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Veröffentlicht von:Jochen Kees Geändert vor über 10 Jahren
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Energieeffiziente Gebäudehüllen: Neue Materialien und Komponenten
Ulrich Heinemann, Helmut Weinläder, Hans-Peter Ebert Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung - ZAE Bayern - Am Hubland, D Würzburg DPG Frühjahrstagung Arbeitskreis Energie (AKE) 02. – 03. März 2009, Hamburg
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Gliederung Motivation
Wärmetransport in Dämmmaterialien und Optimierungsansätze Konventionelle Dämmstoffe „Neue“ Materialien und Komponenten - Nanostrukturierte Materialien - Vakuumisolationspaneele (VIP) - Vakuumisolierglas (VIG) - Transparente Wärmedämmung (TWD) - Schaltbare Wärmedämmung (SWD)
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Endenergieverbrauch Deutschland 2006
Quelle: Tzscheutschler P., Nickel M., Wernicke I., Buttermann H.-G.: Energieverbrauch in Deutschland - Stand 2006: Daten, Fakten, Kommentare. erschienen in BWK Ausgabe , Seite 46-51; ISSN: X; Düsseldorf 2008
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l = ls+ lr + lg + lc Wärmetransport in porösen Dämmstoffen
l : Wärmeleitfähigkeit ls : Festkörperleitung (Struktur, Dichte, Belastungsdruck) lr : Wärmestrahlung (Dichte, “Partikelgröße“, T3) lg : Gasleitung (Gasart, Porosität, Struktur, Porengröße) lc : Kopplungsterme (ls, lg) © ZAE Bayern
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Wärmetransport in Schäumen
Dichte Wärmeleitfähigkeit
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EPS mit Infrarot-Trübung
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Dämmmaterialien (-systeme) im Vergleich
Wärmeleitfähigkeit Luft Stein-, Glaswolle, Polystyrol- schäume
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Dämmmaterialien (-systeme) im Vergleich
Wärmeleitfähigkeit Luft Schwer- gas Stein-, Glaswolle, Polystyrol- schäume Polyurethan-, Phenolharz- schäume
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Dämmmaterialien (-systeme) im Vergleich
Wärmeleitfähigkeit Luft (Luft) Schwer- gas Stein-, Glaswolle, Polystyrol- schäume Polyurethan-, Phenolharz- schäume Nano- strukturierte Silika, Aerogele
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Dämmmaterialien (-systeme) im Vergleich
Faktor Wärmeleitfähigkeit Luft (Luft) Schwer- gas Stein-, Glaswolle, Polystyrol- schäume Polyurethan-, Phenolharz- schäume Nano- strukturierte Silika, Aerogele Evakuierte Isolationen
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Vakuum Isolationen Evakuierte thermische Isolationen
zylindrische Gefäße: Thermoskannen, Kryogefäße = 0,0001 bis 0,005 W/(mK) flache Elemente: Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) Druck tragendes Füllmaterial = 0,001 bis 0,008 W/(mK) Atmosphärendruck entspr. Gewichtslast: 10 t / m²
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Vakuumisolationspaneel mit Hochbarriere-Laminat
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Vakuumisolationspaneel mit Hochbarriere-Laminat
Transportboxen mit ähnlichen Isolationseigenschaften Hier: Volumen der VIP-gedämmten Box weniger als 1/20 der Standard PS-Box
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Edelstahl-umhüllte Vakuumpaneele
Hülle aus Edelstahl Nähte geschweißt Kern aus pyrogener Kieselsäure Quelle: lambdasave GmbH
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Dämmmaterial Dämmelemente
Vakuum-Isolations-Paneele Dämmmaterial Dämmelemente In vielerlei Hinsicht vergleichbar mit einem Fenster: Planungsaufwand, Standardgrößen Maßanfertigung empfindlich gegen Beschädigung erhöhter Wärmedurchgang am Rand VIP = Füllmaterial + Hülle Anforderungen: evakuierbar (offenporig) druckbelastbar „sauber“ (kein Ausgasen) „vakuumdicht“
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Wärmeleitfähigkeit
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Wärmeleitfähigkeit Im Bauwesen: pyrogene Kieselsäure + Kunststoffhochbarrierelaminate
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Wärmebrücken / mittlerer U-Wert
Erhöhter Wärmedurchgang an Rändern, Fugen und jeglicher Unterbrechung der aus VIPs bestehenden Dämmlage Wärmebrücken sind deutlich kritischer als bei herkömmlichen Dämmungen effektive U-Wert ist größer als der für die Mitte eines VIPs zu erwartende !!! (abhängig von der Einbausituation)
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Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung
Südfassade Architect: Prof. Volz / Obernburg Photo: © Dieter Leistner
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Wärmebrücken Innenansicht eines mit einer Glasscheibe abgedeckten Vakuumisolationspaneels
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Fassadenelement mit integriertem Heizkörper
hier: in Testfassade des ZAE Bayern installiert U-Wert in der Mitte: 0.2 W/(m²K) U-Wert integral: mit Standard-Rahmen- und Anschlusskonstruktion 2.0 W/(m²K) !!!
