Von Licht, Luft, Kilowatt und Knete

13 Von Licht, Luft, Kilowatt und Knete Fenster sind nicht nur das sensibelste Element energetischer Gebäudesanierung, sondern auch das Bauteil mit den größten Einflussmöglichkeiten auf den Wohnkomfort. Auf der einen Seite bestimmen Fenster das äußere und innere Erscheinungsbild eines Gebäudes entscheidend mit, auf der anderen Seite müssen sie als Teil der Außenwand oder des Daches den Anforderungen an winterlichen und sommerlichen Wärme-, Schall- und Witterungsschutz gerecht werden und obendrein auch Sicherheit vor Einbruch gewährleisten. Am Umgang mit Fenstern zeigt sich der Unterschied zwischen energetischen Schlaumeiern und guten Planern. Nichts beeinflusst die Raumqualität mehr als die Frage des Tageslichtes und der Sichtbeziehung zwischen innen und außen. Das Fenster bietet soviel energetische und gestalterische Spielräume wie kein anderes Bauteil. Mit einem einfachen Austausch zu energetisch hochwertigen Fenstern wird meistens keine Wohnwertverbesserung erreicht im Gegenteil: es entstehen energiesparende Dunkelkammern. Autor: Tageslicht und Wohnqualität Eine gute, natürliche Belichtung des Innenraums trägt nicht nur wesentlich zum Wohlbefinden seiner Bewohner bei, sondern führt gleichzeitig auch zu einem sparsamen Verbrauch an elektrischer Energie für Beleuchtung: Wird die Dauer des natürlichen Lichtes im Schnitt nur um täglich 2 Stunden verkürzt, so kann der Stromverbrauch in einem Einfamilienhaus um ca. 100 250 kwh/a gesenkt Es soll so viel Tageslicht wie möglich ins Gebäude gelangen, ohne dabei auf die Qualitäten gedämmter Außenwän- de verzichten zu müssen. Die rasante Entwicklung der Glastechnologie (Reduzierung der Wärmeverluste von U= 3,0 W/m 2 K bei der herkömmlichen Zweifach-Isolierverglasung auf U = 0,5 W/m 2 K bei Dreifach-Wärmeschutzverglasung) und die Möglichkeit, Energie- und Tageslichtgewinne genau zu steuern, haben dazu geführt, dass Fenster nicht mehr als Schwachpunkt in der Außenwand, sondern als das vielseitigste und gestalterisch wichtigste Bauteil der Gebäudehülle betrachtet Bei der Sanierung alter Häuser sind anders als beim Neubau die äußeren Rahmenbedingungen wie Nachbarbebauung, Außenraumgestaltung, Zuwegungen etc. definiert und nur schwer zu verändern. Dagegen bietet der Einbau neuer Fenster und Öffnungen eine Reihe von Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich Ausrichtung, Form und Größe. Außerdem lassen sich die Fenster den individuellen Wohnbedürfnissen anpassen im günstigsten Fall entsteht eine Symbiose zwischen Energie- und Komfortgewinn. Fenster vergrößern! Mit Ausnahme denkmalgeschützter Gebäude besteht bei fast allen Häusern die Möglichkeit, im Rahmen einer Sanierung die Fenster zu vergrößern. Das erscheint unter Planungsziele: Fenstergestaltung Ziele/Wünsche Energetische Aspekte Belichtung der Räume Räumliche Beziehungen - - Gestaltungsmöglichkeiten -anteil

14 1/2013 - - - glasung ausgestattet und um einen dem Aspekt der Tageslichterhaltung und -verbesserung sogar unbedingt erforderlich. Findet ein reiner Fensteraustausch statt, so würde sich bei einer neuen Dreifachverglasung der Tageslichtanteil um 30 50 % verringern, da sich nicht nur die Lichtdurchlässigkeit der Verglasung reduziert, sondern auch die Fensterrahmen breiter geworden sind, um die Last der schwereren Scheiben aufzunehmen. Sollte eine Fenstervergrößerung nicht vorgenommen werden, sind Planer bzw. Handwerker gegenüber dem Bauherren hinsichtlich der verschlechterten Tageslichtverhältnisse in der Aufklärungspflicht. Die konstruktiv einfachste Fenstervergrößerung entsteht durch Entfernen der Brüstungen. Dadurch kann die verglaste Fläche um bis zu 70% vergrößert Rechnet man die gegenüber der alten Isolierverglasung geringere