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Fenster

Stand: Juli 2024
Foto, dunkelrote Ziegelfassade mit einer Vielzahl an Fenstern

Fenster sind häufig die flächenmäßig größten Öffnungen in der Umfassungsfläche eines Gebäudes und daher energetischer von besonderer Bedeutung. Das zeigt sich auch in den durchschnittlichen Raumwärmeverlusten unterschiedlicher Gebäudetypologien im Bestand. Hier liegen die Verluste über die Fenster häufig zwischen 25 und 30 Prozent (Quelle: Springer Vieweg).

Aus konstruktiver Sicht lassen sich Fenster wie folgt unterscheiden:

  • Einfachfenster (fester Blendrahmen und ein bewegbarer Flügel)
    • Einfachverglasung
    • Mehrscheibenverglasungen
  • Mehrfachfenster (zwei getrennt bewegbare Flügel)
    • Verbundfenster
    • Doppelfenster
    • Kastenfenster

Es gibt eine weite Spanne an verschiedenen Formen mit unterschiedlicher Ausführung. Je nach Funktionsprinzip können Fenster folgenden Gruppen zugeordnet werden: Festfenster, Kipp-, Dreh-, Klapp- oder Schiebefenster. Außerdem sind diverse Achsenanordnungen möglich, um die Fenster zu bewegen.

Teil eines Fensters ist auch der Fensterrahmen, der üblicherweise aus den Materialien Holz, Metall oder Kunststoff besteht. Abgesehen von den klassischen Varianten ist ein Verbund der verschiedenen Materialien, der die jeweiligen Materialvorteile nutzt, immer häufiger vorzufinden. Das Fenster hat als Teil der Gebäudehülle viele Funktionen zu erfüllen und muss zahlreichen Anforderungen gerecht werden.

Geschichte von Fenstern

Die Entwicklung der ersten Fenster reicht über simple Öffnungen in der Fassade, über opake verschließbaren Klappen (Holz bzw. Stahl), bis hin zu mit Tierhäuten und Leinentücher überzogenen Öffnungen. Das Butzenfenster mit Holzrahmen gilt als historisches erstes Glasfenster. Darauf folgten die ersten Varianten mit Stahlrahmen. Das erste Fenster mit einem Rahmen aus Kunststoff (PVC) wurden im Jahr 1954 entwickelt. Heute sind Fenster aus Kunststoff in den Verkaufszahlen mit deutlichem Abstand führend auf dem Weltmarkt.

Gesetze und Normen

Die gesetzlichen Anforderungen an Fenster werden in der jeweiligen Landesbauordnung und den technischen Baubestimmungen geregelt. Darüber hinaus sind für hand- oder kraftbetätigte Fenster unverbindliche Empfehlungen der DIN 18055:2020-09 zu entnehmen. Die darin enthaltenen allgemeinen Qualitäts- und Leistungsanforderungen basieren auf der europäischen Produktnorm DIN EN 14351-1:2016-12, die für die CE-Zertifizierung herangezogen wird. Die konkreten gesetzlichen Anforderungen, die sich aus dem GEG ableiten, beziehen sich auf folgende Punkte:

  • Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilzbildung nach DIN 4108-2 (fRsi >= 0,7)
  • Reduktion Wärmeverlust über Bauteil und Anschlussfuge nach DIN 4108-2 und -7
    • Vorgaben UW-Wert
    • Psi - Wert
    • Funktionsfuge Klasse 2 bzw. 3
    • Luftdurchlässigkeit der Anschlussfuge
    • Dauerhafte Luftdichtheit

DIN 4108 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden

Die Norm DIN 4108 gibt den Rahmen für den sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz von Gebäuden und einzelnen Bauteilen vor. Bei der Erstellung öffentlich-rechtlicher Nachweise wurde sie in Teilen von der DIN V 18599 abgelöst.

