Gesteigerte Leistung

Behaglichkeit, Energieeinsparung und Kostenreduktion sind einige Vorteile für Passivhäuser, die sich durch geeignete transparente Bauteile erzielen lassen. Der nachfolgende Beitrag beleuchtet hinsichtlich der Anforderungen den Status Quo, aktuelle Entwicklungen und Perspektiven bei Kunststofffenstern.

Aus Gründen der Raumhygiene, Gesundheit und Bauschadensprävention sollen in Passivhäusern Bedingungen, die die Entstehung von Schimmel (u.a. am Glasrand) begünstigen, vermieden werden. Dazu ist es in unserem kühl-gemäßigtem Klima notwendig, einen minimalen Temperatur­faktor am Glasrand f_{Rsi = 0,25} ≥ 0,70 einzuhalten, der das Passivhaus-Hygiene­kriterium darstellt.

Ein wesentliches Ziel des Passivhaus-Konzeptes liegt darin, den Nutzern ein behagliches Raumklima zu bieten. Dazu sind die Vermeidung von spürbarem Strahlungswärmeentzug, Zugerscheinungen und Fußkälte wichtig. Untersuchungen ergaben, dass die genannten Effekte in unserem kühl-gemäßigten Klima eintreten, sobald der U-Wert eines Bauteils, hier bezogen auf das eingebaute Fenster, U_{w, eingebaut} ≤ 0,85 W/(m²K) nicht überschreitet. Dieser stellt das Passivhaus-Behaglichkeitskriterium dar. Gelingt es nicht, diesen Wert zu erreichen, muss eine Wärmequelle unterhalb des Fensters vorgesehen werden, um störendem Kaltluftabfall und Strahlungswärmeentzug ­entgegenzuwirken und die gewünschte Behaglichkeit zu erreichen.

Nicht nur der Wärmeverlust, auch der solare Energiegewinn durch die Fenster ist im Gesamtkonzept Passivhaus entscheidend. Da durch den opaken Fensterrahmen keine Solargewinne erzielt werden können ist es vorteilhaft, den Rahmenanteil zu minimieren. Einige Hersteller haben dies erkannt. So gibt es bei innovativen Passivhaus-Fenstern einen Trend zu geringen Rahmenansichtsbreiten.

Um dem Fakt Rechnung zu tragen, dass über den Fensterrahmen nur Wärmeverluste, jedoch keine Wärmegewinne entstehen, hat das Passivhaus Institut Energieeffizienzklassen eingeführt, die sich an Ψ_opak orientieren. In diesen Wert gehen der U-Wert des Rahmens mit seiner Fläche sowie die Wärmeverluste über den Glasrand und die Glasrandlänge ein. In Abhängigkeit von Ψ_opak werden die zertifizierten Komponenten in die Effizienzklassen eingeteilt (siehe Tabelle links).

„Tuning“ von PVC-Profilen

Die Neuentwicklung eines Fenstersystems erzeugt hohe Kosten. Daher sind viele Hersteller bemüht, ihre Standardprofile durch zusätzliche Dämmung oder Vorsatzschalen auf Passivhausniveau zu ertüchtigen.

So dämmt beispielsweise die Schüco International KG ihren Rahmen Corona SI 82 durch das Einschieben von „Vakuum-Bonbons“ zum Corona Si 82 + Passiv. Dass es auch ohne Vakuumdämmung geht, zeigt die Firma FBS-OVER: Füllt sie bei ihrem System VADB plus 800 die Luftkammern mit Einschieblingen aus EPS, entsteht das zertifizierte Passivhausfenster VADB plus 550+. Einen anderen Weg geht Gealan: Hier wird ein Standardrahmen durch das Anbringen einer Vorsatzschale zum passivhaustauglichen S 7000 IQ gemacht (vgl. Bild 01).

Die thermische Qualität solcher Fensterrahmen lässt sich flexibel für die jeweilige Anforderung anpassen. So entstehen Passivhaus zertifizierbare Fenstersysteme bei vertretbaren Kosten für Entwicklung und neue Werkzeuge.

Wie gezeigt lassen sich Vielkammer-Standardrahmen durch das Einschieben von Dämmung in die Kammern auf Passivhaus-Niveau ertüchtigt (vgl. Bild 02, links). Dieses Vorgehen hält zwar die Entwicklungskosten in Grenzen, jedoch ist das manuelle Einbringen von Dämmprofilen in zahlreiche Kammern zeitaufwendig und damit kostenintensiv. Zudem können die Stege zwischen den Kammern als Wärmebrücken wirken.

