Nachhaltige Alternativen zum Austausch

In Zukunft wird es bei Projekten der energetischen Bestandssanierung nicht mehr reichen, nur die Umweltwirkung und vor allem die klimawirksamen Emissionen in der Nutzungsphase im Blick zu haben. Es gilt auch die Emissionen einzubeziehen, die durch die Herstellung der verwendeten Baustoffe und der neuen Bauteile entstehen.

Beim Bauteil Fenster fallen diese herstellungsbezogenen grauen Emissionen insbesondere im Zuge der Produktion der Verglasung und der Rahmenprofile aus Aluminium oder Kunststoff an. Doch es muss nicht immer der Komplettaustausch sein, meint die auf denkmalgerechte Instandsetzung von Fenstern spezialisierte Holzmanufaktur Rottweil. Sie hat die Autor:innen mit einer Untersuchung beauftragt, wie sich unterschiedlichste Varianten der Sanierung über den kompletten Lebenszyklus eines Bestandsgebäudes auf die Treibhausgas-
bilanz auswirken.

Aufgabenstellung und Methodik der Studie

Nicht nur die Fenster denkmalgeschützter Bauten sind aus der Sicht der Holzmanufaktur Rottweil erhaltenswert, auch solche, wie sie bis in die 1990er eingebaut wurden. Für zwei Typen dieser „Allerweltsfenster“ im Bestand, aus Holz und aus Aluminium, versehen mit einer luftgefüllten Zweifach-Isolierverglasung, haben die Autor:innen neben dem Austausch alternative Verfahren durchgerechnet. Bewertet wurde ein Spektrum von acht möglichen Maßnahmen, von denen sieben für das Holzfenster in Betracht kommen (H1 – H7) und fünf für das Aluminium­fenster (A1 – A5):

• Minimalsanierung – H1/A1
• Ausbau des Fensters und Ersatz durch ein neues Holzfenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung (Argonfüllung) – H2
• Ausbau des Fensters und Ersatz durch ein neues Kunststofffenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung (Argon­füllung) – H3
• Ausbau des Fensters und Ersatz durch ein neues Aluminium­fenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung (Argonfüllung) – A2
• Ausbau der Verglasung und Ersatz durch eine Zweifach-Wärmeschutzverglasung (Argonfüllung) – H4/A3
• Ausbau der Verglasung und Ersatz durch eine Dreifach-Wärmeschutzverglasung (Argonfüllung) – H5
• Ausbau der Verglasung und Ersatz durch eine Vakuum­isolierverglasung (VIG) – H6/A4
• Ergänzung durch einen raumseitig beziehungsweise außenseitig aufgesetzten Aufsatzflügel mit Vakuumisolier­verglasung (VIG) – H7/A5

Ökobilanz: Schulden und ­Gutschriften

Die Berechnung der Ökobilanz ist anspruchsvoll. Hierbei muss nach DIN EN 15978:2012-10 [1] und DIN EN 15643:2021-12 [2] vorgegangen werden. Die DIN EN 15978 unterteilt den Lebenszyklus eines Gebäudes in Module: Die Module A1 bis A3 umfassen die Herstellungs-, A4 und A5 die Errichtungsphase. Die Nutzungsphase besteht aus B1 bis B7, mit B6 für den Energieverbrauch im Betrieb. Die Entsorgungsphase besteht aus C1 bis C4 (Rückbau, Abfallbehandlung und Entsorgung) und in D schließlich finden sich die „Vorteile und Belastungen außerhalb der Systemgrenzen“. D enthält damit eventuelle Gutschriften durch das Wiedereinbringen von recycelfähigen Materialien in den Stoffkreislauf.

Anders als üblich kommen in dieser Studie C1 bis C4 und D schon am Anfang zum Tragen, da ja in einigen Varianten zuerst die Bestandsfenster beziehungsweise die Verglasungen ausgebaut werden. Gutschriften ergeben sich in D vor allem bei Aluminiumrahmen, die aufwandarm wieder in die Produktion wandern und die emissionsintensive Herstellung von Primäraluminium teils unnötig machen. Ebenfalls abweichend vom üblichen Vorgehen nimmt sich die Studie einen Betrachtungszeitraum von 25 anstatt von 50 Jahren vor: Einschlägige Richtlinien setzen für Beschläge und Verglasungen eine Lebensdauer von 25 beziehungsweise 30 Jahren an, doch mit welchen Emissionen ihre Herstellung dann verbunden sein wird, kann heute nicht seriös vorhergesagt werden.

