Temperaturstrahlung der Sonne

Die für uns sichtbare sogenannte Photosphäre der Sonne strahlt bei einer mittleren Temperatur von um 5500 °C. Der größte Teil der solaren Temperaturstrahlung liegt im sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung: Licht.
Foto: Sonnensonde SOHA der NASA.

Ein Fenster - nun ja, zum Hinausschauen ist es doch da! Schön erkennt man im sichtbaren Licht durch das Glas hindurch das Fenster in der gegenüberliegenden Fassade des Nachbarhauses. Glas ist im sichtbaren Licht vor allem transparent - und ein bisschen spiegelnd, wie jeder weiß, und wie man es hier an der Blitzspiegelung auch sehen kann. Im Nachbarhaus wird geheizt - im Wärmebild sollte das Fenster des Nachbarn daher ganz besonders gut zu erkennen sein. Schauen wir mal nach:

Ein Wärmebild des gleichen Fensters. Ja wo ist es denn, das warme Fenster des Nachbarn? Auch nicht die kleinste Andeutung der Kontour ist erkennbar. Im Thermographiebild ist die ganze Verglasung im wesentlichen eine homogen etwa 12,5 °C warme Fläche; bis auf die extra-kalten Bereiche am Rand. Tatsächlich ist Glas im Wellenlängenbereich von 4 bis 12 µm, in dem unsere Infrarotkamera "sieht", undurchsichtig - es absorbiert die Strahlung zu etwa 84% und reflektiert den Rest. Verblüffend, wenn man die Eigenschaften des Glases im sichtbaren Spektrum kennt - dass es sich im mittleren Infrarot ganz anders verhält.

Der Weg von der Einscheibenverglasung zum modernen Wärmeschutz-Isolierglas ist ein vorbildlicher Erfolgspfad der Energieeffizienz: Der Wärmeverlust der Verglasung wird dadurch insgesamt um mehr als einen Faktor 8 verringert - Sie finden das auf unserer Seite Entwicklung der Fenster beschrieben.

Es gibt immer wieder Fragen nach der Funktion der Wärmeschutzverglasung. Im Internet findet sich außerdem manche Seite, in der aus physikalischer Unkenntnis irreführende Folgerungen gezogen werden. Daher sollen hier die grundlegenden Zusammenhängen physikalisch richtig und einfach verständlich erklärt werden.

Dazu muss eine gewisse Grundkenntnis der Physik der Wärmestrahlung vorausgesetzt werden. Für Leser, die diese Kenntnisse erwerben oder auffrischen wollen, haben wir folgende Seite zusammengestellt: Physik der Wärmestrahlung.

Jeder Gegenstand gibt solche Wärmestrahlung ab. Bei hoher Temperatur mehr und kurzwelligere, bei niedrigen Temperaturen weniger und langwelligere. Der bekannteste Strahler ist die Sonne (oben links), aber auch ein Lagerfeuer und ein Kaminofen sind als Wärmestrahler bekannt. Im Folgenden wollen wir aus praktischen Gründen zwei Wellenlängenbereiche unterscheiden:

• Den Bereich des sichtbaren Lichtes und des nahen Infrarot, das ist der Bereich, in dem die wesentliche Strahlungsintensität der 5500 °C heißen Sonneoberfläche vorliegt; wir werden diesen Bereich "kurzwellige Strahlung" nennen.
  
  und
  
• den Bereich der Wärmestrahlung in der irdischen Umgebung mit üblichen Temperaturen in einem Gebäude oder auch außerhalb (-10 bis +30 °C), das ist eine Temperaturstrahlung im sogenannten "mittleren Infrarot", deren Maximum bei einer Wellenlänge um etwa 10 µm liegt. Das ist über 10mal so langwellig wie das sichtbare Licht - es ist die Strahlung, die man mit einer Infrarotkamera erkennen kann. Wir werden sie hier als "langwellige Strahlung" bezeichnen.

