Wie viel Schutz bieten Fassadengläser vor UV-Licht?

Fast jeder Mensch verbindet mit der Sonnenstrahlung zunächst etwas Positives. Gerade im Frühling, nach den kurzen, dunklen und kalten Tagen des Winters, erfreut man sich an jedem Sonnenstrahl. Oft halten wir uns dabei dann ganz bewusst in der Sonne auf und unterschätzen gerade in dieser Zeit die möglichen Gesundheitsgefahren.

Denn unser eigenes Verhalten ist oft nicht dem „UV“-Sonnenstand angepasst. Dieser entspricht im April und Mai etwa dem der Monate August und September, sodass die Bestrahlung auch in diesen Monaten hoch ist und zu bleibenden Hautschädigungen führen kann.

Der Wellenlängenbereich der UV-Strahlung wird in drei Bereiche unterteilt:

• UV-C (100–280 nm)
• UV-B (280–315 nm)
• UV-A (315–400 nm)

Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Energie und damit auch das Schädigungspotenzial. UV-C wird von der Ozonschicht der Erde vollständig absorbiert, UV-B erreicht zu etwa 10% die Erdoberfläche und UV-A nahezu ungehindert. Diese Eigenschaft spielt bei der Beurteilung der Transmission, sprich der Lichtdurchlässigkeit von Scheiben jeglicher Art, eine wichtige Rolle.

UV-Strahlung und Berufskrankheit

Das Thema „UV-Strahlung“ wird in der Arbeitswelt zurzeit intensiv diskutiert. Grund hierfür ist die Berufskrankheit Nr. 5103 „Plattenepithelkarzinome oder multiple aktinische Keratosen der Haut durch natürliche UV-Strahlung“, die am 1. Januar 2015 neu in die sogenannte „Berufskrankheitenliste“ aufgenommen wurde.

Die „amtliche“ Feststellung, dass arbeitsbedingte UV-Strahlung Hautkrebs auslösen kann, führt bei vielen Menschen zu Unsicherheiten. Bin ich gefährdet? War ich während meiner Tätigkeiten im Beruf übermäßig exponiert? Bin ich ausreichend durch UV-Strahlung durch Glas geschützt?

Exposition hängt von der Tätigkeit und dem Ort ab

Zu den verschiedenen „Expositionsszenarien“ gibt es bisher jedoch nur wenig Wissen und damit weiteren Forschungsbedarf. Schon jetzt ist es möglich, mithilfe eines Algorithmus retrospektiv Berechnungen der Exposition von Beschäftigten durchzuführen, um Aussagen über den Anteil der im Arbeitsleben erworbenen Bestrahlung treffen zu können (Wittlich et al. 2016). Dadurch können anschließend Maßnahmen zum Schutz vor der Sonne abgeleitet werden.

Diese Ermittlung der arbeitsbedingten Exposition ist eine wichtige Voraussetzung, um über das Vorliegen einer Berufskrankheit zu entscheiden (Wittlich 2015). Alle Beschäftigten, die in Deutschland ganz oder teilweise im Freien arbeiten, sind potenziell durch die UV-Strahlen gefährdet.

Entscheidend ist, wann und wie lange ein Beschäftigter der Strahlung der Sonne – genauer gesagt der gesamten Himmelsphäre – ausgesetzt sind. Hier kommen detaillierte Kenntnisse über die Expositionssituation zum Tragen.

Im Rahmen der DGUV-Messkampagnen werden seit 2014 detaillierte Belastungsdaten für unterschiedliche Tätigkeiten im Außenbereich gesammelt und ausgewertet. Bei der Klärung von Präventionsbedarf tritt regelmäßig auch die Frage nach der Exposition von Personen in Fahrzeugen und in Gebäuden mit Glasflächen und Glasfassaden auf. Denn die Kraft von UV-Strahlen durch Glas wird von vielen Menschen nach wie vor unterschätzt.

Transmissionsspektren unterschiedlicher Scheibentypen: Die Transmission der verschiedenen Gläser für UV-Strahlung (in %) steigt mit steigender Wellenlänge (in nm) an. Im Wellenlängenbereich der DNS-schädigenden UV-B-Strahlung ist keine hindurch kommende UV-Strahlung mehr feststellbar. Es finden sich ausschließlich Anteile der längerwelligen UV-A-Strahlung. Angegeben ist der Spektralbereich, in dem UV-Strahlungsanteile der Sonne die Erdoberfläche erreichen.

Fensterglas hat Einfluss auf die Transmission

Die Durchlässigkeit von Fensterglas für optische Strahlung hängt wesentlich von den Eigenschaften des verwendeten Materials und der Stärke des UV-Schutzes ab. Ein Blick auf den Markt der verfügbaren Materialien zeigt die breite Varianz in den verwendeten Werkstoffen und impliziert damit auch die Unüberschaubarkeit hinsichtlich der optischen Eigenschaften.

