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3.6 Fenster — Verglasung — Sonnen-, Wetter- und Blendschutz

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3.6.1 Fenster

Die Aussage, dass Fenster die Augen eines Gebäudes sind, hat auch heute noch ihre Gültigkeit. Die Anforderungen an die Fenster sind hoch und stellen die Fensterbauer oft vor praktisch unlösbare Aufgabenstellungen. Fenster sollen Kälte, Wärme, Wind, Wasser, Lärm und unerwünschte Gäste abhalten. Es müssen kleine und ganz grosse Fenster auf Kundenmass gefertigt werden. Die Konstruktion darf nicht sichtbar sein. Design, Material- und Farbgebung (nach RAL, NCS, Kundenmuster) und Kopplungen von Elementen werden bei jedem Objekt neu festgelegt. Die Robustheit und die Produktsicherheit müssen gewährleistet sein. Während früher die Kondensatbildung in der kalten Jahreszeit diskussionslos akzeptiert wurde, ist sie heute ein absolutes Tabu. Weitere Ansprüche wie Transparenz, Öffenbarkeit und Reinigungsfreundlichkeit werden vorausgesetzt. Der Kunde erwartet ein praktisch wartungsfreies Fenster über eine lange Gebrauchsdauer (über 50 Jahre) und damit einen hohen Investitionsschutz.

In diesem Kapitel wird das Fenster (Fensterrahmen) als ganzes Element beschrieben. Es steht der Wohn-, Verwaltungs- und Gewerbebau im Fokus. Aufgrund der Bedeutung in der Praxis beschränken wir uns auf das Einfachfenster; auf Verbund- und Kastenfenster, sowie Dachflächenfenster wird nicht weiter eingegangen.

Die Verglasung wird im Kapitel 3.6.2 und der Sonnen-, Wetter- und Blendschutz im Kapitel 3.6.3 näher betrachtet.

Fenster, die Augen eines Gebäudes. Schulgemeinde Oberrieden. Einsatz von Renovationsfenstern.
Bild 3.6.1:  Fenster, die Augen eines Gebäudes. Schulgemeinde Oberrieden. Einsatz von Renovationsfenstern.

3.6.1.1 Geltende Normen und Regelwerke

Die Anforderungen an Fenster und deren Gebrauchstauglichkeit sind massgeblich in den folgenden Normen festgelegt:

  • SIA 331 Fenster und Fenstertüren
  • SIA 180 Wärmeschutz, Feuchteschutz und Raumklima in Gebäuden
  • SIA 181 Schallschutz im Hochbau
  • EN 14351-1 Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften

Die Übereinstimmung der Fenster mit den Anforderungen der europäischen Norm EN 14351-1 ist vom Fensterbauer durch eine Erstprüfung und durch eine werkseigene Produktionskontrolle (WPK) nachzuweisen. Für jedes Produkt, das auf den Markt kommt, ist eine entsprechende Konformitätserklärung zu erstellen und auf Wunsch den Kunden auszuhändigen.

3.6.1.2 Anforderungen und konstruktive
Lösungen

Wind und Wasser

Schlagregendichtigkeit und eine angemessene Luftdurchlässigkeit sind die Grundeigenschaften eines Fensters. Folgende Normen sind massgebend:

  • SIA 261 Einwirkungen auf Tragwerke
  • SN EN 12208 Klassifizierung der Schlagregendichtigkeit
  • SN EN 12207 Klassifizierung der Luftdurchlässigkeit

Der Architekt bzw. Planer ermittelt aufgrund seines geplanten Gebäudes (Gebäudehöhe) und deren Lage/Geländekategorie die Anforderungen an die Fenster und legt diese seiner Ausschreibung zugrunde. In der Praxis können mit der maximalen Anforderung an die Luftdurchlässigkeit der Klasse 4 und der Schlagregendichtigkeit der Klasse 9A praktisch sämtliche Objekte dauerhaft ihre Funktion wahrnehmen. Es gilt zu beachten, dass es in der Schweiz Regionen gibt (z.B. Chur), die regelmässig mit ausserordentlichen Wettersituationen (z.B. Föhnlage) konfrontiert sind und deshalb spezielle Anforderungen an die Dichtheit zu stellen sind.

Eine leistungsfähige Fensterkonstruktion weist folgende Merkmale auf (vgl. Bild 3.6.2):

Merkmale einer leistungsfähigen Fensterkonstruktion.
Bild 3.6.2: Merkmale einer leistungsfähigen Fensterkonstruktion.
  • Die Abtropfnase zwischen Flügel und Rahmen stellt sicher, dass bei Schlagregen eingedrungenes Wasser auf direktem Weg in die Wasserkammer gelangen und durch die Entwässerungsöffnung nach aussen abfliessen kann. Damit dieser Prozess auch bei Staudruck funktioniert, ist eine Druckausgleichszone erforderlich.
  • Die rundumlaufende und in einer Ebene liegende Mitteldichtung (Primärdichtung) ist die eigentliche Trennung zwischen innen und aussen. Sie bildet die Grundvoraussetzung dafür, dass mehrflügelige Fenster dauerhaft luft- und wasserdicht bleiben.
  • Die innenliegende Überschlagsdichtung schliesst den Beschlagsfalz raumseitig ab und verhindert, dass Raumfeuchte eindringen, kondensieren oder im ungünstigsten Fall gefrieren kann.

Moderne Fenster sind ausserordentlich dicht und helfen so, Energie zu sparen (Transmissions- und Lüftungswärmeverluste) und den Lärm abzuhalten. Bei Gebäuden mit mechanischer Belüftung (z.B. MINERGIE) wird der Luft- und Feuchtehaushalt gewährleistet. Fehlt eine Lüftung, muss der Luftwechsel durch den Benutzer sichergestellt werden (Fensterlüftung), damit die Luftqualität erhalten bleibt, überschüssige Feuchtigkeit abgeführt wird und es nicht zu Feuchteschäden (Schimmelpilzbildung) kommen kann.

Wärmeschutz und Energieeffizienz

Für den Bereich Wärmeschutz und Energieeffizienz sind folgende Normen und Regelwerke massgebend:

  • SIA 180 Wärmeschutz, Feuchteschutz und Raumklima in Gebäuden
  • EN ISO 10077-1 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen
  • MINERGIE-Modul Fenster
  • Energieetikette für Fenster Schweiz

Wärmedurchgangskoeffizient Fenster

Der Fenster-U-Wert Uw kann durch Messung oder Berechnung ermittelt werden, im Gegensatz zu anderen europäischen Ländern gilt in der Schweiz ein zweiflügliges Fenster (Maueröffnung B x H = 1,55 m x 1,15 m) als Referenzgrösse. Die Flächen der Verglasung Ag, des Rahmens Af und deren Wärmedurchgangskoeffizienten Ug bzw. Uf haben den grössten Anteil am Wärmeverlust. Der Glasrandverbund erhöht den Wärmedurchgang mit dem längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten ψg.

Wärmedurchgangskoeffizient Verglasung

Der Glas-U-Wert Ug hängt von den Anzahl Scheiben oder Folien, von den Glasabständen, von der Glasbeschichtung (Emissivität) und der Edelgasfüllung (Argon, Krypton oder deren Gemisch) ab (vgl. Kapitel 3.6.2 «Verglasung»). Heute liegt der Anteil von 3-fach-Isolierglas in der Schweiz bei über 90 %. 2-fach Isolierglas kommt noch im Denkmalschutz oder in unbeheizten Räumlichkeiten zum Einsatz.

Der revolutionäre Durchbruch im Bereich der Vakuumverglasungen ist bis heute noch nicht gelungen. Es sind nur Kleinformate herstellbar. Die dauerhafte Abdichtung des Vakuums, die sichtbaren Distanzpunkte und Ventile halten Bauherren davon ab, diese Technologie bereits heute einzusetzen.

Wärmedurchgangskoeffizient Rahmen

Der Rahmen-U-Wert Uf wird durch die Rahmendicken, die Anzahl Kammern (Lufthohlräume) und den Einbau von Wärmedämmschichten beeinflusst. Die dominierenden Rahmenmaterialien sind Holz, Holz-Aluminium, Kunststoff (PVC) und Aluminium. Beim Kunststoffrahmen wirken sich die aus statischen Gründen erforderlichen Stahlverstärkungen negativ auf den Uf-Wert aus. Das Weglassen oder Substituieren des Stahls, z.B. durch faserverstärkte Kunststoffprofile (GFK) war bisher nicht zielführend.

Längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient

Der Wärmebrückenverlust Ψg über den Glasrandverbund wirkt sich massgebend auf den Fenster-U-Wert Uw aus. Durch den Wechsel von gut wärmeleitenden Glasabstandhaltern aus Aluminium auf Edelstahl und heute mehrheitlich Kunststoff («warme Kante») konnte der Wärmeverlust beim Fenster um bis 20 % reduziert werden. Durch die neue Materialisierung hat sich im Glasrandbereich die Oberflächentemperatur wesentlich erhöht und die lästigen Kondensatstreifen treten nur noch selten in Erscheinung.

