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Aug 04, 2023

Fenster versus Wände: Den Energiemythos entlarven

Von Bruce Lang Kanadas Klima ist eines der vielfältigsten auf dem Planeten. Sie variiert je nach Geographie und reicht von langen, kalten Wintern und sonnenlosen Tagen im hohen Norden bis hin zu vier ausgeprägten Jahreszeiten entlang der US-Grenze und typischerweise milden Wintern im unteren Festland von British Columbia. Die Temperaturen können im Sommer auf über 40 °C (104 °F) steigen und im Winter unter –50 °C (–58 °F) fallen. Dieses vielfältige und extreme Klima kann erhebliche Auswirkungen auf die Gestaltung von Gewerbegebäuden haben, insbesondere wenn es um Energieeffizienz sowie das Wohlbefinden und die Produktivität der Bewohner geht.

Die Gebäudehülle – Dach, Wände und Fenster – ist die Schnittstelle zwischen dem Gebäude und seiner Umgebung und die erste Verteidigungslinie eines Bauwerks gegen die Elemente. Die Gestaltung der Gebäudehülle und die Produktauswahl haben einen erheblichen Einfluss auf die Energieeffizienz und das Wohlbefinden der Bewohner. Gut isolierte „massive“ Wände sind für einen Planer bei der Planung für kalte Klimazonen in der Regel die Priorität, bieten jedoch nicht die ästhetische Ausstrahlung und die natürlichen Tageslichtvorteile von Glas. Was wäre, wenn Glas die gleiche Isolierung und Energieeffizienz bieten könnte, die von Wänden verlangt wird?

Die Fakten zu HochleistungsglasDas bestgehütete Geheimnis zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gewerbegebäuden ist Hochleistungsfensterglas. Tatsächlich nimmt der Anteil von Glas an der Gebäudehülle zu, da Architekten versuchen, die ästhetische Attraktivität und die Tageslichtvorteile zu nutzen. Ein Großteil dieses Anstiegs wurde durch Fortschritte in der Beschichtungstechnologie mit niedrigem Emissionsgrad (Low-E) in den letzten zwei Jahrzehnten ermöglicht.

Allerdings sind typische Fenster im Vergleich zu isolierten Wänden und Decken ein erheblicher Energieverlust. Die Isolierung wird anhand des Widerstands gegen den Wärmefluss oder des R-Werts gemessen – je höher der R-Wert, desto besser die Isolierleistung. Wände mit einer Dämmleistung von R-30 (also RSI-5,3) gelten heute für die meisten kanadischen Gebäude als normal, während die Dämmleistung von Fenstern typischerweise nur bei R-4 (also RSI-0,7) liegt. Warum sollten Sie sich in Häusern und Gebäuden mit R-30-isolierten Wänden mit R-4-Fenstern zufrieden geben? Diese Doppelmoral bei der Energieeinsparung existiert, weil es einfacher ist, eine Wand als ein Fenster zu sein. Wände müssen nur gut isolieren, Fenster müssen noch viel mehr leisten.

Fenster (insbesondere Fensterglas) müssen:

Darüber hinaus müssen viele Fenster geöffnet werden, um im Notfall für Belüftung und Flucht zu sorgen. Da Fenster bis zu 30 Prozent des Wärmeverlusts herkömmlicher Gebäude und Häuser ausmachen, stellen sie eine einfache Lösung dar, die einen dramatischen – und unmittelbaren – Einfluss auf die Energieeffizienz haben kann.

Eine radikale Lösung könnte darin bestehen, viele der vorhandenen Fenster zu vernageln. Dadurch könnte etwas Energie gespart werden, es behindert jedoch die Übertragung von natürlichem Licht in ein Gebäude. Zu den zunehmend anerkannten Vorteilen der Einbringung von Tageslicht gehören:

Es besteht eindeutig ein Anreiz, die Leistung von Fenstern zu verbessern. Eine einfache Reduzierung ihrer Größe und Anzahl ist nicht machbar, insbesondere im kalten kanadischen Klima, wo „Kabinenfieber“ Realität sein kann.

