Heizkosten-Rechner
Fenster
Fenster beeinflussen mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten UF und dem g-Wert den Energieverbrauch im Winter. Diese beiden Größen sind auch wichtig, um den sommerlichen Wärmeschutz zu beurteilen.
Der UF -Wert ist der Wärmedurchgangskoeffizient und ist ein Maß dafür, wie viel Wärme in Abhängigkeit der Differenz der Lufttemperatur zwischen innen und außen „durchgeht“ (siehe Energiebedarf Heizen). Je kleiner der UF-Wert, desto weniger ist im Winter der Wärmeverlust durch Fenster. Neue Fenster mit 2-Fachverglasung haben einen UF-Wert von 1,1 W/(m²·K) bis 1,3 W/(m²·K), hochwertige Fenster mit einer 3-Fachverglasung erreichen einen UF-Wert bis 0,9 W/(m²·K). Der Rechner berechnet die Einsparungen bei neuen Fenstern mit einem UF-Wert von 1 W/(m²·K).
Bemerkung:
Der UF-Wert eines Fensters (Index “F” für Fenster) berechnet sich aus dem UV-Wert der Verglasung, dem UR-Wert der Fensterrahmen und dem Beiwert des Randverbunds ψ . Alle drei Größen zusammen sind als UF-Wert die Ausschlaggebende Größe für die Wahl eines Fensters in Sachen Wärmedurchgang.
Der UV-Wert ist nur für die Mitte der Isolierverglasung gültig. Durch die Verwendung von Edelgasen wie Argon, Krypton und Xenon als Füllung im Zwischenraum der Scheiben, wird der UV-Wert verbessert. Kommt Luft in den Zwischenraum, so werden die Scheiben “blind”, da an kalten Tagen Wasser an den Scheiben kondensiert.
Der UR-Wert des Fensterrahmens ist von den verwendeten Materialien und Profilen abhängig.
Der Beiwert ψ berücksichtigt die Wärmeleitfähigkeit des Abstandhalters zwischen den Gläsern.
Der g-Wert ist ein Maß für die Durchlässigkeit der Verglasung für die Sonnenstrahlung. Je höher der g-Wert, desto mehr Sonnenstrahlung gelangt durch die Verglasung in den Raum. Durch Fenster wird auch Raumwärme von innen nach außen durch Wärmestrahlung abgegeben, was als „sekundäre Wärmeabgabe“ bezeichnet wird. Der g-Wert ist die Summe dieser beiden Strahlungen (siehe Abbildung 1).
Zur Nutzung der Sonneneneinstrahlung im Winter sollte der g-Wert möglichst hoch, im Sommer zum Vermeiden von zu hohen Temperaturen in Räumen möglichst gering sein.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Wärmeströme durch ein Fenster aus
https://www.fensterversand.com/info/qualitaet/g-wert-fenster.php
Ein g-Wert von 0,70 entspricht einem Durchlass von 70% der Sonnenstrahlung in den Raum. Der Rest wird vom Fensterglas reflektiert oder absorbiert. Eine 2-Fachverglasung hat einen g-Wert von etwa 0,70, Wärmeschutzverglasungen einen g-Wert von 0,50 bis 0,60 und Sonnenschutzverglasungen auch darunter.
Beim Wärmeschutzglas wird die Glasoberfläche zum Scheibenzwischenraum durch aufdampfen mit Metallen beschichtet, die Sonnenstrahlung reflektieren.
Eine Sonnenschutzverglasung reflektiert oder absorbiert die Sonnenstrahlung noch stärker als eine Wärmeschutzverglasung durch Verspiegelung oder Einfärbung des Glases. Eingefärbte Gläser wärmen sich durch Absorption der Sonnenstrahlung auf und können die Innenräume im Sommer aufwärmen. Sonnenschutzgläser sind besonders geeignet für große Fensterflächen auf Südseiten in wärmeren Klimaregionen.
Wärmeschutz- und Sonnenschutzgläser beeinflussen die Lichtdurchlässigkeit der Fenster und damit die Helligkeit in Innenräumen. Licht ist der vom Auge wahrgenommene Wellenlängenbereich der Sonnenstrahlung.
Der Lichttransmissionsgrad tL definiert die Lichtdurchlässigkeit. Klarglas hat einen tL-Wert von etwa 90, Isolierglas von etwa 80, Wärmeschutzglas unter 80 und Sonnenschutzglas unter 70. Der tL-Wert ist neben der Glasdicke von den Bestandteilen des Glases zum Beispiel Eisenoxid abhängig. Eine Sonnenbrille hat einen tL-Wert von 90 bis 80, das heißt eine Lichtdurchlässigkeit zwischen 10 % und 20 %.
