Energieeffiziente Architektur mit Glas - Leistungsstarke Funktionsgläser sind die Basis moderner Architektur

Nahezu überall auf der Welt bestimmen heute strahlende Glasfassaden die Stadtbilder. Mit ihren glatten Oberflächen und abgestimmten Designs stehen die gläsernen Gebäudehüllen für Modernität und architektonische Eleganz. Glas schafft Transparenz, lässt das Tageslicht tief in die Räume eindringen und schafft so die Basis für ein angenehmes Lebens- und Arbeitsklima – auch in Wohngebäuden. Schon seit Jahren ist in diesem Bereich ein Trend zu größeren Fenstern und somit zu größeren Glasflächen erkennbar.
Die Leistungsparameter der eingesetzten Funktionsgläser und die Größenordnung des Glasanteils in der Fassade sind bei Nichtwohngebäuden wie bei Wohngebäuden zudem maßgeblich für deren energetische Leistungsfähigkeit. Eine optimale Abstimmung von Konstruktion und Funktion sichert einen maximalen positiven Effekt.

Solares Isolierglas
Das Einsatzpotenzial von hoch effizienten Glasprodukten ist riesig. „Das Verhältnis von Fenster zu Mauerwerk liegt bei Gebäuden in Europa aktuell bei 40 : 60 für das Mauerwerk“, wird François Dubuis, Leiter der Unternehmensentwicklung der Glas Trösch Gruppe, im Herbst 2013 in einem deutschen Fachmagazin zitiert. Ziel der schweizerischen Glas-Gruppe sei es, das Verhältnis umzukehren. Dafür müsse Glas laut Dubuis noch mehr Funktionen erfüllen und sich in der Standard-Version zum multifunktionalen Bauteil entwickeln.
Neben den bisher wichtigsten Funktionen Wärmedämmung, Sonnen- und Lärmschutz werden in Zukunft verstärkt Leistungseigenschaften wie Lichtsteuerung und -lenkung sowie die Energiegewinnung über die Glasanteile in der Gebäudehülle stark an Bedeutung gewinnen. Als ein übergreifender Begriff steht in diesem Zusammenhang das „Solare Isolierglas“.
Bereits heute können moderne Energiespargläser aus der ehemaligen Schwachstelle Fenster Netto-Wärmegewinnflächen machen. Dies belegt eine Studie u.a. mit den Dreifach-Isoliergläsern „SGG Climatop Lux“ (U = 0,7 W/m2K, g = 0,62) und „SGG Climatop Max“ (U = 0,5 W/m2K, g = 0,60), die der österreichische ClimaPlusSecurit-Partner Eckelt Glas in Zusammenarbeit mit Saint-Gobain-Glass Deutschland und Dr. Peter Holzer von der Donau-Universität Kems durchgeführt hat. Dieses hohe Leistungsniveau lässt sich durch die Integration weiterer Funktionen noch steigern.

Verschärfung der energetischen Anforderungen
Die energetischen Vorgaben, insbesondere für Neubauten, werden künftig international weiter anziehen und damit auch das Leistungsniveau der Gebäudehüllen. Die Europäische Union beispielsweise hat mit ihrer Richtlinie 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden bereits im Jahr 2010 sehr ambitionierte Ziele formuliert. Durch die Umsetzung der Richtlinie in den Nationalstaaten soll die Energieeffizienz von Gebäuden bis zum Jahr 2020 um 20% gesteigert werden. Für Neubauten legt die Gebäuderichtlinie ab 2019 (Behördengebäude) bzw. ab 2021 (alle übrigen Neubauten) das anspruchsvolle Fast-Null-Energiehaus-Niveau fest.
Nun sind die Nationalstaaten gefordert, diese Zielvorgabe umzusetzen. Die deutsche Bundesregierung hat mit der im Oktober 2013 beschlossenen novellierten EnEV 2014 bereits einen Akzent in diese Richtung gesetzt. Ab dem 1. Januar 2016 gilt für alle Neubauten im Land ein um 25% reduzierter Jahresprimärenergiebedarf. Auf die Wärmedämmung der Gebäudehülle bezogen, zieht das Anforderungsniveau um durchschnittlich 20% an.

