Was bringt das Zehntel beim U-Wert?

Gemäß Produktnorm „Fenster und Türen“, DIN EN 14351-1/A1: 2010-08 kann der Nachweis des Wärmedurchgangskoeffizienten U_W wahlweise gemäß Tabellenverfahren nach EN ISO 10077-1:2006, Berechnung nach EN ISO 10077-1:2006 in Verbindung mit EN ISO 10077-2:2003 oder über eine Messung nach EN ISO 12567-1: 2000 erfolgen. Die wärmetechnische Qualität eines Fenster (U_W-Wert) ergibt sich aus der Bewertung und Bestimmung der Einzeldaten von Rahmenprofil (U_f-Wert), Verglasung (U_g-Wert) und dem längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizient des Abstandhalterprofils  der Isolierverglasung (Y-Wert). Den wärmetechnisch größten Einfluss auf den U_W-Wert des Fensters nimmt wegen des großen Flächanteils die Verglasung ein. Ändert man nun die einzelnen Komponenten eines Fensters, so ist deren wärmetechnische Auswirkung auf den Gesamt U_W -Wert des Fensters unterschiedlich. In der DIN EN14351-1 wird zur Vereinfachung ein Standardmaß von 1,23 x 1,48 m definiert, auf das sich alle nachfolgenden Beispiele beziehen und das als „Normfenster“ bezeichnet wird. Beim „Normfenster“ kann eine Verringerung des Wärmedurchgangskoeffizient U_W in Höhe von 0,1 W/m²K wie folgt erreicht werden:

• Verbesserung der Verglasung um DU_g = 0,2 W/m²K,
• Verbesserung des Rahmenprofils um DU_f = 0,3 W/m²K
• Verbesserung des Abstandhalterprofils um DY= 0,04 W/mK

Für „Normfenster“ mit einer Zweifach-Isolierverglasung U_g = 1,1 W/m²K und warmer Kante ist ein U_f-Wert von 1,3 W/m²K erforderlich, um ohne Dreifachglas die Anforderungen der EnEV 2009 zu erfüllen. In Zukunft müssen sich die U_f-Werte der Rahmen weiter verbessern, damit auch die erwarteten Anforderungen der EnEV 2012 erfüllt werden können, denn mit einer Dreifach-Fach Isolierverglasung (U_g = 0,7 W/m²K) und warmer Kante muss das Rahmenprofil schon einen U_f Wert von 1,2 W/m²K haben, um einen U_w-Wert von 0,95 W/m²K oder niedriger zu erreichen. Im Grenzbereich können die energetischen Zielwerte manchmal auch durch ein optimiertes Nachweisverfahren erreicht werden, beispielsweise durch eine Messung von Rahmenprofilen, die in der Regel günstigere Ergebnisse liefert. Zurzeit werden bestehende Profilkonstruktionen optimiert, beispielsweise die Veränderung des Glaseinstandes von 15 mm auf 18 mm oder die Erhöhung der Füllungsdicke auf 36 mm, mit der dann auch der Einsatz einer eine Dreifachverglasung erleichtert wird. Als Faustformel kann je mm Mehreinstand der Verglasung eine Verbesserung von DU_f = 0,01 W/m²K erreicht werden. Die Füllungsdicke beeinflusst das Ergebnis um DU_f = 0,01 W/m²K je 2 mm Dickenänderung. Diese Maßnahmen werden alleine jedoch nicht ausreichen, um die Anforderungen der EnEV 2012 zu erfüllen.

Eine energetische Optimierung bei Metallrahmen erfolgt im Bereich der Dämmzone. Die maximale Steghöhe im Einstegverbund ist hierbei nahezu ausgereizt. Mit dünneren Stegdicken können noch geringfügige Verbesserungen erreicht werden, was aber zu statischen Problemen führen kann. Im Bereich der Dämmzone und im Glasfalzbereich werden Dämmstoffe mit niedrigeren Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt, so dass Rahmenprofile mit einer Ansichtsbreite von ca. 100 mm in Verbindung mit einer wärmetechnisch optimierten Mitteldichtung Wärmedurchgangskoeffizienten von U_f = 1,4 W/m²K erreichen können. Schmalere Ansichtsbreiten führen zu ungünstigeren Werten. Um die Anforderungen der EnEV 2009 zu erreichen, müssen bereits heute Dreifachverglasungen eingesetzt werden.

