Fenster für energieeffiziente Industriegebäude

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1 Seite 1 von 12 M.BP. Dipl.-Ing.(FH) Manuel Demel, Produktingenieur Bauphysik ift Rosenheim Dipl.-Ing. Jürgen Benitz-Wildenburg, Leiter PR & Kommunikation Fenster für energieeffiziente Industriegebäude Energie sparen und gewinnen mit modernen Fenstern und Verglasungen Energie sparen bleibt angesichts steigender Energiekosten weiter im Fokus von Medien und Bauherren. Deshalb sieht die am 1. Mai 2014 in Kraft tretende EnEV eine Verschärfung des Jahresprimärenergiebedarfs für Neubauten um 25% vor. Diese kann durch mehr regenerative Energien (z.b. PV-Module), effizientere Heiztechnik sowie Bauteile mit besserer Wärmedämmung erreicht werden. Auch der sommerliche Wärmeschutz wurde verschärft und muss nun nachgewiesen werden, wenn die Erweiterung der Nutzfläche größer 50 m² ist. Bei Nichtwohngebäuden werden ab die Anforderungen an den mittleren U-Wert für transparente Bauteile und Vorhangfassaden von 1,9 auf 1,5 W/(m²K) und für Glasdächer, Lichtbänder und Lichtkuppeln von 3,1 auf 2,5 W/(m²K) verschärft. Bedeutsam ist auch die entfallene Ausnahmeregelung für Schaufenster, die häufig noch aus Einfachglas bestehen und neue Fenster und Verglasungen besonders spürbare Energieeinsparungen und Komfortgewinne bringen. Nichtwohngebäude umfassen nicht nur Ganzglasfassaden mit spektakulärer Architektur, sondern auch Industrie- und Verwaltungsgebäude, die nutzungsorientiert gestaltet werden. Hier kommen in hohem Maße Lochfenster und Fensterbänder zum Einsatz, die der Planer und Bauherr nach wirtschaftlichen Kriterien auswählt. Moderne Fenster erzielen auf der Süd-, Ost- und Westseite bereits heute deutliche solare Energiegewinne, die erheblich zur Reduzierung des Heizenergieverbrauchs beitragen. Optimierung Wärmedämmung Durch den Austausch alter Fenster, die vor 1995 eingebaut wurden, lässt sich einfach der Energieverbrauch eines Gebäudes verbessern, da hier oft Fenster ohne umlaufende Dichtungsebene mit Einfachgläsern, oder Isoliergläser ohne Wärmeschutzbeschichtungen (U g ca. 2,7 W/(m² K)) eingesetzt wurden. Eine schnelle Abschätzung ist mit der App "Fenstercheck" möglich. Das ift Rosenheim hat zur einfach Beurteilung von Fenstern ein Bewertungsverfahren (Energylabel) entwickelt, dass auf der ISO Energetische Bewertung von Fenstersystemen Berechnungsverfahren basiert. Wärmeverluste und Solargewinne werden auf Grundlage einer Gebäudesimulation zu Energie-Kenngrößen für die Heiz- und Kühlperiode bilanziert (EP-H: Energy Performance Heating Period und EP-C: Energy Performance Cooling Period) und einer Energieeffizienz-Klasse zugeordnet.

2 Seite 2 von 12 Die weitere Optimierung von Fenstern lässt sich durch folgende prinzipiellen Maßnahmen erreichen: Verbesserung von Wärmedämmung bzw. Wärmebrücken, Minimierung der Lüftungswärmeverluste durch kontrollierte und bedarfsgerechte Lüftung (Fensterlüfter), Nutzung der Sonnenenergie durch höheren Glasanteil der Fenster und bessere g- Werte, Optimierung sommerlicher Wärmeschutz durch Sonnenschutzsysteme mit Blendschutz und Tageslichtlenkung, Energieeinsparung durch Anbindung an die Haustechnik und Regelungslogik (funkgesteuerte Thermostatventile mit Logik Fenster auf Heizung aus etc.). Bei der energetischen Sanierung und der Planung von KfW-Effizienzhäusern 55 bzw. 40 kommt dem Baukörperanschluss von Fenstern eine hohe Bedeutung zu; die Psi-Werte sollten unter 0,08 W/m K liegen. Energetisch ist die Reduzierung des -Wertes bei einem Normfenster (123m x 148m) um 0,1 W/mK energetisch gleichwertig zu einer Reduzierung des Fenster U-Wertes um U W 0,5 W/(m² K).

