Spezielle Baustofflehre Bauglas

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1 Spezielle Baustofflehre Bauglas Thomas A. BIER Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, Freiberg,

2 Bauglas Bauglas ist ein Sammelbegriff für die im Baubereich eingesetzten Gläser. Gläser im Baubereich finden vor allem in Form von Fenster- und Türverglasungen Verwendung, und sind in vielfältigen Formen, Farbgebungen, Eigenschaften und Oberflächenstrukturen erhältlich Glasfasern entweder als AR Glas oder E Glas

3 Bauglas Einfachglas - Floatglas - Grosse Auswahl an Farben und Strukturen (Gussgläser) - Gläser für den Innenausbau - Gläser für den Ladenbau - Bedruckte Gläser - Geätzte Gläser - Spiegel - Tablare - Möbel - Vitrinen Sicherheitsglas - Verbundsicherheitsglas (VSG) - Einscheibensicherheitsglas (ESG) - Alarmglas - Brandschutzglas - Strahlenschutzglas - Begehbare Gläser - Dachgläser Isolierglas - Wärmedämmung - Sichtschutz - Sonnenschutz - Schallschutz

4 Verschiedene Funktionen des Werkstoffes Glas Sicherheit mechanisches Verhalten Wärmedämmung k-wert Energiegewinnung g-wert Lichtdurchlässigkeit Emissivität Schallschutz (db) Brandschutz Gestaltungselement

5 Sicherheit - mechanische Eigenschaften Bei der Sicherheit von Glas muss zwischen aktiver und passiver Sicherheit unterschieden werden. Unter den Begriff der passiven Sicherheit fällt der Schutz vor Ein- und Ausbruch, von Personen und Sachen. Verbundsicherheitsgläser (VSG) bestehen aus zwei oder mehreren Glasscheiben, die durch Folien miteinander verbunden sind, aber trotzdem eine ungehinderte Durchsicht ermöglichen. Beim Bruch hält die Folie die Glassplitter zusammen und verhindert durch ihre Zähigkeit zusätzlich ein Eindringen. Bei Bedarf kann auch eine Alarmanlage eingebaut werden. Je nach Wirkung spricht man auch von «Panzergläsern». Bei der aktiven Sicherheit ist vor allem der Schutz vor Absturz und Verletzungen durch Splitter angesprochen. Bei vertikal eingebauten Fenstern kann sowohl VSG als auch Einscheiben- Sicherheitsglas (ESG) eingesetzt werden. ESG besitzt eine erhöhte Festigkeit und zerfällt beim Bruch in stumpfe Stücke, was das Verletzungsrisiko im Vergleich zu jenem beim Bruch normalen Glas erheblich reduziert. Bei Überkopfverglasungen (Kuppeln, Wintergärten, Glasdächer) sollte aufgrund der Splitterbildung nur VSG verwendet werden. Für Geländer und Brüstungen stellt die SIA- Norm D002 «Unfallsicherheit von Hochbauten» entsprechende Anforderungen. Es können sowohl «verletzungshemmende» Gläser wie auch «absturzhemmende» Gläser eingebaut werden. Gleiches gilt für geschosshohe Fenster und Verglasungen. Entsprechende Hinweise sind in der Broschüre der Schweizerischen Beratungsstelle für Unfallverhütung (bfu) zu finden. Für weitere Anforderungen, also auch für Schutz vor Feuer oder Explosionen, gibt es inzwischen speziell geeignete Glaskombinationen, die immer mit dem Fensterrahmen zusammen wirksam werden.

6 Floatglas Floatglas, früher unter den Namen Flachglas und Spiegelglas bekannt, erhielt seinen Namen durch das Herstellungsverfahren, den sogenannten Floatverfahren. Dabei fließt die aus dem Schmelzofen kommende flüssige Glasschmelze auf ein Floatbad aus geschmolzenem Zinn und kühlt langsam ab; es enthält dadurch eine Feuerpolitur mit einer hervorragenden Oberflächenqualität. Floatglas hat eine rechnerische Biegezugfestigkeit von 30 N/mm² und eine Druckfestigkeit von N/mm². Im Falle eines Glasbruches zerfällt es in viele scharfkantige Bruchstücke. Floatglas wird üblich als Basisglas für höherwertige Gläser mit Sicherheitseigenschaften verwendet.

