tendenz zu dreifach- isolierverglasung

TECHNIK
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* Markus Läubli
Hinweise und Konsequenzen für die Anwender
TENDENZ ZU DREIFACHISOLIERVERGLASUNG
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Die überarbeitete Norm SIA 380/1:2009,
Thermische Energie im Hochbau, verlangt für den Bauteil Fenster einen
Uw-Wert von 1,3 W/m2K und mit verbesserter Wärmedämmung einen
Uw-Wert von 1,0 W/m2K. Die verbesserten Anforderungen können durch die
Verwendung von Dreifach-Isolierglas
mit einem Ug-Wert von 0,7 W/m2K oder
besser und thermisch verbesserten
Abstandhaltern (Edelstahl oder Kunststoff) erreicht werden.
* Markus Läubli
dipl. Architekt FH
SIGaB, Schweizerisches Institut für Glas am Bau
CH-8952 Schlieren
Wegen Anpassung der Grenz- und Zielwerte sowie der Tendenz der heutigen Architektur grösstmöglicher Gläser stehen die Fensterhersteller
Dreifach-Isolierverglasungen, welche grosse
Elementdicken und grosse Gewichte aufweisen,
gegenüber. Beim Einsatz dieser eher schweren
Isolierglaselemente in den verschiedenen Rahmensystemen gilt es die anwendungstechnischen
Richtlinien für Isolierglas des Schweizerischen Institutes für Glas am Bau (SIGaB) einzuhalten.
Bei der Konzeption von Isolierglaseinheiten sind
folgende Punkte zu berücksichtigen:
Einsatz von Glasbeschichtungen mit einer tiefen Emissivität (tiefer Ug-Wert)
Einsatz von Glasbeschichtungen mit einem optimalen g-Wert (je nach Anforderungen)
Optimierung der Scheibenzwischenräume und
der Gasfüllung (möglichst ein Verzicht von
Kryptonfüllungen, wegen Kosten/Nutzen)
Verwendung thermisch verbesserter Abstandhalter
Abstimmung der organischen Materialien im
Bereich des Randverbundes mit dem Fensterund Verglasungssystem
Berücksichtigung weiterer Anforderungen, z. B.
Sicherheit, Brandschutz und Schalldämmung
Verschärfte Wärmedämmvorschriften
Die neue Norm SIA 380/1:2009, Thermische
Energie im Hochbau, wurde am 1. Januar 2009
rechtskräftig. Die Anforderungen an das Gebäude
wurden mit den Grenz- und Zielwerten neu festgelegt. Für die flächigen Bauteile und die Wärmebrücken der thermischen Gebäudehülle ist der
Einzelbauteilnachweis zu erbringen. Einzig bei
Vorhangfassaden und bei der Verwendung von
Sonnenschutzgläsern mit einem Gesamtenergiedurchlassgrad g kleiner als 0,3 erfolgt der
Nachweis mittels Systemanforderung. Bei den
Grenz- und Zielwerten für die flächenbezogenen
Wärmedurchgangskoeffizienten wird zwischen
Neubauten und Umbauten bzw. Umnutzungen
FASSADE
FAÇADE
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TECHNIK
Bauteil
Grenzwerte
Uli
W/m2K
Aussenklima
oder weniger
als 2 m
im Erdreich
unbeheizte
Räume oder
mehr als 2 m
im Erdreich
Aussenklima
oder weniger
als 2 m
im Erdreich
unbeheizte
Räume oder
mehr als 2 m
im Erdreich
Fenster, Fenstertüren
1,30
1,60
0,90
1,10
Fenster mit direkt vorgelagerten Heizkörpern
1,00
1,30
0,80
1,00
Türen
1,30
1,60
1,10
1,30
Bauteil gegen
unterschieden. Für Fenster, Fenstertüren, Fenster
mit direkt vorgelagerten Heizkörpern und Türen
gelten bei Neubauten und Umbauten die gleichen Grenz- und Zielwerte (siehe Bild 2).
Abgestützt auf die Fachnormen des SIA hat die
Konferenz Kantonaler Energiedirektoren (EnDK)
die Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (MuKEn) erarbeitet. Da nach Bundesverfassung die Kantone für den Erlass der Vorschriften im Gebäudebereich zuständig sind, kann
mit den Mustervorschriften der Kantone in der
Schweiz ein hohes Mass an Harmonisierung im
Gebäudebereich erreicht werden.
