FIVA - Fensterprototypen mit integriertem Vakuumglas

Das gegenständliche Projekt widmet sich der Fortentwicklung von Fenstern mit Vakuumgläsern. Vakuumgläser zeichnen sich durch sehr niedrige Ug-Werte und sehr schlanke Glasstärken aus und stellen damit eine neue Alternative für die Hebung des Energieeffizienz-Potentials von transparenten Bauteilen der Gebäudehülle dar. Im Projekt wird auf Erfahrungen hinsichtlich verschiedener Aspekte aus vorangegangen Sondierungsprojekten zurückgegriffen und mit Wirtschaftspartnern an der Realisierung von Funktionsprototypen gearbeitet.

Kurzbeschreibung

Es ist allgemein bekannt, dass Gebäude für einen Großteil des Energieverbrauchs und der Emission klimaschädlicher Gase verantwortlich sind, dabei wird in Europa bei Wohngebäuden (das ist die überwiegende Mehrheit der Gebäude) dem Bauteil Fenster ein erheblicher Anteil dieser Problematik zugeschrieben. Zu den Technologien zur Verbesserung dieses „Schwachpunkts Fenster" gehört der Einsatz zeitgemäßer und innovativer Glasprodukte, wie zum Beispiel Vakuumglas. Dabei gilt es, die Spezifika von Vakuumglas - exzellenter Ug-Wert ≤ 0,5 W/(m2K) bei extrem dünnen Glasdicken (8-10 mm), geringes Gewicht und der notwendige tiefe Glaseinstand von ca. 40 mm - in entsprechenden innovativen Fensterkonstruktionen zu berücksichtigen.

In der Fensterentwicklung der letzten Jahrhunderte (und Jahrzehnte) gab es nur wenige disruptive Innovationssprünge. Im Wesentlichen können die Entwicklungsschritte Einfachfenster, Kastenfenster, Verbundfenster und letztlich Isolierglasfenster benannt werden. Diese Entwicklung war stets vom Streben nach verbessertem Wärmeschutz und stark von der Entwicklung der Glastechnologie geprägt. Vor knapp 60 Jahren sind fast zeitgleich das Isolierglas und der Dreh-Kipp Beschlag erfunden worden. Nach diesem Innovationsprung folgten weitere Entwicklungen, jedoch vor allem in der linearen Optimierung dieser bestehenden Grundkonstruktions-Technologien und in den verwendeten Rahmenmaterialien (Holz, Kunststoff, Aluminium, Kompositmaterialien).
Im Projekt FIVA ergab sich die einmalige Chance, mit dem innovativen Vakuumglas auch holistisch eine neue Fenstergeneration zu entwickeln: Einerseits galt es, die Spezifika des Vakuumglases bestmöglich zu berücksichtigen, andererseits, komfortable Öffnungsszenarien zu entwickeln und die Fenster mit zeitgemäßen, mechatronischen Beschlägen auszustatten.

Diesbezüglich ist es in diesem Forschungsvorhaben gelungen, eine Überleitung der im Sondierungsprojekt MOTIVE (FFG-No.: 854690) erreichten Ergebnisse auf die nächste Stufe der technischen Ausgereiftheit zu bewerkstelligen. Gemeinsam haben die TU Wien und die Holzforschung Austria mit sieben Wirtschaftspartnern (Fa. Gaulhofer, Fa. Katzbeck, Fa IEB Eisele, Fa. Internorm, Fa. Maco, Fa. Svoboda, Fa. Wick) in einem iterativen Entwicklungsprozess vier voll funktionsfähige Prototypen entwickelt und Systemkomponenten, wie z.B. Vakuumdichtungen oder Steuermodule entworfen, gebaut und getestet. Konkret handelt es sich dabei um folgende Fenster-Prototypen:

  • (Typ A) Raumseitig flächenbündiges, nach innen öffnendes Dreh-Fenster (mit Lüftungsstellung)
  • (Typ B) Nach außen öffnendes Parallel-Abstell-Dreh-Fenster (mit Lüftungsstellung)
  • (Typ C) Schwing-Klapp-Fenster ohne bewegliche Verriegelungselemente (mit Lüftungsstellung)
  • (Typ D) Abstell-Schiebe-Fenster mit unsichtbar integrierten Teleskopschienen (mit Lüftungsstellung)

