Bauphysikalische Grundlagen

Wärmeschutz zu jeder Jahreszeit ist eines der wichtigsten Gebiete der Bauphysik. Um die Nutzer von Gebäuden vor dem Verlust wertvoller Heizwärme, aber auch vor überhitzten Räumen zu schützen, müssen Bauwerke sorgfältig geplant werden. Dieses Kapitel behandelt den winterlichen Wärmeschutz und erläutert die wichtigsten wärmeschutztechnischen Kenngrössen (zum sommerlichen Wärmeschutz siehe Sonne und Licht).

Die Wärme bzw. Wärmemenge ist physikalisch gesehen eine Energieform. Sie darf nicht mit der umgangssprachlichen „Wärme“ eines Körpers, der eine bestimmte Temperatur hat, verwechselt werden. Wärme wird in Joule angegeben. Damit Wärme sich in Festkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen bewegen kann, braucht es ein Temperaturgefälle. So wie Wasser immer den Berg hinunterfliesst, strömt die Wärme immer von warm nach kalt. Der Wärmestrom ist die pro Zeit übertragene Wärmemenge, seine Einheit ist Joule pro Sekunde = Watt. Als Wärmestromdichte wird der durch eine bestimmte Fläche fliessende Wärmestrom bezeichnet, er wird in Watt pro m² angegeben.

Die Temperatur wird durch die Celsius-Skala beschrieben, die durch die Eckpunkte 0 °C (Gefrierpunkt Wasser) und 100 °C (Siedepunkt Wasser) festgelegt ist. Die absolut tiefste Temperatur liegt bei minus 273,15 °C, tiefere Temperaturen gibt es im Universum nicht. Dort hat die Kelvin-Skala ihren Nullpunkt. Die Temperatur 0 °C entspricht umgerechnet 273,15 K. Ein Temperaturunterschied hat in beiden Einheiten – Kelvin und Grad Celsius – jeweils den gleichen Zahlenwert. Bewegt sich Wärme von einer wärmeren zu einer kälteren Stelle, geschieht dies grundsätzlich auf drei Arten: Durch Wärmeleitung, durch Konvektion und durch Wärmestrahlung.

Im Alltag treten die drei Transportmechanismen oft gemeinsam auf: Ein Heizkörper gibt Wärmestrahlung ab, erwärmt durch Wärmeleitung die ihn umgebende Luft, und diese wiederum verteilt die Wärme durch Konvektion im Raum.

Bei Festkörpern ist Wärmeleitung der dominierende Effekt. Bei Metallen wird Wärme durch die Bewegung der freien Leitungselektronen weitergeleitet, in sonstigen Feststoffen durch Weitergabe der Schwingungsenergie von Atom zu Atom und in Gasen durch Übertragen der Energie bei Zusammenstössen der Moleküle oder Atome.

Metalle sind besonders gute Wärmeleiter. Die Fähigkeit eines Stoffes zur Weiterleitung von Wärme wird mit dem Materialkennwert der Wärmeleitfähigkeit beschrieben. Der Wert eines Stoffes gibt die Wärmemenge in Watt an, die durch eine 1 m² grosse und 1 m dicke Schicht dieses Stoffes, d. h. durch einen Würfel mit dem Volumen 1m³, bei einem Temperaturunterschied der beiden Oberflächen von 1 Kelvin hindurchgeht. Es gilt: Je grösser die Zahl, umso mehr Wärme wird pro Zeiteinheit übertragen bzw. umgekehrt: Je kleiner der Wert, umso besser dämmt das Material. Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit ist W/m²K.

*Die Anwendung von Prüfzeugnissen mit gemessenen Wärmeleitfähigkeiten ist bei wärmetechnischen Berechnungen nur dann zulässig, wenn es keine Tabellenwerte oder Daten aus Produktnormen oder technischen Zulassungen gibt. Die Messungen müssen von einer akkreditierten Stelle nach genau festgelegten Regeln durchgeführt worden sein. Damit der Wert für den jeweiligen Werkstoff repräsentativ ist, muss aus den Messwerten von mindestens drei unterschiedlichen Proben über eine statistische Bewertung ein Nennwert errechnet werden.

