Dreifach-Wärmedämmglas ist heute die Antwort der Glashersteller auf die weiter gestiegenen Energiekosten. Spätestens bis 2012 sollen Ug-Werte von 0,7 W/m²K Standard werden. Dies ist mit gasgefüllten Zweischeibensystemen nicht mehr möglich - also einfach eine Scheibe mehr? Doch Dreifach-Isolierglas ist aus Gründen der Nachhaltigkeit nicht unbedingt der Weisheit letzter Schluss.
Die Klimabelastung von Isolierglas ist seit langem [1] gut bekannt und im Nachweisverfahren (TRLV [2]) berücksichtigt. Die Branche hat sich darauf eingestellt und vermeidet kritischen Scheibenaufbau und kleine Formate. Schäden und Reklamationen sind zurückgegangen, vor allem, weil "echte" Sprossen heute kaum mehr gebaut werden. Damit sind die besonders "kritischen" Formate seltener geworden. Zudem sind die Kunden über den "Isolierglaseffekt" besser informiert.
Zur Erinnerung
Der Randverbund hat die Aufgabe, die Glasscheiben mechanisch zu verbinden und den Scheibenzwischenraum dauerhaft abzudichten. Die Abdichtung hat gute Gründe:
- es darf kein Wasserdampf eindringen, sonst wird die Scheibe "blind";
- das Füllgas darf nicht entweichen, sonst verschlechtert sich der Ug-Wert.
Allerdings verhindert dieses Konstruktionsprinzip einen Druckausgleich. Ändern sich die äußeren Bedingungen, Luftdruck und Temperatur, so entsteht schnell ein Druckunterschied zwischen Scheibenzwischenraum und der Umgebung. Dieser Druckunterschied führt dann unvermeidlich zu einem Ein- oder Ausbauchen der Glasscheiben und damit: - zu verzerrten Spiegelbildern, insbesondere bei Beschichtungen mit hohem Reflexionsgrad,
- zu Biegespannungen in den Glasscheiben und damit zum Risiko von Glasbruch.
Bei hohen Temperaturen entsteht Überdruck und damit - eine Zugbelastung des Randverbundes.
Andererseits werden Wind oder andere äußere Lasten von beiden Glasscheiben gemeinsam aufgenommen und damit das Tragverhalten verbessert. Zum Verhalten von Isolierverglasung siehe Bild 2.
Die Höhe der Belastung hängt von den äußeren Bedingungen, vom Aufbau und vom Format der Isolierglasscheibe ab. Ungünstig sind dabei
- ein großer Scheibenzwischenraum
- dicke Glasscheiben,
- ein unsymmetrischer Aufbau,
- kleine Formate,
- schmale Formate.
Das Bruchrisiko und die Randbeanspruchung sind besonders bei kleinen Scheiben groß, mit zunehmender Scheibengröße nimmt die Klimalast ab und wird bei großen Scheiben im Vergleich zur Windlast unbedeutend.
Das Problem
Die Statik von Dreifach-Isolierglas ist ziemlich kompliziert [3] und erfordert Computer und entsprechende Berechnungsprogramme [4]. Das Entscheidende ist aber auch ohne große Rechnerei verständlich: Man denkt sich die mittlere Glasscheibe weg und hat ein Zweifachglas! Bei symmetrischem Dreifachglas stimmt dies sogar exakt. So verhält sich zum Beispiel ein Dreifachglas 6/12/4/12/6 bei Klimalast genauso wie Zweifachglas 6/24/6. Wichtig: die Scheibenzwischenräume werden dabei addiert! Wendet man das Verfahren auf einen asymmetrischen Aufbau an, so wird die dünnere Außenscheibe zu stark, die dicke aber zu wenig belastet. Für einen Nachweis muss man also genauer rechnen, für eine erste Abschätzung ist aber das Weglassen der Mittelscheibe gut genug und zeigt das Wesentliche.
