Seite 0 von 8 ift Rosenheim 1 Einleitung Durch die im Rahmen der Energieeinsparverordnung (EnEV) verschärften Anforderungen an den Wärmeschutz von Bauobjekten müssen Fenster- und Außentürelemente bezüglich des Wärmedurchgangskoeffizienten (U w -Wert) verbessert werden. Die geplanten strengeren Anforderungen der EnEV 2012 sowie weitere zukünftige Verschärfungen werden nicht alleine durch Verbesserungen im Bereich der Verglasung erreichbar sein, sondern erfordern eine deutliche Verbesserung des U f -Werts der Rahmen. Dies bedeutet für die heutigen Konstruktionen große Herausforderungen, aber zum Teil auch essenzielle Probleme. Selbst mit dem Einsatz von 3-fach-Isolierglas sind diese Obergrenzen kaum und bei Metallfenster nur im allergünstigsten Fall mit Standardkonstruktionen zu erreichen. Ein Beispiel bezogen auf das Standardmaß 1.23 m x 1.48 m: U f = 1,4 W/(m 2 K) U g 0,7 W/(m 2 K) U w = 1,21 W/(m 2 K) (mit Alu Abstandhalter) und U w = 1,14 W/(m 2 K) (mit warmer Kante") Dies bedeutet bei Metallkonstruktionen eine grundsätzliche Neukonstruktion von Profilen oder andere Bauweisen, um diesen Forderungen gerade auch im Hinblick auf noch weitere anstehende gerecht zu werden. Darüber hinaus sind allerdings weitere Konzepte gefragt, wie das Fenster noch mehr zur Einsparung von Energie und Ressourcen beitragen kann. 2 Möglichkeiten zur Erreichung des Zieles 2.1 Beispiele Für die deutliche Verbesserung der U-Werte bieten sich folgende Größen als Ansatzpunkte an: Dämmzonenhöhe 30 mm Stegdicke 2 mm Glaseinstand 15 mm
Seite 1 von 8 Dämmschaum 0.035 W/mK Profilansichtsbreite 130 mm U f = 1,61 /(m 2 K), U g = 0,70 W/(m 2 K), U w = 1,21 W/(m 2 K) Fenstergröße 1,23 m x 1,48 m Vergrößerung der Dämmzone Problematik: Profilstatik und Verarbeitbarkeit U f (+15 mm) = 1,39 W/(m 2 K) U w (+15 mm) = 1,14 W/(m 2 K) Weniger Materialeinsatz in der Dämmzone Problematik: Profilstatik und Verarbeitbarkeit U f (-0,75 mm) = 1,51 W/(m 2 K) U w (-0,75 mm) = 1,18 W/(m 2 K) Andere Materialen in der Dämmzone Problematik: Preis und konventionelle Verarbeitbarkeit U f (-0,015 W/mK) = 1,48 W/(m 2 K) U w (-0,015 W/mK) = 1,17 W/(m 2 K) Veränderung des Glaseinstandes Problematik: konventionelle Verarbeitbarkeit U f (+5 mm) = 1,58 W/(m 2 K) U w (+5 mm) = 1,20 W/(m 2 K) Verdoppelung der Dämmzone Problematik: Profilbautiefe und Preis U f (+30 mm) = 1,44 W/(m 2 K) U w (+30 mm) = 1,15 W/(m 2 K) Kombinationen von verschiedenen Maßnahmen ergeben noch Verbesserungen im 1/10 Bereich. Gerade bei Metallfenstern ist es wichtig, den Fokus nicht nur auf die Verbesserung der Wärmedämmung zu legen, sondern auch weitere Vorteile des Materials wie Statik, einfache Profilgeometrien und gute Formgebung intensiver zu nutzen. Der Einbau von Steuerungstechnik wirkt sich auch durchaus positiv auf den Emissionsschutz aus, vielleicht in der Gesamtbilanz mehr als ein, um ein paar Prozente bessere U w -Werte der Konstruktion.
