Chancen und Potenziale innovativer Wärmedämmung

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1 Chancen und Potenziale innovativer Wärmedämmung Dr. H.- P. Ebert ZAE Bayern T. Kuhn Dr. Christoph Maurer Fraunhofer ISE Dr. D. Schmidt Prof. Dr.-Ing. Martin Krus Fraunhofer IBP

2 Inhalte Rolle und Bedeutung der Wärmedämmung Wärmedämmung für Gebäude Hochleistungsdämmstoffe Funktionelle Wärmedämmung Technische Wärmedämmung Zusammenfassung

3 Wärmedämmung ist in vielen Bereichen essentiell bilu ALSTOM DAIMLER

4 Energiebedarf nach Anwendungsbereichen 2013 insgesamt PJ Die energetische Qualität der Gebäudehülle ist für den Umfang des Raumwärmebedarfs wesentlich. AG Energiebilanzen, BDEW knapp 80% der Prozesswärme wird bei Temperaturen über 100 C benötigt, 70% über 250 C. fast 40% des industriellen Energiebedarfs wird für den Betrieb von Industrieöfen benötigt.

5 Entwicklung des energieeffizienten Bauens in Deutschland am Beispiel von Wohngebäuden

6 Wärmedämmung ein Problem? AGITEC AG Grenzbebauung Schießscharten Ist Wärmedämmung überhaupt möglich? Herkömmliche Wärmedämmstoffe benötigen große Aufbaudicken, um eine gute Wärmedämmung zu ermöglichen.

7 Wie funktionieren Wärmedämmungen? eff = s + g + r eff : effektive Gesamtwärmeleitfähigkeit s : Wärmeleitfähigkeit des Festkörpergerüstes g : Beitrag des Gases zu eff Strahlungstransport ( g ) r : Strahlungsleitfähigkeit Gaswärmeleitung ( g ) Festkörperleitung ( g )

8 Dämmmaterialien (-Systeme) Im Vergleich Wärmeleitfähigkeit λ 10 3 W m K Luft Schwergas (Luft) Stein-, Glaswolle, Polystyrolschäume Polyurethanschäume Nanostrukturierte Silika, Aerogele Evakuierte Isolationen

9 Vakuumisolationspaneele (VIP) Hochbarrierefolie Schutzvlies evakuierter Kern (nanoporöses SiO2)

10 Aerogele (Beispiele) λ = W/(mK) λ = W/(mK) aspen aerogels Rockwool λ = W/(mK) AGITEC AEROCOINs λ = W/(mK) W/(mK)

11 Mikroporöse Dämmplatten λ = W/(mK) BASF Evonik Evonik Einsatz als Innendämmung

12 Mikroporöse Schäume λ = W/(mK) BASF BASF

13 Chancen Einsatz von Vakuumisolationspaneelen AGITEC AG Einsatz von Aerogel-Dämmplatten Photos : Probatima Sàrl, Jacqueline Mingard

14 Wärmedämmung mit Mehrwert UMWELT PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN Wärmeleitfähigkeit Transparenz Graue Energie Recycling Gesundheitsrisiken Schaltbarkeit Wärmespeicherfähigkeit Mechanische Belastbarkeit WIRTSCHAFTLICHKEIT Ästhetik ARCHITEKTUR Planungsaufwand Produktkosten Verarbeitungskosten 14

15 Schaltbare Dämmung Mauerwerk Außendämmung Mauerwerk Außendämmung Schaltbare Hinterlüftung zwischen Dämmung und Mauerwerk. Natürliche Konvektion ohne Wind kann die Kühllast um 22 % reduzieren. Mit Wind oder erzwungener Konvektion könnte die Kühllast um mehr als 30% sinken.

16 Transluzente schaltbare Wärmedämmung Transluzentes Wärmedämmpanel zwischen zwei Glasscheiben Messungen an Prüfmuster: ON U-Wert = 0,89 W/(m²K), OFF U-Wert = 1,71 W/(m²K), Schalthub = 1,92 Kühllastreduktion um 10 % wie bei Nachtlüftung, aber ohne Ventilatorenergie - mit erzwungener Konvektion 30%. T. Pflug et al. (2015): Closed translucent façade elements with switchable U-value - A novel option for energy management via the facade. In: Energy and Buildings 86, S DOI: /j.enbuild

