Projekt 24673/01

KOMET – Entwicklung komfort- und energieoptimierter transluzenter Elemente für die Gebäudehülle

Projektträger

Fischer Glasgroßhandlung
Gottlieb Daimler-Str. 46 - 48
71711 Murr
Telefon: (0 71 44) 82 63-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt KOMET hatte zum Ziel, ein kostengünstiges, hoch wärmegedämmtes Verglasungssystem mit einer integrierten saisonalen Verschattungseinrichtung auf Basis von Prismenstrukturen zu entwickeln und zu bewerten. Dazu waren in einem innovativen Fertigungsverfahren geeignete mikrostrukturierte Folien in Isolierverglasungen zu integrieren, großformatige Prototypen zu fertigen und auf Leistungsfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit zu testen. Damit das System sowohl als transparente Wärmedämmung als auch als Fensterelement eingesetzt werden kann, wurde als weiteres Ziel eine lichttechnische Optimierung definiert: Als Maßnahme zur Vermeidung von visuellen Störungen (Lichtzerlegung, Verzerrung und Blendung), die von prismatischen Strukturen verursacht werden, wurde der Einsatz von lichtstreuenden Gläsern als Innenscheibe der Verglasung untersucht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde in folgende Arbeitspakete aufgeteilt und durchgeführt:

- Paket 1 - Voruntersuchungen an Folienmaterialien: Eignungsuntersuchungen an Folien (Strukturier-barkeit von Materialien, mechanische Eigenschaften, optische Eigenschaften, UV-Langzeitbeständigkeit).
- Paket 2 - Modellierung von Verglasungskomponenten und -systemen: Optische und thermische Mo-dellierung von Verglasungen, thermische Gebäudesimulationen (TRNSYS).
- Paket 3 - Herstellung mikrostrukturierter Folien: Fertigung einer Prägewalze, Herstellung der Folie.
- Paket 4 - Messung und Charakterisierung von Verglasungskomponenten und -systemen: Optische Laborcharakterisierung von Folie, Scheiben und Verglasungen, thermische Laborcharakterisierung von Verglasungen (g-Wert, U-Wert).
- Paket 5 - Verglasungsintegration: Fertigung von klein- und großformatigen Prototypen, Prüfung der Isolierglasbeständigkeit (Gasdichtheit, Feuchtigkeitsaufnahme, Fogging).
- Paket 6 - Langzeituntersuchungen im Gebäude und Bewertung: Messung der Leistung und Prüfung der Gebrauchstauglichkeit von Prototypen als transparenten Wärmedämm-Modulen und Lichtelemen-ten am ISFH-Testgebäude über 18 Monate.


Ergebnisse und Diskussion

Die folgenden Ergebnisse wurden im Projekt erzielt:

o Ein geeigneter Folienaufbau wurde definiert und die mikrostrukturierte Folie erfolgreich hergestellt.

o Mit der Preisangabe für die hergestellte Folie von 20 €/m² wurde das wesentliche Projektziel der Kos-tenreduktion der Sonnenschutzvorrichtung erreicht.

o Die Folie wurde in eine Isolierverglasung integriert, wobei ein thermisches Schrumpfverfahren erstma-lig auf strukturierte Folien angewandt wurde. Die Isolierglasbeständigkeit (Gasdichtheit, Feuchtig-keitsaufnahme) hat sich als ausreichend erwiesen, mit Testergebnissen die vergleichbar oder sogar besser als von konventionellen 3fach-Verglasungen sind. Zunächst auftretende Fogging-Effekte konnten anhand einer Konditionierung der Folie vor dem Einbau beseitigt werden.

o Großformatige Prototypen bis 1800 x 680 mm wurden in den beiden Konfigurationen transparente Wärmedämm-Module und Lichtelemente erfolgreich gefertigt.

o Die energetischen Kennwerte der Prototypen wurden experimentell bestimmt: Der Gesamtenergie-durchlassgrad (g-Wert) für direkte Strahlung variiert von 0.62 bei tiefstehender Sonne (Winter) bis 0.10 bei hochstehender Sonne (Sommer) in der Ausführung als transparente Wärmedämmung und von 0.51 bis 0.10 in der Ausführung als Lichtelement. Damit wurden die Simulationsergebnisse bestätigt und der effektive Schalteffekt nachgewiesen. Der gemessene U-Wert von 0.5 bis 0.8 W/m²K (in Abhängigkeit von Gasfüllung und Glasbeschichtung) ist vergleichbar mit dem Dämmstandard von herkömmlichen 3fach- Verglasungen. Gegenüber den vor Projektbeginn vorliegenden Verglasungs-modellen mit Prismenplatte wurde etwa eine Halbierung des U-Werts erzielt.