Keine Reduzierung der Fensterflächen
In der EnEV 2014 werden die Höchstwerte für die Transmissionswärmeverluste von Gebäudehüllen auch über die Nebenanforderung durch „H‘T“ (spezifischer, auf die Wärme übertragende Umfassungsfläche bezogener Transmissionswärmeverlust), festgelegt. Die hier angeführten Werte wurden zwar nicht verändert, eine Verschärfung der entsprechenden Anforderungen ab 2016 ergibt sich aber durch die Reduzierung des Jahresprimärenergiebedarfs von 25%.
Neu ist, dass die Gebäudehülle eines zu erstellenden Gebäudes keinen schlechteren spezifischen auf die Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlust als das Referenzgebäude haben darf. Durch diesen relativen Bezug zum Referenzgebäude wird die von der Glas- und Fensterbranche befürchtete Begrenzung der Fens­terflächen verhindert.
Der Hintergrund: Bei einer ausschließlichen Betrachtung der für die Wärmeverluste maßgeblichen U-Werte würden die durch die Glasflächen ermöglichten solaren Gewinne nicht berücksichtigt, obwohl sie an allen Gebäudeseiten mit Ausnahme der Nordseite zur Reduzierung des Jahresprimärenergiebedarfs beitragen.
Das im süddeutschen Rosenheim ansässige Institut für Fenstertechnik (ift Rosenheim) erklärt dazu in einem Fachbeitrag zu den Neuerungen der EnEV 2014: „Falls der um 25% niedrigere Jahresprimärenergiebedarf nicht durch eine umfangreichere Nutzung von Regenerativen Energien (z.B. PV-Module) erreicht wird, führt dies natürlich mittelbar zu niedrigeren Wärmedurchgangskoeffizienten für alle Teile der Gebäudehülle. Dabei sollten die solaren Gewinne nicht vernachlässigt werden und auf einen möglichst hohen Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und Lichttransmissionsgrad () geachtet werden, die erheblich zur Verringerung des Jahresprimärenergiebedarfs beitragen.“
Angesichts der ab Januar 2016 geltenden neuen Höchstwerte für die Wärmedurchgangskoeffizienten der Wärme übertragenden Umfassungsfläche von Nichtwohngebäuden werden ab diesem Zeitpunkt laut ift nur noch energetisch optimierte Fassadensysteme eingesetzt werden können. Bei Profilsystemen mit einem Uf-Wert von 1,4 W/(m2K) sei aber der Einsatz von Zweifach-Isoliergläsern noch möglich [6].

Sommerlicher Wärmeschutz
Durch die EnEV 2014 wird in Deutschland auch der sommerliche Wärmeschutz für Wohngebäude verschärft. Auf entsprechende Berechnungen kann künftig nur dann verzichtet werden, wenn der grundflächenbezogene Fensterflächenanteil von Gebäuden bei weniger als 35% liegt und sie einen spezifizierten außenliegenden Sonnenschutz wie beispielsweise Rollladen haben. Die Notwendigkeit eines Nachweises entfällt wie zuvor ganz, wenn der Fensterflächenanteil, je nach Fensterorientierung, kleiner als 10 bzw. 15% ist.
Die heute im Markt verfügbaren hochfunktionalen Sonnenschutzbeschichtungen der Isoliergläser leisten bereits einen erheblichen Beitrag, das Gebäudeklima auch im Sommer angenehm zu halten. Gleiches gilt für in Isolierglas integrierte und vorgelagerte Verschattungs- und Blendschutzssysteme sowie für schaltbare, elektrochrome bzw. thermo- oder gasochrome Funktionsgläser, deren Transparenzgrad sich nach Bedarf anpassen lässt. Im Idealfall stellen intelligente Steuerungen jederzeit einen optimalen Lichteinfall bzw. Sonnenschutz sicher.

Solare Gewinne
Ein elementarer Vorteil des Einsatzes von Glas in der Gebäudehülle ist neben Transparenz und Lichteinfall die Erzielung von solaren Gewinnen. Insbesondere in den Wintermonaten kommt dieser Energieeintrag zum Tragen. In einem vom Institut für Fenstertechnik veröffentlichten Interview zur Energieeinsparverordnung 2014 äußert sich Prof. Ulrich Sieberath, Leiter des ift Rosenheim, zu dieser Thematik wie folgt: „Die solaren Energiegewinne über Fenster und Verglasungen werden schon seit der EnEV 2002 im Rahmen eines gebäudebezogenen Nachweises berücksichtigt, sofern ein gebäudebezogener Nachweis durch einen Architekten oder Gebäudeenergieberater gemacht wird. Dies ist bei Neubauten Pflicht, im Bestand nur optional. Allerdings werden die solaren Gewinne bei diesem Verfahren nicht dem Bauteil Fens­ter oder Glas zugeschrieben, sodass es immer noch Bauherren gibt, die dies nicht wissen und würdigen.“

