Wärmeschutzglas

Großzügig verglaste Räume entsprechen heutigen Komfortverglasungen. Im Zeitalter des bewussten Umgangs mit Natur und Umwelt genügen die rein ästhetischen Forderungen nicht mehr. Von einer modernen Wärmeschutzverglasung wird heute wesentlich mehr verlangt. Ein Ug-Wert von 1,1 bis 1,2 W/m2K bei 2-fach Isoliergläsern und 0,6 W/m2K bei 3-fach Isoliergläsern ist heute Stand der Technik.
Damit ist die Verglasung zu einem hoch wärmedämmenden Bauteil geworden, das dem Isoliervermögen des Mauerwerks immer näher kommt bzw. bereits entspricht. Dies eröffnete neue Perspektiven. Mit der Angleichung der Oberflächentemperaturen der Verglasung an die übrigen Bauteile entfallen die lästigen Zugerscheinungen in Fensternähe.Die Räume können besser genutzt werden und die Behaglichkeit nimmt deutlich zu. Um die Behaglichkeit und das Wohlbefinden im Raum zu erreichen, müssen Raumluft-Scheibenober- und Wandoberflächen-Temperaturen möglichst nahe beieinander liegen.

Beschichtung
Einfachverglasungen, die bis Mitte der 70er Jahre üblich waren, verursachten hohe Wärmeverluste
(Ug = 5,8 W/m2K). Mit dem verstärkten Einsatz von Isoliergläsern wurden verbesserte Ug-Werte von 3,2 W/m2K erreicht. Erst die Koppelung der Isolierglastechnik mit der Weiterentwicklung der Dünnschicht-Technologie für das transparente Beschichten des Glases ermöglichte eine weitere Halbierung der Energieverluste. Silberbeschichtete Wärmeschutzgläser werden in der Fachsprache als „LowE“ Gläser bezeichnet und erreichen heute einen Ug-Wert von 1,1 W/m2K .

„LowE“: Low-Emissivity = niedrige Emissivität = niedrige Wärmeabstrahlung.

Metalle strahlen nur etwa zwei bis zehn Prozent der aufgenommenen Energie wieder ab, d.h. sie besitzen von Hause aus ein niedriges Emissionsvermögen (ε). Darum verbrennen sich Kleinkinder die Hand auf der Herdplatte, weil sie zu spät die Wärme fühlen. Im Vergleich dazu verfügt das Glas nur in geringem Maße über diese vorteilhafte Eigenschaft. Über 80 Prozent der Wärme wird über die Glasoberfläche wieder abgegeben (Emission ε = 87 %).

Um die Transparenz des Glases mit den hervorragenden Emissionseigenschaften von Edelmetallen zu verbinden, werden hauchdünne Metallschichten von 1/100.000 mm = 100 nm auf das Glas aufgebracht. Diese Edelmetall-Wärmeschutzschicht senkt somit das Emissionsvermögen von εn 87 % auf εn 3 %.

Je niedriger also der Emissionsgrad einer Beschichtung ist, desto wirkungsvoller ist das Isolierglas in Bezug auf die Wärmedämmung. Dadurch ist einerseits die Durchlässigkeit für das Licht der Sonne gegeben, auf der anderen Seite wird das Emissionsvermögen der Glasoberfläche wirkungsvoll verringert.

Wärmetechnische Wirkungsweise
Der Wärmefluss durch Isolierglas wird durch folgende Anteile bestimmt:


Strahlungsaustausch zwischen den Glasscheiben infolge des hohen Emissionsvermögens der Scheiben-Oberfläche für Wärmestrahlen


Wärmeleitung der Luft bzw. des Gases im Scheibenzwischenraum (SZR)


Konvektion der Luft bzw. des Gases im SZR

Diese drei Mechanismen führen zur Erwärmung der äußeren Scheibe. Diese gibt ihrerseits Energie durch Leitung, Abstrahlung und Konvektion an die Außenluft ab.

Durch die Beschichtung wird aus der Glas – Emissivität von 87 %, die metallische Emissivität von bis zu 3 % erreicht. Damit wird der Strahlungsaustausch praktisch vollständig unterdrückt und somit reduziert sich der Ug-Wert des Zweifach-Isolierglases von 3,0 bis auf 1,3 W/m2K. Dabei spielt es keine Rolle, wo die Edelmetallschicht positioniert ist (Pos. 2 oder 3). Wird zudem die Luft im SZR durch das Edelgas Argon ersetzt, das über eine geringere Wärmeleitfähigkeit verfügt als Luft, sinkt der Ug-Wert zusätzlich um 0,2 auf 1,1 W/m2K.

