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Glas

Die Herstellung von Glas ist schon seit langem bekannt: die ältesten Glasfunde sind über 9000 Jahre alt.
Die wichtigsten Materialien für die Herstellung von Glas sind:

Quarzsand
Kalk
Soda

Diese Rohstoffe stehen auf der Erde in ausreichendem Maße zur Verfügung.

Nachdem bis 1900 Fensterglas ausschließlich im Mundblas- und Gußtischverfahren hergestellt wurde, gelang es dem Belgier Fourcault erstmals Flachglas unmittelbar aus der Wanne zu ziehen.
Das Floatverfahren, zu Beginn der 50er Jahre entwickelt, führte dazu, daß heute Floatglas mit perfekten optischen Eigenschaften wirtschaftlich und weltweit in ausreichenden Mengen hergestellt werden kann.

Glas ist eine Flüssigkeit mit fester Struktur: eine unterkühlte Schmelze.

Glashauseffekt

Sonnenenergie gelangt relativ ungehindert durch die Glasscheibe in den Innenraum. Hier wird diese von Wänden und Böden absorbiert und zum großen Teil als langwellige Wärmestrahlung wieder abgegeben.

Isolierglas

Die schlechten wärmedämmenden Eigenschaften von gewöhnlichem Einfachglas werden durch Verglasungseinheiten von mehreren Glasscheiben verbessert.

Aufbau:
zwei oder drei Glasscheiben
Zwischenräume luft- bzw. gasgefüllt
Ränder luft- bzw. gasdicht verbunden

TECHNISCHE WERTE

k-Wert gem. DIN 4108

Wärmedurchgangskoeffizient
Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch 1m² eines Bauteils bei einem Temperaturunterschied von 1K hindurchgeht.
Kleiner k-Wert bedeutet gute Wärmedämmung.
Maßeinheit: W/m²K. Gemäß Wärmeschutzverordnung dürfen für den Wärmeschutznachweis nur im Bundesanzeiger veröffentlichte amtliche Rechenwerte verwendet werden. Die Prüfwerte gasgefüllter Scheiben werden um einen Zuschlag erhöht.

g-Wert gem. DIN 67507

Gesamtenergiedurchlaßgrad im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 2500 nm in %. Die 3.Wärmeschutzverordnung berücksichtigt erstmals den g-Wert zur Bewertung von Solargewinnen.

Lichtdurchlässigkeit _Lgem. DIN 67 507

Die Lichtdurchlässigkeit _L drückt den direkt durchgelassenen, sichtbaren Strahlungsanteil im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts von 380nm bis 780nm bezogen auf die Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges a aus.Die Lichtdurchlässigkeit wird in % angegeben. Die Bezugsgröße 100 ist eine unverglaste Maueröffnung.

k_eq-Wert: äquivalenter k-Wert

Energetisch gute Verglasung bedeutet niedriger k-Wert bei hohem g-Wert.
Energiebilanz aus Wärmeverlust und Strahlungsgewinn gemäß 3.Wärmeschutz-verordnung:
k_eq,F = k_F - g · S_F in W/m²K

S_F: Koeffizient für solare Wärmegewinne
= 2,40 W/m²K für Südorientierung
= 1,65 W/m²K für Ost-und West-orientierung sowie Fenster in flachen oder bis zu 15 Grad geneigten Dachflächen
= 0,95 W/m²K für Nordorientierung

Selektivitätskennzahl S

Mit der Selektivitätskennzahl S wird das Verhältnis Lichtdurchlässigkeit ( _L) zu Gesamtenergiedurchlaßgrad (g) gekennzeichnet.
Die Kennzahl S bewertet Sonnenschutzgläser in bezug auf eine erwünschte hohe Lichtdurchlässigkeit im Verhältnis zu dem jeweils angestrebten niedrigen Gesamtenergiedurchlaßgrad. Je höher die Kennzahl S desto günstiger ist das Verhältnis, wenn bei der Auswahl der Verglasung der Sonnenschutz im Vordergrund steht.

Farbwiedergabe-Index R_a gem. DIN 6169

Die Farbwiedergabeeigenschaften einer Verglasung werden durch den allgemeinen Farbwiedergabe-Index R_a auf einer Skala bis 100 angegeben.Der mit einer Verglasung maximal erreichbare R_a -Wert beträgt 99.

Wärmeschutz

Der Wärmefluß durch Isolierglas:

Strahlungsaustausch zwischen den Scheiben infolge des Emissionsvermögens der Scheibenoberfläche für Wärmestrahlen, Wärmeleitung des Gases im Scheibenzwischenraum, Konvektion des Gases im Scheibenzwischenraum

b-Faktor: shading coefficient gem. VDI 2078

Verhältnis aus g-Wert einer Verglasung und dem g-Wert einer 3mm dicken Einfachscheibe. Der g-Wert dieser 3mm Einfachscheibe wird als Konstante mit 87% angesetzt. Der "mittlere Durchlaßfaktor b" ist die entscheidende Größe zur Berechnung der Kühllast.
b=g_Verglassung / 0,87

Wärmefunktionsschicht. Durch Beschichtung einer oder mehrerer Scheiben einer Isolierglaseinheit gelingt es, den k-Wert von Isolierglas entscheidend zu verbessern: das Emissionsvermögen (Emissivität E) der Glasoberfläche wird drastisch reduziert. Mit dem Wert 0,04 ist praktisch die physikalische Grenze erreicht.

