Der «Aerobrick» Ein mit Aerogel befüllter Dämmziegel

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1 Der «Aerobrick» Ein mit Aerogel befüllter Dämmziegel Dr. Jannis Wernery Gruppenleiter Gebäudeintegration Empa Labor für Materialien und Komponenten für energieeffiziente Gebäude IG HLWD 17. April 2018 Dr. Jannis Wernery 1

2 Die monolithische Gebäudehülle SYSTEM-BEISPIELE wärmedämmender Beton Dämmziegel Holz VORTEILE andere architektonische Möglichkeiten Vermeidung von Wärmebrücken weniger Arbeitsschritte (Kosten) Brandschutz (bei anorganischen Materialien) Haltbarkeit NACHTEILE Kompromiss zw. thermischen u. statischen Eigenschaften geringere Flexibilität (Kombinationen, Renovation) Dr. Jannis Wernery 2

3 Dämmziegel Materialien: Ton, Beton Geometrie (Wärmebrücken) Füllung: Luft, Mineralwolle, Perlit, PU, EPS Forschung zu Dämmziegeln: Eigenschaften der Dämmziegel Al- Hadhrami & Ahmad Pavlík et al. Zukowski & Haese Pavlík et al. Kočí et al. Kočí et al. Füllmaterial Luft Luft Perlit Mineralwolle EPS/PU Luft Wärmeleitfähigkeit (mw/(m K)) Dicke für U=0.2 W/(m 2 K) (m) Dr. Jannis Wernery 3

4 Eigenschaften Aerogel Silikat-Aerogel SiO 2 -Skelett-Struktur hydrophobierte Oberfläche offene Poren diffusionsoffen hydrophob 20 nm Verschiedene Dämmstoffe Granulat Matten Platten Dämmputze λ = mw m K nicht brennbar TEM Dr. Jannis Wernery 4

5 Aerogel-Dämmstoffe Neue Aerogel-Mischung als Füllmaterial: Aerogel-Granulat organisches Klebesystem Kompression mw/(m K) Eigenschaften der Mischung: tiefe Wärmeleitfähigkeit 18.5 mw/(m K) mechanische Stabilität Druckfestigkeit ca. 25 kpa ausreichende Verbindung zu Ton Dr. Jannis Wernery 5

6 Der «Aerobrick» Dämmziegel gefüllt mit gebundenem Aerogelgranulat Dr. Jannis Wernery 6

7 «Aerobrick» - Die Füllung 1. kommerzieller Dämmziegel 2. Zuschnitt (3/7 der vollen Breite für Wärmeleitfähigkeitsmessung) 3. Entfernen des Perlits Befüllung mit Aerogel- Mischung Dr. Jannis Wernery 7

8 Messung der äquivalenten WLF Messung Wärmeleitfähigkeit: Zwei-Platten-Messgerät nach SN EN und ISO 8302 Probe: 1000 x 1000 mm 2 horizontale Anordnung der Ziegel T = 10 K, T Mittel = 10 C Anordnung: kalte Platte EPS-Referenz-Probe warme Platte Aerobrick-Probe kalte Platte Dr. Jannis Wernery 8

9 Simulation der WLF Wärmeleitfähigkeitssimulation BISCO Software Geometrie des Ziegelsteins Wärmeleitfähigkeit Ton, Perlit und Aerogel-Füllung (bestimmt mit einem kleinen Zweiplatten-Gerät) T = 20 K, T Mittel = 10 C 20 C Dr. Jannis Wernery 9 0 C

10 Ergebnisse Messung und Simulation der Wärmeleitfähigkeit WLF in mw/(m K) Ziegelfüllung Ziegel mit Perlitfüllung Ziegel mit Aerogelfüllung Mess- /Simulationsbe dingungen Messung, 3/7 Ziegel Simulation BISCO, 3/7 Ziegel Scherbe des Ziegels 90.6 ± ± ± ± ± ± ± ± 25 T = 10 K, T Mittel = 10 C T = 20 K, T Mittel = 10 C korrigiert auf T Mittel = 10 C korrigiert auf T Mittel = 10 C 35% Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit U-Wert von W/(m 2 K) für einen ganzen Ziegel (365 mm) Dr. Jannis Wernery 10

11 Ergebnisse Der «Aerobrick» signifikante Leistungssteigerung Platzeinsparung momentan tiefste WLF in einem Dämmziegel Anwendungen platzbeschränkte Lagen Neubauten innerstädtisch Aufstockungen Dr. Jannis Wernery 11

12 Ökonomische Aspekte Aktuelle Kostenschätzung: Mehrkosten durch Aerogel-Material von ca CHF/m 2 (bei Produktion im grossen Massstab, 365 mm starke Wand) Vorteile: Platzgewinn dünnere Wände Ästhetik Lichteinfall Dämmziegel Baugrenze Abwägung: Platzgewinn monetarisierbar? Aerobrick Dr. Jannis Wernery 12

13 Ökonomische Aspekte Anwendungsbeispiel: Aerogel-Material ca CHF/m 2 Neubau mit begrenzter Grundfläche Perlitziegel (91 mw/(m K)) Annahmen: vs. Aerobrick (59 mw/(m K)) 3m Geschosshöhe 30% Fensterfläche Flächengewinn für U=0.2 W/(m 2 K): 0.16 m 2 /m Fassade Mehrkosten für Füllung: ca CHF/m Fassade Grenzkosten für gewonnen Nutzfläche: 4900 CHF/m 2 Quellen: Open Data Portal Stadt Zürich & Office cantonal de la statistique Genève. Dr. Jannis Wernery 13

14 Recycling Ansatz: grosser Dichteunterschied Aerogel-Füllung (ca. 130 kg/m 3 ) und Ton (> 500 kg/m 3 ) Schreddern Trennung von Aerogel und Ton nach Dichte Wiederaufbereitung Aerogel: gezeigt im Labormassstab leichter Leistungsverlust (ca. 10%) Dr. Jannis Wernery 14

15 Zusammenfassung Der «Aerobrick» Dämmziegel mit niedrigster Wärmeleitfähigkeit λ = 59 mw/(m K) U = W/(m 2 K) bei 365 mm Stärke Platzeinsparungen lohnen sich jetzt bereits Recycling theoretisch einfach machbar Dank an das Aerobrick-Entwickler-Team: Avner Ben-Ishai, Bruno Binder und Samuel Brunner, sowie Matthias Koebel für den Support! Dr. Jannis Wernery, jannis.wernery@empa.ch , Dr. Jannis Wernery 15