Lichtdurchlässigkeit des 3-fach Wärmeschutzglases ab, so ergibt sich zwar nur eine geringe Verbesserung der Tageslichtverhältnisse, aber ein verbessertes Sicht- und Blickspektrum. Soll das Gebäude eine neue Außenfassade erhalten, so ist auch eine Verbreiterung der Fensteröffnungen denkbar. Dabei sind statisch-konstruktive Rahmenbedingungen Kosten bestimmend: Das Einziehen eines neuen Trägers und die Ausbildung neuer Leibungen verdoppeln die Fensterkosten nahezu, erhöhen jedoch Wohn- und Lichtqualität. Wenn die Entscheidung zur Vergrößerung im Grundsatz einmal gefallen ist, können die Fenster nicht groß genug Auch bei einer Dachsanierung sollte man die einmalige Chance nutzen, die Dachgauben funktional und gestalterisch neu zu bearbeiten und damit die Tageslichtverhältnisse und Nutzbarkeit entscheidend zu verbessern. Funktion und Gestaltung Aus konstruktiven, ökonomischen und energetischen Gründen ist eine große Öffnung gegenüber mehreren kleinen zu bevorzugen, was aber von Nutzung der Räume und Gestaltung der Fassade abhängig ist. Große Öffnungen bieten mehr gestalterische Möglichkeiten beim Fenster selbst, z.b. durch ein Wechselspiel aus Festverglasungen und Flügeln. Traditionell bildet man in Deutschland alle Teile eines Fensters als Flügel aus, in Holland wird dagegen ein kleiner Lüftungsflügel in Verbindung mit großflächiger Festverglasung bevorzugt, eine deutlich kostengünstigere Lösung. Die Länge der konstruktiv und bauphysikalisch (Wärmebücken und Luftdichtheit) wirksamen Anschlussfugen wird reduziert. Der Rahmenanteil nimmt bei großen Fenstern deutlich ab und die flächenbezogenen Kosten lassen sich bis auf die Hälfte senken. Mehrere kleine Fensterelemente hingegen lassen sich oft besser auf die vorhandene Fassadenstruktur oder auf die Möblierung abstimmen. Es braucht also bei der Bestandsanierung einen Planer, der den Bauherren die Augen öffnet für das Gestalten mit Glas und Licht, aber nicht die Augen verschließt vor technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen. Bestandteile des Fensters: Die Verglasung Rahmen und Verglasung stellen nur bedingt die wesentlichen Einflussfaktoren für die energetische Qualität eines Fensters dar: Himmelsrichtung, Größe und Gestaltung des Fensters (siehe Teil 2) bieten viel mehr Spielräume für die Energiebilanz, vor allem aber die Auswirkungen auf Wohnqualität und Gebäudegestaltung. Die heute gängigen Wärmeschutzverglasungen sind dem Isolierglas (ca. 1960 1990) vordergründig ähnlich. Bei beiden sind zwei Glasscheiben in einem Abstand von 8 bis 20 mm durch ein Umfassungsprofil miteinander verbunden. Der Scheibenzwischenraum der Wärmeschutzverglasung ist mit Edelgas gefüllt, dessen

15 Wärmeleitfähigkeit wesentlich geringer ist als die der früher verwendeten getrockneten Luft. Argon und Krypton sind die zur Zeit meist verwendeten Gase (Abb. 5). Krypton verfügt zwar über die besseren thermischen Eigenschaften, aber bei größeren Scheibenabständen wird dies weniger bedeutsam (Abb. 5). Beide Edelgase werden aus der Luft gewonnen, wobei Argon als Nebenprodukt der Sauerstoff- und Stickstoffgewinnung anfällt. Der Kryptonanteil in der Luft beträgt nur 1 Tausendstel im Vergleich zu Argon und muss in weiteren Stufen von anderen Edelgasen getrennt Die macht es sehr energieaufwändig in der Herstellung (siehe Abb. 6). In den letzten beiden Jahren hat es überdies immer wieder Lieferprobleme gegeben. Die Innenseite der raumseitigen Scheibe ist mit einer dünnen, farbneutralen, kaum sichtbaren Metalloxidschicht versehen. Diese vermindern die Wärmeabstrahlung (Emissivität, e) der Glasoberflächen. Silber hat mit e = 0,1 die geringste Emissivität, während die einer Glasoberfläche mit e = 0,84 mehr als achtmal so hoch ist. Zur Verhinderung von Fleckenbildung