Konvektion ist mit einem Materietransport verbunden: Warme Materie bewegt sich von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort niedriger Temperatur. Da Teilchen nur in Flüssigkeiten oder Gasen räumlich beweglich sind, tritt Konvektion nur dort auf.

Wärmestrahlung wird von jedem Körper in Abhängigkeit von seiner Temperatur und seinem Emissionsvermögen ausgestrahlt. Als elektromagnetische Strahlung benötigt die Wärmestrahlung zur Fortbewegung keine Materie und kann sich auch im Vakuum ausbreiten. Allerdings ist je nach Wellenlänge nicht jedes Material für elektromagnetische Strahlung durchlässig (Kapitel Sonne und Licht).

Der Emissionsgrad ε gibt an, wie viel Wärmestrahlung von einem Körper im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler, einem schwarzen Körper, abgegeben wird. Der Wert ist abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche, dimensionslos und liegt zwischen 0 und 1 (0 und 100%). Ein Spiegel hat einen Emissionsgrad von fast null, eine mattschwarze Oberfläche kommt dem Maximalwert von 1 sehr nahe.

*Die Anwendung von Prüfzeugnissen mit niedrigeren Emissionsgraden als 0,9 ist bei wärmetechnischen Berechnungen nur dann zulässig, wenn es keine Tabellenwerte gibt. Nennwerte müssen von einer entsprechend akkreditierten Stelle an mindestens drei unterschiedlichen Proben geprüft und statistisch ausgewertet sein.

**Wert ändert sich nach Farbe/Oberfläche

Bei einfachem Isolierglas ohne Wärmedämmbeschichtung und Edelgasfüllung beträgt der Energieverlust ca. 1/3 durch Wärmeleitung und Konvektion und ca. 2/3 durch Abstrahlung.

Bei modernem Wärmdämm-Isolierglas wird die Abstrahlung durch Wärmedämmbeschichtungen auf ein Minimum reduziert. Schlecht leitende Edelgasfüllungen und ein optimaler Scheibenabstand reduzieren Wärmeleitung und Konvektion.

Die entscheidende Grösse für die U-Wert Berechnung ist die Emissivität (Low-E). Mit der Emissivität wird die Wärmeabstrahlung einer Oberfläche im Verhältnis zu einem genau definierten, sogenannten „Schwarzen Körper“ bezeichnet. Je niedriger der Emissionsgrad ε_n einer Beschichtung ist, desto wirkungsvoller ist das Isolierglas in Bezug auf die Wärmedämmung.

Um ganze Gebäude richtig auslegen zu können, werden nicht nur einzelne Materialkennwerte benötigt, sodern Angaben für komplette Bauteile wie z. B. Wand- und Deckenaufbauten, Verglasungen, Fenster oder Fassaden. Diese Bauteilkennwerte beschreiben bei definierten Randbedingungen die kompletten Wärmeverluste durch das Bauteil mit einem einzigen Zahlenwert. Bei ihrer Ermittlung werden sämtliche Mechanismen des Wärmetransports berücksichtigt, auch die Vorgänge an den aussenliegenden Oberflächen.

Der Wärmedurchgangskoeffizient U eines Bauteils gibt an, welcher Wärmestrom in Watt bei einem Temperaturunterschied von 1 K zwischen Raumluft und Aussenluft pro Quadratmeter Bauteilfläche durch das Bauteil hindurch verloren geht. Je kleiner der U-Wert, umso besser ist die Dämmwirkung des Bauteils. Die Einheit dieses flächenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten U ist W/m²K.

