Was bringt das Zehntel beim U-Wert? Energetische Einflüsse am Bauteil Fenster

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1 Seite 2 von 10 Was bringt das Zehntel beim U-Wert? Energetische Einflüsse am Bauteil Fenster Anforderungen Mit dem Inkrafttreten der aktuellen Energieeinsparverordnung (EnEV) am , sind die wärmetechnischen Anforderungen für die Bauteile Fenster, Fassaden, Türen und Tore um ca. 30 % im Vergleich zu 2002 erhöht worden. Bild 1 Entwicklung der energetischen Anforderungen gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) Mit der 12. Staffel der Auslegungsfragen hat das DIBt die Festlegung getroffen, dass die Anforderungen beim Bauteilverfahren gemäß EnEV 2009 erfüllt sind, wenn die mit drei wertanzeigende Stellen genannten Anforderungen an den Wärmedurchgangskoeffizienten für Fenster- und Fenstertüren mit zwei wertanzeigenden Stellen nachgewiesen sind. Dies gilt auch für die in der Unternehmererklärung abzugebende Bestätigung. Am Beispiel Fenster sind die Anforderungen bei der energetischen Sanierung gemäß EnEV (Bauteilverfahren) mit 1,30 W/m²K dann erfüllt, wenn ein Wert von 1,3 W/m²K nachgewiesen wird. Zurzeit wird die EnEV mit dem Ziel erneut überarbeitet, die Anforderungen weiter zu erhöhen, um die Klimaziele der europäischen Energy Performance Directive zu erreichen. Für Fenster wird ein Bauteilkennwert U W -Wert zwischen 0,90 und 1,0 W/m²K diskutiert. Im Rahmen der KfW-Förderungen

2 Seite 3 von 10 gilt seit dem 1. März 2011 für die Förderungen von Einzelmaßnahmen im Sanierungsfall (Programm 430, Tabelle) bereits heute ein U W -Wert des Fensters von 0,95 W/m²K. Auch für die Förderung von Neubauten werden mit den Energiestufen KfW 55 bzw. KfW 40 die Anforderungen an die Wärmedämmung verschärft. Energetische Optimierung von Verglasung, Rahmenprofil und Abstandhalter Gemäß Produktnorm Fenster und Türen, DIN EN /A1: kann der Nachweis des Wärmedurchgangskoeffizienten U W wahlweise gemäß Tabellenverfahren nach EN ISO :2006, Berechnung nach EN ISO :2006 in Verbindung mit EN ISO :2003 oder über eine Messung nach EN ISO : 2000 erfolgen. Die wärmetechnische Qualität eines Fenster (U W -Wert) ergibt sich aus der Bewertung und Bestimmung der Einzeldaten von Rahmenprofil (U f -Wert), Verglasung (U g -Wert) und dem längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizient des Abstandhalterprofils der Isolierverglasung ( -Wert). Den wärmetechnisch größten Einfluss auf den U W - Wert des Fensters nimmt wegen des großen Flächanteils die Verglasung ein. Ändert man nun die einzelnen Komponenten eines Fensters, so ist deren wärmetechnische Auswirkung auf den Gesamt U W -Wert des Fensters unterschiedlich. In der DIN EN wird zur Vereinfachung ein Standardmaß von 1,23 x 1,48 m definiert, auf das sich alle nachfolgenden Beispiele beziehen und das als Normfenster bezeichnet wird. Beim Normfenster kann eine Verringerung des Wärmedurchgangskoeffizient U W in Höhe von 0,1 W/m²K wie folgt erreicht werden: Verbesserung der Verglasung um U g = 0,2 W/m²K, Verbesserung des Rahmenprofils um U f = 0,3 W/m²K Verbesserung des Abstandhalterprofils um = 0,04 W/mK Es ist zu erwarten, dass ab 2012 die Fensterkonstruktionen mit einer Dreifach- Isolierverglasung ausgeführt werden müssen, um die neuen Anforderungen der EnEV 2012 zu erfüllen. Hier werden zurzeit U w -Werte zwischen 1,0 und 0,9 W/m²K diskutiert. Rahmenprofile werden im Bereich der Dämmzone ausgereizt sein und die Abstandhalterprofile werden standardmäßig als warme Kante ausgeführt werden müssen.

