Energetische Sanierung historisch wertvoller Fenster

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1 Energetische Sanierung historisch wertvoller Fenster Forschungsbericht Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau Bericht Nr. Auftrag Nr. Klassifizierung 2788-FB DHB Öffentlich Datum Auftraggeber Adresse der Forschungsstelle Verfasser Stiftung zur Förderung der Denkmalpflege Frau Dr. Ida Hardegger Blümlisalpstrasse 6 CH-8006 Zürich Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau Abteilung F+E, Holz und Verbundbau Solothurnstrasse 102, CH-2504 Biel Tel / Fax +41 (0) / Dr. Christoph Geyer, Barbara Wehle, Anna Schusser, Marc Donzé, Charlene Heuer, Josef Pichler, Andrea Uehlinger Projektverantwortlicher Andreas Müller Abteilungsleiter René Graf Vorlage D_Forschungsbericht, Version 4.1, _Bericht Historische Fenster.doc, zuletzt gedruckt am

2 2 / 172 ABSTRACT In der Schweiz gelten ca. 20% des Gebäudebestandes als historisch. Die meisten dieser Bauten wurden zw und 1920 errichtet und weisen bei heute üblicher Nutzung einen hohen Energieverbrauch auf. Historisch wertvolle Bauten und Denkmäler werden aber nicht nur nach energetischen Gesichtspunkten bewertet, sondern stellen ein wesentliches Element unseres Kulturgutes und Stadtbildes dar. Dazu zählen besonders Fenster, die die äussere Gestalt des Gebäudes wesentlich prägen. Allerdings werden aktuell auf Grund der Energieeinsparwünsche der Eigentümer und durch finanzielle Anreize historisch wertvolle Fenster oftmals durch neue Fenster einfach ersetzt. Dabei wird oft wenig auf das äussere Erscheinungsbild Rücksicht genommen, wodurch nebst dem Originalfenster auch der Ausdruck und Charme des Gebäudes verloren gehen. Die Möglichkeiten einer energetischen Verbesserung der bestehenden Fenster werden selten in Betracht gezogen. Dies liegt unter anderem daran, dass den Planern und Eigentümern zu wenige gut aufbereitete Planungsunterlagen hinsichtlich vorhandener Sanierungsmöglichkeiten alter Fenster, deren energetischer Verbesserung und Kosten vorliegen. Ziel vorliegender Arbeit ist es die bauphysikalischen Eigenschaften historischer Fenster zu untersuchen und Sanierungsvarianten für die energetische Verbesserung der Fenster unter Berücksichtigung denkmalpflegerischer Aspekte zu entwickeln. Dabei werden bereits vorhandene Informationen genutzt und in verständlicher Weise aufbereitet. Dies beinhaltet unter anderem ein einfaches Berechnungstool, anhand dessen der Planer überschlägig entsprechende Werte ermitteln kann. Darüber hinaus werden typische Bauteilanschlüsse historischer Fenster ermittelt und ein detaillierter Wärmebrückenkatalog relevanter Fensterdetails erstellt. Anhand eines typischen Gebäudes aus der Zeit zwischen wird das Energiesparpotential der Fenster verdeutlicht und anderen Energiesparmassnahmen am Haus gegenüber gestellt. Abschliessend wird eine Kostenschätzung erstellt, um Anhaltspunkte für die Kosten verschiedener Fenstersanierungen zu erhalten. Keywords: Fenstersanierung, Denkmalschutz, energetische Verbesserung, Wärmebrückenberechnung, Kostenschätzung

3 3 / 172 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 6 2 GEBÄUDEBESTAND Kategorisierung der Gebäude in der Denkmalpflege Fassadengestaltung historischer Gebäude HISTORISCH WERTVOLLE FENSTER Konstruktionsarten historischer Fenster Einfachfenster Vorfenster (Winterfenster) Innenvorfenster Kastenfenster Verbundfenster/Doppelfenster Wechselwirkung zwischen Fenstern und Fassade DENKMALPFLEGERISCHE VORGABEN Grundsätze der Denkmalpflege angewandt auf historische Fenster WÄRMESCHUTZ HISTORISCHER FENSTER Einfachfenster Verglasung Rahmen Kastenfenster SANIERUNG HISTORISCHER FENSTER Anforderungen an ein Fenster Gesamtkonzept einer Sanierung Dokumentation und Schadenskartierung Energetische Verbesserungsmassnahmen historischer Fenster Austausch der Verglasung Ersatz und Einbau zusätzlicher Verglasungen Vorsetzen einer raumseitigen Glasscheibe Ersatz der Einfachverglasung durch eine Mehrfachisolierverglasung Einbau einer Aufdoppelung Sanierung der Fensterrahmen Luftdichtheit von Fenstern Fugen, Anschlüsse, Dichtungen BERECHNUNGSWERKZEUG FÜR DEN WÄRMEVERLUST VON FENSTERN Übersicht der berechneten Varianten Einfachfenster unsaniert Einfachfenster mit neuem Vorfenster aussen Einfachfenster mit neuer Isolierverglasung Einfachfenster mit neuer Aufdoppelung innen Kastenfenster unsaniert Kastenfenster mit neuem Isolierglasfenster innen Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen und aussen Kastenfenster mit neuer Aufdoppelung innen... 53

4 4 / BAUTEILANSCHLÜSSE DER FENSTER Bestandsaufnahmen Referenzgebäude in Basel SIA Dokumentation D Konstruktionen der Fensteranschlüsse Einfachfenster Kastenfenster WÄRMEBRÜCKENBERECHNUNGEN ENERGIEEINSPARUNGSPOTENZIAL EINES REFERENZGEBÄUDES Beschreibung des Objekts Einordnung Gebäudesubstanz Beschreibung der Fenster Eingriffe und heutige Nutzung Energetische Bewertung Thermische Gebäudehülle Sanierung der Vorfenster Luftaustausch durch die Gebäudehülle Verbrauchsdaten des Referenzgebäudes Raumlufttemperaturen Heizwärmesystem Gasheizkessel Bilanzierung Ergebnisse Schätzung der Investitionskosten KOSTEN UND ZEITBEDARF VON FENSTERSANIERUNGEN Arbeitsschritte sowie Zeitaufwand Übersicht der Ergebnisse ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK BESTIMMUNGEN ZUM VORLIEGENDEN BERICHT Umfang des Berichts VERZEICHNISSE Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Literaturverzeichnis ANHANG A: BERECHNUNG DER WÄRMEDURCHGANSKOEFFIZIENTEN DER SANIERUNGSVARIANTEN EINFACHFENSTER UND KASTENFENSTER 94 A.1 ÜBERSICHT DER UF-WERTE DER BESTANDSVARIANTEN 94 A.2 ÜBERSICHT DER UF-WERTE DER EINZELFENSTER 94 A.3 ÜBERSICHT DER UF-WERTE DER KASTENFENSTER 95 A.4 WÄRMEDURCHGANGSKOEFFIZIENTEN DER UNSANIERTEN BESTANDSFENSTER 96 A.5 WÄRMEDURCHGANGSKOEFFIZIENTEN DER SANIERUNGSVARIANTEN EINFACHFENSTER 100

5 5 / 172 A.6 WÄRMEDURCHGANGSKOEFFIZIENT DER SANIERUNGSVARIANTEN KASTENFENSTER 107 ANHANG B: WÄRMEBRÜCKENKATALOG HISTORISCHE FENSTER 115 B.1 EINLEITUNG 116 B.2 WÄRMEBRÜCKEN 116 B.2.1 Berechnung des Wärmeschutzes von Wärmebrücken B.2.2 Randbedingungen der Berechnung B Wärmeleitfähigkeit der Materialien B MODELLGRENZEN 117 B TEMPERATURRANDBEDINGUNGEN 118 B.2.3 Zusätzlicher Wärmeverlust von Wärmebrücken B Inhomogene Wärmebrücken B BERECHNUNG DES Ψ-WERTES BAUTEILANSCHLUSS DER FENSTER 120 B EINFACHFENSTER 121 B KASTENFENSTER 122 B WÄRMEÜBERGANGSWIDERSTÄNDE 122 B.2.4 Anforderungen an -Werte B.2.5 Mindestwärmeschutz einer Wärmebrücke B FENSTERANSCHLUSSDETAILS 124 B.2.6 Anforderungen an den Mindestwärmeschutz von Wärmebrücken B.3 ANORDNUNG DER WÄRMEDÄMMUNG AN DER FASSADE 129 B.3.1 Varianten für die Innenwärmedämmung B.3.2 Varianten für die Aussenwärmedämmung B WÄRMEDURCHGANGSKOEFFIZIENTEN DER AUSSENWAND 132 B.4 ÜBERSICHT DETAILKATALOG 134 B.5 GLIEDERUNG DES BAUTEILKATALOGS 135 B.5.1 Decke B.5.2 Fensterleibung B.5.3 Fensterbrüstung B.5.4 Fenstersturz B.6 LITERATURVERZEICHNIS WÄRMEBRÜCKENKATALOG 160 ANHANG C: ARBEITSSCHRITTE MIT ZEIT- UND PREISANGABEN 161

6 6 / EINLEITUNG Im Rahmen dieser Arbeit werden historische Gebäude in der Schweiz, welche zwischen 1850 und 1920 errichtet wurden, untersucht. Historisch wertvolle Bauten und Denkmäler stellen ein wesentliches Element unseres Kulturgutes und Stadtbildes dar. Dazu zählen besonders Fenster, die die äussere Gestalt des Gebäudes wesentlich prägen. Vorliegende Arbeit befasst sich mit der Sanierung historischer Fenster in historisch wertvollen Wohngebäuden. Es werden die bauphysikalischen Eigenschaften historischer Fenster untersucht und Sanierungsvarianten für die energetische Verbesserung der Fenster unter Berücksichtigung denkmalpflegerischer Aspekte entwickelt. In einem ersten Schritt wird hierfür der Gebäudebestand der Schweiz analysiert, um eine Übersicht über die Anzahl der Gebäude aus dem Zeitraum zu bekommen (Kapitel 2). Im Folgenden werden Konstruktionsarten historischer Fenster näher beschrieben und definiert (Kapitel 3). Die Arbeit widmet sich primär den nicht denkmalgeschützten Gebäuden, dennoch sollten die Grundsätze der Denkmalpflege in der Schweiz bei einer Sanierung beachtet werden. Deshalb werden die Grundsätze der Denkmalpflege auf historische Fenster angewendet (Kapitel 4). Anschliessend wird der Wärmeschutz der Bestandsfenster untersucht (Kapitel 5). Im Weiteren werden mögliche Massnahmen hinsichtlich einer energetischen Verbesserung der Fenster erläutert (Kapitel 6). Darauf aufbauend wird ein Berechnungswerkzeug auf der Basis des Programms Microsoft Access zur Berechnung von Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern, sogenannten U w -Werten entwickelt, mit dem der Planer den Wärmeschutz der bestehenden und sanierten Fenstern ermitteln kann (Kapitel 7). Das Berechnungswerkzeug beinhaltet drei Sanierungsvarianten für ein Einfachfenster sowie vier Sanierungsvarianten für ein Kastenfenster. Ergänzend dazu werden typische Bauteilanschlüsse erfasst (Kapitel 8) und eine detaillierte Wärmebrückenberechnung relevanter Fensterdetails in Anlehnung an die Sanierungsvarianten des Berechnungstools durchgeführt (Kapitel 9). Anhand eines typischen Gebäudes aus der Zeit zwischen wird das Energiesparpotential der Fenster verdeutlicht und anderen Energiesparmassnahmen, wie Austausch der Heizungsanlage sowie Dämmung der Kellerdecke am Haus gegenüber gestellt (Kapitel 10). Im letzten Kapitel des vorliegenden Berichts wird eine Kostenschätzung auf Basis der in den einzelnen Sanierungsvarianten anfallenden Arbeitsschritte erstellt (Kapitel 11).

7 7 / GEBÄUDEBESTAND Die meisten der Gebäude in der Schweiz aus dem betrachteten Zeitraum von 1850 bis 1920 werden als Wohngebäude genutzt. Wie in Abbildung 1 dargestellt, werden diese unterschieden in reine Wohngebäude, Wohngebäude mit Nebennutzung und Gebäude mit teilweiser Wohnnutzung. Die Grafik wurde auf Grundlage von Datenerhebungen des Bundesamtes für Statistik erstellt (vgl. Abbildung 2). Vorliegende Arbeit konzentriert sich auf Wohngebäude, da sie den grössten Anteil der Gebäude dieser Zeitperiode darstellen und bei dieser Nutzung aufgrund von Komfortansprüchen die höchsten Raumlufttemperaturen und somit das grösste Energieeinsparpotential aufweisen. Abbildung 1: Art der Wohngebäude aus der Bauperiode vor 1919 (Quelle: Bundesamt für Statistik, 2011 [42]). Zahlen vom Jahr 2009 Gebäude mit Wohnnutzung Total Wohngebäude Gebäude mit Total Reine Wohngebäude Wohngebäude mit teilweiser Wohnnutzung T otal Einfamilien- Mehrfamilien- Nebennutzung häuser häuser T otal 1'623'016 1'543'091 1'347' ' ' '782 79'925 Nach Bauperiode Vor 1919 erbaut 349' ' ' '814 88'724 96'848 30'780 Abbildung 2: Auszug einer Erhebung im Jahr 2009 des Bundesamts für Statistik über Gebäude nach Kategorie, Bauperiode und Geschosszahl [42].

8 8 / 172 Die Kantone weisen eine unterschiedliche Anzahl an Gebäuden aus der Zeit von 1850 bis 1920 auf. Im Kanton Bern gefolgt vom Kanton Zürich befinden sich am meisten Gebäude, die vor 1919 erbaut wurden. Darüber hinaus ist auch der Anteil der denkmalgeschützten Gebäude in den Kantonen sehr unterschiedlich. Durch Befragungen der zuständigen Denkmalpflegeämter konnten für einige Kantone genaue Zahlen hinsichtlich der geschützten Gebäude ermittelt werden (vgl. Tabelle 1). Grundsätzlich ist der Anteil der unter Schutz gestellten Gebäude gering im Vergleich zum Gesamtgebäudebestand. Bezogen auf die Anzahl der Gebäude, die bis 1919 errichtet wurden, liegt der Anteil der denkmalgeschützten Gebäude für den Kanton Bern bei 68 % und für den Kanton Uri bei 50 %. In Tabelle 1 ist die Anzahl der Gebäude mit Wohnnutzung in den 26 Kantonen aufgeführt. Die Gebäude, welche bis 1919 errichtet wurden, werden dem aktuellen Gebäudebestand des Jahres 2009 gegenübergestellt. Tabelle 1: Anzahl der Gebäude mit Wohnnutzung erbaut bis 1919 im Vergleich zum Gebäudebestand von 2009 der einzelnen Kantone. Anzahl der geschützten Gebäude (Quellen: Bundesamt für Statistik [42], Befragung der Denkmalpflegeämter der Kantone). Kantone Gebäude vor 1919 Geschützte Gebäude Gebäude bis 2009 Nidwalden NW Appenzell-Innerrhoden AI Uri UR Zug ZG Obwalden OW Schaffhausen SH Schwys SZ Glarus GL Basel Stadt BS Jura JU Appenzell-Ausserrhoden AR Genf GE Basel Landaschaft BL Solothurn SO Neuchatel NE Luzern LU Tessin TI Freiburg FR Thurgau TG Wallis VS Graubünden GR Aargau AG St.Gallen SG Waadt VD Zürich ZH Bern BE Schweiz

9 9 / 172 In Abbildung 3 ist die Aufteilung der Wohngebäude, die bis 1919 erstellt wurden, grafisch dargestellt. Erwartungsgemäss ist der Bestand an Wohnbauten in den Kantonen mit grossen Städten am grössten: Die Kantone Bern (BE) und Zürich (ZH) besitzen die höchste Anzahl an bis 1919 erbauten Wohnhäusern, gefolgt von Waadt (VD) und St. Gallen (SG). Abbildung 3: Anzahl aller Mehrfamilienhäuser, die vor 1919 gebaut wurden gemäss [42].