Alle vier Fenster zeigen hervorragende wärmetechnische Eigenschaften und erreichen im besten Fall - bei Einsatz eines Vakuumglases mit Ug=0,4 W/(m2K) - einen exzellenten Fenster U-Wert von Uw=0,55 W/(m2K). Auch die anderen getesteten Performancewerte in Hinblick auf die Gebrauchstauglichkeit, wie z.B. Luftdurchlässigkeit, Schlagregendichtheit, Windwiderstandsfähigkeit und Schallschutz zeigen, dass die Funktionsprototypen auf einem sehr guten Niveau liegen, aber noch weitere Optimierungen möglich sind. Insgesamt sollten diese vier Prototypen in naher Zukunft zur Serienreife weiterentwickelt werden.

Im Hinblick auf nutzungsrelevante Aspekte wurden die vier Prototypen einer breiten Öffentlichkeit, in Form von Vorträgen, Publikationen und einer Sonderschau (im Rahmen des Fenster-Türen-Treffs 2020 in Salzburg) vorgestellt und von dieser bewertet. Das Feedback war enorm und fand auch entsprechenden Niederschlag in der Fachpresse. Es wurden sowohl die mutigen Lösungsansätze, die konsequente Umsetzung in den Prototypen, wie auch die innovativen Öffnungsarten anerkannt.

Kritisch wurde die wirtschaftliche Umsetzung insbesondere in Zusammenhang mit den mechatronischen Antrieben und der Nutzerakzeptanz gesehen. Die technischen Kommentare können teilweise aufgrund der detaillierten technischen Ausführung entkräftet werden, sollten aber im nächsten Entwicklungsschritt Berücksichtigung finden. Insgesamt wurde mit diesem Projekt ein wichtiger Impuls für die gesamte Fensterbranche gegeben und die Innovationskraft und Technologieführerschaft Österreichs auf diesem Gebiet eindrucksvoll sichtbar gemacht.

Projekt-Bilder

Nutzungshinweis: Die unter Projekt-Bilder aufgelisteten Bilder stammen aus den Projekten, die im Rahmen der Programme Stadt der Zukunft, Haus der Zukunft und IEA Forschungskooperation entstanden sind. Sie dürfen unter der Creative Commons Lizenz zur nicht-kommerziellen Nutzung unter Namensnennung (CC BY-NC) verwendet werden.

Publikationen

Fensterprototypen mit integriertem Vakuumglas (FIVA)

Das gegenständliche Projekt widmet sich der Fortentwicklung von Fenstern mit Vakuumgläsern. Vakuumgläser zeichnen sich durch sehr niedrige Ug-Werte und sehr schlanke Glasstärken aus und stellen damit eine neue Alternative für die Hebung des Energieeffizienz-Potentials von transparenten Bauteilen der Gebäudehülle dar. Im Projekt wird auf Erfahrungen hinsichtlich verschiedener Aspekte aus vorangegangen Sondierungsprojekten zurückgegriffen und mit Wirtschaftspartnern an der Realisierung von Funktionsprototypen gearbeitet. Schriftenreihe 47/2020
U. Pont, M. Wölzl, M. Schuss, A. Mahdavi, P. Schober, J. Haberl, C. Lux
Herausgeber: BMK
Deutsch, 87 Seiten

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Projektbeteiligte

Projektleitung

Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie

  • Univ.Prof. DI. Dr.techn. A. Mahdavi (Projektleiter)
  • Univ.Ass. DI. Dr.techn. U. Pont (Projektmanagement)

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

  • P1 - Holzforschung Austria - Österreichische Gesellschaft für Holzforschung
  • P2 –Gaulhofer - Industrieholding GmbH
  • P3 – IEB Gummitechnik Eisele Co GmbH
  • P4 – Internorm International GmbH
  • P5 – KPA Katzbeck ProduktionsGmbH Austria
  • P6 – Mayer & Co Beschläge GmbH
  • P7 – Alois Svoboda GmbH
  • P8 - Josef Wick & Söhne GmbH & Co KG

Kontaktadresse

Dipl.Ing. Dr.techn. Ulrich Pont
Abteilung Bauphysik und Bauökologie
Institut für Architekturwissenschaften
Technische Universität Wien
Karlsplatz 13/4
A-1040 Wien
Tel.: +43 (1) 58801 27033
E-mail: ulrich.pont@tuwien.ac.at