Fenster und Verglasungen: Klimasicher Bauen

Eine Online-Umfrage [1] hat gezeigt, dass Planer, Hersteller, Händler und Bauherren eine neutrale Bewertung der Nachhaltigkeit, Verringerungen von Treibhausgasen (THG) und Klima­sicherheit auf Produktebene für notwendig halten. Deshalb hat das ift Rosenheim geeignete Anforderungen und Bewertungskriterien entwickelt, um eine verlässliche Entscheidung für die passenden Bauprodukte treffen zu können. Neben der Reduzierung des Energieverbrauchs (und damit der CO2-Emissionen) in der Nutzungsphase müssen auch der Ressourcenverbrauch bei der Herstellung (graue Energie) und die Recyclingfähigkeit der Baumaterialien beachtet werden.

Um die nationalen und europäischen Klimaziele zu erreichen, müssen die Anforderungen für den Gebäudebereich angepasst werden. Die energetischen Mindestanforderungen müssen sich dabei an der EPBD (European Performance of Buildings Directive) orientieren, in der bereits 2018 erhöhte energetische Anforderungen an Gebäude gefordert wurden. Deshalb hat die Bundesregierung das Gebäudeenergiegesetz (GEG) 2023 [2] für neue Gebäude verschärft und für 2025 ist eine grundlegende Überarbeitung geplant, bei der auch die solaren Gewinne transparenter Bauteile berücksichtigt werden sollen. Denn bisher spielen diese bei der Bilanzierung keine Rolle. Auch den Potenzialen der Gebäudeautomation (Sonnenschutz, Lüftung, Fensteröffnung, Beleuchtung etc.) trägt das aktuelle GEG keine Rechnung. Die EPBD geht hier weiter und „belohnt“ einen erhöhten Grad der Gebäudeautomation. Auch in den Förderprogrammen der BEG (Bundesförderung für effiziente Gebäude) können Investitionen in die Gebäudeautomation als Einzelmaßnahmen gefördert werden, bspw. Komponenten zur Automation von Verschattung, Lüftung und Beleuchtung (z. B. Luftqualitätssensoren, Fensterkontakte, Präsenz- und Beleuchtungssensoren etc.).

Konsequenzen aus dem GEG 2023

Die Zielsetzung des GEG 2020/2023 ist die Verringerung des Jahres-Primärenergiebedarfs. Problematisch ist aber, dass auch im GEG 2023 die solaren Energiegewinne während der Heizperiode nicht berücksichtigt werden. Eine Bewertung von Fenstern, Fassaden und Verglasungen nur nach dem U-Wert kann daher schnell zu einer energetischen Fehlplanung von Gebäuden führen, weil die Fensterflächen reduziert werden [3]. Aufgrund der seit dem 01.01.2023 geltenden GEG-Verschärfung für alle Neubauten auf den Effizienzhaus 55 Standard (EH55) stellt sich die Frage, welche U-Werte für Fenster, Verglasungen und Fassaden sinnvoll sind. Bei einer proportionalen Reduzierung der U-Werte würde sich eine „theoretische“ Anforderung an das Fenster von UW = 0,72 W/(m²K) ergeben. Mit den heute üblichen Rahmenprofilen und Verglasungen ist dieser Wert nicht erreichbar. Die heute bereits verfügbaren hochwärmedämmenden Fenster mit einem UW-Wert von 0,8 W/(m²K) werden hingegen schon seit vielen Jahren erfolgreich in Niedrigenergie-, Passiv- oder Energieplushäusern eingesetzt. Durch die erzielbaren solaren Gewinne (im Wesentlichen auf der West-/Ost- und Südseite von Gebäuden) leisten moderne Fenster mit einer effizienten Dreifachverglasung einen wichtigen Beitrag für die Einsparung von CO2-Emissionen im Gebäudebereich. Das gilt in gleicher Weise für den Neubau wie für die energetische Sanierung. In der HT’-Anforderung des GEG 2023 sind die nutzbaren solaren Wärmeeinträge jedoch nicht berücksichtigt. Gerade bei regenerativer Wärmeerzeugung ist diese Anforderung die „Führungsgroße“ für die Ausführung der Gebäudehülle, sodass die Identifizierung einer energetisch optimalen Lösung damit nicht möglich ist – schlimmstenfalls werden Fensterflächen verkleinert (HT’-Wert „verbessert“ sich) und der Energiebedarf steigt dadurch (Reduzierung der solaren Gewinne). Deshalb bietet die proportional reduzierte Referenzausführung gemäß GEG 2023 keine sinnvoll baubaren Lösungen zur Erfüllung der energetischen Anforderungen [3].

