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Ultraschlanke Vakuumverglasungen für optimalen Wärmeschutz

Blick durch ein Vakuumisolierglas mit (fast unsichtbaren Stützen)

Im Zuge der geplanten Verschärfung der Energieein- sparverordnung werden die heute üblichen Fenster mit Zweischeibenisolierglas und Ug-Werten um 1,0 W/m²K bereits in wenigen Jahren nicht mehr den Wärmedämmanforderungen genügen. Dreischeibenisolierglas erreicht zwar ausreichende Dämmwerte (mit Argonfüllung und zwei Low-E-Schichten, z. B. Ug 0,7 W/m²K). Damit verbunden ist allerdings auch ein um 50 % höheres Gewicht und große Systemstärken zwischen 30 und 50 mm. Einen neuen Ansatz liefert das Vakuumisolierglas: Während die Dämmwirkung beim Übergang von der Zwei- auf Dreischeibenverglasung durch höhere Systemstärken erreicht wird, kommt beim Vakuumisolierglas durch die Ausschaltung der Gaswärmeleitung im Scheibenzwischenraum eine tatsächliche qualitative Verbesserung zum Tragen. So können auch im Zweischeibenaufbau bei Systemstärken unter 10 mm exzellente Dämmwerte von Ug = 0,5 W/m²K erreicht werden. In Kombination mit dem relativ geringen Gewicht eröffnen sich für Planer und Architekten neue Möglichkeiten für schlanke und ästhetisch ansprechende Glasfassaden – zu deren Realisierung entsprechend hoch wärmedämmende, schlanke und leichte Rahmenkonstruktionen notwendig sind.

Vakuumisolierglas-Musterfenster auf der Messe glasstec 2008

Aus diesem Grund werden im Rahmen zweier vom Deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unterstützten Forschungsvorhaben Produktionstechniken zur Herstellung von Vakuumisolierglas (VIG 2008) sowie innovative Konzepte für Fensterrahmen (HWFF 2008) entwickelt. Ziel ist es, demnächst über komplette Systemlösungen für das schlanke und hoch wärmedämmende Fenster der Zukunft ver-fügen zu können.

 

Zur technischen Realisierung von Vakuumisolierglas muss der Gasdruck im Scheibenzwischenraum auf Werte unter 10-3 mbar evakuiert werden. Durch den äußeren Atmosphärendruck, der durch das Evakuieren entsteht, werden die Glasscheiben einer Belastung von zehn Tonnen pro m² Scheibenfläche ausgesetzt. Um ein Zusammendrücken der Scheiben zu verhindern, müssen in dem knapp 1 mm starken Scheibenzwischenraum in regelmäßigen Abständen kleine Stützen angebracht werden.

schematischer Aufbau von Vakuumisolierglas

Deutsche Partner aus Forschung und Industrie entwickelten mit Unterstützung des BMWi erst vor Kurzem ein alternatives Randverbundkonzept für Vakuumisolierglas, mit dem eine großtechnische und kostengünstige Herstellung in greifbare Nähe rückt. Dabei werden Metallfolien in einem »kalten« ,die empfindlichen Low-E-Schichten schonenden Verfahren auf die Glasscheiben aufgelötet und anschließend in einer Vakuumkammer umseitig gasdicht verschweißt. Mit diesem Aufbau lassen sich Ug-Werte von 0,5 W/m²K erreichen.

 

Anhand von Musterscheiben wurde die mechanische Stabilität wie auch die Gasdichtigkeit des Randverbundes bestätigt. Und auch hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit hielten die Vakuumisoliergläser dengleichen thermischen Spannungen stand wie konventionelle Wärmeschutzverglasungen. Neben Floatglas lassen sich auch Sicherheitsgläser (ESG oder VSG) einsetzen.

TopTherm-90-Fensterprofil mit Vakuumisolierglas, sehr gute Wärmedämmung und Statik auch ohne Stahlarmierung

Geeignete Produktionstechniken werden bis 2011 zur Verfügung stehen, wobei der Preis von Vakuumisoliergläsern letztlich nicht über jenem von herkömmlichem Dreifachglas liegen soll. Die Einsatzbereiche von Vakuumisolierglas sind vielfältig und liegen schwerpunktmäßig bei Fenstern, Fassaden oder Überdachungen gewerblicher und privater Gebäude. Weitere Anwendungsgebiete liegen im mobilen Bereich, wo es zugleich auf geringes Gewicht, schlanke Systeme und exzellente Dämmwerte ankommt. Logisch ergänzt werden die Arbeiten zur Vakuumverglasung durch die parallele Entwicklung von hoch wärmedämmenden Rahmen (HWFF 2008). Erste Musterfenster mit der Bezeichnung TopTherm 90 wurden bereits auf der glasstec 2008 in Düsseldorf vorgestellt. Dank neuartiger Fertigungs-methoden liegt der U-Wert des TopTherm 90 (bei einer Bautiefe von nur 90 mm) unter 0,8 W/m²K.

thermische Kennwerte für Wärmeschutzverglasungen auf Basis verschiedener Herstellerangaben
thermische Kennwerte für Wärmeschutzverglasungen auf Basis verschiedener Herstellerangaben

 

Dr. Hans-Peter Ebert ist Abteilungsleiter der Abteilung »Funktionsmaterialien der Energietechnik« am Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE) in Würzburg
Sven Hippeli, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am ZAE
Dr. Helmut Weinläder ist Leiter der Arbeitsgruppe »Energieeffiziente Gebäude« am ZAE

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