Autoren:
Dipl. Ing. (FH) Franz Freundorfer
PHC Passivhausconsulting, Martin-Greif-Straße 20, D-83080 Oberaudorf, phc@freundorfer.eu
Dr. Berthold Kaufmann und Markus John
Passivhausinstitut, Reinstraße 44-66, D-64293 Darmstadt, mail@passiv.de

Das Passivhaus und das energieeffiziente Fenster sind untrennbar miteinander verbunden und leisten in Kombination seit mehr als zehn Jahren beste Dienste. Wolfgang Feist schreibt dem Fenster von Anfang an eine Schlüsselfunktion im Passivhaus-Konzept zu.

„Hohe Qualitäten sind hier gefordert, damit auch ohne Heizkörper die Behaglichkeit in der Nähe der Fassade sehr gut beurteilt wird.“ Diese höheren Qualitäten drücken sich im Uw eingebaut < 0,85 W/m²K aus. „Gleichsam als Nebeneffekt werden diese Fenster selbst zu Heizkörpern für den Raum.“

Mit diesen beiden Sätzen löste Wolfgang Feist - eben nicht als Nebeneffekt - einen Generationswechsel im mitteleuropäischen Fensterbau aus.

Anfänglich wurde das Passivhausfenster von der breiten Masse der Fensterbauer als, in Energieeffizienz wie Dimension, entartete Spezies abgewertet. Wenige innovative klein- und mittelständische Unternehmen erkannten die Chance, dem low interest product Fenster zu neuer Bedeutung zu verhelfen und brachten, geleitet von den Grundprinzipien, welche 1998 von Jürgen Schnieders (Passivhaus Institut) festgelegt und veröffentlicht wurden, Neuentwicklungen auf den Markt und ließen diese vom PHI zertifizieren.

Heute stehen weit mehr als sechzig, vom Passivhausinstitut zertifizierte, Passivhausfenster zur Verfügung und kein Fensterbauer kann sich mehr der Notwendigkeit dieser neuen Fenstergeneration verschließen.

Das Fenster hat seinen Siegeszug als Heizung der Zukunft angetreten.

Nach gut zehn Jahren Praxis und einer sechsstelligen Zahl gebauter Passivhausfenster ist es an der Zeit, den Grundaufbau des Passivhausfensters nochmals zu überdenken. Die 37.Sitzung des Arbeitskreises kostengünstiger Passivhäuser liefert die entsprechenden Grundlagen.
Die hohen Wärmeverluste über die anfänglich vorhandenen Randverbundmaterialien führten unweigerlich zu breiten und damit wenig schönen Fensterrahmen. Dies steht im Gegensatz zum architektonischen Anspruch nach schmalen und damit schönen Fenstern. Auch die durchgehende Dämmlage in den Rahmenkonstruktionen unterstützt das klobige Aussehen dieser Fenster. Das Passivhausfenster der Zukunft wird die Passivhaustauglichkeit mit schmalen Profilen und den daraus resultierenden höheren solaren Gewinnen erreichen.
Die optimiert eingebauten Fensterrahmen werden dadurch entsprechend kostengünstiger und ein Mehrpreis für Passivhausfenster wird in absehbarer Zeit nicht mehr erforderlich sein.

Abb. 1: Klassisches Passivhausfenster mit durchlaufender, sowie in einer Ebene angeordneter Dämmlage, tiefem Glaseinstand, warm eingepackter 3-fach Wärmeschutzscheibe ohne großer, in Richtung des Wärmestromes laufender, Hohlräume

Entsprechend der 1998 von Jürgen Schnieders (PHI) festgelegten Grundprinzipien gibt es heute mehr als fünfzig Fensterkonstruktionen mit dem klassischen Zertifikat für Fensterrahmen.
Fast alle diese Konstruktionen haben sehr breite Rahmenaufbauten von 130mm bis 169mm. Diese breiten und wenig schönen Fensterrahmen entsprechen weder dem Wunsch nach architektonisch ansprechenden Lösungen noch sind sie kostengünstig herstellbar.
Breite Rahmen bedingen kleine Glasflächen und damit geringe solare Gewinne.
Diese Fenster sind auf www.passiv.de unter Zertifizierungen in der Rubrik Fensterrahmen zu finden.