7 Drahtglas Drahtglas wird hergestellt, indem in die heiße Glasmasse mittels einer Eindruckswalze ein Drahtgeflecht, das an den Kreuzungspunkten verschweißt ist, eingedrückt wird. Dieses Drahtgitter hält im Falle eines Bruches die Scheibenteile zusammen und verhindert somit größere Verletzungsgefahren. Drahtglas darf nach den "Technischen Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen" für Überkopfverglasungen mit Einschränkungen eingesetzt werden.

8 Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) Einscheiben-Sicherheitsglas, auch unter dem Namen Sekurit, Temperit oder Delodur bekannt, ist eine thermisch voll vorgespannte Glasscheibe, welche eine äußerst hohe Widerstandsfähigkeit gegen äußere mechanische oder thermische Einwirkungen aufweist. Im Falle eines Glasbruches zerfällt ESG in stumpfkantige, kleine Bruchstücke, d.h. ESG hat ein wesentlich sicheres Bruchverhalten wie Floatglas (Flachglas, Spiegelglas). Somit ergeben sich folgende Vorteile von Einscheiben-Sicherheitsglas: erhöhte Biegefestigkeit erhöhte Stoß- und Schlagfestigkeit erhöhte Temperaturbeständigkeit

9 Teilvorgespanntes Glas (TVG) Teilvorgespanntes Glas ist ein thermisch teilvorgepanntes Glas, daß wie das Einscheiben- Sicherheitsglas relativ hohe Zuglastspannungen aufnehmen kann und beim Bruch eine größere Biegefestigkeit bzw. ein geringeres Verformungsverhalten aufweist, d.h. das Bruchbild ist großsplittrig. Die statische Festigkeit liegt zwischen Einscheiben-Sicherheitsglas und Einfachglas.

10 Zugfestigkeiten Float - TVG - Fasern

11 Vergleich Bruchbilder Float ESG - TVG

12 Verbundsicherheitsglas (VSG) Verbundsicherheitsglas besteht aus zwei oder mehreren Scheiben nicht vorgespanntem Glas oder Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG), die ganzflächig durch eine zähelastische durchsichtige Zwischenschicht aus Polyvinyl-Butyral (PVB) oder Giesharz miteinander verbunden sind; wobei Giesharzverbund in jedem Fall eine "Zustimmung im Einzelfall" durch die oberste Baubehörde erfordert. Bei einer Zerstörung der Glasscheibe haften die Splitterstücke an der Verbundfolie, deren Dicke die Resttragfähigkeit beeinflußt. VSG zeichnet sich besonders durch eine hohe Biegefestigkeit, eine hohe Schlagfestigkeit und eine große Temperaturbeständigkeit aus. Daher ist eine Verbundglasscheibe optimal für Überkopfverglasungen -unter anderem mit Einschränkungen nach Punkt 3.2 der "Technischen Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen"- sowie Brüstungsverglasungen. Verbundsicherheitsgläser sind für folgende Zwecke konzipiert: absturzhemmend durchwurfhemmend einbruchhemmend durchschußhemmend sprengwirkungshemmend.

13 Verbundsicherheitsglas (VSG) B i l d : Z w e i o d e r m e h r e r e G l a s s

14 Wärmedämmung (k-wert) Die Wärmedämmung ist eine wichtige Funktion von Glas. Mit den heute zum Standard avancierten Wärmeschutzgläsern kann der Energieverlust minimiert werden, indem der Strahlungsaustausch zwischen der inneren, wärmeren Scheibe und der äußeren, kälteren reduziert wird. Die Wärmedämmung erreicht man durch die Optimierung vom Scheibenzwischenraum, verschiedene Gasfüllungen und einer innenliegenden Beschichtung. Diese Schicht ist damit vor Umwelt- und Reinigungseinflüssen geschützt. Mit dem k-wert (Wärmedurchgangskoeffizient) kann der Wert der Wärmedämmung angegeben werden. Heutige Wärmeschutz-lsoliergläser weisen k-werte von 0,5 W/m2 K über 1,1 bis 1,9 W/m2 K auf. Je kleiner der k-wert, desto besser ist die Wärmedämmung bei hohem Energiedurchgang. Am Morgen kann sich bei klarem Himmel die äußere Scheibe stärker abkühlen. Infolge der sehr guten Wärmedämmung kann es kurzzeitig zu Kondensat auf der äußeren Scheibe kommen. Neben diesen Glaswerten müssen auch die Konstruktion des Fensters und die Bauanschlussdetails berücksichtigt werden. Es nützt nichts, wenn das beste Glas verwendet wird, die Energie aber durch einen nicht isolierten Rolladenkasten ins Freie entweicht. Wärmeschutzgläser lassen sich optisch von normalen Isoliergläsern kaum unterscheiden, denn die spezielle Beschichtung fällt fast nicht auf.

