Im Bauwesen ist ein Fenster eine leichte Öffnung in der Wand oder im Dach eines Bauwerks und deren wind- und wetterfester Verschluss. Fenster dienen der Belichtung, Belüftung und Durchsicht. Darüber hinaus sind Fenster eines der Hauptelemente der ästhetischen Gliederung der Fassade und schmücken im Idealfall sowohl den Außen- als auch den Innenbereich des Hauses.
Heutige Fenster bestehen in der Regel aus einem Rahmen und einer Fensterscheibe aus Glas. Der Rahmen wird in eine Öffnung in der Wand oder im Dach eingesetzt. Die Öffnung in der Wand wird normalerweise mit einem Bogen oder Sturz oben, Pfosten oder Kehlen an den Seiten und einer Schwelle unten verstärkt. Oft ermöglicht ein beweglicher Flügel die Belüftung des Innenraums. Fenster werden traditionell von Glasern, Schreinern und spezialisierten Fensterherstellern gefertigt und eingebaut.
"Fenster" ist ein Begriff für allseitig geschlossene Öffnungen innerhalb der äußeren Begrenzungen eines Bauwerks, um einen Sichtkontakt zwischen Innen und Außen herzustellen und/oder um Licht einzulassen. Der deutsche Begriff wird vor allem in der Baubranche verwendet. Gemäß der Definition in VDI 4700 Blatt 1 dienen Fenster der Belichtung und in der Regel der Belüftung. Im Gegensatz zu einer Tür oder einem Tor hat ein Fenster keine Funktion als Durchgang oder Eingang. Darüber hinaus werden Fenster in Fahrzeuggehäusen, im Anlagenbau und in anderen technischen Geräten eingesetzt. In den oben genannten Bereichen können Fenster einfache Öffnungen sein, sind aber meist mit Glas oder anderen lichtdurchlässigen Materialien gefüllt. Sie können fest montiert sein oder über strukturelle Öffnungsvorrichtungen verfügen. Bildlich gesprochen bezieht sich "Fenster" auch auf andere Arten von eng begrenzten Durchgängen in undurchlässigen Strukturen.
Fenster-Arten
Je nach Bauart, Material und Einbauort des Fensters unterscheidet man die folgenden Fenster:
Nach Material
Alufenster
Holzfenster
Holz-Aluminiumfenster
Kunststofffenster
Kunststofffenster mit Aluminium-Vorsatzschale
Stahlfenster
Nach Einbauort
Kellerfenster (unterhalb des Erdgeschosses)
Außenfenster
Eckfenster, Erkerfenster mit gekrümmten oder rahmenlos über Eck aneinander stoßenden Scheiben
Fassadenanschlussfenster
Dachfenster bzw. Dachflächenfenster oder Lichtkuppel
Französisches Fenster, kann als Balkontür ohne Balkon beschrieben werden, da es wie eine Tür mit einem unmittelbar vor der Öffnung befestigten Geländer konstruiert ist
Einsatzelement in Pfosten/Riegelfassaden
Innenfenster zum Treppenhaus, zum innenliegenden Bad oder sonstigen Räumen
Nach Eigenschaften
Schallschutzfenster
Passivhausfenster
Wärmeschutzfenster
Sonnenschutzfenster
Sicherheitsfenster
Nach Aufteilung
Je nach Größe der Maueröffnung (Fensterlichte) besteht das Fenster aus mehreren einzelnen Elementen
einflügliges Fenster
Flügelfenster: Es gibt mindestens zwei bewegliche Elemente; meist zwei nebeneinander angeordnete Drehflügel.
Oberlichter: oberer Teil eines horizontal geteilten Fensters, oft als Kippflügel oder fest verglast; meist kleiner als das Hauptfenster.
Unterlichter: unterer Teil eines horizontal geteilten Fensters; oft fest verglast und weniger hoch als das Hauptfenster.
mehrflügelige Fenster, Fensteranlage oder Fensterelement; horizontal oder vertikal angeordnet auch Fensterband
Teile des Fensters
Der äußere Rahmen, in den Öffnungsflügel oder Festverglasungen eingesetzt werden, wird heute meist als Blendrahmen bezeichnet. Der Rahmen, der den beweglichen Fensterflügel umgibt, wird passenderweise Flügelrahmen genannt.
Die Flügel und Rahmen sind durch Fensterbeschläge verbunden.
Bei Holzfenstern bestehen die Rahmen aus Rahmenholz, das im Rohzustand Kantholz genannt wird. Die Kanthölzer werden in der Regel durch das Fräsen von Fälzen oder Fasen, Nuten und Verzierungen profiliert, bevor sie zum Rahmen zusammengefügt werden, weshalb sie auch als Leisten bezeichnet werden. Metall- und Kunststofffenster werden heute meist aus geschlossenen Profilen zusammengesetzt.
Das Oberlicht wird durch einen horizontalen Riegel, auch Querbalken genannt, von den Hauptflügeln getrennt. Zwei nebeneinander liegende Flügel werden durch einen senkrechten Pfosten, auch Verbundpfosten genannt, getrennt. Wird dieser Pfosten weggelassen, stößt der Hauptflügel an den hinteren Flügel, der oft mit einer sogenannten Sicke als zusätzlichem Anschlag versehen ist.
Die früher zur Unterteilung der Fensterflügel verwendeten Profilstäbe werden als Sprossen bezeichnet. Im Rahmen platziertes Festglas kann auch durch Sprossen geteilt werden.