10 10 / Kategorisierung der Gebäude in der Denkmalpflege Obwohl in vorliegender Arbeit keine unter Denkmalschutz stehenden Gebäude und damit Fenster behandelt werden, können die Grundsätze und die Systematisierung denkmalgeschützter Gebäude auch zur Beurteilung historisch wertvoller Gebäude angewandt werden. Meist ergibt sich die Schutzwürdigkeit des Fensters nicht nur aus der Ausführung des Fensters sondern auch durch die Beurteilung des Fensters im Kontext der Umgebung, sprich der Fassade des Gebäudes. Alle Änderungen an einem Gebäude oder Gebäudeteil, welches in dem jeweiligen Kanton als Denkmal angesehen wird, bedürfen der Zustimmung des kantonalen Denkmalamtes. Die Bezeichnung der unter Denkmalschutz stehenden Gebäude ist kantonal geregelt und unterscheidet sich. Somit ergeben sich 26 kantonal unterschiedliche Verfahren und Begriffsdefinitionen. Zur Einordnung historisch wertvoller Gebäude werden zum Teil unterschiedliche Begrifflichkeiten verwendet. In Tabelle 2 sind die Schutzbegriffe für einige der Kantone aufgeführt. Tabelle 2: Schutzbegriffe der Denkmalpflege zur Einordnung historisch erhaltenswerter Bauten einiger Kantone. Kantone Nidwalden Begriffe NW schutzwürdiges Objekt Uri UR Schutzobjekt Zug ZG - schützenswerte Baudenkmäler - geschützte Baudenkmäler Obwalden OW - denkmalgeschützt - nicht denkmalgeschützt Schaffhausen SH - Schutzobjekt/Inventarobjekt - kommunale/kantonale Schutzobjekte Schwyz SZ - schützenswerte Bauten - geschützte Bauten Appenzell-Ausserrhoden AR Schutzobjekte/Kulturobjekte Basel Landaschaft BL kommunal/kantonal zu schützender Bau Luzern LU - schützenswert - erhaltenswert Freiburg FR - geschützt, - nicht geschützt Thurgau TG erhaltenswerte Objekte Aargau AG - schützenswert - erhaltenswert Zürich ZH schützenswert Bern BE - schützenswert - erhaltenswert Ziel des Schweizer Heimatschutzes ist es unter anderem, dass möglichst alle Gemeinden der Schweiz ihre historisch wertvollen Bauten inventarisieren und gemäss den kantonalen Vorgaben in die verschiedenen Kategorien einordnen. Im Kanton Bern liegt seit 2009 flächendeckend für alle Gemeinden das Inventar vor. Da für das Bauinventar der Stadt Bern genauere Werte bekannt sind, soll hierauf detaillierter eingegangen werden. In der Stadt Bern wird zwischen erhaltenswerten, schützenswerten und beachtenswerten Gebäuden unterschieden. Dabei ist das schützenswerte Gebäude dem erhaltenswerten Gebäude übergeordnet, somit fällt es in die höchste Schutzkategorie.

11 11 / 172 Bei einem schützenswerten Gebäude dürfen weder die inneren noch die äusseren Bauteile erneuert werden. Bei einem erhaltenswerten Gebäude ist ein Abbruch zulässig, wenn eine Erhaltung unzumutbar ist. Dafür muss jedoch ein ebenbürtiger Ersatz geschaffen werden, der in seiner gestalterischen Form dem Original entspricht. Das beachtenswerte Gebäude besitzt den geringsten denkmalpflegerischen Wert. Die Gesamtzahl der im Zeitraum von erbauten Gebäude in Bern liegt bei Aus Tabelle 3 geht hervor, dass 71% dieser Gebäude im Bauinventar aufgenommen und damit als historisch wertvoll betrachtet werden. Mit diesem Wert liegt die Stadt Bern weit über dem Durchschnitt im Vergleich zu anderen Schweizer Städten. Tabelle 3: Einteilung der Gebäude der Stadt Bern aus der Zeit von in die Kategorien schützenswert, erhaltenswert und beachtenswert [45]. Anzahl aller gebauten Gebäude im Zeitraum von Anzahl der schützenswerten Gebäude (Stand 2011) 1003 Anzahl der erhaltenswerten Gebäude (Stand 2011) 1261 Anzahl der beachtenswerten Gebäude (Stand 2011) 671 In Abbildung 4 ist ein Beispiel für die höchste Schutzkategorie denkmalgeschütztes Gebäude aufgeführt. Gut zu erkennen ist die aufwendig gearbeitete Fassade und die Sprossenfenster. Ob es sich bei den Fenstern um die Originalfenster handelt, ist nicht bekannt. Abbildung 5 zeigt ein Gebäude der zweithöchsten Schutzkategorie der Stadt Bern. Deutlich zu erkennen im Vergleich zu Abbildung 4 ist, dass die Fassade einfacher gestaltet ist. Es sind auch keine Sprossenfenster vorhanden. Abbildung 4: Beispiel eines schützenswerten Gebäudes der Stadt Bern in der Alpenegstrasse 5, Baujahr 1891 [45].

12 12 / 172 Abbildung 5: Beispiel eines erhaltenswerten Gebäudes der Stadt Bern in der Bantigerstrasse 32, Baujahr 1917 [45]. Abbildung 6 zeigt ein Gebäude der niedrigsten Schutzkategorie der Denkmalpflege in der Stadt Bern. Dennoch sind bei dem Gebäude selbst sowie auch bei den Fenstern denkmalpflegerische Vorgaben zu beachten. Abbildung 6: Beispiel eines beachtenswerten Gebäudes in der Stadt Bern in der Enghaldenstrasse 199, Baujahr 1919 [45].

13 13 / Fassadengestaltung historischer Gebäude Historische Gebäude unterscheiden sich durch ihre Bauweise und Fassadengestaltung erheblich. Für die energetische Betrachtung eines Gebäudes spielt insbesondere die Fassade eine bedeutende Rolle. Von der Konstruktion der Fassade hängt ab, ob das Gebäude mit Aussenwärmedämmung ertüchtigt werden kann oder nicht. Oft ist die Strassenseite aufgrund ihrer zahlreichen Zierelemente aussen nicht mit Wärmedämmung zu ertüchtigen. Die Hofseite jedoch schon. Die Strassenfassade diente in der Regel zu repräsentativen Zwecken und war daher viel stärker verziert. Zwar ist eine Ertüchtigung mit Aussendämmung möglich, jedoch besteht die Gefahr dass die Originalproportionen der Verzierungen verloren gehen. Abbildung 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines erhaltenswerten Gebäudes der Stadt Thun im Kanton Bern, das der mittleren Schutzkategorie entspricht. Bei diesem Gebäude wurden verschiedenste Sanierungsmassnahmen angewendet, die auch eine Sanierung der Fenster einschlossen. Es wurde ein Umbau für eine neue Lukarne vorgenommen, Blumenmotive auf der Fassade konnten freigelegt werden, die Veranda wurde durch fehlende Bauteile ergänzt und kaputte Bauteile wurden ausgetauscht. Dieses Gebäude gewann 2011 den Denkmalpflegepreis des Kantons Bern, für eine behutsam durchgeführte Aussenrenovierung. Zu erkennen ist das historische Fenster, welches in den Proportionen höher als breiter gebaut wurde. Auch der Kämpfer im oberen Fensterteil ist klar zu erkennen. Dieses Fenster ist von der Form her identisch mit dem Referenzfenster, welches als Grundlage für die Sanierungsvarianten im Kapitel 7 festgelegt wurde. Wichtige Fachbegriffe bezüglich der Fensterkonstruktion sind in Kapitel 3 in Abbildung 8 erläutert.

14 14 / 172 Abbildung 7: Beispiel eines erhaltenswerten Gebäudes mit aufwendiger Fassade im Riedquartier der Stadt Thun aus dem Baujahr Restaurierung im Jahr 2006 [31].

15 15 / HISTORISCH WERTVOLLE FENSTER Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird ein Fenster als historisches bezeichnet, wenn es im Zeitraum von gebaut worden ist. Unter einem historisch wertvollen Fenster wird ein Fenster verstanden, welches nicht zwingend unter Denkmalschutz stehen muss. Dennoch kann das Fenster aufgrund seiner visuellen Wirkung auf die Hausfassade und das Stadtbild, von entscheidender Bedeutung sein und somit als historisch wertvoll angesehen werden. Ein historisches Fenster muss weder schön noch in einem guten Zustand sein, um als historisch bezeichnet werden zu können. Der Wert eines historischen Fensters muss auch nicht immer auf den ersten Blick sichtbar sein. Die Art als auch die Grösse des Fensters gibt über die früheren Bewohner Auskunft. In den Zeiten, in denen es noch eine Fenstersteuer gab, konnten sich weniger bemittelte Familien nur kleine Fenster leisten. Die besser wärmedämmenden zweischaligen Kastenfenster wurden meistens nur in den sogenannten besseren Wohnhäusern eingebaut und dann überwiegend auf der repräsentativen Strassenseite. Auf der weniger frequentierten Hofseite wurde gespart und meistens nur einfachverglaste Fenster eingebaut. In Abbildung 8 werden die Konstruktionselemente der Fensterumgebung eines historischen Fensters und seine Bestandteile dargestellt. In dieser Abbildung sind zudem die Bezeichnungen der Konstruktionselemente zusammengestellt. Abbildung 8: Fachbegriffe und Bezeichnungen zu historischen Fenstern.

16 16 / Konstruktionsarten historischer Fenster Im Zeitraum von kommen hauptsächlich drei Hauptgruppen von Konstruktionen historischer Fenster vor: Einfachfenster, Kastenfenster und Verbundfenster, wie nachfolgend beschrieben ist. Abbildung 9 zeigt ein Einfachfenster. Dieses bietet den geringsten Wärmeschutz und kann als Ausgangsvariante für die anderen Konstruktionen angesehen werden. Abbildung 9: Prinzipskizze eines Einfachfensters aus der Zeit von (entnommen aus [1]). Das Einfachfenster kann durch eine Aufdoppelung zu einem Doppelfenster wärmetechnisch verbessert werden (vgl. Abbildung 10). Unter einer Aufdoppelung wird eine zweite Fensterebene verstanden, die auf das Bestandsfenster entweder innen oder aussen aufgeschraubt wird. Die Aufdoppelungen bilden eine Untergruppe der Verbundfenster, welche auch als Doppelfenster bezeichnet werden. Abbildung 10: Prinzipskizze eines innenseitig aufgedoppelten Fensters aus der Zeit von (entnommen aus [1]). In Abbildung 11 ist ein Kastenfenster gezeigt, das aus zwei Einfachfenstern besteht. Der Unterschied vom Kastenfenster zur Aufdoppelung ist der vergrösserte Abstand zwischen den zwei Einfachverglasungen und ein rundumlaufendes Futterbrett, welches die zwei Fensterebenen miteinander verbindet. Abbildung 11: Prinzipskizze eines Kastenfensters aus der Zeit von (entnommen aus [1]). Eine Untergruppe der Kastenfenster ist das Vorfenster (vgl. Abbildung 12). Als Vorfenster wird ein zweites Einfachfenster bezeichnet. Das Vorfenster ist im Vergleich zum Kastenfenster nicht mit der inneren Fensterebene verbunden und kann sowohl nach innen als nach aussen aufgehen. Das Vorfenster bietet einen vergleichbaren Wärmeschutz wie das Kastenfenster. Die Bezeichnung Vorfenster

17 17 / 172 ergibt sich aus der Position, da sie immer vor dem Einfachfenster, meistens aussen, eingesetzt werden. Diese Fenster werden auch Winterfenster genannt, da sie im Winter als zusätzlicher Wärmeschutz eingehängt wurden. In Sonderfällen können Vorfenster auch auf der Innenseite vorkommen, man spricht dann von einem Innenvorfenster. Abbildung 12: Prinzipskizze eines Vorfensters (Winterfensters) aus der Zeit von (entnommen aus [1]). Nachfolgend werden die verschiedenen Fensterkonstruktionen näher erläutert Einfachfenster Einfachfenster bestehen aus einem Blend- und einem Flügelrahmen und sind mit einer Glasscheibe ausgestattet. Dieser Fenstertyp ist meistens nur noch in Räumen, wie Treppenhäusern, Schulfluren und Foyers vorhanden, in denen der Komfort eine untergeordnete Rolle spielt. Das Einfachfenster besitzt einen Wärmedurchgangskoeffizienten (U w -Wert) im Bereich von 5.0 bis 6.0 W/(m 2 K) Vorfenster (Winterfenster) Unter einem Vorfenster versteht man ein Einfachfenster das vor dem Hauptfenster angebracht worden ist. Es handelt sich um eine nicht permanente Konstruktion. Das Vorfenster bietet Schutz durch eine zusätzliche neue Fensterebene und kann den Wärmeschutz im Vergleich zum Einfachfenster fast verdoppeln. Das Vorfenster wurde historisch betrachtet nur im Winter eingehängt. Daher kommt auch der Name Winterfenster. Vorfenster können sowohl nach aussen als auch nach innen geöffnet werden. Abbildung 13: Beispiel eines Fensters von 1866 (Langenargen Kavalierhaus zu Schloss Montfort). Ergänzung der Einfachverglasung mit einem aussenliegenden Vorfenster (entnommen aus [24]).

18 18 / 172 In einem weiteren Entwicklungsschritt wurde das Winterfenster mit dem innen liegenden Fenster dauerhaft verbunden. Dadurch entstand das Kastenfenster [10]. Abbildung 13 zeigt die Aussen- und die Innenansicht, sowie einen Vertikal- und Horizontalschnitt eines Fensters mit Vorfenster Innenvorfenster Das Innenvorfenster ist eine Sonderform des Vorfensters und wurde meistens dann eingebaut, wenn in der Mauerleibung auf der Aussenseite nicht genug Platz vorhanden war, um ein Vorfenster einzuhängen. Beim Innenvorfenster handelt es sich genau wie beim Vorfenster um eine nicht permanente Konstruktion. Das Innenvorfenster wird im Sommer ausgehängt. In Abbildung 14 ist der Horizontal- und Vertikalschnitt durch ein Fenster mit einem Innenvorfenster dargestellt. Abbildung 14: Beispiel eines Fensters von 1866 (Langenargen Kavalierhaus zu Schloss Montfort). Ergänzung der Einfachverglasung zum Kastenfenster mit Innenvorfenster. Es wurde ein seitliches Leibungsbrett eingefügt (entnommen aus [24]) Kastenfenster Kastenfenster sind der am häufigsten vorkommende Fenstertyp im Zeitraum von Ein Kastenfenster besteht aus einem Aussen- und einem Innenfenster. Diese beiden Fenster sind zu einem sogenannten,,kastenfenster mit einem Futterbrett verbunden. Unter dem Futterbrett versteht man ein Holzbrett, dass die äussere und die innere Rahmenkonstruktion verbindet. Der Abstand der durch das Futterbrett entsteht, liegt zwischen 10 cm und 20 cm und dient als wärmedämmende Luftschicht. Für den Wärmeschutz des Fensters spielt der Abstand zwischen den zwei Fensterebenen nur eine untergeordnete Rolle. Beim Kastenfenster ist der innere Fensterflügel immer grösser als der äussere. Der Grund hierfür ist, dass beide Fensterflügel nach innen geöffnet werden können. Aufgrund der fehlenden Falzdichtungen sind Kastenfenster luftdurchlässiger als moderne Fenster Im Vergleich zum äusseren Vorfenster, bei dem das wertvolle Fenster das Innenfenster darstellt und das Vorfenster nur als Schutz des innenliegenden Fenster fungiert, ist das Kastenfenster beidseitig gleichermassen wertvoll. Beim Kastenfenster können sowohl auf dem strassenseitig sichtbaren Rahmen als auch auf dem vom Innenraum sichtbaren Rahmen, Verzierungen in Form von kunstvollen

19 19 / 172 Profilen, vorhanden sein. Die Authentizität eines Kastenfensters entsteht vor allem durch seinen doppelten Aufbau und der damit einhergehenden plastischen Wirkung. Die harmonische Eingliederung eines Kastenfensters in das Fassadenbild, spricht in jedem Fall für eine Erhaltung [10]. Kastenfenster sind besonders im städtischen Bereich zu finden, wo sie durch ihren doppelten Aufbau schallschutztechnische, als auch bauphysikalische Vorteile bieten. Insbesondere bei stark befahrenen Strassen, gelangt durch den zweischaligen Aufbau weniger Lärm in den Innenraum. Bei unsanierten Kastenfenstern liegt das bewertete Schalldämm-Mass bei R w = (29 bis 31) db. Bei sanierten Kastenfenstern kann ein Wert bis zu R w = 39 db erreicht werden [25]. Durch den höheren Wärmeschutz des Kastenfensters, wird die Gefahr des Tauwasseranfalls auf den raumseitigen Oberflächen und somit die Gefahr einer Schimmelbildung reduziert. Das auftretende Tauwasser im Zwischenraum kann durch die konstruktionsbedingte Undichtigkeit des Kastens rasch wieder abtrocknen. Dies funktioniert aber nur dann, wenn die äussere Fensterebene nicht luftdicht abgeschlossen ist. Kastenfenster wurden hauptsächlich in den aufwendig gebauten Wohnhäusern eingebaut. Meistens erfolgte der Einbau jedoch nur auf derjenigen Fassadenseite, die einen repräsentativen Charakter hatte. Hofseitig wurde die vereinfachte Version, Vorfenster (Winterfenster) mit separatem Innenfester oder ein Einfachfenster eingebaut. Eine besonders intelligente Nutzung der Hölzer ist beim Kastenfenster zu finden. Wetterseitig wurde hochwertiges Eichenholz verwendet. Raumseitig wird das Fenster aus dem feuchtigkeitsempfindlicheren Nadelholz gefertigt. Aus Kostengründen wurden später nur noch die extrem beanspruchten Bauteile, wie Wetterschenkel und Sprossen, aus Eichenholz gefertigt [10]. Der Futterkasten verbindet die innere und die äussere Fensterebene mittels einer Brettkonstruktion zu einer Einheit. Beim Kastenfenster gibt es sehr unterschiedliche Ausführungen, die sich zusätzlich durch verschiedene Einbaulagen unterscheiden. Um ein Aufeinanderschlagen des äusseren Fensterflügels auf den inneren Fensterflügel zu verhindern, sind sogenannte Abstandhalter vorhanden [10] Verbundfenster/Doppelfenster Verbundfenster bestehen aus zwei Einfachfenstern. Die zwei Flügel mit den Einfachverglasungen sind aneinander befestigt. Das Verbundfenster wurde bereits um 1880 entwickelt. Die Verbreitung dieses Fenstertyps erfolgte hauptsächlich aber erst ab 1920 [10]. Dieser Zeitraum liegt ausserhalb der betrachteten Zeitepoche der Arbeit. Der Nachteil der Verbundfenster liegt bei dem zeitweise auftretenden Kondensat im Zwischenraum und dem erhöhten Reinigungsaufwand der inneren Scheiben. 3.2 Wechselwirkung zwischen Fenstern und Fassade Fenster spiegeln die Vergangenheit und sind eine Dokumentation für die Nachwelt. Sie nehmen nicht nur einen wichtigen Platz in unserer Umgebung ein, sondern sind auch massgeblich an der Gesamterscheinung der Gebäude beteiligt. Fenster prägen also entscheidend das Aussehen eines Gebäudes. Abbildung 15 demonstriert die unterschiedliche Wirkung von historischen Fenstern in Abhängigkeit von ihrer Einteilung, bzw. von ihrem Sprossenbild.

