Beschusssicheres Glas mit Wärmeschutz

Zielsetzung

Die transparente Gebäudehülle stellt in sicherheitsrelevanten Bereichen eine kritische Situation in Bauwerken dar. Die Verglasungen ermöglichen einen Austausch zwischen Innen- und Außenbereich, verbinden diese architektonische Qualität allerdings nur mit einem begrenzten Widerstand gegen ballistische Einwirkungen. Daher werden bisher meistens dicke und schwere Querschnitte als Einfachglas eingesetzt, die erhebliche Nachteile hinsichtlich Eigengewicht, Konstruktion und Wärmeschutz aufweisen. Gleichzeitig steigen aber die energetischen Anforderungen an Gebäudehüllen im Zusammenhang mit dem Gebäudeenergiegesetz (GEG).

Das ZIM-Kooperationsprojekt zwischen dem Lehrstuhl für Tragkonstruktion an der Universität Siegen und der SiLATEC Sicherheits- und Laminatglastechnik GmbH adressiert diese Konflikte durch die Entwicklung neuartiger beschusshemmender Verglasungen mit hohem Wärmeschutz. Ziel ist die Konzeption transparenter Sicherheitssonderverglasungen, die ballistische Anforderungen der Beschusshemmung nach DIN EN 1063 erfüllen sowie energetische und konstruktive Randbedingungen moderner Fassaden erfüllen.

Die Untersuchungen umfassen experimentelle Beschussversuche und numerischen Simulationen zur Analyse des Versagensverhaltens mehrschichtiger Verbundsysteme. Im Fokus stehen Materialkombinationen aus Glas und Kunststoffen. Die Entwicklung von Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) oder die gezielte Integration von Vakuum-Isolierglas (VIG) ermöglicht beschusshemmende Verglasung, die eine signifikante Verbesserung des Wärmeschutzes bei reduzierter Nenndicke ermöglichen. Die Ergebnisse leisten einen Beitrag zur Weiterentwicklung energieeffizienter Fassaden mit passiver sowie aktiver Sicherheit und eröffnen Gestaltungsspielräume für transparente Gebäudehüllen in sicherheitsrelevanten Anwendungen. 

Anwendungsbereiche von beschusssicherem Glas mit Wärmeschutz

• Verwaltungsgebäude mit erhöhtem Sicherheitsbedarf bei gleichzeitiger Transparenz
• Botschaften und kritische Infrastrukturen mit Anforderungen an ballistischen Schutz und Energieeffizienz
• Sonderbauten mit sicherheitstechnischen Anforderungen
• Fassadenanwendungen mit Beschusshemmung und erhöhtem Wärmeschutz
• Bestandsgebäude zur Nachrüstung leichter, schlanker, beschusshemmender und energetisch optimierter Verglasungen
• Öffentliche Bereiche mit erhöhtem Personenschutz 

Methodik, Datengrundlage und Untersuchungsgegenstand

• Experimentelle Beschussversuche nach DIN EN 1063
• Numerische Simulationen auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Vordimensionierung
• Bewertung des Splitterabgangs, Geschossverhaltens vor und nach dem Aufprall, Nenndicke und Eigengewicht
• Untersuchung monolithischer und mehrschichtiger Querschnitte als Laminate aus Floatglas (FG), Einscheibensicherheitsglas (ESG), Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie polymeren Zwischenschichten aus Polyvinylbutyral (PVB) und Polyurethan (PUR)
• Untersuchung als Einfachglas, Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) und mit Vakuum-Isolierglas (VIG)
• Untersuchung der Produktion bei SiLATEC Sicherheits- und Laminatglastechnik GmbH unter Nutzung bestehender und optimierter Fertigungsprozesse 

Ergebnisse

• Nachweis der Kombination von Beschusshemmung und Wärmeschutz in für Verglasungen
• Materialien wie Glas zeigen eine hohe Reduktion der Geschossgeschwindigkeit, allerdings eine ausgeprägte Splitterbildung
• Materialien wie Polycarbonat weisen eine geringere Energieaufnahme, allerdings eine sehr gute Splitterbindung auf
• Reduktion von Nenndicke und Eigengewicht durch die Kombination aus Glas und Kunststoff
• Verbesserung der energetischen Eigenschaften gegenüber konventionellen Sicherheitssonderverglasungen mit Wärmschutz durch die Integration in einem Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) oder Vakuum-Isolierglas (VIG)
• Beitrag zur energetischen Sanierung und nachhaltigen Ertüchtigung von Gebäuden unter Berücksichtigung der aktiven und passiven Sicherheit
• Erhöhung der Transparenz und der architektonischen Gestaltung