Transparente und transluzente Wärmedämmung

• Unter dem Begriff "transparente Wärmedämmung" versteht man halbtransparente (transluzente) Bauteile aus Kunststoff oder vornehmlich Gussglas, die entweder vor eine Hauswand verbaut werden, um so die Wand solar zu erwärmen und die Wärmeverluste des Hauses zu begrenzen oder auch Wärme in den Innenraum über die Hauswand zu führen, und optische Bauelemente, die dem Wärmeschutz dienen und gleichzeitig Helligkeit in den Raum lassen.
• Funktionsweise: Transparente Dämmungen lassen Sonnenstrahlen durch die lichtdurchlässige Fassade auf eine dahinterliegende massive Wand fallen. Diese speichert die Wärme und gibt sie zeitverzögert an den Innenraum ab, wodurch die Räume tagsüber nicht überhitzen und nachts nicht auskühlen. Im Sommer sorgt ein Sonnenschutz für die Vermeidung von Überhitzung.
• Häufig verwendete Dämmstoffe für transparente Wärmedämmungen sind Kunststoffe wie Polymethylmethacrylat (Plexiglas), Polycarbonat, Glas, sowie Silica-Aerogele. Diese Materialien müssen sowohl transparent als auch wärmedämmend sein und besitzen oft Hohlkammerstrukturen, um Reflexionen zu vermeiden und die Wärmedämmung zu optimieren.
• Einsatzgebiete: Transluzente Wärmedämmungen lohnen sich besonders in Fassaden von Gebäuden, die von solaren Wärmegewinnen profitieren sollen, wie Einfamilienhäuser, Geschäftsbauten oder u.a. Parkhäuser. Sie sind ideal für Anwendungen, bei denen sowohl Wärmeschutz als auch Helligkeit im Innenraum gewünscht sind.
• Die Kosten für transparente Wärmedämmungen variieren je nach Material und System, können aber deutlich teurer sein als herkömmliche Dämmstoffe. Einfache Systeme mit Glasprofilen liegen etwa bei 300 bis 500 Euro pro m². Komplexere Systeme, wie Pfosten-Riegel-Fassaden mit integriertem Sonnenschutz, können hingegen zwischen 600 und 1.200 Euro pro m² kosten.

Die transparente Wärmedämmung ist als eine Weiterentwicklung der Trombe-Wand zu sehen. Diese nutzt eine geschwärzte massive Speicherwand hinter einer Einfachverglasung, um Sonnenenergie zu absorbieren.

• Am Tag heizt sich die Wand durch die absorbierte Sonnenstrahlung und den durch die Glasscheibe bedingten Treibhauseffekt auf.
• Durch Lüftungsklappen kann die so erwärmte Luft bei Bedarf in die innenliegenden Räume geleitet werden.
• Nachts gibt die Wand einen Teil der gespeicherten Wärme zeitversetzt wieder ab.

Ein Nachteil der Trombe-Wand ist jedoch der schlechte Wärmeschutz, sodass sich in Mitteleuropa die solaren Gewinne durch die Wärmeverluste nahezu aufheben.

Bei der transparenten Wärmedämmung hingegen dringen die Sonnenstrahlen durch die lichtdurchlässige (transluzente) Fassade auf die massive Wand. Diese speichert die Sonnenstrahlung als Wärme und gibt sie zeitverzögert an den Raum ab:

Tagsüber wird es nicht zu heiß, nachts kühlen die Räume nicht aus. Neben der höheren Dämmwirkung fördert die Strahlungswärme der Wand zudem das Wohlbefinden, sie wird von den meisten Menschen als sehr angenehm empfunden.

Durch geschickte Planung transluzenter Fassaden kann der Energieeintrag durch solare Strahlung den Energieverlust durch das Bauteil übersteigen, sodass der effektive U-Wert negativ ist, d. h. die Wärmegewinne übersteigen dann die Wärmeverluste an diesem Teil der Gebäudehülle.

Der effektive U-Wert gibt die Differenz zwischen Wärmeverlusten durch das Bauteil von innen nach außen und den Wärmegewinnen der solaren Strahlung von außen nach innen an und ist keine unabhängige Materialeigenschaft, sondern wird auch bestimmt durch die Jahreszeiten, die klimatischen Bedingungen des Ortes und die Einstellung der Gebäudeheizung.

Transparente Dämmmaterialien müssen zwei grundsätzliche Eigenschaften erfüllen. Zum einen müssen sie über eine hohe Transparenz im Spektralbereich der Solarstrahlung verfügen, um das Sonnenlicht überhaupt durchlassen zu können.

Zum anderen müssen sie wärmedämmend wirken. Während der U-Wert bzw. die Wärmeleitfähigkeit der meisten Dämmstoffe über einen weiten Temperaturbereich jedoch konstant ist, ist die Wärmeleitfähigkeit von transparenten Wärmedämmstoffen temperatur- und dickenabhängig.

Daher eignen sich Kunststoffe aus Polymethylmethacrylat (z. B. Plexiglas, Polycarbonat (PC), Makrolon), Glas wie Gussglas, aber auch Silica-Aerogele für die Verwendung innerhalb transparenter Wärmedämmungen.