HochleistungsglasoptionenDa Glas das Herzstück eines Fensters ist, sollten Planer über Hochleistungsoptionen Bescheid wissen. Einscheibenglas schützt zwar vor Witterungseinflüssen, schützt aber kaum vor Wärmeverlust oder reflektiert die Sonnenwärme – seine Leistung liegt bei etwa R-1 (d. h. RSI-0,18). Der Luftraum im Inneren von Doppelscheiben-Isolierglas (d. h. zwei Glasscheiben mit einer Low-E-Beschichtung, die durch einen abgedichteten Luftraum getrennt sind), insbesondere wenn er mit einem Inertgas wie Argon gefüllt ist, verbessert die Isolierung und die Beschichtung reflektiert die Sonnenwärme ––maximale Leistung bis etwa R-4.

Da die Beschichtungstechnologie inzwischen mit einem Emissionsgrad von nur 0,003 an praktische Grenzen gestoßen ist, können sich Menschen leider nicht mehr wie in den letzten zwei Jahrzehnten auf bessere Low-E-Beschichtungen verlassen, um die Glasleistung zu verbessern. Um die Leistungsbarriere von Glas zu durchbrechen, muss man nun von Beschichtungen auf „Hohlräume“ umsteigen, bei denen es sich um wärmehemmende Lufträume im Inneren einer Isolierglaseinheit (IG) handelt. Im Gegensatz zu Zweischeibenglas (das auf einen einzigen Hohlraum beschränkt ist) nutzt Mehrscheibenglas mehrere isolierende Lufträume, um ein neues Maß an Energieeffizienz zu erreichen.

Dreischeiben-Isolierglas Dreischeiben-Isolierglas besteht aus drei Glasscheiben und zwei Low-E-Beschichtungen, die durch zwei Lufträume getrennt sind. Es verbessert die Isolierleistung bis zu R-10 (dh RSI-1,8) – mit Krypton-Gasfüllung. Die schlechte Nachricht ist, dass Dreifachglas 50 Prozent schwerer ist als Doppelglas, was einen stärkeren Fensterrahmen erfordert und eine erhebliche strukturelle Belastung für das Gebäude darstellt. Außerdem ist es schwieriger zu handhaben und zu installieren.

Hängefolien-Isolierglas Hängefolien-Isolierglas besteht aus einer beschichteten Folie, die zwischen zwei Glasscheiben aufgehängt ist. Es verbessert die Isolierleistung bis zu R-20 (d. h. RSI-3,5) – mit Kryptongas und drei aufgehängten Folien – bei gleichem Gewicht wie Doppelscheibenglas. Bis zu drei beschichtete Folien können im Inneren des Geräts eingehängt werden, um bis zu vier Isolierhohlräume zu schaffen. Durch Zugabe eines wärmebehinderten Gases zu den inneren Hohlräumen kann eine Isolierleistung in der Mitte des Glases von bis zu R-10 (mit Argon) und R-20 (mit Krypton) erreicht werden, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Hochisolierendes Glas ist besser als Isolierglas mit hängender Folie. Es werden mehrere Folien verwendet, um eine Isolierleistung von mindestens R-8 (d. h. RSI-1,4) und einen moderaten solaren Wärmegewinn zu erreichen. Fenster, die mit Isolierglas mit abgehängter Folie ausgestattet sind, können tatsächlich energieeffizienter sein als isolierte Wände, wenn neben den Isoliereigenschaften des Glases auch der passive Solargewinn durch Tageslicht berücksichtigt wird. Im Gegensatz zu Wänden lässt sich mit Isolierglas aus vorgehängter Folie ein Nettoenergiegewinn erzielen, indem mehr Sonnenwärme zugeführt wird, als durch Wärmeleitung verloren geht. An diesem Punkt ist ein Glassystem in der Lage, die umgebende Wand zu übertreffen.

