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Anforderungen an Fenster

Warmfenster - nicht nur gut für das Passivhaus

Die Fenster sind von entscheidender Bedeutung für die Behaglichkeit im Raum. Schlecht gedämmte Fenster bilden vergleichsweise kalte Flächen in der Fassade - sie erzwingen eine aktive Wärmezufuhr in der Nähe des Fensters, um Kaltluftabfall, Zugerscheinungen und „Kältestrahlung“ auszugleichen.

Ein gut wärmedämmendes Fenster kann die Behaglichkeit dagegen selbst herstellen. Solche Fenster mussten für Passivhäuser eigens entwickelt werden: Sie werden auch „Warmfenster“ genannt. Inzwischen sind sie von über 60 Herstellern am europäischen Markt verfügbar. Es sind die weltbesten heute erhältlichen Energiesparfenster.

Diese Passivhausfenster verringern die Wärmeverluste gegenüber üblichen neuen Fenstern um mehr als 50%. Sie sind nicht nur ein wenig verbesserte Durchschnitts-Produkte, sondern um den entscheidenden Schritt weiterentwickelt: Diese Verbesserung um rund einen Faktor 2 führt zu einer neuen Qualität, die sich in drei Eigenschaften zeigt:

  • Ein aus sich selbst heraus behagliches Raumklima;
  • eine auch für den Kernwinter positive Energiebilanz ist möglich;
  • die Eignung für den Einsatz in Passivhäusern.


Für ein Warmfenster sind vier Merkmale wichtig (hier Bezug zum mitteleuropäischen Klima):

  • Die Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung oder eine vergleichbar gute Glaskombination,
  • der wärmegedämmte Randverbund (engl. „warm edge“),
  • der speziell gedämmte Fensterrahmen und
  • ein optimierter Einbau in die Wand.

Diese Komponenten sind so gut aufeinander abgestimmt, dass ein Fenster mit einem Wärmeverlust entsteht, der nur halb so hoch ist wie bei guten modernen Standardfenstern. Das ist erforderlich, um in kalten Nächten immer noch eine behaglich hohe innere Oberflächentemperatur zu garantieren.

Weil das Fenster zugleich aber auch direktes und indirektes Sonnenlicht in den Raum lässt, ergibt sich mit diesen hochwertigen Fenstern auch im mitteleuropäischen Kernwinter eine positive Energiebilanz bei geeigneten Orientierungen und nicht zu starker Verschattung.

Der Wärmedurchgangskoeffizient eines Warmfensters beträgt höchstens 0,80 W/(m²K) (berechnet nach der europäischen Norm EN 10077). Durch den niedrigen Wärmeverlust liegt die innere Oberflächentemperatur auch in kalten Nächten in Mitteleuropa immer noch bei etwa 17 °C. Unter diesen Umständen ist die Behaglichkeit in Fensternähe ausgezeichnet: Es gibt weder störende „kalte Strahlung“ vom Fenster, noch einen unangenehmen Kaltluftsee am Boden. Warmfenster erhöhen daher den Komfort in den Räumen.

Warmfenster werden in jedem Passivhaus-Neubau benötigt. Aber sie können auch in jedem anderen Gebäude nützlich sein: Z.B. auch bei der Sanierung von Altbauten.

Ein Warmfenster mit U-Werten unter 0,8 W/(m²K) garantiert sehr gute Behaglichkeit.
Energiesparen und hoher Komfort gehen Hand in Hand.


Anforderung: Effektiver Fenster-U-Wert U(window) nicht größer als 0,80 W/(m²K)

Worauf achten bei Passivhaus-Fenstern? Wie jedes Fenster muss es für den Gebrauch tauglich sein. Darin unterscheiden sich Passivhausfenster nicht von gewöhnlichen Fenstern.

Als entscheidend für die Funktion innerhalb eines Passivhauses hat sich das Behaglichkeitskriterium herausgestellt: Die mittlere Oberflächentemperatur der Fenster-Innenoberfläche inklusive aller Anschlussdetails sollte am Auslegungstag im Winter nicht mehr als 4,2°C unter der Raumtemperatur liegen. Daraus lassen sich für jede Klimaregion Anforderungen an den effektiven Fenster-U-Wert ableiten. Für Mitteleuropa, hier beträgt die minimale tagesmittlere Außentemperatur um -17°C, ergibt sich daraus die Anforderung:

Effektiver Fenster-U-Wert Uw nicht größer als 0,80 W/(m²K).