Für Bauteile aus homogenen Materialschichten, wie z.B. eine Wand, legt die internationale Norm SN EN ISO 6946 das Verfahren zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten U fest. Dabei wird der Weg der Wärme vom Rauminnern bis zur Aussenluft in drei Schritte des Wärmeverlustes zerlegt, denen jeweils vom Bauteil ein Widerstand entgegengesetzt wird:

• Wärmeübergang von der Raumluft bis zur raumseitigen Bauteiloberfläche (überwiegend Wärmestrahlung und Konvektion) Wärmeübergangswiderstand R_si
• Wärmedurchlass im Innern des Bauteils (Wärmeleitung) Wärmedurchlasswiderstand R, der von den Wärmeleitfähigkeiten und Dicken der einzelnen Schichten abhängt
• Wärmeübergang von der äusseren Bauteiloberfläche zur Aussenluft (überwiegend Wärmestrahlung und Konvektion) Wärmeübergangswiderstand R_se

Durch Addition dieser drei in Reihe geschalteten Vorgänge ergibt sich der gesamte Wärmedurchgangswiderstand RT durch das Bauteil:
R_T =R_si+R+R_se

Die Übergangswiderstände R_si und R_se an den Bauteiloberflächen sind in der Norm in Tabellen festgelegt (si = surface internal, se = surface external).

Der U-Wert von Bauteilen aus homogenen Materialschichten ist der Kehrwert der Summe dieser drei Widerstände:
U=1/R_T

Isoliergläser, Türen und Fenster sowie Vorhangfassaden sind von den Regelungen der SN EN ISO 6946 ausgenommen. Auf Grund ihrer Komplexität werden sie wärmetechnisch in separaten Normen abgehandelt (Kapitel Glas, Fenster und Fassaden).

Wärme geht nicht nur über flächige Bauteile verloren, sondern auch über Wärmebrücken. Das sind Bereiche in der Gebäudehülle, bei denen mit erhöhtem Wärmeverlust gerechnet werden muss. Weil die raumseitige Oberflächentemperatur im Bereich von Wärmebrücken absinkt, ist dort das Risiko von Tauwasser- und Schimmelpilzbildung höher. Das ist nicht nur aus hygienischer Sicht bedenklich. Bei längerer Einwirkung von Feuchte und Schimmel wird unter Umständen auch die Bausubstanz beschädigt.

Es gibt geometrisch bedingte Wärmebrücken wie Gebäudeecken oder Deckenanschlüsse, materialbedingte wie Stahlstützen in Wänden oder kombinierte wie beim Fensteranschluss an die Wand oder auch im Übergangsbereich zwischen Glas und Fensterrahmen. Weil diese Wärmebrücken in der Regel nicht flächig, sondern in der Länge ausgedehnt sind, werden sie längenbezogen betrachtet. In einer thermischen Gebäudehülle können jedoch auch dreidimensionale, punktförmige Wärmebrücken auftreten.

Die Wärmeverluste durch lineare Wärmebrücken werden mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ (griechischer Buchstabe Psi) angegeben. Je kleiner der Ψ-Wert, umso weniger trägt die Wärmebrücke zu den Gesamtwärmeverlusten bei. Die Einheit des längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ ist W/mK.

Wärmeverluste durch punktförmige Wärmebrücken werden mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten χ (griechischer Buchstabe Chi) beziffert, die Einheit ist W/K. Allerdings ist der Wärmeverlust durch vereinzelt vorkommende punktförmige Wärmebrücken in der Regel vernachlässigbar. Bei einer Häufung wie z.B. bei den Verschraubungen von Pfosten-Riegel- Fassaden darf der wärmetechnische Einfluss jedoch nicht ausser Acht gelassen werden (Kapitel Glas, Fenster und Fassade).

Durch immer besser gedämmte Gebäude fallen die Verluste über Wärmebrücken zunehmend ins Gewicht. Wärmebrücken müssen bei der Berechnung von Gebäuden entweder pauschaliert angesetzt oder detailliert berechnet werden. Gebäude sind konstruktiv so auszuführen, dass Energieverluste über Wärmebrücken minimiert werden.

