Schaltbare Wärmedämmung
Werbung
FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Chancen und Potenziale innovativer Wärmedämmung Dr. H.- P. Ebert ZAE Bayern T. Kuhn Dr. Christoph Maurer Fraunhofer ISE Dr. D. Schmidt Prof. Dr.-Ing. Martin Krus Fraunhofer IBP FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Inhalte Rolle und Bedeutung der Wärmedämmung Wärmedämmung für Gebäude Hochleistungsdämmstoffe Funktionelle Wärmedämmung Technische Wärmedämmung Zusammenfassung FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Wärmedämmung ist in vielen Bereichen essentiell © bilu © ALSTOM © DAIMLER FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Energiebedarf nach Anwendungsbereichen 2013 insgesamt 9.269 PJ Die energetische Qualität der Gebäudehülle ist für den Umfang des Raumwärmebedarfs wesentlich. © AG Energiebilanzen, BDEW • knapp 80% der Prozesswärme wird bei Temperaturen über 100°C benötigt, • 70% über 250°C. • fast 40% des industriellen Energiebedarfs wird für den Betrieb von Industrieöfen benötigt. FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Entwicklung des energieeffizienten Bauens in Deutschland am Beispiel von Wohngebäuden FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Wärmedämmung ein Problem? © AGITEC AG Grenzbebauung „Schießscharten“ Ist Wärmedämmung überhaupt möglich? Herkömmliche Wärmedämmstoffe benötigen große Aufbaudicken, um eine gute Wärmedämmung zu ermöglichen. FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Wie funktionieren Wärmedämmungen? eff = s + g + r Strahlungstransport (g) eff : effektive Gesamtwärmeleitfähigkeit s : Wärmeleitfähigkeit des Festkörpergerüstes g : Beitrag des Gases zu eff r : Strahlungsleitfähigkeit Gaswärmeleitung (g) Festkörperleitung (g) FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Dämmmaterialien (-Systeme) Im Vergleich Wärmeleitfähigkeit λ 50 40 30 20 Luft 10 0 Stein-, Glaswolle, Polystyrolschäume Schwergas 3 W 10 m K Polyurethanschäume (Luft) Nanostrukturierte Silika, Aerogele Evakuierte Isolationen FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Vakuumisolationspaneele (VIP) Hochbarrierefolie Schutzvlies evakuierter Kern (nanoporöses SiO2) FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Aerogele (Beispiele) λ = 0.0136 W/(mK) λ = 0.019 W/(mK) © aspen aerogels © Rockwool λ = 0.018 W/(mK) © AEROCOINs λ = 0.013 W/(mK)… 0.014 W/(mK) © AGITEC FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Mikroporöse Dämmplatten λ = 0.019 W/(mK) © BASF © Evonik © Evonik Einsatz als Innendämmung FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Mikroporöse Schäume λ = 0.017 W/(mK) © BASF © BASF FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Chancen Einsatz von Vakuumisolationspaneelen © AGITEC AG Einsatz von Aerogel-Dämmplatten Photos : Probatima Sàrl, Jacqueline Mingard FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Wärmedämmung mit Mehrwert UMWELT PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN Graue Energie Recycling Wärmeleitfähigkeit Transparenz Gesundheitsrisiken Schaltbarkeit ARCHITEKTUR Wärmespeicherfähigkeit Mechanische Belastbarkeit WIRTSCHAFTLICHKEIT Ästhetik Planungsaufwand Produktkosten Verarbeitungskosten 14 FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Schaltbare Dämmung Mauerwerk Außendämmung Mauerwerk Außendämmung • Schaltbare Hinterlüftung zwischen Dämmung und Mauerwerk. • Natürliche Konvektion ohne Wind kann die Kühllast um 22 % reduzieren. • Mit Wind oder erzwungener Konvektion könnte die Kühllast um mehr als 30% sinken. FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Transluzente schaltbare Wärmedämmung • Transluzentes Wärmedämmpanel zwischen zwei Glasscheiben • Messungen an Prüfmuster: ON U-Wert = 0,89 W/(m²K), OFF U-Wert = 1,71 W/(m²K), Schalthub = 1,92 • Kühllastreduktion um 10 % wie bei Nachtlüftung, aber ohne Ventilatorenergie - mit erzwungener Konvektion 30%. T. Pflug et al. (2015): Closed translucent façade elements with switchable U-value - A novel option for energy management via the facade. In: Energy and Buildings 86, S. 66–73. DOI: 10.1016/j.enbuild.2014.09.082. FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Schaltbare Wärmedämmung (SWD) © ZAE Bayern FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Schaltbare Wärmedämmung mit Glasfaserkern H2 im Getter (pH2 0.01 mbar): Gasart: