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Next Step: Vakuumisolierverglasung
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Im Vordergrund: Zwei Exponate mit Vakuumisolierglas auf der Messe glastec 2006 in Düsseldorf
© ZAE Bayern, Würzburg
Vakuum anstelle von Edelgasen – mit dieser Technologieentwicklung könnte den Verglasungen nochmals ein großer Entwicklungsschritt gelingen. Doch der atmosphärische Druck auf evakuierte Flachgläser ist mit 10 Tonnen pro Quadratmeter gewaltig. Und für evakuierte Verglasungen gilt ähnlich wie für Vakuumpaneele: Nur ein dauerhaftes Vakuum garantiert einen guten Wärmeschutz. Mit diesem Forschungsprojekt soll nun der Nachweis erbracht werden, dass evakuierte Verglasungen mit speziellen Funktionsschichten für die Architektur technisch machbar sind.
Technologiesteckbrief
| Offizieller Projekttitel | Produktionstechniken für Vakuum-Isolierglas (ProVIG) |
|---|---|
| Laufzeit | 06/2007 - 11/2009 |
| Technologiestatus |  Prototypphase |
| Schwerpunkte |
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Projektbeschreibung
Die Verglasungen haben in den 1980er und 1990er Jahren rasante Entwicklungsschritte durchlaufen. Inzwischen sind Verglasungen im Dreischeiben-Aufbau machbar mit U-Werten für die Verglasung im Bereich von 0,5 bis 0,7 W/m²K. Allerdings werden hierfür seltene Edelgase benötigt und die Verglasungen sind mehrere Zentimeter stark und recht schwer. Vakuumglas wäre deutlich schlanker und leichter bei denkbaren Wärmeschutzkoeffizienten von bis zu 0,4 W/m²K.
Mit einer Verglasung mit evakuiertem Scheibenzwischenraum, kurz: Vakuumverglasung, könnten also exzellente Wärmeschutzeigenschaften erreicht werden. Als weitere Vorteile sind zu werten, dass ein Zweischeibenaufbau ausreicht und auf die Edelgase verzichtet werden kann. Nachteilig ist, dass der gewaltige atmosphärische Druck über viele kleine, im Scheibenzwischenraum positionierte Stützkörper aufgenommen werden muss.
Ein japanisches Unternehmen (Nippon Sheet Glass Co., Ltd. www.nsg-spacia.co.jp) und ein chinesisches Unternehmen (Qingdao Hengda Industry Co., Ltd.) bieten bereits Vakuumglas mit einem bescheidenen U-Wert von etwa 1,1 W/m²K am asiatischen Markt an.
Jetzt soll ein Forschungsprojekt klären, ob dauerhaft vakuumdichte Verglasungen mit U-Werten von etwa 0,5 W/m²K technisch machbar sind.
Fokus
Es sollen evakuierte Verglasungen mit Funktionsschichten (wie z. B. IR-Reflexionsschichten) entwickelt werden, die bei einem sehr schlanken Aufbau einen passishaustauglichen U-Wert von ca. 0,5 W/m²K aufweisen. Zur Entwicklung eines gasdichten und wärmedämmenden Randverbundes werden neben dem Schweiß-/Lötverfahren und dem Klebeverfahren auch Kombinationen davon getestet. Geeignete Distanzhalter zur Aufnahme des Atmosphärendrucks müssen entwickelt und optisch und wärmetechnisch optimiert werden.
Die Ziele im einzelnen:
- Evakuierung bis zu einem für diesen U-Wert erforderlichen Restgasdruck von <0,001 hPa, der über einen Temperaturbereich von -40 - +60°C und über 20 Jahre hinweg stabil sein muss
- Wärmedurchgangskoeffizient für das gesamte Fenster von Uw = 0,7 W/m²K, für den Scheibenbereich allein 0,5 W/m²K
- extrem schlanker Aufbau < 10 mm
- geringes Gewicht
- optisch kaum wahrnehmbare Stützen
Erfolge
Zunächst wurden zahlreiche Funktionsmuster und Prototypen mit unterschiedlichen Stützen und verschiedenen Randverbunden gebaut und charakterisiert. Um die Funktionsmuster einem möglichst realitätsnahen Belastungstest zu unterziehen, wurde eine Vorrichtung zur thermischen Belastungsprüfung von Glas und Glassystemen entwickelt. In dieser Vorrichtung werden die Funktionsmuster einem zyklischen Klimawechsel ausgesetzt um die mechanische Stabilität und Dichtigkeit des Randverbundes zu testen.
Desweiteren wurde ein Stützmaterial identifiziert, das ausreichende mechanische Stabilität bietet. Weiterhin sind die Stützen blendfrei und nur aus allernächster Nähe vor kontrastarmen Hintergrund wahrnehmbar.
Dann wurden zwei Konzepte für den Randverbund positiv evaluiert: Die Metall-Ummantelung und der Ganzglasrandverbund. Beide Konzepte sind gasdicht und mechanisch stabil. Weiterhin ermöglichen beide Ansätze eine ausreichend niedrige Fertigungstemperatur, so dass der Einsatz von low-e-Softcoatings möglich ist.
Der Ziel-U-Wert von 0,5 W/m²K für die Verglasung konnte bereits erreicht werden. Und es konnte gezeigt werden, dass Vakuumglas auch im ESG-Aufbau möglich ist. Ebenso sind großformatige Vakuumgläser für z. B. Ganzglasfassaden machbar. Der Preis für Vakuumglas wird voraussichtlich vergleichbar mit dem heutiger Dreifach-Verglasungen sein, also ca. 80 Euro pro m² betragen.
Meilensteine
Seit Juni 2007 wird im Rahmen eines Anschlussprojektes die Produktionstechnik zur Herstellung von Vakuumisolierglas entwickelt. Voraussichtlich ab 2009 ist mit der Markteinführung zu rechnen.
Anwendung
Mögliche Anwendungsbereiche sind extrem gut wärmedämmende Verglasungen für den Neubau, insbesondere für Niedrigenergie- und Passivhäuser o. ä. Außerdem sind diese Verglasungen auch für die energetische Altbausanierung geeignet. Weiterhin wären Vakuumgläser im Bereich der Leichtglaskonstruktionen und Fahrzeugbau (Bahn, Busse, PKW) einsetzbar.
Vakuumglas mit einem U-Wert von 1,1 W/m²K wird bereits für den asiatischen Markt angeboten. Vakuumglas mit 0,4 bis 0,5 W/m²K ist in der Entwicklung und kommerziell noch nicht verfügbar.
