Pfosten-Riegel

 

Funktionalität und Design

Metall und Glas bieten ausserordentliche Möglichkeiten, um Arbeits- und Wohnräume zu gestalten. Dabei stehen nicht nur Überlegungen zur natürlichen Raumausleuchtung und zur Ästhetik im Vordergrund, sondern auch Flexibilität, Kosten und Wärmedämmung.

Basierend auf langjährigen Erfahrungen und Erkenntnissen haben wir ein eingenes Produkt zur Realisierung von Pfostenriegel-Konstruktionen entwickelt, welches folgende Vorteile aufweist:

  • Erheblich verbesserte Wärmedämmung im Bereich des Rahmenteiles. Je nach Ausführung können Uw-Werte bis zu 0.65 erreicht werden (siehe EMPA Zertifikat)!
  • Konkurrenzfähig durch Reduktion des Produktionsaufwandes.
  • Optional: wesentlich flachere Deckleiste (50x10mm), durch welche Glas-Fassaden noch eleganter gestaltet werden können.

Zusammenfassung der EMPA-Prüfung 172’905 vom 04.06.1998

Gegenstand

Pfostenriegelkonstruktion mit Nassverglasung, System Füglistaller, mit und ohne Stryrofoam im Lufthohlraum zwischen den Fixierpunkten.

Prüfung

  • Rechnerische Bestimmung des Wärmedurchganges nach prEN ISO 10077
  • Rechnerische Bestimmung des Wärmedurchganges nach DIN 52619 Teil 3
  • Klassierung der Profile nach DIN 4108 Teil 4

Ergebnisse

Stahlrohr von 50 x 50 mmOhne StyrofoamMit Styrofoam
Wärmedurchgang nach prEN ISO 100772.4 W/m2K1.2 W/m2K
Wärmedurchgang nach DIN 52619 Teil 31.9 W/m2K1.1 W /m2K
Klassierung nach DIN 4108 Teil 4Gruppe 1Gruppe 1
Stahlrohr von 50 x 120 mmOhne StyrofoamMit Styrofoam
Wärmedurchgang nach prEN ISO 100772.4 W/m2K1.0 W /m2K
Wärmedurchgang nach DIN 52619 Teil 31.9 W/m2K1.0 W /m2K
Klassierung nach DIN 4108 Teil 4Gruppe 1Gruppe 1

Bemerkungen

Der nach DIN 52619 Teil 3 errechnete Wärmedurchgangskoeffizient dient ausschliesslich zur Einstufung in die Rahmenmaterialgruppe nach DIN 4108 Teil 4.

Klassierung gernäss DIN 4108 Teil 4.

Die Klassierung erfolgt gernäss DIN 4108 Teil 4 (1991-11) in folgenden Gruppen:

GruppeBeschreibung
1Fenster mit Rahmen aus Holz, Kunststoff und Holzkombinationen ohne besonderen Nachweis. Fenster mit Rahmen aus beliebigen Profilen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit kR <= 2.0 W/(m2K) aufgrund von Prüfzeugnissen nachgewiesen worden ist.
2.1Fenster mit Rahmen aus wärmegedämmten Metall- oder Betonprofilen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit 2.0 < kR <= 2.8 W/(m2K) aufgrund von Prüfzeuqnissen nachqewiesen worden ist.
2.2Fenster mit Rahmen aus wärmegedämmten Metall- oder Betonprofilen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit 2.8 < kR <= 3.5 W/(m2K) aufgrund von Prüfzeugnissen nachgewiesen worden ist.
2.3Fenster mit Rahmen aus wärmegedämmten Metall- oder Betonprofilen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit 3.5 < kR >= 4.5 aufgrund von Prüfzeugnissen nachgewiesen worden ist.
3Fenster mit Rahmen aus Beton, Stahl, Aluminium sowie wärmegedämmten Metallprofilen, die nicht in die Gruppen 2.1 bis 3 eingestuft werden können. Ohne besonderen Nachweis.