Wärmebrückenverlust beim Fenstereinbau

Durch den geeigneten Einbauort der Fenster in der Fassade kann der Wärmebrückenverlust ΨE entscheidend beeinflusst werden (vgl. Bilder 4.2.4 und 4.2.11 im Kapitel 4.2 «Vermeiden von Wärmebrücken»).

Gesetzliche Vorgaben MuKEn

Die Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich, kurz MuKEn genannt, legen den einzuhaltenden Mindestwärmeschutz fest. Gemäss MuKEn08 sind Uw-Werte von ≤ 1,3 W/m2·K (mit erneuerbarer Energie) bzw. von Uw ≤ 1,0 W/m2·K (ohne erneuerbarer Energie) einzuhalten.

MINERGIE-Modul-Fenster

Ein nach MINERGIE zertifiziertes Fenster garantiert nebst der Energieeinsparung einen hohen thermischen Komfort. Es gibt separate Anforderungen für Fenster (vgl. Bild 3.6.4), Dachflächenfenster und Hebeschiebetüren.

Bild 3.6.3: Richtwerte Uf bzw. Uw in Abhängigkeit der verschiedenen Rahmenmaterialien (2-flügliges Normfenster nach SIA 331, Maueröffnung B x H = 1,55 x 1,15 m; 3-fach-Isolierverglasung mit Ug = 0,4 bis 0,8 W/m2·K, Glasabstandhalter mit ψg = 0,035 W/m·K).

Bild 3.6.4: Die Anforderungen für die beiden Module Fenster MINERGIE und MINERGIE-P im Vergleich.

Energieeffizienz – Energieetikette für Fenster

Das Bundesamt für Energie und die beiden Trägerverbände SZFF und FFF haben die Energieetikette lanciert. Mit dieser soll der Konsument möglichst einfach erkennen können, welche Fenster am energieeffizientesten sind. Die energetische Beurteilung basiert auf dem über die Heizperiode beim Normfenster bilanzierten Transmissionswärmeverlust und den solaren Gewinnen und wird als energieäquivalenter U-Wert Uw,eq dargestellt. Es zeigt sich, dass bei optimaler Wahl eines Fensters und der richtigen Wahl der Verglasung (hoher g-Wert = hohe Energiegewinne), über die Heizperiode betrachtet, Energie gewonnen werden kann (Uw,eq ≤ 0 W/m2·K). Diese Fenster erhalten die Klassifizierung A.

Energieetikette Schweiz.
Bild 3.6.5: Energieetikette Schweiz.

Effizienz dank Lichtoptimierung

In der Schweiz werden die Fenster (im Gegensatz zu anderen Ländern in Europa) von innen, auf Anschlag montiert und durch die Aussenwand bzw. Wärmedämmschichten zusätzlich überdämmt. Das ist der Hauptgrund, dass sich «Passivhaus-Fenster» (Sandwichprofile mit breiten Rahmenpartien) in der Schweiz nie durchsetzen konnten.

Die Isoliergläser (Ug) dämmen heute besser als die Fensterrahmen (Uf). Darum sollte darauf geachtet werden, dass Fenster mit möglichst schlanken Rahmenprofilen (Af) eingesetzt werden und so die Fläche des Isolierglases (Ag) maximiert wird. Dieser Effekt kann im Neubau durch den Einsatz von Integral-Fenster (Flügelrahmen schiebt sich hinter den Rahmen) erreicht werden.

Eine weitere Optimierung bringt der Einsatz von Isoliergläsern mit hohen g-Werten und der Montage der Fenster möglichst weit aussen, womit die Verschattung (Leibung als «Seitenblende» und Sturz als «Überhang») reduziert werden kann.

Bauanschluss seitlich im Vergleich Standard- und Integral-System. Diese Optimierung erhöht den Glasanteil Ag von 82 % auf 85 % auf das Normfenster bezogen.
Bild 3.6.6: Bauanschluss seitlich im Vergleich Standard- und Integral-System. Diese Optimierung erhöht den Glasanteil Ag von 82 % auf 85 % auf das Normfenster bezogen.

Behaglichkeit

Der Trend zu grossen, verglasten Flächen hält an. Vor allem bei hohen Verglasungen (über 2 m) muss darauf geachtet werden, dass der Wärmeschutz (Uw– bzw. Ug-Werte) bestmöglich gewählt wird. Ansonsten kann sich aufgrund der tieferen Oberflächentemperaturen ein Kaltluftabfall bilden, was zu Behaglichkeits- und Komforteinbussen führt (vgl. Kapitel 2.1.1 «Thermische Behaglichkeit»). Ebenso ist darauf zu achten, dass die Fugendurchlässigkeit der Fenster und des Bauanschlusses ausreichend sind, um Zugluft zu vermeiden. Dies kann mittels Blower-Door-Messung kontrolliert werden; bei MINERGIE-P-Bauten ist diese Messung zwingend.

Wesentlich für die Behaglichkeit ist der Wärmeschutz im Sommer, mit dem Ziel, Überhitzung zu vermeiden (vgl. Kapitel 2.3 «Wärmeschutz im Sommer»). Am wirkungsvollsten für den Wärmeschutz im Sommer ist ein aussenliegender, beweglicher Sonnenschutz (vgl. Kapitel 3.6.3 «Sonnen-, Wetter- und Blendschutz»).

Durch optimale Abstimmung von Vordach, Säulenreihe und g-Wert des Isolierglases konnte bei diesem Ausstellungsgebäude der Talsee AG, Hochdorf, auf eine Beschattung verzichtet werden.
Bild 3.6.7: Durch optimale Abstimmung von Vordach, Säulenreihe und g-Wert des Isolierglases konnte bei diesem Ausstellungsgebäude der Talsee AG, Hochdorf, auf eine Beschattung verzichtet werden.

Durch dynamische Simulation können die Auswirkungen objektspezifischerLösungen hinsichtlich Behaglichkeit und Energieaufwand (z.B. Kühlung) beurteilt und vom «Regelfall» abweichende Massnahmen, wie ein Verzicht auf Beschattung, allenfalls legitimiert werden (vgl. Bild 3.6.7).

Schallschutz

Folgende Normen sind relevant:

  • SIA 181 Schallschutz im Hochbau
  • Lärmschutz-Verordnung (LSV)

Im Fensterbau spielt der Luftschall seit Jahren eine wichtige Rolle und hat durch die verdichtete Bauweise einen noch höheren Stellenwert erhalten. Die Verbesserungen im Bereich der Luftschalldämmung von Fenstern und Fassaden haben einen tieferen Grundgeräuschpegel innerhalb der Räume zur Folge. Damit steigt die Sensibilität auf Geräusche, welche aus den benachbarten Wohneinheiten eindringen. Aus diesem Grund hat beim Fensterbau auch die Übertragung von Körperschall an Bedeutung gewonnen.

Luftschall

Die einzuhaltenden Anforderungen an den Schallschutz hängen von der Lärmbelastung auf die jeweilige Fassade bzw. auf ein Fenster ab (Beurteilungspegel Lr, bei Tag bzw. bei Nacht).

Der Anforderungswert De definiert den zu erreichenden Luftschallschutz zwischen dem Aussenraum und dem Innenraum. Neben dem Fenster (Rahmen, Glas, Einbausituation) haben meist noch andere Bauteile (z.B. Aussenwand und Sturzkonstruktion) Einfluss auf den resultierenden Schallschutz De,tot, der am Bau gemessen grösser oder gleich dem Anforderungswert De sein muss.

Bei der Ausschreibung und der Bestellung (Werkvertrag) soll für die Fenster der Kennwert «R’w + Ctr» vereinbart werden. Dieser am Bau einzuhaltende Wert kann bei Bedarf messtechnisch ermittelt und so das Einhalten der Anforderung geprüft werden.

Es ist Aufgabe des Unternehmers, die optimale Kombination von Fenster und Isolierglas zu wählen, um unter Berücksichtigung von Differenzen zwischen Labor- und Bauwerten (vgl. Bild 3.6.8) den gestellten Anforderungen zu genügen.

Einflussgrössen beim Luftschallschutz

Die Grundkonstruktion (Mittel- und Überschlagsdichtung), die gute Luftdichtheit und ein optimaler Bauanschluss eines Fensters sind Grundvoraussetzungen für eine gute Schalldämmung. Die Masse (Flächengewicht) von Rahmen, Flügel und Isolierglas sind für die Schalldämmung entscheidend: Je mehr Masse, desto besser. Durch einen asymmetrischen Glasaufbau (z.B. 8 mm aussen, 5 mm innen) kann die Eigenresonanz des Systems günstig beeinflusst werden.

Eine weitere Verbesserung bringt der Einsatz von speziellen Schalldämmfolien (Phone-Folien). Der Einfluss von Format und Grösse muss berücksichtig werden, da sich die Werte grösserer Gläser verschlechtern. Bei hohen Schallschutzanforderungen soll zwischen Flügel und Isolierglas mit einer Falzgrundversiegelung abgedichtet werden. Der Einsatz von Schwergas SF6 ist aus ökologischen Gründen verboten.

Bei Einfachfenstern kann ein Schalldämmvermögen von Rw bis max. 45 dB (Laborwert) noch wirtschaftlich erreicht werden. Für höhere Schalldämmwerte muss auf Verbund- oder Kastenfenster ausgewichen werden.

