Bauphysikalische Grundlagen

Einleitung

Die Reduzierung des Energieverbrauchs zur Abschwächung des Klimawandels ist eine der grössten Herausforderungen der Menschheit. Neben vielen anderen Massnahmen muss vor allem der hohe Energiebedarf von Gebäuden für Heizung, Klimatisierung, Warmwasser, Strom, Beleuchtung, usw. reduziert werden. Über die schlichte Einsparung von Energie hinaus muss die Effizienz in der Nutzung verbessert und der Anteil der erneuerbaren Energien vergrössert werden. Nur so sind die Klimaschutzziele erreichbar. In diesem Kapitel werden die Anforderungen und Grundprinzipien des energiesparenden Bauens vorgestellt, die wichtige Rolle von Glas in diesem Zusammenhang erläutert.

Die Energieetikette

Bei neuen Fenstern – sei es beim Neubau oder bei Renovierungen – zählen nicht nur die Investitionskosten. Denn gute Fenster, über die im Winter wenig Wärme verloren geht oder gar Wärme gewonnen wird, tragen viel dazu bei, den Energieverbrauch zu senken, die Heizkosten zu minimieren und den Komfort spürbar zu erhöhen.

Seit dem 1. Januar 2015 gibt es in der Schweiz die Energieetikette für Fenster. Sie wird getragen vom Schweizerischen Fachverband Fenster- und Fassadenbranche (FFF) und von der Schweizerischen Zentrale Fenster und Fassaden (SZFF).

Die Energieetikette für Fenster beurteilt die energetische Qualität (Effizienz) des Fensters im Winterfall. Für die Bewertung der Energieeffizienz eines Fensters dient der energieäquivalente U-Wert U_w,eq für ein Referenzfenster mit einer Fläche von 1,55 x 1,15 m (Rahmen und Glas). Die Bewertung bezieht sich auf Fensterkonstruktionen, die mehrheitlich bei Einfamilienhäusern eingesetzt werden. Der energieäquivalente U-Wert berücksichtigt nebst den Heizwärmeverlusten auch die solaren, nutzbaren Energiegewinne, das heisst, die Erwärmung des Raumes durch Sonneneinstrahlung.

Der Energieäquivalente U-Wert

Der energieäquivalente U-Wert U_{w, eq} berücksichtigt die Bilanz aus Energieverlust und Energiegewinn. Berechnet wird er auf der Basis eines zweiflügligen Fensters mit einer Referenzfläche von 1,55 x 1,15 m (Mauerlichtmass). Die Bewertung bezieht sich auf Fensterkonstruktionen, die mehrheitlich bei Einfamilienhäusern eingesetzt werden. Energieverlust und Energiegewinn können mit bereits bekannten Kennwerten für die Fensterkonstruktion mit einem vereinfachten Verfahren ermittelt werden:

Die Angaben zur Berechnung des energieäquivalenten U-Werts U_w,eq finden sich auf dem Zertifikat zur Energieetikette für Fenster, das zusammen mit der Energieetikette ausgestellt wird.

Rahmenqualität Uf

Der mittlere Wärmedurchgangskoeffizient von Fensterrahmen hängt vom Rahmenmaterial und von der Profilgestaltung ab. Je kleiner der Wert, desto geringer ist der Wärmeverlust des Rahmens.

Glasqualität Ug

Der Wärmedurchgangskoeffizient gibt den Wärmeverlust einer Verglasung an. Je geringer der Wert, desto geringer ist der Wärmeverlust und desto höher die Behaglichkeit (Kaltluftabfall).

Glasrand Ψg

Der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient des Glasrandverbunds wird mit Ψ_g bezeichnet. Abstandhalter bestehen heutzutage aus Edelstahl oder Kunststoff. Der Wert ist abhängig von Rahmenmaterial und Verglasung. Auch beim Ψ_g-Wert gilt: Je kleiner desto besser.

Fensterqualität Uw

Aus dem U_w-Wert ist ersichtlich, wie gut das ganze Fenster (Rahmen und Glas) gegen Wärmeverluste dämmt. Je kleiner der U_w-Wert ist, desto geringer ist der Wärmeverlust. Für die Berechnung werden die flächen- und linienbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten aller Teilkomponenten des Fensters (Rahmen, Glas und Glasrandverbund) mit ihren Flächen und Linienanteilen summiert.

Energiedurchlassgrad g

Der g-Wert gibt den Anteil der Sonnenstrahlung an, der durch das Glas durchgelassen wird. Je höher der g-Wert, desto besser der solare Wärmeeintrag. Luftdurchlässigkeit und Schlagregendichtheit geben an, wie dicht das Fenster gegen Wind und Regen ist. Luftdurchlässigkeit und Schlagregendichtheit werden jeweils in Klassen eingeteilt. Je höher die Klasse, desto besser die Qualität des Fensters.