Zubehör
Fensterbänder, Fensterbeschläge, Oliven
Fensterbrett innen und/oder außen (außen auch Sims genannt)
feste oder bewegliche Sonnenschutz- und Verschattungsanlagen
Fensterläden sind wichtige Gestaltungselemente der Gebäudefassade; sie bieten auch Wetter-, Sicht-, Sonnen- und Einbruchsschutz
Jalousien, innen- und außenliegend
Verdunkelungsanlagen, Vorhänge
Sonnenschutzfolien
Fliegengitter
Lichtröhre
Lüftungselemente (die z. B. in gebohrte oder gefräste Lüftungsöffnungen eingesetzt werden)
Einfachfenster
Das Einfachfenster ist die älteste Ausführung. Die Flügel sind außen oder innen angebracht, manchmal mit einem Fensterladen oder einem Jalousieladen mit der ausspreizbaren Sprossung kombiniert.
Das Einfachfenster war bis 1820 die Regel und das Doppelfenster nur in Ausnahmefällen anzutreffen. Seit den 1950er-Jahren wurden doppeltverglaste, dann thermoverglaste Einfachfenstertypen entwickelt, sodass das Einfachfenster zurzeit in Europa wieder der am häufigsten verbaute Fenstertyp ist.
Einfachfenster mit Einscheibenverglasung sind bei beheizten Neubauten in Deutschland nicht mehr zugelassen.
Einfachfenster mit Mehrscheiben-Isolierverglasung (Isolierglasfenster): verbreitetes Standardfenster
Doppelfenster
Möglichkeiten der Verbindung
Das dritte wichtige Element eines modernen Fensters ist die Idee, mehrere Fenster in einer Reihe an einem Rahmen zu montieren oder mehrere Scheiben in einem Fensterflügel zu montieren, um durch den entstandenen Spalt eine zusätzliche Wärmedämmung zu erhalten.
Ein Doppelfenster kann höhere Anforderungen an Wärmedämmung, Winddichtigkeit und Schallschutz erfüllen.
Herausnehmbare Frontscheibe für die Wintermonate; früher üblich, heute fast verschwunden.
Front- oder Winterfenster
Ein Vorfenster oder Winterfenster ist eine zusätzliche Fensterkonstruktion, die in der kalten Jahreszeit bei Bedarf von außen oder innen vor das eigentliche Fenster geschoben wird. Der Rahmen kann mit ein paar Schrauben oder Haken befestigt werden. Bei einem Front- oder Winterfenster entsteht ein wärmeisolierender Luftraum, ähnlich wie bei einem dicht geschlossenen Rollladen.
Der Aufbau ist ähnlich wie bei einem Doppelflügelfenster. Historische Winterfenster sind heute nur noch selten zu sehen: "Diese Frontfenster, deren praktischer Nutzen von niemandem bezweifelt wird, schmücken in keiner Weise das Äußere des Hauses." Der Grund für diese Aussage war wohl die einfache Konstruktion und das geringe handwerkliche Niveau dieser rein utilitaristischen Fenster.
In der Denkmalpflege werden innen liegende Vorfenster empfohlen, wenn einscheibige historische Fenster energetisch verbessert werden sollen. Außenliegende Vorfenster werden gelegentlich eingesetzt, wenn wertvolle Stilfenster vor Witterungseinflüssen geschützt werden sollen. Der historische Wert der Fenster ist jedoch sehr hoch, da die Ansicht der historischen Fassade verändert wird.
Der älteste Fund von Doppelfenstern aus dem Jahr 1695 befindet sich noch im Oberen Schloss in Öpfingen bei Ulm. Das Einzelfenster wurde durch ein vorgesetztes Winterfenster zu einem Doppelfenster vergrößert. Die Fensteröffnung wird durch zwei hintereinander gesetzte Einfachfenster geschlossen.
Kastenfenster
Kastenfenster
Hier werden zwei separate, starre Rahmen eines Doppelfensters konstruktiv verbunden. Das Ergebnis ist ein geschlossener kastenförmiger Hohlraum zwischen den beiden Glasflächen und dem Rahmen.
Hamburger oder Grazer Fenster (auch Grazer Stockfenster genannt): äußere Flügel schlagen nach außen, innere Flügel schlagen nach innen.
Alte Berliner oder Wiener Kastenfenster (auch Wiener Sprossenfenster): beide Flügel schlagen nach innen.
Bei der letztgenannten Ausführung muss das äußere Fenster kleiner als das innere Fenster sein, damit es vollständig in dessen lichte Weite passt. Der Vorteil des Altberliner oder Wiener Fensters ist, dass das geöffnete Fenster nie nach außen zeigt und die einzelnen Fenster weniger als die lichte Weite voneinander entfernt sein dürfen - während bei nach außen öffnenden Fensterflügeln jeder beim Öffnen an die Außenwand neben der Wand des Nachbarfensters stoßen muss: sonst müsste beim Schließen die Reihenfolge eingehalten werden. Der Vorteil des Hamburger oder Grazer Fensters ist, dass die innere Laibung frei bleibt, so dass die Fensternische leicht zu nutzen ist. Oft ist es möglich, die äußeren Flügel im Sommer durch Fensterläden (in Österreich auch "Balken" genannt) zu ersetzen.
Als Fensterglas wurde in der Vergangenheit oft gezogenes Glas verwendet, das mit Leinöl-Fensterkitt im Fensterfalz gehalten wurde.