Körperschall

Die Bedeutung der Übertragung von Körperschall nimmt im Fensterbau stetig zu. Die Bediengeräusche von Fenster-, Türen und Hebe-Schiebetüren werden gemäss Norm SIA 181:2006 als «Geräusche fester Einrichtungen in Gebäuden» beurteilt:

Bild 3.6.8: Messreihe mit Holz-Metall-Fenstern und 3-fach-Isolierglas an der EMPA Dübendorf. Normfenstergrösse nach SIA 331, 2-flüglig Mauerlicht B x H = 1,55 m x 1,15 m = 1,78 m2.

Bild 3.6.9: Übersicht über die Sicherheitsstufen beim Fenster.
  • Die Benutzung von Fenstern und Türen wird normalerweise als Einzelgeräusch (Benutzungsgeräusch) eingestuft.
  • Die Anforderung ergibt sich aus der Lärmempfindlichkeit für den jeweiligen Raum.
  • Für Stockwerk- und Wohneigentum gelten automatisch die erhöhten Anforderungen (-3 dB).
  • Bei der Prüfung von Parallelschiebe- (PS), Parallelschiebekipp- (PSK) und Hebe-Schiebetürelementen (HT) werden die Elemente mehrmals nacheinander geöffnet und wieder geschlossen. Dabei wird das Roll- sowie das Schliessgeräusch separat beurteilt.
  • Dreh- und Drehkippfenster ohne weichelastische Dichtung werden mit dem EMPA-Pendelfallhammer geprüft.
  • Für Dreh- und Drehkippfenster mit weichelastischer Dichtung existiert keine Normprüfung.

Einbruchschutz

Folgende Norm ist relevant:

  • SN EN 1627 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Anforderungen und Klassifizierung

Nach Norm SN EN 1627 ist ein einbruchhemmendes Fenster ein vollständiges, funktionsfähiges Element, das im eingebauten und versperrten oder versperrten und verriegelten Zustand die Funktion hat, dem gewaltsamen Zutritt durch den Einsatz von körperlicher Gewalt und unter Zuhilfenahme von vorher festgelegten Werkzeugen Widerstand zu leisten. Darunter fallen mehr oder weniger alle gängigen Fensteröffnungsarten. Die Anforderungen sind aufgrund der Nutzungsvereinbarungen eines Objekts festzulegen.

In der Norm sind sechs Widerstandsklassen RC (resistance class) definiert. In der Praxis spielen die RC-Klassen RC1 und RC2 mengenmässig die entscheidende Rolle und sie können bei zweiflügligen Fenstern realisiert werden. Es macht Sinn, Fenster im Erdgeschoss oder bei leicht zugänglichen Balkonen einbruchhemmend auszurüsten. Die Einbruchspezialisten stellen fest, dass vorwiegend die Fenster aufgebrochen werden und nicht (wie im Kriminalfilm häufig gezeigt) mit dem Diamanten die Scheiben aufgeschnitten oder per Faustschlag zertrümmert werden. Bei 3-fach-Isolierglas müsste dazu auch enorme Kraft aufgewendet werden.

Sicherheitsmassnahmen

Damit Fenster sicher werden, müssen folgende Punkte beachtet werden (vgl. Bild 3.6.9):

  • Fenstergriff abschliessen, damit die Fensterbeschläge nicht mittels Werkzeug verschoben werden können.
  • Einsatz eines Sicherheitsbeschlages mit Sicherheitspilzzapfen und Sicherheits-Schliessteilen, damit der Flügel nicht aus dem Rahmen gehebelt werden kann.
  • Verwendung von Isolierglas mit Verbundsicherheitsglas (VSG), das nur schwerlich eingeschlagen werden kann.
  • Isolierglas mittels Falzgrundversiegelung einkleben.
  • Bei der Montage der Rahmen auf die Montageabstände achten und die Befestigungspunkte druckfest hinterfüllen.

Ein weiterer Schritt wäre, die Fenster via Öffnungs- oder Verschlussüberwachung an ein Alarmsystem anzubinden. Nach Schätzungen der Fensterhersteller werden in der Praxis die Grundsicherheit zu 75 %, die Klasse RC1 zu 20 % und die Klasse RC2 zu 5 % verkauft, mit zunehmender Tendenz, RC2 erreichen zu müssen.

3.6.1.3 Fensterkonstruktion

Fenstermarkt Schweiz

Im Fenstermarkt Schweiz hat es in den letzten Jahren eine massive Verschiebung in Richtung Holz-Aluminium- und hochwertige Kunststofffenster gegeben. Einerseits können mit diesen Systemen Kundenbedürfnisse (z.B. unterhaltsarm) besser abgedeckt werden, andererseits wurden diese Fenstersysteme systematisch weiterentwickelt und auf die Marktbedürfnisse ausgerichtet.

Die Treiber für die Weiterentwicklung der Fenstersysteme der letzten Jahre waren:

  • Energie sparen und Komfort,
  • Grossflächige, öffenbare Fenster,
  • Wirtschaftlichkeit und
  • Produktsicherheitsgesetz.
Fenstermarkt Schweiz 2014
Bild 3.6.10: Fenstermarkt Schweiz 2014 (Quelle: Wüest & Partner).

Holzfenster mit Aluminium-Wetterschenkel und Nassverglasung.
Bild 3.6.11: Holzfenster mit Aluminium-Wetterschenkel und Nassverglasung.

Holz-Aluminium-Fenster in zwei Varianten.
Bild 3.6.12: Holz-Aluminium-Fenster in zwei Varianten.

Holzfenster (vgl. Bild 3.6.11)

Das Holzfenster wurde in den letzten Jahren praktisch nicht mehr weiterentwickelt und zählt bezüglich Bedeutung am Markt als grosser Verlierer. Seine Stärken liegen in der Nachhaltigkeit aufgrund des Rohstoffes Holz. Der grosse Nachteil hingegen ist der Unterhaltsaufwand.

Das Holzfenster findet heute noch Anwendung im Bereich Denkmal- und Heimatschutz und dort, wo der Witterungsschutz durch zusätzliche Massnahmen sichergestellt ist (Chalet-Bau mit grossem Vordach, Doppelhautfassaden).

Holz-Aluminium-Fenster (vgl. Bild 3.6.12)

Folgendes Dokument gibt Auskunft über die Klassifizierung von Holz-Aluminium-Fenstern:

  • SZFF/FFF/EMPA Richtlinien für Holz-Metall-Fenster und Mischformen wie abgedeckte Holzfenster (inkl. Anhang 1 + 2).

Das Holz-Aluminium-Fenster hat seinen Ursprung in der Schweiz. Seine Entwicklung geht zurück in die 60er– Jahre. Das primäre Ziel ist seine uneingeschränkte Dauerhaftigkeit. Beim klassischen Konstruktionsansatz werden die Funktionen wie folgt verteilt:

  • Der Teil aus Holz übernimmt hauptsächlich die Statik und die Wärmedämmung.
  • Das Isolierglas sorgt für Transparenz und spielt gleichzeitig im Bereich Statik eine wichtige Rolle. Es gibt Hersteller, die zur Aussteifung des Flügelprofils eine Holz-Glasverklebung nutzen.
Fenstereinbau, Führung der Storen und Glasabsturzsicherung optimiert. Wohngebäude Wettsteinpark, Luzern. Holz-Aluminium-Lochfenster.
Bild 3.6.13: Fenstereinbau, Führung der Storen und Glasabsturzsicherung optimiert. Wohngebäude Wettsteinpark, Luzern. Holz-Aluminium-Lochfenster.

  • Das Aluminium ist für den Witterungsschutz und die Wasserführung innerhalb der Konstruktion zuständig. Dieser Schutz wird durch komplette Abdeckung (dichte Eckwinkel) und eine umlaufende Wasserkammer im Rahmen maximal sichergestellt. Der Flügel ist komplett abgedeckt (dichte Eckwinkel) und die Wasserführung (inkl. Wasserabtropfnase) wird durch die Aluminiumschale gewährleistet.
  • Die «Verbundkonstruktion» aus Holz und Aluminium weist unterschiedliche Wärmeausdehnungen auf. Die Aluminiumschale muss deshalb gleitend mit der Holzkonstruktion verbunden werden, damit keine Spannungen entstehen und Schäden sowie Knack- und Knallgeräusche vermieden werden.
  • Holz ist feuchteempfindlich. Durch die Hinterlüftung und die punktuelle Auflage der Aluminiumschale wird dies berücksichtigt.
  • Das Ziel ist ein maximaler Schutzgrad der Grundkonstruktion (Fensterrahmen mit Unterteilungen) sowie deren Zusammenbauten (Fensterbänder, Fassaden usw.) für eine maximale Dauerhaftigkeit.
  • Durch die konsequente Trennung von Aluminium und Holz ist der Kunde absolut frei in der Farbwahl. Aluminium kann in hellen oder ganz dunklen Farben pulverbeschichtet oder anodisiert werden.

Kunststofffenster (vgl. Bild 3.6.14)

Kunststofffenster werden in der Schweiz seit Ende der 60er-Jahre eingesetzt. Aufgrund der höheren Anforderungen im Bereich Wärmedämmung wurden die Querschnitte und die Anzahl der Luftkammern innerhalb der Profile erhöht (bis zu 8 Kammern).

