Fassadenbauteile für Passiv- und Plusenergiehäuser

Anforderungen und Konstruktionsprinzipien

Die energetischen Anforderungen an Gebäude werden kontinuierlich verschärft. Das

Anforderungsniveau der Energieeinspar-

verordnung (EnEV) wird sich dabei dem

Passivhausstandard weiter annähern.

Höhere wärmetechnische Anforderungen werden zum einen an die Außenbauteile (Fenster, Außentüren, Fassaden) gestellt, zum anderen werden auch die Wärmeverluste über den Baukörperanschluss stärker beachtet. Das ift Rosenheim stellt mit der ift-Richtlinie WA-15/2 eine Grundlage zur

Beurteilung der Passivhaustauglichkeit von Bauteilen zur Verfügung, die auch die Anforderungen an Wärmeverluste im eingebauten Zustand definiert. Darüber hinaus werden Temperaturfaktoren für den Baukörperanschluss sowie für den Glas- bzw. Paneelrandbereich festgelegt. Damit wird die Gefahr der Tauwasser- und Schimmelpilzbildung erheblich reduziert. Die Nachweise werden auf den Grundlagen von EN-Normen durchgeführt und berücksichtigen Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit. Zur Ausnutzung solarer Wärmegewinne ist ein möglichst guter g-Wert der Verglasung einzuplanen. Bei der objektspezifischen Beurteilung ist die Gesamtsituation inklusive der Bauanschlüsse zu betrachten.

Zukunftsweisendes Bauen orientiert sich unverändert an den Merkmalen der Energieeinsparung und Nachhaltigkeit. Daher haben sich in der Baupraxis Kriterien etabliert, die über den Mindeststandard der EnEV hinausgehen. Die wichtigsten sind Festlegungen für Passivhäuser, Minergiebauten und die Förderkriterien für KfW-Effizienzhäuser. Zukünftig werden diese Standards durch die Anforderungen an Plusenergiehäuser ergänzt, die

aktuell als Effizienzhaus Plus bezeichnet werden und deren Energieerzeugung über dem eigenen Primärenergiebedarf für Heizen, Warmwasser und Haushaltsstrom liegt. Diese Standards dienen als Planungsprinzip und werden durch ein Energylabel ergänzt. Damit können auch die Anforderungen der EG-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden erfüllt werden, die ab 2020 die Errichtung von klima-neutralen Gebäuden fordert. Für alle Energiesparhäuser ist eine energieeffiziente Gebäudehülle mit hervorragender Dämmung und sommerlichem Wärmeschutz notwendig. Transparente Bauteile wie Fenster, Fassaden, Verglasungen und Außentüren spielen dabei eine große Rolle, da mit ihnen erhebliche energetische Nettogewinne möglich sind.

Daneben dürfen Behaglichkeitsaspekte (Temperaturfaktor f_Rsi im Winter und mittlere Raumtemperatur im Sommer) sowie die Gebrauchstauglichkeit (Schlagregendichtheit, Widerstand gegen Windlast, Luftdichtheit und Stoßfestigkeit) nicht vernachlässigt werden. Das ift Rosenheim hat deshalb die ift-Richtlinie WA-15/2 „Passivhaustauglichkeit von Fenstern, Außentüren und Fassaden“

erarbeitet, in der die relevanten Anforderungen auf Basis gültiger EN und ISO-Normen definiert und nachgewiesen werden. Auch die Baukörperanschlüsse für übliche Wandaufbauten werden hierin hinsichtlich einer fachgerechten RAL-Montage bewertet.

Energieeffiziente Fassaden müssen immer als Gesamtprodukt im Zusammenspiel aller Komponenten wie Verglasung, Paneel, Glas-

einbau/-rand, Rahmenprofil, Baukörperanschluss und Verschattung, verstanden werden. Die Funktionen (auch die strahlungs-physikalischen Eigenschaften) müssen objekt­spezifisch angepasst und gewichtet werden. Dennoch gibt es grundlegende

Eigenschaften und Zielwerte, die energie-

effiziente Bauelemente und Fassaden auszeichnen.