Bei der Erhaltung historischer Gebäude ist es empfehlenswert, historische Drehfenster durch Kastenfenster zu ersetzen. Dies ermöglicht den Erhalt alter Fenster bei gleichzeitig deutlich verbesserter Wärmedämmung. Das innere Fenster muss keine Teilung haben, die der äußeren, historischen Teilung entspricht, was die Kosten für die Rekonstruktion reduziert.
Fensterflügel werden nach den Bewegungsmöglichkeiten beim Öffnen unterschieden:
Schwenkbarer Frontschieber: Ein Flügel mit einer vertikalen Drehachse. Diese öffnen sich typischerweise nach innen, um die Reinigung zu erleichtern, in windigen Gegenden öffnen sie sich auch nach außen, da die traditionelle Konstruktion dichter ist.
Schwenkbarer Frontschieber: Bei Mittelschwenkflügeln öffnet ein Teil des Flügels nach außen und der andere nach innen. Alternativ ist es mit einem zusätzlichen Hebelarm und einem verschiebbaren Dreh- oder Scherenantrieb auch möglich, den Flügel komplett nach außen zu drehen, ohne dass sich ein Teil des Flügels nach innen dreht (oder andersherum). Die drehbaren Flügel erleichtern die Reinigung der Außenfläche. Durch die zentrale Positionierung der Drehachse werden der Drehbereich und der Platzbedarf reduziert. Die Luftdichtheit ist schwieriger zu erreichen. Die Konstruktion von sehr großen Fensterflügeln wird erleichtert. Im Vergleich zu nach innen öffnenden Flügeln wird weniger Platz benötigt.
Kippflügel: Ein Flügel mit einem horizontalen Drehpunkt an der Unterseite, der normalerweise nach innen gekippt wird, um die Reinigung und den Abfluss von Regenwasser zu erleichtern. Häufig bei Oberlichtfenstern, die dann zum Reinigen auf den unteren Drehflügel aufgesetzt oder ganz heruntergeklappt werden können.
Dreh-Kipp-Flügel: Mit einem Griff oder mehreren Riegeln kann die Dreh-Kipp-Funktion ausgewählt werden.
Drehkippflügel: mit einem horizontalen oberen Drehpunkt, der oft nach außen gekippt wird, um das Eindringen von Regenwasser zu verhindern. Nach außen öffnende Kämpferflügel wurden in windigen Gegenden oft als Alternative zu den weniger luftdichten nach innen öffnenden Flügeln gewählt.
Schwenkflügel: Ein Drehflügel ist ein Flügel mit Scharnieren, deren horizontale Drehachse so zentriert ist, dass ein Teil des Flügels nach außen und der andere Teil nach innen öffnet. Das erleichtert die Reinigung. Selbst sehr große Fenster lassen sich als Drehfenster leicht öffnen und schränken in der geöffneten Position die Grundfläche kaum ein.
Absenken des unteren Flügels: Mittels eines zusätzlichen Hebelarms und eines Schiebedrehpunkts oder eines Scherenantriebs bewegt sich die Oberkante des Flügels beim Falten nach unten. Um die Reinigung der äußeren Glasfläche zu erleichtern, können viele Dachfenster und andere nach außen öffnende Fenster auf diese Weise oft komplett nach innen geklappt werden.
Schiebeflügel
Horizontal verschiebbar: Oft auch als Parallel-Schiebe-Fenster, Parallel-Schiebe-Tür, Hebe-Schiebe-Tür, Hebe-Schiebe-Tür, Parallel-Schiebe-Fenster oder -Tür bezeichnet; Allgäu-Fenster sind Sprossenfenster mit einem kleinen Lüftungsflügel, der seitlich verschoben werden kann.
Vertikales Schieben: Oft erleichtern Federn oder Gegengewichte, die an Seilen befestigt sind, das Öffnen oder Schließen des Flügels.
Faltflügel: Wie eine Ziehharmonika-Tür, meist auf vertikalen Zapfen gelagert und zusätzlich paarweise aufklappbar.
Jalousiefenster: schmale Glaslamellen drehen sich an ihren Schmalseiten um einen Zapfen (ähnlich einer Jalousie). Wenn die Lamellen einen eigenen Rahmen haben, kann auch Isolierglas verwendet werden.
Nach innen öffnende Kipp- und Drehfenster sind heute in Deutschland der Standard. Sie sind einfach zu bedienen und zu reinigen, erfordern aber bei verdeckten Beschlägen eine komplexe Mechanik und eine erhöhte Profilstärke. In Norddeutschland und den skandinavischen Ländern werden noch häufig nach außen öffnende Fenster verwendet, die den Vorteil haben, dass sie bei stärkerem Winddruck gegen den Rahmen drücken und so Zugluft und Lüftungswärmeverluste reduzieren.
Vertikale Schiebefenster sind z.B. in Großbritannien und den USA üblich.
Die Fenster wurden ursprünglich mit Flügelschlössern und Grifffolien bedient. Später verbreiteten sich außenliegende Drehstangenverschlüsse (Drehstangenverschluss), die es ermöglichten, den Fensterflügel mit einer Handbewegung an drei Stellen zu verriegeln. In der Zwischenzeit liegen die Kabel verdeckt in den Beschlagsnuten, und über Eckanschläge können mehrere Seiten des Fensterflügels gleichzeitig verriegelt werden.
Die Oberlichter werden mittels Handhebel mit Seil oder mittels elektromechanischer Antriebe und Fernbedienung geöffnet.
