22.05.2019 / Aktuelles

Alles im Rahmen: so wird die Isolierzone optimiert

Von außen ist die effiziente thermische Trennung und Wärmedämmung von Aluminiumfenstern kaum sichtbar, trotzdem ist sie ein Schlüsselfaktor für behagliches und energiesparendes Wohnen. Durch die Verbindung der Außen- und Innenschalen des Metallsystems durch insulbar Isolierstege entsteht im Inneren dieses Rahmenverbundes eine Isolierzone. Bei der Gestaltung dieser Zone stehen dem Konstrukteur unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung um die Wärmedämmung zu optimieren und einen gewünschten Uf-Wert konstruktiv umzusetzen. Im Mittelpunkt stehen dabei die unterschiedlichen Arten der Wärmeübertragung.

Die 3 Arten der Wärmeübertragung

Wärme ist Energie, die durch Wärmeleitung (Transmission), Wärmeströmung oder -mitführung (Konvektion) und Strahlung (Emission) stets in Richtung der niedrigeren Temperatur abfließt.

Beispiel für das Prinzip der Wärmestrahlung bei der thermischen Trennung von Metallprofilen für Fenster und Fassaden: eines Thermoskanne.
Die Wärmeleitung ist vom Material abhängig. Die Energie wird dabei in Festkörpern durch die stärkere Bewegung der Teilchen weitergegeben. Die Wärmeenergie wird so an benachbarte Teilchen übertragen. Beispiel: Erhitzen von Wasser auf einer Herdplatte.
Beispiel für das Prinzip der Konvektion in der Isolierzone eine Metallverbundes: ein beheiztes Zimmer.
Bei der Konvektion wird Wärmeenergie von einem strömendem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) transportiert. Typisches Kennzeichen ist die konvektive Zelle bei der Flüssigkeit oder Gas in einem Kreislauf zwischen Wärmequelle und -senke zirkuliert. Beispiel: Luftzirkulation in einem beheizten Raum.
Beispiel für das Prinzip der Wärmeleitung bei der thermischen Trennung von Metallsystemen: ein Kochtopf mit heißem Wasser.
Bei der Wärmestrahlung wird die Energie durch elektromagnetische Wellen (meist infrarotes Licht) transportiert. Beispiel: Die innen verspiegelte Fläche in Thermoskannen vermindert durch Reflexion den Wärmeverlust über Strahlung.

 

Optimierung der Isolierzone

Für die effiziente, auf die jeweiligen Anforderungen angepasste Dämmung ist die Kombination und feine Abstimmung vieler einzelner Einflussgrößen im Isolierbereich notwendig. Dabei setzt man vor allem bei den einzelnen Arten der Wärmeübertragung an (s. Abbildung):

Blick auf die Isolierzone einer Fensterecke aus mit insulbar thermisch getrennten Aluminiumprofilen.

•    Um die Wärmeleitung zu minimieren, werden Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit eingesetzt, zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Polyamid 66.

•    Die Verringerung von Wandstärken und Vergrößerung der Isoliertiefen dieser Dämmprofile sind weitere Möglichkeiten den Wärmedurchgang durch Transmission gering zu halten.

•    Eine Verkleinerung der Hohlräume innerhalb der Isolierzone bewirkt eine Minimierung der Luftzirkulation, also der Konvektion. Isolierprofile mit Hohlkammern oder Profile mit nach innen gerichteten Fahnen erzeugen solche kleineren konvektiven Zellen.

•    Ein sehr effektiver Weg ist die Verwendung von Stegen mit Fahne, auf die eine dünne Low-E-Folie aufgebracht ist. Diese Aluminiumfolie sorgt dabei für eine hohe Reflexion der Wärmestrahlung und wirkt ähnlich wie das Prinzip der Thermoskanne.

Schritt für Schritt zum gewünschten Uf-Wert

Die Abbildung unten zeigt an exemplarischen Schnitten wie mit den oben genannten Maßnahmen mit Hilfe von insulbar Isolierprofilen von Ensinger der Uf-Wert schrittweise wärmetechnisch optimiert werden kann. Durch die Veränderung der einzelnen Parameter wird der Wärmedurchgangskoeffizient bis zum gewünschten Zielwert minimiert.

Schrittweise Minimierung des Uf-Wertes eines Metallsystems durch Optimierung einzelner Einflussgrößen bei der thermischen TrennungSchritt für Schritt zum gewünschten Uf-Wert: Durch Änderung der einzelnen Parameter wird der Wärmedurchgangskoeffizient bis zum gewünschten Zielwert minimiert.

Fazit: Die Kombi macht’s!

Um Aluminiumrahmen effizient thermisch zu trennen, hat der Entwickler viele Möglichkeiten, muss aber die einzelnen Stellschrauben miteinander kombinieren. Denn der wärmetechnischen Optimierung anhand nur eines einzelnen Einflussfaktors sind funktionale und mechanische Grenzen gesetzt. So sind beispielsweise bestimmte Mindest-Wandstärken nötig, um die geforderte Festigkeit des Wärmedämmprofils zu gewährleisten. Auch eine bestimmte Kostenvorgabe kann sich auf die Konstruktion der Isolierzone limitierend auswirken. Stimmt man aber die genannten Einflussgrößen fein aufeinander ab, lassen sich in der Kombination die optimale Wärmedämmung und der gewünschte Uf-Wert bei der jeweiligen Ansichtsbreite erreichen. So lässt sich wertvolle Energie einsparen und gleichzeitig der Wohnkomfort deutlich verbessern.

Sie möchten mehr über die Möglichkeiten zur Optimierung der thermischen Trennung wissen, dann freuen wir uns über Ihre Anfrage! Unsere Experten von der Anwendungstechnik freuen sich Ihnen Möglichkeiten aufzuzeigen.