3 Seite 4 von 10 Bild 2 Kennwerte zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten Fenster U W Rahmenprofile Für Normfenster mit einer Zweifach-Isolierverglasung U g = 1,1 W/m²K und warmer Kante ist ein U f -Wert von 1,3 W/m²K erforderlich, um ohne Dreifachglas die Anforderungen der EnEV 2009 zu erfüllen. In Zukunft müssen sich die U f -Werte der Rahmen weiter verbessern, damit auch die erwarteten Anforderungen der EnEV 2012 erfüllt werden können, denn mit einer Dreifach-Fach Isolierverglasung (U g = 0,7 W/m²K) und warmer Kante muss das Rahmenprofil schon einen U f Wert von 1,2 W/m²K haben, um einen U w -Wert von 0,95 W/m²K oder niedriger zu erreichen. Im Grenzbereich können die energetischen Zielwerte manchmal auch durch ein optimiertes Nachweisverfahren erreicht werden, beispielsweise durch eine Messung von Rahmenprofilen, die in der Regel günstigere Ergebnisse liefert. Zurzeit werden bestehende Profilkonstruktionen optimiert, beispielsweise die Veränderung des Glaseinstandes von 15 mm auf 18 mm oder die Erhöhung der Füllungsdicke auf 36 mm, mit der dann auch der Einsatz einer eine Dreifachverglasung erleichtert wird. Als Faustformel kann je mm Mehreinstand der Verglasung eine Verbesserung von U f = 0,01 W/m²K erreicht werden. Die Füllungsdicke beeinflusst das Ergebnis um U f = 0,01 W/m²K je 2 mm Dickenänderung. Diese Maßnahmen werden alleine jedoch nicht ausreichen, um die Anforderungen der EnEV 2012 zu erfüllen.

4 Seite 5 von 10 Holzrahmen Mit der Neuausgabe der pren ISO :2010 stehen für Holzrahmenprofile neue Wärmeleitfähigkeitswerte zur Verfügung. So können nach Einführung der Norm auch bei einem rechnerischen Nachweis U f -Werte von 1,3 W/m²K mit einer Rahmenprofildicke von 68 mm erreicht werden. Der Trend geht dennoch zu größeren Profiltiefen, die das Dämmverhalten verbessern und den Einsatz von Dreifachverglasungen mit Sonderfunktionen ermöglichen (Einbruchhemmung, Schallschutz oder Absturzsicherung). Bei Verbundprofilen werden Dämmstoffe mit deutlich niedrigeren Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass neue Holzarten mit niedriger Wärmeleitfähigkeit durch eine thermische oder chemische Modifizierung für den Einsatz im Fensterbau geeignet sind. Die Verwendung von thermisch getrennten oder außenliegenden Regenschutzschienen kann das betreffende Profil im Vergleich zu thermisch ungetrennten Schienen um bis zu 0,3 W/m²K verbessern.

