U-Wert-Optimierung von Vorhangfassaden - Teil 3

Nachdem wir uns zuletzt mit den technischen Möglichkeiten der U-Wert-Optimierung von Vorhangfassaden beschäftigt haben, geht es diesmal um die gestalterischen Aspekte: wie wirken sich Änderungen der Fassadenaufteilung, der Rasterbreite und der Einspannelemente auf den Wärmeschutz der Fassade aus?

Reduktion der Einspannelemente

Die Menge der Fassadenprofile (Pfosten, Riegel und Rahmen) wirkt sich in zweifacher Hinsicht auf den Ucw-Wert aus: erstens durch den (meist im Verhältnis zu den Ausfachungen höheren) U-Wert der Profile, zweitens durch die zusätzlichen Ψ-Werte der Berührungsbereiche zwischen Profilen und Ausfachungen entstehen. Daher scheint es naheliegend, die Anzahl an öffenbaren Fenstern zu verringern und durch Festverglasungen zu ersetzen.

Die folgende Abbildung zeigt oben wieder unser aneinander gereihtes Referenz-Fassadenfeld aus den vorigen Posts. Darunter ist die gleiche Fassadenaufteilung, diesmal jedoch ohne Einspannelemente.

Wie schon im letzten Post beschrieben, ergeben sich für das Referenz-Fassadenfeld - also mit Einspannelementen - folgende U-Werte:

• mit Standardkomponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (10,434 W/K + 4,534 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 1,2 W/(m²K)  (1,247)

• mit thermisch optimierten Komponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw

Ucw = (5,742W/K + 1,012 W/K) / 12,00 m²

Ucw = 0,6 W/(m²K)  (0,563)

Für die Fassade ohne Einspannelemente ergeben sich folgende U-Werte:

• mit Standardkomponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (10,024 W/K + 4,072 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 1,2 W/(m²K)  (1,175)

• mit thermisch optimierten Komponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (5,540 W/K + 0,848 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 0,5 W/(m²K)  (0,525)

Der Einsatz von Festverglasungen statt öffenbaren Elementen verbessert in diesem Fall den Ucw-Wert um 6 % (Standard) bzw. 7% (thermisch optimiert). Rundet man den Wert - wie in der Norm vorgesehen - auf eine Dezimalstelle, so ergibt sich eine Verbesserung des thermisch optimierten Wertes von 0,6 auf 0,5 W/(m²K). Der Ucw-Wert für die Fassade mit Standardkomponenten bleibt dagegen bei einer Dezimalstelle unverändert.

Trotz der Verbesserung des Ucw-Wertes ist zu beachten, dass eine natürliche Belüftung durch öffenbare Fensterelemente sich positiv auf die Zufriedenheit der Nutzer eines Gebäudes auswirkt (2).

Breiteres Fassadenraster

Die Verbreiterung des Fassadenrasters ist eine weitere Möglichkeit, den Anteil der Fassadenprofile an der Gesamtfassadenfläche zu verringern.

Vergrößert man den Rasterabstand z. B. wie oben dargestellt von 1,5 m auf 2,0 m, so ergeben sich folgende Ucw-Werte:

• mit Standardkomponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (13,655 W/K + 5,224 W/K) / 16,00 m²
Ucw = 1,2 W/(m²K)  (1,180)

• mit thermisch optimierten Komponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (7,550 W/K + 1,157 W/K) / 16,00 m²
Ucw = 0,5 W/(m²K)  (0,544)

Das um 33 % breitere Fassadenraster bewirkt also eine Verbesserung des Ucw-Wertes um 6 % (Standard) bzw. 3% (thermisch optimiert).

Zusätzlicher Riegel

Auch die horizontale Aufteilung der Fassade kann verändert werden. Oft werden aus gestalterischen Gründen zusätzliche Riegelprofile eingesetzt.