Die neuen Dämmstandards bei Fenstern rufen dabei Probleme mit den Kräften der Natur hervor. Ein Dreifach-Isolierglas, also einfach einer Scheibe mehr, ist nicht ohne Weiteres der Königsweg. Denn hier gilt es die Faktoren Umwelt, Scheibenzwischenraum, Dicke der Scheiben und die Asymmetrie zu berücksichtigen.
Verhalten von Isolierglas bei Klimalast (links) und äußeren Lasten (rechts)
Die Umwelt
Luftdruck und Außentemperatur sind nicht zu beeinflussen. Wichtig ist aber die Temperatur im Scheibenzwischenraum. Sie hängt auch von der Sonneneinstrahlung und dem Absorptionsgrad der Scheiben ab. Überträgt man die Randbedingungen der TRLV auf Standard-Dreifach-Wärmedämmglas, so ergeben sich im Sommer etwas höhere Temperaturen - und folglich auch etwas höhere Klimalasten. Im Winter bleibt der raumseitige Scheibenzwischenraum etwas wärmer. Der äußere wird jedoch kälter, so dass sich auch hier für die Außenscheiben eine etwas höhere Klimalast ergibt. Man sollte im Einzelfall genau rechnen und auch die tatsächliche Ortshöhe berücksichtigen. Im Allgemeinen kann jedoch weiterhin eine isochore Last von 16 Kilonewton pro Quadratmeter angesetzt werden.
Der Scheibenzwischenraum
Ursache der Klimalast ist das Gas im Scheibenzwischenraum. Je größer der Zwischenraum, desto mehr Gas ist enthalten und desto größer wird die Belastung auf Glas und Randverbund. Der Scheibenabstand sollte daher nicht größer als nötig sein. Die derzeitige „U-Wert-Olympiade“ zwingt die Hersteller, auch die vermeintlich letzten Hundertstel im U-Wert noch zu nutzen und den Scheibenabstand zu optimieren. Eine Berechnung nach EN 673 und die Rundung auf 0,1 W/m²K führt dann zum gewünschten Ergebnis: ein Zehntel besser! Bei integrierten Sonnenschutzsystemen werden konstruktiv bedingt noch größere Abstände akzeptiert. Der Belastung muss auf andere Weise begegnet werden.
Verhalten von Isolierglas bei großem Scheibenzwischenraum und Dreifach-Glas
Dicke Scheiben und Asymmetrie
Dicke Glasscheiben sind steifer und erhöhen die Klimalast. In der Regel ergeben sich noch größere Biegespannungen, in jedem Fall entstehen höhere Belastungen des Randverbundes. Besonders ungünstig wird es bei asymmetrischem Scheibenaufbau. Hier muss die dünnere Scheibe die Verformungsarbeit der dickeren steiferen Scheibe mit übernehmen. Ist ein asymmetrischer Aufbau, zum Beispiel wegen Schalldämmung, Absturzsicherung oder Einbruchschutz, erforderlich, so ist die Klimalast noch dringlicher als sonst zu berücksichtigen. Dies gilt bei Dreifachglas nochmals verstärkt!
Verhalten von Isolierglas bei Asymmetrie
Der Ausweg
Dreifach-Isolierglas unterliegt wegen des doppelten Scheibenzwischenraums höheren Klimalasten. Dickere Scheiben waren und sind keine Lösung. Der Königsweg zur Reduktion der Klimalasten und deren Folgen sind große Scheiben! Große Scheiben können der Volumenänderung des Füllgases folgen, sie lassen sich leichter biegen ohne zu brechen und bauen so die Druckdifferenz ab. Damit werden die Belastung, die Biegespannung und die Randlast reduziert. Nebenbei wird die Wärmedämmung verbessert, denn bei großen Scheiben ist der Scheibenumfang bezogen auf die Fläche geringer. Die mit der Durchbiegung verbundenen optischen Phänomene wie Zerrbilder und Interferenzen bleiben allerdings bestehen. Um diese zu verhindern, sind vom Einzelfall abhängige besondere Maßnahmen erforderlich: zum Beispiel kann gezielt ein asymmetrischer Aufbau gewählt werden.
