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Grundlagen & Perspektiven der HLWD Wie - energie-cluster.ch

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Kurs HLWD
Grundlagen
Grundlagen & Perspektiven der HLWD
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Wie Dämmung funktioniert
Beispiel
Vakuum-Dämmung (VIP)
Komponenten
Herstellung
Eigenschaften
Erfolgsfaktoren
Beat Nussbaumer
Dr.Eicher+Pauli AG
Bern
Kurs HLWD
Grundlagen
Wie funktioniert Wärmedämmung?
Wärmeleitfähigkeit l Lambda (W/mK)
Komponenten der Wärmeleitfähigkeit bei
konventionellen Dämmstoffen
Wärmeleitfähigkeit [mW/(mK)]
60
50
Total
40
30
Gasleitung
20
Strahlung
10
Gerüstleitung
0
0
20
40
60
80
3
Raumgewicht [kg/m ]
100
Kurs HLWD
Grundlagen
Wie optimiert man die Wärmeleitung?
Gasleitung in Funktion der
Porengrösse
Gasleitung
0.028
Kleine Poren,
geringes Vakuum:
VIP
0.024
Wärmeleitung [W/(mK)]
Grosse „Poren“
hohes Vakuum:
Thermosflasche und
Vakuum-Gläser
0.020
Porendurchmesser 10 mm
0.016
1 mm
0.1 mm
0.012
Mirkroporöser
XPS
0.008
0.001 mm
0.004
VIP-Kern
0.000
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Gasdruck log p [mbar]
Kurs HLWD
Grundlagen
Kritischer Druck
40
35
Wärmeleitfähigkeit [mW/(mK)]
Hülle
muss so dicht sein,
dass der kritische Druck
erst nach Ablauf der
geforderten Nutzungsdauer
überschritten wird.
Kieselsäure (Wacker WDS)
30
offenzelliges XPS (INSTILL)
25
offenzelliges PUR
Glasfasern
20
15
10
5
0
0.001
0.01
0.1
1
10
Gasdruck pGas [mbar]
100
1000
Kurs HLWD
Grundlagen
Weitere Optimierungspotentiale
Gerüstleitung
keine „Wärmebrücken“ im Material:
 lange Wege, kleine Kontaktflächen (Pulver od. Fasern)
Strahlung
Beimischen von Trübungsmitteln:
Absorbieren/Streuen der Wärmestrahlung
 optisch (Wärmestrahlung) undurchlässig
Kurs HLWD
Grundlagen
VIP-Geschichte
1980er Jahre
BBC: Vakuum-Dämmung (Pulver und Fasern) mit
Metallhülle für Hochtemperatur Natrium-Schwefel
Batterie.
1990er Jahre
Owens Corning:
„AURA“ Glasfaser-VIP
mit Chromstahlhülle.
Kurs HLWD
Grundlagen
Die Komponenten der VIP
Kurs HLWD
Grundlagen
Kernmaterial VIP für Bauanwendungen
Pyrogene Kieselsäure
Nebenprodukt aus der
Wafer-Silizium-Produktion
Si–OH-Gruppe neigt zu
Si–O–Si-Bindung
Nanoporen:
Gasleitung ab < 100 mbar eliminiert
Aggregierung zu Ketten:
Kaum Wärmebrücken
Verwendung auch
in Kosmetika und Lebensmitteln!
