Friedrich Idam:

Heute wieder einmal zu Gast in Simple Smart Buildings, Günther Kain. Günther Kain ist einerseits Zimmerermeister, andererseits promovierter Bauphysiker. Wir beide haben uns auch heuer wieder einmal sehr intensiv mit dem Thema Kastenfenster auseinandergesetzt. Dieses Thema rückt immer mehr in den Vordergrund. Wir merken einfach, Energieeffizienz im Bauwesen können wir langfristig nur erreichen, indem wir Bauteile möglichst lange nutzen. Und dafür ist ja aus der Geschichte heraus betrachtet das hölzerne Kastenfenster, das Doppelfenster, ein hervorragendes System, wo ja manchmal Nutzungszyklen von mehreren Jahrhunderten vorliegen. Wir haben heuer in unserer Forschung zum Kastenfenster zwei Schwerpunkte gesetzt. Günther, ich würde dich bitten, für unsere Hörerinnen und Hörer zusammenzufassen, wo die heurigen Schwerpunkte unserer Forschungstätigkeit zum Thema Kastenfenster waren.

Günther Kain:

Ja, zum einen haben wir erforscht bzw. Sind der Frage nachgegangen, ob es auf ökologischer Basis gesehen nun klüger ist, ein Kastenfenster zu erhalten und es weiter zu nutzen oder eben das Kastenfenster herauszureißen und durch ein rezentes Industrie-Kunststofffenster zu ersetzen. Das Neuartige an unserem Ansatz war, dass wir nicht rein kostenseitig argumentiert haben oder rein U-Wert fokussiert, wie es oft gemacht wird, sondern wir haben auch bewertet, ob es hinsichtlich ökologischer Wirkkategorien klüger ist, das eine oder das andere zu tun. Das war der eine Schwerpunkt des Arbeitens und das andere war, dass wir uns zusätzlich zu den Messungen an Gründerzeitfenstern dieses Jahr auch noch auf Doppelfenster neuerer Bauart fokussiert haben, wo an der Innenflügelebene bereits ein Isolierverglaster Flügel zum Einsatz kommt.

Friedrich Idam:

Und es ging ja auch darum, die Prozesse im Zwischenraum, zwischen den beiden Flügeln, also zwischen Außenflügel und Innenflügel im sogenannten Fensterkasten zu bewerten.

Günther Kain:

Genau, weil ja dieser Zwischenraum ein biophysikalisch hochinteressanter Bereich ist, der letztlich für die Gesamtperformance eines Kastenfensters entscheidend ist. Und dazu vielleicht gerade aus konkreten Anlass auch. Ich habe gestern mit einem Tischler aus dem Salzkammergutfirma Gassner noch diskutiert, der genau das auch bestätigt aus seiner Praxiserfahrung, wo er sagt, es geht darum, wie sich der Scheibenzwischenraum verhält.

Friedrich Idam:

Und für den Scheibenzwischenraum hast ja du eine neue Messmethode entwickelt. Du hast dir überlegt, wie kann man möglichst einfach und darüber hinaus in situ, also an Ort und Stelle, wir versuchen eben genau die Kastenfenster im Bestand zu erhalten, wollen sie nicht herausreißen, nicht an einen Prüfstand verbringen, sondern diese Ergebnisse am eingebauten Fenster erzielen und dazu hast du eine relativ simple Messmethode entwickelt und ich ersuche dich, dass du diese Methode unseren Hörerinnen und Hörern erläuterst.

Günther Kain:

Ja, der Ansatz ist relativ einfach. Wenn man die absolute Luftfeuchtigkeit, also die tatsächliche Wassermenge in der Luft, im Innenraum, im Scheibenzwischenraum und draußen misst, dann hat man sozusagen ein Maß für die Wassermenge in der Luft. Und die Wassermenge im Scheibenzwischenraum kann ja nur von der Menge des Wassers im Innenraum wie jenem von außen beeinflusst werden. Und indem man nun die Scheibenzwischenraumfeuchtigkeit in Referenz zu den beiden anderen sieht, kann man bewerten, ob nun mehr Luft von innen in den Scheibenzwischenraum gelangt oder eben von außen. Und dieses Luftmischungsverhältnis ist dann ein Maß für den Luftaustausch im Scheibenzwischenraum.

Friedrich Idam:

Das heißt, einfach heruntergebrochen, die Luftfeuchtigkeitsmenge korreliert mit der Intensität der Luftströmungen und die Luftströmungen korrelieren wiederum mit der Dichtigkeit oder Undichtigkeit der Fensterflügel.

