Was zunächst landestypisch und architektonisch ansprechend erscheint, ist im Hinblick auf ein wärmetechnisch optimiertes Mehrscheiben-Isolierglas kontraproduktiv: die Sprossen im Fenster. Die metallische Sprosse im Scheibenzwischenraum (SZR) des Isolierglases ist ein „thermischer Kurzschluss“.

Die Auswirkungen der Sprosse im Scheibenzwischenraum (SZR) auf den U_W-Wert des Fensters sind daher durchaus relevant. Der Einfluss der Sprosse kann je nach Ausführung bei einem Fenster zu einem Aufschlag auf den U_W-Wert des Fensters von bis zu 0,4 W/m²K führen.

Die Auswirkungen können entscheidend für die Anwendung eines Produktes sein. Hat ein Fenster ohne Sprossen einen U_W-Wert von 1,3 W/m²K, so wäre es entsprechend der Energieeinsparverordnung 2009 nach Anlage 3 Tabelle 1 im Rahmen einer Sanierungsmaßnahme zum Wärmeschutz noch erlaubt.

Das gleiche Fenster mit einem ein- oder zweiteiligen Sprossenkreuz wäre nicht mehr zulässig, da der U_W-Wert durch den Aufschlag von mindestens 0,1 W/m²K den zulässigen Grenzwert von 1,3 W/m²K überschreitet. Sprossen sind daher durchaus ein Thema – sowohl in bauphysikalischer Sicht als auch in der Anwendung.

Wärmetechnisch optimiert

Will der Bauherr partout nicht auf Sprossen verzichten und soll die Fensterkonstruktion beibehalten werden, bleibt im oben genannten Beispiel nur die Möglichkeit, die Wärmebrücke Sprosse wärmetechnisch zu optimieren. Hier kann die gleiche Technologie wie bei den Warm-Edge-Randverbundsystemen eingesetzt werden. Alle Materialien mit einer deutlich geringeren Wärmeleitung als Metalle kommen für die Sprosse in Frage. Hierzu gehören u.a. Kunststoffe. Bei Kunststoffmaterialien kann auf die bei Isolierglas-Abstandshaltern notwendige metallische Dampfsperre verzichtet werden, da sich die Sprosse im Scheibenzwischenraum befindet und deshalb nicht die Funktion übernimmt, die Gas- und Wasserdampfdichtheit des Isolierglassystems sicherzustellen.

Eine Auswirkung auf den U_W-Wert bleibt jedoch, da sich die Wärmeleitfähigkeiten von Luft und Argon im Vergleich zum Kunststoff immer noch um eine Zehner-Potenz unterscheiden. Daher bleibt auch bei der wärmetechnisch optimierten Sprosse eine Auswirkung auf den Wärmedurchgangskoeffizienten U_W des Fensters.

U_W-Wert mit Sprossen bestimmen

Die nationale Regelung in der DIN 4108-4 gehört der Vergangenheit an. An ihre Stelle ist die Regelung des Anhangs J der überarbeiteten Fassung der EN 14351-1:2006+A1:2010 getreten. Die Tabelle J.1 enthält pauschale Zuschlagswerte für den U_W-Wert des Fensters für verschiedene Sprossenausführungen. Die in der Tabelle J.1 angegebenen Werte für den Zuschlagsfaktor ΔU_W sind das Ergebnis von Messungen und Rechnungen europäischer Prüfinstitute.

Die Anwendung der Tabelle 1 ist einfach. Der U_W-Wert eines Fensters mit Sprossenverglasung wird so ermittelt, dass zunächst der U_W-Wert des Fensters ohne Sprossen bestimmt wird. Ein zulässiges Verfahren hierfür ist die Berechnung nach EN ISO 10077-1. Möglich sind aber auch das Tabellenverfahren nach DIN EN ISO 10077-1 oder die Messung in der „Hot Box“ nach EN ISO 12567-1/-2.

