Wie erreicht ein Wärmeschutzisolierglas eigentlich seine hervorragenden Werte?
Um diese Frage zu beantworten, muss man sich mit den physikalischen Gründen des Wärmeaustausches befassen, und wie man sie verhindern kann!
Grundsätzlich herrscht das Bestreben nach thermischem Gleichgewicht, also ein Ausgleich von Temperaturunterschieden zwischen verschiedenen Stellen des Raumes durch Wärmeaustausch. Dieser erfolgt gleichzeitig auf drei Wegen:
Wärmeleitung
Konvektion
Wärmestrahlung
In der Heizperiode bildet die Verglasung, als Teil der Außenhülle des Gebäudes, eine Trennwand zwischen beheiztem Rauminnern und kalter Außenluft. Auch hier findet also eine Wärmeübertragung von der warmen zur kalten Seite statt.
Wärmeleitung
Alle Stoffe leiten Wärme von Zonen höherer Temperatur zu Zonen niedriger Temperatur. Die besten Wärmeleiter sind bekanntlich Metalle (z.B. Silber mit 410 W/²mK ).
Glas ist zwar ein relativ schlechter Wärmeleiter ( 0,8W/²mK ), aber dennoch stellt eine einfache Glasscheiben keine wirksame Wärmeisolierung dar - wegen ihrer geringen Dicke.
Gase dagegen verfügen über eine noch wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit. Auf dieser Tatsache beruht das ursprüngliche Prinzip des Isolierglases. Das zwischen den Scheiben eingeschlossen ruhende Luftpolster ( 0,024W/²mK ) verringert die Wärmeleitung enorm. Gegenüber einer Einfachscheiben lässt ein unbeschichtetes Isolierglas nur noch etwa die Hälfte an Wärmeeinergie durch.
Heute füllt man den Scheibenzwischenraum der Isoliergläser statt mit Luft meist mit Argon, selten auch mit Krypton - aufgrund der noch geringeren Wärmeleitfähigkeit dieser Edelgase ( Argon: 0,0177W/²mK. Krypton 0,00949 W/²mK ).
Konvektion
Konvetion ist Wärmetransport durch Verlagerung der Materie. Die Luft im Scheibenzwischenraum wird erwärmt und steigt an der inneren Scheiben nach oben, kühlt ab und sinkt an der Außenscheibe nach unten. Die andauernde Wärmezufuhr aus dem beheizten Raum hält den Vorgang in Bewegung: So entsteht eine Konvektionswalze.
Allerding benötigt eine solche Walze einen gewissen Mindestspielraum. Wenn man den Scheibenzwischenraum klein genug hält, spielt das Phänoen keine Rolle. Für jede Gasfüllung gibt es eine optimale Größe des Scheibenzwischenraums, ab der die Konvektionsneigung ansteigt. Diese Grenze liegt für Argon etwa bei 15 mm, für Krypton bereits bei 10 mm. Bei Scheibenabständen jenseits dieser Grenze nimmt die Wärmedämmung also wieder deutlich ab.
Heute übliche Stärken für Scheibenzwischenräume bewegen sich in diesem Rahmen. Die Verluste durch Konvektion sind daher bei modernen Isolierglas praktisch bedeutungslos.
Wärmestrahlung
Wenn Strahlung die Oberfläche eines Körpers trifft, wird ein Teil reflektiert, ein Teil absorbiert und ein Teil durchdringt den Körper ohne Absorption. Bei Glas wird das kurzwelligere, sichbare Licht durchgelassen, für langwellige Strahlung ist Glas nahezu undurchdringlich. Sie wird von der Scheibe größtenteils absorbiert und wieder abgegeben. Bei einem herkömmlichen Isolierglas hat das zur Folge, dass ein Strahlungsaustausch von der raumseitigen Scheibe hin zur Außenscheibe erfolgt. Um diesen Austausch zu stoppen, muss man die Abstrahlung zur Außenseite verhindern durch
Low E-Beschichtungen.
Solche Wärmedämm-Beschichtungen bestehen aus mehreren mikroskopisch dünnen Einzelschichten von insgesamt etwa 0,1µm Stärke. Die Schicht verändert die Eigenschaften im sichtbaren Licht nur wenig, dafür aber Wärmetechnisch enorm. Die Wärmestrahlung eines beschichteten Isolierglases ist um 95 % niedriger.
Die beschichtete Scheiben wird so ins Isolierglas eingebaut, dass die Schicht zum Scheibenzwischenraum hinweist, welche die Wärmestrahlung wieder in in den Raum zurückstrahlt.
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