Bemerkung:
Die Sonnenstrahlung hat einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 4000 nm (nm für Nanometer = 1/1.000.000 mm). Das menschliche Auge nimmt den Wellenlängenbereich von 380 nm bis 720 nm als Licht war. Den Rest der Sonnenstrahlung fühlen wir als Wärmestrahlung. Deswegen ist der g-Wert und der tL-Wert einer Verglasung unterschiedlich. Für den Wärmehaushalt ist der g-Wert von Bedeutung, für die Helligkeit der tL-Wert.
Fenster mit einer geringen Lichtdurchlässigkeit (kleiner tL-Wert) sind mit Bedacht zu wählen, damit die Welt an bedeckten oder regnerischen Tagen nicht zu grau wird. Fenster mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit (hoher tL-Wert) können bei Bedarf mit Gardinen, Rollos oder Jalousien verdunkelt werden und sind deshalb variabler als Fenster mit einer geringen Lichtdurchlässigkeit.
Neue Entwicklungen ermöglichen Verglasungen, die über elektrische Signale oder durch Strahlung die Lichtdurchlässigkeit vermindern. Elektrochrome Gläser verdunkeln sich mit elektrischer Spannung. Thermochrome Gläser verdunkeln sich bei steigenden Temperaturen (Lufttemperatur + absorbierte Sonnenstrahlung). Nach https://www.baunetzwissen.de/glossar/t/thermochrome-verglasung-47855 färbt sich dabei das Glas nicht. Sie sollen bei tiefen Temperaturen die wärmenden IR-Strahlen der Sonne durchlassen, bei hohen Temperaturen reflektieren. Beide Arten eignen sich besonders für große Glasflächen auf Süd- und Südwestseiten von Wohnungen.
Zusammenfassung:
Ein niedriger UF-Wert ist immer zu bevorzugen. Eine Kosten-/ Nutzenanalyse wird mit dem Rechner (in Vorbereitung) möglich sein, da mit fallendem UF-Wert der Preis der Fenster steigt.
Ein niedriger g-Wert ist an großen Süd- und Südwestfenstern sinnvoll, wobei auch der tL-Wert beachtet werden sollte, damit die Räume im Winter nicht zu dunkel werden.
Bei bestehenden Wohnungen, bei denen keine neuen Fenster anstehen, kann mit Gardinen, Rollläden, Verschattungen, Klappläden im Sommer und Winter für ein komfortables Wohnklima gesorgt werden (siehe Komfortklima, die operative Temperatur).
Rechner in Vorbereitung
Mit dem Rechner soll der Nutzer den Einfluss verschiedener Fenstertypen auf die Energiebilanz seines Hauses im Winter und Sommer berechnen können.
Der Rechner bestimmt aus der Postleizahl des Standortes des Gebäudes die solare Strahlung sowie die Klimafaktoren (Lufttemperatur über das Jahr). (Daten vom Deutschen Wetterdienst. Für die solare Strahlung ist der Breiten- und Längengrad notwendig).
Im ersten Durchgang wir der winterliche Wärmeschutz berechnet. Hierfür werden die Fensterflächen gleichmäßig nach Osten, Süden, Westen und Norden verteilt und der Wärmeverlust und der solare Wärmeeintrag für die Heizperiode berechnet.
Im zweiten Durchgang wird die sommerliche Aufwärmung für den Monat Juli berechnet. Das ist der Monat, bei dem bei klarem Himmel die höchste Sonnenstrahlung sowie Lufttemperatur gemessen wird.
Ausgangspunkt für die Berechnungen ist der UF-Wert der Fenster zu den gültigen Bestimmungen im Baujahr des Gebäudes sowie ein g-Wert von 0,70.
Nachdem der Nutzer einen Überblick zu den Zahlen bekommen hat, soll durch Eingabe der Fensterflächen für jede Himmelsrichtung eine Optimierung der UF- und g-Werte vorgenommen werden, in dem diese nach Himmelsrichtung der Fenster variiert werden können. Dabei kann der Wohnraum als eine Temperatur-Zone betrachtet werden. Alternativ besteht die Möglichkeit die Nutzfläche eines Stockwerkes in 4 gleiche Segmente nach Himmelsrichtung zu unterteilen und in diesen die Lufttemperatur nach Tageszeiten (Vormittag, Mittag und Nachmittag) zu berechnen.
Hat der Nutzer sich für eine Konfiguration der Fenster entschieden, wird der Energiebedarf für das Kühlen der Wohnung berechnet. Auf der Seite Kühlen im Sommer (in Vorbereitung) werden Tipps zur Wirkung der nächtlichen Lüftung der Wohnung zum energiesparenden Kühlen gegeben.
Dr. Engin Bagda