Glas ist ein tolles Material! Es lässt sichtbares Licht und einen Großteil des nahen Infrarot weitgehend ungestört hindurch, absorbiert aber die Wärmestrahlung, die z.B. von einem Menschen, einem Heizkörper oder auch nur einer Innenwand ausgeht, fast vollständig. Im gerade beschriebenen langwelligen Bereich ist Fensterglas undurchsichtig. Man kann dies gut mit einer Thermographiekamera erkennen: Während man durch eine Verglasung gut hinausschauen kann (kurzwellige Strahlung) "sieht" man im mittleren Infrarot nur die Verglasung selbst und Reflexionen von Gegenständen im Raum (Fotos auf der linken Seite).

Grafik: Der Verlauf von Transmission (gelb), Reflexion (blau) und Strahlungsabsorption (tiefrot) bei einer Oberfläche aus Fensterglas in Abhängigkeit von der Wellenlänge (schematisch). Im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot ist das Glas durchsichtig: es absorbiert nur wenig Strahlung und reflektiert ein wenig. Die Transmission hört bei ca. 3000 bis 4000 nm aber auf: Schon im mittleren Infrarot ist Glas so "undurchdringlich" wie es die meisten uns bekannten Feststoffe auch bei sichtbarem Licht sind (man denke z.B. an eine Putzoberfläche). Der größte Teil der langwelligen Strahlung wird absorbiert, etwa 14 bis 16% durch das Glas gerichtet (wie bei einem Spiegel) reflektiert.

Das thermische Modell der Einfachverglasung. Bei 0°C Außentemperatur und 20 °C Raumtemperatur ergeben sich R-Werte wie folgt

R_rad,e   = ( 3,8 W/(m²K) )^-1

R_conv,e = ( 12 W/(m²K) )^-1

R_glasi   = 0,004 / 1 (m²K)/W

R_rad,i    = ( 4,3 W/(m²K) )^-1

R_conv,i  = ( 6,7 W/(m²K) )^-1

Durch Widerstandsarithmetik kann daraus der U-Wert der Einfachverglasung unter diesen Bedingungen zu 6,3 W/(m²K) bestimmt werden. Bei 0 °C Außentemperatur und 20°C Raumtemperatur ist die innere Oberfläche mit 8,5 °C ziemlich ungemütlich kalt.

Der U-Wert der Einfachverglasung ist nicht konstant! Vielmehr ändert er sich in Abhängigkeit von den Außentemperaturen (und auch von der Windgeschwindigkeit). Für einfache Berechnungen der Heizwärmebilanz kann man jedoch U_g näherungsweise mit 6,2 W/(m²K) ansetzen. Bei höhere Außentemperaturen, wenn der U-Wert nennenswert geringer wird, ist der Wärmeverlust ohnehin klein und es wird oft gar nicht geheizt. Der Fehler für den Wärmebedarf ist absolut nur gering.

Einscheibenverglasung

...ist immerhin ein Fortschritt gegenüber offenen Fensteröffnungen durch die es zieht und evtl. sogar hereinregnet. Wir haben das Rüstzeug, um die Eigenschaften der Einscheibenverglasung zur verstehen:

• Für das sichtbare Licht: Der Lichttransmissionsgrad bei senkrechter Einstrahlung beträgt nach der Grafik um 85%. Man kann also gut hindurchschauen und der Gesamtenergiedurchlassgrad für Sonnenenergie ist sogar noch etwas höher, weil auch ein Teil der absorbierten Strahlung als Wärme dem Raum zugute kommt.
  
• Für die Wärmestrahlung aus dem Raum: Die relevanten Wellenlängen liegen bei 4 bis 50 µm. Daher wird nach der Grafik die Strahlung hauptsächlich absorbiert, der Rest zurückreflektiert und nach einigem hin und her schlussendlich zu etwa 80% netto-absorbiert. Daraus ergibt sich für eine
  - Scheibenoberflächentemperatur von 8,5 °C und eine
  - Raumoberflächentemperatur von 20 °C ein Strahlungswärmeübergangskoeffizient auf der Innenseite von 4,3 W/(m²K). Auf der Außenseite, bei einer angenommenen Umgebungstemperatur von etwa 0 °C, ist der Strahlungsaustausch etwas geringer: 3,8 W/(m²K).
  
• Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient ist bei den hier vorliegenden hohen Temperaturdifferenzen wegen des stärkeren Auftriebs auch sehr groß. Auf der Innenseite ergibt er sich zu 6,7 W/(m²K), außen ist er wegen der durch Wind erzwungenen Konvektion noch höher, hier geschätzt auf 12 W/(m²K).

Mit der thermischen Modellschaltung in der linken Spalte, den hier aufgeführten Werten und den Regeln für das Parallel- und Reihenschalten von Widerständen ergibt sich unter diesen Bedingungen ein U-Wert der Einfachverglasung von 6,3 W/(m²K), ein Gesamtwärmestrom von 126 W/m² und eine innere Oberflächentemperatur von 8,5 °C.

Kurz bewertet: Hohe Verluste, schlechte Behaglichkeit.

Das thermische Modell der Doppelverglasung. Bei 0°C Außentemperatur und 20 °C Raumtemperatur ergeben sich R-Werte wie folgt

R_rad,e   = ( 3,8 W/(m²K) )^-1

R_conv,e = ( 12 W/(m²K) )^-1

R_glas1&2= 0,004 / 1 (m²K)/W

R_rad,gap = ( 3,7 W/(m²K) )^-1

R_conv,gap= ( 1,44 W/(m²K) )^-1

R_rad,i    = ( 4,5 W/(m²K) )^-1

R_conv,i  = ( 5,2 W/(m²K) )^-1

Durch Widerstandsarithmetik kann daraus der U-Wert der Doppelverglasung unter diesen Bedingungen zu 2,7 W/(m²K) bestimmt werden. Bei 0 °C Außentemperatur und 20°C Raumtemperatur ist die innere Oberfläche mit 14,4 °C immer noch kalt - allerdings deutlich wärmer als beim Einscheibenglas.

Auch der U-Wert der Doppelverglasung ist nicht konstant; die Abhängigkeit von den Außentemperaturen und von der Windgeschwindigkeit ist aber weit weniger bedeutend. Für einfache Berechnungen der Heizwärmebilanz kann mit guter Näherung U_g mit 2,7 W/(m²K) angesetzt werden (bei 15 bis 18 mm Scheibenabstand und Luftfüllung).

Zweischeibenverglasung
( im Volksmund: Isolierglas oder nach einem der ersten Hersteller "Thermopane-Glas")

Dass Luftschichten wärmedämmen, wenn die Luft fest eingeschlossen ist, das merkt man auch ohne viel wärmetechnischer Theoriekenntnisse. Überall, wo es sonst lausig kalt wird, hat man daher schon traditionell zwei statt nur einer Fensterglasscheibe verwendet, meist in Form von Kasten- oder Verbundfenstern. In moderner Zeit wurden versiegelte "Isolierglaseinheiten" eingeführt, die von der Industrie maßgenau gefertigt werden und dann wie ein Einfachglas in ein Fenster eingesetzt werden können. Das ist gegenüber den Mehrfachkonstruktionen einfacher, leichter zu handhaben und pflegeleichter - wenn auch zunächst nicht besser bzgl. des U-Wertes. Auch die Eigenschaften dieser Doppelverglasung können wir verstehen:

• Für das sichtbare Licht: Der Lichttransmissionsgrad bei senkrechter Einstrahlung beträgt nun noch um 80% - schon etwas weniger als beim Einscheibenglas, weil an den Oberflächen mehr kurzwellige Strahlung zurückreflektiert wird und auch mehr Strahlung in der (verdoppelten) Glasschichtdicke absorbiert wird.
  
• Die Wärmestrahlung aus dem Raum wird an der inneren Scheibenoberfläche absorbiert. Bei 14,4°C Glasoberflächen- und 20 °C Raumoberflächentemperatur resultiert ein Strahlungswärmeübergangskoeffizient auf der Innenseite von 4,5 W/(m²K). Auf der Außenseite, wieder bei Umgebungstemperatur 0 °C, ist der Strahlungsaustausch etwas geringer: 3,8 W/(m²K).
  