15 Wärmedämmung Großzügig verglaste Räume entsprechen heutigen Komfortvorstellungen. Im Zeitalter des be-wussten Umgangs mit Natur und Umwelt genügen die rein ästhetischen Forderungen nicht mehr. Von einer modernen Wärmeschutzverglasung wird heute wesentlich mehr verlangt. Anfangs der 8Oer Jahre galt das Fenster und damit die Verglasung als "Energieloch". In der Zwischenzeit haben die Anstrengungen zur Verbesserung des Wärmedämmwertes bei Isolier- gläsern eindrückliche Fortschritte gebracht. Ein k- Wert von 0,4 W/m 2 K ist heute Stand der Technik. Damit ist die Verglasung zu einem hoch wärmedämmenden Bauteil geworden, das dem Isolationsvermögen des Mauerwerks immer näher kommt. Dies eröffnet neue Perspektiven. Mit der Angleichung der Oberflächentemperatur der Verglasung an die übrigen Bauteile, entfallen die lästigen Zugerscheinungen in Fensternähe. Die Räume können besser genutzt werden. Durch das hohe Isoliervermögen bleiben die Temperaturen konstanter. Dadurch können Heizanlagen kleiner dimensioniert und deren Steuerung wesentlich vereinfacht werden. In Häusern mit alternativen Heizsystemen (z. B. Wärmepumpen), kann auf monovalenten Betrieb umgestellt werden, die Installation einer teuren Zusatzheizung (ÖI, Elektro) entfällt.

16 Isolierglas Zur Wärmedämmung im Fensterbereich wird heute fast ausschliesslich Isolierglas verwendet. Modernes Isolierglas setzt sich aus folgenden Grundelementen zusammen: 2 oder mehrere Float- oder Spezialgläser. Das raumseitige Glas ist gegen den Scheibenzwischenraum mit einer hauchdünnen Wärmedämmschicht versehen. Der dazwischenliegende Abstandhalter ent- hält ein hygroskopisches Entfeuchtungsmittel. Der Scheibenzwischenraum ist gefüllt mit einem speziellen Wärmedämmgas oder mit getrockneter Luft. Die ringsumlaufende Doppeldichtung verhindert das Eindringen von Staub und Wasserdampf.

17 Fenster und k-wert Der Wärmestrom des Gebäudes durch das Fenster fliesst wie folgt ab: Die Energie wird von der Raumluft an die innere Scheibe abgegeben. Dadurch erwärmt sich die raumseitige Scheibe einer Isolierverglasung. Der Energieaustausch erfolgt hauptsächlich infolge langwelliger infraroter Strahlung.Dazu kommt noch die Wärmeleitung und geringfügige Konvektion im Scheibenzwischenraum, welche die Energie von der inneren zur äusseren Scheibe transportiert. Diese drei Mechanismen führen zur Erwärmung der äusseren Scheibe. Diese gibt ihrerseits Energie durch Leitung, Abstrahlung und Konvektion an die Aussenluft ab. Bei einer konventionellen Isolierverglasung beträgt der Energieaustausch: - 2/3 durch Strahlung, - 1/3 durch Wärmeleitung Der k-wert in Abhängigkeit vom Scheibenzwischenraum (SZR) und zur Gasfüllung am Beispiel eines SILVERSTAR SELECT. k-wert W/m 2 K Scheibenzwischenraum in mm bei Luft Argon Krypton Xenon 0,8 8 1,0 10 1,1 16 1,3 20

18 Energiegewinnung (g-wert) Ein Fenster lässt Sonnenenergie in den dahinterliegenden Raum. Der Anteil der Energie, der durch die Verglasung gelangt und zur Raumheizung genutzt werden kann, wird mit dem g-wert (Gesamtenergiedurchlassgrad) angegeben. Je grösser der g-wert, desto höher sind die Energiegewinne. Für den normalen Wohnungsbau sollten Gläser verwendet werden, die einen g-wert von mindestens 60% aufweisen. Damit kann während des Tages zusätzliche Energie gewonnen werden; in der Nacht verhindert ein niedriger k-wert den Verlust dieser Energie. Mit dem Einsatz solcher Gläser kann also aktiver Umweltschutz betrieben werden. Das Bundesamt für Energiewirtschaft (BEW) stellt in einem Merkblatt Anforderungen an k- und g-werte von Fenstern und damit auch an das verwendete Glas. Bei Bürogebäuden, grossflächigen Verglasungen oder Wintergärten kann hingegen eine Aufheizung teilweise unerwünscht sein. Durch die Wahl von speziellen Sonnenschutzgläsern mit einem kleinen g- Wert (15-50%) wird die Einstrahlung vermindert..