3 Seite 3 von 12 Kunststoff-Fenster Das Standard-Kunststofffenster besitzt bei 4 bis 5 Kammern typischerweise einen U f -Wert des Rahmens von ca. 1,6 bis 1,2 W/(m²K). Fensterprofile mit U f 1,0 W/(m²K) können mit 6-(oder mehr) Kammer-Profilen zusammen mit folgenden Zusatzmaßnahmen erreicht werden: Modifizierung der Stahlarmierung in den Profilen: ohne Stahlaussteifung (mit und ohne Dämmstoff in der entsprechenden Kammer, verklebte Verglasungen) bzw. mit thermisch getrennter Stahlaussteifung, Einbringen zusätzlicher Konstruktions-Dämmstoffe (Hartschäume) in die Kammern der Profile bzw. des Glasfalzes, Erhöhung des Glaseinstands/Anpassung der Füllungsdicke. Bild 1 Optimierungspotenziale für Kunststoff-Fenster

4 Seite 4 von 12 Fenster aus Metallverbundprofilen Metallverbundprofile können über das b/b-verhältnis der Breite der thermischen Trennung zur Gesamtansichtsbreite sowie über den Abstand der Aluschalen charakterisiert werden. Typische U f -Wert des Rahmens reichen von ca. 3,5 W/(m²K) für einfache Systeme in Südeuropa bis ca. 1,4 W/(m² K) in Mitteleuropa. Daher sind Zusatzmaßnahmen an den Profilen notwendig, die meistens in Kombination ausgeführt werden müssen: Optimierung durch zusätzliche Dämmstoffe in den Kammern der thermischen Trennung und des Glasfalzes, Einsatz einer Vorsatzschale aus Wärmedämmstoffen, die Blend- und Flügelrahmen nach außen abdeckt, Optimierung Falzdichtungssystem (Mitteldichtung), Erhöhung des Glaseinstands/Anpassung der Füllungsdicke. Bild 2 Optimierungspotenziale für Metallfenster

5 Seite 5 von 12 Fenster aus Holzprofilen Bei Holzprofilen kann eine Verbesserung der Wärmedämmung über eine höhere Bautiefe erreicht werden. Damit kann für Holzprofile (Weichholz) die bei einem Normquerschnitt IV68 einen U f -Wert von ca. 1,4 W/(m²K) aufweisen eine Verbesserung auf ca. 0,9 bis 1,1 W/(m²K) bei einer Bautiefe von 90 bis 100 mm erreicht werden. Zu weiteren Verbesserung der Wärmedämmung können Dämmstoffschichten (Hartschäume) in den Kanteln oder als Außendämmung eingesetzt werden. Hierdurch ergeben sich Verbesserungspotenziale mit U f -Werten im Bereich von 0,4 bis 0,8 W/(m²K). Bild 3 Optimierungspotenziale für Holzfenster

6 Seite 6 von 12 Verglasungen Das Dreifach-Isolierglas mit U g -Werten von 0,6-0,7 W/(m² K) hat sich bei energieeffizienten Fenstern etabliert. U g -Werte von 0,5 W/(m² K) mit Krypton-/Xenonfüllung sind wegen hoher Kosten in der Praxis selten zu finden. Auch eine Erhöhung des Scheibenzwischenraums (SZR) über 16 mm sollte nicht genutzt werden, da die höheren Klimalasten zu Glasbruch oder Undichtigkeiten führen können. Weitere Verbesserungen ergeben sich durch optimierte Randverbünde sowie geklebte Fenstersysteme, die einen höheren Glasanteil haben. Die Marktreife von Vakuumverglasungen ist noch nicht absehbar, so dass konstruktive Planungen aktuell wenig Sinn machen. Interessante Optionen ergeben sich durch druckentspannte Isoliergläser, die zurzeit im Rahmen eines Forschungsprojektes vom ift Rosenheim untersucht werden. Bild 4 Kennwerte von Dreifachglas