Ausblick GEG 2025

Aus politischen Gründen ist eine grundlegende Überarbeitung des GEG erst für 2025 geplant, mit der eine wirksame Reduzierung der Treibhausgasemissionen (THG) für bestehende und neue Gebäude bei Betrieb und Errichtung erreicht werden soll. Hierfür muss die Gebäudehülle möglichst kosteneffizient optimierbar sein, damit die energetische Sanierung nicht an den Kosten scheitert. Dabei sollten auch die solaren Gewinne angemessen berücksichtigt werden. Der zweite wichtige Aspekt ist die Bewertung der grauen Energie bei der Erstellung, dem Betrieb und Rückbau von Gebäuden. Zukünftig sollte bereits in der Planung eine nachhaltigere Nutzung der Gebäude über den gesamten Lebenszyklus durch die Sicherstellung einer einfachen Wartung und den Austausch von „Verschleißteilen“, ein möglichst vollständiges Recycling oder die Wiederverwendung der Produkte berücksichtigt werden.

Deshalb hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) ein Kurzgutachten [4] erstellen lassen, um für die geplante Überarbeitung des GEG 2025 geeignete Anforderungen und Kenngrößen zu ermitteln. Als neue Anforderungsgröße zur Verringerung der THG-Emissionen werden der Endenergiebedarf und Heizwärmebedarf Qh,b,0 (Nutzenergiebedarf Heizen vor Iteration, Qh,b,0) als Effizienzanforderung vorgeschlagen. Dabei wird auch die Nutzung solarer Wärmeeinträge berücksichtigt, um die energetische Performance transparenter Bauteile angemessen zu bewerten. Hinzu kommt die Erfassung der Lüftungseffizienz, die eine Flexibilisierung für die Ausführung der Gebäudehülle ermöglicht. So könnten beim Einbau einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) die U-Werte der Bauteile moderat erhöht werden. Ebenso wurden in dem Gutachten auch Vorschläge für sinnvolle Kennwerte des Referenzgebäudes erarbeitet.

Schutz vor Klimafolgen (Resilienz)

Auch die Realisierung ambitionierter Ziele bei der CO2-Vermeidung wird die massiven Auswirkungen auf das Wetter nicht mehr verhindern. Die Zunahme klimabedingter Katastrophen und Veränderungen sind bereits im vollen Gange. Ein Tornado in Kiel, die Flut im Ahrtal, Hitzewellen im Südwesten, Trockenheit und Waldbrände im Osten, Hagelschneisen im Chiemgau – derartige Ereignisse suchen uns mittlerweile beängstigend oft heim. Überschwemmungen und Hitzewellen sind dabei die größten Gefahren für Leib und Leben sowie für Gebäude. Für Fenster, Türen und Fassaden werden die Anforderungen daher extremer, und die Konstruktionen müssen „robuster“ werden. Hierfür sind Materialien mit ausreichender Temperaturfestigkeit nötig sowie geeignete Konstruktionen mit höherer Widerstandsfähigkeit gegen Hochwasser und Überschwemmungen.