Wasserstoff (H2) Wärmeleitfähigkeit 10 -3 W/(mK) 200 Effektive thermische Dämmung (z.B. U = 0.2 W/(m²K)) wärmedämmend falls keine solare Einstrahlung im Winter oder kein Wärmebedarf im Sommer Schaltbereich 150 H2 im Paneel (pH2 50 mbar): 100 Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit um den Faktor 50 (z.B. U = 10 W/(m²K)) wärmeleitend bei solarer Einstrahlung und Wärmebedarf im Winter 50 © ZAE Bayern Energiebedarf: 0 10-3 10-2 10-1 100 101 Gasdruck pH / mbar 2 102 103 Ausheizen des Getters zum Freisetzen des Wasserstoffs benötigt 5 W/m² FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Monatliche solare Einstrahlung Jahresverlauf der solaren Einstrahlung Fassade Südseite Vorteile der SWD: Globalstrahlung i / kWh/m² 200 150 100 50 0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat • nutzbarer Wärmeeintrag im Winter und in der Übergangszeit • Minimierung des Wärmeeintrags im Sommer FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Innovativer dämmender Baustoff aus Typha (Rohrkolben) Sehr spezieller Blattaufbau mit: • • Schwammgewebe mit niedriger WLF ≈ 0.032 W/(mK) Strukturgerüst mit extremer Druckfestigkeit Entwicklung eines Baustoffs durch Kombination aller positiven Eigenschaften von Typha Magnesit–gebundenes Typhaboard • • • • • hohe Druckfestigkeit bei niedriger Wärmeleitfähigkeit ( ≈ 0.055 W/mK) gute brandschutztechnische Eigenschaften (B1) kein Nachglimmen 100 % kompostierbar hohe Nachhaltigkeit FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Bedeutung für die Umwelt und Landwirtschaft • Bindung von CO2 durch Typhaanbau • Vermeidung CO2-Abgabe durch Wiedervernässung • Schutz vor Bodenerosion • Reinigung nährstoffbelasteter Oberflächenwässer • Umwelt-/ Natur- / Hochwasserschutz • Hoher Flächenertrag (ca. 15 to/ha) • Ertrag ab dem 2. Jahr möglich FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Anwendungsbeispiele Fachwerkgebäude Nürnberg Gefachdämmung Innenddämmung Saunahaus Radolfzell Innendämmung Bene Typha-House Expo Mailand 22 FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Mehrwert durch besondere Eigenschaften nachhaltiges Bauen mit einem Material, • • • • • aus nachwachsendem Rohstoff mit geringem Energieaufwand hergestellt einfach rückbaubar voll kompostierbar Cradle to Cradle – Einsatz möglich einfachere Bauweisen, da Typhaboard viele konstruktionsrelevanten Eigenschaften in sich vereint (Wärmeschutz, Statik/Versteifung, Brandschutz, Feuchteschutz, Putzträger…) FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Energiebedarf nach Anwendungsbereichen 2013 insgesamt 9.269 PJ Die energetische Qualität der Gebäudehülle ist für den Umfang des Raumwärmebedarfs wesentlich. © AG Energiebilanzen, BDEW • knapp 80% der Prozesswärme wird bei Temperaturen über 100°C benötigt, • 70% über 250°C. • fast 40% des industriellen Energiebedarfs wird für den Betrieb von Industrieöfen benötigt. Anwendungsfelder • Heißdampfleitungen • Hinterdämmung im Industrieofen- und Anlagenbau • Chemieanlagen • Wärmedämmung von Stahlgießpfannen und Gießvorrichtungen • Wärmedämmung von Haushaltsgeräten wie Boilern, Herden und • Heiße Bauteile im Automobil oder technischen Anlagen Quelle: Techno Gewebe • …… Quelle: Morgan Advanced Materials Nachtstromspeicheröfen 25 Quelle: RWE Effizienz GmbH Technische Wärmedämmung, z.B. T » RT Quelle: Siegfried Schlüssler Feuerungsbau GmbH FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende DÄMMMATERIALIEN für T» RT Neuen Materialien, wie Kohlenstoff-Aerogele, weisen herausragende Wärmedämmeigenschaften auf. thermal conductivity / W/(m*K) 1.0 © ZAE Bayern carbon fibre felts Konventionelle Dämmstoffe 0.8 nm - m 0.6 0.4 KohlenstoffAerogele carbon aerogel 0.2 0.0 500 1000 1500 2000 temperature / K 2500 © ZAE Bayern FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende Zusammenfassung und Ausblick • Wärmedämmung ist für eine Effizienzsteigung ein wichtige Komponente • Vorgestellte Einsatzbereiche: Gebäude und Industrie • Innovative Dämmsysteme eröffnen neue Möglichkeiten: • • • • verbesserte Wärmedämmung multifunktionale Eigenschaften Erweiterung des Einsatzbereiches Nachhaltige Materialkonzepte • Chancen bieten sich durch neue Material- und Komponentenentwicklungen FVEE – Jahrestagung 2015 : Forschung für die Wärmewende VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