Mit den neuen Grenz- und Zielwerten wurden die
Anforderungen hinsichtlich der Wärmedämmeigenschaften (Uw-Werte) an das Fenster erhöht.
Da die Isolierverglasungen flächenmässig den
grössten Anteil eines Fensters ausmachen, werden sich diese Anforderungen direkt auf die Wärmedämmeigenschaften der Isolierverglasungen
(Ug-Werte) auswirken.
Einflussgrössen, die den Ug-Wert einer
Isolierverglasung bestimmen
Mit welchen Parametern kann der Ug-Wert einer
Verglasung optimiert werden? Die folgenden Einflussgrössen sind entscheidend für den Ug-Wert:
die Anzahl und Breite der Scheibenzwischenräume,
die Anzahl und Wirkung der Wärmedämmschichten und
die Zusammensetzung der Gasfüllungen im
Scheibenzwischenraum.
In den Scheibenzwischenräumen wird ein Gaspolster hermetisch abgeschlossen, was den
Durchtritt der Wärme reduziert. Einzelne für
Isolierglas verwendete Gläser werden mit hocheffizienten Wärmedämmschichten (z. B. im Magnetronbeschichtungsverfahren) beschichtet. Dadurch kann die Wärmestrahlung, die zwei Drittel
der Verluste ausmacht, reduziert (gedämmt)
werden. Schlussendlich wird mit Gasfüllungen
in den Scheibenzwischenräumen die Konvektion
unterbunden. Leitung und Konvektion machen
bei Isolierverglasungen ein weiteres Drittel der
Verluste aus.
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2 Tabelle: Grenz- und Zielwerte für flächenbezogene
Wärmedurchgangskoeffizienten bei 20°C Raumtemperatur, für Neubauten
und vom Umbau oder
Umnutzung betroffene
Bauteile (Quelle Norm SIA
380/1:2009, Seite 20/21)
3 Innenraum mit grossflächigen Dreifach-Verglasungen
4 Magnetron-Beschichtungsanlage
5 Kathodenzerstäubung
(Sputtern) der 1/10 bis
1/100 Mikrometer dicken
Edelmetallschichten im
Hochvakuum
Beschichtete Gläser mit tiefer
Emissivität
MitderEinführungderMagnetron-Beschichtungsanlagen, der sogenannten Kathodenzerstäubung
(Sputtern), wurden durch die Glasindustrie laufend Innovationen initiiert. Das Beschichtungsverfahren wurde schrittweise optimiert. Heute ist
es möglich, mit verschiedenen Kathoden mehrere
hauchdünne Edelmetallschichten auf die Glasoberflächen aufzubringen. Die Nanotechnologie
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1 Minergie-Wohnhaus mit
Dreifach-Verglasungen,
an der Bellevuestrasse im
Spiegel bei Bern. Architekten: Frank Geiser, Spreng
und Partner und Rolf Mühlethaler, Bern
Zielwerte
Uta
W/m2K
4
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hat somit in der Glasindustrie mit der Einführung
der Magnetronbeschichtungsanlagen Einzug gehalten. Die Emissivität von Silber (2%), dem für
die Wärmedämmung massgebenden Edelmetall,
ist eine der tiefsten der Edelmetalle und bestimmt
schlussendlich zusammen mit der Gasfüllung den
Ug-Wert und g-Wert. Die Emissivität kennzeichnet die Wärmeabstrahlung von Oberflächen. Sie
ist das Verhältnis der Abstrahlung der Oberfläche
bei einer bestimmten Temperatur zur Abstrahlung eines schwarzen Körpers mit der gleichen
Temperatur. Mit einer beschichteten ZweifachIsolierverglasung kann somit maximal ein UgWert von 1,0 W/m2K erreicht werden. Dies erklärt
die Tendenz zu Dreifach-Isolierverglasungen mit
Ug-Werten bis 0,5 W/m2K.
Weitere Optimierung mit Gasfüllung
und Randverbund
Zur Erreichung des tiefen Grenz- und Zielwertes kann der Ug-Wert mit der entsprechenden
Gasfüllung weiter optimiert werden. Der wärmetechnisch verbesserte Abstandhalter erhöht die
Dämmwirkung im Fensterrahmenbereich.