19 Der g-wert Definition (Gesamtenergiedurchlassgrad) Der g-wert gibt an, wieviel Energie von der auftreffenden Sonnenstrahlung durch die Verglasung ins Rauminnere gelangt. Er setzt sich aus zwei Teilen zusammen, aus der direkten Strahlungstransmission und der sekundären Wärmeabgabe. Die sekundäre Wärmeabgabe ergibt sich aus der Tatsache, dass sich das Glas als Folge der Sonneneinstrahlung erwärmt und nun seinerseits Wärme gegen innen und aussen abgibt.

20 G-Wert und k-wert bei Fenstern

21 Lichtdurchlässigkeit Insbesondere bei Sonnenschutzgläsern resultiert durch die Beschichtung zur Verringerung der Sonneneinstrahlung eine verringerte Lichtdurchlässigkeit. Bei bedecktem Himmel steht aber noch genügend Tageslicht zur Verfügung, um den Raum bei ausreichend grossen Fenstern auszuleuchten. Durch verschiedene Reflexionseigenschaften und Farbtöne ergeben sich zusätzlich vielfältige Möglichkeiten zur Gestaltung von Fenstern oder Fassaden

22 LT-Wert, (Lichttransmissionsgrad) Natürliches Tageslicht ist nicht nur für das Auge angenehmer als künstliches Licht, Tageslicht beeinflusst auch unseren Stoffwechsel und den Hormonhaushalt. Tageslicht hat somit einen stimulierenden Einfluss auf unser Leben. Tageslicht ersetzt künstliches Licht und hilft somit Energie sparen. Da Glas hauptsächlich als transparenter Baustoff verwendet wird, kommt der Lichtdurchlässigkeit eine besondere Bedeutung zu. Weitere wertvolle Hinweise über Tageslicht und Glas enthält die Glas Trösch Information 1/97 LT-Wert (Definifion Lichttransmissionsgrad) Der Lichttransmissionsgrad einer Verglasung bezeichnet den prozentualen Anteil der Sonnenstrahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes ( nm), der von aussen nach innen über- tragen wird. Der LT-Wert ist abhängig von der Glasdicke und der Zusammensetzung des Glas- gemenges sowie von allfälligen Beschichtungen. Er kann deshalb innerhalb enger Grenzen leichte Abweichungen aufweisen. Lichtdurchlässigkeit verschiedener Verglasungen k-wert LT-Wert Float 4 mm Einfachglas 5,8 W/m2 K 89% 2fach Isolierglas, 2 x 4 mm 3,0 W/m2 K 82% Isolierglas SILVERSTAR, 2 x 4 mm 1,3 W/m2 K 78% Isolierglas,SILVERSTAR SELEKT 2 x 4 mm 1,0 W/m2 K 73%

23 Emissivität Low-E silberbeschichtete Wärmeschutzgläser werden in der Fachsprache auch als Low-E- Gläser bezeichnet. (Low-Emissivity = niedrige Emissivität = niedrige Wärmeabstrahlung) Mit der Emissivität wird die Wärmeabstrahlung einer Oberfläche im Verhältnis zu einem genau definierten sogenannten "schwarzen Körper" bezeichnet. Je niedriger die Emissivität einer Beschichtung ist, desto wirkungsvoller ist das Isolierglas in Bezug auf die Wärmedämmung. Die Emissivität wird in der Regel in Prozenten angegeben. Emissionsvermögen von Glas und anderen Materialien bei Raumtemperatur Flachglas 86% Mauerwerk 94% Isolierglas SILVERSTAR 7% Isolierglas SILVERSTAR V 1.0 4% Isolierglas SILVERSTAR SELEKT 3%