PVC hat gute Wärmedämmeigenschaften, aber leider auch einen sehr hohen Ausdehnungskoeffizienten (etwa 1 mm/m bei 10 Kelvin Temperaturdifferenz).

Der Stahlkern hat einerseits die Aufgabe, das Profil auszusteifen und den sicheren Halt des Fensters im Mauerwerk zu gewährleisten. Andererseits stellt der Stahl sicher, dass das PVC-Profil bei Temperaturschwankungen formstabil bleibt. Fensterflügel werden teilweise auch durch das Einkleben des Isolierglases stabil. Im Rahmenbereich wird der Stahl auch durch besser dämmende GFK-Profile ersetzt.

PVC kann nicht dauerhaft beschichtet werden. Damit auch die Hersteller von PVC-Fenstern den Trend nach Farbe mitmachen können, werden die Profile entweder mit Folien beschichtet oder zusätzlich von aussen mit Aluminium-Profilen beplankt. Es wird geschätzt, dass bereits über 40 % der PVC-Fenster als Kunststoff-Aluminium-Fenster ausgeliefert werden.

Kunststofffenster ohne und mit Aluminium-Bekleidung.
Bild 3.6.14: Kunststofffenster ohne und mit Aluminium-Bekleidung.

Aluminiumfenster (vgl. Bild 3.6.15)

Damit Aluminiumfenster den heutigen Anforderungen an die Wärmedämmung genügen, werden die innere und die äussere Schale eines Profils durch einen Isolator thermisch getrennt. Damit Spitzenwerte erreicht werden, sind die Luftkammern zusätzlich mit Isolationsmaterialien ausgestattet. Es werden auch Teile des Profils verspiegelt zur Optimierung der Emissivität.

Der Einsatz von Aluminiumfenstern ist vorwiegend im Objektbau. Es können mit solchen Systemen grosse Fenster gebaut werden. Anmerkung: Fenster aus Stahl spielen im Wohnungsbau eher eine untergeordnete Rolle. Ihre Vorzüge kommen vor allem im Bereich Brandschutz und bei denkmalgeschützten Objekten zum Tragen.

3.6.1.4 Fensterkonstruktion

Öffnungsarten/Dimensionen

Die häufigsten Fenster- bzw. Öffnungsarten sind:

  • Dreh-Fenster.
  • Dreh-Kipp-Fenster.
  • Parallel-Schiebe- oder Parallel-Schiebe-Kipp-Fenster.
  • Festverglasung (von innen oder von aussen verglast).
  • Schiebe- oder Hebeschiebetüren.

Das Fenster, sein Beschlag und die Montage am Baukörper bilden zusammen ein System. Damit das Fenster seine Funktionen Öffnen und Schliessen über Jahre hinweg möglichst unterhaltsarm ausführen kann, müssen die Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Der Beschlaghersteller gibt für den Einbau und die Nutzung seiner Beschläge präzise Vorgaben. Diese können für Holz-, Holz-Aluminium- oder Kunststofffenster voneinander abweichen. Fensterbeschläge werden einem Dauertest unterzogen:

Beispiel Dreh-Kipp-Fenster (Nutzlast 130 kg):

  • 15’000 Dreh-Kipp-Zyklen.
  • 10’000 Dreh-Zyklen.
  • Belastung mit einer Zusatzlast von 80 kg (Ranking).

Das Ergebnis wird in einem Anwendungsdiagramm festgehalten und gibt dem Fensterbauer Auskunft, in welchen Dimensionen (Flügelbreite und -höhe) er das Fenster bauen darf.

Da heute oft grössere Fenster gebaut werden, als die Standardbeschlaghersteller entwickelt haben, müssen die Fensterbauer eigene Beschläge entwickeln und testen lassen; Bild 3.6.16 zeigt beispielhaft die in etwa zulässigen Maximalgewichte abhängig von der Öffnungsart.

Aluminiumfenster thermisch getrennt.
Bild 3.6.15: Aluminiumfenster thermisch getrennt.

Bild 3.6.16: Beispiele von maximal zulässigen Gewichten in Abhängigkeit der Öffnungsart. Das Flügelgewicht wird aufgrund der Aussenabmessungen und der Gesamtglasstärke berechnet. 1mm Glas entspricht 2,5kg/m2.

Dreh-, Kipp- und Dreh-Kippfenster

In der Schweiz hat ein Fenster im Durchschnitt zwei Flügel. Davon sind rund 25 % Dreh-Kipp- und 75 % Dreh-Fenster. Bezüglich des Gewichts der Flügel (3-fach-Isolierverglasung) und seinen Dimensionen stösst man heute regelmässig an Grenzen des technisch Machbaren. Besonders liegende Formate, d.h. Flügel, die breiter als höher sind, belasten die Beschläge ausserordentlich. Hier bietet sich die Möglichkeit, besonders tragfähige Beschläge (Mehrpreise) einzusetzen und/oder die Öffnungshäufigkeit einzuschränken (nur noch für Reinigungszwecke). Eine weitere Alternative bieten Parallel-Schiebe- oder Parallel-Schiebe-Kipp-Fenster.

Schiebe-/Hebeschiebetüren (vgl. Bilder 3.6.17/18)

Die Schiebe- bzw. Hebeschiebetüre ist das Trendprodukt der letzten Jahre schlechthin. Sie lässt grosse Glasflächen zu, kann weit geöffnet werden, der Durchgang ist schwellenlos ausführbar und die grossen Gewichte können von Hand oder per Motorisierung einfach bewegt werden. Die maximalen Flügelbreiten und Flügelhöhen liegen bei 3,335 m x 3,325 m.

Hebeschiebetüre absolut barrierefrei.
Bild 3.6.17:  Hebeschiebetüre absolut barrierefrei.

Hebeschiebetüre in Holz-Aluminium mit Flachdachanschluss. Einfamilienhaus, Hitzkirch.
Bild 3.6.18: Hebeschiebetüre in Holz-Aluminium mit Flachdachanschluss. Einfamilienhaus, Hitzkirch.

Rahmenlose Fenster (vgl. Bild 3.6.19)

Im sehr hochwertigen Wohnungs- und Villenbau und repräsentativen Objektbau kommen sehr filigrane «rahmenlose» Fenster zur Anwendung. Dank des lichtoptimierten Einbaus und den geringen Ansichtsbreiten kann ein Maximum an Transparenz erreicht werden. Da oft grosse verschiebbare Glasflächen und Bodenbündigkeit gewünscht werden, kommt meistens die Ausführung als Schiebefenster zur Anwendung. Ein grosses Augenmerk wird in diesem Bereich auf das Roll- und Dichtungssystem gelegt. Damit eine möglichst hohe Luftdichtheit erzielt wird, kommen auch luftunterstützte Dichtungssysteme zum Einsatz.

«Rahmenloses» Schiebefenster.
Bild 3.6.19:  «Rahmenloses» Schiebefenster.

Bauanschluss

Folgende Normen und Richtlinien sind relevant:

  • SIA 271 Abdichten von Hochbauten
  • SIA 274 Abdichtung von Fugen in Bauten
  • SIA 500 Hindernisfreie Bauten
  • Merkblatt Technische Kommission Flachdach

Die heutige Bauweise lotet die Grenzen aus, davon bleiben die Bauanschlüsse auch nicht verschont. In der Planung muss diesem Umstand grosses Augenmerk geschenkt werden. Folgende Punkte müssen dabei unbedingt beachtet werden:

  • Planer, Bauleitung und Handwerker stimmen sich rechtzeitig ab, um den vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden (Wärmebrücken beim Einbau, Luftdichtheit, Schlagregen- und Wasserdichtigkeit, Schall- bzw. Lärmschutz).
  • Hindernisfreies Bauen/Rollstuhlgängigkeit berücksichtigen (Zugänge zu Flachdach, Terrassen und Balkone), unter Berücksichtigung von Schwellenhöhen und allenfalls erforderlichen, direkt entwässerten Rinnen.
  • Abstände der Montagebefestigungen einhalten.
  • Abdichtung innen bzw. warmseitig dampfdichter ausführen (Dampfbremse/Luftdichtung) als die äusseren Abdichtungen (schlagregen- und winddicht), damit der Feuchteschutz (Wasserdampfdiffusion) gewährleistet ist.
  • Überprüfen der Anschlüsse hinsichtlich der Luftdichtheit, z.B. mittels Blower-Door-Messung.
  • Gemäss Merkblatt Technische Kommission Flachdach soll bei Anschlüssen an Fensterrahmen aus verrottbaren Materialien (z.B. Holzrahmen) die Abdichtung aus verarbeitungstechnischen Gründen (z.B. Vorbehandlung für Abdichtung aus Flüssigkunststoff) 25 mm über die Nutzschicht (Plattenbelag) hochgeführt werden. Wenn als Nutzschicht Holzroste mit mindestens 8 mm breiten Fugen und 5 % Fugenanteil eingesetzt werden, kann diese Überhöhung verkleinert werden. Die Entwässerung unter dem Holzrost muss jedoch optimal gewährleistet sein.In Bereichen, wo Flachdachschichten direkten Kontakt mit den Fensterrahmen haben, ist es empfehlenswert, unverrottbare Materialien, wie z.B. kunststoffgebundene oder kaschierte Holzwerkstoffe, Metalle oder Kunststoffe zu verwenden.

