Leichtere Isoliergläser im Sinne von Energieeffizienz, EnEV, Energiewende und Co.

(27.8.2014) Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden hält der Trend zu Dreifach-Isoliergläsern an. Um den hohen Gewichten die­ser sehr wärmedämmenden Verglasungen entgegenzuwirken, arbeitet die Glasbranche an leichteren Alternativen.

1,0 W/m²K - bestenfalls 0,9 W/m²K - mit Zweifach-Isolierglas

Die Verbesserung der Energieeffizienz der Gebäudehülle und speziell auch von Fens­tern und Glasfassaden ist nach wie vor eine der zentralen Herausforderungen in der modernen Architektur. Neben der Optimierung der Rahmenprofile kommt dabei den eingesetzten Isolierverglasungen eine Schlüsselrolle zu. Über Jahrzehnte haben sich Zweifach-Isoliergläser durchaus bewährt. Durch das Aufbringen hocheffizienter Funk­tionsbeschichtungen und den Einsatz von wärmetechnisch optimierten Warm-Edge-Abstandhaltersystemen konnte der für die Wärmedämmleistung maßgebliche U_g-Wert der Gläser mit Argon-Füllung bis auf 1,0 W/m²K gesenkt werden. Durch eine zusätz­lich auf der Raumseite der Verglasungseinheit aufgebrachte niedrig emittierende Be­schichtung werden bei neuesten Produkten auch schon 0,9 W/m²K erreicht.

0,5 W/m²K mit Dreifach-Isolierglas

Mit Zweifach-Isolierglas lässt sich auch mit allen Tricks nicht die Dämmleistung von Dreifach-Isolierglas erzielen. Mit aktuellen Werten von bis zu 0,5 W/m²K stellt dieser Verglasungtyp zurzeit beim klassischen Isolierglasaufbau die Leistungsspitze und den Stand der Technik dar. Dieses hohe Dämmniveau führt vor dem Hintergrund steigen­der Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden (siehe Energieeinsparverord­nung) zu einem verstärkten Einsatz von Dreifach-Isoliergläsern.

60% Marktanteil von Dreifach-Glas mit steigender Tendenz

Insbesondere in Deutschland werden massive Zuwächse verzeichnet. In nur vier Jah­ren stieg hier der Marktanteil von ca. zehn Prozent auf mittlerweile über 60% - Ten­denz weiter steigend. Parallel dazu gibt es einen Trend zu größeren Glaseinheiten. Un­terstützt wird diese Entwicklung durch die Weiterentwicklung der Fertigungstechnolo­gie, die mittlerweile auch die serielle Herstellung sehr großer Zweifach- und Dreifach-Isoliergläser in höchster Präzision ermöglicht.

Hohe Gewichte schwer zu tragen

Der Trend zu großen Glasflächen und Dreifach-Isoliergläsern hat jedoch einen Haken. Die hohen Glasgewichte bringen Monteure und Beschläge an ihre Belastungsgrenzen. Ein Isolierglas im üblichen Dreifach-Aufbau mit drei gleichdicken Glasscheiben ist lo­gischerweise um ein Drittel schwerer als ein Zweifach-Isolierglas. So steigt das Ge­wicht bei einer Scheibengröße von nur einem Quadratmeter von 20 auf 30 kg - bei einer Flachglasdicke von 4 mm.

Große, mehrere Hundert Kilogramm schwere Gläser lassen sich oft nur noch mit tech­nischen Montagehilfen einsetzen. Das erhöht die Montagekosten erheblich. Darüber hinaus machen die schweren Scheiben neue Lösungen beim Handling in der Fertigung notwendig und treiben die Transportkosten in die Höhe. Auch die Beschlagtechnik ge­rät trotz intensiver Entwicklungsarbeit im Bereich der Schwerlast-Beschläge an ihre Grenzen.

Auf der Suche nach Gewichtsreduzierungsmöglichkeiten

Um Abhilfe zu schaffen, arbeiten Forschungseinrichtungen und Glasunternehmen ge­meinsam mit Glasmaschinenbauern bereits seit Jahren an Alternativprodukten mit ver­gleichbaren oder besseren energetischen Eigenschaften, aber reduziertem Gewicht. Im Fokus stehen dabei ...

• Dünngläser,
• transparente Folien und Kunststoffplatten sowie
• hochdämmende Vakuum-Isoliergläser.

Gewichtsreduzierung durch Dünngläser

Die Dünnglas-Technologie hat den Sprung in die Serienreife bereits geschafft. Hinsichtlich der relevanten Werte Wärme­schutz (U_g-Wert), Gesamtenergiedurchlass (g-Wert) und Lichtdurchlässigkeit (τ_V) entsprechen Isoliergläser mit dün­neren Gläsern den Werten herkömmlicher Dreifach-Isolierglä­ser oder übertreffen sie sogar.