Abb. 2: Das klassische Fensterzertifikat fordert ohne Einbauwärmeverluste einen Uw-Wert von 0,80 W/m²K und eingebaut einen Uw-Wert von 0,85 W/m²K. Die erste Forderung von 0,80 W/m²K ohne Einbaufuge entfällt beim Zertifikat „geprüfter Fensteranschluss“. Fenster mit diesem Zertifikat finden sie auf www.passiv.de unter „Zertifizierung“, „Zertifizierte Produkte“, „Wand und Bausysteme“, „Fensteranschlüsse“.

Das Zertifikat „geprüfter Fensteranschluss“ wird für ein Fenster in einem ganz bestimmten Wandaufbau vergeben und ist auch nur für diesen Einbaufall gültig (Abb.2).
Wenn nun das Fenster wärmetechnisch besonders vorteilhaft eingebaut wird, kann es in der Grundkonstruktion sozusagen auf einen Teil seiner Dämmung verzichten. Dies gilt im Besondern für den Rahmen.
Die Vorteile liegen in der meist größeren Glasfläche, den daraus resultierenden höheren solaren Gewinnen und in den wesentlich geringeren Herstellungskosten.
Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Pfosten- und Riegelsituationen dieser Fenstersysteme zu richten. Die Hersteller sind gefordert für diese Details, neue und wärmetechnisch hochwertigere Lösungen zu entwickeln.

Auf der 4.Passivhaustagung im März 2000 stellte Jürgen Schnieders (PHI) eine Designstudie eines thermisch extrem guten Holzfensterrahmens vor (Abb. 3).

Abb. 3: Auszug aus dem Tagungsband der 4. Passivhaustagung in Kassel 2000

Jürgen Schnieders schreibt in seinem Beitrag: „Ein Anspruch auf kostengünstige Realisierbarkeit und Gebrauchstauglichkeit des abgebildeten Schnittes in genau dieser Form wird nicht erhoben. Der Blendrahmen ist vor dem Flügel hochgezogen, sodass der Rahmen an den Einbauseiten bis zur Glaskante überdämmt werden kann.“

Ergänzt man zu den Ideen von Jürgen Schnieders noch die Effizienz eines sehr schmalen Rahmens und das KISS Prinzip (Keep it simple, stupid.), so entsteht die in Abb. 4 gezeigte Anordnung von Blendrahmen, Flügel und Glas.

Abb. 4: Die Anordnung eines Brettes und einer Platte für den Blendrahmen sowie einer Bohle für den Flügel bildet die Mindestanforderung für künftige Passivhausfenster. Rechts sehen wir das Schema im geöffneten Zustand. Der Fensterbauer spricht vom flächenbündigen Fenster. Solche Fenster können um 30 mm schmäler sein, da der sonst übliche Überschlag des Flügels im geöffneten Zustand nicht mehr in den Blendrahmen hineinragt. Die Entwicklung neuer Beschläge ist aber Voraussetzung für diese Bauart.

Um die Leistungsfähigkeit der drei Vertreter der verschiedenen Passivhausfenstergenerationen zu vergleichen wird in Abb. 5 exemplarisch der Heizwärmebedarf an zwei Beispielhäusern gezeigt.

Abb. 5: Die enorme Verbesserung des Heizwärmebedarfes der neuen Fenstergeneration ist auf den ersten Blick erstaunlich. Zu der deutlichen Reduktion der Transmissionswärmeverluste addieren sich die durch die schmalen Rahmen angestiegenen solaren Gewinne, welche hier schon um den „Ausnutzungsfaktor freie Wärme“ reduziert sind.