Als Datengrundlage wurden, soweit verfügbar und zutreffend, generische Datensätze aus der Datenbank Ökobaudat (Version 2024-I vom 02.10.2024; konform zu DIN EN 15804+A2) verwendet [3]. Generische Daten sind in diesem Zusammenhang solche, die aus den Produktionsprozessen erschlossen werden, im Gegensatz zu den produktspezifischen. Diese wurden für Produkte verwendet, die nur von wenigen Anbietern hergestellt werden (wie die Vakuumisolierverglasungen). Handwerkliche Arbeitsschritte der Fenstersanierung wurden in Abstimmung mit der Holzmanufaktur Rottweil näherungsweise bewertet. Für Herstellung und Einbau neuer Fenster mit Holz-­, Kunststoff- beziehungsweise Aluminiumrahmen, jeweils mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung, wurde auf EPDs des ift Rosenheim zurückgegriffen [4][5][6].

Zur Berechnung der Emissionen im Modul B6 (Betriebsphase) wurde ein Modellgebäude entworfen, mit einer Grundfläche von neun mal elf Metern, drei Vollgeschossen, einem Fensterflächenanteil von 30 Prozent. Veränderliche Größen waren die Art der Heizung (Gasheizung oder Luft-/Wasser-Wärmepumpe), zwei Absenkpfade für die zukünftige Stromerzeugung, das heißt: Prognosen zu ihrer Dekarbonisierung (die optimistische gemäß Technikkatalog Wärmeplanung [7]) und die realistischere, lineare Prognose). Hinzu kommen vier Dämmstandards, „Bestand“, „schlecht“, „mittel“, „gut“, wobei „gut“ dem Effizienzhaus-55-Niveau entspricht, außerdem drei Standorte mit ihrem typischen Klima: Potsdam (nach DIN V 18599-10:2018-09), Essen (mildes Klima) und Fichtelberg (raues Klima).

Emissionen infolge Herstellung, Einbau, ­Wartung und Instandhaltung

Die geringsten Auswirkungen auf den Gehalt an grauen Emissionen hat, wie zu erwarten, die Minimalsanierung. Für Aluminiumbestandsfenster beträgt das Treibhauspotenzial (oder: Global Warming Potential total, GWPt) 1,7 kg Kilogramm CO₂-Äquivalent pro Quadratmeter Fensterfläche (kg CO₂eq/m²), für Holzfenster mit zirka 3 kg CO₂eq/m² fast doppelt so viel, bedingt durch den durch Schleifen, Lasieren und Lackieren höheren Aufwand.

Geht es um den Komplettaustausch, werden zuerst die Module C2 (Transport), C3 (Abfallbewirtschaftung) und C4 (Deponierung) quantifiziert, zusätzlich das Modul D (Vorteile und Belastungen). Die entsorgten Holzfenster verursachen ein GWPt von gut 22 kg CO₂eq/m², die Aluminiumfenster liegen dagegen mit 67 kg im Plus, sprich: sie bringen eine Gutschrift, aus den oben genannten Gründen. Die neuen Holzfenster schlagen wiederum mit 42 kg ins GWP-Kontor, Kunststofffenster mit 76 und Aluminiumfenster mit 179 kg CO₂eq/m² (jeweils Module A1 bis A5). In Summe sind das gut 64 kg für das neue Holzfenster, 98 für das Kunststoff- und 112 kg CO₂eq/m² für das neue Aluminiumfenster.

Für Austausch und Erneuerung nur der Verglasung ergeben sich niedrigere Werte. Zweifach-Wärmeschutzverglasung bringt es auf rund 33 kg, Dreifach-Wärmeschutzverglasung auf 47 kg und die VIG auf 38 kg CO₂eq/m², mit jeweils geringen Zuschlägen für Ausbau sowie An- und Abfahrten der Ausführenden. Das Aufbringen von VIG-Aufsatzflügeln, außen oder raumseitig, macht für die Module A1 bis A5 bei Holzfenstern 40 kg aus und bei Aluminiumfenstern 46 kg CO₂eq/m².

