Hochleistungsglas

Hochleistungsglas lässt natürliches Licht durchdringen und trägt gleichzeitig dazu bei, den Wärmegewinn und die Wärmeübertragung zu begrenzen.

Aufgrund der kontinuierlichen Verbesserung der Wärmedämmung und des Sonnenschutzes ist Glas ein flexibles Baumaterial, das zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden beitragen kann. Eine Möglichkeit hierzu ist der Einsatz von beschichtetem Hochleistungsglas, einem kritischen Teil der Verglasung, durch den Gebäudenutzer im Innenbereich hohen Komfort genießen, ohne von der Außenwelt abgeschottet zu sein.

Was ist Hochleistungsglas und warum verwenden wir es? 

Hochleistungsglas kann in Architektur-Gläser durch unterschiedliche Wärmedämmungs- und/oder Sonnenschutzeigenschaften dazu beitragen, die Temperaturen innerhalb eines Gebäudes zu regulieren. Die Hochleistungsverglasung kann viel natürliches Licht in die Innenräume dringen lassen, was den Komfort der Gebäudenutzer verbessert und gleichzeitig zur Energieeffizienz des Gebäudes beiträgt. 

Hochleistungsglasbeschichtungen bieten Architekten auch eine breite Palette an Möglichkeiten zur Farbgestaltung, sodass sie den am besten geeigneten Look für ihr Projekt auswählen können.

Was sind die Vorteile von Hochleistungsglas?

Hochleistungsbeschichtungen bieten eine Reihe von Möglichkeiten für Architektur-Gläser.

Die Verglasung kann neutral oder farbig gestaltet werden. Zudem lässt sich ihr der gewünschte Grad an Reflektionsvermögen, Lichttransmission und Sichtschutz verleihen. Architekten können optisch beeindruckende Glasfassaden schaffen, die dazu beitragen, das Gebäude in seine Umgebung zu integrieren, indem sie die Umgebung reflektieren oder einen Blick in dessen Inneres gewähren. In Bezug auf die energetischen Eigenschaften werden die Ableitung von solarer Strahlung und die Intensität der Wärmedämmung beeinflusst. Hochleistungsbeschichtungen können dazu beitragen, Programme für umweltfreundliches Bauen wie das LEED® des U.S. Green Building Council und andere Energievorschriften zu erfüllen.

Wie funktioniert Hochleistungsglas?

Um zu verstehen, wie Hochleistungsglas funktioniert, muss berücksichtigt werden, wie Glas mit dem elektromagnetischen Spektrum interagiert. 

Solare Strahlung (oder Kurzwellenstrahlung) wird an der Erdoberfläche aufgenommen. Sie umfasst Wellenlängen im ultravioletten, sichtbaren und Nahinfrarotbereich von 300 bis 2500 nm. Mit Sonnenschutz beschichtetes Glas kann einen Großteil dieser Energie durch Reflexion und Absorption blockieren.

Langwellenstrahlung umfasst Wellenlängen von 5000 bis 50 000 nm. Hochleistungsbeschichtungen auf Glas sind so konzipiert, dass sie die Strahlungswärmeübertragung verlangsamen. Hochleistungsbeschichtungen reflektieren Langwellenstrahlung (Wärme) in der kühleren Jahreszeit zurück in die Struktur. 

Wärmedämmleistung von Hochleistungsglas

Die Wärmeübertragung erfolgt über drei Wege: Strahlung, Leitung und Konvektion. Alle drei Arten der Wärmeübertragung erfolgen innerhalb einer Isolierglaseinheit (IG). 

• Strahlung ist die Wärmeübertragung durch elektromagnetische Energie, bei der Langwellenenergie die Verglasung durchdringt.
• Leitung ist die Wärmeübertragung innerhalb eines Mediums (Feststoff oder Gas), die durch Temperaturunterschiede verursacht wird. Diese Übertragung wird durch die Verwendung von Argon innerhalb der IG aufgrund seiner geringeren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zur Luft reduziert. Entlang der Kante der IG wird Wärme vom Glas zum Abstandhalter und zurück zum Glas geleitet. Diese Übertragung kann durch einen Abstandhalter mit warmer Kante verlangsamt werden.
• Konvektion ist die Wärmeübertragung durch Ströme von sich langsam bewegender Luft oder Gas innerhalb der IG.

Die Wärmedämmleistung von Glas beruht auf der Verringerung der Wärmeübertragung im Hinblick auf Temperaturunterschiede zwischen Außen- und Innenluft.

Kaltes Klima

In kalten Klimazonen ist Wärmedämmleistung ein Vorteil. Wärmedämmglas kann das Eindringen von einströmender Kurzwellenenergie ermöglichen und die Wärmespeicherung im Gebäude verbessern, während Langwellenenergie reflektiert wird.

In warmen Klimazonen sollte die Verglasung sowohl das Eindringen von Kurzwellenenergie als auch das gelegentliche Eindringen von Langwellenenergie reduzieren, um Klimaanlagen zu entlasten.

Unabhängig vom Klima ist eine Verglasung, die die Wärmeübertragung senkt, ein Vorteil für die Energieeffizienz.