wird die Silberschicht zwischen einer Haftschicht auf der Glasoberfläche und einer Deckschicht aus Zinn-, Zink-, Titan- oder Wismutoxid eingebettet. Die Beschichtung von Wärmeschutzglas verbindet eine hohe Licht- und Energiedurchlässigkeit (g-wert) mit einem optimalem U-Wert. Bei Sonnenschutzverglasungen versucht man die Energiedurchlässigkeit zu minimieren und gleichzeitig einen niedrigen U-Wert zu erreichen. Bei der energetischen Sanierung von Wohngebäuden kommen Sonnenschutzgläser nur in seltenen Fällen in Betracht, z.b. bei großen, flachgeneigten, süd- oder westorientierten Dachflächenfenstern und -verglasungen. Ein temporärer Sonnenschutz ist in den meisten Fällen vorzuziehen. Schwachpunkt: der Randverbund Mehrscheiben-Verglasungen werden mit umlaufenden, dicht schließenden Abstandhaltern aus Aluminium versehen. Diese verhindern das Ausdiffundieren der Edelgasfüllung und das Eindiffundieren von Wasserdampf in den Scheibenzwischenraum. Die Wärmeleitfähigkeit dieser ca. 0,5 mm starken Stege aus Aluminiumprofil ist wesentlich höher als die der Verglasung in Scheibenmitte. Der Randverbund bildet eine extreme Wärmebrücke, die bis zu 20 cm vom Rand in die Scheibe wirksam wird (vgl. Heft 4-2007, S. 15 ff). Seit ca. 15 Jahren werden Abstandshaltern aus Edelstahl bzw. Kunststoff (sog. warme Kante) mit Y-Werten von 0,03 W/mK bis 0,05 W/mK hergestellt, die eine Wärmebrückenreduzierung um bis zu - - www.pavatex.com PAVATEX zeigt Profil PAVATHERM-PLUS und ISOLAIR Dämmplatten mit neuer Profilgeometrie für stabilere Kanten, höhere Plattenfestigkeit und optimierte Dichtigkeit.

16 1/2013 - - - 60 % bewirken. Bei kleinen Fenstern bzw. kleinen Scheibenformaten (z.b. bei Sprossenfenstern) kann der Unterschied bis zu 0,25 W/m²K, bei großen immerhin noch 0,10 W/m²K bezogen auf den mittleren U-Wert der Scheibe ausmachen. Die Erhöhung der Oberflächentemperatur von bis zu 3 K hält den Glasrand überwiegend kondensatfrei. Der thermisch verbesserte Randverbund sollte zum Standard bei einer heutigen Verglasung gehören, er muss aber immer noch ausdrücklich mitbestellt Die Mehrkosten von 2 /lfm machen beim Normfenster (1,25 x 1,48 m) gerade einmal 5 /m 2 (Dreifachverglasung: 10 /m 2 ) aus. Vielfalt der Werkstoffe: Der Rahmen Durch die rasante Entwicklung des Glases sind die traditionellen Fensterrahmen zum energetischen Schwachpunkt geworden. Hierdurch ist in den letzten Jahren eine Reihe von innovativen Rahmenkonstruktionen entstanden. Die Auswahl des Rahmenmaterials ist bei der Altbausanierung unter funktionalen, ökonomischen und traditionellen, aber auch unter subjektiv emotionalen Gesichtspunkten zu treffen. Fensterrahmen aus technisch getrockneten europäischen Nadelhölzern wie Kie- fer und Lärche genügen den statischen und bauphysikalischen Anforderungen an Fenster. Fachgerecht mit diffusionsoffenen Schutzanstrichen ausreichender Pigmentierung versehen, halten sie den Einwirkungen von UV-Strahlung, Schlagregen und Temperatursprüngen sehr gut stand. Trotzdem ist bei Holzfenstern eine regelmäßige Wartung erforderlich, vor allem an den Wetterschenkeln und an den konstruktiven Fugen. Große Dachüberstände oder eine schlagregengeschützte Lage erhöhen die Lebensdauer von Holzfenstern und verlängern die Wartungsintervalle wesentlich. Bei dreißig Jahren Lebensdauer werden Holzfenster vier- bis sechsmal gestrichen; nur bei konsequenter Verwendung biologisch abbaubarer Beschichtungssysteme ist eine umweltgerechte Entsorgung der alten Rahmenhölzer gewährleistet. Seit einigen Jahren werden konstruktiv weiterentwickelte Holzfenster mit einem gedämmten Kern aus PU- Schaum, Kork o.ä. angeboten, bei denen die Wärmeverluste des Rahmens gegenüber konventionellen Holzfenstern um bis zu 50 % geringer sind. Bei einem Rahmen-U-Wert von 0,7 W/m 2 K erhält man in Verbindung mit einer Dreifachverglasung ein Fenster mit besten Wärmedämmeigenschaften und gleichmäßig - - - -

