Wie lässt sich die Wärmeleistung von Vorhangfassaden verbessern?

Der größte Teil der Wärme, die aus einer Vorhangfassade entweicht, dringt nicht durch das Glas.

Es dringt durch das Aluminium. Metall leitet Wärme etwa tausendmal besser als das Gas in einer versiegelten Einheit. Daher kann ein Rahmen ohne ausreichende Wärmedämmung eine teure Dreifachverglasung unbemerkt zerstören, bis jemand die Oberflächentemperatur misst oder im Januar Kondenswasser an einem Pfosten herunterlaufen sieht.

Das ist das mit Abstand Wichtigste, was man vor der Festlegung von Spezifikationen verstehen sollte. Glas steht im Fokus, weil es den größten Teil der sichtbaren Fläche ausmacht. Die Leistungsfähigkeit geht üblicherweise am Rahmen, am Abstandhalter und an der Plattenkante verloren.

Dieser Artikel beschreibt den gesamten Montagevorgang in der für die Montage relevanten Reihenfolge. PRANCE stellt her. Glasfassadensysteme mit thermisch getrennten Aluminiumprofilen.

Welchen U-Wert misst eine Vorhangfassade eigentlich?

Der Wärmedurchgangskoeffizient wird in Nordamerika als U-Wert in W/m²K bzw. als U-Faktor in Btu/h·ft²·°F angegeben. Je niedriger der Wert, desto besser.

Entscheidend ist der Wert der Baugruppe, nicht der Wert des Glases, und die beiden Werte unterscheiden sich erheblich.

• U-Wert in der Mitte der Glasscheibe: die reine Verglasung, ohne Berücksichtigung von Rändern und Rahmen.

• U-Wert am Glasrand: der 63 mm breite Streifen um den Umfang, in dem der Abstandhalter leitet

• U-Wert des Rahmens: die Pfosten- und Riegelprofile

• Gesamt-U-Wert der Baugruppe, Ucw: alle drei Werte flächengewichtet, was in den Normen überprüft wird.

Eine Doppelverglasung mit einer Soft-Coat-Low-E-Beschichtung und Argonfüllung kann einen U-Wert von etwa 1,1 W/m²K in der Glasmitte erreichen. In einem geschlossenen Aluminiumrahmen kann die Konstruktion einen Wert von über 3,0 W/m²K erzielen, was in etwa der Leistung einer Einfachverglasung über einen großen Teil der Fassade entspricht.

In Europa ist EN 13830 die Produktnorm für Vorhangfassaden, und EN ISO 12631 regelt die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten. In Nordamerika legt NFRC 100 das Bewertungsverfahren fest, und ASHRAE 90.1 definiert Grenzwerte für die verschiedenen Klimazonen.

Thermische Trennung von Vorhangfassaden – Design

Eine thermische Trennung ist ein isolierender Steg, der das äußere Aluminium vom inneren Aluminium trennt und so den Wärmeleitungsweg durch das Profil unterbricht.

Material und Tiefe

Polyamid 6.6, verstärkt mit ca. 25 % Glasfasern, ist der Standardwerkstoff in kommerziellen Systemen. Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei etwa 0,3 W/mK, im Vergleich zu ca. 160 W/mK bei Aluminium – und genau das ist der entscheidende Punkt.

Die Tiefe hat den größten Einfluss auf die Leistung des Breaks, mehr als alles andere:

• 14 bis 18 mm: einfache thermisch getrennte Systeme, gemäßigte Klimazonen

• 20 bis 28 mm: Standardleistung für den gewerblichen Bereich

• 30 bis 40 mm und mehr: Hochleistungs- und Passivhaus-orientierte Systeme

• Mehrkammer-Bremsen mit isolierenden Schaumstoffeinlagen: das Nonplusultra

Eine Verdopplung der Bruchtiefe verdoppelt nicht die Leistung, aber bei einer Fassade jeder Größe macht sich der Unterschied zwischen einem 18 mm und einem 34 mm Bruch sowohl im U-Wert der Konstruktion als auch in der Innenoberflächentemperatur bemerkbar.

