Was kommt nach drei?

Rainer Hardtke, Freier Journalist, Köln

Die Anforderungen an Qualitäts-Isoliergläser vor allem seitens der Gesetzgeber steigen ständig. Zudem müssen sich die Hersteller zunehmend dem Thema Multifunktionalität stellen: Intelligentes Fenster- und Fassadenglas, das die Wärme im Raum hält, Sonnenstrahlung nutzt, Schall dämmt und Sicherheit gewährleistet, ist gefordert.

Standard ist gegenwärtig eine 4/4/4-Konstruktion mit Argon-Gasfüllung und Ug-Werten um 0,5 bis 0,6 W/m2K. Experten wie z. B. Albert Schweitzer, Vertriebsleiter der Arcon Flachglas-Veredlung GmbH in Feuchtwangen sind der Meinung: Bei Isoliergläsern im Dreifach-Standardaufbau ist beim Einsatz von zwei niedrig emittierenden Beschichtungen ein Ug-Wert von 0,5 W/ m²K als (vorläufiges) Ende der Fahnenstange anzusehen. Einzelne Hersteller erreichen durch das Edelgas Krypton als Zwischenraumbefüllung laut ihren Datenblättern einen Ug-Wert von 0,4 W/m2K. Was mit Abstand betrachtet respektable Werte sind.

Der Hauptkritikpunkt an Dreifachisoliergläsern ist das hohe Eigengewicht von 30 kg/m² und die damit verbundenen Transport- und Montagebedingungen. Fensterbauer weisen auf dieses Problem seit langer Zeit hin. Wie können Lösungen erreicht werden?

Das seit Jahren diskutierte Vakuumisolierglas (VIG) mit Low-E-Beschichtung und Ug-Werten von 0,3 W/m²K als leichtgewichtige und smarte Alternative gibt es heute noch nicht als marktreifes Produkt. Immerhin waren derartige Isoliergläser mit rund 50 % weniger Gewicht den Dreifachisoliergläsern deutlich voraus. Forschungsgemeinschaften waren u. a. in Deutschland und der Schweiz mit der Aufgabe betraut, die eklatante Schwäche z. B. im Randverbund der Vakuumisoliergläser auszumerzen und das Produkt zur Serienreife zu bringen. Das Projekt VIG lief von 2004 bis 2006. Ergänzend dazu wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) das Projekt »Produktionstechniken für Vakuum-Isolierglas« (ProVIG) gefördert und lief von 2007 bis 2011. Seit Januar 2012 liegt der Abschlussbericht vor. Das von der EU vorangetriebene Forschungsprojekt Winsmart, ist im August 2012 mit 3,8 Mio. Euro Fördergeld an den Start gegangen und arbeitet an allen Aspekten der Multifunktionalität von VIG. Mit beeindruckenden Ergebnissen. Ende September 2016 soll das Projekt beendet werden.

Zur Erinnerung: Vakuumisolierglas wird in Japan (Pilkington) und China (Synergy) bereits seit Langem produziert. Allerdings haperte es bis dato an der Langlebigkeit – 25 Jahre sollten es schon sein. Ein Grund war der unflexible Randverbund, der die thermischen Belastungen nicht ausgleichen konnte. Die Asiaten haben mittlerweile nachgebessert und einen Randverbund aus dünnem, nach außen überstehendem Blech parallel zur Glasfläche geschaffen, der mit dem Glas dicht verbunden ist. Eine Bohrung in der VIG-Einheit nimmt das Ventil auf. Als Füllung wird Argon oder Krypton verwendet, als Außenscheibe kommt Low-E-Glas zum Einsatz. Synergy wirbt mit einer Gesamtdicke von 6,2 mm und einem Ug-Wert von 0,3 W/m²K. Fernöstliche Hersteller sprechen von Abmessungen bis zu 2,80 x 1,80 m.

Mittlerweile gibt es etliche Hersteller, die Vakuumpaneele für Fassaden in ihr Produktprogramm aufgenommen haben. Ein klares Zeichen dafür, dass man das Leichtgewicht am Bau sehr zu schätzen weiß. Der Privatmann und Häuslebauer hat da wesentlich weniger Anbieter zur Auswahl. In Europa kommen die schlanken Vakuumgläser z. B. von Pilkington vor allem bei der Sanierung denkmalgeschützter Objekte zum Einsatz. So bleibt das historische Gesamtbild mit den originalen Profilen erhalten.

Doch warum hat sich das Produkt bis heute nicht durchsetzen können? Seit 2001 treibt die Branche sich mit dem Thema um und es wird weitergeforscht. Das ist ein Indiz dafür, wie komplex die Technik ist. Beim noch im Gange befindlichen Forschungsprojekt Winsmart will man das Randverbund-Problem mit Zinn lösen. Eine flüssige Zinnlegierung wird im Randbereich zwischen die Gläser gespritzt. Damit ein dichter Glas-Zinn-Verbund entsteht, wird der Rahmen kurzzeitig einer entsprechenden elektrischen Spannung ausgesetzt. Und bei Winsmart denkt man noch weiter in Richtung Multifunktionalität.

Doch es bleiben Zweifel, um VIG zur Marktreife zur bringen. Das Ventil kann undicht werden und wird ebenso wie die metallischen Abstandhalter zwischen den Scheiben von vielen als anfällig und optisch störend empfunden. Sollte es schlussendlich tatsächlich gelingen, alle nachteiligen Komponenten zu beseitigen, bleibt offen, ob sich ein Serienprodukt in einem finanziell erschwinglichen Rahmen bewegen würde. Selbst bei Winsmart spricht man von fünf bis zehn Jahren (ab 2012), die die Entwicklung benötigt, um ein in allen Bereichen qualitativ hochwertiges Projekt zum Standard werden zu lassen.

