1. DPG Tagung März 2004 München CO2-Einsparung bei Gebäuden: Vakuumisolation für Alt- und Neubau Jochen Fricke, Hubert Schwab, Andreas Beck ZAE Bayern Am Hubland 97074 Würzburg

2. CO2-Zunahme

3. Endenergie-Kuchen Deutschland 2001

4. Altbau 250 Lüftungswärmeverluste Transmissionswärmeverluste 200 150 WSVO 95 Heizwärmebedarf [kWh/m²a] spezifischer 100 NEH 50 Passivhaus 0-Heizenergie 0 1 2 3 4 5 Gebäudetyp Mehrkosten: 0% 1-3% 5-8% >30% Energiebilanz verschiedener Hausentwicklungstypen

5. Heizwärmebedarf im Gebäudebestand

6. Energetische Sanierung Baubestand • Dämmung Gebäudehülle • Erneuerung Fenster • Neues Heizsystem

7. Gas Strahlung Festkörper Vakuum- dämmungen Leistungsfähigkeit von Wärmedämmungen 0.05 0.04 0.03 Wärmeleitfähigkeit / W/(mK) 0.02 0.01 0 PU Mikroporöse Materialien Styropor Fasern Isofloc

8. Evakuierte Wärmedämmungen selbsttragend runde Behälter großflächig Belastung: "10 Tonnen pro Quadratmeter" „Thermoskanne“ druckbelastbare Füllmaterialien? Folien, verspiegelte Wände  = 10-4 bis 0,005 W/(mK)  = 0,002 bis 0,008 W/(mK)

9. Aufbau VIP PET 12 m Al 30-80 nm Kleber 1-2 m PE 50 m Sensor Hochbarrierefolie evakuierter hochporöser Kern aus nanostrukturiertem SiO2

10. Gastransport durch Hochbarrierefolien Löcher im Al-Film PET 12 m Al 30-80 nm Kleber 1-2 m PE 50 m

11. Herstellungsprozess pyrogene Kieselsäure SiCl4 + 2 H2 + O2 SiO2 + 4 HCl Brenner SiCl4 + 2 H2 + O2 SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 SiO2- Proto- Primär- Aggregate Agglomerate Moleküle partikel partikel Wacker

12. 3 Wärmetransportmechanismen • WL poröses Festkörpergerüst λsolid • WL Luft in Poren λgas • WL durch Strahlungstransport λrad • λ = λsolid +λgas + λrad

13. Festkörperwärmeleitung Wärmestrom λsolid  ρα lose Enden effektiver Weg Schäume α ≈ 1 Pulver α ≈ 1,5…2 Einschnürungen

14. 30 20 10 λgas (pgas) = λ gas  1 + const. · Kn 0 0.01 0.1 1 10 100 1000 Gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit 40 Schaum W/mK] nanoporöses SiO2 =20m Wärmeleitfähigkeit -3 [10 =200nm  l Kn =  Gasdruck p [mbar] gas

15. Mikrostrukturierte Schäume 20-200 m Mittlere freie Weglänge (1 bar): 70 nm Poren: 20-200 m

16. Nanostrukturierte Pulver 100 nm Mittlere freie Weglänge (1 bar): 70 nm Poren: 200-500 nm Wacker Chemie

17. Strahlungstransport - spezifische Extinktion e Planckverteilung T=20°C SiO2-Pulver e / m²/g “getrübt” Wellenlänge / m

18. Wärmeleitung durch Strahlung T3 e(T) · ρ λrad  SiO2 + 5% C SiO2

19. Vakuumisolationspaneele (VIP) mit Folienumhüllungen Gasdruck  1 mbar Bei Druckanstiegsraten von 2 mbar/Jahr => rechn. Funktionsdauer 50 Jahre! Anwendung im Baubereich sind möglich!

20. Lecktests

21. externer Messkopf interne Sensorscheibe: < 1 mm Dicke 30 mm Vakuum-Isolations-Paneel Sensorik va-Q-tec AG Gasdruckmessung va-Q-check: Messprinzip externer Messkopf misst Wärmefluss in interne Sensorplatte Wärmefluss hängt von internem Gasdruck ab

22. Erstmalige Integration von 30 m² Vakuumdämmung in eine Gebäudehülle ZAE Experimentiergebäude, Würzburg Architekt: Prof. M. Volz / Obernburg, 1999 Vakuumverbund-Element Handfertigung von ca. 100 Paneelen!

23. Beispiel Sanierung mit Vakuumdämmplatten Objekt: denkmalgeschütztes Gebäude in Nürnberg - Schoppershof Problem: geringer Dachüberstand bei Giebelfassade Lösung: 15 mm Vakuumdämmung + 35 mm XPS-Schaumplatten sichere Befestigung mit Schienensystem an Außenfassade

24. sanierte Giebelfassade rechnerischer U-Wert nach Sanierung: 0,2 W/m²K

25. 2001 2002 2003 • einige VIPs bei Fertigung oder beim Einbau beschädigt • keine VIPs nach Einbau belüftet! • Außenfassade optisch einwandfrei IR-Aufnahmen sanierte Giebelfassade

26. W W m²k m²k Mit VIP sanierte Reihenhausfassade Dach U = 0,13 Wand U = 0,16 Architekt: F. Lichtblau, München, 2001

27. Demoobjekt Neubau EFH Ansicht Südfassade U-Wert der 18 cm dicken Konstruktion: U = 0,14 W/(m²K) Architekt: F. Lichtblau, München, 2001

28. Fassade von außen Einbau der Elemente Demonstrationsobjekt: Pfosten-Riegelfassade in Krankenhaus Erlenbach Schlanke Fassade mit U-Wert 0,6 W/(m2K) für 1 m2 große VIP-Elemente

29. Zusammenfassung und Ausblick • mit Vakuumisolationen erreicht man extrem niedrige • Wärmeleitfähigkeiten von 0,004 W/(mK), • nanostrukturierte Materialien ermöglichen rechnerische • Funktionsdauern bis zu 50 Jahren bei Hüllen aus Folien, • enormes Anwendungs- und CO2-Einsparpotenzial bei • der energetischen „Altbausanierung“, - Entwicklung bauteilintegrierter VIP - Durchführung von Alterungstests - Entwicklung preiswerter Füllmaterialien