Die verschiedenen Wärmebrücken, die innerhalb von Fenster- und Fassadenkonstruktionen auftreten, sind bereits in die U-Werte von Fenstern (U_w) bzw. Fassaden (U_cw) eingerechnet und müssen bei der Gebäudeplanung nicht noch einmal berücksichtigt werden (Kapitel Glas, Fenster und Fassade). Die Wärmebrücken, die beim Einbau von Fenstern oder Fassadenelementen im Übergangsbereich zur Wand entstehen, sind jedoch in diesen Bauteilkennwerten nicht enthalten.

Die Tauwassergefahr von Wärmebrücken wird ebenfalls durch einen Kennwert beschrieben. Der Temperaturfaktor f kennzeichnet unabhängig von den jeweiligen Temperaturrandbedingungen die niedrigste raumseitige Oberflächentemperatur (Kapitel Feuchte und Klima).

Die Wärmedämmung von Verglasungen, Fenstern und Fassaden hat sich in den letzten Jahren wesentlich verbessert. Insbesondere die hocheffizienten Dreifach-Wärmeschutzverglasungen haben Niedrigstenergie-, Passiv- und Plusenergiehäuser überhaupt erst möglich gemacht. Für ein möglichst einheitliches Dämmniveau, zur Vermeidung von vorprogrammierten Schäden in der thermischen Gebäudehülle sind jedoch verbesserte Rahmen- und Fassadenprofile sowie ein wärmetechnisch optimierter Einbau ebenfalls unerlässlich.

Verglasungen, Fenster und Fassaden sind komplex gestaltete Bauelemente, deren Wärmedurchgangskoeffizienten sich nicht einfach durch eine Reihenschaltung von Widerständen ermitteln lassen. Die Wärmeströme fliessen nicht nur senkrecht durch ebene Bauteilflächen. Sie werden durch innere Hohlräume mit Konvektions- und Strahlungseinfluss, Wärmebrücken und geometrisch gestaltete Materialien mit verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten in viele Richtungen gelenkt. Rechnerisch lassen sich diese Effekte nur mit Finite-Elemente-Rechenprogrammen abbilden. Als Alternative hierzu ist in den Normen jeweils auch ein einfaches Tabellen-Ableseverfahren oder ein Verfahren zur messtechnischen Ermittlung angegeben. Dabei gilt generell: Je einfacher die Methode, umso unvorteilhafter der erzielte Wert.

In der ungestörten Mitte einer Isolierglasscheibe geht die Wärme der Raumluft zunächst an die raumseitige Glasscheibe über, die sich dadurch erwärmt. Durch Emission von Wärmestrahlung gibt diese Scheibe ihre Wärme an die Aussenscheibe (bei Dreifach-Isolierglas zunächst an die mittlere und dann an die äussere Scheibe) weiter. Darüber hinaus wird Wärme von der Raumseite über die Gasfüllung im Scheibenzwischenraum durch Wärmeleitung und durch Konvektion weitergegeben. Die Aussenscheibe verliert die ankommende Energie hauptsächlich durch Emission von Wärmestrahlung und durch Konvektion an die Aussenluft. Durch diesen kontinuierlichen Wärmestrom geht Heizwärme verloren, die durch die Raumbeheizung ersetzt werden muss.

Den grössten Effekt auf U_g erzielen die Wärmedämmbeschichtungen (Low-E- Schichten). Sie verhindern mit ihren geringen Emissionsgraden die Abstrahlung von Wärme nach draussen. Im Vergleich zu unbeschichtetem, luftgefülltem Isolierglas wird dadurch der U_g-Wert in etwa halbiert.

