Zukunft IsolierglasVierfach

dünn + vorgespanntDruck

ganz entspanntund

Vakuum?

Prof. Dr. Franz FeldmeierHochschule Rosenheim

Glas ist transparent !• Tageslicht• Kontakt zu draußen• solare Energiegewinne

Nachteile• Risiko von Glasbruch• schlechte Wärmedämmung

(Einfachglas U = 6 W/m²K)→Heizwärmebedarf →Tauwasserrisiko

Lösung• Doppelglas

einfachU = 3 W/m²K,

Wärmedämm-IsolierglasU = 1,1 W/m²K

Warum Glas?

Vorteil• Wärmedämmung verbessert

U = 3 W/m²K

Nebenbei• Integration von Sonnenschutz im

Raum zwischen den Scheiben

Nachteil• komplexe Konstruktion

VerbundfensterKasten-Fenster

• aufwändige Reinigungvier Flächen

→ höhere Kosten

Double Glass window

Verbesserung bei Fensterglas

Thomas Stetson U.S. Pat 49167 (1865)

• Abstandhalter: Holzleiste

• Dichtstoff: Fenster-Kitt

• Zweifach oder Mehrfachglas(Mittelscheiben können dünn sein)

• möglichst wenig Feuchte einschließen

• Ein-/Ausbauchen ermöglichen um Temperaturunterschiede zu kompensieren.

• Wärmeverlust verringern

• Schalldämmung

• Zusatzflügel sparen

Mehrscheiben-Isolierglas… hermetisch dichter Umfang

Glas-Glasverschweißt

GADO

Glas-Metallgelötet

Thermopane®

Glas-Polymergeklebt

Alfred ArnoldIsolar Glas1959

���� Beschichtungencoatings

���� Gasfüllunggas filling

Mehrscheiben-Isolierglas… mit einem gut geschützten Zwischenraum

FüllungLuft oder ein anderes GasBeschichtungHochleistungsbeschichtungen►geringe Emissivität►Selektiver Sonnenschutz

Vakuum+lowE

Isolierglas Entwicklung

3 IG

3,0

WSV95 EnEV02WSV82

1 G

2 IG

UgW/m²K

2,0

1,0

0,5

EnEV13

lowE/Ar3 IG

2 IG lowE/GaslowE/Ar

4 IG lowE/Ar

Argon

lowECoating

Außen- Luft Wind

klarer Himmel

Außen- flächen

Wärme-transport durch Strahlung

Strömung Tauwasser

Innen-Luft

Innen-flächen

Leitung

Isolierglas Wärmetransport

klarer Himmel

Äußere Luft-temperatur

Tauwasser Risiko

U = 3 W/m²K

Strahlungsaustausch mit dem klaren (kalten)Himmel - entscheidend für Dachfenster

Temperatur der äußeren Oberfläche sinkt

�

Tauwasser-Risiko an der äußeren Oberflächesteigt

Klarer Himmel

Äußere Luft- temperatur

Tauwasser-Risiko steigt

U = 1,2 W/m²K Verbesserung

Temperatur der äußeren Ober-fläche sinkt weiter

�

Tauwasser-Risiko an der äußeren Oberflächesteigt weiter

Strahlungsaustausch mit dem klaren (kalten)Himmel - entscheidend für Dachfenster

klarer Himmel

Äußere Luft- temperatur

Verringertes Tauwsserrisiko

lowE coating Verbesserung

Strahlungsaustauschwird reduziert�

Oberflächen-temperaturabsenkungwird reduziert�

Tauwasserrisiko an der äußeren Oberflächewird reduziert

Strahlungsaustausch mit dem klaren (kalten)Himmel - entscheidend für Dachfenster

U-Wert von IsolierglasPhysikalische Grundlagen

constantT

Vp =⋅

Nuszr

hg ⋅= λgr

g hhR

+= 1

311

41

1

21

mr Th ⋅⋅−+

= σεε

Außerdem:

Luft im Zwischenraum � Leitung/Konvektion

hg = 1,5 W/m²K

� 30%

IR Emission/Absorption der Glasoberflächen � Strahlungsaustausch

hr = 3,7 W/m²K � 70%

� U = 2,8 W/m²

Wärmetransport im Zwischenraum

19,05,17,3

11 =+

=+

=gr

g hhR

Argon Füllung � reduziert Leitung/Konvektion

hg = 1,1 W/m²K

� 21%

hr = 0,2 W/m²K � 4%

� U = 1,1 W/m²

lowE Beschichtung � stark reduzierter Strahlungsaustausch

High techVerbesserung: low E Beschichtung

75,01,12,0

11 ≈+

=+

=gr

g hhR

Kein Gas in SZR � Keine Leitung/Konvektion

hg = 0,0 W/m²K

� 0%

lowE Beschichtung � stark reduzierter Strahlungsaustausch

hr = 0,2 W/m²K � 4%

� U = 0,2 W/m²K �0,9..1,1 W/m²K

Microspacer � zusätzliche Leitung

hs = 1? W/m²K � 20%

High techWeitere Verbesserung: V akuum verhindert Wärmeleitung

VIG Vacuum Insulating Glass2004 (triple) U = 0,7 W/m²K 2014 U = 0,9..1,2 W/m²K

VIG Forschung

2004 - 2007Ziel:Basics U ≤ 0,5 W/m²KErgebnis:►VIG ist technisch machbar►Markteinführung in 2009

