11 Januar, 2024
Fenster
Isolierung der Fenster? Macht es Sinn, Fenster zu kaufen, wenn wir bereits unsere alten Fenster haben? Stell dir, lieber Leser, folgende Situation vor: Es ist ein Montagabend, Anfang Dezember. Zuerst die Arbeit, dann all die Angelegenheiten... Der typische polnische Winter beißt dich bereits mit Kälte und Feuchtigkeit. Ein Niesen bringt dich fast zum Zusammenklappen. Der Fluch im Hals wird nur durch den Gedanken an die baldige Rückkehr nach Hause zurückgehalten. Du betrittst das Treppenhaus. Der Unbehaglichkeit bleibt dir treu, aber zumindest hängen keine Tropfen schmutziger Masse mehr in der Luft. Du drehst den Schlüssel im Schloss um. Die ganze Seele und sogar die Poren deiner Haut öffnen sich, um die Wärme des häuslichen Feuers zu begrüßen. Du stößt auf eine Kältebarriere! Die alten Fenster spotten über dich mit zerfetzten Dichtungen, die Vorhänge wehen düster im Wind, der ohne Einladung in die Wohnung eingedrungen ist. Undichte Fenster, minderwertige Konstruktionen, die nicht den modernen Standards entsprechen, lassen kalt herein und lassen Geld für die Heizung hinaus. Du kannst dem entgegenwirken. Wie und wie viel kannst du wirklich dabei gewinnen?
Bevor wir zu konkreten Berechnungen übergehen, wie Fensterparameter sich auf unsere Heizkosten auswirken können, wollen wir kurz darüber sprechen, was diese Parameter sind.
Definitiv der wichtigste aller Parameter, die wir beachten müssen, um die Heizkosten zu senken, ist der U-Wert. Dies ist der Energieübertragungskoeffizient, der uns sagt, wie viel Wärme durch einen Quadratmeter Fensterfläche dringt.
In der Praxis ist dies etwas komplizierter, da auch Uf und Ug eine Rolle spielen, dies sind die Koeffizienten für Fensterprofile und Verglasungen, die Bestandteile des U-Werts sind. Die Art der Dichtungen ist wichtig, und alle thermischen Parameter werden für bestimmte Temperaturbedingungen berechnet. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Verglasungsfläche im Verhältnis zur Profilfläche, desto besser ist die Isolierung. Die Einheit zur Angabe des Wärmedurchgangskoeffizienten kann verwirrend sein: W/m2K, was für Watt pro Quadratmeter mal Kelvin steht.
Glücklicherweise ist es in der Branche Standard, den U-Wert für ein typisches Fenster in Form eines einfachen Bruchs anzugeben, sodass wir zwei Systeme leicht vergleichen können. Wenn eines einen U-Wert von 1,8 hat und das andere 0,9, wissen wir sofort, dass das zweite nur die Hälfte der Energie pro Quadratmeter Fenster verliert.
Obwohl die Akustik eines Fensters nicht die thermischen Parameter beeinflusst, ist sie für den Komfort der Gebäudenutzer von großer Bedeutung. Es bezieht sich darauf, um wie viele Dezibel der Lärm von außen reduziert wird.
Wenn wir in einer ruhigen Gegend leben, wird ein Rw-Wert von 30 Dezibel für uns vollkommen ausreichend sein. In einer Großstadt können wir mehr erwarten, daher sind Fensterkonstruktionen, die eine Reduzierung der Lärmbelastung von außen von über 40 Dezibel bieten, definitiv die bessere Wahl.
Bei Bedarf ist es sogar möglich, Fenster zu schaffen, die um 10 Dezibel effektiver sind und zusätzlich besonders gut mit Geräuschen ungewöhnlicher Frequenzen umgehen können.
Ein weiterer, seltener genannter, aber immer noch wichtiger Parameter ist der Solarenergie-Transmissionskoeffizient. Er wird mit dem kleinen Buchstaben g bezeichnet und wird als skalare Zahl von 0 bis 1 ausgedrückt. Es ist bequemer, ihn prozentual auszudrücken.
Zum Beispiel, wenn g 0,8 beträgt (das entspricht 80%), bedeutet dies, dass durch die Fenster 80% der Sonnenenergie ins Innere gelangen - in Form von Wärme. Wenn wir den Innenraum gerne mit Sonnenenergie heizen möchten, ist das gut. Wenn wir jedoch lieber vermeiden würden, dass im Sommer zu viel Hitze durch unsere großen Fenster eindringt und wir nicht Unmengen für Klimaanlagen ausgeben möchten, wählen wir eine Verglasung mit einem wesentlich niedrigeren g.