Edelgase reduzieren gegenüber luftgefülltem Isolierglas die Wärmeleitung im Scheibenzwischenraum und tragen dadurch ebenfalls zur Verbesserung (= Reduzierung) des U_g-Wertes bei. Dabei kommt es auf die Gasart sowie auf den Gasfüllgrad an, den der Isolierglashersteller in seiner Systembeschreibung festlegt (genaues Verfahren siehe Produktnorm für Mehrscheiben-Isolierglas SN EN 1279-5). Je nach Gasart gibt es einen optimalen Scheibenabstand, bei dem der Einfluss der Konvektion minimiert ist und der U_g-Wert seinen niedrigsten Wert erreicht.

Natürlich lässt sich der U_g-Wert eines Zweifach-Isolierglases durch Hintereinanderschalten von mehreren Scheibenzwischenräumen weiter verbessern. Allerdings ist mit den heutigen Hochleistungs-Dreifachgläsern bereits das Optimum erreicht. Vierfach-Isoliergläser erzielen im Vergleich zum Aufwand nur eine geringe Verbesserung, bringen jedoch Nachteile an anderer Stelle (Gewicht, Klimalasten, Gesamtenergiedurchlass).

Grundsätzlich kann der U_g-Wert entweder nach SN EN 673 berechnet oder nach SN EN 674 gemessen werden. Als dritte Möglichkeit kann er in der Norm SN EN ISO 10077-1 aus einer Tabelle je nach Aufbau, SZR und Gasart abgelesen werden. Das heute übliche Verfahren ist die Berechnung nach SN EN 673. Der U_g-Wert ist mit einer Nachkommastelle anzugeben und so bei der weiteren Berechnung zu verwenden.

Die Wärmebrücke durch die leitende Verbindung im Randverbund der Isolierverglasung findet im U_g-Wert keinen Niederschlag, sie wird erst bei der Ermittlung von U_w bzw. U_cw berücksichtigt.

Eine weitere wichtige Kenngrösse von Verglasungen ist der Gesamtenergiedurchlassgrad g (g-Wert). Der g-Wert ist dimensionslos. Er ist wichtig für die Ermittlung von solaren Gewinnen, d. h. für den kostenlosen Energieeintrag durch die Sonnenstrahlung von aussen ins Rauminnere hinein. Im Winter ist dies sehr erwünscht, im Sommer kann es jedoch zu Überhitzung von Räumen kommen (Kapitel Sonne und Licht).

Auf eine Besonderheit des U_g-Wertes sei an dieser Stelle noch hingewiesen: Die U_g-Werte werden nach Normvorgabe für den senkrechten Einbau angegeben. Bei geneigten Verglasungen ist der Konvektionseinfluss grösser, weshalb sich der U_g-Wert mit zunehmender Neigung erhöht. Im CE-Zeichen bzw. in der Leistungserklärung wird immer der U_g-Wert für senkrechten Einbau angegeben. Auf Anforderung kann der tatsächliche U_g-Wert einer in einem bestimmten Winkel eingebauten Verglasung von den Glaslieferanten berechnet werden.

Bei der Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten U_w führen mehrere Wege zum Ziel. Folgende Vorgehensweisen (Wege 1 bis 3) sind gemäss der Produktnorm für Fenster, SN EN 14351- 1, als Basis für CE-Kennzeichnung und Leistungserklärung zulässig:

Weg 1: Der U_w-Wert eines vertikalen Fensters mit der Abmessung 1,23 x 1,48 m kann für einen bestimmten Verglasungswert U_g und Rahmenprofilwert U_f direkt aus den Tabellen F.1 bis F.4 im Anhang F der SN EN ISO 10077-1 abgelesen werden.

Da dies eine starke Vereinfachung darstellt, wird jeweils der ungünstigste Fall angenommen. Deshalb sind die erreichbaren Werte nicht besonders vorteilhaft. (Dies gilt generell für alle vereinfachten Vorgehensweisen mit Tabellen und Diagrammen zum Ablesen von Werten).

