Mehrscheiben-Isolierglas
Mehrscheiben-Isolierglas (MIG), Fachbezeichnung Wärmedämmverglasung, ist ein aus mindestens zwei planparallelen Flachglasscheiben zusammengesetztes Glaselement für z. B. Fenster. In den letzten Jahrzehnten verdrängte diese Technik die historische Einfachverglasung der beheizten Gebäudehüllen in den Industrieländern der gemäßigten und kalten Klimazonen. Trotz geringerer Heizleistung ergibt sich für die nach innen gerichteten Oberfläche eine höhere Temperatur mit entsprechend erhöhter Behaglichkeit.
In den ersten Jahrzehnten der Verbreitung (1950er bis 1970er Jahre) hatte der US-Hersteller Thermopane im deutschen Sprachraum einen großen Marktanteil; der Markenname wurde so zum Synonym für Mehrscheiben-Isolierglas. Zur Geschichte des Isolierglases siehe [1].
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[Bearbeiten] Wirkungsweise und Aufbau
Zur Bedeutung der thermischen Grenzschichten für den Wärmetransport durch die Fensteröffnung bei geschlossenem Fenster siehe den Artikel Wärmedurchgang. Wegen des hohen Wärmewiderstands von Gasen hat die Dicke der Grenzschichten größeren Einfluss als die des Glases. Mehrfachverglasung wirkt insbesondere durch das vor Luftzug geschützte Gas zwischen den Scheiben: Der Wärmedurchgang vermindert sich um mehr als die Hälfte.
Diese Schicht kann man aber nicht beliebig dick machen, ohne dass dort seinerseits Konvektion einsetzt. Eine dritte Scheibe erlaubt, die Gasschicht insgesamt mehr als zu verdoppeln, denn der die Konvektion antreibende Temperaturunterschied zwischen innen und außen teilt sich auf, siehe Rayleigh-Zahl.
Mit der Verminderung des Wärmestroms durch Wärmeleitung nimmt die Bedeutung der Wärmestrahlung zu. Bei guter Isolierverglasung ist deshalb je Zwischenraum eine Oberfläche mit einer Beschichtung versehen, die eine geringe Emissivität im Infraroten aufweist.
Die Wärmeleitung im Abstandhalter am Rand der Verglasung trägt nicht nur zum gesamten Wärmestrom bei, sondern kann als Kältebrücke lokal zum Auskondensieren von Luftfeuchte führen. Wird der Randverbund thermisch verbessert ausgeführt, nennt man ihn auch Warme Kante.
[Bearbeiten] Gasfüllung
Dieser Raum zwischen den einzelnen Scheiben muss luftdicht abgeschlossen sein, schon um Kondensation von Wasser zu vermeiden. Darin befand sich früher getrocknete Luft, heute meist Argon oder das deutlich teurere Krypton mit geringerer Wärmeleitfähigkeit.
Aus Gründen der Schalldämmung wurden Fenster mit Schwefelhexafluorid (SF6) befüllt. Betroffen sind vor allem Fenster mit einem Schalldämmmaß von über 40–42 dB. Vor allem in Industrie- und Gewerbebetrieben fanden diese Fenster breite Verwendung. Das Treibhauspotenzial von Schwefelhexafluorid beträgt 22.800 CO2-Äquivalente[2]. Das ist zehnmal so viel wie bei gängigen H-FCKWs. Deswegen wird SF6 heutzutage nicht mehr verwendet.
Bei heutigen Schallschutzgläsern wird in der Regel Argon verwendet; die dadurch schlechtere Schalldämmung wird durch dickeres Glas an der dem Schall zugewandten Seite ausgeglichen. Auch die Verwendung von Verbundsicherheitsglas hat eine deutlich schalldämmende Wirkung. Z. B. ist eine Scheibe der Dicke 3 mm + Folie + 3 mm deutlich schalldämmender als eine Scheibe der Dicke 6 mm. Die Folie dämpft die Schwingungen der beiden mit ihr verklebten Scheiben.
[Bearbeiten] Abstandhalter
Die Glasscheiben werden an ihrem äußeren Rand durch meist 10–20 mm dicke Abstandhalter aus Aluminium, Edelstahl oder Kunststoff voneinander getrennt.
In ihre Hohlräume muss zur Trocknung der im Scheibenzwischenraum eingeschlossenen Luft ein Trocknungsmittel gefüllt werden. Dies besteht aus Stoffen, die in die Materialfamilie der Silicagele oder Molekularsiebe (Zeolithe) fallen. Sie können Wasser aufnehmen und physikalisch binden. Das verhindert ein Beschlagen der Scheibe durch Kondensation von Wasserdampf, wenn die Taupunkttemperatur, etwa im Winter, unterschritten wird. Moderne Varianten der Abstandhalter beinhalten schon das Trocknungsmittel, sodass ein nachträgliches Befüllen nicht mehr erforderlich ist.