• Im Zwischenraum wird die Wärme vor allem durch Strahlung von der raumabgewandeten Oberfläche der inneren Scheibe zur Innenoberfläche der Außenscheibe übertragen. Diese Oberflächen haben Temperaturen von 14,3 bzw. 3,6 °C. Mit den Emissionsgraden der Glasoberflächen (etwa 0,84) ergibt sich ein Strahlungswärmeübertragungskoeffizient von 3,7 W/(m²K).
  
• Die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten ergeben sich zu 5,2 innen, weiterhin 12 außen und 1,44 W/(m²K) im Scheibenzwischenraum. Man beachte, dass im Scheibenzwischenraum der bei weitem größere Wärmestrom durch Strahlung übertragen wird als durch Wärmeleitung und Konvektion durch die Luft im Spalt.

Mit der thermischen Modellschaltung in der linken Spalte, den berechneten Werten und den Regeln für das Parallel- und Reihenschalten von Widerständen ergibt sich unter diesen Bedingungen ein U-Wert der Doppelverglasung von 2,7 W/(m²K), ein Gesamtwärmestrom von 54 W/m² und eine innere Oberflächentemperatur von 14,4 °C.

Kurz bewertet: gegenüber der Einscheibenverglasung 57% Energieeinsparung und bessere Behaglichkeit (aber immer noch eine unangenehm kalte Innenoberfläche).

Das thermische Modell der 2-Scheiben-Wärmeschutz- Verglasung. Bei 0°C Außentemperatur und 20 °C Raumtemperatur ergeben sich R-Werte wie folgt

R_rad,e   = ( 3,8 W/(m²K) )^-1

R_conv,e = ( 12 W/(m²K) )^-1

R_glas1&2= 0,004 / 1 (m²K)/W

R_rad,gap = ( 0,15 W/(m²K) )^-1

R_conv,gap= ( 1,26 W/(m²K) )^-1

R_rad,i    = ( 4,4 W/(m²K) )^-1

R_conv,i  = ( 3,9 W/(m²K) )^-1

Durch Widerstandsarithmetik kann daraus der U-Wert der Doppelverglasung unter diesen Bedingungen zu 1,1 W/(m²K) bestimmt werden. Bei 0 °C Außentemperatur und 20°C Raumtemperatur ist die innere Oberfläche mit 17,3 °C nicht mehr sehr kalt - allerdings kann sie bei sehr niedrigen Außentemperaturen immer noch unter 15 °C fallen und dann immer noch "zu kalt" sein.

Der U-Wert der Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung zeigt eine immer noch eine deutliche Abhängigkeit von der Außentemperatur . Mit guter Näherung kann der U_g - Wert zu 1,1 W/(m²K) angesetzt werden (bei 14 bis 16 mm Scheibenabstand und Argon-Füllung). Bemerkung: Unsere hier berechneten U-Werte sind geringer als streng nach der europäischen Norm EN 673 - das liegt vor allem daran, dass wir auch die inneren und äußeren Wärmeübergangskoeffizienten temperaturabhängig mitberechnen. Und bei geringeren Temperaturdifferenzen nimmt die frei Konvektion auch an den Oberflächen ab. Ein durchaus günstiger Nebeneffekt.

Wärmeschutzverglasung

Der nächste Schritt setzt physikalisches Verständnis voraus. Und es waren auch zwei Physiker, die diese Entwicklung ermöglicht haben: Arthur Rosenfeld am LBL (Kalifornien) und Hans-Joachim Gläser in Deutschland. Der "Trick" besteht einfach darin, die Strahlungswärmeübertragung zwischen den beiden Scheiben zu reduzieren. Und das wiederum erreicht, in dem eine der beiden Scheiben an der Oberfläche so verändert wird, dass der Emissionsgrad (=Absorptionsgrad) ε sehr gering wird, jedenfalls für die Temperaturstrahlung bei Raumtemperatur. Wie geht das? Jeder kennt das Prinzip des Spiegels: An einer glatten ebenen Metallschicht wird Licht reflektiert - und das gilt für (fast) alle Frequenzen der elektromagnetischen Strahlung. Die Reflexion beruht darauf, dass im Metall die Elektronen sich weitgehend frei bewegen können. Sie wirken dann wie frei aufgestellte Antennen - schwingen im Gleichtakt mit dem anregenden Licht mit - und das erzeugt eine Interferenz, welche die Welle geradewegs nach dem Reflexionsgesetz in den Empfangshalbraum zurückwirft. Um den Effekt für thermische Strahlung von Raumtemperatur zu erhalten, reichen auch schon hauchdünne Metallschichten von 5 bis 10 nm aus (das sind 10 bis 20 Atomlagen).