Die Transmissionswärmeverluste der verschiedenen Fenster werden über den in der Zertifizierung ermittelten Uw -Wert aussagekräftig wiedergegeben.
Die Fähigkeit eines Fenstersystems, die solaren Gewinne durch schmale Rahmen ins Gebäude zu lassen, wird dagegen im Uw -Wert nicht wiedergegeben.
Der Passivhausplaner muss diese wichtige Produkteigenschaft durch Variationen im PHPP erkennen. So erscheint es sinnvoll, dass neben dem Energiekriterium der Verglasung auch ein Energiekriterium des Fenstersystems eingeführt wird.

Prof. Dr. Wolfgang Feist und Dr. Witta Ebel schreiben im Vorwort des Protokollbandes Nr. 37 über das Verhältnis der gesamten Fensterfläche zur transparenten Fläche.
„In Zukunft soll dieses Verhältnis als Formfaktor Fw als Energiekriterium bei der Zertifizierung mitberücksichtigt werden.“

Der Formfaktor soll also vorgestellt werden und in einer Testphase seine Einführung in die Zertifizierung erprobt werden. Hierbei ist zu bemerken, dass der sogenannte „dunkle“ Uw -Wert nach wie vor die grundsätzliche Tauglichkeit eines Fenster mit Uw, eingebaut < 0,85 W/m²K beschreibt. Dieses Kriterium ist aus Behaglichkeitsgründen unabdingbar. Das neue Energiekriterium des Fensters wird entsprechend dem der Verglasung (Ug –1,6 x g < 0) wie folgt beschrieben.

Uw ´ = Uw – g x S x Fw Es gilt Fw = Ag / Aw und S=1,6 W/m²K (für Mitteleuropa).

Legen wir, wie bei der Zertifizierung üblich, eine Scheibe mit Ug = 0,70 W/m²K zugrunde, so zeigt Abb. 6 die neuen Werte für die drei Vertreter der jeweiligen Fenstergenerationen. Je kleiner der neue Uw ´ -Wert ist, umso besser ist das Fenster.

Abb. 6: Vergleich der drei Fenstergenerationen mit Formfaktor Fw und dem Uw ´-Wert. Uw eingebaut < 0,85 W/m²K als unabänderliches Pflichtkriterium. Der neue Uw ´-Wert zeigt die Qualität des Fensters in der Energiebilanz.

Für die Konstruktion wurden bereits Fugendurchlässigkeit, Schlagregen sowie Dauerfunktion des neuen Beschlages geprüft.

Abb. 7: Links: Der Schnitt seitlich und oben, durch das neue Fenster mit Ansichtsbreite 86mm. Das rote Aluminiumprofil ist eine integrierte Anputzleiste. Rechts: Isothermendarstellung des unteren Profils mit Dämmung in der Regenschiene. Das Fenster erfüllt die Kriterien des klassische Fensterzertifikates mit Uw < 0,80 W(m²K) ohne Einbauverluste.

Es bleibt zu hoffen, dass die innovativen Passivhausfensterhersteller diesen neuen Ansätzen folgen und neue effizientere Passivhausfenster in großer Zahl auf den Markt bringen. Weiteres Verbesserungspotential liegt in der Gestaltung der äußeren Laibung im Zusammenhang mit der Überdämmung der Pfosten- und Riegelprofile.
Integrale Zusammenarbeit zwischen Planern, Hausbauern und Fensterherstellern wird das Passivhausfenster, über die hier gezeigten Möglichkeiten hinaus, in der Effizienz steigern.

Übersicht zu den Passipedia-Artikeln zum Thema „Fenster“

[Schnieders 2000] Tagungsband 4. Passivhaus Tagung Kassel
[Feist 1998 ] Passivhausfenster Protokollband Nr.14
[Feist 2008] Passivhausfenster Protokollband Nr.37
[Kaufmann 2008] Passivhausfenster Protokollband Nr.37
[Freundorfer 2008] Passivhausfenster Protokollband Nr.37