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Anforderungen an Fenster

Die Anforderungen, die an Fenster gestellt werden, haben sich mit der Zeit stetig gesteigert. Die Eigenschaften, die sich auch aus der Produktnorm ableiten und für die CE-Kennzeichnung herangezogen werden, sind laut Prüfzentrum für Bauelemente die folgenden:

Wärmeschutz

Ein Fenster ist ein aus vielen Einzelteilen bestehendes, komplexes System. Die Verglasung, der Rahmen sowie die Anschlüsse der Scheiben und des Gesamtsystems an die Fensterlaibung ist für die Wärmeübertragung relevant und zu Beginn der Planung jeweils als eigenes System zu betrachten. Die energetische Qualität des Rahmens wird durch den Uf-Wert und die Qualität des Randverbundes der Glasscheiben anhand des Psi-Wertes (Wärmebrücke) bemessen. Beschichtete Mehrscheibenisolierverglasungen stoßen heute bereits wärmeschutztechnisch an die Grenzen des physikalisch Möglichen. So werden mittlerweile Ug-Werte von annähernd 0,3 W/m2K bei Fenstern mit Vakuumverglasungen und 0,5 W/m2K mit Gasfüllung erreicht (Quelle: Passivhaus Institut). Aus den genannten einzelnen Komponenten wird der U-Wert für das gesamte Fenster ermittelt. Die Formeln zur Berechnung des UW-Wertes für verschiedene Fenstersysteme können der Norm DIN EN ISO 10077-1 entnommen werden.

Die Bestimmung des U-Werts ist auch mittels des Tabellenverfahrens für Fenster mit einem Rahmenanteil von bis zu 30 Prozent möglich, das ebenfalls in der DIN EN ISO 10077-1 enthaltenen ist. Zu beachten sind bei der Berechnung des UW-Wertes pauschale Zuschlagswerte, die etwa durch Sprossen im Scheibenzwischenraum oder durch Herstellerangaben variieren können. Alternativ ist eine detaillierte Berechnung des Rahmens und des Randverbundes über die DIN EN ISO 10077-2 möglich. Der UW-Wert für ein Fensterelement mit opaker Füllung (Paneel) kann nach DIN EN ISO 10077-1 Gleichung 2 berechnet werden. Hervorzuheben ist, dass für die Effizienz des Gesamtsystems der Anschluss des Rahmens entscheidend ist. Hier ist bei der Ausführung auf eine wärmebrückenreduzierte und luftdichte Ausführung zu achten.

Mindestwärmeschutz

Die Einhaltung der wärmeschutztechnischen Mindeststandards, wie in der DIN 4108-2 definiert, gewährleistet, dass an jeder Stelle der Innenoberfläche der Außenwand Schimmelpilzfreiheit und Tauwasserfreiheit vorliegt.

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Wärmebrücken

Wärmebrücken sind Stellen der thermischen Gebäudehülle, an denen Wärme schneller nach außen gelangt als durch die angrenzenden Bauteilbereiche. Bauschäden, Schimmel und ein erhöhter Energiebedarf können die Folge sein.

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Luftdichtheit

Ein hohes Maß an Luftdichtheit ist entscheidend für eine qualitativ hochwertige thermische Gebäudehülle. Für die Umsetzung gibt es rechtliche Rahmenbedingungen und Anforderungen an ein Luftdichtheitskonzept.

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Sonnenschutz

Aufgrund der wellenlängenabhängigen Transmissionseigenschaften von Floatglas können Fenster als Strahlenfallen angesehen werden: Die kurzwellige Wärmestrahlung der Sonne geht fast ungehindert durch das Glas und die zurückfallende langwelligere Wärmestrahlung aus dem Raum kann nicht entweichen.

Der Energiedurchlassgrad (g-Wert) ist die planungsrelevante Kenngröße für den Sonnenschutz von transparenten bzw. transluzenten Bauteilen. Bei der Sonnenschutzplanung ist lediglich der sichtbare Bereich der Solarstrahlung erwünscht. Die Transmissionseigenschaften werden durch die Anpassung der Reflexions- und Absorptionsanteile beeinflusst. Dies geschieht meistens entweder durch Absorptionsglas, das mittels Beigabe von Eisen- oder Kupferoxid eingefärbt wird, oder durch reflektierende Beschichtungen.