Günther Kain:

Genau. Und was da jetzt ganz interessant ist, es zeigte sich bei verschiedenen Kastenfensterkonstruktionen, dass üblicherweise der Innenflügel deutlich dichter ist als jener außen. Das macht natürlich Sinn, weil damit das Beschlagen der Fensterscheiben verhindert wird und auch die Dämmwirkung des Doppelfensters besser ist. Gleichzeitig ist aber sozusagen der relativ starke Lufteintrag von draußen in den Scheibenzwischenraum auch das, was die Dämmwirkung des Zwischenraums begrenzt, weil ja da sozusagen eine Luftdurchströmung stattfindet. Und wenn man nun diese beiden Größen kennt, kann man hier das Fenster noch einmal deutlich effizienter gestalten.

Friedrich Idam:

Das heißt, das Ziel wäre dann, den Außenflügel nur eine Spur undichter zu gestalten als den Innenflügel, dass zwar grundsätzlich der Dampfdruckausgleich nach außen möglich ist, sodass auch kein Kondensat im Fensterkasten entsteht, aber andererseits die Außenflügel doch so dicht sind, dass möglichst wenig kalte Außenluft in den Zwischenraum, in den Fensterkasten eindrängt.

Günther Kain:

Das wäre das Ziel.

Friedrich Idam:

Und die Methode, die du entwickelt hast, bietet die Möglichkeit, bei einem individuellen Fenster an Ort und Stelle einerseits zu prüfen, Wie ist der Status quo? Und aus diesem Messergebnis dann ganz konkrete Handlungsoptionen abzuleiten und nach Ausführung dieser vorgeschlagenen Maßnahmen wiederum zu prüfen, ob das angestrebte Ziel erreicht worden ist.

Günther Kain:

Exakt. Und nachdem die Messung in diesem Fall relativ einfach mit Funksensoren umgesetzt werden kann, ist die Maßnahme auch minimalinvasiv bzw. Überhaupt nicht eingreifend in die Konstruktion und kann schnell und kostengünstig durchgeführt werden.

Friedrich Idam:

Hast du aufgrund der aktuellen Messreihe auch Zahlen parat oder Prozentwerte, um wie viel der Wärmedurchgang bei einem konkreten Fenster oder bei diesem konkreten Beispiel gesenkt werden kann, gesenkt werden könnte, wenn man in dieser Richtung arbeitet?

Günther Kain:

Naja, das hängt natürlich dann auch von Parametern wie der Konstruktionsart selber und der Größe des Fensters ab. Nur zur Erklärung, es macht zum Beispiel in dieser Betrachtung einen sehr großen Unterschied, ob der Außenflügel nach innen öffnet oder nach außen. Aber so pauschal kann man schon sagen, dass man bis zu einem Viertel Verbesserung erzielen kann.

Friedrich Idam:

Das heißt, wir kämen dann mit dem U-Wert eines optimierten Fensters in einen Bereich zwischen 1,5 und 2?

Günther Kain:

Ja, genau, das ist so der Bereich, den man realistischerweise mit Doppelfenstern erzielen kann. Das hat übrigens auch unsere erste Messreihe ganz gut gezeigt bei historischen Fenstern, die sozusagen in schlechtem Zustand ja tatsächlich 2,5 Watt pro Quadratmeter Kelvin U-Wert haben, dass man durch minimalinvasive Verbesserungen, Beschläge ordentlich einstellen, Flügelluft minimieren usw. Auf unter 2 kommen kann.

Friedrich Idam:

Du hast ja bei dieser heurigen Messreihe nicht nur die Feuchtigkeiten im Innenraum, im Fensterkasten, in der Außenatmosphäre gemessen, du hast ja parallel dazu auch andere Messdaten erfasst. Um welche Messdaten hat es sich dabei gehandelt?

Günther Kain:

Zum einen haben wir den Differenzdruck zwischen innen und außen mitgemessen. Da geht es darum, ob sozusagen Luft nach draußen gedrückt wird oder Luft angesaugt wird, wenn im Raum Unterdruck herrscht. Und das andere war, dass wir mit Wärmeflusssensoren den Wärmestrom an den Glasscheiben selber gemessen haben, um sozusagen den U-Wert direkt abschätzen zu können. Und das war ganz interessant.

Friedrich Idam:

Vielleicht zum ersten Aspekt, zum Differenzdruck. Welche Erkenntnisse konntest du da aus dieser Messreihe ziehen?

