Vierfach-Isoliergläser in der Diskussion
Immer wieder werden Hersteller von Isoliergläsern mit der Frage nach Vierfach-Isoliergläsern konfrontiert. Und warum auch nicht? Schließlich wissen mittlerweile auch die meisten Endverbraucher, dass Dreifach-Isolierglas „besser“ ist als Zweifach-Isolierglas. Der logische Schluss wäre also: Dann ist doch Vierfach-Glas auch bestimmt besser als Dreifach-Glas, oder? Das Problem: Vierfach-Isoliergläser entsprechen leider nicht dem beim Metzger an der Wursttheke gängigen Usus, nach dem freundlich gefragt wird: „Darf es eine Scheibe mehr sein?“ Warum dies so ist und welche Parameter eine Rolle spielen, beleuchtet Ralf Vornholt unter der Prämisse „Vierfach-Isoliergläser: Aufwand, Nutzen, Risiken“.
Wenn Dreifach-Isolierglas besser ist als Zweifach-Isolierglas, liegt der Gedanke zwar nah, dass Vierfach-Isolierglas noch besser sein muss. Aber mit dem Attribut „besser“ wird fast immer und ausschließlich ein noch niedrigerer Ug-Wert verstanden. Dabei muss das System „Vierfach-Glas“ sowohl mechanisch, thermisch und wirtschaftlich als auch unter Berücksichtigung der Lebensdauer, der Gesamtenergiebilanz und der zunehmenden Komplexität solcher Systeme umfassender betrachtet werden.
Ug- Wert Betrachtung
Welche (U-)Werte können wirtschaftlich erreicht werden? „Wirtschaftlich“ bedeutet in diesem Zusammenhang eine übliche Fertigungstiefe mit technisch sinnvollen Scheibenzwischenräumen. Kryptonfüllungen sind wegen der hohen Kosten für die Gasfüllung durchaus schon grenzwertig. Auf exotischere Füllgase, mit denen man zwar einen „Rekord-U-Wert“ erreichen kann, wie z.B. Xenon, wird hier bewusst verzichtet. Denn: Dieses Gas ist nur schwer verfügbar und sehr teuer. In den Mengen, die für eine industrielle Fertigung nötig wären, ist es weder unter wirtschaftlichen, noch unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten eine sinnvolle Option.
Darstellung typischer Ug-Werte
Einbaudicke/Gewicht
Hier werden nur die Standardaufbauten betrachtet. Zusätzliche Anforderungen wie statische Bemessung, Schallschutz und Einbruchschutz werden hier nicht aufgeführt.
Es werden nur Standardaufbauten betrachtet. Zusätzliche Anforderungen wie statische Bemessung, Schallschutz und Einbruchschutz werden hier nicht aufgeführt.
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Hohe Belastung des Randverbundes: Im Vergleich zum hier abgebildeten Dreifach-Isolierglas ist bei Vierfach-Isoliergläsern eine deutlich kürzere Lebenszeit zu erwarten.
Foto: Josefine Unterhauser
© Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH
Nicht nur bei Fenstern steigen mit jedem zusätzlichen Scheibenzwischenraum die thermisch-mechanischen Belastungen enorm.
Foto: Josefine Unterhauser
© Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH |
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Mechanik/Statik/Bemessung
Ein Zweifach-Isolierglas ist in seinem mechanischen Verhalten bezüglich der Wind- und Klimalasten noch überschaubar. Zudem stehen bewährte, anerkannte Modelle des physikalischen Verhaltens zur Verfügung, die ihren Weg in die amtlichen Bemessungsvorgaben wie die DIN 18008, die unter anderem die altbewährte TRLV abgelöst hat, gefunden haben. Mit jedem zusätzlichen Scheibenzwischenraum muss man sich allerdings die Frage stellen, ob das Modell für Zweifach-Isolierglas noch ausreicht. Warum die Frage berechtigt ist, zeigt ein Vergleich der thermischen Belastungen von Zweifach-, Dreifach- und Vierfach- Isoliergläsern.
Berechnungen nach DIN EN 13363-2
Thermisch- mechanische Eigenschaften
Als Beispiel werden hier Standardaufbauten und übliche Größen betrachtet. Kann man bei Dreifach- Isoliergläsern noch annehmen, dass die beiden Scheibenzwischenräume in etwa die gleichen Temperaturen aufweisen, so muss man dies bei Vierfach-Isolierglas offensichtlich überdenken. Während bei Dreifach Isoliergläsern angenommen werden kann, dass bei gleicher Biegesteifigkeit der äußeren Scheiben die Scheibenzwischenräume den gleichen isochoren Druck (Klimalast) haben (was bedeutet, dass die mittlere Scheibe, was die Druckbelastung angeht, praktisch lastfrei ist), kann man diese Aussage bei Vierfach-Gläsern aufgrund der hohen Temperaturunterschiede zwischen den inneren und äußeren Scheiben nicht mehr ohne Weiteres guten Gewissens treffen. Das bedeutet: Allein schon aus thermischen Gründen müssen die mittleren Scheiben des hier beispielhaft untersuchten Vierfach-Isolierglases thermisch vorgespannt werden (ESG-H).
Statische Berechnung/Bemessung
Die statische Berechnung wurde für Zweifach-Isolierglas entwickelt und hat sich bewährt. Durch die ähnlichen isochoren Drücke in den Scheibenzwischenräumen von Dreifach-Isoliergläsern kann man diese auch noch hinreichend und sicher statisch bemessen. Für Vierfach-Isoliergläser ist dieses Modell so nicht übertragbar. Unterschiedliche Temperaturen in den drei Scheibenzwischenräumen erzeugen auch unterschiedliche isochore Drücke. Damit bleiben bei Vierfach-Isolierglasscheiben, auch bei gleicher Biegesteifigkeit der Außenscheiben, die inneren Scheiben im Gegensatz zu Dreifach- Isolierglas nicht mehr lastfrei. Verifizierte und geeignete Rechenmodelle stehen dafür aber zurzeit (noch) nicht zur Verfügung.
Um einen solchen Aufbau zu simulieren, wurden im nachfolgenden Beispiel die Vierfach-Isoliergläser als Dreifach-Gläser mit entsprechend großem Scheibenzwischenraum angesetzt. Statt eines Aufbaus von 4-12Ar-4-12Ar-4-12Ar-4 wurde ein Dreifach-Isolierglas mit dem Ersatzaufbau 4-18Ar-4-18Ar-4 berechnet. Es ist davon auszugehen, dass die Ergebnisse der vorliegenden Berechnung geringere Spannungsüberschreitungen als real ausweisen.
Rahmenbedingungen der statischen Berechnungen nach DIN 18008-2
Standardwerte:
Windlast: Druck 0,46 kN/m², Sog -0,65 kN/m²
Ortshöhen: Lastfall höher 7,2 kN/m², Lastfall tiefer -3,6 kN/m²
Klimalast: Sommer 8,87 kN/m², Winter -12,5 kN/m²
Zur Simulation der Vierfach-Isoliergläser wurde aufgrund der drei Low-E-beschichteten Scheiben eine erhöhte Absorption gemäß DIN 18008-2 angenommen.
Aufgrund des thermomechanischen Verhaltens müssen Vierfach-Isoliergläser für Fenster und Fenstertüren bereits in üblichen Abmessungen als Einscheiben-Sicherheitsglas ESG ausgeführt werden. Ebenso, wie es keine verifizierten Berechnungsmodelle für die Glasdimensionierung gibt, gibt es keine Erfahrungen und Erkenntnisse über die Beanspruchung und die Dauerhaftigkeit des Randverbundes. Aufgrund des hier beschriebenen Verhaltens muss man allerdings davon ausgehen, dass die Belastung des Randverbundes sehr hoch ist. Dies hat also mit hoher Wahrscheinlichkeit einen deutlichen Einfluss auf die Lebensdauer des Isolierglases. Das heißt: Von einer verkürzten Lebensdauer eines Vierfach-Isolierglases im Vergleich zu Zweifach- und Dreifach Isoliergläsern ist daher auszugehen.
Energieeinsparung/Energieeffizienz
Die Darstellung von Energieeinsparung und Effizienz ist nicht so einfach und griffig wie die der Wärmedämmung. Ein Beispiel: Wenn es kalt ist, zieht man sich einen Pullover an, man dämmt also seine ganz persönliche Gebäudehülle. Dies ist einfach zu verstehen und zu vermitteln. Das enorm wichtige Thema der Energieeffizienz oder gar der Ganzjahresenergiebilanz ist jedoch um ein Vielfaches komplexer. Für die Betrachtung von Glas und Fenster lässt sich die Energieeffizienz nach der DIN EN ISO 1077 bewerten. Hier wird anhand der wichtigen Leistungseigenschaften von Glas und Fenster unter Berücksichtigung der Klimadaten eine Bilanzierung möglich. Dabei werden die Energieverluste, durch die Uw- und Ug-Werte verursacht, den solaren Energiegewinnen durch das Glas (g-Wert) gegenübergestellt. Die Tabelle zeigt eine solche Bilanzierung, bei der verschiedene Zweifach-, Dreifach- und Vierfach-Isoliergläser verglichen werden (Tab 1). Negative Werte stellen einen Netto-Energiegewinn dar, positive Werte stellen einen Netto-Energieverlust dar. Der Bewertungszeitraum beläuft sich über ein Jahr.