U-Wert beeinflussende Faktoren
Folgende Faktoren beeinflussen den Ug-Wert der Isolierglasscheibe:
• Anzahl und Breite SZR
• Füllung SZR (Luft, Argon, Krypton)
• Anzahl Wärmedämmbeschichtungen
• Wirksamkeit der Beschichtungen (Emissionsgrad)

Hochvakuum-Magnetron-Beschichtungsverfahren
Seit Jahren werden Floatglasscheiben mit lichtdurchlässigen, wärmereflektierenden Schichten vergütet. Weltweit hat sich das Hochvakuum-Magnetron-Beschichtungsverfahren durchgesetzt. Die Beschichtungen bestehen aus mehreren Metall- und Metalloxid-Schichten von 1/10 bis 1/100 Nanometer Dicke, welche in einem elektromagnetischen Prozess im Hochvakuum (1 Millionstel bar = 10-3 bar) nach einander aufgetragen werden.

Beschichtung auf Glas
Beim Sputtern zündet im Vakuum durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen Kathode und Anode ein Plasma. Das Plasma ist an seiner typischen farbigen Leucht-Erscheinung, ähnlich der in Leuchtstoff-Röhren, erkennbar. Auf der Kathode ist ein sogenanntes „Target“ installiert, das aus dem Beschichtungsmaterial besteht. Die mit hoher Energie auftreffenden Argon-Ionen schlagen aus dem Target Material heraus, das sich wiederum als dünne Schicht auf dem Glas abscheidet. Zur Herstellung der Edelmetallschichten werden je nach Anforderung (Wärme- / Sonnenschutz) verschiedene Beschichtungsmaterialien auf das Glas aufgebracht. Bei der Herstellung der Wärmeschutzschichten wird, ähnlich der Entspiegelung von Kameraobjektiven, das aus der Optik bekannte Interferenzprinzip genutzt.

Licht- und strahlungstechnische Eigenschaften
Bei den lichttechnischen Eigenschaften wird auf das sichtbare Licht -> blau (Wellenlänge 380 bis 780 nm), bei den strahlungstechnischen Eigenschaften auf das gesamte Sonnenspektrum (Wellenlänge 300 bis 2.500 nm) -> gelb, bei der Wärmestrahlung auf den gesamten Bereich von 780 bis 100.000 nm (kurzwelliges Infrarot 780 – 2.500 nm -> NIR von der Sonne / langwelliges Infrarot 2.500 – 100.000 nm -> rot, langwelliges Infrarot) Bezug genommen.

Wirkungsweise der LowE-Schichten
Das Schichtsystem hat die Eigenschaft, kurzwellige Strahlung (Sonnenenergie) bis etwa 2.500 nm beinahe ungehindert durchzulassen, aber das langwellige Infrarot im hohen Maße zu reflektieren. Im Raum werden die kurzwelligen Infrarotstrahlen beim Auftreffen auf Wände, Böden und Einrichtungsgegenstände in langwellige Strahlung umgewandelt, und diese werden von den LowE-Schichten im hohen Maße zurück reflektiert.

Kondensat auf den Außenflächen von Isoliergläsern
Der Einsatz von modernen, hochdämmenden Isoliergläsern führt jedoch im Herbst und Frühjahr zu einer möglichen Bildung von Kondensat auf der Außenoberfläche des Glases. Sie tritt meistens am frühen Morgen bei besonders hoher Luftfeuchtigkeit der Außenluft auf. Diese Erscheinung hat in der Natur den Namen „Tau“. Aufgrund der guten Wärmedämmung des Isolierglases sinkt die Oberflächentemperatur der Außenscheibe unter die Taupunkttemperatur der Außenluft, und es bildet sich Kondensat -> Tau. Dieser Kondensatfilm verschwindet in der Regel mit den ersten Sonnenstrahlen bzw. sobald die Glasoberfläche wieder wärmer wird als die angrenzende Luft. Die Kondensatbildung, sowohl auf der Raum- als auch auf der Außenscheibe, ist physikalisch und klimatisch bedingt.

Quelle: Uniglas