Vakuum-Dämmung ( V acuum I nsulation P anel, VIP)

1. Vakuum-Dämmung (Vacuum Insulation Panel, VIP) Beat Nussbaumer Dr.Eicher+Pauli AGenergie-cluster.ch • Wie Dämmung funktioniert • Vakuum-Dämmung (VIP) • Geschichte • Komponenten • Herstellung • Eigenschaften • Erfolgsfaktoren • IEA/ECBCS Annex 39

2. Wie funktioniert Wärmedämmung? lLambdaWärmeleitfähigkeit

3. Wie reduziert man die Wärmeleitung? GasleitungGrosse „Poren“hohes Vakuum:Thermosflasche und Vakuum-Gläser Kleine Poren, geringes Vakuum:VIP

4. Kritischer Druck Kritischer DruckAbhängig der Porosität steigt l. Hülle muss so dicht sein, dass der Druck erst nachAblauf der geforderten Lebensdauer überschritten wird.

5. Wie reduziert man die Wärmeleitung? Gerüstleitungkeine „Wärmebrücken“ im Material: lange Wege, kleine Kontaktflächen (Pulver od. Fasern) StrahlungBeimischen von Trübungsmitteln: Absorbieren/Streuen der Wärmestrahlung  optisch (Wärmestrahlung) undurchlässig

6. Geschichte von VIP 1980er JahreBBC: Vakuum-Dämmung (Pulver und Fasern) mit Metallhülle für Hochtemperatur Natrium-Schwefel Batterie. 1990er JahreOwens Corning: „AURA“ Glasfaser-VIP mit Chromstahlhülle.

7. Geschichte von VIP 1990er JahreDegussa:Fällungskieselsäure mit Folienhülle aus Aluminium- und Plastikfolie (tiefgezogen) für Kühlschränke

8. Geschichte von VIP 1990er JahreICI: „VACPAC“ PU-basierter Kern für Kühlschrank-Dämmungen. Dow: „Instill“ XPS-basierter Kern für Kühlschrank-Dämmungen. 1980/90er Jahre ZAE-Bayern & Wacker Chemie : Forschung, Entwicklung und Optimierung eines VIP-Kerns auf Basis von pyrogener Kieselsäure.

9. Komponenten VIP

10. KernmaterialVIP für Bauanwendungen Pyrogene KieselsäureNebenprodukt aus der Wafer-Silizium-ProduktionNanoporen: Gasleitung ab < 100 mbar eliminiertAggregierung zu Ketten: Kaum Wärmebrücken Verwendung auch in Kosmetika und Lebensmittel!

11. KernmaterialVIP für Bauanwendungen Pyrogene Kieselsäure - Pulver zu Platten gepresst: Dichte 160 – 220 kg/m3 - Porosität > 90% (grösste Poren um 100 nm)

12. Hüllmaterial, Anforderungen Primäranforderung: Dichtheit bezüglich • Wasser • „trockene“ Gase (Sauerstoff, Stickstoff, etc.)  heute: metallische Schicht erforderlich Weitere Anforderungen • Keine Wärmebrücken (Randbereich) • Mechanisch robust (Handling) • Resistent gegen Temperaturschwankungen • Schlechte Brennbarkeit • Kostengünstig

13. Hüllmaterialien Chromstahl ☺ dicht, ☹ resistent ☹ teuer ☹ schwer ☹ Wärmebrücke

14. Hüllmaterialien Folien • Kaschierte Aluminiumfolien☺dicht, billig, resistent ☹ grosse Wärmebrücke • Metallisierte Kunststofffolien☺heute ähnlich dicht, kaum Wärmebrücken ☹ rel. teuer., Entwicklungen laufen dominieren heute den VIP-Markt

15. Wärmebrückeneffektvon Hüllmaterialien

16. Metallisierte Kunststofffolien

17. Ablauf der VIP-Produktion Stützkörper • Mischen der Kieselsäure mit Trübungsmittel und Fasern • Pressen zu Platten • Zuschneiden • Ausheizen: Entfernen der angelagerten Luftfeuchte Vakuum-Paneele • Zuschneiden der Folie: Beutel oder Schlauch • Einführen des Stützkörpers in Folienhülle • Evakuieren und Verschweissen in der Vakuumkammer Qualitätssicherung im Werk • Lagerung, Innendruckmessung

18. Evakuiermaschine

19. Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit EMPA / SIA -> lD-Wert Werte im Rahmen des IEA-Projektes: • Startwert: 0.004 W/mK (Plattenmitte) • Zuschläge durch Alterung: (produkt- und formatabhängig)+ 0.001 – 0.002 W/mK durch eindringende Feuchte+ 0.001 – 0.002 W/mK durch eindringende Luft Total: 0.008 W/mK (Rechenwert für Energienachweis)

