Fenster beeinflussen in vielerlei Hinsicht die Behaglichkeit im Innenraum. Der Ausblick nach draußen, Tageslichteinfall in den Innenraum, Wärme durch Sonneneinstrahlung oder Lüftung – ein Fenster erfüllt viele Aufgaben und kann dadurch auch wesentlichen Einfluss auf das Innenraumklima nehmen. Welche Parameter eines Fensters das Raumklima im Sommer – bei Berücksichtigung steigender Außentemperaturen durch den Klimawandel – günstig beeinflussen, konnten wir, die Holzforschung Austria, in einer Simulationsstudie näher untersuchen. Dabei wurde die Temperatur in einem Wohnraum eines typischen Einfamilienhauses betrachtet. Das Außenklima wurde für 2050 mit unterschiedlichen Klimaprognosen gewählt. In den Sommermonaten werden künftig deutlich höhere Außentemperaturen herrschen, in den Wintermonaten bleiben die Temperaturen ähnlich tief wie jetzt.
Für die Fenster wurden verschiedene Materialeigenschaften der Verglasung, Einbausituationen und Verschattungen modelliert. Die variierten Glaseigenschaften stellen zum Teil utopische Werte dar. So lassen sich Einflusstendenzen und Entwicklungspotential für die künftige Fenstergeneration aufzeigen.
Der Einfluss des Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasung (Ug-Wert) wurde zwischen 1,1 W/(m²K) und 0,2 W/(m²K) variiert. Dies entspricht in etwa dem theoretisch möglichen Minimalwert einer Vakuumverglasung, wobei heute erhältliche Verglasungen dieser Art Werte zwischen 0,4 W/(m²K) und 0,5 W/(m²K) erreichen. Neben dem Wärmedurchgangskoeffizienten wurde der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) mit 60 %, 35 % und 10 % untersucht. Bei sehr tiefen g-Werten fällt allerdings auch der Lichttransmissionsgrad und somit der Tageslichteinfall in den Innenraum unangenehm gering aus.
Foto: Julia Bachinger / Holzforschung Austria
Die Ergebnisse (siehe Abblidung 1) lassen erkennen, dass sich für die Sommermonate ein geringer Ug-Wert bei hohen g-Werten (ca. 60 %) negativ auswirkt (durch gute U-Werte erfolgt eine reduzierte Wärmeableitung in den Nachtstunden).
Je tiefer aber der Gesamtenergiedurchlass (g-Wert) ausfällt, desto weniger Auswirkung zeigt der Ug-Wert für die Innenraumtemperatur im Sommer. Im Winter werden auch in 30 Jahren nach wie vor tiefe Außentemperaturen herrschen und daher auch der Bedarf eines möglichst geringen Ug-Wertes gegeben sein. Für die künftige Fenstergeneration werden daher Verglasungen mit geringen Ug-Werten und geringen g-Werten vorteilhaft sein. Eine Optimierung für ausreichend Tageslichteinfall in den Innenraum bei geringen g-Werten könnte durch Weiterentwicklungen im Bereich von Gläsern mit selektiver Transmission sichtbarer Strahlung gelingen.
Auch unterschiedliche Verschattungsszenarien waren Bestandteil der Untersuchung. Dazu wurden unter anderem die Auswirkungen durch Vordächer, Beschattungen durch die Fensterleibung, durch Sonnenschutzeinrichtungen und durch Glaseigenschaften (elektrochrome Gläser) untersucht.
Die Anzahl der Stunden, in denen die Innenraumtemperatur über 28 °C liegt (siehe Abbildung 2), kann mit einem außenliegenden Sonnenschutz und mit schaltbarer, elektrochromer Verglasung mit stark reduziertem solarem Transmissionsgrad (Tsol) ähnlich gering ausfallen wie mit einem sehr geringen, nicht variablem g-Wert. Auch durch bauliche Maßnahmen wie Vordächer oder außenseitige Fensterleibungen erfolgt ein Beitrag zur Reduktion der Innenraumtemperatur.