Weg 2: Berechnung des U_w-Wertes gemäss SN EN ISO 10077-1 aus den drei Eingangsgrössen U_g, U_f und Ψ_g, die mit der Summenformel nach ihrem Flächenanteil bzw. ihrer Länge gewichtet werden:

Auch für die Bestimmung der drei Eingangsgrössen U_g, U_f und Ψ_g gibt es nach dem Motto „Tabelle – Messen – Rechnen“ wieder mehrere Möglichkeiten:

Dabei nennt die SN EN ISO 10077-1 als bevorzugtes Verfahren für die Ermittlung von U_f und Ψ_g die zweidimensionale numerische Berechnung nach Teil 2 dieser Norm mit geeigneten Berechnungsprogrammen. Der Aufwand für solche FEM-Berechnungen ist jedoch nicht unerheblich. Auf Ablesung aus Tabellen oder Diagrammen soll nur dann zurückgegriffen werden, wenn keine anderen Angaben vorliegen.

Weg 3: Messung des U_w-Wertes mit dem Heizkastenverfahren gemäss SN EN ISO 12567-1/2. Durch diese Messung ergibt sich ein Einzelwert, der alle Einflüsse von Rahmen, Verglasung und Wärmebrücke erfasst. Allerdings enthält dieser Wert keinerlei Aussage über die einzelnen wärmetechnischen Qualitäten der Fensterbestandteile Verglasung, Rahmen und Wärmebrücke. Deshalb lassen sich damit keine individuellen U_w-Werte für andere Abmessungen berechnen.

Grundsätzlich ist der U_w-Wert mit zwei wertanzeigenden Stellen anzugeben, d. h. bei Werten ⋟1,0 W/m²K mit einer Nachkommastelle (z. B. U_w = 1,3 W/m²K), und ab Werten unter 1,0 W/m²K mit zwei Nachkommastellen (z. B. U_w = 0,85 W/m²K).

Eine Besonderheit des U_w-Wertes ist seine Abhängigkeit von Format (Grösse, Verhältnis Breite zu Länge) und Gestaltung (einflügelig, zweiflügelig, mit Oberlicht usw.).

Aus Gründen der Vergleichbarkeit wurde im Zuge der Normung ein einflügeliges Fenster mit der Abmessung 1,23 x 1,48 m als Standard für die CE-Kennzeichnung festgelegt. Dieses Standardfenster ist für die meisten Fenstergestaltungen repräsentativ (ausser für Stulpfenster und Stulpfenster mit Oberlicht).

In der Praxis ist jedoch nicht jedes Fenster einflügelig und hat die Masse 1,23 x 1,48 m. Deshalb können von Planern für die genaue Berechnung der Wärmeverluste von Gebäuden auch individuelle U_w-Werte für jedes einzelne Fenster gefordert werden. Eine gemischte Angabe an einem Objekt ist allerdings nicht zulässig (entweder alle Fenster genau oder alle mit dem Wert des Standardfensters).

Die wärmetechnische Behandlung von Sprossenfenstern wird in Kapitel Wärmetechnische Behandlung von Sprossenfenstern näher erläutert.

Schon allein aus der Fülle an tiefgestellten Indizes zu U- bzw. Ψ-Werten ist zu ersehen, dass das Thema bei Vorhangfassaden komplex ist:

f      Rahmen – frame
g     Verglasung – glazing
f,g    Rahmen/Verglasung
m     Pfosten – mullion
m,f   Pfosten/Rahmen
m,g  Pfosten/Verglasung
p      Opakes Paneel – panel
t       Riegel – transom
t,f     Riegel/Rahmen
t,g    Riegel/Verglasung
w     Fenster – window
cw    Vorhangfassade – curtain wall

In dieser Rechennorm sind zwei Verfahren beschrieben, die beide zum Ziel U_cw führen:

a) Ein vereinfachtes Beurteilungsverfahren, bei dem der Wärmeübergang durch die gesamte Konstruktion einschliesslich Pfosten, Riegel und Füllungen mittels Computersimulation berechnet wird.                        

b) Ein Verfahren mit Beurteilung der einzelnen Komponenten, bei dem ein repräsentatives Element in Flächenanteile mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften unterteilt wird.