Fazit

Die Energieetikette für Fenster informiert einfach und verständlich, welche Fenstersysteme besonders gut geeignet sind, Wärmeverluste im Winter zu minimieren. Mehr noch: Die Energieetikette für Fenster berücksichtigt auch die Energiegewinne durch die Sonneneinstrahlung. Fenster der besten Energieeffizienzklasse A ermöglichen über die gesamte Heizperiode betrachtet sogar einen Energiegewinn, der höher ist als der Wärmeverlust.

Quelle: EnergieSchweiz, Bundesamt für Energie BFE, Bern

Energiesparendes Bauen mit Glas

Kaum ein Baustoff kann eine so rasante und positive Entwicklung vorweisen wie Glas. Hatte die Einfachglasscheibe noch einen U_g-Wert von 5,8 W/m²K und damit kaum dämmende Wirkung, wurde mit der Erfindung des hermetisch versiegelten Mehrscheiben-Isolierglases im Jahr 1959 das luftgefüllte unbeschichtete Zweifach-Isolierglas bis in die Neunziger Jahre zum Standardprodukt. Durch diese ersten Isoliergläser ging zwar nur noch etwa halb so viel Energie verloren wie durch Einfachscheiben, jedoch war ihre Wärmedämmung aus heutiger Sicht mit U_g = 3,0 W/m²K noch vergleichsweise bescheiden. In der heute üblichen Dreischeiben-Ausführung erreichen moderne Verglasungen problemlos U_g-Werte von 0,7 bis 0,5 W/m²K. Ohne diese Dämmleistung der transparenten Flächen wäre energiesparendes Bauen schlichtweg nicht möglich. Im Verlauf weniger Jahrzehnte wurde der U_g-Wert von Verglasungen um eine ganze Zehnerpotenz, d.h. auf weniger als ein Zehntel des Wertes von Einfachglas minimiert (Kapitel Wärmedämmung).

Bei der energetischen Betrachtung von Gebäuden kommt den verglasten Flächen immer eine besondere Bedeutung zu. Anders als bei nichttransparenten Bauteilen geht durch Fenster und Fassaden nicht nur Heizwärme verloren, sondern durch solare Gewinne tragen die verglasten Flächen wesentlich zu einer positiven Energiebilanz bei. Je nach Qualität und Orientierung werden die Glasscheiben zum Netto-Energielieferanten, indem sie die kostenlose Sonnenenergie in Gebäude hineinlassen. Deshalb kann ein hoher Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasungen den Jahresprimärenergiebedarf beachtlich reduzieren. Mauerwerk kann das nicht.

Wärmeverluste im Winter werden mit den richtigen Gläsern ebenso vermieden wie Überhitzung im Sommer. Ausserdem holen transparente Flächen kostenloses Tageslicht bis tief in Räume hinein und sparen so auch noch Energie für künstliche Beleuchtung. Glas stellt den Bezug zwischen Innen- und Aussenwelt her und ist für die Atmosphäre in Räumen und das Wohlbefinden der Nutzer von Gebäuden von entscheidender Bedeutung. Mit seinen vielen positiven Eigenschaften sorgt Glas für mehr Behaglichkeit und Wohnkomfort und beeinflusst so massgeblich die Nutzungsqualität von Gebäuden.

Der seit Jahren anhaltende Trend zu immer grösseren Glasanteilen für helle, lichtdurchflutete Gebäude lässt sich jedoch nur dann fortschreiben, wenn diese verglasten Flächen entsprechend hochwärmedämmend ausgeführt sind und gleichzeitig mit intelligenten Massnahmen eine sommerliche Überhitzung vermieden wird. Damit multifunktionelle Gläser mit Fenster- und Fassadentechnik, Automation, Lüftungs- und Klimatechnik intelligent zusammenwirken können, müssen ihre Kenndaten optimal auf das geplante Gebäude abgestimmt werden. Deshalb werden nicht nur die Anforderungen an die Gläser, sondern auch an das Fachwissen und die planerische Kompetenz für das Auslegen von transparenten Flächen weiter steigen.

Glas spielt als multifunktionales Bauteil für Gebäude eine enorm wichtige Rolle für

• Wärmedämmung
• Energiegewinnung
• Sonnenschutz
• Lärmschutz
• Tageslichtnutzung
• Gestaltung und Ästhetik

Je nach Wunsch ermöglicht Glas Ausblicke oder Einblicke. Glas stellt die Verbindung zur Aussenwelt her und trennt uns gleichzeitig von den Einflüssen der Witterung. Glas ermöglicht auch für das energiesparende Bauen grossartige Aussichten!

Sehr gute Fenster mit Energiegewinn

Für sehr gute Fenster der Klasse A ist die Güte des Isolierglases das entscheidende Kriterium. Mit SILVERSTAR ENERGYplus ist eine Isolierglas-Kollektion entstanden, die es ermöglicht, eine Energieetikette der Effizienzklasse A zu erhalten. Neben Glas und Beschichtung ist der Randverbund ACSplus ebenso bedeutungsvoll, da sich dieser positiv für das Labeling erweist. Mit diesen Isoliergläsern können über die Heizperiode hinweg betrachtet sogar Wärmegewinne erzielt werden. Sehr gute Fenster wie die von SILVERSTAR ENERGYplus werden so zu Energiegewinnsystemen.