Hochwasserschutz

Überschwemmungen treten schon seit Jahren nicht mehr nur im direkten Umfeld von Flüssen und Bächen auf. Gerade lokale Starkregenereignisse führen durch das Oberflächenwasser zu Überschwemmungen – das kann in Deutschland fast jedes Gebäude treffen; es braucht nur ein ungünstiges Gefälle zum Haus. Die Belastungen während eines Starkregenereignisses oder einer Überschwemmung sind vielfältig. Moderate mechanische Belastungen treten durch den Wasserdruck bei langsam steigendem Wasser auf. Bei einem sprunghaften Ansteigen des Wassers (Dammbruch, Schwallwasser etc.) oder durch angeschwemmtes Treibgut (Baumstämme, Steine, Schwemmgut etc.) sind die Belastungen deutlich höher und erfordern den Einsatz massiver Schutzvorrichtungen.

Deshalb werden hochwasserbeständige Fenster und Türen immer stärker nachgefragt. Dabei handelt es sich um Spezialkonstruktionen, die nur bedingt die üblichen Anforderungen erfüllen und deshalb bislang vor allem als kleine Kellerfenster am Markt verfügbar sind. Die Entwicklungen geeigneter Anforderungen, Prüfverfahren und Konstruktionen für hochwasserbeständige Fenster und Fenstertüren, die wie „normale“ Fenster im Erdgeschoss eingesetzt werden können, stehen erst am Anfang. Denkbar sind auch wirksame Kombisysteme aus Fenstern und temporären Schutzelementen, die bei Gefahr aktiviert werden. Durch die steigende Nachfrage von Eigentümern, die ihre Gebäude gegen eine Hochwasserkatastrophe schützen wollen, ist mit einer dynamischen Entwicklung zu rechnen. Einen großen Einfluss auf die Marktentwicklungen haben dabei die Versicherer und deren (schwindende?) Bereitschaft, Gebäude ohne Schutzelemente noch gegen Elementarschäden zu versichern.

Hitzeschutz

Wissenschaftliche Prognosen zeigen eine deutliche Zunahme von Hitzewellen mit Temperaturen über 40 °C. Kritisch wird es, wenn Gebäude sich wegen unzureichenden Sonnenschutzes und fehlender Nachtlüftung schnell erhitzen und Menschen sich (insbesondere nachts) nicht mehr ausreichend erholen können – das gilt vor allem für hitzevulnerable Gruppen (z. B. Kleinkinder, Säuglinge, alte/kranke Menschen, Menschen mit Handi­cap etc.). Gemäß einer im Fachjournal „nature medicine“ veröffentlichten Studie [5] gab es im Sommer 2022 (KW 22 – 35) in Europa über 60.000 und in Deutschland über 8.000 hitzebedingte Sterbefälle. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) hat ein zweistufiges Warnsystem ent­wickelt (starke Wärmebelastung bei gefühlter Temperatur an zwei Tagen in Folge über 32 °C und extreme Wärmebelastung über 38 °C). Relevant für das Gesundheitsrisiko ist dabei nicht nur die gemessene Lufttemperatur, sondern die „gefühlte Temperatur“ (Klima-Michel-Modell), bei der auch das Bewegungslevel, Kleidung sowie die Luftfeuchte (Schwüle) berücksichtigt werden.

Ein starrer Sonnenschutz ist hier meist nicht ausreichend. Es braucht adaptive Systeme, die sich flexibel an Sonnenstand und -einstrahlung anpassen. Das leisten die „klassischen“ Verschattungen (Raffstore, Jalousien oder Rollladen) mit einer Steuerung, schaltbare Verglasungen mit variablem g-Wert oder steuerbare bzw. winkelselektive Verschattungen. Sonnenschutzvorrichtungen müssen folgende Anforderungen erfüllen:

• Kontrolle der solaren Einstrahlung zur Sicherung behaglicher Innenraumtemperaturen
• gute Tageslichtnutzung zur Reduzierung künstlicher Beleuchtung
• zusätzlicher Blendschutz und Vermeidung direkter Sonneneinstrahlung, insbesondere bei Bildschirmarbeitsplätzen
• Sichtschutz bei Nacht und Durchsicht von innen nach außen
• Vermeidung hoher raumseitiger Oberflächentemperaturen
• ausreichende Standsicherheit bei Wind, Schnee und Eisbildung