20 20 / 172 Abbildung 15: Wirkung verschiedener Sprosseneinteilungen nach [26]. Die Auswirkung, die eine Veränderung des Fensters für die Gesamterscheinung an einem Gebäude hat, zeigt Abbildung 16. Hier wird an einer Doppelhaushälfte aus Biel, die nicht unter Denkmalschutz steht gezeigt, dass sich ein völlig neues Erscheinungsbild des Hauses ergibt, wenn unterschiedliche Sprossenfenster eingebaut werden. Abbildung 16: Veränderung des Erscheinungsbildes eines Gebäudes in Abhängigkeit von der Einfügung neuer Sprossenaufteilungen.

21 21 / 172 In Abbildung 17 wurde der jetzige Zustand des in Abbildung 16 aufgezeigten Gebäudes fotografiert. In den zwei Haushälften sind sechs unterschiedliche Fenster eingebaut. Diese unterscheiden sich nochmals in ihrer Grösse. Durch so viele unterschiedliche Fenstergrössen wird das Erscheinungsbild des Gebäudes sehr unruhig. Dieser Effekt wird durch die unterschiedlichen Klappladen- und Rollladenkonstruktionen verstärkt. Darüber hinaus kann das Alter des Gebäudes nicht mehr an den Fensterkonstruktionen abgelesen werden. Abbildung 17: Mehrfamilienhaus in Biel, Oberer Quai - Ecke Bubenbergstrasse, mit unterschiedlichen Konstruktionsarten von Fenstern, Klappläden und Rollläden.

22 22 / DENKMALPFLEGERISCHE VORGABEN Diese Arbeit behandelt keine denkmalgeschützten Fenster. Um jedoch eine richtige Vorgehensweise für die Behandlung historisch wertvoller Fenster bei der Sanierung zu finden, sollen die Grundsätze der Denkmalpflege in der Schweiz auch auf diese angewandt werden. Aus diesem Grund wird versucht, die Leitsätze der Denkmalpflege auf historisch wertvolle Fenster anzuwenden. Die Leitsätze der Denkmalpflege in der Schweiz wurden in diversen Veröffentlichungen formuliert [6] [7] [8]. 4.1 Grundsätze der Denkmalpflege angewandt auf historische Fenster Historische Fenster sind ein Abbild der Vergangenheit und zeugen von der handwerklichen Kunst, die damals vorhanden war. Daher ist dafür Sorge zu tragen, dass das Fenster als Erinnerungsträger für die Gesellschaft von der Gesellschaft erhalten bleibt. Oft ist die Qualität eines historischen Fensters nicht auf den ersten Blick zu erkennen. Hier wird die Komplexität der denkmalpflegerischen Komponente deutlich. Sie soll vor voreiligen Fehlentscheidungen bewahren kaputte Teile sofort auszutauschen. Ein Grundgedanke der Denkmalpflege ist es, möglichst alle Bestandteile und Materialien eines Bauteils zu erhalten. Nur so kann dessen Vielschichtigkeit in ihrer ganzen Bandbreite erfasst werden. Der Wert eines historisch wertvollen Fensters wird durch verschiedene Faktoren gebildet. Auch die beste Nachbildung eines solchen Fensters kann nicht die kulturelle, die historische, die handwerkliche oder die künstlerische Bedeutung ersetzen. Jedoch definiert nicht nur das Fenster allein dessen Wert, sondern dieser entsteht auch im Zusammenspiel mit der Fensterumgebung. Dabei muss die Fassade, die Wirkung des Fensters zum Innensowie Aussenraum zusammen passen und möglichst mit den anschliessenden Nachbargebäuden eine Einheit bilden. Ein Fenster allein, im nicht eingebauten Zustand, kann als solches nur schwer beurteilt werden, da das Gesamtbild fehlt. Zum Gesamtbild gehören unter anderem die original verwandten Materialien. Die verwendeten Materialien historischer Fenster machen sie zu einem Spiegel der Zeit, in der sie gebaut wurden. Dadurch werden nicht nur die handwerklichen Fähigkeiten und Techniken der Handwerker ablesbar, sondern auch das Alter, durch das das Fenster seine Authentizität gewinnt. Die Bedeutung eines wertvollen historischen Fensters kann sich sowohl auf den Innen- als auch auf den Aussenraum beziehen. Ist es in Einzelfällen erforderlich, das Fenster zu erneuern, sollte zumindest eine genaue Dokumentation des historischen Fensters erfolgen. Hierbei sollte eine entsprechende Fachstelle hinzugezogen werden. Eine Fensternutzung aus denkmalpflegerischer Sicht erfolgt nicht nur ökologisch sondern auch städtebaulich, landschaftsprägend, museal und ideell. Ein allgemeiner Grundsatz ist, dass eine schonende Benutzung, respektive Pflege besser ist als eine Renovierung. Solange die Sanierung eines Fensters noch nicht festgelegt ist, sollte das Fenster zumindest vor einem weiteren Verfall geschützt werden. Historisch wertvolle Fenster zu erhalten ist eine komplexe Angelegenheit. Durch die Überlagerung der verschiedensten Disziplinen - wie Bauphysik, Baustatik, Konservierung, Restaurierung und Denkmalspflege - müssen Fachleute so früh wie möglich zusammenarbeiten. Die Denkmalpflege hegt den Wunsch, das Fenster so ursprünglich wie möglich zu belassen. Je geringer eine Veränderung ausfällt, desto authentischer bleibt das Originalfenster. Am geeignetsten aus Sicht der Denkmalpflege sind Massnahmen, die es ermöglichen, das historische Fenster immer wieder in den Originalzustand zurückführen zu können. Gut geeignet sind beispielsweise Holzpassstücke, die jeglichem Eingriff mit Anstrichen, Verkittungen oder Zweikomponenten Reparaturspachtel vorzuziehen sind. Bei der Reparatur sind grundsätzlich alle Massnahmen auf das Notwendigste zu beschränken [10].

23 23 / 172 Schönheit ist in der Denkmalpflege ein relativer Begriff und kann von einem Laien oft nur schwer beurteilt werden. Bei einer Sanierung aus Sicht der Denkmalpflege, geht es nicht in erster Linie darum, eine formal ansprechende Sanierung zu machen, sondern auch Risse, natürliche Verwitterung und kleine Beschädigungen zu erhalten und zu zeigen. Dadurch kann die Authentizität gewahrt werden. Dafür sind handwerklich erprobte und traditionelle Techniken, neuen Methoden vorzuziehen. Für extrem wertvolle Objekte kann nach der Sanierung ein sogenannter Pflegeplan erstellt werden. Vor jeder Sanierung ist abzuklären, ob das Gebäude unter Denkmalschutz steht oder nicht. Sollte dies der Fall sein, so muss die kantonale Denkmalpflege hinzugezogen werden. Sollten die gesetzlichen Anforderungen der Denkmalpflege mit den energetischen Anforderungen nicht vereinbar sein, so muss ein Antrag auf Ausnahmebewilligung bei der zuständigen Behörde gestellt werden [8]. Steht das Gebäude nicht unter Denkmalschutz, so kann der Bauherr grundsätzlich frei entscheiden, wie er seine Fenster sanieren möchte. Trotzdem sind die Fenster als historische Zeitzeugen zu betrachten und sollten nicht unüberlegt verändert werden. Im Fall einer Sanierung legen Eigentümer und Bauherren den energetischen Standard fest, auf welchen das Gebäude gebracht werden soll. Die Denkmalpflege der kommunalen oder kantonalen Fachstelle wird hinzugezogen. Der Wärmeschutz der zu sanierenden Bauteile wird nach den einschlägigen Wärmeschutznormen SIA 180 [35] und SIA 380/1 [36] mittels Energieanalyse überprüft. Auf dieser Grundlage wird ein energetisches Verbesserungskonzept entwickelt, dass auf den eingangs festgelegten energetischen Standard abgestimmt ist. Historische Fenster entsprechen in der Regel nicht dem aktuellen Stand der Technik. Dies gilt auch für ihre wärmeschutztechnischen Eigenschaften. Ziel der Sanierung ist daher ein Kompromiss zwischen maximaler Erhaltung der Substanz und die weitest gehende Herstellung des Standes der Technik. Gegebenenfalls sind Ausnahmegenehmigungen zu erwirken. Die Massnahmen für die Sanierung historischer Fenster können wie folgt zusammengefasst werden: Historische Fenster sind zu erhalten, um ein Zeugnis der Baukultur zu bewahren. Es sind so viele originale Materialien wie möglich zu erhalten, um die Authentizität des Fensters zu gewährleisten. Die Aufteilung, Proportion, die Konstruktion der Fenster ist zu erhalten. Bei Änderungen am historischen Fenster sind jene Massnahmen, die reversibel sind, Massnahmen, die nicht reversibel sind, vorzuziehen. Ziel ist es, das historische Fenster möglichst immer wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückführen zu können. Historische Fenster sollten gut gepflegt und schonend behandelt werden, da eine Pflege besser ist als jede Renovation. Können historische Fenster nicht erhalten werden, sollten sie zumindest sorgfältig dokumentiert werden. Denkmalpflegerisches Ziel ist die materielle Substanzsicherung, verbunden mit Wiederherstellung der Funktionalität.

24 24 / WÄRMESCHUTZ HISTORISCHER FENSTER Um das Energieeinsparpotential der Sanierung eines historischen Fensters abschätzen zu können, muss zunächst der Wärmeschutz des Bestandfensters berechnet werden. 5.1 Einfachfenster Der Wärmeschutz eines Einfachfensters wird durch den Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters, den U w -Wert gekennzeichnet. Der Wärmedurchgangskoeffizient eines einscheibenverglasten Fensters berechnet sich nach DIN EN ISO : [4] gemäß folgender Formel: U w A g Dabei bezeichnet U g A f A f U f A g l g U f den Wärmedurchgangskoeffizienten des Rahmens A f der Flächenanteil des Rahmens U g den Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasung A g die Fläche des Glases g den der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient infolge des kombinierten wärmetechnischen Einflusses von Glas, Abstandhalter und Rahmen l g die äußere Gesamtumfangslänge der Verglasung Verglasung Historische Fenster sind in der Regel nur einfachverglast mit einer Scheibendicke von 3 mm bis 4 mm. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Verglasung U g berechnet sich nach DIN EN ISO : [4] durch nachfolgende Gleichung. g U g R Se 1 d j j j R Si Dabei bezeichnet R se außenseitigen Wärmeübergangswiderstand R si raumseitigen Wärmeübergangswiderstand d j die Dicke des Glases λ j die Wärmeleitfähigkeit von Glas oder der Beschichtung j Nach [4] sind bei Fenstern mit typischen Emissionsgraden ( 0,8) der raumseitigen und außenseitigen Glasoberflächen für vertikale Verglasungen die Wärmeübergangswiderstände Rse = 0.04 m 2 K/W und Rsi = 0.13 m 2 K/W zu verwenden. Ausgehend von einer Wärmeleitfähigkeit für Kalknatronglas von λ j = 1.0 W/mK berechnet sich der Wärmedurchgangskoeffizient einer 4 mm dicken Einfachverglasung zu U g = 5,7 W/(m²K) Rahmen Die Rahmen von historischen Fenstern bestehen in der Regel aus Holz. Für Holzrahmen gibt DIN EN ISO : einen Wärmedurchgangskoeffizienten U f in Abhängigkeit der Rahmendicke gemäss Anhang D, Abbildung D.3 an. Abbildung 18 zeigt einen Auszug der Norm.

25 25 / 172 Abbildung 18: Wärmedurchgangskoeffizient U f des Rahmens in Abhängigkeit der Rahmendicke nach DIN EN ISO : [4]. Die Definition der Rahmendicke d f für verschiedene Fenstersysteme ist in unten stehendem Auszug der DIN EN ISO : aufgeführt (Abbildung 19). Abbildung 19: Definition der Rahmendicke d f für verschiedene Fenstersysteme nach DIN EN ISO : [4].

26 26 / 172 Die Rahmendicke d f wird als arithmetisches Mittel aus der Dicke des Flügelrahmens d 1 und des Blendrahmens d 2 beziehungsweise der Summe d j der Dicken der Blendrahmen nach unten stehenden Gleichungen berechnet. d f d f d 1 d 2 2 d 1 j 2 2 d j Um den in DIN EN ISO : beschriebenen Zusammenhang zwischen dem Wärmedurchgangskoeffizienten U f des Rahmens und der Rahmendicke d f für historische Holzrahmen zu überprüfen, wurden Wärmebrückenberechnungen mit der Software Flixo durchgeführt. Hierzu wird zunächst ein typischer Rahmenquerschnitt eines historischen Fensterrahmens ausgewählt. Sodann wird die Dicke des Flügelrahmens die Dicke des Blendrahmens und die Dicke von Blend- und Flügelrahmen gemeinsam variiert. Die verschiedenen untersuchten Rahmenprofile sind in Abbildung 20 aufgeführt. Für jede Variation der Rahmendicke wird eine Wärmebrückenberechnung durchgeführt, mit welcher der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens U f berechnet wird.

27 27 / 172 Abbildung 20: Übersicht der verschiedenen Rahmenprofile zur Untersuchung der Abhängigkeit der Wärmedurchgangskoeffizienten U f der Rahmen von den Rahmendicken. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in einem Diagramm in Abbildung 21 zusammengestellt. Dieses Diagramm fasst die Abhängigkeit des Wärmedurchgangskoeffizienten U f des Rahmens von der Rahmendicke des Flügelrahmens, des Blendrahmens und der mittleren Rahmendicke beider Rahmen zusammen und vergleicht diese mit den Werten für die Wärmedurchgangskoeffizienten der Rahmen, U f aus der Norm EN ISO In Kapitel 7 wird ein Berechnungswerkzeug zur Abschätzung des Wärmeverlusts von Fenstern beschrieben, welches im Rahmen vorliegender Forschungsarbeit entwickelt wurde. Für dieses werden die Werte der türkisen Kurve in Abbildung 21 verwendet.