Plusenergiehäuser

Das Effizienzhaus  Plus-Niveau wird erreicht, wenn ein negativer Jahresendenergiebedarf (∑Q_e< 0 kWh/m²a) und ein negativer Jahres-primärenergiebedarf (∑Q_p < 0 kWh/m²a) erreicht und die Bedingungen der EnEV eingehalten werden. Für Wohnungsbeleuchtung und Haushaltsstrom wird ein pauschaler Wert von 20 kWh/m²a angenommen, der je Wohneinheit 2 500 kWh/a nicht überschreitet. Da Energieüberschuss und -bedarf zu unterschiedlichen Zeiten anfallen, sind Energiespeicher (Strom und Wärme) sinnvoll, um

einen hohen, selbst genutzten Energieanteil zu erreichen. Zur weiteren Förderung hat das BMVI das Forschungsprogramm „Effizienzhäuser Plus“ aufgelegt, mit dem die Entwicklung verschiedener Technologien und Gebäude gefördert werden sollen, darunter Ein-

familien- und Mehrfamilienhäuser sowie Musterhäuser, bspw. in einem Fertighaus-

park des Bundesverbandes Deutscher Fertigbau (BDF). Erste Erfahrungen des BDF zeigen, dass der Aufpreis für den Plusenergie-

Standard nur bei 13 % liegen wird. Die Technologien sollen auch auf die Modernisierung übertragen werden.

Verglasungen

Passivhaustaugliche Verglasungen müssen einen Wärmedurchgangskoeffizient von

U_g ≤ 0,7 W/(m²K) aufweisen. Hierzu werden marktübliche 3-fach-Isolierverglasungen mit SZR ≥ 12 mm (Argongasfüllung) und zwei Low-E-Beschichtungen auf den Positionen

2 und 5 verwendet. Um auch die solaren Wärmegewinne nutzen zu können, ist eine Mindestanforderung an den g-Wert zu erfüllen, damit die solaren Gewinne nicht zu stark reduziert werden [2]. Dieser wird am besten als Verhältnis von U-Wert und g-Wert definiert, da beide Kenngrößen technisch voneinander abhängig sind. Als Mindestwert für

S mit 1,6 W/m² K (s. Tab. S. 76) ergibt das für ein 3-fach-Glas mit U_g = 0,7 W/(m²K) einen

g-Wert von 0,44. Moderne 3-fach-Gläser erreichen heute schon g-Werte von 0,6. Um die Anforderungen an den U-Wert der Gesamtkonstruktion und die Oberflächentemperaturen (Tauwasser) im Glasrandbereich einzuhalten, werden die Gläser mit einem Warme-

Kante-Randabstandhalter so kombiniert, dass ein linearer Wärmedurchgangskoeffizient von ψ ≤ 0,06 W/K×m erzielt wird. Für den Bereich des Glasrands und von Sprossen wird ein Temperaturfaktor von ƒ_Rsi ≥ 0,73 definiert.

Fassaden

Passivhaustaugliche Fassaden werden als Fensterband in Verbund mit vorgehängten Bekleidungen, als Pfosten-Riegel-Konstruk-

tionen aus Aluminium, Stahl oder Holzprofilen oder auch als Structural-Glazing-Fassade gebaut. Im Vergleich zu Fenstern sind hier in der Regel die Flächenanteile von Verglasung und Paneelen gegenüber denen von Profilen deutlich höher. Dennoch darf die Bedeutung von Profilen und Baukörperanschlüssen nicht vernachlässigt werden, da diese einen direk-ten Einfluss auf die thermische Behaglichkeit und den Tauwasseranfall haben. Verbesserungen sind mit Glasfalzdämmungen und Modifikationen der Isolatorgeometrie möglich. Bei den Paneelen müssen auch die Wärmebrücken im Randbereich genauer betrachtet werden; gerade bei kleinen Flächen. Die ift Richtlinie WA-15/2 definiert hier Kriterien und Randbedingungen auf Basis von Referenzformaten (1 200 mm x 3 500 mm) und festen Flächenanteilen für Glas und Paneele, um einen Produktvergleich zu ermöglichen.