Passivhaus-Fenster sind damit gegenüber üblichen modernen Fenstern um etwa einen Faktor 2 verbessert. Durch den niedrigen Wärmeverlust liegt die innere Oberflächentemperatur dann auch in kalten Nächten in Mitteleuropa immer noch bei etwa 17 °C. Unter diesen Umständen ist die Behaglichkeit in Fensternähe ausgezeichnet: Es gibt weder störende „kalte Strahlung“ vom Fenster, noch einen unangenehmen Kaltluftsee am Boden. Zum Thema thermischer Komfort vgl. auch die Seite Thermische Behaglichkeit.

Entscheidend ist also der Wärmedurchgangskoeffizient oder U-Wert für das gesamte Fenster. Dieser Wert wird durch die Bestandteile Verglasung, Rahmen und Randverbund beeinflusst. Mit schlechteren Fenster-U-Werten ist Passivhausqualität in der Regel nicht zu erreichen.

Für die Bestimmung des Fenster-U-Wertes gibt es eine europaweit gültige Norm: EN 10077. Die Werte nach dieser Norm haben sich als realistisch herausgestellt - durch die Norm werden auch Wärmebrücken durch den Abstandhalter der Isolierverglasung berücksichtigt. Dies war nach alten Verfahren nicht der Fall, weshalb alte Verfahren oft viel zu geringe rechnerische Wärmeverluste bestimmen. Alte Werte, wie z.B. kF („Fenster-k-Wert“), sollte man heute nicht mehr verwenden.

In die Berechnung des Fenster-U-Wertes Uw nach EN 10077 gehen ein

  • der Verglasungs-U-Wert Ug und die Fläche der Verglasung Ag,
  • der U-Wert des Rahmens Uf und die Projektionsfläche des Rahmens Af
  • der Wärmebrückenverlustkoeffizient am Glasrand Ψg (der im wesentlichen durch den Randverbund bestimmt wird) und die Länge lg des Glasrandes
  • dazu kommt der Wärmebrückenverlustkoeffizient durch den Einbau des Fensters in der Außenwand ΨEin und die Länge lEin des Einbaurandes.


Diese Zeichnung zeigt die relevanten Größen:
Verglasungsfläche Ag (glazing);
Rahmenfläche Af (frame);
Längen des Glasrandes lg (glazing rebate);
Einbaulänge lEinbau



Um sich nicht über die Eigenschaften des Fensters zu täuschen, ist es entscheidend, alle oben genannten Wärmeverluste zu berücksichtigen. Dies erfolgt nach der Formel:

Gerade die Wärmebrücke am Rand der Verglasung spielt eine große Rolle; wenn man sie vernachlässigt, sind die Ergebnisse viel zu optimistisch. Wie groß der Randeinfluss ist, kann man z.B. an der folgenden Abbildung erkennen.

Innenthermographie eines Passivhausfensters: Die ungestörten Oberflächen von Verglasung und Rahmen sind gleichmäßig warm (18 bis 19°C in diesem Bild). Jedoch ist entlang des gesamten Glasrandes sehr gut ein Temperaturrückgang erkennbar (gelb, ca. 16,5 bis 17°C). Die Temperaturen sind zwar immer noch hoch genug, um Tauwasser sicher auszuschließen. Aber die Wärmeverluste sind in diesem Bereich messbar erhöht - daher muss der Wärmebrückenverlust des Glasrandes berücksichtigt werden. Bei Passivhausfenstern werden besondere Maßnahmen getroffen, um diese Verluste gering zu halten. Zum Beispiel besser dämmende Abstandshalter („warm edge“) aus Edelstahl oder Kunststoff. Auch die etwas niedrigeren Temperaturen an der Einbaukante des Fensters zur Wand hin sind gut zu erkennen. Bei Fenstern älterer Bauart sind alle diese Temperaturen viel geringer - oft sind sie dann so gering, dass messbar höhere Feuchtigkeiten vorliegen.
(Randbedingungen der Aufnahme: Raumtemperatur 22 °C, Außenlufttemperatur 2,5 °C; Passivhausfenster beim Sanierungsprojekt „Jean Paul Platz“ in Nürnberg; hier mehr Informationen zu diesem Projekt).



