Vakuumglas erklärt: Wie funktioniert Vakuumisolierglas?

Was ist Vakuumglas?
Vakuumglas – korrekter: Vakuumisolierglas (VIG) – ist eine Verglasungstechnologie, bei der zwei Glasscheiben nicht wie bei klassischer Isolierverglasung durch einen gasgefüllten Scheibenzwischenraum getrennt sind, sondern durch einen extrem schmalen, luftleer gepumpten Spalt. Dieser Beitrag erklärt, wie das technisch funktioniert und wodurch sich die Technologie von klassischer Isolierverglasung unterscheidet.

Aufbau im Detail
Zwischen den beiden Glasscheiben liegt ein Zwischenraum von weniger als einem Millimeter. Dieser wird bei der Herstellung auf einen Druck von rund 10-6 bar evakuiert – ein nahezu vollständiges Vakuum. Damit der Zwischenraum unter dem enormen Druckunterschied zur Umgebungsluft nicht kollabiert, sind mikroskopisch kleine Stützpillar-Arrays gleichmäßig im Scheibenzwischenraum verteilt, die die beiden Scheiben auf Abstand halten, ohne die Verglasung optisch merklich zu beeinträchtigen. Am Rand werden die Scheiben dauerhaft luftdicht miteinander verbunden – der sogenannte Randverbund. (Quelle: baunetzwissen.de/glossar/v/vakuumisolierglas-5239955, vip-bau.de/d_pages/technik/vig/funktionsweise.htm)

Warum ein Vakuum so gut dämmt
Wärme kann grundsätzlich über drei Wege übertragen werden: Wärmeleitung (Konduktion), Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmestrahlung. In einem klassischen, gasgefüllten Scheibenzwischenraum finden alle drei Mechanismen statt, auch wenn Gasfüllungen wie Argon oder Krypton die Konvektion bereits gegenüber Luft reduzieren. In einem Vakuum dagegen gibt es praktisch kein Gas mehr, das Wärme leiten oder strömen könnte – Konduktion und Konvektion entfallen nahezu vollständig. Übrig bleibt nur die Wärmestrahlung, die sich zusätzlich durch niedrigemissive Beschichtungen der Glasoberflächen reduzieren lässt. Genau dieser Effekt macht Vakuumisolierglas bei sehr geringer Bauteildicke so leistungsfähig.

Vakuum versus klassische Gasfüllung: der Unterschied
Klassische Isolierverglasung erreicht ihre Dämmwirkung durch einen vergleichsweise breiten, gasgefüllten Scheibenzwischenraum, meist mit einem schwereren Edelgas wie Argon oder Krypton. Das reduziert die Konvektion gegenüber einer reinen Luftfüllung, eliminiert sie aber nicht vollständig, und die Konduktion durch das Gas bleibt bestehen. Vakuumisolierglas verfolgt den entgegengesetzten Ansatz: Statt die Wärmeübertragung durch ein „besseres“ Gas zu verringern, wird das Gas komplett entfernt. Das Ergebnis ist eine vergleichbare oder bessere Dämmwirkung bei einem Bruchteil der Bauteildicke – der entscheidende Unterschied für Anwendungen, bei denen wenig Platz zur Verfügung steht.

Erreichbare Dämmwerte
Als unabhängiger Anhaltspunkt gilt in der Fachliteratur ein Ug-Wert von bis zu 0,5 W/(m²K) als Stand der Technik bei Vakuumisolierglas. Mit einer beschichteten Gegenscheibe und einem zusätzlichen Gaszwischenraum – also einer Kombination aus Vakuumglas-Element und klassischem Isolierglasaufbau – sind nach Herstellerangaben Werte bis 0,4 W/(m²K) erreichbar. Zum Einordnen: Je niedriger der Ug-Wert, desto weniger Wärme geht durch das Bauteil verloren.

Der Randverbund als kritisches Bauteil
Die technisch anspruchsvollste Stelle bei Vakuumisolierglas ist nicht die Fläche, sondern der Rand: Hier müssen die beiden Scheiben dauerhaft luftdicht verbunden werden, damit das Vakuum über die gesamte Lebensdauer erhalten bleibt. Eine Undichtigkeit am Randverbund führt zu einem allmählichen Druckanstieg im Scheibenzwischenraum und in der Folge zu einem messbaren Verlust der Dämmwirkung – anders als etwa bei klassischer Isolierverglasung, wo ein Gasverlust meist zuerst durch Beschlagen sichtbar wird. Bei Vakuumisolierglas ist eine Leckage ohne Messung schwerer zu erkennen, was die Qualität von Herstellung und Randverbund umso wichtiger macht.

