Fenster: Wie viel Glas ist genug?

Ein hoher Fensteranteil bringt viel Tageslicht ins Gebäude und öffnet den Blick nach draussen. Die Kehrseite der Medaille: Solche Räume erhitzen sich im Sommer stärker und kühlen im Winter schneller aus. Lösen sollte man diesen Zielkonflikt nicht mit Gebäudetechnik, sondern mit architektonischen Ansätzen.

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Bürogebäude mit durchgehender Glasfront

Mehr als 21 Stunden pro Tag – rund 90 % ihrer Lebenszeit – verbringen Menschen in Industrienationen durchschnittlich in geschlossenen Räumen. Kein Wunder, sind die Anforderungen an den Komfort von Gebäuden hoch. Wir erwarten beispielsweise, dass über grosszügige Fensterflächen viel Tageslicht ins Gebäude gelangt. Das ist ein vergleichsweise neues Phänomen: Bis ins 20. Jahrhundert hinein zog man es vor, die Öffnungen in der Gebäudehülle möglichst klein zu halten. Schliesslich war und ist es der primäre Zweck eines Gebäudes, Schutz vor Wind, Wetter, Hitze und Kälte zu gewähren. Diese Qualität, in Verbindung mit einem erschwinglichen Preis, bietet die Fenstertechnik erst seit einigen Jahrzehnten.

Glas: Vom Schwachpunkt zum Liebling

Fenster mit lichtdurchlässigen Glasscheiben waren ein Luxus, der über Jahrhunderte den Kirchen und Palästen vorbehalten war. Erst durch die Entwicklung des Floatglasverfahrens ist es seit den 1960er-Jahren möglich, in industriellem Massstab grosse Glasscheiben in hoher Qualität herzustellen. In den Jahrzehnten darauf folgten deutliche Fortschritte punkto Schall- und Wärmeschutz. Fenster entwickelten sich so von einem thermischen Schwachpunkt in der Gebäudehülle zu einem vielseitigen und thermisch konditionierbaren Gestaltungselement (siehe g-Wert). Besondere Beliebtheit erfährt es bei mehrstöckigen Bürogebäuden, die teilweise mit reinen Glasfassaden realisiert wurden und werden. Im Wohnsektor entstanden ab 1960 «Sonnenfänger» – die Vorläufer der Solarhäuser respektive Minergie-P-Bauten, die sich durch nach Süden gerichtete Glasfassaden auszeichneten.

Energieintensive Herstellung

Seit die Themen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit stärker im Fokus stehen, wird der Einsatz grosser Glasflächen kritischer beurteilt. Die Herstellung von hochwertigem Glas führt zu starken Treibhausgasemissionen. Grund dafür sind die hohen Temperaturen von bis zu 1500 °C, die für die Glasschmelze benötigt werden. Um diese Hitze zu generieren, kommen heute mehrheitlich fossile Energieträger zum Einsatz. So wurden 2021 gemäss dem Statistischen Bundesamt 80 % der Energie für die Glasproduktion in Deutschland mit Erdgas erzeugt.

Der Floatglas-Herstellungsprozess

Zwar gibt es Projekte zu neuartigen Schmelzwannen, die mit erneuerbarem Strom oder grünem Wasserstoff betrieben werden können. Wie rasch solche CO2-neutralen Produktionsprozesse aber marktreif sind, ist noch nicht abzuschätzen. Erschwerend kommen die langen Erneuerungszyklen in der Glasindustrie hinzu: Die Schmelzwannen haben eine Lebensdauer von 12 bis 15 Jahren, und auch die Umrüstung auf eine neue Produktionstechnik dürfte einige Jahre in Anspruch nehmen. Kurz- und mittelfristig wird die Glasproduktion also nach wie vor mit hohen Treibhausgasemissionen verbunden sein. Aus ökologischer Sicht sollte der Baustoff daher gezielter eingesetzt werden, als das in den letzten Jahren oft der Fall war.

Der richtige Fensteranteil

Nebst den Auswirkungen auf das Klima ist der Glasflächenanteil der Fassade auch relevant für den sommerlichen Wärmeschutz. Je grösser die Fensterflächen, desto grösser die Gefahr einer Überhitzung im Sommer. Gleichzeitig ist bekannt, dass die Versorgung mit ausreichend Tageslicht ein wichtiger Faktor für das Wohlbefinden der Nutzenden ist. Wie gelingt es angesichts dieser Zielkonflikte, Fenster richtig zu dimensionieren und in der Fassade richtig anzuordnen?

