The application potential of vacuum glazing in buildings' thermal retrofit: a case study

Abstract

Der Bedarf an energieeffizienten Gebäuden ist in den letzten 20 Jahren stark gestiegen, um die ökologischen Einflüsse dieser zu minimieren, welche unter anderem durch die Treibhausgasemissionen verursacht werden, die der Hauptverursacher des Klimawandels sind. Der Wärmeschutz-Standard der Fenster ist ein wesentlicher Faktor in Bezug auf den Heizwärmebedarf. Dabei kommt einer Energieeffizienz-Strategie im Bauwesen, welche optimierte Materialien und Komponenten zur Minimierung der Wärmeverluste der Gebäudehülle zu einem Minimum und, in weiterer Folge, zur Reduktion des gesamten Heizwärme- und Kältebedafes verwendet, eine zentrale Rolle zu. Fenster haben in der Regel einen Anteil von 30 bis 50 Prozent an den gesamten Wärmeverlusten durch die Gebäudehülle, obwohl deren flächenmäßiger Anteil an der Gebäudehülle weitaus geringer ist als von anderen Bauteilen. Hoch wärmegedämmte Fenster können die wärmeschutztechnische Qualität des gesamten Gebäudes stark erhöhen. Die Entwicklung von Vakuumverglasung gilt als großer Fortschritt im Bereich von Verglasungssystemen für energieeffiziente Gebäude. Sie besitzt ein hohes Potenzial zur Reduktion von Heizlasten. Diese Studie behandelt die Anwendung von Vakuumverglasung bei thermischer Sanierung von historischen Altbauten. Es wurde eine Reihe von typischen Fenster-Details ausgewählt, um den Einfluss von Vakuumverglasungen zu untersuchen. Es stellte sich heraus, dass der Einsatz von Vakuumverglasung in der thermischen Sanierung von Fenstern in Kombination mit Verbesserungen des Glasrandverbundes eine Reduktion des U-Wertes des Gesamtfensters von 50 bis 60 Prozent ermöglicht. Weiters prüft diese Studie den Einfluss von Vakuumverglasung auf den Heizwärmebedarf des Gesamtgebäudes anhand von Fallstudien. In einem Gebäude mit 20 Prozent Glasflächenanteil ist es möglich, bis zu 15 Prozent des gesamten Heizwärmebedarfes einzusparen. Außerdem wird die Wirtschaftlichkeit von Vakuumverglasung in der Anwendung an bestehenden Gebäuden behandelt: Die Amortisationszeit für Investitionskosten und Betriebskosten wird anhand der Fallstudien untersucht.

The demand of energy-efficient buildings is growing in last years in order to minimize the environmental impacts, including but not limited to greenhouse emissions which are the primary contributors to global warming. Thermal performance of windows is a crucial issue in total building heating demand. A key energy-efficient strategy in building sector is using optimum materials to minimize the thermal transmittance of building envelope to the lowest level, and as a result, decreasing the total building heating/cooling demands. Windows typically account for 30-50 percent of total heat losses through building envelope, although their area fraction of the envelope is far less than other building components. High thermal insulated windows can greatly improve the total building thermal performance. The development of vacuum glazing is a significant advance in the area of glazing systems for low energy buildings. These developments show a high potential to reduce buildings¿ heating loads. This study addresses the possibility of using vacuum glazing in thermal retrofit of existing historical buildings¿ envelopes. A set of typical window details were selected to examine the impact of the application of vacuum glazing. It turned out that using vacuum glazing in window thermal retrofit combined with some improvements on the frame-glass junction, may reduce the total window U-value by 50-60%. Furthermore, this study examined the effect of vacuum glazing on the total buildings¿ heating demand via use of case study buildings. It turned out that a building with 20% glazing surface, it is possible to achieve up to 15% savings of total building heating demands. Additionally, the economic feasibility of vacuum glazing application for existing buildings is addressed: The amortization time following the investment and operational cost are examined for the case study buildings.