Metallschichten die als Spiegel wirken? Da erwartet man, dass man durch das entsprechend beschichtete Glas nicht mehr hinaus, sondern wie bei einem Spiegel eben wieder nach innen schaut! Nicht, wenn die Metallschicht dünn genug ist. Denn Strahlung (Photonen) ab einer bestimmten Energie (d.h. unterhalb einer gewissen Wellenlänge) kann die Metallschicht dann durchschlagen. Die Grenzwellenlänge liegt bei den üblichen Beschichtungen gerade bei etwa 1 µm.

Solche Schichten heißen wegen ihrer besonderen Eigenschaften auch:

• Niedrig-emittierende Beschichtungen (low-emissivity oder low-e), das erklärt sich aus dem niedrigen Emissionsgrad ε für die thermische Strahlung, oder
  
• Selektive Schichten, da die Erhöhung des Reflexionsgrades nur in einem Teil-Spektralbereich (eben bis ca. 1,5 µm) wirkt und die Schicht bei kürzeren Wellenlängen dann "selektiv" transparent ist.

Absorption, Reflexion und Transmission für ein mit einer low-e-Silberlage beschichtetes Glas (Schichtseite, schematisch). Vergleiche diese Grafik mit der für das unbeschichtete Glas: Beide sind im sichtbaren Licht durchsichtig (gelb). Für die thermische Umgebungsstrahlung sind beide undurchsichtig (kaum gelb). Verändert wird die Oberflächeneigenschaft von "Absorption" (d.h. energetische Aufnahme der Strahlung durch das Glas) zu "reflektierend" (d.h. die Strahlung wird zurückgeworfen). Dies erfolgt mit den modernen Schichten sehr konsequent: die Emissivitäten im Langwelligen liegen unter 3%.

Die Metallschichten werden in der Regel noch durch Schutz-, Entspiegelungs- und weitere ebenfalls aufgespotterte dünne Schichten ergänzt. Dadurch erreicht eine moderne Beschichtung sehr niedrige Emissionsgrade (0,02 bis 0,03 sind üblich) und trotzdem nur sehr geringfügige Veränderungen beim spektralen Transmissionsgrad für das sichtbare Licht.

• Für das sichtbare Licht: Der Lichttransmissionsgrad bei senkrechter Einstrahlung beträgt nun um 76 bis 79% - nicht viel weniger als bei "alter" Doppelverglasung.
  
• Die Wärmestrahlung aus dem Raum wird an der inneren Scheibenoberfläche absorbiert. Bei 17°C Glasoberflächen- und 20 °C Raumoberflächentemperatur resultiert ein Strahlungswärmeübergangskoeffizient auf der Innenseite von 4,4 W/(m²K). Auf der Außenseite bleibt es bei 3,8 W/(m²K).
  
• Im Zwischenraum kann die Wärme nun kaum noch durch Strahlung übertragen werden. Dafür sorgt das geringe Emissionsvermögen der Metallschicht auf der Glasoberfläche. Die Oberflächen haben Temperaturen von 17,3 bzw. 1,4°C. Mit den Emissionsgraden der Glasoberflächen (0,84 auf Oberfläche "2" und 0,03 auf Oberfläche "3") ergibt sich ein Strahlungswärmeübertragungskoeffizient von nur 0,15 W/(m²K). Der wesentliche Wärmestrom ist extrem stark reduziert.
  
• Die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten ergeben sich zu 3,9 innen, weiterhin 12 außen und 1,26 W/(m²K) im Scheibenzwischenraum. Man beachte, dass im Scheibenzwischenraum jetzt der bei weitem größere Wärmestrom durch die Wärmeleitung und Konvektion im Füllgas (hier Argon) gegeben ist.