3.6.1.5 Fassade

Fassadensysteme

Folgende Normen sind relevant:

  • SIA 329 Vorhangfassaden
  • SN EN 13830 Vorhangfassaden – Produktnorm

Fassaden sind im Gegensatz zum Fenster stockwerkübergreifend und bilden so auch ohne opake Bauteile (Aussenwände) die Gebäudehülle. Gemäss Definition besteht die Vorhangfassade in der Regel aus vertikalen und horizontalen, miteinander verbundenen, im Baukörper verankerten und mit Ausfachungen ausgestatteten Bauteilen. Der Glasanteil ist oft dominierend. Zu diesem Gesamtsystem gehört auch der Sonnenschutz. Als Baustoffe kommen Aluminium, Stahl, Holz und Glas zur Anwendung.

Fensteranschluss rollstuhlgängig mit aktiver Entwässerung
Bild 3.6.20:  Fensteranschluss rollstuhlgängig mit aktiver Entwässerung (Querschnitt gemäss Norm SIA 271 mindestens 2’000 mm2).

Festverglasung
Bild 3.6.21:  Festverglasung (von aussen verglast) mit Holzrost.

Im Vergleich zur massiven Lochfenster-Fassade bieten leichte Fassadenkonstruktionen vor allem bessere Belichtungsmöglichkeiten und einen grösseren Sichtbezug von innen nach aussen und umgekehrt. Es wird unterschieden zwischen ein- und mehrschaligen Fassaden. Einschalige Fassaden sind Pfosten-Riegel- und Elementfassaden. Mehrschalige Fassaden werden meist als hinterlüftetete Doppelhautfassade ausgeführt.

Pfosten-Riegel-Fassade

Pfosten-Riegel-Fassaden sind geschosshohe, feingliedrige Sprossenkonstruktionen aus vertikalen Pfosten und horizontalen Riegeln. Das System kann auf der Baustelle, aus Einzelteilen, aufgebaut und anschliessend verglast werden. Effizienter ist der Aufbau mit im Werk vorgefertigten Elementen. Der grosse Vorteil liegt in den schlanken Ansichtsbreiten von z.B. nur 50 oder 60 mm, die ein filigranes Fassadenbild ermöglichen.

Pfosten-Riegel-Fassade in Holz-Aluminium. Kaufmännisches Berufsbildungszentrum, Zug.
Bild 3.6.22:  Pfosten-Riegel-Fassade in Holz-Aluminium. Kaufmännisches Berufsbildungszentrum, Zug.

Elementfassade

Elementfassaden bestehen aus werkseitig vorgefertigten, mindestens geschosshohen Einzelelementen, die auf die Baustelle geliefert werden. Ein Element kann mehrere Bestandteile wie Fenster, opake Brüstungen usw. enthalten. Der hohe Vorfertigungsgrad erlaubt einen schnellen Bauablauf und ist sehr gut geeignet für grossflächige, einheitlich gestaltete Fassaden. Elementfassaden kommen oft beim Bau von Hochhäusern zum Einsatz, teilweise kann sogar auf das Baugerüst verzichtet werden.

Doppelhautfassade

Elementfassade mit vorgehängter, fixer Beschattung. Im Obstgarten, Kronenberger AG, Emmen.
Bild 3.6.23:  Elementfassade mit vorgehängter, fixer Beschattung. Im Obstgarten, Kronenberger AG, Emmen.

Innenansicht der Elemente.
Bild 3.6.24:  Innenansicht der Elemente.

Bei der mehrschaligen oder Doppelhautfassade werden die verschiedenen Funktionen aufgeteilt. In der Regel schützt die äussere Fassade vor den Umwelteinwirkungen. Die innere Fassade schliesst den Innenraum ab und übernimmt die Wärmedämmung. Vorteilhaft sind die höhere Leistungsfähigkeit im Bereich Wärme- und Schallschutz und die Möglichkeit der freien Wahl der Beschattungsanlage, weil diese nicht den direkten Witterungsverhältnissen ausgesetzt ist.

Doppelhautfassade bestehend aus einer Schuppenverglasung
Bild 3.6.25: Doppelhautfassade bestehend aus einer Schuppenverglasung (aussen) und einer Pfosten-Riegel-Konstruktion (innen). Kaufmännisches Bildungszentrum, Zug.

Closed Cavity Fassade

Die Closed Cavity Fassade (CCF) ist eine Weiterentwicklung der Doppelhautfassade mit dem Ziel, die aufwendige Reinigung der Scheibenzwischenräume zu eliminieren. Führende Fassadenbauer haben deshalb ein System entwickelt, bei welchem der Zwischenraum der beiden Fassaden vollständig gekapselt und mit konditionierter, gereinigter Trockenluft durchspült wird.

3.6.1.6 Ausblick

Fenster und Fassaden haben in der Schweiz einen sehr hohen Entwicklungsstand und sind qualitativ ausgezeichnet. In der Zukunft kann noch ein Mehrnutzen durch die intelligente Verknüpfung der Systeme (Beschattung, Lüftung, Heizung usw.) erreicht werden. Das Komfortbedürfnis der Nutzer wird steigen. Motorisierte Fenster und gesteuerte Beschattungsanlagen werden an Bedeutung gewinnen.

Systemaufbau einer CCF mit visualisierter Innenansicht
Bild 3.6.26:  Systemaufbau einer CCF mit visualisierter Innenansicht (Etagenverteilleitung mit Fassadenzuluft, Raffstore ausserhalb der 3-fach-IV, Antrieb über Winkelgetriebe mit aussenliegendem Motor).

Durch die verdichtete Bauweise und dem Trend zu mehr Transparenz werden Funktionen der Fenster wie beispielsweise Brandschutz, Sichtschutz und Absturzsicherung an Wichtigkeit dazugewinnen. Man erhofft sich grosse Potenziale in der Weiterentwicklung in den Bereichen Vakuumglas, verdunkelbare, elektrochrome Gläser oder Liquid Crystal Windows (LCW).

3.6.2 Verglasung

Die Informationen und Abbildungen stützen sich mehrheitlich auf die Publikation «Glas und Praxis» von Glas Troesch, die weitergehende Informationen zu Isoliergläsern bietet.

3.6.2.1 Glasentwicklung ermöglicht thermisch effiziente Gebäude

Dank extremen Entwicklungsschritten bei den Gläsern (vgl. Bild 3.6.27) führen die Fenster, über die Heizperiode bilanziert, nicht mehr zu Energieverlusten, sondern zu Energiegewinnen. Das Fenster ist somit in energetischer Hinsicht den opaken Bauteilen überlegen. Den hohen wärmetechnisch/energetischen Ansprüchen und den Anforderungen an die Behaglichkeit kann in der Regel nur noch mit 3-fach-Isoliergläsern entsprochen werden (vgl. Bild 3.6.28).

3.6.2.2 Relevante Begriffe und Kennwerte von Isoliergläsern

Unter anderen sind bei Gläsern folgende Begriffe und Kennwerte von Bedeutung.

Floatglas

Floatglas ist die am häufigsten verwendete Glasart. Es können Gläser in den Dicken von 2 bis 19 mm, bis zu Tafgelgrössen von 3,21 m x 6,0 m hergestellt werden.

U-Wert Ug

Für Isoliergläser stellt der Ug-Wert (nach Prüfnorm SN EN 674) die wohl wichtigste Kenngrösse für den Wärmefluss über den ungestörten Bereich (ohne Einfluss des Glasrandbereichs) dar. Die angegebenen Werte basieren auf einem Füllgrad des Edelgases von 90 %, womit davon ausgegangen werden kann, dass dieser U-Wert im Mittel über die gesamte Nutzungszeit des Isolierglases erhalten bleibt.

Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert)

Als Gesamtenergiedurchlassgrad bezeichent man die Summe aus Strahlungstransmission und sekundärer Wärmeabgabe nach innen. Der g-Wert gibt an, wie viel der aussen auftreffenden Sonnenenergie letztendlich ins Rauminnere gelangt.

Seit 1950 hat sich das Wärmedämmvermögen der Gläser massiv verbessert.
Bild 3.6.27: Seit 1950 hat sich das Wärmedämmvermögen der Gläser massiv verbessert.

Bei dieser Wohnüberbauung können die Wärmeschutzanforderungen
Bild 3.6.28: Bei dieser Wohnüberbauung können die Wärmeschutzanforderungen (MuKEn) nur mit guten 3-fach-Isoliergläsern erreicht werden.

Bild 3.6.29: Kennwerte der heute für Isoliergläser mehrheitlich verwendeten Floatgläser oder extraweissen Floatgläser (mit Zusatzkosten, für hohe g-Werte).

Bild 3.6.30: Der U-Wert wird massgebend durch Wärmeschutzbeschichtungen mit geringer Emissivität (Kennwerte mit e = 1 %), den Einsatz von Edelgasen (Kennwerte mit 90 % Füllgrad) und den Abstand zwischen den Scheiben (SZR) beeinflusst.