Eine gängige Variante ist der Einsatz von selektiven Beschichtungen, die langwellige Wärmestrahlung reflektieren und sichtbares Licht größtenteils durchlassen. Diese Beschichtungen werden auf der Innenseite der äußeren Scheibe angebracht. Die Strahlung soll so früh wie möglich (bspw. durch einen außenliegenden Sonnenschutz) reflektiert werden. Gleichzeitig muss die empfindliche Beschichtung geschützt werden. Aufgrund der sichtbaren Verfärbung der Gläser entsteht eine teils deutliche Abweichung von gewohnten Lichtverhältnissen im Raum. Eine Abwägung zwischen Sonnenschutz, Tageslicht und Behaglichkeit sollte bei der Planung erfolgen.

Absorptionsgläser haben durch die getönten Scheiben ebenfalls den Nachteil der verminderten Sicht nach außen und der veränderten Beleuchtungsqualität. Dies kann für gewisse Zwecke erwünscht sein, um eine bestimmte Lichtatmosphäre zu schaffen (bspw. in Museen und Galerien). Die Lichtdurchlässigkeit variiert in der Regel in Abhängigkeit des g-Werts.

Bei gängigen Sonnenschutzverglasungen liegt die Lichttransmission bei 40 bis 80 Prozent mit g-Werten im Bereich von 0,2 bis 0,5. Das Verhältnis dieser beiden Größen wird mit der Selektivität angegeben. Hocheffektive Sonnenschutzgläser bieten eine Selektivität von etwa zwei. Der Nachteil eines sehr niedrigen g-Wertes sind verminderte passive solare Wärmegewinne im Winter. Dies gilt es bei der Planung in Anbetracht der Fensterausrichtung und -größe stets zu beachten. Für größere Fensterflächen und geneigten Verglasungen empfehlen sich niedrigere Energiedurchlassgrade.

Sommerlicher Wärmeschutz

Bei der Planung und Sanierung von Gebäuden kommt sowohl dem winterlichen als auch dem sommerlichen Wärmeschutz eine wichtige Rolle zu. Ein zu geringer Schutz kann in beiden Fällen zu einem erhöhten Energiebedarf führen.

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Tauwasserfreiheit

Das Tauwasser bezeichnet das Kondensat, das an Oberflächen (Fensterscheiben) auftritt sobald die Oberflächentemperatur die Taupunkttemperatur der Luft unterschreitet. Luft ist in der Lage, in Abhängigkeit der Temperatur eine gewisse Menge an Wasser im gasförmigen Zustand aufzunehmen. Bei 0 °C sind das bspw. etwa 5 g/m3 und bei 20 °C etwa 17,5 g/m3. Wenn diese Grenze überschritten wird, kondensiert das Wasser aus der Luft an der Oberfläche. Das kann passieren, wenn warme und feuchte Raumluft auf eine kalte Oberfläche trifft.

Tauwasserbildung in Bauteilen

Tauwas­serbildung im Bauteil führt zu einer herabgesetzten Funktionalität der Wärmedämmung. Weiterhin drohen bei dauerhafter Feuchte Bauschäden wie Schimmelbildung oder Korrosion, die zusätzlich Stabilitätsverluste zur Folge haben können.

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Lüftung

Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) gibt in Verbindung mit dem Mindestwärmeschutz und der DIN 4108-2 Hinweise zum Mindestluftwechsel zur Sicherstellung der Raumhygiene und Begrenzung der Raumluftfeuchten. Darüber hinaus verlangt die DIN 1946-6 die Erstellung eines Lüftungskonzeptes für Neubauten und bei Renovierung im Falle eines Austauschs von mehr als einem Drittel der vorhandenen Fenster.