So kann man z. B., wie hier dargestellt, ein kleineres Aluminiumpaneel vor der Geschossdecke und einen zusätzlichen Riegel auf Brüstungshöhe platzieren. In diesem Fall ergeben sich folgende Ucw-Werte:

• mit Standardkomponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (13,322 W/K + 3,994 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 1,4 W/(m²K)  (1,443)

• mit thermisch optimierten Komponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (7,111 W/K + 1,248 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 0,7 W/(m²K)  (0,697)

Im Vergleich zur Referenzfassade ergibt sich eine Verschlechterung des Ucw-Wertes von immerhin 14 % (Standard) bzw. 19 % (thermisch optimiert). Diese Verschlechterung hängt jedoch nicht nur mit dem zusätzlichen Riegel, sondern auch mit dem höheren Anteil an Glasflächen zusammen, die eine schlechtere Wärmedämmung als die Paneelflächen haben.

Das Referenz-Fassadenfeld mit seinem geringeren Riegel-und Glasflächenanteil verfügt also über einen wesentlich besseren Ucw-Wert als das veränderte Fassadenfeld.

Mehr Glas

Auch in diesem Beispiel wurde der Anteil an opaken Paneelflächen zugunsten größerer transparenter Glasflächen verringert. Dadurch ergeben sich folgende U-Werte:

• mit Standardkomponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (13,299 W/K + 3,532 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 1,4 W/(m²K)  (1,403)

• mit thermisch optimierten Komponenten:

Ucw = (ΣA×U + ΣΨ×l) / Acw
Ucw = (7,169 W/K + 1,079 W/K) / 12,00 m²
Ucw = 0,7 W/(m²K)  (0,687)

Zwar wurde in diesem Fall auf einen zusätzlichen Riegel verzichtet, trotzdem haben sich die Ucw-Werte ähnlich verschlechtert wie im vorigen Beispiel. Der Grund hierfür ist vor allem der durch das größere öffenbare Fenster erhöhte Rahmenanteil (Af).

Auch hier hat also das Referenz-Fassadenfeld einen besseren Wärmeschutz als das abgeänderte Fassadenfeld mit seinem höheren Glas- und Rahmenanteil.

Fazit

Auch die gestalterische Optimierung wirkt sich positiv auf den Ucw-Wert eine Vorhangfassade aus. Die hier beschriebenen gestalterischen Veränderungen haben jedoch auf den Ucw-Wert geringere Auswirkungen als die technische Verbesserung der einzelnen Fassadenkomponenten. Diese hatte, wie im vorigen Post beschrieben, immerhin eine Halbierung des Ucw-Wertes bewirkt.

Nur zwei der vier hier gezeigten Varianten führten zu einer Verbesserung des Ucw-Wertes. Dies deutet darauf hin, dass die Referenzfassade aufgrund ihrer einfachen Aufteilung bereits über relativ günstige Wärmeschutzeigenschaften verfügt.

Die gezeigten Fassadenvarianten lassen jedenfalls den Schluss zu, dass sich folgende gestalterische Maßnahmen günstig auf den Ucw-Wert auswirken:

• Verringerung des Profilanteils (Pfosten, Riegel, Rahmen) an der Fassadenfläche
• möglichst große Rasterbreiten 
• möglichst wenige öffenbare Fenster
• Verringerung des Glasanteils und Erhöhung des Anteils an gedämmten Paneelen

Den besten Ucw-Wert erzielt man durch die Kombination von gestalterischer Optimierung des Fassaden-Layouts und technischer  Optimierung der einzelnen Fassadenkomponenten.

Zu erwähnen bleibt, dass gerade bei sehr niedrigen Ucw-Werten die Rundung des Endergebnisses auf eine Nachkommastelle zu starken Verallgemeinerungen führt. So ergeben Ergebnisse von 0,550 bis 0,649 W/(m²K) einen Ucw-Wert von 0,6 W/(m²K), obwohl zwischen beiden Werten rein rechnerisch ein Unterschied von gut 15 % besteht. 

Literatur

(1) Berechnungen des Ucw-Wertes gem. DIN EN ISO 12631:2013-01, Wärmetechnisches Verhalten von Vorhangfassaden - Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten (ISO 12631:2012)

(2) Vgl. Brager, Gail S.; de Dear, Richard: Climate, Comfort and Natural Ventilation, Berkeley 2001, S. 4 ff.