Installation
In Deutschland gilt das Folgende: Fenstereinbaurichtlinien werden von der RAL-Gütegemeinschaft für Fenster und Haustüren nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik (aRdT) herausgegeben und werden oft als RAL-Einbau bezeichnet. Außerdem gibt das Ift Rosenheim Richtlinien für die Planung und Ausführung des Einbaus von Fenstern und Haustüren heraus. Teil C der VOB schließlich fasst die Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen (ATV) zusammen, die vor allem von öffentlichen Auftraggebern als Grundlage für die Vergabe von Aufträgen verwendet werden. Konkret befasst sich die VOB ATV DIN 18355 / 2005-01 - "Zimmererarbeiten" u.a. mit dem Einbau von Fenstern.
In historischen Gebäuden konnte die in den Räumen entstehende Feuchtigkeit durch zahlreiche Leckagen unkontrolliert nach außen abgeführt werden. In modernen, luftdichten Gebäuden geschieht dies durch kontrollierte Belüftung der Wohnräume. Wenn bei unzureichendem Betrieb oder bei einer Störung Luft aus dem Raum durch undichte Anschlüsse ausströmt, können sich in der kalten Jahreszeit große Mengen Kondensat bilden. Je luftdichter die gesamte Gebäudehülle ist, desto wichtiger ist es, dass auch die Anschlüsse luft- und dampfdicht ausgeführt werden. Werden neue Fenster mit hohem Wärmeschutz in schlecht oder mäßig gedämmte Altbauwände eingebaut, kondensiert die Feuchtigkeit der Raumluft im Winter nicht mehr am Glas oder am Fensterrahmen, sondern meist an der Fensterlaibung oder anderen Kältebrücken in der Außenwand. Um Feuchtigkeits- und Schimmelschäden zu vermeiden, wird empfohlen, die Laibung zu dämmen. Da meist nur wenig Platz zur Verfügung steht, sollte das verwendete Material besonders gute Dämmeigenschaften haben. Wenn die Außenwandkonstruktion nicht ganzflächig kapillar und diffusionsoffen ausgeführt wird, sollte zusätzlich ein erhöhter Wasserdampfdiffusionswiderstand auf der Innenseite erreicht werden.
Die Fuge zwischen der Zarge und der umgebenden Wandöffnung sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:
Das Material, mit dem die Fuge ausgefüllt wird, sollte zusammen mit den Wärmedämmstoffen, die den Fugenbereich eventuell abdecken, mindestens den Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensterrahmens erreichen, damit sich an der Innenseite der Fuge kein Tauwasser bildet.
Die Verbindung zwischen dem Fensterrahmen und der umgebenden Wand muss dicht sein, damit bei einem Druckunterschied zwischen innen und außen keine kalte Luft in das Gebäude eindringen kann und keine warme, feuchte Luft von innen in den Anschlussbereich eindringen und dort Kondensation verursachen kann.
Die innere Fugenabdichtung sollte dampfdicht ausgeführt werden, damit keine Feuchtigkeit aus der Raumluft in den Fugenbereich eindringt und dort kondensiert. Die äußere Dichtung sollte weniger dampfdicht sein als die innere Dichtung, damit eventuelles Kondenswasser nach außen abtrocknen kann.
Der Fugenbereich wurde traditionell mit Stopfwolle oder vorbereiteten Streifen aus Hanf- oder Sisalfasern gefüllt, manchmal auch in Form von Teersträngen imprägniert. Heutzutage werden häufig Mineralfasern für die Füllung (wie in der DIN 18355 gefordert) und Compriband für den äußeren Abschluss verwendet, das sich beim Ausdehnen ausdehnt und an Unebenheiten anpasst. Diese Materialien haben eine wärmedämmende Wirkung, sind aber nicht dampfdicht und nur bei stärkerem Druck luftdicht. Compriband ist auch für den externen Fugenverschluss geeignet, wenn dies vom Hersteller angegeben wird. Wenn, wie im Holzbau, wenig Bewegung der Elemente zueinander zu erwarten ist, kann eine dampf- und luftdichte Abdichtung auf der Innenseite mit flexiblem Dichtband erreicht werden, das auf der einen Seite auf den Fensterrahmen und auf der anderen Seite auf die angrenzende Fensterlaibung geklebt wird. Wenn die Oberfläche der Laibung uneben ist, sollte sie zunächst mit Gips geglättet werden. Alternativ sind Anschlussbleche erhältlich, die verschraubt oder verklebt werden und die Folie wieder aufnehmen. Innere Dampfdichtheit kann bei schmalen Fugen mit flexiblen Dichtstoffen oder bituminösen Dichtstoffen erreicht werden. Da die Elastizität begrenzt ist und Fugendichtstoffe mit der Zeit oft abblättern, insbesondere von Holzfensterrahmen, muss auf der Innenseite noch eine zusätzliche Abdichtung erfolgen. Durch einfaches Verputzen lässt sich dies einigermaßen dicht und mäßig dampfdicht bewerkstelligen. Es sind spezielle Eindeckprofile erhältlich, die auf den Fensterrahmen geklebt und dann eingeputzt werden oder als Anschlag für Gipskartonplatten oder Holzverkleidungen verwendet werden, die eine gewisse Bewegung der Rahmenhölzer ermöglichen, ohne den Luftspalt zu öffnen. Breitere Fugen werden oft durch Zierleisten aus Holz oder anderem Material abgedeckt.