7 Seite 7 von 12 Energieeffiziente Lüftung Eine ausreichende Lüftung ist aus gesundheitlichen und baulichen Gründen notwendig. Der Einsatz einer kontrollierten Lüftung hat sich beim Neubau bewährt. In der Sanierung kann man eine sichere und nutzerunabhängige Lüftung auch durch Fensterlüfter realisieren, deren Lüftung auf natürlichen Luftdruckunterschieden oder Ventilator getrieben funktioniert oder mit einer zentralen Absaugung im Bad oder WC und Überstromöffnungen im Fenster kombiniert wird. Ergebnisse der Forschungsinitiative Energieoptimiertes Bauen (ENOB) haben gezeigt, dass sich Energieeffizienz, Nutzerakzeptanz und geringe Installationskosten mit dezentralen Lüftungssystemen gut erreichen lassen. Mit motorisch betriebenen Fenstern lässt sich eine natürliche und nutzerunabhängige Lüftung mit Nachtauskühlung realisieren. Alle automatischen Systeme sollten über einen CO 2 oder Luftfeuchtesensor gesteuert werden. Zur Ermittlung der Leistungseigenschaften von Fensterlüftern hat das ift Rosenheim die Richtlinien LU-01/1 und LU-02/1 erarbeitet, die praktische Hinweise zur Planung, Ausschreibung und Dimensionierung von Fensterlüftern enthalten. Bild 5 Fensterlüfter Funktionsprinzipien und Anforderungen, gemäß ift-richtlinie LU-01/1

8 Seite 8 von 12 Mindestwärmeschutz bei Montage beachten Bei der Montage muss neben der Abdichtung und Befestigung auch auf die Einhaltung des Mindestwärmeschutzes (Wärmebrücken) gemäß DIN und der EnEV geachtet werden, der bei altem Mauerwerk aus Vollziegeln meistens nicht gegeben ist. Wärmebrücken erhöhen nicht nur die Wärmeverluste sondern auch die Gefahr der Tauwasser- und nachfolgender Schimmelpilzbildung. Die DIN 4108 macht im Beiblatt 2 zwar Ausführungsvorschläge für Neubauten. Bei davon abweichenden Einbausituationen ist aber ein Nachweis anhand von Wärmebrückenkatalogen oder durch rechnerische Ermittlung des Temperaturfaktors mit f Rsi,min 0,70 zu führen, d. h. die Oberflächentemperatur si, min muss über 12,6 C liegen. Die Außenwand, die Einbaulage und Anschlussausbildung des Fensters sowie das Fenster selbst haben Einfluss auf den f Rsi -Faktor. Für den Altbaubereich lassen sich anhand von durchgeführten Untersuchungen folgende grundsätzliche Aussagen treffen: Außenwände mit mehrschichtigem, bis in die Leibung gedämmtem Aufbau sind in Bezug auf die Erfüllung des Mindestwärmeschutzes unproblematisch. Bei monolithischen Außenwänden und mehrschichtigen, ungedämmten bzw. nicht bis in die Leibung gedämmten Außenwänden mit geringem Wärmeschutzstandard, sind neben dem Fenstereinbau häufig zusätzliche Maßnahmen notwendig, um das Risiko der Tauwasserbildung zu verringern (f Rsi 0,7). Bei einem U-Wert der Außenwand im Leibungsbereich von U 1,0 W/(m² K) sind deshalb zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Als Minimallösung kommen Dämm-Maßnahmen im Leibungsbereich in Frage. Bei denkmalgeschützten Außenwänden mit Natursteinen in den Fensteröffnungen oder durchgängigen Fenstersimsen sind die Möglichkeiten zusätzlicher Maßnahmen stark eingeschränkt. Die Einhaltung des Mindestwärmeschutzes ist hier nicht immer möglich und die Schimmelpilzgefahr muss im Innenraum heiztechnisch kompensiert werden. Im vom ift Rosenheim erarbeiteten Montageleitfaden sind für verschiedene Montagesituationen Informationen, Empfehlungen, Musterdetails und tabellarische Nachweise enthalten. Die Tabelle in Bild 4 gibt für monolithisches Mauerwerk in Abhängigkeit der relevanten Schichtdicken der Außenwand, der Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe, der Einbausituation und der Fensterkonstruktion den Temperaturfaktor f Rsi an.