Der Wert des Fensters mit Sprossen wird beim ­Tabellenverfahren und bei der Messung immer bezogen auf das Standardformat von 1,23 m × 1,48 m ermittelt. Das Rechenverfahren nach EN ISO 10077-1 lässt die Berechnung beliebiger Fenstergrößen zu. Auf diesen ermittelten U_W-Wert ohne Berücksichtigung der Sprosse wird unabhängig von der Fenstergröße der Wert ΔU_W aus Tabelle J.1 für den angegebenen Sprossentyp addiert. Beträgt der nach Tabelle F.3 der EN ISO 10077-1 für ein Isolierglas mit U_g = 1,1 W/m²K und für die Rahmenkonstruktion U_f = 1,4 W/m²K ermittelte U_W-Wert 1,3 W/m²K, so ergibt sich für ein einfaches Sprossenkreuz nach Tabelle J.1 ein Aufschlag von ΔU_W = 0,1 W/m²K und bei einem zweifachen Sprossenkreuz ein Aufschlag von 0,2 W/m²K.

Der U_W-Wert im Beispiel beträgt demnach ­U_W = 1,3 W/m²K + 0,1 W/m²K = 1,4 W/m²K beziehungsweise U_W = 1,3 W/m²K + 0,2 W/m²K = 1,5 W/m²K.

Zu beachten ist, dass der Zuschlagswert für die echte glasteilende Sprosse von der bisherigen Regelung der DIN 4108-4:2006 abweicht. In der DIN 4108-4 ist der Wert mit 0,3 W/m²K festgelegt, während der Aufschlagswert in der EN 14351-1 mit 0,4 W/m²K um 0,1 W/m²K höher ausfällt. Ursache hierfür ist, dass sich das europäische Normungsgremium aufgrund der Vielfalt der Konstruktionen für einen höheren Zuschlag entschieden hat. Einen Zuschlagswert nur für das Isolierglas gibt es nicht. Für die Ermittlung des U_W-Wertes des Fensters steht damit für den Hersteller ein einfaches, kostengünstiges Verfahren zur Verfügung, das den U-Wert auf der sicheren Seite abbildet.

Die EN 14351-1 enthält jedoch keine Δ U_W-Wert für wärmetechnisch optimierte Sprossen, wie dies bei wärmetechnisch verbesserten Abstandshaltern der Fall ist.

Will ein Hersteller die Auswirkung der pauschalen Zuschlagswerte der Tabelle J.1 kompensieren, so bleibt ihm zum einen die Verbesserung des U_g-Wertes des Isolierglases. Das bedeutet im konkreten Fall bei einem Fenster mit einer Isolierverglasung von 1,1 W/m²K den Einsatz einer 3-fach-Verglasung, oder die wärmetechnische Optimierung der Fensterrahmenprofile. Auch ist gegebenenfalls die Kombination beider Maßnahmen sinnvoll oder notwendig. Im Regelfall wird die Optimierung des U_g-Werts die einfachere Variante sein, sofern die Fensterkonstruktion dies zulässt. Denn mit einem Flächenanteil des Glases von ca. 70 % hat der Wärmedurchgangskoeffizient der Verglasung den höchsten Einfluss auf den U-Wert des Fensters.

Eine weitere Alternative besteht darin, die Sprosse wärmetechnisch zu optimieren. Zwar ist hierfür kein Tabellenwert in EN 14351-1 angegeben; ein solcher Wert kann jedoch ermittelt werden. Die Vorgehensweise entspricht dem Vorgehen beim Isolierglasrandverbund, für den auch ein linearer Wärmebrückenverlustkoeffizient ermittelt wird. Durch dieses Verfahren kann durch Rechnung nach EN ISO 10077-2 auch ein Ψ-Wert für Sprossen ermittelt werden.

