Drei Scheiben, viele Vorteile Dreifach-Isoliergläser werden in Zukunft zum Standard Energieeffiziente Gebäude werden in Zukunft selbstverständlich. Sogar sogenannte „Plusenergiehäuser“ sind keine Utopie mehr. Inwieweit Dreifach-Isoliergläser und deren Eigenschaften wichtige Komponenten für den Wohn- und Fassadenbau der Zukunft sind, erläutert Wolfgang Böttcher, Leiter Anwendungstechnik bei der Saint-Gobain Deutsche Glas GmbH. Download_Pressemitteilung.doc Download_Bild_Dreifach_Zweifachiso.jpg Download_Bild_Einfluss_Flaeche.jpg Download_Bild_Einflussgroessen.jpg Download_Bild_Temperaturen.jpg

Der Trend zu Dreischeiben-Isolierglas setzt sich ungebrochen fort, da es einen wichtigen Beitrag zu sparsamen, energieeffizienten Gebäuden leistet – auch wenn zur Einhaltung der EnEV 2009 durchaus noch Zweischeiben-Isoliergläser verwendet werden können. Doch wie lange noch? Zwischen 2012 und 2020 sollen die energetischen Anforderungen nochmals erhöht werden. Ziel ist das sogenannte „Plusenergiehaus“. Damit stellen sich Fragen nach den Auswirkungen, die sich durch die Anforderungsänderungen an Fenster, Fassaden und die Verglasungen ergeben. Für den Neubau gibt es neben den Höchstwerten des Jahres-Primärenergiebedarfs Maximalanforderungen an die Qualität der Gebäudehülle durch den Höchstwert des spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlustes H’T – eine Art „mittlerer U-Wert der Gebäu-dehülle“. Maximale U-Werte für Glas oder Fenster sind im Einzelnen nicht definiert. Dieses Verfahren nimmt Einfluss auf die maximalen Fensterflä-chen der Gebäudehülle.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Leistungseigenschaften für komplexe Fenster- und Fassadenelemente, Einzelkomponenten der Konstruktion wie Rahmen, Übergang Glas zu Rahmen und für die Verglasung festzu-legen. Zur Ermittlung der Eigenschaften der Rahmenprofile stehen Tabellenwerte nach EN ISO 10077-1 zur Verfügung, alternativ sind Berechnungen nach EN ISO 10077-2 oder Messungen nach EN 12412-2 möglich. In der Regel ergeben Messungen oder Berechnungen bessere Werte, da Tabellenwerte aus Normen „Sicherheitszuschläge“ beinhalten.

Eigenschaften von Mehrscheiben-Isolierglas
Der Energietransport durch eine Isolierglaseinheit ist abhängig von der Wärmeleitung durch das Glas und den Wärmeübergängen infolge von Luftbewegungen vor und hinter den Glasflächen. Zwischen den Glasoberflächen im Scheibenzwischenraumes der Isolierglaseinheit findet ein Strahlungsaustausch statt. Beschichtete Glasoberflächen können mit low–E-Schichten den Strahlungsaustausch gegenüber anderen Einflussgrößen (Gasfüllung, Scheibenabstand) stark verringern und somit die Wärmedämmung der Isolierglaseinheit verbessern. Die Wärmeleitfähigkeit des im Scheibenzwischenraum eingefüllten Spezialgases (Argon, Krypton) und die Emissivität der Glasoberfläche sind die beiden bestimmenden Kenngrößen für die Verbesserung der Wärmedämmung. Zu beachten ist, dass der Ug-Wert von der Neigung der Verglasung abhängig ist, und die Werteangaben in der Regel für den vertikalen Einbau gelten.

Zwei Scheibenzwischenräume mit Spezialgasfüllungen und zwei Beschichtungen mit niedriger Emissivität (0,03 – 0,01) erklären die Verbesserung der Wärmedämmung von Dreifach-Isolierglas. War bisher die Doppelver-glasung mit Grenzwerten von Ug = 1,1 bis 0,9 W/m²K der Maßstab, können Dreifach-Verglasungen Ug-Werte von 0,8 bis 0,4 W/m²K erreichen. Mit den erreichbaren Werten sind die wärmetechnischen Eigenschaften von Mehr-scheiben-Isoliergläsern weitgehend ausgeschöpft. Neben der Reduzierung der Energieverluste führt die verbesserte Wärmedämmung durch Erhöhung der raumseitigen Oberflächentemperaturen auch zu einem verbesserten Behaglichkeitsklima. Bei der Bewertung von Ug- und g-Wert ist zu beachten, dass die Regelwerke verschiedene Rechenverfahren mit entsprechenden Toleranzen, z.B. für die Beschichtung des Basisglases, ermöglichen. Bei Produktvergleichen ist es daher wichtig, gleiche Bemessungsregeln zu verwenden. Weitere Produktverbesserungen sind durch Optimierungen der low-E-Schichten bei der Lichttransmission und den g-Werten zu erwarten. Die seit Jahrzehnten diskutierte Vakuumverglasung kann auch keine niedrigeren Ug-Werte als ein Dreifach-Isolierglas erreichen. Sie hat zwar den Vorteil, dass sie leichter und dünner ist, verfügbar ist sie derzeit aber nicht.

