Vereinfachter Nachweis für Abstandhalter

I Neben der Verringerung von Energieverlusten, führt eine Optimierung des Randverbundes auch zu höheren Temperaturen auf der inneren Glasoberfläche und damit zu geringerem Tauwasseranfall. Die wärmetechnische Kenngröße zur Beurteilung des Glasrandverbundes ist der längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizient C, der bei Kenntnis des exakten geometrischen Querschnitts des Abstandhalters und der Wärmeleitfähigkeit der Materialien nach EN ISO 10077-2 berechnet werden kann. Die Wärmeleitfähigkeit kann zwar für einige Materialien aus Normen entnommen werden, aber es gibt viele Materialien für die keine normativen Werte vorhanden sind und die nicht direkt bestimmt werden können (bspw. Folien mit Beschichtung im µm- bis nm-Bereich) oder eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit haben. Zudem ist die Wärmeleitfähigkeit mancher Materialien von der Herstellung und Verarbeitung ab- hängig, beispielsweise die Kaltverformung (Walzen) bei Metallen.

Ziel des Forschungsprojektes „Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern“ war es, geeignete Messverfahren zu entwickeln, die die beschriebenen Probleme löst. Das Projekt wurde vom Institut für Bautechnik (DIBt) gefördert und vom Arbeitskreis Warme Kante des BF (Bundesverbandes Flachglas e. V.) unterstützt. Hierzu wurde eine Messung der „äquivalenten Wärmeleitfähigkeit“ des gesamten Abstandhalters entwickelt, anstatt die einzelnen Wärmeleitfähigkeiten aller eingesetzten Materialien zu ermitteln. Die Messung einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit bietet Vorteile, weil nur „eine“ Messung notwendig ist, die Messung in der Hauptwärmestromrichtung der späteren Anwendung entspricht, die Messung am Originalprodukt erfolgt und somit auch die Einflüsse des Herstellungsverfahrens (z. B. Extrusion, Umformung) berücksichtigt werden. Die äquivalente Wärmeleitfähigkeit wird an einem „Sandwichaufbau“ gemessen, der komplett mit Abstandhaltern gefüllt ist und von dem der Wärmedurchlasswiderstand nach EN 12664 ermittelt wird. Durch Subtraktion des Wärmedurchlasswiderstandes der beiden Glasscheiben vom Gesamtwärme-durchlasswiderstand, kann die äquivalente Wärmeleitfähigkeit des Abstandhalters ermittelt werden.

Die ermittelte äquivalente Wärmeleitfähigkeit kann dann direkt im sog. „Two Box Modell“ zur Berechnung des C-Wertes des Abstandhalters verwendet werden. Eine aufwendige, detaillierte Modellierung des kompletten Querschnittes ist überflüssig. Das „Two Box Modell“ ist in der ift-Richtlinie WA 08/1 beschrieben.

Durch Vorabmessungen an fünf ausgewählten Abstandhaltern, (Hohlprofil aus Edelstahl, Polymer-Hohlprofil mit Diffusionssperre aus Metall sowie ein Abstandhalter mit integriertem Trocknungsmittel) wurden zunächst Aussagen über den Einfluss des Feuchtgehaltes, des Trocknungsmittels und der Probekörperherstellung auf die äquivalente Wärmeleitfähigkeit analysiert. Nach einer Befeuchtung im künstlichen Klima wurde bei den Probe-körpern mit trockenem und feuchtem Trocknungsmittel der Wärmedurchlasswiderstand gemessen. Zusätzlich wurde der Wärmedurchlasswiderstand an Abstand- halterhohlprofilen ohne Trocknungsmittel gemessen. Für alle untersuchten Abstand- haltersysteme, konnte im Rahmen der Messgenauigkeit kein Unterschied in der Wärmleitfähigkeit zwischen einem „trocken“ und „feucht“ festgestellt werden. Auch die Orientierung von Abstandhaltern aus Hohlprofilen hatte keinen signifikanten Einfluss auf die wärmetechnischen Kenndaten. Allerdings hatten die Hohlprofile, die vorab bereits mit Trocknungsmittel gefüllt waren, geringfügig höhere Werte für die äquivalente Wärmeleitfähigkeit. Um den Einfluss der Mess-Stellen abzuschätzen, wurde ein Ringversuch mit drei weiteren Laboren durchgeführt. Im Rahmen der Ringmessung wurde eine Genauigkeit von Δ λ/ λ < ± 10 bis 15 % ermittelt. Durch diese Ergebnisse wurde die Bestimmung einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit als praxistaugliches und hinreichend genaues Messverfahren bestätigt.