Die Haltbarkeit von Mehrscheiben-Isolierglas ist begrenzt. Selbst unbeschädigt entweicht langsam die Edelgasfüllung. Die Vorgabe liegt bei 1 % pro Jahr. Die Wärmedämmeigenschaft sinkt damit kontinuierlich. Früher war der Abstandhalter starr mit den Scheiben verklebt und dadurch hohen wechselnden mechanischen Spannungen ausgesetzt, sowohl durch Temperaturunterschiede zwischen innen und außen (verschiedene Ausdehnung der Scheiben, kritisch für große Elemente) als auch durch schwankende absolute Temperaturen (Ausdehnung der Gasfüllung, kritisch für kleine Elemente). Viele dieser Isolierglaselemente sind nach wenigen Jahren grob undicht geworden und beschlagen.
Heute ist ein zweistufiges Dichtungssystem üblich: Der Abstandhalter ist beidseitig mit einer klebrigen Schicht Butylkautschuk versehen und verbindet die Scheiben nach starkem Zusammenpressen miteinander, 1959 entwickelt von Alfred Arnold.[3] Nach der Befüllung des Scheibenzwischenraums mit Edelgas wird der Umfang, also der Abstandhalter und die beiden Glaskanten, dauerelastisch mit Polyurethan oder speziellen Polysulfiden[4] abgedichtet. Für Fassadenelemente, die an dieser Stelle UV-Licht ausgesetzt sind, wird Silikon verwendet, das allerdings gasdurchlässiger ist.
[Bearbeiten] Wellenlängenselektive Beschichtung
Metalldampfbeschichtungen moderner „Wärmeschutz“-Verglasungen, die in der Regel auf der inneren von zwei Scheiben zum Zwischenraum hin aufgebracht sind, halten langwellige Infrarotstrahlung ab, lassen aber kurzwelliges sichtbares Licht durch. Da ein erheblicher Teil der durch beschichtete Verglasungen einfallenden Strahlungsenergie an – vornehmlich dunklen – Oberflächen durch Absorption und Emission in Wärmestrahlung verwandelt wird, diese aber durch die Beschichtung teilweise in den Raum reflektiert wird, fließt den Räumen in der Bilanz Energie zu. Diese Metallbeschichtung reflektiert und dämpft zugleich als Nebeneffekt auch noch Funkwellen. Im Frequenzbereich von modernen Mobilfunktelefonen wird somit eine Dämpfung von bis zu 30 dB erreicht. Das entspricht einer Abschirmung von bis zu 99,9 %. Die Metallbedampfung wird auch für den Spiegeleffekt der Glasfront verwendet und dient somit auch der architektonischen Gestaltung.
[Bearbeiten] Varianten
Schon seit Jahren gibt es außer dem herkömmlichen Isolierglas auch spezielle Versionen, etwa Wärmeschutz-, Schallschutz-, Sonnenschutz- oder Sicherheitsisolierglas. Der technische Unterschied zwischen diesen und den herkömmlichen Isoliergläsern besteht vor allem im jeweiligen Aufbau: Durch speziell beschichtete Gläser und unterschiedliche Gasfüllungen lassen sich wesentliche Vorteile, beispielsweise hinsichtlich des Schallschutzes, erzielen. In diesem Zusammenhang konnte insbesondere der Wärmedurchgangskoeffizient moderner Mehrscheiben-Isolierverglasungen gegenüber den älteren Konstruktionen signifikant gesenkt werden. Allerdings spielt bei der bauphysikalischen Gesamtbetrachtung eines Bauteils (Fenster, Türen) auch die Rahmenkonstruktion eine Rolle. Durch guten Wärmeschutz wird der Energieverlust eines Hauses im Winter reduziert und gleichzeitig der Komfort für die Bewohner erhöht. Bei U-Werten unter etwa 2 W/m²K wird der Aufenthalt in der Nähe der Fenster auch bei kalter Witterung als angenehm empfunden, da die daraus resultierende höhere Temperatur der inneren Oberfläche eine Verringerung der Wärmeabstrahlung des Körpers zu dieser Fläche bewirkt. Die nebenstehende Abbildung zeigt die Entwicklung der U-Werte von marktgängigem Mehrscheiben-Isolierglas in den letzten 50 Jahren.
