Die Dämmung der Zukunft

Die zukünftige Verbesserung des Wärmeschutzes von Gebäuden ist aus Sicht des Klimaschutzes und zur Steigerung der Energieeffizienz eine Notwendigkeit. Gerade die energetische Sanierung des deutschen Altbaubestandes bietet die Chance, den Energiebedarf für die Bereitstellung von Heizwärme auf zirka 30 Prozent zu reduzieren. Evakuierte Isolationen wie opake Vakuumisolationspaneele (VIP) und Vakuumisolierglas (VIG) stellen hocheffiziente Systeme zur Gebäudedämmung dar. VIP sind seit einigen Jahren kommerziell erhältlich und die ersten VIP-Produkte haben im Juni 2007 die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erhalten. Neben Laboruntersuchungen zum Langzeitverhalten der Paneele liegen mittlerweile auch in zunehmendem Maße praktische Erfahrungen beim realen Einsatz dieser Systeme vor. Vakuumisolierglas wird derzeit im Rahmen eines vom BMWi geförderten Forschungsprojektes entwickelt. Ein Produkt wird voraussichtlich ab 2010 zur Verfügung stehen.

Aufbau. Vakuumisolationspaneele weisen nach der Herstellung Wärmeleitfähigkeiten im Bereich von 0,004 W/mK auf, besitzen also bei gleicher Dicke eine um den Faktor fünf- bis zehnmal bessere Dämmwirkung als konventionelle Dämmstoffe. Als Stützkern wird typischerweise ein nanoporöses und druckstabiles Material verwendet (z. B. pyrogene Kieselsäure), das in evakuiertem Zustand eine äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Eine metallhaltige Folienumhüllung oder eine Edelstahlhülle hält das Vakuum und damit die geringe Wärmeleitfähigkeit aufrecht.

Lebensdauer. Trotz der Metallschicht in der VIP-Umhüllung führen eindringende Gase zu einem allmählichen Druckanstieg im VIP. Neben trockenen atmosphärischen Gasen wie O2 und N2 ist vor allem eindringender Wasserdampf kritisch, da dieser besonders stark zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit im Paneel beiträgt. Anhand von Laborlangzeitmessungen über ein Jahr an VIP mit unterschiedlichen Hüllfolien wurde am Zentrum für angewandte Energieforschung ZAE in Würzburg ein durch Kontrollmessungen verifiziertes Modell erstellt, mit dem sich die Lebensdauer solcher Systeme abschätzen lässt. Die Ergebnisse zeigen, dass Folien mit VIP-Lebensdauern von mehr als 50 Jahren erhältlich sind. Während dieser Zeit steigt die Wärmeleitfähigkeit der Paneele rein rechnerisch auf 0,006 W/mK an.

Wärmebrückeneffekte. Die oben aufgeführte Wärmeleitfähigkeit gilt nur für den ungestörten Zentralbereich eines VIP. An den Rändern verursacht die Folienumhüllung aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der metallischen Barriereschichte eine Wärmebrücke. So können gerade bei kleinen Paneelen mit stärkeren Metallschichten oder reiner Metallumhüllung drastische Erhöhungen des effektiven U-Wertes eintreten.

Zusätzlich zu den Hüllfolien spielen die Wärmebrücken durch die Fassadenanbindung (Anschlussdetails, Haltekonstruktion der VIP) eine entscheidende Rolle. Durch die sehr gute Dämmwirkung der VIP machen sich Wärmebrücken besonders stark bemerkbar. In jedem Fall sollte eine sorgfältige Planung und Wärmebrückenberechnung erfolgen.

Einsatzbereiche. Aufgrund der etwa fünf- bis zehnmal geringeren Dämmstärke sind VIP immer dann vorteilhaft einsetzbar, wenn wenig Platz für konventionelle Dämmung vorhanden oder dieser sehr teuer ist (Grenzbebauung, geringer Dachüberstand, Dämmung von Reihenhäusern). Zusätzlich zum Platzgewinn werden unattraktiv tiefe Fensterlaibungen vermieden, was den Gestaltungsspielraum des Architekten erhöht. Weitere Anwendungsbereiche sind z. B. VIP-Dämmungen unter Fußbodenheizung, Boden- und Deckendämmung, Brüstungselemente oder Rollladenkästen.

Besonderheiten. Bei allen Konstruktionen mit VIPs sind einige grundlegende Prinzipien zu beachten:

Aufbau. Bei konventionellen Wärmeschutzverglasungen mit IR-reflektierenden Beschichtungen (low-e-Schichten) verursacht die Wärmeleitung des Füllgases im Scheibenzwischenraum einen Großteil des Wärmedurchganges (bei Luftfüllung rund 80 Prozent). Dies kann durch Evakuieren des Scheibenzwischenraumes deutlich reduziert werden. Die Dämmwirkung des evakuierten Zwischenraumes ist kaum noch vom Scheibenabstand abhängig, so dass dieser auf Werte < 1 mm reduziert werden kann. Dies ermöglicht sehr schlanke Systemaufbauten. Um den auf den Scheiben lastenden Atmosphärendruck von zirka 1000 hPa (entspricht 10 Tonnen pro m2) aufzunehmen, sind allerdings in regelmäßigen Abständen Stützen im Scheibenzwischenraum notwendig. Weiterhin muss der Randverbund entsprechend gasdicht ausgeführt werden, um den benötigten Unterdruck von 10-4 hPa aufrechtzuerhalten.

Eigenschaften. Mit VIG sind bei entsprechender Optimierung der Systemparameter exzellente Dämmwerte bei schlankem Aufbau und geringem Gewicht möglich. Bei Verwendung hocheffizienter low-e-Schichten (Softcoatings) mit Emissionsgraden kleiner als 0,03 und thermisch optimierter Stützen erreicht man Ug-Werte < 0,5 W/m2K.

Entwicklungsstand. Im Rahmen eines vom BMWi geförderten Projektes (FkZ 0327366) konnte die Machbarkeit eines solchen Vakuumisolierglases gezeigt werden. Neben der Entwicklung eines gasdichten Randverbundes wurden die mechanischen Eigenschaften von VIG mit einem speziellen thermischen Lastwechselverfahren untersucht. Dabei hielt VIG vergleichbaren Belastungen stand wie konventionelles Isolierglas. Momentan wird in einem vom BMWi geförderten Folgeprojekt die Produktionstechnik für VIG entwickelt. Diese wird voraussichtlich 2010 zur Verfügung stehen. Dr. Helmut Weinläder