VIG-SYS-RENO - Sondierung von Fenstersystemen mit innovativen Gläsern - speziell Vakuum-Isoliergläsern - zur Gebäudesanierung

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Ein guter Wärme- und Sonnenschutz ist für die Energieeffizienz von Gebäuden wesentlich. Moderne Wärmeschutzgläser sind bereits heute eine wichtige Komponente der Bestrebungen zur Reduktion des Energieverbrauchs von Gebäuden. Die – aktuell am Markt verfügbaren - besten Lösungen mit beschichteten Dreifach-Isolier-Gläsern sind jedoch (gewichtsmäßig und optisch) schwer und besitzen darüber hinaus eine sehr große Gesamtstärke. Das bedeutet größere Lasten für die Rahmenkonstruktionen, aber auch höhere Anforderungen an die Beschlags-Systeme und begrenzt ihre Einsatzmöglichkeit speziell bei der Sanierung des Gebäudebestands. Aus Gründen des Erhalts des baukulturellen Erbes (bis hin zum Denkmalschutz) scheiden solche Lösungen ebenfalls oftmals aus.

Seit vielen Jahren wird weltweit die Entwicklung von Vakuumgläsern (in diesem Report kurz als VG bezeichnet) als neues Produkt vorangetrieben, um eine Alternative zu den genannten Isoliergläsern zu schaffen. Dabei handelt es sich um zwei Gläser, die umlaufend dicht verbunden sind und deren Zwischenraum evakuiert wird (d.h. luftleer gepumpt wird). Damit die Scheiben nicht nach innen gewölbt werden, müssen kleine Abstandhalter (engl. Pillar) zwischen die beiden Scheiben platziert werden. Bis vor kurzem war die dauerhafte Aufrechterhaltung des Vakuums ein Problem. Seit einiger Zeit sind nun erstmals großindustriell produzierbare, sehr dünne, leichte, hochwärmedämmende und wirtschaftlich erschwingliche Vakuum(Isolier)gläser (VIG) seitens der Fa. Synergy (Peking) verfügbar (Es gibt inzwischen auch von anderen Herstellern aus dem süd-ost-asiatischem Raum Entwicklungen). Von diesen Gläsern wird angenommen, dass das Vakuum über viele Jahre aufrechterhalten werden kann. Damit wird es möglich, Fenster- und Fassadenelemente als Gesamtsysteme neu (leichter, schmäler und trotzdem hoch wärmedämmend) zu konzipieren und - vor allem für die Bestandssanierung - architektonisch adäquate Lösungen anzubieten. Es fehlt allerdings bis dato an einer entsprechenden Wissensbasis hinsichtlich der technologischen Umsetzung und Anpassung vorhandener Systeme an diese neuen Technologien.

Inhalte und Zielsetzungen

Ziel dieser Sondierung war es die Basis für die weitere Entwicklung von dafür angepassten und einsetzbaren Fensterrahmen für neue Fenster/Verglasungssysteme aufbauend auf der Vakuumglastechnologie zu schaffen. Hierbei wurde eine Analyse aus vielen Gesichtspunkten angestrebt (thermische Performance, hochbau-technisch und konstruktive Performance, Life-Cylce Analyse und Aspekte der breiten Anwendbarkeit).

Ein dezidiertes Ziel war die Urbarmachung des Wissens um die genannten Technologien um eine weitere – konstruktiv machbare – Alternative bzw. Möglichkeit zur Erreichung von Klima- und Energie-Effizienzzielen im Bausektor anzubieten, sowie in Anbetracht der „emerging technology" österreichischen Stakeholdern (Unternehmen, Verwaltung, Bauträgern, etc.) einen Wettbewerbsvorteil, in diesem sich rasch entwickelnden Technologiefeld, anzubieten.

Methodische Vorgehensweise

Folgende Methoden wurden zur Erstellung einer ersten Wissens- und Erfahrungsbasis mit Vakuum(Isolier)gläsern angewandt:

• Erkundung des aktuellen Stands der Wissenschaft und Technik, Evaluierung der Verfügbarkeit und der Qualitäten von VG am Weltmarkt.
• Durchführung von bauphysikalischen, bzw. thermo-hygrischen Simulationen, sowie Untersuchung konstruktiver Optimierungskonzepte für Gesamtsysteme
• Studien bezüglich typischer Anwendungen und Ermittlung des Marktpotenzials
• Ermittlung erzielbarer energetischer Einsparpotenziale für Einzelgebäude und Stadtquartiere
• kleinmaßstäbliche Einsatzerprobungen (Mock-Up) und Life-Cycle-Analysis-(LCA)-Berechnungen

Diese Vorgangsweise soll den Einsatz dieser neuen Technologie rasch möglich machen um (i) einerseits die vorgegebenen Energieeffizienz- und Klimaschutzziele deutlich schneller erreichen zu können und andererseits (ii) österreichischen Unternehmen einen internationalen Wettbewerbsvorteil in diesem rasch entwickelnden Technologiefeld zu verschaffen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die Ergebnisse der Sondierung, insbesondere das gebaute Mock-Up-Fenster für Klimaversuche und Präsentationszwecke, die durchgeführten numerischen Wärmebrückensimulationen und gebäudebezogene Impact-Rechnungen, zeigen das Potential der Vakuumgläser auf. Sollten in Folgeprojekten Detaillösungen für Bestands- und Neubauten entwickelt werden, die den heiklen Übergang zwischen Rahmen und Glas entsprechend in den Griff bekommen, steht einer weit verbreiteten Anwendung dieser Gläser grundsätzlich nichts im Wege.

Ausblick

Während die Grundsatzanwendbarkeit der Vakuumgläser im Zuge dieser Sondierung evaluiert wurde, ergeben sich folgende Forschungsfragen für die Zukunft:

• Wie sollen konstruktive Details sowohl für den Bestand wie auch für den Neubau (d.h. neue Fenster) aussehen, um die Stärke der Vakuumgläser auszuspielen, ohne gleichzeitig problematische Wärmebrücken zu genieren? An dieser Stelle sei auf das thematisch verbundene Nachfolgeprojekte MOTIVE (Stadt der Zukunft, 3rd Call, FFG-Projektnummer: 854690) verwiesen.
• Wie verhalten sich Fenster mit eingebauten Vakuumgläsern im Langzeitversuch. Hierzu sind Oberflächentemperaturen, Feuchtelevels, Kondensationsneigung und Haltbarkeit zu beobachten, bzw. Einbauvarianten in mehrlagigen Fenstern (Kastenfenstern) mit unterschiedlichen Anordnungen der Dichtungsebenen an realen Einbausituationen zu evaluieren. Hierzu wird ein Projekt mit Fokus auf Monitoring zur Langzeitevaluierung angestrebt
• Weitere Aspekte der technischen Performance von Vakuumgläsern und deren Einsatz in Fenstern, wie beispielsweise Schallschutz, sollten mittelfristig ebenfalls angesehen und beforscht werden – selbst wenn kein direkter Bezug zur thermischen Performance besteht.

Projektleitung

TU WIEN, Institut für Architekturwissenschaften – Abt. Bauphysik und Bauökologie (BPI)

Projektpartner

Holzforschung Austria, Wien (HFA)

TU WIEN, Institut für Architekturwissenschaften
Abt. Bauphysik und Bauökologie (BPI)
Karlsplatz 13
A-1040 Vienna
Tel.: +43 (1) 58801 27003
Fax: +43 (1) 58801 27093