Warum ist die Innenoberflächentemperatur wichtig?

Der U-Wert ist eine Kennzahl für die Energieeffizienz. Kondensation ist ein Problem der Oberflächentemperatur, und es handelt sich nicht um dasselbe.

Der Kondensationswiderstandsfaktor (gemessen nach AAMA 1503) und der in der europäischen Praxis verwendete Temperaturfaktor fRsi beschreiben beide, wie stark die wärmste Innenfläche an einem kalten Tag abkühlt. Sobald die Temperatur dieser Fläche unter den Taupunkt im Innenraum sinkt, bildet sich Kondenswasser, unabhängig davon, wie gut der U-Wert auf dem Papier erscheint.

Die Innenflächen über dem Taupunkt halten ist die entscheidende Anforderung in heizungsdominierten Klimazonen und führt häufig zu einer stärkeren thermischen Trennung, als es die reine Energieberechnung bewirken würde.

Verglasungsaufbau

Glas macht immer noch etwa 70 bis 80 % der Fläche einer typischen Vorhangfassade aus und trägt daher eine erhebliche Last, obwohl sich die meisten Schäden auf den Rahmen konzentrieren.

Vier Variablen, grob nach ihrer Auswirkung pro Kosteneinheit geordnet:

• Low-E-Beschichtung: Eine weiche, gesputterte Beschichtung reduziert den Wärmeverlust durch Strahlung erheblich und stellt die wirksamste Einzelverbesserung dar.

• Hohlraumgas: Eine Argonfüllung mit 90 % Konzentration verbessert die Leistung im Zentrum des Glases im Vergleich zu Luft bei vernachlässigbaren Kosten.

• Kavitätsbreite: Für Argon liegt das praktische Optimum bei etwa 12 bis 16 mm, wobei breitere Kavitäten nur geringfügige Vorteile und schmalere messbare Nachteile mit sich bringen.

• Anzahl der Scheiben: Dreifachverglasung verbessert den U-Wert erheblich, erhöht aber Gewicht, Kosten und Rahmentiefe.

Die Position der Beschichtung ist ebenso wichtig wie die Art der Beschichtung. Die Nummerierung der Oberflächen verläuft von außen nach innen, sodass bei einer Doppelverglasung Oberfläche 1 die Außenseite der äußeren Scheibe und Oberfläche 4 die Innenseite der inneren Scheibe ist.

In Klimazonen mit überwiegender Kühlung befindet sich die Beschichtung üblicherweise auf Oberfläche 2 und fängt Sonnenenergie ab, bevor diese in den Hohlraum eindringt. In Klimazonen mit überwiegender Heizung ist Oberfläche 3 üblich, die die Wärme im Inneren hält. Wie beschichtetes Glas den solaren Wärmegewinn reguliert behandelt diese Auswahl im Detail.

Warme-Kanten-Abstandshalter

Die am meisten übersehene Komponente in der Baugruppe und gleichzeitig eine der günstigsten, die man aufrüsten kann.

Ein herkömmlicher Aluminium-Abstandhalter verläuft umlaufend um jede Glaseinheit und leitet die Wärme direkt zwischen die Scheiben – genau an der Stelle, an der der Rahmen ohnehin schon geschwächt ist. Bei einer Fassade mit vielen kleinen Einheiten nimmt dieser Randstreifen einen erheblichen Teil der Gesamtfläche ein.

Warme Randabstandhalter aus Edelstahl, Thermoplasten oder Verbundwerkstoffen reduzieren die Wärmeleitung erheblich. Die Verbesserung des Gesamt-U-Werts ist bei großen Einheiten gering, bei kleinen jedoch beträchtlich. Der Einfluss auf die Temperatur der inneren Randfläche ist dabei größer als der Einfluss auf den Nennwert.

Zur Vermeidung von Kondensation bringt die Aufrüstung mit Abstandhaltern häufig einen höheren Nutzen als die gleichwertigen Ausgaben für die Verglasung.

Thermische Brückenbildung an der Fassadenaußenseite

Eine perfekt spezifizierte Vorhangfassade kann dennoch schlecht funktionieren, wenn die Anschlüsse fehlerhaft sind, und Anschlüsse liegen häufiger außerhalb des Leistungsumfangs des Systemlieferanten, als irgendjemand plant.