Die drei Wärmeübertragungswege im Überblick

ÜbertragungswegBei klassischer GasfüllungBei Vakuum
Konduktion (Wärmeleitung durch das Gas)vorhanden, durch Gasfüllung reduziertentfällt nahezu vollständig
Konvektion (Gasströmung im Zwischenraum)vorhanden, durch Gasfüllung reduziertentfällt nahezu vollständig
Strahlungvorhanden, durch Beschichtung reduzierbarvorhanden, durch Beschichtung reduzierbar

Diese Tabelle verdeutlicht, warum Vakuumisolierglas bei gleicher oder geringerer Bauteildicke mit klassischer Isolierverglasung mithalten oder sie übertreffen kann: Zwei von drei Übertragungswegen entfallen praktisch vollständig, während bei klassischer Gasfüllung lediglich die Konvektion reduziert, aber nicht eliminiert wird.

Häufige Fragen zur Funktionsweise
Warum sieht man die Stützpillars nicht als störende Punkte in der Scheibe?
Die Stützpillars sind mikroskopisch klein und in einem weiten Raster über die Scheibenfläche verteilt, wodurch sie im normalen Betrachtungsabstand kaum auffallen. Aus der Nähe können sie unter bestimmten Lichtverhältnissen sichtbar sein.
Kann das Vakuum im Lauf der Zeit von selbst nachlassen?
Ein intaktes System soll das Vakuum über die vorgesehene Lebensdauer halten. Entscheidend dafür ist ausschließlich die Dichtigkeit des Randverbunds; ohne Beschädigung dieser Stelle findet kein relevanter Druckanstieg statt.
Ist Vakuumisolierglas bruchsicherer oder empfindlicher als klassisches Isolierglas?
Die Bruchfestigkeit der einzelnen Glasscheiben unterscheidet sich nicht grundsätzlich von anderen Verglasungen. Die Besonderheit liegt beim Randverbund als der für die Dämmfunktion kritischen Stelle, nicht bei der mechanischen Festigkeit der Scheiben selbst.

Eine bekannte Analogie: die Thermoskanne
Das Funktionsprinzip von Vakuumisolierglas lässt sich mit einer klassischen Thermoskanne vergleichen: Auch dort sorgt ein Vakuum zwischen zwei Wänden dafür, dass kaum Wärme durch Leitung oder Strömung entweichen kann. Der entscheidende Unterschied liegt im Maßstab und in der Bauform – bei Vakuumisolierglas muss der extrem schmale, evakuierte Spalt zwischen zwei großflächigen, ebenen Glasscheiben stabil bleiben, was die mikroskopischen Stützpillars erst ermöglichen. Eine Thermoskanne mit ihrer runden, in sich stabilen Form hat dieses Problem in dieser Form nicht.

Für wen ist Vakuumglas interessant?

Sanierung von Gebäuden mit schlanken, historischen oder denkmalgeschützten Fensterrahmen, in die dickere Mehrfachverglasung nicht passt
Neubauten, bei denen aus gestalterischen oder statischen Gründen eine möglichst filigrane Verglasung gewünscht ist
Projekte, bei denen sowohl geringe Bauteildicke als auch sehr niedrige Ug-Werte gefordert sind

Fazit
Vakuumisolierglas erreicht seine Dämmwirkung nicht durch ein besseres Gas, sondern durch dessen vollständige Entfernung. Das macht die Technologie bei sehr geringer Bauteildicke leistungsfähig, stellt aber besondere Anforderungen an die Qualität des Randverbunds. Wer verstehen will, ob sich die Technologie für ein konkretes Projekt lohnt, findet dazu im zweiten Teil dieser Reihe eine Einordnung zu Kosten und Nutzen. Anzeige: Ein Hinweis in eigener Sache – die Zurynski, Oezdogan & Co GmbH, die diese Seite betreibt, vertreibt selbst die Beschichtung PSCoat und ordnet sie deshalb an dieser Stelle ein. Vakuumisolierglas löst die Dämmaufgabe an der Fensterfläche; für die übrige Gebäudehülle – Fassade, Dach, technische Anlagen – braucht es andere Lösungen. PSCoat ist eine dünnschichtige Beschichtung für genau diese opaken Bauteile, die ohne Scheibenaufbau, Randverbund oder Vakuum auskommt. Wer sich über das Produkt informieren möchte, findet auf der Produktseite von PSCoat weiterführende technische Angaben.

Quellen dieses Beitrags
Folgende Punkte dieses Beitrags sind Herstellerangaben, stammen aus nur einer Quelle oder wurden aus anderen Gruenden nicht unabhaengig verifiziert:

Genaue Maße klassischer Gaszwischenräume werden bewusst nicht beziffert, da hierfür keine der bereitgestellten Quellen einen konkreten Wert nennt.