Lichttransmissionsgrad LT

Der Lichttransmissionsgrad einer Verglasung bezeichnet den prozentualen Anteil der Sonnenstrahlung im Bereich des sichtbaren Lichts (380 bis 780 nm), der von aussen nach innen übertragen wird.

Selektivitätskennzahl

Als Selektivitätskennzahl bezeichnet man das Verhältnis zwischen Lichttransmissionsgrad LT und Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert). Die Selektivitätskennzahl ist insbesondere bei Sonnenschutzverglasungen von grosser Bedeutung. Eine hohe Selektivitätskennzahl (> 1,5) bedeutet guten Sonnenschutz bei maximal viel Tageslicht

Bewertetes Schalldämmmass Rw

Mass zur Kennzeichnung der Luftschalldämmung (Labormessung).

Bewertetes Bauschalldämmmass R’w

Luftschalldämmung unter Berücksichtigung von bauüblichen Nebenwegübertragungen (Baumessung).

Anforderungen an Isoliergläser und Massnahmen, mit denen die Qualität der Gläser beeinflusst wird.
Bild 3.6.31: Anforderungen an Isoliergläser und Massnahmen, mit denen die Qualität der Gläser beeinflusst wird.

Durch den Wechsel von Aluminium-Abstandhaltern zu Edelstahl- oder Kunststoff-Abstandhaltern konnten die Oberflächentemperaturen entlang der Fensterrahmen massiv erhöht und der Wärmebrückenverlust reduziert werden
Bild 3.6.32: Durch den Wechsel von Aluminium-Abstandhaltern zu Edelstahl- oder Kunststoff-Abstandhaltern konnten die Oberflächentemperaturen entlang der Fensterrahmen massiv erhöht und der Wärmebrückenverlust reduziert werden (Psi-Werte in Abhängigkeit von Abstandhaltertyp und Fensterrahmen [Quelle: ift Rosenheim]).

Spektrum-Anpassungswert C und Ctr

Korrekturwert für erhöhte Schallübertragung bei speziellen Frequenzen:

  • C für Lärm mit breitem Frequenzspektrum (Eisenbahn oder Industrielärm und Innenlärm)
  • Ctr (tr = trafic) ist der Anpassungswert für Strassen- und Fluglärm (Schalldämmeinbrüche bei tiefen Frequenzen).

3.6.2.3 Anforderungen an Isoliergläser und wie diese gewährleistet werden

Je nach Bauaufgabe werden unterschiedliche Anforderungen an die Gläser gestellt (vgl. Bild 3.6.31). Als Basis ist in der Regel immer ein möglichst kleiner Ug-Wert gefordert, was zu folgenden Optimierungsüberlegungen führt:

  • Wechsel von 2-fach- auf 3-fach-Isoliergläser.
  • Einsatz von Wärmeschutzbeschichtungen mit geringer Emissivität.
  • Abhängig vom Edelgas optimierter Glasabstand bzw. dem Scheibenabstand (SZR).
  • Möglichst kleiner Wärmebrückenverlust bei den Glasrändern, durch Abstandhalter aus Kunststoff (warme Kante, vgl. Bild 3.6.32).

Grundsätzlich weisen alle Bauten passivsolare Gewinne auf. Bei hohen Anforderungen an die Energieeffizienz wird der passivsolare Gewinn durch möglichst hohe g-Werte optimiert, dies z.B. durch den Einsatz von extraweissem Floatglas. Was während der Heizperiode erwünscht ist, kann aber im Sommerhalbjahr zu Überhitzungsproblemen führen. Zur Gewährleistung der Behaglichkeit im Sommer bieten die Gläser folgende Möglichkeiten:

  • Reduktion der passivsolaren Gewinne durch kleine g-Werte. Solche Sonnenschutzgläser weisen dann aber permanent einen kleineren Gewinn durch Sonneneinstrahlung auf.
  • Eine Alternative bieten variable Sonnenschutzvorrichtungen innerhalb der Isoliergläser (vgl. Bild 3.6.34).
  • In der Regel ist jedoch bei Bauten mit hohem Glasanteil immer ein aussen liegender, windfester Sonnenschutz erforderlich (vgl. Kapitel 2.3 «Wärmeschutz im Sommer»).
Der Komfort im Fensterbereich kann mit dem Wechsel von 2-fach- zu 3-fach-Isoliergläsern massiv erhöht werden. Ab einer Glashöhe von etwa 1,6 m kann den normativen Anforderungen
Bild 3.6.33: Der Komfort im Fensterbereich kann mit dem Wechsel von 2-fach- zu 3-fach-Isoliergläsern massiv erhöht werden. Ab einer Glashöhe von etwa 1,6 m kann den normativen Anforderungen (Kaltluftabfall) nur noch mit 3-fach-Isoliergläsern entsprochen werden.

Sonnenschutzgläser weisen jedoch zwangsläufig auch eine geringere Lichttransmission auf. Es gilt, einen guten Kompromiss zwischen der Vermeidung von Überhitzung im Sommer und einer hohen Lichttransmission (Selektivitätskennzahl) zu finden.

Wenn die Lärmbelastung hoch ist und/oder ein erhöhter Schallschutz gefordert wird (z.B. bei Eigentumswohnungen), bedingt dies meist den Einsatz von Schallschutzgläsern. Durch dickere Gläser, Verbundsicherheitsgläser mit Schalldämmfolien und grösseren Scheibenabständen wird das Schalldämmvermögen der Isoliergläser verbessert. Diesbezüglich gilt es aber zu beachten, dass damit in der Regel auch die Sonneneinstrahlung (g-Wert) reduziert wird.

Wärmeschutzgläser bieten auch eine gute Behaglichkeit

Je besser der Wärmeschutz (Ug-Wert) der Isoliergläser, desto höher ist bei tiefen Aussenlufttemperaturen die raumseitige Oberflächentemperatur und desto behaglicher wird der Aufenthalt im fensternahen Bereich (vgl. Bild 3.6.33). Damit unbehaglicher Kaltluftabfall vermieden werden kann, gilt: Je höher das Glas, desto höher muss die Oberflächentemperatur sein bzw. desto besser ist der Ug-Wert zu wählen. Bereits ab einer Glashöhe von etwa 1,6 m können 2-fach-Isoliergläser den geforderten Wärmeschutz nicht mehr bieten. 3-fach-Isoliergläser haben deshalb die 2-fach-Isoliergläser vom Markt fast schon verdrängt und es gibt kaum schlüssige Gründe, nicht generell 3-fach-Isoliergläser einzusetzen.

Überhitzungsschutz bei Fenstern

Je grösser die Glasfläche, bezogen auf die Fassadenfläche oder die Raumfläche, ist, desto grösser wird die Gefahr von Überhitzung im Sommerhalbjahr.

Einen optimalen Wärmeschutz bieten aussen angebrachte, variabel einsetzbare Sonnenschutzsysteme (vgl. Kapitel 3.6.3 «Sonnen-, Wetter- und Blendschutz»).

Je nach Anforderung an den zulässigen g-Wert genügen allenfalls auch in die Verglasung integrierte Sonnenschutzelemente (vgl. Bild 3.6.34).

Mit Sonnenschutzgläsern muss in der Regel ein (zu) grosser Kompromiss an den konstant tiefen g-Wert (Reduktion der passivsolaren Gewinne während der Heizperiode) und an die Lichttransmission (natürliche Beleuchtung) gemacht werden. In Zukunft bieten evtl. Gläser mit variabel einstellbarem g-Wert die Möglichkeit, ohne äusseren Sonnenschutz, energieeffizient zu bauen und Überhitzung zu vermeiden?

Neben Sonnenschutzgläsern, mit permanent tiefem g-Wert, kann mit in Isoliergläsern integrierten Lamellen oder Raffgeweben ein variabler Sonnenschutz, bis hin zu g-Werten um 10 %
Bild 3.6.34: Neben Sonnenschutzgläsern, mit permanent tiefem g-Wert, kann mit in Isoliergläsern integrierten Lamellen oder Raffgeweben ein variabler Sonnenschutz, bis hin zu g-Werten um 10 % (*Angaben ± 3 %), erreicht werden.

Schall- bzw. Lärmschutz

In erster Priorität gilt es, Lärmbelastungen zu vermeiden oder mindestens einzuschränken. Oft gelingt dies aber nur unzureichend, wodurch die Lärmbelastung das Wohlbefinden und die Gesundheit gefährden. Abhängig von der Aussenlärmbelastung (Beurteilungspegel Lr) stellt die Norm SIA 181 Anforderungen an den Schallschutz der Fassade. Zum erforderlichen, resultierenden Schallschutz tragen meist mehrere Bauteile ihren Anteil bei, so z.B. die Aussenwand, der Fensterrahmen, die Verglasung und auch die Anschlussrandbedingungen. Die Optimierung hinsichtlich Erreichung der normativen Anforderungen an den Schallschutz läuft in der Regel aber fast ausschliesslich über das Schalldämmvermögen des Fensters, wobei es neben dem eigentlichen Schalldämmmass (Rw bzw. R’w) auch die Spektrumsanpassungswerte (C bzw. Ctr) zu berücksichtigen gilt. Insbesondere bei der Ausschreibung (und somit Bestellung) der Gläser bzw. Fenster ist es empfehlenswert, immer den Kennwert R’w + C (z.B. Innenlärm) bzw. R’w + Ctr (z.B. Strassenlärm) zu definieren und vertraglich zu vereinbaren (vgl. Bild 3.6.35). Diese am Bau einzuhaltenden Werte können bei Bedarf messtechnisch ermittelt und so das Einhalten der Anforderung normkonform geprüft werden.