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Praxisbeispiel: Fassade mit Vakuumdämmung Restauration eines denkmal-geschützten Gebäudes
PVC-Schiene VIP 15mm XPS 35mm Armierungsoberputz Mauerwerk Konstruktionsskizze WDVS U-Wert = 0.20 W/(m2K) bei einer Gesamtdicke von 6 cm! Gegenüber der Ausgangssituation Verringerung um ca. 80%!
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Vakuumgedämmte Betonfertigteile
Holzlattung für Fassadenplatten Wärmebrückenarmer Bandanker (nur sehr wenige erforderlich) Sandwich aus Alufolie, 3 cm VIP und 3 cm PU-Hartschaumplatte: Nur wenige sehr dünne Anker, minimale Wärmebrücke! A. Hangleiter GmbH & Co. KG
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Motivation - Vakuumisolierglas
Fassade: U 0.2 W/(m2K) Fenster: Ug 1.1 W/(m2K) 2-Verglasung Ug 0.5 W/(m2K) 3-Verglasung (hohes Gewicht!)
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Analyse des Wärmetransports
Wärmeschutzverglasung: Ug = 1.3 W/(m2K) e = 0.03 Zwischenraum: 16 mm Luft Vakuumverglasung: Ug < 0.5 W/(m2K) e = 0.03 Zwischenraum: 1 mm evakuiert, Stützen evakuieren 9.8% 90.2% L = heat transmission coefficient Anteile am U-Wert Wärmestrahlung Wärmeleitung
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Vakuum-Isolierglas Prinzip
schlanker Aufbau 10mm geringes Gewicht (nur 2 Scheiben) gute Wärmedämmung Ug < 0.5 W/(m2K) Preis vergleichbar 3-fach Verglasung
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Stand der Technik Kommerzielle Produkte: Stützen kaum sichtbar
geringes Gewicht schlanker Aufbau mm aber Evakuierstutzen Ug 1.1 W/(m2K)
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Forschungsprojekt VIG
Erledigt: Neues Randverbundkonzept Verwendung effizienter Softcoatings thermisch optimiert Ug < 0.5 W/(m²K) Musterscheibe liegt vor Machbarkeit ist nachgewiesen Anstehend: Entwicklung der Fertigungstechnik Ziel: marktfähige Produkte in 2-3 Jahren
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Transparente Wärmedämmung (TWD)
Glas-TWD (Schott Rohrglas) Polycarbonat- / PMMA-Waben Aerogel-Granulat Aerogel, monolitisch
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TWD – Tageslichtnutzung / blendfreies Tageslicht
Außenansicht Innenansicht U = 0.4 W/(m2K); g = 0.4 ausgeglichene Energiebilanz über Heizperiode auch an Nordfassade
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TWD – Passive Solarenergienutzung
Absorberschicht TWD Wärmestrom Einstrahlung Quelle: Okalux
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Schaltbare Wärmedämmung (SWD)
Schaltbare Wärmedämmung (SWD) basiert auf einem Vakuumisolationspanel VIP mit Edelstahlhülle und Glasfaserfüllung und integriertem Metallhydridgetter Aufheizen des Getters Wasserstoff wird freigesetzt die Wärmeleitfähigkeit im VIP um ca. Faktor 100 erhöht. Der Vorgang ist reversibel.
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Schaltbare Wärmedämmung (SWD)
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Was bringt die Zukunft? Steigender Bedarf an Dämmstoffen/-systemen insbesondere für Maßnahmen im Bestand Ökologische Dämmstoffe nachwachsende Rohstoffe, Recycling von Rohstoffen Nanostrukturierte Schäume (Silika-Aerogele) Organische nanostrukturierte Schäume Vakuumisolationspaneele Integrierte funktionelle Dämmsysteme
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Danksagung Die Arbeiten wurden bzw. werden unterstützt:
Projekt „Vakuumdämmungen für Gebäude“, gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie, Az.: 9400/6.1 – IBS/b – 43145/00 gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft (und Arbeit/Technologie): Projekt: „Entwicklung von vakuumgedämmten Betonfertigteilen“, Fkz.: C Projekt: „…energ. Sanierung Gemeindezentrum „guter Hirte“…“, Fkz.: R Projekte „Koordinationsstelle für die nationalen Tätigkeiten zum Annex 39 `High Performance Thermal Insulations for Buildings´ der Internationalen Energieagentur (IEA)“ und „VIP-Testmethoden“, Fkz.: E Projekt: „VIG-Vakuumisolierglas“, Fkz.: und Projekt: „VIP-PROVE, ... Wissenschaftl. Begleitforschung“, Fkz.: N Hinweis: siehe auch
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