Projekt 16853/01

Innovative transparente Wärmedämmungen mit integrierter saisonaler Verschattungseinrichtung

Projektträger

INGLAS Innovative Glassysteme GmbH & Co. KG
Glärnischstr. 31/1
88041 Friedrichshafen
Telefon: 07544/9547-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Mit Hilfe transparenter Wärmedämmungen (TWD) lässt sich die solare Einstrahlung sehr effektiv nutzen. Die zur Heizung eingesetzte Primärenergie wird minimiert und dadurch die Schadstoff- und Kohlendioxidemission verringert.
Die erforderliche Abschattung im Sommer zur Vermeidung einer Überhitzung wird durch die Integration neuartiger Plexiglas Prismenplatten der Firma Röhm erreicht.
Das Vorhaben hat das Ziel, ein möglichst kostengünstiges selbstabschattendes transparentes Dämmelement auf der Basis einer Isolierverglasung mit hohem g-Wert und niedrigem k-Wert zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenErste Voraussetzung ist die technische Lösung der Integration von Acrylglasprismenplatten in den Scheibenzwischenraum eines Isolierglases. Zu klären sind dabei die Fixierung der Plexiglas Prismenplatten (PMMA) über die Randeinfassung (unter Berücksichtigung des im Vergleich zu Glas hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten) und die Möglichkeiten der Kombination mehrerer Prismenplattenelemente (nur in 40 cm Breite verfügbar) über Spacer und Stege oder durch eine Verklebung der Platten. Für diese Arbeiten ist ein Zeitraum von ca. 3 Monaten vorgesehen.
Die Serientauglichkeit des Isolierglassystems (Beschlagfreiheit und Einhaltung des k-Werts) wird durch Versuche zur Isolierglasbeständigkeit nach DIN 1286 geprüft. Insbesondere ist dabei der Feuchtigkeitseintrag durch das PMMA in das Isolierglassystem zu beachten.
In begleitenden Laboruntersuchungen werden die optischen Eigenschaften (Á, g) und die k-Werte der Elemente bestimmt und optimiert. Nach Abschluss der Optimierung werden die Elemente von einem zugelassenen Prüfinstitut begutachtet, so dass nach ca. 5 - 6 Monaten ein serienreifes Produkt zur Verfügung steht.
Eine abschließende Bewertung der Elemente erfolgt durch den Kooperationspartner ISFH in Form von Praxistests und durch Auswertung der Energiebilanz an Test- und Demonstrationsfassaden über einen Zeitraum von ca. 12 Monaten.


Ergebnisse und Diskussion

Ein selbstverschattendes TWD - Element in Form von Isolierglas mit integrierten PMMA-Prismen zur saisonalen Verschattung wurde entwickelt. In einem Isolierglasaufbau Glas / SZR 6 / PMMA-Prismen 6 / SZR 12 / Low-E Glas (e = 0.05) mit gezielt asymmetrischer Anordnung der Prismen innerhalb des SZR 24 wird bestmögliche Wärmedämmung von rechnerisch k = 1.1 W/(qmK) erreicht. Die Gesamtdicke des Isolierglases von d = 32 mm - 34 mm ist leicht in gängige Rahmensysteme integrierbar. Um die PMMA-Prismenplatten in einer definierten Ebene innerhalb des Isolierglases zu fixieren, wurde eine Randeinfassung über U-Profile, die auf den Abstandshalter aufgenietet sind, umgesetzt. Für ein späteres Serienprodukt mit entsprechenden Absatzmengen kann diese Lösung kostengünstig durch ein einziges Extrusionsprofil, welches Abstandshalter und U-Profil beinhaltet, ersetzt werden.
Da die Prismenelemente zur Zeit nur bis zu einer Höhe von ca. 400 mm am Markt verfügbar sind, wurden für Isolierglashöhen von H > 400 mm Möglichkeiten der Stapelung im SZR untersucht:
· Eine Verklebung der Prismen erwies sich als optisch beste Lösung, war aber für eine Serienlösung zu kostenintensiv
· Eine Verstiftung der Prismen zeigte wegen der geringen Dicke der Prismen eine sehr hohe Bruchgefahr und wurde allgemein als optisch störend eingestuft
· Eine Stapelung über ein transparentes H-Profil (über gesamte Länge der Stoßkante) erwies sich für ein Serienprodukt als bester Kompromiss unter technischen, optischen und Kostengesichtspunkten.
Optische Eigenschaften und k-Wert wurden vom Kooperationspartner ISFH Hameln/Emmerthal in La-bormustern und an Test- bzw. Musterfassaden überprüft:
Dabei wurden an der Musterfassade Solarhaus Emmerthal mit k = 1.04 W/(m²K) und g = 0.48 Werte ermittelt, die sehr gut mit rechnerischen Abschätzungen übereinstimmen.
Die Gebrauchstauglichkeit von Isoliergläsern mit integrierten PMMA-Prismen wurde in Klimawechseltests nach DIN 1286 durch IFP Prof. Layer + Partner bzw. FH Stuttgart überprüft und erfolgreich nachgewiesen.
In einem Feldversuch wurde die Fassade eines Solarhauses der Solarsiedlung Emmerthal im Oktober 2000 mit ca. 14 qm Isolierglas mit saisonaler Verschattung vor einer Solarabsorberwand ausgerüstet. Die Wirksamkeit und Effizienz dieser Fassade wurde vom ISFH über einen längeren Zeitraum hinweg mess-technisch untersucht: Im Winter 2000 / 2001 wurde ein Energiegewinn von 62.7 kWh/qm ermittelt. Dies bedeutet bei 14 qm Fläche einen Jahresgewinn von 877.8 kWh/a und eine Einsparung des Heizenergiebedarfs um ca. 10%. Das saisonale Schaltverhalten der integrierten PMMA-Prismen wurde ebenfalls erfolgreich nachgewiesen. Vergleichsmessungen mit TWD Elementen aus Standardisolierglas ohne Verschattung ergaben im Winter (bei hoher Transmission der PMMA-Prismen) identischen Energieeintrag, im Sommer (bei hoher Reflexion der PMMA-Prismen) einen um mehr als 60% reduzierten solaren Energieeintrag.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

INGLAS PRISM als Komponente eines transluzenten Fassadenelements POWER GLASS mit in Isolierglas integrierten PCM Modulen sorgt zur Zeit in Fachkreisen für Aufsehen. Ein erstes zusammen mit dem Schweizer Architekten D. Schwarz realisiertes Objekt Solarhaus Ebnat/Kappel Schweiz wurde mit dem schweizerischen Solarpreis 2001 ausgezeichnet und ist in mehreren Fachzeitschriften ausführlich be-schrieben.


Fazit

Ein Isolierglas mit integrierten PMMA-Prismen zur saisonalen Verschattung wurde entwickelt und Eigenschaften, wie gute Wärmedämmung, solarer Energiegewinn im Winter, gute Verschattungswirkung im Sommer, sowie Isolierglasbeständigkeit gemäß DIN 1286 wurden erfolgreich nachgewiesen. Die Entwicklung ist mittlerweile unter dem Produktnamen INGLAS PRISM Bestandteil der innovativen, tageslichttechnischen Produktsparte von INGLAS.