Der Glasrand, ein wichtiges Detail
Durch die Abstandhalterprofile im Isolierglas-Randverbund entsteht am Bauteil Fenster eine linienförmige Wärmebrücke von beachtlicher Länge. Der Psi-Wert (ψ) ergibt sich aus den Eigenschaften des Rahmenprofils, der Geometrie der Glaseinfassung und des Isolierglas-Randverbundes einschließlich der Wärmeleitfähigkeit des Abstandhalterprofils. Übliche metallische Aluminium-Abstandhalterprofile führen an der Glaskante zur Abkühlung der raumseitigen Oberflächentemperatur – der Glasrandbereich wird kalt. Mit thermisch optimierten Abstandhalterprofilen (warm edge) lässt sich nicht nur die Tauwasserproblematik besser beherrschen, auch eine Verbesserung des UW-Wertes von bis zu 0,2 W/m²K, je nach Glasgröße, ist für das gesamte Fenster möglich.

Solare Gewinne reduzieren den Energieverbrauch
Eine weitere Größe der strahlungsphysikalischen Eigenschaften einer Verglasung hat außerdem an Bedeutung gewonnen. Der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert nach DIN EN 410:12-1998) ist für die Berücksichtigung der solaren Gewinne notwendig. Grundsätzlich liegt er bei Sonnenschutzverglasungen im niedrigen Bereich (< 0,45) bzw. er sinkt im Vergleich zu Standardverglasungen mit 4 mm Glasdicke bei höheren Glasdicken oder zusätzlichen low-E-Schichten (Dreifach-Isolierglas). Neuere Entwicklungen in der Beschichtungstechnologie ermöglichen bei Dreifach-Isolierglas vergleichbare g-Werte zum Zweifach-Isolierglas. Sind solare Energiegewinne in der Heizperiode erwünscht, so kann der Energieeintrag in der Übergangszeit und im Sommer zur Überhitzung der Innenräume führen. Dies gilt es zu bedenken.

Solares Bauen erfordert eine auf solare Gewinne optimierte Lage des Gebäudes, hohe g-Werte der Verglasung, keine Verschattung durch andere Gebäude oder Bepflanzungen, schnelle Heizsysteme, aber auch steuerbare zusätzliche Verschattungseinrichtungen. Zu beachten ist, dass in der EnEV 2009, § 3, Absatz 4, der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes mit Einhaltung der höchstzulässigen Sonneneintragskennwerte der in der DIN 4108-2:2003-07 Abschnitt 8 festgelegten Werte gefordert ist. Ziel ist es, die solaren Erträge in der warmen Jahreszeit zu begrenzen und die Überhitzung der Räume zu vermeiden. Eine Forderung, die zwar durch ein Sonnenschutzisolierglas erfüllt werden kann, jedoch die solaren Gewinne reduziert. Eine sorgfältige Abwägung der Produktvorteile Sonnenschutz-Isolierglas zu einem höheren solaren Gewinn ist daher notwendig.

Mehrscheiben-Isolierglas mit variabler Beschattung
Eine interessante Alternative, die beide Forderungen gleichermaßen berücksichtigt, ist ein Mehrscheiben-Isolierglas mit einer im Scheibenzwischenraum integrierten Jalousie. G-Werte sind zwischen 0,1 bis 0,6 variabel einstellbar und Ug-Werte von 1,2 W/m²K (Zweifach-) und 0,7 W/m²K (Dreifach-Isolierglas ) lassen sich erreichen. Mehrscheiben-Isoliergläser können problemlos auch mit anderen Funktionen kombiniert werden, etwa durch die Kombination mit Einscheiben- oder Verbund-Sicherheitsglas bzw. mit zusätzlichen Funktionsbeschichtungen oder Kombinationen aus Glasprodukten. Trotz Erleichterungen in der EnEV mit höheren Ug-Werten bei Nebenforderungen des erhöhten Schallschutzes oder des Brandschutzes und der Einbruchhemmung sind die niedrigen Ug-Werte auch bei Funktionsisoliergläsern möglich.