28 28 / 172 Abbildung 21: Berechnungen des Wärmedurchgangskoeffizienten U f des Rahmens in W/(m 2 K) in Abhängigkeit von der Änderung der Dicke des Flügelrahmens (blaue Kurve), des Blendrahmens (rote Kurve), der mittleren Dicke beider Rahmen (grüne Kurve). Die violette Kurve stellt die Kurve der EN ISO [4] dar. Die Werte der türkisen Kurve werden in ein Berechnungswerkzeug übernommen. 5.2 Kastenfenster Der Wärmedurchgangskoeffizient von Kastenfenster, U w wird gemäß EN ISO [4] nach folgender Formel berechnet: U w 1 U w,1 R Si 1 R s R Se 1 U w,2 Hierbei bezeichnet U w1 den Wärmedurchgangskoeffizienten des inneren Fensters U w2 den Wärmedurchgangskoeffizienten des äusseren Fensters R Si den inneren Wärmeübergangskoeffizienten R Se den äusseren Wärmeübergangskoeffizienten R S den Wärmedurchlasswiderstand der Luftschicht zwischen den Fenstern Der Scheibenzwischenraum für Verbund- und Kastenfenster wird mit einem Wärmedurchlasswiderstand R s = m 2 K/W berücksichtigt.

29 29 / SANIERUNG HISTORISCHER FENSTER Eine Sanierung historischer Fenster ist ein Zusammenspiel von Bauphysik, Architektur, Fensterbau und Denkmalpflege. Die Sanierung historischer Fenster muss einen Kompromiss zwischen den Anforderungen dieser vier Bereiche darstellen. 6.1 Anforderungen an ein Fenster Kein anderes Bauteil muss so viele Anforderungen erfüllen wie das Fenster. Das Fenster muss belichten, belüften, Sicherheit geben, Kontakt ermöglichen, vor Regen schützen, die Fassade gestalten, den Raum gliedern, Raumwärme halten, leicht zu reinigen und zu bedienen sein. Mit Abbildung 22 soll aufgezeigt werden, wie vielfältig die Anforderungen an ein Fenster sind. Diese Arbeit konzentriert sich vor allem auf die Aspekte der Denkmalpflege und des Wärmeschutzes. Abbildung 22: Zusammenstellung der Anforderungen an ein Fenster(in Anlehnung an [10]). 6.2 Gesamtkonzept einer Sanierung Ausserdem muss eine Fenstersanierung immer im Kontext der Sanierung des gesamten Gebäudes betrachtet werden. Nur durch eine massgeschneiderte Sanierungslösung für ein spezielles Gebäude kann ein optimaler Kompromiss zwischen der weitest gehenden Erhaltung der historischen Substanz und der maximalen Energieeinsparung gefunden werden. Schließlich muss die energetische Sanierung der Fenster im Kontext der energetischen Sanierung der gesamten wärmeübertragenden Gebäudehülle gesehen werden. Bei Häuserzeilen in der Altstadt stellen die Fassadenflächen oft nur einen geringen Flächenanteil an der gesamten wärmeübertragenden Fläche des Gebäudes dar. Darum kann über die Fenster- und Wandflächen nur eine geringe Energieeinsparung erzielt werden wie im Vergleich zu einer Verbesserung des Wärmeschutzes des Daches und der Keller- und Erdgeschossdecke erzielt werden kann. In dieser Situation können Sanierungsvarianten der Fenster mit geringer Verbesserung des Wärmeschutzes aber Erhaltung der historischen Substanz vertretbar sein. 6.3 Dokumentation und Schadenskartierung Je nach Pflege und Beanspruchung sind historische Fenster in einem mehr oder weniger guten Zustand. Daher schafft eine Bestandsaufnahme die Grundlage für eine angepasste Sanierung. Zunächst ist dabei der Zustand des Fensters festzustellen. Abbildung 23 zeigt ein grafisch ansprechendes Beispiel einer Schadenskartierung der Konstruktionselemente eines Fensters nach [24]. Jedem Schaden wird eine eigene Farbe zugeordnet, um eine Übersicht zu bekommen, was an dem

30 30 / 172 jeweiligen Rahmen defekt ist. Auf Grundlage der Schadenskartierung kann dann ein Restaurierungsplan ausgearbeitet werden, wie in Abbildung 24 dargestellt ist. Abbildung 23: Schadenskartierung der Konstruktionselemente eines Fensters (entnommen aus [24] ).

31 31 / 172 Abbildung 24: Restaurierungsplan zur Instandsetzung der Konstruktionselemente eines Fensters (entnommen aus [24]).

32 32 / 172 Müssen aufwendigere Reparaturarbeiten an mehreren Fenstern durchgeführt werden, so kann die Erstellung eines Werkplanes eine grosse Hilfe sein. Abbildung 25 zeigt ein Beispiel eines historischen Werkplans. Aussenansicht Innenansicht Abbildung 25: Beispiel eines historischen Werkplanes. Quelle:[30]. 6.4 Energetische Verbesserungsmassnahmen historischer Fenster Um den Wärmeschutz historischer Fenster zu verbessern, können entweder Konstruktionselemente der Fenster, wie z. B. die Verglasung durch neue mit einem verbesserten Wärmeschutz ersetzt werden. Alternativ dazu können auch zusätzliche Fensterebenen zur Erhöhung des Wärmeschutzes eingebaut werden. Das Bestandsfenster kann durch folgende Massnahmen wärmetechnisch verbessert werden: Austausch der Verglasung durch Einbau einer zusätzlichen Fensterebene oder durch Einbau von Dichtungen Austausch der Verglasung Die Verglasung nimmt die grösste Fläche eines Fensters ein. Daher kann durch den Austausch der Verglasung das grösste Bauelement des Fensters energetisch verbessert werden. Historische Fenster sind mit Einfachverglasungen ausgestattet. Der Wärmedurchgangskoeffizient einer Einfachverglasung beträgt ungefähr U g = 5,7 W/(m²K) wie in Abschnitt erläutert.

33 33 / 172 Wärmedurchgangskoeffizienten von Doppelisolierverglasungen ohne Beschichtung der Glasscheiben mit Luft im Scheibenzwischenraum erreichen Wärmedurchgangskoeffizienten von U g = 2,8 bis 3 W/(m²K). Durch das Aufbringen von dünnen Metalloxidschichten, die den Emissionsgrad der Scheiben und damit den Wärmetransport durch Wärmestrahlung reduzieren, und das Einfüllen des Edelgases Argon im Scheibenzwischenraum kann der Wärmedurchgangskoeffizient von Doppelisoliergläsern bis auf U g = 1,0 W/(m²K) reduziert werden. Mit Dreifachisolierverglasungen mit Edelgasfüllungen können Wärmedurchgangskoeffizienten bis zu U g = 0,7 W/(m²K) erzielt werden. Abbildung 26 gibt einen Überblick über die möglichen Verglasungsarten der drei Hauptgruppen historischer Fenster: Einfachfenster, Kastenfenster und Verbundfenster. Abbildung 26: Mögliche Verglasungsarten von historischen Fenstern Ersatz und Einbau zusätzlicher Verglasungen Die bestehenden Einfachverglasungen können zunächst durch moderne Einfachgläser ersetzt werden. Der Ersatz des historischen Einfachglases durch ein Floatglas verbessert den Wärmeschutz der Verglasung dabei nicht. Hier ist zu beachten, dass historisches Glas oft eine wellige und keine glatte Oberfläche aufweist. Beim historischen Glas kann es auch vorkommen, dass Teile des Glases trüb oder milchig sind und dass vereinzelt Glasschlieren auftreten können. Dies ist aus denkmalpflegerischer Sicht wertvoll und möglichst zu erhalten. Ist das Originalglas noch vorhanden, sollte es möglichst bestehen bleiben. Abbildung 27 zeigt Prinzipskizzen verschiedener Glasarten, die für eine energetische Sanierung angewandt werden können.

34 34 / 172 Abbildung 27: Systemskizzen unterschiedlicher historischer und sanierter Glasarten Die unterschiedliche Wirkung historischer und industriell hergestellter Verglasungen in einer Fassade zeigt Abbildung 28 am Beispiel eines Gebäudes der Luzerner Altstadt. Abbildung 28: Verwendung unterschiedlicher Gläser an einem Gebäude der Luzerner Altstadt. Um die historische Glasoptik zu bewahren, werden auch Isolierverglasungen angeboten, die einseitig mit einem mundgeblasenen Glas in Kombination mit Floatglas hergestellt werden [44].So kann eine Verbesserung des Wärmeschutzes unter Bewahrung der historischen Optik erzielt werden. Eine Ansicht dieser Kombination aus mundgeblasenem Glas und Floatglas gibt Abbildung 29.

35 35 / 172 Abbildung 29: Kombination aus Isolierverglasung und mundgeblasenem Glas: Aussenansicht eines Fensters mit einer mundgeblasenen Isolierverglasung. Unten Detail des Randverbunds der Isolierverglasung (gemäss [44]. Wird das historische Einfachglas durch ein Einfachglas mit einer Metalloxidbeschichtung ersetzt, so resultiert hieraus nur eine geringfügige Verbesserung des Wärmeschutzes, da der Wärmetransport durch Strahlung reduziert wird. Beim Einbau des Glases in den historischen Rahmen kann die Metalloxidbeschichtung leicht beschädigt werden. Es können auch zusätzliche Verglasungen zur Verbesserung des Wärmeschutzes des Fensters eingebaut werden. Bei historischen Fenstern muss dabei auf das zusätzliche Gewicht geachtet werden, das durch den Einbau zusätzlicher Fensterscheiben in die Konstruktion eingebracht wird. Insbesondere muss sichergestellt werden, dass die höheren Kräfte, welche auf die Rahmenecken und auf die Beschläge wirken, auf Dauer schadensfrei aufgenommen werden können. Eine Möglichkeit dieses Problem zu entschärfen, kann eine Glasverklebung sein. Hierbei wird das Glas direkt in den Holzrahmen eingeklebt, wodurch die Eckverbindungen des Rahmens statisch entlastet werden können. Durch die zusätzliche Glasscheibe wird eine handgemachte Zweifachisolierverglasung hergestellt. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass der Glaszwischenraum zwischen der zusätzlichen Glasscheibe und der Bestandsscheibe in der Regel nicht dauerhaft luftdicht hergestellt werden kann, da der Glasrandverbund zwischen den beiden Scheiben fehlt. Darüber hinaus ist auch kein Trocknungsmittel in diesem Glaszwischenraum vorhanden. In der Folge kann es einerseits zu Kondensatausfall und andererseits zu einer Verschmutzung des Glaszwischenraums kommen. Werden beschichtete Gläser eingebaut, so ist das Glas so einzubauen, dass die Beschichtung zum Glaszwischenraum hin orientiert ist, um sie vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. In Abbildung 30 sind die Sanierungsvarianten für den Austausch und den Einbau zusätzlicher Gläser, schematisch dargestellt. Die gestrichelte rote Linie symbolisiert ein Glas mit geringem Emissionsgrad, zur Verringerung der Wärmeabstrahlung der Glasscheibe. Die einzelnen Varianten unterscheiden sich durch die Lage der Gläser am Rahmen, die Lage und Anzahl der Beschichtungen, den Abstand der Gläser und die Ergänzung neuer Rahmenteile. Die rot markierten Teile zeigen eine Rahmen- und eine Futterbrettergänzung an.

36 36 / 172 Float-Float LE-Float Float-LE LE-LE Float-ZS-Float Float-ZS-Float ZS-Float-Float Float-Float-ZS LE-ZS-LE LE ZS-Float IV-Float Float-IV IV-IV Float Float-AD Float-WSG Vorfenster wird Kastenfenster Abbildung 30: Schematische Darstellung verschiedener energetischer Verbesserungsmassnahmen bei Kastenfenstern durch Austausch oder zusätzlichem Einbau von Glasscheiben. (LE =Low Emission, gestrichelte rote Linie ), (IV= Isolierverglasung), (ZS = Zusatzscheibe), (AD=Aufdoppelung), (WSG=Wärmeschutzglas) Vorsetzen einer raumseitigen Glasscheibe Hierbei wird auf der Raumseite des Fensterflügels eine Glasscheibe aufgeschraubt. Dadurch können vorhandene Sprossen überdeckt werden (vgl. Abbildung 31). Um Kondensat im Lufthohlraum zwischen der Glasscheibe und dem Fensterrahmen zu vermeiden, muss eine umlaufende Dichtung zwischen der Glasscheibe und dem Rahmen eingebaut werden. Diese Lippendichtung ist je nach Blickwinkel mehr oder weniger optisch auffällig.

37 37 / 172 Abbildung 31: Raumseitiger Einbau einer Glasscheibe (entnommen aus [10]) Ersatz der Einfachverglasung durch eine Mehrfachisolierverglasung Bei dieser Sanierungsvariante wird die Einfachverglasung durch eine Zweifach- oder Dreifachisolierverglasung ersetzt. Für den Einbau einer Isolierverglasung muss eine ausreichende Profiltiefe des Flügelrahmens vorhanden sein, damit die neue Glasscheibe aufgenommen werden kann. Es ist auch zu prüfen, ob der Fensterrahmen ausreichend stabil ist, damit das höhere Gewicht der zusätzlichen Glasscheibe schadensfrei aufgenommen werden kann Einbau einer Aufdoppelung Ist die Profiltiefe nicht ausreichend für den Einbau zusätzlicher Verglasungen, so kann ein zweiter Flügelrahmen auf den bestehenden Rahmen aufgesetzt werden. Dies wird als Aufdoppelung bezeichnet Sanierung der Fensterrahmen Holzrahmen eignen sich am besten, um ein historisches Fenster zu ersetzen oder zu erneuern, da dasselbe Material zum Einsatz kommt, welches in den historischen Rahmen verwendet wurde. Darüber hinaus können die Profilierungen und Formen der historischen Fenstersubstanz detailgetreu nachgebaut werden. Ein Nachteil liegt in dem erhöhten Pflegeaufwand für Holzfensterrahmen. Vor der Fenstersanierung muss der Holzrahmen auf Schäden kontrolliert werden. Danach ist zu entscheiden, ob der Rahmen genügend Substanz aufweist, um eine Sanierung durchführen zu können. Beschädigte Teilstücke können durch speziell angefertigte Rahmenpassstücke repariert werden. Holzreparaturspachtel können ebenfalls eingesetzt werden, sind jedoch aus Sicht der Denkmalpflege nicht optimal, da diese Maßnahme nicht reversibel ist. Wie eine solche Rahmenreparatur aussehen kann zeigt Abbildung 32. Hier wurde ein Zweikomponenten-Holzreparaturspachtel eingesetzt.

38 38 / 172 Abbildung 32: Reparatur eines Holzrahmens mit Zweikomponenten Holzreparaturspachtel (entnommen aus [10]). Die Rahmen historischer Fenster sind sehr vielfältig geformt. Daher wird hier auf eine Detailanalyse der unterschiedlichen Rahmenausführungen und Querschnitte verzichtet. Eckverbindungen historische Fenster wurden bis ca nicht verleimt und nur mit einem Holznagel gesichert, wodurch die Reparatur erleichtert wird. Die Schäden an historischen Holzfensterrahmen können nach [10] auf unterschiedliche Art und Weise repariert werden: Verwitterte äussere Fensterflügel: Reparatur mit Holzpassstück/ Zweikomponenten Reparaturspachtel Zerstörte Fensterbeschichtungen: Abbeizen, Streichen, Schleifen Holzschädigungen: Reparatur mit Holzpassstück/ Zweikomponenten Reparaturspachtel Schwundrisse und Holzzerstörung hauptsächlich an den Wetterschenkeln: Reparatur mit Holzpassstück/ Zweikomponenten Reparaturspachtel, Ersatz durch neuen Wetterschenkel Ausgebrochene Holzstücke: Reparatur mit Holzpassstück/ Zweikomponenten Reparaturspachtel Verzogene Flügel: Formkorrektur eines verzogenen Fensterflügels mit Keilen Kaputte oder fehlende Beschläge: Ersatz oder Reparatur der beschädigten Beschläge Zerstörung des Holzes unterhalb des Futterkastens: Ersatz der zerstörten Holzteile Funktionsstörungen wegen unsachgemässen Farbauftrags: Entfernung der überschüssigen Farbe Beschläge Reparatur Bei den historischen Beschlägen muss geprüft werden, ob diese das neue Gewicht durch zusätzliche Glasscheiben/Fensterrahmen aufnehmen können. Dies ist bei filigranen Beschlägen oft nicht der Fall. Wenn möglich sind die Originalbeschläge zu verwenden. Beschläge, die am historischen Fenster bereits ausgetauscht wurden und dem historischen Originalbeschlag nicht entsprechen, können ausgetauscht werden. Korrodierte Beschläge werden gereinigt und gängig gemacht.