Schon seit 2008 produziert beispielsweise das Saint-Gobain Isolierglas-Center in Deutschland Dreifach-Isoliergläser aus 3 mm dicken Gläsern. Die beiden vom Unternehmen angebo­tenen Funktionsgläser SGIC Climatop N Light und SGIC Clima­top Lux Light sind 25% leichter als Standard-Isoliergläser und erreichen mit zwei Low-E-Beschichtungen - je nach Ausfüh­rung - U_g-Werte von 0,8 bis 0,5 W/m²K - siehe auch Baulinks-Beitrag „Dreifach-Isolierglas von SGG punktet mit Leichtigkeit“ vom 31.3.2008.

Bei der Materialwahl hat sich das Saint-Gobain Isolierglas-Cen­ter gegen den Einsatz von thermisch gehärteten Gläsern ent­schieden. Durch die Härtung der Einzelscheiben könnten zwar größere Scheibenabmessungen realisiert werden, diese seien aber laut eigener Aussage nicht unproblematisch:

• Durch die Einwirkung von Klimalasten könne es zu starken Scheibenverformun­gen kommen, die den Randverbund belasten und die Lebensdauer der Isolier­gläser verkürzen.
• Zudem könne die Verformung großer Gläser zu verzerrten Spiegelbildern in der Glasansicht führen.

Bedenken, nicht gehärtete Dünngläser seien mit einem erhöhten Bruchrisiko verbun­den, entgegnet Wolfgang Böttcher, Leiter Technisches Marketing Saint-Gobain Glas­solutions, dass es zwar in der Produktion und Logistik sowie bei den Fensterbauern ei­ner gewissen Erfahrung im Umgang mit Dünngläsern bedürfe, ein Problem sähe er hier jedoch nicht. Die SGIC Climatop Light-Isoliergläser könnten bis zu einer Größe von 1,4 x 2,2 Meter ohne gehärtetes Glas verwendet werden.

Ebenfalls als Vorreiter beim Einsatz von Dünngläsern im Isolierglas gilt der deutsche Isolierglashersteller Energy Glas GmbH. Seit 2013 setzt das Unternehmen auf die Dünnglastechnik mit drei thermisch vorgespannten Dünngläsern (TVG plus/ESG Glä­ser). Für seine beiden Produkte gibt er folgende technische Werte an:

• Neutralux advance leicht (Aufbau 3-2-3): Gewicht 20 kg/m², U_g-Wert 0,5 W/m²K, Lichttransmission 73%, g-Wert 52% und
• Neutralux ensolar leicht (Aufbau 3-3-3): Gewicht 22,5 kg/m², U_g-Wert 0,6 W/m²K, Lichttransmission 74%, g-Wert 65%.

Diese Scheiben sollen im Aufbau 3 mm / 2 mm / 3 mm in TVG plus/ESG-Ausführung bis zu einer Größe von 1,50 m x 2,50 Meter gefertigt werden können. Bei größeren Ab­messungen werden die Scheiben entsprechend den statischen Anforderungen dicker ausgelegt.

Als Vorteile des Einsatzes von gehärteten Gläsern führt das Unternehmen unter ande­rem an, dass sich das Bruchrisiko bei der internen und externen Logistik nahezu auf Null vermindere und in einem Bruchfall nach dem Einbau das Verletzungsrisiko reduziert sei. Außerdem besitzen die Isoliergläser laut Unternehmen durch die vorgespannten Dünngläser eine erheblich höhere Belastbarkeit hinsichtlich thermischer Einflüsse. Die Gefahr einer erhöhten Durchbiegung der Scheiben sieht Energy Glas nicht.

Dünnglaser-Fazit: ja - aber

Dreifach-Isoliergläser mit Dünngläsern gelten aktuell als sinnvolle Alternative zu klas­sischen Glasaufbauten, sind aber keine Patentlösung für die Gewichtsproblematik, denn sie können nicht in allen Isolierglas-Einsatzfeldern verwendet werden. Dies gilt sowohl für sehr großformatige Gläser als auch für Anwendungen, bei denen vom Ge­setzgeber größere Mindestglasdicken vorgeschrieben sind, beispielsweise im Bereich der Absturzsicherung.

Ungeachtet dessen lassen sich die Iso-Ausführungen mit dünneren Gläsern in vielen Fällen einsetzen. Werden die erforderlichen Berechnungen hinsichtlich der Klimabelas­tungen vor Ort penibel durchgeführt und wird damit sichergestellt, dass die Glasstatik den jeweiligen Anforderungen entspricht, sind die „leichten“ Isoliergläser eine nutz­bringende Ergänzung zum klassischen Dreifach-Isolierglas.