Welche Verglasung für welches Fenster?
Die komplexen Berechnungen für ein Gebäude, aus denen Bauteilanforderungen UWD und UCW resultieren, sind Aufgaben von Fachplanern. Eine Ausnahme besteht bei Maßnahmen am Gebäudebestand und bei Nicht-wohngebäuden mit normalen Temperaturen, bei denen UW-Werte vorgegeben sind. Grundsätzlich kann für beheizte Wohngebäude aufgrund verschiedener Vorgaben ein UW-Wert von 1,3 W/m²K und damit ein niedrigerer Wert als der Richtwert angenommen werden. Er muss jedoch im Einzelfall rechnerisch nachgewiesen werden.
Die Entwicklung von Rahmenprofilen hat in den letzten Jahren mit der Erhöhung der Konstruktionstiefen, mit zusätzlichen Dämmebenen und IR-reflektierenden Oberflächen in den Profilen eine deutliche Verbesserung erfahren. Eine Unsicherheit bleibt in der Angabe des richtigen UW-Wertes. Regelwerke wie die EnEV, DIN 4108-4, EN 14351-1, Prüfzeugnisse, CE-Zeichen, Berechnungen oder Anforderungen von Leistungsverzeichnissen lassen widersprüchliche Aussagen zu, welche Werte für ein konkretes Bauvorhaben verbindlich anzugeben sind. Planer sind aufgefordert, eindeutige Anforderungen zu definieren.

Mit Caluwin 4.6 steht unter www.swisspacer.com ein kostenfreies und zertifiziertes Berechnungsprogramm zum Download zur Verfügung. Auf Basis der neusten Normen, Rechenverfahren und technischen Werte lässt sich für Zweifach- und Dreifach-Isolierglas nicht nur der Wärmedurchgangskoeffizient UW eines Fensters oder einer Fassade berechnen, sondern auch der Taupunkt am Glasrand unter vorgegebenen Randbedingungen ermitteln.

Dreifach-Isolierglas wird Standard
Mit der Erhöhung der Anforderungen der EnEV 2009 sowohl an den maximalen Jahres-Primärenergiebedarf als auch an die Referenzwerte ist die Einhaltung der Anforderungen derzeit sowohl mit Zweifach- als auch mit Dreifach-Wärmedämmglas möglich. Kommt es zu einer weiteren Verschärfung der Anforderungen oder liegen weitere Entscheidungskriterien wie Förderprogramme der Bundesländer und der KfW-Bank oder zukunftsorientierte Gebäudetechnik (Passivhausstandard) zugrunde, wird der Einsatz von Dreifach-Wärmedämmglas zum Standard. Folgt man darüber hinaus den ungünstigen Szenarien zur mittel- und langfristigen Verfügbarkeit und der damit prognostizierten Preisentwicklung fossiler Brennstoffe, hat der EnEV 2009-Standard schon heute nur noch Altbauniveau. Dass die Problematik bereits erkannt wurde, bestätigt den heute schon hohen Produktanteil von Dreifach-Isolierglas mit bis zu 40 %.

Ist Dreifach-Isolierglas gebrauchstauglich?
Die am häufigsten genannten Einwände zum Gebrauch von Dreifach-Isolierglas sind das erhöhte Scheibengewicht durch die dritte Scheibe und die höhere Einbaudicke, was für die Tragkonstruktionen neue Überlegun-gen erfordert. Durch die zusätzliche mittlere Glasscheibe, je nach Format-größe 4-6 mm dick, erhöht sich das Scheibengewicht um ca. 10-15 kg/m². Das zusätzliche Gewicht ist bei Festverglasungen konstruktiv leichter zu beherrschen, da die erhöhten Lasten durch den Baukörper und ggf. verstärkte Befestigungselemente abgetragen werden können. Bei beweglichen Öffnungselementen, die in der Regel nicht mehr als zwei qm Glasfläche haben, müssen die Beschläge die zusätzlichen Lasten aufnehmen. Lagen bisher die Gewichtsgrenzen für Beschlagsysteme bei 75 kg, hat die Beschlagindustrie darauf reagiert und bietet heute Systeme für 100–150 kg je Öffnungselement an. Die häufig beklagten hohen Elementgewichte für die Fenstermontage erhöhen sich weiterhin noch um das zusätzliche Gewicht der dritten Scheibe; sie sind aber nur bei einer „manuellen“ Montage prob-lematisch. Werden wie bei Fassaden oder größeren Elementen Hilfsgeräte benutzt, führt das Zusatzgewicht nicht zu zusätzlichen Aufwendungen.
Die Verbesserung der Wärmedämmung von Rahmenprofilen ist nur über eine Erhöhung der Konstruktionstiefe zu lösen. Betrug die Rahmendicke bisher etwa 60–70 mm, liegt sie bei hoch gedämmten Profilsystemen bei 80–100 mm und bietet damit auch ausreichend Raum für ein Dreifach-Isolierglas.