39 39 / Leinölkittauswechselung Brüchige Kittfasen können herausgefräst oder durch eine spezielle wärmeabgebende Lampe,,aufgeweicht. werden Die neue Kittfase ist möglichst auch mit Leinölkitt auszuführen, da sie einem historischen Fenster mehr entspricht, als ein modernes Abdichtungsmaterial. Die fertige Leinölkittfuge wird überstrichen. Bei fachgerechter Ausführung kann die Fuge mehrere Jahrzehnte überdauern Sprossen Sprossen sind ein wesentliches Gestaltungselement beim historischen Fenster. Eine Übersicht der unterschiedlichen Sprossenausbildungen gibt Abbildung 33. Eine Änderung der Sprossenaufteilung oder der Lage der Sprossen verändert das optische Erscheinungsbild des Fensters. Wird die Sprosse beispielsweise zwischen den Glasscheiben gesetzt, so geht die plastische Wirkung einer aussenliegenden Sprosse verloren. Dies sollte bei einer Sanierung berücksichtigt werden. Abbildung 33: Unterschiede von Sprossen und deren Wirkung entnommen aus [28]. Das beste optische Ergebnis beim Nachbau historischer Fenster wird mit glasteilenden Sprossen erreicht. Diese Konstruktionsart ist aber mit einem vergleichsweise hohen Arbeitsaufwand für die Herstellung der Sprossen verbunden. Glasteilende Sprossen vergrössern auch die Abwicklungslänge des Glasrandverbundes. Bei Mehrfachisolierverglasungen stellt der Glasrandverbund eine Wärmebrücke dar. Deshalb wirkt sich die Zunahme der Abwicklungslänge des Glasrandverbundes nachteilig auf den Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters, den U w -Wert aus. Bei der Sanierung eines Kastenfensters, kann eine Wertung getroffen werden, welche Fensterebene aus historischer Sicht als wichtiger erachtet wird. In den meisten Fällen wird das Innenfenster ausgetauscht und ohne Sprossen gefertigt. Somit bleibt das Fenster von aussen betrachtet in seiner ursprünglichen Form. Sprossen sollten nur dann ausgebildet werden, wo sie am ursprünglichen Fenster bereits vorhanden waren. Sonst entsteht durch die Sprossenfenster ein historisch falsches Bild, welches nicht dem Original entspricht Alternative Rahmenkonstruktion Kunststofffensterrahmen: Bei der Sanierung historischer Fenster ist es schwierig, mit Kunststoffrahmen eine befriedigende Lösung zu erreichen, da sowohl die Haptik, als auch die feine Profilierung des originalen Fensterrahmens nicht erreicht werden kann. Profilierungen werden entweder gar nicht oder nur vereinfacht ausgebildet. Dies führt zu einem Verlust der räumlichen Tiefenwirkung des Fensterrahmens. Holz-Aluminiumfensterrahmen Auf der Wetterseite wird das wetterbeständige Material Aluminium verwendet, auf der Innenseite Holz. Somit geht die Haptik des Holzfensters im Innenraum nicht verloren und auf der Wetterseite entfällt der Wartungsanteil für den Holzrahmen. Allerdings wird das Aussehen der Aussenseite der Fenster stark verändert.

40 40 / 172 Ein Vorteil der Holz-Aluminium-Fensterrahmen ist die vielfältige Farbpalette. Somit kann eine Anpassung des Fensterrahmenfarbtons an die Fassade erfolgen. Ein Nachteil ist der höhere Preis dieser Verbundkonstruktion. Da aber durch die Kunststoff- und Aluminiumrahmen Aussehen und Materialität gegenüber dem historischen Fenster stark verändert wird, werden diese Rahmenkonstruktionen nur in Ausnahmefällen bei der Sanierung historischer Fenster eingesetzt. 6.5 Luftdichtheit von Fenstern In der Regel verfügen historische Fenster über keine Dichtungen zwischen dem Flügel- und dem Blendrahmen. Daher sind historische Fenster luftdurchlässiger als moderne Fenster mit Dichtungen. Luftdurchlässigkeitsmessungen an Fenstern mit Winterfenster ohne Rahmendichtungen ergeben Fugendurchlasskoeffizienten mit werten im Bereich von a = 5 m³/(m h dapa 2/3 ) bis a = 7 m³/(m h dapa 2/3 ). Diese hohe Luftdurchlässigkeit der Fenster verursacht einen erhöhten Energieverbrauch in Form von Lüftungswärmeverlusten. Ausserdem kommt es an den Fenstern im Winter zu Zuglufterscheinungen und somit zu Behaglichkeitsstörungen. Daher ist bei der Sanierung historischer Fenster darauf zu achten, dass durch den Einbau von Dichtungen die Luftdichtheit der Fenster erhöht wird. Durch den Einbau einer Rahmendichtung im inneren Fenster kann der Fugendurchlasskoeffizient auf a = 1,5 m³/(m h dapa 2/3 ) reduziert werden. Die Erhöhung der Luftdichtheit der Fenster verbessert darüber hinaus auch die Schalldämmung historischer Fenster und damit den Schallschutz gegen Aussenlärm Fugen, Anschlüsse, Dichtungen Sind zwei Fensterebenen wie z. B. beim Kastenfenster, vorhanden, so ist die innere Fensterebene dichter als die äussere Fensterebene auszubilden. Hierdurch wird der Zustrom feuchtwarmer Raumluft in den Zwischenraum zwischen den Fenstern reduziert. Durch die äussere Fensterebene ist aber ein Luftaustausch zwischen dem Zwischenraum und der trockenen Aussenluft weiterhin möglich. Wird eine Dichtung in das Bestandsfenster eingebaut, so ist auf ihre korrekte Lage im Rahmen zu achten. Die Dichtung sollte zwischen Blend- und Flügelrahmen möglichst raumseitig und nicht aussenseitig angeordnet werden, um Tauwasserausfall in der Fuge zu verhindern Für den Einbau der Dichtung muss der Blend- oder der Flügelrahmen eingefräst werden. Abbildung 34 zeigt die Lage der Dichtung in der Fuge und verschiedene Dichtungssystem für den nachträglichen Einbau. Abbildung 34: Lage der Dichtung im Rahmen. Die Dichtung sollte nach Möglichkeit raumseitig angeordnet werden, um Tauwasserausfall in der Fuge zu vermeiden. Verschiedene Ausführungen der Silikonschlauchdichtung.

41 U w -Wert in W/m 2 K 41 / BERECHNUNGSWERKZEUG FÜR DEN WÄRMEVERLUST VON FENSTERN Es wurde ein Berechnungswerkzeug entwickelt, um sowohl die Wärmedurchgangskoeffizienten der Bestandsfenster sowie der sanierten Fenster einfach berechnen zu können. Damit kann das Energieeinsparpotential der jeweiligen Sanierungsvariante ermittelt werden. Das Berechnungswerkzeug wurde in Microsoft Access 2007 [48] erstellt und basiert auf den Berechnungsverfahren der Normen EN ISO :2006 [4] und EN ISO :2003 [5]. Die Ergebnisse des Berechnungswerkzeugs für die Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster wurden mit detaillierten Wärmebrückenberechnungen verglichen. Alle Wärmebrückenberechnungen wurden mit der Software Flixo [46] durchgeführt. Tabelle 4 vergleicht die Werte für die Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster, U w aus der Wärmebrückenberechnung und aus der Berechnung mit dem Berechnungswerkzeug. Es zeigt sich, dass die Werte innerhalb der üblichen Rundungsgrenzen von 0.1 W/(m²K) übereinstimmen. Die untersuchten Varianten der Einfachfenster werden mit E1 bis E3, die Varianten für die Kastenfenster mit K1 bis K4 bezeichnet. Damit Kastenfenster nach innen geöffnet werden können, muss das Innenfenster schmälere Rahmen haben als das äussere Fenster. Hieraus resultieren unterschiedliche Glas- und Fensterrahmenanteile der beiden Fenster. Für das Berechnungswerkzeug wurde eine Vereinfachung der Fenstergeometrie vorgenommen. Es wurde für alle Fenster mit zwei Fensterebenen für das äussere und das innere Fenster mit den gleichen Fenstergrössen, Rahmenflächenanteilen und Glasflächenanteilen gerechnet. Um zu überprüfen, wie sich diese Vereinfachung auf den Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters auswirkt, wurden weitere Wärmbrückenberechnungen durchgeführt. Hierbei wurde zunächst für die Einfachfenster untersucht, wie die Änderung der Flächenanteile von Glas und Rahmen den Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters beeinflusst. In einem zweiten Schritt wurde dann die Auswirkung auf den Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters von Kastenfenstern berechnet. Durch die geometrische Vereinfachung ändern sich die Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster um weniger als 0,1 W/(m²K). Damit kann diese Vereinfachung ohne wesentliche Veränderungen der Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster verwendet werden Tabelle 4 und das Diagramm in Abbildung 35 zeigen den Vergleich der Wärmedurchgangskoeffizienten U w der Fenster, berechnet mit dem Berechnungswerkzeug und mit dem Wärmebrückenprogramm EF E1 E2 E3 KF K1 K2 K3 K4 Berechnung mit gleichgrossem Innen/Aussenfenster (Flixo) Berechnung mit vergrössertem Innenfenster (Flixo) Berechnung mit Berechnungswerkzeug (MS Access) Abbildung 35: Vergleich der Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster, berechnet mit Wärmebrückenberechnungen für verschieden grosse Flügelrahmen (Rot) und Flügelrahmen gleicher Geometrie (Blau) und den Ergebnissen für die Wärmedurchgangkoeffizienten des Berechnungswerkzeug (Grün).

42 42 / 172 Tabelle 4: Vergleich der Werte der Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster, Uw, berechnet mit dem Berechnungswerkzeug und mit dem Wärmebrückenprogramm Flixo [46]. Darüber hinaus werden auch die Werte für verschiedene Fensterflügelgeometrien des inneren Einfachfensters verglichen. Rahmenaussenmasse: 1.2 / 1.7 m Berechnung von gleich grossem Innen-/ Aussenfenster (Flixo) Berechnung mit vergrössertem Innenfenster (Flixo) Berchnungswerkzeug (MS Access) Sanierungsvarianten: U w [W/m 2 K] Glasanteil [%] U f [W/m 2 K] U w [W/m 2 K] Glasanteil [%] U f [W/m 2 K] U w [W/m 2 K] EF Einfachfenster - unsaniert E1 E2 E3 Einfachfenster mit neuem Vorfenster aussen Einfachfenster mit neuer Isolierverglasung, alter Rahmen Einfachfenster mit neuer Aufdopplung innenseitig Sanierungsvarianten: U w [W/m 2 K] Glasanteil [%] U f [W/m 2 K] U w [W/m 2 K] Glasanteil [%] U f [W/m 2 K] U w [W/m 2 K] KF Kastenfenster - unsaniert K1 K2 K3 K4 Kastenfenster mit neuem Isolierglasfenster innen Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen, alter Rahmen Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen/ aussen, alter Rahmen Kastenfenster mit neuer Aufdopplung kastenseitig Um das Energieeinsparpotential einer Sanierungsmassnahme abschätzen zu können, muss zunächst der Wärmedurchgangskoeffizient des Bestandsfensters berechnet werden. Als Bestandsfenster stehen entweder ein Einfachfenster oder ein Kastenfenster zur Verfügung. Anschliessend können mit dem Berechnungswerkzeug für insgesamt sieben unterschiedliche Sanierungsvarianten die Wärmedurchgangskoeffizienten des sanierten Fensters berechnet werden. Aus der Differenz der Wärmedurchgangskoeffizienten des Bestandsfensters und des sanierten Fensters ergibt sich das Energieeinsparpotential der jeweiligen Sanierungsmaßnahme. 7.1 Übersicht der berechneten Varianten Im Folgenden werden zwei unsanierte Varianten, Einfachfenster und Kastenfenster und insgesamt sieben unterschiedliche Sanierungsvarianten berechnet. Die ausgewählten Sanierungsvorschläge wurden anhand einer Literaturrecherche ausgewählt. Die zwei unsanierten Varianten Einfachfenster und Kastenfenster ergeben sich aus der Bestandsaufnahme historischer Fenster aus der Zeitperiode zwischen Für die Berechnungen der Wärmedurchgangskoeffizienten wurden die nachfolgend aufgeführten Normen verwendet. EN ISO , Wärmetechnisches Verhalten von Fenster, Türen und Anschlüssen, - Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten -, Ausgabe Dezember 2006 [4]

43 43 / 172 DIN EN ISO : Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen - Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten - Teil 2: Numerisches Verfahren für Rahmen, Ausgabe Dezember 2003 [5] SIA 180, Wärme- und Feuchteschutz im Hochbau, Ausgabe 1999 [35] Alle Varianten haben dieselben Rahmen-, Glas- und Fensterflächen und Rahmengeometrien, damit eine Vergleichbarkeit der Sanierungsvarianten untereinander, gewährleistet ist. Diese Geometrien sind in Abbildung 36 und Abbildung 37 dargestellt. Abbildung 36: Geometrie des Innen- und Aussenfensters für die Wärmebrückenberechnung. Abbildung 37: Rahmengeometrien des Innen- und Aussenfensters für die Wärmebrückenberechnung.

44 44 / 172 Die sieben berechneten Sanierungsvarianten sind identisch mit den Sanierungsvarianten, des in Microsoft Access erstellten Berechnungswerkzeuges, welches Bestanteil dieser Arbeit ist. Im Rahmen der Wärmebrückenberechnung (Kapitel 9) sowie der Kostenschätzung (Kapitels 11) wird ebenso auf die Varianten Bezug genommen. Die Fenstergrösse ergibt sich aus der Tatsache dass die historischen Fenster immer höher als breiter sind. Die typische Fenstergrösse wurde mit 1.2 m Breite und 1.7 m Höhe angenommen. Bei den Fensterdetails wird davon ausgegangen, dass die unterschiedlichen Bautypen wie Kastenfenster, Einfachverglasung, Doppelfenster und Verbundfenster innerhalb der Schweiz mehr oder weniger baugleich sind. Es ist jedoch anzunehmen, dass durch traditionelle und klimatische Unterschiede geringfüge Änderungen in der Dekorationsfülle und der Profilgestaltung vorhanden sind. Diese kleinen Abweichungen sind jedoch für eine energetische Betrachtung zu vernachlässigen. Aus diesem Grund wurde für die Berechnung nur ein Referenzprofilquerschnitt gerechnet. Durch diese Vereinfachung wird auch die Vergleichbarkeit zwischen den einzelnen Sanierungsvarianten erleichtert. In Tabelle 5 ist eine Übersicht der berechneten Sanierungsvarianten und der zwei unsanierten Ausgangssituationen für das Einfach- und das Kastenfenster abgebildet. Die ermittelten U w -Werte reichen von 0.93 W/m 2 K bis zu 4.5 W/m 2 K. Tabelle 5: Übersicht aller vorgeschlagenen Sanierungsvarianten und der unsanierten Ausgangssituation. U w in W/m 2 K Sanierungsvarianten: Scheibenanzahl U w in W/m 2 K 4.50 unsaniert Einfachfenster mit neuem Vorfenster aussen Einfachfenster mit neuer Isolierverglasung, alter Rahmen Einfachfenster mit neuer Aufdoppelung innenseitig U w in W/m 2 K Sanierungsvarianten: U w in W/m 2 K 2.26 unsaniert Kastenfenster mit neuem Isolierglasfenster innen Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen, alter Rahmen Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen/aussen, alter Rahmen Kastenfenster mit neuer Aufdoppelung innenseitig

45 45 / Einfachfenster unsaniert Für das unsanierte Einfachfenster werden als Fensterabmessungen 1.70 m Höhe x 1.20 m Breite verwandt. Die Wärmedurchgangskoeffizienten der Rahmen, U f für jede Rahmengeometrie, die in diesem Fenster vorkommt, werden berechnet. Die Rahmengeometrien stellt Abbildung 37 zusammen; die zugehörigen U f -Werte sind in Abbildung 71-Abbildung 73 dargestellt. Mit diesen Annahmen wird der Wärmedurchgangskoeffizient des Fenster zu U w = 4.5 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 38 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung der Wärmedurchgangskoeffizienten befindet sich in Anhang A. Einfachfenster Bestand U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert Glasanteil 4.5 W/m 2 K 62.7 % Abbildung 38: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des unsanierten Einfachfensters.

46 46 / Einfachfenster mit neuem Vorfenster aussen Bei der Sanierungsvariante Ergänzung des Einfachfensters mit einem neuem Vorfenster, wird entweder das alte Vorfenster wieder eingebaut oder eine adäquate Nachbildung angefertigt. Mit diesen Annahmen wird der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters zu U w = 2.2 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 39 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters befindet sich in Abbildung 81-Abbildung 84. Einfachfenster mit neuem Vorfenster aussen: U w -Wert = 2.15 W/m 2 K Innenfenster Vorfenster U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Glasfläche A m 2 g Mittlerer U f Wert W/m 2 K Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert Glasanteil 4.5 W/m 2 K U 4.3 W/m 2 w - Wert K 62.7 % Glasanteil 55.2 % Abbildung 39: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Einfachfenster mit neuem Vorfenster aussen.