hohen Oberflächentemperaturen über das gesamte Bauteil. Die Rahmenkonstruktionen wirken etwas klobig. Ein anderer Ansatz besteht im Ausfräsen von Luftkammern (siehe Abb. 7, links) Durch die Kombination der Werkstoffe Aluminium und Holz sind zweischalige Konstruktionen möglich, bei denen die Eigenschaften beider Materialien jeweils optimal genutzt werden: Holz als Rahmenmaterial mit guten Wärmedämmeigenschaften und Aluminium als wartungsfreier Wetterschutz auf der Außenseite. Rahmen und Flügel aus Weichholz (Fichte/Kiefer) sind nach innen sichtbar und bilden den tragenden Unterbau für die Außenschale aus stranggepressten Aluminium- Profilen. Bei minimalem Erhaltungsaufwand weisen diese eine hohe Witterungsbeständigkeit sowie hohe Wind- und Schlagregendichtheit auf. Sie sind im Entsorgungsfall problemlos zu zerlegen und getrennt recycel- bzw. kompostierbar. In Verbindung mit einer PU-Dämmung zwischen Glas und Alu-Schale werden alle Anforderungen an eine passivhaus-geeignete Fensterkonstruktion erfüllt (Abb. 7, Mitte). Neuentwicklungen mit sehr schlanken Rahmenprofilen (Abb. 7, rechts) nehmen Innovationen aus dem Fassadenbau und arbeiten mit z.b. mit GFK-Profilen, als Träger der Scheiben und der vollflächigen Rahmenüberdämmung. Kunststoff, Aluminium, Stahl Kunststoff-Fenster bestehen heute aus PVC-Hohlkammerprofilen mit bis zu sieben Kammern, die teilweise sogar ausgeschäumt sind. Die Dämmeigenschaften kommen denen von Holz sehr nahe. PVC ist relativ widerstandsfähig gegen Verkratzen und unempfindlich gegen Verunreinigungen. Es hat im Vergleich zu Holz eine geringere Temperaturbeständigkeit, d.h. hohe Tempe- raturen können zu Verformungen und Farbveränderungen führen, die auf molekulare Veränderungen im Material zurückzuführen sind. Helle Profile erreichen eine Oberflächentemperatur von ca. 45 C, während dunkle Farbtöne leicht zu einer Erwärmung auf 80 C führen können. Im Brandfall wird durch PVC-giftiges Dioxin freigesetzt. PVC-Fenster werden in letzter Zeit vermehrt recycelt. Aluminiumfenster haben eine hohe Lebensdauer und Formstabilität. Innen- und Außenprofile sind durch einen Kunststoffsteg verbunden und dadurch (in begrenztem Maß) thermisch getrennt. Dieser Kunststoffsteg muss die gesamten mechanischen Beanspruchungen aufnehmen, die sich aus den äußeren Belastungen durch Wind sowie aus der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenrahmen ergeben. Aluminiumfenster sind (von Ausnahmen abgesehen) aufgrund ihrer schlechten Dämmeigenschaften nicht mehr zeitgemäß. Stahl als Rahmenmaterial in Form von einfachen Fensterprofilen (Winkel-, T- oder Z-Profile) aus Walzstahl oder in Form von Hohlprofilen lässt sich nur in Ausnahmefällen (z.b. beim Denkmalschutz) statisch und/oder gestalterisch begründen, in Form von thermisch getrennten Einzelprofilen mit eingeschobenen Abstandshaltern oder mit Dämmstoffeinlage bei großflächigen Verglasungen. Der Korrosionsschutz wird durch Verzinkung, Beschichtungen mit Lacken bzw. Zinkstaubfarben oder durch Kunststoffüberzüge erreicht. Dieser Beitrag wird in Heft 2-2013 fortgesetzt. Literatur Gabriel, Ingo, Ladener, Heinz (Hrsg.): Vom Altbau zum Niedrigenergie- und Passivhaus, 10. Auflage, Staufen (Ökobuch Verlag) 2012 Sieberath, Ulrich: Bedeutung des Kraftwerks Fenster, Vortrag 12.05.2010, Berliner Energietage Ich fühl mich AEREX! Weil ich immer an der frischen Luft bin. Und mit dem neuen AEREX PHK 180 habe ich die frische Luft sogar auf höchst effiziente Weise zuhause in meinem Passivhaus was will man mehr!?! AEREX PHK 180 das Neue vom Original. Für Lüftung, Heizung und Warmwasser. www.aerex.de