Emissionen infolge der Beheizung des Gebäudes und ­kumulierte Emissionen

Zu den grauen Emissionen müssen nun die durch die Beheizung des Gebäudes verursachten addiert werden, ermittelt anhand der Energiekennwerte der Fenster. Abb. 3 zeigt als Resultat für die Holzfenster die Summe der Emissionen bis 2050. Im Gebäude mit Gasheizung kommen im Fall der Minimalsanierung beachtliche 780 kg CO₂eq/m² zusammen, die günstigste Variante ist noch der Ersatz des bestehenden Holz- durch ein Kunststofffenster. Das startet zwar mit 98 kg (siehe oben), bleibt aber knapp unter der 200er-Marke. Nicht wesentlich schlechter ist Variante H5, der Ersatz der Bestandsverglasung durch eine Dreifach-Wärmeschutzverglasung.

Die geht mit 47 kg CO₂eq/m² ins Rennen (siehe oben), überschreitet aber die 250er-Marke nicht. Im Gebäude mit Wärmepumpe zeigen sich zwischen den Varianten keine großen Unterschiede, abgesehen von der Minimalsanierung bei Annahme des linearen Absenkpfades, die nach oben ausreißt. Ansonsten stehen die Varianten mit Glastausch und mit Aufsatzflügel 2050 sogar günstiger da als die mit Fenstertausch. Im Gebäude mit Aluminium-Bestandsfenstern ist das Bild vergleichbar.

Ergebnisse und Interpretation, Zusammenfassung und Ausblick

In vielen Fällen erzielen also die Alternativen zum Austausch der Bestandsfenster ähnliche oder bessere Ergebnisse, berücksichtigt man neben den Emissionen in der Nutzungszeit auch die grauen Emissionen. Dabei gibt es keine Aussagen, die für jedes Fenster an jedem Standort gelten. Vielmehr müssen die jeweils vorliegenden Randbedingungen miteinbezogen werden, insbesondere die Art der Heizwärmeerzeugung. Dennoch lassen sich einige Kernerkenntnisse zusammenfassen:

• Gebäude mit Gasheizungen verursachen generell hohe Treibhausgasemissionen. Alle betrachteten Varianten – egal, ob Sanierung oder Fenstertausch – liegen am Ende deutlich über den Varianten mit Wärmepumpe (abgesehen von der aus anderen Gründen nicht empfehlenswerten Kombination unsaniertes Fenster + Wärmepumpe). Insofern ist in diesen Fällen ein Heizungstausch das wesentlich wirkungsvollere Mittel zur Vermeidung von Treibhausgasen als eine Maßnahme am Fenster. Muss jedoch ein Gebäude zwingend noch längerfristig mit Gas beheizt werden, ist der Heizwärmebedarf zu reduzieren. Hier führt regelmäßig die Verbesserung des Wärmeschutzes zu den niedrigsten Gesamtemissionen – selbst unter Einsatz von zunächst relativ viel grauer Energie.
• Bestandsfenster im Vertrauen auf eine rasche Transformation der Energieversorgung unverändert zu lassen, ist nicht zu empfehlen. Lediglich in einem einzigen Szenario, bei einem bestehenden Holzfenster in Kombination mit einer Wärmepumpenheizung und sehr schneller Dekarbonisierung der Stromerzeugung, liegt das unsanierte Fenster in der Gesamtbetrachtung in einem ähnlichen Bereich wie die Vergleichsvarianten.
• Bei Gebäuden mit Wärmepumpe fällt der spätere Heizwärmebedarf weniger ins Gewicht. In disem Fall erbringen schonendere Sanierungsvarianten, wie der Austausch der Verglasung, meist bessere Ergebnisse als der Fenstertausch, vor allem, wenn die Dekarbonisierung der Stromversorgung tatsächlich dem optimistischen Szenario folgt. Wenn nicht, nähern sich die Ergebnisse der verschiedenen Varianten einander an. Aber selbst dann können die sanierten Varianten immer noch mit dem Fenstertausch konkurrieren.
• Unter den Varianten mit Glasaustausch liegt häufig die mit Vakuumisolierglas vorne, dank hohem Wärmeschutz bei überschaubaren grauen Emissionen. Lediglich in einem Aluminiumrahmen kann sie ihre Vorteile nicht vollständig ausspielen, da sich die Wärmebrückenwirkung am Randverbund stärker auswirkt als in einem Holzrahmen. Die Holzmanufaktur arbeitet derzeit an gedämmten Aluminiumschalen, um Abhilfe zu schaffen.
• Das Anbringen eines zusätzlichen Aufsatzflügels mit Vakuumisolierglas reduziert die Wärmeverluste deutlich. Die damit allerdings reduzierten solaren Wärmegewinne können diesen Vorteil wieder aufzehren – insbesondere, wenn das Bestandsfenster bereits eine beschichtete Verglasung aufweist kann dieser Nachteil überwiegen.
• In Regionen mit sehr kalten Wintern hat – unabhängig vom Wärmeerzeuger – der Wärmeschutz Priorität. In diesem Fall sollten Sanierungsmaßnahmen weitergehen als in moderaten oder milden Klimaregionen.