In einigen Fällen wird Bauschaum verwendet, um die Fuge gleichzeitig zu sichern und abzudichten. Da normaler Bauschaum in seiner Form oft nicht haltbar ist, sollte spezieller Rahmenschaum verwendet werden, der eine bessere Luftschalldämmung und Haltbarkeit bietet und oft aus zwei Komponenten besteht. Da auch Rahmenschaum nicht dampfdicht ist und nicht vollständig luftdicht ist, muss noch eine zusätzliche Innenabdichtung gegen Dampfdiffusion erfolgen. In der Regel ist immer eine zusätzliche Fixierung des Rahmens mit Metallbefestigungen oder durch Einputzen notwendig.
Die Befestigung des Fensterrahmens erfolgt in der Regel mit Spreizdübeln, Mauerkrallen oder Metallwinkeln aus gebogenem Flachstahl, sogenannten Fensterdübeln. Außerdem werden spezielle Fensterbauschrauben verwendet, die mit einem besonders kleinen Kopf in das Fensterrahmenprofil hineinragen. Dieser ist mit einem etwas kleineren Bohrer vorgebohrt. Das durchgehende Gewinde der Schraube schneidet zuerst in den Rahmen und dann in den Stein. Dies hat den Vorteil, dass keine Spannung auf den Rahmen ausgeübt wird. Vor der endgültigen Befestigung wird die genaue Position des Fensters durch paarweise gegenläufige Keile, die in den Schlitz gedrückt werden, und durch Unterlegscheiben unterschiedlicher Dicke bestimmt. Um ein Verschieben und Verdrehen des Fensterrahmens zu verhindern, muss die Verkeilung direkt an den Schraubverbindungen erfolgen, die nach dem Anziehen die Position des Rahmens verändern können.
Für die Herstellung von Rahmen und Flügeln werden in der Regel Holz, Aluminium, Kunststoff und Stahl verwendet, traditionell wurden aber auch Schmiedeeisen, Gusseisen und Blei für Glassprossen verwendet.
Holz ist das älteste Material, das zur Herstellung von Fenstern verwendet wird. Seine Hauptvorteile sind die gute Wärmedämmung und die einfache Verarbeitung. Viele noch erhaltene historische Fenster zeigen, dass Holzfenster bei guter Pflege und wenig Witterungseinflüssen ein Alter von weit über 100 Jahren erreichen können. An exponierten Stellen und an der Seite des Gebäudes altern Holzfenster viel schneller. In diesem Fall ist es zum Beispiel möglich, Holz-Aluminium-Fenster zu verwenden. In der Regel werden die tragenden Fensterprofile aus Holz mit einer witterungsbeständigen Aluminiumbeschichtung versehen, so dass der wohnliche Charakter des Holzes auf der Innenseite erhalten bleibt.
Aluminiumfenster werden aufgrund ihrer Langlebigkeit und der guten statischen Eigenschaften von Strangpressprofilen vor allem in öffentlichen Gebäuden und Büros eingesetzt. Aluminiumprofile werden auch häufig in Glasfassaden eingesetzt. Bei doppelt verglasten Fenstern sind Innen- und Außenschale durch gewickelte Kunststoffbänder voneinander getrennt ("thermische Trennung"). Eloxiertes Aluminium ist wetterfest, langlebig, robust und wartungsfrei. Aluminium lässt sich sehr gut bearbeiten und formen, ist aber energieintensiv in der Herstellung.
PVC-Fenster enthalten in der Regel Verstärkungen aus Aluminium, Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) im Inneren des Rahmens und Flügels. Der Nachteil kann die relativ große Dicke des Rahmens im Verhältnis zur Glasfläche sein.
Stahlfenster aus geraden Winkelprofilen werden gelegentlich noch für einfache Fenster ohne Wärme- und Schallschutzanforderungen eingesetzt. Bei Konstruktionen mit thermischer Trennung zwischen innerem und äußerem Teilprofil werden sie aufgrund ihrer hohen Festigkeit auch in öffentlichen Bereichen mit höheren Belastungen eingesetzt oder wenn besonders schmale Rahmen und Sprossen erforderlich sind.
Schutz gegen Einbruch, Durchschlag und Ausbruch.
→ Hauptartikel: Einbruchschutz
Allgemeine Anforderungen
Verglasungen oberhalb einer bestimmten Absturzhöhe müssen, sofern keine geeignete Absturzsicherung vorhanden ist, nach den Technischen Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV) ausgeführt sein. Der Höhenunterschied wird als TRAV-Höhe bezeichnet und ist von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich. Diese sind in der jeweiligen Landesbauordnung (LBO) zu finden. Die Verglasung ist typischerweise so aufgebaut, dass auf der Innenseite Einscheibensicherheitsglas und auf der Außenseite Verbundsicherheitsglas verwendet wird. In Gebäuden, aus denen eine Flucht nicht möglich ist (Gefängnisse, geschlossene Krankenstationen usw.), ist es erforderlich, die Fenster durch geeignete Maßnahmen ausbruchsicher zu machen. Auch hier kommt einerseits Verbundsicherheitsglas zum Einsatz, andererseits hochbelastbare Beschläge, abschließbare oder abnehmbare Griffe und Scharniere mit Aushebesicherung.