Glas als Energieproduzent
Um die verschärften Jahresprimärenergie-Vorgaben zu erfüllen, ist die Integration von Solarglas (Photovoltaik und Solarthermie) ein probates Mittel. Eine Hürde stellt hier nach Angaben der Hersteller entsprechender Produkte allerdings noch immer mangelndes Wissen bei Architekten und Planern hinsichtlich der technischen Möglichkeiten und Leistungsfähigkeit der verfügbaren Systeme dar. Eine weitere Herausforderung ist die integrale Planung der Gewerke. Auch hier gibt es noch Defizite. Oft scheuen Bauherren zudem die hohen Kosten, obwohl die Hersteller gebetsmühlenartig darauf hinweisen, dass durch den Einbau von gebäudeintegrierter Photovol­taik (BIPV) klassische Fassadenbauteile und die damit verbundenen Kosten entfallen.
Für die Integration von Photovoltaik in die Fassade spricht auch der Aspekt der Nachhaltigkeit (Zertifizierungen z.B. nach LEED, BREEAM oder den deutschen Verfahren BNB und DGNB). Interessant sind in diesem Kontext auch ganz neue Fassadenkonzepte, wie beispielsweise die auf der Sonderschau „glass technology live“ zur glasstec 2012 präsentierte Algen-Fassade. In der speziell entwickelten Glashülle (Photo-Bioreaktoren) wachsen dank des Sonnenlichts Mikroalgen, die über die Zwischenprodukte Biomasse und Biogas zur Produktion von elektrischem Strom genutzt werden. Hoch innovativ ist auch das aktuelle Forschungsprojekt „Fluitglass“ der Universität Liechtenstein, in dem ein neues Konzept für multifunktionale solarthermische Glasfassadensysteme entwickelt wird. „FluidGlass“ verwandelt passive Glasfassaden in aktive, transparente Sonnenkollektoren und reguliert gleichzeitig den Energiefluss in der Gebäudehülle [8]. 

Zusammenspiel von Fassaden, Automation, Lüftungs- und
Klimatechnik
Angesichts der sich in Zukunft verstärkenden Notwendigkeit, im Gebäudebereich noch mehr Energie einzusparen, werden die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Gebäudehüllen sukzessive steigen. Auch die Anbieter von Funktionsgläsern für Fenster und Fassaden werden dabei in die Pflicht genommen, mit neuen, noch effizienteren, multifunktionalen Gläsern zur Effizienzverbesserung beizutragen. Ein besonderer Stellenwert kommt bei der Etablierung von multifunktionalen Glasfassaden der integrativen Planungsarbeit zu. Sie ist der Schlüssel für das optimale Zusammenspiel von Fassadentechnik, Automation, Lüftungs- und Klimatechnik und stellt sicher, dass eine maximale Energieeffizienz erzielt wird.
Wohin die Entwicklung im Bereich der multifunktionalen Funktionsgläser und Glasfassaden geht, wird die glasstec 2014 in Düsseldorf zeigen. Die weltgrößte Fachmesse für Glasprodukte, Glasherstellung und -verarbeitung findet vom 21. bis 24. Oktober statt.

Literatur:
[1] GFF – Das Praxismagazin für Produktion und Montage, 11/2013, S. 46
[2] Ralf Vornholt, „Leistet 3-fach-Isolierglas genug“, In: Glaswelt 11/2013, S. 80
[3] Energieeinsparverordnung, Nichtamtliche Lesefassung zur Zweiten Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung vom 18. November 2013 (BGBl. I S. 3951)
[4,5,6] EnEV 2014 - Änderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) in Bezug auf Fenster, Türen, Fassaden und Verglasungen. Prof. Ulrich Sieberath, Institutsleiter ift Rosenheim Dipl.- Phys. Michael Rossa, ift Akademie M.BP. Dipl.-Ing.(FH) Manuel Demel, ift Rosenheim 2013.
[7] www.ift-rosenheim.de, Fragen zur neuen EnEV: Interview mit Jochen Grönegräs (BF), Ulrich Tschorn (VFF) und Prof. Ulrich Sieberath (ift Rosenheim),
[8] www.uni.li/fluitglass, „FLUIDGLASS – Solar Thermal Facades with Adjustable Transparency

Alle Bilder: Messe Düsseldorf

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