Fensterrahmen, die speziell für den Einsatz in höchst energieeffizienten Gebäuden entwickelt wurden, verfügen daher in der Regel über wenige große Kammern (z.B. Kochs: eCO₂, Munster Joinery: PassiV Future Proof). Der eCO₂ wurde in einer früheren Version mit PU-Schaum ausgeschäumt. Um Verformungen durch das Auftreiben des Schaumes zu verhindern, mussten die Rahmenprofile während des Aushärtens eingespannt werden. Dies führte zu langen Herstellungszeiten und damit zu hohen Kosten. Deshalb werden in der aktuellen Version Einschieblinge verwendet. Auch bei der ersten Version des ­PassiV Future Proof gab es Probleme mit Verformungen während des Aushärteprozesses des Schaumes. Hier wurde das Problem durch das Einführen eines „Zugstegs“ gelöst, der die größte Kammer unterteilt und damit die Verformung reduziert (Bild 02, Mitte und rechts).

Rahmenstatik

Traditionell benötigen Kunststofffenster eine metallische Versteifung, um die Glas- und Windlasten über Flügel- und Blendrahmen zuverlässig in die Wandkonstruktion abzuleiten, sowie Schutz gegen mechanische Einwirkungen zu bieten.

Diese Metallteile stellen Wärmebrücken dar, die den Rahmen in thermischer Hinsicht schwächen. Um dies zu vermindern oder zu vermeiden bieten sich u.a. folgende Strategien an:

• Lochen des Metallprofils, um den „Weg der Wärme“ durch das Metall zu verlängern und so den thermischen Widerstand zu erhöhen (z.B. FBS Over, VADB Plus 550 +S)
• Thermische Entkopplung der Versteifungsprofile in der Richtung des Wärmestroms (z.B. Internorm, Thermo Passiv zertifiziert)
• Ersatz des Metalls durch weniger leitfähige Materialien, wie glasfaserverstärkte Kunststoffe (z.B. Inoutic, Inoutic Prestige Passivhaus)
• Das Verlegen der metallischen Versteifung nach innen vermeidet eine Störung der Dämmebene (z.B. Kochs, eCO₂)
• Reduzierung der Geometrie der metallischen Versteifung auf zwei Dimensionen und Anordnung derselben senkrecht zum Wärmestrom. Gelingt dieses Prinzip perfekt, befindet sich die Versteifung in einer Isothermen-Zone und es entsteht keine zusätzliche Wärmebrücke (z.B. Aluplast, Energeto 8000 – foam inside).
• Statische Ertüchtigung des Kunststoffrahmens durch angepasste Anordnung und Tragstrukturbildung im Material selbst (z.B. Rehau Geneo PHZ)

„Verschmelzen“ von Holz- und Kunststoffrahmen

Holz oder Kunststoff? Beide Materialien haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Holz gilt als wohnlicher und schöner; der Werkstoff punktet mit einfacher Verarbeitbarkeit und guten statischen Eigenschaften. Kunststofffenster sind preiswerter, pflegeleichter und häufig witterungsbeständiger. Manche Hersteller kombinieren die positiven Eigenschaften beider Material­gruppen zu hybriden Fenstern (Bild 04) mit hohem Potenzial:

• FBS Over bietet das VADB Plus in einer Variante mit einem Innenlayer aus Holz an.
• Die Firma Munster Joinery aus ­Großbritannien baut das nach außen öffnende EcoClad mit einer Innenschale aus Holz, dem außen ein dämmender Kunststoffrahmen vorgesetzt ist.
• Hubert Fosodeder ertüchtigt ein Standard-Holzfenster durch eine mit Zellulose ausgeblasene Kunststoff-Vorsatzschale zum Passivhaus zertifizierten Alto Nova.
• Die Pazen Fenster + Technik GmbH stellt mit dem ENERsign ein Fenster her, bei dem das Glas von einem Winkel aus glasfaserverstärktem Kunststoff getragen wird. Die Außenschale des Fensters besteht aus dem gleichen Material. —

Folgende Punkte sollte man bei der Auswahl energieoptimierter Fenster beachten:

• Möglichst große Fensterformate ohne Teilung wählen.
• Fenster mit geringen Rahmenansichtsbreiten einsetzen.
• Wo möglich mit Festverglasungen arbeiten.
• Isolierglas mit 2 x 18 mm SZR und hohem g-Wert nutzen.
• Wärmegedämmte Rahmen verwenden.
• Auf Kunststoff-Abstandhalter achten.
• Rahmen beim Einbau in die Wand überdämmen.

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