Gehärtetes Sicherheitsglas
Die Herstellung von thermisch vorgespanntem Einscheibensicherheitsglas (ESG) erfordert eine spezielle Wärmebehandlung. Dabei wird eine Glasscheibe über mehrere Sekunden gleichmäßig auf >600 °C erhitzt und anschließend schnell abgekühlt. Durch die charakteristische Spannungsverteilung, die durch die Erhitzung entsteht, bricht das Glas in kleine, stumpfkantige Stücke. Neben der Sicherheit bietet ESG-Glas im Vergleich zu herkömmlichem Glas eine erhöhte Biege-, Stoß- und Schlagfestigkeit. ESG ist vielseitig einsetzbar, z. B. in Schwimmbädern und Sporthallen oder als transparentes Element in Brandschutzverkleidungen, Duschkabinen und Balkontüren.
Verbundsicherheitsglas
Im Gegensatz zu Einscheiben-Sicherheitsglas bietet Verbundsicherheitsglas (VSG) einen erhöhten Schutz. Bei der Herstellung von Verbundsicherheitsglas wird ein glasklarer Verbund aus Glasplatten und Kunststofffolie hergestellt, der das Zerspringen des Glases bei Beschädigung reduziert.
Akustische Isolierung
→ Zur Schalldämmung von historischen Kastenfenstern siehe auch: Reparatur von Fenstern.
Fenster als schwächstes Glied reduzieren die Schalldämmung schwerer Außenwände erheblich. Die Dämpfung des Schalldämmwertes einer Wand wird in der Bauphysik mit der dekadischen Logarithmusformel berechnet. Zur Ermittlung des erforderlichen Schalldämmmaßes eines Fensters kann die Tabelle verwendet werden.
Verbundverglasungen mit speziellen schallabsorbierenden Folien erhöhen die innere Dämpfung des Glases und damit den Schalldämmwert. Bis vor einigen Jahren war der Scheibenzwischenraum mit einem Gas gefüllt, das schwerer als Luft ist, z. B. SF6. Allerdings ist SF6 aufgrund seiner ozonschädigenden Eigenschaften als Folge des Kyoto-Protokolls zum Klimaschutz in den meisten europäischen Ländern inzwischen verboten. Stattdessen wird nun Argon oder Krypton verwendet.
Weitere Verbesserungen der Schalldämmung können erreicht werden durch:
Erhöhung des Gewichts des Glases und des Fensterrahmens
Kombination von dickeren und dünneren Glasscheiben
Vergrößerung des Abstands zwischen den Fenstern
mehrstufige Abdichtung zwischen Flügel und Rahmen aus Gummiprofilen
Neben der Art der Verglasung hat die Konstruktion des Flügels und des Rahmens einen entscheidenden Einfluss auf die Energiebilanz des Fensters. Allerdings hängt die Wärmedämmung heutiger Fensterkonstruktionen nicht mehr so stark wie früher vom Material des Flügels und des Rahmens ab, denn auch bei Stahl- und Aluminiumprofilen sind Innen- und Außenseite durch Kunststoffeinlagen thermisch entkoppelt. Insgesamt können Fenster aber immer noch eine Schwachstelle in der thermischen Hülle eines Gebäudes darstellen, auch wenn sich das Missverhältnis des Wärmeverlustkoeffizienten von Fenstern zur Außenwand stark angeglichen hat. Gleichzeitig wirken sich die solaren Wärmegewinne durch Fenster während der Heizperiode und die Lichteinsparungen durch natürliche Beleuchtung positiv auf die Bilanz aus. Die Produktion von Glas, Aluminium, Stahl und Kunststoff ist sehr energieintensiv und die Verwendung von Tropenholz ist problematisch. Auch die Energiebilanz der Fensterkomponente sollte nicht ohne Berücksichtigung des Heizungssystems bewertet werden.
Die Verwendung von beschichtetem Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) ist heute Standard. Nur so können die Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) erfüllt werden. Weitere Verbesserungen sind möglich durch:
Fenster mit Dreifach-Isolierglas, das aufgrund seiner Dicke und seines Gewichts höhere Anforderungen an die Fensterkonstruktion stellt.
Wärmeschutzverglastes Fenster mit werkseitig eingesetzter dritter Scheibe: Diese Ausführung ist vergleichbar mit einem Verbundfenster, bei dem eine Scheibe durch eine wärmegedämmte Scheibe ersetzt wird. Jalousien können im Scheibenzwischenraum geschützt werden.
Kastenfenster mit Isolierglas: Die Konstruktion ähnelt einem klassischen Kastenfenster, nur dass die beiden Teilfenster anstelle einer Einzelscheibe Isolierglas enthalten.
Das Isolierglas hat eine begrenzte Lebensdauer. DIN 18545-1 (Abdichten von Verglasungen mit Dichtstoffen; Anforderungen an Glasfälze) ermöglicht eine leckagearme Abdichtung des Verglasungshohlraumes. Eine Blendung oder gar Kondensatbildung zwischen den Scheiben ist jedoch eher selten. Eine Lebensdauer von 30 Jahren und mehr ist keine Seltenheit.
Zur Verbesserung der Dämmeigenschaften von einfach verglasten Fenstern werden spezielle Folien angeboten, die über den gesamten Flügel geklebt und dann durch Benetzung so gedehnt werden, dass sie fast unsichtbar sind.