Um Reflexionen zu vermeiden und die Sonnenstrahlen in Richtung der Hauswand zu leiten, eignen sich insbesondere Hohlkammerstrukturen (Kapillaren und Waben) aus Kunststoff oder Glas. Diese besitzen nach dem jetzigen Kenntnisstand eine der effektivsten Materialkombinationen zur gleichzeitigen Realisierung einer hohen Wärmedämmung und Transparenz.

Ein typisches transparentes Dämmsystem ist aus mehreren Komponenten aufgebaut. Hierzu zählen u. a.:

• der Absorber
• das Rahmenelement mit Verglasung
• eine Verschattungskomponente
• die Befestigungskonstruktion an der Fassade

Aus diesen Komponenten ergeben sich dann verschiedene transluzente Dämmungssysteme.

Massivwandsystem

Das Massivwandsystem wird bereits heute in der Praxis vielfach eingesetzt und besteht aus dem transluzenten Dämmstoff, einem dunklen Wandanstrich (Absorber) und der Außenwand als Speicher.

Alle drei Komponenten bilden eine Einheit und sind fest mit dem Gebäude verbunden. Hier wird ein Verschattungssystem nötig.

Konvektives System

Bei diesem System bilden die transparenten Dämmstoffe und der Absorber eine vor die Fassade gehängte Einheit. Wärme wird hierbei durch Strahlung und Konvektion über den Luftspalt an die Hauswand abgegeben.

Aufgrund der Hinterlüftung kann hier eine weitere Verschattung entfallen.

Hybride Systeme

Bei hybriden Systemen übernehmen Wärmeträger wie Luft oder Wasser den Wärmetransport. Bei wasserdurchströmten Systemen wird die Wärme in den Pufferspeicher der Heizung abgeführt und unterstützt so die Gebäudeheizung im Winter oder die Warmwasserbereitung im Sommer.

Bei luftgeführten Systemen wird die erwärmte Luft über Luftkanäle in die Räume geführt.

Sicht- und Wärmschutz

Häufig werden transparente Wärmedämmungen aus optischen Gründen auch ohne Absorber eingesetzt. Zum einen wird das Tageslicht angenehm gestreut und zum anderen sind die dahinterliegenden Räume blickdicht. So entfällt auch eine störende Schlagschattenbildung und Blendungen.

Hinzu kommt der hohe g-Wert bzw. U-Wert, der sonst nur von wenigen Wärmeschutzverglasungen erreicht werden kann.

Im Winter geben die transparenten Dämmgläser zudem auch Wärme in den Innenraum ab, während sie im Sommer vor Überhitzung der Räume schützen.

Transparente Wärmedämmungen wurden bereits mit unterschiedlichen Verwendungsschwerpunkten in vielen Praxisprojekten realisiert.

Vorgehängte Fassadensysteme

Transparente Wärmedämmungen eignen sich insbesondere, um vorgefertigtes Element in einem Modulrahmen innerhalb einer vorgehängten Fassade zum Einsatz zu kommen.

Der Rahmen besteht meistens aus Holz und wird durch ein Aluminiumprofil, in welches die vordere Verglasung eingesetzt wird, vor Witterungseinflüssen geschützt. Rückseitig kann der Wandanschluss durch Dichtungsbänder realisiert werden.

Eine zusätzliche Verschattung kann durch Rollos zwischen transparenter Wärmedämmung und Außenscheibe oder durch einen außenliegenden Sonnenschutz hergestellt werden.

Wärmedämmverbundsysteme (WDVS)

Transparente Wärmedämmungen lassen sich auch in ein Wärmedämmverbundsystem integrieren. Ein schwarzer Kleber, auf den das transluzente Dämmmaterial direkt auf die Massivwand aufgebracht wird, dient dabei als Absorber.

Die Oberfläche wird werksseitig bereits mit einem transparenten Glasputz versehen, mit dessen Gestaltung sich die unterschiedlichen Einstrahlungswinkel im Sommer und Winter berücksichtigen lassen, sodass auch eine zusätzliche Verschattung nicht nötig wird.

Diese transparenten WDVS sind vergleichsweise kostengünstig und eignen sich für den Neubau als auch die energetische Gebäudesanierung.

Pfosten-Riegel-Fassade

Ähnlich wie bei einer vorgehängten Fassadenlösung werden die transparenten Dämmungselemente innerhalb einer Pfosten-Riegel-Fassade zwischen die horizontalen Riegel und vertikalen Pfosten eingebaut.

Innerhalb dieser Elemente werden das transparente Dämmmaterial sowie ein integrierter Sonnenschutz von einer vorderen und einer hinteren Glasdeckscheibe eingefasst. Der Rand wird mit einem speziellen, thermisch getrennten Aluminiumprofil ausgeführt.

Aufgrund des hohen Vorfertigungsgrades sind solche transparenten Pfosten-Riegel-Dämmungen montagefreundlich auszuführen. Da sich mit ihnen Bautoleranzen nur schlecht ausgleichen lassen, sind sie insbesondere für den Fassaden-Neubau geeignet.