Der durchschnittliche Fensterbesitzer wird sich nicht für solche Parameter interessieren. Er wird davon ausgehen, dass seine Fenster dicht sein sollen, und das war's. Für Interessierte erwähnen wir nur solche Parameter wie Luftdurchlässigkeit, Windlastbeständigkeit und Wasserdichtigkeit. Sie korrelieren in gewissem Maße mit den thermischen Eigenschaften der Fenster, aber in der Praxis wird sich ein privater Investor nicht darauf konzentrieren.
Eine effiziente thermische Isolierung zu erreichen, gestaltet sich keineswegs einfach. Das ist allgemein bekannt bei jenen, die sich noch an die Holzfenster vergangener Tage erinnern, ebenso wie bei denjenigen, die noch immer Fenster aus den Anfängen der PVC-Ära besitzen. Die thermischen Isolierwerte dieser Fenster lagen weit entfernt von den heutigen Standards. Wie kann man diesen Anforderungen gerecht werden?
Die bedeutendste Evolution, welche die Fenster durchlaufen haben, ist der Einsatz von Isolierverglasung. Ein einfaches, einzelnes Glas führt zu einem hohen Wärmedurchgangskoeffizienten in Fenstern. Glas fungiert als schwacher Isolator. Daher wurden frühere Fenster so konstruiert, dass sie eine Art Urahnen der Isolierverglasung waren, indem hinter einem Fenster ein zweites platziert wurde.
Diese Konstruktion entspricht in gewisser Weise dem Vorläufer der Isolierverglasung, da hierbei eine ähnliche Lösung zum Einsatz kommt: ein freier Raum, der mit gut isolierender Luft gefüllt ist, und heutzutage sogar häufig mit besser isolierenden Edelgasen wie üblich Argon.
Das Verbundglas zeigt eine deutlich fortschrittlichere Technologie und Wirksamkeit im Vergleich zu zwei alten Fenstern, die einfach übereinander gestapelt sind. Es setzt sich aus zwei grundlegenden Bestandteilen zusammen:
und in gewisser Weise auch aus einem dritten Element:
Dieses System ist vergleichsweise simpel, wobei die Unterschiede in der Qualität und Technologie sowie einem unsichtbaren, aber immens wichtigen Faktor liegen: den Low-E-Beschichtungen.
In den Zwischenräumen von Verbundglasscheiben entstehen luftdichte Kammern, die nach dem Prinzip eines Thermos funktionieren, auch wenn dort selten ein Vakuum vorhanden ist. Der Standard sind jedoch die angesprochenen Low-E-Beschichtungen, also dünne Schichten von wärmeabweisenden Metalloxiden, ohne die die modernen Isolationsparameter von Verglasungen weiterhin in den Bereich der Träume gehören würden.
Das gegenwärtige Gas in den Zwischenräumen isoliert beträchtlich besser als jeder feste Stoff, selbst wenn es sich lediglich um gewöhnliche Luft handeln würde. Argon ist seit geraumer Zeit der Standard bei Eko-Fenstern, da es etwa 1/3 weniger Wärme als die Stickstoff-Sauerstoff-Mischung, die wir atmen, durchlässt.
Das beste Gas zur Befüllung von Isolierglasscheiben ist Krypton. Es verringert die thermische Leitfähigkeit in den Zwischenräumen um 2/3 im Vergleich zu Luft, ist jedoch erheblich kostspieliger. Daher wird es bei Eko-Fenstern nur in besonderen Situationen empfohlen, wenn Kunden eine hohe thermische Isolierung bei minimaler Glasdicke wünschen.
Bis vor Kurzem war auch der Abstandhalterahmen selbst, das Element, das die Glasscheiben miteinander verbindet, ein Quell von Wärmeverlust. Er wurde aus gut wärmeleitenden Materialien gefertigt, oft aus Stahl, was die Bildung von thermischen Brücken verursachte. Die gegenwärtig am häufigsten gewählte Option der Eko-Fensterkunden ist die sogenannte warme Abstandhalterahmen, also ein Abstandhalterahmen aus einem Verbundwerkstoff, der das Risiko der Bildung von thermischen Brücken reduziert.
Je mehr Kammern es im Glasscheibenpaket gibt, desto bessere Parameter lassen sich damit erreichen. Um einen ausreichenden Wärmedurchgangskoeffizienten für den Einsatz von Fenstern in neuen Projekten zu gewährleisten, sind typischerweise Isolierglasscheiben mit mindestens drei Glasscheiben und zwei Kammern erforderlich.