Wärmeschutzverglasung
Die einzelnen Scheiben eines Isolierglasfensters werden durch einen gasdichten Randverbund aus Abstandhaltern und Dichtmasse verbunden (Mehrscheiben-Isolierglas). Der Scheibenzwischenraum ist mit Luft oder einem Inertgas (Argon, Krypton oder Xenon) gefüllt. In Kombination mit den infiltrierten Reflexionsschichten konnte der Wärmedurchgangskoeffizient von 3,0 W/(m²-K) für frühes Isolierglas auf 0,9 für Zweifach-Isolierglas und 0,5 für Dreifach-Isolierglas reduziert werden. Mit einer Doppelverglasung können die Energieverluste auf ein Fünftel bei Einfachverglasung und auf ein Zehntel bei Dreifachverglasung reduziert werden. Die Wärmeverluste bei herkömmlicher Doppelverglasung setzen sich zu zwei Dritteln aus Wärmestrahlung und zu einem Drittel aus Konvektion zusammen. Durch den Einsatz von wärmedämmendem Glas, sogenanntem Low-E-Glas, können diese Wärmeverluste deutlich reduziert werden. Wird Argongas verwendet, werden diese Verluste noch weiter reduziert.
Zusätzlich treten entlang der Scheibe sogenannte Wärmebrückenverluste auf (siehe U-Werte). Diese können auch durch den Einsatz geeigneter Glasabstandhalter, z. B. warme Kanten, minimiert werden (siehe Glasabstandhalter).
Aufgrund des höheren Gewichts und um Scherspannungen im Randverbund des Wärmeschutzglases zu vermeiden, muss der Rahmen stabiler aufgebaut sein als der Rahmen für Einfachverglasung. Der Rahmen sollte einen ähnlich geringen Wärmewiderstand aufweisen wie die verwendete Verglasung. Bei hoch wärmeisolierendem Glas hat der Rahmen regelmäßig einen geringeren Wärmewiderstand, bei niedrig wärmeisolierendem Glas hat die Scheibe einen geringeren Wärmewiderstand.
U-Werte für Fenster
Der Gesamtwärmedurchgangskoeffizient eines Fensters besteht aus dem U-Wert des Glases und dem U-Wert des Rahmens. Es werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:
Uw-Koeffizient (w=Fenster) → Gesamt-U-Faktor
Ug-Koeffizient (g=Verglasung) → U-Faktor der Verglasung
Uf-Wert (f=frame) → U-Wert des Frames
Der U-Wert wird in W/(m²-K) angegeben. Der Gesamt-Uw-Wert eines Fensters errechnet sich aus drei verschiedenen Faktoren: dem Uf-Wert, dem Ug-Wert und dem Übergangsbereich zwischen Scheibe und Rahmen, dieser Wert wird als Wärmebrückenverlustfaktor Ψg (ausgesprochen als psi) des Scheibenrandes bezeichnet. Darüber hinaus muss natürlich auch die Größe des Fensters in die Berechnung mit einbezogen werden.
Es gilt die Regel: je kleiner der Uw-Wert, desto besser. Ab einem Uw-Wert von 0,8 W/(m²-K) oder besser kann das Fenster als Passivhausfenster bezeichnet werden.
Energiegesetzliche Anforderungen für Gebäude
→ Hauptartikel: Energieeinsparverordnung
In Deutschland werden verschiedene technische Parameter (UW-Wert, g┴-Wert, gtot-Wert, Orientierung und Neigung) von transparenten Bauteilen wie Fenstern und Türen des betrachteten Gebäudes beim Nachweis des Energieverbrauchs berücksichtigt. So werden Transmissionswärmeverluste und solare Wärmegewinne zur Ermittlung der Energiebilanz nach DIN V 18599 herangezogen. Zusätzlich muss geprüft werden, ob die natürliche Beleuchtung den Anforderungen der Norm entspricht. Wenn die geplante Fensterverkleidung im Sommer keinen ausreichenden Wärmeschutz bietet, müssen außenliegende Beschattungselemente vorgesehen werden.
Vorhangfassade aus Glas
Hochwärmegedämmte Fenster lassen weniger Licht herein, da die Rahmen- und Flügelprofile mehr Raum einnehmen und durch die höhere Scheibenzahl, größere Gesamtglasdicke und dampfdurchlässige Reflexionsschichten mehr Licht nach außen reflektiert wird. Bei Neubauten können die Fensteröffnungen ausreichend groß ausgelegt werden. Beim Austausch bestehender Fenster sollte auf die Breite der Rahmen- und Flügelprofile geachtet werden, um die freie Verglasungsfläche der neuen Fenster nicht wesentlich zu verringern. Es ist auch Wärmedämmglas erhältlich, das eine höhere Lichtdurchlässigkeit als Standardglas hat.
Rahmen-Proportionen
Aufgrund der Standardisierung von Fensterprofilen sowie der gestiegenen Anforderungen an Tragfähigkeit, Bedienkomfort, Luftdichtheit, Wärme-, Schall- und Einbruchschutz sind die heutigen Fensterprofile relativ breit und tief. Dadurch geht immer mehr Glasfläche im Verhältnis zu den Abmessungen des Fensters verloren. Wenn Fenster mit Standardprofilen in besonders kleine Wandöffnungen eingesetzt werden, wie es in manchen historischen Gebäuden aus statischen Gründen oder aus Geldmangel der Fall ist, kann nur ein Teil der Wandöffnung für die Verglasung übrig bleiben.