Beispielsweise kann, wie oben erwähnt, Isolierglas mit hängender Folie eine Leistung von bis zu R-20 erreichen. Zu diesem Zeitpunkt stoppt das Glas 95 Prozent des potenziellen Wärmeverlusts (U-Faktor 0,05). Dies bedeutet, dass der Wärmeverlustunterschied zwischen R-20-Glas und einer umgebenden R-30-Wand weniger als zwei Prozent beträgt. Wenn man bedenkt, dass es in einem 24-Stunden- und 365-Tage-Zyklus auch einen solaren Gewinn gibt, kann der passive Gewinn des Verglasungssystems letztendlich seinen Wärmeverlust ausgleichen. Dies bedeutet, dass eine R-20-Glaseinheit trotz eines niedrigeren R-Werts tatsächlich eine R-30-Wand übertreffen kann.

Zusätzliche Vorteile von Isolierglas mit hängender Folie. Isolierglas mit mehreren Hohlräumen mit hängender Folie nutzt die Vorteile der film- und glasbasierten Technologie, um eine leichte Isolierglaseinheit zu schaffen. Low-E-beschichtetes Glas wird verwendet, um den solaren Wärmegewinn zu minimieren, während hängende beschichtete Folien verwendet werden, um die Isolierleistung zu maximieren, UV-Strahlung zu blockieren, Lärm zu reduzieren und den Komfort der Bewohner effektiver zu erhöhen als beschichtetes Glas allein.

Es können jedoch zusätzliche Vorteile erzielt werden, wenn die höhere Leistung von Isolierglas mit abgehängter Folie als Teil eines ganzheitlichen Ansatzes zur Optimierung der Gesamtleistung und -kosten des Gebäudes betrachtet wird. Beispielsweise erfordert ein Gebäude, das mit Glas geringer Leistung entworfen wurde, wahrscheinlich zusätzliche Systeme, wie etwa eine Randheizung und ein größeres HVAC-System. Durch eine „dichte“ Gebäudehülle kann jedoch eine Randheizung vermieden und das HVAC-System verkleinert werden. Dies senkt nicht nur den Anschaffungspreis des Gebäudes, sondern senkt auch die jährlichen Betriebskosten.

Glas, das wie eine Wand isoliertIn Zeiten von R-30-Wänden war Glas das „schwache Glied“ der Energieeffizienz in der Gebäudehülle. Dies ist jedoch nicht mehr der Fall. Es ist wichtig, dass Planer wissen, dass die Leistungsbeschränkung von Doppelscheibenglas oder die Gewichtsbeschränkung von Dreischeibenglas nicht länger akzeptiert werden müssen.

Überlegene Multi-Cavity-Lösungen mit hängender beschichteter Folie haben neue Maßstäbe gesetzt und können eine Leistung von bis zu R-20-Glas ohne zusätzliches Strukturgewicht erreichen. Planer haben die große Chance, mit diesen Multi-Hohlraum-Lösungen nicht nur die Energieeinsparungen drastisch zu steigern, sondern auch die Gesamtkosten zu senken, indem sie die höhere Leistung dieses Glases nutzen, um andere Gebäudesysteme zu eliminieren oder zu verkleinern. Mit anderen Worten: Designprofis müssen bei der Isolierung nicht mehr an Wände denken – sie können an Fenster denken.

Bruce Lang ist Vizepräsident für Marketing und Geschäftsentwicklung bei Southwall Technologies, einem Anbieter von Hochleistungsfolien und Glasprodukten. Er ist außerdem Präsident von Southwall Insulated Glass, einem Unternehmen, das energieeffizientes Isolierglas mit schwebender Folie herstellt. Lang hat einen Bachelor of Science in Elektrotechnik von der Stanford University und einen Master-Abschluss in Betriebswirtschaft von der Santa Clara University in Kalifornien. Er ist per E-Mail unter [email protected] erreichbar.

Von Bruce Lang
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