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Zukunft IsolierglasVierfach
dünn + vorgespanntDruck
ganz entspanntund
Vakuum?
Prof. Dr. Franz FeldmeierHochschule Rosenheim
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Glas ist transparent !• Tageslicht• Kontakt zu draußen• solare Energiegewinne
Nachteile• Risiko von Glasbruch• schlechte Wärmedämmung
(Einfachglas U = 6 W/m²K)→Heizwärmebedarf →Tauwasserrisiko
Lösung• Doppelglas
einfachU = 3 W/m²K,
Wärmedämm-IsolierglasU = 1,1 W/m²K
Warum Glas?
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Vorteil• Wärmedämmung verbessert
U = 3 W/m²K
Nebenbei• Integration von Sonnenschutz im
Raum zwischen den Scheiben
Nachteil• komplexe Konstruktion
VerbundfensterKasten-Fenster
• aufwändige Reinigungvier Flächen
→ höhere Kosten
Double Glass window
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Verbesserung bei Fensterglas
Thomas Stetson U.S. Pat 49167 (1865)
• Abstandhalter: Holzleiste
• Dichtstoff: Fenster-Kitt
• Zweifach oder Mehrfachglas(Mittelscheiben können dünn sein)
• möglichst wenig Feuchte einschließen
• Ein-/Ausbauchen ermöglichen um Temperaturunterschiede zu kompensieren.
• Wärmeverlust verringern
• Schalldämmung
• Zusatzflügel sparen
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Mehrscheiben-Isolierglas… hermetisch dichter Umfang
Glas-Glasverschweißt
GADO
Glas-Metallgelötet
Thermopane®
Glas-Polymergeklebt
Alfred ArnoldIsolar Glas1959
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���� Beschichtungencoatings
���� Gasfüllunggas filling
Mehrscheiben-Isolierglas… mit einem gut geschützten Zwischenraum
FüllungLuft oder ein anderes GasBeschichtungHochleistungsbeschichtungen►geringe Emissivität►Selektiver Sonnenschutz
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Vakuum+lowE
Isolierglas Entwicklung
3 IG
3,0
WSV95 EnEV02WSV82
1 G
2 IG
UgW/m²K
2,0
1,0
0,5
EnEV13
lowE/Ar3 IG
2 IG lowE/GaslowE/Ar
4 IG lowE/Ar
Argon
lowECoating
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Außen- Luft Wind
klarer Himmel
Außen- flächen
Wärme-transport durch Strahlung
Strömung Tauwasser
Innen-Luft
Innen-flächen
Leitung
Isolierglas Wärmetransport
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klarer Himmel
Äußere Luft-temperatur
Tauwasser Risiko
U = 3 W/m²K
Strahlungsaustausch mit dem klaren (kalten)Himmel - entscheidend für Dachfenster
Temperatur der äußeren Oberfläche sinkt
�
Tauwasser-Risiko an der äußeren Oberflächesteigt
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Klarer Himmel
Äußere Luft- temperatur
Tauwasser-Risiko steigt
U = 1,2 W/m²K Verbesserung
Temperatur der äußeren Ober-fläche sinkt weiter
�
Tauwasser-Risiko an der äußeren Oberflächesteigt weiter
Strahlungsaustausch mit dem klaren (kalten)Himmel - entscheidend für Dachfenster
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klarer Himmel
Äußere Luft- temperatur
Verringertes Tauwsserrisiko
lowE coating Verbesserung
Strahlungsaustauschwird reduziert�
Oberflächen-temperaturabsenkungwird reduziert�
Tauwasserrisiko an der äußeren Oberflächewird reduziert
Strahlungsaustausch mit dem klaren (kalten)Himmel - entscheidend für Dachfenster
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U-Wert von IsolierglasPhysikalische Grundlagen
constantT
Vp =⋅
Nuszr
hg ⋅= λgr
g hhR
+= 1
311
41
1
21
mr Th ⋅⋅−+
= σεε
Außerdem:
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Luft im Zwischenraum � Leitung/Konvektion
hg = 1,5 W/m²K
� 30%
IR Emission/Absorption der Glasoberflächen � Strahlungsaustausch
hr = 3,7 W/m²K � 70%
� U = 2,8 W/m²
Wärmetransport im Zwischenraum
19,05,17,3
11 =+
=+
=gr
g hhR
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Argon Füllung � reduziert Leitung/Konvektion
hg = 1,1 W/m²K
� 21%
hr = 0,2 W/m²K � 4%
� U = 1,1 W/m²
lowE Beschichtung � stark reduzierter Strahlungsaustausch
High techVerbesserung: low E Beschichtung
75,01,12,0
11 ≈+
=+
=gr
g hhR
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Kein Gas in SZR � Keine Leitung/Konvektion
hg = 0,0 W/m²K
� 0%
lowE Beschichtung � stark reduzierter Strahlungsaustausch
hr = 0,2 W/m²K � 4%
� U = 0,2 W/m²K �0,9..1,1 W/m²K
Microspacer � zusätzliche Leitung
hs = 1? W/m²K � 20%
High techWeitere Verbesserung: V akuum verhindert Wärmeleitung
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VIG Vacuum Insulating Glass2004 (triple) U = 0,7 W/m²K 2014 U = 0,9..1,2 W/m²K
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VIG Forschung
2004 - 2007Ziel:Basics U ≤ 0,5 W/m²KErgebnis:►VIG ist technisch machbar►Markteinführung in 2009
2007 – 2009 – 2012Ziel:► flexibler Randverbund►Zuverlässige Produktion
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reference:
Warum ein flexibler Randverbund?