2007 – 2009 – 2012Ziel:► flexibler Randverbund►Zuverlässige Produktion

reference:

Warum ein flexibler Randverbund?

starrer Randverbund► gelötete Glas-Glas-Verbindung► Temperaturdifferenzen erzeugen

große mechanische Spannungen► Begrenzung der Scheibengröße

Flexibler Randverbund► geschweißte Glass-Metall-Verbindung► verringert mechanische Spannung

Ergebnis 2013►Weiterhin viele Probleme

VIG Randverbund

HP-VIGHigh Performance VIG: U = 0,25 W/m²K � immer noch der Rand

���� Low tech Lösung

Doppelglas ���� Dreifach-Glas ���� Vierfach-Glas ���� ...

Vorteil• Wärmedämmung weiter verbessert

Nachteil• Gewicht

4mm Dreifachglas 30 kg/m²

• KlimalastenTemperaturdifferenzenLuftdruckänderungVerformung und Glasbruchrisiko

WKm

grg hh

R ²75,01,12,0

11 ≈+

=+

=

Thermische Widerstand15 mm SZR mit Argon and low-e-Beschichtung

entspricht 30 mm Mineralwolleoder einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von 0,020 W/mK

2IG 3IG 4IG 5IGU in W/m²K 1,1 0,6 0,4 0,3

U-Wert

Isolierglas Lastverteilung

Glasbruch beiDreischeibenIsolierglas

Mechanische Belastung durch Klimalast

Glasbruch beiZweischeiben-Isolierglas

Klimalast

• Temperatur3 K � 1 kPa

+ ∆∆∆∆ p

w a rm

T ca v

-∆∆∆∆ p

T ca v

c o ld

-∆∆∆∆p

Low pressure

High pressure

+∆∆∆∆p

• Überlagerung

• DIN 18008: ± 16 kPa

• Luftdruck10 mbar � 1kPa80 m � 1 kPa

US Pat T.D. Stetson 1865 !

SZR =SZR1+SZR2

+SZR3

► Allgemeine BerechnungsmethodeMehrscheiben-IsolierglasFlächen-, Linien und Punktlast

Nachweis DIN 18008-1 und -2

Großer SZR ���� große Klimabelastung

Nachweis DIN 18008-1 und -2dunkler Bereich: nicht nachweisbar

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

kurz

e K

ante

in m

lange Kante in m

4IG 4/20/4/20/4/20/4 8nl Wind 1,10 kPa Klima : 16,0 kPa

3-4

2-3

1-2

0-1

Außen + Innenscheibevon Dreifachglasvorspannen

Mechanische BeanspruchungTemperatur bei Sonneneinstrahlung Randbedingung DIN EN 13363 „Sommer“

beide Mittelscheibenvorspannen

Eigenschaften ÜberblickGlas 4mm, SZR optimal

2IG 3IG 4IGSZR in mm 16 18 20Dicke in mm 24 48 76Wärmedämmung(U-Wert in W/m²K)

1,1 0,53 0,35 +

Tageslicht(Lichttransmission in %)

80 72 65 -

Solarenergie(g-Wert in %)

62 51 46 -

Gewicht in kg/m² 20 30 40 -therm. Beanspruchung (°C) 30 40 51 -mech. Beanspruchung (1x1m²)durch Klima (Auslastung in %)

41 95 175 -

Mögliche Maßnahmen

4IG LösungsansatzSZR in mm 20 KryptonDicke in mm 76 RahmenkonstruktionWärmedämmung(U-Wert in W/m²K)

0,35 Ziel 0,30

Tageslicht(Lichttransmission in %)

65 Fe-armes GlasAntireflex-Coating

Solarenergie(g-Wert in %)

46 Fe-armes GlasAntireflex-Coating

Gewicht in kg/m² 40 dünnes Glastherm. Beanspruchung (°C) 51 vorspannenmech. Beanspruchung (1x1m²)durch Klima (Auslastung in %)

175 VorspannenDruck-"entspannt"

Entwicklung

MEM4WIN

aktuelle Forschung

Druckentspanntes Isolierglas

Permanent druckentspanntes MIGDauerhaft geöffnetes MIG um klimatische Einflüsse (Temperatur, Luftdruck) zu reduzieren

Druckangepasstes MIGEinmaligem Druckausgleich am Einbauort um Höhenunterschied zwischen Herstell- u. Einbauort auszugleichen