Nachtauskühlung

Eine Möglichkeit zur Verringerung der Innenraumtemperaturen ist die Nachtauskühlung durch Fensterlüftung, die hohe Luftwechselraten (n ca. 2 – 5) ohne Anlagentechnik ermöglichen. Diese ist in Deutschland vor allem in ländlichen Gebieten gut nutzbar, wo die Nachttemperaturen durch einen grünen Lebensraum (Wald, Bäume, Wiesen, Seen etc.) deutlich geringer sind als im städtischen Umfeld. Hierzu ist eine intensive Durchlüftung durch die Fenster (Querlüftung) nötig. Bei mehrgeschossigen Wohnungen wird der Luftwechsel zusätzlich durch den „Kamineffekt“ unterstützt. Um den Komfort zu verbessern, lassen sich die Fenster mit Sensoren oder als automatisiertes System ausführen, das die Fenster schließt, wenn Sturm und Regen auftreten.

Eine weitere natürlich wirksame Kühlung nutzt das Prinzip der Verdunstungskälte, die bereits in „vorelek­trischen“ Zeiten im Orient, in Afrika und Asien im Einsatz war. Hierbei werden größere Flächen befeuchtet (Wände, Textilgewebe, Böden, Brunnen etc.). Durch die Verdunstung von Wasser wird der Umgebungsluft Wärme entzogen und die feuchten Flächen kühlen sich ab. Aber auch hierzu ist ein erhöhter Luftaustausch notwendig, um die Luftfeuchte abzuführen. Ähnlich wirkt die Begrünung von Dachflächen sowie Innen- und Außenwänden, die nachweislich zur Abkühlung und Verbesserung des Mikroklimas beitragen.

Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft

Der Bau- und Immobiliensektor verbraucht große Mengen an Energie und Rohstoffen für die Herstellung (graue Energie) und Nutzung von Gebäuden (Heizung und Kühlung). Bisher lag der Fokus für Bauprodukte überwiegend auf der Senkung der Energieverbräuche durch bessere Dämmung (U-Wert) und Nutzung der Sonnenenergie (g-Wert) bei transparenten Bauelementen. Die Emissionen durch die Erzeugung und den Transport von Baustoffen, die Errichtung von Gebäuden und die Nachnutzung (Abriss oder Austausch von Bauteilen) wurden bisher „vergessen“. Die neue Bundesregierung fordert nun zu Recht eine ganzheitliche Bewertung der Emissionen über den gesamten Lebenszyklus – also die Herstellung, Nutzung und den Rückbau/Austausch inkl. Recycling. Geringe Wartungs- und Pflegeaufwände, eine lange Nutzungsdauer durch Reparaturmöglichkeiten sowie die Möglichkeit zur sortenreinen Trennung am Ende des Lebenszyklus sind künftig zu berücksichtigen.

Der einseitige Blick auf den U-Wert als Kenngröße für die Energieeinsparung in der Heizperiode gehört somit der Vergangenheit an. Die BauPVO sieht eine Bewertung durch eine Ökobilanz und EPD (Umweltproduktdeklaration) vor. Hersteller von Bauelementen müssen darin die notwendigen Daten und Produktinformationen angeben, damit Planer diese bei der Gebäudeplanung berücksichtigen. Besonders wichtig sind diese Informationen, wenn eine Nachhaltigkeitszertifizierung geplant ist (BNB, DGNB, LEED etc.). Mit den vielen Kenngrößen einer Ökobilanz fällt ein Produktvergleich in der Planungsphase schwer, und der CO2-Fußabdruck als einfaches Maß für die Klimafreundlichkeit eines Produkts muss nicht nur für die Herstellung, sondern für den gesamten Produkt-Lebenszyklus bestimmt werden.