Die Wärmedämmleistung der Verglasung kann durch die Verwendung einer Hochleistungsbeschichtung verbessert werden, die Langwellenenergie gut reflektiert. Diese Leistung kann auch verbessert werden, indem der IG eine weitere Glasscheibe hinzugefügt wird, sodass mehrere Hohlräume und beschichtete Oberflächen zur Wärmedämmleistung beitragen können.

Wie wird die Wärmedämmleistung gemessen?

Wärmedämmleistung wird mit dem „U-Wert“ gemessen. Dieser beschreibt die Wärmeübertragung pro Zeiteinheit, d. h. die Dauer, die für die Wärmeübertragung pro Einheit der Verglasungsfläche und pro Grad Temperaturunterschied zwischen den Außen- und Innenbedingungen erforderlich ist.

Wenn eine Verglasung eine gute Wärmedämmleistung aufweist, wird nur eine geringe Menge an Wärme übertragen und der U-Wert ist niedrig.

Solare Strahlung und ihre Wechselwirkung mit Glas 

Wenn ein Strahl elektromagnetischer Energie auf eine Glasscheibe trifft, wird ein Teil der Energie reflektiert, ein anderer Teil absorbiert und die verbleibende Energie wird übertragen.  

Wie wird der solare Wärmeeintrag gemessen? 

Um nach innen übertragene solare Strahlung zu messen, werden der Gesamtenergiedurchgang (g-Wert) und der solare Wärmeeintragskoeffizient (SHGC) verwendet. Dazu gehören die direkte Übertragung sowie die indirekte Übertragung aufgrund von Absorption und Rückstrahlung nach innen. Der Gesamtenergiedurchgang und der SHGC sind der dezimale Anteil der solaren Strahlung, der durch eine Verglasungsstruktur übertragen wird. Wenn beispielsweise 31 % der einfließenden solaren Strahlung die Verglasung passieren, beträgt der g-Wert oder SHGC 0,31 (31 %). 

Heißes Klima 

Bei Bauprojekten in warmen oder gemäßigten Klimazonen wird ein niedriger SHGC- oder g-Wert bevorzugt. Die Platzierung einer Hochleistungs-Sonnenschutzbeschichtung auf Oberfläche Nr. 2 einer Verglasungseinheit sorgt meist für die beste Effizienz, da sie die einfallende Sonnenenergie teilweise reflektiert, bevor sie in die Verglasung eindringen kann. 

In besonders kalten Klimazonen kann ein höherer SHGC- oder g-Wert vorteilhaft sein, um passive Wärmegewinne zu ermöglichen.

Arten von Hochleistungsbeschichtungen und Herstellungsverfahren

Hochleistungsbeschichtungen können auf zwei Arten aufgebracht werden: durch pyrolytische Bedampfung (harte Beschichtungen) und durch Sputter-Bedampfung (weiche Beschichtungen). In Produktionsanlagen von Guardian Glass kommt ausschließlich Sputter-Bedampfung zum Einsatz. 

Sputter-Beschichtungen

Sputter-Beschichtungen werden in einer großen Magnetron-Sputter-Vakuumbedampfungsmaschine aufgebracht, die von der Herstellung Floatglas getrennt ist. Das vollständig gebildete Glas bewegt sich entlang eines Fördersystems durch eine lange Vakuumkammer, in der sich eine Reihe von Materialien nacheinander auf der Glasoberfläche ansammeln können.  Die so entstehende Schicht ist in etwa 500-mal dünner als ein Blatt Papier.   

Sputter-Beschichtungen lassen sich präziser auftragen als pyrolytische Beschichtungen. Aktuelle leistungsstarke Sputter-Beschichtungen sind mehrschichtige, komplexe Designs, die für eine hohe Lichttransmission, eine geringe Reflexion des sichtbaren Lichts und eine geringere Wärmeübertragung ausgelegt sind.

Pyrolytische Beschichtungen 

Pyrolytische Beschichtungen werden direkt während der Herstellung von Floatglas aufgetragen. Die obere Oberfläche des Glasbands wird mit Material, typischerweise Zinnoxid, besprüht. Beim Abkühlen des Glases verfestigt sich die Oberflächenbindung und erzeugt eine starke Bindung, die für die Glasverarbeitung sehr langlebig ist. Aufgrund der einfachen Struktur dieser Beschichtung sind ihre Eigenschaften jedoch sehr begrenzt.

Wie wird Hochleistungsglas beschichtet? Diese Videoanimation zeigt den Ablauf einer Sputter-Beschichtung.

Der Einfluss von Silber

Abhängig von der Leistungsanforderung, die an die Beschichtung gestellt wird, sind möglicherweise bis zu 15 Schichten nötig, um die gewünschte Leistung zu erzielen. 

Von den Materialien, die bei einer Sputter-Low-E-Beschichtung aufgetragen werden, hat Silber den größten Einfluss auf die energetischen Eigenschaften. Je mehr Silberschichten zur Zusammensetzung der Beschichtung hinzugefügt werden, desto besser ist die spektrale Selektivität des Glases.

Anwendungsbereiche von Hochleistungsglas 

Die Anwendungen für architektonische Hochleistungsverglasung sind vielfältig. Von Fenstern und Vorhangfassen bis hin zu Dächern und Oberlichtern kann jede Anwendung, bei der die Verglasung eine physische Barriere zwischen der Innenseite und der Außenseite eines Gebäudes darstellt, als Hochleistungsverglasung betrachtet werden.

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