Drei wiederkehrende Brücken:

Die Plattenkante. Dort, wo die Bodenplatte auf die Vorhangfassade trifft, verläuft der Beton nahe an der Außenwand entlang. Ohne durchgehende Wärmedämmung wirkt die Platte wie eine Rippe, die die Wärme über ihre gesamte Länge nach außen leitet.

Verankerungen und Halterungen. Stahlanker, die die Pfosten an der Tragkonstruktion befestigen, durchdringen die Dämmschicht. Wärmegedämmte Halterungen oder thermische Trennplatten beheben dieses Problem.

Brüstungszonen. Die undurchsichtigen Paneelbereiche zwischen den Geschossen weisen häufig eine an den Rändern unterbrochene Dämmung oder nicht abgedichtete Rückwände auf, wodurch Luft hinter die Dämmung zirkulieren und deren Wirkung zunichtemachen kann.

Diese Anschlüsse gehören frühzeitig in eine abgestimmte Detailzeichnung. Sie nach der Fassadenplanung zu lösen, bedeutet in der Regel Kompromisse statt Korrektur.

Zwickel und undurchsichtige Zone

Die Bereiche um die Brüstungsbrüstungen können eine weitaus höhere Wärmedämmung aufnehmen als die Sichtflächen, und diese Chance wird oft vertan.

Ein typischer Brüstungsaufbau besteht aus Brüstungsglas oder einer Metallplatte außen, einem Luftspalt, Mineralwolle-Dämmung, einer Rückwand und dem Innenausbau. Bei fachgerechter Ausführung erreicht er U-Werte, die deutlich unter denen der Sichtverglasung liegen. Bei mangelhafter Ausführung, beispielsweise mit Lücken in der Dämmung oder einer nicht abgedichteten Rückwand, entspricht er nahezu den Werten der Verglasung, die er eigentlich verbessern sollte.

Bei großen undurchsichtigen Flächen ist die Verbesserung der Brüstungsdämmung pro Verbesserungseinheit in der Regel günstiger als der Austausch der Verglasung. Da sie zudem unsichtbar ist, wird sie aus Kostengründen oft vermieden.

Zielwerte nach Klima

Die angegebenen Bereiche dienen lediglich der Orientierung. Die tatsächlichen Anforderungen ergeben sich aus den geltenden Energiegesetzen, die je nach Zuständigkeitsbereich und Gebäudetyp variieren.

In Regionen, in denen die Kühlung dominiert, ist der U-Wert selten die maßgebliche Größe. Der solare Wärmegewinnkoeffizient ist … Spezifizierung gegen extreme Sonneneinstrahlung folgt einer anderen Logik als Arbeiten in kalten Klimazonen.

Luftdichtheit ist Teil der Wärmeleistung

Die durch Luftleckagen transportierte Wärme wird bei der Berechnung des U-Wertes nicht berücksichtigt und kann bei einer schlecht abgedichteten Fassade die Wärmeverluste durch Wärmeleitung übersteigen.

Die Luftdurchlässigkeit von Vorhangfassaden wird in Nordamerika nach ASTM E283 und in Europa nach EN 12152 geprüft. Die Qualität der Dichtungen, die Eckabdichtungen und die Unversehrtheit des druckausgeglichenen Hinterlüftungsspalts tragen alle dazu bei, und die Ausführung ist ebenso wichtig wie die Spezifikation.

Die Luftdichtheit beeinflusst auch die Kondensation. Warme Innenraumluft dringt in einen kalten Hohlraum ein und führt zu Feuchtigkeit im Inneren der Konstruktion, die erst sichtbar wird, wenn Flecken oder Korrosion entstehen.

Wo wird das Budget am weitesten genutzt?

Die Rangfolge basiert grob auf der Verbesserung pro investierter Einheit bei einer typischen Gewerbefassade.

Low-E-Beschichtung mit weicher Beschichtung auf der richtigen Oberfläche. Höchste Rendite aller Verglasungsentscheidungen.