Für die Gasfüllung der Scheibenzwischenräume
werden in der Glasbranche Luft, Argon, Argon/
Krypton und reines Krypton verwendet. Das Gas
vermindert die Konvektion der Luft-/Gasmasse
im Scheibenzwischenraum – der Ug-Wert verbessert sich. Jedem Gas, d. h. jeder Gasmischung
kann sein idealer Wirkungsgrad zugeordnet werden. Bei dünnen Scheibenzwischenräumen kann
reines Krypton, bei mittleren Scheibenzwischenräumen Mischgas aus Argon/Krypton oder reines
Argon und bei grossen Scheibenzwischenräumen
Mischgas aus Luft/Argon oder reine Luft eingesetzt werden. Mit diesen unterschiedlichen Gasfüllungen und Scheibenzwischenräumen ist die
Glasbranche in der Lage, Isoliergläser zu liefern,
die die verlangten Grenz- und Zielwerte erfüllen. Bei den dünnen Scheibenzwischenräumen,
teilweise bedingt durch die eingeschränkten
Fensterprofile, wird mit reinem Krypton ein tiefer
Ug-Wert erreicht. Dies und die Tatsache, dass
Krypton aus der Atmosphäre nur sehr aufwändig
(energetisch) zu gewinnen ist, führten zu einem
Engpass auf dem Markt. Heute ist die Tendenz
Aufbau der Isolierverglasung
zu grösseren Scheibenzwischenräumen bereits
feststellbar. Diese führen bei kleinen Scheibenformaten unter 70 cm Kantenlänge zu einer
zusätzlichen Belastung auf die Gläser und den
Randverbund.
Als Material für den Abstandhalter werden Aluminium, Edelstahl und Kunststoff verwendet. Zur
Reduzierung der Kondensatbildung im Bereich
des Glasrandes können bei Isolierverglasungen
thermisch verbesserte Abstandhalter aus Edelstahl oder Kunststoff verwendet werden. Die
Mehrkosten anstelle von Aluminium sind gering.
Das MINERGIE®-Modul Fenster erfordert die
Ausführung mit einem thermisch verbesserten
Randverbund.
Unterschiedliche Anforderungen an
heutige Isolierverglasungen
Nebst den grundlegenden Anforderungen wie
dem statischen Widerstand gegenüber den
Windlasten und dem minimalen mechanischen
Widerstand zur Erreichung der Gebrauchstauglichkeit können Isolierverglasungen zahlreiche
zusätzliche Anforderungen übernehmen. Es sind
dies die Folgenden (nicht abschliessend):
Verletzungsschutz:
Bei Fenstertüren, Schiebetüren sowie grossflächigen, raumhohen Verglasungen sind je nach
Gefahrenpotential, z. B. bei Altersheimen mit Demenzkranken oder bei Schulen, Sicherheitsgläser
vorzusehen. Als Sicherheitsglas kann Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder Verbundsicherheitsglas (VSG) eingesetzt werden.
Absturzsicherung:
In der Schweiz sind die grundlegenden Anforderungen an die Geometrie von Geländern in der
Norm SIA 358, Geländer und Brüstungen, geregelt. Die je nach Gebäudenutzung geltenden
Linienlasten sind in der Norm SIA 261, Einwirkungen auf Tragwerke, aufgeführt. Bei Isolierglaseinheiten kann die richtige Glaskombination
und Glasdicke anhand der Glasdickentabellen in
der neuen SIGaB-Dokumentation, Geländer aus
Glas, einfach und schnell bestimmt werden. Die
Gegenscheiben der Dreifach-Isolierverglasung
Wärmedurchgangskoeffizient
Ug
W/m2K
Lichttransmissionsgrad
Lt
%
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werden unter Ansatz der Windlast nach den üblichen Ansätzen ermittelt.