Ausgehend von den ursprünglichen Monoscheiben haben sich die heutigen (Isolier-)Gläser zu technischen Spezialanwendungen verändert, mit Folien, verschiedenen Glastypen, Gasfüllungen usw.. Sie erlauben nicht nur Durchblick und Wetterschutz, sondern sind teils auch wichtige statische Bauelemente, die in der Struktur eines Gebäudes eingeplant werden.

Je nach Gebäudekonstruktion werden gleich zwei Hüllen, d.h. Schichten der Außenwand, mit Fassadengläsern verbaut: eine Sekundärfassade als äußere Hülle sowie eine Primärfassade als Büroabschluss. Zunehmend sind solche Gläser aus Verbundsicherheitsglas (VSG) ausgeführt, wobei sie aber unterschiedliche Eigenschaften besitzen können, welche sich auch auf den UV-Schutz im Glas auswirken.

Grundsätzlich werden die Nennwerte und optischen Kenngrößen von Gebäudegläsern in der DIN EN 410 (2011) beschrieben. Sie ist sowohl auf gängige Verglasungstypen als auch auf absorbierende oder reflektierende Sonnenschutzgläser anwendbar, die u.a. bei Lochfassaden senkrecht oder waagerecht eingesetzt werden.

In der IFA-Studie werden Ergebnisse gezeigt, die exemplarisch die Transmission von Scheiben von Gebäuden verschiedener Epochen zeigen:

• Zweietagiges Mehrzweckgebäude aus den frühen 1980er Jahren
• Dreietagiges Verwaltungsgebäude aus den 1980er Jahren
• Dreietagiges Verwaltungsgebäude aus den 2010er Jahren
• Verwaltungshochhaus (>40 Etagen) aus den frühen 2000er Jahren
• Pförtnergebäude aus den Wirtschaftswunderjahren (1950–1970)

Die daraus gewonnenen Ergebnisse können mit der Transmission von Fahrzeugscheiben verglichen werden, da anzunehmen ist, dass die gleichen Basis-Materialien verwendet wurden. Dabei erstreckten sich die Messungen auf Verbundgläser sowie auf Monogläser- und Kunststoffscheiben.

Obwohl die konkrete Expositionssituation in Fahrzeugen eine andere sein kann, ist die Fragestellung hinsichtlich der Transmission gleich.

Systematische Messungen zeigen UV-Schutz durch Glas

Um die Transmission von Fassaden aus Glas ermitteln zu können, hat das IFA mithilfe eines eigens entwickelten, mobilen Messaufbaus systematische Messungen durchgeführt.

Von Interesse ist die sogenannte Transmission der erythemwirksamen UV-Bestrahlung. Das bedeutet, dass die durch das Fensterglas transmittierte Strahlung hinsichtlich ihrer Fähigkeit, einen Sonnenbrand („Erythem“) auszulösen, bewertet wird.

Die gewonnenen Werte werden zum einen für Zwecke der Prävention in Verbindung mit den Ergebnissen aus Genesis-UV umgesetzt, und zudem hinsichtlich der Relevanz für die BK-Nr. 5103 geprüft.

Die UV-Exposition von Beschäftigten wird grundsätzlich bezüglich der Erythemwirksamkeit bewertet, obwohl dies für das Wirkungsspektrum bei Hautkrebs nur eine Näherung darstellt. Hinsichtlich der Bewertung von natürlicher UV-Strahlung der Sonne handelt es sich hierbei um einen „Common Sense“.

Ein Blick auf die Ergebnisse (s. Bild oben) zeigt eine gute Schutzwirkung der untersuchten Glasscheiben vor UV-Strahlung. Führend sind dabei die Fenster in dem Verwaltungshochhaus aus den frühen 2000er Jahren, die auf den Südseiten der oberen Etagen nur 0,3% der einfallenden UV-Strahlung durchlassen.

Selbst in den Gebäude aus den 1950er und 1960er Jahren sowie den Bauten aus den 1980er Jahren ist die Transmission kleiner als 4 % bzw. 5 %. Interessanterweise wurden bei der Erweiterung des Mehrzweckbaus in den 2010er Jahren Gläser verbaut, die weniger als 2% der UV-Strahlung durchlassen und den schon guten Schutz weiter verbessern.

Schaut man auf die transmittierten, spektral gewichteten Anteile der UV-Strahlung (Bild 01), so haben alle Scheiben die völlige Blockierung der UV-B-Strahlungsanteile gemein: Keinerlei Strahlungsanteile bei Wellenlängen kürzer als 325 nm konnten detektiert werden.

Es werden ausschließlich UV-A-Strahlungsanteile durch die Scheiben hindurchgelassen.

Insbesondere im untersuchten Verwaltungshochhaus existiert dadurch ein hoher UV-Schutz durch das Glas der Fassaden. Dort gelangt erst Strahlung mit Wellenlängen größer als 380 nm hindurch; ein Wellenlängenbereich, der in manchen Definitionen schon dem visuellen Blaulicht zugeordnet wird.

