Glas im Hausbau: Viel mehr als nur zum Durchgucken

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Belastungen en Masse

Für den Bewohner mag Glas bloß ein transparentes Bauteil sein, durch den angenehm viel Tageslicht in den Innenraum gelangt oder Sonnenstrahlen auf die Zellen der Photovoltaik-Anlage treffen. Tatsächlich jedoch muss Glas in der heutigen Hausbau-Welt unheimlich viel leisten, was teils auch konträr zu den ursprünglichen technischen Eigenschaften steht. Vornehmlich etwa:

• Obwohl die Öffnung für ein Fenster ein „Loch in der Wand“ ist, darf diese Fläche keinesfalls energetisch schlechter sein als das umgebende Gemäuer.
• Es muss ungeachtet der Fläche (bei heutigen großen Fenstern besonders wichtig) absolut präzise eingebaut werden, und darf keinerlei optische Verzerrungen aufweisen.
• Das Glas muss in der Lage sein, auch wiederholte kinetische sowie thermische Beanspruchungen, etwa durch spontanes Abkühlen bei einem Sommergewitter oder das feste Zuschlagen einer Terrassentür, klaglos zu überstehen.

Um das zu gewährleisten, gehen moderne Glashersteller sehr weite Wege.

Die Energetik

Sonnenlicht erwärmt alles, auf das es trifft. Auch wenn dieser Gegenstand von der Außenwelt getrennt ist – wie es in einem Haus naturgemäß der Fall ist. Genau dahinter verbirgt sich jedoch eine Krux, die es glastechnisch zu lösen gilt: Glas selbst reflektiert je nach Art auftreffendes Licht zu einem mehr oder weniger großen Grad, lässt also von 100 Prozent Sonneneinstrahlung nur rund 60 Prozent durch.

Das wirkt umso dramatischer, weil es zum Zwecke der Energetik unabdingbar ist, mehrere Glasscheiben hintereinander zu installieren – das bekannte System der mehrfach verglasten Fenster, zwischen denen sich eine wärmedämmende Edelgas-Schicht befindet.

Daher werden moderne Gläser beschichtet. Das minimiert den Reflexionsgrad und sorgt dafür, dass maximal viel Licht alle Glas-Ebenen passiert, ohne gestreut/abgelenkt zu werden. Das beginnt direkt beim Produktionsprozess bei Spezialherstellern der Gläser. Voraussetzung für optimale Produktionsbedingungen bei der Glasherstellung sind modernste Maschinen für die Flachglasverarbeitung- und veredelung, wie sie beispielsweise bei LiSEC hergestellt werden.

Zurück zur Energetik: Um zu verhindern, dass der Innenraum übermäßig aufgeheizt wird, benötigt man wiederum Beschichtungen, die die Energietransmission des Sonnenlichts reduzieren, ohne dass dabei die Helligkeit im sichtbaren Spektrum verloren geht. Bei modernen Sonnenschutzgläsern werden dafür Gold, Silber und andere hauchdünne Metallschichten aufgebracht, oft auch übereinander.

Die Komplexität dieser Arbeitsschritte und vor allem die Tatsache, dass sie starr sind und somit entweder im Sommer oder im Winter einen Kompromiss darstellen, ist jedoch einer der Hauptgründe dafür, warum Smartglas zum immer größeren Trend wird. Dieses „intelligente“ Glas kann durch das Anlegen einer Spannung automatisch getönt werden, ohne dass dadurch andere negative Auswirkungen auftreten würden. Gerade hier sehen Experten noch sehr viel Entwicklungspotenzial für die kommenden Jahre.

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Die Optik

Wie arbeitet eine Brille? Indem man Glas in der genau benötigten Sehstärke konkav bzw. konvex formt und das Bild, das das Glas passiert, kontrolliert „verzerrt“. Genau andersherum sieht es bei einem Fernglas aus: Hier werden die Linsen sorgsam so geschliffen, dass sie einen genau vorgegebenen Vergrößerungsgrad erzielen, ohne dass das Bild verzerrt wird.

Bloß: Diese optischen Anwendungsbereiche sind enorm aufwendig und von zahllosen, hochpräzisen Schliffen gekennzeichnet. Zudem sind die Gläser flächenmäßig äußerst klein. Fensterglas hingegen ist um ein Vielfaches größer und muss in viel umfangreicheren Mengen hergestellt werden. Schleifen ist dabei keine (wirtschaftliche) Option.

Dass man heute dennoch keine Verzerrungen sieht, wenn man durch sein Fenster schaut, liegt am sogenannten Floatglas-Verfahren. Dabei wird die zähflüssige Glasmasse in ein Becken voll ebenfalls flüssigem Zinn geleitet.  

Dies hat, weil es flüssig ist, eine absolut ebene Oberfläche. Gleichsam ist es aber viel dichter als das Glas, weshalb letzteres auf dem Zinn schwimmt wie ein Stück Holz auf einem See. Dadurch verteilt sich die Glasmasse, bis sie überall eine gleiche Dicke erreicht hat – und weil Zinn auch noch bei niedrigen Temperaturen im Bereich oberhalb von 232°C flüssig ist, wo Glas sich bereits verfestigt hat, können so gigantische Mengen an optisch planem Glas geschaffen werden.

Die Beanspruchungen

Glas ist äußerst hart. Selbst mit einem Werkzeug aus gehärtetem Stahl kann man es nicht verkratzen. Allerdings dehnt es sich durch Temperatureinwirkung dennoch aus und zieht sich zusammen. Außerdem muss es auch in der Lage sein, trotz seiner Härte in gewissen Grenzen elastisch zu sein.

Vor allem die thermischen Beanspruchungen sind bei modernem Glas groß. Konkret gibt es Unterschiede zwischen:

• Der Außen- und Innenseite einer Scheibe.
• Der Mittelzone und den Rändern, insbesondere wo diese im Rahmen verborgen sind.

Das ist deshalb kritisch, weil Glas im Urzustand Wärme nur schlecht leitet. Es ist möglich, dass sich ein Teil eines Fensters erhitzt (etwa, weil die Sonne durch Abschattung nur einen Teil bestrahlt) während der andere Teil kühl bleibt oder sogar noch zusätzlich gekühlt wird (bspw. durch eine Klimaanlage).

In dem Fall dehnt sich ein Teil der Scheibe aus, der andere nicht, es droht der sogenannte Thermische Sprung, ein Brechen des Glases. Dass dies im modernen Hausbau allerdings ein sehr kleines Problem ist, liegt an der unermüdlichen Entwicklungsarbeit.

Sehr viel Forschungskraft wurde darauf verwendet, die Wärmeleitfähigkeit von Gläsern zu erhöhen, sodass sich lokale Temperaturunterschiede auf die gesamte Glasfläche übertragen, bevor an einem Punkt die Spannungen zu groß werden. Dazu kommt teilweise auch vorgespanntes Glas zum Einsatz.

Das wird so hergestellt, dass im Grundzustand zwischen Glasoberfläche und -kern kalkulierte Spannungen bestehen, durch die es eine höhere Stabilität gegen Temperaturwechsel aufweist – und als Nebeneffekt im Bruchfall in wenig scharfkantige Brocken zerbricht.

Und was die Belastungen durch das Zuschlagen von Türen aber auch Schallwellen (Donner, Überschallknall) anbelangt, sollte man bedenken, dass auch das harte Glas eine gewisse Flexibilität aufweist. Diese wird noch dadurch verstärkt, dass das Glas nicht starr im Rahmen sitzt, sondern durch weiche Materialien davon entkoppelt ist, sodass sich einwirkende Wellen zu einem geringeren Grad übertragen.