o Im Rahmen der Langzeituntersuchungen im Gebäude als transparente Wärmedämmung wurde das energetische Verhalten der Prototypen (Dämmwirkung und saisonale Abhängigkeit der solaren Ge-winne) bestätigt und ihre Gebrauchstauglichkeit erfolgreich geprüft. Aus den Testergebnissen von zwei aufbaugleichen Verglasungen mit eingelegter Prismenplatte und eingespannten Prismenfolie konnte außerdem die Vergleichbarkeit des Schalteffekts zwischen Mikro- und Makrostrukturen nach-gewiesen werden.

o Im Rahmen der Langzeituntersuchungen im Gebäude als Lichtelement wurde verdeutlicht, dass der Einsatz von lichtstreuenden Scheiben die Schaltungsmechanismen der Prismenverglasung nicht be-einträchtigt und eine effektive Sonnenschutzfunktion erzielt werden kann. Die positive Auswirkung der Prototypen sowohl auf den thermischen als auch auf den visuellen Komfort konnte ebenso gezeigt werden. Aufgrund der hohen Leuchtdichten, die im Winter am Fenster auftreten, kann aber ein unein-geschränkter Blendschutz nicht ganzjährig gewährleistet werden.

o Mit Hilfe einer dynamischen thermischen Simulation konnte zum einen das Potential des TWD-Systems zur Einsparung von Heizwärme als platzsparende Alternative zur konventionellen opaken Dämmung, zum anderen die Effektivität der sonnenstandsabhängigen Verschattung als Maßnahme zur Vermeidung von sommerlichen Überhitzungseffekten belegt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Zur Verbreitung der Projektergebnisse wurden die folgenden Beiträge bei Fachtagungen präsentiert:

o Giovannetti F., Fischer K.H.C. (2008), Integration of Microstructured Light-Redirecting Films into Glazing Systems, Proceedings Eurosun 2008, Lisbon (elektronische Ausgabe)
o Giovannetti F., Fischer K.H.C. (2008), Integration mikrostrukturierter Lichtlenkungssysteme in Ver-glasungen. Tagungsband 2. Internationales Anwenderforum Energieeffizient + Bestand, Bad Staf-felstein.
o Nitz P., Giovannetti F., Weinläder H., Wienold J. (2008), Neue Verglasungstechniken für Tageslicht und Wärmedämmung. Tagungsband FVS-Jahrestagung Energieeffizientes und solares Bauen, Berlin.
o Giovannetti F., Fischer K.H.C. (2009), Isolierverglasungen mit mikrostrukturierten Lichtlenkfolien: Untersuchungen an großformatigen Prototypen. Tagungsband 19. Symposium Thermische Solar-energie, Bad Staffelstein
o Giovannetti F. (2009), Verglasungen mit integrierten Sonnenschutzfolien, Tagung Zukunftsper-spektive im Fassadenbau, Linz (elektronische Ausgabe)
o Giovannetti F., Glazing systems with light-redirecting prismatic films for seasonal shading (2009). FVEE Jahrestagung Forschen für globale Märkte erneuerbarer Energien, Berlin.
o Giovannetti F. (2009), Hochwärmegedämmte Verglasungen mit mikrostrukturierten Lichtlenkfolien zur saisonaler Verschattung direkter Sonnenstrahlung, Tagung Heizen und Kühlen mit Sonnen-energie, Hochschule Bremerhaven.
o Giovannetti F., Rockendorf G. (2010), Bewertung innovativer transparenter Wärmedämmung für die Fassadensanierung. Tagungsband 20. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein. Eingereicht.

Des Weiteren wurde in den Zeitschriften Glaswelt und Glas, Fenster und Fassade sowie auf der Inter-netseite www.bine.info über das Projekt berichtet.


Fazit

Zusammenfassend wird festgestellt, dass Verglasungen mit im SZR eingespannten mikrostrukturierten Folien sowohl in ihrer Funktion als Lichtelement als auch als TWD- Modul entwickelt, hergestellt und in ihren realen Anwendungen erfolgreich getestet wurden. Verglasungen mit Abmessungen bis ca. 200 x 70 cm stehen jetzt für Demo- und Pilotprojekte zur Verfügung. Das Verfahren lässt sich auf Folien mit unter-schiedlichen Strukturen und entsprechenden Lichtlenkfunktionen übertragen. Für das weitere Vorgehen ist die Herstellung von großformatigen Prägewerkzeugen für die Fertigung von Folien mit fensterüblichen Abmessungen notwendig.