Beim Verfahren a) werden sämtliche Flächen ausser den Füllungen (Glas und Paneel) zu einem flächenbezogenen Fugen-U-Wert U_TJ oder zu einem längenbezogenen Fugen-Psi-Wert Ψ_TJ zusammengefasst, jeweils mit dem Index TJ für „Fuge zwischen zwei Füllungen”. U_cw ergibt sich aus den U-Werten für Glas, Paneel und Fugen.

Bei Verfahren b ergibt sich der Wärmedurchgangskoeffizient U_cw der gesamten Fassade als Mittelwert aus den Wärmedurchgangskoeffizienten der einzelnen Bereiche, jeweils mit ihrem Flächenanteil gewichtet plus den diversen linearen Wärmebrücken bezogen auf deren Länge, gemäss nachstehender Gleichung:

Die Fläche der Vorhangfassade A_cw wird nach folgender Gleichung berechnet:

A_cw=A_g+A_p+A_f +A_m+A_t

Dabei ist
A_cw die Fläche der Vorhangfassade
A_g   die Gesamtfläche der Verglasung
A_p   die Gesamtfläche der Paneele
A_f   die Gesamtfläche der Rahmen
A_m die Gesamtfläche der Pfosten
A_t   die Gesamtfläche der Riegel

Wie bei Fenstern wird der U_g-Wert der Verglasung nach SN EN 673 beurteilt. Der U_p-Wert von opaken Paneelen ist nach SN EN ISO 6946 zu bestimmen. U_f-Werte für Rahmen können z. B. nach SN EN ISO 10077-1 oder -2 ermittelt werden.

Die längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten von Verglasungen Ψ_g können den Tabellen im Anhang B der Norm entnommen oder nach SN EN ISO 10077-2 detailliert berechnet werden.

Alternativ zu den beiden Berechnungsverfahren ist ebenso wie bei Fenstern eine Prüfung von Fassadenelementen nach SN EN ISO 12567-1 (Messung nach dem Heizkastenverfahren) zugelassen.

Die Wärmedämmung von Fenstern und Fassaden wurde in den letzten Jahren wesentlich verbessert. Wärmedämmbeschichtungen und Gasfüllungen bedeuteten für Isolierglas einen technologischen Quantensprung. Auch die Rahmenkonstruktionen wurden wärmetechnisch weiterentwickelt. Damit fällt zwangsläufig die Einbauwärmebrücke des Glases im Rahmen und im Fassadenprofil stärker ins Gewicht. Der Effekt dieser wärmetechnischen Schwachstelle wird umso deutlicher, je besser Rahmenkonstruktion und Verglasung dämmen.

Konventionelle Isolierglas-Abstandhalter aus Aluminium oder Stahl führen zu deutlich höheren Wärmeverlusten in diesem Bereich und damit konsequenterweise zu schlechteren U_w- und U_cw-Werten als die neuen, wärmetechnisch verbesserten Randverbundsysteme. Diese so genannten „Warme-Kante-Systeme“ verringern den Wärmestrom im Übergangsbereich von Glas zu Rahmen und verhindern damit ein übermässiges Absinken der Oberflächentemperatur an der raumseitigen Glaskante.