Für einen guten Schall- bzw. Lärmschutz ist nicht nur das Schalldämmmass Rw relevant. Insbesondere bei Strassenlärm gilt es, die Reduktion des Schallschutzes bei tiefen Frequenzen, beurteilt durch den Spektrumanpassungswert Ctr zu berücksichtigen.
Bild 3.6.35: Für einen guten Schall- bzw. Lärmschutz ist nicht nur das Schalldämmmass Rw relevant. Insbesondere bei Strassenlärm gilt es, die Reduktion des Schallschutzes bei tiefen Frequenzen, beurteilt durch den Spektrumanpassungswert Ctr zu berücksichtigen.

3.6.2.4 Vakuumisoliergläser

Gut wärmedämmende 3-fach-Isoliergläser weisen grosse Elementdicken auf und sie sind schwer. Der Wärmetransport über Strahlung wird durch Beschichtungen von kleiner Emissivität stark reduziert, es verbleibt jedoch die Wärmeleitung über das Füllgas. Eine signifikante Verbesserung der Dämmwirkung einer Verglasung kann durch Evakuieren des Scheibenzwischenraumes erreicht werden, wobei der Gasdruck Werte unter 10–3 mbar erreichen sollte. Da durch das Evakuieren der äussere Atmosphärendruck mit einer Belastung von 10 Tonnen pro m2 auf die Glasscheiben wirkt, müssen im Scheibenzwischenraum in regelmässigen Abständen kleine Stützen angebracht werden, um ein Zusammendrücken der Scheiben zu verhindern. Der prinzipielle Aufbau eines Vakuumisolierglases (VIG) ist in Bild 3.6.37 dargestellt.

VIG sind bereits kommerziell erhältlich, erreichen bisher jedoch lediglich Ug-Werte um 1,1 W/m2·K wegen produktionstechnisch einsetzbarer Beschichtungen von relativ hoher Emissivität (e etwa 0,2), was den Strahlungswärmetransport im Vergleich zu herkömmlichen 3-fach-Isoliergläsern stark erhöht. VIG mit Ug = 1,1 W/m2·K kommen somit allenfalls für den Ersatz von Fenstern mit Einscheibenverglasung infrage (z.B. Denkmalpflege-Objekte), können aber keine Alternative zu den 3-fach-Isoliergläsern sein.

Bild 3.6.36: Differenzierung der Schallschutz-Kennwerte bei Verglasungen/Fenstern mit Hinweis zur korrekten Kommunikation bei Ausschreibungen.

In Zukunft kann evtl. mit dünnen Vakuumisoliergläsern
Bild 3.6.37: In Zukunft kann evtl. mit dünnen Vakuumisoliergläsern (etwa 10 mm) ein ähnlicher Wärmeschutz erreicht werden, wie er heute nur mit schweren und dicken Glaselementen (etwa 36 mm) erreichbar ist.

Zukünftig sollte es möglich sein, VIG mit anderem Randverbund und Beschichtungen mit kleiner Emissivität herzustellen und so mit einem nur etwa 9 mm dicken Glaspaket Ug-Werte von 0,5 W/m2·K, bei hohen g-Werten (um 54 %) und guter Lichttransmission (um 73 %) zu erreichen. Solche Gläser könnten zukünftig eine interessante Alternative für die heute gebräuchlichen 3-fach-Isoliergläser werden.

Bild 3.6.38: Zusammenstellung der wichtigste Kennwerte von gebräuchlichen 2-fach- und 3-fach-Isoliergläsern und alternativen Verglasungen. Je nach zu erreichenden Anforderungen gilt es, entsprechende Kompromisse an andere Kriterien einzugehen: Ein Schallschutzglas weist z.B. wegen dickeren Gläsern zwangsläufig einen geringeren Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) auf.

3.6.2.5 Evaluation der optimalen Verglasung

Die beste Verglasung gibt es nicht, es gibt nur die für das Objekt optimalste Verglasung, wobei dies sogar von Fassade zu Fassade unterschiedlich sein kann. So bedingt z.B. die Lärmsituation den Einsatz von (unterschiedlichen) Schallschutzgläsern, mit different zu erreichenden g-Werten. Oder es werden unterschiedliche Anforderungen an den Sonnenschutz gestellt. Bild 3.6.38 gibt einen Überblick über die heute am Markt verfügbaren Isoliergläser und die in etwa zu erreichenden Glaskennwerte.

3.6.3 Sonnen-, Wetter- und Blendschutz

Wie vorgängig dargelegt, ist das Fenster ein sehr komplexes Bauteil, das vielfältigen Anforderungen genügen muss. Die gestellten Anforderungen können teilweise vom Fenster nicht alleine erfüllt werden, zusätzliche Bauelemente sind erforderlich, die z.B. gegen übermässige Sonneneinstrahlung und vor Witterungseinflüssen schützen. Durch solche Bauteile können Blendeffekte eliminiert werden, die natürliche Beleuchtung der Räume wird reguliert oder der Raum verdunkelt, und es werden je nach System Beiträge zum Wärmeschutz geleistet (vgl. Bild 3.6.51). Bei der Bauteil-Evaluation sind die Komponenten Fenster und Sonnenschutz zusammen, als System, zu betrachten.

3.6.3.1 Arten von Sonnenschutzvorrichtungen

Sonnenschutzvorrichtungen können folgendermassen unterteilt werden:

  • starre Sonnenschutzvorrichtungen
  • bewegliche Sonnenschutzvorrichtungen

Zu den starren Sonnenschutzvorrichtungen gehören Vordächer, Blenden und spezielle Sonnenschutzgläser. Das Vordach über einem nach Süden orientierten Fenster beschattet dieses im Sommer bei hochstehender Sonne, währenddem im Winter die tiefstehende Sonne unbehindert den Raum mitbeheizen hilft. Sonnenschutzgläser können keine Blendschutzfunktion erfüllen und sie reduzieren den Licht- und Wärmeanfall auch dann, wenn dies nicht erwünscht ist.

Bewegliche Sonnenschutzvorrichtungen wie Lamellenstoren, Rollladen und Fassaden-Markisen lassen sich dem jeweiligen Bedarf an Sonnen- und Lichteinfall anpassen.

Die gebräuchlichste und wirksamste Platzierung als Sonnenschutz ist auf der Fensteraussenseite. Neben dem Sonnenschutz bringen sie je nach System noch mehr oder weniger grosse Dämm- und Schutzleistungen (Wetter, Schall, Wärme und Einbruch).

Innenstoren sind betreffend Wärmeschutz nur wenig wirksam, weil sie sich aufheizen und die Wärme an den Raum abgeben. Sie dienen in erster Linie als Blendschutz und werden im Normalfall nur mit zusätzlichen Sonnenschutzmassnahmen, wie z.B. Sonnenschutzgläsern (Reflexionsgläser o.Ä.) oder äusserem Sonnenschutz verwendet.

Storen zwischen den Gläsern werden nur in Spezialfällen eingesetzt (vgl. Kapitel 3.6.2 «Verglasung»).

3.6.3.2 Aussen liegende Schutzvorrichtungen

Im Folgenden beschränken wir uns auf äussere Schutzvorrichtungen.

Raffstoren

Ganzmetallstoren, Metallverbund-Raffstoren, Verbund-raffstoren, Rafflamellen- und Flachlamellenstoren sind Systeme mit Lamellen, die seitlich mit Schienen oder Seilen geführt vertikal absenkbar und drehbar sind. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Lamellenform sowie ihre Aufzugs- und Wendemechanik (vgl. Bild 3.6.39). Neben Sonnen- und Wetterschutz lassen sich damit Lichteinfall und Luftzirkulation optimal regulieren.

Bild 3.6.39: Raffstorenarten-Systeme.

Anwendungssituationen von Raffstoren.
Bild 3.6.40: Anwendungssituationen von Raffstoren.

Der Einbau erfolgt typisch in äusseren, etwa 13 cm tiefen Sturznischen, deren Höhe von der lichten Fensterhöhe abhängt (vgl. Bild 3.6.40). Alternativ ist auch ein Einbau mit Blende oder vor der Fassade möglich. Ausser einzelnen Durchführungen für die Kurbel oder den Motoranschluss sind bei diesem Konzept keinerlei raumseitige Montage- und Serviceöffnungen erforderlich, was das konstruktive Ausbilden einer luftdichten, wärme- und schalltechnisch optimierten Gebäudehülle erleichtert.

Optimal ist bei schienengeführten Systemen die selbsttragende Ausführung ohne Befestigung in der Sturznische. Die Befestigung der Sonnenschutzvorrichtung erfolgt dabei über die Führungsschienen. Diese Montage ist einfach und verhindert Wärmebrücken im Bereich der Sturznischen, z.B. infolge Durchdringung der Wärmedämmung. Sie ist deshalb einer Montage mit Tragbügeln auf die obere Fensterrahmen-Verbreiterung oder in die hintere Sturzblende vorzuziehen.