Auftraggeber

FR Metallbau AG
Steinackerweg 16
4900 Langenthal
Schweiz

Prüfauftrag

Wärmedurchgangsberechnung

Prüfobjekt

Pfostenriegelkonstruktion aus Stahl und Nassverglasung

Dübendorf, 06.04.1998
Abteilung Bauphysik
Prüfleiter: P. Eggiman
Abteilungsleiter: Th. Frank

Auftrag

Die Firma FR Metallbau AG, vertreten durch Herrn S. Ramseier, erteilte der EMPA am 21.04.1998 den Auftrag, thermische Berechnungen für zwei nassverglaste Pfostenriegel-konstrukionen gemäss dem Angebot vom 16.04.1998 durchzuführen. Der Wärmedurchgangskoeffizient gernäss prEN ISO 10077-2 soll mit Hilfe eines dreidimensionalen Finite-Differenzen-Verfahrens für das System Füglistaller mit und ohne Füllung des Hohlraumes mit Styrofoarn berechnet werden. Mit den Rechenergebnissen soll mittels DIN 52619 Teil 3 die Bestimmung des k-Wertes und damit eine Klassierung der beiden Konstruktionen gemäss DIN 4108 Teil 4 erfolgen.

Angaben zum Prüfobjekt

Das System Füglistaller ist eine nassverglaste Pfostenriegelkonstruktion. Das tragende System besteht aus rechteckigen Stahlrohren mit einer Querschnitt von 50 x 120 mm und einer Wandstärke von 3 mm. Die Verglasung wird durch ein aussen liegendes Aluminium-profil und die innen liegenden Stahlrohre fixiert. Das Profil wird in einem Achsenabstand von 300 mm durch Kunstoffknöpfe aus Polyacetalen von 13 mm Breite und 34 mm Höhe gehalten. Diese wiederum sind mit Schrauben aus Chromstahl auf dem Stahlrohr fixiert. Aufgrund der nur punktuellen Verbindung der Aluminiumschiene mit den Stahlrohren entstehen zwischen diesen Fixpunkten über eine Höhe von 264 mm Lufthohlräume von 20 mm Breite. In der ersten Variante wird dieser Lufthohlraum offen gelassen. In der zweiten Variante wird der gesamte Hohlraum mit Styrofoam gefüllt.

Prüfverfahren, Randbedingungen

Die Berechnungen wurden gemäss EMPA SOP 176.601 mit dem PC-Rechenprogramm TRISCO Version 7.1 durchgeführt. TRISCO berechnet den stationären Wärmefluss in einem dreidimensionalen rechtwinkligen Gitter für beliebige Formen mittels einer Energie-Bilanz-Methode. Das Rechenprogramm erfüllt die in EN ISO 10211-1 (1995) angegebenen allgemeinen Grundsätze und Anforderungen. Die Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensterrahmens erfolgte gemäss prEN ISO 10077-2 (1997-10-10). Dabei wird die Verglasung durch ein gleich dickes Paneel mit einer Wärmeleitfähigkeit von unter 0.04 W/mK ersetzt. In diesem Normenentwurf ist neben den Definitionen der Kenngrässsen auch das Verfahren zur Bestimmung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von Lufthohlräumen enthalten.

Die Klassierung erfolgte gernäss DIN 4108 Teil 4 entsprechend dem gemäss DIN 52619 Teil 3 ermittelten Wärmedurchgangskoeffizenten.

Stoffkennwerte

Für die Wärmeleitfähigkeiten wurden die Werte gemäss folgender Tabelle verwendet:

MaterialbezeichnungWärmeleitfähigkeit (W/mK)Quelle
Aluminium160prEN ISO 10077-2 (1997-10-10)
Stahl50prEN ISO 10077-2 (1997-10-10)
Chromstahl17prEN ISO 10077-2 (1997-10-10)
Silikon (rein)0.35prEN ISO 10077-2 (1997-10-10)
Polyethylenschaum0.06prEN 12524 (Sept. 1996)
Polyurethan-Paneel0.04prEN ISO 10077-2 (1997-10-10)
Styrofoam 1B0.036SIA Merkblatt 2001 (1994)

Eine Liste der Wärmeleitfähigkeiten und Randbedingungen (Eingaben für das Programm) mit entsprechender Zeichnung findet sich im Anhang 4.

Ein Verfahren zur Berechnung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeiten der Lufthohlräume im Rahmen ist in der prEN ISO 10077-2(1997-10-10) gegeben. Folgende Tabelle gibt die verwendeten Werte und ihre Berechnungsparameter wieder.