Im zweiten Teil des Forschungsprojekts sollte die äquivalente Wärmeleitfähigkeit aller im Arbeitskreis „Warme Kante“ vertretenen Systeme gemessen und mit den durch Berechnung ermittelten Werten verglichen werden. Es handelt sich hier um bereits im Markt etablierte Systeme, deren technische Werte vom BF in Form eines einheitlichen Datenblattes zur Verfügung gestellt werden. Die Probekörper wurden am ift Rosenheim hergestellt, um Einflüsse aus der Fertigung auszuschließen. Von jedem Abstandhalter-system wurden drei Probekörperpaare hergestellt und anschließend mit trockenem Molekularsieb gefüllt. Die Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit λeq,2B erfolgte durch Messung der Einzelwerte sowie einer statistischen Berechnung der drei Probekörperpaare entsprechend ISO 10456 Anhang C für eine 90 % Fraktile und den Rundungsregeln nach EN ISO 10456.

Die im Rahmen des Vorhabens durch Messung ermittelten äquivalenten Wärmeleitfähigkeiten, stimmten für die meisten untersuchten Systeme gut mit den bisher genutzten Rechenverfahren überein. Die Ursachen für die wenigen, größeren Abweichungen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens nicht mehr festgestellt, bedürfen jedoch einer Analyse im Nachgang.

Ebenso wurde mit den gemessenen Werten der längenbezogene Wärmedurchgangsko-effizient nach ift-Richtlinie WA-08/1 „Wärmetechnisch verbesserte Abstandhalter Teil 1 „Ermittlung des repräsentativen C-Wertes für Fensterrahmenprofile“ berechnet und mit den bisher veröffentlichten Werten verglichen. Die auf Basis der gemessenen Werte berechneten Psi-Werte (C) zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den in den Datenblättern des Bundesverbandes Flachglas (BF) publizierten Werten und zeigen Abweichungen für nahezu alle Systeme, die geringer als 0,005 W/(m K) sind, die im Rahmen der Ermittlung des U-Wertes von Fenstern nicht mehr signifikant sind. Für viele Systeme liegt die Abweichung der C-Werte sogar nur in einer Größenordnung von 0,002 W/(mK).

Das im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelte Messverfahren zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern, ist mit der bislang angewandten Methode der numerischen Berechnung vergleichbar und bietet mit der Einführung einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit eine erhebliche Vereinfachung zur Bestimmung der notwendigen technischen Kennwerte.

Die erarbeitete Vorgehensweise ist in der ift-Richtlinie WA17/1 „Wärmetechnisch verbesserte Abstandhalter – Teil 2 Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit durch Messung“ beschrieben und bietet so eine an- erkannte, wissenschaftliche Grundlage. Die ift-Richtlinie WA 08/2 wurde entsprechend angepasst; somit können auch die repräsentativen C-Werte auf Grundlage der gemessenen äquivalenten Wärmeleitfähigkeit er- mittelt werden. Gleichzeitig wurde nachgewiesen, dass der Einfluss des Feuchtgehaltes, des Trocknungsmittels und die Herstellverfahren keinen signifikanten Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit haben. Die in den Datenblättern des Bundesverbandes Flachglas dargestellten Werte werden in Zukunft auf Grundlage der gemessenen Kennwerte angegeben. Diese Vorgehensweise soll zukünftig auch normativ in der EN ISO 10077 verankert werden und damit eine internationale Gültigkeit erhalten. I