17 Schaltbare Wärmedämmung (SWD) ZAE Bayern

18 Schaltbare Wärmedämmung mit Glasfaserkern 200 Gasart: Wasserstoff (H 2 ) H 2 im Getter (p H mbar): Effektive thermische Dämmung (z.b. U = 0.2 W/(m² K)) Wärmeleitfähigkeit 10-3 W/(m K) Schaltbereich wärmedämmend falls keine solare Einstrahlung im Winter oder kein Wärmebedarf im Sommer H 2 im Paneel (p H2 50 mbar): Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit um den Faktor 50 (z.b. U = 10 W/(m² K)) wärmeleitend bei solarer Einstrahlung und Wärmebedarf im Winter Gasdruck p H2 / mbar ZAE Bayern Energiebedarf: Ausheizen des Getters zum Freisetzen des Wasserstoffs benötigt 5 W/m²

19 Monatliche solare Einstrahlung Jahresverlauf der solaren Einstrahlung Fassade Südseite Vorteile der SWD: Globalstrahlung i / kwh/m² Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat nutzbarer Wärmeeintrag im Winter und in der Übergangszeit Minimierung des Wärmeeintrags im Sommer

20 Innovativer dämmender Baustoff aus Typha (Rohrkolben) Sehr spezieller Blattaufbau mit: Schwammgewebe mit niedriger WLF W/(mK) Strukturgerüst mit extremer Druckfestigkeit Entwicklung eines Baustoffs durch Kombination aller positiven Eigenschaften von Typha Magnesit gebundenes Typhaboard hohe Druckfestigkeit bei niedriger Wärmeleitfähigkeit ( W/mK) gute brandschutztechnische Eigenschaften (B1) kein Nachglimmen 100 % kompostierbar hohe Nachhaltigkeit

21 Bedeutung für die Umwelt und Landwirtschaft Bindung von CO 2 durch Typhaanbau Vermeidung CO 2 -Abgabe durch Wiedervernässung Schutz vor Bodenerosion Reinigung nährstoffbelasteter Oberflächenwässer Umwelt-/ Natur- / Hochwasserschutz Hoher Flächenertrag (ca. 15 to/ha) Ertrag ab dem 2. Jahr möglich

22 Anwendungsbeispiele Gefachdämmung Fachwerkgebäude Nürnberg Innenddämmung Saunahaus Radolfzell Innendämmung Bene Typha-House Expo Mailand 22

23 Mehrwert durch besondere Eigenschaften nachhaltiges Bauen mit einem Material, aus nachwachsendem Rohstoff mit geringem Energieaufwand hergestellt einfach rückbaubar voll kompostierbar Cradle to Cradle Einsatz möglich einfachere Bauweisen, da Typhaboard viele konstruktionsrelevanten Eigenschaften in sich vereint (Wärmeschutz, Statik/Versteifung, Brandschutz, Feuchteschutz, Putzträger )

24 Energiebedarf nach Anwendungsbereichen 2013 insgesamt PJ Die energetische Qualität der Gebäudehülle ist für den Umfang des Raumwärmebedarfs wesentlich. AG Energiebilanzen, BDEW knapp 80% der Prozesswärme wird bei Temperaturen über 100 C benötigt, 70% über 250 C. fast 40% des industriellen Energiebedarfs wird für den Betrieb von Industrieöfen benötigt.

25 Technische Wärmedämmung, z.b. T» RT Anwendungsfelder Quelle: Siegfried Schlüssler Feuerungsbau GmbH Heißdampfleitungen Hinterdämmung im Industrieofen- und Anlagenbau Chemieanlagen Wärmedämmung von Stahlgießpfannen und Gießvorrichtungen Wärmedämmung von Haushaltsgeräten wie Boilern, Herden und Nachtstromspeicheröfen Quelle: RWE Effizienz GmbH Heiße Bauteile im Automobil oder technischen Anlagen Quelle: Techno Gewebe Quelle: Morgan Advanced Materials 25

26 DÄMMMATERIALIEN für T» RT Neuen Materialien, wie Kohlenstoff-Aerogele, weisen herausragende Wärmedämmeigenschaften auf. thermal conductivity / W/(m*K) ZAE Bayern carbon fibre felts Konventionelle Dämmstoffe Kohlenstoff- Aerogele carbon aerogel nm - m ZAE Bayern temperature / K

27 Zusammenfassung und Ausblick Wärmedämmung ist für eine Effizienzsteigung ein wichtige Komponente Vorgestellte Einsatzbereiche: Gebäude und Industrie Innovative Dämmsysteme eröffnen neue Möglichkeiten: verbesserte Wärmedämmung multifunktionale Eigenschaften Erweiterung des Einsatzbereiches Nachhaltige Materialkonzepte Chancen bieten sich durch neue Material- und Komponentenentwicklungen

28 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT