Die Last des (Fenster)Gewichts bringt Dünngläser ins Spiel

(15.8.2012) Immer strengere gesetzliche Wärmeschutzvorgaben und stetig steigende Energiepreise forcieren in der Architektur den Trend zum Dreifach-Isolierglas. Eine konstruktive Möglichkeit, den damit einhergehenden steigenden Glasgewichten entge­genzuwirken, ist der Einsatz von Dünngläsern.

Glas ist ein idealer Werkstoff für den Einsatz in der Gebäudehülle. Das transparente Material ist vielfältig einsetzbar und erfüllt - abhängig von der Art seiner Veredelung - individuelle Funktionen: Moderne Isoliergläser ...

• bieten zuverlässigen Wärme- und Sonnenschutz,
• verhindern hohe Lärmbelastungen und
• erreichen zudem bei Bedarf höchste Sicherheitsniveaus und
• können optische Akzente setzen.

Die Elementarfunktion von Glasbauteilen in der Gebäudehülle ist neben Transparenz und Gebäudeabschluss jedoch der Wärmeschutz. Angesichts der immer schärferen ge­setzlichen Vorgaben für den baulichen Wärmeschutz und steigender Energiepreise hat die Glasindustrie in den vergangenen Jahrzehnten ihre Produkte kontinuierlich weiter­entwickelt und erhebliche Effizienzverbesserungen erzielt.

Steigende Anforderungen

Die Grenzen der Physik lassen sich jedoch auch mit perfektionierten Glasaufbauten und hoch funktionalen Beschichtungen nicht überwinden. Beim über Jahrzehnte ein­gesetzten Zweifach-Isolierglas ist das Limit bei einem Wärmedurchgangskoeffizienten (U_g-Wert) von 1,0 W/m²K erreicht. Um die aktuellen gesetzlichen Wärmeschutzanfor­derungen zu erfüllen, ist dieser Wert absolut ausreichend, nicht aber für die zukünf­tigen Vorgaben.

Schon ab Januar 2021 sollen im Privatbau laut der im Jahr 2010 in Kraft getretenen EU-Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Directive on Energy Perfor­mance of Buildings - EPBD; siehe dazu z.B. Baulinks-Beitrag "„Entranze“: Roadmaps für den Klimaschutz im Gebäudebereich" vom 5.8.2012) in der Europäischen Union nur noch „nearly zero-energy-buildings“ gebaut werden, Gebäude also, die nahezu keine externe Energiezufuhr mehr benötigen. Für neue Gebäude, die von Behörden als Ei­gentümer genutzt werden, gilt diese Vorgabe bereits zwei Jahre früher. Da schlecht gedämmte Bestandsgebäude großen Anteil am hohen Gebäudeenergieverbrauch ha­ben, müssen auch hier bei größeren Sanierungen und neuen Anbauten die für Neubau­ten geltenden Mindestvorgaben für den Wärmeschutz erfüllt werden.

Sprunghafter Anstieg von Dreifach-Isoliergläsern

Um die zu erwartenden hohen Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden zu erfüllen, müssen auch Isoliergläser künftig noch deutlich bessere Werte erreichen. Die Glasbranche setzt darum verstärkt auf Dreifach-Isoliergläser. Mit U-Werten von bis zu 0,5 W/m²K wurden diese Funktionsgläser in der Vergangenheit meist in Passivhäusern verbaut. In den letzten fünf Jahren ist der Absatz der hoch dämmenden Gläser aller­dings sprunghaft angestiegen, denn immer mehr Bauherren setzen bei der Verglasung auf hohe Energieeffizienz - auch wenn ihre Gebäude kein Passivhausniveau erreichen.

Allein im Zeitraum von 2008 bis 2011 wuchs der Anteil der Dreifach-Gläser am Isolier­glas-Gesamtabsatz in Deutschland laut Angaben des Bundesverbandes Flachglas e.V. von rund 10 Prozent auf über 50 Prozent. Schon für das laufende Jahr erwartet der Verband einen Anteil von etwa 60 Prozent. Und der Aufwärtstrend wird sich weiter fortsetzen. „Wir sind davon überzeugt, dass der Marktanteil auf über 90 Prozent an­wächst. Forciert wird diese Entwicklung durch die kommende Energieeinsparverord­nung (EnEV), die vermutlich Dreifach-Isolierglas vorschreiben wird“, erklärt Dipl.-Oec. Jochen Grönegräs, Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes Flachglas und Ge­schäftsführer der Gütegemeinschaft Mehrscheiben-Isolierglas.

Einen sehr hohen Marktanteil und ähnliche Entwicklungsperspektiven wie in Deutsch­land haben Dreifach-Isoliergläser in den skandinavischen Ländern Schweden und Finn­land sowie in Österreich und der Schweiz. Angesichts der aktuellen Entwicklung ist sich die Fachwelt einig: Zumindest in Mittel- und Nordeuropa wird der Dreifach-Aufbau bei Isoliergläsern sukzessive Standard werden.

Parallel zur Steigerung der Energieeffizienz setzt sich im Privat- wie im Objektbau der Trend zu immer größeren Glaseinheiten fort. Architekten und Bauherren wünschen für ihre Gebäude ein offenes Raumambiente mit maximalem Tageslichteinfall und einem Höchstmaß an Außenbezug. Im Winter sollen die Glasflächen zudem solare Zugewinne sichern.

Höhere Scheibengewichte

Beide aktuellen Trends stellen für die Isolierglashersteller grundsätzlich kein Problem dar. Das Know-how und die Technologie für die Herstellung entsprechender Produkte sind vorhanden. Auch die Problematik der Klimalasten (Sog- und Druckwirkung auf Scheiben und Randverbund), die bei Dreifach-Isolierglas aufgrund des größeren Schei­benzwischenraumvolumens verstärkt auftritt, sind beherrschbar. Problematisch ist je­doch das steigende Gewicht der Gläser. Zum Vergleich:

• Eine Scheibe mit einer Größe von einem Quadratmeter, ausgeführt als Zweifach-Isolierglas mit 2 x 4 mm und 16 mm Scheibenzwischenraum, hat ein Gewicht von 20 Kilogramm.
• Dasselbe Format als Dreifach-Isolierglas im Aufbau 4/12/4/12/4 wiegt bereits 30 Kilogramm.

Die Gewichtszunahme um 50 Prozent hat weitreichende Auswirkungen. Die Isolierglas­betriebe müssen ihre betriebsinternen Abläufe auf die schwereren Scheiben ausrich­ten, der Transport verteuert sich, weil die maximale Zuladung der LKW schon mit we­niger Einheiten erreicht wird, und die Beschlaghersteller müssen belastbarere Lösun­gen bereitstellen. Im Fensterbereich stellt dies eine besondere Herausforderung dar, denn hier gilt es hoch tragfähige Beschläge zu entwickeln, die die schweren Elemente über Jahrzehnte zuverlässig halten und zudem auch noch filigran wirken. Schon jetzt gerät die Beschlagtechnik bei diesem Spagat zwischen den Anforderungen an ihre Grenzen. Hinzu kommt, dass auch die Rahmenprofile für Fassaden und Fenster den ho­hen Gewichten angepasst werden müssen.

Von der Gewichtszunahme der Bauelemente besonders betroffen sind die Montage­teams. Für sie bedeutet der Trend zum Dreifach-Isolierglas eine erhebliche Mehrbelas­tung. „Die Gewichte sind enorm. Besonders im Altbau, wenn keine technischen Hilfs­mittel einsetzbar sind, ist die Belastung eklatant, und die Mitarbeiter werden deutlich stärker beansprucht als früher“, berichtet Martin Gutmann Bundesinnungsmeister des Glaserhandwerks in Deutschland, und ergänzt: „Wenn Sie Pech haben, handelt es sich auch noch um Schallschutz- oder Einbruchschutzgläser in Dreifach-Ausführung, dann sind die Scheibengewichte noch höher.“ Verschärft werde die Situation zusätzlich durch die Gewichtszunahme bei den thermisch optimierten Rahmenprofilen.