Wie bereits im Abschnitt 3.1.5.2 beim U_w-Wert von Fenstern dargestellt, wird der erhöhte Wärmedurchgang durch den linearen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ_g bemessen. Da es sich nicht um einen Materialkennwert, sondern um die Beschreibung eines physikalischen Vorgangs handelt, ist der Ψ_g-Wert nicht nur abhängig von den Wärmeleitfähigkeiten des verwendeten Isolierglas-Randverbunds, sondern auch vom Dämmniveau des verwendeten Rahmens und des Isolierglases sowie von der Tiefe des Glaseinstands im Rahmen. Deshalb gibt es für ein bestimmtes Abstandhaltersystem nicht einfach nur einen einzigen Ψ_g-Wert. Auch bei Kenntnis der Verglasung lässt sich noch keine Aussage zur Grösse Ψg machen. Erst wenn alle Teile zusammenkommen, kann der Ψ_g-Wert ermittelt werden. Grundsätzlich ist das auf drei Arten möglich:

• Ablesung aus Tabellen der SN EN ISO 10077-1 für U_w bzw. SN EN ISO 12631 für U_cw
• Detaillierte Berechnung nach SN EN ISO 10077-2
• Verwendung von repräsentativen Ψ_g-Werten für Fenster bzw. für Fassadenprofile

Für die einfache Tabellenablesung stellen die beiden Normen SN EN ISO 10077-1 bzw. SN EN ISO 12631 jeweils Tabellen mit Ψ-Werten für „typische Abstandhalter aus Aluminium oder Stahl“ bzw. „Abstandhalter mit wärmetechnisch verbesserten Eigenschaften“ zur Verfügung.

Damit der Anwender entscheiden kann, welche der beiden Tabellen die richtige ist, definieren die beiden Normen in identischer Weise, was unter einem wärmetechnisch verbesserten Abstandhalter zu verstehen ist. Es ist zu beachten, dass die Ψ_g-Werte für Festverglasungen in Pfosten-Riegel- Fassaden konstruktionsbedingt deutlich höher liegen als die Werte für den Glasrand bei Fensterflügeln.

Die detaillierte Berechnung erfolgt für Fenster und für Fassaden nach dem in SN EN ISO 10077-2 beschriebenen numerischen Verfahren. Dafür ist geeignete Software erforderlich. Wird das verwendete Abstandhaltersystem geändert, muss die komplette Berechnung erneut durchgeführt werden.

In der Vergangenheit wurde der Einfluss von Sprossen auf den Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern oft vernachlässigt. Obwohl die Sprossen im Scheibenzwischenraum nicht an den Glasoberflächen anliegen dürfen (Glasbruchgefahr), können sie doch lineare Wärmebrücken bilden und damit den Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern nachteilig beeinflussen.

Seit dem 1.12.2010 sind gemäss der Produktnorm SN EN 14351-1 für die CE-Kennzeichnung von Fenstern mit Sprossen die nachfolgenden Aufschläge auf den U_w-Wert zu verwenden:

Bei diesen Aufschlägen wird nicht unterschieden, ob es sich um konventionelle Sprossen aus Aluminium oder um wärmetechnisch verbesserte Ausführungen aus Kunststoff handelt und welche Sprossenlängen insgesamt verbaut sind. Auch werden die unterschiedlichen Sprossenarten nicht differenziert betrachtet. Es spielt für die Aufschläge auch keine Rolle, ob sich bei Dreifach-Isolierglas Sprossen nur in einem oder in beiden Scheibenzwischenräumen befinden. Da es sich um eine grobe Vereinfachung handelt, sind die Aufschläge in vielen Fällen unangemessen hoch.

Nach detaillierter Untersuchung des Themas in einem Forschungsvorhaben wurde deshalb vorgeschlagen, die Wärmebrückenwirkung von Sprossen ebenso wie beim Glasrandverbund mit linearen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ_gb abzubilden, in Abhängigkeit von der tatsächlich verbauten Sprossenlänge l_gb, und diese pauschalen Ψ_gb-Werte in Tabellenform in den Anhang der SN EN ISO 10077-1 aufzunehmen.

Der im Oktober 2016 veröffentlichte Normentwurf enthält nun zwei Tabellen mit Ψ_gb-Werten für Sprossen im Scheibenzwischenraum, einmal für metallische Sprossen und einmal für Sprossen aus Kunststoff.