Fazit

Die Nachhaltigkeit von Produkten rückt verstärkt in den Fokus von Auftraggebern für Gebäude, Bauelemente und Bautechnik. CO2-Bilanz, Ressourcenverbrauch und Nachhaltigkeit sind für die Kaufentscheidung sehr wichtig. Daher müssen folgende Aspekte bei der Entwicklung und dem erfolgreichen Vertrieb von Fenstern und Fassaden im Mittelpunkt stehen:

• Minimierung der Energieverluste über Bauteile und Lüftung
• optimale Nutzung solarer Zugewinne
• Schutz vor sommerlicher Überhitzung
• Resilienz gegenüber Hochwasser, Stürmen, Hagel und Hitze
• niedriger Energieeinsatz bei Herstellung, Wartung und Betrieb
• wiederverwendbare (recycelbare) Materialien

Diese Aspekte müssen dem Endverbraucher in leicht verständlicher Form für die Auswahl geeigneter Produkte gezeigt werden, um geeignete Produkte und Dienstleistungen an den Start zu bringen, die in dem neuen Klima bestehen können. Für eine Branche, deren größter Antrieb in den letzten Jahrzehnten bereits die Optimierung der Energieverluste war, stehen die Chancen auf jeden Fall gut, diese Zukunft zu gestalten.

Literatur

[1] Onlinebefragung „Klima.Sicher.Bauen“, ift Rosenheim, Rosenheim 10/2022; www.ift-rosenheim.de/shop/onlinebefragung-klimasicherbauen-download
[2] Gebäudeenergiegesetz 2023, https://geg-info.de/geg_novelle_2023/index.htm#DOKUMENTE und www.bmwsb.bund.de/Webs/BMWSB/DE/themen/bauen/energieeffizientes-bauen-sanieren/gebaeudeenergiegesetz/gebaeudeenergiegesetz-node.html
[3] Dr. S. Schlitzberger (Ingenieurbüro Prof. Dr. Hauser GmbH), Vortrag „Überarbeitung Gebäudeenergiegesetz – Zukünftige Anforderungen an Glas, Fenster und Fassaden“, Rosenheimer Fenstertage 2022, Rosenheim 10/2022
[4] Kurzgutachten zur Überarbeitung von Anforderungssystemen und Standards im Gebäudeenergiegesetz für Neubauten sowie Bestandsgebäude einschl. der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für Neubauten und Bestandsgebäude, Ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung GmbH, Heidelberg 2022
[5] Ballester, J., Quijal-Zamorano, M., Méndez Turrubiates, R.F. et al. Heat-related mortality in Europe during the summer of 2022. Nat Med (2023). https://doi.org/10.1038/s41591-023-02419-z – zuletzt eingesehen am 26.07.2023

Die Autoren

Prof. Jörn P. Lass
ist der Institutsleiter des ift Rosenheim und seit über 40 Jahren in der Fenster- und Fassadenbranche tätig. Als gelernter Glaser und Fensterbauer absolvierte er ein Studium der Holztechnik und war in leitenden Funktionen bei einem Systemgeber, Fenster- und Fassadenherstellern sowie 14 Jahre im ift Rosenheim in den Bereichen Forschung, Prüfung, Güteüberwachung, Normung und Zertifizierung tätig. Die letzten sechs Jahre leitete er als Professor an der TH Rosenheim die Studienrichtung „Gebäudehülle“ und ist seit Januar 2020 als Institutsleiter wieder im ift Rosenheim.

Jürgen Benitz-Wildenburg

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg leitet im ift Rosenheim den Bereich PR & Kommunikation. Als Schreiner, Holzbauingenieur und Marketingexperte ist er seit über 30 Jahren in der Holz- und Fensterbranche in verschiedenen Funktionen tätig. Als Lehrbeauftragter, Referent und Autor gibt er seine Erfahrungen weiter.

www.ift-rosenheim.de