Mit der thermischen Modellschaltung in der linken Spalte, den berechneten Werten und den Regeln für das Parallel- und Reihenschalten von Widerständen ergibt sich unter diesen Bedingungen ein U-Wert der Doppelverglasung von 1,1 W/(m²K), ein Gesamtwärmestrom von 22 W/m² und eine innere Oberflächentemperatur von 17,3 °C.

Kurz bewertet: gegenüber der Einscheibenverglasung 82% Energieeinsparung und spürbar bessere Behaglichkeit (aber, insbesondere bei geringen Außentemperaturen auch jetzt noch eine merklich kalte Oberfläche).

Das thermische Modell der 3-Scheiben-Wärmeschutz- Verglasung. Bei 0°C Außentemperatur und 20 °C Raumtemperatur ergeben sich R-Werte wie folgt

R_rad,e   = ( 3,8 W/(m²K) )^-1

R_conv,e = ( 12 W/(m²K) )^-1

R_glas123= 0,004 / 1 (m²K)/W

R_rad,gapI = ( 0,15 W/(m²K) )^-1    R_rad,gapII = ( 0,16 W/(m²K) )^-1

R_conv,gapI= ( 1,19 W/(m²K) )^-1  R_conv,gapII= ( 1,26 W/(m²K) )^-1

R_rad,i    = ( 4,5 W/(m²K) )^-1

R_conv,i  = ( 3,3 W/(m²K) )^-1

Durch Widerstandsarithmetik kann daraus der U-Wert der Doppelverglasung unter diesen Bedingungen zu 0,6 W/(m²K) bestimmt werden. Bei 0 °C Außentemperatur und 20°C Raumtemperatur ist die innere Oberfläche mit 18,4 °C komfortabel warm - auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen fällt sie nicht unter etwa 17°C fallen. Damit kann ein Fenster die Komfortbedingungen ohne zusätzliche kompensatorische Heizflächen erfüllen.

Der U-Wert der Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung ist nur noch sehr wenig von der Außentemperatur abhängig. Mit guter Näherung kann der U_g - Wert der hier behandelten Verglasung zu 0,6 W/(m²K) angesetzt werden (bei zweimal 13 bis 15 mm Scheibenabstand und Argon-Füllung).

Dreischeiben- Wärmeschutzverglasung

Ganz einfach: Um die Dämmwirkung weiter zu verbessern, werden einfach zwei dämmende Scheibenzwischenräume hintereinander gestellt. Damit in beiden Zwischenräumen nur wenig Wärme durch Strahlung übertragen wird, müssen jeweils eine Oberfläche in jedem der Zwischenräume selektiv beschichtet sein; und, damit sich die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung in Grenzen hält, wird in beiden Zwischenräumen das Edelgas Argon verwendet (oder sogar Krypton, das ist allerdings deutlich teurer).

Eine solche Verglasung hat nun drei Scheiben:
die äußere, die mittlere und die innere Scheibe.

Sie hat zwei Scheibenzwischenräume, jeweils mit Edelgas gefüllt:
den äußeren und den inneren Scheibenzwischenraum.

Es gibt nun insgesamt sechs Glasoberflächen, die einfach der Reihenfolge noch von außen nach innern nummeriert werden:

"1" ist die äußere Verglasungsoberfläche - sie wird meist nicht beschichtet.
"2" ist die Oberfläche des Außenglases zum äußeren Scheibenzwischenraum und trägt in der Regel eine selektive Beschichtung, welche die von der Oberfläche "3" kommende Wärmestrahlung zurückspiegelt.
"3" ist die äußere Oberfläche der mittleren Scheibe. Bei den meisten Dreischeibenverglasungen wird die mittlere Scheibe nicht beschichtet. Dadurch wird die Absorption der kurzwelligen Solarstrahlung in dieser Scheibe nicht noch zusätzlich erhöht, wodurch die mittleren Scheiben sonst bei Sonneneinstrahlung ordentlich heiß werden können.
"4" ist die innere Oberfläche der mittleren Scheibe, meist nicht beschichtet (s.o.).
"5" ist die Oberfläche der inneren Scheibe zum inneren Scheibenzwischenraum hin; hier liegt in der Regel eine selektive Beschichtung, welche die Emission der langwelligen Strahlung von der warmen Innenscheibe stark reduziert.
"6" ist die innere Oberfläche der inneren Scheibe, die meist ebenfalls nicht beschichtet ist und zugleich die Innenoberfläche der gesamten Verglasung darstellt.

