Ein Warmfenster mit U_w unter 0,8 W/(m²K) garantiert sehr gute Behaglichkeit.

Diese Zeichnung zeigt die relevanten Größen:

Wer ein energiesparendes Haus baut, ist gut beraten, die Fenster-U-Werte und Verglasungsflächenanteile jeweils nach den tatsächlichen Maßen zu bestimmen. Das ist nicht umständlich und mit dem PHPP (Passivhaus Projektierungs Paket) leicht auszuführen. Denn der Einfluss der genauen Fensterabmessungen und Fensterdaten auf die Energiebilanz ist groß. Hier sollte richtig gerechnet werden, das erspart Enttäuschungen und oft sogar bares Geld.

Innenthermographie eines Passivhausfensters: Die ungestörten Oberflächen von Verglasung und Rahmen sind gleichmäßig warm (18 bis 19°C in diesem Bild). Jedoch ist entlang des gesamten Glasrandes sehr gut ein Temperaturrückgang erkennbar (gelb, ca. 16,5 bis 17°C). Die Temperaturen sind zwar immer noch hoch genug, um Tauwasser sicher auszuschließen. Aber die Wärmeverluste sind in diesem Bereich messbar erhöht - daher muss der Wärmebrückenverlust des Glasrandes berücksichtigt werden. Bei Passivhausfenstern werden besondere Maßnahmen getroffen, um diese Verluste gering zu halten: besser dämmende Abstandshalter ("warm edge") und ein tieferer Glaseinstand (Randbedingungen der Aufnahme: Raumtemperatur 22 °C, Außenlufttemperatur 2,5 °C; es handelt sich um ein Passivhausfenster beim Sanierungsprojekt "Jean Paul Platz" in Nürnberg; hier mehr Informationen zu diesem Projekt). Auch die etwas niedrigeren Temperaturen an der Einbaukante des Fensters zur Wand hin sind gut zu erkennen. Bei Fenstern älterer Bauart sind alle diese Temperaturen viel geringer - oft sind sie dann so gering, dass messbar höhere Feuchtigkeiten vorliegen.

Mehr über die aktuelle Passivhaustagung in Bregenz: www.passivhaustagung.de.

Anmerkungen

¹) Zugrunde liegen die Klimabedingungen in Mitteleuropa.

Worauf achten bei Passivhaus-Fenstern?

Wie jedes Fenster muss es für den Gebrauch tauglich sein. Darin unterscheiden sich Passivhausfenster nicht von gewöhnlichen Fenstern.

Als entscheidend für die Funktion innerhalb eines Passivhauses hat sich das Behaglichkeitskriterium herausgestellt: Die mittlere Oberflächentemperatur der Fenster-Innenoberfläche inklusive aller Anschlussdetails sollte am Auslegungstag im Winter nicht mehr als 3°C unter der Raumtemperatur liegen. Daraus lassen sich für jede Klimaregion Anforderungen an den effektiven Fenster-U-Wert ableiten. Für Mitteleuropa, hier beträgt die mittlere Auslegungs-Außentemperatur um -10°C, ergibt sich daraus die

Anforderung:

Effektiver Fenster-U-Wert
nicht größer als 0,8 W/(m²K).

Passivhaus-Fenster sind damit gegenüber üblichen modernen Fenstern um etwa einen Faktor 2 verbessert. Durch den niedrigen Wärmeverlust liegt die innere Oberflächentemperatur dann auch in kalten Nächten in Mitteleuropa immer noch bei etwa 17 °C. Unter diesen Umständen ist die Behaglichkeit in Fensternähe ausgezeichnet: Es gibt weder störende "kalte Strahlung" vom Fenster, noch einen unangenehmen Kaltluftsee am Boden. Zum Thema thermischer Komfort vgl. auch die Seite "Passivhaus-Behaglichkeit".

Entscheidend ist also der Wärmedurchgangskoeffizient oder U-Wert für das gesamte Fenster. Dieser Wert wird durch die Bestandteile Verglasung, Rahmen und Randverbund (vgl. Abb. auf der linken Seite) beeinflusst. Mit schlechteren Fenster-U-Werten ist Passivhausqualität in der Regel nicht zu erreichen.

Für die Bestimmung des Fenster-U-Wertes gibt es eine europaweit gültige Norm: EN 10077. Die Werte nach dieser Norm haben sich als realistisch herausgestellt - durch die Norm werden auch Wärmebrücken durch den Abstandhalter der Isolierverglasung berücksichtigt. Dies war nach alten Verfahren nicht der Fall, weshalb alte Verfahren oft viel zu geringe rechnerische Wärmeverluste bestimmen. Alte Werte, wie z.B. k_F ("Fenster-k-Wert"), sollte man heute nicht mehr verwenden.