20. Feuchte und Wärmeleitfähigkeit • Wasser dringt relativ schnell in Paneele ein (1‘000-mal höhere Rate als Luft) • Stützkörper wirkt als Getter: Wasser lagert sich an der Kieselsäure an

21. Einsatzbedingungen / -grenzen Feuchte: Je trockener desto besser • Umgebungsbedingungen sind kein Problem • Wasser (Kondensat) ist von Paneelen fernzuhalten Temperatur: Je kühler desto besser (max. 60 - 120°C) • Wärme treibt Permeation von Wasser in die Paneele an. Kombinationen: • Trocken & Warm: ☺ • Feucht & Kühl: ☺ • Feucht & Warm: ☹

22. Weitere Eigenschaften Brandschutz • Kernmaterial: nicht brennbar • Polymerfolie: teilweise mit brandhemmenden Zusatzstoffen Baustoffklasse B2 „Normalentflammbare Baustoffe“ Schallschutz • Steif (Atmosphärendruck): mässige Schalldämmleistung Masshaltigkeit • Länge- und Breite: + 1-2 mm / - 4-5 mm • Stärke: ± 1 mm

23. Umweltbilanz Vorbemerkung Dämmstoffe haben nur einen geringen Einfluss auf die Ökobilanz eines Gebäudes. Ist die Ökobilanz eines Dämmstoffes schlechter, dämmt er aber besser, werden die Nachteile im Betrieb sehr schnell amortisiert. Studie der Fachhochschule NW Vergleich von - Glaswolle, - Polystyrol und - VIP einer Fassadendämmungen mit jeweils gleichem u-Wert

24. Umweltbilanz Untersuchte Dämmstoffe haben alle ähnliche Umweltbelastung  Reduktionspotential bei VIP: 45% (Trübungsmittel, Grundstoffquelle)

25. Kosten- VIP vs. konventionelle Dämmung • Vollkostenanalysen(Platzersparnis: Gebäude und Grundstück) zeigen, dass VIP bereits bei heutigen Preisen in vielen Anwendungen konkurrenzfähig ist. • In der Praxis vergleichen die Leute aber meist nur Komponentenpreise (z.B. Fassadenpreis pro m2). • Um diesem Problem beizukommen und ein Mengenwachstum zu erzielen, müssen die VIP-Preise reduziert werden.Heute: 1 cm VIP ca. 60 - 70 Fr. / m2

26. Schlüsselfaktoren für breiteren Erfolg Wenn die VIP-Technologie über seinen heutigen Status als Problemlöser in Nischenmärktenhinauskommen will, dann sind zwei Faktoren von grosser Wichtigkeit: • Vertrauen • Kosten

27. Kosten Produktion:Automation++ Materialien: • Kernmaterial+ + + (Teilweiser) Ersatz der Kieselsäure durch billigeres (weniger poröses) Material  dichtere Folien sind unabdingbar (OLED) • Hüllfolien+ (?)

28. Vertrauen Qualitätssicherung • Alle Schritte der Prozesskette von Produktion bis Installation müssen analysiert werden (Innendruckmessung in Paneelen) um mögliche Schwachstellen zu erkennen und zu eliminieren. Produkte-Deklaration und Zertifizierung • Produzenten müssen ihre Produkte vollständig und nach einheitlichen Richtlinien (vergleichbar) deklarieren. • Zuständige Stellen müssen ihre Zertifizierungsmethoden und Auslegungsrichtlinien an VIP und VIP-Systeme anpassen.

29. Feldmessungen Ziel Langzeitbeurteilung der VIP-Lebenserwartung • Innendruckanstieg durch eindringende Luft • Gewichtszunahme durch eindringende Feuchte (1 Projekt) Quelle: EMPA

30. Fussboden gegen unbeheizt / Erdreich Anstieg Innendruck< 1 mbar pro Jahr !!!

31. Laufende Feldmessungen Zwischenergebnis • Paneele zeigen den gemäss Labormessungen und Modellrechnungen erwarteten Verlauf

32. Laufende Aktivität: Deklaration BFE-Projekt „VIP-Deklaration und Auslegung“ • Offizielle Methodik für die Bestimmung von SIA lD-Werten • Bestimmen der Werte für die beteiligten Hersteller • Qualitätssicherung durch umfassende Feldmessungen • Wärmebrückenkatalog für VIP-Konstruktionen

33. Danke weitere Informationen: www. energie-cluster.ch/bereiche/wtt/ag-hlwd