Die wärmetechnischen Eigenschaften (Wärmedurchgangskoeffizient U, längenbezoge-ner Wärmedurchgangskoeffizient Ψ, Temperaturfaktor ƒ_Rsi) werden wie folgt begrenzt:

– Fassade U_CW ≤ 0,70 W/(m²K), inkl. Baukörper-
anschluss U_CW,Einbau ≤ 0,85 W/(m²K)
– Verglasung U_g ≤ 0,7 W/(m²K)
– Paneel U_p ≤ 0,25 W/(m²K)
– Randverbund Verglasung Ψ_g ≤ 0,060 W/(mK)
– Randverbund der opaken Ausfachung

(Paneel) Ψ_p ≤ 0,040 W/(mK) – Temperaturfaktor ƒ_Rsi ≥ 0,73 für Fassaden- profil/Verglasung bzw. Fassadenprofil/-

Paneel
– Temperaturfaktor für den Baukörperan-

schluss ƒ_Rsi ≥ 0,73.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind geeignete Rahmenprofile und Abstandhaltersysteme nötig. Bei der Ermittlung der U-Werte für Pfosten und Riegel (U_t und U_m) wird der Einfluss der Verschraubungen gemäß EN 13947 berücksichtigt. Bei einer pauschalen Betrachtung wird der U-Wert der Profile mit 0,3 W/(m²K) beaufschlagt; gute Konstruk-

tionen erreichen bei Messungen einen Wert von 0,11 W/(m²K). Der Einfluss der Glasauflager auf den Wärmedurchgangskoeffizienten der Fassade wird nicht berücksichtigt.

Neben den wärmetechnischen Kenngrößen umfasst das Zertifikat der Passivhaustauglichkeit auch Nachweise zur Gebrauchstauglichkeit, denn was nützt eine optimale Wärmedämmung, wenn andere Leistungs-

eigenschaften der EN 14351-1 für Fenster bzw. der EN 1383 für Fassaden nicht erfüllt werden. Die Fassade sollte deshalb mindes-tens die Anforderungen an die Luftdurchlässigkeit (min. Klasse AE/750 Pa n. EN 12152), die Schlagregendichtheit (min. Klasse R7/600 Pa n. EN 12154), den Widerstand gegen Windlast und die Stoßfestigkeit (min Klasse E3/I3 n. EN 14019) erfüllen. Bei Prüfungen im ift Rosenheim fällt immer wieder auf, dass bei der wärmetechnischen Optimierung konstruktive Grundlagen nicht ausreichend beachtet werden, z. B. der Verschluss von Entwässerungsöffnungen durch Schäume oder Dämmstoffe in den Hohlkammern der Profile.

Bei sinkenden Transmissionswärmeverlusten müssen auch Lüftungswärmeverluste reduziert werden, wofür sich zentrale und

dezentrale Lüftungssysteme (möglichst mit Wärmerückgewinnung) in Fenstern und Fassaden sowie automatische Fenster eignen, die sich auch zur nutzerunabhängigen Nachtkühlung eignen. Besonders im Gewerbebau sollten leistungsfähige Sonnenschutz- und Lichtlenksysteme eingesetzt werden, um die technische Kühlung zu vermeiden bzw. zu

reduzieren und den Kunstlichtbedarf zu verringern. Sonnen- und Blendschutz sowie  Lichtlenkung müssen gesondert geplant werden. Hier sind variable Systeme, wie segmentierte oder perforierte Jalousien, unterschiedliche Geometrien bzw. elektrochrome Verbundgläser mit elektrisch leitfähigen Beschichtungen (TCO) interessante Optionen zum üblicherweise verwendeten Raffstore.

Fenster

Die Zielvorgaben an die Wärmedämmung von passivhausgeeigneten Fenstern sind

U_w ≤ 0,80 W/m²K) für das Gesamtfenster und ca. U_f ≤ ~ 0,92  W/(m²K) für die Profile (in Abhängigkeit von Abstandhalter und Glas). Im Vergleich zum Anforderungsniveau des Referenzgebäudes nach EnEV 2014 (U_w = 1,3 W/(m²K)) bedeutet das eine deutliche Verbesserung des Wärmeschutzes. Dieser wird über Zusatzmaßnahmen an den Rahmen erreicht. Zur einfachen Handhabung für Handel, Produktkennzeichnung und Ausschreibungen werden U-Werte häufig anhand von Standardgrößen (1,23 m x 1,48 m bei Fenstern

< 2,3 m²) ermittelt, deren Ergebnis gemäß Produktnorm EN 14351-1 auf andere Größen übertragen werden kann. Das bedeutet, dass die tatsächlichen Werte von den Normwerten abweichen können. Bei objektspezifischen Berechnungen können größenabhängige

U-Werte berechnet werden. Dies führt bei größeren Fenstern zu niedrigeren U-Werten,

sofern der U-Wert des Glases besser als der des Rahmens ist. Eine Kombination beider Nachweissysteme ist nicht möglich.