Dünngläser als Lösungsansatz

Angesichts dieser weitreichenden Problematik arbeiten Glasindustrie, Isolierglasher­steller und Forschungsinstitute intensiv an Lösungen. Ihr Ziel ist, das Scheibenge­wicht zu reduzieren, ohne dabei die energetische Funktionalität zu reduzieren. Die seit Jahren laufende Entwicklung von leichten, hoch dämmenden Vakuumgläsern ist jedoch noch immer nicht so weit fortgeschritten, dass sie im klassischen Fenster- und Fassa­denbau eingesetzt werden kann (siehe dazu ggfls. Beitrag "Flachglas Markenkreis holt Vakuumisolierglas nach Deutschland" vom 29.3.2012). Praktikabel ist der Einsatz der sehr dünnen Isoliergläser aber bereits in Dachflächenfenstern in Standardgrößen.

Ein weiterer Lösungsansatz sind leichte, transparente Kunststofffolien und -platten, die die mittlere Scheibe des Isolierglases ersetzen sollen. Ob sich diese Technologie in der Breite durchsetzen wird, ist abhängig von der Praktikabilität und Dauerhaftigkeit der Produkte sowie von ihrer Akzeptanz bei den Endkunden.

Am erfolgversprechendsten scheint der Einsatz von Dünngläsern zu sein. Schon im Jahr 2004 erklärte Architekt Prof. Stefan Behling, der seit einigen Jahren in der Son­derschau „glass technology live“ im Rahmen der international bedeutendsten Glas­fachmesse glasstec die neuesten Entwicklungen der Glasbranche präsentiert: „Die Dünngläser werden im Flachbildschirmbereich Teil einer Revolution. Irgendwann werden sich vielleicht ganze Wände, Decken und Böden verändern können.“ In der Unterhal­tungs- und Kommunikationselektronik hat sich seine Prognose mit modernen Smart­phones oder auch Produkten wie Apples iPad, die beinahe ausschließlich über den Glas-Touch-Screen aus dünnem Glas bedient werden, längst bewahrheitet. Außerdem geben Stefan Behling die aktuellen Entwicklungstendenzen im Isolierglasmarkt hin­sichtlich seiner Erwartung für den Architekturbereich Recht. Schon heute werden im Markt Fenster mit Dreifach-Isoliergläsern angeboten, die nicht mehr aus dreimal 4 mm, sondern aus dreimal 3 mm starken, wärmebehandelten Scheiben gefertigt werden. Damit sinkt das Gewicht um ein Viertel - siehe z.B. Beitrag "Konzept-Fenster setzt auf gewichtsreduzierte Drei- und Vierfach-Isolierverglasung" vom 28.3.2012.

Und es geht noch dünner. In der Isolierglasbranche laufen bereits Versuche mit gehär­teten Gläsern im Aufbau mit 3/2/3 mm. Der Maschinenbauer Lisec erhielt jüngst für ei­ne spezielle Vorspanntechnik den Österreichischen Staatspreis 2012 in der Kategorie „Forschung und Innovation“. Sie ermöglicht es, flexible und robuste Gläser von nur 2 mm Dicke ohne optische Distorsionen herzustellen. Die leichten Dünngläser sollen Lisec zufolge „hervorragend für den Einsatz in der modernen Architektur eignen“.

• Kritiker verweisen beim Thema Dünngläser im Isolierglas jedoch auf das erhöhte Bruchrisiko der dünneren Scheiben. Ihr Einwand: Die Gläser würden zwar durch die geringere Dicke der Einzelscheiben leichter, aber gleichzeitig steige das Kan­tenbruchrisiko.
• Befürworter hingegen verweisen auf die höhere Belastbarkeit der thermisch gehärteten Gläser.