Schalldämmung:
Besonders in der Nähe von stark befahrenen
Strassen kommt die Schalldämmung als weitere
Anforderung hinzu. Gegenüber einer ZweifachIsolierverglasung kann mit einer Dreifach-Isolierverglasung nicht automatisch eine Verbesserung
des Schalldämmwertes erreicht werden. Es gelten dieselben Gesetzmässigkeiten wie bei einer
Zweifach-Isolierverglasung, jedoch mit zwei
Scheibenzwischenräumen. Mit asymmetrischen
Glasaufbauten und Verbundsicherheitsgläsern
mit Schalldämmfolien kann der Schalldämmwert
erhöht werden.
Ästhetik:
Nebst den funktionellen Anforderungen gilt es immer mehr auch den ästhetischen Anforderungen
gerecht zu werden. An dieser Stelle sei nur erwähnt, dass die gestalterischen Möglichkeiten mit
Siebdruck und den neuen verklebten Fenstersystemen sehr vielfältig geworden sind und individuelle
Besprechungen mit dem Glashersteller erfordern.
Grossflächige Verglasungen verlangen
einen guten Sonnenschutz
Der g-Wert definiert den Anteil der Globalstrahlung, der durch eine Verglasung durchgelassen
wird. MINERGIE® und MINERGIE®-P Gebäude
verlangen in Bezug auf die Gesamtenergie Zweifach- und Dreifach-Isolierverglasungen mit einem
möglichst hohen Gesamtenergiedurchlassgrad
(g-Wert). Der g-Wert ist abhängig von der Anzahl
Gläser, der Glasstärke, der Glasqualität sowie der
Beschichtungen der Gläser. Bei hohen g-Werten,
steigenden Aussentemperaturen und den steigenden Komfortbedürfnissen wird der sommerliche
Wärmeschutz, am besten mit einem aussenliegenden Sonnenschutz, immer wichtiger (siehe Bild 6).
Produktion und Dauerhaftigkeit von
Dreifach-Isolierverglasungen
Mit Dreifach-Isolierverglasungen ist bei der Konstruktion der Fenster die grössere Elementdicke
6 Tabelle: Ug-, Lt- und
g-Werte häufig eingesetzter Zweifach- und DreifachIsolierverglasungen
Gesamtenergiedurchlassgrad
g
%
Zweifach-Isolierverglasung
1,0 – 1,6
ca. 70 – 80
ca. 50 – 65
Dreifach-Isolierverglasung
0,5 – 0,9
ca. 60 – 75
ca. 35 – 60
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und das höhere Gewicht zu berücksichtigen. Im
Weiteren gelten die folgenden fertigungsbedingten Eigenschaften:
Beide Abstandhalter können je nach System
nicht durchgehend deckungsgleich aufgesetzt
werden. Die heute minimierten Glaseinstände
sind entsprechend anzupassen.
Bei grossen Kantenlängen können, je nach
Produktionsanlage, im Bereich des Abstandhalters Durchhänge entstehen, auch bedingt
durch die dünnwandigeren Abstandhalter der
thermisch verbesserten Abstandhalter aus
Edelstahl oder Kunststoff.
Durch das zusätzliche Glas können Scheibenversätze von drei Gläsern auftreten.
Die Abstimmung der Verklotzung und dessen
Materials bezüglich des Scheibenversatzes
ist entscheidend, um einen Glasbruch infolge
einer zu hohen örtlichen Kantenbelastung zu
verhindern.
Der Randverbund der Dreifach-Isolierverglasung muss die erhöhten Belastungen der Klimalasten (innere Lasten durch das Ein- und
Ausbauchen) der beiden Scheibenzwischenräume übernehmen können.
Zur Erzielung der Dichtigkeit der beiden Scheibenzwischenräume und um die Toleranzen der
Gesamtdicke einzuhalten, muss die Verpressung bei der Produktion abgestimmt erfolgen.
Zur Kontrolle der Randbelastungen und der
Spannungen der einzelnen Gläser, hervorgerufen durch die Klimalasten, empfiehlt es sich
bei Elementen mit grossen Scheibenzwischenräumen und extremen Abmessungen (schmal
und lang) eine individuelle glasstatische Berechnung zu erstellen.
Institutes für Glas am Bau (SIGaB) einzuhalten.