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starrer Randverbund► gelötete Glas-Glas-Verbindung► Temperaturdifferenzen erzeugen
große mechanische Spannungen► Begrenzung der Scheibengröße
Flexibler Randverbund► geschweißte Glass-Metall-Verbindung► verringert mechanische Spannung
Ergebnis 2013►Weiterhin viele Probleme
VIG Randverbund
HP-VIGHigh Performance VIG: U = 0,25 W/m²K � immer noch der Rand
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���� Low tech Lösung
Doppelglas ���� Dreifach-Glas ���� Vierfach-Glas ���� ...
Vorteil• Wärmedämmung weiter verbessert
Nachteil• Gewicht
4mm Dreifachglas 30 kg/m²
• KlimalastenTemperaturdifferenzenLuftdruckänderungVerformung und Glasbruchrisiko
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WKm
grg hh
R ²75,01,12,0
11 ≈+
=+
=
Thermische Widerstand15 mm SZR mit Argon and low-e-Beschichtung
entspricht 30 mm Mineralwolleoder einer äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von 0,020 W/mK
2IG 3IG 4IG 5IGU in W/m²K 1,1 0,6 0,4 0,3
U-Wert
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Isolierglas Lastverteilung
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Glasbruch beiDreischeibenIsolierglas
Mechanische Belastung durch Klimalast
Glasbruch beiZweischeiben-Isolierglas
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Klimalast
• Temperatur3 K � 1 kPa
+ ∆∆∆∆ p
w a rm
T ca v
-∆∆∆∆ p
T ca v
c o ld
-∆∆∆∆p
Low pressure
High pressure
+∆∆∆∆p
• Überlagerung
• DIN 18008: ± 16 kPa
• Luftdruck10 mbar � 1kPa80 m � 1 kPa
US Pat T.D. Stetson 1865 !
SZR =SZR1+SZR2
+SZR3
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► Allgemeine BerechnungsmethodeMehrscheiben-IsolierglasFlächen-, Linien und Punktlast
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Nachweis DIN 18008-1 und -2
Großer SZR ���� große Klimabelastung
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Nachweis DIN 18008-1 und -2dunkler Bereich: nicht nachweisbar
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
kurz
e K
ante
in m
lange Kante in m
4IG 4/20/4/20/4/20/4 8nl Wind 1,10 kPa Klima : 16,0 kPa
3-4
2-3
1-2
0-1
Außen + Innenscheibevon Dreifachglasvorspannen
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Mechanische BeanspruchungTemperatur bei Sonneneinstrahlung Randbedingung DIN EN 13363 „Sommer“
beide Mittelscheibenvorspannen
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Eigenschaften ÜberblickGlas 4mm, SZR optimal
2IG 3IG 4IGSZR in mm 16 18 20Dicke in mm 24 48 76Wärmedämmung(U-Wert in W/m²K)
1,1 0,53 0,35 +
Tageslicht(Lichttransmission in %)
80 72 65 -
Solarenergie(g-Wert in %)
62 51 46 -
Gewicht in kg/m² 20 30 40 -therm. Beanspruchung (°C) 30 40 51 -mech. Beanspruchung (1x1m²)durch Klima (Auslastung in %)
41 95 175 -
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Mögliche Maßnahmen
4IG LösungsansatzSZR in mm 20 KryptonDicke in mm 76 RahmenkonstruktionWärmedämmung(U-Wert in W/m²K)
0,35 Ziel 0,30
Tageslicht(Lichttransmission in %)
65 Fe-armes GlasAntireflex-Coating
Solarenergie(g-Wert in %)
46 Fe-armes GlasAntireflex-Coating
Gewicht in kg/m² 40 dünnes Glastherm. Beanspruchung (°C) 51 vorspannenmech. Beanspruchung (1x1m²)durch Klima (Auslastung in %)
175 VorspannenDruck-"entspannt"
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Entwicklung
MEM4WIN
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aktuelle Forschung
Druckentspanntes Isolierglas
Permanent druckentspanntes MIGDauerhaft geöffnetes MIG um klimatische Einflüsse (Temperatur, Luftdruck) zu reduzieren
Druckangepasstes MIGEinmaligem Druckausgleich am Einbauort um Höhenunterschied zwischen Herstell- u. Einbauort auszugleichen
Ergebnisse Mai 2015
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ift ForschungDruckangepasstes Isolierglas►sicheres Verschließen nach dem Druckausgleich►Gasfüllung – Dichtheit nachgewiesen nach EN 1279-2+3►Ventil (Hülse und Stift)►Kapillar-Rohr (Metall / Kunststoff)
Reference: HELANTEC
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ift Forschung
Dauerhaft druckentspanntes Isolierglas
►erfüllt nicht EN 1279-1 (nicht hermetisch dicht)►keine Gasfüllung►Begrenzung bei soft coatings►Risiko der Tauwasserbildung
►Mehrere Zwischenräume – optimierte Wärmedämmung►große Zwischenräume – Integration von Sonnenschutz
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Permanent druckentspanntoffene Systeme : Dampfdruckausgleich
SeifertSchmidift 1985
Vitrage respirant, M.Cossavella, CSTB, GPD 2009
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CSTB 2014Avis techniques
Normal: Es tritt kein Tauwasser auf!