5 Seite 6 von 10 Kunststoffrahmen Aktuell gelten in Deutschland Fünfkammerprofile als wärmetechnischer Standard. Auch mit einer klassischen Stahlaussteifung und einer Anschlagdichtung können U f -Werte von 1,3 W/m²K erreicht werden. Die wärmetechnische Schwachstelle bei Kunststoffprofilen ist häufig die Stahlaussteifung. Neben wärmetechnisch optimierten oder getrennten Stahlaussteifungen geht der Trend deshalb zu Konstruktionen ohne Stahlaussteifung. Dies ist durch Glasverklebungen im Flügelprofil oder den Einsatz von modifizierten Kunststoffen mit höherer Festigkeit möglich. Damit kann häufig auf Stahlaussteifungen verzichtet werden, die Profile werden schlanker und der Glasanteil wird größer, so dass auch mehr Sonnenenergie genutzt werden kann. Bild 3 Innovative Fensterkonstruktionen nutzen Klebetechnologien Metallrahmen Eine energetische Optimierung bei Metallrahmen erfolgt im Bereich der Dämmzone. Die maximale Steghöhe im Einstegverbund ist hierbei nahezu ausgereizt. Mit dünneren Stegdicken können noch geringfügige Verbesserungen erreicht werden, was aber zu statischen Problemen führen kann. Im Bereich der Dämmzone und im Glasfalzbereich werden Dämmstoffe mit niedrigeren Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt, so dass Rahmenprofile mit einer Ansichtsbreite von ca. 100 mm in Verbindung mit einer wärmetechnisch optimierten Mitteldichtung Wärmedurchgangskoeffizienten von U f = 1,4 W/m²K erreichen können. Schmalere Ansichtsbreiten führen zu ungünstigeren Werten. Um die Anforderungen der EnEV 2009 zu erreichen, müssen bereits heute Dreifachverglasungen eingesetzt werden.

6 Seite 7 von 10 Isolierverglasung Die Anforderungen der EnEV 2009 lassen sich noch mit Zweifachverglasung und optimierten Rahmenprofilen (U f -Wert 1,3 W/m²K) erreichen. Für bessere U w -Werte etabliert sich das Dreifachglas mit einem U g Wert von 0,7 W/m²K. Die U g -Werten von bis zu 0,5 W/m²K, mit Krypton- oder Xenonfüllung werden aus Vertriebsgründen gerne kommuniziert, sind aber in der Praxis selten zu finden, da diese Edelgase knapp und teuer sind. Durch den Einsatz von zwei Beschichtungen mit optimiertem Emmissionsgrad und größerem Scheibenzwischenraum (SZR) lassen sich auch mit einer Argonfüllungen U g -Werte von 0,6 W/m²K erreichen. Bild 4 Kennwerte von Dreifachglas Abstandhalter Die -Werte von Abstandhaltern in der Standardausführung (Aluminium), wie auch wärmetechnisch verbesserte Systeme können tabellarisch der EN ISO :2006 entnommen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit -Werte für wärmetechnisch verbesserte Abstandhalterprofile den BF Datenblätter zu entnehmen. Im Rahmen einer Untersuchung wurden unterschiedliche wärmetechnisch optimierte Abstandhalterprofile in Verbindung mit vier repräsentativen Rahmenprofilmaterialien und einer Zweifach- bzw. Dreifach- Isolierverglasung untersucht. Die Datenblätter geben tabellarisch den -Wert

7 Seite 8 von 10 des Abstandhalters in Verbindung mit dem Rahmenprofil und der Isolierverglasung an. Die dadurch ermittelten -Werte können in der Regel auf die Systemrahmenprofile übertragen werden. Dadurch können spezifische -Werte für den Nachweis der U W -Werte angesetzt werden. Das Vorgehen ist in der ift Richtlinie WA-08/1 beschrieben. Die BF Datenblätter stehen kostenfrei im Internet zur Verfügung ( Bild 5 BF-Datenblatt für optimierte Abstandhalterprofile