Die letzten, jedoch keinesfalls unwichtigen, sind die thermischen Beschichtungen. Im Gegenteil, sie sind entscheidend für die Gesamtleistung der Verglasung. Sie werden auf mindestens eine Glasscheibe im Paket aufgetragen und verbessern die Isolierung um mehrere Prozent. Auch wenn sie unsichtbar sind, würde die Fensterisolierung ohne sie erheblich niedriger ausfallen.
Der zweite Faktor neben den Scheiben, der darüber entscheidet, welche thermischen Eigenschaften ein Fenster hat, sind seine Profile. Deren Form kann sehr unterschiedlich sein. Im Allgemeinen werden Fensterprofile aus vier verschiedenen Materialien hergestellt. Es gibt:
Jedes dieser Fenster präsentiert sich unterschiedlich in Bezug auf die Profile, da die Wärmeübertragung durch ihre Materialien unterschiedlich aussieht.
Die thermischen Eigenschaften von Holzfenstern sind aufgrund des Verarbeitungsprozesses sehr gut. Das Holz wird gepresst und verleimt, und anschließend wird es mit geeigneten Schutzbeschichtungen überzogen. Die Struktur des Holzes selbst sorgt dafür, dass die Wärmedämmung solcher Fenster ausreichend ist.
Stahl und Aluminium sind sehr gute Wärmeleiter. Ihr Wärmeübergangskoeffizient ist so hoch, dass wenn man Fenster vollständig aus Metall herstellen würde, man genauso gut auf Glasscheiben verzichten könnte. Vielleicht nicht ganz so, aber hier sind zwei Dinge erforderlich: Mehrkammerprofile und thermische Trennungen. Solche Fenster zeichnet in der Regel eine dreikammerige Konstruktion der Profile aus. Was bedeutet das? Dazu gleich mehr.
Polymere stellen eine vergleichsweise effektive Fensterisolierung dar, aber auch hier sind Kammern erforderlich. Das flexible Material ermöglicht die einfache Schaffung mehrerer Fensterkammern, was einer der Hauptgründe für ihre weite Verbreitung ist. Die thermische Isolierung ist dann besser als bei weniger Kammern, weshalb passive Fenster in der Regel aus PVC hergestellt werden.
Die Luft zwischen den Glasscheiben ist ein besserer Isolator als eine einzelne Scheibe. Das gilt auch für Profile. Deshalb werden darin Kammern geschaffen. Jede Kammer bedeutet deutlich geringere Wärmeleitung als durch einen Block Material. Der beste Beweis dafür ist, dass die besten Isolationsmaterialien wie Polyurethanschaum oder Styropor tatsächlich Luftblasen sind, die von einer dünnen Schicht Isolationsmaterial, nämlich Polyurethan und Polystyrol, umgeben sind.Die Wärme der Fenster, die thermische Isolierfähigkeit einer bestimmten Konstruktion und der thermische Komfort, den sie bieten, hängen nicht nur von der Anzahl der Kammern ab. In einer erheblichen Vereinfachung kann man sagen, dass im Rahmen eines bestimmten Fenstertyps mit dem gleichen Glas der Energiebilanz des Fensters umso besser ist, je mehr Kammern sein Profil hat.
In allen aus Stahl und Aluminium gefertigten Produkten, die für den Einsatz an Außenwänden vorgesehen sind, tritt die sogenannte Wärmebrücke auf. Dabei handelt es sich um einen Einsatz aus Material mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit, der dazu führt, dass die sogenannte Wärmebrücke unterbrochen wird, durch die die Wärme zwischen mit Luft gefüllten Kammern hindurchgelangt.
Warum macht man nicht das gesamte Fenster aus einem solchen Material? In gewisser Weise geschieht dies bei Holz- und PVC-Fenstern, bei denen keine zusätzliche Wärmebrücke verwendet wird. Hier ist die Festigkeit entscheidend. Stahl und Aluminium sind unvergleichlich robuster als die Substanzen, die für den Bau von Wärmebrücken in ihren Profilen verwendet werden. Ein vollständiges Fenster mit dieser Technologie wäre völlig unpraktisch.
Die Montagemethoden haben einen erheblichen Einfluss auf die Isolierung der Fenster, und bevor wir zu konkreten Berechnungen übergehen, müssen wir darauf hinweisen.