Aber manchmal: Es gibt Tauwasser!
Permanent druckentspanntoffene Systeme : Dampfdruckausgleich
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Permanent Pressure equalizedHIT: High Insulation Technology (1993)
Entwicklungsziele
• Tageslicht
• Wärmedämmung
• Schallschutz
Variabel
• Sichtschutz
• Sonnenschutz
• Blendschutz
Geringer Aufwand
• Wartung
• Reinigung
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Permanent druckentspanntHIT: High Insulation Technology (1993)
großer SZR ���� Druckausgleich• (Membran)Druckausdehnungsgefäß• offenes Rohr mit Filter und Trocknung• offene Kapillare
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Permanent druckentspanntift NeubauBelüftete Kasten-Fenster-Fassade
Entwicklungsziele
• Energie-Effizienz
• thermische Behaglichkeit
• angenehme Beleuchtung
• Raumakustik
• Sicherheit• Funktionalität• Produktion und Montage
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Permanent druckentspanntClosed Cavity Facade CCFkontolliert belüftete geschlossenen Kasten-Fenster-Fassade
reference: Gartner
• Außen:Einfach-Weißglas
• Sonnenschutz und Lichtlenkung im geschlossenen Fassadenzwischenraum
• Innen:Wärmedämmglas starr (U=0,7 W/m²K)
• Versorgung des Fassadenzwischenraums mit sauberer und trockener Luft
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Fassaden Versuchsanlage an der Hochschule Rosenheim
Reference: HSRo/Gartner
Vergleichende In-Situ-UntersuchungIntegrale Betrachtung:
• Fassade• Gebäudetechnik• Nutzung
�Energetisches Verhalten�Thermischer Komfort�Visueller Komfort
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Aktuelle Forschung
ift 2015: Permanent druckangepasstNachteil► Risiko von Tauwasser► Beschränkung bei soft coatingsEntwicklungsziele► Begrenzung der Druckdifferenz► Erhalten der Lastverteilung► Zwischenraum sauber und trocken � Erfüllen von EN 1279-2Mögliche Lösungen► Begrenzung des Volumenstromes durch Ventile oder Kapillare► ein partielle Druckausgleich genügt
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ift Partiell druckentspanntTheorie: Simulation des Volumenstroms und der Wasserabsorption
*) Ventil öffnet bei ±3 mbarKapillare angepasst (±3 mbar)
Max. Druckmbar
Wasserabsorbiertg/annum
Offener SZR 0 6,9Geschlossen SZR 10 0Ventil *) ±3 1,0Kapillare *) ±3 4,4
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ift Partiell druckentspanntExperimentell Untersuchung: EN 1279-2 Temperaturzyklen
geschlossen 180mm 90mm offen
Def
orm
atio
n in
mm
Größe:700 x 10004 – 34 - 4Kapillare:0,5 mm
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ift Partiell druckentspanntExperimentelles Ergebnis: EN 1279-2 Temperaturzyklen
Größe:700 x 10004 – 34 - 4Kapillare:0,5 mm
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ift Partiell druckentspanntExperimentelles Ergebnis: EN 1279-2 Temperaturzyklen
Größe:700 x 10004 – 34 - 4Kapillare:0,5 mm
![Page 47: 03 2016 SGG Linz Feldmeier v1 c - c-bergmann.at Vitrage respirant, M.Cossavella, CSTB, GPD 2009. CSTB 2014 Avis techniques Normal: Es tritt kein Tauwasser auf! Aber manchmal: Es gibt](https://reader034.vdokument.com/reader034/viewer/2022051721/5a79a7b57f8b9ade698de5ed/html5/thumbnails/47.jpg)
Größe:700 x 18504 – 34 - 4Kapillare:1,5 x 12001,0 x 2400,75 x 450
ift Partiell druckentspanntExperimentelles Ergebnis: EN 1279-2 Freilandversuch
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ift 2015: Pressure equalized IGUErgebnisse
Partiell druckentspanntes Isolierglas► Gute Übereinstimmung zwischen Modell/Berechnung und Experiment
Entwicklungsziele► Begrenzung der Druckdifferenz► Erhalten der Lastverteilung► SZR bleibt trocken und sauber � EN 1279-2 wird erfüllt
Lösungen► Anpassung des Volumenstromes bei Kapillarrohr (Durchmesser/Länge)► maximale Trocknungsmittelmengeund► Ventile könnten noch günstiger sein (verfügbar und zuverlässig)► Mehr Erfahrung mit großen Zwischenräumen erforderlich