Wolfgang Böttcher erklärt dazu: „Welche Abmessungen mit welchen Scheibendicken realisiert werden können, ist immer auf den Einbaufall abzustimmen. In den Bereichen, in denen dickere Scheiben für den Anwendungsfall überdimensioniert sind, ist es sinnvoll, auf dünnere Gläser auszuweichen.“

Wege, Konstruktionsprinzipien und Grenzen der Gewichtsredu­zierung durch dünneres Glas oder transparente Kunststoffplat­ten bzw. -folien zeigt das Institut für Fenstertechnik Rosen­heim (ift Rosenheim) in seinem 2013 vorgelegten Forschungs­bericht „Flächengewicht Mehrscheiben-Isolierglas“ auf - siehe Baulinks-Beitrag „Flächengewicht: Forschungsbericht zu al­ternativen Mehrscheiben-Isolierglas-Konstruktionen“ vom 21.6.2013.

0,3 W/m²K!? Vakuum-Isolierglas als Ergänzungsprodukt

Eine mögliche Alternative zu Dünngläsern bzw. Kunststofffolien und -platten ist Vakuum-Isolierglas (VIG). Es ist als Zweifach-Glas aufgebaut, kaum zehn Millimeter dick und somit leicht. Durch die Evakuierung der Luft aus dem weniger als einen Mi­llimeter starken Scheibenzwischenraum wird die Konvektion und Wärmeleitung nahezu ausgeschaltet. Im Zusammenspiel mit einer Low-E-Beschichtung kann so eine vergleichsweise gute Wärmedämmung erreicht werden. Damit der hohe atmos­phärische Druck von 10 Tonnen pro Quadratmeter die Schei­ben nicht zusammenpresst, werden kaum sichtbare Stützkör­per zwischen den beiden Scheiben positioniert - in der Ver­größerung des rechten Fotos gut zu erkennen.

Die japanische Nippon Sheet Glass Co. und das chinesische Unternehmen Beijing Synergy Vacuum Glazing Technology Co. Ltd. bieten bereits industriell gefertigtes Vakuum-Isolierglas an.

• Die Dämmwerte der NSG-Gläser liegen allerdings, je nach Ausführung, nur bei 1,2 bzw. 1,1 W/m²K. Dieses Niveau ist auch mit herkömmlichen Zweifach-Isolierverglasungen erreichbar.
• Beijing Synergy erreicht mit seinem Vakuum-Isolierglas nach eigenen Aussagen eine U_g-Wert von bis zu 0,3 W/m²K.

Beide asiatischen Produktlösungen können allerdings wegen der hohen thermischen Belastungen für die gewählten Rand­verbundsysteme (Glaslot) nicht als Einzelscheiben, sondern nur als Hybrid-Lösung in einem Isolierglasaufbau, also mit einer Gegenscheibe, einge­setzt werden. Zudem sind beide Systeme mit einem sichtbaren Evakuierungsventil ausgestattet - siehe auch Beitrag „Flachglas Markenkreis holt Vakuumisolierglas nach Deutschland“ vom 29.3.2012.

VIG aus Europa?

In Europa arbeitet man intensiv an VIG-Lösungen, die ohne solchee Ventile auskom­men, als Einzelelemente (ohne Gegenscheibe) variabel mit Floatglas, Einscheibensi­cherheitsglas (ESG) und Verbundsicherheitsglas (VSG) einsetzbar sind und einen U_g-Wert von 0,5 W/m²K erzielen. In Deutschland wurden bereits zwei Forschungsprojek­te (VIG - Vakuum-Isolierglas und ProVIG - Produktionstechnik für Vakuum-Isolierglas) durchgeführt. Das Konsortium aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen favori­siert ein Randverbundkonzept aus verschweißten Metallfolien. Bei dieser Lösung sieht man die größten Chancen, dass der Randverbund des VIGs als Einzelelement den auf­tretenden Belastungen über einen Zeitraum von über 25 Jahren standhält.

Zurzeit arbeitet das Konsortium im Projekt „VIG-S“ an der entsprechenden System­technik. Erst wenn man den Nachweis eines vakuumdichten und mechanisch stabilen Randverbunds erbracht hat, will man über die industrielle Umsetzung entscheiden. Und auch beim aktuell unter Beteiligung europäischer Forschungseinrichtungen und Unter­nehmen durchgeführten Projekt „Winsmart“, in dem serienreifes Vakuumglas mit einem Randverbund aus Zinn entwickelt werden soll, ist wohl frühestens in drei Jahren mit endgültigen Ergebnissen zu rechnen.

Erreichen die beiden in Europa aktiven Konsortien ihre Ziele hinsichtlich der Langzeit­stabilität des Randverbunds für Einzelelemente, kann sich Vakuum-Isolierglas zu einem ernstzunehmenden Ergänzungsprodukt für Dreifach-Isolierglas entwickeln und in vielen Einsatzfällen zu einer Reduzierung der Elementgewichte beitragen.