Bei elektrochromer Verglasung spielt dabei vor allem der solare Transmissionsgrad (Tsol) und somit wieder der g-Wert eine wesentliche Rolle. In der Untersuchung wurde der solare Transmissionsgrad für „schaltbar, moderate Spreizung“ mit 40 % bei aktivem Glas angesetzt. Für „schaltbar, starke Spreizung“ wurde Tsol bei aktivem Glas auf 10 % reduziert. Je geringer Tsol im aktiven Zustand ausfällt, desto besser wirkt sich die schaltbare Verglasung auf die Innenraumtemperatur aus. Auch hier wird bei geringem Transmissionsgrad der Tageslichteinfall stark reduziert, wenn keine selektive Transmission im Spektrum sichtbarer Strahlung gegeben ist. Entwicklungen im Bereich der Selektivität von Gläsern zeigen Potential für künftige Anwendungen.
Für die Verschattung durch einen außenliegenden Sonnenschutz konnten nur Tendenzen aufgezeigt werden. Für die Effektivität des Sonnenschutzes spielen neben dem Reflexionsgrad, dem Absorptionsgrad (Farbe, Oberflächenstruktur) und dem Transmissionsgrad auch die Einbausituation und die Glaseigenschaften des Fensters eine wesentliche Rolle. Für einen effizienten Sonnenschutz sollte auf jeden Fall auf eine ausreichende Belüftung des Zwischenraumes zwischen Sonnenschutz und Fenster geachtet werden. Bei unzureichender Belüftung kommt es hinter dem Sonnenschutz zu hohen Temperaturen, die über Wärmeleitung durch das Fenster in den Innenraum abgegeben werden.
Außerdem zeigte sich, dass für künftige Klimaszenarien auch die nordorientierten Fenster über einen Sonnenschutz verfügen sollten. Die tiefstehende Sonne im Norden wird künftig auch zur Überhitzung der Innenräume beitragen.
In der Studie wurde auch die Auswirkung der Fenstergrößen auf das Innenraumklima untersucht. Dabei wurde das Innenraumklima eines Wohnraumes mit Verglasungsflächen in heute üblichen Größen modelliert. Zum Vergleich wurden die Fensterflächen des Wohnraumes um ein Viertel reduziert. Dabei konnte bei einem guten Sonnenschutz kein eindeutiger Unterschied im Innenraumklima festgestellt werden. Mit gutem Sonnenschutz sind auch weiterhin große Fensterflächen möglich.
Die Parameterstudie zum Einfluss des Bauteils Fenster auf das Raumklima im Klimawandel zeigt, dass Fenster über ein paar wesentliche Parameter großen Einfluss auf die Temperatur im Innenraum nehmen. Die hauptsächlichen Einflussgrößen sind Glaseigenschaften (g-Wert / solarer Transmissionsgrad) und der außenliegende Sonnenschutz. Schon mit den heute verfügbaren Verglasungen und Sonnenschutzeinrichtungen, kann ein angenehmes Innenraumklima sichergestellt werden. Künftige Entwicklungen werden vor allem die Fragestellung des Tageslichteinfalles und im Bereich Sonnenschutz die Materialität und Detailausbildung betreffen.
Ein Beispiel der Verbindung eines guten Wärmeschutzes im Winter und eines durchdachten Sonnenschutzkonzeptes bilden die im HFA-Forschungsprojekt FIVA entwickelten „Morgen-Fenster“ mit Vakuumverglasung.
Dr. Julia Bachinger von der Holzforschung Austria ist Expertin für Bauphysik. Ihr Spezialgebiet: Probleme mit Feuchte und Wärme
Rupert Wolffhardt ist Sachbearbeiter im Bereich Bauphysik an der Holzforschung Austria.
Foto: Julia Bachinger / Holzforschung Austria