Scherben bringen kein Glück Klimabelastung von Dreifach-Isolierglas Dreifach-Wärmedämmglas ist heute die Antwort der Glashersteller auf die weiter gestiegenen Energiekosten. Spätestens bis 2012 sollen Ug-Werte von 0,7 W/m²K Standard werden. Dies ist mit gasgefüllten Zweischeibensystemen nicht mehr möglich - also einfach eine Scheibe mehr? Neben produktionstechnischen Fragestellungen ist auch die Frage nach dem grundsätzlichen Verhalten von Drei-Scheiben-Isolierglas zu beantworten. Insbesondere die fast schon vergessene Klimabelastung muss berücksichtigt werden. Sonst sind unliebsame Überraschungen sicher. Download doc-Dokument Pressemitteilung

Einleitung
Die Klimabelastung von Isolierglas ist seit langem gut bekannt und im Nachweisverfahren (TRLV) berücksichtigt. Die Branche hat sich darauf eingestellt und vermeidet kritischen Scheibenaufbau und kleine Formate. Schäden und Reklamationen sind zurückgegangen, vor allem, weil "echte" Sprossen heute kaum mehr gebaut werden und damit die besonders "kritischen " Formate seltener wurden und die Kunden über den "Isolierglaseffekt" besser informiert werden.
Download Bild 1: Glasbruch bei Dreifach-Isolierglas

Zur Erinnerung
Der Randverbund hat die Aufgabe, die Glasscheiben mechanisch zu verbinden und den Scheibenzwischenraum dauerhaft abzudichten. Die Abdichtung hat gute Gründe:
- es darf kein Wasserdampf eindringen, sonst wird die Scheibe "blind";
- das Füllgas darf nicht entweichen, sonst verschlechtert sich der Ug-Wert.
Allerdings verhindert dieses Konstruktionsprinzip einen Druckausgleich. Ändern sich die äußeren Bedingungen, Luftdruck und Temperatur, so entsteht schnell ein Druckunterschied zwischen Scheibenzwischenraum und der Umgebung. Dieser Druckunterschied führt dann unvermeidlich zu einem Ein- oder Ausbauchen der Glasscheiben und damit:
- zu verzerrten Spiegelbildern, insbesondere bei Beschichtungen mit hohem Reflexionsgrad,
- zu Biegespannungen in den Glasscheiben und damit zum Risiko von Glasbruch.
Bei hohen Temperaturen entsteht Überdruck und damit
- eine Zugbelastung des Randverbundes.
Andererseits werden Wind oder andere äußere Lasten von beiden Glasscheiben gemeinsam aufgenommen und damit das Tragverhalten verbessert. Zum Verhalten von Isolierverglasung siehe Bild 2.
Die Höhe der Belastung hängt von den äußeren Bedingungen, vom Aufbau und vom Format der Isolierglasscheibe ab. Ungünstig sind dabei
- ein großer Scheibenzwischenraum
- dicke Glasscheiben,
- ein unsymmetrischer Aufbau,
- kleine Formate,
- schmale Formate.
Das Bruchrisiko und die Randbeanspruchung sind besonders bei kleinen Scheiben groß, mit zunehmender Scheibengröße nimmt die Klimalast ab und wird bei großen Scheiben im Vergleich zur Windlast unbedeutend.
Download Bild 2: Verhalten von Isolierglas bei Klimalast und äußeren Lasten

Die Umwelt
Luftdruck und Außentemperatur sind nicht zu beeinflussen. Wichtig ist aber die Temperatur im Scheibenzwischenraum, und die hängt auch von der Sonneneinstrahlung und dem Absorptionsgrad der Scheiben ab. Überträgt man die Randbedingungen der TRLV auf Standard-Dreifach-Wärmedämmglas, so ergeben sich im Sommer etwas höhere Temperaturen und folglich auch etwas höhere Klimalasten. Im Winter bleibt der raumseitige Scheibenzwischenraum etwas wärmer, der äußere wird jedoch kälter, so dass sich auch hier für die Außenscheiben eine etwas höhere Klimalast ergibt. Man sollte im Einzelfall genau rechnen und auch die tatsächliche Ortshöhe berücksichtigen, aber im Allgemeinen kann weiterhin eine isochore Last von 16 kN/m² angesetzt werden.

Das Dreifachglas
Die Statik von Dreifach-Isolierglas ist ziemlich kompliziert und erfordert Computer und entsprechende Berechnungsprogramme. Das Entscheidende ist aber auch ohne viel zu rechnen verständlich: Man denkt sich die mittlere Glasscheibe weg und hat ein Zweifachglas! Bei symmetrischem Dreifachglas stimmt dies sogar exakt, z. B. verhält sich ein Dreifachglas 6/12/4/12/6 bei Klimalast genauso wie Zweifachglas 6/24/6. Dabei werden die Scheibenzwischenräume addiert und das ist wichtig!
Wendet man das Verfahren auf einen asymmetrischen Aufbau an, so wird die dünnere Außenscheibe zu stark, die dicke aber zu wenig belastet. Für einen Nachweis muss man also genauer rechnen, für eine erste Abschätzung ist aber das Weglassen der Mittelscheibe gut genug und zeigt das Wesentliche.
Download Bild 3: Verhalten von Isolierglas bei großem SZR und Dreifach-Glas