9 Seite 9 von 12 Bild 6 Einfacher tabellarischer Nachweis des Mindestwärmeschutzes für Fenster in einschaliger Altbau- Außenwand aus dem ift-wärmebrückenkatalog

10 Seite 10 von 12 Fenstermontage in Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) Fenster und Fensterbänder können auch in WDVS in allen Bereichen montiert werden. Aus konstruktiven, statischen und bauphysikalischen Gründen sind manche Einbaulagen besser geeignet als andere. Hieraus ergeben sich folgende grundsätzlichen Empfehlungen für die Fenstermontage: 1. Einbaulage des Fensters Die wärme- und feuchtetechnisch günstigste Einbaulage ist der Bereich von der äußeren tragenden Mauerkante bis zum ersten Drittel der Dämmzone. Im Altbau ist ein Einbau in der Mauerleibung häufig durch die Lage des alten Fensters und dem Schutz/Erhalt des Innenputzes vorgegeben. Hier sind auch die Leibungen zu dämmen und die Blendrahmenbreite des Fensters ist für eine ausreichende Überdämmung vorzusehen. Die außen bündige Montage mag architektonisch wünschenswert sein, birgt aber ein hohes Schadensrisiko und führt zu größeren Aufwendungen hinsichtlich Befestigung und Abdichtung. 2. Bauabfolge und Gewerkeplanung Im Regelfall wird das WDVS erst nach der Fenstermontage ausgeführt, so dass der äußere schlagregendichte Anschluss nicht im Rahmen der Fenstermontage hergestellt werden kann und der Anschluss durch den WDVS-Verarbeiter auszuführen ist. Häufig sind diesem Gewerk jedoch die zu erwartenden Bewegungen in der Anschlussfuge nicht bekannt. Die Schnittstelle ist im Vorfeld deshalb zu planen und koordinieren. 3. Materialauswahl und Verarbeitung Erfahrungsgemäß führt bei der Befestigung und Abdichtung eine ungeeignete Materialauswahl sowie eine unzureichende Verarbeitung häufig zu Schäden. Typische Fehler sind dabei eine fehlende Diagonalarmierung des WDVS in den Ecken der Fensteröffnung oder eine unzureichende Befestigung des Fensters im seitlichen Bereich zur Aufnahme der Horizontallasten bei Einbaulagen in der Dämmzone sowie die Ausführung und Einbindung der Fensterbank in das WDVS.

11 Seite 11 von 12 Bild 7 Empfehlungen für Einbaulagen von Fenstern in Außenwänden mit WDVS

12 Seite 12 von 12 Autoreninformation M.BP. Dipl.-Ing.(FH) Manuel Demel ist im ift Rosenheim als Produktingenieur "Bauphysik" mit dem Fokus auf wärmeschutztechnische Themen produktübergreifend tätig. Er vertritt das ift Rosenheim in mehreren Normen- und Fachausschüssen sowie in Seminaren. Jürgen Benitz-Wildenburg leitet im ift Rosenheim den Bereich PR & Marketingkommunikation. Als Schreiner, Holzbauingenieur und Marketingexperte ist er seit vielen Jahren in der Holz- und Fensterbranche in verschiedenen Funktionen tätig. Als Lehrbeauftragter, Referent und Autor gibt er seine Erfahrung weiter. Das ift Rosenheim existiert seit Es begleitet als neutrale Einrichtung die Fenster-, Fassaden- und Türenbranche in allen Fragen der Forschung, Normung, Zertifizierung und Zulassung. Die ift-richtlinien sind technische Regelwerke, die Normen ergänzen und deren praktische Anwendung erleichtern. Die Basis dafür sind Erkenntnisse und Erfahrungen aus Industrie, Wissenschaft, Forschung, Prüfungen und Gutachten. Seit März 2009 bietet das ift zusammen mit der Hochschule Rosenheim den berufsbegleitenden Masterstudiengang Fenster und Fassade an. Kontakt und weitere Infos: