Der Fenstereinbau spielt beim Heizwärmeverbrauch von Passivhäusern eine entscheidende Rolle. Hier können sich Unterschiede im Heizwärmebedarf in der Größenordnung von 1kWh/(m²a) ergeben. Den Einbau-Wärmebrückenkoeffizienten abzuschätzen ist ungenau, eine korrekte Berechnung in der Projektierungsphase zu zeitaufwendig, da dazu die genauen Geometrien der Rahmen mit sämtlichen Materialeigenschaften recherchiert werden müssen.

Vermutlich aus diesem Grund tauchen bei Projekten immer wieder ungeeignete vereinfachte Wärmebrückenberechnungen auf. Dabei wird anstelle des Fensters ein Panel mit entsprechendem Uw-Wert verwendet. Diese Berechnung hat keine Aussagekraft! Bei diesem Verfahren ist das Ergebnis abhängig von der Wahl der Verglasung. In der Realität hat die Verglasung aber keinen Einfluss auf die Einbausituation.

Um dieses Hindernis zur korrekten Planung eines energieeffizienten Fensteranschlusses zu verringern, wird in diesem Beitrag ein vereinfachtes Modell für verschiedene Rahmenarten in Vergleichsrechnungen zu Modellen mit der genauen Rahmengeometrie untersucht.

Das vereinfachte Modell stellt den Rahmen als Panel dar, in Abhängigkeit von den Materialien und des Uf-Wertes. Drei unterschiedliche Methoden für verschiedene Rahmenarten werden in Abb. 1 erklärt. Stark wärmeleitende Aluminiumschalen werden dabei gesondert als Schicht abgebildet. Bei der Berechnung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit können die Aluminiumschichten vernachlässigt werden.

Abbildung 1: Das vereinfachte Modell für die Wärmebrückenberechnung wird je nach Rahmenart unterschiedlich erstellt.

Zur Überprüfung des vereinfachten Verfahrens wurden Vergleichsrechnungen durchgeführt und die Ergebnisse aus den Modellen mit genauer Rahmengeometrie den Ergebnissen aus Modellen mit vereinfachtem Panel gegenüber gestellt. Es wurden Einbausituationen von jeweils drei verschiedenen Holz-, Alu- und Holzalurahmen und vier verschiedene PVC-Rahmen berechnet. Sowohl die Rahmen als auch die Wandaufbauten sind in Passivhaus-Qualität.

In den folgenden Diagrammen sind die Unterschiede zwischen der genauen Berechnung und der Berechnung mit vereinfachtem Modell dargestellt. Ein positiver Wert bedeutet, dass man mit dem vereinfachten Modell über dem Wert der genauen Berechnung liegt und damit meist auf der sicheren Seite beim Erstellen der Energiebilanz.

Abbildung 2: In den Diagrammen ist die Differenz zwischen Einbauwert der genauen Rahmengeometrie minus Einbauwert des vereinfachten Modells dargestellt. Auf der linken Seite ist die Art der Rahmenkonstruktion angegeben. Zum Vergleich ist in jedem Diagramm der Einbauwert angegeben, der im PHPP voreingestellt ist: 0,040 W/(mK).

Anhand der Ergebnisse wird vermutet, dass die Werte für Einbausituationen, bei denen die Überdämmung eine große positive Wirkung hat (z.B. Holz- und PVC-Rahmen am Anschluss oben), größere Abweichungen zum genauen Modell haben. Dabei wird durch das vereinfachte Modell die Wärmebrücke unterschätzt. Die Werte für Alu- und Holz-Alurahmen stimmen am besten überein. Zu beachten ist, dass die Einbaudetails von einer optimalen Lage des Fensters in der Dämmebene ausgehen. Wenige weitere Vergleichsrechnungen mit Fensterrahmen in der Dämmebene deuten darauf hin, dass die Wechselwirkungen der Materialien und Geometrien an den Schwachstellen bedeutender werden und mit dem vereinfachten Modell weniger gut abgebildet werden können.

Mit diesem Verfahren ist eine praxistaugliche, schnelle Wärmebrückenberechnung möglich. Für Alurahmen oder Rahmen mit einer Aluvorsatzschale stimmen die Werte mit denen der genauen Berechnung sehr gut überein. Bei Holz und PVC-Rahmen können die Abweichungen auch auf der unsicheren Seite liegen (um die 0,005 W/(mK)). Dennoch kann damit vermutlich eine höhere Genauigkeit erzielt werden als mit einer reinen Abschätzung oder den Anfangswerten von 0,04 W/(mK), die im PHPP voreingestellt sind. Die Wärmebrückenberechnung mit vereinfachtem Modell kann helfen auf einfache Weise die PHPP-Bilanzierungen, auch in frühen Planungsphasen, zu verbessern. Dabei sollte das Modell jedoch immer mit bauphysikalischem Verstand gebildet werden. Für zertifizierte Rahmen stehen auch genaue Einbauwerte in den Zertifikaten zur Verfügung.

Wärmebrücken

Thermal bridges of transparent components – Installation thermal bridges