In die Berechnung des Fenster-U-Wertes U_w nach EN 10077 gehen ein

• der Verglasungs-U-Wert U_g und die Fläche der Verglasung A_g,
  
• der U-Wert des Rahmens U_f und die Projektionsfläche des Rahmens A_f
  
• der Wärmebrückenverlustkoeffizient am Glasrand Ψ_g (der im wesentlichen durch den Randverbund bestimmt wird) und die Länge l_g des Glasrandes
  
• dazu kommt der Wärmebrückenverlustkoeffizient durch den Einbau des Fensters in der Außenwand Ψ_Ein und die Länge l_Ein des Einbaurandes.

Um sich nicht über die Eigenschaften des Fensters zu täuschen, ist es entscheidend, alle oben genannten Wärmeverluste zu berücksichtigen. Dies erfolgt nach der Formel

Gerade die Wärmebrücke am Rand der Verglasung spielt eine große Rolle; wenn man sie vernachlässigt, sind die Ergebnisse viel zu optimistisch. Wie groß der Randeinfluss ist, kann man z.B. an der Abbildung auf der linken Seite erkennen.

Inklusive des in Klammern angegebenen Terms für die Einbau-Wärmebrücke sind alle Verluste des Fensters erfasst; diese Berechnung ist Teil des PHPP (Passivhaus Projektierungs Paketes). Die Einzelwerte, die in der Formel vorkommen, sind für jedes Passivhausfenster bekannt. Sie finden sich z.B. auf dem Zertifikat des Passivhaus Institutes für das betreffende Fenster. Für dieses Zertifikat gelten strenge Anforderungen - und die angegebenen Werte müssen vom Hersteller nachgewiesen werden. Nur dann darf der Hersteller das Qualitätszeichen des Passivhaus Institutes verwenden:

Passivhaus geeignetes Fenster.

Ein Fenster lässt zugleich auch direktes und indirektes Sonnenlicht in den Raum. Der Gesamtenergiedurchlassgrad g gibt an, welcher Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie bei senkrechtem Einfall von der Verglasung durchgelassen wird. Passivhaus-Fenster sollen eine positive Energiebilanz auch im Winter aufweisen können, d.h. es wird für die Verglasung gefordert:

U_g - 1,6 W/(m²K) · g   <  0

Wird diese Bedingung erfüllt, so kann durch passive Sonnenenergienutzung mit einem solchen Fenster in der Heizperiode mehr Solarenergie aufgefangen werden als das Fenster nach außen an Wärme verliert.

Passivhausfenster sind keine Energielöcher mehr in der Fassade, sondern erlauben im Gegenteil eine Energiegewinnung. Das gilt zumindest so lange, wie das Fenster nicht übermäßig verschattet wird und eine Orientierung zwischen Südost und Südwest aufweist. Die folgende Grafik zeigt diesen Effekt in der Praxis.


Passiv-Solar-Praxis: Nichts zeigt eindrucksvoller die Wirksamkeit der passiven Solarenergienutzung als Messwerte aus dem Passivhaus Kranichstein: Im Dezember 2004 war in diesem Haus keine Heizung im Betrieb. An den beiden sonnigen Tagen 14. und 15. Dezember gelangt durch die Verglasungen Sonnenenergie in den Raum (gelbe Phasen). Die Raumtemperaturen erhöhen sich sichtbar. Die innere Speichermasse des Hauses wird aufgeladen. Da die Wärmeverluste sehr gering sind, kann das Haus diese Wärme halten. Am 16. Dezember um 6:00 liegt die Temperatur 0,8 Grad über dem Wert vom 14. Dezember vor Beginn der Einstrahlung. Die folgenden Tage waren leider, wie so oft im mitteleuropäischen Winter, stark bewölkt. Trotzdem verliert dieses Haus auch ohne Heizung nur etwa 0,2 Grad je Tag.
(Klick auf die Grafik liefert eine höher aufgelöste Version)
Danksagung: Die dokumentierten Messungen wurden durch die Hessische Landesregierung finanziert.

Heute kann der solare Wärmegewinn recht genau schon bei der Planung mit dem PHPP (Passivhaus Projektierungs Paket) vorausberechnet werden.

Fazit

Es kommt somit auf beides an:¹)

• Auf den Fenster-U-Wert als Kennzeichnung der Wärmeverluste; vor allem, weil das Fenster ja auch in der kalten Winternacht keine unangenehm kalte Oberfläche haben soll. Der U-Wert sollte möglichst klein sein, jedenfalls kleiner als 0,8 W/(m²K).
• Auf den Verglasungs-g-Wert als Kennzeichnung für den möglichen solaren Wärmegewinn. Der g-Wert sollte möglchst hoch sein; Werte um 0,5 sind heute gängig.

Selbstverständlich ist es günstig, wenn das Fenster nur einen gringen Rahmenanteil hat. Allerdings darf das nicht zu sehr auf Kosten des U-Wertes gehen.

Mehr Informationen zu Passivhausfenstern.

Dieser Link führt zu Basisinformationen zum Thema Passivhaus.

Link zur Homepage des Passivhaus Institutes:

(Überarbeitet: 25.11.2006 Autor: Dr. Wolfgang Feist 
 © Passivhaus Institut; unveränderte Wiedergabe unter Angabe der Quelle gestattet)