Der Scheibenzwischenraum
Ursache der Klimalast ist das Gas im Scheibenzwischenraum. Je größer der Zwischenraum, desto mehr Gas ist enthalten und desto größer wird die Belastung auf Glas und Randverbund. Der Scheibenabstand sollte daher nicht größer als nötig sein. Die derzeitige "U-Wert-Olympiade" zwingt die Hersteller, auch die vermeintlich letzten "Hundertstel" im U-Wert noch zu nutzen und den Scheibenabstand zu "optimieren". Eine Berechnung nach EN 673 und die Rundung auf 0,1 W/m²K führt dann zum gewünschten Ergebnis: ein Zehntel besser! Bei integrierten Sonnenschutzsystemen werden konstruktiv bedingt noch größere Abstände akzeptiert. Der Belastung muss auf andere Weise begegnet werden.
Download Diagramm 1: Risiko für klimainduzierten Glasbruch

Dicke Scheiben und Asymmetrie
Dicke Glasscheiben sind steifer und erhöhen die Klimalast. In der Regel ergeben sich noch größere Biegespannungen, in jedem Fall entstehen höhere Belastungen des Randverbundes. Besonders ungünstig wird es bei asymmetrischem Scheibenaufbau. Hier muss die dünnere Scheibe die Verformungsarbeit der dickeren steiferen Scheibe mit übernehmen. Ist ein asymmetrischer Aufbau, z.B. wegen Schalldämmung, Absturzsicherung oder Einbruchschutz, erforderlich, so ist die Klimalast noch dringlicher als sonst zu berücksichtigen. Dies gilt bei Dreifachglas nochmals verstärkt!
Download Bild 4: Verhalten von Isolierglas bei Asymmetrie

Der Ausweg
Dreifach-Isolierglas unterliegt wegen des doppelten Scheibenzwischenraums höheren Klimalasten. Dickere Scheiben waren und sind keine Lösung. Der Königsweg zur Reduktion der Klimalasten und deren Folgen sind große Scheiben! Große Scheiben können der Volumenänderung des Füllgases folgen, sie lassen sich leichter biegen ohne zu brechen und bauen so die Druckdifferenz ab. Damit werden die Belastung, die Biegespannung und die Randlast reduziert. Nebenbei wird die Wärmedämmung verbessert, da bei großen Scheiben der Scheibenumfang bezogen auf die Fläche geringer ist. Die mit der Durchbiegung verbundenen optischen Phänomene wie Zerrbilder und Interferenzen bleiben allerdings bestehen. Um diese zu verhindern, sind vom Einzelfall abhängige besondere Maßnahmen erforderlich, z.B. kann gezielt ein asymmetrischer Aufbau gewählt werden.
Die Praxis zeigt, dass im Allgemeinen bezüglich der Klimalast durchaus "große" Scheiben vorliegen, siehe Tabelle unten. Nach diesen Scheiben sowie den statischen und funktionellen Erfordernissen wird dann der Scheibenaufbau festgelegt. Bei fast allen Bauvorhaben gibt es aber neben den großen auch einige kleinere Scheiben. Zur konstruktiven Vereinfachung wird dann für alle Scheiben der gleiche Aufbau ausgeführt – das Foto (Bild 1) zeigt die Folgen.
In diesen Fällen muss der erhöhten Belastung Rechnung getragen werden. Erforderlich ist
- ein Vorspannen der gefährdeten Scheibe, um das Glasbruchrisiko zu vermeiden,
- eine stabilere Randversiegelung (Rückenüberdeckung), um die Randverbundbelastung zu verringern.

Isolierglas- Aufbau	empfohlene Mindestkantenlänge
4/16/4	450 mm
4/12/4/12/4	600 mm
6/12/4/12/6	700 mm
8/12/4/12/4	800 mm
4/18/4/18/4	750 mm
6/18/4/18/6	900 mm
8/18/4/18/4	1000 mm

Fazit

Man sollte mit den Naturgesetzen arbeiten, nicht gegen sie. Die Klimabelastung steigt mit dem Scheibenzwischenraum und bei Dreifach-Wärmedämmglas wirken beide Zwischenräume zusammen. Glücklicherweise verringert sich die Belastung mit zunehmender Scheibengröße. Für den Wohnungsbau wäre bei Dreifachglas eine Mindestkantenlänge von einem Meter sinnvoll. Dies wäre auch im Sinne des Wärmeschutzes, reduziert es doch den Randeinfluss.
Natürlich ist eine solche Vorgabe nicht durchsetzbar und widerspricht derzeitiger Baupraxis. Man sollte den Scheibenzwischenraum daher so gering wie möglich halten. Nicht umsonst wird ein "Standardaufbau" mit 2 x 12 mm Scheibenzwischenraum empfohlen. Damit sind Kantenlängen bis zu 60 cm und damit "fast alles" machbar. Für die noch kleineren Scheiben bleibt nur der Ausweg "verstärkter Randverbund" und "thermische Vorspannung" der gefährdeten Glasscheiben.
Bei größeren Zwischenräumen, bei dickeren Scheiben und bei asymmetrischem Aufbau, z.B. bei Absturzsicherung oder Überkopfverglasung, kann dies auch schon bei Scheibengrößen von einem Meter Kantenlänge erforderlich werden. In diesen Fällen schützt Problembewusstsein und eine detaillierte Berechnung vor Überraschungen.

Prof. Dr. rer. nat. Franz Feldmeier lehrt seit 1986 an der Hochschule Rosenheim und leitet dort das Labor für thermische Bauphysik. Derzeitige Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich Wärmeschutz, Glasstatik sowie Glasfassaden und Raumklima.


Aachen, Juni 2009

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Ansprechpartner für die Presse: Marcel Fila

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