Die Eigenschaften der Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung ergeben sich wie folgt:

• Für das sichtbare Licht: Der Lichttransmissionsgrad bei senkrechter Einstrahlung beträgt nun zwischen 65 und 69% - durchaus weniger als bei einer Zweischeibenverglasung.
  
• Die Wärmestrahlung aus dem Raum wird wie bisher an der inneren Oberfläche ("6") absorbiert. Bei 18,4°C Glasoberflächen- und 20 °C Raumoberflächentemperatur resultiert ein Strahlungswärmeübergangskoeffizient auf der Innenseite von 4,5 W/(m²K). Auf der Außenseite bleibt es bei 3,8 W/(m²K).
  
• Im beiden Zwischenräumen wird kaum Wärme durch Strahlung übertragen. Dafür sorgen das geringe Emissionsvermögen der Metallschichten auf den Glasoberfläche "2" und "5". Es ergeben sich jeweils Strahlungswärmeübertragungskoeffizienten von nur 0,15 bis 0,16 W/(m²K).
  
• Die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten ergeben sich zu 3,3 innen, weiterhin 12 außen und 1,19 bzw. 1,26 W/(m²K) in den beiden Scheibenzwischenräumen (mit Argon gefüllt).

Mit der thermischen Modellschaltung in der linken Spalte, den berechneten Werten und den Regeln für das Parallel- und Reihenschalten von Widerständen ergibt sich unter diesen Bedingungen ein U-Wert der Doppelverglasung von 0,6 W/(m²K), ein Gesamtwärmestrom von nur noch 12 W/m² und eine innere Oberflächentemperatur von 18,4 °C.

Kurz bewertet: gegenüber der Einscheibenverglasung ergeben sich über 90% Energieeinsparung. Die Behaglichkeit ist jetzt bei Außentemperaturen über -15 °C durchgehend im Komfortbereich, und das bzgl. aller Kriterien der Komfort-Norm [ISO 7730]. Insbesondere ist die Strahlungstemperatur-Asymmetrie gering, es gibt keine unzulässig hohen Luftgeschwindigkeiten am Boden und keinen spürbaren Kaltluftsee (siehe Behaglichkeit-Passivhausfenster, vgl. dazu auch [Feist 2007]).

Noch einmal die U_g-Werte (jeweils zu 0 °C Außentemperatur / 20°C Raumtemperatur ) der bestimmten Verglasungstypen im Vergleich:

Mit der Dreischeiben-Wärmeshutzverglasung wird der Wärmeverlust gegenüber
einer Einscheibenverglasung um einen Faktor 10 verringert. Und selbst gegenüber
der heute in Deutschland noch überwiegend anzutreffenden normalen "Isolierverglasung"
ist der U-Wert um fast einen Faktor 5 geringer. Der Austausch alter Fenster gegen die
heute verfügbaren Dreischieben-Wärmeschutzverglasungen spart nicht nur sehr viel
Energie, sondern verbessert auch die Behaglichkeit.

Ein Warmfenster mit U-Werten unter 0,8 W/(m²K) garantiert sehr gute Behaglichkeit. Energiesparen und hoher Komfort gehen Hand in Hand.

Für einen kurzen Film zur Behaglichkeit bei Passivhaus-Fenstern klicken Sie bitte auf das folgende Bild:

Mehr Informationen zu Passivhausfenstern.

Dieser Link führt zu Basisinformationen zum Thema Passivhaus.

Link zur Homepage des Passivhaus Institutes:

[Feist 2007] Feist, W.: Passivhäuser, im Bauphysik-Kalender 2007

(aktualisiert 18.08.2007 Autor: Dr. Wolfgang Feist  
© Passivhaus Institut; unveränderte Wiedergabe unter Angabe der Quelle gestattet.
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