Rollladen

Es werden Rollläden mit Stäben aus Leichtmetall, Kunststoff und Holz angeboten, die sich, seitlich geführt, vertikal absenken lassen. Sonnenschutz, Lichteinfall und Luftzirkulation lassen sich bei Rollladen nicht derart fein regulieren, wie dies bei Storen der Fall ist. Dafür ist eine sehr gute Abdunkelung und je nach Ausführung auch eine Einbruchhemmung möglich.

Ausführungsart Rollladen.
Bild 3.6.41: Ausführungsart Rollladen.

Bei herkömmlichen Einbausystemen sind meist über den Fenstern angeordnete Rollladenkästen erforderlich, mit Abmessungen von etwa 18 x 18 cm bis 26 x 26 cm (je nach Öffnungshöhe) und teilweise inneren Montage- und Serviceöffnungen (vgl. Bild 3.6.42). Solche Systeme bringen erhebliche baukonstruktive Probleme mit sich, so z.B. erhöhte Transmissions- und Lüftungswärmeverluste über die mehrheitlich ungenügenden Montageöffnungen (Wärmedämmvermögen, Luftdichtigkeit) und eine Reduktion des Schalldämmvermögens.

Beim Einsatz von Rollläden im Neubau und bei Fassadensanierungen ist darauf zu achten, dass die Montage vor der Fensterrahmenverbreiterung möglich ist. Dadurch entfallen die oben genannten Nachteile einer raumseitigen Montage- und Service-Öffnung.

Auch bei Rollläden ist die selbsttragende Montage über die Führungsschienen der Montage in der Sturznische vorzuziehen.

Eine spezielle Ausführung ist der Faltrollladen, dessen Stäbe nicht aufgerollt, sondern gestapelt werden. Der Einbau von Faltrollladen erfolgt wie bei den Storen in äusseren, etwa 13 cm tiefen Sturznischen – optimale Voraussetzungen auch hier für die konstruktive Ausbildung der Gebäudehülle.

Anwendungssituationen von Rollladen.
Bild 3.6.42: Anwendungssituationen von Rollladen.

Fassaden-Markisen

Es werden Senkrechtmarkisen, Ausstellmarkisen, Fall-armmarkisen und Gegenzugmarkisen angeboten. Sie können wie Raffstoren vor dem Fenster eingebaut werden, aber auch ganze Fassadenflächen beschatten. Vor allem die «Glasarchitektur» – mit dem Wintergarten als gebräuchlichstem Element – erfordert Markisen, die nicht nur vertikal, sondern auch schräg und horizontal einsetzbar sind.

Das Markisentuch wird am horizontalen Fallrohr befestigt, welches beidseitig über Schienen oder Seile/Stäbe geführt wird. Bei einer Neigung von mindestens 30° von der Horizontalen fährt die Anlage mittels Schwerkraft nach unten. Bei einem niedrigeren Fallwinkel wird eine Gegenzugvorrichtung eingebaut.

Ausstell- und Fallarmmarkisen bieten eine attraktive textile Optik bei gutem Sonnenschutz und indirektem Tageslicht. Die Sicht nach aussen bleibt auch bei direkter Sonnenbestrahlung weiterhin gut möglich. Je nach Ausführung können die Markisen auch ganz geschlossen werden. Nachteilig ist die geringe Windstabilität (vgl. Bild 3.6.50).

Anwendungssituationen von Faltrollladen.
Bild 3.6.43: Anwendungssituationen von Faltrollladen.

Wintergarten-Markise.
Bild 3.6.44: Wintergarten-Markise.

Senkrechtmarkisen leben von der Vielfalt der verfügbaren Stoffe bezüglich Sonnenschutz, Blendschutz, Tageslichteinfall, Durchsicht und Aussehen. Bei den Führungen wird zwischen herkömmlichen Systemen mit Seil- und Schienenführung und Zip-Systemen unterschieden. Nachteilig bei Seil- und Schienenführungen ist die geringe Windstabilität. Bei Zip-Systemen führt der am Stoff angeschweisste Reissverschluss den Stoff in der gesamten Höhe in den Führungen. Dieses System ermöglicht grosse Flächen und hält hohen Windstärken stand (vgl. Bilder 3.6.46 und 3.6.50).

Varianten von Fassaden-Markisen.
Bild 3.6.45: Varianten von Fassaden-Markisen.

Zip-System.
Bild 3.6.46: Zip-System.

Fensterläden

Die Familie der Fensterläden umfasst neben den herkömmlichen Klappläden auch moderne Schiebeläden und Faltläden (vgl. Bild 3.6.47). Die Produkte sind im nicht gebrauchten Zustand seitlich neben dem Fenster platziert. Sie werden bei Bedarf vor das Fenster geklappt oder geschoben. Die Läden bestehen aus einem oder mehreren Elementen mit Rahmen und Füllung. Die Art der Füllungen ist sehr vielfältig: Neben Elementen mit fixen oder beweglichen Lamellen gibt es auch Elemente mit Stoffbespannung oder massiven Füllungen aus Streckmetall oder perforiertem Blech. Je nach Füllung ist auch die Wirkung als Sonnenschutz völlig unterschiedlich.

Unterschiedliche Systeme für Fensterläden.
Bild 3.6.47: Unterschiedliche Systeme für Fensterläden.

3.6.3.3 Steuerungen

Für einen wirksamen Sonnschutz ist nicht nur das richtige Produkt, sondern auch eine geeignete Steuerung mit einer Sonnenschutzautomatik notwendig. Diese überwacht mit einem Sensor die Sonnenstrahlung und fährt die Sonnenschutzvorrichtung bei Bedarf automatisch aus. Die Steuerung sorgt mit einer Windüberwachung auch dafür, dass bei Erreichen der max. erlaubten Windgeschwindigkeit die Sonnenschutzvorrichtung automatisch einfährt. Je nach Modell gibt es ergänzende Funktionen wie Zeitschaltuhr, Dämmerungsautomatik etc. Für grosse Anlagen können die Sonnenschutzvorrichtungen in Zonen aufgeteilt und gesteuert werden.

Angeboten werden heute Steuerungen mit Funk-, Draht- oder Busverbindung (vgl. Bild 3.6.48). Funksteuerungen eignen sich für Anlagen im Wohnbereich. Steuerungen mit Busverbindung sind für grössere Nichtwohnbauten optimal.

3.6.3.4 Normen und Richtlinien

Sonnenschutzsysteme sowie deren Anwendung unterliegen vielfältigen Anforderungen. Zentral sind die beiden Produktnormen SN EN 13561 für Abschlüsse und SN EN 13659 für Markisen, welche zu praktisch allen technischen Eigenschaften der Sonnenschutzprodukte Anforderungen und Prüfverfahren festlegen. Diese europäischen Normen wurden von der Schweiz ins SIA-Normenwerk übernommen.

Neben absoluten Anforderungen zur Sicherheit und zur Lebensdauer der Produkte fordern die Normen auch Angaben zu den Leistungen der Produkte bezüglich Gesamtenergiedurchlassgrad, Windstabilität und Wärmedurchlasswiderstand.

In der Schweiz wurden bei der Überarbeitung der SIA 342 «Sonnen- und Wetterschutzanlagen» die europäischen Normen berücksichtigt. Sie legt die typischen Werte bezüglich Windstabilität und Gesamtenergiedurchlassgrad für alle Produktarten fest. Zudem werden für die in der Schweiz festgelegten Windlastzonen, Geländekategorien und Gebäudehöhen Mindest-Windklassen empfohlen, welche die Verfügbarkeit des Sonnenschutzes auch bei Wind noch gewährleisten.

Die kundenseitigen Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz sind in der Norm SIA 180 «Wärmeschutz, Feuchteschutz und Raumklima in Gebäuden» festgelegt. Diese verweist bezüglich der Windstabilität des Sonnenschutzes auf die erwähnten Empfehlungen in der SIA 342.

Bezüglich Schallschutz (SIA 181) und Brandverhalten (VKF Richtlinie) von Sonnenschutzanlagen sind nach wie vor die Schweizer Normen und Richtlinien anzuwenden.

Steuerungssysteme.
Bild 3.6.48: Steuerungssysteme.

3.6.3.5 Leistungsmerkmale der Sonnenschutzvorrichtungen

In den Bildern 3.6.49 bis 3.6.51 sind die wichtigsten Leistungsmerkmale der Sonnenschutzvorrichtungen aufgeführt.

Bild 3.6.49: Gesamtenergiedurchlassgrad (gtot) und Leistungsklasse verschiedener Gläser und Sonnenschutzprodukte in Kombination mit einem Standard-Wärmeschutzglas Typ C gemäss Norm SIA 342 Anhang A.

Bild 3.6.50: Maximale Windgeschwindigkeit (km/h) und Windwiderstandsklasse (WK) verschiedener Produkte gemäss Norm SIA 342 Anhang B.

Bild 3.6.51: Zusätzlicher Wärmedurchlasswiderstand (DR) verschiedener Produkte, geschlossen, inkl. Luftzwischenraum («ruhende Luft»), gemäss Norm SN EN 13659:2014.

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2018-09-24T13:30:24+00:00
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