ausgeschlossen sind.

Für Wärmeschutzscheiben ist Argon (Ar) heute das vorherrschende Füllgas. Je nach Scheibenaufbau wird durch eine vollständige Argonfüllung der Wärmedurchgangskoeffizient um 0,3 bis 0,4 W/(m2K) reduziert. Für Schwefelhexafluorid-Argon-Mischungen, wie sie zur gleichzeitigen Verbesserung der Wärme- und Schalldämmung eingesetzt werden, hängt der Wärmedurchgangskoeffizient vom Scheibenabstand und vom Anteil des Mischpartners ab. Zum Beispiel ergibt sich bei einem Scheibenabstand von 12 mm mit einem Gasgemisch, bestehend aus 70 % Ar und 30 % SF6, ein Minimum für den Wärmedurchgangskoeffizienten. Mit diesem Mischungsverhältnis kann also sowohl eine gute Wärmedämmung als auch eine verbesserte Schalldämmung erreicht werden. Eine Verbesserung von ca. 3 dB wird mit einem SF6-Mischanteil von ca. 50 % erreicht. Höhere Mischanteile beeinflussen die Schalldämmung nicht mehr wesentlich. Mit einer Kryptonfüllung, die aus Wärmeschutzgründen ebenfalls vorteilhaft ist, lässt sich das bewertete Schalldämm-Maß um bis etwa 2 dB erhöhen.

An eine Wärmeschutzverglasung werden heute folgende technische Anforderungen gestellt, wobei Zweifach-Isolierglasscheiben mit Wärmeschutzbeschichtung auf Silberbasis diese Kriterien in allen Bereichen deutlich übertreffen:

-	U<sub>g</sub>-Wert 1,5 W/(m<sup><small>2</small></sup>K)
-	Gesamtenergiedurchlassgrad g ca. 0,5
-	Lichtdurchlässigkeit / Transmissionsgrad τ ca. 0,7
-	neutrale Außenan- und Durchsicht

Neben dem Wärmeschutzglas hat sich in den letzten Jahren auch die sog. Sonnenschutzverglasung etabliert. Hierbei wird durch aufgedampfte Metallschichten die einfallende Sonnenstrahlung reflektiert. Dies wirkt einer zu starken Erhitzung der Raumluft in den Sommermonaten entgegen. Man unterscheidet zwischen Absorptionsglas, das in der Masse durch Zusatz von Metalloxiden eingefärbt (grün, blau, bronze, grau) ist und damit eine höhere Absorption und geringere Strahlungstransmission aufweist, und Reflexionsglas, das mit einer Metalloxidschicht, meist Chromnickel oder Edelstahl, beschichtet ist und eine erhöhte Reflexion bewirkt, welche die Transmission und damit die Gesamtdurchlässigkeit reduziert.

Darüber hinaus gibt es seit kurzem schaltbare Verglasung auf dem Markt. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Durchlässigkeit für Sonnenlicht auf unterschiedliche Art und Weise zu verändern. So kann eine Beschichtung selektive Eigenschaften aufweisen, die eine hohe Transmission im sichtbaren und eine hohe Reflexion im infraroten Bereich gewährleisten.

Wärme:
Da die Verglasung den flächenmäßig größten Teil des Fenster ausmacht, können die Transmissionsverluste des Fensters lediglich durch den Austausch der Verglasung reduziert werden. Eine Wärmeschutzverglasung ist vom Aufbau her ähnlich wie eine ältere Isolierverglasung, erreicht allerdings einen deutlich niedrigeren U-Wert (Uw ≈ 1). Sie besteht aus zwei Glasscheiben und einem Hohlraum dazwischen, der mit einem Edelgas gefüllt ist. Dabei ist die äußere oder sind beide Scheiben auf der Hohlraumseite mit einer infrarotwirksamen Schicht bedampft.

Berechnung des mittleren U-Wertes

Feuchte:
Die Reduzierung des Wärmestroms durch das Fenster führt zu einer höheren Oberflächentemperatur an der Bauteilinnenseite. Diese Erhöhung der Temperatur vermindert die Gefahr von → Oberflächentauwasser im Bereich der Fensterleibung und am Fenster selbst.