Die Ermittlung von UW erfolgte nach neuer EN ISO 10077-1 mit therm. verbesserten Randverbund (Tabelle F.3). Die Berechnung des Bilanz-U-Wertes nach Kapitel 4.6.
Vordergründig lässt sich bei sehr hellen Vierfach-Isoliergläsern ein Nettoenergiegewinn berechnen. In der Regel ist dieser Gewinn jedoch nur unter optimalen Bedingungen nutzbar. Dazu gehört z. B. eine optimale Lage des Gebäudes. Tallagen mit beschränkten Sonnenstunden oder Verschattungen durch andere Gebäude in Innenstadtbereichen lassen eine solche Bilanz auch sehr schnell kippen. Auch der sommerliche Wärmeschutz muss akribisch geplant werden, damit die gute Energiebilanz der Fenster durch übermäßige Klimatisierung und Kühlung nicht wieder zunichte gemacht wird.
Dieser Nettogewinn ist also nur eine theoretische Rechengröße. Betrachtet man diese über den gesamten Lebenszyklus des Glases, sieht es schon dramatisch anders aus. Mit der Durchführung einer Lebenszyklusanalyse werden die Umwelteinwirkungen von Produkten transparent. Dies gilt vor allem für den zur Herstellung notwendigen Energieeinsatz und die anfallenden CO2 Emissionen. So verbraucht die Herstellung von Vierfach-Isolierglas ca. 172 % mehr Energie und mehr als doppelt so viel Wasser als die Herstellung von Dreifach-Isolierglas (Siehe Tab. 5). Die Veränderung der Ladekapazitäten beim Transport wurde dabei noch nicht einmal berücksichtigt. Für den Transport von Vierfach-Isolierglas ist im Vergleich zu Zweifach-Isolierglas jedoch die doppelte Transportkapazität notwendig. Im Sinne der Nachhaltigkeit erscheint Vierfach-Isolierglas also weder
wirtschaftlich, noch energetisch und ökologisch vorteilhaft.
Quelle: Auszug aus den Umweltproduktdeklarationen SGGD
Fazit
Das Konzept „Darf es eine Scheibe mehr sein?“ funktioniert ohne weitere Überprüfung eben doch nur beim Metzger an der Wursttheke. Der Grund: Bei technischen Systemen zieht die Veränderung von Einzelkomponenten auch immer eine Veränderung des gesamten Systems nach sich. Durch die physikalischen Wechselwirkungen der einzelnen Komponenten eines Fensters, bzw. Isolierglases, steigt die Komplexität solcher Systeme überproportional an. Zusammenfassend lässt sich also feststellen:
1.) Eine Erhöhung des Nutzens durch die Verwendung von Vierfach-Isolierglas ist nur bei wenigen Glasaufbauten darstellbar und dies auch nur unter formal optimalen Randbedingungen.
2.) Der ökologische Nutzen ist durch den überproportionalen Energieaufwand bei Herstellung und Transport des Glases mehr als fraglich. Ein Teil des hohen Energieverbrauchs ist der Notwendigkeit geschuldet, bei Vierfach-Isolierglas aus thermo-mechanischen Gründen Einscheiben-Sicherheitsglas ESG einzusetzen.
3.) Die Frage nach der Lebensdauer von Vierfach-Isoliergläsern lässt sich zurzeit aufgrund fehlender zuverlässiger Bewertungsmöglichkeiten der dauerhaften Belastungen der Randverbundsysteme nicht ausreichend sicher beantworten.
4.) Eine Kostenamortisation dürfte wegen des Fertigungsaufwandes bei gleichzeitig minimaler Verbesserung der Leistung im Vergleich zu Dreifach-Isolierglas illusorisch sein.
5.) Schließlich muss abschließend auch noch die Frage nach der Ästhetik gestellt werden. Bei vier beschichteten Gläsern, davon drei Scheiben zu ESG vorgespannt, dürfte eine verzerrungsfreie Durchsicht eher die Ausnahme als die Regel sein. Weiterhin muss dem Endverbraucher auch gefallen, dass seine Vierfach-Isoliergläser stark spiegeln.
Bei der Überlegung, ein Vierfach-Isolierglas einzusetzen, sollten sich Planer und Bauherren also die Frage stellen, ob sie durch den erheblichen Mehraufwand einen wirklichen ökologischen, energetischen und wirtschaftlichen Mehrwert erwerben – oder lediglich einen Marketinggag. |
© Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH
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