Günther Kain:

Ich muss dazu sagen, das Fenster, das betrachtete Fenster, befindet sich in einem Dachgeschoss. Und da war es so, dass es im heißen, feuchten Sommer des Salzkammerguts überwiegend Unterdruck gab. Also im Sommer wird offensichtlich tendenziell warme Luft hereingesaugt und jetzt in der kalten Jahreszeit dreht sich das um. Das heißt, da ist dann üblicherweise natürlich innen höherer Druck, wobei das, nachdem die Lage im Dachgeschoss war, auch wieder eher minimal ist. Also die Differenzdrücke sind gar nicht so hoch. Und spannenderweise, wenn sie ausgeprägt sind, dann immer nur temporär. Das heißt in anderen Worten, das Kastenfenster ist aufgrund seiner Bauart, auch ein Bauteil, das einen gewissen Druckausgleich zulässt.

Friedrich Idam:

Ist das deiner Auffassung nach für die gesamte biophysikalische Performance eines Raumes günstig oder eher ungünstig?

Günther Kain:

Naja, wenn man es jetzt nach Lehrbuchwissen beantworten sollte, dann wird man es als eher ungünstig bewerten, weil wir ja grundsätzlich einmal nach luftdichten Gebäudehüllen streben. In der reflektierten Betrachtung bringt es auch Vorteile, weil es a, den von dir angesprochenen Dampfdruck abbaut und damit sichergestellt ist, dass an potenziell anderen Schwachstellen im Gebäude, ich denke an Raumecken oder ungedämmte Deckenkonstruktionen, das Schadrisiko minimiert wird. Und das andere, und das leitet vielleicht zum zweiten Teil unserer Forschung über, Druckabbau heißt ja dann immer auch Luftwechsel. Und lüften muss ich ja meine Räume ohnehin. Und das unterstützt diese Kastenfensterkonstruktion.

Friedrich Idam:

Das heißt, da kommen wir ja wieder genau zu unserer Simple Smart Idee, dass eine Konstruktion ohne Sensoren, ohne Elektronik, ohne komplizierte Steuerung einfach in einem Sensor-Aktor-System selbstregulierend auf äußere Umwelteinflüsse reagiert.

Günther Kain:

Ja, genau. Und auch das noch einmal hervorgestrichen, für gesunde Luftverhältnisse, hygienische Luftverhältnisse, versuchen wir ja so allgemein in einem Raum einen Luftwechsel von 0,5 zu erreichen.

Friedrich Idam:

Das bedeutet, das gesamte Raumluftvolumen sollte innerhalb von zwei Stunden ausgetauscht werden.

Günther Kain:

Genau, und das ist relativ viel. Und wenn nun die Gebäudehülle dicht ist, im Spezifischen moderne Fenster mit Dreifachdichtung eingebaut sind, dann findet dieser Luftwechsel ganz sicher nicht statt, sofern jetzt nicht fachgerecht gelüftet wird oder eine Belüftungsanlage eingebaut ist. Und von diesem Standpunkt aus ist vielleicht sozusagen die leichte Undichtheit eines Kastenfensters auch eine gewünschte Charakteristik. Und vielleicht da auch kurz ausholend, in unseren Ökobilanzen hat sich eben gezeigt, dass wenn ich diese ohnehin erforderliche Lüftungsaktivität berücksichtige, plötzlich der vermeintliche Nachteil der alten Fenster im Sinne des höheren Energieverbrauchs, dass dies dann relativiert wird.

Friedrich Idam:

Jetzt bevor wir zum Thema der Ökobilanzen übergehen, habe ich noch eine Frage zu dieser Messserie, von der wir jetzt die ganze Zeit gesprochen haben. Du hast auch noch erwähnt, dass du Wärmeflussplatten am Fenster positioniert hast. Welche Messstrategie hast du damit verfolgt?

Günther Kain:

Es war interessant zu wissen, ob diese Messung des U-Werts, die ja im klassischen Setting indirekt erfolgt, indem man Oberflächentemperaturen misst und daraus dann auf die Flüsse über die Konstruktion schließt. Dies wollten wir bewerten, überprüfen und haben sozusagen mit Wärmeflusssensoren, Das sind, vereinfacht gesagt, Platten, die man satt an eine Oberfläche anlegt und die dann den Wärmestrom direkt messbar machen, verwendet. Und da zeigte sich, dass die Ansätze, die wir haben, ganz gut stimmen. Es gab allerdings auch Überraschungen. Eine davon war, dass die Isolierglas-Scheibe, ich erwähnte ja zu Beginn, dass dieses Doppelfenster in Hallstatt vermutlich aus dem ersten Drittel des 20. Jahrhunderts stammend, später dann mit einer inneren isolierverglasten Ebene versehen wurde. Und diese Isolierglas-Scheiben sind somit, ich weiß nicht ganz genau, wann sie eingesetzt wurden, aber ich schätze, dass sie 30 bis 40 Jahre alt sind.