Hieraus lässt sich schlussfolgern, dass keine Strahlungsanteile durch die Scheiben gelangen, die eine direkte Schädigung der DNS im Zellkern verursachen können. Die UV-Schutzverglasung der Fassade ist also ausreichend.

Glasfassaden eignen sich als UV-Schutzverglasung

Die gewonnenen Erkenntnisse der Studie lassen sich für die Prävention verwenden. Für die Beschäftigten in Gebäuden besteht keine Gefährdung durch solare UV-Strahlung. Die UV-Durchlässigkeit ist sehr gering, der UV-Schutz durch das Glas ausreichend. Es müssen also keine speziellen Schutzmaßnahmen ergriffen werden.

Im Umkehrschluss kann argumentiert werden, dass insbesondere der UV-Schutz durch Fensterglas oder ähnliche absorbierende Materialien ausreichend ist. Man sollte also dort – wo möglich – Glas als Schutz vor UV-Strahlen verwenden.

Diese Erkenntnisse decken sich auch mit Forschungsergebnissen, die in einer Studie zur Transmission von Fahrzeugscheiben gewonnen wurden. Die verschiedenen Typen von Fahrzeuggläsern lassen sich gemäß ihrer Transmissionsfähigkeit für UV-Strahlung in zwei Gruppen einteilen:

• Monoscheiben mit einer Transmission von 5–10 % und einer daraus folgenden Absorptionsrate von 90–95 % der erythemwirksamen UV-Strahlung und
• Verbundglas- und Kunststoffscheiben, die sogar nur zwischen 1 % und 2 % der einfallenden Strahlung transmittieren.

Für die präventiven Aspekte kann man die Wirkung der Fassadengläser als „UPF“ (siehe Infobox) angeben, der sich in der Berechnung aus dem Kehrwert des Transmissionsfaktors ergibt.

Es folgen daraus UPFs zwischen 20 für das zweistöckige Mehrzweckgebäude aus den 1980er Jahren und von fast 400 für das Verwaltungshochhaus. Der UPF erlaubt eine direkte Aussage darüber, um welchen Faktor sich die Expositionszeit bis zum Erreichen der Sonnenbrandschwelle verlängern würde. Es ist zu erkennen, dass Beschäftige hinter den entsprechenden Fensterscheiben gut vor der UV-Strahlung geschützt sind.

Grundsätzliches zur Exposition in Gebäuden

Bei der Beurteilung von Expositionen muss immer die Gesamtsituation betrachtet werden. Entscheidend sind grundsätzlich die Zeitanteile, in denen eine Körperstelle bestrahlt wird. Beim Arbeiten in Gebäuden kann nach den Ergebnissen der Messungen im Allgemeinen davon ausgegangen werden, dass ein ausreichender Schutz und damit keine Gefahr für die Gesundheit besteht. Besondere Präventionsmaßnahmen sind nicht erforderlich. Selbst bei einem Arbeitsplatz in einem Büro in Südlage in unmittelbarer Fensternähe dürften Fensterscheiben ausreichend schützen.

Oft wird es aber gerade dort schon Sonnenschutz geben, um z.B. durch Rollläden oder Raffstoren die mit der Sonne verbundene Hitzeentwicklung und Blendung zu reduzieren. Zudem bewegt man sich während der Arbeit am Arbeitsplatz oder innerhalb des Gebäudes, sodass die theoretisch mögliche Bestrahlung ohnehin bei weitem nicht erreicht wird.

Schlussfolgerungen und Ausblick: UV-Schutz durch Glas

Moderne Fassadengläser bieten ein hohes Maß an Schutz vor UV-Strahlung. Dies wird oft schon durch den konstruktiven Aufbau der Fensterscheibe erreicht. Viele Hersteller bieten zusätzlich eine integrierte UV-Schutzverglasung an. Das verstärkt die Schutzwirkung für den Menschen und kann darüber hinaus auch das Ausbleichen der Möbelstücke verhindern.

Retrospektiv betrachtet kann geschlossen werden, dass selbst Gläser in Gebäuden aus der Wirtschaftswunderzeit der 1950er und 1960er Jahre einen guten Schutz vor solarer UV-Strahlung geboten haben. Eine hautschädigende Exposition gegenüber solarer UV-Strahlung durch Glas kann in Gebäuden daher ausgeschlossen werden. Dies ist vor allem deswegen bedeutend, da immer mehr Büro- und Wohngebäude auf großflächige Panorama-Glasfassaden setzen.

Bei der Planung von Fensterfläche sollte die natürliche Beleuchtung jedoch eine wesentliche Rolle spielen.

Dieser Artikel von Marc Wittlich ist zuerst erschienen in GLASWELT Ausgabe: 09-2017. Dr. rer. nat. Marc Wittlich ist am Institut für Arbeitsschutz der DGUV in Sankt Augustin aktiv.