Autor(en)
Ulrich Sieberath, Manuel Demel, Jürgen Benitz-Wildenburg
Pressekontakt
Jürgen Benitz-Wildenburg
Datum
13.08.2014
Lesezeit: 8 Minuten
Die Verminderung des Energiebedarfs im Gebäudebereich ist eine der wichtigsten Aufga-ben der Energiewende. Moderne Fenster erzielen auf der Süd-, West- und Ostseite zwar über die gesamte Heizperiode spürbare Nettoenergiegewinne, die bei Passiv- und Plusenergiehäusern intelligent genutzt werden.
Hier kommt es maßgeblich auf ein gutes Verhältnis des U-Wertes des Glases (Ug) und des Gesamtenergiedurchlassgrades an (g-Wert) an. Dennoch bleibt die Bestimmung der Wärmeverluste für die Gebäudeplanung wichtig, deren relevante Kenngröße auch bei Fenstern und Außentüren der Wärmedurchgangskoeffizient (UW für Fenster und UD für Türen) ist, der sich allerdings aus den Komponenten Fensterrahmen, Verglasung und dem Glaseinbau ergibt. Daneben muss aber auch auf einen nahezu wärmebrückenfreien Einbau geachtet werden, der aber hier nicht näher behandelt wird.
Die Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern wird in der Produktnorm EN 14351-1 eindeutig festgelegt und kann mittels Messungen, Berechnungen oder über ein tabellarisches Verfahren bestimmt werden. Im Kommentar zur EN 14351-1 [1] werden die Verfahren ausführlich mit allen notwendigen Tabellen der normativen Verweise sowie mit Grafiken und Berechnungsbeispielen ausführlich beschrieben. Der nachfolgende Text ist ein verkürzter Auszug.
Neben dem einfachen Tabellenverfahren ist auch eine eigenverantwortliche Ermittlung der Wärmedurchgangskoeffizienten mittels Berechnung durch den Hersteller möglich. Hierzu müssen die Eingangsdaten (Rahmenwert Uf) sowie die Grundlagen (Berechnungsverfahren, Software etc.) für die Ermittlung der Eigenschaften durch eine notifizierte Prüfstelle ermittelt werden.
Bestimmung des U-Wertes durch Messung
Das Referenzverfahren ist die Messung nach ISO 12567 Teil 1 und 2 (Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten mittels Heizkastenverfahren), die unter anderem auch im ift Rosenheim im Labor Bauphysik seit vielen Jahren durchgeführt wird.
Bestimmung des U-Wertes durch Berechnung
Für die Berechnung des U-Wertes nach EN ISO 10077-1 (Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten) werden folgende Kenngrößen benötigt:
- Uf-Wert des Rahmens (f = frame)
- Ug-Wert der Verglasung (g = glazing)
- Ψ-Wert des Abstandhalters, z.B. Aluminium, Edelstahl, Kunststoff
Im Rahmen der CE-Kennzeichnung ist darauf zu achten, dass die Berechnung des UW- bzw. UD-Wertes auf Basis der Flächenformel durch den Hersteller selber durchgeführt werden darf. Es ist jedoch zu beachten, dass die Eingangsparameter (Ug, Uf, Ψ) von einer notifizierten Prüfstelle ermittelt wurden bzw. durch Normen-Tabellen abgesichert sind. Ebenso sollte die verwendete Berechnungssoftware von einer notifizierten Stelle überprüft werden. Die Tabellenwerte dürfen vom Hersteller eigenverantwortlich genutzt werden.
Die Eingangsparameter für die Berechnung können ebenfalls nach verschiedenen Methoden (Messung, Rechnung, Tabelle) ermittelt werden.
Wärmedurchgangskoeffizient des Glases Ug
Der Wärmedurchgangskoeffizient Ug von Mehrscheiben-Isolierglas wird durch den Glashersteller im Rahmen der CE-Kennzeichnung nach EN 1279-5 deklariert. Dieser kann direkt vom Fensterhersteller für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten verwendet werden. Eine separate Ermittlung des Ug-Wertes ist nicht notwendig. Bei Verbundfenstern, bei denen mehrere Scheiben bzw. Isoliergläser hintereinander in der Konstruktion eingesetzt sind, erfolgt die Berechnung des Ug-Wertes des kompletten Glasaufbaus anhand der Ug-Werte der Einzelgläser.
Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens Uf
Die Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Profils Uf erfolgt durch eine Messung des kompletten Profils nach EN 12412-2 oder durch eine Berechnung mit Finite-Elemente-Programmen (FEM) auf der Basis der EN ISO 10077-2. In der Praxis ist es üblich, Profilsysteme zu produzieren, die eine große Anzahl verschiedener Geometrien enthalten, weisen aber gleichzeitig vergleichbare wärmetechnische Eigenschaften auf. In diesen Rahmengruppen sind die wichtigsten Einflussgrößen, beispielsweise die Abmessung, der Werkstoff und die Art der wärmetechnischen Trennung, annähernd gleich. Der Wärmedurchgangskoeffizient kann deshalb vereinfachend beurteilt werden. Detaillierte Verfahren werden in ift-Richtlinien beschrieben [5], die somit wesentliche Vereinfachungen bei der Beurteilung von kompletten Rahmenprofilsystemen ermöglichen und deshalb auch in EN ISO 10077-1 zitiert werden.
Linearer Wärmedurchgangskoeffizient des Randverbundes/Abstandhalters Ψ
Die zur Berechnung des UW-Wertes notwendigen linearen Wärmedurchgangskoeffizienten können als Pauschalwerte den Tabellen E.1 und E.2 der EN ISO 10077-1 entnommen werden. Sollen bessere Ψ-Werte, abweichend von den genannten Tabellen verwendet werden, so sind diese durch eine detaillierte Rechnung einer notifizierten Stelle nach EN ISO 10077-2 nachzuweisen. In der Regel werden die Ψ-Werte von wärmetechnisch verbesserten Randverbundsystemen durch den Hersteller des Randverbundes nachgewiesen. Als Basis für die Ermittlung steht die ift-Richtlinie WA-08/2 zur Verfügung. Eine Auswahl aktueller Datenblätter mit den Ψ-Werten für unterschiedliche Systeme und Rahmenmaterialien finden sich unter
www.bundesverband-flachglas.de/shop/kostenfreie-downloads/bf-datenblaetter/datenblaetter.html
Bestimmung des U-Wertes durch Tabellen
Neben der Messung bzw. Berechnung können die U-Werte für die CE-Kennzeichnung auch einfach mithilfe von Tabellen bestimmt werden. Hierfür stehen die entsprechenden Tabellen aus EN ISO 10077-1 zur Verfügung. Bei der Ermittlung des U-Wertes gemäß Tabelle wurden ausdrücklich nur die Tabellen mit 30 % Rahmenanteil herangezogen, um eine Vergleichbarkeit der U-Werte nach dieser vereinfachten Methode sicherzustellen. Zwischenwerte können interpoliert werden.
Fenster mit Sprossen
Sprosseneinteilungen werden beim Tabellenverfahren nach EN ISO 10077-1 nicht berücksichtigt. Die Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten bei Sprossenfenstern wird durch die überarbeitete Fassung der EN 14351-1:2006+A1:2010 anhand eines tabellarischen Ermittlungsverfahrens berücksichtigt, das eine Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Sprossenfenstern mittels Zuschlagsfaktoren für den Wärmedurchgangskoeffizienten UW ermöglicht. Bei einem Sprossenfenster wird zunächst der Wärmedurchgangskoeffizient desselben Fensters ohne Sprossen ermittelt und anschließend mit dem tabellarischen Wert zusätzlich beaufschlagt.
Größenabhängigkeit
In der Baupraxis zeigt sich bei Fenstern eine breite Variation mit unterschiedlichen Größen und Gestaltungsvarianten. Zur Vereinfachung hat man im Rahmen der Normung, deshalb die Möglichkeit geschaffen den U-Wert für Standardabmessungen zu ermitteln und anzugeben. Diese sind für Fenster ≤ 2,3 m² gleich 1,23 m x 1,48 m bzw. für Fenster > 2,3 m² gleich 1,48 m x 2,18 m (Fenstertür). Für Türen ≤ 3,6 m² gleich 1,23 m x 2,18 m bzw. für Türen > 3,6 m² gleich 2,0 m x 2,18 m. Für Fenster mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasung Ug < 1,9 W/(m2K) darf immer mit dem Standardmaß 1,23 x 1,48 gearbeitet werden. Zu beachten ist, dass hierbei eine Abweichung von ± 25 % je Einzelmaß zulässig ist. Im Rahmen der CE-Kennzeichnung sind also diese Standardgrößen bei der Deklaration des Wärmedurchgangskoeffizienten UW bzw. UD zugrunde zu legen. Wenn jedoch eine genaue Berechnung des Wärmeverlustes eines bestimmten Gebäudes gefordert wird, muss der Hersteller genaue berechnete oder durch Prüfung ermittelte Werte der entsprechenden Größe zur Verfügung stellen. Dies bedeutet, dass eine größenabhängige Angabe des UW-Wertes möglich ist. Im Rahmen der CE-Kennzeichnung ist dann für den Verwendungszweck das jeweilige Objekt und Fenster rückverfolgbar anzugeben. Ebenso ist es dann notwendig, dass für alle im Objekt eingebauten Elemente ein größenabhängiger Nachweis erfolgt. Eine Mischung zwischen größenabhängigen und U-Werten für die Standardabmessungen im jeweiligen Objekt ist dann nicht möglich.