47 47 / Einfachfenster mit neuer Isolierverglasung Bei dieser Variante wird das alte Glas durch eine Mehrfach-Isolierverglasung ausgetauscht. Der Rahmen bleibt erhalten. Diese Sanierungsvariante ist nur dann möglich, wenn eine ausreichende Profilstärke des Rahmens vorhanden ist und wenn der Rahmen in einem guten Zustand ist. Für den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zweifachisolierverglasung wird ein Wert von Ug = 1.2 W/(m²K) angesetzt. Der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wird zu Uw = 1.9 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 40 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters findet sich in Abbildung 85. Einfachfenster mit neuer Isolierverglasung, alter Rahmen U-Wert Glas U g 1.2 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 g -Wert Verbund Mittlerer U f Wert 0.07 W/mK W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert Glasanteil 1.9 W/m 2 K 62.7 % Abbildung 40: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Einfachfensters mit neuer Isolierverglasung im alten Rahmen

48 48 / Einfachfenster mit neuer Aufdoppelung innen Hierbei wird der bestehende Fensterstock mit einem zweiten Fensterflügel entweder aussen oder innen aufgedoppelt. Dadurch entsteht ein Fenster mit zwei Scheiben. Bei einer Aufdoppelung muss geprüft werden, ob der alte Rahmen das zusätzliche Gewicht aufnehmen kann. Der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wird zu U w = 2.6 W/(m²K) berechnet. Durch die zusätzliche Scheibe kann der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wiederum auf fast die Hälfte reduziert werden. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 41 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters findet sich in Abbildung 79 und Abbildung 80. Einfachfenster mit neuer Aufdopplung innenseitig U-Wert Glas U g 2.8 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert Glasanteil 2.6 W/m 2 K 62.7 % Abbildung 41: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Einfachfensters mit neuer Aufdoppelung innenseitig.

49 49 / Kastenfenster unsaniert Die Fenster- und Rahmengeometrien für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Kastenfensters stellt Abbildung 37 zusammen; die zugehörigen U f -Werte sind in Abbildung 73 dargestellt. Mit diesen Annahmen wird der Wärmedurchgangskoeffizient des Fenster zu U w = 2.3 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 42 zusammengestellt. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters findet sich in Abbildung 77 und Abbildung 78. Kastenfenster Bestand: U w -Wert = 2.26 W/m 2 K Innenfenster Aussenfenster U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Glasfläche A g m 2 Mittlerer U f Wert W/m 2 K Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert 4.8 W/m 2 K U 4.5 W/m 2 w - Wert K Glasanteil 70.6 % Glasanteil 62.7 % Abbildung 42: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des unsanierten Kastenfensters.

50 50 / Kastenfenster mit neuem Isolierglasfenster innen Bei dieser Variante wird das innere Fenster durch ein neues Fenster mit Mehrfach-Isolierverglasung ausgetauscht. Für den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zweifachisolierverglasung wird ein Wert von U g = 1.1 W/(m²K) angesetzt. Der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wird zu U w = 1.0 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 43 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters finden sich in Abbildung 90 und Abbildung 91. Kastenfenster mit neuem Isolierglasfenster innen: U w -Wert = 1.0 W/m 2 K Innenfenster Aussenfenster U-Wert Glas U g 1.1 W/m 2 K U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Glasfläche A g m 2 g -Wert Verbund W/mK g -Wert Verbund - Mittlerer U f Wert W/m 2 K Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 Rahmenfläche A f m 2 U 1.3 W/m 2 K 4.5 W/m 2 w - Wert U w - Wert K Glasanteil 75.9 % Glasanteil 62.7 % Abbildung 43: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Kastenfensters mit neuem Isolierglasfenster innen.

51 51 / Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen Bei dieser Variante wird die Einfachverglasung durch eine Mehrfach-Isolierverglasung ausgetauscht. Der Rahmen bleibt erhalten. Diese Sanierungsvariante ist nur dann möglich, wenn eine ausreichende Profilstärke des Rahmens vorhanden ist und wenn der Rahmen in einem guten Zustand ist. Für den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zweifachisolierverglasung wird ein Wert von U g = 1.2 W/(m²K) angesetzt. Der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wird zu U w = 1.3 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 44 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters finden sich in Abbildung 86 und Abbildung 87. Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen, alter Rahmen: U w -Wert = 1.29 W/m 2 K Innenfenster Aussenfenster U-Wert Glas U g 1.2 W/m 2 K U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Glasfläche A g m 2 g -Wert Verbund 0.07 W/mK g -Wert Verbund - Mittlerer U f Wert W/m 2 K Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert Glasanteil 1.9 W/m 2 K U 4.5 W/m 2 w - Wert K 70.6 % Glasanteil 62.7 % Abbildung 44: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Kastenfensters mit neuer Isolierverglasung innen und altem Rahmen.

52 52 / Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen und aussen Bei dieser Variante wird die Einfachverglasung des inneren und des äusseren Fensters durch eine Mehrfach-Isolierverglasung ausgetauscht. Der Rahmen bleibt erhalten. Diese Sanierungsvariante ist nur dann möglich, wenn eine ausreichende Profilstärke des Rahmens vorhanden ist und wenn der Rahmen in einem guten Zustand ist. Für den Wärmedurchgangskoeffizienten der Zweifachisolierverglasung wird ein Wert von U g = 1.2 W/(m²K) angesetzt. Der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wird zu U w = 0.9 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 45 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters finden sich in Abbildung 88 und Abbildung 89. Kastenfenster mit neuer Isolierverglasung innen/aussen, alter Rahmen: U w -Wert = 0.93 W/m 2 K Innenfenster Aussenfenster U-Wert Glas U g 1.2 W/m 2 K U-Wert Glas U g 1.2 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Glasfläche A g m 2 g -Wert Verbund 0.07 W/mK g -Wert Verbund 0.07 W/mK Mittlerer U f Wert W/m 2 K Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 Rahmenfläche A f m 2 U w - Wert Glasanteil 1.9 W/m 2 K U 1.9 W/m 2 w - Wert K 70.6 % Glasanteil 62.7 % Abbildung 45: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Kastenfensters mit neuen Isolierverglasungen innen und aussen, sowie alten Rahmen.

53 53 / Kastenfenster mit neuer Aufdoppelung innen Hierbei wird der bestehende Fensterstock mit einem zweiten Fensterflügel innen aufgedoppelt. Dadurch entsteht ein Fenster mit zwei Scheiben. Bei einer Aufdoppelung muss ebenfalls geprüft werden, ob der alte Rahmen das zusätzliche Gewicht aufnehmen kann. Der Wärmedurchgangskoeffizient des sanierten Fensters wird zu U w = 1.6 W/(m²K) berechnet. Alle Eingabedaten wie Glasflächenanteil, Profilgeometrie etc. sind in Abbildung 46 ersichtlich. Die detaillierte Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters findet sich in Abbildung 91 und Abbildung 92. Kastenfenster mit neuer Aufdopplung innenseitig: U w -Wert = 1.63 W/m 2 K Innenfenster Aussenfenster U-Wert Glas U g 2.8 W/m 2 K U-Wert Glas U g 5.7 W/m 2 K Glasfläche A g m 2 Glasfläche A g m 2 Mittlerer U f Wert W/m 2 K Mittlerer U f Wert W/m 2 K Rahmenfläche A f m 2 Rahmenfläche A f m 2 U 2.6 W/m 2 K 4.5 W/m 2 w - Wert U w - Wert K Glasanteil 70.6 % Glasanteil 62.7 % Abbildung 46: Eingangsdaten zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten, U w des Kastenfensters mit neuer Aufdoppelung innen.

54 54 / BAUTEILANSCHLÜSSE DER FENSTER An den Bauteilanschlüssen der Fenster entstehen linienförmige Wärmebrücken, die sowohl bei der Berechnung des Energieeinsparpotentials der Sanierungsmassnahme berücksichtigt, als auch bezüglich des Mindestwärmeschutzes beurteilt werden müssen. Dazu werden in Kapitel 9 Wärmebrückenberechnungen durchgeführt und der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient Ψ, sowie der Oberflächentemperaturfaktor f Rsi berechnet. Um die Bauteilanschlüsse historischer Fenster modellieren zu können, müssen zunächst die typischen Konstruktionen dieser Anschlüsse geklärt werden. 8.1 Bestandsaufnahmen An einem typischen Beispielgebäude aus dem Raum Basel wurden alle relevanten Bauteilanschlüsse ermittelt. In Kapitel 10 werden zudem anhand dieses Referenzgebäudes Energiesparpotentiale verschiedener Sanierungsmassnahmen ermittelt und im Kontext des Gesamtgebäudes auf ihre Wirksamkeit hin beurteilt. Dort ist wird das Referenzgebäude im Detail beschrieben. Die ermittelten Konstruktionen werden mit der SIA Dokumentation D 0107 [34] abgeglichen Referenzgebäude in Basel Die Bauteilanschlüsse sollen an die bei der Bestandsaufnahme des Referenzgebäudes im Baumgartenweg 21 in Basel vorgefundenen Konstruktionen angelehnt werden. Das Gebäude verfügt hauptsächlich über Einfachfenster mit aussenliegendem Vorfenster. Das Aussenfenster und das Innenfenster besitzen jeweils einen Wärmedurchgangskoeffizienten von U w,1,2 = 4.5 W/(m 2 K). Abbildung 47 zeigt das Anschlussdetail an der Brüstung. Das Vorfenster und das Innenfenster werden nach innen geöffnet. Das Gesims ist mit Sandstein ausgeführt. Abbildung 47: Fensteranschlussdetail Brüstung (Einfachfenster mit Vorfenster) im Erdgeschoss des Referenzgebäudes Baumgartenweg 21 in Basel (entnommen aus [13]).

55 55 / 172 In Abbildung 48 ist das seitliche Anschlussdetail an der Leibung dargestellt. Das Fenstergewände wird umlaufend in Sandstein ausgeführt. An der Innenseite wird die Fensterlaibung abgeschrägt. Abbildung 48: Fensteranschlussdetail Laibung (Einfachfenster mit Vorfenster) im Erdgeschoss vom Referenzgebäude Baumgartenweg 21 in Basel (entnommen aus [13]). Im Sturzbereich, der in und Abbildung 53 dargestellt ist, dienen Holzbalken als Auflager für die Decke. Über dem Fenster ist ein Stockwerksgesims in der Ebene der Geschossdecke angeordnet. Abbildung 49: Fensteranschlussdetail Sturz (Einfachfenster mit Vorfenster) im Erdgeschoss vom Referenzgebäude Baumgartenweg 21 in Basel (entnommen aus [13]).

56 56 / SIA Dokumentation D0107 In der SIA Dokumentation D0107 (1993) werden für die Baugruppe vor 1900 sowie von 1900 bis 1925 Anschlussdetails für das Fenster aufgezeigt. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung mit den in der Bestandsaufnahme ermittelten Konstruktionen. In Abbildung 50 bis Abbildung 52 sind die Anschlussdetails dargestellt. Auch hier ist ein umlaufendes Fenstergewände vorhanden. Das Vorfenster wird nach aussen geöffnet. Im Sturz dient ebenfalls ein Holzbalken als Auflager für die Decke. Abbildung 50: Fensteranschlussdetail Brüstung (Einfachfenster mit Vorfenster) [34]. Abbildung 51: Fensteranschlussdetail Laibung (Einfachfenster mit Vorfenster) [34].

57 57 / 172 Abbildung 52: Fensteranschlussdetail Sturz (Einfachfenster mit Vorfenster) [34]. 8.2 Konstruktionen der Fensteranschlüsse Die Konstruktionen des Referenzgebäudes im Baumgartenweg 21, Basel wurden gewählt, da sie als repräsentativ für diese Zeitepoche angesehen werden können. Die Ermittlung des Energieeinsparpotenzials des Referenzgebäudes Baumgartenweg 21 (vgl. Kapitel 10) fand im Rahmen eines derzeit laufenden Forschungsprojekts zur nachhaltigen Erneuerung historisch wertvoller Bauten statt. In diesem wurde eine Bestandsaufnahme für Gebäude, die zwischen 1850 und 1920 erstellt wurden, erarbeitet. In den untersuchten Gebäuden wurden ähnliche Konstruktionen wie im Referenzgebäude vorgefunden. Für die Bauteilanschlüsse im Rahmen der Wärmebrückenberechnung werden folgende Konstruktionen verwendet: Mauerwerk als 25 cm dickes Backsteinmauerwerk Bestandsfenster als einfachverglaste Einfach- und Kastenfenster

58 58 / Einfachfenster In Abbildung 53 bis Abbildung 55 sind die Anschlussdetails für das Einfachfenster dargestellt. Abbildung 53: Fensteranschlussdetail Brüstung (Einfachfenster) Abbildung 54: Fensteranschlussdetail Laibung (Einfachfenster) Abbildung 55: Fensteranschlussdetail Sturz (Einfachfenster)

59 8.2.2 Kastenfenster In Abbildung 56 bis Abbildung 58 sind die Anschlussdetails für das Kastenfenster dargestellt. 59 / 172 Abbildung 56: Fensteranschlussdetail Brüstung (Kastenfenster) Abbildung 57: Fensteranschlussdetail Leibung (Kastenfenster) Abbildung 58: Fensteranschlussdetail Sturz (Kastenfenster)

60 60 / WÄRMEBRÜCKENBERECHNUNGEN Die Grundlagen der Wärmebrückenberechnungen und die Ergebnisse für die zusätzlichen Wärmeverluste der linienförmigen Wärmebrücken an den Bauteilanschlüssen der Fenster und die minimalen, raumseitigen Oberflächentemperaturen in Form der -Werte bzw. der f Rsi -Werte sind im Wärmebrückenkatalog im Anhang B detailliert beschrieben. 10 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENZIAL EINES REFERENZGEBÄUDES Es ist möglich mit energetischen Modernisierungsmassnahmen für Gebäude aus den Jahren eine Endenergiebedarfsreduktion von ca. 60%, bezogen auf den Verbrauch des Bestandsgebäudes zu erzielen. In dem Forschungsvorhaben Nachhaltige Erneuerung historisch wertvoller Gebäude werden historische Wohnbauten betrachtet, die nicht geschützt sind, aber das Stadtbild und die Identität der Stadt massgeblich mitbestimmen. Im Mittelpunkt steht dabei die energetische Modernisierung des historischen Gebäudebestandes vor Das Vorhaben wird in Kooperation zwischen der Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau (BFH-AHB) in Biel - der ETH Zürich (Institut für Denkmalpflege und Bauforschung (IDB) - Institut für Technologie in der Architektur (ITA-Lehrstuhl für Bauphysik) - der EMPA Dübendorf - der EPF Lausanne und der SUPSI Canobio bearbeitet. Das Projekt wird durch das Bundesamt für Energie (BFE) - das Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität (CCEM) und verschiedene Wirtschaftspartner unterstützt. Nachfolgend dargestellte Ergebnisse resultieren aus einer studentischen Arbeit [13] Masterstudenten der Berner Fachhochschule, welches für dieses Forschungsvorhaben erstellt wurde. Dabei werden an einem typischen Beispielgebäude aus dem Raum Basel die Energiesparpotentiale ermittelt und im Kontext des Gesamtgebäudes auf ihre Wirksamkeit hin beurteilt. Verschiedene Massnahmen wie die Verbesserung des energetischen Zustands durch Wärmedämmung, Erneuerung des Heizungssystems, sowie die Modernisierung und Ertüchtigung aller Fenster werden hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit untersucht Beschreibung des Objekts Nachfolgend werden die Eingliederung in den Baubestand, sowie die damalige und heutige Nutzung der Liegenschaft beschrieben Einordnung Das untersuchte Referenzgebäude befindet sich in Basel im Quartier Gundeldingen. Das Quartier Gundeldingen wurde um 1872 gegründet und besitzt heute mit 674 Bauten den grössten Teilbestand aller Quartiere in Basel, erbaut in der Zeit von Dieser Teilbestand lässt sich nach Tabelle 6 mit folgenden Prozentangaben in drei Entstehungsabschnitte einteilen. Tabelle 6: Einteilung des Quartierbestands in drei Entstehungszeiträume( gemäss [11]). Erster Bauboom Zweiter Bauboom Dritter Bauboom % 50% 25% Differenz der Summe zu 100% durch 10% Bauten nach 1945 Es wird deutlich, dass die Hälfte des Quartierbestandes innerhalb von 20 Jahren entstand, mehrheitlich während des Zweiten Baubooms. 95% aller Bauten im Gundeldingen, haben drei bis vier Stockwerke und sind der Klasse Mehrfamilienhäuser (MFH) zuzuordnen. Eines dieser Mehrfamilienhäuser aus dem Jahr 1900 ist als Reihengebäude im Baumgartenweg, Hausnummer 21 situiert und wurde für diesen Beitrag ausgewählt. Die Liegenschaft kann als typischer Vertreter von gut 1400 gleichartigen Gebäuden im Raum Basel angesehen werden. Abbildung 59 zeigt eine photographische Aufnahme und eine Ansicht der Strassenfassade des Objekts..Abbildung 60 zeigt den Erdgeschossgrundriss des Gebäudes und seine Lage in der Häuserzeile.

