Ganzheitliche Bilanzierung von Fenstern und Fassaden

Bei den betrachteten Fenster-Konstruktionen handelt es sich um einflügelige Fenster mit Dreh-/Kipp-Beschlag, Wärmeschutzverglasung (k_F < 1.8 W/m²K) und den Rahmenmaterialien: Holz, Holz- Aluminium, Aluminium und PVC.

Für die Außenmaße wurden die Größe nach DIN 52210 festgelegt (1,23m - 1,48m), sowie dem jeweiligen Einsatzspektrum entsprechend zusätzlich eine Variante gerechnet (Holz- und PVC: 1,00m - 1,20m, Aluminium und Holz-Aluminium: 1,50m - 2,00m).

Die Betrachtungen der Holzfenster umfassen alle Schritte von der Holzernte bis zu "End-of-Life"-Verfahren (z.B. Recycling, Entsorgung...).

Der Lebenszyklus von Aluminiumfenstern wird vom Bauxitabbau, der von PVC-Fenstern vom Rohöl als Grundstoff der Polymerherstellung bis zum "End-of-Life"-Verfahren bilanziert. Als Isolierglasverbund wurde für alle Konstruktionen ein 4-16-4-Glasverbund mit Butylverklebung, Argonfüllung und Polysulfidabdichtung angesetzt.

Bei den vier Konstruktionen, wie auch bei den Fassaden sind alle verwendeten Materialien bilanziert worden. Die Nutzungsphase der Fenster wurde exemplarisch gerechnet (Wärmeschutzverordnung und Berechnung der energetischen Potentiale der durch das Bauteil gelangenden Energieströme). Der Nutzungs- und Unterhaltszeitraum wurde mit 40 Jahren für alle Fenster gleich angesetzt.

Für den Teilbereich "Technische Fassade" wurden vorgehängte Stahl-Aluminium- und Aluminiumkonstruktionen verschiedener Hersteller in Pfosten-Riegel-Bauweise betrachtet. Für die Bilanzierung wurde eine ebene, wärmegedämmte Pfosten-Riegel-Konstruktion mit einer statischen Auslegung für eine Einbauhöhe von 20m bis 100m zugrunde gelegt. Das betrachtete Fassadenelement mit den Abmaßen 6,00m-3,60m beinhaltet:

• 4 Pfosten mit je 50 mm Breite
• 8 Riegel mit je 50 mm Breite
• 1 Dreh-Kipp-Fenster
• 7 Felder mit Festverglasung

Das Fenstereinsatzelement ist bei der Aluminium- Fassade in Aluminium ausgeführt. Bei Stahl-Aluminium-Fassaden kommen sowohl Stahl als auch Alu-Fenster zum Einsatz, so daß hier mit einem Durchschnitt eines Stahl- und eines Aluminiumfensters gerechnet wurde.

Bei den Fenstern fällt allgemein der bei allen Konstruktionen recht hohe Anteil der Isolierverglasung an den Wirkkategorien auf, was auch mit dessen großem Massenanteil an der Konstruktion zusammenhängt. Das Recycling von Metallen und PVC trägt (entsprechend der Quoten) zu einer Verringerung der Beiträge durch stoffliches Recycling bei. Bei Holzeinsatz nach Nutzung beschränkt sich die Verringerung auf den Primärenergieeinsatz, da das Holz in dieser Studie nicht stofflich sondern thermisch verwertet wird.
Ausschnitte aus den im Bericht ausführlicher diskutierten Ergebnissen der heutigen Situation sind für die jeweiligen Fenster schlagwortartig dargestellt.

• Holz-Fenster: Nachwachsender Rohstoff Holz bedingt geringstes Treibhauspotential, wenig Verbrauch nicht erneuerbarer Energieträger, geringe Abfallmenge, überdurchschnittliches Photooxidantienpotential und Ökotoxizitätspotential (Oberflächenbehandlung)
• Aluminium-Fenster: Gut rezyklierbares Rahmenmaterial hoher Steifigkeit, geringes Ökotoxizitätspotential und Sondermüllaufkommen (Voranodisierung/Pulverlack), hoher Primärenergieverbrauch, wenn kein Recyclingmaterial eingesetzt wird, überdurchschnittliches Abfall- und Abraumaufkommen (Primäraluminiumgewinnung)
• Holz-Aluminium-Fenster: Ein Teil des Holzschutzes entfällt durch die Werkstoffkombination Holz-Aluminium => kein Streichen während der Nutzungsphase, nachwachsender Rohstoff Holz stellt den Großteil der Masse, getrenntes Recycling möglich, aufwendige Konstruktion bietet Optimierungsmöglichkeiten, Photooxidantienpotential und Ökotoxizitätspotential sind durch Oberflächenbehandlung des Holzes relativ hoch.
• PVC-Fenster: Geringes Potential von Photooxidantienbildung und Versauerung, Einsatz von PVC-Recyclat ist nur begrenzt möglich (optische Anforderungen), überdurchschnittliches ökotoxizitätspotential (PVC-Profil).

Auch die Größe der Fenster spiegelt sich in Veränderungen der ökologischen Potentiale wieder.

Die kleineren Fenster zeigen pro m² Fensterfläche höhere Wirkpotentiale als die größeren Fenster. Dies bedeutet explizit, daß der Rahmen spezifisch wirkungsrelevanter ist als der Glasverbund. Aus ökologischer Sicht ist so die Verwendung größerer Fenster bei gleicher Fensterkonstruktion und gleichbleibender Gesamtfensterfläche des Gebäudes vorteilhaft.

Die Frage der Fenstergröße stellt ein gestalterisches Element dar, welches bei einer Entscheidung auch berücksichtigt werden muß.

In Bezug auf die Nutzungsphase ist der Bauteilnachweis nach der Wärmeschutzverordnung für ein spezielles Fenster erbracht worden, indem die prozentualen Verteilungen der Fensterflächen zu den jeweiligen Himmelsrichtungen errechnet wurden, bei denen der in der Verordnung für kleine Wohngebäude geforderte Wert erfüllt oder überfüllt wurde. Innerhalb dieser prozentualen Verteilungen kann beliebig variiert werden, so daß ein großer Planungsfreiraum verbleibt.

Über die Wärmeschutzverordnung hinaus wurden die energetischen Potentiale bei Veränderung verschiedenster Parameter (Fensterfläche, Rahmenanteil k-Wert, Orientierung) errechnet und deren Auswirkungen auf die durch das Bauteil beeinflußten Energieströme dargestellt. Der Bezug zum Gesamtsystem "Haus" und die Auswirkung auf die umweltlichen Potentiale der Nutzungsphase sind durch verschiedene Heizenergiesysteme aufgezeigt.

Auch Nutzereinflüsse werden diskutiert (u.a. Einfluß von k-Wert und gewählter Raumtemperatur auf das Ergebnis).

Des weiteren wurden die Wirkkategorien der drei Lebensphasen Herstellung-Nutzung-Recycling gegenübergestellt, was in Bild 3 exemplarisch am Primärenergieverbrauch nicht erneuerbarer Ressourcen bezüglich eines Nord- und eines Südfensters verdeutlicht wird. Der potentielle Primärenergieverbrauch wird nahezu vollständig von den Transmissionswärmeverlusten im negativen und den solaren Gewinnen im positiven dominiert.
Die Nutzungszeit von 40 Jahren summiert den Energieverbrauch auf. Die Aufwendungen zur Herstellung der Fenster spielen daher in diesem Zusammenhang eine untergeordnete Rolle. Die Bedeutung der solaren Gewinne wird deutlich.