Die traditionelle Fenstermontagetechnik wird immer noch verwendet und wurde in Zeiten angewendet, in denen die energetische Bilanz des Fensters relativ unbedeutend war. Die Wände waren nicht gut isoliert, ebenso wie die Böden und das Dach, und die Fenster waren undicht, sodass die Montagemethode nur geringe Bedeutung hatte.
Heutzutage können Fenster sehr warm sein, und zusätzlich haben angrenzende Wände viel bessere Parameter. Dies birgt das Risiko der Bildung von Wärmebrücken, also Spalten, durch die die Wärme in deutlich schnellerem Tempo entweichen würde. Diese entstehen gerade an der Verbindung von Wand und Fenster.
Um dies zu verhindern, werden Fenster auf eine Weise eingebaut, die das Risiko einer Feuchtigkeitsbildung bei der Isolation reduziert. Hierfür sorgen spezielle Folien, die gleichzeitig das Atmen der Wände ermöglichen. Die warme Fenstermontage ist umso wichtiger, je wärmer die Fenster und das gesamte Haus sind.
Wir müssen damit beginnen zu verstehen, dass selbst eine ideale thermische Isolierung der Fenster nicht bedeutet, dass wir überhaupt keine Energie verlieren werden. Ein erheblicher Teil des Energieverlusts ist unvermeidlich, und die Reduzierung anderer erfordert spezielle Lösungen wie beispielsweise die Wärmerückgewinnung in einem Lüftungssystem.
Nicht nur die Fenster sind für den Energieverlust verantwortlich. Es gibt Gebäude mit kleinen Fenstern, aber zum Beispiel großen Bodenflächen, unter denen es keine Keller gibt oder über denen sich ein sehr großes Dach befindet. In solchen Fällen werden die Fenster nur für einen geringen Teil des Wärmeverlusts verantwortlich sein.
Auf der anderen Seite kann in Einfamilienhäusern, abgesehen vom Erdgeschoss und dem obersten Stockwerk, der Wärmeverlust größtenteils durch die Fenster erfolgen. Wenn dazu noch das Verhältnis von verglasten Flächen zu Außenwänden sehr hoch ist, können minderwertige Fenster, alte Fensterkonstruktionen oder beschädigte Fenster zu einem enormen Anstieg der Heizkosten führen.
Alle Berechnungen der Energieverluste müssen zwangsläufig auf bestimmten Vereinfachungen und Durchschnittswerten beruhen. Es gibt nämlich keine zwei identischen Gebäude, was am besten bei der Analyse der Energiepässe ersichtlich wird.
Es gibt vier grundlegende Wege für den Wärmeverlust:
In modernem Bauwesen ist der Keller gut isoliert, wenn überhaupt vorhanden, und sollte daher nicht für mehr als 10% des verschwendeten Energieaufwands verantwortlich sein. Das Gleiche gilt für das Dach, obwohl warme Luft natürlich aufsteigt, wodurch die Verluste hier größer sind – bis zu 20%.
Die größte Fläche für den Energieverlust sind immer die Wände. Ein standardmäßig isoliertes Gebäude wird durch sie sogar bis zu 40% der gesamten entweichenden Energie verlieren.
Fenster und Belüftung werden zusammen betrachtet, da – besonders wenn das Gebäude nur über natürliche Belüftung verfügt – das Phänomen der zu hohen Dichtheit der Fenster auftreten kann. Dies ist ein Paradoxon, das am häufigsten durch den Austausch alter und undichter Fenster durch neue mit Spitzenparametern entsteht.
Früher nahmen Architekten in ihren Berechnungen zur Belüftung die Anwesenheit undichter Fenster an. Dies erkennen in der Regel die Besitzer von Wohnungen in Gebäuden aus der sogenannten Plattenbauweise, die bei der Wärmedämmung und dem Fenstertausch dazu gezwungen sind, Lüftungsgitter aufzusetzen. Diese helfen, einen besseren Luftaustausch zu gewährleisten, wenn dies erforderlich ist, ohne die thermischen Parameter des Fensters selbst zu verschlechtern. Unzureichende Belüftung würde zu einer Innenraumbefeuchtung führen. In modernen Gebäuden, in denen in den Berechnungen von angemessenen Fenstern ausgegangen wird, existiert dieses besprochene Paradoxon nicht.
Wenn in der Belüftung ein Wärmerückgewinnungssystem vorhanden ist, tragen Fenster in der Regel nicht zu mehr als 30% der Wärmeverluste bei.
Lassen Sie uns endlich zu konkreten Berechnungen übergehen, die jedoch jeder selbstständig durchführen muss. Natürlich nach unseren Anweisungen.
