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Druckentspanntes Isolierglas

Fenster und Fassade
Druckentspanntes Isolierglas

Klimalasten führen zu Verformungen von Isolierglas und können den innenliegenden Sonnenschutz einklemmen. Um dies zu vermeiden, müsste der Scheibenzwischenraum an den äußeren Luftdruck »angekoppelt« werden. Das IFT Rosenheim hat mögliche Lösungswege untersucht.

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg, Dr. Asngar Rose, IFT Rosenheim

Um die Anforderungen der EnEV zu erfüllen, ist in der Regel ein leistungsfähiger Sonnenschutz notwendig. Das gilt besonders für große Glasflächen, die mit Holz-Glas-Konstruktionen gut realisiert werden können. Die Integration von Verschattung oder Lichtlenkung in den Scheibenzwischenraum (SZR) ermöglicht eine wirksame Verschattung bei gleichzeitigem Schutz vor Verschmutzung und Bewitterung. Bislang wurde dies mit konventionellem Isolierglas realisiert, das aber per Definition hermetisch abgeschlossen ist. Dieses Isolierglas ist durch auftretende Klimalasten hinsichtlich der Größe des Scheibenzwischenraums begrenzt.

Größere Scheibenzwischenräume, die für Einbauten wünschenswert wären, führen zu erhöhten Belastungen des Randverbundes und der Glasscheiben und damit möglicherweise zu Undichtigkeit und Glasbruch. Um dies auszuschließen, müssten große Scheibenzwischenräume (SZR) an den äußeren Luftdruck »angekoppelt« werden, um die Klimalasten auszuschalten. Eine solche Konstruktion wird auch als druckentspanntes Isolierglas bezeichnet. Sie bietet folgende Vorteile:

 leichtere Integration von Bauteilen jeglicher Art in den Scheibenzwischenraum

 Isolierglas mit mehr als drei Scheiben und damit besserem Ug-Wert

 größere Bautiefe mit verringerten Wärmebrücken

 Verbesserung der Luftschalldämmung

 Verringerung des Glasbruchrisikos und Verlängerung der Lebensdauer

Das IFT Rosenheim hat deshalb alternative Konstruktionsprinzipien für Isoliergläser und Glasfassaden in einem Forschungsprojekt untersucht. Hierzu wurde der SZR der Mustergläser zum Außenklima geöffnet, um die Klimalasten zu neutralisieren und gleichzeitig das Eindringen von Luftfeuchte und Schmutz zu vermeiden. Die Wirkweise des untersuchten Druckausgleichsverfahren mit Kapillarrohr wurde sowohl in Labor- als auch in Freilandversuchen nachgewiesen. Je nach Format, Aufbau, Klimabelastung und angestrebtem Grad der Druckentspannung konnte eine Nutzungsdauer von über zwanzig Jahren erreicht werden.

Eine deutlich höhere Lebensdauer wäre entsprechend theoretischer Berechnungen mit Ventilen erreichbar. Leider sind solche Ventile aktuell nicht erhältlich, sondern müssen erst entwickelt werden. Auf der Fensterbau/Frontale 2018 in Nürnberg wurden erste Produkte präsentiert, die für Fensterwände und Fassaden einsetzbar sind.

Funktionsweise und Dauerhaftigkeit

Eine einfache Öffnung im Randverbund würde zwar einen Druckausgleich ermöglichen, aber zu große Volumenströme verursachen, damit sehr viel Feuchtigkeit in den SZR eintragen und die Dauerhaftigkeit des Isolierglases stark reduzieren. Deshalb ist es notwendig, eine Balance zwischen Druckausgleich und Feuchteaufnahme zu finden und die Druckentspannung muss begrenzt und geregelt sein. Die Feuchteaufnahme wird größer sein als beim hermetisch dichten Isolierglas und muss so gering bleiben, dass die Trockenmittelmenge für die übliche Nutzungsdauer von 25 bis 30 Jahren ausreicht. Diese Begrenzung des Luftaustausches zwischen SZR und Atmosphäre kann z.B über Kapillare oder ein Ventil erzielt werden.

Prinzipien des Druckausgleichs

Eine kapillare Druckentspannung basiert auf dem Prinzip des Strömungswiderstands und verzögert den Austausch der Luft. Der Volumenstrom ist proportional zur Druckdifferenz zwischen dem SZR und der Atmosphäre und kann mit einer vom IFT Rosenheim entwickelten Methodik berechnet werden. Technische Kapillare sind in vielen Varianten (Innendurchmesser, Länge, Metall, Kunststoff) im Laborhandel verfügbar. Sie sind meist leicht formbar, und ihr Strömungswiderstand lässt sich durch Ablängen einstellen.

Bei der Druckentspannung über Ventile wären diese im neutralen Zustand mit planparallelen Scheiben geschlossen. Steigt die Temperatur im SZR oder ändert sich der äußere Luftdruck (Wetter oder Änderung der Höhenlage), würde das Auslassventil geöffnet und Luft ausgeblasen. Bei Abkühlung schlösse sich das Auslassventil, die Luft im SZR zieht sich zusammen; es entsteht ein Unterdruck, der das Einlassventil öffnet. Der SZR wäre verschlossen, solange der Druck im SZR zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck des Ventils liegt. Luftdruckänderungen im Tagesverlauf sind normalerweise wesentlich geringer als die Temperaturänderungen.

Für beide Prinzipien hat das IFT Rosenheim Berechnungs- und Messverfahren erarbeitet, um Hersteller bei der Auslegung und Justierung der Druckausgleichselemente sowie der Bemessung des Trockenmittels zu unterstützen. Die notwendige Menge des Trockenmittels ist u. a. abhängig von dem Umgebungsklima. So ist beispielsweise für Singapur eine dreifach höhere Menge notwendig als in Rosenheim.

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