61 61 / 172 Abbildung 59: Ansicht der Strassenfassade des Referenzgebäudes Baumgartenweg 21, Basel Abbildung 60:Grundriss des Erdgeschosses des Objekts Baumgartenweg 21, Basel (links) Rechts ist die Lage des Grundrisses der Häusertzeile dargestellt

62 62 / Gebäudesubstanz Die Liegenschaft besitzt eine Breite von 8.10 m und eine Länge von 10.5 m über vier bewohnte Stockwerke, welche 12 m Höhe einnehmen vom Sockel bis zur Traufe des Gebäudes. Damit ergibt sich ein bewohntes Volumen von gut 1000 m 3. Die Aussenmauern besitzen im obersten Stock eine Wandstärke von 25 cm und gegen das Erdgeschoss wächst diese aus damaligen statischen Anforderungen heraus gegen 65 cm an. Als Mauermaterial sind Vollbacksteine verarbeitet. Dass keine gelochten Backsteine zu jener Zeit zur Verwendung kamen, darf aufgrund von Recherchen in alten Baubeschrieben angenommen werden. Zwei Aufschlüsse im Keller zeigen, dass mindestens die innen liegenden Kellerwände gemauert sein müssen. Bauten, welche in der Zeit um in Basel erstellt wurden, weisen im Kellergemäuer oft Bruchsteine vom Abbruch der Stadtmauer auf. Für Bauten nach jener Zeit, dürfen grosse harte Kalksandsteinblöcke angenommen werden. Dies zeigte sich aus einem Abbruch einer ähnlichen Liegenschaft aus dem Jahre 1896 im Quartier, an der Bruderholzstrasse 20. Die Holzbalkendecken sind im Grundriss in Längsrichtung (Hofseite gegen Strassenseite) verlegt und werden durch tragende Wände abgefangen. Die Balken lagern in den Aussenwänden, diese Lagerung wurde bei den Deckenbalken des Kellers nicht vorgenommen, jene Balken werden durch eine Holzbalkenrahmenkonstruktion abgefangen. Abbildung 61 zeigt anhand einer Fotografie eines Originalplans den Gebäudeschnitt senkrecht zur Strassenfassade. Abbildung 61: Gebäudeschnitt, Baumgartenweg 21, Basel [13]. Die gelb gestrichelte Linie markiert die Lage der wärmeübertragenden Gebäudehülle.

63 63 / Beschreibung der Fenster Das Gebäude im Baumgartenweg 21 hat unterschiedliche Fenster und Türen. Abbildung 62 zeigt die Ansichten beider Fassaden. Abbildung 62: Fassadenansichten der Fenster- und Türelemente der Hof- (links) und der Strassenfassade (rechts). Die gelb gestrichelte Linie markiert die Lage der wärmeübertragenden Gebäudehülle. Die meisten Fenster der strassenseitigen Fassade bestehen aus einem fest installierten Innenfenster und einem herausnehmbaren Aussenfenster (Position 7 in Abbildung 62). Die Fenster weisen keinen Futterkasten auf. Es handelt sich bei diesen um sogenannte Vorfenster, einem Untertyp des Kastenfensters. Der Zwischenraum des Gesamtfensters die Distanz zwischen den Fensterebenen beträgt jeweils 180 mm, weitere Abmessungen sind der Abbildung 63, und Abbildung 47 ff in Kapitel zu entnehmen. Das Innenfenster besitzt zwei Flügel im unteren und oberen Bereich. Alle Flügel können zum Wohnraum hin geöffnet werden. Das Aussenfenster (die zweite Fensterebene) besitzt ebenfalls zwei nach innen zu öffnende Fensterflügel im unteren Bereich, die Oberlichter lassen sich nicht öffnen.

64 64 / 172 Abbildung 63: Abmessungen Kastenfenster Baumgartenweg 21, Basel [13]. Die Fenster der Positionen 6 und 8 in Abbildung 62 sowie die Balkontüren der Position 11 wurden im Jahr 2000 erneuert. Dabei wurden die bestehenden Einfachfenster durch neue Fenster mit Zweifachisolierverglasung ersetzt. An Position 10 ist noch ein altes Einfachfenster erhalten geblieben Eingriffe und heutige Nutzung Die Liegenschaft war in der Vergangenheit sanften Veränderungen unterworfen. In einem ersten Eingriff, bei welchem der Zeitpunkt nicht bekannt ist, baute man neben die Küche ein neues Bad, welches in der Vorzeit nicht im Haus vorhanden war. In einem späteren Eingriff unter Leitung eines Architekten im Jahr 2000 wurden wie bereits erwähnt die alten Einfachfenster (Abbildung 62, Position 6, 8 und 11) ersetzt, alle anderen blieben bestehen. Die alten Balkone, welche seit der Entstehungszeit vorhanden waren, bestückte man mit neuen Stahlbetonplatten. Durch die Umschliessung mit einer Fensterfront (Pos11), entstand ein zusätzlicher Raum, welcher das Bad neben der Küche ersetzte. Neue Stahlbetonbalkone auf der Hofseite angebracht, dienen heute als Ersatz. Durch Verlängerung der Hoffenster nach unten (Pos8), entstand der Zugang auf diese neue Balkone. Heutige Nutzung Das Gebäude wird von vier Parteien über vier Stockwerke im Mietrecht bewohnt, eine professionelle Liegenschaftsverwaltung regelt die Interessen zwischen Mietern und Vermieter. Keller- und Dachstockräume sind unbeheizt und werden als Lager, Waschküche und Haustechnikraum gebraucht. Beheizung des Gebäudes, Energie zum Kochen und Warmwasserbereitstellung wird über die beim zweiten Eingriff eingebaute Gasheizung bewerkstelligt Energetische Bewertung Im Folgenden wird das Gebäude energetisch bewertet, sowie das Energieeinsparpotenzial einer Modernisierung aufgezeigt Thermische Gebäudehülle Die vertikalen Bauteile der Gebäudehülle werden anhand der Grundrisse des Gebäudes definiert. Im Querschnitt der Abbildung 61 und den Ansichten der Abbildung 62 ist der Verlauf der thermischen Gebäudehülle als gelb gestrichelte Linie markiert.

65 65 / 172 Die beheizten Flächen, welche zur Energiebezugsfläche gezählt werden, sind zum Treppengang durch die Eingangstüren der Wohnungen und den Treppengangwänden abgegrenzt. Der Treppengang befindet sich als nicht unbeheizter Raum innerhalb der thermischen Hülle. Die Liegenschaft wird durch Gebäudetrennwände (Nord-Ost, Süd-West) von den Nachbargebäuden abgetrennt. Diese Wände sind in Abbildung 60 rot markiert. Da auf beiden Seiten dieser Wände gleiche Raumlufttemperaturen vorliegen, tritt über diese Wände kein Transmissionswärmeverlust auf. Die Aussenwände zur Strasse und zum Hof sind blau markiert. Die wärmeübertragende oder thermische Hülle verläuft, wie in Abbildung 62 durch gelb gestrichelte Linien markiert, entlang der Oberkante der Kehlbalkendecke und der Unterkante der Kellerdecke Sanierung der Vorfenster Die U-Werte der Fenster wurden in Anlehnung an einen Forschungsbericht [25] zur Erhaltung von Kastenfenstern durch gezielte Verbesserungsmaßnahmen angenommen. Aus diesem geht hervor, dass für ein unsaniertes Fenster ein mittlerer Wärmedurchgangskoeffizient U w -Mittel von 2.5 W/m 2 K angenommen werden kann (vlg. Abbildung 64). Dieser Wert ist höher als der Wärmedurchgangskoeffizient für das typische schweizer Kastenfenster, der mit dem Berechnungswerkzeug (vgl. Kapitel 7) zu U w = 2,3 W/(m²K) berechnet wird. Für das sanierte Kastenfenster wird ein Wärmedurchgangskoeffizient von U w = 1.5 W/(m 2 K) gemäss Sanierungsvariante III (Abbildung 64) angenommen. Dieser Wert liegt an der oberen Grenze der Wärmedurchgangskoeffizienten der sanierten Kastenfenster, die in den Sanierungsvarianten berechnet wurden. Abbildung 1: U w-werte 64: Uw-Werte verschiedener verschiedener Modernisierungsvarianten Modernisierungsvarianten für Kastenfenster. Quelle: [Müller für et al. Kastenfenster 1998] Werte entnommen aus [25].

66 Gas- Verbrauch (kwh) 66 / 172 Der Wärmedurchgangskoeffizient der im Jahr 2000 sanierten Fenster (Abbildung 62, Position 6, 8 und 11) liegt bei U w = 1.7 W/(m 2 K). Für das noch bestehende Einfachfenster wird ein Wärmedurchgangskoeffizient U w = 5.0 W/(m 2 K) angenommen. Für die Eingangstüren auf Hof- und Strassenseite, sowie die Balkontüre wird ein Wärmedurchgangskoeffizient von U w = 2.6 W/(m 2 K) angesetzt Luftaustausch durch die Gebäudehülle Einer der Einflussgrössen auf die Energiebilanz eines Gebäudes stellt der Luftaustausch durch die Gebäudehülle durch Fensterlüftung und Undichtigkeiten dar. Der Luftaustausch wird durch die Luftdurchlässigkeit der Hülle und durch das Nutzerverhalten bestimmt. Um den Luftaustausch ohne Nutzerverhalten abzuschätzen, wurde die Windgeschwindigkeit an der Stelle der Liegenschaft bestimmt. Dazu wurden die gemessenen Windgeschwindigkeiten der Station Basel- Binningen von ausgewertet. Anhand von verschiedenen Quellen aus der Literatur [3] [25] [41] wurde auf Grundlage der Windgeschwindigkeiten und in Abhängigkeit des a- Wertes (Fugendurchlässigkeit) sowie der Temperaturdifferenz der Luftwechsel über die geschlossenen Fenster bestimmt. Dieser liegt im Bereich von 0.2 h -1. Mit dem ermittelten Luftwechsel von 0.2 h -1 ohne Nutzereinfluss wird in Anlehnung an [41] der Luftwechsel mit Nutzerverhalten bestimmt. Dieser liegt für das Gebäude im Ist-Zustand im Bereich von 0.45 h -1. Für das modernisierte Gebäude kann ein Luftwechsel ohne Nutzereinfluss von 0.05 h -1 und mit Nutzereinfluss von etwa 0.38 h-1 angesetzt werden Verbrauchsdaten des Referenzgebäudes Um zu überprüfen, ob der berechnete Endenergiebedarf mit dem Energieverbrauch des Gebäudes übereinstimmt, wurde der Heizverbrauch beim Energieversorger, den Industriellen Werken Basel IWB abgefragt. Die Standardabweichungen des monatlich gemittelten Gasverbrauches (vgl. Abbildung 65) zeigen in den Heizmonaten Abweichungen von kwh, welche sich auf unterschiedliche Aussentemperaturverläufe der Jahre zurückführen lassen. So war das Jahr 2007 in der Schweiz das viertwärmste seit Beginn der systematischen Messung vor rund 150 Jahren [40].Die Summation der einzelnen Monatswerte ergibt einen gemittelten und gemessenen Endenergiebedarf von kwh / Jahr. 6,000 5,500 5,000 5,382 5,043 4,500 4,391 4,000 3,500 3,000 4,043 3,672 2,500 2,000 2,397 1,936 1,500 1, , Abbildung 65: Gemittelte Gasverbrauchsdaten für das Objekt über die Jahre Die Daten wurden von den Industriellen Werken Basel IWB bezogen.

67 67 / 172 Der mittlere Stromverbrauch mit 100 kwh/monat oder kwh/jahr ist für ein Mehrfamilienhaus gering. Im Monatsmittel werden insgesamt 14 m 3 und damit 3.5 m 3 Trinkwasser je Mietpartei verbraucht. Dieser Wert ist relativ klein, der schweizerische Durchschnitt liegt bei 7.5 m 3 pro Monat und Person Raumlufttemperaturen Unter Berücksichtigung der Nachtabsenkung und der räumlichen Teilbeheizung, wird eine Raumtemperatur von 18.7 C für den Ist-Zustand definiert [38]. Für die Berechnung der Variante Modernisierung (vgl. Abschnitt 10.6), wird der Wert für die Raumlufttemperatur auf 20 C angehoben Heizwärmesystem Gasheizkessel Das Heizsystem ist 10 Jahre alt, die Rohrleitungen sind gut gedämmt und führen nach ca. 5 m Rohrlänge in die thermische Hülle. Der Wirkungsgrad der Gasheizung wird als letzter Parameter in der Berechnung angepasst, mit n = 0.91 ist ein genauer Abgleich erzielt. Die Herstellerdokumentation gibt für den Gasheizkessel mit Gebläse, welcher als Brennwertkessel wirkt durch die Kondensationswärmenutzung, einen Nutzungsgrad von n = 0.96 an. In [38] ist für diese Art Kessel ein Wert von n=0.98 angegeben. Der schlechtere Wert von n=0.91, welcher durch den Abgleich erzielt wurde, widerspiegelt nicht den Kessel alleine, sondern das ganze Heizsystem. Für die Variante Modernisierung wird mit einem Nutzungsgrad der Heizung von n=0.95 gerechnet Bilanzierung Bei der Bilanzierung werden der Ist-Zustand, der Urzustand und die Modernisierung des Gebäudes betrachtet. Ist-Zustand: Durch eine erste Berechnung wird der Ist-Zustand mit den Verbrauchsdaten der Jahre 2007 und 2008 abgeglichen. Das Jahr 2008 wird als Grundlage für die Bilanzierung der Modernisierung verwendet. Urzustand: Die sanierten Fenster, welche im Ist-Zustand einen geringen Wärmedurchgangskoeffizienten besitzen, werden auf den Wärmeschutz der alten Fenster zurückgesetzt. Die zusätzliche Anpassung des Nutzungsgrades der Heizung auf 0.8,setzt das Gebäude auf den Urzustand von 1900 mit heutiger Nutzung zurück. Modernisierung: Es wird kein Ausbau des Kellergeschosses und des Dachstockgeschosses vorgenommen. Durch die Modernisierung aller Fenster auf einen energetisch guten Stand, können neben den Transmissionsverlusten auch die Lüftungswärmeverluste des Gebäudes reduziert werden. Die Aussenwände (Strassenseite und Hofseite) werden mit 8 cm Innendämmung versehen. Die Kehlbalkendecke und Kellerdecke werden mit Wärmedämmstoffstärken von 25 cm saniert. Die Raumlufttemperatur wird wegen des höheren Wärmedämmstandards auf 20 C angehoben. Zudem gehört ein neues Heizsystem mit einem Nutzungsgrad von 0.95 zur Modernisierung. Die Bilanzierung erfolgte mit der Software Lesosai [47]. Folgend sind alle zugrunde gelegten Daten aufgelistet, welche in das Berechnungsprogramm eingegeben wurden.