Abhängigkeit des U-Wertes von der Fensterteilung
Im praktischen Umgang stellt sich oft die Frage, ob der an einem Einfachfenster Dreh-/ Kipp ermittelte UW-Wert auch für andere Fensterteilungen wie z.B. eine Festverglasung oder auch ein Fenster mit Oberlicht verwendet werden darf. Hierzu enthält die Produktnorm EN 14351-1 keine direkten Aussagen. Anhaltspunkte ergeben sich jedoch aus dem informativen Anhang F, der eine mögliche Auswahl von repräsentativen Probekörpern beschreibt. So kann das Dreh-/Kippfenster bzw. die Dreh-/Kippfenstertüre als repräsentativer Probekörper angesehen werden, mit dem auch weitere Arten von Fenstern und Fenstertüren wie festverglaste Fenster, einflügelige Dreh-, Kipp- oder Klappfenster sowie eine Parallel-Abstell-Schiebekipptür (PSK) abgedeckt sind. Auch Kombinationen können mit dem einflügeligen Dreh-/Kippfenster abgedeckt werden. Für ein zweiflügeliges Stulpfenster (Fenster mit aufgehendem Mittelstück) kann der an dem einflügeligen Einfachfenster ermittelte UW-Wert aber nicht verwendet werden. Hier ist eine separate Ermittlung notwendig. Selbstverständlich ist bei der Übertragung vorauszusetzen, dass die Rahmenprofile, das Mehrscheiben-Isolierglas bzw. die Füllung sowie das Randverbundsystem wärmetechnisch gleichwertig sind. Für Fenster mit Rollladenkasten gilt die Standardgröße für das Fenster alleine; d.h., dass der Rollladenkasten zusätzlich zu berücksichtigen ist.
Vom Nennwert zum Bemessungswert
In Deutschland erfolgt die Berechnung des Primärenergiebedarfs von Gebäuden entsprechend der Energieeinsparverordnung (EnEV), wobei für die wärmetechnischen Eigenschaften der am Gebäude verwendeten Konstruktionen sogenannte Bemessungswerte anzuwenden sind. Der Bemessungswert berücksichtigt evtl. Zuschläge, die in Abhängigkeit der Nutzung unterschiedlich ausfallen können. Des Weiteren können die Bemessungswerte in den Mitgliedstaaten der EU unterschiedlich sein, da u. U. andere Randbedingungen für die Ermittlung der Bemessungswerte gelten. Im Rahmen des CE-Zeichens erfolgt die Deklaration des sogenannten Nennwertes. Dieser ist einheitlich in Europa. Die Ermittlung des Bemessungswertes in Deutschland ist in DIN V 4108-4 geregelt. Der Bemessungswert ergibt sich aus dem im Rahmen des CE-Kennzeichens deklarierten Nennwert. Für Fenster und Türen entspricht in Deutschland der Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten dem Nennwert. Dies macht es dem Planer einfach, da keine besonderen Aufschläge zu berücksichtigen sind. Im Rahmen des Nachweises nach Energieeinsparverordnung EnEV ist es ausreichend, wenn die Wärmedurchgangskoeffizienten für Fenster UW und Außentüren UD an den entsprechend Produktnorm festgelegten Standardabmessungen ermittelt werden.
Literatur und Normen
- Kommentar zur DIN EN 14351-1 Fenster und Türen - Produktnorm, Leistungseigenschaften,
ift Rosenheim, 11/2013 - EN ISO 10077 "Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten"
- EN ISO 12567 Teil 1 und 2 „Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern und Türen – Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten mittels des Heizkastenverfahren – Teil 1: Komplette Fenster und Türen“ und Teil 2: Dachflächenfenster und andere auskragende Fenster“.
- EN ISO 10077-1:2006 „Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten – Teil 1: Allgemeines“.
- ift-Richtlinien zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensterrahmens Uf (WA-01/2 für Metallrahmen mit thermischer Trennung und WA-02/3 für Kunststoffprofile )
- ift-Forschungsbericht „Einfluss von Sprossenkonstruktionen auf den Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern“, ift Rosenheim, 2001
Ulrich Sieberath
Jürgen Benitz-Wildenburg
Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg leitet im ift Rosenheim den Bereich PR & Kommunikation. Als Schreiner, Holzbauingenieur und Marketingexperte ist er seit 30 Jahren in der Holz- und Fensterbranche in verschiedenen Funktionen tätig. Als Lehrbeauftragter, Referent und Autor gibt er seine Erfahrung weiter.
