Mikroporöse Hochleistungsdämmstoffe

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1 Dr.-Ing. Rudolf Plagge Institut für Bauklimatik der Technischen Universität Dresden

2 im Bau Def.: 0,03W/mK Warum benötigen wir? Energieeffizient, weniger Material mit besseren Eigenschaften Energieeinsparung und verschärfte gesetzliche Vorschriften Platzverbrauch durch verbesserten Wärmeschutz (Grenzbebauung, kein Platz zum Gehsteig) Gestaltungsprobleme in der Fassade, schlanke Wärmedämmungen sind notwendig Folie 2 von 26

3 Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen Vorlesungsskript Baustofftechnologie TU Dresden Folie 3 von 26

4 Wärmeübertragung in kapillarporösen Materialien F Wärmeleitung Festphase L,F S Wärmestrahlung S G Wärmeleitung Gasphase L,G K Konvektion K L,G + L,F + S + K Folie 4 von 26

5 F Minimierung der Wärmeleitung über die Festphase ( L,F ) Festphase L,F Maximierung der Weglänge der Leitung Minimierung des Festphasenanteils bei gleichzeitig niedriger Rohdichte Minimierung der Kontaktflächen an den Porenwandungen Einsatz von Material mit großer innerer Oberfläche Nanoporöses Material z.b. Slentite BASF Folie 5 von 26

6 G Minimierung der Wärmeleitung der Gasphasen ( L,G ) Gasphase L,G Änderung des Porengases Reduzierung des Porenradius d p < l G d p = Porendurchmesser l G = mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle z.b.: mikroporöse pyrogene Kieselsäure mit = 0,02 W/mK Folie 6 von 26

7 Minimierung der Wärmeleitung der Gasphasen ( L,G ) durch Änderung des Porengases Wärmeleitfähigkeit [mw/mk] Luft Pentan R 11 Vakuum Folie 7 von 26

8 S Minimierung der Strahlung ( S ) Wärmestrahlung S Erhöhung der inneren Oberfläche durch Zugabe von Trübungsmitteln (z.b. Kohlenstoff, Graphit, Eisenoxid) Reduktion von S bis zu 50% p ~ T 3 / ρ*e d p = thermodynamische Temperatur in K ρ = Rohdichte in kg/m 3 e = spezifische Oberfläche in m 2 /kg z.b.: Expandiertes Polystyrol mit = 0,032 W/mK (NeoporR der BASF) Folie 8 von 26

9 Minimierung der Konvektion ( K ) K Konvektion K Verringerung der Porengröße unter 1 μm freie Bewegung der Luftmoleküle wird begrenzt Verwendung von n Materialien z.b.: Aerogele oder pyrogene Kieselsäuren (Cabot, Wacker, EVONIK, BASF) pyrogene Kieselsäuren eingeschränkte Luftbewegung Folie 9 von 26

10 Typ und Herstellung mikroporöser Nanobaustoffe Aerogele synthetisch im Nassverfahren hergestellten Kieselsäuren, Gelierung von Kieselsäure (SiO 2 ) (Fällungskieselsäuren, kolloidale Kieselsäure, Kieselgel) schonende Entfernung des flüssigen Mediums transparenter Festkörper mit ~ 0,014 0,02 W/mK Folie 10 von 26

11 Aerogele Folie 11 von 26

12 Typ und Herstellung mikroporöser Nanobaustoffe Pyrogene Kieselsäure(n) Verbrennung der Kieselsäureverbindungen in der Lachgasflamme Hochvoluminöses SiO 2 Pulver (30-40 kg/m 3 ) mit ~ 0, W/mK 1 µm 200 nm Folie 12 von 26

13 Baustoffe mit pyrogener Kieselsäure Schlagmann Poroton mit Kieselsäurefüllung Folie 13 von 26

14 Vakuumisolationselemente Prinzipskizze eines VIP (oben) VIP bestehend aus einem mikroporösen Kern, einer Kernhülle aus Vlies und einer Hochbarrierefolie (rechts) aus Informationsbrochüre Vakuumisolationspaneele (VIP) in der Baupraxis, BBR Folie 14 von 26