Kunststoff-Fenster

Kunststoff- Fensterprofile besitzen bei 4 bis

5 Kammern typischerweise einen U_f-Wert von ca. 1,6 bis 1,2  W/(m²K). Fensterprofilwerte von U_f ≤ 1,0  W/(m²K) können mit 6- (oder mehr) Kammer-Profilen zusammen

mit folgenden Zusatzmaßnahmen erreicht werden:

– Modifizierung der Stahlarmierung in den Profilen (mit und ohne Dämmstoff in der entsprechenden Kammer, verklebte Ver glasungen) bzw. mit thermisch getrennter Stahlaussteifung,
– Einbringen zusätzlicher Konstruktions- Dämmstoffe (Hartschäume) in die Kammern der Profile bzw. des Glasfalzes,
– Erhöhung des Glaseinstands/Anpassung der Füllungsdicke.

Fenster aus Metallverbundprofilen

Metallverbundprofile können über das b/B-Verhältnis (Breite der thermischen Trennung zur Gesamtansichtsbreite) sowie über den Abstand der Aluschalen verbessert werden. Typische U_f-Werte des Rahmens reichen von ca. 3,5 W/(m²K) für einfache Systeme in Süd-europa bis ca. 1,4 W/(m²K) in Mitteleuropa. Daher sind Zusatzmaßnahmen an den Profilen notwendig, die meist in Kombination ausgeführt werden müssen:

Fenster aus Holzprofilen

Bei Holzprofilen kann eine Verbesserung der Wärmedämmung über eine höhere Bautiefe erreicht werden. Damit kann für Weichholzprofile – die bei einem Normquerschnitt IV68 einen U_f-Wert von ca. 1,4 W/(m²K) aufweisen – eine Verbesserung auf 0,9 − 1,1 W/(m²K) bei einer Bautiefe von 90 − 100 mm erreicht werden. Zu weiteren Verbesserung der Wärmedämmung können Dämmstoffschichten (Hartschäume) in den Kanteln oder als Außendämmung eingesetzt werden [3]. Hierdurch ergeben sich Verbesserungspotentiale mit U_f-Werten im Bereich von 0,4 − 0,8 W/(m²K).

Baukörperanschluss

Bei der Planung und Ausführung von Passivhäusern und Plusenergiehäusern darf der Bauanschluss von Fenstern und Fassaden an den Baukörper nicht vernachlässigt werden. Für die Passivhaustauglichkeit sind die U-Werte der Bauteile im eingebauten Zustand nachzuweisen. Deshalb sollte der Wärmebrückenkoeffizient unter ψ ≤ 0,08 W/mK liegen. Die KfW-Förderkriterien schreiben vor, den Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf nach den Regeln der Technik und den im jeweiligen Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich zu halten. Wärmebrückenzuschläge sind nach den Regeln der Technik zu berechnen und nachzuweisen. Über den ƒ_Rsi Faktor kann mit anderen Außentemperaturen auch die Eignung für andere Klimata bewertet werden, bspw. für arktische Regionen.

Fazit

Fenster und Fassaden für Energiesparhäuser müssen deutlich erhöhte Wärmedämm-

eigenschaften aufweisen. Hierzu sind Verbesserungs- und Zusatzmaßnahmen notwendig, die teilweise stark in die Konstruktion eingreifen. Zur Ausnutzung solarer Wärmegewinne ist auch ein möglichst guter g-Wert der Verglasung einzuplanen. Bei der objektspezifischen Beurteilung ist die Gesamtsituation inklusive der Bauanschlüsse zu betrachten. Eine sehr gute Wärmedämmung in Kombination mit der intelligenten Nutzung der solaren Gewinne mittels Fenstern und Fassaden ist die Grundlage für eine effiziente und preiswerte Haustechnik und die Nutzung von Solarstrom für die dezentrale Versorgung oder die Elektromobilität.