Ist Vierfachisolierglas ein Schritt in die richtige Richtung? Dazu Prof. Dr. Franz Feldmeier von der Hochschule Rosenheim: »Vor Jahren haben wir uns dieselben Fragen zu Dreifachiso gestellt, dass ja heute Standard ist. Auch bei Vierfachiso gibt es Vorteile und Nachteile, wie dickere Rahmen und aufwendigere Randverbünde, höhere Gewichte, insbesondere aber auch weniger Tageslicht und weniger Sonnenenergie. Es gilt also für jedes Projekt, diese Nachteile mit den Vorteilen einer etwas besseren Wärmedämmung mit Werten um 0,4 W/m2K abzuwägen, die deutlich unter denen von Dreifachiso liegen. Die eine Antwort gibt es nicht.“«. Um tatsächlich Vorteile zu bieten, seien für Vierfachglas neue Techniken und Produkte vonnöten, so zum Beispiel vorgespanntes Dünnglas, Antireflexbeschichtungen oder auch ein Druckausgleich. »Vierfach wie Dreifach mit einer Scheibe mehr kann nicht die Lösung sein«, so Feldmeier weiter.

Fakt ist, Vierfachisolierglas ist auf dem Markt zu haben. Die Firma SGT GmbH aus Tauberbischofsheim hat ein solches Produkt aus Dünnglas entwickelt. Die technischen Werte sind beeindruckend: Der Aufbau von 2/2/2/2 mit je 12 mm Zwischenraum bringt es auf einen Ug-Wert von 0,3 W/(m2K) und ein Gesamtgewicht von nur 20 kg/m2. Kritiker befürchten jedoch, dass mehr Glas, mehr Rahmen und mehr Beschläge in erster Linie zu einem Mehr an Produktionskosten führen werden und eine schlechtere Energiebilanz für das gesamte Produkt bedeuten, was die sehr guten Ug-Werte ad absurdum führen würde.

Die Industrie will sich dieser Verantwortung stellen und hat mit EU-Fördergeldern im Oktober 2015 ein Forschungsprojekt auf die Reise geschickt. Wie ambitioniert das Projekt ist, liest sich in der Beschreibung der Universität Kassel, deren Ingenieurwissenschaftler die Teilaufgabe Ökobilanz betreuen: »Im Rahmen des Forschungsprojektes »Membranes for Windows« (Mem4Win) … soll eine begleitende Ökobilanz (LCA) zu einem innovativen Fenstersystem für Nullenergiegebäude erstellt werden, das die Entwicklungen verschiedener Projektpartner aus Industrie und Forschung vereint: in eine Vierfacheinheit aus Dünngläsern sollen neben einem Verschattungs- und Lichtlenksystem aus Mikrospiegeln (Active Windows, INA/Uni Kassel) auch Segmente mit organischer Photovoltaik, Solarthermie und Organischen Leuchtdioden (OLED) integriert werden.«

»Ultradünnes« Glas bedeutet hier thermisch vorbehandeltes Dünnglas mit einer Dicke von 1,6 mm. Besitzer eines Smartphones haben es täglich vor Augen. Es zeichnet sich gegenüber 4-mm-Floatglas durch das geringe Gewicht (15 kg/m2), die hohe Festigkeit bei gleichzeitiger Elastizität und den geringen Ressourceneinsatz aus. Dazu sollen die Herstellungskosten um 15 % und der CO2-Ausstoß um 45 % geringer sein, als bei vergleichbaren Isoliergläsern. Ziel ist es, auch hier einen Ug-Wert von 0,3 W/m2K zu erreichen. Dabei wird der zu öffnende Flügel keinen Rahmen mehr zeigen. Die Beschläge des Öffnungsflügels werden im Iso-Randverbund verankert. Das Mem4Win-Fenster wird voraussichtlich eine Gesamtdicke von 70 mm haben.

Beim vorliegenden Forschungsobjekt sind alle vier Scheiben einseitig mit einer AR-Beschichtung versehen. Die zwei innen liegenden Scheiben sowie die Innenseite der außen liegenden Scheibe weisen eine Low-E-Beschichtung auf. Als Füllgas ist Argon vorgesehen.

Per Tintenstrahler aufgedruckte Fotovoltaikzellen machen aus dem Fenster ein smartes Fenster, das seinen eigenen Strom erzeugt. Diese wird nötig sein, um die integrierten OLEDs zum Leuchten zu bringen. So wird aus dem Fenster am Abend ein großflächiger Beleuchtungsköprer.

Die Uni Kassel steuert bewegliche Mikrospiegelaktoren bei, die für eine Beschattung bzw. optimale Lichtverhältnisse sorgen. Die Beleuchtung im Raum (Stärke und Richtung) würde dann von der Stellung der Spiegel abhängen. Nanoimprint-Lithografie macht es möglich. Für die Erwärmung des Brauchwassers im Wohn-/Geschäftshaus sorgen die in das System eingebundenen Solarthermie-Kollektoren.

Das Projekt hat eine Laufzeit bis Ende März 2016. Dann beginnt der Wettlauf bis zur Serien- und Marktreife – der Gesetzgeber möchte ab 2021 nur noch Nullenergiehäuser auf den Bauplätzen entstehen sehen.

Mit welchen Lösungen die Glasbranche die Herausforderungen der Zukunft meistern will, wird auf der Messe Glasstec 2016 zu sehen sein. Die Weltleitmesse findet vom 20. bis 23. September in Düsseldorf statt.