Isolierglaseffekt bei Dreifach-Isolierglas stärker
Eine Änderung der Temperatur oder des barometrischen Drucks erzeugt eine Druckdifferenz zwischen den Scheibenzwischenräumen einer Isolierglasscheibe und dem Außenraum und führt zu einer Belastung der Einzel-scheiben. Im Allgemeinen hängt das Verhalten der Scheiben von der Steifigkeit des Systems ab. Dieser als Isolierglaseffekt oder Klimalast bezeichnete Lastfall von Isolierglas ist seit langem gut bekannt und im statischen Nachweisverfahren (TRLV) berücksichtigt.
Bei Dreifach-Isoliergläsern ist der Isolierglas-Effekt stärker ausgeprägt, da sich die beiden Scheibenzwischenräume addieren und somit wie ein sehr großer Zwischenraum wirken. Auf einen Überdruck im Scheibenzwischen-raum reagieren diese Scheibenformate mit einer Aufweitung des Randverbundes und einem Ausbauchen der Glasscheiben. Bei einem Unterdruck im Scheibenzwischenraum wird der Randverbund zusammengedrückt und die Scheiben bauchen ein. Das Randverbundsystem muss gegen die Verformungen so stabil sein, dass die Haftung der Dichtung an Glas und Abstandhalter nicht beschädigt wird und das Rückstellvermögen der Dichtstoffe langjährig erhalten bleibt. Dazu muss der Randverbund den Bewegungen ausreichende Kräfte entgegensetzen. Werden die Klimalasten nicht ausreichend berücksichtigt, können Glasbruch und Schäden am Randverbund die Folge sein. Als kritisch erwiesen haben sich große Scheibenzwischenräume (> 2 x 12 mm), schmale Glasformate von < ~ 600 mm Kanten-länge, asymmetrische Glasaufbauten und große (> 200 m) Höhenunter-schiede zwischen Herstell- und Einbauort oder eine Überlagerung der genannten Faktoren. Eine genaue Analyse der Randbedingungen für einen funktionsfähigen Glasaufbau ist im Einzelfall erforderlich. Die Praxis zeigt, dass die Verantwortung der Glas- und Fensterhersteller hier verstärkt zum Tragen kommen muss.

Fazit
Dreifach-Isolierglas bietet eine deutlich bessere Wärmedämmung als übliches Isolierglas und wird mittelfristig das Zweifach-Isolierglas ablösen. Mit seinen Eigenschaften bewegt es sich im Spannungsfeld der Bauphysik zwischen Sonnenschutz und solaren Gewinnen, Tageslicht und Blendschutz. Dreifach-Isolierglas ist aufgrund physikalischer Eigenschaften ein komplexes System und bei Berücksichtigung der veränderten Belastungssituation ein technisch beherrschbares Produkt. Es ist schwerer und dicker, wobei sich die Fenster-, Fassaden- und Zubehörindustrie auf die geänderten Randbedingungen eingestellt haben. Klimalasten wirken sich stärker aus als bei Zweifach-Isolierglas, führen zu hohen Beanspruchungen der Glasscheiben und des Randverbundes und müssen bei der Glasauswahl berücksichtigt werden.
Qualitätsanforderungen aufgrund der zusätzlichen Scheibenflächen, der Beschichtungen und des Randverbundes sind bereits in Technischen Regelwerken umfassend beschrieben und bieten Sicherheit in der Anwendung. Und schlussendlich bestehen für die Architektur von Gebäuden mit Dreifach-Isolierglas keine Einschränkungen.

Autor:
Wolfgang Böttcher 
Leiter Anwendungstechnik, Saint-Gobain Deutsche Glas GmbH

Aachen, Dezember 2010
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Bildnachweise:
[Einfluss_Flaeche.jpg]
Einflussgrößen auf den UW-Wert eines Fensters
© Saint-Gobain Deutsche Glas GmbH

[Einflussgroessen.jpg]
Einflussgrößen beim Wärmetransport durch ein Dreifach-Isolierglas
© Saint-Gobain Deutsche Glas GmbH

[Temperaturen.jpg]
Raumseitige Oberflächentemperaturen von Mehrscheiben-Isoliergläsern
© Saint-Gobain Deutsche Glas GmbH

[Zweifach_Dreifach_Iso.jpg]
Gesamtdicke von Mehrscheiben-Isoliergläsern
© Saint-Gobain Deutsche Glas GmbH