BezeichnungWärmeleitfähigkeit λ (W/mK)Dicke x Länge (mm x mm)DT (°C)Tm (°C)
Luft im Stahlrohr 50 x 50 mm0.19344 x 44418
Luft im Stahlrohr 120 x 50 mm0.441144 x 144418
Luft im Aluprofil0.06114 x 1142
Luft im Hohlraum0.23455 x 201510

Für die Wärmeleitfähigkeiten wurden die Werte gem. folgender Tabelle verwendet:

 InnenklimaAussenklima
Temperaturθi = 20°Cθa = 0°C
Oberflächenwiderstände 0.13 -0.17 m2K/W0.04- 0.05 m2K/W

Temperaturdifferenz: Δθ = θi – θa = 20°C

Entsprechend der Konstruktion beträgt die Dicke des anstelle der Verglasung eingesetzten Paneels 31 mm. Bei einer Wärmeleitfähigkeit von 0.04 W/mK errechnet sich der k-Wert mit obigen Widerständen zu 1.058 W/m2K. Das Paneel steht entsprechend den Normforderungen beidseitig 190 mm über den Rahmen hinaus. Die Länge Ip des Paneels ergibt sich somit zu 380 mm. Die Höhe hp beträgt 300 mm (Abstand zweier Befestigungspunkte).

Ergebnisse

TRISCO liefert als Ergebnisse die Wärmeflüsse in Watt und die Temperaturen in den einzelnen Knoten. Damit kann der stationäre Wärmefluss über die gesamte Konstruktion aufsummiert werden.

Wärmedurchgangskoeffizient der Konstruktion mit einem Stahlrohr von 50 x 50 mm gemäss prEN ISO 10077-2 (U-value frame, Uf)
 Ohne StyrofoamMit Styrofoam
Stationärer Wärmefluss durch die gesamte Konstruktion Qtot (W)3.1292.771
Stationärer Wärmefluss durch das Paneel Up*Ip*hp*ΔT = Qp (W)2.413

Stationärer Wärmefluss durch den Rahmen Qtot Qp = Qf (W)0.7160.358
Wärmedurchgangskoeffizient Uf (W/m2K)2.391.19
Wärmedurchgangskoeffizient der Konstruktion mit einem Stahlrohr von 50 x 120 mm gemäss prEN ISO 10077-2 (U-value frame, Uf)
 Ohne StyrofoamMit Styrofoam
Stationärer Wärmefluss durch die gesamte Konstruktion Qtot (W)3.1322.746
Stationärer Wärmefluss durch das Paneel Up*Ip*hp*ΔT = Qp (W)2.413

Stationärer Wärmefluss durch den Rahmen Qtot Qp = Qf (W)0.7190.333
Wärmedurchgangskoeffizient Uf (W/m2K)2.401.11
k-Wert der Konstruktion mit einem Stahlrohr von 50 x 50 mm gemäss DIN 52619 Teil 3
 Ohne StyrofoamMit Styrofoam
Stationärer Wärmefluss durch den Rahmen Qtot – Qp = Qf (W)0.7160.358
Wärmeflussdichte durch den Rahmen Qf / Af (W/m2)47.7523.86
Mittlere Oberflächentemperatur des Rahmensinnen θi (°C)17.5118.66
Mittlere Oberflächentemperatur des Rahmens aussen θa (°C)1.070.57
Mittlere Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Aussenoberfläche θi (°C) – θa (°C) = Δθ (°C)16.4418.09
Wärmedurchlasskoeffizient des Rahmens Qf / (Af/ Δθ) = ΔI (W/m2K)2.901.32
k-Wert des Rahmens kf (W/m2K)1.941.08
k-Wert der Konstruktion mit einem Stahlrohr von 50 x 120 mm gemäss DIN 52619 Teil 3
 Ohne StyrofoamMit Styrofoam
Stationärer Wärmefluss durch den Rahmen Qtot – Qp = Qf (W)0.7190.333
Wärmeflussdichte durch den Rahmen Qf / Af (W/m2)47.9222.21
Mittlere Oberflächentemperatur des Rahmensinnen θi (°C)18.5219.21
Mittlere Oberflächentemperatur des Rahmens aussen θa (°C)1.120.58
Mittlere Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Aussenoberfläche θi (°C) – θa (°C) = Δθ (°C)17.4018.63
Wärmedurchlasskoeffizient des Rahmens Qf / (Af/ Δθ) = ΔI (W/m2K)2.751.19
k-Wert des Rahmens kf (W/m2K)1.880.99

Klassierung gamäss DIN 4108 Teil 4

Entsprechend den Ergebnissen können die Profile folgendermassen gemäss DIN 4108 Teil 4 klassiert werden:

 Pfostenriegelkonstruktion ohne StyrofoamPfostenriegelkonstruktion mit Styrofoam
Stahlrohr von 50 x 50 mm    Gruppe 1    Gruppe 1
Stahlrohr von 50 x 120 mm    Gruppe 1    Gruppe 1

 

Referenzen