Gemeinschaftliches Forschungsprojekt

Um die Möglichkeiten der Gewichtsreduzierung von Mehrscheiben-Isolierglas auf seri­öser Basis auszuloten, hat das renommierte Rosenheimer Institut für Fenstertechnik (ift Rosenheim) gemeinsam mit dem Bundesverband Flachglas das Forschungsprojekt „Energieeffizientes Mehrscheiben-Isolierglas - Untersuchungen von techni­schen Maßnahmen zur Reduzierung des Flächengewichtes“ gestartet.

Im Projekt soll untersucht werden, mit welchen Maßnahmen das Flächengewicht von Mehrscheiben-Isolierglas reduziert werden kann und welche Auswirkungen sich daraus ergeben. Dipl.-Phys. Norbert Sack, Leiter Forschung und Entwicklung am ift und Leiter des Projekts, erklärt dazu: „Eine Reduzierung des Flächengewichts von Dreifach-Iso­lierglas ist wünschenswert und wäre prinzipiell durch den Einsatz von dünnerem Glas oder von transparenten Kunststoffen möglich. Dünneres Glas könnte in allen drei Ebe­nen eingesetzt werden, d.h. auf der Außenseite, der Raumseite sowie als mittlere Scheibe von Dreifach-Isolierglas.“ Im Rahmen des Projekts sei jedoch keine generelle Untersuchung aller Grundlagen möglich. Vielmehr sollen Entscheidungsgrundlagen für eine Beurteilung und zukünftige Umsetzung erarbeitet werden. BF-Hauptgeschäftsfüh­rer Jochen Grönegräs fügt hinzu: „Wir haben eigens ein Bemessungsprogramm für Iso­liergläser mit 3 x 3 mm Aufbau in das Projekt aufgenommen, um die Sensibilität für die­se Thematik zu stärken. Werden die Berechnungsgrundlagen beachtet, können durch­aus Isoliergläser im 3 x 3 Aufbau gefertigt werden.“

Hinsichtlich der relevanten Werte Wärmeschutz (U_g-Wert), Gesamtenergiedurchlass (g-Wert) und Lichtdurchlässigkeit (τ_V) entsprechen Isoliergläser aus Dünngläsern wei­testgehend den Werten herkömmlicher Dreifach-Isoliergläser. Und auch beim Schall­schutz lässt sich durch die Integration von Schallschutzfolien oder unterschiedliche Glasdicken ein hohes Schutzniveau erreichen.

Mit welchen Lösungen die Glasbranche im Segment der hoch isolierenden Mehrschei­ben-Isoliergläser die Herausforderungen der Zukunft meistern will, sollte auch auf der glasstec 2012 zu sehen sein. Die Weltleitmesse der Glasbranche findet vom 23. bis 26. Oktober 2012 in Düsseldorf statt. Neben der breiten Palette der Baugläser gibt die in­ternationale Fachmesse auch einen umfassenden Überblick über die neuesten Produk­tions- und Veredelungstechnologien sowie über das gesamte Spektrum der Glasan­wendungen.

Dünnglas in der Photovoltaik

Auch in der Solarbranche werden vorgespannte Dünngläser bereits eingesetzt, um das Gewicht von Glas-Glas-Modulen zu senken. Nach Herstelleraussagen ist die Lebens­dauer dieser Module deutlich höher als die von Modulen auf Basis von Folienlaminaten. Zudem könne aufgrund der höheren mechanischen Steifigkeit auf den umschließenden Aluminium-Rahmen verzichtet werden. So eignen sich die Dünnglas-Module auch für die zunehmend an Bedeutung gewinnende gebäudeintegrierte Montage von Photovol­taik-Elementen.