Die Berechnung des U-Werts für das Fenster erfolgt nach EN ISO 10077-1 unter Berücksichtigung der Sprosse. Der Einfluss der Sprosse wird durch einen zusätzlichen Term LSp*ΨSp/A_W berücksichtigt. Damit ist die Berücksichtigung wärmetechnisch optimierter Sprossen möglich. Die Formel zur Berechnung des U_W-Werts unter Berücksichtigung von Sprossen lautet:

Legende: U_W = Wärmedurchgangskoeffizient (Wäko) des Fensters; U_g = Wäko der ­Verglasung; U_f = Wäko des Rahmens; Ψ_g = längenbezogener Wäko des Abstandhalters;; Ψ_Sp = längenbezogener Wäko der Sprosse; A_W = Fläche des Fensters in m²; A_g = Fläche der Verglasung in m²; A_f = Fläche des Rahmens in m²; L_g = sichtbare Umfassungslänge der ­Verglasung in m; L_Sp = sichtbare Sprossenlänge in m

Das Diagramm im Infokasten (linke Seite) zeigt im Überblick die Auswirkungen im ΔU_W-Wert einer warmen Sprosse gegenüber den pauschalen Aufschlagswerten nach EN 14351-1.

Der kleine, feine Unterschied von 0,1

Der Unterschied zwischen Tabellenverfahren und Rechenverfahren kann in der Größenordnung von 0,1 liegen, wie das folgende Beispiel zeigt. Beträgt der U-Wert des Fensters mit 3-fach-Verglasung und „Warm-Edge-System“ 1,1 W/m²K, so beträgt der Zuschlagswert nach Tabelle J.1 für ein einfaches Sprossenkreuz 0,1 W/m²K. Der U_W-Wert des Fensters ist damit 1,2 W/m²K.

Wird eine „warme Sprosse“ gewählt mit Ψ = 0,01, so ergibt sich ein U_W-Wert, der 1,1 W/m²K beträgt. Im Diagramm in Bild 2 kann leicht abgelesen werde, wann sich der Einsatz einer wärmetechnisch optimierten Sprosse hinsichtlich einer verbesserten U-Wert-Angabe lohnt, da sich durch Rundung auch ein U_W-Wert ergeben kann, der trotz wärmetechnisch optimierter Sprosse identisch mit dem U-Wert des Tabellenverfahrens ist. Die wärmetechnische Optimierung bleibt jedoch.

3-fach-Isolierglas entwickelt sich zunehmend zu einem Standardprodukt mit einem zunehmenden Marktanteil. Wie verhält es sich hier mit den Sprossenfenstern? Bauphysikalisch ideal wäre die Anordnung der Sprosse in dem zur Witterungsseite angeordneten Scheibenzwischenraum. Der raumseitige SZR enthält keine Sprosse. Die Auswirkungen auf den U-Wert wären minimal, wie das Beispiel zeigt.

Leider entspricht diese Variante nicht der gängigen Baupraxis, da der Bauherr häufig Sprossen in beiden SZR des Isolierglases wünscht. Auch hier ist die warme Sprosse ein geeignetes Mittel, den U-Wert gegenüber einer konventionellen Sprosse zu verbessern.

Weiterhin sollte auch darauf geachtet werden, dass nicht durch leichtflüchtige Bestandteile in der Sprosse Fogging im Scheibenzwischenraum auftreten kann. Ein Risiko kann leicht durch eine kostengünstige Foggingprüfung nach EN 1279-6 ausgeschlossen werden.

Positives Resümee

In einer wärmetechnisch optimierten Fensterkonstruktion mit warmer Kante ist auch der Einsatz einer warmen Sprosse angezeigt. Neben dem verbesserten Wärmeschutz ergibt sich als willkommener Nebeneffekt eine erhöhte Oberflächentemperatur im Bereich der Sprosse und damit eine Reduzierung von Tauwasser auf der raumseitigen Glasoberfläche im Bereich der Sprosse. —