Diese Erkenntnisse können Planerinnen und Planern sowie ausführenden Firmen dabei helfen, objektspezifisch die passende, im Hinblick auf den Klimaschutz zielführendste Sanierungsvariante zu erkennen.

Die Autor:innen der Studie wollen abschließend darauf hinweisen, dass neben dem Klimaschutz selbstverständlich thermische Behaglichkeit, Tageslichtversorgung und darüber hinaus die baukulturelle Bedeutung auch von Fenstern der jüngeren Baugeschichte eine Rolle spielen. Für die Entscheidung über einen angemessenen Umgang mit den Fenstern eines konkreten Gebäudes können die hier dokumentierten Erkenntnisse deshalb nur einen Baustein liefern – wenn auch einen, der aufgrund der weitreichenden Auswirkungen des menschen-
gemachten Klimawandels von erheblichem Gewicht ist.

Quellen

[1] DIN EN 15978:2012-10: Nachhaltigkeit von Bauwerken – Bewertung der umwelt­bezogenen Qualität von Gebäuden – Berechnungsmethode

[2] DIN EN 15643:2021-12: Nachhaltigkeit von Bauwerken – Allgemeine Rahmen­bedingungen zur Bewertung von Gebäuden und Ingenieurbauwerken

[3] www.oekobaudat.de, Zugriff am 29.08. 2025

[4] ift Rosenheim, Umweltproduktdeklaration (EPD) M-EPD-HOF-1000: Fenster und Hebeschiebeelemente aus Holz, 2025

[5] ift Rosenheim, Umweltproduktdeklaration (EPD) M-EPD-KSF-1000: Fenster und Hebe­schiebeelemente aus Kunststoff, 2025

[6] ift Rosenheim, Umweltproduktdeklaration (EPD) M-EPD-ALF-1000: Fenster und Hebe­schiebeelemente aus Aluminium, 2025

[7] Technikkatalog Wärmeplanung, Hg. v. ifeu – Institut für Energie- und Umwelt­forschung, 2024, www.t1p.de/GEB260440

Prof. Markus Binder

lehrt an der HFT Stuttgart Integrierte Gebäudetechnik und ist darüber hinaus einer von drei geschäftsführenden Partnern des Planungsbüros CAPE in Schwäbisch Hall, Esslingen und Kirchheim.

Bild: Rafael Kroetz Fotografie

M.Sc. Svenja Schäfer

ist Architektin mit den Schwerpunkten nachhaltiges und soziales Bauen bei CAPE in Schwäbisch Hall. Als Lehrbeauftragte unterrichtet sie an der Hochschule für Technik Stuttgart.

Bild: Rafael Kroetz Fotografie

Bild: Holzmanufaktur Rottweil

Quelle: Autoren

Vakuumverglasung aus Europa

Die Holzmanufaktur Rottweil nutzt die Vakuum-Isolierverglasung Fineo von AGC Glass seit längerem, um historische Fenster bei Erhalt der äußeren Anmutung energetisch zu verbessern. Laut Fineo-Produktmanager Clément Lemoine ermöglicht die 0,1 Millimeter messende Vakuumschicht zwischen den beiden Scheiben in der dünnsten Version mit einer Dicke von 6,7 Millimetern einen U_g-Wert von 0,7 W/m²K. In Paris hat jüngst das Büro Wilmotte & Associés mit Vakuumverglasung des Herstellers einem Glasanbau der 1930er zu einem zeitgemäßen Wärmeschutz verholfen.

Bild: AGC Fineo