| Isolierglas-Aufbau | empfohlene Mindestkantenlänge |
| 4/16/4 | 450 mm |
| 4/12/4/12/4 | 600 mm |
| 6/12/4/12/6 | 700 mm |
| 8/12/4/12/4 | 800 mm |
| 4/18/4/18/4 | 750 mm |
| 6/18/4/18/6 | 900 mm |
| 8/18/4/18/4 | 1000 mm |
Empfohlene Mindestkantenlänge abhängig vom Aufbau des Isolierglases
Die Praxis zeigt, dass im Allgemeinen bezüglich der Klimalast durchaus „große“ Scheiben vorliegen. Nach diesen Scheiben sowie den statischen und funktionellen Erfordernissen wird der Scheibenaufbau festgelegt. Bei fast allen Bauvorhaben gibt es aber neben den großen auch einige kleinere Scheiben. Zur konstruktiven Vereinfachung wird dann für alle Scheiben der gleiche Aufbau ausgeführt. Die Folgen: Glasbruch, verursacht durch Luftdruck- und Temperaturänderungen. In diesen Fällen muss der erhöhten Belastung Rechnung getragen werden: Die gefährdeten Scheiben müssen vorgespannt werden, um das Glasbruchrisiko zu vermeiden. Zudem ist eine stabilere Randversiegelung (Rückenüberdeckung) erforderlich, um die Randverbundbelastung zu verringern.
Fazit
Man sollte mit den Naturgesetzen arbeiten, nicht gegen sie: Die Klimabelastung steigt mit dem Scheibenzwischenraum. Bei Dreifach-Wärmedämmglas wirken beide Zwischenräume zusammen. Die Belastung verringert sich mit zunehmender Scheibengröße. Für den Wohnungsbau wäre bei Dreifachglas eine Mindestkantenlänge von einem Meter sinnvoll. Dies wäre auch im Sinne des Wärmeschutzes, reduziert es doch den Randeinfluss.
Natürlich ist eine solche Vorgabe nicht durchsetzbar und widerspricht derzeitiger Baupraxis. Man sollte den Scheibenzwischenraum daher so gering wie möglich halten. Nicht umsonst wird ein „Standardaufbau“ mit 2 x 12 Millimeter Scheibenzwischenraum empfohlen [5]. Damit sind Kantenlängen bis zu 60 Zentimetern machbar. Für die noch kleineren Scheiben bleibt nur der Ausweg „verstärkter Randverbund“ und „thermische Vorspannung“ der gefährdeten Glasscheiben. Bei größeren Zwischenräumen, bei dickeren Scheiben und bei asymmetrischem Aufbau, zum Beispiel bei Absturzsicherung oder Überkopfverglasung, kann dies auch schon bei Scheibengrößen von einem Meter Kantenlänge erforderlich werden. In diesen Fällen schützen Problembewusstsein und eine detaillierte Berechnung vor Überraschungen.
Autor:
Prof. Dr. rer. nat. Franz Feldmeier
Prof. Dr. rer. nat. Franz Feldmeier lehrt seit 1986 an der Hochschule Rosenheim und leitet dort das Labor für thermische Bauphysik. Derzeitige Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich Wärmeschutz, Glasstatik sowie Glasfassaden und Raumklima.
Literatur
[1] Feldmeier, F. Belastung von Isoliergläser durch Klimaschwankungen, Fenster und Fassade 11 (1984), Heft 2, Seite 41-52
[2] Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV), Mitteilungen des Institut für Bautechnik (1998), Berlin, aktuelle Fassung 2006
[3] Feldmeier, F., Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas, Stahlbau 75 (2006) Heft 6, Seite 467-478
[4] ÜKO Professional 3S, Sommer-Informatik GmbH, Rosenheim
[5] BF Merkblatt 3, Leitfaden zur Verwendung von Dreifach-Wärmedämmglas (2008), Bundesverband Flachglas, Troisdorf