Kurs HLWD
Grundlagen
Kieselsäure
-
Aerogel
Kurs HLWD
Grundlagen
Kernmaterial VIP für Bauanwendungen
Pyrogene Kieselsäure
- Pulver zu Platten gepresst:
Dichte 160 – 220 kg/m3
- Porosität > 90%
(grösste Poren um 100 nm)
Kurs HLWD
Grundlagen
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
Kurs HLWD
Grundlagen
Hüllmaterialien
Chromstahl
☺ dicht,
☺ resistent
☹ teuer
☹ schwer
☹ Wärmebrücke
Kurs HLWD
Grundlagen
Hüllmaterialien
Folien
– Kaschierte Aluminiumfolien
☺ dicht, billig, resistent
☹ grosse Wärmebrücke
– Metallisierte Kunststofffolien
☺ heute ähnlich dicht, kaum Wärmebrücken
☹ rel. teuer., Entwicklungen laufen (OLED)
 dominieren heute den VIP-Markt
Kurs HLWD
Grundlagen
Wärmebrückeneffekt von Hüllmaterialien
 eff bei versch. Hüllmaterialien
 eff [mW/(mK)]
24
22
3-fach metallisierte Folie
20
18
50 Mikrometer Stahl (inox)
8 Mikrometer Aluminium
16
14
12
10
8
6
0.0
0.5
1.0
1.5
2
Fläche des Paneels [m ]
2.0
Kurs HLWD
Grundlagen
Metallisierte Kunststofffolien
Kurs HLWD
Grundlagen
VIP-Produktion
Stützkörper
–
–
–
–
Mischen Kieselsäure, Trübungsmittel, Fasern
Pressen zu Platten
Zuschneiden
Ausheizen: Entfernen Luftfeuchte
Vakuum-Paneele
– Zuschneiden der Folie
– Einführen des Stützkörpers
– Evakuieren und Verschweissen
Qualitätssicherung im Werk
– Lagerung, Innendruckmessung
Kurs HLWD
Grundlagen
Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit
EMPA / sia -> D-Wert
Werte im Rahmen des IEA-Projektes:
– Startwert: 0.004 W/mK (Plattenmitte)
– Zuschläge durch Alterung: (produkt-, formatabhängig)
+ 0.001 – 0.002 W/mK durch eindringende Feuchte
+ 0.001 – 0.002 W/mK durch eindringende Luft
Total: 0.007 - 0.008 W/mK
(Rechenwert für Energienachweis)
Kurs HLWD
Grundlagen
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
Kurs HLWD
Grundlagen
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: ☹
Kurs HLWD
Grundlagen
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
Kurs HLWD
Grundlagen
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 FHNW, Fachhochschule Nordwestschweiz
Vergleich von
- Glaswolle,
- Polystyrol und
- VIP
einer Fassadendämmungen mit jeweils gleichem u-Wert
Kurs HLWD
Grundlagen
Umweltbilanz
Eco-indicator99 H.d.
Umweltbelastungspunkte UBP97
4000
50000
Krebserregende Substanzen
3500
45000
Atmungsschädigung
3000
40000
Strahlung
Emissionen Wasser
30000
UBP97/m2
Eco99 [milli-Points/m 2]
Ökotoxizität
Versäuerung & Überdüngung
2000
Deponieabfaelle
Emissionen Luft
35000
Ozonschichtabbau
2500
Ressourcen
Rad. Abfaelle
Klimaveränderung
Flächeninanspruchnahme
Fossile Ressourcen
25000
20000
1500
15000
1000
10000
500
5000
0
0
Glasw olle
Polystyrol EPS
VIP
Glasw olle
Polystyrol EPS
VIP
Untersuchte Dämmstoffe haben alle ähnliche Umweltbelastung
 Reduktionspotential bei VIP: 45% (Trübungsmittel, Grundstoffquelle)
Kurs HLWD
Grundlagen
Kosten
Produktion: Automation
++
Materialien:
- Kernmaterial
+++
(Teilweiser) Ersatz der Kieselsäure durch billigeres
(weniger poröses) Material
- Hüllfolien
+ (?)
 dichtere Folien sind unabdingbar (OLED)
Kurs HLWD
Grundlagen
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.
Kurs HLWD
Grundlagen
Feldmessungen
Ziel
Langzeitbeurteilung der VIP-Lebenserwartung
- Innendruckanstieg durch eindringende Luft
- Gewichtszunahme durch eindringende Feuchte (1 Projekt)
Quelle: EMPA
Kurs HLWD
Grundlagen
Fussboden gegen unbeheizt / Erdreich
Messreihe
P1 (467.498-...) 10 lt.
P2 (502.502-Heizleitung-"th.Fuge") 10 lt.
5.0
P11 (501.501-th.Fuge) 10 lt.
P14 (467.497-...) 10 lt.
P (.-) 0 lt.
4.0
P (.-) lt.
Linear (P14 (467.497-...) 10 lt.)
3.0
2.0
1.0
02.08.07
02.06.07
02.04.07
31.01.07
01.12.06
01.10.06
02.08.06
02.06.06
02.04.06
31.01.06
01.12.05
01.10.05
01.08.05
01.06.05
01.04.05
30.01.05
0.0
01.12.04
pi [mbar]
Anstieg
Innendruck
< 1 mbar
pro Jahr !!!
