Bei keinem anderen Bauteil verlief die Entwicklung zu immer besserer Qualität des Wärmeschutzes so stürmisch wie bei den Fenstern. Der Wärmedurchgangskoeffizient (Uw-Wert) der marktverfügbaren Fenster hat sich in den letzten 40 Jahren um mehr als einen Faktor 8 verringert!
Hier geben wir zunächst eine qualitative Übersicht zu den verwendeten Verglasungen, den lichtdurchlässigen Bestandteilen der Fenster; der Fachbegriff dafür ist „transparentes Bauteil“. Für die Energiebilanz wird eine Verglasung durch zwei wesentliche Größen gekennzeichnet: Zum einen durch einen Wärmedurchgangskoeffizient oder U-Wert; hier unterscheidet sich die Verglasung nicht grundsätzlich von den nicht-lichtdurchlässigen Bauteilen1), der U-Wert erlaubt es, den Wärmeverlust durch die Verglasung zu bestimmen. Zum anderen lässt dieses Bauteil aber auch Licht, genau genommen einen gewissen Anteil der eintreffenden Strahlung2) durch; die mit dieser Strahlung transportierte Energie wird im Gebäude nahezu vollständig in Wärme umgewandelt3). Zur Kennzeichnung dieses Durchlassen von kurzwelliger Strahlung4) verwenden wir den Gesamtenergiedurchlass-Koeffizienten g5).
Anfang der 70er Jahre waren die meisten Fenster in Deutschland noch einfachverglast:
⇒ Jeder Quadratmeter eines solches Fenster „kostet“ damit Jahr für Jahr bei durchschnittlichen Wärmepreisen 42 € an Heizkosten6).
Aber nicht nur die Energieverluste sind hoch: Durch die schlechte Dämmung kann die Kälte direkt auf die Innenoberfläche durchgreifen. Nicht selten liegt die Temperatur dort unter 0 °C – das wird in Form von Eisblumen sichtbar. Schlechter Wärmeschutz ist mit geringer Behaglichkeit und hohem Schadensrisiko verbunden.
Etwas besser waren die sogenannten „Isolierglasscheiben“. Nach der ersten Ölkrise wurden sie in Neubauten und bei Modernisierungen eingesetzt. Zwischen zwei Scheiben ist dabei eine dämmende Luftschicht eingeschlossen. Da Luft die Wärme wesentlich schlechter leitet als z.B. Glas, wird so der Wärmetransport durch Wärmeleitung stark reduziert: allerdings bleibt im so geschaffenen Glaszwischenraum immer noch ein beträchtlicher Wärmetransport durch Wärmestrahlung übrig, so dass der U-Wert zwar bedeutend sinkt, aber leider nicht so stark, wie das auf Basis der Wärmeleitfähigkeiten naiv zu erwarten wäre.
Einen bedeutenden Fortschritt brachte die Verwendung von hauchdünn aufgebrachten Metallschichten zum Scheibenzwischenraum hin (englisch „low-e“-Schicht genannt). Dadurch konnte die Wärmestrahlung zwischen den Scheiben stark reduziert werden.
Den Durchbruch für das energiesparende Bauen in Deutschland schafft erst die Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung.
⇒ Das Ergebnis ist ein „Warmfenster“ oder „Passivhausfenster“, bei welchem sich der jährliche Energieverlust auf weniger als 7 Liter Heizöl pro Quadratmeter Fensterfläche verringert – etwa ein Achtel des Ausgangswertes.
Ebenfalls zu berücksichtigen ist, dass die durch das Passivhausfenster gratis einfallende Sonnenenergie auch im Kernwinter die Wärmeverluste meist sogar aufheben kann. Es gibt daher bei geeigneter Ausrichtung10) und nicht allzu starker Verschattung sogar Nettoenergiegewinne. Das Fenster kann dann vom „Kälteloch“ zur „Heizung“ werden11). Übrigens: Die Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung „rechnet“ sich heute bei jedem Fensterkauf allein durch die erreichte Energieeinsparung.
Die möglichen Energiegewinne über die Fenster passen genau zum Wärmeschutzniveau der gedämmten Hülle (mit U-Werten um 0,15 W/(m²K)). Mit diesen beiden Qualitäten zusammen wird das Passivhaus im nasskalten Mitteleuropa erst möglich. Es resultiert ein Haus mit vernachlässigbaren Wärmeverlusten – ein Haus, das komfortabel warm bleibt und mit der in der Fortluft noch enthaltenen Wärme allein beheizt werden kann.
Auch das Passivhausfenster zeichnet sich nicht nur durch die geringen Wärmeverluste aus, sondern ebenso durch weiter verbesserte Behaglichkeit. Bei strengem Frost sinkt die innere Oberflächentemperatur jetzt nicht mehr unter 17 °C.
Unter diesen Umständen ist die thermische Behaglichkeit im Raum unabhängig von der Art der Wärmezufuhr gewährleistet. Dass dies möglich wurde, daran haben gerade die verbesserten Fenster einen bedeutenden Anteil.
Hier sind die wichtigen Komponenten für das Warmfenster:
Passivhausfenster sind hochwertige Produkte, die inzwischen von mehr als 100 Herstellern entwickelt wurden und am Markt erhältlich sind. Die Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Fenstern beträgt nicht wenige Prozent, sondern mehr als die Hälfte der sonst über die Fenster verlorenen Energie. Diese Fenster sparen aber nicht nur Energie und damit bares Geld, sie dienen auch dem Klimaschutz. Passivhausfenster sind ein Musterbeispiel für effiziente Technik, die in Europa entwickelt wurde und regionale Arbeitsplätze schafft – und dabei gleichzeitig die angespannten Energiemärkte entlastet.
Weiter zur Bestimmung der U-Werte von Mehrfachverglasungen quantitativ 🌡️
Zurück zum Grundkurs Bauphysik Wärme - Übersicht 🌡️
Übersicht zu den Passipedia-Artikeln zum Thema „Fenster“