Projekt 21979/01

Modellhafte Thermoschutzverglasung für Kirchenfenster mit innen-hinterlüfteter Bleiverglasung

Projektträger

Katholisches Pfarramt Mariä Heimsuchung
Lessingstr. 18
02763 Zittau
Telefon: 03583/500960

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen der Generalsanierung der Pfarrkirche Mariä Heimsuchung werden auch deren Bleiglasfenster saniert. Hierbei wird im wesentlichen nach den Richtlinien des Corpus Vitrearum Medii Aevi verfahren. Bisher bildet seit 30 Jahren eine aufgesetzte Schutzverglasung aus normalem Fensterglas mit relativ stehender Luftschicht eine zweite wärmedämmende Ebene. Dieser Effekt ist nach o.g. Richtlinien leider nicht mehr vorhanden. Um die großen Fensterflächen ressourcenschonend zu gestalten, wird jetzt als Schutzglas eine Thermoverglasung, bestehend aus 2 x 3mm VSG, 12mm SZR und innen 4mm Floatglas, eingebaut. Untersucht werden soll das bauphysikalische Verhalten der Konstruktion insbesondere die Feuchtigkeitsverhältnisse an Gläsern und Fenstergewände in Abhängigkeit von Himmelrichtung, Jahreszeit und Nutzung.
Für weitere Projekte soll eine modellhafte Anleitung für Konstruktion von Bleiglasfenstern und den Betrieb von Heizungs- bzw. Lüftungsanlagen erarbeitet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst wurde theoretisch die Einbausituation analysiert und eine wärmetechnische Lösung entworfen. Insbesondere ging es darum Wärmebrücken zu minimieren. Eine solche sind die Quereisen der Fenster, hier fand naturgemäß ein großer Wärmeaustausch statt. Bei den neuen Quereisen wurde zum einen Innen mit Wärmerippen die Oberfläche vergrößert, um mit mehr eingetragener Wärme Kondensat möglichst zu verhindern und zum anderen wurde die äußere Deckleiste vom Quereisen durch Kunststoff-Schrauben thermisch getrennt.
Zur Optimierung von Temperatur und Luftfeuchte wird die vorhandene Umluftheizung um Außenluftzufuhr über einen Bodenkanal und Ablüftung im Scheitel der Gewölbe erweitert.
Durch messtechnische Untersuchungen von Raumklima und Oberflächentemperaturen der Bauteile an mehreren Messstellen soll die praktische Anwendung untersucht und dokumentiert werden. Durch Funk-Messfühler werden die Daten gewonnen und an einen Datenserver geleitet. Die Hochschule Zittau (HTWS) liefert mit Datenfernübertragung die aktuellen lokalen Klimadaten.