6.0
Kurs HLWD
Deklaration SIA 279 / Merkblatt SIA 2001
•
•
•
Überwachte Produkte (nach SIA 279 / Merkblatt SIA 2001)
– Bemessungswert = Nennwert λD
– Jährliche Überwachung durch akkreditiertes Prüfinstitut und
Kontrolle/Bestätigung durch Kontrollausschuss SIA 279
– Merkblatt SIA 2001 enthält nur überwachte Produkte
Nicht überwachte Produkte
– Bemessungswert = Tabellenwert SIA 279
Beispiel
Stoffgruppe
Stoffgruppe, Anwendung
Wärmeleitfähigkeit
Bemerkungen

Polyurethan (PUR)
Polyisocyanurat (PIR)
Polyisocyanurat (PIR)
PUR, PIR: Zellinhalt Pentan,
diffusionsdicht;
nicht überwacht
Bauder PIR diffusionsdicht
W/mK
0,032 Deckschichten gelten als diffusionsdicht, wenn sie
beispielsweise auf metallischen Werkstoffen mit
einer Dicke von mindesten 50 m bestehen.
0,023 diffusionsdicht
SIA 279
SIA 2001
Kurs HLWD
Baustoffkennwerte sia
http://www.sia.ch/d/download.cfm
Stoffgruppe
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Vakuum-Isolationspaneele (VIP)
Phenolharzschaum
Polyisocyanurat (PIR)
Phenolharzschaum
Polyurethan (PUR)
Polyurethan (PUR)
Polyurethan (PUR)
Polyurethan (PUR)
Polyurethan (PUR)
Polyisocyanurat (PIR)
Polyisocyanurat (PIR)
Polyisocyanurat (PIR)
Polyisocyanurat (PIR)
Phenolharzschaum
Stoffgruppe, Anwendung
Vaku-Isotherm
Vaku-Isotherm
Vacucomp S, Vacucomp P1, Vacucomp P2
Vaku-Isotherm
VACUtex-vip B
Vaku-Isotherm
Vacucomp S, Vacucomp P1, Vacucomp P2
Kooltherm
Bauder PIR diffusionsdicht
Kooltherm
swissporPUR/PIR Alu
Eurothane FB ALV
Powerdeck
steinothan 107
steinothan 120
Bauder PIR diffusionsdicht
puren diffusionsdicht (PIR)
Sarnapur diffusionsdicht (PIR)
Montanatherm Sandwichelement
Kooltherm
Lieferant, Hersteller / Fournisseur
Neofas AG
Vaku-Isotherm GmbH
ZZ Wancor
Neofas AG
Schneider Systemtechnik AG
Vaku-Isotherm GmbH
ZZ Wancor
Kingspan Insulation B.V.
Paul Bauder AG
Kingspan Insulation B.V.
swisspor AG
RECTICEL NV
RECTICEL NV
Steinbacher Dämmstoff GmbH
Steinbacher Dämmstoff GmbH
Paul Bauder AG
puren gmbh
Sika Sarnafil AG
Montana Bausysteme AG
Kingspan Insulation B.V.
Rohdichte /
Masse
volumique
Wärmeleitfähigkeit /
Conductivité
thermique
spez.
Wärmespeicherfähigkeit
spez.
Wärmespeicherfähigkeit
kg/m3
Rechenwert
170-200
170-200
180-220
170-200
200
170-200
180-220
40
30-40
40
30
30
30
32-38
32-38
30-40
33
33
36-45
40
W/mK
Cp
Wh/kgK
Cp
J/kgK
0.39
1400
50
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
1400
1400
1400
1400
1400
1400
50
60
60
60
60
60
0.39
0.39
1400
1400
60
50
0.007
0.007
0.007
0.008
0.008
0.008
0.008
0.021
0.023
0.023
0.024
0.024
0.024
0.024
0.024
0.024
0.024
0.024
0.024
0.024
WasserdampfDiffusionswiderstandszahl
–
trocken / sec
Kurs HLWD
Grundlagen
Weitere Infos: www.energie-plattform.ch
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