Erhöhte Reflexion
An der Grenzfläche zwischen Luft und Glas werden bei senkrechtem Einfall etwa 4 % des Lichts reflektiert, bei schrägem Einfall deutlich mehr. Eine Glasscheibe reflektiert also etwa 8 % des Lichts, das auf ihre beiden Kontaktflächen fällt. Eine Zweifachverglasung verliert bereits 15 % und eine Dreifachverglasung bis zu 22 % des einfallenden Lichts. Die Beschichtung von Glasoberflächen kann die Reflexion auf ca. 29 % erhöhen.
Dieser Effekt kann jedoch bei Neubauten durch große Verglasungsgrößen und einen höheren Anteil an verglasten Flächen kompensiert werden. Der quantitative Zusammenhang zwischen der Art des Fensters bzw. der Verglasung und seiner Dämmleistung wird durch den Wärmedurchgangskoeffizienten beschrieben.
Enge Fenster
Die EnEV und das neue Gebäudeenergiegesetz (GEG) fordern eine luftdichte Gebäudehülle. Aus diesem Grund haben moderne Fenster Dichtlippen. Eine Untersuchung der Gebäudehülle auf mögliche Luftdurchlässigkeit kann mit einer sogenannten Luftdurchlässigkeitsmessung durchgeführt werden. Dies wird auch als BlowerDoor-Messung bezeichnet.
Historische Fenster können von den Anforderungen der Energieeinsparverordnung ausgenommen sein, siehe Fensterreparatur#Fensterreparatur und die Energieeinsparverordnung.
Passivhaus-Fenster
Fenster mit einem Uw-Faktor von 0,80 W/(m²-K) oder höher können als Passivhausfenster bezeichnet werden. Erreicht werden diese Werte durch den Einsatz einer Dreifachverglasung mit - heute oft standardmäßig - thermisch getrennten Abstandhaltern (der so genannten "warmen Kante"), einem hochgedämmten Rahmen- und Flügelprofil und ggf. einem dritten umlaufenden Dichtungsprofil und einem vergrößerten Glasfalz. Bei PVC-Fenstern spielt auch die Anzahl der Luftkammern eine wichtige Rolle.
Um sowohl den Wärmeverlust zu minimieren als auch einen ausreichenden Luftaustausch zu gewährleisten, ist bei Passivhäusern ein entsprechend angepasstes Lüftungskonzept erforderlich.
Solare Wärmegewinnung
Energiegewinn, da nicht nur Wärme durch das Glas verloren geht, sondern auch Energie eingefangen wird, wenn die Sonne in eine günstige Richtung gelenkt wird. Diese Art der passiven Solargewinne wird durch den Energiedurchlassgrad (g-Wert) quantifiziert. Dieser Effekt wird im Winter bei großen Verglasungen auf der Südseite genutzt, wenn die Sonne flach steht und direkt in den Raum scheint. Umgekehrt müssen diese verglasten Flächen im Sommer bei hohem Sonnenstand durch Vordächer, Außenjalousien oder Doppelfassaden beschattet werden, um die Räume vor Überhitzung zu schützen. Auf der Nordseite sollte die Fensterfläche klein gehalten werden, z. B. durch den Einsatz von Schrägfenstern, da hier kein solarer Wärmegewinn möglich ist.
Sommerlicher Wärmeschutz
Sonnenschutz als Schutz vor Überhitzung im Sommer, dies ist besonders wichtig bei einem großen Anteil der Fensterfläche nach Osten, Süden und Westen und meist bei Wintergärten. Bei Ost- und Westausrichtung kann der solare Gewinn aufgrund der geringeren Sonneneinstrahlung höher sein als bei Südausrichtung, da die vertikale Fensterfläche nicht den vollen solaren Gewinn erhält, wenn die Sonne hoch am Himmel steht. Nach Westen ausgerichtete Fenster können vor allem im Dachgeschoss nachteilig sein, wenn die bereits vorhandene Dachneigung und die geringe Speichermasse zu einer Erhöhung der Tagestemperatur führen, die durch zusätzliche Sonnenwärme am Nachmittag durch die Glasflächen verstärkt wird. In höheren Breitengraden haben die Fensterflächen eine gewisse Ost-West-Komponente, auch wenn sie nach Norden ausgerichtet sind (vgl. DIN 4108-2:2013-02, Tabelle 7).
Wärmeschutzverglasung ist Glas mit einer hochreflektierenden Beschichtung. Dies kann eine Metallbeschichtung oder eine nachträglich aufgebrachte Sonnenschutzfolie sein.
Außenjalousien reduzieren den Wärmegewinn um bis zu 85 %. Innenliegende Jalousien reduzieren den Wärmegewinn nur um 10 bis 35 %. Sie dienen eher als Sicht- oder Blendschutz. Balkone oder Vordächer über Glasflächen schützen vor allem vor der starken Mittagssonne im Sommer. Die Sonne aus dem Osten und Westen wird nur teilweise abgeschirmt.
Durch den Einsatz von verstellbaren Gläsern ist es möglich, die Licht- und Energiedurchlässigkeit der Verglasung automatisch oder durch den Benutzer gesteuert zu verändern und so an die Intensität der Sonneneinstrahlung anzupassen.
KfW-Förderprogramme
Die KfW-Förderprogramme zielen teilweise auf die Verbesserung der Wärmedämmung von Fenstern ab. Baumaßnahmen werden durch zinsgünstige Darlehen oder Zuschüsse gefördert. Sowohl Privatpersonen als auch Wohnungsunternehmen oder Kommunen können Fördermittel beantragen. Hierfür gibt es verschiedene Förderprogramme, die bei der KfW selbst beantragt werden können.