Bürogebäuden mit jeweils fünf eher kleinen Fenstern pro Geschoss
Bei diesem Bürogebäude in Winterthur von BGP verzichtete man auf eine Eckverglasung, um eine Überhitzung zu vermeiden. (Foto: Dominique Wehrli, Frauenfeld)

Ausgewogener Anteil

Die Publikation «Sommerlicher Wärmeschutz» (PDF) von Minergie zeigt, welche Massnahmen der Überhitzung von Gebäuden entgegenwirken. Dazu wird ein ausgewogener Glasflächenanteil an den Fassaden empfohlen, der sich beim Wohnungsbau auf 20 bis 30 % und beim Bürobau auf 30 bis 40 % beläuft. Mit welchem Anteil ein Projekt tatsächlich geplant wird, hängt aber stark von den Architektinnen und Architekten sowie den Bauherrschaften ab. Leider sei ein ausgewogener Anteil noch keineswegs selbstverständlich, sagt Sebastian El Khouli, Leiter Nachhaltigkeit und Bauen im Bestand bei Bob Gysin Partner (BGP). «Bei vielen Wettbewerbsprojekten werden noch immer vollverglaste Gebäude präsentiert.» Solche Bauten lassen sich heute aber teilweise gar nicht mehr realisieren, weil sie den Vorgaben der öffentlichen Bauherrschaften widersprechen.

Brüstung sinnvoll

Um negative Auswirkungen durch Fensterflächen zu vermeiden, lassen El Khouli und sein Team in ihren Projekten jeweils schon früh durch Bauphysiker prüfen, ob die vorgesehenen Fenster richtig dimensioniert und platziert sind. Bei Büro- und Schulbauten seien etwa die Eckräume stets ein heikles Thema: «Einerseits besteht der Wunsch, von der zweiseitigen Orientierung dieser Zimmer profitieren zu können, andererseits erhöht dies das Risiko, dass sie überhitzen.» Bei der Dimensionierung der Fenster sind sich die meisten Fachleute einig, dass bodentiefe Fenster nicht sinnvoll sind. Geeigneter sind solche mit einer Brüstung: Sie lassen fast ebenso viel Tageslicht hinein, aber deutlich weniger Wärmeeintrag. Es gibt also durchaus Hebel, um den Zielkonflikt zwischen Tageslicht und Wärmeschutz zu lösen.

Einstöckiges Gebäude mit Holzverkleidung und einzelnen Fenstern
Kita in Uster: Anstelle von grossflächigen Verglasungen wurden die Fenster gezielt so positioniert, dass viel Tageslicht in die Räume gelangt. (Foto: Dominique Wehrli, Frauenfeld)

Simulationen nutzen

Ob ein Konzept in der Praxis funktioniert, lässt sich überdies frühzeitig mit thermischen Gebäudesimulationen überprüfen. Sie zeigen, in welchen Räumen eine Überhitzung durch zu viel Wärmeeintrag droht. Auch Bob Gysin Partner nutzten Simulationen in ihren Projekten – und haben dabei schon überraschende Erkenntnisse gewonnen. So stehen zum Beispiel nordorientierte Räume punkto sommerlichen Wärmeschutzes oft schlechter da als südorientierte Räume. «Bei ersteren verzichtet man auf einen Sonnenschutz oder nutzt ihn nicht, weil es keine direkte Sonneneinstrahlung gibt», erklärt der El Khouli. «Die Simulationen zeigen aber, dass selbst die indirekte Sonnenstrahlung zu einer Überhitzung führen kann.»

Der Einfluss der Nutzenden

Allerdings kommt hier ein weiterer Aspekt dazu, der im Spannungsfeld sommerlicher Wärmeschutz herausfordernd sein kann: das Nutzerverhalten. So sind die wenigsten Nutzerinnen und Nutzer bereit, die Sonnenstoren herunterzufahren und bei Kunstlicht zu arbeiten, wenn gar keine Sonnenstrahlen auf die Fenster treffen. Eine automatische Steuerung des Sonnenschutzes wäre daher eigentlich zu bevorzugen, aber auch diese muss von den Nutzenden akzeptiert werden. Mögliche Alternativen sind eine angepasste Anordnung der Fenster oder ein Sonnenschutz, der bei geringem Wärmeeintrag auch Ausblicke ermöglicht.

Fensteranteil bei Sanierungen

Während bei Neubauten (fast) alle Möglichkeiten offenstehen, ist der Umgang mit dem Bestand schwieriger. Bei Objekten mit Denkmalschutz besteht wenig Spielraum, die Fensterflächen zu vergrössern, um mehr Tageslicht hereinzulassen. Immerhin werden sie üblicherweise auch nicht kleiner, weil keine aussenliegende Dämmung montiert werden darf. Gerade bei Bauten aus dem 19. Jahrhundert sei die Tageslichtversorgung dank der hohen Räume meist sowieso sehr gut, weiss El Khouli aus seiner Erfahrung.