Seite 2 von 8 2.2 Bedienungseinfluss am Beispiel der Lüftung Bild 1 Mögliche Bereiche der Integration von Steuerungsbauteilen Formatiert: Schriftart: Nicht Fett Bei einem gekippten Fenster (bei einem angenommenen Volumenstrom von 170 m 3 /h und einer Temperaturdifferenz von 20 K zur Außenluft) beträgt der Energieaufwand zur Aufrechterhaltung der Raumtemperatur 1240 W! Eine U w -Wert-Verbesserung von 1,7 W/(m 2 K) auf 1,2 W/(m 2 K) bei einer Temperaturdifferenz zur Außenluft von 20 K bringt eine Energieeinsparung von 18,2 W! Dies bedeutet, dass unter den genannten Bedingungen ein für 21 Minuten pro Tag geöffnetes Fenster die gesamte, durch dieses Fenster eingesparte Energie verbraucht! 3 Schichten, Schalen, Verbünde Bei Holz-Metallfenstern wird seit längerer Zeit erfolgreich eine dem Holzrahmen vorgesetzte und gleitfähig gelagerte Wetterschutzschicht eingesetzt. Mit dieser Technik können in der Hauptsache stark unterschiedliche Werkstoffe miteinander verbunden werden. Auch eine gewisse mechanische Belastbarkeit der Verbindung ist gegeben. Grundsätzlich wäre der Einsatz von weiteren Schalen z. B. auch auf der Raumseite für Dekorrahmen denkbar. Neue Werkstoffe im Fenster sind häufig Verbundwerkstoffe aus bekannten Materialien, z. B. faserverstärkte Kunststoffe, WPC (Wood with plastic components) usw. Bei diesen Materialien handelt es sich um Teilchen-, Faser oder Durchdringungs-Verbünde. Eine weitere Art wären die Schichtverbundstoffe, bei denen die Ausgangsmaterialien parallel als solche erkennbar vorliegen. Diese Verbundstoffe können ein gesamtes Profil, eine Schicht und/oder eine Schale bilden. Verbundwerkstoffe besitzen Vorteile, die in den Ausgangswerkstoffen nicht bestehen. Sie werden zum Wetterschutz und auch zur Stabilisierung des Rahmens eingesetzt.
Seite 3 von 8 Beim Begriff Verbund können auch Verbundkonstruktionen gemeint sein. So wird das Zusammentreffen mehrerer Baugruppen wie beim zweiteiligen Flügel eines Verbundfensters, aber auch der Verbund der Schalen und Schichten so bezeichnet. Auch die Verbindung von Glas und Rahmen mittels Klebung liefert Verbundkonstruktionen. Beim Einsatz von derartigen Werkstoffen müssen auch neue Konstruktionsdetails, Herstellungsverfahren und Hilfsstoffe entwickelt und erprobt werden. Auch die Profilausbildung mit ihren bekannten Schwachstellen wie die raumseitige Luftdichtheit sollte dabei analysiert und optimiert werden. Folgende Punkte gilt es dabei u. a. zu beachten. Rahmenverbindungen, Verformungsverhalten, Rahmenvarianten (verschiedene Öffnungsarten, Pfosten, Riegel, Sprossen etc.), Beschlagbefestigung, Verglasungstechnik, Bearbeitungsmöglichkeiten der Werkstoffe, Oberflächentechnik (Einzelteilbeschichtung, Folierung...). Damit wird deutlich, dass sich die Konstruktionen deutlich von den aktuellen marktgängigen Fensterkonstruktionen entfernen können. 4 Gebrauchstauglichkeit und Langlebigkeit Im Bausektor sind in Bezug auf die Nutzungsdauer und Nutzungsumstände einige Besonderheiten zu berücksichtigen. Für langlebige Konstruktionen werden Zeiträume von 25 Jahren und darüber hinaus angegeben. Dabei soll das Fenster seine Eigenschaften weitgehend wartungsfrei bzw. wartungsfreundlich auf einem hohen Niveau behalten. Für neue Materialien und Materialkombinationen bedeutet dies, dass vor der Markteinführung ein hoher Aufwand an Prüfungen erfolgen muss. Diese Prüfungen zur Dauerhaftigkeit bei Bewitterung, Verträglichkeit mit anderen Werkstoffen und/oder Standfestigkeit usw. können dabei prinzipbedingt das tatsächliche Altern und die realen Belastungen nur eingeschränkt abbilden. Dennoch muss mit den Prüfungen das Vertrauen in die vorgesehenen Konstruktionen gefestigt werden. 5 Zukünftige Aufgaben Für die Zukunft der Fensterkonstruktionen zeichnen sich bereits einige Tendenzen ab, die bei neuen Konstruktionen unabhängig von der Wahl der Materialien zu berücksichtigen sind:
Seite 4 von 8 Integration von Lüftungseinrichtungen (z. B. Beschlag, aktive und passive Elemente) und Sonnenschutz, Integration von elektronischen Komponenten und Anbindung an die Haustechnik, Kombination von Funktionen wie Schall-, Wärme-, Brandschutz mit Einbruchhemmung, Automatisierung etc., Module zur einfacheren Reparatur und Umrüstungsfähigkeit, Systeme zur einfacheren Demontage, Zerlegung und Verwertung/Entsorgung der Materialien, Kenntnis über das Emissionsverhalten der eingesetzten Werkstoffe, weiterhin Anstrengungen zur Verbesserung des Tauwasserverhaltens und Senkung des Wärmedurchgangs u. v. a. m. Bild 2 Ansätze zur wärmetechnischen Optimierung des Fensters und Verbesserung der Energieeffizienz des Gebäudes 6 Zusammenfassung Wo liegen die Chancen für Metallkonstruktionen? Metallkonstruktionen besitzen hohe Festigkeitswerte (E-Module) und boten bisher schon eine gute Möglichkeit des Einbaus von zusätzlichen, zum Teil elektronischen Bauteilen, da gute Befestigungsmöglichkeiten und gute Platzverhältnisse gegeben waren. Bisher handelt es sich in der Regel um in der Gesamtheit nicht standardisierte Lösungen. Einige Bauteile (z. B. Reedkontakte) sind einfach in bestehende Konstruktionen integrierbar, andere (z. B. Motoren, Schalter) sind jedoch nur mit einem großen Aufwand oder überhaupt nicht einzusetzen. Nachträgliche Umrüstung ist, wenn überhaupt, oft nur mit optischen Zugeständnissen möglich (z. B. aufgesetzte Lösungen). Die Verlegung der
Seite 5 von 8 elektrischen Kabel ist oft dem Metallbau überlassen, und die Ausführung orientiert sich hauptsächlich an den Platzverhältnissen (z. B. im Glasfalzgrund) und nicht an den bauphysikalischen Erfordernissen. Hier wäre nun der Ansatzpunkt, Lösungen für diese Problematiken zu entwickeln, auch im Hinblick auf die geforderte Energieeinsparung, und den einfachen und somit günstigeren Einbau von intelligenter Technik in die Konstruktionen selbst als Vorteil zu nutzen. Der Endverbraucher muss den Mehrnutzen erkennen wie: Einsparung von Primärenergie, Komfortsteigerung, Wegfall von separaten Bauteilen, Befriedigung des Sicherheitsbedürfnisses, kostengünstigen Betrieb, kostengünstige und einfache Wartung. Durch entsprechende Auslegung der Profile (Hohlräume, Modulbauweise), der Komponenten (Standardisierung) und durch einfache Kabelführung gerade im Hinblick auf Erweiterung und nachträgliche Erreichbarkeit ist es anzustreben, den Einbau gewünschter Bauteile in einer möglichst rationellen Weise zu gestalten. Kostengünstigere Bauteile und deren Einbau erhöhen die Akzeptanz beim Endkunden und er wird eine größere Bereitschaft zeigen, diese Techniken einzubauen. Parallel zu einem verbesserten U-Wert gibt es noch einige Möglichkeiten, im Bereich Fenster und Fassaden aktiv und effizient für den Klimaschutz zu arbeiten und vor allem den Kunden mit einer finanzierbaren Komfortsteigerung von den Produkten zu überzeugen. Die neuen Bestimmungen, auch wenn sie anfangs ebenso wie manche Naturkatastrophe bedrohlich wirken, sind auch eine Chance das Produkt zu neuer Wertschätzung zu führen zu einer Wertschätzung, die ihm gebührt! Die Konstruktionen nicht nur technisch darzustellen, sondern auf die Emotionen des Endverbrauchers abzuzielen, dessen finanziellen, aber auch dessen Komfortgewinn herauszustellen, dies sind die Maßnahmen von morgen. Ein Teil des Gebäudes, das Komfort, Sicherheit und ein gutes Gefühl schenkt die Freude am Fenster!
Seite 6 von 8 Infos zum Autor ist der stellvertretende Leiter der F&E-Abteilung des ift Rosenheim