Diese bekannte SIGaB-Glasnorm 01 wird demnächst überarbeitet, hat aber zurzeit noch ihre
Gültigkeit. Die Verklotzung und die für die Dauerhaftigkeit sehr entscheidende Entspannung
des Falzraumes nach aussen sind ebenfalls in
dieser Dokumentation geregelt. Bei neuartigen
Fenster- und Einbausystemen sowie bei risikoreichen Systemen empfiehlt sich vorgängig die
Materialverträglichkeit aller verwendeten Materialien untereinander zu prüfen. Die Glasgrössen sind auf die jeweiligen Einbausituationen
abzustimmen. Bei Dreifach-Isolierverglasungen
nimmt das Gewicht verglichen zur ZweifachIsolierverglasung um rund einen Drittel zu.
Diese steigenden Element- und Flügelgewichte
haben auch Auswirkungen auf die Beschlagstechnik und die Montage. Bei Zweifach-Isolierverglasungen müssen schon heute für die Erstverglasung und bei einem späteren Glasersatz
aufwendige Spezialhebegeräte wie z.B. Pneukrane angefordert werden. Vielfach kann der
Glasersatz nur noch von aussen erfolgen (siehe
Bild 7 und 8).
7
Aus den oben genannten Gründen und der Tatsache, dass Dreifach-Isolierverglasungen immer
mehr zum Standard werden und somit keine Ausnahme mehr darstellen, muss der Planung und
der Ausführung der Fenster und Fassaden mehr
Beachtung geschenkt werden.
Neue Fenster-/Einbausysteme und
deren Einbausitutation
Bei Holz- und Kunststofffenstern werden immer
häufiger geklebte Fenstersysteme eingesetzt.
Findet bei einer Überschlagsverklebung für das
mittlere und dritte Glas keine Lastabtragung
statt, wird der Randverbund zusätzlich durch eine
Dauerlast belastet.
Beim Einsatz der eher schweren Dreifach-Isolierverglasungen in den verschiedenen Rahmensystemen gilt es die anwendungstechnischen
Richtlinien für Isolierglas des Schweizerischen
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7 Glasmontage mit Sauganlage und Pneukran
8 Horizontaler Einbau infolge der Balkonsituation
9 Minergie-Wohnhaus mit
Dreifach-Verglasungen,
an der Bellevuestrasse im
Spiegel bei Bern. Architekten: Frank Geiser, Spreng
und Partner und Rolf Mühlethaler, Bern.
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Zusammenfassung
Tendenzen und Ausblick
Nach wie vor steht im Zusammenhang mit Isolierverglasungen, wie es der Name sagt, die Wärmedämmung mit einem tiefen Ug-Wert im Vordergrund. Trotzdem gilt es die vielen zusätzlichen
Anforderungen wie Verletzungsschutz, Absturzsicherung, Schalldämmung, Sonnenschutz und
Brandschutz zu berücksichtigen. Neben der Wirtschaftlichkeit und der Umwelt-Entlastung sprechen aber auch Faktoren, die den Wohnkomfort
steigern für Dreifach-Isolierverglasungen. So liegt
zum Beispiel die raumseitige Oberflächentemperatur der Verglasung durch die bessere Wärmedämmung immer in Nähe der Raumlufttemperatur. Die Raumnutzung kann bis unmittelbar zum
Fenster genutzt werden. Selbst ohne Heizkörper
im Fensterbereich kann in unmittelbarer Fensternähe ein zugfreies und angenehmes Raumklima
erreicht werden.
Eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs
von Gebäuden ist mit den heute verfügbaren
Dreifach-Isolierverglasungen mit tiefen Ug-Werten wirtschaftlich möglich. Dasselbe gilt für die
Uf-Werte der Fensterrahmensysteme. Das Fenster
und die Fassade verlangen mit seiner inhomogenen Konstruktion die Abstimmung der verschiedenen Komponenten durch die Fachleute.
Damit die Dauerhaftigkeit komplexer DreifachIsolierverglasungen gewährleistet werden kann,
ist bereits bei der Planung und später bei der
Ausführung und Montage besondere Sorgfalt
angebracht.
FASSADE
Bildnachweis:
Bilder 1, 9: Glas Trösch,
Bützberg; Sacha Geiser,
Fotograf, Liebefeld
Bilder 4, 5: Glas Trösch,
Bützberg
Bild 3: Pilkington Schweiz,
Wikon
Bilder 7, 8: Keller Glas,
Winterthur
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