Fenster bieten in der Regel die Möglichkeit, durch eine Kippstellung oder durch Öffnen der Flügel die Innenräume zu lüften. Die deutlich effektivere und gleichzeitig energieeffizientere Variante ist das Öffnen der Flügel, um eine Stoß- oder Querlüftung zu ermöglichen. Die optimale Dauer, um ein Raumvolumen mit Frischluft auszutauschen und dabei nur wenig Energie zu verlieren, ist von verschiedenen Variablen wie bspw. der Außentemperaturen, dem Wind, der Fenstergröße, der Öffnungsweite, dem Raumvolumen und der Art der Lüftung (Stoß- oder Querlüftung) abhängig.

Systeme der Wohnraumlüftung

Energieeffiziente Gebäude zeichnen sich durch eine verbesserte Luftdichtheit aus. In ihnen muss der Luftaustausch für ein gesundes Raumklima durch eine verstärkte freie Lüftung oder mit einer mechanischen Lüftungsanlage erfolgen.

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GEG 2024

Am 01.01.2024 trat die Novelle des Gebäudeenergiegesetzes (GEG 2024) in Kraft. Spätestens ab Mitte 2028 wird die Nutzung von mindestens 65 Prozent erneuerbarer Energie für alle neuen Heizungen verbindlich, eng gekoppelt an die kommunale Wärmeplanung.

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Schallschutz

Die Schalldämmung hängt weitgehend von dem Verglasungssystem ab. Glas bietet kaum schalldämmende Eigenschaften. Daher bieten Einscheibenverglasungen keinen Schutz. Mit steigender Fensterfläche sinkt in der Regel auch die Schalldämmung des Fensters. Erst durch Luft oder Gas im Scheibenzwischenraum wird ein Fenster zu einem sogenannten Masse-Feder-System mit guten schalldämmenden Eigenschaften. Viele weitere Faktoren sind hierbei jedoch zu beachten: Wichtig für eine gute Schalldämmung sind zunächst möglichst viel Masse, unterschiedliche Glasstärken und verschiedene Abstände im Fenstersystem (Asymmetrie). Der Einsatz von Verbundglasscheiben (VSG) bietet sich hierfür an. Darüber hinaus sind die Anschlussdetails für eine körper- bzw. luftschallbrückenfreie Ausführung ausschlaggebend für hohe Schalldämmwerte.

Fenstertüren

Eine Fenstertür dient meistens als Terrassen- oder Balkontür und wird in der Produktnorm als türhohes Fenster, das auch den gelegentlichen Durchgang von Personen ermöglicht, definiert. Sie unterscheiden sich von gewöhnlichen Fenstern durch große Glasflächen und verstärkte Rahmenprofile. Andernfalls sind Fenstertüren auch in den für Fenster typischen Ausführungsvarianten erhältlich. Aufgrund der großen Glasflächen ist es wichtig, dass sie über effektive Dichtungssysteme sowie tragfähige Rahmen, Beschläge und Scharniere verfügen. Im Vergleich zu einer normalen Tür unterscheidet sich die Fenstertür wiederum durch ein schlankes Rahmenprofil. Für die Berechnung des Wärmedurchgangs wird bei Fenstertüren der UW-Wert nach DIN EN ISO 10077-1 herangezogen. Zulässige Grenzwerte für den UW-Wert von Fenstertüren sind den Anlagen des GEG zu entnehmen.

Ein wichtiger Aspekt bei der Planung ist der Einbruchschutz, da Fenstertüren häufig eine Schwachstelle in der Sicherheit eines Gebäudes darstellen. Mehrfachverriegelungen, Sicherheitsglas und verschließbare Griffe wirken einbruchhemmend. Auch bezüglich der Schlagregendichtheit muss ein spezielles Augenmerk auf die Ausführung des Schwellenbereichs gelegt werden, um Bauschäden durch eindringende und vor allem stehende Feuchtigkeit zu vermeiden. Abhilfe schafft bspw. eine Gitterrostrinne oder ein Dachüberstand. Die europäische Produktnorm DIN EN 14351-1 „Fenster und Außentüren“ bezieht sich auch auf hand- oder kraftbetätigte Fenstertüren.

Tool-Tipp

Toolbox

U-Wert von Fenstern

Online-Tool zur Ermittlung des U-Werts von Fenstern

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