Friedrich Idam:

Ja, ich schätze sie auch auf die Umbauphase in den 1980er Jahren ein.

Günther Kain:

Also sind wir bei 40 Jahren plus minus und da zeigt sich, dass sie schlecht sind. Das heißt, dass diese Isolierglas-Scheiben offensichtlich nicht mehr diesen Isoliereffekt haben. Das haben wir ja schon aus Voruntersuchungen nahegelegt und vermutet und diese Erkenntnis wurde hier wieder bestätigt.

Friedrich Idam:

Das heißt, es ist das Problem, Isoliergläser werden ja so hergestellt, dass zwei oder drei Scheiben miteinander verklebt werden und der Zwischenraum mit einem Edelgas, das eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit besitzt, gefüllt werden. Und hier ist unsere Vermutung, dass im Lauf der Jahre der Benutzung diese Verklebung, der sogenannte Randverbund, sich leicht auflöst, undicht wird und dass ein Austausch des Edelgases mit der Umgebungsatmosphäre stattfindet und letztlich im Lauf von 30, 40 Jahren dann die Edelgasfüllung ausdiffundiert ist und der Scheibenzwischenraum mit ganz gewöhnlicher Luft gefüllt ist.

Günther Kain:

Im Sinne der wissenschaftlichen Präzision muss man vielleicht ergänzen, das ist sozusagen für diese alten Scheiben der Fall. Ob es für die heutig eingesetzten gleichermaßen verlaufen wird, das muss man dann anschauen. Aber nachdem kein System sozusagen ewig dicht ist, wird man von solchen Phänomenen ausgehen müssen. Und was jetzt in dem Kontext dann interessant ist, dass die gemessenen Wärmeflüsse an der inneren Glasscheibe bei ca. 2,3 Watt pro Quadratmeter Kelvin lagen. Das heißt in erster Näherung genau dort, wo die Performance eines alten historischen Kastenfensters liegt. Und das ist natürlich schon irgendwo interessant.

Friedrich Idam:

Das ist eigentlich eine sehr spannende Erkenntnis, dass auch bei modernen Konstruktionen, die ja über einen ganz bestimmten U-Wert, der manchmal sogar unter 1 liegt in der Verkaufsankündigung, verkauft werden und dieser Wert dann in Rechnung gestellt wird. Und es wird quasi der fabriksneue Wert über Jahrzehnte in Rechnung gestellt, was aber in der Realität gar nicht der Fall ist, sondern wie jetzt diese Messung zum wiederholten Mal belegt hat, nach etwa 30, 40 Jahren eine Isolierverglasung sich dem U-Wert von einem ganz gewöhnlichen Kastenfenster nähert.

Günther Kain:

Vielleicht nur ergänzend von den Glasherstellern wird das, sozusagen ins Felde geführt, dass bei den heutigen Verglasungen in der Langfristbetrachtung sozusagen die Performance der Wärmereflexionsschichten, die in so einer Verglasung eingebaut sind, dominieren werden und gar nicht so sehr die Gasfüllung. Das wird man sich anschauen müssen, aber summa summarum kann man schon oder muss man sozusagen die Leistung, die Dämmwirkung einer Verglasung auch über die Zeit betrachten und eventuell auch über die Zeit hinweg abschreiben. Und vielleicht auch noch ein Gedanke, gerade in moderner Architektur werden riesige Glasflächen eingebaut. Ich will das jetzt gar nicht werten, vielleicht nur den Gedanken mitgeben, eine Glasscheibe ist unter Umständen ein Wartungsbauteil und auf keinen Fall eine solide Wand, die man im Falle von massiven Ziegelmauerwerk über Jahrhunderte erhalten kann.

Friedrich Idam:

Und führt im ungünstigsten Fall dazu, dass man sie doch in relativ kurzen Perioden, wenn wir jetzt auf den Anfangsgedanken wieder zurückgehen, um wirklich Energieeffizienz zu schaffen, unsere Konstruktionen langlebig sein sollten, dass wir eigentlich in Jahrhunderten denken sollten, dass diese Konstruktionen, die du jetzt beschrieben hast, diesen Anspruch nicht erfüllen.

Günther Kain:

Mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht.

Friedrich Idam:

Günther, ich danke dir sehr für diese Informationen zur Fenstermessung. Wir haben jetzt eigentlich schon so viel über dieses Thema gesprochen, dass eine Episode des Podcasts bereits voll ist. Und ich denke, wir schneiden jetzt dieses Gespräch in zwei Teile und bringen die Erkenntnisse über die Ökobilanzierung in einer neuen, in der nächsten Episode dieses Podcasts.