Angenommen, wir verlieren durch die Fenster 30% der erzeugten Wärmeenergie. Personen mit alten Fenstern oder in Mehrfamilienhäusern können 40% annehmen, während Personen in Einfamilienhäusern 25% annehmen können. Dann berechnen wir den Wärmeverlust, indem wir die Heizkosten, die wir tatsächlich bezahlen, mit dem Bruchteil multiplizieren, der dem jeweiligen Prozentsatz entspricht, also
Heizkosten durch Fensterverluste = Gesamtkosten der Heizung * 0,3
Dies ist der Anteil der Fenster und Belüftung an den Gesamtverlusten der Wärme eines typischen Gebäudes.
Nehmen wir nun an, dass unsere alten Fenster einen U-Wert von 2,1 W/m2K haben. Die neuen Fenster, die wir installieren möchten, gehören zu den besten auf dem Markt und bieten einen U-Wert von 0,7 W/m2K. Das bedeutet, dass das neue Fenster, umgerechnet auf 1 Quadratmeter seiner Fläche, dreimal geringere Wärmeverluste verursachen wird.
Wir wissen, dass Fenster ungefähr für 1/3 der Gesamtheizkosten verantwortlich sind, daher können wir auf dieser Grundlage berechnen, wie viel in unserer speziellen Situation eingespart werden kann.
Mit anderen Worten, die Geldverluste für Heizkosten, die durch die Fenster verursacht werden, werden um 1/3 reduziert, was sich für ein typisches Gebäude in einer Reduzierung der jährlichen Heizkosten um etwa 10% niederschlägt. Betonen wir nochmals, dass dies sehr allgemeine Berechnungen sind, abhängig von einer Vielzahl von detaillierten Faktoren, und sie sollten immer mit den Daten für unser Haus genau abgestimmt werden, die wir z. B. aus dem Energiepass erhalten können.|
Das Ziel solcher Berechnungen ist immer die Entscheidung, ob es sich lohnt, die Fenster auszutauschen. Dies ist eine Investition, die einen bestimmten finanziellen Aufwand erfordert. Eine solche Berechnung anzuwenden kann besonders hilfreich sein, da sie nur ein Ausgangspunkt für die Diskussion ist. Es ist auch ratsam, noch einige andere Fragen zu berücksichtigen:
Wenn das Gebäude isoliert wurde und alte Fenster darin verblieben sind, wird die energetische Bilanz des Fensters wahrscheinlich erheblich schlechter, da Wärmebrücken entstehen werden.
Wenn unsere Fenster älter als 10 Jahre sind, werden die zum Zeitpunkt der Installation angegebenen thermischen Isolation und Luftdurchlässigkeit wahrscheinlich stark von der Realität abweichen. Derzeit können wir realistisch mit 15 Jahren oder mehr Betriebsdauer von Fenstern rechnen, ohne dass sich ihre Parameter wesentlich verschlechtern, aber dies gilt nicht für ältere Konstruktionen.
Die Nutzung kann zu Schäden an den Fenstern führen, die wiederum zu Undichtigkeiten führen. Beschläge oder Dichtungen, die wir vernachlässigt haben, können scheinbar nur eine angemessene Funktion erfüllen, wenn das Fensterflügel ordnungsgemäß an den Rahmen gedrückt wird.
In der letzten Dekade haben sich die Kosten für die Beheizung von Gebäuden verdoppelt. Einige Energiequellen sind jedoch wesentlich teurer geworden als andere. Daher ist es ratsam, dies zu berücksichtigen, wenn wir eine Heizmethode verwenden, die sich in absehbarer Zeit erheblich verteuern kann.
Eine gute Wärmedämmung der Fenster ist immer eine gute Idee, wenn die von uns derzeit verwendeten Fenster keine guten Parameter bieten. Denken wir daran, dass dies eine Investition für Jahre ist, also selbst wenn die Fenster nach einem Jahr keinen Gewinn abwerfen, werden sie wahrscheinlich nach 5 Jahren ihre Kosten decken. Darüber hinaus wird das Energiesparen von Jahr zu Jahr immer sinnvoller, daher können wir realistisch erwarten, dass sich die Kosten für den Fensteraustausch schneller amortisieren als wir denken. Vergessen wir auch nicht, dass neue Fenster uns zusätzliche Funktionen bieten können, wie z. B. bessere Akustik, Schutz vor Überhitzung durch Verdunkelung der Scheiben oder sie können einfach schöner sein.
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