15 Vakuumisolationselemente Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit λ eines VIP-Elementes vom Innendruck der Gasatmosphäre aus trockenem Stickstoff bei Verwendung unterschiedlicher Stützkernmaterialien Folie 15 von 26

16 Technische Eigenschaften von Hochbarrierefolien Permeationswiderstand gegen Luft und Wasserdampf Verschweißungsverhalten und Siegelnahtdichtheit Reißfestigkeit und Widerstand gegen Knickbruch Verklebungseigenschaften mit Kaschierungsmaterialien thermisches Verhalten (Brandverhalten) Alterungsverhalten Dicke der Metallschichten (Wärmebrückeneffekte des Randbereichs) Folie 16 von 26

17 Folientypen Folientyp I Barrierefolien mit Aluminiumfolie 5 Schichten Dicke der Al-Folie 6 bis 12 μm, Gesamtdicke ~ 90 μm Folientyp II Polymere Barrierefolie 9 Schichten Gesamtdicke ca. 100 μm aus Informationsbrochüre Vakuumisolationspaneele (VIP) in der Baupraxis, BBR Folie 17 von 26

18 Folientypen Folientyp III Mehrfach metallisierte, polymere Barrierefolie Aluminiumfolie 10 Schichten 3 Alu-Bedampfungsschichten je 30 bis 100 nm Gesamtdicke ca.100 μm Folientyp IV Ultrabarrierefolie nach dem POLO-Konzept (ORMOCERE-Typ) 8 Schichten Gesamtdicke ca.100 μm in Entwicklung aus Informationsbrochüre Vakuumisolationspaneele (VIP) in der Baupraxis Folie 18 von 26

19 Dichtheit der VIP-Folien im Vergleich Leistungsfähigkeit von Polymerfolien und von beschichteten Foliensystemen nach der Sauerstoff- und Wasserdampfpermeabilität aus Informationsbrochüre Vakuumisolationspaneele (VIP) in der Baupraxis Folie 19 von 26

20 VIP Ausführungsformen VIP ohne Kaschierung VIP mit Kaschierung aus Informationsbrochüre Vakuumisolationspaneele (VIP) in der Baupraxis Folie 20 von 26

21 VIP Ausführungsformen VIP mit Doppelkaschierung aus Informationsbrochüre Vakuumisolationspaneele (VIP) in der Baupraxis Folie 21 von 26

22 Wärmebrücken Randeffekte bei VIP Elementen aus Hochleistung-Wärmedämmung HLWD, Bericht aus Forschungsprogramm Rationelle Energienutzung in Gebäuden Folie 22 von 26

23 Durchdringungen von VIP Elementen Folie 23 von 26

24 Resumé neue Hochleistungs-Wärmedämmstoffe, HLWD, stehen zur Verfügung Aerogele ( ~ 0,014 0,02 W/mK) Pyrogene Kieselsäure ( ~ 0,02 0,022 W/mK) Bei Verwendung der HLWD als Trägermaterial kann unter Vakuum die Wärmeleitung auf ~ 0,0048 W/mK reduziert werden. In der Praxis werden meist kleine Plattendimensionen verarbeitet. In der Konsequenz steigt der Wärmebrückenanteil und die Dämmleistung des Systems sinkt ( ~ 0,008 0,02 W/mK). Folie 24 von 26

25 Problemfälle Defekt an den VIP s Dauerhaftigkeit des Vakuums (Laboruntersuchungen im Zeitraffer versus Baupraxis) Reparatur defekter VIPs (Austausch, Nachhaltigkeit) Vermeidung von Bauschäden Optimierungspotentiale (Wärmebrückenberechnung versus hygrothermische Simulation) konstruktive Details Schlagregenschutz Trocknungspotentiale Kopplung von Wärme- und Feuchteschutz Folie 25 von 26

26 Folie 26 von 26

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