Aussenaufnahme eines sechsstöckigen Mehrfamilienhauses in einer städtischen Häuserzeile mit vorstehendem verglastem Anbau
Bei diesem Wohnhaus wurden die bestehenden Fenster erhalten und durch einen Anbau ergänzt, der viel Tageslicht hereinlässt. (Foto: Beat Bühler, Zürich)

Problematischer kann die Situation bei nicht denkmalgeschützten Bauten sein, die aussen zusätzlich gedämmt werden. Dies führt zu tieferen Laibungen und reduziert den wirksamen Fensterflächenanteil, sodass weniger Licht ins Gebäudeinnere gelangt. «Wir haben schon verschiedene Ansätze ausprobiert, um dies zu kompensieren», sagt El Khouli. Mögliche Massnahmen seien zum Beispiel angeschrägte Laibungen, zusätzliche Fenster oder auch das Entfernen des Sturzes oder der Brüstung. «Auf die Brüstung zu verzichten, ist meist die einfachste Option. Alle Eingriffe sollten aber gut durchdacht und sehr gezielt vorgenommen werden.»

Kompensation durch Gebäudetechnik?

Gebäudetechnische Anlagen wie Heizung, Kühlung und Lüftung können grundsätzlich die thermischen Nachteile grosser Fensterflächen – Erhitzung im Sommer, Abkühlen im Winter – ausgleichen. Allerdings erhöht dies den Energieverbrauch einer Immobilie teilweise deutlich, was mit Blick auf die Energiewende vermieden werden sollte.

Dazu kommt, dass die verbauten Komponenten wie Geräte und Rohre mit grauen Emissionen verbunden sind. Deshalb sind aus Sicht des Klimaschutzes eigentlich Bauten mit minimiertem oder (fast) keinem Technikeinsatz zu bevorzugen. Die heutigen Normen und die Anforderungen an den Klimakomfort sind jedoch ohne Haustechnik teils kaum zu erfüllen. Insbesondere in Bürogebäuden und Schulbauten, wo es hohe interne Lasten gibt, geht es im Sommer fast nicht ohne Kühlung – selbst bei einem optimierten Fensteranteil.

Aussenansicht eines massiven Neubaus mit kleinen Fenstern und einer tiefen Fensterlaibung
Das Konzept «2226» – hier umgesetzt in einem Bürogebäude in Emmenbrücke – funktioniert ohne aktive Heizung, Kühlung und Lüftung. Dies gelingt unter anderem dank dicker Aussenwände sowie einem Fensteranteil von nur knapp 20 % an der Fassadenfläche. (Foto: René Dürr)

Technikverzicht hat Vor- und Nachteile

Konzepte wie «2226» von Baumschlager Eberle Architekten oder das Atelierhaus von Heinrich Degelo kommen ohne Heizung, Kühlung und Lüftung aus und verbrauchen damit im Betrieb kaum Energie. Dies gelingt durch eine spezifische Konstruktionsweise mit besonders dicken Mauern, die als thermische Speichermasse dienen, und einem tiefen Fensterflächenanteil. Sebastian El Khouli findet diese Ansätze spannend, setzt sie in seinen Projekten aber nur selten in dieser Extremform um. «Für mich ist der entscheidende Punkt, dass man möglichst viel mit architektonischen Mitteln zu lösen versucht und erst dann auf technische Massnahmen zurückgreift.» In Abhängigkeit von den Anforderungen und Rahmenbedingungen könne ein gewisses Mass an Technik durchaus sinnvoll sein, um die vielfältigen und oftmals widersprüchlichen Anforderungen zu erfüllen. Gebäudetechnik dürfe aber nicht dazu genutzt werden, architektonische Fehlplanungen zu kompensieren.

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  • Hermann Schmid

    Vor 3 Wochen

    Immer wieder wundere ich mich über die aktuellen Erkenntnisse. Wir begannen vor 50 Jahren mit der Planung unseres vor 45 Jahren gebauten EFH. Alle Wohnräume sind südorientiert; es bestand eine Energiebilanz und der Wärmebedarf lag bei 60 kWh/m2, heute bei 45 kWh/m2 Wir sind nicht stehen geblieben und mit zusätzlicher Dachdämmung und Ersatz der Fensterverglasung ist das Haus seit bald 15 Jahren Minergiezerifiziert.
    Wen wunderts, den der Architekt war Ueli Schäfer. Doch habe ich immer kräftig Hand angelegt und bin immer noch dran.“

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    • Ueli Brunner

      Vor 2 Wochen

      Freut mich zu hören. Habe Ueli Schäfer seinerzeit am Institut für Hochbautechnik der ETH bei seiner Forschungsarbeit unterstützt. Leider hat es danach viel zu lange gedauert, bis man die Resultate ernsthaft in der Praxis umzusetzen begann.