Silberschicht:	E = 0,04 - 0,10
Pyrolyseschicht:	E = 0,17

Gasfüllung.

Eine weitere Möglichkeit zur Senkung des
k-Werts wird erreicht, wenn die Luft im Scheibenzwischenraum durch ein Edelgas (z.B. Argon, Xenon, Krypton) mit geringer Wärmeleitfähigkeit ersetzt wird. Abstand der Einzelscheiben
Für jedes Edelgas ergibt sich ein günstigster Scheibenabstand:

Argon:	16mm
Krypton:	12mm
Xenon:	8mm

Weitere Verbesserungen

Mit 3-fach Isoliergläsern werden k-Werte von bis zu 0,4 W/m²K erreicht. Zu berücksichtigen ist allerdings der damit verbundene geringere g-Wert.
Der Randverbund der Isolierglaseinheiten wird mit zunehmender Verbesserung des k-Werts zur wärmetechnischen Schwachstelle.
Lösungen für einen thermisch verbesserten Randverbund (z.B. aus Kunststoff) können hier eine weitere Verbesserung des Gesamtelements darstellen.

Einfluß des Rahmens auf den Wärmeschutz

DIN 4108, Teil 4 "Wärmeschutz im Hochbau" stuft die Fensterrahmen in Rahmenmaterialgruppen ein.

Rahmenmaterialgruppe 1: Fenster mit Rahmen aus Holz, Kunststoff und Holzkombinationen (z.B. Holzrahmen mit Aluminiumbekleidung) ohne besonderen Nachweis.
Fenster mit Rahmen aus beliebigen Profilen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit k_R 2,0 W/m²K aufgrund von Prüfzeugnissen nachgewiesen worden ist.
Anmerkung: In die Gruppe 1 sind Profile für Kunststoff-Fenster nur dann einzuordnen,

wenn die Profilausbildung vom Kunststoff bestimmt wird und eventuell vorhandene Metalleinlagen nur der Aussteifung dienen.

Rahmenmaterialgruppe 2.1: Fenster mit Rahmen aus wärmegedämmten Metall- oder Betonprofilen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit 2,0 < k_R 2,8 W/m²K aufgrund von Prüfzeugnissen nachgewiesen worden ist.

Rahmenmaterialgruppe 2.2: wie 2.1, jedoch Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens 2,8 < k_R 3,5 W/m²K.
(Zusätzliche Hinweise für die Kernzone der Profile siehe DIN 4108)

Rahmenmaterialgruppe 2.3: wie 2.1, jedoch Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens 3,5 < k_R 4,5 W/m²K.
(Zusätzliche Hinweise für die Kernzone der Profile siehe DIN 4108)

Rechenwerte der Wärmedurchkangskoeffizienten für Verglasungen (k_V) und für Fenster und Fenstertüren einschließlich Rahmen (k_F) (Auszug aus DIN 4108)

Verglasung
k_V Fenster einschl. Rahmen
k_F für Rahmenmaterialgruppe

Unter Verwendung von Normalglas
Einfachverglasung
Isolierglas mit 6 bis 8mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 8 bis 10mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 10 bis 16mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 2x 6 bis 8mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 2 8 bis 10mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 2 10 bis 16mm Luftzwischenraum

1 2.1 2.2 2.3

5,8
3,4
3,2
3,0
2,4
2,2
2,1 5,2
2,9
2,8
2,6
2,2
2,1
2,0 5,2
3,2
3,0
2,9
2,5
2,3
2,3 5,2
3,3
3,2
3,1
2,6
2,5
2,4 5,2
3,6
3,4
3,3
2,9
2,7
2,7

Unter Verwendung von Sondergläsern
(Die Wärmedurchgangskoeffizienten für Sondergläser werden
aufgrund von Prüfzeugnissen hierfür anerkannter Prüfanstalten festgelegt.)

Isolierglas mit 6 bis 8mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 8 bis 10mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 10 bis 16mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 2x 6 bis 8mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 2 8 bis 10mm Luftzwischenraum
Isolierglas mit 2 10 bis 16mm Luftzwischenraum

1,9
1,7
1,5
1,3
1,1
1,0 1,8
1,7
1,6
1,4
1,3
1,2 2,1
2,0
1,8
1,7
1,6
1,5 2,3
2,2
2,0
1,9
1,7
1,7 2,5
2,4
2,3
2,1
2,0
1,9

Sonnenenergienutzung

Gläser sind dann optimal für das solare Bauen, wenn ein guter k-Wert mit einem hohen Gesamtenergiedurchlaßgrad gekoppelt ist.

Hierfür ist es erforderlich, daß die Beschichtung selektiv arbeitet, das heißt, daß sie für kurzwellige Strahlung (Sonnenstrahlen), insbesondere im sichtbaren Bereich, hochtransparent, dagegen für langwellige Wärmestrahlen hochreflektierend ist.
Sonnenenergie soll relativ ungehindert in den Innenraum gelangen. Die von den raumbegrenzenden Flächen im Innern ausgehende Wärmestrahlung wird von der Beschichtung (= Wärmefunktionsschicht) reflektiert.
Wichtigste Bezugsgröße, vor allem bei großem Verglasungsanteil, ist jedoch der k-Wert der Verglasung, da nur noch ein Bruchteil der solaren Energie genutzt bzw. gespeichert werden kann.

Quelle: http://www.agsn.de/index.html