[Bearbeiten] Zukunftsaussichten
Im Zuge der Klimadiskussion wird nicht nur in Deutschland die Forderung nach besserer Wärmedämmung lauter. Daher ist abzusehen, dass die U-Werte auch bei Mehrfach-Isoliergläsern in Zukunft weiter sinken müssen. Herkömmliche Isoliergläser bestehen standardmäßig aus zwei Scheiben, die durch einen luft- oder gasgefüllten Scheibenzwischenraum getrennt sind. Sie erreichen einen U-Wert bis 1,0 W/m²K. Noch geringere Werte lassen sich im Zwei-Scheiben-Aufbau durch Evakuierung des Zwischenraums erreichen, was wegen der Verformung unter einseitig auf die Scheiben lastendem Luftdruck unscheinbare Abstandshalter zwischen den Scheiben auf die Fläche verteilt erforderlich macht. Die Produktionstechnik befindet sich in einem frühen Stadium und verspricht vergleichsweise dünne und leichte Verglasungen mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit[5]. Derzeit sind schwerere Dreifach-Isolierverglasungen weiter verbreitet und stellen zum Beispiel im Passivhaus den Standard dar. Von den drei Scheiben dieses so genannten Klimaschutzglases weisen zwei eine Oberflächenbeschichtung mit Sonnen- bzw. Wärmeschutzfunktion auf. Getrennt werden die drei Gläser durch zwei gasgefüllte Scheibenzwischenräume, die mit besonderen, thermisch isolierenden Abstandhaltern, auch Warme Kante genannt, ausgeführt sind. Die für die Wärmedämmeigenschaften bestimmenden Aspekte, Beschichtung und gasgefüllter Scheibenzwischenraum, sind beim Klimaschutzglas somit doppelt vorhanden. Durch diesen aufwändigen Isolierglasaufbau wird der Wärmeverlust im Vergleich zu herkömmlichen Zweifach-Isolierverglasungen um bis zu 50 Prozent reduziert. Klimaschutzglas weist je nach Ausführung einen U-Wert zwischen 0,7 W/m²K und 0,4 W/m²K auf.
[Bearbeiten] Gütesicherung
Die Gütegemeinschaft Mehrscheiben-Isolierglas e. V. (GMI e. V.) mit Sitz in Troisdorf ist eine Gütegemeinschaft im Sinne der Grundsätze für Gütezeichen des RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e. V. (RAL e. V.). Der Verein verfolgt keine politischen Ziele und unterhält keinen wirtschaftlichen Geschäftsbetrieb. Alle Amtsträger üben ihre Tätigkeiten ehrenamtlich aus.
Die Gütesicherung der RAL-Gütegemeinschaft stellt zusätzliche, über die Produktnorm DIN EN 1279 hinausgehende Anforderungen an das Mehrscheiben-Isolierglas sowie an die Güte und Eigenschaften der Vorprodukte. Dies dient zur Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit und der Langlebigkeit des Mehrscheiben-Isolierglases. Darüber hinaus gewährleisten eng gefasste Toleranzen der strahlungsphysikalischen Eigenschaften, des Emissionsvermögens und des Gasfüllgrads verlässliche Funktionswerte, die durch eine unabhängige Überwachungsstelle regelmäßig überprüft werden. Die geltenden Güte- und Prüfbestimmungen zur Erlangung des RAL-Gütezeichens Mehrscheiben-Isolierglas (RAL-GZ 520) wurden durch das RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung im Juni 2008 veröffentlicht.
Der Verein, dem mehr als 100 Firmen der Glasbranche angehören, hat den Zweck, die Güte von Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) zu sichern und Isoliergläsern das Gütezeichen für Mehrscheiben-Isolierglas zu verleihen.Außerdem hat die GMI die Aufgabe zu überwachen, dass Gütezeichenbenutzer die Vereinssatzung einhalten. Sie verpflichtet die Benutzer dazu, nur solche Erzeugnisse, deren Güte gesichert ist, zu kennzeichnen und wirkt darauf hin, dass Bekanntheitsgrad und Ansehen des Gütezeichens in der Öffentlichkeit gestärkt werden.
Voraussetzung für das Tragen des Gütezeichens ist beim Hersteller von Mehrscheiben-Isolierglas insbesondere eine Fremdüberwachung seiner Produktion durch ein neutrales Prüfinstitut.
[Bearbeiten] Literatur
- Hans-Dieter Hegner, Ingrid Vogler: Energieeinsparverordnung EnEV - für die Praxis kommentiert: Wärmeschutz …, Ernst&Sohn, 2002, ISBN 3-433-01730-1, eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche
[Bearbeiten] Weblinks
Commons: Insulated glazing – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien[Bearbeiten] Einzelnachweise
- ↑ M. Pröbster, GFF 10(2009)30 und ders., GFF 11(2009)42.
- ↑ Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)], Chapter 2, Table 2.14. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. (PDF)
- ↑ www.glaswelt.de 19. Juni 2009
- ↑ S. Grimm, M. Pröbster, Adhäsion 10(2003)18
- ↑ Bine-Informationsdienst Energieforschung für die Praxis