24 Energiegewinn bei Sonneneinstrahlung Energieeinsparung durch High-Tech Mittels eines technisch aufwendigen Vakuum-Beschichtungsprozesses wird auf der Scheibe ein hauchdünnes Schichtsystem aufgebracht. Dieses Schichtsystem hat die Eigenschaft kurzwellige Strahlung (Sonnenenergie) beinahe ungehindert durchzulassen langwellige Strahlung, wie z. B. Heiz- oder Körperwärme hingegen, zu reflektieren. Die Scheibe wird damit für den grössten Teil der Heizstrahlung undurchlässig. Die Wärme wird im Raum behalten, der Energieverlust massiv gesenkt. Die kurzwellige Sonnenenergie kann beinahe ungehindert durch die Verglasung eindringen. Sie trifft auf Wände, Böden und Einrichtungsgegenstände und heizt diese auf, d.h. die kurzwellige Sonnenstrahlung wird in langwelliges Infrarot umgewandelt. Die langwelligen Strahlen treffen auf die Wärmebeschichtung und werden von dieser in den Raum zurückreflektiert. (Treibhauseffekt) 1 Die kurzwellige Strahlung ( nm)durchdringt das Glas 2 An Baukörpern erfolgt Umwandlung in langwellige Strahlung (ca. 7000nm) = Wärmestrahlung 3 Für langwellige Strahlung (Wärmestrahlung) ist Glas undurchlässig = Treibhauseffekt.

25 Schallschutz Die Schalldämmung eines Glaselements ist von verschiedensten Faktoren abhängig, z.b. von der Glasdicke, dem Abstand der Scheiben oder der Glasart. Aufgrund dieser verschiedenen Einflüsse muss die Schalldämmung für jede Glasart neu gemessen werden. Je nach Lage, Lärmbelastung und Nutzung der Räume ergeben sich verschiedene Ansprüche an die Schalldämmung. Zusätzlich müssen verschiedene kantonale Vorschriften berücksichtigt werden. Da sich der Aussenlärm aus verschiedenen Frequenzen mit unterschiedlicher Intensität zusammensetzt, muss eine Frequenzanalyse vorgenommen werden. Der Strassenlärm weist im unteren Frequenzbereich die grösste Intensität auf, was bei der Auswahl eines Schallschutzglases berücksichtigt werden muss. Es ist ein hoher, in Dezibel (db) angegebner Schalldämmwert anzustreben, wobei eine Reduktion um 10 db als Halbierung des Lärms wahrgenommen wird. Gerade bei der Schalldämmung muss ein spezielles Augenmerk auf die Anschlüsse und die Fensterkonstruktion gerichtet werden, da letztendlich der Zustand nach der Montage von Glas und Fenster massgebend ist und nicht der isoliert betrachtete Schalldämmwert des Glases.

26 Brandschutz Maßnahmen für höheren Brandschutz Glas ist nicht brennbar und nicht entflammbar Dennoch relativ geringer Brandwiderstand > geringe Zugfestigkeit > kohe Wärmedehnung > niedrige Fließgrenze = schnelles Erweichen Chemische Zusammensetzung Erhöhung der Biegefestigkeit Geringe Wärmeausdehnung IR reflektierende Schichten Brandschutzschichten Brandschutzgele Spezielle Gläser für Brandschutz bzw. Längere Standsicherheit im Brandfall Zwei Klassen G- und F-Verglasung

27 Schaumglasdämmung Schaumglas ist ein geschlossenzelliger, aufgeschäumter Dämmstoff, welcher bei hohen Temperaturen aus silikatischen Glas durch Treibmittelzugabe (Kohlenstoff, der zu Kohlendioxid oxidiert wird) aus dem Ausgangsstoff Sand gewonnen wird. Bei der Oxidation des Kohlenstoffes bilden sich Gasblasen, die für das Aufschäumen des Gemisches sorgen. Die Herstellung des Dämmstoffes erfolgt in Blockformen, die nach erfolgter Temperung im Ofen zu der gewünschten Lieferform (Platten, Halbschalen usw.) zugeschnitten werden. Schaumglasdämmungen sind feuchtigkeitsbeständig und können hohen Druckbelastungen standhalten, ihre primäre Einsatzmöglichkeit sind daher Perimeterdämmungen im erdberührten Außenbereich, Dämmungen auf Terrassen und Flachdächern, sowie allgemeine Dämmung in Bereichen, bei denen mit auftretender Feuchtigkeit zu rechnen ist. Schaumglas kann problemlos recycelt werden, sofern es nicht durch eine Klebemasse aus Bitumen (bei vollflächiger Verklebung) verunreinigt ist. Der Einbau von Schaumglasdämmungen ist relativ problemlos, sollte jedoch von einem Fachbetrieb ausgeführt werden (Einsatz von Heißbitumen, Emulsionsklebern).

28 Schaumglasdämmung

29 Schaumglasschotter

30 Verbundsicherheitsglas (VSG) B i l d : Z w e i o d e r m e h r e r e G l a s s c

31 Funktionszwischenschichten bei Verbundgläsern Winkelabhängige selektive Schichten Solarmodule