68 68 / 172 Tabelle 7: Zusammenstellung der Eingabedaten zur Berechnung in Lesosai [47], Teil 1. Daten und Fakten Ort Ausrichtung Strassenfassade Ausrichtung Hoffassade Höhe m.ü.m. Nordwestschweiz / Basel-Stadt Nord-West Süd-Ost 284m Gebäude Erbaut 1900 Sanfter Umbau 2000 Gebäude Typ städtisches Mehrfamilienreihenhaus Mietparteien eine Partei pro Geschoss Geschosse bewohnt 4 Geschosse Dachgeschoss (nicht bewohnt) Kellergeschoss (ein UG) (nicht bewohnt) Geschossfläche GF 519m 2 (inkl. Keller und Dachstock) Aussennutzfläche ANF 24 m 2 (3 Balkone) Gangfläche 1-3 Stock (Verkehrsfläche VF) 10.8m 2 Gangfläche Erdgeschoss (Verkehrsfläche VF) 16m 2 Energiebezugsfläche (EBF) AE 282m 2 Geschosshöhe und lichte Höhe Mansarde hs 2.78/2.60m Geschosshöhe und lichte Höhe Erdgeschoss und 2.OG 3.04/2.80m Geschosshöhe und lichte Höhe 1.OG 3.14/2.90m Geschosshöhe und lichte Höhe 1.UG 2.74/2.50m Nutzung Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Raumtemperatur Regelungszuschlag für die Raumtemperatur 0 K Personenfläche 76.8m m m 2 Wärmeabgabe pro Person 70 Präsenzzeit pro Tag 12h Elektrizitätsbedarf pro Monat 100 kwh/monat Reduktionsfaktor Elektrizität 0.7 Kaltwassertemperatur 15 C 15 C 15 C Warmwassertemperatur 55 C 55 C 55 C Klimadaten Basel-Binningen Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Berechnungsperiode Gebäudehülle Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Thermische Gebäudehüllfläche A th m m m 2 Gebäudehüllzahl A th /A E Fensterfläche / Energiebezugsfläche 19.50% 19.50% 19.50% mittlerer Luftwechsel mit Nutzerverhalten 0.50h h h -1 mittlerer Luftwechsel ohne Nutzerverhalten 0.20h h h -1 Wärmekapazität 500 kj/m 2 K 500 kj/m 2 K 500 kj/m 2 K Einzelflächen der Gebäudehülle: Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Kehlbalkendecke gegen unbeheizte Räume A ru 78m 2 78m 2 78m 2 Wände gegen Aussenluft A we 193m 3 193m 3 193m 3 Wände gegen benachbarte beheizte Räume A wn 259m 2 259m 2 259m 2 Kellerdecke gegen unbeheizte Räume A Fu 78m 2 78m 2 78m 2 Fensterflächen und Türflächen West A ww 23.5m m m 2 Fensterflächen und Türflächen Ost A we 31.5m m m 2

69 69 / 172 Tabelle 8: Zusammenstellung der Eingabedaten zur Berechnung in Lesosai [47], Teil 2. U-Werte Fenster, Türen und Regelbauteile Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Regelbauteile: Pos 1 Wand gegen Aussenluft (55cm) 1.10 W/m 2 K 1.10 W/m 2 K 0.30 W/m 2 K Pos 2 Wand gegen Aussenluft (50cm) 1.18 W/m 2 K 1.18 W/m 2 K 0.33 W/m 2 K Pos 3 Wand gegen Aussenluft (25cm)/Mansarde 2.20 W/m 2 K 2.20 W/m 2 K 0.50 W/m 2 K Pos 4 Kellerdecke gegen unbeheizte Räume U fu 0.90 W/m 2 K 0.90 W/m 2 K 0.20 W/m 2 K Pos 5 Kehlbalkendecke gegen unbeheizte Räume Uru 0.90 W/m 2 K 0.90 W/m 2 K 0.20 W/m 2 K Fenster und Türen: Pos 6 Fenster Dachgaube U w 5.0 W/m 2 K 1.71 W/m 2 K 1.71 W/m 2 K Pos 7 Kastenfenster U w 2.50 W/m 2 K 2.50 W/m 2 K 1.50 W/m 2 K Pos 8 Balkontüre D u 2.63 W/m 2 K 1.70 W/m 2 K 1.70 W/m 2 K Pos 9 Balkontüre D u 2.63 W/m 2 K 2.63 W/m 2 K 1.70 W/m 2 K Pos 10 Fenster Alt U w 5.0 W/m 2 K 5.0 W/m 2 K 1.4 W/m 2 K Pos 11 Fensterfront Bad U w W/m 2 K 1.73 W/m 2 K Pos 12 Eingangstüre Strassenseite / gleichwertig Pos W/m 2 K 2.63 W/m 2 K 2.63 W/m 2 K Pos 13 Hoftüre / gleichwertig Pos W/m 2 K 2.63 W/m 2 K 2.63 W/m 2 K lineare Wärmebrücken Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Pos 1-5 Pauschalzuschlag auf U-Werte Regelbauteile +0.1 W/m 2 K Pos7 Kastenfenster Brüstung W/m K Pos7 Kastenfenster Leibung W/m K Pos7 Kastenfenster Sturz W/m K Pos8/9 Fenstertüren W/m K Pos6 Dachgaubenfenster W/m K Pos11 Fensterfront Bad W/m K Pos21 Sockel Aussenwand W/m K Pos 22 Boden/Kellerinnenwand W/m K Pos 23 Balkendecke Aussenwand W/m K Pos 24 Innenweand/Aussenwand W/m K Verschattungsfaktoren Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Pos 7 Kastenfenster 21% 21% 21% Pos 6 Fenster Dachgaube 19% 19% 19% Pos 8 Balkontüre 54% 54% 54% Pos 10 Fenster Alt 70% 70% 70% Pos 11 Fensterfront Bad 60% 60% 60% Energieerzeugung Urzustand Ist-Zustand Modernisierung Gasheizung Baujahr 2000 Wirkungsgrad n Daten gemäss Standardnutzung SIA 380/1 Raumtemperatur 20 Regelungszuschlag für die Raumtemperatur 0 Personenfläche 40 Wärmeabgabe pro Person 70 Präsenzzeit pro Tag 12h Elektrizitätsbedarf pro Monat 100 kwh/monat Reduktionsfaktor Elektrizität 0.7 Kaltwassertemperatur 15 C Warmwassertemperatur 55 C mittlerer Luftwechsel mit Nutzerverhalten 0.70h -1 mittlerer Luftwechsel ohne Nutzerverhalten 0.05h -1 Wärmekapazität Gasheizung Baujahr kj/m 2 K Wirkungsgrad n

70 70 / Ergebnisse Der Abgleich des reellen Gasverbrauch auf Grundlage der Daten der Industriellen Werke Basel IWB mit dem berechneten Gasverbrauch zeigt für das Jahr 2007 eine gute Übereinstimmung. Daraus lässt sich schliessen, dass die Eingabedaten und Randbedingungen für die Berechnung in Lesosai richtig gewählt wurden. Im Jahr 2008 zeigt sich ein Unterschied von 5139 kwh von Berechnung zu Ist- Verbrauch. Dieser ist darauf zurückzuführen, dass eine Mietpartei die Wohnung im Winter nicht bewohnte. Tabelle 9: Vergleich berechneter Endenergiebedarf zu reellem Endenergiebedarf der Jahre 2007 und Verbrauch bezogen auf eine Energiebezugsfläche EBF von 282 m2 und jährlicher Verbrauch. Jahr Verbrauch berechnet (bezogen auf EBF) Verbrauch berechnet Verbrauch reell kwh/m 2 a kwh/a kwh/a kwh/m 2 a kwh/a kwh/a Wie bereits erwähnt war das Jahr 2007 aussergewöhnlich warm. Diese Tatsache zeigt sich auch im berechneten Endenergiebedarf, welcher 2007 ungefähr 3400 kwh niedriger ist als Für den Vergleich von Ist-Zustand und Modernisierung wird daher das Jahr 2008 herangezogen, welches hinsichtlich der Aussenklimadaten als durchschnittlich bezeichnet werden kann. Aus Abbildung 66 ist ersichtlich, dass sich die Verluste durch die Modernisierungsmassnahmen (vgl. Abschnitt 10.6) deutlich reduzieren. Das grösste Energieeinsparungspotenzial liegt dabei in der Reduzierung der Transmissionswärmeverluste über Wände und Decken durch Wärmedämmmassnahmen. Hinsichtlich der Sanierung der Fenster fällt die Verringerung der Lüftungswärmeverluste am stärksten ins Gewicht. Die sanierten Fenster sorgen zudem für ein behaglicheres Raumklima, da Zuglufterscheinungen durch Reduzierung der Undichtigkeiten vermieden werden. Auch die Transmissionsverluste über die Fenster werden reduziert. Dem gegenüber steht eine leichte Reduzierung der solaren Gewinne aufgrund des niedrigeren Energiedurchlassgrades (g-wert) der sanierten Fenster. Die internen Gewinne durch die Abwärme von Personen und Geräten bleiben unverändert. In Tabelle 10 sind die Gewinne, Verluste und der Heizwärmebedarf vor und nach der Modernisierung beispielhaft für den kältesten Monat Dezember aufgeführt. Die Reduzierung des Heizwärmebedarfs über das Jahr gesehen ist in Abbildung 67 dargestellt. Tabelle 10: Gewinne, Verluste und Heizwärmebedarf vor und nach der Modernisierung beispielhaft dargestellt für den Monat Dezember. Gewinne/ Verluste/ Heizwärmebedarf Vor Modernisierung (Monat Dezember) Nach Modernisierung (Monat Dezember) Solare Gewinne 179 kwh 133 kwh Interne Gewinne 190 kwh 190 kwh Transmissionsverluste Wände und Decken Transmissionsverluste Fenster kwh kwh kwh 916 kwh Lüftungsverluste kwh kwh Heizwärmebedarf kwh kwh

71 71 / 172 Abbildung 66: Bilanzierungsergebnisse (Gewinne und Verluste) zur Endenergiebedarfsrechnung Heizung und Warmwasser vor der Sanierung im Jahr 2008 (oben) im Vergleich zur Modernisierung (unten).

72 72 / 172 Abbildung 67: Heizwärmedarf vor der Sanierung im Jahr 2008 (oben) im Vergleich zum Heizwärmebedarf nach der Modernisierung (unten).

73 73 / 172 Zur Berechnung des Verbrauchs im Urzustand werden die Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster auf Werte zwischen 2.5 und 5.0 W/m 2 K verschlechtert und der Nutzungsgrad der Heizung wird auf 0.8 reduziert (vgl. Tabelle 8, Unterpunkt Energieerzeugung ). So wird der Endenergiebedarf eines Gebäudes mit einer Gebäudequalität des Urzustandes von 1900 mit heutiger Nutzung abgeschätzt. Tabelle 11: Abschätzung des Endenergiebedarfs des Gebäudes im Urzustand. Verbrauch bezogen auf eine Energiebezugsfläche EBF von 282 m 2 und jährlicher Verbrauch. Variante Berechnungsvariante Urzustand Verbrauch berechnet (bezogen auf EBF) Verbrauch berechnet 147 kwh/m 2 a kwh/a Der Lüftungswärmeverlust ist der massgebende Unterschied zwischen der gewählten Berechnungsvariante Modernisierung und einer Berechnung mit Standarddaten nach SIA 380/1. Für den Luftwechsel mit Nutzereinfluss gibt die Norm einen Wert von 0.7 h-1 an und geht somit von einer hohen Fensterlüftung aus. Der Autor legte einen Luftwechsel von 0.5 h -1 zugrunde, was wie in Abschnitt ermittelt einem normalen Nutzerverhalten gleichkommt. Tabelle 12: Abschätzung des Endenergiebedarfs des Gebäudes nach der Modernisierung. Verbrauch bezogen auf eine Energiebezugsfläche EBF von 282 m2 und jährlicher Verbrauch. Variante Verbrauch berechnet (bezogen auf EBF) Verbrauch berechnet Berechnungsvariante Modernisierung Standarddaten nach SIA 380/ kwh/m 2 a kwh/a 56.5 kwh/m 2 a kwh/a Der Vergleich aller Ergebnisse zeigt, dass durch die Modernisierung gegenüber dem Urzustand mit einem Verbrauch von 147 kwh/m 2 a eine Reduktion des Endenergiebedarfs von mehr als 60 % erzielt werden kann. Der Grenzwert nach SIA380/1 für sanierte Altbauten wird um 10 % unterschritten, mit besseren Wärmedämm-Massnahmen sollte es möglich sein, den Grenzwert für Neubauten zu erreichen, welcher in etwa eine zusätzliche Endenergieeinsparung von 11% erfordern würde. Ein Erreichen des Zielwertes für Neubauten (Minergie P ) ist nicht möglich, es müssten ausgehend vom Grenzwert für Neubauten weitere 40% eingespart werden, was nur unter Voraussetzung eines kompletten Umbaus nach bestem Standard möglich wäre. Abbildung 68: Gesamtergebnisse Endenergiebedarf Heizung und Warmwasser.

74 10.8 Schätzung der Investitionskosten 74 / 172 Für die Sanierung des Referenzgebäudes wurde eine Schätzung der Investitionskosten vorgenommen. Die vorgesehene Massnahmen, deren Kosten und Energie-Einsparungen sind in Tabelle 5 aufgelistet. Die Investitionskosten liegen im Bereich von CHF (± 20%). Für den Liegenschaftsbesitzer resultiert ein effektiver Aufwand, nach 30 Jahren Amortisationszeit, von CHF (± 20%). Eine Erhöhung der flächenbezogenen Fördergelder für Dämmmassnahmen wäre wünschenswert. Die Effektivität der Dämmmassnahmen ist am höchsten, bedenkt man, dass mit gut 40% Investitionskostenanteil ein Endenergiereduktionsanteil von 80% erreicht wird. Da aus politischer und ökologischer Sicht Gesamtmodernisierungen erwünscht sind, sind zudem Fenster und Heizung auf einen guten energetischen Stand zu bringen. Nur so kann der Grenzwert für Neubauten erreicht werden. Zusätzliche Investitionen während der Amortisationszeit, wie der Ersatz der Heizung, sind nicht eingerechnet. Abgrenzend ist zu bemerken, dass die gemachten Berechnungen nur richtungsweisenden Charakter besitzen, eine seriöse und korrekte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für Investitionen im Hochbau ist nach SIA [37] vorzunehmen. Tabelle 13: Kostenzusammenstellung der Modernisierung ± 20% Massnahme Innendämmung 8cm, Aussenwände (Strassen und Hofseite) Dämmung des Kellerbodens und der Kehlbalkendecke (ca. 25cm Dämmung) Modernisierung der Kastenfenster mit Zusatzfenster Innen und mit Gesamtinstantsetzung (Ansatz 50h Arbeitsaufwand pro Kas-tenfenster, Lohnansatz 100 CHF/h, zusätzlich Materialkosten 30% der Lohnkosten) Modernisierung der Kastenfenster mit Zusatz-fenster Innen und ohne Gesamtinstantsetzung (Ansatz 20h Arbeitsaufwand pro Kastenfenster, Lohnansatz 100 CHF/h, zusätzlich Materialkosten 30% der Lohnkosten) Ersatz Hoffenster, Dachgaubenfenster und Badfenster Neue Gasheizung inklusive Unterhalt und Armortisation mit 4% über 15 Jahre (Nutzungsgradverbesserung 11%) Bonus zur Erreichung des Grenzwertes für Neubauten, bezogen auf m 2 Gebäudehüllfläche Investitionskosten Material und Arbeitsaufwand der Modernisierung unter Reduktion von Subventionen Einheitspreis Ausmass Nutzungs- dauer Kostenteil Anteil an Gesamtkosten (100% = 143'300 CHF) Energieeinsparung bez. auf Massnahme Anteil an Gesamteinsparung (100% = 25'100 kwh) Kosten der eingespart en Energie Subventionen Basel Stadt Stand 2010 CHF/m 2 m 2 Jahre CHF % kwh % CHF/kWh CHF/m 2 CHF Stück keine keine Zwischentotal: Sicherheitszuschlag 10% Investition Material und Aufwand (exl. MwSt) 143'300 CHF 14'330 CHF 157'630 CHF 20'610 CHF Nutzungsgrad 0.8 zu 0.95 Effektive Kosten über eine Armortisationszeit von 30 Jahren Nutzungsgrad 0.91 zu 0.95 Geldeinsparung durch Endenergieverbrauchsreduktion (Gas) 0.20 CHF/kWha 25' '200CHF 0.20 CHF/kWh a 18' '200 CHF Geldeinsparung durch Subventionen 687 CHF/Jahr 30 20'600 CHF 687 CHF/Jahr '600 CHF Material- und Arbeitsaufwand (exl. MwSt) 5'254/Jahr '630 CHF 5'254/Jahr '630 CHF Zinsaufwand 4% (von Investition) 182 CHF/Jahr 30 5'480 CHF 182 CHF/Jahr '480 CHF Endkosten (exl.mwst) +8'690 CHF Endkosten (exl.mwst) -30'310 CHF Die Sanierung der Fenster nimmt mit 60% den grössten Anteil an der Investitionssumme ein. Dem gegenüber steht eine Einsparung von rund 20% an der Gesamtenergieeinsparung. Aus der Sanierung der Fenster resultiert eine Steigerung des Wohnkomforts, da Zuglufterscheinungen und kalte Oberflächen vermieden werden. Dieser Effekt zeigt sich zwar nicht direkt in den Bilanzierungsergebnissen, aber ein hoher Wohnkomfort steigert den Wert einer Immobilie erheblich.

75 IV Beispiel-Gebäude: Kosten Wirkung 75 / 172 Wirkung Abbildung 69: Modernisierung des Urzustandes. Anteil der einzelnen Instandsetzungsmassnahmen an der Gesamtenergieeinsparung bezogen auf den Endenergiebedarfs. Durch die Sanierung der Fenster wird 20% der Energieeinsparung erreicht. BFH AHB Biel Abbildung 70: Modernisierung des Urzustandes. Anteil der einzelnen Instandsetzungsmassnahmen an den Investitionskosten. 60% der Kosten entfallen auf die Modernisierung der Fenster.