Sinnvolle Kammerolympiade?

„Geld zum Fenster hinauswerfen“ lautet ein geflügeltes Sprichwort. Doch nicht selten sind es die Löcher in den Wänden selbst, die unnötige Ausgaben für Hausbesitzer oder Mieter verursachen. Dazu gehören auch die alten Rahmenkonstruktionen, die viel kostbare Wärme ins Freie entweichen lassen. Eine Studie des PIB – Prüfinstitut für Bauelemente, Pirmasens, gelangt zu dem Schluss, dass im veralteten Wohngebäudebestand der Bundesrepublik allein durch Fenstermodernisierung eine Energieeinsparung von bis zu 77 Milliarden Kilowatt-Stunden möglich ist. Das entspricht ca. 13 Mio. Tonnen Heizöl – in etwa das fünffache der in Deutschland geförderten Jahresmenge. Da macht es Sinn, an tiefgreifenderen Einsparpotenzialen innerhalb der Rahmenkonstruktionen zu forschen.

Grob vereinfacht ist das Standard-Kunststofffenster eine Reihenschaltung von (luftgefüllten) Kammern. Allerdings wird die Hauptkammer auf Grund der statischen Anforderungen mit Stahl ausgesteift. Wärmetechnisch stellt die Stahlverstärkung einen Kurzschluss dar und kann somit bei der Berechnung des Wärmedurchgangswiderstandes vernachlässigt werden.

Bei dieser Betrachtung wird sehr schnell deutlich, dass die zum Wärmeschutz beitragende Bautiefe des Profils – also alle Kammern, ohne jene mit der Stahlverstärkung – in der Regel nur 50 Prozent der tatsächlichen Bautiefe beträgt. Im Folgenden wird diese Wärmeschutzbautiefe „effektive Bautiefe“ genannt.

Diese effektive Bautiefe kann bei den bestehenden Systemaufbauten nur durch die Erhöhung der tatsächlichen Bautiefe vergrößert werden.

Neuere Verstärkungsmaterialien auf Kunststoffbasis können im Fensterbau ohne Umstellung von Maschinen und damit ohne zusätzliche Strukturkosten eingesetzt werden. Dagegen sprechen allerdings deutlich höhere Materialkosten als bei herkömmlichen Stählen.

Die Anzahl der Profilkammern, die im letzten Jahr bei einigen Systemen in einer wahren Kammerhysterie bis auf sechs Kammern erhöht wurde, ändert nichts an der Tatsache, dass die Unterschiede in den wärmeschutztechnischen Eigenschaften lediglich gering sind (siehe Tabelle).

Bei der Aufteilung der effektiven Bautiefe in immer mehr Kammern muss berücksichtigt werden, dass die einzelnen Kammern zunehmend kleiner werden. Abgesehen von den extrusionstechnischen Schwierigkeiten, immer mehr Stege in das Profil einzubringen, nimmt die wärmedämmende Wirkung mit Verkleinerung der Kammern ab. Dieser Vorgang – größere Anzahl, kleinere Wirkung – führt letztendlich zu einem Grenzwert von ca. 1,3 W/m2K für ein Profil mit einer tatsächlichen Bautiefe von 70 mm.

Mit dem Mittel der Kammerteilung alleine können Niedrigenergiehaus- oder sogar Passivhaus-Fenster nicht verwirklicht werden.

Die durch eingeschlossene Luft erreichte Wärmedämmung steigt nicht linear mit der Dicke der Luftschicht. Insbesondere bei größeren (tieferen) Kammern beeinflusst die einsetzende Konvektion die Wärmedämmung negativ. Für homogene Dämmstoffe steigt der Wärmedurchlasswiderstand jedoch linear mit der Dicke an (siehe Diagramm nächste Seite). Bereits ab vier Millimeter Schichtdicke werden mit einem Dämmstoff (WLG 035) bessere Wärmedurchlasswiderstände erzielt. Der Einsatz von 35 mm Dämmstoff würde ausreichen, um ein Profil mit einem Uf zwischen 0,8 und 0,9 W/m²K zu realisieren.

Die Verwendung von Wärmedämmstoffen in den Profilen führt zu einem deutlich besseren Wärmeschutzergebnis. Auch hier basieren die auf dem Markt vorhandenen Systeme auf den üblichen Aufbau: eine stahlverstärkte Hauptkammer gewährleistet die statischen Anforderungen, der Wärmeschutz wird über eine ausgeschäumte Vorkammer realisiert. Auf diesem Wege und mit einer deutlich größeren Bautiefe (ca. 100 mm) werden U-Werte auch unterhalb der magischen Passivhausgrenze von 0,8 W/ m2K erreicht.

Neueste Entwicklungen zielen darauf ab, den durch die Stahlverstärkung verursachten wärmetechnischen Kurzschluss zu vermeiden. Hierbei werden Verbundwerkstoffe auf Kunststoffbasis mit einer Wärmeleitfähigkeit (Formelzeichen Neueste Entwicklungen zielen darauf ab, den durch die Stahlverstärkung verursachten wärmetechnischen Kurzschluss zu vermeiden. Hierbei werden Verbundwerkstoffe auf Kunststoffbasis mit einer Wärmeleitfähigkeit (Formelzeichen ) von 0,5 W/mK (im Vergleich dazu Stahl: ) von 0,5 W/mK (im Vergleich dazu Stahl: Stahl = 70 W/mK) zum Einsatz gebracht. In Messungen wurden Rahmen-U-Werte bei 58 mm-Systemen (2 Kammern) von 1,1 W/m2K realisiert.

Diese bedeutende Verbesserung könnte in den bisher bestehenden Systemen größerer Bautiefe zu U-Werten in der Größenordnung 0,9 – 1,0 W/m2K führen, was durch Messungen im Prüfinstitut für Bauelemente bereits bestätigt wurde.

Übertragen auf die bisher bestehenden passivhaustauglichen Systeme sind mittelfristig Uf-Werte von 0,6 W/m2K denkbar.

Ein Schwachpunkt bei den (meisten) bestehenden Systemen ist der geringe Glaseinstand. Denn hier wird die Wärmebrücke innerhalb der Verglasung, also der Randverbund nicht tief genug im Flügel „versteckt“. Als Folge dieses Mankos wird der im ungestörten Bereich der Verglasung durchaus ausreichende Ug-Wert auf einen eindeutig schlechteren U-Wert verringert (um ca. 15 %). Somit sind bei Systemen mit geringem Glaseinstand Verglasungen mit einem deutlich unter 0,8 W/m2K liegenden Ug-Wert notwendig, um die Passivhausgrenze zu erreichen.

Durch die anhaltende Krypton-Verknappung und der daraus resultierenden Preisexplosion sind solche Verglasungen sehr teuer; ohne Krypton aber kaum realisierbar bzw. mit Einbauproblemen verbunden.

Die Entwicklung beim Wärmeschutz von Kunststofffenstern zeigt deutlich, dass weitere Fortschritte mit einer größeren Bautiefe der Profile verbunden sind. Des Weiteren wird der Einsatz von Wärmedämmstoffen in den Profilen immer mehr zunehmen. Interessant ist der Einsatz von Verbundwerkstoffen als Aussteifung vor allem in den Standardprofilen. Hier könnte der Vorstoß in den Niedrigenergiehausbereich bei der Verwendung entsprechend geeigneter Verglasungen mit Standardprofilen möglich werden.