8 Seite 9 von 10 Energieströme beim Fenster Bei einem Fenster treten unterschiedliche Energieströme auf. Die Größe und die Richtung hängt dabei wesentlich von Randbedingungen wie Lufttemperatur auf der Innen-/Außenseite, der Windgeschwindigkeit und der solaren Einstrahlung ab. Bild 6 Energieströme bei Fenster und Verglasungen Wärmedurchgangskoeffizient U W Die eingangs beschriebenen Einzelmaßnahmen können in der Regel nur Veränderungen des Wärmedurchgangskoeffizienten U W von 0,1 W/m²K bewirken. Nur eine sinnvolle Kombination mehrerer Maßnahmen führt zu größeren Verbesserungen von U W. Ein Normfenster mit einem U W -Wert von 1,3 W/m²K hat bei einer Temperaturdifferenz von 32 C (Normaußentemperatur für Würzburg, gemäß Beiblatt 1 DIN EN 12831, Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast ) einen Wärmeverlust von 76 Watt. Weitere Wärmeverluste wie über den Wandanschluss sind in dieser Zahl nicht berücksichtigt. Somit müsste, ohne Berücksichtigung der übrigen Wandflächen, mit 76 Watt permanent nachgeheizt werden, um die Raumlufttemperatur konstant zu halten. Ein Fenster mit einem U W -Wert von 0,9 W/m²K benötigt bei gleichen Randbedingungen eine konstante Leistung von 52 Watt und spart somit 24 Watt Heizenergie. Bei Annahmen des deutschen Normklimas ließen sich bei einem Haus mit 40 m² Fensterfläche pro Jahr ca. 200 Liter Erdöl sparen.

9 Seite 10 von 10 Solare Zugewinne Die Sonne liefert im Idealfall bei klarem Himmel ca W/m² Strahlungsleistung, bezogen auf einen senkrechten Einstrahlungswinkel. Ein Normfenster mit 1,23 x 1,48 m und einem Rahmenanteil von 30 % hat eine Verglasungsfläche von ca. 1,23 m² und kann bei einem U g -Wert von 0,61 einen maximalen Energieeintrag von ca. 750 W erreichen. Der Energieeintrag durch solaren Zugewinn kann im Vergleich zum Wärmeverlust somit um den Faktor 20 höher liegen. Moderne Fenster mit Dreifachverglasung bringen auf der Süd-, Ost und Westseite spürbare Gewinne, die die Wärmeverluste überwiegen und so den Heizwärmebedarf des Gebäudes verringern. Wärmeverluste durch den Baukörperanschluss Wird ein Fenster in ein Gebäude eingebaut entsteht im Übergangsbereich zur Außenwand eine Wärmebrücke. Der Energieverlust über diese Wärmebrücke wird über den -Wert angegeben. Diese werden im einfachsten Fall nach EnEV 2009 ohne Nachweis über einen pauschalen Aufschlag von U = 0,1 W/m²K auf die gesamte Gebäudehülle berücksichtigt. Bei einer Ausführung gemäß den konstruktiven Beispielen aus dem Beiblatt 2 der DIN 4108, kann ein reduzierter pauschaler Aufschlag von U = 0,05 W/m²K auf die gesamte Gebäudehülle angesetzt werden. Nach Beiblatt 2 werden Referenzwerte für den Nachweis der Gleichwertigkeit für Baukörperanschlüsse Fensterrahmen zur Wand von 0,08 W/mK angegeben. Wärmetechnisch optimierte Baukörperanschlüsse, beispielsweise bei der Überdämmung des Blendrahmens, können kleinere oder sogar negative Werte erreichen. Energetisch ist eine Optimierung des Baukörperanschlusses eines Normfensters um 0,12 W/mK energetisch gleichwertig zu einer Verbesserung des U w -Wertes von U W = 0,4 W/m²K.

10 Seite 11 von 10 Zusammenfassung Mit der Neufassung der EnEV 2012 werden die energetischen Anforderungen weiter steigen. Die Anforderung bei der energetischen Gebäudesanierung an das Einzelbauteil Bauteil Fenster wird zurzeit diskutiert und bei einem U W -Wert zwischen 0,90 und 1,0 W/m²K liegen. Die Hersteller sind somit gut beraten bereits heute ihre Fensterkonstruktionen weiter zu entwickeln, um für 2012 wettbewerbsfähig zu sein. Bei einer Betrachtung des gesamten Gebäudes sollten alle Aspekte von Fenstern und Fassaden betrachtet werden, das heißt optimierter Wärmeschutz des Fensters (U w -Wert), ein wärmebrückenfreier Einbau, die solaren Gewinne (g-wert) und eine effiziente natürliche Lüftung mit nutzerunabhängiger Lüftungsmöglichkeit zum Feuchteschutz.