Argonfüllung. Minimale Kosten, messbarer Nutzen.

Warme-Kanten-Abstandhalter. Geringe Kosten, spürbare Wirkung auf die Kantentemperatur und Kondensation.

Tiefergehende Wärmedämmung. Moderate Kosten, signifikante Auswirkung sowohl auf den U-Wert als auch auf die Oberflächentemperatur.

Kontinuierliche Dämmung der Brüstungsflächen. Kostengünstig pro Verbesserungseinheit bei großen undurchsichtigen Bereichen.

Dreifachverglasung. Große Verbesserung, hohe Kosten und Folgeeffekte auf Rahmentiefe, Gewicht und Handhabung.

Welche Auswirkungen thermische Verbesserungen auf das Budget haben beschreibt, wie sich diese Entscheidungen auf die Fassadenrate auswirken.

Häufig gestellte Fragen

1. Ist für die Wärmedämmung einer Vorhangfassade der Rahmen oder das Glas wichtiger?

Beides trifft zu, doch der Rahmen ist meist der Bereich, in dem die Wärmedämmung verloren geht. Aluminium leitet Wärme deutlich besser als das Gas in einer Isolierglaseinheit. Daher kann eine hochwertige Verglasung in einem Rahmen ohne ausreichende thermische Trennung über einen großen Teil der Fassade einen U-Wert aufweisen, der dem einer Einfachverglasung sehr nahe kommt.

2. Wie tief sollte die thermische Trennung einer Vorhangfassade sein?

Üblicherweise beträgt die Wandstärke 20 bis 28 mm für Standard-Gewerbeanlagen, bei Hochleistungsanlagen 30 bis 40 mm und mehr. Einfache Systeme mit 14 bis 18 mm Wandstärke eignen sich für gemäßigte Klimazonen. In kalten Klimazonen ist die Wandstärke in der Regel eher durch die Kondensationskontrolle als durch die Energieberechnung bedingt.

3. Lohnt sich der Einsatz von Dreifachverglasung bei einer Vorhangfassade?

Manchmal, vor allem in kalten Klimazonen. Es verbessert den U-Wert deutlich, erhöht aber Gewicht, Kosten und Rahmentiefe, und die Folgeeffekte auf Handhabung und Konstruktion sind spürbar. In Regionen mit hohem Kühlbedarf ist das Geld in Sonnenschutzbeschichtungen meist besser investiert als in eine dritte Verglasung.

4. Was verursacht Kondensation an einer Vorhangfassade?

Eine Innenfläche, deren Temperatur unter den Taupunkt sinkt, stellt eher ein Problem der Oberflächentemperatur als des Energieverbrauchs dar. Übliche Ursachen sind Aluminium-Abstandhalter, flache Wärmebrücken und Wärmebrücken an Plattenrändern und Verankerungen. Warme Randabstandhalter bieten hierfür eine kostengünstige Lösung.

5. Beeinträchtigt Luftleckage die Wärmeleistung?

Ja, und sie wird bei der Berechnung des U-Werts vollständig außer Acht gelassen. Die durch austretende Luft transportierte Wärme kann die Wärmeverluste durch Wärmeleitung an einer schlecht abgedichteten Fassade übersteigen, und warme Innenluft, die in kalte Hohlräume eindringt, führt außerdem zu Feuchtigkeit im Inneren der Konstruktion, wo die Schäden verborgen bleiben.

Verbesserung der gesamten Versammlung

Behandeln Sie die Vorhangfassade als ein einheitliches Wärmedämmsystem und nicht als eine einzelne Verglasung mit Rahmen. Die Tiefe der Wärmebrücke ist an das Klima und das Kondensationsrisiko anzupassen. Die Low-E-Beschichtung ist an der für das Klima erforderlichen Stelle aufzubringen. Der Abstandhalter ist zu verstärken. Plattenkante, Verankerungen und Brüstungsdämmung sind in einem abgestimmten Detail zu berücksichtigen.

Wenn man diese Schritte befolgt, wird die Festlegung der Verglasungsspezifikation zur letzten und nicht zur ersten Entscheidung.

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