Berechnung des Sättigungsdampfdrucks

Schall:
Um eine hohe Schalldämmwirkung von Isolierglasscheiben zu erzielen, sind die folgenden Konstruktionsprinzipien zu empfehlen:

-	Wahl von mindestens einer Scheibe mit einer hohen flächenbezogenen Masse (Glasdicke > 6 mm)
-	Einsatz unterschiedlich dicker Scheiben (voneinander abweichende Koinzidenzgrenzfrequenzen der einzelnen Scheiben)
-	Realisierung eines großen Scheibenabstandes (20, 24 mm; tiefe Resonanzfrequenz)
-	Schwergasfüllung im Scheibenzwischenraum (höhere Schalldämmung oberhalb der Resonanzfrequenz)
-	Verwendung von Verbundsicherheitsglas (Verschiebung der Koinzidenzgrenzfrequenz der Scheibe zu höheren Frequenzen hin)

Unter Beachtung der genannten Prinzipien können Isolierglasscheiben ein bewertetes Schalldämm-Maß bis zu ca. 55 dB erzielen.
Aus → Tabelle AS-10 können bewertete Schalldämm-Maße verschiedener Fenster entnommen werden.

Berechnung der Resonanzfrequenz

Berechnung der Koinzidenzgrenzfrequenz

Berechnung des Resultierenden Schalldämm-Maßes von zusammengesetzten Bauteilen

Achtung:

-	Für Dichtungsmaterialien wie Kitte und Dichtungsmassen wurden früher Weichmacher wie PCB (polychlorierte Biphenyle) verwendet, die sich durch ihren Chloranteil und ihre chemische Struktur unterscheiden. PCB zählen zu den schwer flüchtigen Schadstoffen, sind sehr beständig und widerstandsfähig gegen Säuren und Laugen und biologisch schwer abbaubar. Da PCB im menschlichen Fettgewebe langfristig gespeichert werden und im Verdacht stehen, krebserregend zu wirken, sind sie in der BRD in bestimmten Konzentrationen oder Zusammensetzungen verboten (ChemVerbotsV, PCB-Richtlinie).
-	Isoliergläser weisen oft Beschichtungen auf, so dass eine Wiederaufbereitung problematisch sein kann.
-	Fluorhaltige Substanzen, die in Holz- und Fassadenschutzmitteln enthalten sein können, führen bei Kontakt mit Glas zu Verätzungen der Oberflächenstruktur und damit zu Eintrübungen.

Normen und Richtlinien:[1]

EnEV
DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen
DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden
DIN 4109 Schallschutz im Hochbau; Anforderungen und Nachweise
DIN 107 Bezeichnung mit links oder rechts im Bauwesen
DIN 4172 Maßordnung im Hochbau
DIN 18202 Toleranzen im Hochbau - Bauwerke
DIN 18055 Fenster - Fugendurchlässigkeit, Schlagregendichtheit und mechanische Beanspruchung
DIN 1259 Glas
DIN 52452 Prüfung von Dichtstoffen für das Bauwesen - Verträglichkeit der Dichtstoffe
DIN 18361 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) - Verglasungsarbeiten
DIN EN 1096 Glas im Bauwesen - Beschichtetes Glas
DIN EN 1279 Glas im Bauwesen - Mehrscheiben-Isolierglas
DIN EN 12207 Fenster und Türen - Luftdurchlässigkeit
DIN EN 12208 Fenster und Türen - Schlagregendichtheit
DIN EN 12210 Fenster und Türen - Widerstandsfähigkeit bei Windlast
DIN EN ISO 1163 Kunststoffe - Weichmacherfreie Polyvinylchlorid (PVC-U)-Formmassen
ChemVerbotsV Verordnung über Verbote und Beschränkungen des Inverkehrbringens gefährlicher Stoffe, Zubereitungen und Erzeugnisse nach dem Chemikaliengesetz
PCB-Richtlinie Richtlinie für die Bewertung und Sanierung PCB-belasteter Baustoffe und Bauteile in Gebäuden

[1] ohne Anspruch auf Vollständigkeit

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