Die Y -Werte von Abstandhaltern in der Standardausführung (Aluminium), wie auch wärmetechnisch verbesserte Systeme können tabellarisch der EN ISO 10077-1:2006 entnommen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit Y-Werte für wärmetechnisch verbesserte Abstandhalterprofile den „BF Datenblätter“ zu entnehmen. Im Rahmen einer Untersuchung wurden unterschiedliche wärmetechnisch optimierte Abstandhalterprofile in Verbindung mit vier repräsentativen Rahmenprofilmaterialien und einer Zweifach- bzw. Dreifach-Isolierverglasung untersucht. Die Datenblätter geben tabellarisch den Y-Wert des Abstandhalters in Verbindung mit dem Rahmenprofil und der Isolierverglasung an. Die dadurch ermittelten Y-Werte können in der Regel auf die Systemrahmenprofile übertragen werden. Dadurch können spezifische Y-Werte für den Nachweis der U_W-Werte angesetzt werden. Das Vorgehen ist in der ift Richtlinie WA-08/1 beschrieben. Die „BF Datenblätter stehen kostenfrei im Internet zur Verfügung (http://www.bundesverband-flachglas.de/shop/kostenfreie-downloads/bf-datenblaetter/).

Die eingangs beschriebenen Einzelmaßnahmen können in der Regel nur Veränderungen des Wärmedurchgangskoeffizienten DU_W von 0,1 W/m²K bewirken. Nur eine sinnvolle Kombination mehrerer Maßnahmen führt zu größeren Verbesserungen von U_W. Ein „Normfenster“ mit einem U_W-Wert von 1,3 W/m²K hat bei einer Temperaturdifferenz von 32°C (Normaußentemperatur für Würzburg, gemäß Beiblatt 1 DIN EN 12831, „Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast“) einen Wärmeverlust von 76 Watt. Weitere Wärmeverluste wie über den Wandanschluss sind in dieser Zahl nicht berücksichtigt. Somit müsste, ohne Berücksichtigung der übrigen Wandflächen, mit 76 Watt permanent nachgeheizt werden, um die Raumlufttemperatur konstant zu halten. Ein Fenster mit einem U_W-Wert von 0,9 W/m²K benötigt bei gleichen Randbedingungen eine konstante Leistung von 52 Watt und spart somit 24 Watt Heizenergie. Bei Annahmen des deutschen Normklimas ließen sich bei einem Haus mit 40 m² Fensterfläche pro Jahr ca. 200 Liter Erdöl sparen.

Die Sonne liefert im Idealfall bei klarem Himmel ca. 1000 W/m² Strahlungsleistung, bezogen auf einen senkrechten Einstrahlungswinkel. Ein Normfenster mit 1,23 x 1,48 m und einem Rahmenanteil von 30 % hat eine Verglasungsfläche von ca. 1,23 m² und kann bei einem U_g-Wert von 0,61 einen maximalen Energieeintrag von ca. 750 W erreichen. Der Energieeintrag durch solaren Zugewinn kann im Vergleich zum Wärmeverlust somit um den Faktor 20 höher liegen. Moderne Fenster mit Dreifachverglasung bringen auf der Süd-, Ost und Westseite spürbare Gewinne, die die Wärmeverluste überwiegen und so den Heizwärmebedarf des Gebäudes verringern.

Wird ein Fenster in ein Gebäude eingebaut entsteht im Übergangsbereich zur Außenwand eine Wärmebrücke. Der Energieverlust über diese Wärmebrücke wird über den Y-Wert angegeben. Diese werden im einfachsten Fall nach EnEV 2009 ohne Nachweis über einen pauschalen Aufschlag von DU = 0,1 W/m²K auf die gesamte Gebäudehülle berücksichtigt. Bei einer Ausführung gemäß den konstruktiven Beispielen aus dem Beiblatt 2 der DIN 4108, kann ein reduzierter pauschaler Aufschlag von DU = 0,05 W/m²K auf die gesamte Gebäudehülle angesetzt werden. Nach Beiblatt 2 werden Referenzwerte für den Nachweis der Gleichwertigkeit für Baukörperanschlüsse Fensterrahmen zur Wand von Y ≤ 0,08 W/mK angegeben. Wärmetechnisch optimierte Baukörperanschlüsse, beispielsweise bei der Überdämmung des Blendrahmens, können kleinere oder sogar negative Werte erreichen. Energetisch ist eine Optimierung des Baukörperanschlusses eines „Normfensters“ um 0,12 W/mK energetisch gleichwertig zu einer Verbesserung des U_w-Wertes von DU_W = 0,4 W/m²K.

Mit der Neufassung der EnEV 2012 werden die energetischen Anforderungen weiter steigen. Die Anforderung bei der energetischen Gebäudesanierung an das Einzelbauteil Bauteil Fenster wird zurzeit diskutiert und bei einem U_W-Wert zwischen 0,90 und 1,0 W/m²K liegen. Die Hersteller sind somit gut beraten bereits heute ihre Fensterkonstruktionen weiter zu entwickeln, um für 2012 wettbewerbsfähig zu sein. Bei einer Betrachtung des gesamten Gebäudes sollten alle Aspekte von Fenstern und Fassaden betrachtet werden, das heißt optimierter Wärmeschutz des Fensters (U_w-Wert), ein wärmebrückenfreier Einbau, die solaren Gewinne (g-Wert) und eine effiziente natürliche Lüftung mit nutzerunabhängiger Lüftungsmöglichkeit zum Feuchteschutz.