Inklusive des in Klammern angegebenen Terms für die Einbau-Wärmebrücke sind damit alle Verluste des Fensters erfasst. Diese Berechnung ist Teil des PHPP (Passivhaus Projektierungs Paketes). Der Ablauf der Berechnung ist weit weniger kompliziert als oft befürchtet: Nur die Rohbaumaße der Fensteröffnung müssen aus den Plänen entnommen werden. Alle weiteren Einzelwerte, die in dieser Formel vorkommen, sind für jedes Passivhausfenster bekannt und in der Regel bereits in der Datenbank aufgeführt - es müssen nur die Verglasung und der Rahmentyp ausgewählt werden. Die Daten finden sich z.B. auf dem Zertifikat des Passivhaus Institutes für das betreffende Fenster. Für dieses Zertifikat gelten strenge Anforderungen - und die angegebenen Werte müssen vom Hersteller nachgewiesen werden. Nur dann darf der Hersteller das Qualitätszeichen des Passivhaus Institutes verwenden:


Anforderung an Verglasungs - Gesamtenergiedurchlass g

Ein Fenster lässt zugleich direktes und indirektes Sonnenlicht in den Raum. Der Gesamtenergiedurchlassgrad g gibt an, welcher Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie bei senkrechtem Einfall von der Verglasung durchgelassen wird. Passivhaus-Fenster sollen eine positive Energiebilanz auch im Winter aufweisen können, d.h. es wird für die Verglasung gefordert:

Ug - 1,6 W/(m²K) · g ≤ 0

Wird diese Bedingung erfüllt, so kann durch passive Sonnenenergienutzung mit einem solchen Fenster sogar in der Heizperiode mehr Solarenergie aufgefangen werden als das Fenster nach außen an Wärme verliert.

Passivhausfenster sind keine Energielöcher mehr in der Fassade, sondern erlauben im Gegenteil eine Energiegewinnung. Das gilt zumindest so lange, wie das Fenster nicht übermäßig verschattet wird und eine Orientierung zwischen Südost und Südwest aufweist. Die folgende Grafik zeigt diesen Effekt in der Praxis.

Passiv-Solar-Praxis: Nichts zeigt eindrucksvoller die Wirksamkeit der passiven
Solarenergienutzung als Messwerte aus dem Passivhaus Kranichstein: Im De-
zember 2004 war in diesem Haus keine Heizung im Betrieb. An den beiden
sonnigen Tagen 14. und 15. Dezember gelangt durch die Verglasungen Son-
nenenergie in den Raum (gelbe Phasen). Die Raumtemperaturen erhöhen sich
sichtbar. Die innere Speichermasse des Hauses wird aufgeladen. Da die Wär-
meverluste sehr gering sind, kann das Haus diese Wärme halten. Am 16. De-
zember um 6:00 liegt die Temperatur 0,8 Grad über dem Wert vom 14. Dezem-
ber vor Beginn der Einstrahlung. Die folgenden Tage waren leider, wie so oft
im mitteleuropäischen Winter, stark bewölkt. Trotzdem verliert dieses Haus
auch ohne Heizung nur etwa 0,2 Grad je Tag. Danksagung: Die dokumentier-
ten Messungen wurden durch die Hessische Landesregierung finanziert.


Der solare Wärmegewinn kann recht genau schon bei der Planung mit dem PHPP (Passivhaus Projektierungs Paket) vorausberechnet werden.

Fazit

Es kommt somit auf beides an1):

  • Auf den Fenster-U-Wert Uw als Kennzeichnung der Wärmeverluste; vor allem, weil das Fenster ja auch in der kalten Winternacht keine unangenehm kalte Oberfläche haben soll. Der U-Wert sollte möglichst klein sein, jedenfalls kleiner als 0,80 W/(m²K).
  • Auf den Verglasungs-g-Wert als Kennzeichnung für den möglichen solaren Wärmegewinn. Der g-Wert sollte möglchst hoch sein; Werte um 0,5 sind heute gängig.

Selbstverständlich ist es günstig, wenn das Fenster nur einen gringen Rahmenanteil hat, denn über den Rahmen gibt es keine Energiegewinne, nur Verluste. Allerdings darf das nicht zu sehr auf Kosten des U-Wertes gehen.

Siehe auch

1)
Zugrunde liegen hier die Klimabedingungen in Mitteleuropa.
planung/waermeschutz/fenster/anforderungen_an_fenster.txt · Zuletzt geändert: 2016/09/19 12:46 von kdreimane