Ergebnisse und Diskussion

Im Verlauf der Planungs- und Bauphase der Sanierung der Kirche Mariä Heimsuchung in Zittau wurden stationäre Wärmebrückenberechnungen für die Fenster vorgenommen. Es wurden unterschiedliche Möglichkeiten der Befestigung der Scheiben untersucht. Im vorliegenden Bericht werden die Rechenergebnisse für zwei Varianten dargestellt.
Die geringste innere Oberflächentemperatur aller untersuchten Bereiche tritt an den
Befestigungsmitteln der äußeren ISO-Verglasung auf.
Für eine einfache Ausführung der Befestigungen (Variante I) ist bei Überschreitung der relativen Feuchte der Raumluft von 23,7 % die Gefahr der Tauwasserbildung sehr groß. Die Realisierung dieser geringen Raumluftfeuchte ist auch bei Betrieb einer Lüftungsanlage nicht möglich.
Werden an den Quereisen Heizrippen angebracht (Variante II), erhöht sich die innere Oberflächentemperatur der Befestigungen. Fensterlaibung und die Befestigungsmittel haben dann in etwa dieselbe minimale innere Oberflächentemperatur. Eine Gefahr der Tauwasserbildung besteht bei einer relativen Feuchte der Raumluft größer 35,4 %. Wenn aus konservatorischen Gründen eine Mindestluftfeuchte von mehr als 35 % eingehalten werden muss - typischerweise 40.. 45 % - ist mit Kondensation zu rechnen. In diesem Fall tritt Kondensation nur bei sehr tiefen Außentemperaturen auf, so dass die Kondensationszeiträume gering sind. Die Sichtprüfungen im Berichtszeitraum zeigen, dass diese Kondensation mit einiger Wahrscheinlichkeit nicht zu sichtbaren Schäden führt. Beim Betrieb der Lüftungsanlage ist allerdings der Außenluftanteil so einzustellen, dass die Raumluftfeuchte den aus konservatorischen Gründen geforderten minimalen Wert erreicht.
Die messtechnische Überprüfung ergibt eine gute Übereinstimmung zwischen Mess- und Rechenwerten. Allerdings zeigen die Messwerte eine deutliche Abhängigkeit der dimensionslosen Oberflächentemperatur von der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und der Außenluft. In der Theorie ist dieser Wert konstant. Offenbar hängt der innere Wärmeübergangswiderstand stark von den Strömungsverhältnissen hinter der Verglasung ab. Diese Durchströmungsverhältnisse sind temperaturabhängig. Der rechnerisch gewählte Wärmeübergangswiderstand von 0,33 m2K/W ist für kleine Temperaturdifferenzen zu gering. Das ist insofern unkritisch, als dass bei kleinen Temperaturdifferenzen im Allgemeinen aus bauphysikalischer Sicht keine Schäden zu erwarten sind.
Die messtechnische Überprüfung der Raumluftfeuchten und Raumlufttemperaturen zeigen, dass im Winterhalbjahr keine Außenluft über die Lüftungsanlage zugeführt wird. Ebenso wird der Fortluftventilator im Winterhalbjahr nicht betrieben. Es stellen sich dann Luftfeuchten von bis zu 70% ein. Bauphysikalisch schädliche Kondensationen können dann nicht mehr sicher ausgeschlossen werden. Eine Nachregulierung der Lüftungsanlage wird angeregt.
Die Aufheizung der Kirche erfolgt mit Aufheizgeschwindigkeiten von bis zu 2 K/h. Diese Aufheizgeschwindigkeit liegt deutlich über dem formulierten Zielwerten von 0,5 K/h bzw. max. 1,5 K/h. Aus konservatorischer Sicht ist eine Verminderung der Aufheizgeschwindigkeiten angezeigt. Das kann u.a. durch eine Leistungsreduzierung der Lüftungsanlage gelingen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bericht


Fazit

Durch die bauphysikalischen Berechnungen in der Planungsphase wurde das kritische Bauelement, die Befestigungskonstruktion, durch die Heizrippen optimiert. Sowohl die Berechnungen als auch die Messungen ergaben, dass damit die Oberflächentemperatur der metallischen Befestigungen erhöht werden konnte, was wiederum zur Verminderung der Gefahr der Kondensation führt.
Die Berechnungen ergeben, dass unter bestimmten Voraussetzungen eine Unterschreitung der Taupunkttemperatur auf den Oberflächen der Laibungen und Befestigungen dennoch auftreten kann, messtechnisch konnte das im Berichtszeitraum jedoch nicht bestätigt werden.
Somit kann festgestellt werden, dass der Einbau der ISO-Verglasung eine wesentliche Verbesserung des Wärmehaushaltes ist und damit eine positive Bilanz in ökologischer und wirtschaftlicher Hinsicht gezogen werden muss.
Andererseits wird festgestellt, dass unter den vorliegenden Umständen einer temperatur- und feuchtegeregelten Luftheizung, die Veränderung der herkömmlichen Kondensationsfläche, nämlich der Fensterscheibe (bei herkömmlich sanierten Kirchenfenstern die Schutzverglasung aus VSG) zu keinen oder zu vernachlässigbaren Beeinträchtigungen führt und das gegebenenfalls nur kurzzeitig und mit geringer Wahrscheinlichkeit von Schäden.