Ergebnisse Mai 2015

ift ForschungDruckangepasstes Isolierglas►sicheres Verschließen nach dem Druckausgleich►Gasfüllung – Dichtheit nachgewiesen nach EN 1279-2+3►Ventil (Hülse und Stift)►Kapillar-Rohr (Metall / Kunststoff)

Reference: HELANTEC

ift Forschung

Dauerhaft druckentspanntes Isolierglas

►erfüllt nicht EN 1279-1 (nicht hermetisch dicht)►keine Gasfüllung►Begrenzung bei soft coatings►Risiko der Tauwasserbildung

►Mehrere Zwischenräume – optimierte Wärmedämmung►große Zwischenräume – Integration von Sonnenschutz

Permanent druckentspanntoffene Systeme : Dampfdruckausgleich

SeifertSchmidift 1985

Vitrage respirant, M.Cossavella, CSTB, GPD 2009

CSTB 2014Avis techniques

Normal: Es tritt kein Tauwasser auf!

Aber manchmal: Es gibt Tauwasser!

Permanent druckentspanntoffene Systeme : Dampfdruckausgleich

Permanent Pressure equalizedHIT: High Insulation Technology (1993)

Entwicklungsziele

• Tageslicht

• Wärmedämmung

• Schallschutz

Variabel

• Sichtschutz

• Sonnenschutz

• Blendschutz

Geringer Aufwand

• Wartung

• Reinigung

Permanent druckentspanntHIT: High Insulation Technology (1993)

großer SZR ���� Druckausgleich• (Membran)Druckausdehnungsgefäß• offenes Rohr mit Filter und Trocknung• offene Kapillare

Permanent druckentspanntift NeubauBelüftete Kasten-Fenster-Fassade

Entwicklungsziele

• Energie-Effizienz

• thermische Behaglichkeit

• angenehme Beleuchtung

• Raumakustik

• Sicherheit• Funktionalität• Produktion und Montage

Permanent druckentspanntClosed Cavity Facade CCFkontolliert belüftete geschlossenen Kasten-Fenster-Fassade

reference: Gartner

• Außen:Einfach-Weißglas

• Sonnenschutz und Lichtlenkung im geschlossenen Fassadenzwischenraum

• Innen:Wärmedämmglas starr (U=0,7 W/m²K)

• Versorgung des Fassadenzwischenraums mit sauberer und trockener Luft

Fassaden Versuchsanlage an der Hochschule Rosenheim

Reference: HSRo/Gartner

Vergleichende In-Situ-UntersuchungIntegrale Betrachtung:

• Fassade• Gebäudetechnik• Nutzung

�Energetisches Verhalten�Thermischer Komfort�Visueller Komfort

Aktuelle Forschung

ift 2015: Permanent druckangepasstNachteil► Risiko von Tauwasser► Beschränkung bei soft coatingsEntwicklungsziele► Begrenzung der Druckdifferenz► Erhalten der Lastverteilung► Zwischenraum sauber und trocken � Erfüllen von EN 1279-2Mögliche Lösungen► Begrenzung des Volumenstromes durch Ventile oder Kapillare► ein partielle Druckausgleich genügt

ift Partiell druckentspanntTheorie: Simulation des Volumenstroms und der Wasserabsorption

*) Ventil öffnet bei ±3 mbarKapillare angepasst (±3 mbar)

Max. Druckmbar

Wasserabsorbiertg/annum

Offener SZR 0 6,9Geschlossen SZR 10 0Ventil *) ±3 1,0Kapillare *) ±3 4,4

ift Partiell druckentspanntExperimentell Untersuchung: EN 1279-2 Temperaturzyklen

geschlossen 180mm 90mm offen

Def

orm

atio

n in

mm

Größe:700 x 10004 – 34 - 4Kapillare:0,5 mm

ift Partiell druckentspanntExperimentelles Ergebnis: EN 1279-2 Temperaturzyklen

Größe:700 x 10004 – 34 - 4Kapillare:0,5 mm

ift Partiell druckentspanntExperimentelles Ergebnis: EN 1279-2 Temperaturzyklen

Größe:700 x 10004 – 34 - 4Kapillare:0,5 mm

Größe:700 x 18504 – 34 - 4Kapillare:1,5 x 12001,0 x 2400,75 x 450

ift Partiell druckentspanntExperimentelles Ergebnis: EN 1279-2 Freilandversuch

ift 2015: Pressure equalized IGUErgebnisse

Partiell druckentspanntes Isolierglas► Gute Übereinstimmung zwischen Modell/Berechnung und Experiment

Entwicklungsziele► Begrenzung der Druckdifferenz► Erhalten der Lastverteilung► SZR bleibt trocken und sauber � EN 1279-2 wird erfüllt

Lösungen► Anpassung des Volumenstromes bei Kapillarrohr (Durchmesser/Länge)► maximale Trocknungsmittelmengeund► Ventile könnten noch günstiger sein (verfügbar und zuverlässig)► Mehr Erfahrung mit großen Zwischenräumen erforderlich